地热能源：藏在地下2万米，其中能量或许可供人类使用数十亿年 - 行业动态

远在45亿年前,当地球刚刚形成的时候,一个火热的新生婴儿诞生了。地球内核的高温岩浆翻滚沸腾,散发出无比旺盛的热量。在整个地球,到处都弥漫着火山的硫磺气息。滚烫的岩浆不断从地幔喷发出来,灼热的热流遍布地表。

在那个原始而混沌的时代,整个世界就是一锅沸腾的热浆。无数火山在地表不断喷发,岩浆激烈碰撞,飞溅的火星点燃周围的植被。沸腾的热浆将岩石融化,巨大的气泡不断炸开,发出隆隆巨响。高温和强酸强碱的环境孕育了最原始的生命。

在漫长的时光里,地球逐渐冷却,表层岩石逐渐固化。但在地壳深处,依然蕴藏着那原初的热量。岩浆的流动仍在持续,在地幔的推动下,巨大的地壳板块开始漂移,不稳定的环境催生了种种变革。

当今时代,地球表面已然是一个成熟稳定的星球。但在地壳深处,45亿年前的地热仍在持续,源源不断地提供着能量。这股力量孕育了生命的起源,也将引领生命的未来。

时至今日,当年翻滚的岩浆已沉寂于地球的内核,表面只剩下断断续续的火山喷发,提醒人类这个星球的火热起源。然而,在地壳的深处,仍然蕴藏着当年地热的余温。

据专家研究,全球大约有80个国家被发现拥有可开采利用的地热资源,总储量高达4626亿吨标准煤。这个数字令人震惊,几乎可以提供全人类数万年的能源需求。最丰富的地热资源分布在北欧国家,如冰岛、挪威等地,几乎全部家庭都依靠地热供暖和发电。

我国也拥有非常可观的地热资源,尤其是在西南诸省区,储量达1000亿吨标准煤之巨。东北黑龙江和内蒙古的地热资源也较为丰富。华北、西北等地均有分布。这些地热资源中,有中高温的,也有低温的,按特征还可以分为储热型和传热型。

这样丰富的地热资源足以改变一个国家的能源格局。由于地热来源稳定、清洁,如果能够成功开发利用,不仅可以拥有源源不断的电力,还可以实现区域供暖、支持农业等多种用途。这股源自地球深处的热量,仿佛一份埋藏已久的馈赠,等待人类智慧来发掘、运用。

当人类意识到地壳中蕴藏的丰富地热资源后,探索与开发的念头油然而生。上世纪70年代,苏联决定在科拉半岛启动一个超深层钻探计划,目标深度达到7-14千米,预计5年内完成。这是人类历史上第一次大规模开采地热资源的尝试。

组织这项计划的是苏联科学院地球物理研究所,他们选址科拉半岛,是因为这里地下热流异常强烈。科学家们拟定了详细方案,制定了先进设备,一个由地质学家、地球物理学家和工程技术人员组成的大型探险队全副武装出发了。

“这是一次伟大的科学冒险,我们将开启利用地热资源的新纪元!”队长弗拉基米尔在出发前对队员们讲话,全队人心澎湃,士气高昂。

然而,他们万万没有想到,这个看似悬念已定的计划会在接下来的日子里屡屡受阻,甚至成为一场失败收场的噩梦。首先,钻杆很快就被地层岩石卡住,被迫停止在7千米深处。科学家们经过反复讨论,决定继续尝试。但就在钻至12千米时,钻头再次脱落,探险陷入停滞。

队员们陷入了低迷,但弗拉基米尔鼓舞道:“伙计们,失败只是暂时的,我们不达目的誓不罢休!”于是几次修整后,大家重新出发,但遗憾的是,即使做了种种努力,钻孔最终深度也仅为12.26千米,远未能达到预期目标。

虽然结果不尽人意,但是这次尝试对人类开发地热提供了重要经验。也让大家认识到,要成功开发地热资源,仅凭勇气与决心还不够,还需要持续的科技创新与突破,这条路任重而道远。

苏联科拉半岛钻探计划的失败,暴露出地热资源开发过程中的种种技术瓶颈与困难。主要体现在以下几个方面:

第一,地层岩石越深越硬,对钻探设备的耐久性与硬度提出严峻挑战。地表至上地幔的厚度平均为17千米,地表附近的岩石相对松软,但向下则是越来越难对付的硬岩。常规钻头很难对其进行有效、持续的破碎。

第二,随着深度的增加,地下温度与压强也在快速升高,给材料与设备的抗高温能力提出新的考验。钻头与岩石的持续高速磨擦也会产生大量热量。

第三,单纯依靠提高钻探设备性能来支持更深探险的效果有限。例如俄罗斯在萨哈林油井使用了当时最先进设备,也仅仅挖进1.5万米就无法继续。

第四,高温高压极端环境增加了钻井过程中的安全风险,一旦发生事故,救援难度很大。

第五,超深层钻探需要巨额投入和长时间周期,且收益难以预测,投资回收期长,商业化难度大。

正因为存在这些技术障碍,地热资源开发任重道远。仅仅依靠传统机械钻探是远远不够的,还需要持续的科研投入和技术创新,才能逐步改善这一困局,让人类获取地热资源的梦想成为现实。

在地热资源开发领域探索多年后,终于出现了一线曙光。2022年1月,美国一家名为Quaise Energy的创业公司宣布,他们研发出了一种使用微波技术进行岩石钻探的新方法。这个消息一出,立刻吸引了业内的广泛关注。

这家公司由地质学家与电工工程师联合创立,通过多年研发,他们设计制造出一种微波钻头,可以发出特殊频率的电磁波,利用波的能量来震碎岩石。这种钻头不需与岩石直接接触,避免了磨损问题,理论上可以持续工作。

诚然,微波钻探技术并非全新的概念,早在上世纪就有相关尝试。但Quaise Energy成功的创新之处在于,他们找到了具有较强穿透力的电磁波频率,并设计了实用化的微波钻探设备。这相对传统机械钻探来说,在困难地层具有明显优势,能够有效提高钻进效率。

但是,距离商业化利用还有很长的路要走。这个公司已经完成了三轮融资,但从理论到实践的鸿沟并不容易跨越。实际钻探中,微波装置的功率、频率控制都需要精确调试,与机械钻头的配合也需演练。更关键的是,开采后的地热资源衰减风险依然存在。

尽管如此,这项技术的出现还是让行业对地热开发未来抱以兴奋与期待。人类开拓地热资源的历史,也许正站在一个崭新起点上。让我们拭目以待,见证科技如何开启地热的新纪元。

对于地热资源的开发,中国也做出了积极探索。我国陆地地热资源的总储量约合2600亿吨标准煤,居世界第四位,主要分布在西南、东北和华北三大板块。

西南地区尤为丰富,以云南省为例,就拥有约1000亿吨的储量。四川、贵州、西藏等省区也有可观资源。东北地区以黑龙江和内蒙古的资源较多,华北则以河北张家口和北京延庆等地层最丰。

从类型上看,中国地热资源可以分为高温、中温和低温三类,以及储热型和传热型两类,种类较多。高温资源主要分布在西南,中低温资源分布更广。

当前,我国地热开发以发电为主,兼及供暖、温室种植等用途。已经建成多个地热发电站,总装机容量达到3.6万千瓦,约占可再生能源发电量的5%。较大的地热电站有西藏羊八井、四川德格、云南程海等地。北方城市也建有地热采暖系统。

可以看出,我国地热资源开发还处于起步阶段,仅仅触及资源的零星部分。要实现大规模、深层的开发利用,仍需持续技术突破。但前景可期,中国科研力量充沛,定能开启地热新纪元。

地热资源开发是一个系统工程,既需要科技创新,也需要制度创新。回顾历史,我们看到地热之路虽坎坷,但每个国家都在持续积极探索,因为地热的巨大潜力值得人类不懈努力。

展望未来,人类智慧一定能够打开通往地球之心的大门,让这一清洁、稳定的天然恩赐造福社会。让我们保持热情和毅力,一步一个脚印推进地热科技进步,相信人类终将迎来地热的春天。当这一天来临时,世界将迎来能源的转型升级,人类文明也将翻开崭新的一页。

来源：百度播报文章