Cách khai thác và tăng cường năng lượng địa nhiệt tại Hoa Kỳ
Mục lục
Hệ thống địa nhiệt tăng cường là gì?Tái sử dụng các sáng kiến từ ngành dầu khí trong EGSQuản lý rủi ro và cơ hội cho EGSA cơ hội trong tương lai cho Hoa Kỳ và hơn thế nữa
Năng lượng địa nhiệt, khai thác nhiệt tự nhiên của Trái đất, có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu gấp đôi, theo dự đoán của các học giả.
Phát điện địa nhiệt đã được xác định là nguồn năng lượng cơ bản tái tạo. Tuy nhiên, về mặt lịch sử, nó chỉ giới hạn ở những khu vực có hoạt động kiến tạo cao — thường là gần núi lửa — nơi có thể dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên.
Địa nhiệt có tiềm năng rộng lớn hơn nhiều so với những điểm hấp dẫn đó, nhưng việc tiếp cận nhiệt dưới bề mặt của nó đã chứng tỏ là một thách thức, bị cản trở bởi cả công nghệ và chi phí. Do đó, địa nhiệt chiếm chưa đến 0,5% công suất lắp đặt cho điện tái tạo trên toàn cầu. Hoa Kỳ chiếm một phần lớn trong tổng số toàn cầu, nhưng ngay cả khi đó, chỉ có 0,4% nhu cầu năng lượng của Hoa Kỳ hiện được đáp ứng bằng địa nhiệt.
Sự ra đời của hệ thống địa nhiệt tăng cường (EGS) có thể thay đổi đáng kể điều này, với chính phủ Hoa Kỳ và các cơ quan của họ hỗ trợ phát triển EGS.
Địa nhiệt là nguồn điện cơ bản đã được xác lập, nhưng trước đây rất khó để triển khai
Hệ thống địa nhiệt tăng cường là gì?
Các hệ thống địa nhiệt thông thường tạo ra năng lượng bằng cách tuần hoàn nước qua các loại đá thấm sâu dưới lòng đất, nơi nước thu được nhiệt xung quanh. Nước biến thành hơi nước được khai thác qua giếng và chạy tua-bin để tạo ra điện.
Các hệ thống này dựa vào các vết nứt tự nhiên trong đá mà nước có thể chảy qua. Tuy nhiên, có nhiều khu vực trên toàn cầu mà đá giữ đủ nhiệt nhưng không đủ thấm — hoặc đơn giản là nằm ngoài tầm với của các phương pháp khai thác thông thường.
Đây chính là lúc EGS xuất hiện.
EGS có thể cho phép tiếp cận các nguồn địa nhiệt mà trước đây không thể hoặc không khả thi để khai thác. Mặc dù các thí nghiệm với EGS có từ những năm 1970, nhưng những tiến bộ công nghệ gần đây đã đưa nó vào tầm ngắm.
Nó hoạt động bằng cách bơm chất lỏng áp suất cao vào đá để phá vỡ đá và làm cho đá thấm, một phương pháp tiên phong trong khai thác khí đá phiến bằng phương pháp thủy lực phá vỡ đá hay còn gọi là 'fracking'. Tuy nhiên, cải tiến công nghệ để tạo ra các mỏ mới phục vụ cho mục đích khai thác nhiệt còn tiến xa hơn nữa.
Dự án Red của Fervo Energy tại Nevada đã bắt đầu cung cấp năng lượng vào lưới điện. (Nguồn: Alastair Wiper / Google)
Sử dụng lại các cải tiến từ ngành dầu khí trong EGS
Một trong những công ty thúc đẩy sự quan tâm mới đối với EGS là Fervo Energy, trong đó có Mitsubishi Heavy Industries (MHI) là một trong những nhà đầu tư của mình. Công ty đã áp dụng công nghệ từ ngành dầu khí để cải thiện hiệu suất hệ thống địa nhiệt và thiết kế giếng.
Fervo đã áp dụng một phương pháp mới đối với cách khai thác năng lượng địa nhiệt thông thường. Các phương pháp này bao gồm khoan định hướng chính xác, cho phép khoan ngang vào các kho chứa địa nhiệt mà khoan thẳng đứng thông thường không thể tiếp cận được. Kỹ thuật này cũng cho phép Fervo khoan nhiều giếng từ cùng một vị trí, giúp giảm diện tích bề mặt cũng như rủi ro liên quan đến việc khoan.
Ngoài ra, cáp quang được triển khai trong các giếng cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao và dữ liệu thời gian thực để tìm ra các nguồn tài nguyên tốt nhất và tối ưu hóa dòng chảy chất lỏng qua bể chứa, nâng cao hiệu quả dưới bề mặt.
Khi năng lượng địa nhiệt được chuyển đổi thành điện bằng công nghệ chu trình rankine hữu cơ (ORC) từ công ty Turboden thuộc Tập đoàn MHI, không thải ra carbon dioxide và toàn bộ nước được đưa trở lại lòng đất.
Hai trung tâm dữ liệu của Google tại Nevada sử dụng điện địa nhiệt từ đối tác của MHI, Fervo Energy
Quản lý rủi ro và cơ hội cho EGS
Fervo Energy đang triển khai một dự án mới.
Dự án Red đã được triển khai tại Nevada vào năm 2021. Từ cuối năm ngoái, dự án đã giúp cung cấp điện cho lưới điện phục vụ các trung tâm dữ liệu của Google tại Nevada, hỗ trợ mục tiêu của công ty là chạy hoàn toàn bằng năng lượng không phát thải carbon vào năm 2030. Fervo gần đây đã công bố rằng dự án Red không hề suy giảm nhiệt trong hơn 10 tháng, đây là một bước quan trọng trong việc giảm thiểu rủi ro và chứng minh tính khả thi lâu dài của năng lượng địa nhiệt.
Hiện tại, họ đang xây dựng Cape Station, một dự án 400 MW tại Utah, được khởi công vào tháng 6 năm 2023. Kể từ đó, 15 giếng đã được khoan — một trong số đó chỉ trong 21 ngày, giảm 70% thời gian khoan so với Dự án Red. Những hiệu quả thiết thực này đã chuyển thành việc giảm chi phí đáng kể, giảm chi phí cho mỗi giếng từ 9,4 triệu đô la xuống còn 4,8 triệu đô la. Fervo đang hợp tác với Turboden để cung cấp thiết bị nhà máy điện cho giai đoạn 90 MW ban đầu của dự án Cape Station. Điều này bao gồm việc lắp đặt ba máy phát điện với sáu tua-bin ORC. Việc sản xuất thiết bị này đã được tiến hành.
Trọng tâm đổi mới của Fervo Energy cũng bao gồm việc quản lý các rủi ro liên quan đến EGS. Ví dụ, công ty sử dụng chất lỏng phun đơn giản như nước
ngăn chặn hóa chất làm ô nhiễm đá ngầm và tầng chứa nước ngầm. Tương tự như vậy, họ nỗ lực loại trừ nguy cơ động đất liên quan đến các kỹ thuật khai thác khí đá phiến bằng cách theo dõi chặt chẽ hoạt động địa chấn với sự hợp tác của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ. Một kế hoạch giảm thiểu cũng đã được đưa ra, nhưng hoạt động của Fervo vẫn chưa đạt đến ngưỡng của kế hoạch.
Cơ hội trong tương lai cho Hoa Kỳ và hơn thế nữa
Chính phủ Hoa Kỳ đã thể hiện sự ủng hộ đối với việc khai thác tiềm năng địa nhiệt rộng lớn, chưa được khai thác của đất nước. Luật Cơ sở hạ tầng Lưỡng đảng năm 2021 đã giải ngân 60 triệu đô la tiền quỹ để chứng minh và cải thiện hiệu quả của EGS tại Hoa Kỳ.
Mục tiêu của chính quyền Biden-Haris là giảm 90% chi phí EGS vào năm 2035, giảm rủi ro và mở rộng thị phần năng lượng địa nhiệt trong cơ cấu năng lượng của Hoa Kỳ.
Đóng góp của EGS vào tổng công suất địa nhiệt toàn cầu vẫn còn nhỏ nhưng ngoài Hoa Kỳ, cũng có các dự án EGS đang hoạt động ở các quốc gia bao gồm Vương quốc Anh, Úc và Nhật Bản. Sự hỗ trợ như khoản đầu tư của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ có thể thúc đẩy tăng trưởng. Tuy nhiên, cần phải có nỗ lực hợp tác với người dùng cuối doanh nghiệp để xây dựng nguồn cung đồng bộ với nhu cầu.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
