高溫岩體地熱能的概念

高溫岩體(ti) 地熱能的概念

高溫岩體(ti) 地熱是地熱能——蘊藏在地球內(nei) 部的巨大天然熱能的一種，但是又不同於(yu) 一般的地熱能。一般的地熱指的是深度在3000m以內(nei) 的岩層熱（源），而“高溫岩體(ti) 地熱”指的則是深度在3000～5000m、溫度達150～350℃的結晶質岩石熱（源）。

　　地球是由地殼、地幔和地核組成的實心球體(ti) ，半徑達6370km。地殼是地球的外層，非常薄，約占地球內(nei) 部構造的1/200左右，大陸地殼平均厚度約35km，而海洋地殼僅(jin) 10km，薄處隻有7km；地幔是地球的中間層，厚達2900km，分為(wei) 上地幔和下地幔。由地幔向地核延伸，地震波突然中斷，表明地核處於(yu) 液態，地核總厚度達3473km。

　　地熱能的熱量主要來自地球內(nei) 部岩石和礦物中的放射性元素衰變所產(chan) 生的巨大熱量，這些放射性元素豐(feng) 度高、產(chan) 熱效率高、半衰期與(yu) 地球年齡相當，多集中在地表層數百千米範圍內(nei) 。有人曾估計，在地球的熱曆史中，地球內(nei) 部由放射性元素衰變而產(chan) 生的熱量平均每年為(wei) 5 萬(wan) 億(yi) 億(yi) 卡（5×1024cal/a），可見地球實在是一個(ge) 地道的熱球。還有人估計，若以燃燒世界所有的煤炭獲得的熱量為(wei) 基準，石油僅(jin) 為(wei) 煤炭的8%，核燃料為(wei) 15%，而高溫岩體(ti) 地熱資源則為(wei) 煤炭的1.7億(yi) 倍。正因為(wei) 如此，高溫岩體(ti) 地熱能受到世界各國普遍的重視。

　　關(guan) 於(yu) 高溫岩體(ti) 地熱能，早出自於(yu) 20世紀70年代石油危機後美國科學家提出的利用地下深層結晶質岩層中地熱能發電的建議，當時取名“熱幹岩體(ti) ”（Hot DryRock）。高溫岩體(ti) 地熱能的開發利用，簡單地說，就是鑽一些深井（3000～5000m 深）達到地下結晶質岩層，那裏的溫度一般可達150～350℃；采用相應的井下作業(ye) 措施（如射孔、爆炸、水力壓裂、酸化等），在高溫岩體(ti) 中造成具有高滲透性的裂縫體(ti) 係，也就是建造所謂的“換熱構造”或稱“人工熱儲(chu) ”；從(cong) 一口（或幾口）井注入冷水，經裂縫換熱構造加熱後，從(cong) 另外一些井采出熱水；在地麵上將這些熱水采用二元發電裝置，即用低沸點二次工質的有機朗肯循環，或用氨/ 水混合物作為(wei) 二次工質的卡裏納循環（Kalina Cycle）發電（圖3）。在有熱負荷的地區，進行熱電聯產(chan) ，也可以隻用於(yu) 供熱。

　　繼美國之後，英國、法國、德國、日本、瑞士、瑞典、澳大利亞(ya) 等國也紛紛開展同類型的現場試驗（見圖4），但名稱叫法不一。美國早稱“熱幹岩體(ti) ”（Hot DryRock），當時估計深層結晶質岩體(ti) 中沒有流體(ti) 存在；後來日本的鑽探發現，深層岩體(ti) 中，有的發育有較好的天然裂縫體(ti) 係，並存在有流體(ti) （地熱水），因而又稱作“熱濕岩體(ti) ”（Hot Wet Rock）；在澳大利亞(ya) 的試驗中，地下岩體(ti) 要經過人工壓裂處理，使其生成裂縫體(ti) 係，因而叫做“熱裂岩體(ti) ”（Hot Fractured Rock）。此外，瑞士稱作“深層地熱開采”（Deep Heat Mining），能源機構（International Energy Agency）1978年發起的研究項目稱“人造地熱能體(ti) 係利用”（Use of Man-made-geothermal Energy Systems）。美國在熱幹岩體(ti) 實驗項目後，對新開發的這種項目統稱“增強地熱係統”

　　（Enhanced Geothermal Systems），其中包含對現有常規地熱係統采取工程措施，增強其產(chan) 能或延長其使用壽命的內(nei) 容。總之，同類技術由於(yu) 研究與(yu) 使用的著眼點不同，衍生出不同的名稱。我們(men) 認為(wei) ，從(cong) 構建整個(ge) 地熱譜係出發，並區別於(yu) 中淺層的地熱利用，此項技術本文統稱為(wei) “高溫岩體(ti) 地熱能”，其英文仍循通稱HDR（HotDry Rock Geothermal Energy）。

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