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中国探入地下5200米处,寻找人类用之不尽的资源,美国却已在开发

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4月8日,一条不太起眼的简讯被发布出来,相信很多人还没有注意到,但是这条简讯中蕴含的信息却非常丰富,或对我国未来在能源领域格局有重要的意义。

这条简讯的大概意思是这样,我国首口深度超5000米的地热科学探井——福深热1井,预计在4月8日将钻探到地下5200米,这个深度将刷新我国地热探井的最深记录。


此前,福深1号在地下3900米深度,获温度达150℃的地热资源储层,在5123米深度钻获温度达188.71℃地热储层。

我国科学家为何花费这么大的精力,要在地下打这么深的洞呢?那是因为地下蕴藏看不见的“宝藏”。


地下蕴藏着用之不尽的能源

地底下除了生产石油、煤炭和天然气外,其实还有一种容易被人忽略的能源,那就是地热能。地热主要来自地球内部放射性物质,在衰变过程中产生的热量,这些放射性物质主要有铀-238、铀-235、钍-232和钾-40等

这些放射性基本都是核裂变,虽然与太阳核聚变不同,但是其与太阳一样,可以源源不断的提供能量,理论上,只要地球在一天,那么这些能量就存在一天。

所以,地热能就是把地球内部看成一个巨大的反应堆,这个反应堆在数十亿年的变化过程中,已经趋于平衡,会不断的产生能量,这些能量即便人类不用,也会白白损耗掉。并且地热能与风能、太阳能和潮汐能等能量一样,都属于清洁能源。


有人可能会有疑问,地热能有什么用?

有句笑话是这么说的,科学技术的本质就是“烧开水”,如今的核电站、火力电站和核动力的船只等,其本质就是“烧开水”,只本质也是把水加热,形成蒸汽,转化成为机械能,进行发电,或者驱动船只前进。

既然本质是“烧开水”,那么就简单多了,只要把地底下的热能传导上来,就可以转化成为电力,而电力是目前这个世界的生产原动力。


有科学家推算过,离地球表面5000米深,所有岩石和液体的总热量,推算大约为14.5×10^25焦耳(J)的能量,把这些能量转化过来,大约相当于燃烧4948万亿吨煤所产生的热量。

以2023年为例,全球一年消耗的煤炭数量是85亿吨,光凭目前地热的能量,就足够人类使用58万年,这还是地球内部停止衰变的情况下。

现在的情况是,地球处于“中年”时期,也正是年轻力壮的时候,根据推算地球还有数十亿年代的寿命,那就意味着,地热能足够人类用数十亿年时间。


获取地热能的困难

既然地热能又清洁环保,并且理论上取之不尽,如果那么容易的话,早就实现了,也不用等到现在了。

确实,目前想要获得地热能,有一个横挡在世界面前的技术难题,这个难题说起来也简单,那就是“打洞”技术。

根据科学家们测算,在地壳中,深度每往下100米,温度会上升1-3℃左右。这是因为地形不同,导致地热分布不均,有些地方地壳薄弱一些,那么就不用钻那么深的井。


但是这种地热资源属于浅层地热能,许多温泉就是属于这种地热能,另外这种地热能也可以用来集中供暖。

但是这种地热能有个缺点,那就是这种热能主要是岩浆从地底深处携带出来的能量,因为离地表太近,储能能力并不强,如果人类把熔岩的能量榨净,就会慢慢变冷,也就失去了热能,这也是为何有些地方的温泉,在过渡开发后,就失去热量的原因。


而在地下深处的热能虽然丰富,但是涉及到一个问题,就是前面说的,需要深入地下深处,也就是需要钻井来获取。

目前认同的是干热岩发电技术,只要深入地下3-10公里,就可以获得150-650℃的温度,目前地热资源按照温度划分,我国一般把温度高于150℃的称为高温地带。

干热岩是一种不含水或者蒸汽的高温岩体,由于其深度低,并且温度高等特点,成为全球近些年来在地下搜寻的宝藏。


这点从地球曾经最深的钻井就可以看出干热岩的优势了,苏联人前后花费了20年时间,钻出一个深度达到12262米深的科拉深井。然而,后来测算温度,地下温度也不到200℃,其主要原因,是因为科拉钻孔下方不属于干热岩。

而如果是干热岩,那么只要4000米深度,就可以达到300℃的高温,这个温度的话,已经足够人类转化成为可用的能源了。


美国早就已经开发地热了

根据2010年一份世界地热大会统计数据,目前全球已经有78个国家在开发和利用地热资源,已经有27个国家已经在利用地热发电。

目前开发最早,世界上最大的地热电站是美国的盖瑟尔斯地热电站,其第一台地热发电机组于1960年启动,装机容量为11兆瓦,然后在10年间相继投入2号发电机组,容量13兆瓦、3号发电机组,容量27兆瓦、4号发电机组,容量27兆瓦。

并且在70年代相继投入了9台发电机组,80年代后又相继投入一大批机组,其中13号机组的容量达到了135兆瓦,其余都是110兆瓦。


从发现和使用地热能这方面来看,美国确实已经走在世界的前列,他们在上世纪中叶就已经开始大范围的使用地热能了。

从目前全球使用地热能的情况来看,主要是寻找干热岩,这是成本最低,收获最大的地热资源。但是在这一块,我国起步较晚。

2011年,中国地质调查局开展了中国干热岩资源潜力评估,结果显示我国干热岩资源丰富,可开采量巨大,具有较大的开采价值。


2014年,再次进行细致勘探,发现我国的干热岩主要集中在西北和东南方向,从2018年开始,相继开展了干热岩的钻探研究工作,这次福深热1井钻探,也是属于干热岩勘探研究的一部分。

从目前的结果上来看,福深热1井在5200深度,获得190℃左右的高温,不算高,但是用来发电也够用了。


结语:

从本文中可以看出,地热资资源是一个清洁,并且可以长久使用的资源,与其他传统的能源相比,其有着无可比拟的优势。

同时利用地热资源,也会面临着一些挑战,我国在这方面虽然资源丰富,但是起步较晚,美国已经开发应用了,而我国还处于起步阶段。虽然中国境内目前有6座地热电站,但是无论是规模,还是装机容量都与美国无法相比。

期望中国未来在这个领域多发力,能够更多的享受地热给带来的便利,享受到更多的清洁能源。

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