Năng lượng địa nhiệt: năng lượng của tương lai

07:00 | 24/09/2021

|
(PetroTimes) - Năng lượng địa nhiệt có thể là một giải pháp tiềm năng trong số các các công nghệ carbon thấp? Câu hỏi được đặt ra khi các nguồn năng lượng gió và mặt trời có chi phí cạnh tranh đang phát triển mạnh mẽ, đóng góp phần lớn vào tốc độ tăng trưởng nguồn cung điện năng cho quá trình điện khí hóa toàn cầu đến năm 2050.
Năng lượng địa nhiệt: năng lượng của tương lai
Giàn khoan thử nghiệm Thor tại Hverahlid, Iceland. Nguồn: Iceland Drilling.

Sử dụng năng lượng địa nhiệt đã được chứng minh là có ít rủi ro hơn so với các công nghệ phát thải carbon thấp khác là hydro và công nghệ thu gom, lưu trữ carbon (CCS), vốn có chi phí tương đối cao và còn nhiều vấn đề về mặt kỹ thuật cần chứng minh. Hãng phân tích Wood Mackenzie mới đây đã có bài phân tích về triển vọng của năng lượng địa nhiệt trong tiến trình giảm phát thải carbon toàn cầu.

Theo giám đốc dịch vụ chuyển tiếp năng lượng của Wood Mackenzie Prakash Sharma, các nguồn năng lượng địa nhiệt sẽ góp phần tăng cường an ninh năng lượng ở khu vực địa phương. Thế giới hiện đã phát triển các giải pháp mới, tiên tiến để có thể khai thác năng lượng địa nhiệt, trở thành trung tâm trong xu hướng không phát ròng carbon toàn cầu.

Năng lượng địa nhiệt: năng lượng của tương lai
So sánh tiết kiệm chi phí của các loại hình năng lượng: than, hydrogen và địa nhiệt. Nguồn: Wood Mackenzie

Thứ nhất, năng lượng mặt trời và năng lượng gió không thể tự vận hành hoàn toàn. Khả năng gián đoạn, thay đổi theo thời tiết là một rủi ro lớn. Trong hệ thống điện năng tương lai, các dự án điện gió, điện mặt trời cần được bổ sung hệ thống pin lưu trữ năng lượng để đáp ứng nhu cầu điện lúc cao điểm và giảm tải công suất cho hệ thống lưới điện. Đây là lý do mà năng lượng địa nhiệt thu hút sự quan tâm của dư luận khi địa nhiệt là nguồn năng lượng 24/7 và có khả năng linh hoạt.

Thứ hai, năng lượng địa nhiệt đã được biết đến và đưa vào sử dụng từ lâu. Theo dữ liệu của Wood Mackenzie Lens tại 38.000 mỏ dầu và khí đốt, nguồn năng lượng này sử dụng nhiệt năng tự nhiên của Trái Đất, tỏa ra từ vùng lõi - nơi có nhiệt độ 5.500 độ C. Tính từ mặt đất trở xuống, nhiệt độ tăng trung bình khoảng 30 độ C/km. Năng lượng địa nhiệt bề mặt hoặc gần bề mặt đã được con người sử dụng cung cấp nhiệt và điện năng trong nhiều thập kỷ qua. Máy bơm nhiệt từ lòng đất đã được sử dụng rộng rãi và phổ biến trên thị trường đại chúng. Trong chương trình “Fit for 55” của Liên minh châu Âu (EU), máy bơm nhiệt được coi là công cụ trung tâm nhằm sử dụng nguồn địa nhiệt thay thế khí và dầu cho mục đích sưởi ấm trong sinh hoạt và thương mại.

Các hệ thống năng lượng địa nhiệt thông thường khai thác nguồn nước nóng, hơi nước ở độ sâu lên đến 200 m, cung cấp cho tuabin sản xuất điện. Những dự án địa nhiệt thông thường vận hành tại các địa điểm như Iceland và khu vực Vành đai lửa Thái Bình Dương. Khả năng mở rộng quy mô, khai thác nguồn nhiệt sâu hơn đối với năng lượng địa nhiệt là rất triển vọng. Hệ thống địa nhiệt tiên tiến (EGS/AGS) có thể khai thác nguồn nhiệt than ở độ sâu lên tới 3 km và hơn thế nữa. Trong các hệ thống phức tạp, các nhà điều hành có thể xây dựng thêm giếng khoan ngang, kết nối hai giếng thẳng đứng, tạo hình chữ “U” khép kín. Nước trên bề mặt sẽ được bơm vào hệ thống giếng chữ “U” mang theo nguồn nhiệt năng cung cấp cho tuabin sản xuất điện và tiếp tục tuần hoàn. Hệ thống phức tạp này phụ thuộc vào các kỹ thuật khoan và hoàn thiện giếng tiên tiến, vốn được sử dụng phổ biến trong ngành dầu khí. Sự chênh lệch nhiệt độ có thể tính toán được, qua đó thiết kế được quy mô dự án, phục vụ các trung tâm tiêu thụ năng lượng lớn.

Thứ ba là chi phí khai thác năng lượng địa nhiệt đang giảm. Bản thân nguồn năng lượng này là vô tận, miễn phí và chi phí chuyển đổi năng lượng thấp. Phần chi tiêu vốn chủ yếu tập trung vào công tác khoan và hoàn thiện giếng để khai thác nhiệt năng. Mặc dù công tác khoan hệ thống giếng phức tạp và tốn kém, nhưng lợi ích thu được khi giếng đi vào vận hành là rất kể: nguồn năng lượng phát thải carbon thấp và sử dụng được trong nhiều thập kỷ. Theo Wood Mackenzie, chi phí năng lượng (LCOE) của các dự án địa nhiệt thử nghiệm hiện nay vào khoảng 180 USD/MWh. Wood Mackenzie kỳ vọng với sự hỗ trợ từ các chính phủ, tiến bộ khoa học công nghệ trong kỹ thuật khoan và tăng trưởng đầu tư trong lĩnh vực này sẽ giúp LCOE giảm đáng kể như những gì đã trải qua đối với năng lượng gió và mặt trời.

Theo quan điểm của Wood Mackenzie, LCOE của năng lượng địa nhiệt có thể giảm xuống 75 USD/MWh vào năm 2030 và 55 USD/MWh vào năm 2050, giúp loại hình này hoàn toàn cạnh tranh với các điện than, điện khí mới áp dụng công nghệ CCS hoặc với các lò phản ứng hạt nhân module nhỏ (SMR). Ngoài ra, các nhà đầu tư có thể kết hợp khai thác nguồn nước ngầm giàu lithium để phục vụ cho sản xuất pin điện, pin nhiên liệu hydro, góp phần cải thiện kinh tế hơn nữa của dự án.

Hiện nay, các tập đoàn Chevron, BP, EnBW và Mitsui đang hợp tác với các công ty chuyên ngành về năng lượng địa nhiệt như EavorLoop, Greenfire và Causeway GT trong các dự án khai thác nước nóng ở New Zealand, Canada (Alberta), Mỹ (California, Utah, Nevada), Đức, Iceland, Nhật Bản và Vương quốc Anh.

Theo các kịch bản năng lượng 1,5 độ C và 2 độ C (AET-1,5 và AET-2) của Wood Mackenzie, nhu cầu điện năng toàn cầu sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050. Trong đó, công suất lắp đặt điện mặt trời và điện gió sẽ chiếm phần lớn mức tăng trưởng 10.000 GW đến năm 2050, còn năng lượng địa nhiệt được dự báo sẽ đạt 100 GW. Yếu tố quyết định đến triển vọng của loại hình năng lượng mới này sẽ là LCOE. Wood Mackenzie kỳ vọng, LCOE địa nhiệt sẽ tiếp tục giảm, giúp nâng tổng công suất năng lượng địa nhiệt toàn cầu lên 1.000 GW vào năm 2050, vượt qua công suất hạt nhân và thủy điện toàn cầu.

Tiến Thắng