突破地域限制：增強型地熱系統開啟潔淨能源新篇章

長期以來，地熱能源的開發一直受到地理位置的限制。傳統地熱發電廠需要高溫、滲透性良好的岩石以及充足的地下流體，因此主要集中於近期火山活動頻繁的地區，如日本、紐西蘭、菲律賓、肯亞、薩爾瓦多、冰島和美國西部等地。然而，過去50年間，源自油田技術並應用於「增強型地熱系統」（EGS）的創新方法，為全球更廣泛地區開發深層地熱資源提供了可能。

「增強型地熱能源引起了極大的關注，」史丹佛大學杜爾永續學院能源科學與工程教授羅蘭·霍恩（Roland Horne）表示。他於本月召集了來自28個國家的450多位工程師、科學家和經理人，在史丹佛地熱研討會上交流想法並分享全球專案成果。霍恩受邀組建團隊，為2025年2月出版的《自然評論：清潔技術》撰寫一篇關於EGS及其大規模能源供應潛力的綜述論文。

從古羅馬人利用地下熱能取暖，到義大利建成全球首座地熱發電廠，地熱能源的應用已有數千年歷史。霍恩及其合著者指出，如今地熱能源在某些國家（如肯亞）的電力供應中佔比高達45%，但在全球範圍內仍不到0.5%，遠低於太陽能和風能的貢獻。然而，隨著EGS技術的發展，地熱能源有望在未來滿足更大比例的人類能源需求。

霍恩表示，許多推動2000年代初頁巖氣繁榮的鑽探技術已被應用於地熱領域，使地熱能在更多地區以更低成本開發。這些技術包括水平鑽井和水力壓裂（fracking），即向地下數千英尺的巖層注入高壓流體，以開啟現有裂縫或創造新裂縫，從而促進石油或其他流體流向地表。在EGS中，這些流體主要來自天然地下儲層的熱水。

其他改進技術包括從單一平臺鑽探多口井以提高效率並降低成本。合成鑽石鑽頭能有效穿透硬巖，使新地熱井的完成時間從數月縮短至數週。「加快鑽探速度對EGS的整體經濟性影響巨大，」霍恩強調。他同時擔任一家EGS開發公司的科學顧問委員會成員，該公司由史丹佛校友提姆·拉提默（Tim Latimer）和傑克·諾貝克（Jack Norbeck）共同創立。

基於博士生穆罕默德·阿爾朱布蘭（Mohammad Aljubran）主導的模型分析，霍恩及其合著者估計，到2027年，EGS的發電成本將降至每兆瓦時約80美元，使其在美國大部分地區具備競爭力。在加州，目前地熱發電佔比約5%，作者預測EGS技術可將地熱發電能力提升十倍，到2045年達到40吉瓦，並取代化石燃料作為基載電力。這將與間歇性的風能和太陽能形成互補，為脫碳電網增添穩定性。

「EGS可以滿足電力需求，」霍恩表示。他的合著者包括諾貝克和前學生馬克·麥克盧爾（Mark McClure），後者是一家為石油、天然氣和EGS公司提供裂縫建模軟體的公司的共同創始人兼執行長。其他作者包括杜爾永續學院地球物理學榮譽研究教授威廉·埃爾斯沃思（William Ellsworth）、勞倫斯伯克利國家實驗室地熱系統計畫負責人伊娃·席爾（Eva Schill），以及法國斯特拉斯堡電力公司地熱副總監阿爾伯特·根特（Albert Genter）。

與油氣壓裂類似，開採地熱儲層的深層岩石也可能引發地震。降低風險的一種顯著方法是避開地震多發地區，例如在加州危險的聖安德烈亞斯斷層上建設地熱站顯然不明智。另一種方法是使用「交通燈協議」監測地震活動，若發生特定震級的地震，操作人員會減緩鑽探速度，更大規模的地震則會全面暫停鑽探並進行評估。

霍恩提到，最近開發的一種策略是在鑽探過程中創造多個小裂縫，而非少數大裂縫。大多數與EGS相關的地震發生在大型人工裂縫被注入流體並啟用斷層時。「採用滴水而非消防水管的策略，能顯著降低誘發地震的風險和規模，」霍恩解釋道。

霍恩及其同事希望這項新研究能促進EGS作為永續可靠能源的進一步研發。「EGS不僅在加州，更在美國乃至全球範圍內，可能成為綠色能源生產的遊戲規則改變者，」霍恩表示。「安全利用地球內部熱能將為我們的未來提供重要動力。」