Nghiên cứu cho thấy địa nhiệt có thể là một công nghệ lưu trữ năng lượng lý tưởng

Nghiên cứu cho thấy địa nhiệt có thể là một công nghệ lưu trữ năng lượng lý tưởng

    Nghiên cứu cho thấy địa nhiệt có thể là một công nghệ lưu trữ năng lượng lý tưởng
    bởi Sharon Waters, Đại học Princeton

    The best place to store energy for the electric grid? You might be standing on it
    Giếng phun tại nhà máy địa nhiệt Blue Mountain. Ảnh: Dennis Schroeder / NREL
    Đối với các vùng của Hoa Kỳ, nơi tốt nhất để lưu trữ một lượng lớn năng lượng cho lưới điện có thể nằm ngay dưới chân chúng ta.

    Năng lượng địa nhiệt, dựa vào đá nóng ở xa bề mặt trái đất, từ lâu đã được sử dụng làm nguồn sưởi ấm và phát điện. Nhưng những tiến bộ gần đây trong công nghệ khoan đã mở ra cơ hội mới để triển khai rộng rãi năng lượng địa nhiệt. Nó đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu tại Đại học Princeton chứng minh trong một bài báo trên tạp chí Năng lượng Ứng dụng rằng địa nhiệt cũng có thể đóng vai trò là một công nghệ lý tưởng để lưu trữ năng lượng. Hơn nữa, địa nhiệt có thể bổ sung năng lượng gió và mặt trời, cung cấp năng lượng khi mặt trời không chiếu sáng hoặc gió chết.

    "Trên khắp miền Tây Hoa Kỳ, nơi có nhiều tiềm năng về địa nhiệt, đây có thể là mảnh ghép còn thiếu để đạt được tất cả các cách để đạt được một hệ thống điện không carbon kết hợp với nhiều gió và năng lượng mặt trời và nhu cầu sử dụng pin ngắn hơn Jesse Jenkins, nhà nghiên cứu chính của dự án và là trợ lý giáo sư về Cơ khí và Hàng không vũ trụ và Trung tâm Năng lượng và Môi trường Andlinger, cho biết.

    Địa nhiệt là một công nghệ cổ xưa và đã được sử dụng để sưởi ấm trong nhiều thế kỷ. Boise, Idaho, làm nóng phần lớn trung tâm thành phố bằng địa nhiệt. Trong thời hiện đại, địa nhiệt đã mở rộng sang lĩnh vực công nghiệp điện, dẫn động các máy bơm nhiệt và cung cấp năng lượng điện cho lưới điện. Các lợi thế của công nghệ năng lượng tái tạo bao gồm khả năng phát điện liên tục, bảo trì tương đối thấp và không tạo ra carbon.

    Nhưng đối với điện quy mô lưới, địa nhiệt vẫn là một người chơi thích hợp. Đó là bởi vì công nghệ yêu cầu các vị trí cụ thể. Chủ yếu, các kỹ sư cần các khu vực địa chất nóng khá gần với bề mặt, các thành tạo đá nứt nẻ đóng vai trò tản nhiệt và tiếp cận với chất lỏng để di chuyển nhiệt lên bề mặt. (Dưới đây là tổng quan về năng lượng địa nhiệt.) Điều đó đang thay đổi nhanh chóng khi các kỹ sư đang phát triển các công nghệ mới nhằm mở rộng đáng kể việc phát điện địa nhiệt.

    Cải tiến quan trọng khai thác các công nghệ từ lĩnh vực dầu khí, bao gồm khoan định hướng và kích thích thủy lực, để tạo ra các hệ thống đứt gãy nhân tạo ở bất cứ nơi nào người ta có thể tìm thấy đá nóng, không thấm nước. Nếu thành công, các công ty thương mại hóa các kỹ thuật mới này có thể mở ra một nguồn tài nguyên sạch, có thể tái tạo, có khả năng cuối cùng cung cấp hàng trăm gigawatt điện chỉ riêng ở Hoa Kỳ.

    "Khả năng di chuyển khỏi những vị trí rất cụ thể này, nơi bạn có tất cả những thứ phù hợp ở đúng nơi, đến bất cứ nơi nào bạn có thể tiếp cận đá đủ nóng mà không cần khoan quá sâu, có nghĩa là địa nhiệt tăng cường có thể mở ra một cơ sở tài nguyên rộng lớn hơn nhiều , ”Jenkins nói.

    Hóa ra, những kỹ thuật mới lạ này có một lợi thế tiềm ẩn khác đã bị bỏ qua cho đến nay. Nước lưu thông qua hệ thống đứt gãy nhân tạo được chứa trong các tảng đá không thấm nước, có nghĩa là nó không thể rò rỉ ra ngoài, và điều đó làm cho các hồ địa nhiệt này trở thành một cách tuyệt vời để lưu trữ một lượng lớn năng lượng khi nhu cầu thấp và sau đó giải phóng năng lượng khi nhu cầu cao. . Tích trữ năng lượng và chuyển sản xuất sang những thời điểm có giá trị nhất làm tăng lợi nhuận địa nhiệt và hoạt động như một sự bổ sung hoàn hảo cho các hệ thống tái tạo có thể thay đổi phụ thuộc vào thời tiết như gió và mặt trời.

    Jack Norbeck, đồng sáng lập và CTO của Fervo Energy, một công ty phát triển có trụ sở tại Houston, cho biết: “Chúng tôi đã chạy mô phỏng hồ chứa để đánh giá các hệ thống mà chúng tôi đang thiết kế. Các mô phỏng cho thấy hệ thống địa nhiệt của họ có thể hoạt động để cung cấp năng lượng ổn định, hoặc tải cơ sở, nhưng cũng để lưu trữ và chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả để sử dụng sau này. "Chúng tôi có thể vận hành chúng cả ở chế độ tải cơ bản và chế độ linh hoạt, đây là một bước tiến lớn của công nghệ địa nhiệt."

    Vào năm 2020, các kỹ sư tại Fervo tự tin rằng hệ thống của họ sẽ hoạt động. Nhưng họ muốn biết về tính kinh tế của hệ thống và cách tích hợp công nghệ vào lưới điện một cách tối ưu. Để có câu trả lời, Fervo đã tiếp cận Jenkins, người đứng đầu Phòng thí nghiệm ZERO của Princeton.

    Jenkins nói: “Đó chính xác là loại câu hỏi mà chúng tôi thích xem xét. "Đây là những câu hỏi thực tế sẽ hướng dẫn việc ra quyết định trong thế giới thực cũng như đầu tư và đổi mới, nhưng vẫn chưa được trả lời trong các tài liệu học thuật. Vì vậy, đó là dự án hoàn hảo cho chúng tôi — điều gì đó là một câu hỏi mở trong nghiên cứu nơi câu trả lời ngày hôm nay, ngay lập tức, quan trọng đối với các quyết định mà những người thực sự đang đưa ra về cách phân bổ thời gian, tiền bạc và nỗ lực đổi mới của họ. "

    Norbeck, CTO của Fervo, đã hỗ trợ kỹ thuật cho nghiên cứu. Ông cho biết cốt lõi của ý tưởng là kết hợp năng lượng nhiệt của các lớp đá dưới lòng đất với năng lượng cơ học của các lớp đá chồng lên nhau. Các kỹ sư của Fervo sử dụng khoan ngang 

    Kỹ thuật làm lạnh để tạo ra một loạt các lỗ khoan phun và sản xuất được kết nối với nhau bằng nhiều kênh nhỏ trong đá, tạo thành một hồ chứa trong lòng đất khoảng 10.000 feet dưới lòng đất, nơi nước có thể được làm nóng. Thay vì ngay lập tức sử dụng nước nóng để chạy tua-bin phát điện, các kỹ thuật viên dẫn nước nóng, có áp suất vào mạng lưới kênh của hồ chứa. Chất lỏng tích tụ trong bể chứa và uốn dẻo đá, và áp suất đó sau đó có thể được giải phóng để đẩy chất lỏng nóng lên bề mặt để cung cấp năng lượng cho các tua-bin phát điện.

    Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ thống này có thể được sử dụng để lưu trữ và điều hành điện trong nhiều khoảng thời gian, từ chỉ vài giờ cho đến nhiều ngày cùng một lúc - làm cho nó khác biệt với hầu hết các công nghệ lưu trữ khác. "Hiệu quả phụ thuộc vào địa chất và các đặc điểm khác của đá", Norbeck nói. Nhưng nhìn chung, "hóa ra hình thức lưu trữ năng lượng này lại là một trong những hình thức lưu trữ năng lượng dài hạn rẻ nhất."

    Wilson Ricks, một Tiến sĩ ứng cử viên ngành kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ đồng thời là nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm ZERO, đã dẫn đầu cuộc nghiên cứu và cho biết kết quả của nghiên cứu vượt quá những gì anh ấy mong đợi ban đầu.

    Ricks, tác giả chính của bài báo cho biết: “Ý tưởng này có vẻ đơn giản và tao nhã: bạn có hệ thống này, nó có những đặc tính vốn có và có lẽ chúng ta có thể khai thác chúng để lưu trữ năng lượng… gần giống như đóng băng trên một chiếc bánh”. "Rõ ràng, nó có giá trị hơn trong hầu hết mọi bối cảnh và thực sự là một lợi thế tiềm năng thực sự lớn."

    Bài báo, Giá trị của việc lưu trữ năng lượng trong hồ chứa để vận chuyển linh hoạt năng lượng địa nhiệt, đã được xuất bản trên Tạp chí Năng lượng Ứng dụng.

    Bài báo đầu tiên xem xét tác động của một loại cây đầu tiên. Nhưng khi công nghệ được triển khai ở quy mô lớn, nó có thể thay đổi và thay đổi giá điện hoặc động lực thị trường, vì vậy hiện nhóm nghiên cứu đang sử dụng các mô hình lập kế hoạch công suất điện dài hạn để xem xét kết quả cân bằng dài hạn và tác động lên thị trường. Kết quả từ nghiên cứu đầu tiên đã giúp Fervo chứng minh giá trị gia tăng của phương pháp lưu trữ mới này và nhận được khoản tài trợ có tính cạnh tranh cao từ Cơ quan Năng lượng-Dự án Nghiên cứu Tiên tiến của Bộ Năng lượng (ARPA-E). Dự án mới nhất là nỗ lực chung của Fervo, Phòng thí nghiệm ZERO của Princeton, Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley và Đại học Rice và sẽ liên quan đến việc trình diễn thực địa và thu thập dữ liệu thực tế về hiệu suất của mạng lưới đứt gãy nhân tạo và lưu trữ năng lượng trong hồ chứa.

    "Đây là loại nội dung mà chúng tôi thấy thực sự thú vị, nơi bạn có thể trả lời loại câu hỏi mở này bằng các công cụ mô hình hóa hệ thống năng lượng của chúng tôi, sau đó trực tiếp dẫn đến đầu tư và đổi mới hơn nữa và hy vọng sẽ đẩy nhanh việc áp dụng các công nghệ có tác động Jenkins nói.

    Zalo
    Hotline