原标题:能供中国使用3786年的干热岩,还不知道真out了!

在2017年9月6日,一则消息曾振奋人心,我国科学家在青海共和盆地3705米深处钻获236℃的高温干热岩体。这是我国首次钻获温度最高的干热岩体,它实现了我国干热岩勘查的重大突破。

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国土资源部中国地质调查局相关负责人表示,经过初步评价全国陆域干热岩资源量为856万亿吨标准煤,根据国际标准,以其2%作为可采资源,全国陆域干热岩可采资源量达17万亿吨标准煤,可以供中国使用3786年。(作为参考,国家统计局公布的2017年中国能源消费总量为44.9亿吨标准煤)

这么巨大的能源“宝藏”,网上也有很多报道,但是没有看到任何一个报道能把干热岩说的很清楚!今天,就给大家普及“干热岩”的知识!

我们先说说地球是由什么组成的?

由外向内,地球分别是由地壳、地幔、外核和内核组成。

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其中,地壳的深度为0-33公里,地幔的深度在33-2900公里,外核的深度在2900-5100公里,内核在5100-6378公里。

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或许,您会问,这个深度是如何计算出来的?

其实,很简单!

靠声波就可以测算出。为了便于理解,大家直接看下面的图:我们先在一个人的旁边放置一个记录声波的仪器,然后这个人对着一面墙,发出一个声音。

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过一会后,这个记录仪上记录下来一个图形:开始的时候有一个波形,4秒钟以后又记录到一个波形,那么这两个波形之间的距离我们就能计算出来,等于声音的速度乘以时间,声音的速度在空气中大概为340米/秒,那么4秒钟就是1360米,这个距离是声音一个来回的距离,那么人与墙之间的距离就是680米。

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道理很简单吧,计算也很简单吧!

大家都知道声波是一种波,但是大家不知道是波其实可以分为两种:一**种叫做横波,另一种叫纵波!**

那么,什么叫横波和纵波呢?

先说说什么叫横波吧。其实,概念非常的简单:是质点的振动方向与波的传播方向垂直。

好吧,这个概念还是比较复杂,一般人还是不好理解。我们直接看下面的图:图中的一个个带颜色的点,我们叫做质点,我们发现这些质点都是上下移动的,但是我们的波是从左向右运动的。也就是说质点的运动方向是和波的运动方向是垂直的。比如,我们手机、电视塔发出的电磁波、光波,都属于横**波。**

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那么,什么叫做纵波呢?

很简单,正好和横波相反:质点的振动方向与传播方向平行的波。

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为什么要特意区分这两种波呢?

因为这两种波有一个显著的区别,那就是:横波可以在固体中能传播,但是不能在液体中传播;而纵波在固体、液体和气体中都可以传播。

我们在地球表面向地下发出一个横波和一个纵波,我们发现纵波在几个界面处传播的速度发生了明显的变化,这就是我们上面区分地壳、地幔、外核和内核的主要依据;****横波在地下2900公里处左右消失了,这也就说明地球的外核是液体,横波无法穿过了。

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也就是说外核是由液态物质组成的!

那么这个液态物质到底是什么呢?

是液体的铁和镍构成,厚度大约2,200千米!

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或许,又有人问了,你怎么知道是铁和镍的呢?

其实也很简单,以前也和大家说过:声波在不同的物质中、不同的温度下的传播速度是不一样的。声波在固体中传播速度很快,但是在液体中的传播速度很慢,温度越高传播速度越快。而且在不同的液体中、不同的温度下,传播的速度也不一样,我们通过对比声波在不同物质的传播速度就可以知道是在什么液体中和什么温度下传播的!

或许又有人问了,那么它们为什么是液体的呢?

很简单了,温度高了,它们自然变成了液体了!

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外核的温度范围大约从外侧的4400
°向内增加至接近内核的6100
°C,在外核的铁镍流体中的埃迪电流被相信会影响地球的磁场——这也地球磁场是如何来的主要原因,这就是指南针的原理——地球是一个大磁场。

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现在大家可以知道,地球就是一个大的能量体,往地下越深、温度越高。这个和我们今天要说的干热岩有直接的关系。

目前世界上往地下打的最深的井大概为2万米左右,也就是说目前我们了解真实的地球也就仅仅局限于很原始的部分——仅仅只是地壳的很小一部分。

那么,可不可打到更深的地方呢?

非常的难,因为2万米处的压力已经非常大了!比如,2012年3月26日,电影制作人兼探险家詹姆斯·卡梅隆,成功潜入位于马里亚纳海沟10,898米的海洋深渊,刷新单人深潜记录。由于那里压力巨大,他的深潜器的长度甚至缩短了将近7厘米!

比如,我国的“蛟龙”号载人潜水器下潜最大深度也就7000多米,因为再深,就算是坚硬的钢铁也会被压缩。

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那么我们所说的“干热岩“是在多深呢?

所谓的干热岩,也称增强型地热系统,或称工程型地热系统,是一般温度大于200℃,埋深数千米,内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。

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但在2018年5月3日,在北京召开的能源行业地热能专业标准化技术委员会一届二次会议上,与会专家和委员对干热岩(hot
dry
rock)定义为:“内部不存在或仅存在少量流体,温度高于180℃的异常高温岩体。”

那么,正常地下上千米处的温度是多少呢?

根据现有的资料,比如油田打的油井一般在1000-5000m左右,在这个范围内,地温梯度大概在4℃/100m,也就是每增加100米,温度升高4°C。我们简单计算下,1000米处的温度大概就是40°C,2000米处就是80°C。

很显然,干热岩的温度是远远的高于正常的地下温度的!

那么,是什么原因导致的呢?

我们知道地球上有很多火山,有些火山还处于活动状态,也就是说地下的熔岩还在活动。这样有些地方就离熔岩近一些,有一些地方离熔岩远一些,离熔岩越近,很显然传导热量越快,温度也越高!

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所谓的干热岩就是指“火山侵入体”!地下深处的熔岩由于温度极高,不断向上“顶”,一部分没有喷发到地面,在地下几千米处的地方停止,由于温度降低变成了固态岩石(即所谓的侵入体),由于固态的岩石与下面的高温液态熔岩相连,所以这个岩石的温度比较高,形成了“干热岩”!举个简单的例子,就像你拿着一个铁棒插入热水中,很快在铁棒的另一端你就会感受到高温!

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所以说,干热岩是一个很重要的地热资源!

而我们国家的干热岩的分布还是比较广的,我国干热岩资源的有利靶区包括藏南地区、云南西部、东南沿海、浙、闽、粤、东北松辽盆地和长白山地区、华北渤海湾盆地和鄂尔多斯盆地东南缘等地区。

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干热岩发电的流程

那么,如何开发呢?

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其实原理很简单:

将高压水注入地下2000~6000米的岩层,使其渗透进入岩层的缝隙并吸收地热能量;

再通过另一个专用深井(相距约200~600米左右)将岩石裂隙中的高温水、汽提取到地面;

取出的水、汽温度可达150~200℃,通过热交换及地面循环装置用于发电;

冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用。整个过程都是在一个封闭的系统内进行。

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干热岩发电示意图

干热岩发电的优点

干热岩的热能是通过人工注水的方式加以利用,而且在利用的整个过程中处于封闭循环系统。因此,干热岩的利用不会出现象热泉等常规地热资源利用的麻烦,即没有硫化物等有毒、有害或阻塞管道的物质出现。

不仅如此,干热岩发电既不像火电那样,向大气排放大量的二氧化碳等温室气体、粉尘等气溶胶颗粒物;而且也不像水电那样,因水坝的修建而破坏局部乃至整个河流的生态系统,以及在水电厂周围引起各种程度不一的环境地质灾害。

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火电发电造成环境污染(图片来自网络)

此外,干热岩发电几乎完全摆脱了外界的干扰。干热岩发电不像水电那样,受水坝所在河流流域降水量多寡的影响,而且也不像火电那样易受市场上燃煤或油气价格变化的影响。

地热能作为一种可再生的清洁能源,其开发利用对于我国发展清洁能源事业有重要意义。

可以说,干热岩的前景是非常光明的,但是目前干热岩的开发面还临诸多挑战,如大体积、人工裂隙、热储的建造等等。但是,我相信,在我们的科技人员的不断的技术攻关下,这种清洁、有效、价格低廉的资源定会很快进入实用阶段!

加油,中国的科技人员!

来源:矿材网

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