文|鲸探所

编辑|鲸探所

你知道吗？

其实地球上还存在着一种无尽的能源，而且就藏在地下。

据说美国已经开始“搞幺蛾子”了，正在开发这种“取之不尽用之不竭”的新能源。

有人说，一旦这种能源被发开出来，能够让人类度过23亿年的“能源自由”时光，这是真的吗？

地热能源

地热能源的起源可追溯到45亿年前地球形成之初。

当时，地球内核的高温岩浆充满活力与破坏力，不断喷发出滚烫的岩浆和热流，正是这种原始的地热活动孕育了生命的起源，也提供了人类早期生存所需的热量。

时至今日，地球内核的火焰虽然已经沉寂，但地壳深处仍蕴藏着丰富的地热资源。

自古以来，人类就利用地热的恒温性开凿温泉、进行供暖，现代科学的进步让人类得以开采更深层的地热，将其转化为电力和其他类型的能量。

根据相关数据显示，全球大约有80个国家拥有可开采的地热资源，其中，北欧国家地热资源最为丰富，几乎全部家庭采用地热供暖和发电。

我国地热资源储量也非常可观，尤其在西部地区分布广泛，相当于4626亿吨标准煤，如果想要大规模开发利用的话，那么就必须具备先进的钻探技术、复杂地质结构勘测能力，以及应对高温高压环境的材料和设备。

而地热开发面临的最大难题，就是钻孔深度有限，目前最深的仅仅只有12公里，距理想开采深度2万米还差很远。

如何开发地热能源

20世纪70年代，苏联曾详细的规划了一个史无前例的超深井钻探计划，他们选择了摩尔曼斯克州科拉半岛作为钻探点，因为这里地下热流异常强烈。

而他们的计划目标深度则达到了7-14千米，预计耗时5年并持续到21世纪。

但是令他们没想到的是，钻探的过程竟然异常艰难，而且还遭遇了三次重大的事故。

第一次是因为钻杆被卡住了，所以只钻进了7千米，第二次在12千米时钻头脱落，第三次又在12.26千米重复脱落。

虽然在这一过程中，他们尝试进行了多次的修整，但是1994年时，探井的深度也仅仅只有12.26千米，这也没有实现他们的预期目标。

他们失败的原因在于地壳岩石会随着深度的增加变得愈加坚硬，地表至上地幔的厚度平均为17千米，表层岩石较软，但向下则是硬度越来越大的变岩，不仅如此，就连温度的压力也在增加，这样一来，就是对设备造成了严峻的考验。

尽管他们使用特殊合金制造钻头又尝试了一次，但是在巨大压力作用下持续高速旋转，还是难以对硬岩进行有效的破碎。

类似的困境也出现在后来俄罗斯的石油钻探项目中。

在萨哈林-1油井，俄罗斯使用了当时最先进的钻井设备，刷新了世界最深油井纪录，达到了15000米。

但这距离地热开发需要的20000米目标还是很远，实践证明，单依靠提高钻头性能是难以支持超过1.3万米的井深，而这主要受到地层岩性和温压条件等地质因素的制约。

要知道，地表附近的岩石相对松软，但在17公里深处就会遇到坚硬的基岩层。，而随着深度的加大，地下温度也在快速升高，钻头与岩石的高速摩擦同样会产生极高的热量，这些都使得钻头必须具备足够的硬度与抗高温能力。

曾有报道称，美国研发出一种新型钻头，可以在萨哈林-1油井的基础上再往下挖掘5000米，但这种报道的真实性还有待验证。

但是我们可以看到，想要安全高效地大规模开采利用地热资源，目前技术上还面临重重障碍，这些困难的根本原因在于地下岩石的超高硬度，以及极端的高温高压环境对钻探装备的考验。

世界上的一些主要国家虽然在这一领域投入了大量科研资源，各种新技术也在逐步出现，但要实现地热资源的大规模商业化利用，仍有长远的路要走。

美国新型微波钻井技术

2022年1月份，英国《每日邮报》发布报道称，美国Quaise Energy公司宣布研发出新型微波钻井技术，可以实现更深层次的地热开采。

当这一消息刚传出的时候，瞬间就引发了业内的广泛关注。

有人认为这将开启地热能开采的新纪元，但更多人对此持怀疑态度，究竟这项技术能否实现预期目标，地热能的开发前景又会如何，这需要我们从多个方面进行全面的思考。

要知道的是，这种新型微波钻头的原理是利用高频超声波来震碎岩石，它与传统的金属钻头配合使用，当遇到难以突破的岩石层时激活微波钻头，就可以利用强大的功率震碎岩石。

由于微波钻头不与岩石直接接触，因此不会出现磨损问题，不过理论上它可以持续工作而无需更换。

虽然说微波钻井并非全新概念，其利用特殊频率的电磁波作用岩石实现碎石，但是相较传统机械钻探来看，它可以避免钻头磨损、延长使用寿命，在困难地层具优势。

Quaise Energy公司完成了三轮融资，最大一轮高达4000万美元，由此可见该技术受到资本市场的追捧。

这个公司表示，将会利用这项技术开采地热能源，实现能源自由，但真正的地热勘探远非想象中那么简单。

再说了，就算能实现两万米的井深，那么近地表的岩浆层也多是“短期放热岩”，非常容易被榨取干净。

而且建设大型地热井成本高昂，一旦地热能源枯竭，投资难以回本。

相比而言，地球深处的岩浆具有更强的储热能力，但目前看来超深钻探还面临诸多技术难题，成功率存疑。

虽然地热开发充满变量，但是它的潜在价值却不容小视，美国多州已搭建地热供暖和发电体系，其丰富的地热资源有望进一步转化为清洁能源，造福民众。

地球的地热能源源源不断，但目前人类利用地热能的路径有限，而Quaise Energy公司的微波钻头技术似乎为地热开发打开了新局面，但真正实现商业化利用任重道远。

首先，超深层钻探需要巨资投入，因为单口地热开采井往往需要数年周期建设，投资回收期长，一旦选址不当，资源匮乏，恐难很难达到预期效果。

其次，深层地热虽然相对来说比较稳定，但是开采后衰减的风险却依然存在，而且开采思路需避免过度依赖单一来源，这样也能够维护资源可持续利用。

不仅如此，地热开发还可能影响当地地表环境，需要评估监测其长期影响。

值得一提的是，虽然目前人类还没能将地表挖到两万米深，但并非没有开展地热能源利用。

中国地热资源的开发

我国地热资源分布广泛，主要集中在西南、东北和华北三大板块。

根据初步评估，中国陆地地热资源总储量约合2600亿吨标准煤，居于世界第四，仅次于美国、印尼和菲律宾。

从区域分布来看，西南地区地热资源最为丰富，其次是东北地区和华北地区。

以云南省为例，该省地热资源储量约合1000亿吨标准煤，主要分布在文山、德宏、怒江等州，不过四川、贵州、西藏等省区地热资源储量也较为可观。

而东北地区的地热资源主要分布在黑龙江省和内蒙古自治区，华北地区的地热资源则以河北省张家口市、北京市延庆县等地最为丰富。

我国地热资源类型繁多，按温度可分为高温、中温和低温三类，高温地热资源温度在150°C以上，主要分布在西南断块带火山热点区域。

中温地热资源温度在90-150°C之间，主要分布在东北地区的沉降带和华北地区的新构造运动带，而低温地热资源温度在90°C以下，它的分布范围最广。

如果按照热储特征的话，这些能源可以分为储热型和传热型两类，储热型主要存在于地下岩浆活动区，传热型存在于大陆架区和地漏区。

目前，我国地热能源利用以发电为主，兼及供暖、温室种植、旅游度假等，而且我们已经建成了多个地热发电站，总装机容量达到3.6万千瓦，约占可再生能源发电总量的5%。

1977年建成投产的西藏羊八井地热电站，是我国第一个工业规模的地热发电站，也是西藏电力系统的重要组成部分。

不仅如此，在北方地区，地热采暖也得到了较广泛的应用，如北京、天津、哈尔滨等城市都建有地热供暖系统。

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