第780期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《来自地心的能量》 讲座题目：透视新科技——来自地心的能量
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：王贵玲，中国地质科学院水文地质环境地质研究所研究员。
胡圣标，中国科学院地质与地球物理研究所研究员。
讲座时间：2026年6月22日～6月28日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——来自地心的能量
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。干热岩作为一种绿色的清洁的可再生资源，一直被科技界看作是潜力巨大的未来能源之一，如果有一天实现了干热岩的开发，它到底会给我们带来什么呢？我们通过短片进入今天的节目。从太空看地球是一个蓝色的星球，然而从地表进入地球内部，就会发现这是一个充斥着高温的火球。地球的核心有着与太阳表面相近的高温6000°C，大量放射性物质的衰变持续释放着热量，从地核到地表地球的温度逐渐降低，最终低到足以让人类可以生存。在人类脚下大约3到10千米的地方，有一些巨大的岩石，内部蕴藏着大量的热能，科学家称它为干热岩。从发现它的那一刻开始，人类就一直想开发利用它，然而直到1974年，这个梦想才得以实现。2022年1月，中国研制的4200米重力热管采热试验装置试运行成功，首次在国内实现了干热岩热能的长距离输运，也为中国干热岩的开采利用奠定了技术基础。作为一种新型绿色能源，干热岩具有哪些优势？未来它又将如何发展呢？今天请来的两位嘉宾，一位是中国地质科学院水文地质环境地质研究所的研究员王贵玲，另外一位是中国科学院地质与地球物理研究所的研究员胡圣标。
干热岩也算地热的一种，比如我们常见的温泉。地热资源的包括了两类，一类是水热型的地热资源，温泉它属于水热型地热资源的一种表现形式，但是它的温度是比较低的，就是温泉90°C以下，90°C以上到150°C或者更高的话，它是蒸汽，它是喷气孔，或者蒸汽地面等等。另外相对应的就是干热岩，它低孔渗没有流体，或者只有很少量的流体，我们无法把高温的岩石中的热量通过采出流体而采出来，这就是干热岩。干热岩有热无水，所以它两个是差别非常明显的。我们干热岩的基本定义就是埋藏在地球深部几公里的范围之内，温度大于180°C的高温热岩体，它里面没有流体或者只有少量的流体，那么这种致密的岩石它就叫干热岩。干热岩不是指的地核的岩石，是指我们脚底下的浅部的10公里，这个岩石里面所富含的热量，再往深我们没法开采，就不叫资源了，那是一种热量。
地球内部热量巨大，它可以通过火山喷发散发到大气中，也可以通过加热地下水，以热泉、温泉等形式出现在地表，还有很大部分就藏在地下的岩石中。目前，包括中国在内的许多国家已经开始利用这些地下热能。像我国西藏的羊八井，以丰富的水热型地热资源而闻名。羊八井地热电站也是中国最大的地热电站，有着良好的效益。在地热资源的利用规模上，我国近些年来一直位居世界首位，而在距离地表10千米范围内的地热资源中，干热岩占到了30%。干热岩跟传统能源比较起来，它的优势体现在哪儿？干热岩最大的一个特点，分布广泛和储量巨大。从全球来看，整个全球的陆区干热岩的总的储量到3到10公里，这个深度范围内是相当于标准煤是4950万亿吨。我们国家在2012年的时候，中国地质调查局对我们国家陆区干热岩的储量做了一个评估，总的储量是860万亿吨标准煤。这是什么概念？你像我们国家的每年的一次能源消费，都是在40到50亿吨标准煤左右，那么这个里面就是860万亿吨，就是和我们每年的我们国家的能源消费总量来比较来看，差了五个数量级，所以说它是储量是巨大的，而且它是分布非常广，比如说我们地球地核的温度达到6000°C，那么从我们每一个人的脚下往深部走温度是越来越高的，那么也就是说我们在一定的深度，比如说5公里、8公里的深度范围内，每一个地方都有可能达到我们干热岩的标准，比如180°C这种温度，都是分布非常广，就是储量非常大。
从利用的角度，干热岩它既可以发电，用高温的蒸汽来发电，这个发电后的尾水可以梯级利用，比如说洗浴、温室大棚，最终这个水还是要原位回灌下去，就是为了不污染环境，所以高温的发电，中低温梯级利用，然后最后要回灌的。这个干热岩我们把它说是一种绿色能源？绿色能源主要指的是这种能源在使用过程中不会产生污染，干热岩的使用过程中，它就是只是取岩石中的热量，把它取出来是个物理过程，它不像燃烧煤炭、石油、天然气一样，燃烧以后它会排放一些温室的气体，比如二氧化碳等等这些东西，它会排放这些，那么它会造成污染。比如说把一个铁块，你给它烧热了，烧热了放到凉水中去。铁块中的热量传到凉水中，水温度就上升起来了，这个过程是一个热的传输的一个过程，是个物理过程，不发生化学的反应，没有污染，所以说它是一种清洁的能源。
相对于风能、太阳能而言，风能大概是21%，太阳能是14%，但是这风能，太阳能是看天吃饭的，我有风才有风能，有太阳才有太阳能，但地热能是地球固有的，地球深部都有这个热存在，它的利用系数相对来说比风能、太阳能要高，不用看天吃饭，是一种稳定的基础载荷。因为干热岩本身热量的主要的来源就是地球深部向上传输的热量，那么这个热量它是源源不断地从地球深部向浅部传输的，比如说整个地球，地球里面深部的热量传到浅部以后，它要释放这种热量，一个是大地热流释放我们每平方米多少热量，另外一种地震、火山喷发，这都是释放热量的过程。那么这个释放的同时，保证地球温度的一个平衡状态，有一部分热量储存在地球里面，那么这个热量源源不断地向浅部补给，所以说它是一个可持续利用的一个能源。在过去200多年的时间里，石油、煤炭等化石能源推动了社会的快速发展，但是伴随着人类对于能源需求的不断增长，这些不可再生的传统能源消耗巨大，能源供应面临着艰巨的挑战。同时，化石能源燃烧带来的污染问题也日益严峻。为了缓解气候变化带来的环境问题，世界各国纷纷制定了各自的能源转型战略，为保障我国能源安全，持续推进绿色低碳发展，寻找其他可利用的清洁能源成为我国能源结构调整的重中之重。干热岩作为储存量巨大的清洁能源，是最具潜力的战略接替能源，如果能大规模的开发，将有助于优化我国的能源结构。
那既然是这么好的绿色能源，我们之前为什么没有开采？1970年的时候是从美国开始研究这个事情，他们打了一口3000米的一口井，温度达到200°C，是准备打地热水井。打下去以后它是一个干的井，下去以后没有水，没有水但是温度很高的情况下，那么怎么办？然后科研人员就想着办法把这热量置换到水中，然后再（拿）出来再使用。那么到1974年左右实验性地发电，开始利用这个，因为干热岩它本身储存在地球的表层往下，我们要打很深的钻孔下去，这地方就是成本相对比较高，造井成本比较高，从经济的角度来说，它还是不经济。因为地热着重用的是传统的地热资源，水热型地热资源就是水热型地热资源，我把水采出来，或者把蒸汽采出来，热（量）就采出来了。干热岩我没有流体可采，所以这个开采的难度非常大，就是一直只是做科学实验，而没有产业化地开发。干热岩所处的位置和所携带的高温，也让干热岩的开采异常困难。干热岩埋藏在3至10千米深的地下，温度在180°C以上，最高可以达到近千摄氏度，地下高温、高压阻碍了人类进入地球的内部。目前人类向地下钻探，最深也只能钻到12.2千米，但是用了22年的时间。开采石油的普通油井需要深度大约3000米左右，要想钻到地下3000米以下，甚至到10千米，难度非常大。同时干热岩体内缺少水或蒸汽，要把致密的干热岩中的热量拿出来加以使用，成为科研工作者需要突破的技术难关。
我们怎么来开发和利用干热岩的能量呢？人工压裂，人工压裂是怎么做？就是我们先打一口井，我们有高压注入我们的流体叫水力压力裂，注入流体了以后，它就改变这种整个地层的应力结构，然后岩石产生破裂、产生裂缝。产生裂缝以后，我们在这口井的周边再打一口井或者两口井，让这些井连通以后，就是通过下面在干热岩体里面进行裂隙连通。裂隙连通我们从一口井里面注入低温的水冷水，然后（冷水）过来以后加热，从这口井里面再出来，高温的是流体或者是蒸汽，那么这就是我们整个这个开采的一个基本过程。会不会带来地震呢？因为毕（竟）是你动了地下的岩层的结构。这个高温热岩体是致密的，岩石中的热量就很难直接被利用出来，所以说我们一定要用一种介质把这热量从这里面置换出来。那么，要置换出来，就需要我们这个介质和干热岩体要充分地接触，接触面积要大，就要求我们把这致密的岩石给它压裂。
那么这个裂缝产生的过程中，应力的再分配的这个过程就会诱发地震，那么这个里面一般诱发的地震是在这种致密的地层里面是可控的。但是如果这种压裂的过程中，我们注入的这种流体，遇到了一些天然存在的一些断裂带，已经天然存在裂缝，那就有可能诱发比较大的一些地震，比如说在2017年在韩国的浦项，那个地方在干热岩的开采过程中也是4000多米的地方，他们在开采。这个压裂的过程中，引起了是5.4级的一个地震，这个5.4级也是破坏性地震了。地震不是完全不可避免，就是有可能诱发地震，但是这个是水力压裂的一个弊端，一个缺点。我们除了这个水力压裂以外，我们还可以通过化学压裂的方法，就对于特定的地质条件下，它的岩性不一样的话，可以被溶解。用特定的化学溶剂来把岩石溶出溶洞、孔洞来，让水跟裂缝一样，来让水来通过来换热，化学压裂它就（大概率）不会引发地震了。比如说，我们对一块砖头来进行压裂，我们水力压裂相当于是我们用一个榔头来敲碎这块砖头，它会产生一个巨大的震动。而化学压裂，我们是用化学溶剂来把这里面溶出一些小的溶洞来，它不会有震动，不会诱发地震。另外一个就是在有些地区，比较稳定的地区，甚至国外有的实行爆破压裂，用爆破压裂的方式来产生更大的一个压裂空间，这样的话压裂空间越大，采出来的热（量）就越多，目前全球都在努力地往这个方向推进，就是在减少地震，不诱发地震的前提下，怎么样把这个热（量）采出来。
那从我们国家科研角度，我们的技术走到了哪一步了？有一项技术，这是中国的一个创新，叫重力热管，这个管道，这个壁的热导率非常高，是普通的金属1000倍以上，然后再把这个管子放到干热岩井，里面有一个工质氨，它一受热就很快速地蒸发掉，变成蒸汽了，因为重力的作用不需要动力，就自发地就传到地表来了。就是相当于我们把一个传热非常快的锅放在高温的干热岩中，周围的井壁跟锅之间的一个热交换，不需要进行压裂，不需要拘于流体来换热。打一口井到干热岩的所在之处，施加压力把水注入，同时压裂干热岩产生裂缝。水在经过这些缝隙之后，变成高温水或者蒸汽从另一口井出来，这就是传统干热岩开采的过程。但由于地下操作看不见摸不着，高压水注下去后难以保证裂隙的发展方向，万一它向远离生产井的方向发展，那注入的水就收不上来了。因此，该方法的开采效率一直不高。我国创新研制的4200米重力热管采热试验装置，与传统的开采技术相比，超长重力热管，采热不用压裂岩石，无需抽取地下热水，能实现地热能的取热不取水，无泵式开采是一种更高效、更安全、更节能的技术。
对于干热岩的开发，还有很多人质疑说它可能缩短地球的寿命，这到底是怎么回事？也有人问过这个事，其实我们现在开采的热量和地球本身所储存的热量来比较来说，它是九牛一毛，非常小的一个数据。但是对一个小的区域，一个场地上开采来说要适度开采，比如说我们在一个50㎡或者一平方公里范围内我要开采，那么这个量就是说要有一个适度的量，适度的量并不是怕冷却地球，而是要保证它的可持续性，就相当于我们吃火锅一样，下边是有炉子在烧着的，所以说我们火锅中的水，它一直是热着的。刚才您特意强调了一个词叫适度开采，火锅是烧着炭，而咱们干热岩这个事情，它这个不是下边烧着炭，而是地球内部自身产生的热量。比如说放射性的物质，铀、钍、钾等等这些放射性物质，它衰变过程中自身产热，就是这个热量是由地球深部而产生的一种热量。
这个热量是取之不尽的吗？这个热量目前对人类的需求来说是取之不尽的一个量。为什么要加上前面的限定呢？因为地球本身它的变化的过程中，从历史上来看，也是一个变冷的一个过程，比如说地球内部的这种放射性的衰变，它一定是有一定的总量，它这个总量的衰变过程中，它的温度是要有变化的。我们脚底下地球深部的热（量）是源源不断地往大气层在散发，这叫热流，就在往外散热，所以这个地球经历了45亿年都没有冷却，就说明地球内部的热在源源不断地生成，量是巨大的，不是短时间内能够冷却掉的。就是说你如果过度开采，它会发生热突破，就是温度突然剧降，就是降得很快，就相当于什么，相当于我们身体是热的，在这个表皮上放了一个冰块在这儿，稍微局部地降温，这个不会对整个身体，或者是对整个地球产生颠覆性的影响。
那目前我们国家对干热岩的开发程度是什么样？自然资源部中国地质调查局，这几年一直在做这方面的工作，做干热岩的开采的实验性工作，因为我们对干热岩的开采，我们国家起步是比较晚的，像美国是（上世纪）70年代开始的，我们真正做干热岩的也就是2012年左右，2010年之后我们才十来年的时间，对储量的评估、开采的（试）验性的工作，时间是非常短的，到去年（2021年）的时候，中国地质调查局已经在青海共和实现了发电并网，虽然量比较小。一个是共和盆地的干热岩的地热发电试验，这是第一个咱们目前的一个标志性的（项目）。第二个就是煤炭局在河北唐山马头营勘探以后，也准备进行发电。第三个是苏北盆地，它也钻到干热岩，也想用它来发电。因为江苏是一个经济大省，也希望在这方面往前推进一步，所以目前就是看到的正在推进的就这三个地方。像澳大利亚、德国、法国、日本，包括韩国，他们都在做一些尝试，到现在就是说这个技术目前从全世界范围来说都依然不成熟，就是说它开采的成本比较高，规模比较小，都还处在一种探索的阶段，可喜的是经过我们不到十年的时间的探索，我们基本上已经走通了采热的这套过程，那么未来的时间我们就可以在这个技术的基础上进一步地改进我们的技术，进一步地提高开采的规模，降低它的成本。
在十几年的时间里，我国科学家在干热岩的开采方面进行了许多创新性的研发。目前，我国干热岩钻井深度已经超过4000米，并且不断向着更深层探索。随着我国研制的4200米重力热管采热试验装置的试运行成功，不需要消耗其他的能源，就能实现地热能由井底到地面的长距离输运，中国干热岩的开采利用又迈出了关键的一步。超长重力热管技术为地心能量的开发，带来了可行的技术基础，规模开发利用的时代或许将不再遥远。那未来我们还需要攻克哪些技术上的瓶颈？造人工这种热储，造储就是地层是一个实（心）的石头，造裂缝就是造上一条裂缝那不行，还要造一些比较复杂的一些缝网，让它接触面积很大，流速不要很快。那么这个过程是非常困难的一个过程，就地下这个实心的石头里面，我们造出一些复杂的一些缝网，让这个水进去以后，充分地和这高温的岩石接触出来以后高温的蒸汽，那么这是一个主要的技术瓶颈。把一个坚硬的球体里面是有很多的热量，当人想把这个热量取出来，上面要扎很多的孔，所以对它整个的质量、坚固度可能会有影响，所以这是我们要突破的一个难题。
我要造一个储层，这个储层在不同的地区，它地质条件不一样，它是完全不同的，就是这个地区造储是这个技术，到另外一个地区以后，造储的时候另外一种技术。是因为地质环境决定的吗？地质环境决定的，它的不可复制性，那么就是说特定的地区有特定的技术模式，比如诱发地震也好，造成的裂缝的一些规模，一些产状规模也好，连通性也好，它这个都是有千差万别的，未来有没有新的一些颠覆性的技术的引入。比如说我们把热能直接转化为电，颠覆性的技术的出现，那么未来要实验一些热伏发电等等一些颠覆性的技术的实验，这是如果要能有些突破，它才有可能更好地上市。干热岩只做科学实验和探索，还处在这个阶段。还需要很长的路要走？干热岩资源量大，但是一种未来能源，还有很长的路要走。
有朝一日我们真的克服技术难关了，可以在家庭当中使用到干热岩提供的能量的时候，那个时候我们的生活会有哪些改变？一个是能源结构的优化问题，就是它如果能够克服了技术难题，我们有新的更大的技术进步，降低了成本。那么它的利用量增加，就是我们国家的能源机构中这种清洁的能源，绿色能源的占比进一步地提高，优化我们的能源结构，这种优化能源结构也是标志着我们减少了化石能源的消费，化石能源的消费降低以后，那么我们保证了我们这种环境的进一步的清洁。能源的安全对一个国家，跟国防安全同样重要，比如说我们现在进口这个煤炭，进口石油、天然气，一旦外部的供给没有了，我们怎么办？这就涉及到能源安全问题，如果我们能充分地开发利用干热岩，干热岩尽管是一种未来能源，但是它对国家的能源安全也是有意义的。干热岩它本身叫本土能源，本土能源就是我们的脚底下的我们自己有的能源。比如说我们的石油、天然气，我们依赖进口，那么这个东西是我们自己的能源，就在我们的脚底下，这是一个本土能源，这是它的一个优势。
干热岩未来如果要是突破了技术瓶颈，降低了成本之后，它不光可以用于发电，它还有其他的方面的利用，它可以走到每家每户中去。比如说我们的现在已经突破了这种浅层地热能的利用，那么我们每家每户都可以用它来供暖、供冷。那我们干热岩一旦突破技术以后，我们的成本大幅度地降低，而且我们开采技术大幅度地提高，那么我们就可以在不同的地区，分散式地家家户户就可以用它来开采热能，用于电，用于供暖，也就是说到未来如果能突破这种技术瓶颈，在浅部能够开采比较好的热能资源的话，那么非常便利。感谢您来到我们演播室当中！感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目！如果您想了解我们更多节目内容，可以下载央视频收看我们过往的节目。好，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
