干热岩发电——莫错过第二个“春天”

经过两年的钻研和勘查并多次验证，处于青海省共和盆地中北部地下2230米处，发现埋藏浅并温度高的干热岩，据专家介绍，青海共和盆地处在秦岭昆仑造山带，是新生代断陷盆地。盆缘活动断裂，岩浆的岩发育，水热活动强烈，温泉密集，超过60℃的温泉6处，最高可达93℃，超过当地沸点（92℃），为沸泉。盆地内地温场孔深1709.56m，孔底温度可达97℃地温梯度高达6~7℃/100m。是正常地温梯度的2倍，地热增温随随深度增大而升高，推测3000m温度可达150~200℃，重力低异常推断基地凹陷与可控源音频大地电磁测深，地震反射波探推断基地界面深度不一致，并有磁异常反应，又经过钻探证实。由次认为重，磁异常为花岗岩引起。花岗岩为燕山期，进入花岗岩钻孔深部有热无水。故认为盆地存着干热岩，并且该岩体在共和盆地地底部广泛分布，仅钻孔控制干热岩面积已达到150平方公里，潜力巨大！是我国首次发现的可大规模利用的干热岩资源！

  昨天和朋友谈起新绿色资源的话题，他们对于干热岩还不是非常了解。干热岩（HDR），也称增强型地热系统（EGS），或称工程型地热系统，是一种可用于高温发电的清洁资源。有数据表明，地壳中“干热岩”所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。干热岩一般温度大于200℃，并且埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。这种岩体的成分可以变化很大, 绝大部分为中生代以来的中酸性侵人岩, 但也可以是中新生代的变质岩, 甚至是厚度巨大的块状沉积岩。干热岩主要被用来提取其内部的热量, 因此其主要的工业指标是岩体内部的温度。

  开发干热岩资源的原理是从地表往干热岩中打一眼井（注入井）,封闭井孔后向井中高压注入温度较低的水, 产生了非常高的压力。在岩体致密无裂隙的情况下, 高压水会使岩体大致垂直最小地应力的方向产生许多裂缝。若岩体中本来就有少量天然节理, 这些高压水使之扩充成更大的裂缝。当然, 这些裂缝的方向要受地应力系统的影响。随着低温水的不断注入, 裂缝不断增加、扩大, 并相互连通, 最终形成一个大致呈面状的人工干热岩热储构造在距注入井合理的位置处钻几口井并贯通人工热储构造, 这些井用来回收高温水、汽, 称之为生产井。注入的水沿着裂隙运动并与周边的岩石发生热交换, 产生了温度高达200-300℃的高温高压水或水汽混合物。从贯通人工热储构造的生产井中提取高温蒸汽, 用于地热发电和综合利用。利用之后的温水又通过注入井回灌到干热岩中, 从而达到循环利用的目的。

  利用地下干热岩体发电的设想，是美国人莫顿和史密斯于1970年提出的。1972年，他们在新墨西哥州北部打了两口约4000米的深斜井，从一口井中将冷水注入到干热岩体，从另一口井取出自岩体加热产生的蒸气，功率达2300千瓦。

  在法国东部阿尔萨斯地区地下几千米的地方，有一片温度高达200℃以上的花岗岩区。这个地方建立了第一座利用热岩发电的新型发电站。每年每1立方千米的热岩产生的热量，可发电25兆瓦，足够一座万人城市20年的用电量。

  我们的工作人员在青海省共和盆地某地钻下3眼深井，钻到地表5000米以下花岗岩的基岩中。发电时，用水泵以每秒100升的容量从中间的一眼井向地下灌冷水，井的直径为60厘米，迫使冷水进入地下热岩中，这些冷水被地下热岩加热约200℃。然后再用水泵将这种超高温热水从另外两眼井抽上来，一旦到达地面，超高温热水就被送入一个热交换器，并在热交换器中产生蒸气驱动涡轮机发电。水泵消耗的总电量，约相当于发电站发出电能的20%。

  为了使冷水充分吸收花岗岩的热量，就需要增加水渗入花岗岩缝隙的程度。虽然地下花岗岩非常坚硬，但也有裂纹。钻井后要用150个大气压力的高压水，从井口灌入，迫使高压水进入岩石裂纹，增大裂纹开口。

  利用干热岩发电的成本与以煤炭和天然气为燃料的火力发电站的成本大体相当，是风力发电的一半，只有太阳能发电的八分之一到十分之一。目前，欧美许多发达国家正在积极开展干热岩开发试验研究工作。当然这种高效率，绿色环保的资源开发，也须具备完善的设备与优良的学科团队，高新技术，并且拥有合格的专业性人才。