冰岛位于两大地质板块之间,地面之下蕴含着丰富的地热能,冰岛整个国家的电力几乎都是由这些地热能提供的 。借助这样的天时地利,冰岛成为了世界上清洁能源利用率最高的国家 。也正是因为这些丰富的地热资源,冰岛虽然看起来冰天雪地,但到处都是温泉 。
地热资源分为水热型和干热岩型 。其中,干热岩型比水热型的资源量要多得多 。对于干热岩的定义,各个国家现在还没有达成共识 。
不过,通常情况下我们认为,干热岩是一种埋在地下3到10公里处,温度大于180摄氏度,内部致密不透水的热岩体。我们在开采干热岩时,能够人工对这种岩体造成裂隙,再将冷水从裂隙中注入,等到冷水被加热成热水和水蒸气之后再将热量提取出来 。
有研究人员称,地热资源是因为地核产生的,那么,只要深度足够,任何地方都能够开发出干热岩。
干热岩具有高效、清洁的特点,而且是可再生的 。在干热岩的开发过程中,能够保证安全、环保,并且能够在具备高效率的同时节能。
世界上第一个利用干热岩资源的项目是美国在1974年启动的,在这个项目的进行过程中,美国使用了先前开采 页岩气的水力压裂技术,产出的干热岩最高温度为192摄氏度。
2008年,美国麻省理工学院发表了一篇名为《地热源的未来》的研究报告,在里面提出了增强地热系统技术的设想,认为可以用这种技术来开采干热岩 。并且,美国很有希望在未来10到15年内实现干热岩开采技术的商业化使用 。
在我们最开始使用地热能的时候,大多数都是直接利用的水热型地热资源,而干热岩附近并不常有丰富的水资源 。
增强地热系统的工作方式则是通过注入冷水的方式将地层之间的缝隙扩宽,从而使地下水的流通效果更好,再由水充分吸收地热,最后把热水或是水蒸气收集起来提取热能 。
这是目前最流行的开采方式,但也存在着一定的弊端,那就是我们暂时还无法精准控制地层裂隙扩宽的方向和程度。在这种工程中,误差是非常致命的,除了无法达到提取热能的目的之外,还有可能出现我们无法预料的结果 。
而且,地层裂隙扩大,随之而来的就是地震风险的提升 。如果没能开采到热能,还使这片区域成为了“人造地震带”,那就得不偿失了 。
1973年,英国也开始了对干热岩资源的开发研究,这项研究被命名为罗斯曼奴斯项目,因为是在罗斯曼奴斯火山地区进行的 。
1977年,英国启动了 历史 上规模第二大的干热岩项目,不过,这次英国只探测到了2600米的深度,所测得的温度为100摄氏度 。
在2009年,这个项目还获得了欧盟的赞助 。目前,英国还计划对一处位于地下4千米的地热资源进行开发利用,发电站一旦建成,能够为英国提供十分之一的用电量 。
1987年,法国、德国、英国合作进行干热岩相关的实验研究,在这个过程中不断摸索干热岩的开采技术,如今已经趋于成熟 。1997年,国际能源署制定了为期四年的“干热岩行动计划”,除了美、德、英之外,澳大利亚、日本和瑞典也加入到了计划之中 。
其中,澳大利亚是对干热岩研究起步最晚的国家 。2003年,澳大利亚在库珀盆地进行干热岩项目的开发,据当时澳公司的网站称,在这个盆地下方,地热资源的储量和500亿桶油相当。澳大利亚这次的钻井深度达到了4500米,测得温度有270摄氏度 。
第一个实现用干热岩稳定发电的是法国的Soultz发电站,这是1987年时德法合作的一个地热研究项目 。
经过30多年的不断研究和尝试,终于研发出了将干热岩能量转化为电能的技术,这是人类在地热能源研究方面的一大突破,因此,即便这个发电站的投资回报率并不高,依旧在国际科学界中享有极高的声誉 。
我国对干热岩的研究起步时间比澳大利亚稍早一些,但在研究初期,并没有澳大利亚发展迅速 。
1993年,我国与日本在北京房山区进行了为期两年的合作,专注研究干热岩发电的相关实验项目 。此后,我国团队开始了解各种干热岩的开采技术,独立研究相关的开发问题 。
2007年,中国能源研究会地热专业委员会和澳大利亚公司同样进行了两年时间的合作 。在这期间,两国专家来到可能含有丰富干热岩资源的地区进行调查,对收集到的样本进行分析检测 。
发现大庆市的地热资源分布面积达到了5000平方千米,这些地热资源是当时全市油气能量的一万倍。
2012年,国家高技术研究发展计划中为干热岩研究项目部署了四个课题,分别下发给我国四所高校,其中身为项目领头单位的是吉林大学 。