干热岩：前景可期的新能源

张二勇 王璜 王贵玲

近年来，寻求清洁、安全、高效和可再生的新能源，已成为多数国家的共识和紧迫任务。赋存于地球深部的干热岩，具有储量大、清洁、安全、高效、可再生等特点，被国际社会认为是21世纪最有潜力的战略接替能源。

干热岩的定义

干热岩是指埋藏于地球深部，不含或含少量水或蒸汽等流体，温度高于150℃的高温岩体，岩性主要是致密变质岩或花岗岩。干热岩的概念，最早是在20世纪70年代，世界第一次石油危机期间，由位于美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室首先提出来的，最初设想是将地球深部高温岩体中的热能开发出来用于发电。

地球地表以下随着深度的增加，温度不断升高，不同地区升高幅度表現不一，平均来说，深度每增加100米，温度约升高3℃。理论上，随着地球向深部的地热增温，任何地区达到一定深度都可以开发出干热岩。但就现阶段来看，由于技术手段和经济条件等限制，通常认为，埋藏深度在3000米-5000米，温度大于150℃的干岩体具有现实可行的开发价值。

干热岩的开发方式

干热岩开发的前提是地质勘查，只有在详细查明干热岩赋存分布地质条件、科学评价资源量的基础上，才能实施科学有效的开发。干热岩主要开发方式是建立增强型地热系统，通过水力压裂等工程手段在地下深部高温、低渗透性干热岩体中形成人工地热储层，其开采工艺和设备主要包括注入井、生产井、人工热储层、地面发电设备等。液体通过注入井注入干热岩人工储层中，流经裂缝系统，吸收热量，形成高温流体，然后从生产井中抽出，用于发电。流体发电后再通过注入井回灌到人工热储层中，重新加热循环。整个过程绿色环保，不产生温室气体，不排放污染物，只有冷却系统排放出水蒸气。

干热岩的储量与分布

根据地热资源评价体积法初步估计，地壳3-10千米深度干热岩所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。中国地质调查局初步评估表明，我国大陆3-10千米深处干热岩资源总量为2.5×1025 J（合856万亿吨标煤），若能开采出2%，就相当于我国2016年全国能源消费总量的3900多倍。根据现有地质勘查资料，我国干热岩有利靶区主要分布在藏南、滇西、青藏高原东北缘等地区。

干热岩应用现状

国际社会对干热岩的研究仅有40余年的历史，美国是最早实施干热岩开发的国家。到目前为止，世界上已有多个国家开展了干热岩勘查开发研究，其中美国、日本、法国、德国、澳大利亚均实现了试验性发电，共计建立14处干热岩试验发电工程，目前尚在运行的有5处，总装机容量为12.2兆瓦。其中，法国苏尔茨项目于2013年实现了商业性发电，发电功率1.5兆瓦；美国沙漠峰干热岩发电项目，是目前全球最大规模的干热岩发电工程。但目前干热岩开发过程中也存在一系列重大挑战。部分项目由于缺乏持续经费支持而终止；部分项目因开发技术不成熟而被迫终止；还有部分项目受微地震等环境影响而终止。总体而言，全球干热岩开发还处在试验探索阶段。

我国干热岩资源勘查开发起步较晚。2013年，中国地质调查局启动了全国干热岩资源调查评价工作，初步评价了我国陆区干热岩远景资源量，圈定了我国干热岩资源勘查开发的若干靶区。2017年中国地质调查局与青海省国土资源厅在青海共和盆地联合施工的GR1井在3705m深处获得236℃的高品质干热岩体，取得重大突破。目前，我国正在加快推进青海共和盆地干热岩勘查开发试验。