Lưu trữ năng lượng bằng hầm lò than và hầm mỏ muối: Kinh nghiệm quốc tế và khả năng ứng dụng tại Việt Nam

1. Giới thiệu

Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng sang các nguồn tái tạo như điện mặt trời và gió, việc ổn định lưới điện trở nên cấp thiết. Lưu trữ năng lượng (Energy Storage Systems – ESS) là giải pháp then chốt để cân bằng cung – cầu điện và giảm thiểu lãng phí. Một trong những phương pháp đang được nghiên cứu và triển khai trên thế giới là sử dụng hầm lò than hoặc hầm mỏ muối để lưu trữ năng lượng dưới dạng áp lực khí hoặc bơm nước, tận dụng các không gian ngầm có sẵn. Việt Nam, với mạng lưới mỏ than đã khai thác và tiềm năng thủy điện lớn, có thể học hỏi các mô hình quốc tế để phát triển lưu trữ năng lượng bền vững.

2. Tổng quan các dự án quốc tế

2.1 Lưu trữ năng lượng bằng hầm mỏ muối

Hầm mỏ muối được xem là “bể chứa năng lượng ngầm” lý tưởng do tính ổn định cơ học và khả năng chịu áp lực cao. Một số dự án nổi bật:

• Germany – Huntorf & McIntosh
  Các cơ sở nén khí dưới hầm mỏ muối tại Huntorf (1978) và McIntosh (1991, Mỹ) đã chứng minh khả năng lưu trữ năng lượng quy mô công nghiệp bằng khí nén (CAES – Compressed Air Energy Storage). Hệ thống nén khí khi điện dư thừa và giải phóng khí để chạy tuabin khi cần, ổn định lưới điện.

• China – Qinghai & Yulin Projects
  Trung Quốc đang phát triển các dự án CAES quy mô lớn, sử dụng các hầm muối đã khai thác để lưu trữ khí nén. Dự án Qinghai CAES dự kiến đạt công suất 300 MW, kết hợp với điện gió, giúp giải quyết vấn đề dao động nguồn năng lượng tái tạo ở các tỉnh miền Tây Trung Quốc.

2.2 Lưu trữ năng lượng bằng hầm lò than

Các hầm lò than cũ có thể tận dụng để lưu trữ năng lượng áp lực hoặc bơm nước:

• Allemagne – Projekt Energiespeicher Lausitz
  Một số hầm than bỏ hoang tại Đức được khảo sát để chuyển đổi thành kho lưu trữ khí nén hoặc kho chứa nước bơm. Giải pháp này vừa tận dụng không gian sẵn có, vừa giảm chi phí so với xây dựng hầm mới.

• China – Shanxi & Inner Mongolia
  Trung Quốc đang thử nghiệm lưu trữ năng lượng trong các hầm than cũ bằng phương pháp CAES, kết hợp với điện gió và mặt trời. Ước tính hiệu quả lưu trữ lên tới hàng trăm MWh, giúp tăng tính linh hoạt cho hệ thống điện lưới.

2.3 Thủy điện tích năng (Pumped Hydro Storage – PHS)

Thủy điện tích năng là hình thức lưu trữ năng lượng đã được triển khai lâu đời và hiệu quả:

• Vietnam’s potential
  Việt Nam có nhiều hồ thủy điện lớn, có thể phát triển thêm các dự án PHS quy mô vừa và nhỏ. Các dự án bơm nước lên hồ trên khi thừa điện và xả nước phát điện khi cần có thể hỗ trợ lưới điện tái tạo, đặc biệt ở khu vực miền Trung và Tây Nguyên.

3. Khả năng ứng dụng tại Việt Nam

3.1 Tận dụng hầm mỏ than đã khai thác

• Việt Nam hiện có nhiều hầm than đã khai thác tại Quảng Ninh, Thái Nguyên, Quảng Bình…

• Các hầm này có thể chuyển đổi thành kho khí nén (CAES) hoặc kho chứa năng lượng áp lực, tiết kiệm chi phí so với đào hầm mới.

• Thách thức: đảm bảo an toàn cơ học, chống rò rỉ khí, tính toán áp lực và nhiệt độ phù hợp.

3.2 Phát triển thủy điện tích năng

• Việt Nam có nhiều hồ thủy điện và địa hình thuận lợi để xây dựng các nhà máy PHS.

• Ưu điểm: công nghệ成熟, hiệu quả chuyển đổi năng lượng cao (~70–85%).

• Nhược điểm: chi phí đầu tư lớn, cần đánh giá tác động môi trường và xã hội.

3.3 Lưu trữ kết hợp với nguồn năng lượng tái tạo

• Các dự án PHS hoặc CAES có thể kết hợp với điện mặt trời và gió để ổn định nguồn điện, giảm lãng phí và tăng độ tin cậy của lưới.

• Ví dụ: dùng năng lượng dư thừa từ các nhà máy điện mặt trời miền Trung để nén khí hoặc bơm nước lên hồ PHS.

4. Kết luận và khuyến nghị

• Lưu trữ năng lượng bằng hầm mỏ than và hầm muối là giải pháp tiềm năng, đã được triển khai thành công ở nhiều quốc gia như Đức, Mỹ và Trung Quốc.

• Việt Nam có thể tận dụng hạ tầng hầm than đã khai thác để phát triển CAES, đồng thời mở rộng thủy điện tích năng tại các khu vực hồ sẵn có.

• Khuyến nghị:

  1. Thực hiện khảo sát kỹ thuật các hầm than bỏ hoang để đánh giá khả năng chuyển đổi thành kho lưu trữ năng lượng.

  2. Xây dựng mô hình thử nghiệm PHS kết hợp năng lượng tái tạo để đánh giá hiệu quả và chi phí.

  3. Hợp tác quốc tế để áp dụng công nghệ CAES và quản lý rủi ro, đảm bảo an toàn cho người dân và môi trường.

• Việc triển khai các giải pháp này sẽ góp phần thúc đẩy Việt Nam phát triển hệ thống năng lượng sạch, ổn định và bền vững trong dài hạn.