Nóng hơn và sâu hơn: Kế hoạch khoan năng lượng địa nhiệt 'siêu tới hạn' của New Zealand có triển vọng và rủi ro như thế nào
Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain
Đảo Bắc của New Zealand có một số hệ thống địa nhiệt, một số trong số đó được sử dụng để tạo ra khoảng 1.000 MegaWatt điện. Nhưng sâu hơn nữa có thể còn có nhiều tiềm năng hơn nữa.
Chính phủ hiện đang đầu tư 60 triệu đô la New Zealand để khám phá cái được gọi là năng lượng địa nhiệt "siêu tới hạn", sau năm năm nghiên cứu khả thi do GNS Science dẫn đầu.
Địa nhiệt siêu tới hạn nóng hơn và sâu hơn các nguồn địa nhiệt thông thường. Nó nhắm mục tiêu vào các loại đá có nhiệt độ từ 375°C đến 500°C, gần—nhưng không nằm trong—magma.
Nước ở nhiệt độ và độ sâu này có năng lượng chuyển đổi thành điện cao hơn từ ba đến bảy lần so với thế hệ địa nhiệt thông thường ở nhiệt độ tương đối mát hơn từ 200°C đến 300°C.
Khoản đầu tư được dàn dựng, với 5 triệu đô la dành cho các nhà tư vấn quốc tế để thiết kế một giếng siêu sâu và các khoản tiền tiếp theo sẽ được giải ngân sau đó để khoan xuống độ sâu tới sáu km. Quá trình tham vấn đang được tiến hành, với bộ trưởng tài nguyên Shane Jones hy vọng sẽ thuyết phục được các chủ đất người Maori hợp tác.
GNS Science ước tính rằng Đảo Bắc trung tâm có thể có khoảng 3.500 MW tài nguyên này, mặc dù việc tiếp cận thực tế có thể khó khăn và tốn kém. Công ty tư vấn năng lượng Castalia đã được thuê để dự đoán giá trị phát triển, đề xuất từ 1.300 MW đến 2.000 MW, bắt đầu từ năm 2037.
Đây sẽ là một nguồn điện bổ sung rất lớn. Thậm chí còn tốt hơn nữa, nó sẽ làm giảm các đỉnh và đáy trong sản xuất phát sinh từ các nguồn năng lượng mặt trời và gió biến động hơn, dự kiến sẽ chiếm tỷ trọng ngày càng tăng trong sản xuất điện trong tương lai. Địa nhiệt siêu tới hạn được cho là tiết kiệm chi phí, điều đó có nghĩa là công nghệ này đáng được xem xét nghiêm túc. Nhưng những tuyên bố như vậy cần phải được xem xét kỹ lưỡng.
Các chính phủ kế tiếp đã hỗ trợ các dự án năng lượng lớn của nhà nước, bao gồm nhà máy điện Manapouri, thăm dò dầu mỏ vào đầu những năm 2000, khoan địa nhiệt ban đầu và điều tra một kế hoạch thủy điện bơm tại Hồ Onslow. Nhu cầu về an ninh năng lượng rõ ràng thúc đẩy các khoản đầu tư như vậy.
Nhưng New Zealand có một ngành công nghiệp địa nhiệt lành mạnh. Trong hai thập kỷ qua, các công ty địa nhiệt đã đầu tư 2 tỷ đô la vào hàng trăm giếng mới và nhà máy điện mới. Ngành công nghiệp này đã biết cách khoan giếng và thu lợi nhuận từ chúng. Vậy tại sao chính phủ lại can thiệp vào lúc này?
Trên thực tế, hoạt động thăm dò và phát triển địa nhiệt siêu tới hạn phải đối mặt với một số rủi ro về nghiên cứu, kỹ thuật và kinh tế. Các doanh nghiệp tư nhân dường như không muốn tự mình gánh chịu chúng, thúc đẩy chính phủ can thiệp để thiết lập tính khả thi.
Cách nứt đá mềm
Một vấn đề mà địa nhiệt siêu tới hạn có thể gặp phải là việc khoan sâu hơn có thể tìm thấy nhiều đá nóng, nhưng không có nhiều nước. Các thí nghiệm khoan ở Nhật Bản và Ý đã chỉ ra rằng có thể đạt tới nhiệt độ 500°C, nhưng trong cả hai trường hợp, đá rất dẻo (dẻo và dễ kéo giãn) do nhiệt độ cao đến mức không thể giữ được các khoảng hở cần thiết để nước chảy.
Tuy nhiên, trải nghiệm lại khác ở Iceland, nơi hai giếng đã tìm thấy nước trên 400°C. Ở giai đoạn này, vẫn chưa rõ liệu điều này là do Iceland có các loại đá đặc biệt—đặc biệt là bazan, ít dẻo hơn—hay do đất nước này đang bị kéo giãn bởi các lực kiến tạo với tốc độ cao. New Zealand ít có khả năng trông cậy vào bazan hơn nhưng họ lại trải qua quá trình kéo giãn kiến tạo nhanh chóng.
Khoan sâu sẽ kiểm tra giả thuyết quan trọng này: có độ thấm (các khoảng hở để nước chảy qua) ở điều kiện siêu tới hạn hay không? Cách duy nhất để biết chắc chắn là khoan xuống.
Nếu không có độ thấm, chính phủ có thể từ bỏ khoản đầu tư hoặc tìm cách tạo ra độ thấm. Phương pháp thủy lực nứt vỡ nhiều giai đoạn ("fracking") là một phương án đã được áp dụng ở nước ngoài trong ngành khí đá phiến Bắc Mỹ. Phương án này gần đây cũng đã được chứng minh trong một số hệ thống địa nhiệt của Hoa Kỳ.
Ngay cả khi chúng tôi tìm thấy độ thấm, nước được tạo ra trong các giếng siêu tới hạn của Iceland vẫn có tính ăn mòn rất lớn. Một phương án tốt hơn có thể là bơm nước lạnh vào giếng, ngăn chặn chất lỏng ăn mòn. Nước được bơm vào sẽ nóng lên và bốc lên hệ thống địa nhiệt bên trên—đẩy nhiệt lên cao.
Tuy nhiên, cả phương pháp bơm nước và fracking đều có thể gây ra động đất, có thể là động đất mạnh 4-5 độ richter mỗi năm hoặc động đất mạnh 5-6 độ richter sau vài thập kỷ. Điều này đã xảy ra vào năm 2017 tại Pohang ở Hàn Quốc, nơi bơm nước gây ra trận động đất mạnh 5,5 độ richter. Điều này dẫn đến việc hủy bỏ dự án địa nhiệt.
Nhưng có nhiều dự án địa nhiệt khác mà việc bơm nước không gây ra hoạt động động đất đáng lo ngại.
Cạnh tranh khốc liệt từ năng lượng mặt trời, gió và pin
Rủi ro khác là kinh tế. Địa nhiệt siêu tới hạn có thể khả thi về mặt kỹ thuật một ngày nào đó, nhưng tiềm năng đóng góp của nó ở New Zealand sẽ bị hạn chế nếu nó không thể đánh bại các thế hệ khác
về công nghệ về chi phí.
Trên toàn thế giới, lĩnh vực năng lượng tái tạo tiếp tục bị gián đoạn do chi phí giảm chưa từng có do những đổi mới trong lưu trữ pin quy mô tiện ích và quang điện mặt trời.
Nhưng chuỗi cung ứng phần lớn ở nước ngoài, chủ yếu tập trung ở Trung Quốc. Điều này làm tăng thêm sự phức tạp về mặt địa chính trị cho phép tính an ninh năng lượng. Các giải pháp trong nước là một thế mạnh.
Tuy nhiên, Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế báo cáo chi phí giảm 89% và 86% cho các mô-đun pin và năng lượng mặt trời từ năm 2010 đến năm 2023. Chi phí năng lượng mặt trời giảm 33% mỗi lần khối lượng xây dựng tăng gấp đôi. Chi phí pin giảm đang cho phép triển khai quy mô lớn để làm phẳng các đỉnh và đáy của thế hệ năng lượng mặt trời và gió không liên tục.
Bối cảnh chi phí thay đổi này tạo ra sự bất ổn về tài chính cho các nhà đầu tư năng lượng. Mặc dù chi phí giảm có thể không kéo dài mãi mãi, nhưng rất khó để biết khi nào chúng sẽ ổn định. Trong khi đó, chi phí địa nhiệt đã ổn định trong một thời gian dài. Một khoản đầu tư địa nhiệt trị giá hàng tỷ đô la có thể nhanh chóng trở nên không cạnh tranh.
Bất chấp tất cả những cảnh báo này, chúng ta không nên bỏ qua tín hiệu tích cực của việc chính phủ đặt cược vào khoa học và đổi mới của New Zealand. Sẽ rất thú vị khi chứng kiến những gì đang diễn ra ở độ sâu sáu km dưới lòng đất. Và mặc dù kế hoạch không phải là khoan để tìm magma, một vụ va chạm ngẫu nhiên (như đã xảy ra ở Iceland) sẽ dẫn đến một số khoa học đáng kinh ngạc.
Cuối cùng, an ninh năng lượng xứng đáng được coi trọng trong dài hạn. Mặc dù địa nhiệt siêu tới hạn sẽ không khắc phục được tình trạng dễ bị tổn thương trước mắt của chúng ta trước tình trạng khan hiếm vào mùa đông, nhưng nó có thể giúp tránh các vấn đề tương tự vào những năm 2040.
