地热初创公司Quaise的岩石熔化钻探技术突破传统,有望成为释放地热能潜力、让其在全球任何地方都可行的关键。

地热发电在地质条件适宜、地表热量接近的地区效果最佳,如冰岛和美国西部。理论上,只要钻得足够深,企业就能从全球任何地方获取地球热量。但要在某些地方达到高效发电所需温度,需在地表以下钻探数英里,且常要穿过花岗岩等坚硬岩石,任务艰巨。
Quaise提出全新钻井模式,摒弃传统硬钻头刮入岩石技术,计划使用回旋加速器,发射高频电磁辐射来爆破、熔化和汽化岩石,理论上可使钻井速度更快、更经济。自2018年成立以来,该公司已证明系统在实验室受控条件下能正常工作,并开始在半受控环境试验,如今正将回旋管钻孔技术带到采石场进行实际条件测试。
不过,一些专家警告,重塑钻井技术不会简单快速。Quaise正试图在今年筹集大规模融资,但当前经济不确定性导致投资放缓,美国气候技术行业也因政策陷入政治困境。
Quaise联合创始人兼首席顾问马修·豪德表示,地球内部储存的能量能满足人类数万年甚至数十万年的能源需求,公司希望扩大地热能开采范围,关键在于钻探深度足够,目标是钻到10到20公里,让全球都能获取超高温地热。目前人类钻探接近这一深度的例子很少,前苏联1970年开始的研究项目,钻探深度略超12公里,耗时近20年,成本高昂。Quaise希望加快钻探速度并降低成本,目标是以每小时3至5米的稳定速度钻穿岩石。
阻碍钻穿坚硬岩石作业的关键因素之一是非生产时间,如设备常需返回地面维修或更换钻头。Quaise的回旋管发射毫米波,加热目标岩石使其破裂、熔化甚至蒸发,然后钻头下放刮掉碎屑,气流将碎屑带上地面并重复该过程。
记者在该公司休斯顿总部目睹了系统运行,院子里的钻机规模小,回旋加速器总功率100千瓦,冷却系统帮助超导磁体达到所需温度,过滤系统收集碎屑。
斯坦福大学地热项目负责人罗兰·霍恩称,Quaise并非首个开发非机械钻井的公司,作业需能承受井底高温高压。目前,该公司已在金属套管内的岩柱上钻孔,并在现场试验中钻入采石场,但从可预测环境到打造数英里深的地热井还有很长的路要走。
今年4月,Quaise将第二台100千瓦回旋加速器集成到投资者兼技术合作伙伴Nabors的石油和天然气钻井平台上。4月该公司进行初步测试,5月测试集成钻机钻了直径四英寸、深30英尺的孔,6月另一次测试深度达40英尺,这些孔是在埋入地下的玄武岩柱上钻的。
在钻机和采石场测试100千瓦系统的同时,该公司下一步将开发配备功率高出10倍回旋管的1兆瓦系统,该系统钻出直径超8英寸的孔,代表商业化规模,钻井测试将于2026年开始。这个一兆瓦系统实际总电力需求略高于三兆瓦,与当今石油和天然气钻井平台电力需求相当。
Quaise公司地热资源开发副总裁特伦顿·克拉杜霍斯表示,公司正在俄勒冈州火山边建立试点工厂,采用常规钻井技术,目的是证明有能力建造和运营地热发电厂。今年建造勘探井,计划2026年钻探生产井,前几口井在温度约350摄氏度的岩石上作业,发电量约20兆瓦,最早2028年投入运营。
Quaise首席执行官卡洛斯·阿拉克称,俄勒冈项目策略是展示能高效利用超热岩石生产地热能,发电厂启动后可利用毫米波钻探技术加深钻孔。钻孔测试表明该毫米波技术可钻入花岗岩,公司已有一些客户排队购买能源,包括一家大型科技公司和一家公用事业公司,但拒绝透露名字。
不过,这家初创公司需要更多资金完成项目和测试更大功率回旋管。在建设商业发电厂前,Quaise仍有一些技术障碍需克服,如开发定向钻探技术。从实验室测试过渡到现场试验可能面临挑战,康奈尔大学教授杰斐逊·特斯特称,对于试图在这种深度作业的地热技术公司,关键挑战是如何保持井的长期功能。泰斯特表示,Quaise技术极具远见,但最终取决于成本,雄心勃勃的公司也面临投资者失去耐心的风险。Quaise项目经理史蒂夫·杰斯克称,公司正在彻底改造钻井,还有很多东西要学。
















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