Theo truyền thống, việc tiếp cận năng lượng địa nhiệt phụ thuộc vào ba yếu tố quan trọng nhất của bất động sản: vị trí, vị trí và vị trí. Vì các nhà máy điện địa nhiệt thông thường cần đá nóng, thấm và nhiều chất lỏng ngầm nên việc sử dụng công nghệ này chủ yếu giới hạn ở những nơi có hoạt động núi lửa gần đây, chẳng hạn như Nhật Bản, New Zealand, Philippines, Kenya, El Salvador, Iceland và miền tây Hoa Kỳ.
Tín dụng: Pixabay/CC0 Public Domain
Tuy nhiên, trong 50 năm qua, các kỹ thuật ban đầu được phát triển cho các mỏ dầu và được điều chỉnh cho "hệ thống địa nhiệt nâng cao" (EGS) đã hứa hẹn khai thác được nguồn nhiệt tự nhiên sâu rộng trên một vùng rộng lớn hơn của hành tinh.
"Có rất nhiều sự phấn khích về năng lượng địa nhiệt tăng cường", Roland Horne, giáo sư khoa học và kỹ thuật năng lượng tại Trường Phát triển Bền vững Doerr thuộc Đại học Stanford, người đã triệu tập hơn 450 kỹ sư, nhà khoa học và nhà quản lý từ 28 quốc gia vào đầu tháng này tại Hội thảo Địa nhiệt Stanford lần thứ 50 để trao đổi ý tưởng và báo cáo kết quả từ các dự án trên khắp thế giới, cho biết.
Horne, người được mời tập hợp một nhóm tác giả để viết bài đánh giá cho tạp chí Nature Reviews Clean Technology số tháng 2 năm 2025 về EGS và tiềm năng cung cấp năng lượng ở quy mô lớn hơn, cho biết cho đến nay, hầu hết các ứng dụng EGS đều nhằm mục đích nghiên cứu tại các nhà máy quy mô nhỏ, đơn lẻ.
Hàng thiên niên kỷ sau khi người La Mã cổ đại khai thác nhiệt dưới lòng đất để sưởi ấm các tòa nhà của họ, và hơn một thế kỷ sau khi Ý khởi động nhà máy điện địa nhiệt đầu tiên trên thế giới, Horne và các đồng tác giả lưu ý rằng địa nhiệt hiện nay đóng góp tới 45% nguồn cung cấp điện ở một số quốc gia, như Kenya. Nhưng nó vẫn đóng góp chưa đến một nửa của 1% trên toàn cầu. Mặt trời và gió đóng góp nhiều hơn 25 lần. Với EGS, tiềm năng hiện có để địa nhiệt chiếm một phần lớn hơn nhiều trong nhu cầu năng lượng của nhân loại.
Khoan nhanh hơn giúp giảm chi phí
Horne cho biết nhiều kỹ thuật khoan tạo nên sự bùng nổ khí đá phiến vào đầu những năm 2000 đã được điều chỉnh để làm cho địa nhiệt hoạt động ở nhiều khu vực hơn với chi phí thấp hơn. Các kỹ thuật này bao gồm khoan ngang và nứt vỡ thủy lực, hay còn gọi là fracking, liên quan đến việc bơm chất lỏng ở áp suất cao vào các giếng khoan xuống và qua các khối đá sâu hàng nghìn feet dưới lòng đất. Áp suất buộc mở các vết nứt hiện có trong đá hoặc tạo ra các vết nứt mới, giúp dầu mỏ hoặc các chất lỏng khác chảy dễ dàng hơn lên bề mặt. Trong các hệ thống địa nhiệt tăng cường, chất lỏng chỉ là nước nóng từ các bể chứa ngầm tự nhiên.
Các kỹ thuật thích ứng khác bao gồm khoan nhiều giếng từ một bệ duy nhất để tăng hiệu quả và giảm chi phí. Mũi khoan kim cương tổng hợp, có thể khoan xuyên qua đá cứng, cũng đã được chứng minh là rất quan trọng, giúp có thể hoàn thành một giếng địa nhiệt mới trong vòng vài tuần thay vì vài tháng.
"Việc khoan nhanh hơn tạo ra sự khác biệt to lớn đối với toàn bộ nền kinh tế của EGS", Horne, Giáo sư Thomas Davies Barrow tại Stanford, đồng thời là thành viên ban cố vấn khoa học của một công ty phát triển địa nhiệt nâng cao do cựu sinh viên Stanford Tim Latimer, MS-MBA '17 và Jack Norbeck, Tiến sĩ '16 đồng sáng lập, cho biết.
Dựa trên một phần mô hình do nghiên cứu sinh tiến sĩ Mohammad Aljubran dẫn đầu, Horne và các đồng tác giả của bài báo đánh giá ước tính tốc độ khoan nhanh hơn có thể giúp các hệ thống địa nhiệt cải tiến có khả năng cạnh tranh với giá điện trung bình trên khắp Hoa Kỳ vào năm 2027, ở mức khoảng 80 đô la cho mỗi megawatt-giờ.
Tại California, nơi hiện đang lấy khoảng 5% điện từ địa nhiệt, các tác giả ước tính công suất địa nhiệt có thể tăng gấp mười lần với EGS để đạt 40 gigawatt vào năm 2045 và thay thế nhiên liệu hóa thạch cho điện cơ bản. Theo cách này, EGS sẽ bổ sung cho năng lượng tái tạo không liên tục của gió và mặt trời, tăng thêm tính ổn định cho lưới điện không phát thải carbon.
"Với EGS, chúng ta có thể đáp ứng được tải trọng", Horne cho biết, những người đồng tác giả của bài báo đánh giá ngày 31 tháng 1 bao gồm Norbeck và cựu sinh viên Mark McClure, MS '09, Tiến sĩ '12, đồng sáng lập và giám đốc điều hành của một công ty tiếp thị phần mềm mô hình hóa nứt gãy cho các công ty dầu khí và EGS. Những người đồng tác giả khác bao gồm William Ellsworth, giáo sư nghiên cứu danh dự về địa vật lý tại Trường Doerr về Phát triển bền vững; Eva Schill, người đứng đầu chương trình hệ thống địa nhiệt của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley; và Albert Genter, phó tổng giám đốc địa nhiệt tại Electricité de Strasbourg, đơn vị tham gia phát triển thương mại các dự án EGS tại Pháp.
Giảm thiểu rủi ro động đất
Tương tự như việc khai thác dầu và khí đốt bằng phương pháp thủy lực, việc phá vỡ các tảng đá sâu để tiếp cận các bể chứa địa nhiệt có thể gây ra động đất.
Một cách rõ ràng để giảm thiểu rủi ro một lần nữa lại quay trở lại vị trí: Đơn giản là tránh khoan ở những nơi dễ xảy ra động đất. Ví dụ, việc xây dựng một địa điểm trên đỉnh Đứt gãy San Andreas uốn lượn nguy hiểm qua California sẽ là một quyết định thiếu sáng suốt, Horne cho biết.
Một cách tiếp cận thứ hai là theo dõi hoạt động địa chấn bằng một hệ thống được gọi là giao thức đèn giao thông. Nếu một sự kiện địa chấn có cường độ nhất định xảy ra, các nhà điều hành sẽ giảm tốc độ khoan của họ. Các sự kiện địa chấn lớn hơn được coi là đèn đỏ dừng mọi hoạt động khoan và nhắc nhở xem xét trước khi có khả năng khởi động lại.
Horne cho biết, một chiến lược mới được phát triển để hạn chế động đất bao gồm việc tạo ra nhiều vết nứt nhỏ hơn trong quá trình khoan thay vì chỉ một hoặc một vài vết nứt lớn. Hầu hết các trận động đất liên quan đến EGS đều xảy ra khi các vết nứt lớn do con người kích thích được bơm đầy chất lỏng và kích hoạt các đứt gãy, vốn là các vết nứt tự nhiên có trong đá. "Một cách tiếp cận nhỏ giọt thay vì vòi rồng có thể làm giảm đáng kể nguy cơ và quy mô của động đất do kích thích", Horne cho biết.
Ông và các đồng nghiệp hy vọng nghiên cứu mới này sẽ khuyến khích thêm nhiều nghiên cứu và phát triển EGS như một nguồn năng lượng bền vững và đáng tin cậy. "EGS có thể là một bước ngoặt cho sản xuất năng lượng xanh không chỉ ở California mà còn trên khắp Hoa Kỳ và trên toàn thế giới", Horne cho biết. "Việc khai thác nhiệt bên trong Trái đất một cách an toàn có thể đóng góp đáng kể vào việc cung cấp năng lượng cho tương lai của chúng ta".
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
