开发热干岩能源

发布时间：90年04月25日

J. 山本编译阎力

地壳中蕴藏着极大的热能，这些热能大多数都被储存在据认为是热干岩（hot dry rock）中，这些深处的岩床被地壳下或地壳中的岩浆所加热。

美国的M. C. 史密斯（M. C. Smith）及其他人最先提出一种技术设想，即开发这种热来产生动力，大体上说，这种技术包括从地表上向热干岩中钻两口竖井。然后使用高压水流，在两口井之间的岩床上产生裂缝。水被注入一口井中，由热干岩加热后再从另一口井中用水泵抽出，出来的热水和蒸汽被用来驱动汽轮机发电。

第一次开发热干岩的野外实验是1973年在新墨西哥州的Fenton山进行的。不过，人们在产生动力的观念方面发生突破是在1978年。洛斯阿拉莫斯国家实验室成功地使水在2.6千米深的花岗岩中循环，185°C的水温维持了75天。尽管产出的热量只有3兆瓦，但这次实验仍然是划时代的。

1982年开始的第二个洛斯阿拉莫斯计划在规模上胃口更大：试图开发4千米深的岩层，达到260°C。其目标是先打两口井，用第一口井中诱发的人工裂缝把第二口井连结起来。然而，连结两口井的努力一直遭到失败，直到1985年5月，在第一口井附近打出了一口井，才实现了人工循环。这些失败清楚地表明，需要设计更科学的破裂方案。

从1980年到1986年，美国、西德和日本新能源与工业技术开发组织（NEDO）进行了联合研究。作为这项联合努力的成果，1986年证明了地热开采量超过10，000千瓦是可以达到的。大量的水在3.5千米的地下通过人造裂缝在热干岩中循环，前所未有地持续了—个月，由其表面获取了9，000千瓦的热能。

对一台有效运行的发电机来说，不管用什么方法，都需要持续稳定地提供热水和蒸汽。此外，没有精确地预计裂缝产生方向的方法，就不可能确定第二口井的最佳位置。

在山形县进行的研究目前处于确立基本技术的阶段，诸如在岩石中产生裂缝，这将有效地免除推测。科学家们正在寻求更有效地产生裂缝以及在更深的地方产生裂缝的方法，因为岩床的温度一般随着深度的增加而增高。

伽玛方案

使岩石破裂的设计方法论是由东北大学地热能源开发工程研究组（GEEE）提出的，名为r方案，该组是由Hiroyuki Abe教授领导的。

r方案的目标是要制定一个确保成功地连通两口井的基本工程计划。用高压水在注入井中引起岩石破裂，该方案将估计破裂的方向，并由此决定第二口井的最佳位置。

为了精确预计破裂的特性，包括位置、方向、范围和大小，三个原则参数是必不可少的：（1）地壳的应力；（2）各个方向上对裂缝延展的阻抗和（3）岩石内部的天然连缝。

GEEE发展了一种测量方法可以获取这些参数的数据，并通过一块岩石估计分布状态。尔后进行详尽的实验，把这种估计与实际结果进行比较。

不过，仅仅作出估计并不是GEEE的目标。GEEE试图确立一种方法，在进行人工诱发时科学地确定裂缝可能呈现的特性。GEEE的方法基于下列技术：

（1）使用声响发射（AE）探头，测量裂缝被诱发时所发出的声波。

（2）使用AE探头测量人工声响的弹性波。

（3）使用电势检测器测量电动势的扰动。