当圣罗莎市的居民拨动墙壁开关时，他们可以为亮起的灯光感到一丝自豪。在这个加州城市，昨天的马桶冲水变成了今天的电力。
圣罗莎市和能源公司卡尔派恩公司是世界上最大的地热污水发电项目的合作伙伴。他们正在利用城市污水产生清洁能源，不仅改善了人类的生活，也改善了鱼类的生活。对于该市来说，这项合作关系消除了因向俄罗斯河排放废水而支付的罚款，以及建造新的废水储存设施的 4 亿美元支出。对于卡尔派恩公司来说，这项安排使其因过度使用而衰退的地热蒸汽田得以复苏。
每天，圣罗莎盖瑟斯回灌项目都会通过管道将约 1200 万加仑的处理后废水泵送到距该市 40 英里的山顶，然后将其注入地下一英里半的含水层中。那里的热岩石将水煮沸成蒸汽，蒸汽被输送到地表以驱动发电涡轮机。邻近的莱克县的姊妹项目每天循环利用 800 万加仑的废水。这些装置总共产生 200 兆瓦的电力——相当于一个中等规模发电厂的输出功率——而不会向大气排放任何温室气体或污染物。部分电力被输送到 70 英里以南的旧金山。
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奥巴马政府正在大力宣传地热作为一种清洁能源。美国能源部的数据显示，到 2050 年，这项技术可以供应美国 10% 的电力，其他估计甚至更高。为了取得成功，扩大此处钻探和在其他地方开始钻探的计划必须考虑到提取蒸汽引发的小地震。事实上，卡尔派恩项目附近的居民正在抱怨地面震动加剧，他们担心同一地区的独立地热项目可能会加剧这个问题。
然而，圣罗莎市运营副主管丹·卡尔森表示，圣罗莎市从中获益匪浅。与卡尔派恩公司的合作关系为开发创造性解决方案以应对看似难以克服的市政问题提供了一个典范。其他社区现在正在探索各种风格的地热能。“每个社区都有其独特之处，”卡尔森说。“教训是找到合适的方案。”
抽上来，别倾倒
对于圣罗莎市来说，这种独特之处在于盖瑟斯，这是一个被误称的喷气孔区——岩层中的喷口会泄漏蒸汽。从城市可以看到马亚卡马斯山侧面喷出的蒸汽，但直到最近，它提供的只不过是遥远的背景。1993 年，圣罗莎市面临着一份停止和终止令，以及建筑禁令的威胁，原因是该市非法向俄罗斯河排放废水，俄罗斯河是濒危银鲑和硬头鳟的重要产卵地。市政府官员正忙于制定一个经济实惠的储存和处置系统，以满足州环境要求。在马亚卡马斯山的另一侧，莱克县的官员也面临着类似的州政府指令，要求停止向清水湖（加州最大的淡水水体）非法排放废水。即使按照法律标准处理，废水中仍然含有对水生生物有害的营养物质。
在两个社区之间的高山上，卡尔派恩地热运营部门的官员也陷入了困境。电力生产消耗地下资源的速度超过了自然补充的速度：卡尔派恩的发电厂实际上已经耗尽了蒸汽。公司官员正在寻找水源注入蒸汽田以使其恢复活力。
卡尔派恩公司与圣罗莎市和莱克县建立的合作伙伴关系通过一个简单的解决方案解决了所有这三个问题：将废水转移到需要的地方。如今，世界上第一个再生水发电项目（在莱克县）和最大的再生水发电项目（在圣罗莎市）都准备扩大规模。莱克县计划将其管道延伸到清水湖以外，以接收来自莱克波特和其他社区的废水。邻近的温莎镇于 2008 年 11 月签署了一项为期 30 年的协议，允许其每天向圣罗莎管道泵送 70 万加仑的污水。
两个县的官员都为他们项目的环境成就感到自豪，但他们也对他们带来的监管和财务稳定性感到同样满意。“这些都是商业决策，”卡尔森说。“如果我们能提供更便宜的解决方案，那将对我们和卡尔派恩都有帮助。”
一个行业的诞生地
盖瑟斯是如何失去蒸汽的故事涉及多年的过度开发。盖瑟斯已经嘶嘶作响了数千年，是圣安德烈亚斯断层以东地热系统的一部分。地下五英里多的大型岩浆房加热了一层岩石。困在这种杂砂岩储层中的水沸腾成蒸汽，蒸汽通过上覆岩盖中的毛细裂缝喷出。
1847 年，当威廉·贝尔·艾略特作为一支大型勘测队的成员漫步穿过这里时，他将这片蒸汽田命名为盖瑟斯。他发现的实际上是喷气孔，而不是间歇泉壮观地将热水喷射到空中的景象。但艾略特的误称流传了下来。这一发现的消息吸引了源源不断的游客，其中包括 J.P. 摩根和总统尤利西斯·S·格兰特和西奥多·罗斯福。但到 20 世纪 30 年代，由于酒店火灾、山体滑坡和迫在眉睫的战争，旅游业崩溃了。
当游客沉浸在蒸汽中，感觉自己像“煮熟的天使”时，约翰·D·格兰特正在盖瑟斯建造美国第一座地热发电厂。他于 1921 年完成了这座发电厂。尽管管道爆裂和井故障不断，格兰特最终还是产生了 250 千瓦的电力——足以照亮盖瑟斯度假村的建筑物和街道。到 1960 年，技术进步使地热发电在更大规模上具有商业可行性。太平洋煤气电力公司使用穿过岩石钻探的管道从蒸汽源提取蒸汽，开始运营一座 11 兆瓦的发电厂。其他公司在 20 世纪 70 年代和 80 年代建造了更多的发电厂。盖瑟斯的发电量在 1987 年达到顶峰，为 2000 兆瓦，足以满足 200 万个家庭的用电需求。卡尔派恩公司于 1989 年进入地热业务，如今运营着盖瑟斯 21 座发电厂中的 19 座，这些发电厂分布在 40 平方英里的陡峭山坡上，上面布满了数百口蒸汽井。
蒸汽耗尽
所有这些钻探和抽水对蒸汽田造成了损害。降雨无法足够快地渗入砂岩储层以补充储量。到 1999 年，产量大幅下降，导致卡尔派恩公司官员寻找水源注入地下。耗资 2.5 亿美元的圣罗莎项目比其东侧的莱克县项目提出了更严峻的技术挑战，后者更靠近蒸汽田的海拔高度。为了将废水从圣罗莎输送到盖瑟斯，管道穿过城市街道、住宅开发区和开阔的田野，然后开始 3000 英尺的攀升进入马亚卡马斯山。
工程师们尽可能地使管道不显眼。“这是一个具有环保意识的社区，我们都是这个系统的管理者，”圣罗莎市盖瑟斯运营协调员迈克·谢尔曼说。沿着从该市拉古纳处理厂出发的 40 英里路线行驶，沿途经过野苹果树，这些树让位于红皮马德龙树和雄伟的谷栎树，因为管道上方的乡间小路蜿蜒向上。大部分土地由奥杜邦加利福尼亚州作为野生动物保护区运营。
一条陡峭的单车道公路通往山顶，山顶上矗立着一个深绿色的三层水箱，除了里面的东西外，它与任何市政水箱没有什么不同：一百万加仑的废水。废水已经过三个阶段的处理：在沉淀池中进行物理处理以去除油脂、油污和其他杂质；进行生物处理以分解有机物并去除营养物质和其他化合物；以及进行砂滤或活性炭过滤以去除剩余的有机物和寄生虫。然后将废水暴露在紫外线下以杀死任何残留的细菌。
卡尔派恩公司每年使用价值 250 万美元的自有地热电力将水泵送到这个山峰，在那里储存，然后再注入马亚卡马斯山顶以东的蒸汽田。水箱之外，地面穿过灰松林下降到一个山谷，山谷中遍布着在阳光下闪耀银光的管道。在半英里外的发电厂，从地下抽取的蒸汽推动涡轮机转动，然后凝结成水，这些水在漏斗形塔中冷却，然后再重新注入地下。对于世界上最大的地热发电厂来说，这是一个超现实主义的、异常田园诗般的全景，只有微风中发动机的微弱嗡嗡声打破了这种景象。
地震引发担忧
然而，对于居住在生产区域 20 英里范围内的居民来说，眼前的景象绝非田园牧歌。自从卡尔派恩公司开始向地下注入污水以来，当地居民经历了地震的急剧增加；自 2003 年以来，盖瑟斯地区的地震活动增加了 60%。安德森斯普林斯社区距最近的装置不到一英里，已记录到 2562 次单独的震动，其中包括 24 次震级大于 4.0 级的震动。大多数震动不会造成损坏，但其他震动会将物品从架子上震落，甚至会使建筑物地基开裂，旧金山大学退休教授汉密尔顿·赫斯说，他自 1939 年以来断断续续地住在盖瑟斯附近。其他居民也认为，每天的震动不仅仅是一种滋扰：“你可以听到隆隆声从峡谷中传来。当它袭来时，就像房子下面发生了爆炸，”安德森斯普林斯社区联盟主席杰弗里·D·戈斯佩说。
2009 年，居民们发现自己面临着更大的地震可能性，这来自盖瑟斯蒸汽田外但在安德森斯普林斯以东仅两英里的一个在建实验项目。由于那里没有地表地热活动，总部位于索萨利托的 AltaRock Energy 公司开始向下钻探两英里多，以压裂热基岩，注入水并利用由此产生的蒸汽。
瑞士巴塞尔的一个类似的“增强型地热”项目引发了一次 3.4 级地震——按照某些标准来看，震级不大，但足以造成超过 800 万美元的损失。AltaRock 官员表示，他们在莱克县的项目在底层地质和距主要断层的距离上有所不同。他们还表示，他们正在使用巴塞尔没有的技术。但当地居民继续抗议，理由是 AltaRock 的环境分析中存在错误和遗漏。
科学家们早就知道，从地下岩浆加热的储层中提取蒸汽会使其冷却，导致岩石收缩。美国地质调查局地震学家大卫·奥本海默解释说，为了适应收缩，岩石会通过小地震变形。蒸汽腾出的空间也可能塌陷，导致进一步的震动。
规划圣罗莎废水项目的官员预测地震活动会增加。但该市决定继续推进该项目，理由是解决废水处理危机和产生清洁电力的压倒性好处。对于居住在盖瑟斯 20 英里半径范围内的 500 名常住居民来说，这是一种微不足道的安慰。“这是圣罗莎的废水，他们感觉不到地震，”赫斯说。
他和其他人对圣罗莎和莱克县计划的扩张感到担忧。在更多地方注入更多水最终会引发“大地震”吗？奥本海默说，不太可能。扩大生产可能会增加震级为 2.0 级或更小的震动的次数，但像 8.0 级地震这样的大地震需要一条主要断层，而盖瑟斯地区只有小裂缝。奥本海默说，在 30 多年的监测中，记录到的最大地震为 4.5 级。
然而，AltaRock 的计划引起了人们对更强烈地震的更大担忧。2009 年 7 月，联邦机构暂停了该项目，直到科学审查能够更好地确定地震风险。由于前景不明朗，AltaRock 在 12 月表示，它正在放弃这项努力。1 月，美国能源部宣布了增强型地热运营的新安全保障要求。
扩大效益
通过利用废水产生 200 兆瓦的电力，圣罗莎市和莱克县有效地减少了每年 20 亿磅的温室气体排放量——这相当于一个同等规模的燃煤发电厂排放到大气中的温室气体量。该市和周边城镇也停止向俄罗斯河和清水湖排放污水，并消除了建造新的储存和处理设施的需要。而且，由于卡尔派恩公司使用的是废水而不是从俄罗斯河支流（该公司拥有水权）取水，因此河流中的淡水更多，可供鱼类使用。
对于希望在全国范围内扩大地热能利用的企业家和科学家来说，卡尔派恩项目提供了丰富的经验。但 AltaRock 的命运可能会降低人们对在没有地表活动的地点的深层钻探增强型地热系统的兴趣，尽管根据康奈尔大学可持续能源系统教授杰斐逊·W·泰斯特领导的一项研究，这些系统可以在美国产生超过 10 万兆瓦的电力。2009 年 5 月，奥巴马政府拨款 3.5 亿美元用于地热开发，其中包括 8000 万美元用于增强型地热项目。
对于许多可能缺乏足够水源注入热岩石的潜在地点，盖瑟斯的发电厂仍然是灵感的源泉。卡尔森说，他们已经证明，对于蒸汽发电来说，处理后的污水是淡水的商业上可行的替代品。当然，安全问题需要进一步研究。但他很乐观：“我们的居民正在受益，环境正在受益，世界各地的人们都可以利用这种模式来改善他们自己的社区。”