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地热利用—干热岩高效开采方法
来源:地大热能 2021-04-25

地球深部蕴藏着巨大能量,地心温度可高达数千摄氏度。地球通过火山、地震、地热等方式源源不断地释放内部能量。干热岩是深埋地下的、没有或极少量含有水或蒸汽的热的岩体,属于地热资源的一种。理论上讲,从地表向深部温度会逐渐增加,任何地区达到一定深度其温度都会高到足以开发出干热岩,所以我们说干热岩是无处不在的自然资源,是非常有潜力的可再生能源。

干热岩岩体的成分绝大部分为侵入岩,也可以是变质岩或厚度巨大的块状沉积岩,通过提取内部热量可以进行发电,因此其主要的工业指标是岩体内部的温度。
 

干热岩发电

干热岩具有资源量巨大、分布范围广、清洁无污染、安全、热能连续性好、利用效率高和成本低等优势,被认为是极具战略潜力的替代能源。

现阶段人类开发干热岩资源的方式主要为建造增强型地热系统(即EGS系统)进行发电。EGS系统的建立需要经过以下三个步骤:

(1)首先从地表向地下打一口数千米深的注入井,完井后将位于地面的井口封闭,向井中注水,憋出较高压力。若岩体致密无裂隙,高压水会使岩体产生许多裂缝,若岩体中有少量天然节理,高压水会使之扩展成更大的裂缝;随着低温水的不断注入,裂缝不断增加、扩大,并相互连通,最终形成像蜘蛛网一般的热储构造。

(2)在距注入井适当位置处再钻几口生产井,连接到人工热储构造的缝网中,然后通过注入井持续向建立的热储构造中注入大量的水。这些注入的低温水会沿着蛛网般的裂隙运动并与周围的高温岩石发生热交换,像锅炉加热暖气水一般形成高温高压水或水汽混合物,最终从生产井中被抽取至地面。

(3)到达地面的高温流体推动气轮机旋转,进而带动发电机转子转动发电;发电后的流体温度降低后,再通过注入井回灌到热储构造中,周而复始,实现水资源循环利用。 建成后的EGS系统工作过程如下图所示。干热岩发电原理与火电厂燃煤或燃气发电类似,都是用锅炉对流体进行加热,通过流体汽化后产生的蒸汽推动发电机进行发电,都是在一个封闭的系统内进行;两者间的区别是干热岩本身就是一个高温锅炉,只不过需要人类利用深井建立取热循环通道。

 

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