山東發現新能源“乾熱巖”可供中國使用3800年，乾熱巖是一種埋在地下3到10公里處，溫度大於200攝氏度，內部不含水或蒸氣的緻密熱巖體。山東發現新能源“乾熱巖”可供中國使用3800年。
山東發現新能源“乾熱巖”可供中國使用3800年1
最近，一些自媒體聲稱，山東發現新能源“巨大寶藏”，儲量大約相當於180億噸煤炭，可供中國使用3800年。這裏所說的寶藏，是一種地殼較深處的高溫巖體——乾熱巖。在全球經歷了一個缺煤、氣荒的2021年之後，如果在我們腳下就埋藏着如此海量的能源，那無疑是驚天動地的大事件。
事實上，這個“發現”並不是最近的事。早在2016年，就有權威媒體報道，山東省第一地質礦產勘查院發現了中國東部賦存條件最好的乾熱巖。該勘察院水文地質所主任景曉東預測，僅在威海市文登區一處，高溫乾熱巖的能量即使只有2%被利用，便可供山東全省使用38年，“其效益不亞於找到一座大型金礦。”
（資料圖片）位於法國的蘇爾茨項目，是迄今爲止全球最成功並穩定商業發電的乾熱巖開發項目。
到了2019年，有媒體報道，該項目也在山東日照市莒縣、五蓮縣一帶發現乾熱巖富存區，資源量摺合標準煤總計超過187.79億噸。2017年到現在，中國煤炭消耗量平均每年在40億噸左右，因此，假設山東蘊藏的乾熱巖能量相當於187.79億噸煤，也不可能供中國使用3800年。但更爲關鍵的是，山東真的找到了這樣一座地下“金礦”嗎？
對於這類新聞，中科院地質地球所地熱資源研究中心主任龐忠和表示，這屬於嚴重地誤導公衆。雖然乾熱巖儲量大、無污染，但它是一種開採難度極大的地熱能。放眼全球，真正運行得較爲成功的項目，也屈指可數。中國現在並沒有乾熱巖的開發技術，只是處在調查和基礎研究階段。
儲量比煤、油、氣多30倍的清潔能源
按照地熱學的基本規律，越靠近地球深部，溫度越高，地表往下每走一千米，地球平均大約增溫30℃。因此，可以想見，只要能夠開採得足夠深，地球可以給人類回饋的熱能資源儲量，無疑是巨大的。一個學界常引用的說法是，地殼中距地表3~10千米深處的乾熱巖所蘊含的能量，相當於全球石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍。
德國卡爾斯魯厄理工學院教授、地球科學研究所地熱能部門主席托馬斯·科爾告訴《中國新聞週刊》，距地表3千米以下的地殼，主要由火成岩和變質岩組成，它們的特點是有足夠的溫度，但缺乏孔隙，這些巖體並不是真的“幹”，流體含量只是不夠。比起溫泉、地熱水井這類地熱形式，乾熱巖型地熱資源，佔據了絕大多數地球熱能。
1970年代的美國，正值遭遇全球石油危機時期，對乾熱巖的開發，也就從那時的美國開始。目前爲止，全球已經開展了約64個乾熱巖實驗或開採項目。
中國的乾熱巖調查工作，是從“十二五”期間正式開始的，這與當時中國開始重視霧霾治理、改善大氣環境的背景密不可分。因爲乾熱巖如果可以大規模開發和應用，將是一種資源含量非常巨大的可再生清潔能源。
乾熱巖將來主要的用途是發電。由於乾熱巖的溫度很高，發電過後的尾水還能達到70~80攝氏度，相當於普通地熱水，能再次用於供暖、製冷。乾熱巖不僅體量巨大，而且，用於發電幾乎是零排放，又比風能、水能等清潔能源更加穩定，不受氣候影響。文獻還指出，一處乾熱巖發電站使用大約20年後，巖體溫度會下降，不能繼續使用，但是地心岩漿會再次“加熱”這些岩石，幾十年過後，熱能便可再次利用。
2012年，“863”項目“乾熱巖熱能開發與綜合利用關鍵技術研究”立項，拉開了乾熱巖尋找與技術研究的序幕。2014年10月，中科院地質與地球物理研究所對青藏高原共和盆地兩處勘探孔地熱溫度做了測試，發現地下2880米處，花崗岩體溫度達到181℃，是中國首次探明的乾熱巖資源。
中國地質調查局水文地質環境地質研究所研究員王貴玲等人於2012年發表在《地球學報》的文章便進行過儲量估算，給出的結果是：中國大陸3～10千米深處的乾熱巖資源，相當於860萬億噸標準煤，按2％的可開採資源量計算，相當於當時中國能源消耗總量的5200倍。
乾熱巖因此被認爲是未來煤炭、石油等化石能源枯竭後，最具潛力的戰略接替能源。根據王貴玲等人2020年發表的論文《中國地熱資源現狀與發展趨勢》，中國現在已經圈定了12處乾熱巖勘探點，開展開發實驗，並追蹤國外技術。
2019年，河北省煤田地質局組織的乾熱巖勘查項目稱，在唐山市馬頭營3965米深度，鑽獲了京津冀地區埋藏最淺的乾熱巖，估算4500米以淺、195平方公里範圍內，遠景資源量摺合標準煤爲78億噸。2021年年中，該項目開展了乾熱巖試驗性發電。
2022年1月，江蘇泰州“蘇熱1井”乾熱巖項目開始進行壓裂試驗，該項目由江蘇省自然資源廳投入4630萬，是江蘇第一個乾熱巖預查驗證孔。據泰州地區初步估算，其乾熱巖資源含量摺合標準煤196萬億噸。
龐忠和參與了許多國家地熱能相關的戰略規劃和標準制定，這兩年，他感到乾熱巖得到的關注越來越多了。2020年，是中國“碳中和”元年，地熱作爲五大非碳基能源之一，得到了更進一步的重視。2021年，在中科院重大諮詢項目“中國碳中和框架路線圖研究”中，乾熱巖的開發就是專題內容之一，與地熱能開發有關的高層會議也不少。
王貴玲曾在接受媒體採訪時將乾熱巖開發比喻爲“給地球安裝插頭”，如果能夠成功地裝上這個插頭，唾手可及、源源不斷的能源將不再是妄談。
儲量不都等同於資源
近些年，很多人找到龐忠和，問他，想投資乾熱巖，應該去哪兒開採？他通常會跟對方說：你先別考慮投資了，風險太大，有可能血本無歸。
並不是人們想象的那樣，隨便在地球上選一個點，往深處鑽探，就能得到乾熱巖。龐忠和說，按照定義，溫度在180℃以上，巖體含水量特別少或不含水，在現今的技術、經濟條件下能夠開發利用的地熱能，才能被稱爲乾熱巖資源。
他強調，如果溫度沒有達到180℃，開採不可能划算，而最後一條，能夠開發利用也很重要，否則就不能被稱爲資源。往深處鑽井，普遍能找到地熱。人們都知道地心溫度超過6000℃，但是不可能被利用。前幾年，鬆遼盆地的一處勘探井，在7018米深處發現了240℃的高溫地熱，龐忠和說，這不叫乾熱巖資源，因爲太深了，不可能開發。當不具備經濟或者技術的可行性時，談多少儲量，也就沒有意義。
乾熱巖的分佈並不一定是同一深度，因此，地下3千米還是4千米，只是一個大概範圍；即便同一深度，地質構造、巖體溫度也是千差萬別，學界稱之爲“開採條件評價”。
龐忠和說，在美國西部，兩千米以下的地殼，地熱就能達到200℃。但在中國，在華北、東北、東南沿海等區域，要達到180℃，普遍要鑽井達到6千米，這就超出了當前技術可以開發、成本可以承受的範圍。山東省的乾熱巖，就屬於這種埋藏條件。
因此，對於山東聲稱“可供全省使用38年”的乾熱巖能源，龐忠和看了該區域地下溫度分佈曲線之後發現，其地熱溫度來自於局部斷裂的地質構造，該斷裂把深部的熱能通過熱水帶到淺部，使得地殼淺部出現一段異常的高溫，但是再往深處開採，溫度並不會在這個異常高溫值基礎上繼續增加。
從資源勘探的角度來說，位於青海的共和盆地是中國目前乾熱巖開採條件最優質的地方。龐忠和說，這裏大約地下4千米的深度，地熱溫度能達到200℃，再繼續往深部走，溫度也隨之增高，大約每一千米能增加45℃。2010年之後，全球新啓動的10個乾熱巖開發項目中，青海共和項目也是備受關注的一個。但能否實現商業化開採，則是另外一回事。
2003年，位於澳大利亞庫珀盆地的乾熱巖開發項目立項，體量屬於全球最大。該項目在4千米深處，能鑽獲的地熱溫度達到250℃，但由於鑽井難度大和出口處蒸汽高溫不能有效維持，迄今爲止一直沒有實現商業化，政府也不願再出資。
在歐洲，位於法國的蘇爾茨項目，由德國、法國、英國聯合開展，是目前爲止，全球最成功並穩定商業發電的乾熱巖開發項目。蘇爾茨項目有4口鑽探井，在5千米的深度，獲得的溫度爲200℃。不過，龐忠和告訴《中國新聞週刊》，這個項目的投入和產出是很不划算的。歐盟爲其注資了上億歐元，但該項目現在加起來的能源出力，大約是兩個兆瓦。
尚沒有出現顛覆性的開發技術
2010年，龐忠和參加了中國科學院院組織的“中國能源路線圖2050”制定工作，關於深層地熱能的開發，包括乾熱巖，預計工程化的時間節點是2035年。現在看來，這個時間線的判斷是基本合理的，龐忠和說，目前這個領域並沒有出現顛覆性的技術。
開發乾熱巖的技術被稱爲增強型地熱系統（EGS），是指通過水力壓裂等工程手段在乾熱巖體中形成人工地熱儲層，採出大量熱能的人工地熱系統。儲層是油、氣、水等物質儲集和流動的岩層空間。
美國曾將EGS技術列爲最爲重要的新能源技術之一，開始進行研究。但乾熱巖項目的“鼻祖”，1973年在美國新墨西哥州開展的芬頓山項目，最終也因經費、技術等問題被迫停止。
龐忠和介紹，地熱的開發利用，就是跟地球進行換熱，這個過程如果用流體進行，會比沒有流體的傳導式換熱，效率至少高3~5倍。因此現在的地熱開發，主要是通過抽水把熱能帶上地表來，成本才經濟划算。而在地表4千米往下，地球的裂隙愈小，物質結構越緊密，基本上含水量特別低，不具備水熱型地熱開發的條件。
除了深部鑽探、壓裂的高昂成本與技術困難，另一方面，乾熱巖的開發還會因爲不時誘發地震，成爲開發乾熱巖時的一個重大安全問題。龐忠和說，因爲壓裂巖體時需要施加巨大的力量，對天然的應力場有比較明顯的'改變，再加上乾熱巖開發本身就偏愛有天然裂隙構造的地方，人工活動會讓裂隙活化，兩種情況都可能導致地震。
在瑞士第三大城市巴塞爾，市中心有一口廢棄的鑽探井，是這裏曾經試圖開發乾熱巖留下的痕跡。龐忠和曾造訪過，他說，2004年左右，項目的壓裂過程誘發了微小地震，最大震級約有3.5級，引發了周邊居民的不滿。他們起訴開發商，最後，以開發商賠償幾百萬歐元、項目破產而告終。
不過，即便乾熱巖的開發仍然處在非常初級的階段，科學家們認爲，對於這種高難度能源開採的探索，能夠爲地熱能的全面開發，奠定通用的關鍵技術。例如，將EGS技術應用到淺一點的地層，比如說4千米以上的中深層，將原有的巖體裂隙增加、擴大，就能加大流體循環效率，能夠置換出更多熱源，學界稱之爲“人工增強”。
龐忠和舉例，世界上最大的地熱電站位於美國西部加利福尼亞州北部的蓋瑟斯鎮，過去大約有500兆瓦的發電能力，得益於這套人工增強技術，再抽取附近的湖泊水進行熱交換，一下子將裝機容量提高到750兆瓦，效率增加了大約40%。
“人類早已能夠登上月球，但對地下的探索卻很少。”曾經在2007年~2013年期間擔任過法國蘇爾茨項目科學主管的艾伯特·讓泰說，可能在地殼更深處，就有天然儲層和地熱水，只是目前的技術還無法探測到。多位業內學者也表示，這個領域的技術開發和實驗，現在得到的投入和關注卻不夠。
也許再過5年、10年，當行業有了顛覆性的技術創新，使得鑽探成本能比現在降低1/2或者1/3時，乾熱巖就能大規模開採了。在此之前，龐忠和認爲，對地熱能的商業化投資，應該立足於淺層和中深層現實可行的資源，而不是好高騖遠地追求乾熱巖，甚至刻意追求概念噱頭和標新立異。
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一個有趣的問題：將金屬棒插入地殼中，通過熱傳導獲得能量可行嗎？
查閱資料後發現，雖然金屬棒這一方式並不靠譜，但是人類早就想到了其他方法利用地熱資源，其中一個已經應用到了日常生活中，它就是——乾熱巖取熱。2017年，山西省太原市的一些小區嘗試利用乾熱巖供暖，室內溫度能夠保持在25攝氏度左右。
那麼，問題來了，乾熱巖到底是什麼？爲什麼它能夠提供熱量呢？
乾熱巖是一種埋在地下3到10公里處，溫度大於200攝氏度，內部不含水或蒸氣的緻密熱巖體。乾熱巖的形成過程與地球結構息息相關，在地球最內部的地核中，流動着接近7000攝氏度的熔漿，它的熱量會不斷上升，穿過地幔，接近地殼，因此，受高溫環境的影響，地殼中的一些岩石層就會逐步演變爲乾熱巖。
那是不是說，在地球上的任何地方向下挖掘，都可以開發出乾熱巖？它是一種“無處不在的資源”？理論上講，確實如此。但基於目前的科技水平，我們討論的乾熱巖還僅限於埋深較淺、溫度較高且具有開發價值的熱巖體。
那麼，既然得知了地下儲藏着地熱資源，人類又該如何獲取它呢？
這主要分爲以下幾個步驟：
1. 從地表向乾熱巖中打一口“注入井”；
2. 封閉井孔，並向裏面高壓注入低溫水；
3. 極高的水壓迫使岩層出現裂縫，逐漸形成一個面狀的熱儲構造；
4. 再從地表向下鑽幾個“生產井”，它們可以將蒸汽和高溫水回收到地面；
5. 利用這些高溫蒸汽就可以供暖或者發電，剩餘的溫水會通過注入井返回到乾熱巖中，從而實現能源的循環利用。
由此可見，乾熱巖不僅是一種豐富的可再生資源，開發過程還安全環保、高效節能、不受環境因素的限制，就像是一個隱藏在地下的天然“鍋爐”，吸引着各國的目光。
據中國地質調查局評估，我國3到10公里深處的乾熱巖資源總量相當於860萬億噸標準煤，佔世界資源量的1/6，假設僅能開採出2%，也是我國2010年能源消耗總量的5300倍，其中，青藏高原、鬆遼盆地、渤海灣盆地和東南沿海等地分佈較多。2015年5月，中國第一個乾熱巖資源勘查深井在福建漳州市清泉林場開鑽；2017年8月，我國科學家在青海共和盆地3705米深處，鑽獲了溫度高達236攝氏度的乾熱巖體；2019年7月，山東省發現四處乾熱巖富存區，資源總量相當於187.79億噸標準煤。
這些數字聽起來讓人蠢蠢欲動。但目前爲止，乾熱巖的開發還存在着技術難關、人才緊缺、投入產出比太低等問題。2020年7月，中國科學院傳來一則好消息：廣州能源研究所研究員蔣方明團隊另闢蹊徑——“只採熱、不採水”。這個想法和視頻開頭提出的腦洞相似，只不過把金屬棒換成了一根獨特的重力熱管，它可以從乾熱巖中持續吸熱，並將熱能傳輸至地面。與傳統的取熱方式相比，這種方法不需要水力壓裂，降低了投資成本；還避免了管內液體與巖體直接接觸，減少了工質損失；最終得到的氣體熱能也擁有更多的利用方式。
綜上所述，不難發現，乾熱巖如同一個埋藏於地下的寶藏，它充滿着誘惑，挖掘起來卻困難重重。但是，相信隨着技術水平和科研能力的不斷提高，乾熱巖終有一天能真正走上商業化的道路。
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爲了解決電力供應難題，中國開發乾熱巖資源直接轟動了全球，因爲與煤炭資源相比，乾熱巖的儲量十分巨大，光中國的儲量就夠用4000年，是真的嗎？而且與水能風能以及太陽能一樣，乾熱巖這種新型能源也屬於清潔能源，未來大規模開採乾熱巖，是否真的能夠改變人類能源格局呢？目前在乾熱巖領域，其實中國已經開始投入使用了。
圖爲地熱能發電站
所謂的乾熱巖資源，其實就是地熱能的一種，因爲地球並不是一個實心的球體，在其內部，其實還充斥着大量液態岩漿，這些岩漿的溫度非常高，所有靠近岩漿的地方，其岩石的溫度也可以高達數百攝氏度，最明顯的例子就是溫泉，許多地下水如果流經有岩漿的位置，那麼就會被岩漿加溫，從而變成高溫的溫泉，如果能夠將這些能量利用起來，也可以用來給人類提供電力資源。
圖爲地熱能發電站
並且與火電、水電、風電以及光伏發電相比，地熱發電還存在不小的優勢，首先，火電目前主要以煤炭作爲發電燃料，煤炭燃燒不僅會產生大量二氧化碳，同時也有不少的有毒有害氣體被排出，這也是全球氣候變暖、霧霾天氣以及酸雨形成的主要因素，同時，煤炭的儲量有限，如果繼續大規模開採，可能在未來一百年內使用殆盡，而水電、風電以及光伏發電雖然不用擔心儲量問題，但發電量受其他因素限制，比如水電受流量影響大，風電受風力影響，光伏發電只能在晴天發電，而地熱發電能夠實現長期穩定發電。
值得一提的是，地熱能發電的技術要求並不高，只需要在岩層中插入兩根導熱金屬棒，將地下的熱量導上來，就可以用來給水加熱，或者用一根管道，直接通入地下岩層，實現加熱水的目的，當水沸騰後，會產生大量的高溫蒸汽，而這些蒸汽就可以推動汽輪機轉動，從而實現發電的目的，可以說，只要城市附近有地熱能資源，那麼就可以建設這種電站，從而有效解決城市用電問題。
圖爲地熱能發電站
目前在西藏羊八井地區，就建立了一座地熱能電站，並且已經成爲拉薩電力的主要來源，這座電站建成時間比較早，此前西藏地區只有一座小型電站，根本無法滿足整個藏區的用電需求，甚至連拉薩也長期面臨缺電情況，儘管這裏有着十分豐富的水能，但技術不達標，也難以建設水電站，青藏高原的水能規劃，也是最近幾年纔開始正式進入國家規劃的，而火力發電站不僅需要煤炭，同時也會污染青藏高原的環境，最終還是地熱能電站最爲合適。
如今隨着中國對電力需求的不斷上升，自然也需要開發更多的能源，作爲清潔能源之一的地熱能，自然也能夠進入中國能源規劃之中，目前在山東地區，就以及探明瞭大量地熱能，而在沿海其他省份，其實也有着不少的地熱能分佈，如果大規模開採，甚至有望讓人類徹底取消火電，真正進入清潔能源時代。
