地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源,具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点,是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。
但是地热对能源的贡献却极其尴尬,在世界上GDP排名前四国家美、中、日地热发电量均不到能源总量的0.5%,三国地热占比见下表:国家地热在一次能源的占比(%)统计年份美国0.42013中国0.472015日本0.22008平均0.36造成地热发电量少的原因是缺少地热资源吗?答案是否定的。
以中国为例:我国大陆3000~10000m深处干热岩资源储量折合标准煤高达860×10^12t,相当于目前全国年度能源消耗总量的26万倍(摘自《中外能源》 2012年07期《中国地热资源概况》)。
可以看出,地热的储量是远远大于需求量的。
储量这么大,为什么利用的这么少呢?这是由于:可用来工业发电的地热储存在干热岩中,干热岩的温度在200℃以上,另外干热岩通常由花岗岩或玄武岩组成,这是自然界中最硬的2种岩石。
困扰地热利用的瓶颈是存储地热干热岩本身的特点:温度高、硬度高,这会给钻井工程带来极大的困难,下面逐一论述温度和硬度对干热岩钻井的影响:一、温度目前的的钻井提速工具(螺杆、扭力冲击器等)中含有橡胶承力构件,而橡胶的耐温性很差就决定了地热钻井的工作温度通常在120℃以下。
而干热岩是200℃以上,而且是越高越好,通常认为300℃以上的干热岩资源发电才有经济效益。
没有在高温条件下使用的钻井提速工具,地热的开发就无从谈起。
二、硬度首先脑补个小知识-可钻级别。
可钻级别就是标准微型钻头钻进规定深度所需的时间。
每升一级就时间翻倍,详见下表:储存地热的花岗岩或玄武岩的可钻级别是7~10级,而目前钻井提速工具螺杆或扭冲适用可钻级别7以下的岩层,也就是说目前钻井提速工具恰好不能适用干热岩的硬度。
总结一下,钻井提速工具应用的温度、硬度均不能满足干热岩钻井的要求,那干热岩钻井就无从谈起,钻不了井,又怎么能开发地热呢?这也就是各国一方面大力提倡开发地热,另一方面地热在能源中的占比几乎可以忽略的原因。
尤其是日本,作为一个能源匮乏的国家,但技术先进、资金充裕,却守着地热资源丰富,不能加以充分利用的原因。