一种全新的增强型地热系统概念:竖井采热法

2018-04-11

    人类赖以生存的地球,蕴藏着丰富的地热资源。自二十世纪七十年代开始,国际上一直在努力探索一种用于深地热开发的钻井采热法。但因存在水量小、水-岩换热通道短、冷-热水介质受原岩污染,以及水力压裂缝网不稳定、诱发地震、污染地下水环境等诸多弊端,钻井采热法正遭遇难以突破的技术瓶颈。

    2016年7月3日,在“中国东部多井孔深部地下实验室国际学术研讨会”上,我国学者唐春安教授与赵坚教授、王思敬院士合作,首次在国际上提出了一种全新的增强型地热系统概念:竖井采热法,并多次在国内外重要会议上阐述了“竖井采热法”新概念,“竖井采热法”国际工作小组也在筹备之中。


    竖井采热技术主要由地面发电系统和地下采热系统两部分组成。其中地下结构部分包括大直径竖井、地下高温高压换热水池、换热水流通道和通过钻爆裂隙网络形成的水-岩换热区等组成。通过入水管道中的冷水与高温高压水池中的热水交换热能,形成高温高压水蒸气,并通过回水管道输送到地面水轮机转化成机械能,最后转化成电能供人们使用。

   竖井采热技术克服了钻井采热技术的诸多弊端,具有五个方面的明显优势:

   (1)有利于深部采热系统的施工建设;

   (2)不需采用水力压裂技术,不会诱发地震,更不用担心水环境污染;

   (3)可大幅度增加水热交换面积,实现大容量地热开发;

   (4)利用U型管原理,上、下冷-热水封闭循环方案可最大限度地减小系统能耗,同时彻底避免深部有害矿物质腐蚀管道或污染环境; 

   (5)可与深部矿物资源开采相结合,实现矿物资源与地热资源利用的双赢。

    地热能是从深部地壳中抽取的天然热能,主要来自地球深部的岩熔。取之不尽,用之不竭。世界采矿深度已突4500米大关,中国煤矿开采的年巷道掘进总长相当地球的直径。随着智能遥控技术、无人驾驶技术和深部高温环境下掘进技术的突破,竖井采热技术必将成为未来深地热能资源利用的国之重器,将为破解人类能源危机贡献中国方案。


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