金屬探測人員在進行作業(yè)的時候會經(jīng)常發(fā)現(xiàn),對地下的探測經(jīng)常會由于某種物質的存在導致信號錯誤,這種物質就是熱石,也就是干熱巖。它還是一種非常寶貴的自然資源,也許能夠改變世界能源的格局,可是針對該資源的開發(fā)已持續(xù)了數(shù)年,仍然無法商業(yè)化。
重要的地熱資源
地熱能是地質學中的一個很常見的概念,它是地球中產(chǎn)生和儲存的熱能,一定程度上決定了地球的溫度。地球的地熱能來自兩個部分,一部分大約占五分之一,是在地球形成時就出現(xiàn)了,剩下的部分則是地球原始礦物的放射性衰變。
地熱溫度很高,但是傳到地表溫度就會逐漸降低,這也是為什么我們摸地面感受不到熱度。這個概念叫地溫梯度,也就是地球核心與地表之間的溫度差,地熱的的熱量都儲存在地球的深處,接近地心。
干熱巖就是那五分之一,是地球形成時就出現(xiàn)的物質,它們位于地球內(nèi)部幾公里深處的干熱巖石。這些巖石持續(xù)地被其下方的巖漿加熱,因此具有較高的溫度,但它們的限制是沒有將熱量傳輸?shù)降乇淼姆椒ā?/p>
在這種情況下,技術上講,人類可以將水注入巖石,讓它升溫,然后產(chǎn)生熱水。這種熱水就可以作為人類使用的能源了,地面上的發(fā)電廠可以使用熱水產(chǎn)生的熱能來驅動發(fā)電機。而且熱水還可以循環(huán)使用,熱量傳遞給發(fā)電廠之后,可以作為涼水再次回到地下。
干熱巖的利用方式
人類利用地熱資源的歷史已經(jīng)很長了,地熱能的利用可分為直接利用和間接利用,直接使用就是直接開發(fā)地熱泉,用于取暖、沐浴和烹飪。在大多數(shù)國家,地熱能的主要應用是養(yǎng)魚、度假村和水療中心,還可以用于種植蔬菜、水果和花卉的溫室,以及家庭、工作場所的區(qū)域供暖。
而對干熱巖的開發(fā)則比較復雜,干熱巖開發(fā)首先是需要通過使用常規(guī)鉆孔進入深而熱的基底巖區(qū)域。一旦確定所選區(qū)域不包含斷層就可以繼續(xù)作業(yè),如果中間有斷層那么就無法承受壓力,需要立刻結束作業(yè)。
接著,第一個鉆孔將被加壓到足夠高的水平,以打開巖體,再通過連續(xù)泵送水,打開整個巖石儲層。這些儲層的打開會使地下產(chǎn)生類似地震的地質活動,可以被歸結為微地震,對于地震信號的分析可以幫助理解正在開發(fā)儲層的位置和尺寸。
最后,水在足夠高的壓力下注入儲層,壓力一定要大,以保證巖石能夠抵抗地球應力,同時又不能過大,過大的話巖石就受不了會崩裂。初始鉆孔最終會成為三井加壓水循環(huán)系統(tǒng)的注入井,這個井就是一個開發(fā)干熱巖熱能的根據(jù)地。
干熱巖開發(fā)為何難以商業(yè)化?
首先,從以上幾個開發(fā)環(huán)節(jié)就可以看出來,干熱巖的開發(fā)可以說每個環(huán)節(jié)都會出現(xiàn)問題,而且一旦出現(xiàn)問題就幾乎沒有補救的機會。比如在鉆井的時候如果發(fā)現(xiàn)巖石有斷層,那么就需要立刻退出,否則地下的巖石就會坍塌。
最后環(huán)節(jié)在往儲層加水的時候又必須有持續(xù)的高壓,同時要密切監(jiān)控,否則要么前功盡棄要么會產(chǎn)生比微地震更嚴重的后果。其次,在鉆探和測試之前,必須充分了解當?shù)氐牡刭|系統(tǒng),這些資源的開發(fā)也必須謹慎管理,以確保作業(yè)過程中不會出現(xiàn)不可逆的壓力下降。
壓力下降的后果就是開井地區(qū)的地面沉降。地震也是可能的后果之一,最著名的事件發(fā)生在2006年瑞士巴塞爾的一個干熱巖井上,在工作人員開始注水僅八天后,就發(fā)生了里氏3.4級地震,干熱巖井、干熱巖開發(fā)和地震之間有著很強的相關性。
最后,技術成本問題,干熱巖開發(fā)需要使用多種方法在巖石儲層內(nèi)部創(chuàng)造水的流動路徑,世界各地的干熱巖項目使用了水力、化學、熱力和爆炸等多種方法的組合,以確保熱能能夠被順利提取。
它并不是一項成熟的技術,而且需要多種技術的結合,世界各地的干熱巖開發(fā)項目已經(jīng)證明,這種綠色的、可持續(xù)的自然資源的開采成本、開采難度和開采風險都很高很大,甚至無法被準確地提前預估。
干熱巖開發(fā)和干熱巖發(fā)電系統(tǒng)于1970年在美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯首次被實驗性使用,隨后,澳大利亞、法國、德國、日本、中國和英國也進行了類似的實驗,不過該技術的商業(yè)化由于成本問題一直沒有真正實現(xiàn)。