乾熱岩系統

乾熱岩系統，是指用人工工程形成的裂縫，從低滲透性的高溫熱岩中，經濟地采出熱能以利用的系統。與傳統的地熱發電相比，乾熱岩系統的熱儲處於無水或基本無水狀態，能夠解決傳統地熱發電受地理分布限制的問題。

基本介紹

• 中文名：乾熱岩系統
• 外文名：hot dry rock system
• 類別：地熱能源
• 套用：發電、供暖
• 優點：儲量高、無污染
• 學科：地熱學
• 乾熱岩溫度：150℃-650℃

介紹

乾熱岩是指地層深處（深埋超過2000m）普遍存在的沒有水或蒸汽的、緻密不滲透的熱岩體，主要是各種變質岩或結晶岩體，賦存狀態有蒸汽型、熱水型、地壓型、岩漿型的地熱資源。較常見的乾熱岩有黑雲母片麻岩、花崗岩、花崗閃長岩等。乾熱岩型地熱資源是專指埋藏較深，溫度較高，有開發經濟價值的熱岩體。

乾熱岩是一種地熱資源。在學術界，乾熱岩有時被稱為“熱乾岩”，其英文名稱為“Hot Dry Rock”。乾熱岩的分布幾乎遍及全球，用一些科學家的話說，它是無處不在的資源。從理論上說，隨著地球向深部的地熱增溫，任何地區達到一定深度都可以開發出乾熱岩，因此乾熱岩又被稱為是無處不在的資源。但就現階段來看，由於技術和手段等限制，乾熱岩資源專指埋深較淺、溫度較高、有開發經濟價值的熱岩體。目前乾熱岩開發利用潛力最大的地方，是新火山活動區，或地殼已經變薄的地區，這些地區主要位於全球板塊或構造地體的邊緣。

乾熱岩發電系統

目前，人們對乾熱岩的開發利用，主要是發電。利用乾熱岩發電技術可大幅降低溫室效應和酸雨對環境的影響，且不受季節、氣候制約。而且將來利用乾熱岩發電的成本僅為風力發電的一半，只有太陽能發電的十分之一。
乾熱岩發電的基本原理是：通過深井將高壓水注入地下2000～6000米的岩層，使其滲透進入岩層人工壓裂造出的縫隙並吸收地熱能量；再通過另一個專用深井（相距約200～600米左右）將岩石裂隙中的高溫水、汽提取到地面；取出的水、汽溫度可達150～200℃，通過熱交換及地面循環裝置用於發電；冷卻後的水再次通過高壓泵注入地下熱交換系統循環使用。整個過程都是在一個封閉的系統內進行。

采熱的關鍵技術是在不滲透的乾熱岩體內形成熱交換系統。試驗中，常用的地下熱交換系統的模式主要有三種。

最早的模式是美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室提出的“人工高壓裂隙模式”，即通過人工高壓注水到井底，乾熱的岩石受水冷縮作用形成很多裂隙，水在這些裂隙間穿過，即可完成進水井和出水井所組成的水循環系統熱交換過程。

第二種模式是英國卡門波礦產學校提出的“天然裂隙模式”，即較充分的利用地下已有的裂隙網路。已有的裂隙雖然一方面阻止了人工高壓注水裂隙的發育，但另一方面當人工注水時，原先的裂隙會變寬或錯位更大，增強了裂隙間的透水性。在這種模式下，可進行熱交換的水量更大，而且熱量交換更充分。

最新的模式，即第三種模式是在歐洲蘇爾茨(Soultz)乾熱岩工程中由研究人員提出來的“天然裂隙－斷層模式”。這種模式除了利用地下天然的裂隙，而且還利用天然的斷層系統，這兩者的疊加使得熱交換系統的滲透性更好。該模式的最大優勢也是最大的挑戰，即不需通過人工壓裂的方式連線進水井和出水井，而是通過已經存在的斷層來連線位於進水井和出水井之間的裂隙系統。

因為乾熱岩發電既不像火電那樣，向大氣排放大量的二氧化碳等溫室氣體、粉塵等氣溶膠顆粒物；而且也不像水電那樣，因水壩的修建而破壞局部乃至整個河流的生態系統以及在水電廠周圍引起各種程度不一的環境地質災害。因此，乾熱岩發電幾乎完全擺脫了外界的干擾。目前，已有部分國家建設了試驗性乾熱岩發電廠，但規模普遍較小，因此尚未形成商業規模。

乾熱岩採暖系統

乾熱岩因其得天獨厚的較高溫度，一旦成功開採出來，將是冬季供暖的良好熱源。但因其造價較高，對於面積較小的建築供暖，高昂的成本是一般人難以承受的。因此，用乾熱岩技術來進行集中供暖是比較合適的選擇。
如我國陝西四季春清潔熱源股份有限公司的乾熱岩供熱技術，目前已成功在陝西省內進行了商業套用。據其施工安裝的乾熱岩供熱示範項目——長安信息大廈2013年供暖季的運行數據表明，乾熱岩供熱這一技術在該項目的住宅及商業供熱面積總計3.8萬平方米中的供熱效果良好。

乾熱岩供暖技術是通過鑽機向地下2000~4000m深度高溫岩層鑽孔，在孔中安裝一種密閉的金屬換熱器，將地下深層的熱能導出，並通過地源熱泵系統向地面供暖的新技術。

乾熱岩供熱技術雖然優點眾多，但目前在市場推廣套用中也還存在著部分困難和問題：一是該技術為新技術，缺乏相關的政策、法規、技術標準等支撐。二是由於該技術在社會上套用較少，希望得到土地、水務、市政、物價等有關部門的認可和支持。

開發利用乾熱岩，從對大氣環境的保護角度和資源的儲備量講，其優勢是其他能源類別不可比的。乾熱岩資源在其利用過程中不燃燒化石燃料，因此不會排放溫室氣體二氧化碳和其他污染物。乾熱岩儲量豐富，並可循環利用，可滿足人類長期使用的需要。

優點

（1）無溫室氣體排放。基於乾熱岩資源利用的新式發電系統不燃燒化石燃料，因此不會排放溫室氣體二氧化碳和其他污染物。

（2）乾熱岩可循環利用。冷水變熱後可能最終會使岩石溫度降低到20℃左右，因此一處乾熱岩發電站可能只能連續工作20年左右。但是，這個熱儲庫關閉後，地心的熾熱岩漿會重新加熱這些岩石。幾十年後，這些熱岩就能再次被用於發電。而且，在關閉期間，發電站可以得到充分的維修和技術升級，為下次發電做好準備，實現周期性循環發電。

（3）乾熱岩儲量豐富。開採使用乾熱岩，可滿足人類長期使用需要。麻省理工學院一份研究表明，只要開發地球上3~10公里深度中2%的乾熱岩資源儲量，就能產生2×1020EJ能量，是美國2005年全年能耗總量的2800倍。也有專家保守估計，地殼中距地表3~10公里深處的乾熱岩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。