“地球呼吸”产生的高温热流何以造福人类？

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  新华网北京1月20日电（程浩然 记者刘军）冬日清晨，山东东营黄河三角洲腹地，一股蒸腾的白雾冲破地表，在晨光中划出一道隐约的彩虹。这不是影视特效画面，而是来自地下4002米深处的“地球呼吸”——“东高热1”地热井正以138摄氏度的出水温度，向世界宣告中国华东地区最高温水热型地热资源的诞生。这口井每年释放的热量，相当于燃烧2.7万吨标准煤，却几乎不产生碳排放。

图为“东高热1”地热井现场。山东省地矿工程勘察院供图

  高温地热究竟从何而来？又该如何存储？

  自然资源部深部地热能创新团队首席专家、山东省地热清洁能源重点实验室主任康凤新16日接受新华网采访时表示，地球深部本身就是一个巨大的热引擎，在某些特殊的地质构造中，热量会以更激烈的方式逼近地表。温度超过150摄氏度的高温地热形成条件极为苛刻——需要一个强大的热源、一条畅通的输送通道，以及一个能够储存大量热水的地下水库。

  “东高热1”所在的东营地区，恰恰完美地集合了这三大要素。”康凤新解释说，过去，中国已发现的高温地热资源主要集中在西藏、云南、台湾等板块边缘的火山地震活跃带，在东营这样的板块内部沉积盆地稳定区域找到高温地热，是一个重要的理论突破，为在我国东部广袤的平原盆地之下寻找清洁能源，绘制了新的导航图。

  深部高温地热开发，最大的技术难题在于如何让深部热储层中的高温流体顺畅地流向钻井，并保持足够的流量。山东省地矿工程勘察院副院长李常锁告诉记者，项目团队创新性地采用了“有机酸+缓速压裂”耦合技术，犹如为地球的岩层“疏通经脉”。技术人员首先通过高压，将特殊的酸性流体注入数千米之下的目标岩层，像“打气”一样撑开岩石中原本细微的裂缝，溶解掉那些堵塞通道的“栓塞”，最终使得出水温度提升、水量稳定。

  李常锁表示，项目配套研发的耐高温大扬程潜水泵、永磁同步电机及井下实时监测传感器，成功攻克了国产设备在深部高温高压环境下稳定运行的“卡脖子”难题，实现了对地热能量的高效捕获，标志着中国在深部地热勘探开发领域迈出了坚实的一步。

  这些由“地球呼吸”产生的高温热流，究竟如何造福人类？如何改变我们的生活？

  康凤新向记者展现了一个充满想象力的能量梯级利用蓝图——通过地热蒸汽驱动涡轮发电机，可以产生稳定可靠、几乎不受天气影响的基荷电力，并且整个过程近乎零碳排放；138摄氏度的地热流体可以直接或经过简单换热后，为工业领域如纺织印染、食品加工、化工烘干等行业提供大量稳定的蒸汽，不仅能大幅降低企业的用能成本，更能显著减少碳排放，助力工业绿色转型；地热最直接、最普惠的应用在于接入城市集中供暖管网，一口深度1000—2000米、水温60—80摄氏度的地热井，就能满足一个农村社区的供暖需求，且通过“取热不耗水”的技术，可以长久稳定运行，为乡村振兴提供了“用得起的清洁热源”；地热能通过管道输送的持续稳定热量，可以为温室大棚提供完美的生长环境，让反季节蔬菜、喜温花卉在寒冬中绚烂绽放；恒温的地热水适用于水产养殖，像养殖罗非鱼等高附加值水产品，提升农业效益；从高温地热水中还可以提取锂、氦等战略性矿产资源，实现“一能多用，多能互补”的综合效益。

  如果大面积开发利用，会不会把地下的热水抽干、热量用尽？

  康凤新给出了明确的答案：“不会，前提是必须坚持‘采灌均衡’可持续开采。”所谓“采灌均衡”，就是在开采地热水利用其热量的同时，必须将利用后温度降低的尾水，通过专门的回灌井，完全回灌到同一深度的热储层中。这就好比只从水库中取走“热量”这份能量，而把“水”这个载体原样归还，从而实现“取热不取水、取热不耗水”，这样就保证了热储层中地热水的水量均衡。同时，还要保证热均衡——开采井和回灌井之间的距离要大于产生热突破（即回灌的低温尾水过早地流到开采井，导致开采井水温降低）的临界采灌井距，确保100年内开采井温度不降低，从而实现“水均衡”“热均衡”控制下的地热能稳定高效开采。

  据悉，山东地矿团队经过长期攻关，创新研发了深井大口径填砾、热储层改造等关键技术，在德州等地成功建成了我国北方“采灌均衡、取热不耗水”的规模化示范工程，实现了回灌率长期稳定在95%以上。

图为康凤新（右二）带领团队在野外勘察。山东省地质矿产勘查开发局供图

  康凤新坦言，目前“东高热1”还只是“一孔之见”，要真正摸清该区域地热资源的“家底”——具体的资源量、可发电规模、可供暖面积、可持续开发周期——还需要在更大范围内进行系统的勘探评价，这可能需要两三年的周期。同时，地热产业的健康发展也呼唤更加协同的政策环境。目前，地热因其兼具矿产资源和水资源双重属性，在管理中有时面临“多头管理”的困境，取水许可与采矿许可的衔接不畅，在一定程度上影响了社会资本投入的信心和产业的规模化发展。推动明确“采灌均衡”模式下的管理标准，加强部门协同，成为产业界和学界的共同期待。

  “地球内部蕴藏的能量是近乎无限的，仅地表以下10公里范围内的地热资源量，就相当于全球煤炭储量的数万倍。”康凤新认为，“东高热1”井的突破性意义在于证明在中国东部经济发达、能源需求旺盛的板块内部沉积盆地稳定区，同样可能蕴藏着丰富的高温地热资源，这无疑极大地拓展了我国清洁能源的找寻空间。

  “开发地热对于我国优化能源结构、保障能源安全、最终实现‘双碳’目标，具有深远的战略意义。”他说。