增强型地热系统方兴未艾——
犹他州的FORGE项目降低了增强型地热系统的钻井成本。 图片来源：英国《自然》网站
赛捷公司地热能工作示意图。图片来源：美国赛捷公司地热能网站
【科技创新世界潮】
◎本报记者 刘 霞
在过去几个月里，科技巨头亚马逊、微软等纷纷押注核能，但元宇宙平台、谷歌等公司却将投资重心放在了另一种低碳能源——地热能上。美国能源部地热技术办公室主任劳伦·博伊德表示，谷歌等公司在地热能领域的最新行动预示着，这项技术或将迎来广泛的商业应用。
《自然》网站报道称，随着技术持续进步，加上政策制定者的热情助推，地热能技术的新时代即将到来。
地热发电技术备受追捧
地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。地热发电实际上是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。
美国费尔沃能源公司致力于将石油和天然气钻探领域的进步“嫁接”到地热领域。2024年10月17日，美国土地管理局批准了该公司位于犹他州比弗县的地热发电厂扩建计划。这座工厂预计电力产能高达2000兆瓦，足以满足200万户家庭的用电需求。该工厂目前已实现400兆瓦的产能，他们计划于2028年前，为谷歌公司的数据中心和其他客户提供全天候清洁电力。
其实，早在2021年5月，谷歌就与费尔沃公司签署了开发下一代地热发电项目的协议。2024年6月12日，谷歌表示，已与因威能源公司达成协议，为其内华达州的数据中心提供地热电力。
此外，去年8月，赛捷地理系统公司宣布，将于2027年前，为元宇宙平台公司的数据中心提供高达150兆瓦的地热能。该协议将极大地扩展地热能在美国的使用范围，也是落基山脉以东首次使用下一代地热能。
对于此次合作，美国能源部前副部长戴维·特克表示，美国正致力于增加清洁电力供应，地热能将成为改变游戏规则的重要力量。
增强型地热系统理论上可行
传统地热能仅限于有天然地下热水库的地方，而这些地方很少，且相距甚远。赛捷、费尔沃等公司正在开发的项目则不再依赖这些天然热水库，而是主动创建地下温泉。
该技术从地面向下钻出一个深数公里的洞，直达温度约200℃的岩石处。随后，在高压下向洞内注入水和沙子，这会导致岩石产生裂缝，增加其渗透性，并形成一个热水储蓄层。接着，再钻一个洞，连续不断提取这里的热水，并将热水加压用于发电。
自20世纪70年代以来，科学家一直在探索这种增强型地热系统（EGS），但大多都未能提取出大量能量。
过去10年，科学家利用石油和天然气行业取得的技术进步，例如更好的岩石破碎技术和水平钻井方法，对EGS进行了改进，使其重焕生机。
美国能源部于2014年启动了地热能研究前沿瞭望台计划（FORGE），带来很多创新性方法，将钻井成本降低一半，为EGS的商业化应用铺平了道路。
费尔沃公司两个早期试点项目获得的成果表明，EGS概念不仅可行，而且能利用现有工具实现。
风险和成本问题值得关注
然而，EGS的发展并非一片坦途。部分原因在于，工程中涉及的水力压裂过程有可能会带来地震风险。此前，在瑞士巴塞尔以及韩国浦项进行的两个项目，就因为水力压裂导致地震而搁置。
鉴于此，FORGE项目及费尔沃等公司正遵循美国能源部的指导，尽可能抑制诱发地震的活动，并使用地震仪持续监测现场。一旦地震活动超过某个阈值，他们就会停工。
加拿大Eavor公司则采取了风险更小的策略。他们开发了“Eavor-Loop”地热发电技术，其核心是一套安装在地下3000米到4000米的封闭管道系统以及与该系统连接的地面设备，利用水在地下管道和地面设备间的流动，将地下热能带到地上用于发电。
Eavor公司的地热技术无需进行压裂造缝，没有诱发地震的风险。目前，该公司正在德国格雷茨里德附近建设第一座商业地热发电厂。这座工厂将深入地下4500米，开采温度160℃的水，为附近城镇供暖。
地热能的开采和使用成本也成为科学家的考量因素。美国普林斯顿大学能源系统研究员威尔森·里克斯指出，向地下钻探数公里深资金投入非常昂贵，每个钻孔的成本可能高达数百万美元。尽管下一代地热能技术的成本会随着技术不断发展而下降，但仍比许多其他形式的能源贵。不过，鉴于地热能可以随时使用，其有望成为太阳能、风能等低碳能源的一个补充。
