要點:
地熱是一種成熟的可再生能源技術，利用熱水發電。Fervo公司正在引領一股獨創性和技術創新浪潮，正在擴大地熱的潛力，大幅提高地熱能生產能力，並將項目可行性擴大到該國以前無法進入的地區。其在2021年與Google簽署了開發地熱發電項目的合作協議，旨在開發下一代地熱能源。除了Fervo的試點測試項目取得成效以外，近幾年“氣候科技投資熱”下的公司與項目，也陸續有了結果，讓大眾再次對它們背後的商業價值引起高度重視。
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2023年7月中下旬，成立於2017年的美國地熱初創公司Fervo Energy，宣布創下了增強型地熱系統/Enhanced Geothermal Systems，簡稱EGS的流量和功率輸出兩項世界紀錄，以確認利用石油和天然氣鑽探技朮進行地熱能開發的商業可行性。自1970年代以來，科學家們一直在努力將EGS變為現實，這是Fervo公司首次證明EGS可以在商業規模上運作。
Fervo Energy在內華達州北部的商業試驗工廠，成功完成了為期30天（30天的井測試是地熱能行業的標准做法）一個名為“Red紅色項目”的全方位商業試點測試。在測試中，Fervo公司在高溫條件下，鑽出一對水平鑽孔，橫向延伸約 3250 英尺（990 米）、取得了每秒63升的流量、溫度高達191 °C（376 °F）、產生了3.5兆瓦的電力條件，約為500戶美國家庭提供了使用的電力。
這一試點測試，不僅刷新了EGS的流量和功率輸出“新紀錄”，還是地熱項目首次在地熱能開發領域重實現了油氣鑽探技朮的利用。目前，Fervo公司已經開始建設一個400兆瓦的項目，據相關數據顯示，預計到2028年，Fervo公司能為大約30萬戶家庭提供充足的電力支持。
地熱能源的緊迫性需求
在我們的腳下，以熱岩石的形式存在着近乎無限的清潔能源。地熱是一種成熟的可再生能源技術，利用熱水發電。如果能將水引入岩石，再返回地面驅動蒸汽渦輪機，就能全天候（而不是像太陽能和風能那樣間歇性）產生清潔電力。但是，目前只有少數地方的地熱發電具有經濟意義，例如冰島和新西蘭等地。這些地方的熱量接近地表且易於獲取，距離電網足夠近，具有較大的開發利用價值。
根據國際可再生能源機構/IRENA的數據分析，地熱能約占全球可再生能源總量的一半，但其在全球能源生產總量中的份額卻微乎其微。縱觀歷史發展，40%的地熱井最終都沒有被成功開發，讓人們對熱岩作為一種新能源的前景“望而卻步”。
但是，Fervo公司借鑒了石油和天然氣生產中更為成熟的大容量機械和技朮。Fervo正在引領一股獨創性和技術創新浪潮，正在擴大地熱的潛力，大幅提高地熱能生產能力，並將項目可行性擴大到該國以前無法進入的地區。以從根本上改善能源資源的獲取，并在發電成本過高的地方釋放出充足的電力能源支持。
典型的地熱發電廠會嘗試確定高斷裂、高滲透和高溫岩石區域，然后在該區域的一側鑽一個垂直注水孔，在另一側鑽一個蒸汽回收孔，希望水能夠穿過高溫岩石，然后在另一側以蒸汽的形式被提取出來。但由於這種方法往往無法產生有用的蒸汽流，因此Fervo公司開發出了一種新技朮來消除所有的猜測。它釆用水平鑽探技朮，在岩石中開辟出一條長長的水平通道，然后注入加壓流體，使岩石斷裂，形成大面積的高滲透性區域。Fervo公司稱，這種”增強地熱”方法將帶來更可靠的結果。
值得關注的是，Fervo公司創造的不是兩端只有一個小接觸點的垂直鑽探地熱資源，而是巨大的“定制裂縫資源”，沿着一條可延伸數千英尺的管道在許多地方泵入水，并通過一條或多條較長的水平蒸汽回收管道進行回收。它的方法是在岩石中開鑿水平長孔，然后自造裂縫，從而與熱岩保持長時間接觸，確保高流量和可靠的電力。Fervo公司表示，與傳統方法相比，這種方法可以獲得更多的蒸汽、更大的功率，以及更高的新能源開發機會。這將使地熱在更多地方，几乎在世界上任何地方都具有經濟可行性。
Fervo公司的下一個項目將生產兩倍的能源，其最終目標是讓地熱進入大規模制造的領域，在這一領域中，快速學習以改善流程中每個階段的結果，從而進一步降低成本和安全風險指數。Fervo energy首席執行官Tim Latimer表示，“通過應用石油和天然氣行業的鑽探技朮，我們已經證明可以在世界各地的新地區生產全天候無碳新能源。”
谷歌合作強力支持
Fervo公司的大力發展，背後離不開Google谷歌的支持。作為全天候無碳能源運營的領導者，Fervo公司在2021年與Google簽署了開發地熱發電項目的合作協議，旨在開發下一代地熱能源，目標是為Google在拉斯維加斯的云服務區提供全天候零碳資源，以減少公司對化石燃料的能源依賴。
Google能源和氣候高級總監邁克爾·特雷爾/Michael Terrell表示，“實現我們全天候無碳能源運營的目標，需要新的穩定清潔能源來補充風能和太陽能等可變可再生能源。”“我們與Fervo合作，因為我們看到他們的地熱技朮在大規模釋放全天候無碳能源的關鍵來源方面具有巨大的潛力。” Tim Latimer也表示，”通過應用石油和天然氣行業的鑽探技朮，我們已經證明可以在全球新的地域生產全天候無碳能源。我們今天分享的令人難以置信的成果是Fervo員工和行業合作伙伴，尤其是Google多年來兢兢業業工作和承諾的產物。”
Fervo公司補充說道，這次“Red紅色項目”試點結果支持美國能源部/DOE的增強型地熱Earthshot計划的發現。Earthshot計划旨在通過將其成本降低90%，到2035年將地熱能價格降至每兆瓦時45美元，以更好地為6500萬美國家庭提供清潔能源。Fervo補充說，地熱能可為美國提供超過20%的電力需求，并與風能和太陽能相輔相成，實現“完全脫碳”的電網。
Fervo從建造試點工廠到大規模地將地熱能商業化，還有很長的路要走。但在普林斯頓詹金斯實驗室工作的專家表示，“Fervo公司的技朮是加強EGS開發的一個重要里程碑。這是頁岩油氣繁榮時期開發的先進鑽井和油井增產技朮首次應用於地熱，并證明這些技朮可用於創建高流量的人工地熱儲層。”“在通往大規模、具有成本競爭力的商業系統的道路上，還有更多的開發工作要做，但這一成就的重要性不應被低估。” 專家認為，“像Fervo正在開發的那種增強型地熱能系統“可以作為一種長期儲能形式發揮雙重作用，增強其在零碳電網中風能和太陽能的能力”。
氣候科技公司成效顯著
除了Fervo公司的試點測試項目取得成效以外，近幾年“氣候科技投資熱”下的公司與項目，也陸續有了結果。2023年7月，成立於2015年Twelve在華盛頓州開展了一個商業規模的示范應用項目，生產由水、電和二氧化碳制成的可持續航空燃油/SAF；成立於2019年Brimstone也在今年獲得了關鍵的第三方認證，證明其負碳水泥在施工應用中的強度和安全性與行業標准完全相同。
這三家公司，自2019年以來已經籌集了超過4.4億美元的資金，而目前它們也已經從減碳概念轉化為實際的解決方案。Twelve和Brimstone正在證明在全球二氧化碳排放量占2%的航空業和7.5%的水泥業等行業中，存在更多可行的氣候技朮替代方案。Fervo則正在通過地熱發電支持風能和太陽能在脫碳電網上的應用，以優化清潔能源組合。
雖然這三家公司涉及的技朮和行業有很大差異，但它們在擴展部署方面都有著一些“共性”。早期政府支持、行業認可和可復製性，成為了它們獲得現階段成功的“三大要素”。
早期政府支持 - Brimstone獲得了ARPA-E的資助，Fervo贏得了1700萬美元的政府撥款，而Twelve則獲得了美國國家科學基金會的撥款。
知名企業合作 - Fervo的戰略合作伙伴包括Helmerich＆Payne、Liberty Energy和Devon Energy。Twelve正在與奔馳、寶潔、Shopify、美國國家航空航天局/NASA和美國空軍合作。Brimstone則找到了一種方法來消除水泥制造過程中排放的產品。
可復制性 - Twelve和Fervo均計划迅速復制過往的試點測試成功案例，建設更大的生產設施。氣候科技公司不會滿足於現狀，接下來的重點問題在於：高效執行和成本效應。作為仍是初創公司的代表們，它們將如何應對新能源挑戰，以更好地主導其公司的發展規模和項目測試、亦或是被更大的公司收購，這些都有待進一步的觀察。但值得認可的是，到目前為止，大多數氣候科技初創公司都在不同程度上實現了以往不可能實現的“夢想”。
地熱能的廣泛應用
隨着氣候變化的加劇和對化石燃料的依賴性不斷擴大，地熱能正逐漸成為全球能源行業中備受關注的一種可再生能源。作為世界上最常見的自然資源之一，地熱能被廣泛認為是一種可持續、無污染和成本低廉的能源形式。除了美國以外，還有三個國家在地熱能利用方面處於領先地位。
冰島 - 冰島被稱為地熱領域的“超級大國”，該國地表下有大量的熱水和蒸汽資源，已經在很早以前開始利用地熱能。現在，地熱能已經成為冰島能源消耗的重要來源。根據相關數據顯示，冰島全國85%的能源供應來自地熱能。
此外，冰島擁有獨特的火山和地熱活動。因此，該國在地熱能開發和利用方面一直處於領先地位。冰島地熱能被廣泛應用於供暖、電力和工業等領域，每年供應數千戶住宅和超市。為此，冰島政府鼓勵并積極推動地熱能應用的發展，將地熱能應用於發電領域，并建設了許多地熱發電廠，如Hengill和Reykjanes等發電站，以便未來能為整個國家提供大量的電力供應。
新西蘭 - 新西蘭也是一個地熱能資源非常丰富的國家，尤其是在北島中部和南島的大部分地區。據統計，新西蘭的地下熱水和蒸汽資源總量為5000兆瓦，其中大部分被用於暖氣、游泳池和溫泉等日常生活中。
新西蘭還將地熱能應用於發電領域，并建設了多個地熱發電站，如Kawerau、Rotokawa和Ngatamariki等，這些發電站可以為整個國家提供大量、充足的電力供應。此外，新西蘭還針對地熱能開發頒布了一系列的法規，以保護這一重要的能源資源。
中國 - 不可忽視的是，中國也是一個地熱能資源極為丰富的國家。中國政府十分重視地熱能的利用，並積極推動地熱能開發和利用。在新能源領域，中國已經建設了多個地熱發電站，如熱島發電站，為整個國家提供大量的電力供應。
北京市房山區云居寺地熱利用項目，正是中國第一個全裝機容量達到百萬千瓦級別的地熱供暖項目。該項目於1990年啟動建設，目前已經連續供暖近30年，有效緩解了北京地區的冬季供暖問題。
總體來看，地熱能已經成為全球范圍內廣泛應用的一種清潔能源。隨着技朮的不斷進步和政策的持續支持，相信地熱能的利用將會越來越廣泛，為人類的可持續發展做出更大的貢獻。在未來，我們相信隨着技朮的不斷發展和政府對可再生能源的支持，更多的國家將會通過利用地熱能來滿足其日益增長的能源需求，同時也減少對化石燃料的依賴性，以應對日益加劇的氣候變化問題。
儘管地熱能相關產業的發展，目前依然受到一定程度的政策、資金、技朮等多方面因素的制約。但通過不斷發展創新，利用地熱能成為人們的共同目標，必將在未來為人類走向可持續發展的低碳經濟貢獻更大的力量。
