在煤矿工作的人常常体验到,外面寒冷的冬天与井下的炙热形成鲜明对比。当他们沿着罐笼向下移动,抵达数千米深的作业面时,岩石的高温常让人感到不适,但很少有人思考这种热能是否可以被利用。事实上,这种热源不仅存在,而且其潜力远超煤炭。初步估算,地球内部的热能相当于全球煤炭储量的400亿倍。中国的地下也藏有这样一座巨大的热能库,只是我们之前未能有效利用。
这股热的来源主要有两方面。首先是地球形成时遗留下来的余热,其次,岩石中的铀、钍、钾等放射性元素在持续释放热量。从人类历史的视角看,这一热源几乎是永恒的,而且无需不断添加煤炭。随着深度的增加,地面下的温度普遍上升,大约每100米增温3摄氏度,深达几千米的地方,温度可能超过150摄氏度,甚至达到200摄氏度。而矿工们所感受到的酷热,其实才是接触这一能源宝库的开始。
根据中国地质调查局的估算,位于大陆3至10千米深处的干热岩资源可折合为约856万亿吨标准煤。如果能够提取其中的2%,将相当于2010年全国能源消费的4400倍。干热岩是埋在地下的高温岩石,几乎不含水,分布在青藏高原、东南沿海及华北等地区。尽管这份资源丰富,为何至今还未得到充分利用呢?难点在于“干”和“硬”。
与煤和石油易于开采不同,干热岩的热量被锁在坚硬的花岗岩中。为了提取热量,需要打入几千米深的井,同时将水注入岩石内部制造裂缝,让水流经过吸热后从另一口井抽出。面对数百摄氏度的花岗岩,钻头磨损快,设备容易受损,深井的钻探费用往往高达数百万。如果钻探方向偏离或温度不足,前期投入将得不偿失。这也是全球干热岩开发多停留在实验阶段的原因之一。
中国在青海共和盆地首先开启了干热岩的开采。地质队员在3705米的深度发现了236摄氏度的干热岩,随后该地区开展了试验性发电,探索热源的利用方式。去年,海南在海口打出福深热1井,这口深达5000米的探井在4500米处测得236摄氏度,进一步验证了东南沿海的热能储备。
在新疆塔里木盆地,中国石油完成了亚洲首口超过一万米的直井,该井具备高温高压钻探技术,这一技术也适用于深层地热开发。与此同时,浅层地热早已在许多地区普及。河北雄县十多年前便通过地下热水供暖,取缔了很多燃煤锅炉,成为“无烟城”。天津和陕西西咸新区同样也在积极推进地热供暖,应用各自的创新方法提升资源利用效率。
深层地热开发的重要性体现在其稳定性上。与风电、光伏等依赖自然条件的能源不同,地热能源在任何时期均可稳定供应。地热发电站每年可运行七八千小时,能够为电网提供可靠的支持,替代部分依赖煤电的供应方式。其他国家如冰岛和肯尼亚也已证明地热能的有效利用。
然而,地热开发的道路并不平坦。韩国曾因干热岩试验电站引发地震,导致项目被迫停工。这表明,如何掌控高压注水所带来的影响是各国坚持究研的重要课题。
回顾那些曾在井下辛苦工作的矿工,当年他们所排斥的热量,如今却成为科学家们所追求的宝贵资源。地下这座能源库大门已微开,未来的开采深度和领域,将依赖于技术的进一步突破。
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