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地下20000米处,藏有可供人类用23亿年的无尽能源?美国正在布局

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地球上最深的人工钻孔,是苏联在科拉半岛打的那口科学井,深度一万二千多米。人类早就能把飞船送到几十万公里外的月球,往脚底下却连十三公里都没钻到。

从全球范围看,航天和深海探索发展都很快,但人类向地球深部的探索进展不够,钻探深度只到达约12公里。因此,深地探索是一个更严峻的课题。

地下藏的究竟是什么?答案就是地热。地下 20000 米的地热能被称 “无尽能源”,美国企业已提出远期技术愿景,正开展核心钻井技术攻关。



地热人们都很熟悉,火山喷发、温泉、喷气孔等自然现象,都是已经显现出来的地热。回头看化石能源,它推动了工业化,给社会经济带来了巨大发展,但同时也带来了很现实的问题,就是环境污染,其中大气污染是非常突出、迫切的问题。地热则是一种可再生能源。

地热资源的特点是可再生、清洁,来自地球内部。有一句常说的话:地热是地球内心的奉献。地热的能量可以和太阳能相比,地心温度可以达到5000到6000摄氏度,所以它的能量巨大。

其中约50%的热量是地球与生俱来的,也就是地球形成时就是热的,之后慢慢冷却。地球到今天已经过了约45亿年,大概到了“中年”,应该还能再存在45亿年左右,这部分原有的余热还没有完全散尽。

另外约50%的热量来自地壳中所含的铀、钍等放射性元素,它们不断衰变,产生衰变热。所以地球不只是一个热库,自身还在不断产生热量,地球的热量因此是可持续的。



地下热量总量极其庞大,这一点学界没有争议。官方与学界的严谨表述是:地表 10 公里以内的可利用地热资源,按当前能耗水平可满足人类数千年需求。“23亿年”这个说法,是把地球全部内热、完全不计开采成本和技术极限的极端理想化数字。

和地球的总能量相比,人类所利用的能量比例非常小,可以忽略不计。所以它是可持续的,有一种说法称它是“取之不尽、用之不竭的人类终极能源”。有专家认为这个说法有一定道理,因为它的量实在很大。

可总量再大,人类能实际拿到多少,取决于钻得多深、成本多高,这才是要害。



地热资源的类型可以用六个字来归纳。一是“浅热”,也就是浅层地热能,主要指脚下200米以内、以土壤层为主的这部分热能。

二是“水热”,也就是温泉、喷气孔等以水的形式出现的地热能,即常规所说的地热能,深度大约在200米到3千米之间。目前人类主要利用的就是3千米以浅的这部分地热能。

三是“干热”。越往地心温度越高,但随着深度增加,岩石的渗透性却逐渐下降。这对矛盾导致越往深处,就只有热、没有水了,所以人们习惯称之为“干热”。干热没有流体,很难开采。

前两种是目前人类开发利用地热的主要形式。第三种仍在探索中,欧美发达国家已经探索了将近40年,但仍没有达到真正产业化的程度,中国当时还处在技术研究阶段。

美国Quaise能源公司瞄准的正是更深处的热量,目标是钻到地下20公里,拿到最高500℃的热量。越深越热,同一口井发电越多,而且这种深度的高温岩层全世界几乎到处都有,不必守着火山。



难处在于钻不下去。科拉超深钻孔1970年开工,1989年钻到12262米。当时预计井底约100℃,实际测到将近180℃,岩石在高温下有些像软泥,钻孔越来越难维持,工程后来停了。

Quaise想换个思路:在麻省理工学院十多年研究的基础上,用大功率回旋管发出毫米波去烧蚀岩石,井下不需要任何硬件。岩石被熔化、气化后,再靠气体带回地面,钻头不碰石头,也就没有磨损问题。

新麻烦随之而来:岩石加热过头会电离,形成等离子体“护盾”,把毫米波反射掉。团队为此加装了一束类似雷达的诊断光束。



2025年7月,Quaise在得克萨斯州中部一处花岗岩采石场钻下去118米。测试用的回旋管只有100千瓦,所以它眼下走“混合路线”:先用常规钻头钻到基底岩层,再换毫米波往深处走。

2026年9月,Quaise在俄勒冈州纽贝里火山附近开钻第一口确认井,设计深度约4500多米,计划2030年前建成5万千瓦电站。当地地温梯度约每公里100℃,这口井用的仍是常规钻头。

2026年8月,它完成1.8亿美元股权融资,累计融资达到2.8亿美元。但早在2025年就有专家提醒,重新发明钻井不会那么简单、那么快。

2026年美国地热真正抢到头条的,反倒是不追求“20000米”的Fervo能源。它借用页岩油行业的水平井和压裂技术,在干热岩里人为造出热水循环通道,犹他州Cape Station电站9月30日宣布商业运行。



推着它往前跑的是美国数据中心猛涨的耗电量,科技公司到处找能全天稳定供电的清洁电源。

地热是连续稳定的能源,一天24小时、一周7天、一年365天都在。太阳能和风能则不同:有太阳的时候才有太阳能,阴天下雨时就没有;刮风时才有风能,不刮风就没有,所以它们是间断性能源。

地热在成本上也有竞争力。它最大的特点是不排放污染物,不会带来大量二氧化碳等温室气体,不会加剧温室效应。

地热在地下储存时还可以像电池一样帮助储存能量。储能技术是能源领域一个非常突出的现实瓶颈,储能技术上不去,许多能源的利用就会受限。地热将来可以和太阳能、风能相互结合、互补,起到储能作用。

不过,Fervo在2026年上半年营收只有17.4万美元,净亏损8770万美元;人为改造地层还有地震风险,Cape Station 9月最大的三次地震约为3.0到3.3级。



中国走的是另一条路,先把中浅层地热用足。截至2025年底,全国地热能供暖制冷面积约16.5亿平方米。

在华北地区,北京、天津等地的脚下存在隐伏的岩溶,这类岩溶是最好的含水层。研究发现,这种岩溶储层用于3千米以浅的中深层地热开发是目前最有利的:单井出水量每天可达3000吨,甚至8000吨,花岗岩地区一般的井一天只能出300到500吨;水质较好,用完以后很容易回灌到地下。

河北省雄县位于牛驼镇地热田的最南端,地层上部是很厚的新生代松散沉积物,再往下是好几层石灰岩,即大型岩溶热储。二者的热导率相差2到3倍,热量会向导热性好的碳酸盐岩集中;来自燕山和太行山的地下水经过两三百公里运移,也把热量带到盆地中心,称为“二元聚热模式”。



雄县实现了100%回灌。以前基本没有回灌时,地下热水水位每年下降5米,2010年以后开始回灌,水位就回升了。当时县城人口30万,已打地热深井约70口,深度在1500米左右,水温在60到70摄氏度,每年冬季4个月,90%以上的人口享受地热供暖,成了“无烟城”。

高温发电方面,中国未来的重点在喜马拉雅地热带,在西藏和云南基础上又增加了川西地区。四川康定有一口井钻到300米时,井口就测到了180摄氏度,经过计算,其热储温度可以达到260摄氏度。

往深处走,2024年中国石化在海南部署的福深热1井完钻,井深5200米,5000米处温度超过180摄氏度,达到干热岩的温度界限。

对于深层干热岩资源,中国也有一套工程化技术发展路线。根据中国科学院制定的能源技术路线图,预计到2030年或2035年,干热岩技术能够初步成熟,并实现初步商业化应用;到2050年实现完全商业化应用。



在2026年第十六届全国地热大会上,中国科学院院士滕吉文说,“向地球深部3000—5000米进军是必须攻克的战略科技问题”。

如果能把中深层地热和浅层地热结合起来,再进一步探索干热岩深层地热的开发利用,就能对可再生能源乃至整个能源供应发挥更大作用,唤醒更多沉睡的能源。

目前看,离电网最近的是四五千米深的井,20000米仍只是Quaise图纸上的终点。毫米波钻井能否撑过井下高温高压,接下来两三年就会有答案。

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