Thế giới đang nhanh chóng hướng tới một tương lai năng lượng tái tạo. Để hỗ trợ quá trình chuyển đổi, chúng ta phải chuẩn bị nguồn cung cấp năng lượng dự phòng cho những thời điểm mà các tấm pin mặt trời và tua-bin gió không sản xuất đủ điện.
Một địa điểm thủy điện bơm (thủy điện tích năng) tiềm năng sử dụng Mỏ vàng Cadia Hill gần Orange ở NSW. Tín dụng: Google, Airbus.
Một giải pháp là xây dựng thêm hệ thống lưu trữ năng lượng thủy điện bằng bơm (thủy điện tích năng). Nhưng sự mở rộng này nên xảy ra ở đâu?
Nghiên cứu mới của chúng tôi đã xác định được hơn 900 địa điểm phù hợp trên khắp thế giới: tại các địa điểm khai thác trước đây và hiện tại. Khoảng 37 địa điểm ở Úc.
Các mỏ khai thác lộ thiên khổng lồ sẽ được biến thành hồ chứa nước để lưu trữ năng lượng tái tạo. Nó sẽ mang lại cho các địa điểm này một sức sống mới và giúp củng cố tương lai phát thải thấp của thế giới.
Lợi ích của việc tích trữ thủy điện bằng bơm
Lưu trữ năng lượng thủy điện bằng bơm (thủy điện tích năng) đã được chứng minh trên quy mô lớn trong hơn một thế kỷ. Trong vài năm qua, chúng tôi đã xác định được những địa điểm tốt nhất cho hệ thống thủy điện được bơm "vòng kín" trên khắp thế giới.
Không giống như các hệ thống thủy điện thông thường vận hành trên sông, các hệ thống khép kín được đặt cách xa sông. Họ chỉ cần hai hồ chứa, một hồ chứa cao hơn hồ chứa kia, giữa đó nước chảy xuống một đường hầm và qua tuabin, tạo ra điện.
Nước có thể được giải phóng và sản xuất điện để bù đắp những thiếu hụt trong việc cung cấp điện khi sản lượng từ năng lượng mặt trời và gió thấp (ví dụ vào những ngày nhiều mây hoặc không có gió). Và khi gió và mặt trời sản xuất nhiều điện hơn mức cần thiết—chẳng hạn như vào những ngày nắng hoặc nhiều gió—nguồn điện dư thừa giá rẻ này sẽ được sử dụng để bơm nước ngược lên đồi lên hồ chứa trên cùng, sẵn sàng xả ra trở lại.
Các khu vực ven sông có dấu chân môi trường rất nhỏ và cần rất ít nước để hoạt động. Lưu trữ năng lượng thủy điện được bơm cũng thường rẻ hơn so với lưu trữ pin ở quy mô lớn.
Pin là phương pháp được ưu tiên để lưu trữ năng lượng trong vài giây đến vài giờ, trong khi bơm thủy điện được ưu tiên để lưu trữ qua đêm và lâu hơn.
Tại sao sử dụng các khu mỏ đã khai thác?
Có những lợi ích lớn khi chuyển đổi các khu vực khai thác thành các nhà máy thủy điện tích năng.
Đầu tiên, hố đã được đào sẵn, giúp giảm chi phí xây dựng. Hơn nữa, các địa điểm khai thác thường đã được phục vụ bằng đường bộ và cơ sở hạ tầng truyền tải. Địa điểm này thường có khả năng tiếp cận nguồn nước mà các nhà khai thác mỏ có thể có quyền bơm. Và quá trình phát triển diễn ra trên vùng đất đã được dọn sạch thảm thực vật, tránh phải làm xáo trộn các khu vực mới.
Cuối cùng, có thể đã có được sự hỗ trợ của cộng đồng cho các hoạt động khai thác mỏ, điều này có thể dễ dàng chuyển sang địa điểm bơm thủy điện.
Ở Úc, một dự án lưu trữ năng lượng thủy điện tích năng đã được xây dựng tại khu mỏ vàng cũ ở Kidston ở Far North Queensland.
Các địa điểm khai thác tiềm năng (màu đỏ) thường nằm gần các đường dây truyền tải hiện có (màu xanh). Đường truyền: Khoa học địa chất Australia, CC BY 4.0. Tín dụng: Sơ đồ cơ sở: Google, Landsat / Copernicus.
Tính khả thi của hai dự án khác đang được đánh giá tại Mount Rawdon gần Bundaberg ở Queensland và tại Muswellbrook ở New South Wales. Cả hai đều sẽ tái sử dụng các hố khai thác cũ.
Những gì chúng tôi tìm thấy
Nghiên cứu trước đây của chúng tôi đã xác định các vị trí phù hợp ở các khu vực chưa phát triển (không bao gồm đất được bảo vệ) và sử dụng các hồ chứa hiện có. Bây giờ, chúng tôi đã chuyển sự chú ý sang các khu mỏ.
Nghiên cứu của chúng tôi đã sử dụng thuật toán máy tính để tìm kiếm các địa điểm phù hợp trên bề mặt Trái đất. Nó tìm kiếm các hố khai thác, hồ mỏ và ao chứa chất thải tại các địa điểm khai thác nằm gần vùng đất thích hợp cho một hồ chứa mới phía trên. Ý tưởng là hồ chứa và địa điểm khai thác được "kết hợp" và bơm nước vào giữa chúng.
Trên toàn cầu, chúng tôi đã xác định được 904 địa điểm khai thác phù hợp trên 77 quốc gia.
Khoảng 37 địa điểm phù hợp được đặt tại Australia. Chúng bao gồm các mỏ khai thác Mount Rawdon và Muswellbrook đang được điều tra.
Có một số lựa chọn tiềm năng ở Tây Úc: ở vùng quặng sắt Pilbara, phía nam Perth và xung quanh Kalgoorlie.
Các lựa chọn ở Queensland và New South Wales chủ yếu nằm ở bờ biển phía đông, bao gồm Mỏ Coppabella và các mỏ khai thác than gần Nhà máy điện Liddell cũ. Các địa điểm khả thi cũng tồn tại trong đất liền tại Mount Isa ở Queensland và tại mỏ vàng Cadia Hill gần Orange ở NSW.
Các địa điểm tiềm năng ở Nam Úc bao gồm mỏ than Leigh Creek cũ ở Dãy Flinders và mỏ Prominent Hill đang hoạt động ở phía tây bắc Adelaide. Tasmania và Victoria cũng đưa ra những địa điểm khả thi, mặc dù ở các bang này có nhiều lựa chọn phi khai thác khác để tích trữ thủy điện bằng bơm.
Chúng tôi không đề xuất đóng cửa các mỏ đang vận hành—thay vào đó, việc bơm thủy điện được coi là một phần của quá trình khôi phục địa điểm khi mỏ kết thúc vòng đời.
Nếu các địa điểm khai thác cũ được chuyển đổi thành bơm thủy điện thì phải giải quyết một số thách thức. Ví dụ, hố mỏ có thể chứa chất gây ô nhiễm mà nếu đổ đầy nước có thể thấm vào nước ngầm. Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục được bằng cách lót hồ chứa.
Nhìn về phía trước
Úc đã đặt mục tiêu dễ dàng đạt được là đạt được 82% điện tái tạo vào năm 2030.
Cơ quan Điều hành Thị trường Năng lượng Úc đề xuất đến năm 2050, quốc gia này cần khoảng 640 gigawatt giờ lưu trữ có thể điều động hoặc "theo yêu cầu" để hỗ trợ công suất năng lượng mặt trời và gió. Chúng tôi hiện có khoảng 17 gigawatt giờ lưu trữ điện, với nhiều dự án hơn được cam kết bởi Snowy 2.0 và các dự án khác.
37 địa điểm thủy điện tích năng tiềm năng mà chúng tôi đã xác định có thể cung cấp tiềm năng lưu trữ 540 gigawatt giờ. Kết hợp với các địa điểm không khai thác khác mà chúng tôi đã xác định trước đây, các tùy chọn có rất nhiều so với nhu cầu của chúng tôi.
