開發一種能在地下數英里、430華氏度流體中執行並保持穩定750馬力的地熱泵，需要什麼條件？
兩家西海岸基金會希望他們找到了答案：大量資金。
總部位於俄勒岡州的地熱創新基金會和總部位於加利福尼亞州的萊梅爾森基金會上週釋出了一項競賽的設計標準，旨在建造下一代“耐高溫”電動潛水泵（ESP），這是在商業規模上推進地熱能的關鍵技術之一。這些組織準備向第一家開發出能夠承受極端地下高溫和高壓的ESP的公司提供數百萬美元。
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萊梅爾森基金會高階專案官員帕特里克·馬洛尼說：“來自地熱資源的能源是經濟實惠且豐富的，但迄今為止的問題一直是利用它。希望這份報告能為公司和個人創新者提供解決該問題關鍵部分所需的引數。”
這份報告是今年早些時候在斯坦福大學舉行的一次會議的成果，該會議彙集了該領域的20位頂級專家，包括來自政府、學術界和私營部門的代表，共同探討透過擴大地熱的採用來減少化石燃料使用的方法。
泵公司、大學和發明家被要求競爭 500 萬美元的獎金，該獎金將於 2015 年頒發。獲勝公司還將獲得 100 臺泵的預先市場承諾，這是一筆 7500 萬美元的訂單，旨在作為創新者的主要激勵。
FGI 的勞倫斯·莫洛伊說：“很少能找到一個關鍵技術挑戰，可以如此清晰地為創新者定義工作方向。”FGI 正在尋求能源部的支援，以建立一個激勵計劃，該計劃將於 2010 年初最終確定。“我們希望這個獎項能夠幫助振興該行業。”
能源部的地熱技術計劃也為地熱泵的開發設定了類似的目標，該計劃發現，目前的泵模型無法在先進的地熱條件下維持流量。雖然地熱資源可以達到 660 度，但能夠從地下輸送熱量的泵的設計執行溫度僅為 375 度。
增強型地熱系統
新型泵對於“增強型地熱系統”至關重要，在這種系統中，能量是透過在深孔底部壓裂幹巖，然後讓水在裂縫中迴圈以產生蒸汽而產生的。相比之下，今天的地熱專案使用水熱系統，利用天然存在的水沉積物來提供地熱。
根據美國地質調查局 2008 年的一份報告，水熱潛力估計約為 30,000 兆瓦，而 EGS 的潛力大於 500,000 兆瓦，約佔整個美國目前發電能力的一半。
麻省理工學院 2007 年的一項開創性研究發現，大規模商業部署 EGS 儲量可以在本世紀中葉為超過一半的美國家庭供電。與間歇性的風能和太陽能不同，地熱可以全天候使用，並且開發所需的土地面積要少得多。
麻省理工學院的研究報告指出：“來自 EGS 的地熱能代表著一種大型本土資源，可以提供基本負荷電力和熱量，其水平可以對美國產生重大影響，同時對環境的影響最小。此外，EGS 為長期提供了一種安全的電力來源，這將有助於保護美國免受燃料價格波動或供應中斷造成的經濟不穩定。”
除了更好的鑽探技術和傳熱液體外，希望開發 EGS 的公司還需要一種能夠可靠且經濟地將地下熱量帶到地面的泵。
德克薩斯州南方衛理公會大學地熱實驗室的專案協調員瑪麗亞·理查茲說：“電動潛水泵已被有井的人們使用了幾十年，但大多數人的飲用水並不熱。”
地面泵能夠將液體泵送到地熱深度，但它們缺乏潛水泵的大部分功率，並且執行效率較低。由於地熱效率與溫度和流速有關，因此最好使用可以安裝在井本身（所謂的自然壓力鍋）中的潛水泵。
理查茲說：“並不是沒有泵技術，只是太貴了。” 一種可行的 ESP 需要具有合適的鋼材、潤滑劑和粘合劑，這些材料可以在不斷變化的溫度和 pH 值水平下長期保持效能。
地熱能源協會（華盛頓特區的一個貿易團體）的執行董事卡爾·加威爾說，萊梅爾森報告指出，目前有三家公司提供電動潛水泵——貝克休斯、斯倫貝謝和伍茲集團——但沒有一種型號足夠強大，可以應對 EGS 的極端溫度和壓力。
加威爾說：“我確信所有建造地熱發電廠的人都對這樣的裝置非常感興趣，”他指出，電動潛水泵在水熱應用中同樣有用。
但隨著公司紛紛搶購內華達州和加利福尼亞州的優質勘探權，水熱儲量（地熱世界的唾手可得的成果）的可用性已大大降低。加威爾表示，電動潛水泵的成功部署可以大大擴充套件 EGS 的機會。
他說：“提供獎金的想法很棒。你談論的是人類的智慧。熱量就在那裡；我們需要做的是運用人類的大腦。”
重振地熱創新
直到最近，能源公司一直在關注像高平原這樣的地方的風能和陽光炙烤的西南部的太陽能，而較少關注地球表面數千英尺以下蘊藏的地熱能。
今天，地熱發電量僅佔美國發電量的 3,000 多兆瓦，而風力發電的容量為 28,200 兆瓦，太陽能發電的容量為 9,183 兆瓦。
但是，在聯邦政府和私營部門注入大量資金以刺激地熱生產後，這種趨勢可能會改變。
奧巴馬總統的經濟復甦計劃提供了 4 億美元，以幫助地熱產業克服利用更熱和更深地熱儲量的最大技術障礙。這一數字是在白宮為能源部地熱研發辦公室申請的 2010 財年 5000 萬美元資金之上追加的，該計劃在布什政府執政期間幾乎被取消。
網際網路搜尋引擎的慈善機構 Google.org 去年向希望開發下一代地熱專案的大學和私人鑽探公司捐贈了略低於 1100 萬美元。
其中一個專案已經在進行中。在北加利福尼亞州，AltaRock Energy 希望成為眾多開發專案中的第一個，透過在深孔底部壓裂岩石，然後讓水在裂縫中迴圈以產生蒸汽來生產地熱能。
AltaRock 專案去年年底獲得了 625 萬美元的融資，但在鑽探到 12,000 英尺的目標深度時遇到了技術困難。
更復雜的是，能源部和土地管理局告訴該公司，在能源部完成安全審查以確保該專案不會像瑞士巴塞爾的類似專案那樣引起地震之前，該公司不得壓裂岩石。
其他公司似乎並未因 AltaRock 的困境而氣餒。該機構報告稱，上個月在加利福尼亞州、內華達州和猶他州舉行的地熱能源租賃地塊競爭性拍賣為土地管理局帶來了約 910 萬美元的收入。
2008 年的一份環境影響報告書估計，到 2015 年，透過在西部各州和阿拉斯加州的 BLM 土地上新建 111 座地熱發電廠，地熱發電有望新增 5,540 兆瓦的電力，到 2025 年，另外 133 座電廠將新增 6,600 兆瓦。
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