Hệ thống địa nhiệt nâng cao (EGS) là các hồ chứa do con người tạo ra hoặc được làm giàu bên dưới bề mặt Trái đất, từ đó nhiệt có thể được chiết xuất để sản xuất năng lượng địa nhiệt. Năng lượng do các hồ chứa này tạo ra có thể đóng vai trò là nguồn điện thay thế, giúp giảm thiểu lượng khí thải carbon.
Một giàn khoan tại dự án thí điểm EGS của Fervo ở Nevada. Tín dụng: Năng lượng Fervo.
Cho đến nay, EGS chủ yếu được xem là nguồn điện ổn định và đáng tin cậy, có thể hoạt động ổn định theo thời gian. Tuy nhiên, những hồ chứa địa nhiệt này cũng có khả năng lưu trữ năng lượng lâu hơn trước khi chuyển thành điện năng, thay vì chuyển đổi toàn bộ tại một thời điểm nhất định.
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm ZERO của Đại học Princeton và nhà phát triển Fervo Energy của EGS gần đây đã thực hiện một nghiên cứu khám phá tác động tiềm tàng của việc sử dụng EGS một cách linh hoạt và lưu trữ năng lượng mà chúng tạo ra trong những nỗ lực lâu dài liên tục nhằm mục đích sản xuất điện khử cacbon. Những phát hiện của dự án của họ đã được công bố trên tạp chí Nature Energy.
Wilson Ricks, đồng tác giả của bài báo, nói với Tech Xplore: “Bài báo này là sự hợp tác giữa nhóm nghiên cứu của tôi tại Princeton, Phòng thí nghiệm ZERO và Fervo Energy, một công ty khởi nghiệp công nghệ hệ thống địa nhiệt nâng cao”. "Dự án nhằm mục đích khám phá những lợi ích tiềm năng của hoạt động linh hoạt cho cả EGS với tư cách là một ngành công nghiệp và cho lưới điện đã khử cacbon mà nó có thể tham gia."
Ý tưởng cho rằng EGS có thể được vận hành linh hoạt đã có từ nhiều thập kỷ trước và lần đầu tiên được chứng minh vào những năm 1990. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu và những nỗ lực không ngừng nhằm mục đích khử cacbon trong hệ thống điện đã khơi dậy sự quan tâm đến ý tưởng này, cuối cùng đã truyền cảm hứng cho Ricks và các cộng tác viên của ông thực hiện nghiên cứu của họ.
Ricks giải thích: “Sự hồi sinh trở lại gần đây của sự phát triển EGS và nhu cầu ngày càng tăng về tính linh hoạt và lưu trữ năng lượng trong các hệ thống điện sử dụng lượng lớn năng lượng gió và mặt trời đã truyền cảm hứng cho chúng tôi xem xét kỹ hơn về lợi ích của phương pháp này”.
"Các đồng tác giả của tôi và lần đầu tiên tôi thực hiện mô phỏng chi tiết về các hồ chứa EGS đang vận hành linh hoạt. Chúng tôi đã sử dụng những mô phỏng này để phát triển bản trình bày chính xác về EGS linh hoạt trong GenX, mô hình quy hoạch hệ thống điện nguồn mở mà ZERO Lab phát triển và duy trì."
GenX là một mô hình tối ưu hóa được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và phòng thí nghiệm ZERO tại Princeton, được thiết kế để đưa ra dự đoán về nhu cầu, sản xuất và lưu trữ điện. Mô hình này hoạt động bằng cách xác định các cấu hình ít tốn kém nhất cho hệ thống điện dựa trên một nhóm công nghệ sẵn có cũng như các ràng buộc về chính sách và vật lý khác nhau.
Là một phần trong nghiên cứu của họ, Ricks và các cộng tác viên của ông đã đặc biệt sử dụng GenX để khám phá xem hoạt động linh hoạt của EGS có thể tác động như thế nào đến việc triển khai lâu dài năng lượng địa nhiệt ở miền Tây Hoa Kỳ. Ngoài ra, họ còn đặt ra mục tiêu xác định xem liệu những hoạt động linh hoạt này có thể giảm chi phí của hệ thống điện đã khử cacbon trong cùng khu vực hay không.
Ricks cho biết: “Chúng tôi đã cố gắng trình bày cơ sở tài nguyên địa nhiệt sẵn có càng chi tiết càng tốt, lập bản đồ sẵn có ở các nhiệt độ và độ sâu khác nhau trong khu vực”. "Chúng tôi cũng kết hợp các chi tiết bổ sung như sự thay đổi nhiệt độ không khí theo giờ tại địa phương, điều này có tác động đến sản lượng điện của một số nhà máy địa nhiệt."
Các phân tích được thực hiện bởi nhóm các nhà nghiên cứu này cho thấy EGS có thể là nguồn tài nguyên hữu ích hơn nhiều để khử cacbon điện so với dự đoán trước đây. Hoạt động linh hoạt của các hệ thống này và việc lưu trữ năng lượng trong hồ chứa đã giúp tăng cường đáng kể sự đóng góp của chúng vào nỗ lực khử cacbon, giảm đáng kể chi phí cung cấp điện số lượng lớn.
Ricks cho biết: “Bằng cách cung cấp cả nguồn năng lượng sạch, chắc chắn và lưu trữ năng lượng lâu dài, EGS có thể hoạt động như một sự bổ sung tất cả trong một cho năng lượng gió và năng lượng mặt trời giá rẻ nhưng không liên tục”. "Kết quả của chúng tôi cũng cho thấy rằng các nỗ lực R&D của EGS nên tập trung nhiều vào việc tăng 'giá trị' của công nghệ thông qua hoạt động linh hoạt cũng như vào việc giảm chi phí."
Nhìn chung, công việc của nhóm các nhà nghiên cứu này cho thấy rằng việc chuyển sang vận hành linh hoạt các EGS và triển khai phương pháp lưu trữ năng lượng địa nhiệt dài hạn trong hồ chứa có thể thuận lợi cho việc giảm chi phí điện trên khắp miền Tây Hoa Kỳ và có thể cả ở các khu vực khác. trên toàn thế giới. Nghiên cứu này có thể cung cấp thông tin cho các nỗ lực nghiên cứu và hoạch định chính sách trong tương lai, có khả năng góp phần đầu tư mới vào hệ thống năng lượng địa nhiệt.
Ricks cho biết thêm: “Bây giờ chúng tôi có kế hoạch tiếp tục khám phá cách EGS có thể đóng vai trò trong quá trình khử cacbon điện, đặc biệt bằng cách phác thảo các lộ trình tiềm năng từ trạng thái công nghệ mới nổi đến triển khai trên quy mô rộng”.
"Về mặt kỹ thuật, các nguyên tắc cơ bản của hoạt động linh hoạt đã được chứng minh thành công tại địa điểm dự án thí điểm của Fervo ở Nevada vào mùa xuân vừa qua, đồng thời công việc trình diễn và giảm thiểu rủi ro tiếp theo đã được lên kế hoạch."
