美国企业在“增强型地热系统”技术研发与工程示范领域取得的突破性进展正加快该国实现地热发电愿景

根据中国地质调查局地学文献中心对全球干热岩开发示范项目的持续跟踪，发现美国Fervo能源公司在先进钻探和储层改造技术方面的成功正推动其在以深部高温地热能为主要目标的“增强型地热系统”生产方法方面不断取得突破性进展。2024年9月，该公司宣布其位于美国犹他州南部的Cape Station项目成功完成首次产热测试，初始产水速率和产出水温度分别达到120千克/秒和187^oC，估算峰值发电量超过10兆瓦。该测试结果创全球同类“增强型地热系统”技术示范项目新高，发电潜力是其2023年美国内华达州Project Red项目的三倍，超过美国政府对该技术2035年之前所能达到产能水平的预期，表明该技术已接近产业化开发水平。美国政府和私营企业近期在深部高温地热能开发的工程建设领域所取得的突破性进展值得关注。 

Fervo能源公司于2017年在美国得克萨斯州成立，致力于将定向钻井技术与“增强型地热系统”方法结合。该公司多次得到美国政府研发资助，包括美国国防部2023年底资助的针对内华达州Fallon海军航空站“增强型地热系统”技术开发潜力的评估；美国能源部2024年2月资助的犹他州“增强型地热系统”发电工程示范。此外，该公司通过8轮融资共获得来自突破能源基金等的5.3亿美元资助，并先后与谷歌公司、南加州爱迪生公司等签订了超过300兆瓦的地热发电购电协议。 

Fervo能源公司现有两个以地热产业化发电为目标的“增强型地热系统”示范项目，即Project Red项目和Cape Station项目。其中，Project Red项目于2021年由Fervo能源公司和谷歌公司共同启动建设，旨在利用创新性成对水平井设计和多级桥塞-射孔刺激改造技术，进行产业化规模的“增强型地热系统”工程建设示范。该项目位于内华达州中北部Blue Mountain地热田边缘，属于近水热型地热资源的“增强型地热系统”。2023年4月至5月，项目成功利用成对水平井（垂深约2500米，水平段约1000米）实现了对高温（最高测温达191℃）热储的开发，在为期37天的产热发电测试期间，产水速率达到63千克/秒、产出水温度达到169℃、评估认为峰值发电量可达到3.5兆瓦。项目在对地热开发与发电系统进行全面试运行后，于2023年10月实现并网发电，初始产出水温度达172℃，2024年9月升高至175℃，在为期6200个小时的发电生产作业期间未发生“温降”现象，实现了对高温硬岩条件下钻进水平井、刺激改造储层储层以提高渗透性、成功实现注入井与生产井之间的高导流性水力连通等关键问题的解决，也向证实长期产热可持续性迈出了一大步。 

根据Project Red项目经验，Fervo能源公司于2023年6月启动了Cape Station项目，旨在开发比Project Red项目具有更高温度的热储，实现更长水平段储层改造和更高产水速率，以及验证“增强型地热系统”技术在“绿地（未探明水热型地热资源的区域）”项目的适用性。该项目位于犹他州南部并邻近于美国能源部FORGE计划犹他州项目。2023年7月至2024年9月，该项目已钻进完成1口直井（垂深约2995米，最大记录温度达229℃）和14口水平井（目标垂深约2438-2743米，设计水平段约1433米，目标储层温度202℃），单井钻井时间比Project Red项目缩短了70%（从55天和71天缩短至不足20天至35天），从而使钻井成本显著降低：以Cape Station项目前四口水平井为例，平均机械钻速为21米/小时，钻井成本从940万美元下降至480万美元，该结果超出了美国能源部对“增强型地热系统”经济成本降低曲线的预期，标志着新一代地热发电行业“快速发展期”的到来。此外，该项目还利用多级桥塞-射孔技术对3口丛式水平井（1口注入井和2口生产井）成功进行了储层改造，相比于Project Red项目，平均改造水平段长度从约900米增加至约1400米，通过井筒脱砂发生率、是否可实现设计的支撑剂充填体积量、施工压力是否低于额定设计等指标证实实现了95%-100%的储层改造成功率。 

Fervo能源公司于2024年9月宣布，Cape Station项目在为期30天的产热测试期间，初始产水速率为120千克/秒并随后稳定在约90-100千克/秒，初始产出水温度为187℃，在整个测试期间产出水温度稳步增加，最高时可达195℃，可满足项目有机朗肯循环发电设备的设计标准。根据评估，峰值发电量可达到12兆瓦，而持续发电量有望稳定在8-10兆瓦。根据公司计划，Cape Station项目将于2026年实现第一阶段90兆瓦全天候无碳供电能力，于2028年全面实现400兆瓦供电能力。 

目前，Fervo能源公司认为已基本实现以深部高温地热资源为主要目标的“增强型地热系统”生产技术的产业化开发突破，有望进入类似于美国页岩革命中水平井和水力压裂等关键技术突破性发展的学习曲线快速上升期。因此，该公司已开始关注对地热资源量/储量评估方法的研究。