“Pin năng lượng dưới lòng đất”: Khi sỏi và nước ngầm trở thành giải pháp lưu trữ năng lượng cho tương lai
Annie Nguyễn – 9/3/2026
Trong quá trình chuyển dịch năng lượng toàn cầu, một trong những thách thức lớn nhất của năng lượng tái tạo là tính gián đoạn. Điện gió và điện mặt trời thường tạo ra lượng điện dư thừa vào những thời điểm nhu cầu thấp, trong khi lại thiếu hụt khi nhu cầu tăng cao. Vì vậy, việc phát triển các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn đang trở thành ưu tiên hàng đầu của nhiều quốc gia.
Một giải pháp đầy hứa hẹn đang được nghiên cứu và triển khai tại châu Âu và Nhật Bản là Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) – công nghệ sử dụng các tầng nước ngầm chứa cát và sỏi dưới lòng đất như một “pin nhiệt” tự nhiên.
Biến tầng nước ngầm thành hệ thống lưu trữ năng lượng
ATES hoạt động dựa trên các tầng chứa nước ngầm (aquifer) nằm sâu dưới lòng đất. Các tầng này thường bao gồm các lớp cát, sỏi hoặc đá có khả năng chứa và truyền nước. Trong hệ thống ATES, các tầng nước này được sử dụng như một bể lưu trữ nhiệt và lạnh tự nhiên.
Một hệ thống ATES điển hình có hai giếng:
-
một giếng lưu trữ nước lạnh
-
một giếng lưu trữ nước nóng
Vào mùa hè, nước lạnh được bơm từ giếng lạnh lên để làm mát tòa nhà. Sau khi hấp thụ nhiệt, nước nóng sẽ được bơm xuống giếng nóng để lưu trữ. Đến mùa đông, quy trình được đảo ngược: nước ấm được bơm lên để sưởi ấm, còn nước lạnh lại được trả về giếng lạnh.
Chu trình này cho phép tái sử dụng nhiệt theo mùa, biến tầng nước ngầm thành một hệ thống lưu trữ năng lượng khổng lồ dưới lòng đất.
Giảm mạnh phát thải và tiêu thụ điện
Theo các nghiên cứu và thử nghiệm gần đây, hệ thống ATES có thể mang lại lợi ích môi trường đáng kể. Tại Nhật Bản, công nghệ này có thể giúp giảm gần 75% lượng phát thải CO₂ so với các hệ thống sưởi và làm lạnh truyền thống. Đồng thời, mức tiêu thụ điện năng có thể giảm khoảng 40% so với hệ thống điều hòa thông thường.
Điều này đặc biệt quan trọng vì hệ thống sưởi và làm mát tòa nhà chiếm gần một phần ba lượng phát thải CO₂ liên quan đến năng lượng trên toàn cầu.
Lưu trữ năng lượng tái tạo dư thừa
Một hướng phát triển mới của công nghệ ATES là lưu trữ điện tái tạo dư thừa.
Trong một dự án thí điểm tại Nhật Bản, điện dư từ gió và mặt trời được sử dụng để vận hành máy làm lạnh hoặc bơm nhiệt, tạo ra nước lạnh. Nước lạnh này sau đó được bơm xuống tầng nước ngầm để lưu trữ năng lượng. Khi cần, hệ thống có thể giải phóng nhiệt hoặc lạnh để cung cấp cho các tòa nhà.
Nhờ đó, ATES có thể hoạt động giống như một “pin năng lượng quy mô đô thị”, giúp cân bằng cung cầu điện trong hệ thống năng lượng tái tạo.
Ứng dụng trong đô thị và công nghiệp
Công nghệ này đặc biệt phù hợp cho các cơ sở có nhu cầu nhiệt lớn, chẳng hạn như:
-
sân bay
-
bệnh viện
-
trường đại học
-
trung tâm dữ liệu
-
khu đô thị lớn
Hiện nay, khoảng 85% hệ thống ATES trên thế giới nằm tại Hà Lan, nơi có điều kiện địa chất phù hợp và chính sách hỗ trợ mạnh mẽ từ chính phủ. Quốc gia này đã triển khai khoảng 3.000 hệ thống ATES, bao gồm một trong những hệ thống lớn nhất tại Đại học Công nghệ Eindhoven.
Một hướng đi mới cho lưu trữ năng lượng
Khi thế giới gia tăng tỷ trọng năng lượng tái tạo, nhu cầu về các hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả ngày càng trở nên cấp thiết.
Không giống như các hệ thống pin lithium cần diện tích lớn và chi phí cao, ATES tận dụng tài nguyên tự nhiên sẵn có dưới lòng đất để lưu trữ năng lượng một cách hiệu quả và tiết kiệm không gian.
Trong tương lai, các “pin năng lượng dưới lòng đất” như ATES có thể trở thành một phần quan trọng của hạ tầng năng lượng đô thị, giúp các thành phố giảm phát thải và sử dụng năng lượng tái tạo hiệu quả hơn.
