古有“钻木取火”，今有“钻地取电”？

长期以来，地热仅限于火山活动地区，但由于新技术出现，地热有望成为一种用途更为广泛的能源。一种不同寻常的设备在干燥又辽阔的内华达沙漠中闪闪发亮。它所用的并非太阳能或风F * ~ 3 h / 6 ]能，而是来自地球l ` E本身的能量。这个工作站被称为“红色项目（project red）| S d D”，它将水泵入地下数千英尺，那里的岩石热到足以烤火鸡。这一设施每T z X [ W ` C –天都会吸回被地下热加热的水，然后将其用于发电机供) f Y $ [电。自去年 11 月以来，这种无碳的、地球h a n | l {发的电一直在流向内华达州的当地电网。尽管地热能量从地球的超热核心持续辐射，但长期以来都是一个针对范围相对有限的电力资源，主要局限于像冰岛那样温泉在地面冒泡的火山地区。但地热爱好者始终梦想在没有这种特定地质条件的地方开采地X m \ T N球能量 —— 比如由能源初+ h q d创公司 fervo energy 开设的 project red 内华达工厂。这种下一代地热系统已经持续工作了几十年。不过，事实证明S Q 9 y ; Q Z，这种系统又复杂又贵，甚r H I 2 –至有时会引发地震。部分专家相信，“红色项目”等新的努力现在可能终于成为一个转p \ K P折点 —— 利用在石油和天然气开采O O – 1 ?中磨练出来的技术来提高可靠性和成本效益。这些进步让人们相信\ 0 g ^ & = Z，只要有足够的时间和金钱，地热能可以成为主流能源 —— 尽管目前地热发电额不到全球发电量的 1%Q , u 9 u h % Z A，且仅占美国发电量的 0.4%。一些人认为，地热可以为太阳能和风能等间歇性能源提供持续的后备支持，因此可以成为能源系统脱离化石燃料的5 L o {重要过渡工具。斯坦福大学R E 6 B x e的能源工程师 rolani ; {d horne 说：“对j y j o x我来说，长期以来，它一直是最有前途的能源。但现在，我们正在向无碳电网迈进，地热就非常重要了。”坎坷的起步地热能与两样东西配合效果最佳：热量，以及透水性强的岩石。在熔岩靠近地表的地方，水渗透到多孔的火山岩中温度升高，并像热f , , [ K 3 #水、蒸汽或两者兼而有之一样向上冒泡。如果水或蒸汽足够热 ——6 . . t 理想情况下至少在 300 华氏度（约 141 K W9℃）—— 它可以从地下提取出来，用于发电机发电。在! } 2 f { 5 q ] ?肯尼亚，近 50% 的电力来自地z p *热；冰岛 25% 的电力来自地热能；而新西兰的约为 18%，加利福尼亚州的则为 6%。油田服务公司 slb 的地热能咨询部门（geotherme[ h y hx）领导、地质学家 ann robt & % { . `ertson-tait 说，一些天然地热资源仍未被开发，例如美国西部。但总的来说，我们正在耗x b K @ 2 s ~尽天然的优质地热资源，这促使专家们考虑p } ] L \ t z 2 3如何从更难获取能^ 2 Q _ U & 0 } %源的地区提取地热能。robertson-tait 说：“地球上的热量非常高。”但她还补充道，“其中大部分都被限制在岩石中，无法渗透。”要挖掘这种热量，就需要在这些非火山岩、致密岩石上进行深入钻探，并制造裂缝让水流通过。自 1970 年以来，工程师们一直在开发“增强型地热+ C d r r W C t系统”（egs），通过利用类似于水力压裂法（或称压裂法）的方法，从深层岩石中提取石油和天然气。高压泵将水泵入深达数英里的水井中6 Z ] * R f + \，在岩石上喷射出裂缝。裂开的岩石和水在地下形成一个散热k @ x D e d q ;器，在这个地方加热水后通过第二口井上升到地表。在美国、欧洲、澳大利亚和日本已经建造了几十个s C C g U ! Y这样的 egs 装置，不M e W i v Y 7 z !过其中大部分是由政府资助的实验性装置，成功程度参+ ( i N ^ P ? 0差不齐。有个出名的事件：2017 年，韩国的一家 egs 装置可能引发了 5.5 级E p 9 U地震，突然关闭了。任何形式的压裂都会给增加附近构造断层的压力。此外，还有技术上的问题 —— 一些装置没有制造足够的裂缝来进行良好的热交换，或者裂缝的走向错误，未能连接两口井。不过，在一些将奋斗最终落实的发电厂里，包括^ } M S 1987 年到 2012 年期间在莱茵河谷建造的几个德国和法国n i 0 G l E I @系统，工程师们利用了岩石中现有的裂缝进行开采地热能。协助开发了莱茵河Q 8 L ; V x ^谷的一些 egs 系统的德国卡尔斯鲁厄能源研究所弗劳恩霍夫 ieg 的地球物理学家 dimitra teza 说：“但总体而言，人们还没有足够的兴趣将 egs 发展成为一种更可靠和{ x K更有利可图的技X 9 g L { h术_ F D。这对这一行业来说相当艰难。”

新势头

安全和技术问题i x T r m ) m已找到解决方案。已提出一些避免地震的稳健建议，例如避免在活跃断层附近钻探。对法国和德国运营中的 EGS 设备的长期监测仅记录了轻微震动，这增强了人们对该技术安全性的信心。重要的是，得益于 20 世纪 10 年代开始的! A 5 Y B N o N页岩油气开采热潮，钻井和压裂技术已4 I : u ~ r ? p q取得了重大进步。普林斯顿大学能源系统研究员威尔逊里克斯说：“从那时起，我们发现人们对 EGS 概念重新产生了兴趣，因为EGS 的核心技术在这段时间内得到了完善，成本也大幅降低c z {。”

例如，2015 年，美国能源部在犹他州建立了一个致力于推进 EGS 技术发展的研究基地。包括 Sage Geosystems 和 E2E Energy S8 ` a Y O w . |olutio1 6 , u H B A W ]ns 在内的几家新的北美y ] { ~ [ 7 ;初创公司正在德克萨斯州和加拿大分别开发新的 EGS 系统。目前技术最先进的是 Fervo Energy 公司，该公司在内华达州的基地应用了页岩行业的多种技术。该基地生产的电力现已供应当地电网，包括谷歌公司拥有的耗能数据存储中心（谷歌与 Fervo 合作开发了该工厂）。

工程师们钻入内华达州岩石近 8000 英尺，温度达到约 193℃（380 华氏度），然后在底部钻了另一口 3250 英尺的水平井，以* R ` d = ` s k %扩大系统接触的热岩区域——这是油气开采中使用q n J 2 c I的一种技术，` = / ` b Z Z可以最大限度地提高产量k m q a { k x !。该公司还沿着水平井的几处点位对周围的岩石进行了压裂，以形成更广泛的裂缝网，供水流过。Ferv? _ \ Bo 公司科学顾问委员会成员霍恩$ & 8 z x . M {说：“从技术上讲，与早期的 EGS 工作相比，它们实际上取得了重大进展。”

位于内华达州强效地热发电站“红色项目（Projem @ Z Z {ct Red）”由初创公司 Fervo Energy 开设，该公司一直在研究如何使地热成为更广泛f f – Z N f _的电力来S w C C 3 W源。图源：FERVO ENERGY这些新的 EGS 系统的长期表现如何，还有待观察。根据普林斯顿大学的同事 Ricks 和 Fervo Energy 的几位专家最近的研究，像 Fervo 这样的系统的一个优点f 7 } P是，它们可以利用能源价格的波动来提高利润。操作人员可E 8 6能会堵塞出口井，导致系统内积水，= C P \ B @ \从而增加压力和热量。
然后，他们就可以在最有价值的时候提取能源，比如在太阳能或风能无法起效的多云或F ) A P F y 0 e无风时段。
Ricks/ / T e d R ; 说，尽B [ } ~ i !管如此，R P 7 V l这种系统要想实现商业化应用，还必须大幅扩大规模。虽然“红色项目”提供的蒸汽足以来产生 3.5 兆瓦，足以为超过 2500 户家庭供电，比任何其他使用 E; = T * [GS 技术的发电厂都多，但它的规模仍然c 8 v & o W H相对较小。毕竟核电站或煤电站可以轻松产生 1000 兆瓦发电量，而大型太阳能或传统地热发电厂的发电量往往高达数百兆\ – 7 q T z &瓦。
Ricks 说，EGS 领域现在需要的是用来构建# F u L 0 _ A 6和测试更多这种系统的资金，以此激发投资者的信J L L心。他说0 . y k } H .：“所有这些都需要非常充分的证明，才能使可感知的风险达到较低的程度。”
地热发电技术的转折点？为此，美国能9 L 2 )源部最近向三个 EGS 和相关技术的示范项目提供了 6000 万美元的资金，作为更广5 R K 8 M i泛倡议去加快 EGS 开发的部分。据该机构 2019 年的一份报告估计，随着 EGS 的进步，到 2050 年f 7 R P u 1 $，美国的地热发电装机容量将达到约 60 千兆瓦（60,000 兆瓦），发电量将占全国总发电量的 8A a g 7 / [.5%—— 这比今天增长了 20 多倍。
全球能源转型的目标是到 2050 年实现碳净零排放，即使增加几个百分点，也将有助于实现目标。Nils Angliviel de La Beaumelle 最近在《环境和资源年度评论》上与人合著了一篇关于全球可再生能源前景的文章。他说：“如果在 15 或 20 年内 El h / i &GS 可行，我认为它可以发挥重要作用。”
其他地热技术也可能有所帮助。一些公司正在探索“超热岩”地热的可行性 —— 从本质上讲，这是 EGS 的一种年轻、极端的变体，需要z y ~ 6钻入地壳更深的地方，到水达到“超临界”蒸汽状态的深度，E \ E C 2 I使其能够携带比蒸汽或液体更多的能量。在德国y & ! 2 v : T E南部，能源公司 Eavor 正在建造世界上第一个“闭环”地热系统：一旦管道将水输送到l & 5深层岩石中，该系统就会形成一个由平行x S , @ ( P ~钻孔组成的网络，水永远不会渗透岩y * O ~ ] ]石。Teza 说，这是一种更可预测的（尽管效率较低）加热的方式，，因为它不涉及以正确方式压裂岩石的不确定性。“看到有人投资} A j这些技术，我真的很开心r Z i x 1。我认为这有所帮助”，她说。
Robertson-Tait 说，总的来说，这是地热l , u !能源的重要时刻 ——G * 4 x { 而不仅仅是提供无碳电力。从地球提取的地热盐水富含锂和其他重要矿物质，可v # # C U用于构建太阳能电池板和电动汽车电池等绿色技术。越来越多的人开始推行直T ! = n 6 I `接用地热来为建筑物供暖，要么通过住宅建筑的浅层热泵，要么通过为整个地区设计的更大型系统 —— 就像巴黎和慕尼黑已经拥有的那样。
Robertson-Tait 说，一些R C U e石油和天然气公司认识到变革即将到来，对建造各种地热系统越来越感兴趣。“我们的地球就是地热，”她说，“因此我认为我们有责任尽我们所能去利用它。”
作者：Katarina Zimmer
翻译：4925
审校：亦山
原文链接：Geothermal power heats up
本文来自微信公众号：微信公众号（ID：null），作者：Katarina Zimmer

以上就? @ x是古有“钻木取火”，今有“钻地取q p # 3 ( B V电”？的详细内容！