绿色可持续能源,能改变能源格局的热石,开发多年仍无法商业化?
金属探测人员在进行作业的时候会经常发现,对地下的探测经常会由于某种物质的存在导致信号错误,这种物质就是热石,也就是干热岩。它还是一种非常宝贵的自然资源,也许能够改变世界能源的格局,可是针对该资源的开发已持续了数年,仍然无法商业化。
重要的地热资源
地热能是地质学中的一个很常见的概念,它是地球中产生和储存的热能,一定程度上决定了地球的温度。地球的地热能来自两个部分,一部分大约占五分之一,是在地球形成时就出现了,剩下的部分则是地球原始矿物的放射性衰变。
地热温度很高,但是传到地表温度就会逐渐降低,这也是为什么我们摸地面感受不到热度。这个概念叫地温梯度,也就是地球核心与地表之间的温度差,地热的的热量都储存在地球的深处,接近地心。
干热岩就是那五分之一,是地球形成时就出现的物质,它们位于地球内部几公里深处的干热岩石。这些岩石持续地被其下方的岩浆加热,因此具有较高的温度,但它们的限制是没有将热量传输到地表的 *** 。
在这种情况下,技术上讲,人类可以将水注入岩石,让它升温,然后产生热水。这种热水就可以作为人类使用的能源了,地面上的发电厂可以使用热水产生的热能来驱动发电机。而且热水还可以循环使用,热量传递给发电厂之后,可以作为凉水再次回到地下。
干热岩的利用方式
人类利用地热资源的历史已经很长了,地热能的利用可分为直接利用和间接利用,直接使用就是直接开发地热泉,用于取暖、沐浴和烹饪。在大多数国家,地热能的主要应用是养鱼、度假村和水疗中心,还可以用于种植蔬菜、水果和花卉的温室,以及家庭、工作场所的区域供暖。
而对干热岩的开发则比较复杂,干热岩开发首先是需要通过使用常规钻孔进入深而热的基底岩区域。一旦确定所选区域不包含断层就可以继续作业,如果中间有断层那么就无法承受压力,需要立刻结束作业。
接着,之一个钻孔将被加压到足够高的水平,以打开岩体,再通过连续泵送水,打开整个岩石储层。这些储层的打开会使地下产生类似地震的地质活动,可以被归结为微地震,对于地震信号的分析可以帮助理解正在开发储层的位置和尺寸。
最后,水在足够高的压力下注入储层,压力一定要大,以保证岩石能够抵抗地球应力,同时又不能过大,过大的话岩石就受不了会崩裂。初始钻孔最终会成为三井加压水循环系统的注入井,这个井就是一个开发干热岩热能的根据地。
干热岩开发为何难以商业化?
首先,从以上几个开发环节就可以看出来,干热岩的开发可以说每个环节都会出现问题,而且一旦出现问题就几乎没有补救的机会。比如在钻井的时候如果发现岩石有断层,那么就需要立刻退出,否则地下的岩石就会坍塌。
最后环节在往储层加水的时候又必须有持续的高压,同时要密切监控,否则要么前功尽弃要么会产生比微地震更严重的后果。其次,在钻探和测试之前,必须充分了解当地的地质系统,这些资源的开发也必须谨慎管理,以确保作业过程中不会出现不可逆的压力下降。
压力下降的后果就是开井地区的地面沉降。地震也是可能的后果之一,最著名的事件发生在2006年瑞士巴塞尔的一个干热岩井上,在工作人员开始注水仅八天后,就发生了里氏3.4级地震,干热岩井、干热岩开发和地震之间有着很强的相关性。
最后,技术成本问题,干热岩开发需要使用多种 *** 在岩石储层内部创造水的流动路径,世界各地的干热岩项目使用了水力、化学、热力和爆炸等多种 *** 的组合,以确保热能能够被顺利提取。
它并不是一项成熟的技术,而且需要多种技术的结合,世界各地的干热岩开发项目已经证明,这种绿色的、可持续的自然资源的开采成本、开采难度和开采风险都很高很大,甚至无法被准确地提前预估。
干热岩开发和干热岩发电系统于1970年在美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯首次被实验性使用,随后,澳大利亚、法国、德国、日本、中国和英国也进行了类似的实验,不过该技术的商业化由于成本问题一直没有真正实现。