地熱發(fā)電，成為科技巨頭“新寵”

　　文章摘要

　　本文介紹了地熱發(fā)電成為科技巨頭新寵的背景及發(fā)展情況。

　　•  地熱能源作為清潔、穩定、可循環(huán)利用的能源備受重視\

　　• 地熱發(fā)電具有巨大的儲量和低碳排放，可為美國提供16%以上的電力需求\

　　•  Fervo Energy等公司在地熱發(fā)電技術(shù)上取得了重大進(jìn)展，將地熱能源商業(yè)化應用給予了更多關(guān)注

　　美國作為全球人工智能競賽的主陣地，其猛烈的基礎設施投資浪潮催生了巨大的電力需求。

　　富國銀行4月份發(fā)布的一份報告指出，隨著(zhù)人工智能革命的興起、美國半導體和電池制造的擴張以及汽車(chē)行業(yè)的電動(dòng)化，到2030年，美國電力需求將增長(cháng)20%，長(cháng)達10年的電力增長(cháng)平臺期即將告一段落。

　　富國銀行預測，到2030年，僅AI數據中心就有望使美國電力需求增加約323太瓦時(shí)(1太瓦時(shí)=10億千瓦時(shí))，比紐約市目前每年48太瓦時(shí)的用電量高出七倍。

　　高盛則預測，2023年到2030年，數據中心的電力需求將以15%的復合年增長(cháng)率增長(cháng)，2030年數據中心占美國總電力需求將從目前的3%增加至8%。

　　如何滿(mǎn)足人工智能對數據中心全天候的電力需求，成為了科技巨頭們的新挑戰。對于承諾2030年實(shí)現凈零排放的谷歌、2040年實(shí)現凈零排放的亞馬遜和2030年之前實(shí)現負碳排放的微軟來(lái)說(shuō)，面對AI所帶來(lái)的日益增長(cháng)能源消耗，找到一種能夠在太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電不足的情況下填補空缺并滿(mǎn)足激增需求的能源成為了當務(wù)之急。

　　這一次，科技巨頭谷歌把目光瞄向了地下，希望來(lái)自地球深處源源不斷的能量能夠為數據中心提供全天候的綠色能源。

　　當地時(shí)間6月12日，谷歌表示，已與巴菲特旗下伯克希爾哈撒韋能源公司的子公司 NV Energy達成協(xié)議，為其內華達州的數據中心提供先進(jìn)的地熱電力。

　　谷歌在一份聲明中表示，這項交易已送交州公用事業(yè)監管機構審批，將在大約六年內將注入當地電網(wǎng)供谷歌運營(yíng)使用的無(wú)碳地熱電力從 3.5 兆瓦增加到 115 兆瓦。

圖說(shuō)：BHE Renewables 埃爾莫爾地熱發(fā)電廠(chǎng) 來(lái)源：BHE Renewables

　　早在幾年前，巴菲特就開(kāi)始關(guān)注地熱的潛力，并將其用于地熱提鋰項目。目前，BHE可再生能源以 CalEnergy 的名義在加利福尼亞州的帝國谷運營(yíng)著(zhù)10個(gè)地熱發(fā)電廠(chǎng)，發(fā)電能力為 345 兆瓦。2023 年，伯克希爾哈撒韋能源擁有的可再生能源發(fā)電能力中有4%來(lái)自地熱能。

　　當地時(shí)間6月4日，巴菲特重倉持股的西方石油公司與巴菲特旗下的伯克希爾哈撒韋能源公司(BHE)宣布成立一家合資企業(yè)，將聯(lián)手使用地熱能從地熱鹵水中提取高純度鋰化合物，并進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。

　　而谷歌也早在2021年就開(kāi)始押注地熱能。

　　2021年5月，谷歌和清潔能源初創(chuàng )公司 Fervo 剛剛簽署了世界上第一份開(kāi)發(fā)下一代地熱發(fā)電項目的企業(yè)協(xié)議，該項目將提供“永遠在線(xiàn)”的無(wú)碳資源，用來(lái)減少谷歌對化石燃料的每小時(shí)依賴(lài)。

　　谷歌能源總監邁克爾·特雷爾(Michael Terrell)表示：“Fervo 項目不僅使我們位于內華達州的數據中心更接近全天候清潔能源，而且還作為一個(gè)概念驗證，展示了下一代地熱等可靠的清潔能源最終如何幫助取代世界各地的碳排放電源。”

　　這種來(lái)自地球深部的自身熱量，緣何成為了巴菲特和谷歌的心頭好?

　　地熱能是儲藏在地球內部的能量，源于地球內部的熔融巖漿與地球內部的放射性同位素元素衰變產(chǎn)生的熱。地熱資源的開(kāi)發(fā)利用可分為發(fā)電和直接利用兩個(gè)方面。高溫地熱資源主要用于發(fā)電;中溫和低溫地熱資源則以直接利用為主;對于25℃以下的淺層地熱能，可利用地源熱泵進(jìn)行供暖和制冷。

圖說(shuō)：地熱發(fā)電原理 來(lái)源：shutterstock

　　具體操作時(shí)，高溫地熱鹽水從地表下長(cháng)達一英里或更深的儲層中回收。鹽水通過(guò)水井上升到地熱發(fā)電廠(chǎng)，鹽水通過(guò)閃蒸產(chǎn)生蒸汽，蒸汽帶動(dòng)渦輪機旋轉發(fā)電。冷卻后的鹽水通過(guò)注水井回到同一儲層，在那里重新加熱并重復使用。

　　地熱能技術(shù)可以利用地殼內部的持續熱量發(fā)電，可以提供穩定的清潔能源，補充太陽(yáng)能和風(fēng)能等可變可再生能源，并使電網(wǎng)更接近全天候無(wú)碳能源(CFE)運行。因此，這種方法可以全天候提供綠色能源，解決了風(fēng)能和太陽(yáng)能面臨的隨機性、波動(dòng)性挑戰。

　　除了穩定可靠的優(yōu)勢，地熱能還具有儲量巨大、分布廣泛的特點(diǎn)。美國能源部發(fā)現，到2050年，地熱能可為美國提供高達120吉瓦的可靠、靈活的發(fā)電能力，并滿(mǎn)足美國預計電力需求的16%以上。據估算，地球內部的地熱總量約等于全球煤炭總儲量的1.7億倍。每年從地表散失的地熱能量，相當于燃燒150億噸原油所產(chǎn)生的熱量，可見(jiàn)地熱能開(kāi)發(fā)前景十分廣闊。

圖說(shuō)：風(fēng)能、太陽(yáng)能、地熱能供電曲線(xiàn)及數據中心電力需求曲線(xiàn) 來(lái)源：Google

　　此外，地熱發(fā)電能量利用系數高，對環(huán)境影響相對較小，后期運行成本低。地熱發(fā)電的機組利用率(容量因子)在0.7以上，約是光伏發(fā)電的5倍、風(fēng)力發(fā)電的4倍。地熱發(fā)電全生命周期的二氧化碳排放潛值均值為15克二氧化碳當量/千瓦時(shí)，小于風(fēng)力發(fā)電15.4克二氧化碳當量/千瓦時(shí)和光伏發(fā)電46克二氧化碳當量/千瓦時(shí)的碳排放潛值。

　　在全球能源轉型的關(guān)鍵時(shí)期，清潔環(huán)保、穩定性好、可循環(huán)利用的地熱能受到了前所未有的重視和熱捧，而技術(shù)的進(jìn)步也正在推動(dòng)地熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入黃金機遇期。

　　與谷歌合作的Fervo Energy在2023年利用類(lèi)似于石油和天然氣行業(yè)的壓裂技術(shù)在內華達州開(kāi)發(fā)和建造了一座先進(jìn)的地熱發(fā)電廠(chǎng)，并已于11月開(kāi)始向谷歌供應3.5兆瓦的無(wú)碳電力，大約相當于 500 個(gè)美國家庭使用的能源。

　　而谷歌也正與 Fervo合作開(kāi)發(fā)人工智能和機器學(xué)習技術(shù)，以提高下一代地熱能的生產(chǎn)率，使其更有效地響應需求，同時(shí)填補可變可再生能源留下的空白。Fervo可以使用井內的光纖電纜收集地熱資源的流量、溫度和性能的實(shí)時(shí)數據。這些數據使 Fervo 能夠精確識別最佳資源的位置，從而可以控制不同深度的流量。結合上述人工智能和機器學(xué)習的發(fā)展，這些功能可以提高生產(chǎn)力并在一系列新的地方解鎖靈活的地熱發(fā)電。

圖說(shuō)：Fervo Energy在內華達州北部開(kāi)展的全面商業(yè)試點(diǎn)項目Project Red 來(lái)源：Fervo Energy

　　在跨越了增強型地熱系統(EGS)作為可靠無(wú)碳能源里程碑式的一步后，Fervo首席執行官兼聯(lián)合創(chuàng )始人蒂姆·拉蒂默(Tim Latimer)表示，Fervo 正試圖在其目前正在建設的猶他州西南部工廠(chǎng)復制Project Red的成功。如果結果一致，設計改進(jìn)能夠如預期那樣最大限度地提高電力輸出，那么猶他州的發(fā)電廠(chǎng)預計到 2028 年將提供約 400 兆瓦的電力。這大約足以同時(shí)為 30 萬(wàn)戶(hù)家庭供電。Fervo 還開(kāi)始在美國西部的另外六個(gè)發(fā)電廠(chǎng)進(jìn)行許可和評估工作。

　　目前，擴大增強型地熱系統規模仍然面臨著(zhù)降低成本的挑戰。

　　在成本方面，美國能源部于2022 年宣布了 “Enhanced Geothermal Shot”計劃，目標是到 2035 年將EGS的成本降低 90%，達到每兆瓦時(shí) 45 美元。拉蒂莫說(shuō)，Fervo 在內華達州的項目成本“明顯高于”該目標，部分原因是這是一個(gè)首創(chuàng )項目，但他表示，預計EGS成本預測將“迅速下降”。

　　而到了2024年，Fervo Energy宣布，其位于猶他州南部的Cape Station設施取得了令人矚目的進(jìn)展。

　　在2月份斯坦福地熱研討會(huì )上發(fā)布的一份出版物中，Fervo表示已能夠在短短 21 天內鉆出一口水平井。與該公司于 2022年在內華達州鉆出的第一口水平井相比，鉆井時(shí)間減少了 70%，時(shí)間的縮短也進(jìn)一步降低了成本，最新一口井的成本從 940 萬(wàn)美元降至 480 萬(wàn)美元。

圖說(shuō)：Fervo 在猶他州的增強型地熱系統 Cape Station 來(lái)源：Fervo Energy

　　在脫碳壓力與日俱增的當下，地熱能因其清潔環(huán)保、穩定性好、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)正在成為科技巨頭們的“新寵”。而其靈活的操作模式一旦得到大規模商業(yè)化驗證，那么地熱能所發(fā)揮的作用將給風(fēng)能和太陽(yáng)能帶來(lái)瑞士軍刀般的補充。

　　參考資料：

　　[1]https://www.reuters.com/business/energy/google-partners-with-nevada-utility-geothermal-power-data-centers-2024-06-13/

　　[2]https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-06-13/google-agrees-to-buy-clean-power-from-buffett-s-nevada-utility

　　[3]https://www.bloomberg.com/news/articles/2023-07-18/fervo-energy-says-it-has-achieved-geothermal-energy-tech-breakthrough

　　[4]https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-05-02/data-centers-now-need-a-reactor-s-worth-of-power-dominion-says

　　本文來(lái)自微信公眾號：環(huán)球零碳(ID：carbon-done)，作者：Penn