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美國(guó)新一代地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)藍(lán)圖,能“起飛”嗎?
日期:2024-06-06   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_huamengqi 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
美國(guó)能源部發(fā)布下一代地?zé)岚l(fā)電“起飛”報(bào)告,稱地?zé)岚l(fā)電技術(shù)已顯示出令人矚目的進(jìn)步,使其能夠成為美國(guó)脫碳發(fā)電“關(guān)鍵貢獻(xiàn)者”之一,并預(yù)期美國(guó)地?zé)岚l(fā)電“最早有望在2030年實(shí)現(xiàn)商業(yè)起飛”。

地?zé)嵋恢北灰暈楣檬聵I(yè)的清潔電力來(lái)源,但其開(kāi)發(fā)會(huì)受到地理位置的限制。美國(guó)能源部在這份最新報(bào)告中指出,下一代地?zé)岚l(fā)電利用石油和天然氣行業(yè)開(kāi)發(fā)的技術(shù),從無(wú)處不在的熱巖中設(shè)計(jì)“人造熱儲(chǔ)層”,而不是在特定位置尋找自然形成的熱儲(chǔ)層,從而能極大地?cái)U(kuò)展可用地?zé)岚l(fā)電資源及其商業(yè)應(yīng)用。

報(bào)告說(shuō),盡管下一代地?zé)岚l(fā)電是一個(gè)新興行業(yè),但具有多項(xiàng)先發(fā)優(yōu)勢(shì),包括利用來(lái)自油氣行業(yè)的可轉(zhuǎn)讓技術(shù)、供應(yīng)鏈和勞動(dòng)力,從而實(shí)現(xiàn)快速規(guī)?;?。此外,地?zé)岚l(fā)電還具有清潔、穩(wěn)定、可靈活調(diào)度、土地占用少等優(yōu)點(diǎn)。

據(jù)報(bào)告介紹,試點(diǎn)項(xiàng)目顯示,在鉆井等技術(shù)上取得的新進(jìn)展使地?zé)岚l(fā)電的成本大幅降低。預(yù)計(jì)到2030年,美國(guó)地?zé)岚l(fā)電行業(yè)的平均成本有望達(dá)到每兆瓦時(shí)60至70美元,并有望在2035年實(shí)現(xiàn)美國(guó)能源部制定的每兆瓦時(shí)45美元的目標(biāo)。

1 下一代地?zé)岚l(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

下一代地?zé)峒夹g(shù)可以從無(wú)處不在的熱巖中制造儲(chǔ)層,而無(wú)需在獨(dú)特的地質(zhì)環(huán)境中尋找自然存在的儲(chǔ)層。據(jù)估計(jì),美國(guó)的傳統(tǒng)地?zé)豳Y源約有40 GW,但目前被發(fā)現(xiàn)的地?zé)豳Y源僅占25%。由于需要定位獨(dú)特的地質(zhì)環(huán)境,美國(guó)的地?zé)岵渴鸨幌拗圃诖蠹s4 GW。下一代地?zé)峒夹g(shù)將分布在美國(guó)大部分地區(qū)的地?zé)豳Y源潛力擴(kuò)大到5500 GW,并且不再需要尋找獨(dú)特的地質(zhì)環(huán)境。

下一代地?zé)峒夹g(shù)即將具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。隨著近期美國(guó)在地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域取得的技術(shù)突破,到2030年美國(guó)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(Enhanced Geothermal Systems, EGS)平均成本有望達(dá)到60~70美元/兆瓦時(shí),到2035年接近“增強(qiáng)型地?zé)峁リP(guān)計(jì)劃”(Enhanced Geothermal Shot)設(shè)定的45美元/兆瓦時(shí)的成本目標(biāo)。

技術(shù)上的成功促進(jìn)了下一代地?zé)崾袌?chǎng)的發(fā)展勢(shì)頭。DOE的EGS示范項(xiàng)目“地?zé)崮芮把赜^測(cè)研究計(jì)劃”(Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy, FORGE)的鉆井速度在3年內(nèi)提高了5倍以上,在美國(guó)的前2個(gè)大規(guī)模商業(yè)EGS試點(diǎn)中,每口井的開(kāi)發(fā)成本從1300萬(wàn)美元降至500萬(wàn)美元以下。第一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模的閉環(huán)示范項(xiàng)目于2022年完成,預(yù)計(jì)2028年在德國(guó)完成閉環(huán)商業(yè)試點(diǎn)。自2021年以來(lái),地?zé)崾袌?chǎng)準(zhǔn)入不斷增加,開(kāi)發(fā)商籌集的資金也逐年增加。

2 通往商業(yè)規(guī)模的路徑

在持續(xù)研發(fā)以追求技術(shù)突破的背景下,下一代地?zé)岚l(fā)電的全面部署可以分2個(gè)階段進(jìn)行。

(1)實(shí)現(xiàn)騰飛。到2030年,在4~6個(gè)州總體部署約2~5 GW的下一代地?zé)岚l(fā)電,需要投資200~250億美元,才能組裝出所需的驗(yàn)證套件,以降低地?zé)岵渴鸬娘L(fēng)險(xiǎn)。以下4個(gè)關(guān)鍵因素有助于確保到2030年實(shí)現(xiàn)騰飛:①到2030年,成本降低至60~70美元/兆瓦時(shí)的全國(guó)平均平準(zhǔn)化度電成本(Levelized Cost of Electricity, LCOE)(競(jìng)爭(zhēng)地區(qū)為40~50美元/兆瓦時(shí));②為新市場(chǎng)進(jìn)入、技術(shù)方法和地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行大規(guī)模示范;③精心設(shè)計(jì)電力購(gòu)買協(xié)議(Power Purchase Agreements, PPAs),體現(xiàn)下一代地?zé)崆鍧嶋娏Φ膬r(jià)值;④盡早并持續(xù)地參與社區(qū)活動(dòng)。

(2)實(shí)現(xiàn)規(guī)?;?。①到2050年,下一代地?zé)岚l(fā)電實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模(擴(kuò)大到88~125 GW)需要投資2250~2500億美元,同時(shí)利用具有可轉(zhuǎn)移專業(yè)知識(shí)的數(shù)十萬(wàn)現(xiàn)有工人。②隨著下一代地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的成熟,可能會(huì)出現(xiàn)新的開(kāi)發(fā)人員類別、投資來(lái)源和推動(dòng)部署的開(kāi)發(fā)模式。

3 挑戰(zhàn)和潛在解決方案


下一代地?zé)岙a(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)騰飛和規(guī)?;?,必須克服5大挑戰(zhàn)。

(1)過(guò)高的前期成本和風(fēng)險(xiǎn)限制了開(kāi)發(fā)資金與地理范圍。潛在解決方案包括:①需要從各種渠道獲得50億美元的早期開(kāi)發(fā)資金,用于資助在不同地質(zhì)環(huán)境中首次部署驗(yàn)證套件;②提供需求側(cè)市場(chǎng)信號(hào),如高價(jià)值的PPAs,激勵(lì)對(duì)初始部署的投資;③通過(guò)研發(fā)投入,在地?zé)衢_(kāi)發(fā)活動(dòng)中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和創(chuàng)新;④開(kāi)發(fā)新的金融產(chǎn)品,以降低鉆井成本。

(2)感知和實(shí)際操作風(fēng)險(xiǎn)限制了開(kāi)發(fā)需求與投資。潛在解決方案包括:進(jìn)行戰(zhàn)略性示范選址和早期部署的數(shù)據(jù)傳播,以證明電力生產(chǎn)的可持續(xù)性。

(3)由聯(lián)邦許可驅(qū)動(dòng)的漫長(zhǎng)且不可預(yù)測(cè)的開(kāi)發(fā)生命周期。潛在解決方案包括:①在獲得授權(quán)的情況下,合并和簡(jiǎn)化許可過(guò)程中的具體步驟;②進(jìn)行技術(shù)變革,使流程變得更加精簡(jiǎn);③在獲得授權(quán)的情況下,集中提供地?zé)崽囟ㄔS可的專門知識(shí)。

(4)現(xiàn)有的商業(yè)模式低估了下一代地?zé)岬臐摿?。潛在解決方案包括:①制定規(guī)劃政策,鼓勵(lì)高成本、高價(jià)值電力;②利用靈活的地?zé)嶙鳂I(yè)來(lái)獲取最高價(jià)值的電力;③提供新的商品銷售模式,例如,地?zé)衢_(kāi)發(fā)人員為多種目的提供熱能。

(5)在某些情況下可能會(huì)引起社區(qū)的反對(duì)。潛在解決方案包括:①堅(jiān)持長(zhǎng)期建立的誘發(fā)地震活動(dòng)和環(huán)境監(jiān)測(cè)最佳實(shí)踐;②盡早、頻繁和透明地與社區(qū)就選址和潛在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)進(jìn)行交流。

4 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地學(xué)文獻(xiàn)中心的見(jiàn)解


美國(guó)能源部發(fā)布《新一代地?zé)岚l(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化路徑》報(bào)告,重點(diǎn)研究規(guī)劃了以深部高溫地?zé)豳Y源為主要目標(biāo)的新一代地?zé)岚l(fā)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地學(xué)文獻(xiàn)中心通過(guò)對(duì)該報(bào)告的解讀分析,形成如下認(rèn)識(shí):
比于水熱型地?zé)豳Y源為主的常規(guī)地?zé)岚l(fā)電技術(shù),以深部高溫地?zé)豳Y源為主的新一代地?zé)岚l(fā)電技術(shù)(即增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)和閉環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng))在資源分布廣泛性和可供性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。美國(guó)希望通過(guò)油氣行業(yè)技術(shù)和人員轉(zhuǎn)移、工程示范以及市場(chǎng)體系建設(shè)等措施,力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)新一代地?zé)岚l(fā)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化部署。

二是新一代地?zé)岚l(fā)電技術(shù)已顯現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),將成為確保美國(guó)清潔電力供應(yīng)的主要來(lái)源。相關(guān)分析認(rèn)為美國(guó)實(shí)現(xiàn)無(wú)碳發(fā)電還需增加700萬(wàn)~900萬(wàn)兆瓦的清潔能源發(fā)電能力。相比于易受氣候影響的風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電,新一代地?zé)岚l(fā)電技術(shù)有望在2050年前達(dá)到90萬(wàn)兆瓦的穩(wěn)定發(fā)電能力。

三是美國(guó)計(jì)劃分兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)新一代地?zé)岚l(fā)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化部署。其中,第一階段的主要目標(biāo)是在2030年前證實(shí)新一代地?zé)岚l(fā)電技術(shù)在目前未探明地?zé)豳Y源的“綠地”場(chǎng)地尤其是在不同地質(zhì)條件場(chǎng)地的工程建設(shè)能力,從而降低該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化部署的技術(shù)和資源風(fēng)險(xiǎn)、突顯其巨大的市場(chǎng)潛力。第二階段的主要目標(biāo)是在2050年前進(jìn)一步提升新一代地?zé)岚l(fā)電技術(shù)在可利用資源規(guī)模、成本、融資等方面的競(jìng)爭(zhēng)力,以及進(jìn)一步擴(kuò)大該技術(shù)在全美的部署規(guī)模。

四是確定新一代地?zé)嵝袠I(yè)發(fā)展面臨的五方面主要挑戰(zhàn),分別是較高的前期成本和風(fēng)險(xiǎn)、工程部署的預(yù)期和實(shí)際作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、長(zhǎng)期且無(wú)法預(yù)計(jì)的工程建設(shè)周期、現(xiàn)有商業(yè)模型對(duì)新一代地?zé)峒夹g(shù)發(fā)展?jié)摿Φ牡凸?、以及誘發(fā)地震等工程風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的公眾反對(duì)。

原標(biāo)題:美國(guó)新一代地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)藍(lán)圖,能“起飛”嗎?
 
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