一條河水在愛達荷州博伊西市下方流動約3,000英尺。自1983年以來，該市一直在使用這種水直接為房屋，企業和機構供暖，包括市政廳的四層樓-總共占市區的三分之一。它是該國最大的地熱供暖系統。
Boise無需鉆取即可訪問資源。華氏177度的水是在鎮外山麓的一個地質斷層中上升到地表的。
這是可再生能源的夢想。為地熱加熱的建筑中的600萬平方英尺供暖，每月花費約1000美元的電費。（該市的區域供熱系統的折舊，維護，人員和維修的年度總費用約為75萬美元。）
“我們正在為博伊西市的92座最大的建筑物供暖。”該市地熱協調員喬恩·岡納森（Jon Gunnarson）說。“建筑物剝離熱量，收集熱量，并將其運至注入井。我們只使用一次，然后重新注入，然后再次使用。”
博伊西地區系統是人們最常想到的地熱能，即將天然熱水泵入散熱器或用于發電。這被認為是一種局部現象-很少有地方坐在通入熱水的地下河上-因此，地熱尚未被視為替代能源領域的主要特征。
許多專家認為地熱能是世界綠色能源未來的重要組成部分。
但是，世界各地的許多專家表示，這種說法是錯誤的。特別是由于深層鉆探技術和油氣行業在壓裂熱潮期間開發的有關地下地層的知識，一種稱為深層地熱的地熱能可以獲取地幔中高達兩到三英里的高溫。在達到此高度的各種深度下，地球上的大部分區域都含有極高的熱水，或者存在可以向其中注入水并加熱的熱巖石，這是一種被稱為增強地熱系統的技術。無論哪種情況，都將熱水抽出并用于直接加熱建筑物或與蒸汽或熱水發電。
康奈爾大學可持續能源系統教授杰斐遜·德斯特（Jefferson Tester）表示：“無論我們身處地球還是美國大陸，只要我們深入鉆探，我們就能達到足以像博伊西系統一樣工作的高溫。”大學和地熱能領域的領先專家。“這不是問題是否存在的問題，而是重要的。這是從經濟角度出發的問題。”
盡管地熱幾乎沒有出現在替代能源雷達上，但美國已經產生了3.7吉瓦（GW）的地熱電力，足以為100萬以上的家庭供電。它是全球領先的生產商-主要在加利福尼亞中部和內華達州西部。加利福尼亞州有43座正在運營的地熱發電廠，并且還將建造兩座。
在內華達州美國能源部地熱試驗場的落日。 照片來源：DICK BENOIT
隨著許多地區強制實施可再生能源目標，以及“零凈污染”運動（許多國家承諾到2050年使經濟脫碳），人們對地熱能的興趣迅速增長。許多專家認為它是世界綠色能源未來的重要組成部分，因為它可以提供無碳熱量和全天候的基本負荷功率，以補償風能和太陽能的間歇性。處于活躍的地質斷裂線上的冰島通過其無處不在的地熱集中供熱系統完善了該技術。中國正在擁抱地熱發電，目前發展的地熱區域供熱系統比任何其他國家都多。
“地熱電一直都在通電，” Tester說。“它可以提供完全可調度的電力或熱量，并且可以像其他可再生能源一樣進行擴展。”
在最近的一份報告中，國際可再生??能源機構（IRENA）預測，到2050年，歐洲的地熱發電量可能會增長8倍。美國能源部（DOE）2019年的一份報告《地理愿景：利用我們腳下的熱量》指到“尚未開發的巨大地熱潛力”。報告說，通過克服技術和資金壁壘，到2050年，通過地熱方法發電可以增加26倍，提供美國8.5％的電力以及直接熱能。
美國能源部地熱技術辦公室主任蘇珊·哈姆（Susan Hamm）表示：“ GeoVision模型表明，到2050年，將有超過17,500個直接加熱裝置以及使用地熱熱泵的2800萬家庭的供暖和制冷機會。”
進入深層地熱既昂貴又冒險。但是，由于全球關注脫碳經濟，許多國家/地區可以提供減輕風險的戰略和財務激勵措施，包括稅收優惠，成本分擔和技術研究。例如，美國能源部已向位于猶他州的邊境地熱研究天文臺（FORGE）項目提供了1.5億美元，作為增強地熱的研究和測試場所。
一位擁護者說，一種深層地熱“將盡其所能接近圣杯。”
專家預計，即將上任的拜登政府將對地熱產生推動作用；與特朗普政府形成鮮明對比的是，拜登政府已作出重大承諾，以削減美國的溫室氣體排放量。
如今，越來越多地部署了幾種類型的地熱。一種已經存在了數十年，與熱水無關。它被稱為“地源熱泵技術”（GSHP），它利用了氣溫和地溫之間的差異。在冬天的寒冷氣候中，大約55華氏度的地面要比室外溫度高-帶有防凍劑的管道在地面流通，并將溫暖的流體泵入房屋。補充熱量可以升高溫度。在夏季，地面保持涼爽，該系統可以提供空調。瑞典是這種方法的世界領導者，并且有五分之一的家庭使用GSHP。然而，對于許多房主而言，主要障礙是成本，每套房屋可能要花費數萬美元。
另一種非常不同的地熱是深閉環。一個名為Eavor Loop的系統正在加拿大艾伯塔省運行。它具有一個單孔，向下鉆進約1.5英里，然后通過極熱的地質構造橫向鉆進相似的長度，然后返回地面。整個孔襯有管道，然后充滿了流體。這是一種天然散熱器。隨著傳熱溶液在管道長度中的傳播，它被較高的地面溫度加熱，然后流到地面。
各種地熱技術如何工作的說明。 美國能源部
由于熱力學的性質-熱水比冷水輕且上升-該系統不需要泵，而是連續不斷地自行運行，這是一種永動機。據Eavor稱，一家測試設施正在艾伯塔省運營，但尚未公開提供數據。Eavor正在德國巴伐利亞州鉆探另一口類似的井。
清潔能源研究公司BloombergNEF的Eavor董事會主席和領先的行業分析師Michael Liebreich告訴在線新聞網站Recharge，“如果能做到的話，那將非常接近圣杯……以可承受的價格完成。”
Tester對Eavor深閉環概念的說法很感興趣，但表示由于技術性能數據尚未公開，因此很難評估該技術的效果。他說：“我認為這會奏效。” “這是一個問題的程度。”
Tester堅信開環深層地熱技術，也稱為熱采技術。在開環系統中，在高壓下將流體泵入帶襯里的鉆孔中，以破碎熱巖石，從而增加其表面積，這實際上是一種壓裂。然后，將水注入一口井中，并通過地質將其自然加熱，然后將其抽出生產井。這兩個井在同一地質附近，但是沒有連接。
Eavor Loop地熱系統無需泵即可運行，熱水自然會上升到地表，冷水自然會下沉。 由EAVOR提供
Tester正在幫助康奈爾計劃和實施這樣的系統，預計將于今年春季開始鉆探。三對或四口井將鉆深達三英里，每口井將耗資600萬美元或700萬美元。Tester說，通過管道，控制和地震監測，整個系統最終將耗資約1億美元，由政府和私人資源支付。
這是一個很高的價格，但Tester表示，如果地質條件可行，那么該系統將在未來數十年內為30,000人的校園提供所有熱量。Tester說，維護該系統的現行成本可以忽略不計，而且如果采用聯邦碳定價，那么對昂貴的地熱的投資將變得更具吸引力。
雖然深層地熱在美國處于早期階段，但其他國家已取得了長足進步，這是一種成熟的技術。冰島是一個火山島，擁有大量的熱水資源，并實施了深層地熱以及大量的近地表水源。該國超過90％的公民擁有由地熱直接供暖的房屋。
利用冰島工程師的技術專長，中國人已經實施了許多地熱系統，部分是為了消除燃煤造成的窒息污染。Tester說：“十年來，中國人已成為世界上最大的地熱區域供熱部署者。” 它是該國從化石燃料過渡的重要組成部分。
為了解決這個問題，地熱必須克服重大的財務和技術障礙。巴黎下方的Dogger蓄水層于1969年首次用于區域供熱，目前為25萬戶家庭提供熱水，并且還在不斷擴大。該項目鉆至1.2英里處以抽取熱水，將其泵送到地表，將其分配到巴黎周圍，然后將其重新注入含水層中。
德國也正在大力發展地熱。例如，慕尼黑的目標是將城市完全轉換為區域供熱。一座大型深層地熱發電廠計劃于2021年上線，為8萬戶家庭提供熱水區域供熱，此外，德國各地正在利用地熱資源的其他發電廠也將增加。專家認為，到2050年，德國的地熱能將從現在的1.2太瓦小時（TWh）上升到100 TWh。
憑借深層鉆探的專業知識以及對深孔底部的了解，石油和天然氣公司正在探索深層地熱。阿爾伯塔省Hinton小鎮的工程師們正在研究將其現有的4,000個石油和天然氣鉆孔中的一些轉換為地熱井的可行性。一些孔的底部溫度達到140攝氏度-284華氏度。
如果地熱如此有前景，為什么深層地熱落后于其他清潔能源呢？主要原因是前期費用高。DOE的Hamm在她對GeoVision報告的介紹中寫道：“要發展成為國家解決方案，地熱必須克服重大的技術和非技術障礙，以降低成本和風險。” “考慮到此類活動的費用，復雜性和風險，地熱能所需的地下勘探在這些障礙中最為重要。”
內華達州圣埃米迪奧地熱發電廠的注水井。 丹尼斯·施羅德/ NREL
專家說，政府必須幫助資助地熱項目，并在前端介入以降低風險。國際可再生??能源機構（International Renewable Energy Agency）總干事弗朗西斯科·拉相機（Francisco La Camera）對行業網站Thinkgeoenergy.com表示：“必須制定其他激勵措施。” “至關重要的是，決策者必須考慮到第一階段的所有風險和成本，以使地熱更具吸引力。”
在美國，Tester設想通過首先使用公共和私人資金改造軍事基地，醫院，學校，大學以及州和聯邦政府綜合大樓，逐步過渡到區域供熱。
盡管很罕見，但潛在的問題之一是眾所周知的深鉆和壓裂會引起地震活動并引起地震。著名的例子是2017年在韓國浦項（Pohang）鉆探的增強型地熱系統。高壓注入流體使熱地質破裂以釋放熱量，引發了5.4級地震，這是該地區近期歷史上最強烈的地震，造成135人受傷，造成近3億美元的損失。
“在地下所做的任何事情都肯定具有地震性，” Tester說。“控制和監視通常是在任何地下注入中完成的工作。我不認為這是地熱面臨的最大挑戰……最大的挑戰是生產率。確保注入井和生產井之間的這些連接系統產生足夠的流體，以證明進行這種深度鉆井的經濟投資是合理的。”
許多專家認為，地熱注定將在世界清潔能源的未來中扮演重要角色，但它必須與其他技術結合起來。“風，太陽能，地熱和核能也是如此，” Tester說。“這是一項至關重要的戰略。”
作者 JIM ROBBINS 編譯 陳講運
