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        為什么說干熱巖才是地熱能的未來?

        何龍 15407
        文章來源:桔燈勘探    

          干熱巖作為一種地熱資源,在目前節能減排和新一輪的能源結構調整中,對于干熱巖地熱資源的開發極有可能成為“黑馬”,發揮意想不到的作用。

          目前,國外已經進行了二三十年的研究,所以結合國際上已有的研究內容系統性來講,希望有所借鑒吧。

          最早對干熱巖進行研究的國家是美國。

          1974年, 美國洛斯·阿拉莫斯國家實驗室在美國新墨西哥州的芬頓山鉆了第一眼深井, 拉開了干熱巖研究的序幕。

          1987年, 法、德、英三國共同參與在法國的蘇爾士地區開展了規模較大的干熱巖生產實驗研究,使干熱巖資源開發技術逐步趨于成熟,該工程目前仍在運行。

          90年代,干熱巖技術已進入了實際應用階段,日本科學家取得了比較好的成績。1996年, 肘折地區已開始發電運行。

          另外,世界上許多其他國家,如澳大利亞、新西蘭、瑞士、俄羅斯等,也在90年代開始了干熱巖的預研究與開發的技術準備工作。

          美國對干熱巖的研究

          定義:美國科學家根據芬頓山的干熱巖研究工作認為干熱巖是埋藏于距地面2-3km以下、無裂隙、無流體、自然溫度達于200℃的巖體。

          美國芬登山項目研究與開發經歷了兩個主要階段,分別針對深度為2800m和3500m兩個獨立的干熱巖儲層。

          最深鉆孔達4500 m ,巖體溫度為330℃,熱交換系統深度為3600 m,發電量由最初的3MW 到最后的10MW。

          第一段: 2.7-2.9 km: 180-200°C

          第二段: 3.5-4.2 km: 240-310°C

          ▼政策支持▼

          美國能源部推出了一項“地熱技術和發展行動計劃”(GTP),用于推動地熱能的勘探和開發。僅在2008年,美國能源部就為地熱能開發籌集了3.68億美元的資金。在龐大的GTP計劃中包含數十個技術項目,其中,又以“增強地熱系統(EGS)”是最為主要的發展目標。

          ▼紐貝里火山EGS的開發▼

          第一階段(2010-2011)

          數據分析

          低壓注水試驗,成像測井(BHTV),壓力溫度

          水文測試

          水力增產措施規劃和模擬

          公共宣傳活動

          誘發地震計劃

          環境許可證

          第二階段(2012-2013)

          地震傳感器安裝

          NWG 55-29水力增產措施

          生產井開發測試

          第三階段(2014)

          大規模發電

          日本對干熱巖的研究

          定義:日本科學家根據肘折地區的干熱巖研究工作認為只要巖體的溫度達到200℃,埋藏深度合理,內含流體不是太多(或者沒有)能用干熱巖技術來提取巖體中的熱量,就把這種巖體稱為干熱巖。

          1990 年,在日本的肘折地區進行了干熱巖試驗,稱為“肘折工程”,目的是研究適合于干熱巖發電的關鍵技術。

          先后鉆探了HDR-1, HDR-2, HDR-3等生產井,井間距為50-130 m。

          在1991年進行了一個注入井與3個生產井的綜合地下水循環實驗,在90天循環實驗中,生產水溫度為150-190℃。流體回收率為78%。

          利用雙工質循環發電130 kW 。

          法國對干熱巖的研究

          定義:歐洲一些科學家根據法國干熱巖研究認為,埋藏于地面1km以下,溫度大于200℃的巖體就可稱為干熱巖。條件無需過于嚴格。

          1986 年法國、德國在蘇爾士開展巖體熱能利用項目。

          第一階段(1987~1992年)鉆了兩個2000m的淺井,對花崗巖上部進行了測試。

          第二階段(1992~1999年),對深度3-3.5km溫度達到160 ℃的雙井熱儲系統繼續了激發。

          第三階段(1999~2009年)對深度4—4.5km溫度達到200 ℃的三井熱儲系統繼續了激發。

          第四階段(2009~2008年)循環發電,評價了4-4.5km儲層的長期性能。發電量達到1.5MW。

          ▼法國蘇爾茨地熱田▼

          澳大利亞對干熱巖的研究

          2003年,“地球動力”公司在南澳大利亞Cooper盆地的沙漠中,鉆探出了2個深度達4500m的深孔。

          2008年,又完成了鉆孔“Habanero-3”并進行鉆孔流動試驗。

          2009年1月,建成一座1000kW 的示范電站,專為建站地點的小鎮供電。準備3年后再鉆9眼深井,建成一座5萬kW的干熱巖發電站。

          到2016年支持大約1萬MW的發電能力。

          干熱巖的分布

          ▲高熱流花崗巖分布區干熱巖資源分布▲

          ▲火山區干熱巖資源分布▲

          ▲中國大陸控熱新構造圖▲

          ▲中國地熱資源分布圖▲

          干熱巖的賦存

          干熱巖的熱能賦存于各種變質巖或結晶巖類巖體,較常見的巖石有黑云母片麻巖、花崗巖、花崗閃長巖等。一般于熱巖上覆蓋有沉積巖或土等隔熱層。

          干熱巖主要被用來提取其內部的熱量, 因此其主要的工業指標是巖體內部的溫度。

          干熱巖賦存的地熱地質學指標

          合適的干熱巖體

          低導熱率蓋層

          高的地熱異常

          合適的應力條件

          地體穩定區域/地震不活動區域

          我國陸區干熱巖賦存的地質背景分析

          ▲中國大陸地區熱流分布圖▲

          重點地區干熱巖資源勘查

          在我國陸區干熱巖賦存的地質背景分析的基礎上,優選出五處干熱巖重點勘查地區

          ▲東南沿海居里面埋深圖▲

          1

          廣東陽江地區干熱巖資源勘查

          2

          廣東惠州地區干熱巖資源勘查

          3

          福建漳州地區干熱巖資源勘查

          4

          海南陵水地區干熱巖資源勘查

          5

          湖南汝城地區干熱巖資源勘查

          干熱巖開發利用前景

          未來10-15年,EGS投入商業性運營

          至2050年EGS提供美國10萬兆瓦的基本負荷發電量。

          ▲四井模式,開采最大流量為80L/s情況下電價與裝機容量關系圖▲

          ▲50年EGS示范工程總發電量和平均電價曲線▲

          注:四井模式(一個注水、三個開采),開采最大流量為80L/s,熱提取率每年下降3%,垂向1km儲層開采時間為6年后重新激發。

          干熱巖的發展優勢

          資源量巨大、分布廣泛。

          初步估算,我國陸區3.0-10.0km深處干熱巖資源為860萬億噸標準煤燃燒所釋放的能量

          幾乎為零排放。

          無廢氣和其他流體或固體廢棄物,可維持對環境最低水平的影響。

          開發系統安全。

          沒有爆炸危險,更不會引起災難性事故或傷害性污染

          熱能連續性好。

          在可再生能源中,只有EGS可以提供不間斷的電力供應,不受季節、氣候、晝夜等自然條件的影響。

          經濟實惠。

          商業價值可觀

        標簽:地熱能

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