عصر آتی انرژی زمین‌گرمایی، فناوری نسل آینده با هدف تحول این بخش

انرژی زمین‌گرمایی، یک منبع انرژی کم‌کربن اثبات‌شده که گرما و برق فراوان و ۲۴ ساعته در ۷ روز هفته (24/7) را ارائه می‌دهد، همچون موهبتی آسمانی به نظر می‌رسد.

با این حال، همیشه یک چالش وجود دارد و در مورد انرژی زمین‌گرمایی، این چالش به سنگ‌ها مربوط می‌شود. تولید انرژی زمین‌گرمایی متعارف نیازمند سنگ‌هایی با دمای بالا و نفوذپذیری بالا است، که پروژه‌های تجاری را بسیار نادر می‌سازد. اما، این وضعیت می‌تواند تغییر کند، زیرا فناوری‌های نسل آینده، چشم‌انداز تولید انرژی زمین‌گرمایی را تقریباً در هر مکانی فراهم می‌کنند.

آیا انرژی زمین‌گرمایی نسل آینده می‌تواند بخش بسیار بیشتری از انرژی پاک زمین را آزاد کند؟ این گزارش مربوط به مصاحبه Gavin Thompson با Annick Adjei، Kate Adie  و Zoé Sulmont از تیم‌های زیرسطحی و گذار انرژی می باشد.

چرا علاقه به انرژی زمین‌گرمایی در حال افزایش است؟

در حالی که بسیاری از فناوری‌های نوظهور انرژی پاک برای به ثمر رسیدن تلاش می‌کنند، انرژی زمین‌گرمایی نسل آینده، پدیده جذاب جدید در گذار انرژی است که می‌تواند در مقیاس وسیع به موفقیت دست یابد. سال گذشته شاهد رشد قابل توجهی در پروژه‌های اعلام‌شده و پیشرفت در تأمین مالی و مقررات بودیم که به ارتقای پنج پله‌ای انرژی زمین‌گرمایی نسل آینده در جدول رده‌بندی فناوری ما کمک کرد.

در نگاه به آینده، انتظار داریم اعتماد به این بخش همچنان افزایش یابد، و فراخوان روزافزون برای انرژی پاک از سوی بخش پررونق مراکز داده (datacentre) جدیدترین عامل محرک باشد.

فناوری نسل آینده چه چیزی می‌تواند ارائه دهد؟

چهار فناوری با پتانسیل گسترش دامنه استخراج انرژی زمین‌گرمایی بسیار فراتر از محدودیت‌های جغرافیایی و زمین‌شناسی باریک پروژه‌های متعارف، در حال پیشرفت هستند.

دو مورد از پیشرفته‌ترین آن‌ها عبارتند از Enhanced Geothermal Systems - EGS  و Advanced Geothermal Systems - AGS. سیستم EGS سنگهای داغ و خشک را می‌شکند تا نفوذپذیری را افزایش دهد، در حالی که AGS یک سیستم حلقه بسته است که برای استفاده مجدد از چاه‌های نفت و گاز پایان‌عمریافته برای تولید گرما و برق ایده‌آل است. با هدف قرار دادن سنگ‌های با نفوذپذیری پایین‌تر، هر دو فناوری می‌توانند بسیار گسترده‌تر به کار گرفته شوند و بازدهی هر چاه را در مقایسه با زمین‌گرمایی متعارف دو برابر کنند تا پتانسیل انرژی کم‌کربن پایه (baseload) تقریباً نامحدودی را ایجاد نمایند.

دو فناوری دیگر نیز در حال ظهور هستند. سنگ‌های فوق داغ (Superhot Rocks - SHR) که سنگ‌های با دمای بالا را با یک چاه واحد هدف قرار می‌دهند، قصد دارند ده برابر انرژی یک چاه زمین‌گرمایی متعارف تولید کنند؛ و سیستم‌های زمین‌گرمایی Geopressured Geothermal Systems – GGS که بر حوضه‌های رسوبی با فشار بیش از حد معمول (over-pressured) متمرکز است.

موانع چه هستند؟

هزینه‌ها. هزینه‌های سرمایه‌ای (capex) انرژی زمین‌گرمایی نسل آینده باید تا ۶۰ درصد کاهش یابد تا بتواند با انرژی هسته‌ای در بازار انرژی پاک پایه رقابت کند. حفاری چاه‌ها بخش قابل توجهی از هزینه‌های سرمایه‌ای را تشکیل می‌دهد، اما پیشرفت قابل ملاحظه‌ای حاصل شده است، در ایالات متحده، شرکت Fervo Energy در سایت آزمایشی Project Red و سایت تجاریCape Station، زمان حفاری چاه‌های توسعه افقی خود را به نصف کاهش داده است.

مکان‌یابی مشترک نیروگاه‌های زمین‌گرمایی در کنار سایر فناوری‌های کم‌کربن مانند هیدروژن سبز یا جذب کربن می‌تواند به بهبود جنبه اقتصادی کمک کند. درآمد اضافی از طریق استخراج مواد معدنی حیاتی از سیالات زمین‌گرمایی نیز می‌تواند قابلیت تاب آوری مالی پروژه‌ها را بهبود بخشد. هنوز در مراحل اولیه هستیم، اما کارخانه‌های آزمایشی استخراج لیتیوم در حال حاضر در آلمان، نیوزیلند، آمریکای شمالی و بریتانیا تأسیس شده‌اند.

آیا دولت‌ها در حال اقدام هستند؟

فناوری کم‌کربن اثبات‌نشده نیازمند کمک است و دولت‌ها به آرامی در حال شناخت فرصت موجود در انرژی زمین‌گرمایی هستند. حمایت مالی در حال افزایش است و دولت‌ها در سال ۲۰۲۴ بیش از ۲ میلیارد دلار آمریکا به طرح‌های انرژی زمین‌گرمایی اختصاص داده‌اند، هرچند تاکنون، بخش عمده آن به پروژه‌های متعارف اختصاص یافته است.

سیاست‌ها و محیط‌های نظارتی مطلوب، که هزینه کمتری دارند اما همچنان ارزشمند هستند، برای انرژی زمین‌گرمایی در حال ظهورند. چهار کشور سال گذشته قوانین جدیدی را تصویب کردند، به ویژه آلمان که در سپتامبر یک بسته قانونی مهم را برای تسهیل تأیید پروژه‌های زمین‌گرمایی و گسترش سیستم‌های گرمایشی تصویب کرد.

دولت Biden در ایالات متحده دوازده لایحه را برای حمایت از صنعت زمین‌گرمایی معرفی کرد، و علی‌رغم بیزاری آشکار ترامپ از انرژی پاک، اعلامیه وضعیت اضطراری انرژی ملی دولت جدید، انرژی زمین‌گرمایی را به عنوان یک منبع انرژی داخلی کلیدی در بر می‌گیرد. Chris Wright، وزیر انرژی ایالات متحده، حمایت خود را علناً اعلام کرده است.

آیا غول‌های فناوری (Big Tech) و غول‌های نفتی (Big Oil) این علاقه را به اشتراک می‌گذارند؟

جذابیت انرژی پاک و ۲۴ ساعته در ۷ روز هفته، بزرگترین شرکت‌های فناوری جهان را به سمت انرژی زمین‌گرمایی جذب می‌کند، که سه مشارکت برجسته داشته‌اند. در سال ۲۰۲۴، شرکت Sage Geosystems یک قرارداد خرید تضمینی برق (PPA) به میزان ۱۵۰ مگاوات با شرکت Meta برای تأمین برق مراکز داده پرمصرف آن در ایالات متحده امضا کرد. در همان سال، Microsoft با شرکت‌های KenGen و G42 برای یک سرمایه‌گذاری دیجیتال ۱ میلیارد دلاری در کنیا همکاری کرد که شامل یک مرکز داده با انرژی زمین‌گرمایی می‌شود. همین ماه گذشته، Google قراردادهای خرید تضمینی برق در تایوان برای انرژی زمین‌گرمایی از پروژه‌هایی که توسط شرکت Baseload Capital اداره می‌شوند، امضا کرد؛ این اولین قرارداد زمین‌گرمایی آن در آسیا و اقیانوسیه است و توسط این غول فناوری به عنوان کاتالیزوری برای توسعه بیشتر پروژه‌ها در این جزیره مطرح شده است.

برای صنعت نفت و گاز، مشارکت‌های استراتژیک امضا شده توسطBP، Equinor و Chevron با توسعه‌دهندگان پروژه، نشان‌دهنده علاقه است، هرچند شرکت‌های بزرگ نفتی (Majors) مایلند پیشرفت بیشتری در رقابت‌پذیری پروژه‌ها ببینند. فرصت استفاده از مجموعه مهارت‌ها در بخش زیرسطحی و حفاری یک جاذبه است، هرچند تنزل رتبه بخش کم‌کربن در تخصیص سرمایه ممکن است پیشرفت را کند سازد.

تحلیل و جمع‌بندی

گزارش حاضر به بررسی پتانسیل تحول‌آفرین فناوری‌های نسل آینده انرژی زمین‌گرمایی می‌پردازد. این تحلیل، بر اساس اطلاعات ارائه شده در متن، بر جنبه‌های کمی و پیامدهای آن برای بازار انرژی تمرکز دارد.

جایگاه و پتانسیل انرژی زمین‌گرمایی نسل آینده

رشد در رده‌بندی فناوری: انرژی زمین‌گرمایی نسل آینده در سال گذشته ۵ پله در جدول رده‌بندی فناوری‌های انرژی پاک ارتقا یافته است که نشان‌دهنده شتاب گرفتن توسعه و توجه به این حوزه است.

انرژی پایه (Baseload) پاک: یکی از مزایای کلیدی انرژی زمین‌گرمایی، قابلیت تأمین برق پایدار و ۲۴/۷ است که آن را به یک گزینه جذاب برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی در تولید انرژی پایه تبدیل می‌کند.

تقاضای مراکز داده: رشد فزاینده بخش مراکز داده (Data Centres) و نیاز آن‌ها به منابع انرژی پاک و قابل اتکا، به عنوان یک "عامل محرک جدید" برای توسعه زمین‌گرمایی مطرح شده است.

فناوری‌های کلیدی نسل آینده و ظرفیت آن‌ها

سیستم‌های زمین‌گرمایی (EGS)  و (AGS)

این دو فناوری پیشرو، با هدف قرار دادن سنگ‌های با نفوذپذیری پایین‌تر، دامنه جغرافیایی پروژه‌ها را گسترش می‌دهند.

پتانسیل دو برابر کردن بازدهی هر چاه در مقایسه با زمین‌گرمایی متعارف را دارند.

AGS به‌طور خاص برای استفاده مجدد از چاه‌های نفت و گاز پایان‌عمریافته مناسب است که می‌تواند هزینه‌ها را کاهش داده و از زیرساخت‌های موجود بهره ببرد.

سنگ‌های فوق داغ (SHR)

هدف‌گذاری سنگ‌های با دمای بسیار بالا با یک چاه واحد.

پتانسیل تولید ده برابر انرژی یک چاه زمین‌گرمایی متعارف.

سیستم‌های زمین‌گرمایی (GGS)

تمرکز بر حوضه‌های رسوبی با فشار بیش از حد معمول.

چالش‌های اقتصادی و راهکارهای بالقوه

هزینه‌های سرمایه‌ای (Capex): بزرگترین مانع، هزینه‌های سرمایه‌ای است. برای رقابت با انرژی هسته‌ای در بازار انرژی پاک پایه، Capex زمین‌گرمایی نسل آینده باید تا ۶۰ درصد کاهش یابد.

هزینه‌های حفاری: بخش قابل توجهی از Capex است.

پیشرفت: شرکت Fervo Energy در آمریکا موفق شده زمان حفاری چاه‌های توسعه افقی خود را در پروژه‌های آزمایشی و تجاری (Project Red و Cape Station) به نصف کاهش دهد.

بهبود اقتصادی از طریق هم‌افزایی

مکان‌یابی مشترک: با پروژه‌های هیدروژن سبز یا جذب کربن.

استخراج مواد معدنی حیاتی: مانند لیتیوم از سیالات زمین‌گرمایی. کارخانه‌های آزمایشی استخراج لیتیوم در آلمان، نیوزیلند، آمریکای شمالی و بریتانیا تأسیس شده‌اند.

حمایت‌های دولتی و چارچوب‌های نظارتی

تخصیص بودجه: دولت‌ها در سال ۲۰۲۴ بیش از ۲ میلیارد دلار آمریکا به طرح‌های انرژی زمین‌گرمایی اختصاص داده‌اند (هرچند بخش عمده آن فعلاً به پروژه‌های متعارف رسیده است).

اصلاحات قانونی: چهار کشور در سال گذشته قوانین جدیدی برای تسهیل پروژه‌های زمین‌گرمایی تصویب کرده‌اند (آلمان با بسته قانونی مهم در سپتامبر برجسته است).

حمایت در ایالات متحده: دولت Biden دوازده لایحه برای حمایت از این صنعت معرفی کرده و انرژی زمین‌گرمایی به عنوان منبع انرژی داخلی کلیدی در اعلامیه وضعیت اضطراری انرژی ملی گنجانده شده است. وزیر انرژی Chris Wright از حامیان آن است.

علاقه غول‌های فناوری و صنعت نفت و گاز

غول‌های فناوری (Big Tech)

جذب شده توسط پتانسیل انرژی پاک، ۲۴/۷ و قابل اتکا برای مراکز داده.

قرارداد PPA شرکت Sage Geosystems با Meta به میزان ۱۵۰ مگاوات در آمریکا.

همکاری Microsoft با KenGen و G42 برای سرمایه‌گذاری دیجیتال ۱ میلیارد دلاری در کنیا، شامل مرکز داده با انرژی زمین‌گرمایی.

قراردادهای PPA شرکت Google در تایوان با Baseload Capital اولین قرارداد زمین‌گرمایی Google در آسیا-اقیانوسیه.

غول‌های نفتی (Big Oil)

شرکت‌هایBP، Equinor  و Chevron مشارکت‌های استراتژیکی با توسعه‌دهندگان پروژه امضا کرده‌اند.

جاذبه اصلی، استفاده از مهارت‌های موجود در حوزه زیرسطحی و حفاری است.

نگرانی: تنزل رتبه بخش کم‌کربن در تخصیص سرمایه شرکت‌های نفتی ممکن است پیشرفت را کند سازد.

انرژی زمین‌گرمایی نسل آینده با پتانسیل فنی قابل توجه (افزایش چشمگیر بازدهی چاه‌ها و گسترش جغرافیایی) در حال ظهور است. این فناوری می‌تواند نقش مهمی در سبد انرژی پاک آینده، به‌ویژه برای تأمین بار پایه، ایفا کند.

نقاط تمرکز برای تحلیلگران

روند کاهش هزینه‌ها: پیگیری پیشرفت‌ها در کاهش هزینه‌های حفاری (مانند دستاوردهای Fervo Energy  و کل هزینه‌های سرمایه‌ای (Capex) برای رسیدن به هدف رقابت‌پذیری (کاهش ۶۰ درصدی).

توسعه مدل‌های درآمدی جدید: ارزیابی پتانسیل اقتصادی استخراج مواد معدنی حیاتی (به‌ویژه لیتیوم) و هم‌افزایی با سایر فناوری‌های پاک.

تحولات سیاستی و نظارتی: نظارت بر حمایت‌های دولتی (مالی و قانونی) که می‌تواند ریسک پروژه‌ها را کاهش داده و سرمایه‌گذاری را تسریع کند.

قراردادهای خرید تضمینی برق (PPAs): قراردادهای منعقده توسط غول‌های فناوری نشان‌دهنده تقاضای واقعی و قابل اتکا برای این نوع انرژی است و می‌تواند به عنوان شاخصی برای رشد بازار عمل کند.

مشارکت صنعت نفت و گاز: میزان سرمایه‌گذاری و تعهد شرکت‌های بزرگ نفتی به انتقال مهارت‌ها و سرمایه به این بخش، نقش کلیدی در مقیاس‌پذیری سریع‌تر فناوری خواهد داشت.

فرصت‌های سرمایه‌گذاری

شرکت‌های پیشگام در توسعه فناوری‌های EGS, AGS, SHR.

شرکت‌های متخصص در حفاری بهینه و فناوری‌های مرتبط.

پروژه‌هایی که پتانسیل استخراج مواد معدنی با ارزش افزوده را دارند.

ریسک‌ها

عدم دستیابی به اهداف کاهش هزینه در زمان‌بندی مورد انتظار.

ریسک‌های زمین‌شناسی و فنی مرتبط با پروژه‌های زیرسطحی.

تغییرات در سیاست‌های حمایتی دولت‌ها.

در مجموع، انرژی زمین‌گرمایی نسل آینده یک حوزه با پتانسیل رشد بالا اما با چالش‌های فنی و اقتصادی قابل توجه است. پیشرفت‌های اخیر در فناوری، افزایش حمایت‌های دولتی و علاقه فزاینده از سوی مصرف‌کنندگان بزرگ انرژی پاک (مانند مراکز داده)، چشم‌انداز مثبتی را ترسیم می‌کند. تحلیلگران و سرمایه‌گذاران باید با دقت شاخص‌های کلیدی ذکر شده را برای ارزیابی روند توسعه این بخش دنبال کنند.

پی نوشت

تعداد پروژه‌های ژئوترمال بر اساس موقعیت جغرافیایی

 

این نمودار با عنوان "Geothermal project count by region" تعداد پروژه‌های ژئوترمال بر اساس منطقه، اطلاعات جالبی را در مورد وضعیت توسعه انرژی زمین‌گرمایی در مناطق مختلف جهان در طول زمان ارائه می‌دهد.

تحلیل نمودار

1.  موضوع کلی نمودار: این نمودار تعداد پروژه‌های انرژی ژئوترمال را که در بازه‌های زمانی مختلف (قبل از ۲۰۲۰، ۲۰۲۰، ۲۰۲۱، ۲۰۲۲، ۲۰۲۳ و پیش‌بینی برای ۲۰۲۴) آغاز شده‌اند یا در حال توسعه بوده‌اند، نشان می‌دهد و آن‌ها را بر اساس شش منطقه (اروپا، آمریکای شمالی، اقیانوسیه، آفریقا، آسیا و خاورمیانه) تفکیک می‌کند.

2.  روند کلی: واضح است که تعداد کل پروژه‌های ژئوترمال در طول سال‌های نمایش داده شده روند صعودی قابل توجهی داشته است. از حدود 20-15 پروژه قبل از سال ۲۰۲۰، این تعداد به حدود ۵۰ پروژه در سال ۲۰۲۴ افزایش یافته است که نشان‌دهنده رشد فزاینده در بخش انرژی ژئوترمال است، به‌خصوص یک جهش قابل ملاحظه در تعداد پروژه‌های سال ۲۰۲۴ نسبت به سال‌های قبل از آن مشاهده می‌شود.

تحلیل بر اساس منطقه

اروپا (رنگ بنفش تیره): این منطقه همواره بزرگترین سهم را از نظر تعداد پروژه‌های ژئوترمال داشته است. تعداد پروژه‌ها در اروپا به طور پیوسته از حدود ۱۱ پروژه قبل از ۲۰۲۰ به حدود ۲۴ پروژه در سال ۲۰۲۴ افزایش یافته است. اروپا همچنان پیشتاز است، اما سهم آن از کل ممکن است در سال ۲۰۲۴ به دلیل رشد سریع سایر مناطق کمی کاهش (از نظر درصد) یابد.

آمریکای شمالی (رنگ قرمز): این منطقه دومین سهم بزرگ را دارد و رشد پایداری را نشان می‌دهد. تعداد پروژه‌ها از حدود ۴ پروژه قبل از ۲۰۲۰ به حدود ۱4-۱3 پروژه در سال ۲۰۲۴ رسیده است. آمریکای شمالی نیز نقش مهمی در توسعه ژئوترمال ایفا می‌کند.

آسیا (رنگ سبز تیره): این منطقه چشمگیرترین رشد را، به ویژه در سال ۲۰۲۴، نشان می‌دهد. در حالی که تعداد پروژه‌ها در آسیا قبل از ۲۰۲۳ نسبتاً کم بود (حدود 2-1 پروژه)، این تعداد در سال ۲۰۲۳ به حدود ۳ پروژه و در سال ۲۰۲۴ به حدود 12-10 پروژه جهش یافته است. این نشان می‌دهد که آسیا به سرعت در حال تبدیل شدن به یک بازیگر اصلی در حوزه ژئوترمال است.

آفریقا (رنگ نارنجی): آفریقا نیز روند افزایشی در تعداد پروژه‌های ژئوترمال را نشان می‌دهد، به خصوص از سال ۲۰۲۳ به بعد. تعداد پروژه‌ها در این منطقه از سهم بسیار کوچک قبل از ۲۰۲۰ به حدود 6-5 پروژه در سال ۲۰۲۴ رسیده است که نشان‌دهنده توجه رو به رشد به این انرژی در آفریقاست.

اقیانوسیه (رنگ فیروزه‌ای) و خاورمیانه (رنگ قرمز تیره): این دو منطقه در طول دوره مورد بررسی کمترین تعداد پروژه را داشته‌اند و رشد آن‌ها نسبت به سایر مناطق کمتر بوده است. سهم آن‌ها از کل در سال ۲۰۲۴ نیز همچنان کوچک باقی مانده است.

4.  مقایسه سهم مناطق در سال‌های اخیر: در سال‌های قبل از ۲۰۲۳، سهم اصلی پروژه‌ها به طور عمده در اروپا و آمریکای شمالی متمرکز بود. اما در سال ۲۰۲۴، در حالی که اروپا و آمریکای شمالی به رشد خود ادامه داده‌اند، جهش بزرگ در تعداد پروژه‌های آسیا باعث شده است که این منطقه به سهمی قابل مقایسه با آمریکای شمالی دست یابد و ترکیب بازار را تغییر دهد. آفریقا نیز سهم بیشتری پیدا کرده است.

نتیجه‌گیری اصلی از نمودار

بازار جهانی پروژه‌های انرژی ژئوترمال در حال رشد قابل توجهی است و پیش‌بینی می‌شود این رشد در سال 2025 تسریع شود. در حالی که اروپا و آمریکای شمالی همچنان به عنوان مناطق پیشرو باقی مانده‌اند، آسیا در حال ظهور به عنوان یک منطقه کلیدی برای توسعه ژئوترمال است و رشد آن در سال 2025 بسیار چشمگیر پیش‌بینی شده است. آفریقا نیز نشانه‌های رشد در این حوزه را بروز می‌دهد.

این تحلیل نشان می‌دهد که سرمایه‌گذاری و توسعه در حوزه انرژی ژئوترمال در سطح جهانی در حال افزایش است و توزیع جغرافیایی این توسعه در حال تغییر به سمت سهم بیشتر از سوی آسیا و آفریقا است.

منبع داده‌های نمودار:Wood Mackenzie Energy Transition Servic