Khi thế giới tìm kiếm những cách sáng tạo hơn bao giờ hết để khử cacbon, một thị trấn nhỏ ở Bavaria sẽ sớm sử dụng Trái đất như một cục pin sạc khổng lồ.
Không quan trọng là ngày hay đêm, gió hay lặng, mùa đông hay mùa hè; thị trấn Geretsried sẽ nhận được một lượng điện cơ bản liên tục — và cuối cùng là sưởi ấm cho lưới điện khu vực — nhờ công nghệ địa nhiệt “vòng kín”.
Có lẽ đáng kể nhất, một hệ thống như thế này có thể được khởi chạy ở hầu hết mọi nơi, có khả năng đánh dấu sự kết thúc của xổ số địa lý về tính sẵn có của địa nhiệt.
Rào cản đối với năng lượng địa nhiệt
Địa nhiệt là nguồn năng lượng tái tạo mà con người đã sử dụng hàng nghìn năm nay , nhưng chúng ta chỉ mới bắt đầu khám phá toàn bộ tiềm năng thương mại của nhiệt dưới lòng đất.
Có lẽ trở ngại lớn nhất đối với sự gia tăng của năng lượng địa nhiệt là chi phí khoan ban đầu. Khoan một giếng sâu 4 km có thể tiêu tốn vài triệu đô la và trung bình chỉ một nửa số giếng thăm dò đầu tiên thành công. Tìm một tầng chứa nước ngầm nóng và chiết xuất chất lỏng là không dễ dàng.
Một vấn đề lớn khác là các điều kiện cần thiết để khai thác sức mạnh của địa nhiệt chỉ xuất hiện ở một số nơi trên thế giới, thường là nơi có nhiều hoạt động kiến tạo.
Vậy làm thế nào công nghệ vòng kín có thể giải quyết những vấn đề này và nó hoạt động như thế nào?
Dự án trình diễn Eavor-Lite ở Alberta, Canada
Hệ thống vòng khép kín
Ở Bavaria, công nghệ địa nhiệt vòng kín của công ty Canada Eavor bổ sung một chất lỏng trên mặt đất và sau đó truyền chất lỏng này xung quanh một hệ thống kín — hơi giống bộ tản nhiệt ô tô luân chuyển nhiệt từ động cơ của phương tiện. Nhiệt độ cao từ sâu dưới lòng đất làm nóng chất lỏng, chất lỏng này di chuyển trở lại bề mặt nơi nó có thể được sử dụng để tạo nhiệt hoặc điện.
Chất lỏng được Trái đất làm nóng và lưu thông trong một mạng lưới khép kín các giếng ngầm, cung cấp nguồn năng lượng đáng tin cậy, nhất quán và có thể mở rộng.
Không cần khai thác chất lỏng dưới đất nên không cần xác định vị trí và khai thác các tầng chứa nước dưới đất. Hệ thống cũng không cần phải ở gần hoạt động kiến tạo.
Máy bơm cũng không cần thiết — chất lỏng lưu thông tự nhiên thông qua một quá trình gọi là xi phông nhiệt, trong đó chất lỏng nóng dâng lên ở giếng đầu ra, trong khi chất lỏng mát rơi xuống.
Công nghệ Chu trình Rankine hữu cơ có thể tạo ra điện bằng cách sử dụng các nguồn nhiệt ở nhiệt độ thấp và trung bình. Tín dụng: Turboden
điện theo yêu cầu
Vòng lặp Eavor có thể làm chậm hoặc dừng hoàn toàn dòng nhiệt, cho phép chất lỏng ở gần nguồn nhiệt lâu hơn, giúp 'sạc' chất lỏng bằng nhiệt. Nhiệt đó sau đó có thể được gửi đi sau đó, khi cần thiết, giống như có một cục pin sạc dưới lòng đất.
Dự án có sự hỗ trợ từ Quỹ đổi mới của EU và là triển khai thương mại đầu tiên của công nghệ địa nhiệt khép kín.
Nhưng Eavor-Loop cũng cần được kết nối với công nghệ chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng. Trong trường hợp của địa điểm ở Bavaria, Eavor đã chọn hệ thống Chu trình Rankine hữu cơ (ORC) từ công ty Turboden của tập đoàn Công nghiệp nặng Mitsubishi (MHI) .
Các hệ thống ORC rất linh hoạt — chúng có thể tạo ra điện và nhiệt điện từ nhiều nguồn năng lượng, từ năng lượng tái tạo như địa nhiệt, nhiên liệu truyền thống như khí đốt tự nhiên và thậm chí cả nhiệt thải từ các nguồn công nghiệp.
Ví dụ, ở vùng sản xuất dầu ô liu Puglia của Ý, nông dân sử dụng những nhánh cây ô liu không mong muốn làm nhiên liệu sinh học với hệ thống ORC. Quá trình này rất giống nhau mặc dù nguồn nhiệt khác nhau.
Hướng tới trung hòa carbon
Hầu hết các công nghệ địa nhiệt đều yêu cầu các điều kiện cụ thể và hiếm gặp để sử dụng hiệu quả. Nhưng việc kết hợp công nghệ vòng kín với tua-bin ORC có thể mở ra khả năng tiếp cận năng lượng địa nhiệt để phát điện.
Một nguồn năng lượng ổn định, đáng tin cậy, không phát thải là cơ hội quý giá cho bất kỳ quốc gia nào trên con đường tiến tới mức không sử dụng ròng. Với sự kết hợp giữa ORC và các hệ thống vòng kín mở ra khả năng cung cấp địa nhiệt, pin Trái đất khổng lồ của Geretsried có thể trở thành một kế hoạch chi tiết cho phần còn lại của thế giới.
