水力壓裂可能幫助地熱成為能源領域的有力競爭者

為什麼地熱能在發電廠中的應用不多?

以下是水力壓裂的另一個用途:擴大獲取地球表面深處用於能源生產的熱岩層的途徑。今年4月,奧瑪特科技公司(Ormat Technologies)將第一個此類專案——在業內被稱為增強型地熱系統(EGS)——與內華達州里諾附近的國家電網連線。

美國能源部(DoE)的地熱技術辦公室主任道格拉斯·霍利特(Douglas Hollett)熱情洋溢地說:“最大的獎項是增強型地熱系統。關鍵是要學會以可靠和負責任的方式進行操作。”

據一些估計,美國可以透過增強型地熱技術開採出相當於該國目前每年約100艾焦耳(1艾焦耳等於1018焦耳)的2000倍的能量。在電力方面,能源部得出結論,至少可以從這樣的增強型地熱系統中獲取500吉瓦的電力容量。更棒的是,熱岩層遍佈該國和世界其他地方的每一個角落。澳大利亞的第一個增強型地熱系統,名為哈瓦那辣椒,於5月開始發電,歐洲已經有三座這樣的發電廠投入使用。


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這個想法很簡單:將水或其他液體泵入地表下的熱岩層。岩石的熱量將水轉化為蒸汽。蒸汽上升並轉動渦輪機,渦輪機轉動磁鐵來發電。

這項技術是成熟的。多年來,人們一直將溫泉等天然產生的蒸汽轉化為電力。義大利拉德雷洛的地熱發電廠已經在托斯卡納以這種方式發電了一個多世紀,並且可以以這種方式建造大型發電廠。加利福尼亞州的蓋瑟斯就可以單獨產生850兆瓦的電力。但這僅僅是因為地熱資源靠近地表且顯而易見,這要歸功於升入天空的熱蒸汽。

雖然類似的天然資源使冰島成為地熱發電大國,但這樣的地點畢竟為數不多。這就是水力壓裂(一種有爭議的做法,即向地下泵入液體以震碎頁岩並釋放石油或天然氣)可以發揮作用的地方。水力壓裂透過在不存在熱岩石的地方製造裂縫來“增強”地熱,使得幾乎可以在任何地方從地球內部獲取熱量,儘管由於需要透過系統泵水,這會減少產生的總功率。

然而,作為一項額外的好處:地熱發電可以持續執行——熱岩石不會很快冷卻——這使其具有可再生性和可預測性。世界銀行能源部門管理援助專案專案經理羅希特·漢納(Rohit Khanna)說:“地熱是本土的、可靠的且清潔的。”這是在智利、印度尼西亞、肯亞和菲律賓等發展中國家追求地熱發電的一個重要原因。

就菲律賓而言,由於上世紀90年代的投資,地熱發電現在可以產生近2000兆瓦的電力,約佔該國電力需求的20%。據其駐美國大使埃爾卡納·奧登博(Elkanah Odembo)稱,肯亞希望到2030年從地熱發電中獲取一半以上的電力。目標是:地熱和水力發電相結合,使其完全由可再生能源供電。奧登博承諾說:“潛力是存在的。”他說,東非大裂谷蘊藏著估計15吉瓦的潛在地熱發電能力。內羅畢已經成為此類開發的繁榮之城。

然而,根據《科學》雜誌最近的一篇觀點文章,地熱發電的豐富、可再生、清潔的潛力在很大程度上被擱置,產生的電力“不到全球能源的1%”。事實上,據彭博新能源財經(BNEF)稱,迄今為止,僅開發了6%的天然地熱資源。

原因很簡單:資金。除了鑽一口乾井或一口無法按預期產生蒸汽的井的600萬至800萬美元的風險之外,在那些按預期產生蒸汽的井之上建造發電廠還需要花費數百萬美元。據能源部的能源資訊管理局稱,地熱發電廠的總成本約為每兆瓦時90美元,相比之下,天然氣發電廠為每兆瓦時67美元,光伏發電為每兆瓦時144美元。

這個數字僅部分包括了首先勘探地熱資源的大筆費用。必須鑽探梯度孔來勘探特定區域。需要在地表引爆炸藥,以使地震波穿過岩石,從而可以勘測地下地形——這項技術在石油和天然氣行業中很常見。可能需要數年時間和數百萬美元才能進行這項勘探,並有可能透過電力銷售緩慢收回這些資金,或者所有這些資金都可能損失殆盡。谷歌和德克薩斯大學的一個專案旨在透過利用公共資訊來開發美國地熱潛力圖來為此提供幫助。

彭博新能源財經認為,成功完成一口地熱井的機率為67%,這意味著三分之一的地熱專案都會失敗。該分析機構呼籲建立一個由世界銀行等投資機構提供的約5億美元的“全球地熱勘探鑽探基金”。另一個問題是:一些增強型地熱系統專案與小地震有關,這與石油和天然氣鑽探和廢水處理非常相似。這導致一些專案被放棄。

因此,在支援研發以降低風險和改進技術方面,可以發揮重要作用。能源部對奧瑪特在內華達州的專案進行了投資,還制定了計劃來探索如何擴大地熱的覆蓋範圍。例如,可以利用地下深處較冷岩石的較低溫度。與石油和天然氣井共同生產的熱水也可以用於發電。更細的試驗井可能會降低勘探成本。當然,為地熱能源生產開發的更好的鑽井技術可能會首先在石油和天然氣行業中找到用途,例如福羅能源(Foro Energy)在美國能源部高階研究計劃局的幫助下率先推出的雷射鑽井技術。事實上,石油和天然氣行業可能會發現自己正在開發可以應用於增強型地熱的技術。他們為了壓裂頁岩和釋放天然氣或石油而進行的努力需要他們瞭解流體在岩石中的流動速率。“我們知道這與我們所做的工作息息相關,”能源部的霍利特指出。

最後,彭博新能源財經分析師馬克·泰勒(Mark Taylor)表示,可以用一首歌名來最好地概括地熱開發:“如果你能做到,那就幹得好”。“如果你擁有豐富的資源、電力需求以及對土地的安全使用權,那當然很好。如果沒有這些條件中的任何一項,那麼地熱發電就真的很難實現。”

目前,美國增強型地熱系統的最佳場所是內華達州,特別是該州的北部地區,那裡綿羊可能比人還多,政府是支援可再生能源發展的主要土地所有者。“就專案數量而言,內華達州本身擁有的專案幾乎比世界上任何一個國家都多,”地熱能源協會的行業分析師本傑明·馬特克(Benjamin Matek)指出。也許這種情況應該改變。

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