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为什么说干热岩才是地热能的未来?

日期:2018-12-24    来源:桔灯勘探

国际新能源网

2018
12/24
16:18

关键词: 地热能 干热岩 美国干热岩研究

  干热岩作为一种地热资源,在目前节能减排和新一轮的能源结构调整中,对于干热岩地热资源的开发极有可能成为“黑马”,发挥意想不到的作用。
 
  目前,国外已经进行了二三十年的研究,所以结合国际上已有的研究内容系统性来讲,希望有所借鉴吧。
 
  最早对干热岩进行研究的国家是美国。
 
  1974年, 美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室在美国新墨西哥州的芬顿山钻了第一眼深井, 拉开了干热岩研究的序幕。
 
  1987年, 法、德、英三国共同参与在法国的苏尔士地区开展了规模较大的干热岩生产实验研究,使干热岩资源开发技术逐步趋于成熟,该工程目前仍在运行。
 
  90年代,干热岩技术已进入了实际应用阶段,日本科学家取得了比较好的成绩。1996年, 肘折地区已开始发电运行。
 
  另外,世界上许多其他国家,如澳大利亚、新西兰、瑞士、俄罗斯等,也在90年代开始了干热岩的预研究与开发的技术准备工作。
 
  美国对干热岩的研究
 
  定义:美国科学家根据芬顿山的干热岩研究工作认为干热岩是埋藏于距地面2-3km以下、无裂隙、无流体、自然温度达于200℃的岩体。
 
  美国芬登山项目研究与开发经历了两个主要阶段,分别针对深度为2800m和3500m两个独立的干热岩储层。
 
  最深钻孔达4500 m ,岩体温度为330℃,热交换系统深度为3600 m,发电量由最初的3MW 到最后的10MW。
 
  第一段: 2.7-2.9 km: 180-200°C
 
  第二段: 3.5-4.2 km: 240-310°C
 
  ▼政策支持▼
 
  美国能源部推出了一项“地热技术和发展行动计划”(GTP),用于推动地热能的勘探和开发。仅在2008年,美国能源部就为地热能开发筹集了3.68亿美元的资金。在庞大的GTP计划中包含数十个技术项目,其中,又以“增强地热系统(EGS)”是最为主要的发展目标。
 
  ▼纽贝里火山EGS的开发▼
 
  第一阶段(2010-2011)
 
  数据分析
 
  低压注水试验,成像测井(BHTV),压力温度
 
  水文测试
 
  水力增产措施规划和模拟
 
  公共宣传活动
 
  诱发地震计划
 
  环境许可证
 
  第二阶段(2012-2013)
 
  地震传感器安装
 
  NWG 55-29水力增产措施
 
  生产井开发测试
 
  第三阶段(2014)
 
  大规模发电
 
  日本对干热岩的研究
 
  定义:日本科学家根据肘折地区的干热岩研究工作认为只要岩体的温度达到200℃,埋藏深度合理,内含流体不是太多(或者没有)能用干热岩技术来提取岩体中的热量,就把这种岩体称为干热岩。
 
  1990 年,在日本的肘折地区进行了干热岩试验,称为“肘折工程”,目的是研究适合于干热岩发电的关键技术。
 
  先后钻探了HDR-1, HDR-2, HDR-3等生产井,井间距为50-130 m。
 
  在1991年进行了一个注入井与3个生产井的综合地下水循环实验,在90天循环实验中,生产水温度为150-190℃。流体回收率为78%。
 
  利用双工质循环发电130 kW 。
 
  法国对干热岩的研究
 
  定义:欧洲一些科学家根据法国干热岩研究认为,埋藏于地面1km以下,温度大于200℃的岩体就可称为干热岩。条件无需过于严格。
 
  1986 年法国、德国在苏尔士开展岩体热能利用项目。
 
  第一阶段(1987~1992年)钻了两个2000m的浅井,对花岗岩上部进行了测试。
 
  第二阶段(1992~1999年),对深度3-3.5km温度达到160 ℃的双井热储系统继续了激发。
 
  第三阶段(1999~2009年)对深度4—4.5km温度达到200 ℃的三井热储系统继续了激发。
 
  第四阶段(2009~2008年)循环发电,评价了4-4.5km储层的长期性能。发电量达到1.5MW。
 
  ▼法国苏尔茨地热田▼
 
  澳大利亚对干热岩的研究
 
  2003年,“地球动力”公司在南澳大利亚Cooper盆地的沙漠中,钻探出了2个深度达4500m的深孔。
 
  2008年,又完成了钻孔“Habanero-3”并进行钻孔流动试验。
 
  2009年1月,建成一座1000kW 的示范电站,专为建站地点的小镇供电。准备3年后再钻9眼深井,建成一座5万kW的干热岩发电站。
 
  到2016年支持大约1万MW的发电能力。
 
  干热岩的分布
 
  ▲高热流花岗岩分布区干热岩资源分布▲
 
  ▲火山区干热岩资源分布▲
 
  ▲中国大陆控热新构造图▲
 
  ▲中国地热资源分布图▲
 
  干热岩的赋存
 
  干热岩的热能赋存于各种变质岩或结晶岩类岩体,较常见的岩石有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等。一般于热岩上覆盖有沉积岩或土等隔热层。
 
  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。
 
  干热岩赋存的地热地质学指标
 
  合适的干热岩体
 
  低导热率盖层
 
  高的地热异常
 
  合适的应力条件
 
  地体稳定区域/地震不活动区域
 
  我国陆区干热岩赋存的地质背景分析
 
  ▲中国大陆地区热流分布图▲
 
  重点地区干热岩资源勘查
 
  在我国陆区干热岩赋存的地质背景分析的基础上,优选出五处干热岩重点勘查地区
 
  ▲东南沿海居里面埋深图▲
 
  1
 
  广东阳江地区干热岩资源勘查
 
  2
 
  广东惠州地区干热岩资源勘查
 
  3
 
  福建漳州地区干热岩资源勘查
 
  4
 
  海南陵水地区干热岩资源勘查
 
  5
 
  湖南汝城地区干热岩资源勘查
 
  干热岩开发利用前景
 
  未来10-15年,EGS投入商业性运营
 
  至2050年EGS提供美国10万兆瓦的基本负荷发电量。
 
  ▲四井模式,开采最大流量为80L/s情况下电价与装机容量关系图▲
 
  ▲50年EGS示范工程总发电量和平均电价曲线▲
 
  注:四井模式(一个注水、三个开采),开采最大流量为80L/s,热提取率每年下降3%,垂向1km储层开采时间为6年后重新激发。
 
  干热岩的发展优势
 
  资源量巨大、分布广泛。
 
  初步估算,我国陆区3.0-10.0km深处干热岩资源为860万亿吨标准煤燃烧所释放的能量
 
  几乎为零排放。
 
  无废气和其他流体或固体废弃物,可维持对环境最低水平的影响。
 
  开发系统安全。
 
  没有爆炸危险,更不会引起灾难性事故或伤害性污染
 
  热能连续性好。
 
  在可再生能源中,只有EGS可以提供不间断的电力供应,不受季节、气候、昼夜等自然条件的影响。
 
  经济实惠。
 
  商业价值可观
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