新型地热能应用技术，为实现100%清洁电力目标提供可能性 | 可再生能源（附报告原文链接）

《关于负责任地发展下一代地热能的综述与考量》| 图源：WRI

地热能的利用已有100多年历史[2]，但其开发范围却十分有限。传统地热开发是通过钻井获取天然热水储层的热能，驱动蒸汽涡轮发电。这种方法只适用于具有天然热源、流体和渗透性岩体的少数地区。因此，传统地热发电仅限于少数具备条件的地区，如肯尼亚、冰岛、印尼及美国西部几个州。

相比之下， 下一代地热能 无需依赖地下热水储层，只需要地球内部的热能 。通过合适的技术，这种热能几乎可以在任何地方获取——这就意味着在全球范围内释放大量清洁能源的潜力。根据美国能源部（DOE）数据，到2050年，在具备经济性的前提下，美国地热能装机容量将从目前的4GW[3]增至90GW[4]，覆盖范围从7个州扩大到至少18个州；在未来技术进步更快、市场条件更向好的乐观情况下，地热能装机容量或将达到300GW[5]，相当于目前全美电力装机容量的四分之一左右。

目前，美国等多个国家已经在开发下一代地热项目，主要的科技公司和电力公司也在积极签订更多地热发电合同。

目前正在开发的下一代地热技术在一定程度上借鉴了石油和天然气行业的先进钻探技术，获取地球热能并将其转化为可用能源，主要有以下三种技术模式：

传统油气行业在水力压裂开采过程中，会导致地震、地下水污染。EGS和部分闭环地热系统也会使用水力压裂法，但与化石燃料压裂相比，地热压裂的风险通常较低。

近年来，随着非常规油气生产中压裂法使用的增加，美国中部和东部地区地震数量急剧上升[20]。但水力压裂本身并非主要原因。非常规油气生产方法会导致巨大的压力积聚并产生大量废水，将废水注入地下处理是人为引发地震的主要原因[21]。在美国最大油田——德克萨斯州的二叠纪盆地（Permian Basin），人为引发的地震中仅有5%归因于水力压裂，而约95%归因于废水处理井[22]。

相比之下，地热能可以保持水循环并维持压力平衡，不会产生大量需要处置的废水，能规避地震的主要诱因。整体来看，在适当防护措施之下，地热系统引发地震的风险低于石油和天然气开采。

尽管如此，这些风险仍然不容小觑。法国、瑞士[23]和韩国[24]几起破坏性地震可能与EGS项目有关，特别是那些在天然断层附近或地下勘测不当的项目，需要预防并避免地质灾害的发生。在美国，大多数EGS项目都受联邦政府资金支持，因此必须要遵守美国能源部发布的《避免诱发地震协议》(Induced Seismicity Protocol) [25]，这一协议在过去十多年里成功防止了与EGS相关的地震。

化石燃料的压裂开采对水资源供应的影响也令人担忧[26]。油气开采使用的压裂液中通常会含有化学添加剂，这可能会污染水资源。但EGS的压裂液化学添加剂含量很少或无添加[27]。不过这也因项目而异，并且随着行业的发展和创新而变化。地热系统装置在密封状态下穿过含水层，可以避免与地下水的接触。

下一代地热能的成本已经大幅下降，并有望进一步降低。2017年到2022年，美国能源部犹他州FORGE项目的钻探效率已经提高了500%[28]。Fervo Energy公司每英尺钻探成本已从第一个项目的1,000美元降至第二个项目的400美元 [29] 。根据最新的模型估算，处于最佳钻探深度的EGS项目平均成本为64美元/MWh[30]，与太阳能+电池储能一体的成本相当，比传统地热能更便宜。

闭环地热项目通常效率较低，因此成本比EGS更高，但随着技术进步，其成本有更多下降的空间[31]。

值得注意的是，由于地质条件不同， 不同地区地热成本差异巨大 [32]。在美国，西部各州的地热系统成本可能最低，但东部许多地区也有很好的发展前景。

尽管电力成本在持续下降，但各大公司为寻求稳定的清洁能源，已开始纷纷签订下一代地热能协议。例如，谷歌通过NV Energy从Fervo Energy购买下一代地热能电力[33]，并为此支付溢价，作为创新的“清洁能源转型电价”（Clean Transition Tariff, CTT）[34]计划的一部分。加州最大的电力公司之一南加州爱迪生（Southern California Edison）[35]也与Fervo签署了两份购电协议。

下一代地热能发展前景巨大，但需要更多支持来清除现存障碍。

虽然下一代地热能已经获得了美国政府的支持，但相比其他清洁能源技术获得的数以十亿计美元资助，地热能获得的资金支持仅以百万美元计[36]。联邦政府应加大在研究、开发和示范项目的投资，以降低现有技术成本；支持新技术和新材料的开发和测试；支持地下热能资源的勘测。这些措施都将有助于推动地热能的商业化开发应用。

下一代地热能面临的一个主要障碍是，钻探和建井所需的前期投入巨大[37]，而数年后项目才能开始产生收益。此外，由于这是一个新兴行业，下一代地热能项目的贷款利率也更高[38]。

随着地热行业的发展，这些成本将会下降。但在此之前，政府可以通过降低勘探钻井风险来提供帮助。例如，提供贷款担保、成本分摊计划或钻井风险保险计划等财务支持。20世纪七八十年代[39]，政府曾推动传统地热行业的发展，现在同样也可以为下一代地热能提供类似支持。

从更宏观的层面来看，政府可以通过采购要求和电网及市场规则的改革，为所有类型的清洁、稳定电力技术提供支持，并将这些技术置于高度优先级。

下一代地热项目可以在各种不同的地点开发，许多项目会在联邦和州政府管理的土地上开展，并需要进行强制性环境评估。这些评估意义重大，但流程却可能冗长且充满不确定性[40]。这往往是政府人员能力有限、对地热能了解不足，以及机构间职责重叠且界限不清导致的。一个在美国联邦土地上的地热项目可能会触发多达六次[41]的《国家环境政策法案》（National Environmental Policy Act）官方审查。

美国联邦政府和州政府应该通过增加土地管理局等相关机构的资金投入，并帮助协调和整合跨机构的审批工作，来加快地热项目审批进程。

此外，美国土地管理局近期提出了一项分类豁免措施[42]，允许地热项目在勘探钻井阶段跳过环境评估，从而加快项目进程（其他项目阶段仍需进行环境评估）。

政府和私营部门应通过委托开展环境影响分析，积极应对环境风险，解决各方担忧，以对不断发展的下一代地热技术进行评估。

展望未来，政府应要求所有项目，无论是否涉及政府资助，都要遵守《避免诱发地震协议》。该协议要求公司进行全面场地评估、建立地震监测网络、完成风险危害评估、与当地利益相关者沟通，并制定管理计划，包括当超过某些风险阈值时调整或叫停活动。

同时，为规避地下水污染风险，公开披露地热压裂液中的化学添加剂含量也很重要。非政府组织可以将现有的化石燃料自愿披露数据库扩展到地热压裂液[43]。政府可以将这项披露列为强制要求。

清洁且稳定的电力是“100%清洁能源”拼图中缺失的关键一块，地热能正是填补这一空缺的理想选择。更为关键的是，地热能的应用价值远不止于电力行业，它还可以为建筑业和工业脱碳提供清洁热力解决方案。

近期的技术创新正在解锁地热能更广阔的应用前景，但其商业化的实现仍需要通过多代示范项目的持续推进。气候危机迫在眉睫，加速发展下一代地热能，将为全球应对气候挑战提供更强有力的支撑。