地?zé)岚l(fā)電，成為科技巨頭“新寵”

　　文章摘要

　　本文介紹了地?zé)岚l(fā)電成為科技巨頭新寵的背景及發(fā)展情況。

　　•  地?zé)崮茉醋鳛榍鍧崱⒎€(wěn)定、可循環(huán)利用的能源備受重視\

　　• 地?zé)岚l(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?zé)岚l(fā)電技術(shù)上取得了重大進展，將地?zé)崮茉瓷虡I(yè)化應(yīng)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(chǔ)設(shè)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，隨著人工智能革命的興起、美國半導(dǎo)體和電池制造的擴張以及汽車行業(yè)的電動化，到2030年，美國電力需求將增長20%，長達10年的電力增長平臺期即將告一段落。

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

　　高盛則預(yù)測，2023年到2030年，數(shù)據(jù)中心的電力需求將以15%的復(fù)合年增長率增長，2030年數(shù)據(jù)中心占美國總電力需求將從目前的3%增加至8%。

　　如何滿足人工智能對數(shù)據(jù)中心全天候的電力需求，成為了科技巨頭們的新挑戰(zhàn)。對于承諾2030年實現(xiàn)凈零排放的谷歌、2040年實現(xiàn)凈零排放的亞馬遜和2030年之前實現(xiàn)負碳排放的微軟來說，面對AI所帶來的日益增長能源消耗，找到一種能夠在太陽能、風(fēng)能發(fā)電不足的情況下填補空缺并滿足激增需求的能源成為了當(dāng)務(wù)之急。

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

　　當(dāng)?shù)貢r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(nèi)華達州的數(shù)據(jù)中心提供先進的地?zé)犭娏Α?/p>

　　谷歌在一份聲明中表示，這項交易已送交州公用事業(yè)監(jiān)管機構(gòu)審批，將在大約六年內(nèi)將注入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供谷歌運營使用的無碳地?zé)犭娏?3.5 兆瓦增加到 115 兆瓦。

圖說：BHE Renewables 埃爾莫爾地?zé)岚l(fā)電廠 來源：BHE Renewables

　　早在幾年前，巴菲特就開始關(guān)注地?zé)岬臐摿Γ⑵溆糜诘責(zé)崽徜図椖?。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著10個地?zé)岚l(fā)電廠，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%來自地?zé)崮堋?/p>

　　當(dāng)?shù)貢r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?zé)崮軓牡責(zé)猁u水中提取高純度鋰化合物，并進行商業(yè)化生產(chǎn)。

　　而谷歌也早在2021年就開始押注地?zé)崮堋?/p>

　　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發(fā)下一代地?zé)岚l(fā)電項目的企業(yè)協(xié)議，該項目將提供“永遠在線”的無碳資源，用來減少谷歌對化石燃料的每小時依賴。

　　谷歌能源總監(jiān)邁克爾·特雷爾(Michael Terrell)表示：“Fervo 項目不僅使我們位于內(nèi)華達州的數(shù)據(jù)中心更接近全天候清潔能源，而且還作為一個概念驗證，展示了下一代地?zé)岬瓤煽康那鍧嵞茉醋罱K如何幫助取代世界各地的碳排放電源。”

　　這種來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?zé)崮苁莾Σ卦诘厍騼?nèi)部的能量，源于地球內(nèi)部的熔融巖漿與地球內(nèi)部的放射性同位素元素衰變產(chǎn)生的熱。地?zé)豳Y源的開發(fā)利用可分為發(fā)電和直接利用兩個方面。高溫地?zé)豳Y源主要用于發(fā)電;中溫和低溫地?zé)豳Y源則以直接利用為主;對于25℃以下的淺層地?zé)崮?，可利用地源熱泵進行供暖和制冷。

圖說：地?zé)岚l(fā)電原理 來源：shutterstock

　　具體操作時，高溫地?zé)猁}水從地表下長達一英里或更深的儲層中回收。鹽水通過水井上升到地?zé)岚l(fā)電廠，鹽水通過閃蒸產(chǎn)生蒸汽，蒸汽帶動渦輪機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。冷卻后的鹽水通過注水井回到同一儲層，在那里重新加熱并重復(fù)使用。

　　地?zé)崮芗夹g(shù)可以利用地殼內(nèi)部的持續(xù)熱量發(fā)電，可以提供穩(wěn)定的清潔能源，補充太陽能和風(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)能和太陽能面臨的隨機性、波動性挑戰(zhàn)。

　　除了穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，地?zé)崮苓€具有儲量巨大、分布廣泛的特點。美國能源部發(fā)現(xiàn)，到2050年，地?zé)崮芸蔀槊绹峁└哌_120吉瓦的可靠、靈活的發(fā)電能力，并滿足美國預(yù)計電力需求的16%以上。據(jù)估算，地球內(nèi)部的地?zé)峥偭考s等于全球煤炭總儲量的1.7億倍。每年從地表散失的地?zé)崮芰?，相?dāng)于燃燒150億噸原油所產(chǎn)生的熱量，可見地?zé)崮荛_發(fā)前景十分廣闊。

圖說：風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮芄╇娗€及數(shù)據(jù)中心電力需求曲線 來源：Google

　　此外，地?zé)岚l(fā)電能量利用系數(shù)高，對環(huán)境影響相對較小，后期運行成本低。地?zé)岚l(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?zé)岚l(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(dāng)量/千瓦時，小于風(fēng)力發(fā)電15.4克二氧化碳當(dāng)量/千瓦時和光伏發(fā)電46克二氧化碳當(dāng)量/千瓦時的碳排放潛值。

　　在全球能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，清潔環(huán)保、穩(wěn)定性好、可循環(huán)利用的地?zé)崮苁艿搅饲八从械闹匾暫蜔崤?，而技術(shù)的進步也正在推動地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)進入黃金機遇期。

　　與谷歌合作的Fervo Energy在2023年利用類似于石油和天然氣行業(yè)的壓裂技術(shù)在內(nèi)華達州開發(fā)和建造了一座先進的地?zé)岚l(fā)電廠，并已于11月開始向谷歌供應(yīng)3.5兆瓦的無碳電力，大約相當(dāng)于 500 個美國家庭使用的能源。

　　而谷歌也正與 Fervo合作開發(fā)人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，以提高下一代地?zé)崮艿纳a(chǎn)率，使其更有效地響應(yīng)需求，同時填補可變可再生能源留下的空白。Fervo可以使用井內(nèi)的光纖電纜收集地?zé)豳Y源的流量、溫度和性能的實時數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)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(jié)合上述人工智能和機器學(xué)習(xí)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?zé)岚l(fā)電。

圖說：Fervo Energy在內(nèi)華達州北部開展的全面商業(yè)試點項目Project Red 來源：Fervo Energy

　　在跨越了增強型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)作為可靠無碳能源里程碑式的一步后，F(xiàn)ervo首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人蒂姆·拉蒂默(Tim Latimer)表示，F(xiàn)ervo 正試圖在其目前正在建設(shè)的猶他州西南部工廠復(fù)制Project Red的成功。如果結(jié)果一致，設(shè)計改進能夠如預(yù)期那樣最大限度地提高電力輸出，那么猶他州的發(fā)電廠預(yù)計到 2028 年將提供約 400 兆瓦的電力。這大約足以同時為 30 萬戶家庭供電。Fervo 還開始在美國西部的另外六個發(fā)電廠進行許可和評估工作。

　　目前，擴大增強型地?zé)嵯到y(tǒng)規(guī)模仍然面臨著降低成本的挑戰(zhàn)。

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

　　而到了2024年，F(xiàn)ervo Energy宣布，其位于猶他州南部的Cape Station設(shè)施取得了令人矚目的進展。

　　在2月份斯坦福地?zé)嵫杏憰习l(fā)布的一份出版物中，F(xiàn)ervo表示已能夠在短短 21 天內(nèi)鉆出一口水平井。與該公司于 2022年在內(nèi)華達州鉆出的第一口水平井相比，鉆井時間減少了 70%，時間的縮短也進一步降低了成本，最新一口井的成本從 940 萬美元降至 480 萬美元。

圖說：Fervo 在猶他州的增強型地?zé)嵯到y(tǒng) Cape Station 來源：Fervo Energy

　　在脫碳壓力與日俱增的當(dāng)下，地?zé)崮芤蚱淝鍧嵀h(huán)保、穩(wěn)定性好、可循環(huán)利用等優(yōu)點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(guī)模商業(yè)化驗證，那么地?zé)崮芩l(fā)揮的作用將給風(fēng)能和太陽能帶來瑞士軍刀般的補充。

　　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

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