下一代地热技术如何重新定义清洁基荷电力
新一代地热系统正将地热能从依赖地理位置的资源转变为可规模化开发的持续低碳电力来源。本文深入阐述了这些系统的工作原理，以及瓦卢瑞克在推动其发展中的作用。
从地理依赖到可规模化开发的能源
地热能是对地球表面以下自然储存热量的利用。地核温度超过5000℃，地球近99%的体积温度高于1000℃。这股热量持续再生，因此在人类时间尺度上，地热能是一种可再生资源。
尽管潜力巨大，地热能目前在全球能源结构中占比仍不足1%。我们获取这股能量的能力仍局限于地壳中极小的一部分表层——地壳厚度约30公里，以现有钻井技术，地热开发通常仅能触及地下数千米的深度。
一般而言，温度随深度增加而升高，平均每钻进 100 米升温约 3 ℃。然而，这种地温梯度因地质和地理条件不同而差异显著，在冰岛等地质活跃地区，每 100 米可达13.5 ℃。常规地热系统利用那些热量天然可及的区域，这些区域得益于充满高温卤水的渗透性岩层。在这些水热系统中，生产井将高温流体引至地面用于发电或供热，回灌井则将冷却后的流体注入地下，确保储层可持续性。在地质条件有利的地区，常规地热能可为区域供暖提供热源，或提供高度可靠、持续稳定的基荷能源。在某些情况下，还可以从地热卤水中实现锂的共采。
三十余年来，瓦卢瑞克一直是水热型地热行业的合作伙伴，通过套管和优质螺纹连接为地热井提供结构骨架。依托其在冶金学和高端无缝管材解决方案方面的深厚专长，瓦卢瑞克为全球地热运营商提供产品，专为耐受高温、腐蚀环境而设计，服役寿命通常超过三十年。瓦卢瑞克的螺纹连接、钢级和井身设计持续针对地热特有挑战进行优化，如热循环、抗挤毁性能和长期完整性，使该集团成为常规地热项目及更严苛应用领域的可靠供应商。
尽管性能久经验证，常规地热仍受限于地质条件，依赖天然渗透性含水储层。新一代地热系统的出现标志着一个转折点，通过工程化地下解决方案，使地热开发得以突破这些传统限制。
地热发展加速的驱动因素
在技术进步和能源需求变化的推动下，地热能正迎来新一轮发展提速。钻井技术、井身结构和地下工程技术的进步显著降低了开发风险和成本。根据国际能源展望，未来十年地热生产成本可能会大幅下降，全球地热能潜力到 2050 年可能超过 800 吉瓦，而目前仅为 15 吉瓦。
云计算和人工智能驱动的数据中心用电需求快速增长，进一步强化了这一趋势。数据中心需要持续、稳定、可就近获取的电力供应，同时具备强有力的脱碳资质。地热能在满足这些要求方面具有独特优势，可提供全天候、可用性极高且碳足迹低的电力。一项乐观预测显示，到 2030 年，三分之二的数据中心电力需求可由地热能满足。
2国际能源署的长期预测
3独立研究机构荣鼎集团于 2025 年 3 月发布的报告，此后被所有深层地热的推广者所采用。
在美国，多家科技公司已签署长期地热购电协议，标志着数字基础设施供电方式的结构性转变。由此，地热正从小众可再生能源技术转变为未来能源体系的战略组成部分，而新一代地热系统则是大规模部署的主要催化剂。
超越天然渗透性：认识新一代地热系统
新一代地热系统是一类旨在克服常规地热地质局限性的新型技术。这些系统不再单纯依赖于天然渗透性和流体循环，而是通过工程手段改造地下储层或热交换过程，以可预测且可规模化的方式最大化地热能开采。两大主流技术路线正在推动这一演进：增强型地热系统（EGS）和先进地热系统（AGS）。
增强型地热系统 (EGS) 解析
增强型地热系统通过在最初缺乏足够天然流体通道的高温岩层中创造渗透性来运行。这通过受控压裂技术实现，形成人工裂缝网络，使流体得以在井间循环并从深层岩层中提取热量。压裂作业完成后，流体即可高效循环，使得此前不适宜地热开发的地区也能发电。这些地下工程技术大多源自页岩气行业最初开发的水力压裂技术。
与常规地热井相比，EGS井通常为斜井，且承受的机械载荷远为剧烈。在压裂作业期间，它们必须承受极高的内压、维持大流量，并在整个运营寿命期内经受反复热循环。这些工况对套管和螺纹连接提出了极高要求，使井筒完整性成为关键成功因素。
瓦卢瑞克通过提供专为应对这些复合挑战而设计的管材解决方案来支持EGS项目。其产品组合包括承受压裂载荷的套管、高抗挤和高抗内压钢级，以及具备高扭矩特性、适用于压裂工况并经认证可承受高达350℃地热温度的VAM®特殊扣。除供应产品外，瓦卢瑞克还提供井工程、多井项目钻井效率优化以及运营支持等服务，以缩短下套管作业时间，提升现场执行效率。
规模化支持EGS：与Fervo的合作
EGS领域的标杆案例是瓦卢瑞克在美国与Fervo Energy的合作。Fervo正在开发大规模的 EGS 项目，旨在提供规模化地热电力。井深度将超过 4 千米，井底温度超过 230 ℃。这些井将经历数十次高压压裂循环，并按高流量设计，单井发电功率约为 5 至 10 兆瓦（MW）。瓦卢瑞克将供应可承受高达约10000psi压裂压力、高温和长期热循环的高端套管和VAM®特殊扣，同时为Fervo多井开发项目的钻井效率提供支持。
此次合作已通过一份为期五年的长期供应协议得以正式确立。根据该协议，瓦卢瑞克将成为Fervo美国制造管材解决方案及 VAM® 特殊扣的独家供应商。为实现发电目标，Fervo将需要钻探 340 口井，每口井需要 700 至 800 吨的套管。该协议在有效期内为瓦卢瑞克带来高达 8 亿美元的潜在收入，并为新一代地热基础设施建立起完全本土化供应链。
先进地热系统 (AGS) 解析
先进地热系统采用了一种与地热能的传统利用方式截然不同的技术路线。 AGS不是让流体流经裂缝岩层，而是采用密封的闭环井身结构，工质流体在嵌入高温岩层的管道内循环流动。热量通过热传导从岩层传递给流体，流体随后返回地面。由于这些系统不需要天然渗透性或地下水，显著降低了地质不确定性和水资源依赖，拓展了可行地热选址范围。
在 AGS领域, 单井筒设计正获得越来越多的关注。在此类配置中，热效率成为决定性能的关键因素，因此直接影响发电量。
THERMOCASE® VIT（真空绝热管）在实现高效单井筒闭环地热系统中发挥着核心作用。这种双层管材由真空层隔热，最大程度地减少沿井筒的热损失，在工质流体返回地面时保持热能。THERMOCASE® VIT 最初于二十五年前为严苛的油气应用而研发，拥有长期现场验证的业绩记录，并已成功适配地热应用。
瓦卢瑞克与 AGS 开发商密切合作，设计和优化适合地热工况的 THERMOCASE® VIT配置，帮助最大化井产量，确保长期性能稳定，支持可规模化部署模式。
面向数据中心驱动电力需求的AGS ：The XGS Energy案例研究
XGS Energy 展示了先进地热系统如何利用闭环技术实现规模化部署。 XGS 正在开发不依赖水资源的固态地热系统，针对大型商业项目设计，尤其面向美国西部地区。在其先导井和早期商业井中，配备THERMOCASE® VIT 的单井筒闭环系统已实现数千小时的稳定运行。
瓦卢瑞克将供应 THERMOCASE® VIT 并提供工程支持，在该公司下一开发阶段优化热性能和流动状态。此次合作发挥了关键作用，不仅助力XGS Energy将地热电力直接输送至电网以满足数据中心需求，也展示了AGS技术在未来基荷能源领域的应用价值。
超越单井筒设计：AGS 的替代架构
井筒完整性：地热规模化开发的核心
纵观常规地热、增强型地热系统和先进地热系统，瓦卢瑞克通过其新能源部门始终站在新一代地热项目的前沿。通过提供为极端热力、机械和作业条件设计的高端管材解决方案，并在油井整个生命周期内为客户提供支持，瓦卢瑞克在推动地热能从地理依赖型资源转变为低碳能源体系中可规模化且可靠的支柱方面发挥着关键作用。
随着新一代地热领域投资快速加速，这一角色正变得日益关键。根据国际能源署的数据，自2022年以来，对该技术的投资已增长逾五倍，驱动力来自对稳定的无碳基荷电力日益增长的需求，以支持电气化进程和数据中心等能源密集型基础设施的扩展。瓦卢瑞克直接感受到这一势头，2025年地热产品订单量较前两年平均水平增长逾三倍，反映了市场日益增长的规模和成熟度。
立足于这一势头，瓦卢瑞克的目标是继续拓展其新能源业务，到2030年实现该业务占集团EBITDA的10%至15%, 进一步印证井筒完整性是能源转型中的战略杠杆。
