地热能或将在美国迎来复兴。
它在20世纪70年代曾颇受欢迎，但成本使其逐渐失宠。
技术和成本方面的障碍依然存在。
杰森·恰普拉正走过加利福尼亚州南部腹地一处昔日湖床。脚下地面热气蒸腾，小型泥火山喷出一堆堆滚烫、带硫磺味的泥浆。远处的索尔顿海波光粼粼，仿佛在召唤着人们；清晨气温即将升至华氏106度。
这里距墨西哥边境约100英里，处处都让人觉得仿佛即将燃烧起来。但对曾任石油工程师的恰普拉来说，他再想不出几个比这里更令他向往的地方。
“就可再生能源项目而言，这里具备了所有理想条件，”受控热能资源公司（Controlled Thermal Resources）的首席工程师说道。他穿着白色Polo衫，戴着深色运动眼镜，遮住了蓝眼睛中流露的兴奋。“这里拥有世界上最好的资源。”
恰普拉负责管理一块由受控热能资源公司（CTR）所有、面积达7,380英亩的土地。这片荒凉的沙漠地带向东延伸，突然止于圣迭戈以东广阔的咸水海。对地热工程师来说，这里就是天堂。
地表下两公里处有一片富含矿物质的滚烫水体，温度可超过390°C。随着索尔顿海逐渐退缩，将其转化为能源和利润的机会也随之显现。如果加利福尼亚州批准许可，CTR将于2023年开始运营其地狱厨房锂电与电力项目。这将是近十年来美国首批新建地热发电厂之一。
而它几乎肯定不会是最后一个。尽管索尔顿海沿岸已经有10座地热电厂——其中大多数建于20世纪80年代——但地质条件、政治环境和能源需求如今齐聚一堂，使地狱厨房及类似项目再次成为炙手可热的投资机会。
过去十年，加利福尼亚州为实现可再生能源目标投入了数十亿美元。该州大幅扩大风能和太阳能规模，超出预期，却几乎忽视了地热电厂，尽管它拥有美国产能最高的地热田。如今，风能和太阳能提供了超过86%的加州可再生能源装机容量，而地热能源提供的电量几乎与二十年前相同。
然而，在气候约束日益严峻的世界里，地热能这一“被遗忘的可再生能源”正迎来第二次机会。
地下能源的新机遇
地球的铁质内核处有一座核熔炉。地球形成时遗留下来的放射性物质衰变，是热量的主要来源。地球中心位于地表下4,000英里处，其温度超过太阳表面温度（6,000°C或10,800°F）。随着时间推移，这些热量向上迁移。被称为岩浆的熔融岩石向地表逼近，携带着巨大的热能。
越往地底深处，温度越高。南卫理公会大学的研究人员估计，在10公里深处，美国西部大片地区的地下温度超过300°C，远高于地热电厂发电所需的温度。从理论上说，这些热能有很大一部分可以通过钻井触及；目前最深的钻井已深入地下12公里，其中大多用于科学考察。
麻省理工学院曾在2006年估算美国地下可开采能源的总量。他们最乐观的估计为200,000艾焦耳，数量极其庞大，即使只释放其中2%，也足以满足全美主要能源需求2,000次，而且无需改进任何钻井技术。
我们所要做的就是开采利用它。
地热产业诞生时，人们正是抱着这样的希望。1960年，美国第一座商业地热电厂在加利福尼亚州北部的盖瑟斯投入运营。这座11兆瓦的涡轮机从天然地层中抽取蒸汽，很快激励了夏威夷、犹他州、内华达州以及——当然还有——加利福尼亚州索尔顿海等地建设其他电厂，那里曾是早期地热开发的热点。
早期地热电厂会耗尽储层中的蒸汽或水，从而耗尽其发电潜力。到了20世纪80年代，一种名为“双循环电厂”的新设计问世，使运营者能够提取热量，同时维持发电能力。电厂平均规模较小（约5兆瓦，仅为美国燃煤电厂平均规模的3%），但随着国会在20世纪70年代石油危机期间支持这项技术，装机容量迅速增长。
尽管潜力巨大，美国在很大程度上忽视了地热能源这一选项。
迈克尔·J·科伦
随后，一切似乎都失去了动力。煤炭价格下跌，使地热能的竞争力减弱。联邦资金也未能跟上。1980年，美国能源部（DOE）为地热能申请了1.11亿美元，但最终只获得1,500万美元。2006年至2019年间，美国在地热技术上仅投入10亿美元，约为化石燃料投入的十分之一、太阳能投入的三分之一。麻省理工学院的研究人员表示：“尽管潜力巨大，美国在很大程度上忽视了地热能源这一选项。”
如今，地热能在美国能源行业中只是个小角色，2019年仅提供了全国电力的0.4%。即使是拥有全美最大地热资源的加利福尼亚州，也只利用这类资源发出州内电力的5.5%。
曾经轻视地热能的可再生能源革命，如今却让它变得不可或缺。风能和太阳能虽然已变得非常便宜，却无法全天候发电。即便配备电池等储能设施，也无法在用电高峰时段长时间供电。
能源供应短暂中断就可能导致电网崩溃。因此，随着越来越多价格低廉的太阳能电池板和风力涡轮机投入使用，电网运营商必须设法确保稳定供电，即使一年中用电高峰只出现几次也不例外。对于正在转向100%清洁电力的加利福尼亚州等地而言，找到全天候供应电力的方式已变得更加迫切。
脆弱的电力系统
2020年8月14日，加利福尼亚州电网濒临崩溃。那天是三十多年来最热的八月天，用电需求迅速超过供电能力。天色渐暗、风力停滞之际，数千兆瓦的风能和太阳能发电退出电网。天然气电厂未能按预期启动。热浪期间，来自邻州的电力进口也逐渐减少。
为了防止加州电网崩溃，负责管理该州电网的加州独立系统运营商（CAISO）控制室里的运营人员急切地四处调度兆瓦级电力，通过电话争取备用电力。运营人员请求美国海军切断舰船的岸电，特斯拉则调低了其工厂的用电量。
这还不够。
当晚，加利福尼亚州遭遇了近20年来首次轮流停电。200万人的电力供应被切断，该州险些酿成更严重的灾难。
8月14日发生的事情完全不可接受。我们将建成全美最可靠的电网。
迈克尔·J·科伦
这场险些酿成灾难的事件引起了政策制定者的关注，他们认为电网不稳定会威胁该州经济和脱碳目标。整个系统似乎比此前认为的更加脆弱。加利福尼亚州能源委员会的戴维·霍克希尔德说：“8月14日发生的事情完全不可接受。我们将建成全美最可靠的电网。在迈向清洁能源的过程中，今后的一项指导原则是实现可再生能源多元化。”
加利福尼亚州的目标是到2030年让可再生能源提供60%的电力，并在2045年前消除所有温室气体排放。为实现这一目标，电网需要更多可按需供应的无碳能源。核能和水电这两个常见选项面临激烈的政治反对。可建水坝的地点所剩无几。加州最后一座核电厂、装机容量为2,240兆瓦的迪亚布洛峡谷核电厂，将于2025年退役（该州第二座核电厂圣奥诺弗雷核电厂已于2013年关闭）。
因此，该州不得不建设更多天然气电厂或锂离子电池设施，以确保稳定供电。两者都不理想。天然气电厂意味着数十年更高的排放，而电池目前还无法持续供电超过几小时。这让加州的规划更加复杂。尽管已下令新增3,300兆瓦的发电容量，公共事业委员会（PUC）仍于2019年推迟了关闭四座天然气电厂的计划，以便有时间让更多发电和储能设施投入运营。
直到现在，公用事业公司才开始优先考虑低碳基荷电力。普林斯顿大学能源系统工程师杰西·詹金斯说：“地热能填补了关键缺口，有助于完成能源转型。”他估计，地热能的装机容量有一天可能超过核能和水电。“技术潜力并非真正的问题，关键在于经济性。”
钱从哪里来
受控热能资源公司认为自己知道如何赚钱。公用事业公司多年依赖廉价风能和太阳能，如今正忙于增强电力系统的可靠性，同时不增加排放。
地热能历来被视为昂贵的选择。根据加利福尼亚州能源委员会的数据，地热电力成本约为每兆瓦时140美元，是陆上风电成本的两倍，接近太阳能成本的五倍。沃伦·巴菲特旗下的伯克希尔·哈撒韦公司拥有索尔顿海地热田大部分区域的开采权，2017年，在多年苦于找不到电力买家后，终于放弃了一座215兆瓦电厂的许可申请。
如果把外部成本因素也计算在内，地热能其实是最便宜的。
迈克尔·J·科伦
但这种计算忽视了一个关键因素：风能和太阳能无法提供基荷电力。更好的公用事业成本计算方式，是衡量向电网新增特定兆瓦电力的成本。可以随时开启或关闭的电力比无法调度的电力更有价值。按这种方法，美国能源信息署表示，2025年新增地热装机容量的成本应仅为每兆瓦时37美元，除太阳能光伏（每兆瓦时36美元）外，低于几乎所有其他能源。
地热资源集团副总裁丹尼斯·卡斯珀赖特说：“如果把外部成本因素也计算在内，地热能其实是最便宜的。”尽管风能、太阳能和天然气价格创下历史新低，新的地热交易还是突然开始签订。地热生产商在2020年宣布在加利福尼亚州达成三项协议，其中最大的一项是为期25年、装机容量40兆瓦、价值6.27亿美元的交易（PDF），对应CTR的地狱厨房项目。
CTR的恰普拉说，这些收入只是锦上添花。公司预计通过提取矿物还能赚得更多。CTR抽取高温卤水发电后，将利用初创公司Lilac Solutions开发的化学工艺提取锂，就像海绵吸水一样吸收这种矿物质。Lilac Solutions获得了比尔·盖茨旗下突破能源创投（Breakthrough Energy Ventures）的支持。水会被泵回同一储层的地下。锂是电动汽车电池的关键材料，其需求预计将到2030年增长10倍。
加利福尼亚州盈利性地热电厂的时代或许终于到来，但并非所有地点都像索尔顿海那样得天独厚。该地位于一处特殊的地质构造之上：500多万年前，圣安德烈亚斯断层上方的一条裂谷逐渐填满了层层粉砂和沉积物。这种如同婚礼蛋糕般层叠的多孔岩层恰好位于炽热岩浆库上方，形成了适合驱动涡轮机和开采矿物的高温咸卤水。
工程师不可能等上数百万年，等另一处索尔顿海形成并产生清洁电力，因此数十年来他们一直在努力寻找自行建造地热田的方法。如今，他们终于成功了。
自建地热能
1974年，人工建造地热田的探索正式启动（PDF）：洛斯阿拉莫斯实验室为一种在高温干热岩中建造地热储层的方法申请了专利。他们将其称为增强型地热系统（EGS）。仅仅三年后，工程师便在新墨西哥州芬顿山下方钻井和爆破，为之后所有EGS项目奠定了基础。
事实证明，建造新的地热田只需要恰到好处的岩石和热量组合。幸运的是，只要愿意钻井，这些条件几乎随处可见。地壳中每深入一公里，温度就会上升约25°C。科罗拉多矿业学院研究非常规钻井技术的工程学教授威尔·弗莱肯斯坦说：“如果你能找到开采这些热能的方法，就能获得惊人的能源。”“这种资源几乎无处不在。”
芬顿山的工程师向地下钻进约1公里，压裂岩层后注入水，再将水抽取回来，模拟了从索尔顿海等富水地层中开采蒸汽的自然过程。该系统利用此前从未发电过的地质构造，驱动一台小型60千瓦涡轮机，持续运行了九个月。
英国、日本和法国的早期尝试受困于漏水和压裂不足，难以复制这一成果。直到20世纪90年代末，澳大利亚工程师在带有天然水平裂缝的更深岩层中钻井后，EGS才显得切实可行。此后，研究人员成功建成了大型EGS储层。内华达州的沙漠峰项目（2013年）、爱达荷州的拉夫特河项目（2011年）和法国的苏尔茨苏福雷项目（2010年），如今都能以接近商业化的价格稳定供应过热水并发电。现有地热田也正在利用这些技术提高产量。
这些示范项目之后，投资也随之而来。美国能源部地热部门今年的预算首次超过10亿美元。美国已安排约2亿美元，在2024年前通过其地热能前沿研究观测站（FORGE）计划。
私人投资已开始加速增长，以作先期布局。2020年上半年，全球地热投资超过了6.75亿美元，是前一年的六倍。据彭博新能源财经称（同期可再生能源投资总额仅增长了5%）。Rystad Energy预测，五年内，全球地热发电装机容量将从16吉瓦增至24吉瓦。
如果能够将这项技术商业化，CTR及其竞争对手都将从中受益。但突破研究所是一家环境研究机构，该机构认为，仅确保地热能源在可再生能源结构中占有一席之地还不够。要沿着经验曲线下降——就像风能和太阳能产业走向全球后所经历的显著降价一样——这个行业需要规模大得多的项目，而且数量也要多得多。该机构表示：“我们需要开展五到十个FORGE项目，充分利用技术进步，并从失败中创新、取得成功、展示成果，同时降低成本。”该机构认为。“地热能源的瓶颈不在于资源潜力，而在于获取地热资源所需技术的成本。”
地热能源的成功很可能会重现其即将取代的化石燃料的发展历程，尤其是天然气。美国页岩油热潮使美国成为全球最大的石油生产国之一，而这一成果是在联邦政府数十年资金支持、帮助改进非常规钻井和水力压裂技术之后才实现的。成本降至足以让企业盈利的水平后，这个行业便迅速发展起来。去年，非常规石油占美国国内总产量的63%。
如今，地热技术也处于类似阶段。从传统地热转向增强型地热，需要公共支持来降低成本，并激励更多无碳电力生产。美国能源部估计，如果用于开采地热的非常规钻井成本下降（如石油开采那样），地热能源的实际潜力可能扩大十倍。缺乏这种支持，该行业可能仍是边缘产业，只在少数可再生能源政策有力、且易于获取地热储层的州扩大规模，却始终无法成为其支持者所设想的普遍能源资源。
这类政策风险正是Controlled Thermal Resources决定在美国投资的原因。Czapla说：“我们最初打算参与澳大利亚即将兴起的地热产业。”但短短五年间，澳大利亚更换了四任总理，最终形成了一个支持化石燃料产业、放弃重大气候行动的保守派政府。Czapla说：“所有支持可再生能源发展的承诺都消失了。曾在澳大利亚公开上市、从事地热开发的公司约有二十家，如今都已退市。”
由于没有合适的发展环境，CTR在全球寻找落脚之处。加利福尼亚提供了理想条件：丰富的地热储层、大城市、充足的输电线路，以及一项旨在消除排放的立法目标，确保了未来数十年的需求。
Czapla补充说：“在这里，没有政治风险。”他说，公司现在所需要的只是时间。
