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[地球]来自地球深部的绿色能源

【[地球]来自地球深部的绿色能源】
地球是一个直径为6000多千米的实心球体 ， 从地面到地球中心的距离比从北京到海南岛2倍的距离还要远 。 地球由地壳、地幔、地核三部分构成 ， 整个结构就犹如一颗半熟的鸡蛋：蛋壳好比地球的地壳 ， 其物质状态为固态；蛋白好比地球的地幔；蛋黄好比地球的地核 ， 物质状态为液态 。 地表以下平均每100米温度升高约3℃ 。 科学家研究显示：地核与地幔边界的温度大约为3700℃ ， 而地核内部温度可能高达5000℃ ， 几乎与太阳表面一样炽热 。 因此 ， 地球内部蕴藏着惊人的热量 ， 其中一部分地热资源便以干热岩的形式埋藏于其中 。
一、干热岩是什么？
早期 ， 干热岩通常是指温度高于200℃ ， 埋藏于距地面2000米以下的无裂隙的岩体 ， 主要是各种变质岩或结晶岩类岩体 。 伴随着干热岩勘测和开发的深入 ， 干热岩的概念有了更为广泛的外延 。 只要岩体温度高 ， 埋藏深度合理 ， 内含流体较少（或不含流体） ， 能用各种技术手段提取其中的热量 ， 均可称为干热岩 。
干热岩属于地热资源的一种 ， 被誉为“来自地球母亲的温暖” 。 地热资源是一种来自地球内部的热能资源 ， 温泉便是我们日常生活中最熟悉的地热资源 。 关于地热的来源 ， 有多种假说 。 一种假说认为 ， 地热主要来源于地球内部放射性元素衰变释放出的热能 。 还有一种假说认为 ， 地热来源于地球自转产生的旋转能以及化学反应、岩矿结晶释放的热能 。 而在地球的发展演化过程中 ， 产生的热能总量超过地球散逸的热能 ， 巨大的地热能便储存于地球内部 ， 等待人们去开发 。
相比当前已开发利用的各类能源 ， 干热岩具有无可比拟的优势 。 与煤炭、石油和天然气等传统化石能源相比 ， 干热岩是一种清洁的可再生能源 ， 不会产生污染环境的有害物质 。 与太阳能、风能、核能等新能源相比 ， 干热岩的稳定性好 ， 不受季节气候昼夜条件的限制 。 此外 ， 干热岩的成本低 ， 干热岩发电的成本仅为风力发电的一半 ， 只有太阳能发电的十分之一 ， 和煤炭发电的成本相当 。
干热岩是无处不在的资源 ， 分布几乎遍及全球 ， 从理论上说 ， 随着地球向深部的地热增温 ， 任何地区达到一定深度都可以开发出干热岩 ， 因此干热岩又被称为是无处不在的资源 。 但就现阶段来看 ， 由于技术和手段等限制 ， 干热岩资源专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体 。 因此 ， 当前的干热岩开发更多地着眼于这些地区 ， 它们位于全球板块或构造地体的边缘 ， 构造活动剧烈 ， 是地球释放内部能量的主要区域 ， 地热资源十分丰富 。
我国干热岩分布广泛 ， 特别是东北地区、华北平原、东南沿海地区、西北地区均具有丰富的干热岩资源 ， 具有很大的开发潜力 。 以高温干热岩体的发现地青海共和盆地为例 ， 其干热岩理论资源量折合标准煤6303.05亿吨 ， 以其2%作为可开采资源量计算 ， 折合的标准煤是中国2016年能源消耗的3倍 。
干热岩不但储量丰富 ， 还可以循环利用 。 开发干热岩时 ， 加热产生水蒸气的过程会使岩石温度降低 ， 但地心的炽热岩浆会重新加热这些岩石 ， 从而实现干热岩的周期性循环利用 。
[地球]来自地球深部的绿色能源
本文插图

二、“石头”也可发出电来？
目前 ， 人们对干热岩的开发利用 ， 主要集中在干热岩发电 。 干热岩开发利用的核心是建立增强型地热系统（EGS工程） 。 首先从地表往干热岩体中打一眼井（注水井） ， 将井口封闭后 ， 注入高压清水 ， 此时井底能够产生非常高的压力 ， 该压力足以将致密的岩石压裂形成复杂缝网 ， 或将岩体中的天然裂隙扩张形成更大的裂缝；随着清水的不断注入 ， 裂缝不断增加、扩大 ， 并相互连通 ， 最终形成一个体积庞大的人工热储（类似一个巨大的鸟窝） 。 在距注水井合理的位置再钻几眼采出井 ， 通过控制井眼轨迹 ， 使采出井能够贯穿压裂缝网 。 整个EGS工程 ， 通过注水井（回灌井）将低温水注入到人工产生的、张开且连通的缝网中 ， 低温水与高温岩体接触被加热 ， 然后通过采出井便将岩石裂隙中的高温水、汽提取到地面 ， 取出的水、汽温度可达150～200℃ ， 通过热交换及地面循环装置用于发电 ， 冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用 。 整个过程都是在一个封闭的系统内进行 。


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