美国新型地热商业化战略——综述篇

文摘   财经   2024-11-18 08:30   澳大利亚  

报告出处:DOE

编译:Ted


地热能是地球地下自然产生的丰富热能。地热能足以为整个世界提供数千倍的电力。地下温度随深度增加而升高;地热发电厂利用这一温度梯度来发电。一般来说,温度高于约 90 ºC 的地热资源就可以发电。商业地热发电始于 1904 年的意大利,但美国拥有世界上最多的地热装机容量,达到 3.7 GW。


目前,地热发电主要分为两大类:传统地热发电和新型地热发电。由于传统地热发电严重依赖于自然形成的地质条件和开发利用的可能性,所以尽管美国的传统地热发电潜力估计为 40 GW,但迄今为止也只有 3.7 GW 正在发电,不到地热发电潜力的 10%。

新型地热技术将不再受自然形成条件的限制,一下将能源供应潜力扩大到全美,发电潜力将高达 5,500 GW,其发电项目数量将由技术经济性决定。


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新型地热技术的价值

The Value of Next-generation Geothermal

新型地热技术具有很多特有的价值:
  • 清洁的基荷发电
  • 占地面积小
  • 可灵活地发电
  • 能够作为长时储能
  • 供应链风险最小
  • 不需要额外的能源输入等



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新型地热技术的价值

The Value of Next-generation Geothermal

新型地热技术具有很多特有的价值:
  • 清洁的基荷发电
  • 占地面积小
  • 可灵活地发电
  • 能够作为长时储能
  • 供应链风险最小
  • 不需要额外的能源输入等



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环境影响

Environmental Impacts

新型地热技术利用了石油和天然气行业的地下工程技术,例如水力压裂,这些技术在过去造成了环境危害。因此,在项目早期就要向利益相关方接触,阐明差异并提出风险缓解措施,确保这些危害不会发生在新型地热行业。那么与新型地热技术最相关的环境影响包括空气质量、水量、水质和诱发的地震活动。

3.1 空气质量
地热发电厂的所有排放均受《清洁空气法》的监管。地热发电厂不会排放化石发电厂常见的空气污染物,例如二氧化硫、氮氧化物和细颗粒物。在传统地热系统中,闪蒸地热发电厂在运行过程中会释放硫化氢,但新型地热发电厂是实现了零排放的。

3.2 水量
总体而言,传统和新型地热发电厂每千瓦时可消耗 0.3 至 0.73 加仑的水,这意味着 30 兆瓦发电厂每年可能消耗 200 万至 600 万加仑的水。这比煤炭、天然气、核能和生物质能的平均用水量要低。大规模地热发电可能占全国总发电量的 8.5%,但仅占电力部门用水量的 1.1%。

此外,大多数地热水使用需求可以通过非淡水资源(如市政废水和咸水)来满足,因此淡水需求量也很低。例如,加利福尼亚州北部的盖瑟斯地热田使用二次处理过的废水。

3.3 水质
尽管石油和天然气水力压裂与新型地热在技术上保持一致,但与石油和天然气水力压裂相关的许多水污染风险并不会在新型地热上发生。
  • 流体化学成分。新型地热水力压裂与石油和天然气的水力压裂在化学上是不同的过程。其添加剂较少;这些添加剂包括减摩剂(聚合物)、增粘剂(如瓜尔胶)、示踪剂(通常用于追踪地下水流的化学品)和支撑剂(用于保持裂缝张开的沙子和陶瓷)。由于它不会发生在碳氢化合物盆地中,因此浅层淡水储层不会受到碳氢化合物的污染。

  • 井套管。用于进入新型地热储层的井完全用钢套管,套管外的空隙空间从井底到地面完全用水泥固定。这与大多数油气井有着根本的不同。全套管和水泥固定可提高井的完整性和安全性,阻止储层流体与浅水含水层相互作用。

  • 储层深度和类型。基岩层中的新型地热储层通常比非常规油气储层深得多,在水文上与任何地下水或近地表饮用水供应断开,并且钻穿渗透性差得多的岩石。非常规油气储层的平均深度在 4,000 至 5,000 英尺之间,而计划中的地热储层正在 8,000 英尺或更深的地方开发。此外,储层通常位于结晶基岩深处,渗透率可以忽略不计。

  • 流体循环。水力压裂油气井必须处理多余的流体才能运行;在新型地热中,流体自成一个循环,这些封闭系统确保地下流体不会暴露在大气或饮用水供应中。

3.4 诱发地震
如果管理不善,建造新型地热发电厂所需的地下工程可能会引发社区感受到的地震,但诱发地震的风险是可以控制的。

DOE 制定了缓解协议以应对诱发的地震,并要求所有资助项目都遵循此程序。其中包括初步筛选潜在项目地点、社区宣传和参与、制定特定地点的标准、建立地震监测系统、量化自然灾害和项目诱发的灾害、评估风险以及制定基于风险的缓解计划。DOE 将继续支持活动,以确保通过资助的研发工作和与国际社会的合作来减轻风险。在 DOE 资助的项目中,没有发生过社区有感地震。


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发展潜力

Deployment Potential

到 2050 年,新型地热能源可以为零碳电网提供 90-132 GW 的电力,并且潜力巨大。NREL 和普林斯顿大学独立进行的电力系统建模表明:
  • 如果实现预期的成本降低,并在 2035 年实现 Energy Earthshot 目标,则 2050 年电网上将有机会实现 90-100 GW 的新型地热技术,比目前电网上的地热装机容量增加 25 倍。
  • 在可用于其他可再生能源的土地受到限制的情况下,可以经济地部署超过 130 GW的下一代地热。
  • 未来十年可能会出现大规模部署——到 2035 年,可以上线 30-35 GW。


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