文丨three 科普 编辑丨three 科普 2017年，国家高技术研究发展计划(863计划)再次聚焦了世界的目光，我国启动了＂清洁能源开发与综合利用关键技术研究＂项目，这一项目由吉林大学、中国科学院广州能源研究所、清华大学和天津大学共同开发。 中国科学院能源研究所 这项技术的成功应用将会改变世界的能源格局，并且还能彻底解决现有能源对大气的污染和减轻温室效应的作用，它就是我国在青海3700多米的地下钻获的温度在236摄氏度的干热岩。 那么干热岩究竟是什么呢？它和传统能源相比有什么优点呢？我们应该如何使用它呢？ 改革开放之后，我国经济发展水平越来越高，我国的国际地位也随之提高，但随之而来的是经济发展带来的各种环境污染问题，而这种对环境的危害需要生态系统经过几十年甚至几千年的时间来恢复。 生态环境 不仅如此，经济发展过程中使用的能源储备含量也越来越少，一些不可再生资源也在逐渐消耗殆尽，发展新能源是一个国家能够实现经济可持续发展的重要手段，而近几年就出现了各式各样的新能源。 干热岩就是其中一种，它分布在世界各地，虽然它深埋在千米之下的地底，但是资源量却十分丰富，干热岩的储量相当于近五千万亿吨的煤炭资源，并且它所蕴含的能量是全球所有石油、天然气和煤炭资源的30倍。 干热岩 目前全球对干热岩的开发项目已经多达40多个，美国在石油危机的驱动下首次对干热岩进行开采。 他们先是提出了对干热岩发电的技术理论，采用特制的钻机向地下打两个钻井，找到干热岩的地方后，使用高压水流的办法使两个钻井之间的岩石产生裂缝，目的是在两个钻井之间形成通路，然后对一个钻井注水，水遇到干热岩后就会被加热，此时的热水和在加热过程中产生的蒸汽使用水泵通过另一个钻井抽取出来。 抽出来的热水和蒸汽不仅可以用来发电机发电，也可以直接用来供暖，基于这种开采理论，美国在新墨西哥州的芬顿山进行了实际开采，这里的地热增温率达到了每公里65摄氏度。 与美国不太一样的是，我国研究出另一种开采方法，只需要使用钻机向地下深处钻孔，在孔中安装一种金属换热器，直接将地下干热岩的热能导出，通过地源热泵系统就可以实现向地面供暖的功能。这不仅是我国提出的开采干热岩的理论知识，更是在实践中取得了成果。 比如我国陕西的一个清洁热源公司就采用了这种技术，并且已经成功在陕西省实现了商用，据有关数据表明，干热岩这一技术在该项目中为各种住宅或商业场所供暖的面积已达近4万平方米，并且供暖效果十分显著，这也成为了开采干热岩资源的一种新方案。 虽然干热岩供热或者发电优点有很多，但由于技术的限制，目前在市场应用中仍然存在很多困难，干热岩开采技术属于新技术也缺乏相应的政策、法律法规的支持，所以希望以后干热岩的开发可以得到土地、水务和市政等有关部门的支持。 近几年美国还提出了增强型地热系统技术，它的理论是在基于开采 干热岩的基础下将热水提出发电使用之后，再将降温后的水通过钻井重新注入到地下，从而形成一个闭环，可以达成循环利用干热岩资源的目的。 在这个理论中，开采干热岩的过程不仅不会有废气排出，更不会发生灾难性事故，并且美国将这一技术已经应用到实际，全球已经建设了增强型地热系统工程达到了几十个。 美国干热岩发电项目 基于美国提出的增强型地热系统技术， 2020年我国科学家在干热岩超长重力热管取热方面取得了重大突破，解决了美国增强型地热系统工程造价高工作质量损失严重的问题，并且目前在河北省已经成功开展了实验，持续采热近200千瓦。 之后我国科学家在青海盆地钻获了温度高达236摄氏度的干热岩体，作为我国首次钻获的干热岩体，这次实践的成功代表着我国开采干热岩热能技术的重大突破。中科院的专家还认为我国青海发现的干热岩将会成为地热资源的佼佼者，并且干热岩还是当今最具应用价值和利用潜力的清洁能源。 作为一种新型能源干热岩的成分变化很大，它大部分是侵入岩或者是新生代的变质岩，它是一种温度大于200摄氏度的高温岩体，常存在于地下数千米处，它的内部一般不存在流体，即使有也是致密不透水的流体。 干热岩的存在原理是因为我们地球内部蕴藏着巨大的能量，地心的能量通过火山、地震等方式源源不断地向外释放，干热岩就属于地热资源的一种。 理论上来说，地心温度是均匀向外散发的，所以干热岩分布在世界各个角落，但现如今全球对干热岩的开采不多，主要有两个方面的原因。 一是因为干热岩虽然在全球各地都有分布，但由于地质原因有些地方无法进行开采，比如很深的海沟还有类似喜马拉雅山脉这样高度的地方，我们是无法进行开采的。 二是由于我们现在的开采技术达不到，对于干热岩的开采。 我们经常选择的地方是那些地表浅部并且温度高的地区，它们一般位于板块构造地区的边缘，地质活动比较频繁，是地球释放内部能量的主要地区，所以干热岩的资源也很丰富，同时这些地区的开采难度不大，可以使我们获得更高的经济价值，例如我国的华北平原和东北地区等都具有丰富的地热资源。 既然干热岩属于一种新型能源那么它与其他能源相比有哪些优势呢？ 首先干热岩资源利用率很高，它的发电效率可以达到73%，远超太阳能发电和风力发电的发电效率，在新型能源的利用率中表现十分优秀。我国干热岩资源总量占全球的六分之一，即使我们只能利用其中的2%，那也能达到我国全国能耗总量的四千多倍。 其次干热岩的稳定性很好，传统的新能源比如风能，它的利用率不仅受天气影响比较大，还会因为地区差异而受影响，可提供风能的地区并不多，同理太阳能和水力发电都有这样的问题。 而干热岩不同，它深埋在地下，属于地热资源，不仅不会受天气、季节和昼夜等自然条件的影响，还会保持稳定输出，在对它进行开采利用的过程中，没有废气和其他废弃物的产生，所以干热岩的开采过程与传统能源相比，对环境的污染很小甚至可以说是零污染。 因此与其他能源相比，开采利用干热岩的安全性更高，不可能造成大范围的灾难性事故，尤其是与核电站相比，如果核电站发生事故，那对于本国甚至其他国家都会是一场巨大的灾难。 核电站 远的比如切尔诺比利核电站事故，事故导致的核辐射直到今日也无法消除，切尔诺贝利地区甚至需要经过几百年甚至上千年的恢复，具有高辐射性的污染物对该地区周边的生态环境带来巨大打击。 近的比如大家比较关注的日本福岛核电站事故，日本无法处理事故产生的核废水，所以才做出要将核废水排入太平洋这样毫无责任感的行为。 日本福岛核事故 但在开采干热岩的过程中，不会有爆炸或者其他灾难性事故的发生，所以利用干热岩发电的安全性更高。 开采干热岩还有一个好处就是成本很低，在开采过程中仅需要在前期投入一些资金作为基础建设，也不需要投入燃料费等，到后期运行就不需要什么要投入了，所以利用干热岩发电的成本要远低于火电等。即使与太阳能发电的成本相比，它也仅为太阳能发电成本的十分之一。 太阳能 干热岩还可以实现循环利用，在开采过程中使用冷水将干热岩的热能吸收，岩石的温度就会降低，如果选定一处进行干热岩发电，那么它可以连续工作几十年，当这里的相关设备关闭后，地心会将内部的热能重新给这些岩石加热，几十年后这个干热岩发电站就又可以继续开采热能，同时我们也不用担心这几十年的时间会被白白浪费掉。 随着技术的进步，我们可以在这几十年间对发电站的设备进行更新或者维护，为下次开采干热岩做准备，这样就可以实现安全并且循环利用干热岩，同时这一技术不仅可以应用到开采干热岩中，还可以应用到其他开采地热水的工程中。 虽然全球各国在开采干热岩中都取得了很大的进步，但是想要利用干热岩来实现大规模发电，我们仍需要努力。 干热岩资源作为世界清洁能源之一，对于我们这样的能源消耗大国来说，不仅可以带来经济利益，还可以保护我们的生态环境，促进我国经济可持续发展，所以开采干热岩是十分有必要的，而可持续发展最终的受益者也就是我们人类自己。