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地热发电(geothermal power generation)可能在未来的能源系统中发挥重要作用,但前提是经历大幅成本降低。然而,与其他可再生能源不同,地热成本动态(cost dynamics)的数据很少。研究人员通过使用新编制的数据集(涵盖70年来建造的
地热发电(geothermal power generation)可能在未来的能源系统中发挥重要作用,但前提是经历大幅成本降低。然而,与其他可再生能源不同,地热成本动态(cost dynamics)的数据很少。研究人员通过使用新编制的数据集(涵盖70年来建造的514个电厂,其中206个有成本数据)来估计全球和局部(国家层面)的经验率(experience rate, ER)。研究人员估计水热系统(hydrothermal systems)的全球经验率为负(?20%),置信度为97%,表明全球成本上升。在国家层面,研究人员观察到负的和正的经验率。基于51次专家访谈,研究人员识别出六个因素来解释这些模式,包括不同的水文地质(hydrogeology)、监管密度和差异(regulatory density and variance)以及知识溢出(knowledge spillovers)。研究人员进一步评估了两种新兴技术:增强型地热系统(enhanced geothermal systems, EGS)和闭环地热系统(closed-loop geothermal systems, CLGS)。虽然在合适的环境下它们可能比水热系统表现出更高的局部经验率,但不太可能像其他可再生能源那样快速实现全球成本下降。
地热发电作为一种可再生基础负荷电源,在低碳能源转型中具有潜力,但其成本下降远慢于太阳能光伏和风能。现有研究受限于数据稀缺、质量差、忽略地域差异等问题,导致成本动态认知不足。为填补这一空白,研究人员在《iScience》发表论文,基于过去七十年全球514个地热电厂的新数据集(其中206个有成本数据)和51次专家访谈,首次提供了稳健的全球和国家层面经验率(experience rate, ER)估计,并识别了六个驱动因素,同时评估了增强型地热系统(enhanced geothermal system, EGS)和闭环地热系统(closed-loop geothermal system, CLGS)的学习潜力。研究得出全球水热系统经验率为?20%,表明成本随部署增加而上升,但国家层面差异显著,如美国为+18%,新西兰为?53%。新兴技术虽可能改善局部学习,但难以实现类似光伏的全球快速成本下降,这为能源政策制定和模型构建提供了关键实证依据。
研究人员主要采用三种关键方法:第一,构建了包含514个地热电厂(206个有成本数据)的全球数据集,覆盖1950年至2024年,来源包括Bloomberg New Energy Finance、国际地热会议国家更新报告、ThinkGeoEnergy门户等,并进行了多源交叉验证;第二,利用对数线性经验曲线模型(ordinary least squares回归,异方差稳健标准误)估计全球和国家层面的经验率,并考虑汇率波动校正;第三,通过半结构化访谈(51位专家,涵盖全球主要地热区域和产业链环节)识别成本变化的质性因素,并采用专家评级法(基于Malhotra和Schmidt框架)评估EGS和CLGS的技术特性(项目设计复杂性和定制化需求),以推断其学习潜力。
**Deployment of geothermal power globally**:通过分析全球514个电厂的部署数据,研究人员发现地热发电增长缓慢,截至2025年中期仅占全球可再生电力的0.5%,2024年新增容量仅0.2 GW,远低于风电(114 GW)和太阳能光伏(452 GW)。多数大型电厂集中于环太平洋火山带,部署波动大,受地质条件、政策变化和站点可用性驱动。
**Estimating and explaining global experience rates**:基于206个有成本数据的电厂,研究人员估计全球经验率为?20%(90%置信区间:?41.2%至?2.6%),表明成本随累积部署增加而上升。排除小型电厂(<5 MW)或调整汇率后,结果类似(?14%至?19%)。通过51次专家访谈,研究人员识别出六个因素:新站点生产力递减(资源效应)、项目设计复杂性、水文地质变化、钻井知识的隐性、监管密度和差异、以及石油和天然气行业知识溢出。这些因素共同解释了全球学习停滞和成本上升。
**Local learning dynamics**:在国家层面,研究人员估计了七个主要国家的经验率,发现显著差异:美国为+18%(强正学习),新西兰为?53%,印度尼西亚为?36%,菲律宾、土耳其、肯尼亚和德国接近零。美国的高学习率得益于大型均质储层、低监管密度、稳定的政策环境以及石油和天然气行业的强知识溢出。新西兰和印尼的负学习率主要由新站点生产力递减(储层质量下降、钻井深度增加)驱动。
**Learning potential of future geothermal technologies**:研究人员通过11位专家对EGS和CLGS的技术特性评级(项目设计复杂性和定制化需求,1-3分制),对比水热系统(复杂性2.0,定制化2.4)。EGS的定制化需求略低(2.4),但复杂性更高(2.5);CLGS的定制化需求(2.2)和复杂性(2.4)均略低于水热系统。专家评级表明,EGS和CLGS在降低对自然水文条件依赖方面有潜力,但项目设计复杂性和本地适应需求限制了全球快速学习,其经验率可能仍与水热系统相似,但在合适背景下(如均质地质、知识溢出强)可能实现局部高学习率。
在讨论部分,研究人员首先指出,全球经验率为负且国家间差异巨大,表明地热学习高度依赖本地地质、政策和产业条件。这挑战了国际能源署(IEA)关于2035年成本下降80%的乐观预测,但支持美国等特定区域通过EGS实现50%–75%成本下降的预期。其次,对政策制定者,建议地热扩张应基于区域能力评估,稳定监管、支持早期勘探、促进与石油和天然气行业的合作。对能源系统建模者,应使用区域差异化经验率,而非全球统一假设。对学术研究者,应重视本地学习动态,超越全球平均。最后,研究人员通过类比核能(标准化与定制化平衡)和页岩气(本地高学习但未全球化)强调了产业结构和制度选择对学习路径的影响。研究结论部分可翻译为:研究人员通过514个电厂数据集和51次专家访谈,提供了首个一致的地热全球和国家层面经验率估计及解释。分析表明,地热发电的全球学习有限,尽管在特定条件下可实现显著局部学习。全球成本并未随部署而持续下降,但美国等国家因有利地质、政策环境和石油天然气知识溢出而呈现正经验率。本地经验率的巨大差异凸显地热学习的高度背景依赖性。因此,地热不太可能像太阳能光伏或风能那样全球规模化,但在满足关键前提的区域市场中,它可能成为主要的可再生基础负荷电源。