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雾霾治理新配方——地热能!清洁城市不再遥远

      在SELF格致论道讲坛上,来自中科院地质与地球物理研究所的庞忠和教授说,地热资源是来自地球内心的奉献,地心温度可以达到五千到六千度,能量是巨大的,然而人类目前对它的利用比例非常小。温度较高的地热可以用来发电,之后可以用来供暖,还可以用于工业上别的目的。我国仅岩溶热储一项,就占国土面积的1/3,潜力巨大,百分之百清洁、用地热资源替代燃煤,将为人类创造巨大的健康效益。

      上九天揽月,下五洋捉鳖。深空、深海、深地,这些都是令人向往的高大上的话题,然而“入地”并不容易,从全世界来看,前苏联打到了12公里的深度是世界上最深的记录,这跟上天相比,可谓“比登天还难”。其实,入地不用太深,我们已经可以享有丰富的地热能源。

      雾霾,是我们现在无法回避的问题,我们既要 “健康”,又要“能源”,但当这两个主题发生冲突的时候,我们的出路在哪儿?


      没错,就是地热!自然界中常见的地热形式有:火山喷发、温泉、喷气孔这些自然现象,它们所代表的地热是一种清洁的可再生能源。地热在地球上分布很广泛,全球有四个大型高温地热带,它们是:环太平洋地热带,阿尔卑斯至喜马拉雅地热带、东非裂谷地热带,以及大西洋中脊地热带。其实,在这几个带之外,大型沉积盆地中也富含丰富的地热资源。

      地热来自地球内部,是地球内心的奉献,地心的温度可以达到五千到六千度,所以它的能量是巨大的,地球不仅是是个热库,同时还不断地生热,所以地球的热量是可持续的。与化石能源不同,地热能基本上不排放污染物,也不会带来大量的二氧化碳和温室效应;与太阳能和风能不同,地热资源是一个连续稳定的能源,它是一天24小时,一周7天一年365天都存在的;除此之外,它在地下储层当中,可以像一个电池一样储集热能量,这个特点是在能源利用中有待发挥的优势。

哪些可以称得上地热资源?

      第一种类为浅热,浅层地热能是赋存在地下两百米以浅的,主要是土壤层里的这部分热能,第二种叫水热,像温泉、喷气孔这些以水的形式出现的地热能;第三种为干热,地球越往地心越热,但随着深度的升高,岩石的渗透性却是逐渐下降的,所以这样一对矛盾就导致向下越走越深的时候,就只有热没有水了。第一种和第二种是我们现在人类开发利用地热的主要形式,第三种在还在探索中,欧美发达国家已经探索了将近四十年,但是,仍然没有达到产业化的程度,我国还处在基础研究阶段。

如何利用地热缓解雾霾?

      这里着重介绍大型岩溶热储。俗话说,桂林山水甲天下,大家都知道,在这样的地方,地上有风景如画的岩溶地貌,地下蕴含丰富的岩溶地下水和地下河,但是,大家可能不知道,实际上在华北地区,地下是有隐伏的岩溶,就如同埋在脚底下的桂林山水,储热条件非常好,单井出水量非常大,水质也很好,其开发利用技术已经成熟。

大型岩溶热储是如何形成的呢?

      华北平原地热地质条件特别,北边有燕山山脉,西边有太行山脉,平原下面有好几层碳酸盐岩构成的储层,形成了大型岩溶储层,从燕山山脉和太行山脉来的地下水,经过两三百公里的长距离运移,不断把岩石当中的热量带到盆地中心,其上覆有一至数千米的新生代松散沙层、土层沉积物,就像棉被一样起到保温作用,使得盆地内部热量聚集,形成雄县所在的牛驼镇地热田这样的热量聚集区。此外,结晶基底的隆起,加剧了地球深部热量的再分配,使岩溶储层不仅有水,而且水还是热的。

如何实现地热的可持续开采?

       在河北省的雄县已经实现了可持续的地热供暖,开采井、回灌井的设计有效解决了可持续供能的问题,开采井(红色的)出来的热水送到供热站经过换热以后,被加热的自来水送到各家各户,降温后的地热水——地热尾水再从冷水井(蓝色的井)回灌下去,这样实现了循环往复的利用。雄县有30万人口,井有70口左右,一千五百米左右的深井,温度在,60到70度,每年冬天这四个月,90%以上的人口享受了地热供暖。这个地热供暖是清洁的,整个城市几乎是没有烟囱的。这项成就还引起了国内外的广泛关注,很多国外专家学者到现场看了以后都赞不绝口。因此,它被国家能源局命名为“雄县模式”,成为国家级示范区。

      幸运的是,这种岩溶热储不仅雄县有,大华北地区的京津冀鲁豫都有,全国1/3的国土面积上都不同程度发育这样非常好的热储,所以它的勘探开发利用的远景是非常好的,潜力是非常巨大的。我们初步估算,全国岩溶热储的能量潜力相当于我国目前年能耗的100倍以上。如果我们把它们的分布与雾霾分布图对比一下,可以发现吻合性又是非常之好,所以开发利用地热资源可以有效替代燃煤,缓解雾霾。

      我国的地热利用从李四光先生最初倡导开始,已经努力了40余年。从十年前起,我国地热能的直接利用总量就排名世界第一了。但是,我们的国家幅员辽阔,人口众多,虽然在地热直接利用方面在国际上是有突出的业绩,但是,相对于人们的需求和我国地热资源潜力来说,利用程度是很低的。未来的目标是要对地热资源进行充分的利用。


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