地热发电，成为科技巨头“新宠”

美国作为全球人工智能竞赛的主阵地，其猛烈的基础设施投资浪潮催生了巨大的电力需求。

富国银行4月份发布的一份报告指出，随着人工智能革命的兴起、美国半导体和电池制造的扩张以及汽车行业的电动化，到2030年，美国电力需求将增长20%，长达10年的电力增长平台期即将告一段落。

富国银行预测，到2030年，仅AI数据中心就有望使美国电力需求增加约323太瓦时（1太瓦时=10亿千瓦时），比纽约市目前每年48太瓦时的用电量高出七倍。

高盛则预测，2023年到2030年，数据中心的电力需求将以15%的复合年增长率增长，2030年数据中心占美国总电力需求将从目前的3%增加至8%。

如何满足人工智能对数据中心全天候的电力需求，成为了科技巨头们的新挑战。对于承诺2030年实现净零排放的谷歌、2040年实现净零排放的亚马逊和2030年之前实现负碳排放的微软来说，面对AI所带来的日益增长能源消耗，找到一种能够在太阳能、风能发电不足的情况下填补空缺并满足激增需求的能源成为了当务之急。

这一次，科技巨头谷歌把目光瞄向了地下，希望来自地球深处源源不断的能量能够为数据中心提供全天候的绿色能源。

当地时间6月12日，谷歌表示，已与巴菲特旗下伯克希尔哈撒韦能源公司的子公司 NV Energy达成协议，为其内华达州的数据中心提供先进的地热电力。

谷歌在一份声明中表示，这项交易已送交州公用事业监管机构审批，将在大约六年内将注入当地电网供谷歌运营使用的无碳地热电力从 3.5 兆瓦增加到 115 兆瓦。

图说：BHE Renewables 埃尔莫尔地热发电厂

来源：BHE Renewables

早在几年前，巴菲特就开始关注地热的潜力，并将其用于地热提锂项目。目前，BHE可再生能源以 CalEnergy 的名义在加利福尼亚州的帝国谷运营着10个地热发电厂，发电能力为 345 兆瓦。2023 年，伯克希尔哈撒韦能源拥有的可再生能源发电能力中有4%来自地热能。

当地时间6月4日，巴菲特重仓持股的西方石油公司与巴菲特旗下的伯克希尔哈撒韦能源公司（BHE）宣布成立一家合资企业，将联手使用地热能从地热卤水中提取高纯度锂化合物，并进行商业化生产。

而谷歌也早在2021年就开始押注地热能。

2021年5月，谷歌和清洁能源初创公司 Fervo 刚刚签署了世界上第一份开发下一代地热发电项目的企业协议，该项目将提供“永远在线”的无碳资源，用来减少谷歌对化石燃料的每小时依赖。

谷歌能源总监迈克尔·特雷尔（Michael Terrell）表示：“Fervo 项目不仅使我们位于内华达州的数据中心更接近全天候清洁能源，而且还作为一个概念验证，展示了下一代地热等可靠的清洁能源最终如何帮助取代世界各地的碳排放电源。”

这种来自地球深部的自身热量，缘何成为了巴菲特和谷歌的心头好？

地热能是储藏在地球内部的能量，源于地球内部的熔融岩浆与地球内部的放射性同位素元素衰变产生的热。地热资源的开发利用可分为发电和直接利用两个方面。高温地热资源主要用于发电；中温和低温地热资源则以直接利用为主；对于25℃以下的浅层地热能，可利用地源热泵进行供暖和制冷。

图说：地热发电原理

来源：shutterstock

具体操作时，高温地热盐水从地表下长达一英里或更深的储层中回收。盐水通过水井上升到地热发电厂，盐水通过闪蒸产生蒸汽，蒸汽带动涡轮机旋转发电。冷却后的盐水通过注水井回到同一储层，在那里重新加热并重复使用。

地热能技术可以利用地壳内部的持续热量发电，可以提供稳定的清洁能源，补充太阳能和风能等可变可再生能源，并使电网更接近全天候无碳能源（CFE）运行。因此，这种方法可以全天候提供绿色能源，解决了风能和太阳能面临的随机性、波动性挑战。

除了稳定可靠的优势，地热能还具有储量巨大、分布广泛的特点。美国能源部发现，到2050年，地热能可为美国提供高达120吉瓦的可靠、灵活的发电能力，并满足美国预计电力需求的16%以上。据估算，地球内部的地热总量约等于全球煤炭总储量的1.7亿倍。每年从地表散失的地热能量，相当于燃烧150亿吨原油所产生的热量，可见地热能开发前景十分广阔。

图说：风能、太阳能、地热能供电曲线及数据中心电力需求曲线

来源：Google

此外，地热发电能量利用系数高，对环境影响相对较小，后期运行成本低。地热发电的机组利用率（容量因子）在0.7以上，约是光伏发电的5倍、风力发电的4倍。地热发电全生命周期的二氧化碳排放潜值均值为15克二氧化碳当量/千瓦时，小于风力发电15.4克二氧化碳当量/千瓦时和光伏发电46克二氧化碳当量/千瓦时的碳排放潜值。

在全球能源转型的关键时期，清洁环保、稳定性好、可循环利用的地热能受到了前所未有的重视和热捧，而技术的进步也正在推动地热发电产业进入黄金机遇期。

与谷歌合作的Fervo Energy在2023年利用类似于石油和天然气行业的压裂技术在内华达州开发和建造了一座先进的地热发电厂，并已于11月开始向谷歌供应3.5兆瓦的无碳电力，大约相当于 500 个美国家庭使用的能源。

而谷歌也正与 Fervo合作开发人工智能和机器学习技术，以提高下一代地热能的生产率，使其更有效地响应需求，同时填补可变可再生能源留下的空白。Fervo可以使用井内的光纤电缆收集地热资源的流量、温度和性能的实时数据。这些数据使 Fervo 能够精确识别最佳资源的位置，从而可以控制不同深度的流量。结合上述人工智能和机器学习的发展，这些功能可以提高生产力并在一系列新的地方解锁灵活的地热发电。

图说：Fervo Energy在内华达州北部开展的全面商业试点项目Project Red

来源：Fervo Energy

在跨越了增强型地热系统（EGS）作为可靠无碳能源里程碑式的一步后，Fervo首席执行官兼联合创始人蒂姆·拉蒂默（Tim Latimer）表示，Fervo 正试图在其目前正在建设的犹他州西南部工厂复制Project Red的成功。如果结果一致，设计改进能够如预期那样最大限度地提高电力输出，那么犹他州的发电厂预计到 2028 年将提供约 400 兆瓦的电力。这大约足以同时为 30 万户家庭供电。Fervo 还开始在美国西部的另外六个发电厂进行许可和评估工作。

目前，扩大增强型地热系统规模仍然面临着降低成本的挑战。

在成本方面，美国能源部于2022 年宣布了 “Enhanced Geothermal Shot”计划，目标是到 2035 年将EGS的成本降低 90%，达到每兆瓦时 45 美元。拉蒂莫说，Fervo 在内华达州的项目成本“明显高于”该目标，部分原因是这是一个首创项目，但他表示，预计EGS成本预测将“迅速下降”。

而到了2024年，Fervo Energy宣布，其位于犹他州南部的Cape Station设施取得了令人瞩目的进展。

在2月份斯坦福地热研讨会上发布的一份出版物中，Fervo表示已能够在短短 21 天内钻出一口水平井。与该公司于 2022年在内华达州钻出的第一口水平井相比，钻井时间减少了 70%，时间的缩短也进一步降低了成本，最新一口井的成本从 940 万美元降至 480 万美元。

图说：Fervo 在犹他州的增强型地热系统 Cape Station

来源：Fervo Energy

在脱碳压力与日俱增的当下，地热能因其清洁环保、稳定性好、可循环利用等优点正在成为科技巨头们的“新宠”。而其灵活的操作模式一旦得到大规模商业化验证，那么地热能所发挥的作用将给风能和太阳能带来瑞士军刀般的补充。

参考资料：

[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

本文来自微信公众号：环球零碳（ID：carbon-done），作者：Penn，编辑：Tang