冰島大學：一種利用超高溫地熱儲層熱量的新模式

一項新的研究提出了超熱巖地熱系統采熱過程中滲透率增強和壓力響應的模式。

標稱韌性巖石增強型地熱系統（NDR-EGS）經過1年和10年熱提取和回灌后的壓力響應

最近發表的一項研究提出了一種利用超高溫地熱儲層熱量的新模式。該模式基于一種類似EGS的方法，即將冷流體注入超高溫儲層，從而使通常具有韌性的巖石脆化并增加儲層的整體滲透率。這篇題為“對韌性地殼中增強型地熱系統潛力的水力約束” 的研究已經發表在《地熱能》雜志上。作者是冰島大學地球科學研究所的Samuel Scott、蘇黎世聯邦理工學院地球化學和巖石學研究所的Alina Yapparova、GFZ波茨坦德國地球科學研究中心的Philipp Weis和奎斯能源的聯合創始人Matthew Houde。

奎斯能源公司的伊麗莎白·湯姆森就此詳細探討了新的研究和模式，提供了利用超高溫地熱資源的不同方法的見解。

“滲透云”

來自我們腳下數英里深處的超熱巖的地熱能源有可能成為能源轉型的主要參與者。然而，獲取和提取這種熱量都需要資源和技術。現在，一個計算機模型首次描述了當巖石在那樣的深度和溫度下接觸到液體時會發生的情況，并最終將巖石的熱量傳送至地表。

本質上，該模型顯示了微裂縫的形成，在整個受影響的巖石中形成了致密的“滲透云”。這與目前使用的工程地熱系統(EGS)所引起的更大更少的宏觀裂縫形成了鮮明對比，后者更接近地表，溫度更低。

奎斯能源公司地熱資源開發副總裁特倫頓·克拉杜霍斯表示，使用該模型進行的模擬“證實了一個超熱系統在長達20年的時間里，可以提供比目前EGS系統多5到10倍的電力。”5月21日，在北美地熱轉型峰會上，克拉杜霍斯描述了超高溫巖石地熱系統的模式和重要性。

超高溫巖石能量

克拉杜霍斯關注于從地下深處提取熱量相關的挑戰上，那里的超熱巖溫度超過375攝氏度，滲透過這些區域的水將變為超臨界的。這種類似蒸汽相攜帶的能量是普通熱水的3-4倍，當通過管道輸送到地表的渦輪機時，轉化為電能的效率是普通熱水的2-3倍。

根據2006年麻省理工學院牽頭的一項名為“地熱能源的未來”的美國地熱能潛力研究，美國大陸地下3至10公里深處熱巖中儲存的地熱能，僅提取2%就相當于美國每年主要能源消耗的約2000倍。

獲取這種能量的一個關鍵問題是如何到達那里。油氣行業使用的鉆機并不能承受地下數英里的極端溫度和壓力，而那里正是地熱能的主要資源所在。這就是為什么奎斯能源正在研究一種全新的利用毫米波能量鉆探的方法，這種能量可以融化和蒸發巖石。

但是鉆入超高溫巖石只是第一個挑戰。克拉杜霍斯說，提取熱量同樣是一個難題，至少與到達那里一樣困難。世界各地的研究人員正在研究地熱工程系統，主要是地下散熱器或熱交換器，就是為了解決這一難題。Eavor和Fervo Energy等公司正在開發并在該領域使用各種方法，但沒有一種方法能在超過200攝氏度的溫度下得到驗證。

克拉杜霍斯說：“如果我們真的希望地熱能成為能源轉型的關鍵引領，就必須實現在超過375攝氏度的超高溫環境下運行。但是很少有人知道當深層的超高溫巖石暴露在高壓下的冷水中時會發生什么。”

地熱工程系統的不同概念

新的理解

克拉杜霍斯描述的在冰島應用的先進的超熱巖能源代表了一種開啟地熱能的全新概念，它重點關注在超高溫、超深的條件下注入冷水會發生什么。“我們的想法是通過一個大的滲透性‘云團’連接鉆井，而不是通過特定的、更大的裂縫。所以這更像是一種彌漫性連接，而不是定位連接。”這種模式基于我們對這些極端條件下地層變化的了解。在日本進行的試驗也表明，在實驗室的類似條件下會形成微裂紋。

下一步工作

克拉杜霍斯指出，冰島大學地球科學研究所的斯科特及其同事正在繼續完善模型，它將有助于指導未來實地測試超熱巖。奎斯公司的目標是在未來一兩年內在俄勒岡州中部的紐伯里火山這樣的地方實現這一目標，那里的超高溫條件可以在較淺的深度達到。目前這只是一個模型。我們不知道微裂縫導致的滲透率在現實中是否足以連接兩口井。我們需要現場測試它和其他超熱巖壓裂的概念。最終，可能需要一種混合平面裂縫、天然裂縫和微裂縫的方法。”