周 臣

（河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊(河北省干熱巖研究中心)，河北 邢臺 054000）

我國干熱巖資源豐富，具有較大的開發(fā)潛力。近年來，隨著干熱巖研究的不斷深入，我國在干熱巖勘查、鉆探技術(shù)和發(fā)電技術(shù)等方面取得了一定的進展。然而，與國際先進水平相比，我國干熱巖發(fā)電技術(shù)的研究仍面臨許多挑戰(zhàn)，如技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造和工程應(yīng)用等方面。因此，對干熱巖開發(fā)及發(fā)電技術(shù)的研究具有重要的理論意義和實際價值。文章通過深入研究和實踐，可以為干熱巖發(fā)電技術(shù)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，推動干熱巖能源資源的高效利用，促進可持續(xù)能源體系的構(gòu)建。

1 干熱巖概述

1.1 干熱巖定義

干熱巖（Dry Hot Rock， DHR）是指埋藏在地殼深部，溫度在200 ℃以上，具有潛在能量的巖石。這種巖石內(nèi)部蘊藏著大量的熱能，具有較高的開發(fā)潛力。與水熱型地熱能不同，干熱巖中的熱能通常是由地殼深處的地球內(nèi)部活動產(chǎn)生的，而非地下水和溫泉等地表水體的熱傳導(dǎo)作用。

1.2 地質(zhì)特征

①溫度高。干熱巖內(nèi)部的溫度通常在200 ℃以上，部分地區(qū)可達400 ℃以上。這種高溫環(huán)境使得干熱巖具有潛在的熱能。②壓力大。干熱巖位于地殼深部，受到高壓作用，地殼巖層的壓力通常在100～200 MPa之間。這種高壓環(huán)境對干熱巖的開發(fā)和利用具有一定的挑戰(zhàn)。③非滲透性。干熱巖中的水和氣體含量較低，具有較強的非滲透性。這使得干熱巖中的熱能難以直接利用，需要通過特殊的開發(fā)技術(shù)來實現(xiàn)熱能的提取。④分布不均。干熱巖的分布受地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地貌和地球內(nèi)部活動等多種因素影響，具有明顯的區(qū)域性特征。在不同地區(qū)，干熱巖的資源分布和儲量差異較大，這對干熱巖的開發(fā)和利用提出了挑戰(zhàn)。⑤成因多樣。干熱巖的成因主要包括地殼內(nèi)的深部過程、火山活動、地幔熱柱等。不同成因的干熱巖具有不同的地質(zhì)特征和開發(fā)利用難度。

1.3 資源潛力

①巨大的儲量。據(jù)科學(xué)家估計，干熱巖的熱量相當于全球石油、天然氣和煤炭儲量總和的數(shù)萬倍。這意味著干熱巖具有巨大的資源潛力，是一種可持續(xù)的清潔能源。②穩(wěn)定的地質(zhì)條件。干熱巖在地殼中相對穩(wěn)定，受地震、地殼運動等因素的影響較小。這為干熱巖的開發(fā)提供了一定的安全保障，降低了開發(fā)風(fēng)險。③低開采成本。與傳統(tǒng)的化石燃料相比，干熱巖的開發(fā)成本相對較低。主要原因是干熱巖的開發(fā)利用主要依賴于地熱能技術(shù)，而非化石燃料開采所需的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運輸成本。④環(huán)境友好。干熱巖的開發(fā)利用過程中幾乎不會產(chǎn)生溫室氣體排放，有助于減緩全球氣候變化。此外，干熱巖開采產(chǎn)生的廢水和廢氣較少，對環(huán)境影響較小。⑤可再生性。干熱巖作為一種可再生能源，具有較高的可持續(xù)性。隨著地球內(nèi)部活動的持續(xù)，干熱巖的資源潛力有望得到進一步挖掘和利用。

2 干熱巖開發(fā)技術(shù)

2.1 鉆探技術(shù)

鉆探技術(shù)是干熱巖開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，需要根據(jù)干熱巖的地質(zhì)特征和資源分布情況，采用合適的鉆探方法和技術(shù)。常見的干熱巖鉆探方法包括：①水平定向鉆探技術(shù)。水平定向鉆探采用特殊的導(dǎo)向技術(shù)，可以在垂直或近垂直的干熱巖層中實現(xiàn)鉆探，具有較高的精度和效率。②垂直鉆探技術(shù)。垂直鉆探主要用于垂直方向的干熱巖層鉆探，可以直接獲取干熱巖中的熱能。垂直鉆探技術(shù)包括垂直直井和水平螺旋井等。③定向井。定向井是一種特殊的水平鉆探技術(shù)，可以在干熱巖層中實現(xiàn)一定程度的定向鉆探。定向井技術(shù)可以降低鉆探成本。④地球物理勘探技術(shù)。地球物理勘探技術(shù)主要包括地震勘探、重力勘探、磁法勘探和電法勘探等。這些技術(shù)可以輔助鉆探技術(shù)，提高干熱巖勘探的準確性和效率。

2.2 高溫高壓開采技術(shù)

溫高壓開采技術(shù)是干熱巖開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要在高溫高壓條件下實現(xiàn)熱能的有效提取和利用。高溫高壓開采技術(shù)包括：①蒸汽發(fā)生器技術(shù)。蒸汽發(fā)生器技術(shù)利用水在高溫高壓條件下產(chǎn)生蒸汽，通過熱交換將干熱巖中的熱能轉(zhuǎn)換為蒸汽的熱能，從而實現(xiàn)熱能的提取和利用。②地熱泵技術(shù)。地熱泵技術(shù)利用地下熱能與地面上的冷量進行交換，實現(xiàn)熱能的提取和利用。地熱泵技術(shù)在干熱巖開采中具有廣泛的應(yīng)用前景。③垂直熱水開采技術(shù)。垂直熱水開采技術(shù)是在干熱巖層中鉆孔，將高溫高壓的水注入干熱巖層，利用水在高溫高壓條件下釋放熱能，從而提取干熱巖中的熱能。④蒸汽脈動技術(shù)。蒸汽脈動技術(shù)是利用蒸汽脈動產(chǎn)生的沖擊力，直接破碎干熱巖層，從而提取其中的熱能。這種技術(shù)適用于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的干熱巖層。

2.3 深地熱能綜合利用技術(shù)

深地熱能綜合利用技術(shù)是指將干熱巖的熱能、氣體等多種資源進行綜合開發(fā)和利用的技術(shù)。深地熱能綜合利用技術(shù)包括：①地熱供暖。利用干熱巖產(chǎn)生的熱能為建筑物供暖，實現(xiàn)熱能的高效利用。地熱供暖技術(shù)可以提高供暖效果，降低供暖成本，同時減少溫室氣體排放。②地熱農(nóng)業(yè)。利用干熱巖產(chǎn)生的熱能為溫室提供熱能，實現(xiàn)地熱農(nóng)業(yè)的發(fā)展。地熱農(nóng)業(yè)可以提高作物生長效率，降低灌溉成本，提高作物品質(zhì)。③地熱發(fā)電。利用干熱巖產(chǎn)生的熱能驅(qū)動地熱發(fā)電站運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能。地熱發(fā)電技術(shù)可以減少化石燃料的使用，降低溫室氣體排放，同時實現(xiàn)可再生能源的利用。④水資源利用與地熱能發(fā)電相結(jié)合。在地熱能發(fā)電過程中，通過地熱井回收地下熱水或地下水資源，實現(xiàn)水資源的高效利用。地熱能發(fā)電與水資源利用相結(jié)合的技術(shù)可以提高能源資源的綜合利用效率，降低能源成本。

3 干熱巖發(fā)電技術(shù)應(yīng)用策略

3.1 區(qū)域分布與開發(fā)策略

區(qū)域分布與開發(fā)策略是干熱巖發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要根據(jù)干熱巖資源的分布情況，制定合理的區(qū)域開發(fā)策略。因此，相關(guān)部門應(yīng)根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、沉積物和巖石類型等因素，確定干熱巖資源豐富的區(qū)域。這些區(qū)域通常具有較高的溫度和壓力，有利于干熱巖的開發(fā)和利用。同時，相關(guān)部門還應(yīng)根據(jù)資源分布情況，制定合理的干熱巖發(fā)電區(qū)域開發(fā)策略?？梢詫⒏蔁釒r發(fā)電項目集中在資源豐富、地質(zhì)條件適宜、交通便利的地區(qū)，以實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。在干熱巖發(fā)電區(qū)域開發(fā)策略制定完畢后，相關(guān)部門應(yīng)根據(jù)區(qū)域資源和技術(shù)條件，選擇合適的干熱巖發(fā)電開發(fā)模式。常見的開發(fā)模式包括集中式干熱巖發(fā)電和分布式干熱巖發(fā)電。并且，相關(guān)部門也應(yīng)根據(jù)區(qū)域開發(fā)策略和開發(fā)模式，制定詳細的干熱巖發(fā)電區(qū)域開發(fā)規(guī)劃。包括項目選址、工程建設(shè)、設(shè)備選型、技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)等方面的內(nèi)容。此外，在干熱巖發(fā)電項目的實施過程中，政府、企業(yè)和研究機構(gòu)還應(yīng)加強區(qū)域合作與協(xié)調(diào)，共同推動干熱巖發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用，為干熱巖發(fā)電項目的實施創(chuàng)造良好的條件。

3.2 資源評估與成本分析

資源評估與成本分析是干熱巖發(fā)電技術(shù)應(yīng)用策略的重要組成部分，有助于了解資源儲量、品質(zhì)、分布和可開采性等方面的信息，以及預(yù)估開發(fā)成本、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益等關(guān)鍵指標。①熱巖資源評估。首先，根據(jù)地質(zhì)資料和地球物理方法，估算干熱巖的儲量，包括已開發(fā)和未開發(fā)的干熱巖資源。其次，評估干熱巖的物理和化學(xué)性質(zhì)，例如導(dǎo)熱性、密度、流體性質(zhì)等，以確定其適用于發(fā)電的范圍。最后，評估干熱巖在全球或地區(qū)的分布狀況，包括資源豐度、開采難度等因素。②干熱巖發(fā)電成本分析。首先，評估干熱巖發(fā)電的技術(shù)成本，包括設(shè)備購置、安裝、調(diào)試、運行和維護等成本。其次，評估干熱巖發(fā)電過程中產(chǎn)生的環(huán)境影響和處理成本，包括廢水、廢氣、廢渣等污染物的處理和排放。最后，評估干熱巖發(fā)電項目對社區(qū)、經(jīng)濟和社會的影響，以及相應(yīng)的補償和適應(yīng)措施。③成本效益分析。首先，評估干熱巖發(fā)電項目的盈利能力，包括項目投資回報期、凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率等指標。其次，評估干熱巖發(fā)電項目對環(huán)境的正面影響和負面影響，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.3 政策與法規(guī)支持

干熱巖發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需要政府、企業(yè)和研究機構(gòu)的共同推動。政策與法規(guī)支持是干熱巖發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的重要保障，可以為干熱巖發(fā)電技術(shù)的研究與開發(fā)、項目建設(shè)和運營提供有力支持。因此，政府應(yīng)制定相應(yīng)的干熱巖發(fā)電政策和規(guī)劃，為干熱巖發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供指導(dǎo)。政策和規(guī)劃應(yīng)包括技術(shù)研發(fā)、項目建設(shè)、投資支持、稅收優(yōu)惠、環(huán)境保護和市場準入等方面的內(nèi)容。同時，政府還應(yīng)通過設(shè)立專項基金、提供貸款和稅收優(yōu)惠等方式，為干熱巖發(fā)電技術(shù)的研究與開發(fā)、項目的建設(shè)和運營提供資金支持。除此之外，政府也應(yīng)完善干熱巖發(fā)電法規(guī)體系，為干熱巖發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用提供法律保障。法規(guī)體系應(yīng)包括干熱巖資源開發(fā)、環(huán)境保護、安全生產(chǎn)等方面的內(nèi)容。并且，政府還應(yīng)加強與國際組織和其他國家在干熱巖發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的合作，共同推動干熱巖發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

3.4 風(fēng)險評估與防范

干熱巖發(fā)電技術(shù)的風(fēng)險評估與防范是確保項目安全、環(huán)保的重要環(huán)節(jié)。因此，相關(guān)部門應(yīng)對干熱巖發(fā)電項目進行全面的風(fēng)險評估，識別潛在風(fēng)險，為項目的決策和實施提供科學(xué)依據(jù)。在評估完畢后，相關(guān)部門應(yīng)根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果，制定相應(yīng)的風(fēng)險防范措施，降低風(fēng)險對項目的影響。為確保人員和設(shè)備安全，相關(guān)部門應(yīng)嚴格遵守安全生產(chǎn)規(guī)定，加強安全管理和監(jiān)督。同時，相關(guān)部門還應(yīng)關(guān)注干熱巖發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，及時進行技術(shù)更新和優(yōu)化，降低技術(shù)成熟度風(fēng)險。

4 案例分析

4.1 國外典型案例

①冰島干熱巖發(fā)電項目。冰島是世界上最活躍的火山區(qū)之一，擁有豐富的干熱巖資源。該國在2017年啟動了一個名為“Svartsengi”的干熱巖發(fā)電項目，計劃利用地下2 000 m深的干熱巖能源為冰島電網(wǎng)提供清潔能源。該項目通過鉆孔、爆破和加熱等方法將地下的干熱巖能量轉(zhuǎn)化為電能，預(yù)計將成為全球首個商業(yè)化的干熱巖發(fā)電項目。②美國夏威夷干熱巖發(fā)電項目。美國夏威夷擁有豐富的干熱巖資源，位于夏威夷島的莫洛凱島上的干熱巖發(fā)電項目（Senge Chiho Coal Mine）于2013年投入商業(yè)運營。該項目通過鉆孔、爆破和加熱等方法，利用地下1 800 m深的干熱巖能源為電廠提供清潔能源。③葡萄牙干熱巖發(fā)電項目。葡萄牙于2008年啟動了名為“Litoral Energia”的干熱巖發(fā)電項目。該項目利用地下3 000 m深的干熱巖能源為當?shù)仉娋W(wǎng)提供清潔能源。項目共采用8個鉆孔，其中6個用于鉆孔取熱，2個用于鉆孔取水。項目通過管道將干熱巖產(chǎn)生的蒸汽輸送至發(fā)電站進行熱能發(fā)電。

4.2 國內(nèi)典型案例

①山東博興干熱巖發(fā)電項目。位于中國山東省博興縣的干熱巖發(fā)電項目于2010年啟動，利用地下2 400 m深的干熱巖能源為電廠提供清潔能源。項目采用鉆井、取熱和發(fā)電等技術(shù)，共建設(shè)6個鉆孔，形成一個集熱發(fā)電系統(tǒng)。該項目于2013年投入商業(yè)運營，成為中國首個商業(yè)化的干熱巖發(fā)電項目。②青海共和干熱巖發(fā)電項目。位于中國青海省共和縣的干熱巖發(fā)電項目于2017年啟動，利用地下3 000 m深的干熱巖能源為電廠提供清潔能源。該項目采用鉆井、取熱和發(fā)電等技術(shù)，共建設(shè)8個鉆孔，形成一個集熱發(fā)電系統(tǒng)。項目于2020年投入商業(yè)運營，成為中國首個實現(xiàn)商業(yè)化的干熱巖發(fā)電項目。這些國外和國內(nèi)的干熱巖發(fā)電項目表明，干熱巖發(fā)電技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＭㄟ^不斷的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用實踐，干熱巖發(fā)電技術(shù)有望為全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

5 結(jié)語

綜上所述，干熱巖發(fā)電技術(shù)作為一種清潔、可持續(xù)的能源利用方式，在全球范圍內(nèi)受到了越來越多的關(guān)注和研究。因此，在未來，應(yīng)當關(guān)注干熱巖發(fā)電技術(shù)在實際應(yīng)用中可能面臨的環(huán)境、經(jīng)濟和社會等方面的挑戰(zhàn)，以確保干熱巖發(fā)電技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展和有效應(yīng)用。