干热岩地热:巨大的潜在能源资源

2016/7/7 0 15514

恒有源科技发展集团(微信号:HYYESSTD)专注于浅层地能作为建筑物供暖的替代能源的科研、开发和推广。致力于原创技术的产业化发展,实现为建筑物无燃烧智慧供暖(冷),大力发展地能热冷一体化新兴产业。

 

    地热资源以其清洁、运行稳定和空间分布广泛,已成为世界各国重点研究和开发的新能源。地热资源按其产出条件可分为浅层地能、水热型和干热岩性(见图1),目前世界各国主要开采和利用的是浅层地能和水热型地热资源,约占已探明地热资源的10%左右,中国在浅层地能的开发和利用走在世界的前列。

    更多的地热能储存于干热岩(HotDryRock,HDR)地热资源中,干热岩是一种没有水(或含有少量水而不能流动)的高温岩体,很少存在孔隙或裂隙,渗透性能极差,其温度范围很广介于150~650℃之间,主要是变质岩或结晶岩类岩体。

 

    增强型地热系统(EnhancedGeothermalSystem,EGS)指通过水力压裂等工程手段在地下深部低渗透性干热岩体中形成人工地热储层,从其中长期经济地采出相当数量热能的人工地热系统,即从干热岩中开发地热的工程,如图2所示。保守估计地壳中干热岩(通常指3~10km深处)所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。中国地质调查局的最新评价数据显示,中国大陆3~10km深处干热岩资源总量为2.5×1025J(合856万亿吨标煤),若能开采出2%,就相当于我国2010年全国一次性能耗总量(32.5亿吨标煤)的5300倍。

    中国科学院也对中国大陆3~10km深处的干热岩资源进行了评价,得出的结论是2.09×1025J,相当于715万亿吨标煤,若能采出2%,则相当于中国2010年能源消耗总量的4400倍。相近的数字,印证了中国干热岩开发利用的光明前景。

 

    增强型地热研究在世界上已有40年的历史,美国最早于1973年开始资助FentonHill干热岩开发的EGS试验研究,随后日本、英国、法国、澳大利亚、德国等国家相继开展了干热岩开发的预研究和技术装备研制,并建立了一批EGS开发利用示范场地。但是,过去的研究成果不尽人意,至今并未使EGS实现商业化开发,其面临的最大挑战在于经济的人工热储建造。

    Testeretal.(2006)在麻省里工学院(MIT)干热岩开发报告中也指出在未来的近20年里,EGS能够实现经济开发的关键在于能够获得经济有效的多重储层建造技术,以保证有足够体积的热储(>1km3)满足长期地热开发。目前,常用的热储建造技术有水力压裂、化学刺激和热刺激以及这几种技术的联合使用。过去,我国由于资金和技术原因对地热资源的利用多局限在水热型地热资源,随着我国经济增长和技术的创新,目前已具备干热岩勘查和开发研究的条件和能力。国外EGS研究的诸多经验表明,EGS投资周期长、风险大,因此政府支持关键技术开发及集成示范研究,是最终实现EGS可持续商业化开发的必经之路。

    增强型地热(EGS)是应用前景很好的清洁新能源,有巨大的利用价值和发展潜力。自从美国FentonHill项目开展以来,EGS开发利用技术已经取得了进展。过去40年的EGS研究经验表明,在地下深部高温干热岩体中建造人工裂隙热储且取得井间连接是切实可行的,人造热储的生长主要受到储层中存在的天然裂隙(或节理)发生剪切破坏所控制,这一过程严重受到天然裂隙方向和原位应力状态的影响。储层刺激过程中,可以通过微震监测估计和判断储层激发区域的大小和扩展方向,并用于指导定向钻进生产井以取得井和储层之间更好的水力连通。另外,美国能源部最新EGS示范工程所取得的成果,表明在现有水热田的边缘建立人造热储,并与天然热储取得连接可以增加其生产能力,这一技术路线可以在短期内相对低成本的获得经济效益。

    人类将面临化石燃料用尽的危机时刻,人们正在寻找各种可替代化石燃料的未来能源,以维持人类社会的可持续发展。地热资源作为一种清洁新能源,是未来可利用的重要能源资源之一,是大自然的恩赐,我们应充分重视其利用价值。可以预见,干热岩地热资源的开发将极有可能为我国节能减排和新一轮能源结构调整做出重大贡献。

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