當聖羅莎市的居民撥動牆壁開關時，他們可以為亮起的燈光感到一絲自豪。在這個加州城市，昨天的馬桶沖水變成了今天的電力。
聖羅莎市和能源公司卡爾派恩公司是世界上最大的地熱汙水發電專案的合作伙伴。他們正在利用城市汙水產生清潔能源，不僅改善了人類的生活，也改善了魚類的生活。對於該市來說，這項合作關係消除了因向俄羅斯河排放廢水而支付的罰款，以及建造新的廢水儲存設施的 4 億美元支出。對於卡爾派恩公司來說，這項安排使其因過度使用而衰退的地熱蒸汽田得以復甦。
每天，聖羅莎蓋瑟斯回灌專案都會透過管道將約 1200 萬加侖的處理後廢水泵送到距該市 40 英里的山頂，然後將其注入地下一英里半的含水層中。那裡的熱岩石將水煮沸成蒸汽，蒸汽被輸送到地表以驅動發電渦輪機。鄰近的萊克縣的姊妹專案每天迴圈利用 800 萬加侖的廢水。這些裝置總共產生 200 兆瓦的電力——相當於一箇中等規模發電廠的輸出功率——而不會向大氣排放任何溫室氣體或汙染物。部分電力被輸送到 70 英里以南的舊金山。
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奧巴馬政府正在大力宣傳地熱作為一種清潔能源。美國能源部的資料顯示，到 2050 年，這項技術可以供應美國 10% 的電力，其他估計甚至更高。為了取得成功，擴大此處鑽探和在其他地方開始鑽探的計劃必須考慮到提取蒸汽引發的小地震。事實上，卡爾派恩專案附近的居民正在抱怨地面震動加劇，他們擔心同一地區的獨立地熱專案可能會加劇這個問題。
然而，聖羅莎市運營副主管丹·卡爾森表示，聖羅莎市從中獲益匪淺。與卡爾派恩公司的合作關係為開發創造性解決方案以應對看似難以克服的市政問題提供了一個典範。其他社群現在正在探索各種風格的地熱能。“每個社群都有其獨特之處，”卡爾森說。“教訓是找到合適的方案。”
抽上來，別傾倒
對於聖羅莎市來說，這種獨特之處在於蓋瑟斯，這是一個被誤稱的噴氣孔區——岩層中的噴口會洩漏蒸汽。從城市可以看到馬亞卡馬斯山側面噴出的蒸汽，但直到最近，它提供的只不過是遙遠的背景。1993 年，聖羅莎市面臨著一份停止和終止令，以及建築禁令的威脅，原因是該市非法向俄羅斯河排放廢水，俄羅斯河是瀕危銀鮭和硬頭鱒的重要產卵地。市政府官員正忙於制定一個經濟實惠的儲存和處置系統，以滿足州環境要求。在馬亞卡馬斯山的另一側，萊克縣的官員也面臨著類似的州政府指令，要求停止向清水湖（加州最大的淡水水體）非法排放廢水。即使按照法律標準處理，廢水中仍然含有對水生生物有害的營養物質。
在兩個社群之間的高山上，卡爾派恩地熱運營部門的官員也陷入了困境。電力生產消耗地下資源的速度超過了自然補充的速度：卡爾派恩的發電廠實際上已經耗盡了蒸汽。公司官員正在尋找水源注入蒸汽田以使其恢復活力。
卡爾派恩公司與聖羅莎市和萊克縣建立的合作伙伴關係透過一個簡單的解決方案解決了所有這三個問題：將廢水轉移到需要的地方。如今，世界上第一個再生水發電專案（在萊克縣）和最大的再生水發電專案（在聖羅莎市）都準備擴大規模。萊克縣計劃將其管道延伸到清水湖以外，以接收來自萊克波特和其他社群的廢水。鄰近的溫莎鎮於 2008 年 11 月簽署了一項為期 30 年的協議，允許其每天向聖羅莎管道泵送 70 萬加侖的汙水。
兩個縣的官員都為他們專案的環境成就感到自豪，但他們也對他們帶來的監管和財務穩定性感到同樣滿意。“這些都是商業決策，”卡爾森說。“如果我們能提供更便宜的解決方案，那將對我們和卡爾派恩都有幫助。”
一個行業的誕生地
蓋瑟斯是如何失去蒸汽的故事涉及多年的過度開發。蓋瑟斯已經嘶嘶作響了數千年，是聖安德烈亞斯斷層以東地熱系統的一部分。地下五英里多的大型岩漿房加熱了一層岩石。困在這種雜砂岩儲層中的水沸騰成蒸汽，蒸汽透過上覆巖蓋中的毛細裂縫噴出。
1847 年，當威廉·貝爾·艾略特作為一支大型勘測隊的成員漫步穿過這裡時，他將這片蒸汽田命名為蓋瑟斯。他發現的實際上是噴氣孔，而不是間歇泉壯觀地將熱水噴射到空中的景象。但艾略特的誤稱流傳了下來。這一發現的訊息吸引了源源不斷的遊客，其中包括 J.P. 摩根和總統尤利西斯·S·格蘭特和西奧多·羅斯福。但到 20 世紀 30 年代，由於酒店火災、山體滑坡和迫在眉睫的戰爭，旅遊業崩潰了。
當遊客沉浸在蒸汽中，感覺自己像“煮熟的天使”時，約翰·D·格蘭特正在蓋瑟斯建造美國第一座地熱發電廠。他於 1921 年完成了這座發電廠。儘管管道爆裂和井故障不斷，格蘭特最終還是產生了 250 千瓦的電力——足以照亮蓋瑟斯度假村的建築物和街道。到 1960 年，技術進步使地熱發電在更大規模上具有商業可行性。太平洋煤氣電力公司使用穿過岩石鑽探的管道從蒸汽源提取蒸汽，開始運營一座 11 兆瓦的發電廠。其他公司在 20 世紀 70 年代和 80 年代建造了更多的發電廠。蓋瑟斯的發電量在 1987 年達到頂峰，為 2000 兆瓦，足以滿足 200 萬個家庭的用電需求。卡爾派恩公司於 1989 年進入地熱業務，如今運營著蓋瑟斯 21 座發電廠中的 19 座，這些發電廠分佈在 40 平方英里的陡峭山坡上，上面佈滿了數百口蒸汽井。
蒸汽耗盡
所有這些鑽探和抽水對蒸汽田造成了損害。降雨無法足夠快地滲入砂岩儲層以補充儲量。到 1999 年，產量大幅下降，導致卡爾派恩公司官員尋找水源注入地下。耗資 2.5 億美元的聖羅莎專案比其東側的萊克縣專案提出了更嚴峻的技術挑戰，後者更靠近蒸汽田的海拔高度。為了將廢水從聖羅莎輸送到蓋瑟斯，管道穿過城市街道、住宅開發區和開闊的田野，然後開始 3000 英尺的攀升進入馬亞卡馬斯山。
工程師們儘可能地使管道不顯眼。“這是一個具有環保意識的社群，我們都是這個系統的管理者，”聖羅莎市蓋瑟斯運營協調員邁克·謝爾曼說。沿著從該市拉古納處理廠出發的 40 英里路線行駛，沿途經過野蘋果樹，這些樹讓位於紅皮馬德龍樹和雄偉的谷櫟樹，因為管道上方的鄉間小路蜿蜒向上。大部分土地由奧杜邦加利福尼亞州作為野生動物保護區運營。
一條陡峭的單車道公路通往山頂，山頂上矗立著一個深綠色的三層水箱，除了裡面的東西外，它與任何市政水箱沒有什麼不同：一百萬加侖的廢水。廢水已經過三個階段的處理：在沉澱池中進行物理處理以去除油脂、油汙和其他雜質；進行生物處理以分解有機物並去除營養物質和其他化合物；以及進行砂濾或活性炭過濾以去除剩餘的有機物和寄生蟲。然後將廢水暴露在紫外線下以殺死任何殘留的細菌。
卡爾派恩公司每年使用價值 250 萬美元的自有地熱電力將水泵送到這個山峰，在那裡儲存，然後再注入馬亞卡馬斯山頂以東的蒸汽田。水箱之外，地面穿過灰松林下降到一個山谷，山谷中遍佈著在陽光下閃耀銀光的管道。在半英里外的發電廠，從地下抽取的蒸汽推動渦輪機轉動，然後凝結成水，這些水在漏斗形塔中冷卻，然後再重新注入地下。對於世界上最大的地熱發電廠來說，這是一個超現實主義的、異常田園詩般的全景，只有微風中發動機的微弱嗡嗡聲打破了這種景象。
地震引發擔憂
然而，對於居住在生產區域 20 英里範圍內的居民來說，眼前的景象絕非田園牧歌。自從卡爾派恩公司開始向地下注入汙水以來，當地居民經歷了地震的急劇增加；自 2003 年以來，蓋瑟斯地區的地震活動增加了 60%。安德森斯普林斯社群距最近的裝置不到一英里，已記錄到 2562 次單獨的震動，其中包括 24 次震級大於 4.0 級的震動。大多數震動不會造成損壞，但其他震動會將物品從架子上震落，甚至會使建築物地基開裂，舊金山大學退休教授漢密爾頓·赫斯說，他自 1939 年以來斷斷續續地住在蓋瑟斯附近。其他居民也認為，每天的震動不僅僅是一種滋擾：“你可以聽到隆隆聲從峽谷中傳來。當它襲來時，就像房子下面發生了爆炸，”安德森斯普林斯社群聯盟主席傑弗裡·D·戈斯佩說。
2009 年，居民們發現自己面臨著更大的地震可能性，這來自蓋瑟斯蒸汽田外但在安德森斯普林斯以東僅兩英里的一個在建實驗專案。由於那裡沒有地表地熱活動，總部位於索薩利托的 AltaRock Energy 公司開始向下鑽探兩英里多，以壓裂熱基岩，注入水並利用由此產生的蒸汽。
瑞士巴塞爾的一個類似的“增強型地熱”專案引發了一次 3.4 級地震——按照某些標準來看，震級不大，但足以造成超過 800 萬美元的損失。AltaRock 官員表示，他們在萊克縣的專案在底層地質和距主要斷層的距離上有所不同。他們還表示，他們正在使用巴塞爾沒有的技術。但當地居民繼續抗議，理由是 AltaRock 的環境分析中存在錯誤和遺漏。
科學家們早就知道，從地下岩漿加熱的儲層中提取蒸汽會使其冷卻，導致岩石收縮。美國地質調查局地震學家大衛·奧本海默解釋說，為了適應收縮，岩石會透過小地震變形。蒸汽騰出的空間也可能塌陷，導致進一步的震動。
規劃聖羅莎廢水專案的官員預測地震活動會增加。但該市決定繼續推進該專案，理由是解決廢水處理危機和產生清潔電力的壓倒性好處。對於居住在蓋瑟斯 20 英里半徑範圍內的 500 名常住居民來說，這是一種微不足道的安慰。“這是聖羅莎的廢水，他們感覺不到地震，”赫斯說。
他和其他人對聖羅莎和萊克縣計劃的擴張感到擔憂。在更多地方注入更多水最終會引發“大地震”嗎？奧本海默說，不太可能。擴大生產可能會增加震級為 2.0 級或更小的震動的次數，但像 8.0 級地震這樣的大地震需要一條主要斷層，而蓋瑟斯地區只有小裂縫。奧本海默說，在 30 多年的監測中，記錄到的最大地震為 4.5 級。
然而，AltaRock 的計劃引起了人們對更強烈地震的更大擔憂。2009 年 7 月，聯邦機構暫停了該專案，直到科學審查能夠更好地確定地震風險。由於前景不明朗，AltaRock 在 12 月表示，它正在放棄這項努力。1 月，美國能源部宣佈了增強型地熱運營的新安全保障要求。
擴大效益
透過利用廢水產生 200 兆瓦的電力，聖羅莎市和萊克縣有效地減少了每年 20 億磅的溫室氣體排放量——這相當於一個同等規模的燃煤發電廠排放到大氣中的溫室氣體量。該市和周邊城鎮也停止向俄羅斯河和清水湖排放汙水，並消除了建造新的儲存和處理設施的需要。而且，由於卡爾派恩公司使用的是廢水而不是從俄羅斯河支流（該公司擁有水權）取水，因此河流中的淡水更多，可供魚類使用。
對於希望在全國範圍內擴大地熱能利用的企業家和科學家來說，卡爾派恩專案提供了豐富的經驗。但 AltaRock 的命運可能會降低人們對在沒有地表活動的地點的深層鑽探增強型地熱系統的興趣，儘管根據康奈爾大學可持續能源系統教授傑斐遜·W·泰斯特領導的一項研究，這些系統可以在美國產生超過 10 萬兆瓦的電力。2009 年 5 月，奧巴馬政府撥款 3.5 億美元用於地熱開發，其中包括 8000 萬美元用於增強型地熱專案。
對於許多可能缺乏足夠水源注入熱岩石的潛在地點，蓋瑟斯的發電廠仍然是靈感的源泉。卡爾森說，他們已經證明，對於蒸汽發電來說，處理後的汙水是淡水的商業上可行的替代品。當然，安全問題需要進一步研究。但他很樂觀：“我們的居民正在受益，環境正在受益，世界各地的人們都可以利用這種模式來改善他們自己的社群。”