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构建清洁、可靠、经济高效的电网需要许多不一样的能源。大部分将来自太阳能和风能;但由于这些不是一年 365 天、每天 24/7 全天候可用的，因此它们必须与少量清洁、“坚固”的电力配对，这些电力在需要时始终可用。地热能、核能和水力发电都符合标准要求——由于最近的创新，许多人认为地热现在特别有前途。
迄今为止，地热发电在电网中发挥了很小的作用，为电网供电小于 1%世界电力。但下一代技术可能会引发地热复兴，在以前从未可能的地方利用地球的热能。当今正在开发的新地热技术的成本已经迅速下降，并可能在以经济实惠且可靠的方式实现零碳能源网方面发挥重要作用。
我们分析了下一代地热技术的收益、成本和潜在风险，并放大了美国，以探索快速安全地发展该行业的现实机会。随着这些技术在全世界内持续不断的发展，以下是有必要了解的内容。
地热发电已用于超过 100 年，但覆盖范围有限。传统的地热技术包括钻入天然地下热水储层以获取地球的热量，从而使蒸汽轮机发电。这种方法只能用于自然产生热量、流体和可渗透岩石的区域;相对罕见的疾病。因此，传统的地热仅限于少数地方，例如肯尼亚、冰岛、印度尼西亚和美国西部的少数几个州。
相比之下，下一代地热不需要天然地下储层。它所需要的只是地球的热量，只要有正确的技术，几乎任何地方都能够得到这种热量。这在某种程度上预示着它有可能是在全世界内释放大量清洁能源。
在美国，地热能产能可以经济高效地从4 吉瓦今天到90 吉瓦根据能源部 （DOE） 的数据，到 2050 年，从 7 个州扩展到至少 18 个州。美国能源部的高端估计称，它可能达到300 吉瓦到 2050 年，这大约是该国当今总电力容量的四分之一。
这个承诺不单单是理论上的。美国和另外的地方已经在进行几个下一代地热项目，主要科技公司和电力公司正在积极签署更多地热发电的协议。
菲律宾内格罗斯的一座地热发电厂。长期以来，传统的地热一直局限于有很特定条件的少数几个地方，而下一代地热技术几乎能在世界任何地方使用。照片由 Alexpunker/iStock 提供
正在开发的下一代地热能主要有三种类型。这些项目使用先进的钻井技术（在某些情况下是从石油和天然气行业借来的）来获取地球的热量并将其转化为可用的能源。
增强型地热系统 （EGS）是目前最先进的。EGS 项目深入热岩，在以前没有人工地下储层的地方创建一个人工地下储层。这涉及通过水力压裂（水力压裂）和其他技术在岩石中产生或扩大裂缝。水或其他液体被注入一口井，在裂缝中公开循环时加热，然后被泵送到单独的“生产井”以产生能源。
美国能源部已经资助了几个使用这项技术的示范项目，包括FORGE 项目在犹他州，它在测试和开发 EGS 的最新进展方面发挥了及其重要的作用。公司Fervo 能源在内华达州有一个商业 EGS 项目，另一个在犹他州正在开发中。包括法国和德国在内的多个欧洲国家/地区都有各种 EGS 项目正在运行。
闭环地热系统使用布置在单个回路或多个回路中的密封井。通过井泵送的水或液体会加热，而不会非间接接触周围的岩石。通常，不需要水力压裂法。闭环地热在其发展阶段略微落后于 EGS，尽管该公司伊沃在加拿大成功运营了一个示范项目，并正在德国开展其第一个商业项目。
在更远的地平线上是超热地热系统的前景。这些技术将在岩石超过 374 摄氏度（705 华氏度）超临界阈值的超热环境中使用传统、EGS 或闭环地热技术，其中水每单位质量可以容纳更多的能量。这将需要新兴的钻井技术和技术来进入更深、更极端的环境。多家公司开始探索这些创新，例如Quaise 能源和GA 钻探.如果成功，只需点击少量的理论上可用的总数Superhot 地热能可以单枪匹马地满足全球所有的电力需求。
地热作为一种能源具有无数的好处。首先，它有极低全生命周期温室气体排放，与其他可再次生产的能源，如太阳能和风能。虽然地热没有任何办法取代风能或太阳能——这是最便宜的清洁能源——但它提供了一种清洁、坚固的选择，能够准确的通过需要补充它们。
与化石燃料发电厂不同，地热发电厂排放传统空气污染物极少或无如颗粒物、二氧化硫和氮氧化物。这在某种程度上预示着他们能够避免人类健康风险，例如肺病和心脏病，这些风险经常困扰着化石燃料厂附近的社区。
虽然地热项目使用更多的水与太阳能和风能相比，它们需要的能源比煤炭、核能、水电和生物质能少。这些系统还能够正常的使用非淡水源，例如处理过的废水。
此外，地热依赖于减少关键矿物例如电池等其他技术需要的锂和锌。它还可以关键矿物的来源在某些情况下。它确实创造了一些固态废料，但低于煤炭、天然气或核电站。
最后，地热有一个占地面积更小比其他电源。在这方面，常规地热仅次于核能。预计下一代技术的占地面积也将比化石燃料和可再生能源小得多。
石油和天然气的压裂法已获得非常关注导致地震和污染地下水。增强型地热系统，可能还有一些闭环系统，也使用水力压裂法。然而，热资源水力压裂法与化石燃料水力压裂法不同，通常风险较低。
在美国中部和东部，地震次数近年来，随着非常规石油和天然气生产中使用的水力压裂法的增长，水力压裂法急剧上升。然而，水力压裂本身并不是造成这样的一种情况的根本原因。非常规的石油和天然气生产方法会导致巨大的压力积聚并产生大量废水。将这种废水注入地下做处理是根本原因人为地震。在德克萨斯州的二叠纪盆地，这是美国最大的油田，只有 5% 的人为地震活动归因于水力压裂，而大约95% 来自废水净化处理井.
相比之下，地热能保持水循环，保持恒定的压力，并且不会产生大量必须处理的废水。假如没有地震的根本原因，并且有正确的保护的方法，地热系统的地震风险低于石油和天然气。
尽管如此，这并不代表可以忽视风险。在法国造成损失的几次地震，瑞士和南韩国可能与 EGS 项目有关，尤其是那些位于自然断层附近或地下测绘不佳的项目。要准备和避免这一些类型的事件。在美国，大多数 EGS 项目至少获得一些联邦政府资助，因此一定要遵守能源部的诱发地震协议，十多年来已成功避免了与增强型地热相关的地震。
化石燃料水力压裂法也有所提高关注关于对供水的影响。石油和天然气的压裂通常涉及在压裂液中使用化学添加剂，这可能会污染供水。相比之下，用于 EGS 的压裂液具有很少或没有化学添加剂，但这因项目而异，并且可能会随着行业的持续不断的发展和创新而发生明显的变化。地下地热系统在穿过含水层的区域也受到彻底保护和密封，这限制了与地下水接触的可能性。迄今为止，已经有无地下水污染案例来自地热项目。
下一代地热的成本已经一下子就下降，逐步降低的潜力很大。犹他州 DOE FORGE 矿场的钻探率提高了 500%在 2017 年至 2022 年之间。对于 Fervo Energy，钻井成本下降从第一个项目的每英尺 1,000 美元增加到第二个项目的每英尺 400 美元。最新的建模估计发现，平均而言，处于最佳深度的 EGS 项目将花费每兆瓦时 （MWh） 64 美元，这将与太阳能加电池存储竞争，并且比传统的地热更便宜。
闭环项目通常比 EGS 效率较低，因此成本更高，但成本具有改进和技术进步的潜力。
值得注意的是，成本会因地区而异取决于当地的地质情况。在美国，西部各州的成本可能会最低，但东部各州的许多地区也很有希望。
尽管成本仍在下降，但公司已签署了下一代地热的协议，因为他们正在寻求始终在线的清洁能源的好处。例如，谷歌已同意为NV 能源作为创新”清洁过渡关税.南加州爱迪生（该州最大的电力公司之一）还与 Fervo 签订了两项购电协议。同时Meta 最近与 Sage Geosystems 签署了一项协议.
下一代地热发电已经显示出巨大的前景，但需要更加多的支持来清除剩余的障碍并足够快地发展，从而为零碳电网做出有意义的贡献。
下一代地热已得到了美国政府的一些支持，但事实并非如此数百万而不是提供给其他清洁能源技术的数十亿美元。联邦政府应投资于研究、开发和示范，以降低现存技术的成本，开发和验证新技术和材料，并支持地下热资源测绘，这些都将有利于该行业的商业化。
下一代地热的一个主要障碍是钻探和造井需要高前期支出几年后，项目开始带来收入。和利率鉴于下一代地热项目是一个新兴行业，因此价格更高。
随着行业的发展，这些成本会下降，但与此同时，政府能够最终靠降低勘探钻探的风险来提供帮助。它能够给大家提供财务支持，例如贷款担保、成本分摊计划或钻探风险保险计划。政府帮助启动了1970 年代和 1980 年代;现在，它可以对下一代地热能做同样的事情。
更广泛地说，政府能够最终靠采购要求和改革电网和市场规则来支持各种清洁、稳定的能源的使用，以赋予这些技术应有的高度优先权。
下一代地热项目可以在多个地点开发，但许多项目将位于联邦和州政府管理的土地上，并接受强制性环境审查。这些评论具备极其重大目的，但过程可以是漫长且不确定.这通常是由于政府工作人员能力不够、地热能知识有限以及机构之间的管辖范围重叠，而这些管辖范围并不总是明确界定的。位于联邦土地上的地热项目可能会触发《国家环境政策法案》的官方审查，最高可达六次.
联邦和州政府应通过增加对土地管理局等相关机构的资金，并帮助协调和集中所有从事许可工作的机构来加快许可。
此外，土地管理局最近提议一个绝对排除，这将允许 Geothermal 在勘探钻探阶段跳过环境审查，从而加快时间表。（其他项目阶段仍将接受环境审查。在数据显示项目预计不会对环境产生重大影响的情况下，联邦政府扩大对联邦土地勘探钻探的分类排除可能是适当的。
政府和私营部门应积极应对环境风险和担忧，委托进行新的环境影响分析，以评估下一代地热技术的发展。
展望未来，政府应要求所有项目都使用 DOE 的诱发地震协议，无论是不是涉及政府资助。该协议要求公司做广泛的现场评估，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，这中间还包括在超过某些风险阈值时调整或停止活动的明确规则。
为了防范地下水污染风险，公开披露最终用于地热压裂液的任何化学添加剂也很重要。非政府组织能扩大现有的自愿披露数据库用于化石燃料压裂液，以覆盖地热压裂液。政府可以将披露作为一项要求。
清洁、坚固的电力是 100% 清洁能源拼图中缺失的一块。拥有在需要时可用的可调度电源是经济高效且可靠地实现电网脱碳的关键。地热能能够在一定程度上帮助满足这一需求。更重要的是，地热的好处不仅限于电力部门，地热能还可用于建筑物和工业部门的脱碳。
最新的地热创新正在解锁新的可能性，但将其商业化需要多代示范项目。鉴于气候危机的紧迫性，我们越能加快下一代地热技术的开发越好。
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