以下是水力压裂的另一个用途:扩大获取地球表面深处用于能源生产的热岩层的途径。今年4月,奥玛特科技公司(Ormat Technologies)将第一个此类项目——在业内被称为增强型地热系统(EGS)——与内华达州里诺附近的国家电网连接。
美国能源部(DoE)的地热技术办公室主任道格拉斯·霍利特(Douglas Hollett)热情洋溢地说:“最大的奖项是增强型地热系统。关键是要学会以可靠和负责任的方式进行操作。”
据一些估计,美国可以通过增强型地热技术开采出相当于该国目前每年约100艾焦耳(1艾焦耳等于1018焦耳)的2000倍的能量。在电力方面,能源部得出结论,至少可以从这样的增强型地热系统中获取500吉瓦的电力容量。更棒的是,热岩层遍布该国和世界其他地方的每一个角落。澳大利亚的第一个增强型地热系统,名为哈瓦那辣椒,于5月开始发电,欧洲已经有三座这样的发电厂投入使用。
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这个想法很简单:将水或其他液体泵入地表下的热岩层。岩石的热量将水转化为蒸汽。蒸汽上升并转动涡轮机,涡轮机转动磁铁来发电。
这项技术是成熟的。多年来,人们一直将温泉等天然产生的蒸汽转化为电力。意大利拉德雷洛的地热发电厂已经在托斯卡纳以这种方式发电了一个多世纪,并且可以以这种方式建造大型发电厂。加利福尼亚州的盖瑟斯就可以单独产生850兆瓦的电力。但这仅仅是因为地热资源靠近地表且显而易见,这要归功于升入天空的热蒸汽。
虽然类似的天然资源使冰岛成为地热发电大国,但这样的地点毕竟为数不多。这就是水力压裂(一种有争议的做法,即向地下泵入液体以震碎页岩并释放石油或天然气)可以发挥作用的地方。水力压裂通过在不存在热岩石的地方制造裂缝来“增强”地热,使得几乎可以在任何地方从地球内部获取热量,尽管由于需要通过系统泵水,这会减少产生的总功率。
然而,作为一项额外的好处:地热发电可以持续运行——热岩石不会很快冷却——这使其具有可再生性和可预测性。世界银行能源部门管理援助项目项目经理罗希特·汉纳(Rohit Khanna)说:“地热是本土的、可靠的且清洁的。”这是在智利、印度尼西亚、肯尼亚和菲律宾等发展中国家追求地热发电的一个重要原因。
就菲律宾而言,由于上世纪90年代的投资,地热发电现在可以产生近2000兆瓦的电力,约占该国电力需求的20%。据其驻美国大使埃尔卡纳·奥登博(Elkanah Odembo)称,肯尼亚希望到2030年从地热发电中获取一半以上的电力。目标是:地热和水力发电相结合,使其完全由可再生能源供电。奥登博承诺说:“潜力是存在的。”他说,东非大裂谷蕴藏着估计15吉瓦的潜在地热发电能力。内罗毕已经成为此类开发的繁荣之城。
然而,根据《科学》杂志最近的一篇观点文章,地热发电的丰富、可再生、清洁的潜力在很大程度上被搁置,产生的电力“不到全球能源的1%”。事实上,据彭博新能源财经(BNEF)称,迄今为止,仅开发了6%的天然地热资源。
原因很简单:资金。除了钻一口干井或一口无法按预期产生蒸汽的井的600万至800万美元的风险之外,在那些按预期产生蒸汽的井之上建造发电厂还需要花费数百万美元。据能源部的能源信息管理局称,地热发电厂的总成本约为每兆瓦时90美元,相比之下,天然气发电厂为每兆瓦时67美元,光伏发电为每兆瓦时144美元。
这个数字仅部分包括了首先勘探地热资源的大笔费用。必须钻探梯度孔来勘探特定区域。需要在地表引爆炸药,以使地震波穿过岩石,从而可以勘测地下地形——这项技术在石油和天然气行业中很常见。可能需要数年时间和数百万美元才能进行这项勘探,并有可能通过电力销售缓慢收回这些资金,或者所有这些资金都可能损失殆尽。谷歌和德克萨斯大学的一个项目旨在通过利用公共信息来开发美国地热潜力图来为此提供帮助。
彭博新能源财经认为,成功完成一口地热井的概率为67%,这意味着三分之一的地热项目都会失败。该分析机构呼吁建立一个由世界银行等投资机构提供的约5亿美元的“全球地热勘探钻探基金”。另一个问题是:一些增强型地热系统项目与小地震有关,这与石油和天然气钻探和废水处理非常相似。这导致一些项目被放弃。
因此,在支持研发以降低风险和改进技术方面,可以发挥重要作用。能源部对奥玛特在内华达州的项目进行了投资,还制定了计划来探索如何扩大地热的覆盖范围。例如,可以利用地下深处较冷岩石的较低温度。与石油和天然气井共同生产的热水也可以用于发电。更细的试验井可能会降低勘探成本。当然,为地热能源生产开发的更好的钻井技术可能会首先在石油和天然气行业中找到用途,例如福罗能源(Foro Energy)在美国能源部高级研究计划局的帮助下率先推出的激光钻井技术。事实上,石油和天然气行业可能会发现自己正在开发可以应用于增强型地热的技术。他们为了压裂页岩和释放天然气或石油而进行的努力需要他们了解流体在岩石中的流动速率。“我们知道这与我们所做的工作息息相关,”能源部的霍利特指出。
最后,彭博新能源财经分析师马克·泰勒(Mark Taylor)表示,可以用一首歌名来最好地概括地热开发:“如果你能做到,那就干得好”。“如果你拥有丰富的资源、电力需求以及对土地的安全使用权,那当然很好。如果没有这些条件中的任何一项,那么地热发电就真的很难实现。”
目前,美国增强型地热系统的最佳场所是内华达州,特别是该州的北部地区,那里绵羊可能比人还多,政府是支持可再生能源发展的主要土地所有者。“就项目数量而言,内华达州本身拥有的项目几乎比世界上任何一个国家都多,”地热能源协会的行业分析师本杰明·马特克(Benjamin Matek)指出。也许这种情况应该改变。