“地下锅炉” 开启地热资源开采利用新模式

4月29日，由中科院广州能源研究所与河北省煤田地质局主办的“超长重力热管开采干热岩热能关键技术突破及应用示范项目”工作会议在河北省唐山市召开。从会议上获悉，近期中科院广州能源研究所与河北省煤田地质局合作，在唐山海港经济开发区马头营干热岩地热深井内开展了超长重力热管取热试验，在世界范围内首次实现中深层地热资源的“无泵式”开采，通过开发类似“地下锅炉”的新技术，实现了干热岩地热资源开采技术的重大突破，为地热资源利用开辟了新模式、新路径。

技术人员正在开展试验

干热岩地热资源是国际公认的清洁能源，具有资源量大、分布广等特点，是未来地热资源开发利用的重要方向。2019年，河北省煤田地质局组织实施的环渤海（唐山海港）干热岩勘查项目，在唐山海港经济开发区3965米深度探获了温度达150℃的干热岩，实现了我国中东部地区干热岩勘查的重大突破。勘查结果显示，该区域4000米深度以浅，初步评估干热岩远景资源量，折合成标准煤约28亿吨。

技术人员正在开展试验

据了解，目前主流的干热岩地热资源EGS开采技术（即增强型地热系统），需要钻探多口深井后，在地下建设人工热储，并将多口深井通过人工热储进行有效连通，此后用高压水泵驱动水进行循环取热。这种方式将消耗大量电能，同时还存在管道易腐蚀结垢、耗水量大等问题。从而导致投资风险大、运行成本高、难以上规模、商业化营运困难等问题。因此，干热岩地热资源长期得不到有效开发，巨大的地下宝库难以得到有效利用。

对此，中科院广州能源研究所与河北省煤田地质局合作，开发了一种全新的“无泵式”干热岩资源开采技术——干热岩型地热超长重力热管采热技术。该技术通过向地下数千米深处的干热岩层钻孔中，安装密闭的超长重力热管，利用独特的热管取热技术抽取干热岩地热能量。这类似在地下数千米深处建设了一个“地下超级锅炉”，“锅炉”的“燃料”即是干热岩中的热能，“锅炉”产生的蒸汽通过数千米的管道自发地流向地面，此后利用蒸气凝结所释放的热能进行发电、供暖，从而实现中深层地热资源的高效开发利用。

试验现场

据介绍，该技术投资风险小，利用该技术能够大幅提升采热效率，而且无需使用水泵维持，节约了大量电能，还有效避免了管道腐蚀结垢、耗水量过大等问题，是一种高效、稳定、运行成本低的新型干热岩地热资源开采方式。

该试验结果显示，在地下取热段岩石平均温度为119°C的地热条件下，地面获得了温度最高达90°C的饱和水蒸汽，持续采热功率接近200千瓦。

中科院广州能源研究所先进能源系统实验室主任蒋方明表示，这是世界范围内首次实现中深层地热资源“无泵式”开采。该技术的突破，有效提升了干热岩这种清洁能源的商业化应用潜力，也为浅层地热资源开发利用提供了一种“只采热、不采水”的高效解决方案。

研讨会议现场

与会专家认为，本项成果将引领我国干热岩地热资源开采技术的创新发展，可作为中深层地热资源开采技术的重要示范应用成果。相关技术进一步发展成熟以后，可以在全国范围内推广应用，不仅能够取得良好的生态效益，还有望实现较好的经济效益。

河北省煤田地质局副局长张贵双表示，河北省干热岩地热资源开发前景非常广阔。该技术的开发利用，对于全省乃至全国开发利用清洁能源、优化能源结构、打赢污染防治攻坚战，将发挥积极的支撑作用。