Hệ thống địa nhiệt cải tiến: Công nghệ ngầm nổi lên như một ứng cử viên sáng giá cho năng lượng sạch

Hệ thống địa nhiệt cải tiến: Công nghệ ngầm nổi lên như một ứng cử viên sáng giá cho năng lượng sạch

    Hệ thống địa nhiệt cải tiến: Công nghệ ngầm nổi lên như một ứng cử viên sáng giá cho năng lượng sạch
    Bài viết của Colton Poore, Đại học Princeton

    Enhanced geothermal systems: An underground tech surfaces as a serious clean energy contender

    Khu vực địa nhiệt cải tiến Cape Station của Fervo Energy nằm gần Milford, Utah. Nguồn: Fervo Energy


    Theo một phân tích mới của Princeton, một công nghệ từng bị bỏ qua, khai thác nhiệt từ Trái Đất để tạo ra điện, có thể cung cấp tới 20% lượng điện tại Hoa Kỳ vào năm 2050.

    Được công bố trên tạp chí Joule, nghiên cứu này phát hiện ra rằng nếu chi phí triển khai các hệ thống địa nhiệt cải tiến (EGS) giảm xuống khi công nghệ này được triển khai rộng rãi hơn - theo xu hướng được quan sát thấy trong các công nghệ năng lượng khác - thì nó có thể nổi lên là công nghệ năng lượng sạch quan trọng thứ ba sau năng lượng gió và mặt trời.

    Phân tích đã chứng minh rằng hơn 250 gigawatt địa nhiệt cải tiến có thể được triển khai vào năm 2050 nếu công nghệ này có thể được triển khai ở mức cơ bản hoặc với chi phí thấp hơn dự kiến. Để so sánh, lưới điện hiện nay có tổng công suất khoảng 1.200 gigawatt.

    Với các chính sách liên bang đầy tham vọng hơn, chẳng hạn như chính sách phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, ngay cả những ước tính chi phí đắt đỏ nhất cho địa nhiệt tăng cường cũng đã giúp triển khai hơn 500 gigawatt vào năm 2050, bao gồm cả các khu vực phía đông sông Mississippi vốn trước đây được coi là nguồn tài nguyên địa nhiệt chất lượng thấp.

    "Giả sử sự hỗ trợ cho năng lượng sạch vững chắc từ Đạo luật Giảm Lạm phát vẫn được duy trì, chúng tôi nhận thấy rằng EGS rất có thể sẽ chiếm một tỷ lệ rất lớn trong sản lượng điện trên toàn nước Mỹ", tác giả chính Wilson Ricks, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Trung tâm Năng lượng và Môi trường Andlinger, cho biết. "Các nhà quy hoạch và hoạch định chính sách nên coi trọng công nghệ này."

    Địa nhiệt tăng cường hoạt động như thế nào?
    Địa nhiệt tăng cường bao gồm việc khoan sâu dưới lòng đất qua các lớp đá cứng, nóng và không thấm nước để tạo thành một bể chứa ngầm. Sau đó, chất lỏng lạnh được bơm vào bể chứa tại một giếng và được chiết xuất dưới dạng chất lỏng nóng từ một giếng khác. Chất lỏng nóng được sử dụng để quay tuabin và tạo ra điện.

    So với năng lượng địa nhiệt thông thường, vốn chỉ giới hạn ở các khu vực có hồ chứa siêu nhiệt tự nhiên như The Geysers ở California, địa nhiệt tăng cường có thể được triển khai ở bất cứ đâu có đá nóng đủ gần bề mặt Trái Đất.

    Mặc dù có tiềm năng, địa nhiệt tăng cường vẫn bị bỏ qua trong hầu hết các mô hình hệ thống năng lượng, một phần là do dự án thương mại quy mô thí điểm đầu tiên ở Hoa Kỳ mới được đưa vào hoạt động cách đây vài năm. Đồng thời, ước tính chi phí cho các hệ thống này phụ thuộc vào cả giá công nghệ khoan lẫn độ sâu và nhiệt độ của đá, khiến việc mô hình hóa trở nên phức tạp hơn so với các công nghệ khác.

    "Không giống như năng lượng mặt trời, chúng ta không thể chỉ nhìn vào hình ảnh vệ tinh để xác định vị trí tốt nhất có thể", Ricks nói. "Chúng ta cần phải có người thực sự đào sâu xuống lòng đất và xác nhận xem nhiệt độ và địa chất có phù hợp hay không."

    Con đường thương mại hóa địa nhiệt tăng cường
    Theo Ricks, địa nhiệt tăng cường có thể dễ dàng hơn trong việc chiếm lĩnh thị trường năng lượng so với các công nghệ như hạt nhân tiên tiến và thu giữ carbon, vốn cũng có thể cung cấp năng lượng sạch 24/7. Đó là bởi vì công nghệ này có thể tận dụng các nguồn tài nguyên địa nhiệt chất lượng cao để khởi động một vài dự án đầu tiên.

    Mặc dù các nhà máy đầu tiên cho tất cả các công nghệ mới hầu như luôn đắt đỏ, nhưng chi phí xây dựng thêm các nhà máy thường giảm dần theo thời gian khi các công ty tích lũy thêm kỹ năng và kinh nghiệm thông qua một hiện tượng được gọi là đường cong học tập.

    Đồng thời, việc địa nhiệt tăng cường phụ thuộc vào đá nóng tạo ra một loại đường cong tài nguyên: việc triển khai ở những nơi có đá nóng gần bề mặt, chẳng hạn như phần lớn miền Tây Hoa Kỳ, sẽ rẻ hơn và đắt hơn ở các khu vực phía đông sông Mississippi, nơi đá nóng nằm sâu hơn dưới lòng đất.

    Do đó, việc đặt các nhà máy đầu tiên gần các nguồn tài nguyên nhiệt tốt nhất có thể giúp bù đắp chi phí xây dựng ban đầu cao, cho phép EGS sớm có được chỗ đứng so với các công nghệ tương tự, mở đường cho sự cất cánh thương mại trên toàn quốc.

    Ngay cả khi các chính sách hiện tại bị bãi bỏ, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng địa nhiệt tăng cường vẫn có thể tìm thấy một thị trường lớn ở miền Tây Hoa Kỳ. Tuy nhiên, họ lưu ý rằng sự hỗ trợ liên bang liên tục có thể rất quan trọng để cho phép công nghệ này trở nên phù hợp ở cấp độ quốc gia.

    "Giai đoạn đầu của quá trình học hỏi, khi một công nghệ ở mức đắt đỏ nhất và đang cạnh tranh để được thị trường chấp nhận ban đầu, là lúc sự hỗ trợ của chính phủ có tác động lớn nhất", Jesse Jenkins, trưởng nhóm nghiên cứu, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ và Trung tâm Năng lượng và Môi trường Andlinger, cho biết. "Sự hỗ trợ liên bang liên tục sẽ rất quan trọng để cho phép thương mại hóa EGS và các công nghệ mới nổi khác trên quy mô lớn."

    Mặc dù các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng họ đã đưa ra các giả định về tốc độ học hỏi công nghệ của EGS có thể khác với dữ liệu thực tế, họ cho biết bài báo của họ là phân tích chi phí EGS có cơ sở thực nghiệm và đáng tin cậy nhất cho đến nay. Họ cũng cho biết công trình của họ sẽ được cải thiện khi các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về chi phí công nghệ EGS và hiểu biết chính xác hơn về nhiệt độ đá ngầm trên khắp đất nước.

    "Trong một thời gian dài, chúng tôi chỉ dựa vào mô hình, mô phỏng và lý thuyết," Ricks nói. "Giờ đây, đã có những thành quả thực sự, với các dự án quy mô thí điểm đã đi vào hoạt động và hy vọng các dự án 100 megawatt sẽ sớm được đưa vào vận hành. Chúng tôi hiện có nhiều thông tin hơn về công nghệ này so với vài năm trước, và chúng tôi đã sử dụng thông tin đó để chứng minh rằng EGS có thể là một nhân tố quan trọng trong hệ thống năng lượng tương lai."

    Thông tin thêm: Wilson Ricks và cộng sự, Con đường dẫn đến việc áp dụng năng lượng địa nhiệt nâng cao trên quy mô quốc gia thông qua việc giảm chi phí dựa trên kinh nghiệm, Joule (2025). DOI: 10.1016/j.joule.2025.101971

    Thông tin tạp chí: Joule

    Được cung cấp bởi Đại học Princeton

    Zalo
    Hotline