地下滚烫的岩浆也能成为新能源？浅谈人类对干热岩的探索与利用

1. 地下滚烫的岩浆也能成为新能源？浅谈人类对干热岩的探索与利用

  130多亿年前，一次大爆炸形成了现在的宇宙。一开始，各种元素在宇宙中漫无目的地漂浮着，和其他元素碰撞融合，慢慢形成物质，最后演化为地球这类行星和各种天体。 
    此后，地球上的各种物质随着时间的推移发生变化，在这个过程中   形成了我们如今所需的石油、矿、天然气等各种资源   。 
       形成这些资源所需要的时间十分漫长，   短时间内无法再生   ，而人类文明又在飞速发展，各种资源的形成速度远远跟不上人类的开采消耗速度，照这样下去，   地球上的资源迟早有用完的一天   。 
    这类传统能源在使用的时候非常容易   对环境造成污染   ，废气的处理是一个相当棘手的问题。科学家们开始   研究和寻找更加高效清洁的新能源   ，比如可燃冰就是其中一个较为成功的例子。可燃冰其实指的是甲烷气水包合物，水以固体形态用晶格把大量甲烷包含在内。 
       可燃冰经常分布在   海洋浅水区域的底部   ，或者是海洋深层的沉积之中。科学家推测，这种物质是天然气和水在高温低压下形成的。可燃冰具有   分布广、总量大、能量密度高   等特点，被认为是   目前最有应用前景的新型替代能源   。 
    现在要面对的最大难题是可燃冰的开采方式。因为可燃冰在常温常压下极不稳定，无法像矿藏那样进行直接开采，现在为止提出的开采方法有三种设想，一   热解法   ，   二是降压法，三是二氧化碳置换法   。 
    值得一提的是，第三种方法会使大量甲烷泄露，造成的温室效应比二氧化碳严重得多，会给地球环境带来非常严重的威胁。   如果将地球上处在冰冻状态的甲烷全部解冻，甚至可能造成物种灭绝。  
       当大多数国家还在攻克可燃冰的开采和输送难题时，   我国已经在2017年5月完成了可燃冰的试采   ，与此同时，我国还在不断进行其他新型能源的研发。 
    同年，我国在青海共和盆地首次钻取了236摄氏度的高温干热岩，并且在这里发现了大量可利用的   干热岩资源   。在发掘使用新型能源的道路上，我国又迈出了意义重大的一步。 
       那么，干热岩到底是何方神圣？ 
    干热岩其实属于   地热资源   的一种。而地热能   来自于地核散发的热量   ，这股热量穿过地幔时   把岩浆加热至滚烫   ，再传达到最表层的地壳。同时，它也是引发火山喷发和地震的“元凶”。 
       目前我们只能对地壳浅层的地热资源进行开发，这需要适宜的地质条件，比如地壳破裂的地方，或是板块构造的边缘地带。 
    如果有一天能够发明出开发深层地热资源的技术，那么我们的能源问题自然也就解决了。因为地热能源与地球共生，只要地球还拥有生命力，地热就会源源不绝。 
       人类在很早以前就开始利用这种能量了，在早期只是直接使用被地热升温过后的水源，比如温泉和用于取暖的地下热水。 
    到了 科技 发达一些的近代，多将地热能用于农业方面，比如搭建温室   培育农作物   、控制环境水温   提高水产养殖的效率   等等。 
    直到20世纪50年代左右，人们才真正认识到了地热资源的可利用性，开始进行更进一步的开发使用。到了今天，这种能源多被用来   发电   ，人们常在地热资源丰富的地区建造地热发电站。 
       现在，各个国家都对地热能的进一步开发利用进行了不同的尝试，有的地方借助地理优势就能充分利用地热资源，比如被大西洋中脊穿过的冰岛。光听这个名字我们可能会认为这是一个十分寒冷的国家，事实上，冰岛并不冷。 
       冰岛位于两大地质板块之间，   地面之下蕴含着丰富的地热能   ，冰岛整个国家的电力几乎都是由这些地热能提供的。借助这样的天时地利，冰岛成为了世界上清洁能源利用率最高的国家。也正是因为这些丰富的地热资源，冰岛虽然看起来冰天雪地，但到处都是温泉。 
       地热资源分为水热型和干热岩型。其中，干热岩型比水热型的资源量要多得多。对于干热岩的定义，各个国家现在还没有达成共识。 
    不过，通常情况下我们认为，   干热岩是一种埋在地下3到10公里处，温度大于180摄氏度，内部致密不透水的热岩体   。我们在开采干热岩时，能够人工对这种岩体造成裂隙，再将冷水从裂隙中注入，等到冷水被加热成热水和水蒸气之后再将热量提取出来。 
    有研究人员称，地热资源是因为地核产生的，那么，   只要深度足够，任何地方都能够开发出干热岩   。 
        干热岩具有高效、清洁的特点   ，而且是   可再生   的。在干热岩的开发过程中，能够保证安全、环保，并且能够在具备   高效率   的同时   节能   。 
         世界上第一个利用干热岩资源的项目是美国在1974年启动的，在这个项目的进行过程中，美国使用了先前开采 页岩气的水力压裂技术，产出的干热岩   最高温度为192摄氏度   。 
    2008年，美国麻省理工学院发表了一篇名为《地热源的未来》的研究报告，在里面提出了增强地热系统技术的设想，认为可以用这种技术来开采干热岩。并且，   美国很有希望在未来10到15年内实现干热岩开采技术的商业化使用。  
       在我们最开始使用地热能的时候，大多数都是直接利用的   水热型地热资源   ，而干热岩附近并不常有丰富的水资源。 
    增强地热系统的工作方式则是通过   注入冷水   的方式将地层之间的   缝隙扩宽   ，从而使地下水的流通效果更好，再由水充分   吸收地热   ，最后把热水或是水蒸气收集起来提取热能。 
       这是目前最流行的开采方式，但也存在着一定的弊端，那就是我们暂时还   无法精准控制地层裂隙扩宽的方向和程度   。在这种工程中，误差是非常致命的，除了无法达到提取热能的目的之外，还有可能出现我们无法预料的结果。 
    而且，地层裂隙扩大，随之而来的就是地震风险的提升。如果没能开采到热能，还使这片区域成为了   “人造地震带”   ，那就得不偿失了。 
       1973年，英国也开始了对干热岩资源的开发研究，这项研究被命名为罗斯曼奴斯项目，因为是在罗斯曼奴斯火山地区进行的。 
    1977年，英国启动了 历史 上规模第二大的干热岩项目，不过，这次英国只探测到了2600米的深度，所测得的温度为100摄氏度。 
    在2009年，这个项目还获得了欧盟的赞助。目前，英国还计划对一处位于地下4千米的地热资源进行开发利用，发电站一旦建成，能够为英国提供十分之一的用电量。 
       1987年，法国、德国、英国合作进行干热岩相关的实验研究，在这个过程中不断摸索干热岩的开采技术，如今已经趋于成熟。1997年，国际能源署制定了为期四年的   “干热岩行动计划”   ，除了美、德、英之外，澳大利亚、日本和瑞典也加入到了计划之中。 
    其中，澳大利亚是对干热岩研究起步最晚的国家。2003年，澳大利亚在库珀盆地进行干热岩项目的开发，据当时澳公司的网站称，在这个盆地下方，   地热资源的储量和500亿桶油相当   。澳大利亚这次的钻井深度达到了4500米，测得温度有270摄氏度。 
       第一个实现用干热岩稳定发电的是法国的   Soultz发电站   ，这是1987年时德法合作的一个地热研究项目。 
    经过30多年的不断研究和尝试，终于研发出了   将干热岩能量转化为电能   的技术，这是人类在地热能源研究方面的一大突破，因此，即便这个发电站的投资回报率并不高，依旧在国际科学界中享有极高的声誉。 
       我国对干热岩的研究起步时间比澳大利亚稍早一些，但在研究初期，并没有澳大利亚发展迅速。 
     
    1993年，我国与日本在北京房山区进行了为期两年的合作，专注研究干热岩发电的相关实验项目。此后，我国团队开始了解各种干热岩的开采技术，独立研究相关的开发问题。 
       2007年，中国能源研究会地热专业委员会和澳大利亚公司同样进行了两年时间的合作。在这期间，两国专家来到可能含有丰富干热岩资源的地区进行调查，对收集到的样本进行分析检测。 
    发现   大庆市的地热资源分布面积达到了5000平方千米   ，这些地热资源是当时全市油气能量的   一万倍   。 
         2012年，国家高技术研究发展计划中为干热岩研究项目部署了四个课题，分别下发给我国四所高校，其中身为项目领头单位的是吉林大学。 
    我国第一次钻井获得质量优越的高温干热岩是在2014年。当时，专家通过研究分析各种地质资料，辅以多种勘测技术，   推断青海共和盆地的中北部存在大量干热岩资源   。 
    共和盆地的勘测井在2013年6月动工，经过10个月的努力，首次在地下2230米的地方钻到了干热岩，这里的干热岩温度只有153摄氏度。直到大约3年之后，勘测团队在地下3705米的地方钻获了   温度高达236摄氏度   的干热岩，   打破了此前勘测到的干热岩的最高温度记录   。 
       在青海共和盆地，干热岩的分布范围达到了230平方公里，而且在地下2.1千米到6千米之间的干热岩，   能量换算成标准煤之后重量接近45亿吨   。专家指出，这次   在青海共和盆地的发现，是个推动我国干热岩研究事业再进一个台阶的动力   。 
    2019年，我国在山东日照、威海等地发现了大量干热岩资源，   折合标准煤超过187亿吨   。同年，我国科学家前往法国和意大利进行学术交流，对地热发电站进行考察，吸收学习干热岩发电方面的经验和先进技术。 
       如今，我国的干热岩研究事业仍旧在不断发展当中，相信在未来，一定能够攻克技术难关，实现干热岩资源的高效利用，解决全国乃至全球范围内的能源问题。 

2. 干热岩是一种地热资源，属于新能源，储量巨大

干热岩是一种地热能资源，如同字面意思，它是干燥的高温岩石，一般埋藏于地球的深处，在地球的内部蕴含着大量的干热岩，这些可都是天然的能源呀，只要地球不毁灭，这些干热岩几乎是取之不尽，用之不竭的新能源。 
  
  那么问题来了，究竟怎么样才能够利用这些干热岩呢？第1个重点问题是干热岩的勘探问题，绝大多数的干热岩都在地球的深处，就人类目前的技术水平，太深的地方我们是无能为力的，所以只能找相对比较浅的干热岩加以利用。通过地质勘探可以找到几百米深处的煤炭，同样可以通过地质勘探，找到相对浅层的干热岩，这个难度更大，要求更高。几万米深处的干热岩，无论是勘探手段还是开采技术，都无法做到，一般来说，2千米到4千米之间的干热岩是可以勘探，并且通过地热钻井技术加以利用。 
     
  第2个问题，干热岩可以用来干嘛呢，这个问题相对来说非常好理解，热能可以转化为动能，再转化为电能，我们国家有很多火力发电厂，用煤炭加热水变成高温高压的水蒸气，驱动涡轮转动用于发电，干热岩温度高，可以代替煤炭的作用加热水，后面的发电过程就和火力发电站一样。干热岩发电站和火力发电站最大的不同在于地下部分，技术的门槛更高，初投资也比火力发电站高很多，难点也都在地下的部分，对于人的来说，地球的深处有太多的未知和可能。 
     
  就中国现在已发现的可利用的干热岩储量已经够我们用上几千年，实际上干热岩用上亿年也不会枯竭，当人类的 科技 发展到将地球内部的热能都用尽的时候，其实早已经进入星际文明，去开采其他星球的能源了。

3. 利用高温岩浆或地下干热岩石获取的无尽能源是什么？

利用高温岩浆或地下干热岩石获取的无尽能源是地热能。
地热能取之不尽用之不竭，是非常好的清洁能源。目前对地热能的利用主要是开采地下热水。我国西南地区到青藏高原南部地热能丰富，已经建立了地热发电站。冰岛首都雷克雅未克大部分人使用地热采暖，该城市有无烟首都之称。

4. 人类对于干热岩的研究给你怎样的启示

开发干热岩有哪些益处
　　1.无温室气体排放。基于干热岩资源利用的新式发电系统不燃烧化石燃料，因此不会排放温室气体二氧化碳和其他污染物。
　　2.干热岩可循环利用。冷水变热后可能最终会使岩石温度降低到20℃左右，因此一处干热岩发电站可能只能连续工作20年左右。但是，这个热储库关闭后，地心的炽热岩浆会重新加热这些岩石。几十年后，这些热岩就能再次被用于发电。而且，在关闭期间，发电站可以得到充分的维修和技术升级，为下次发电做好准备，实现周期性循环发电。
　　3.干热岩储量丰富。开采使用干热岩，可满足人类长期使用需要。麻省理工学院一份研究表明，只要开发地球上3~10公里深度中2%的干热岩资源储量，就能产生2×1020EJ能量，是美国2005年全年能耗总量的2800倍。也有专家保守估计，地壳中距地表3~10公里深处的干热岩所蕴含的能量相当于全球石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。

5. 我国发现的新能源干热岩是一种什么样的能源呢？

干热岩（HDR），也称增强型地热系统（EGS），或称工程型地热系统，是一般温度大于200℃，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。这种岩体的成分可以变化很大, 绝大部分为中生代以来的中酸性侵入岩, 但也可以是中新生代的变质岩, 甚至是厚度巨大的块状沉积岩。干热岩主要被用来提取其内部的热量, 因此其主要的工业指标是岩体内部的温度。

中国首次发现大规模可利用干热岩资源于青海省共和盆地。青藏高原南部约占我国大陆地区干热岩总资源量的1/5。
2019年在山东省日照市和威海市的部分区域发现干热岩富存区，资源量总计相当于188亿吨标准煤。

6. 既然地球内部是高温的熔岩，能否用来进行发电？

这叫地热发电，其原理和火力发电一样，只是热源不同而已；目前地热发电主要受技术条件的限制，导致发电成本高，技术难度大，热电转化效率低，风险大、地域限制等等，使得地热发电还没有达到大规模应用。
地热能
在地球内部，有着取之不尽、用之不竭的热能，比如地壳之下10公里处，就有接近200℃的温度，而在地幔之中，温度达到了1000~3000℃，在地球中心处，温度更是高达6000℃，比太阳表面温度还略高。

地球内部之所以能保持数十亿年的高温，主要是因为地球内部的放射性元素发生衰变，持续释放了大量能量，将来还会持续数十亿年的时间。
那么我们能利用地球内部的热量来发电，然后解决人类的能源危机吗？比如在火山口建立发电厂，然后利用火山口的热能来发电。

理论上是完全可以的，目前的地热发电技术，就是对地热能的利用方式之一，地热发电没有火力发电那样的废物排放，也不像水力发电那样影响生态环境，地热发电可以说是非常理想的清洁能源之一。
地热发电
地球由地壳、地幔和地核组成，在陆地上，地壳的平均厚度高达40公里，地幔的平均厚度有2865公里，地幔处的温度虽然很高，但是压力高达10万个大气压以上，根本无法进行直接利用，更别说压力和温度更高的地核了。
只有在地壳内，有些地方特殊的地质结构，使得地幔中的热能被传送到接近地面的地方，比如地下水在接近地下高温熔岩时，会变为水蒸气输送到地面，有些则形成温泉，我们就可以直接加以利用。

目前，地热发电的原理，是把水注入到岩层当中，利用地热能产生高温蒸汽，然后再把高温蒸汽抽出来交换热量进行发电，实现热能向电能的转换。
我国在喜马拉雅山地带，以及台湾地区都有相应的地热发电厂，比如西藏就有著名的羊八井地热电站，建设于1977年，至今还在为西藏人民提供源源不断的电力。

目前全世界有超过150座的地热发电厂，而且近年来随着化石燃料成本的提高，地热发电的建设也在增速，预计未来全球地热发电能占总电量的10%以上，成为人类能源的重要支柱之一。
地热发电缺点
目前，全世界的地热发电技术处于初级阶段，还有很多问题等待完善和解决，比如：
（1）地域限制
很多地热发电厂需要建设在火山活动频繁的地区，虽然一些新型热发电技术比如“热干岩过程法”，可以不受地域限制，但是需要把水注入地下5公里深处，建设成本大大增加。

（2）建设成本高
地热能的开采需要钻深井，这会耗费大量的金刚石钻头，而金刚石钻头是非常昂贵的，建设初期的投入成本非常高。
（3）转换效率低
由于只能在地壳中利用地热能，所以无法把水加热到火电厂那样的高温高压，这使得地热发电中对热能的利用效率很低。
（4）风险大
由于地热能开采的最佳场合，是火山活动频繁的地区，所以在这里建设地热发电厂，也有一定的风险，说不定哪天就地震或者火山爆发了。

7. 火山爆发是由于炽热的岩浆在极大的压力下突破地壳，喷涌而出．这说明流出的岩浆具有动能，它是由______能

炽热的岩浆具有很大的内能，在突破地壳的过程中对外做功，将内能转化为机械能；岩浆冲上山坡时速度越来越慢，所处高度越来越高，其动能转化为重力势能．故答案为：内，重力势．