热管应用(中科院热管技术的突破，标志着“地心能”开发和利用时代的到来)

Posted 2023-06-02

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热管应用(中科院热管技术的突破，标志着“地心能”开发和利用时代的到来)

2022年1月24日，中国自然资源报报道：“自然资源部中国地质调查局宣布，在中国地质调查局水文地质环境地质研究所与中国科学院广州能源研究所合作下，我国最长的4200米重力热管采热试验装置在雄安新区试验获得成功。应用这一新型高效采热技术，可在中深层地热开采中构建地热能“无泵式”开采模式”。

采用重力热管技术，不需要消耗其他的能源，就可以将4200米深的地下热能采集到地面。“在雄安新区为期3个月的现场采热试验显示，单井短时采热功率可达1.3兆瓦，平均采热功率800千瓦，长期稳定运行可支撑供暖面积超2万平方米”。

“地心能”的开发和利用

根据前期（编号为：LI-OTT---热超导-应用-A0002）的文章，地心能为：

地心能=浅层地表热能（热泵）+地热能（发电）+干热岩+地幔热能（海洋热液）

由于这些热能的来源，都是来自于地球地心的热量，因而称为“地心能”。

实质上，来自地球的热能能源有以下几种：

地幔能：由地球的地心（大于6000度），经地壳（大于3000度），而传入到地幔（大于1200度）的能量。

地热能：在地壳上的热水、热岩浆存储的热能的利用；

浅层地表热能：底壳上的距离地表200米内的土地存储的热能；

干热岩：干热岩（HDR），也称增强型地热系统（EGS），或称工程型地热系统，是一般温度大于200℃，距离地表数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。在地壳3~10千米干热岩蕴藏的热能等同于100亿夸特，相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。

地壳是地球表面以下至地幔以上的固体外壳，主要由岩石和土壤组成。地壳的厚度并是不均匀的，地壳平均厚度约17千米，大陆部分平均厚度约33千米，海洋地壳较薄，平均厚度约6千米。

中国地质科学研究院对大陆陆域3~10千米位于地壳中的干热岩储量最保守估算，其资源基数为2.5×1025焦耳，相当于856万亿吨标准煤，为中国2014年能源消耗总量的4040倍，可以保证中国4000年的能量供应。

只需要采用重力热管技术，不需要消耗任何的其他能源，就可以实现将3000-5000米的干热岩的热能稳定、连续、持续、清洁、环保的传送到地面进行利用。

可以供应中国数千年的干热岩的能源，就可以低成本地被开发和利用。

截至2021年底地热发电排名前十国家(据ThinkGeoEnergy)

到2021年，地热能的开发，世界已经到达了15854MW的规模。如果利用重力热管技术，将为地热能的开发提供强劲的动力。可以预计，在不远的将来，地热能的开发将在此技术的推动下，实现突飞猛进的发展。

中国的地热能开发利用，还没有进入到世界的前10名，因而中国的地热能的利用，有望借助热管技术实现突破。

地幔是介于地壳与地核之间的中间层，其厚度接近2900千米，体积约占地球的83%，质量占地球总质量的67.8%，平均密度约为3.32～5.66克/厘米3，压力0.9～150万大气压，温度1200～2000℃。

地幔主要是硅酸盐的热熔岩流体，通过其自身的滚动流动，将地幔的热能传输到地壳。因而对地幔的热能的应用，就实现了地心能的应用。

海底热液体就是地幔岩浆流出或与海水、基底玄武岩进行反应的产物，也是地幔热能的携带者。这些地幔的热能已经被带入到海底的水中，因而更容易被利用。

海底热液体的发现是以1948年瑞典科学家利用“信天翁号”考察船在红海发现的高温高盐溶液为标志。其形成的机理是：海水沿裂谷张性断裂或裂隙渗入洋壳内部，受炽热的熔岩影响后与基底玄武岩发生反应,形成酸性、还原且富硫化物与成矿金属的热液，温度高达350～400℃。它和深海热液喷口生物、大洋多金属结核、富钻结壳、天然气水合物等新型资源一起被誉为21世纪人类可持续发展的战略接替资源，具有很好的科研与商业应用前景。

地幔热能形成的海底热液

图片来自：https://www.dzzyisp.com/2020/dzkp_0802/3292.html

超长重力热管技术，也将为海洋热液的开发和利用，提供强有力的技术支持。相对于需要打4000多米的井，然后将超长的热管埋入到地下，才可以将热管传输到地面。将海洋的热液进行热能的利用，就比较简单了，直接可以使用超长重力热管技术，就可以实现对海洋的热液的开发和利用。科学家已经完成了海底热液和海底冷泉的资源勘测，可以选择适当的区域，使用超长重力热管技术，就可以实现对海底热液的热能的开发和利用。

世界海底热液的资源分布

图片来自：http://www.idsse.cas.cn/zd_hykp/zd_hykp_kpdt/201707/t20170703_4821405.html

根据CNN2017年的报道，日本国立海洋研究开发机构（JAMSTEC）已经开始进行试验，直接对海洋地幔的热能进行研究和利用。

日本政府对海底地幔的研究

图片来自：https://chinese.engadget.com/chinese-2017-04-10-japan-chikyu-drilling-ship-earth-mantle.html

由于海底距离地幔平均仅为6千米，使用6千米长的热管，将地幔的1200～2000℃度以上的高温热能进行使用，也不再是神话。

综合以上内容，中国地质调查局水文地质环境地质研究所与中国科学院广州能源研究所的超长重力热管技术，可以为“地心能”的开发和利用，带来了可行的技术支撑和保障。

只需要一个热管，不消耗其他能源，就可以将地壳、地幔的热能进行有效的利用。就可以把“地心能”稳定、持续、不间断、清洁、环保、低碳、经济的进行利用。

因而，中科院的超长热管技术对“地心能”成功地开发和利用，标志着“地心能”开发和利用的时代的到来。