开发一种能在地下数英里、430华氏度流体中运行并保持稳定750马力的地热泵，需要什么条件？
两家西海岸基金会希望他们找到了答案：大量资金。
总部位于俄勒冈州的地热创新基金会和总部位于加利福尼亚州的莱梅尔森基金会上周发布了一项竞赛的设计标准，旨在建造下一代“耐高温”电动潜水泵（ESP），这是在商业规模上推进地热能的关键技术之一。这些组织准备向第一家开发出能够承受极端地下高温和高压的ESP的公司提供数百万美元。
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莱梅尔森基金会高级项目官员帕特里克·马洛尼说：“来自地热资源的能源是经济实惠且丰富的，但迄今为止的问题一直是利用它。希望这份报告能为公司和个人创新者提供解决该问题关键部分所需的参数。”
这份报告是今年早些时候在斯坦福大学举行的一次会议的成果，该会议汇集了该领域的20位顶级专家，包括来自政府、学术界和私营部门的代表，共同探讨通过扩大地热的采用来减少化石燃料使用的方法。
泵公司、大学和发明家被要求竞争 500 万美元的奖金，该奖金将于 2015 年颁发。获胜公司还将获得 100 台泵的预先市场承诺，这是一笔 7500 万美元的订单，旨在作为创新者的主要激励。
FGI 的劳伦斯·莫洛伊说：“很少能找到一个关键技术挑战，可以如此清晰地为创新者定义工作方向。”FGI 正在寻求能源部的支持，以建立一个激励计划，该计划将于 2010 年初最终确定。“我们希望这个奖项能够帮助振兴该行业。”
能源部的地热技术计划也为地热泵的开发设定了类似的目标，该计划发现，目前的泵模型无法在先进的地热条件下维持流量。虽然地热资源可以达到 660 度，但能够从地下输送热量的泵的设计运行温度仅为 375 度。
增强型地热系统
新型泵对于“增强型地热系统”至关重要，在这种系统中，能量是通过在深孔底部压裂干岩，然后让水在裂缝中循环以产生蒸汽而产生的。相比之下，今天的地热项目使用水热系统，利用天然存在的水沉积物来提供地热。
根据美国地质调查局 2008 年的一份报告，水热潜力估计约为 30,000 兆瓦，而 EGS 的潜力大于 500,000 兆瓦，约占整个美国目前发电能力的一半。
麻省理工学院 2007 年的一项开创性研究发现，大规模商业部署 EGS 储量可以在本世纪中叶为超过一半的美国家庭供电。与间歇性的风能和太阳能不同，地热可以全天候使用，并且开发所需的土地面积要少得多。
麻省理工学院的研究报告指出：“来自 EGS 的地热能代表着一种大型本土资源，可以提供基本负荷电力和热量，其水平可以对美国产生重大影响，同时对环境的影响最小。此外，EGS 为长期提供了一种安全的电力来源，这将有助于保护美国免受燃料价格波动或供应中断造成的经济不稳定。”
除了更好的钻探技术和传热液体外，希望开发 EGS 的公司还需要一种能够可靠且经济地将地下热量带到地面的泵。
德克萨斯州南方卫理公会大学地热实验室的项目协调员玛丽亚·理查兹说：“电动潜水泵已被有井的人们使用了几十年，但大多数人的饮用水并不热。”
地面泵能够将液体泵送到地热深度，但它们缺乏潜水泵的大部分功率，并且运行效率较低。由于地热效率与温度和流速有关，因此最好使用可以安装在井本身（所谓的自然压力锅）中的潜水泵。
理查兹说：“并不是没有泵技术，只是太贵了。” 一种可行的 ESP 需要具有合适的钢材、润滑剂和粘合剂，这些材料可以在不断变化的温度和 pH 值水平下长期保持性能。
地热能源协会（华盛顿特区的一个贸易团体）的执行董事卡尔·加威尔说，莱梅尔森报告指出，目前有三家公司提供电动潜水泵——贝克休斯、斯伦贝谢和伍兹集团——但没有一种型号足够强大，可以应对 EGS 的极端温度和压力。
加威尔说：“我确信所有建造地热发电厂的人都对这样的设备非常感兴趣，”他指出，电动潜水泵在水热应用中同样有用。
但随着公司纷纷抢购内华达州和加利福尼亚州的优质勘探权，水热储量（地热世界的唾手可得的成果）的可用性已大大降低。加威尔表示，电动潜水泵的成功部署可以大大扩展 EGS 的机会。
他说：“提供奖金的想法很棒。你谈论的是人类的智慧。热量就在那里；我们需要做的是运用人类的大脑。”
重振地热创新
直到最近，能源公司一直在关注像高平原这样的地方的风能和阳光炙烤的西南部的太阳能，而较少关注地球表面数千英尺以下蕴藏的地热能。
今天，地热发电量仅占美国发电量的 3,000 多兆瓦，而风力发电的容量为 28,200 兆瓦，太阳能发电的容量为 9,183 兆瓦。
但是，在联邦政府和私营部门注入大量资金以刺激地热生产后，这种趋势可能会改变。
奥巴马总统的经济复苏计划提供了 4 亿美元，以帮助地热产业克服利用更热和更深地热储量的最大技术障碍。这一数字是在白宫为能源部地热研发办公室申请的 2010 财年 5000 万美元资金之上追加的，该计划在布什政府执政期间几乎被取消。
互联网搜索引擎的慈善机构 Google.org 去年向希望开发下一代地热项目的大学和私人钻探公司捐赠了略低于 1100 万美元。
其中一个项目已经在进行中。在北加利福尼亚州，AltaRock Energy 希望成为众多开发项目中的第一个，通过在深孔底部压裂岩石，然后让水在裂缝中循环以产生蒸汽来生产地热能。
AltaRock 项目去年年底获得了 625 万美元的融资，但在钻探到 12,000 英尺的目标深度时遇到了技术困难。
更复杂的是，能源部和土地管理局告诉该公司，在能源部完成安全审查以确保该项目不会像瑞士巴塞尔的类似项目那样引起地震之前，该公司不得压裂岩石。
其他公司似乎并未因 AltaRock 的困境而气馁。该机构报告称，上个月在加利福尼亚州、内华达州和犹他州举行的地热能源租赁地块竞争性拍卖为土地管理局带来了约 910 万美元的收入。
2008 年的一份环境影响报告书估计，到 2015 年，通过在西部各州和阿拉斯加州的 BLM 土地上新建 111 座地热发电厂，地热发电有望新增 5,540 兆瓦的电力，到 2025 年，另外 133 座电厂将新增 6,600 兆瓦。
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