探究干热岩开发及发电技术的应用策略

周 臣

（河北省煤田地质局第二地质队(河北省干热岩研究中心)，河北 邢台 054000）

我国干热岩资源丰富，具有较大的开发潜力。近年来，随着干热岩研究的不断深入，我国在干热岩勘查、钻探技术和发电技术等方面取得了一定的进展。然而，与国际先进水平相比，我国干热岩发电技术的研究仍面临许多挑战，如技术研发、设备制造和工程应用等方面。因此，对干热岩开发及发电技术的研究具有重要的理论意义和实际价值。文章通过深入研究和实践，可以为干热岩发电技术的发展提供科学依据，推动干热岩能源资源的高效利用，促进可持续能源体系的构建。

1 干热岩概述

1.1 干热岩定义

干热岩（Dry Hot Rock， DHR）是指埋藏在地壳深部，温度在200 ℃以上，具有潜在能量的岩石。这种岩石内部蕴藏着大量的热能，具有较高的开发潜力。与水热型地热能不同，干热岩中的热能通常是由地壳深处的地球内部活动产生的，而非地下水和温泉等地表水体的热传导作用。

1.2 地质特征

①温度高。干热岩内部的温度通常在200 ℃以上，部分地区可达400 ℃以上。这种高温环境使得干热岩具有潜在的热能。②压力大。干热岩位于地壳深部，受到高压作用，地壳岩层的压力通常在100～200 MPa之间。这种高压环境对干热岩的开发和利用具有一定的挑战。③非渗透性。干热岩中的水和气体含量较低，具有较强的非渗透性。这使得干热岩中的热能难以直接利用，需要通过特殊的开发技术来实现热能的提取。④分布不均。干热岩的分布受地质结构、地貌和地球内部活动等多种因素影响，具有明显的区域性特征。在不同地区，干热岩的资源分布和储量差异较大，这对干热岩的开发和利用提出了挑战。⑤成因多样。干热岩的成因主要包括地壳内的深部过程、火山活动、地幔热柱等。不同成因的干热岩具有不同的地质特征和开发利用难度。

1.3 资源潜力

①巨大的储量。据科学家估计，干热岩的热量相当于全球石油、天然气和煤炭储量总和的数万倍。这意味着干热岩具有巨大的资源潜力，是一种可持续的清洁能源。②稳定的地质条件。干热岩在地壳中相对稳定，受地震、地壳运动等因素的影响较小。这为干热岩的开发提供了一定的安全保障，降低了开发风险。③低开采成本。与传统的化石燃料相比，干热岩的开发成本相对较低。主要原因是干热岩的开发利用主要依赖于地热能技术，而非化石燃料开采所需的基础设施建设和运输成本。④环境友好。干热岩的开发利用过程中几乎不会产生温室气体排放，有助于减缓全球气候变化。此外，干热岩开采产生的废水和废气较少，对环境影响较小。⑤可再生性。干热岩作为一种可再生能源，具有较高的可持续性。随着地球内部活动的持续，干热岩的资源潜力有望得到进一步挖掘和利用。

2 干热岩开发技术

2.1 钻探技术

钻探技术是干热岩开发的重要环节，需要根据干热岩的地质特征和资源分布情况，采用合适的钻探方法和技术。常见的干热岩钻探方法包括：①水平定向钻探技术。水平定向钻探采用特殊的导向技术，可以在垂直或近垂直的干热岩层中实现钻探，具有较高的精度和效率。②垂直钻探技术。垂直钻探主要用于垂直方向的干热岩层钻探，可以直接获取干热岩中的热能。垂直钻探技术包括垂直直井和水平螺旋井等。③定向井。定向井是一种特殊的水平钻探技术，可以在干热岩层中实现一定程度的定向钻探。定向井技术可以降低钻探成本。④地球物理勘探技术。地球物理勘探技术主要包括地震勘探、重力勘探、磁法勘探和电法勘探等。这些技术可以辅助钻探技术，提高干热岩勘探的准确性和效率。

2.2 高温高压开采技术

温高压开采技术是干热岩开发的关键环节，需要在高温高压条件下实现热能的有效提取和利用。高温高压开采技术包括：①蒸汽发生器技术。蒸汽发生器技术利用水在高温高压条件下产生蒸汽，通过热交换将干热岩中的热能转换为蒸汽的热能，从而实现热能的提取和利用。②地热泵技术。地热泵技术利用地下热能与地面上的冷量进行交换，实现热能的提取和利用。地热泵技术在干热岩开采中具有广泛的应用前景。③垂直热水开采技术。垂直热水开采技术是在干热岩层中钻孔，将高温高压的水注入干热岩层，利用水在高温高压条件下释放热能，从而提取干热岩中的热能。④蒸汽脉动技术。蒸汽脉动技术是利用蒸汽脉动产生的冲击力，直接破碎干热岩层，从而提取其中的热能。这种技术适用于结构稳定的干热岩层。

2.3 深地热能综合利用技术

深地热能综合利用技术是指将干热岩的热能、气体等多种资源进行综合开发和利用的技术。深地热能综合利用技术包括：①地热供暖。利用干热岩产生的热能为建筑物供暖，实现热能的高效利用。地热供暖技术可以提高供暖效果，降低供暖成本，同时减少温室气体排放。②地热农业。利用干热岩产生的热能为温室提供热能，实现地热农业的发展。地热农业可以提高作物生长效率，降低灌溉成本，提高作物品质。③地热发电。利用干热岩产生的热能驱动地热发电站运转，产生电能。地热发电技术可以减少化石燃料的使用，降低温室气体排放，同时实现可再生能源的利用。④水资源利用与地热能发电相结合。在地热能发电过程中，通过地热井回收地下热水或地下水资源，实现水资源的高效利用。地热能发电与水资源利用相结合的技术可以提高能源资源的综合利用效率，降低能源成本。

3 干热岩发电技术应用策略

3.1 区域分布与开发策略

区域分布与开发策略是干热岩发电技术应用的关键环节，需要根据干热岩资源的分布情况，制定合理的区域开发策略。因此，相关部门应根据地质构造、沉积物和岩石类型等因素，确定干热岩资源丰富的区域。这些区域通常具有较高的温度和压力，有利于干热岩的开发和利用。同时，相关部门还应根据资源分布情况，制定合理的干热岩发电区域开发策略。可以将干热岩发电项目集中在资源丰富、地质条件适宜、交通便利的地区，以实现资源的可持续利用。在干热岩发电区域开发策略制定完毕后，相关部门应根据区域资源和技术条件，选择合适的干热岩发电开发模式。常见的开发模式包括集中式干热岩发电和分布式干热岩发电。并且，相关部门也应根据区域开发策略和开发模式，制定详细的干热岩发电区域开发规划。包括项目选址、工程建设、设备选型、技术研发和人才培养等方面的内容。此外，在干热岩发电项目的实施过程中，政府、企业和研究机构还应加强区域合作与协调，共同推动干热岩发电技术的研究与应用，为干热岩发电项目的实施创造良好的条件。

3.2 资源评估与成本分析

资源评估与成本分析是干热岩发电技术应用策略的重要组成部分，有助于了解资源储量、品质、分布和可开采性等方面的信息，以及预估开发成本、经济效益和环保效益等关键指标。①热岩资源评估。首先，根据地质资料和地球物理方法，估算干热岩的储量，包括已开发和未开发的干热岩资源。其次，评估干热岩的物理和化学性质，例如导热性、密度、流体性质等，以确定其适用于发电的范围。最后，评估干热岩在全球或地区的分布状况，包括资源丰度、开采难度等因素。②干热岩发电成本分析。首先，评估干热岩发电的技术成本，包括设备购置、安装、调试、运行和维护等成本。其次，评估干热岩发电过程中产生的环境影响和处理成本，包括废水、废气、废渣等污染物的处理和排放。最后，评估干热岩发电项目对社区、经济和社会的影响，以及相应的补偿和适应措施。③成本效益分析。首先，评估干热岩发电项目的盈利能力，包括项目投资回报期、净现值、内部收益率等指标。其次，评估干热岩发电项目对环境的正面影响和负面影响，以实现可持续发展。

3.3 政策与法规支持

干热岩发电技术的发展和应用需要政府、企业和研究机构的共同推动。政策与法规支持是干热岩发电技术应用的重要保障，可以为干热岩发电技术的研究与开发、项目建设和运营提供有力支持。因此，政府应制定相应的干热岩发电政策和规划，为干热岩发电技术的发展和应用提供指导。政策和规划应包括技术研发、项目建设、投资支持、税收优惠、环境保护和市场准入等方面的内容。同时，政府还应通过设立专项基金、提供贷款和税收优惠等方式，为干热岩发电技术的研究与开发、项目的建设和运营提供资金支持。除此之外，政府也应完善干热岩发电法规体系，为干热岩发电技术的应用提供法律保障。法规体系应包括干热岩资源开发、环境保护、安全生产等方面的内容。并且，政府还应加强与国际组织和其他国家在干热岩发电技术领域的合作，共同推动干热岩发电技术的发展和应用。

3.4 风险评估与防范

干热岩发电技术的风险评估与防范是确保项目安全、环保的重要环节。因此，相关部门应对干热岩发电项目进行全面的风险评估，识别潜在风险，为项目的决策和实施提供科学依据。在评估完毕后，相关部门应根据风险评估结果，制定相应的风险防范措施，降低风险对项目的影响。为确保人员和设备安全，相关部门应严格遵守安全生产规定，加强安全管理和监督。同时，相关部门还应关注干热岩发电技术的发展，及时进行技术更新和优化，降低技术成熟度风险。

4 案例分析

4.1 国外典型案例

①冰岛干热岩发电项目。冰岛是世界上最活跃的火山区之一，拥有丰富的干热岩资源。该国在2017年启动了一个名为“Svartsengi”的干热岩发电项目，计划利用地下2 000 m深的干热岩能源为冰岛电网提供清洁能源。该项目通过钻孔、爆破和加热等方法将地下的干热岩能量转化为电能，预计将成为全球首个商业化的干热岩发电项目。②美国夏威夷干热岩发电项目。美国夏威夷拥有丰富的干热岩资源，位于夏威夷岛的莫洛凯岛上的干热岩发电项目（Senge Chiho Coal Mine）于2013年投入商业运营。该项目通过钻孔、爆破和加热等方法，利用地下1 800 m深的干热岩能源为电厂提供清洁能源。③葡萄牙干热岩发电项目。葡萄牙于2008年启动了名为“Litoral Energia”的干热岩发电项目。该项目利用地下3 000 m深的干热岩能源为当地电网提供清洁能源。项目共采用8个钻孔，其中6个用于钻孔取热，2个用于钻孔取水。项目通过管道将干热岩产生的蒸汽输送至发电站进行热能发电。

4.2 国内典型案例

①山东博兴干热岩发电项目。位于中国山东省博兴县的干热岩发电项目于2010年启动，利用地下2 400 m深的干热岩能源为电厂提供清洁能源。项目采用钻井、取热和发电等技术，共建设6个钻孔，形成一个集热发电系统。该项目于2013年投入商业运营，成为中国首个商业化的干热岩发电项目。②青海共和干热岩发电项目。位于中国青海省共和县的干热岩发电项目于2017年启动，利用地下3 000 m深的干热岩能源为电厂提供清洁能源。该项目采用钻井、取热和发电等技术，共建设8个钻孔，形成一个集热发电系统。项目于2020年投入商业运营，成为中国首个实现商业化的干热岩发电项目。这些国外和国内的干热岩发电项目表明，干热岩发电技术具有广泛的应用前景和巨大的发展潜力。通过不断的技术研发和应用实践，干热岩发电技术有望为全球能源结构调整和可持续发展提供有力支撑。

5 结语

综上所述，干热岩发电技术作为一种清洁、可持续的能源利用方式，在全球范围内受到了越来越多的关注和研究。因此，在未来，应当关注干热岩发电技术在实际应用中可能面临的环境、经济和社会等方面的挑战，以确保干热岩发电技术的可持续发展和有效应用。