Tại sao địa nhiệt là tấm vé nóng đến các trung tâm dữ liệu carbon thấp?
Năng lượng địa nhiệt có tiềm năng lớn, nhưng đã bị khai thác không hết trong nhiều năm. Mặc dù đã có trong hơn một thế kỷ, nhưng tác động toàn cầu của nó vẫn còn hạn chế. Các công nghệ khoan và quản lý tài nguyên mới, nhiều công nghệ đến từ ngành dầu khí, hiện đang giúp giảm chi phí và khai thác các bể chứa sâu hơn.
Những cải tiến này có thể biến địa nhiệt thành một phần quan trọng của các hệ thống năng lượng trong tương lai, đặc biệt là đối với các trung tâm dữ liệu đang phát triển mạnh.
Nhu cầu điện của các trung tâm dữ liệu: Cuộc khủng hoảng năng lượng tiếp theo?
Các trung tâm dữ liệu đã chứng kiến mức sử dụng điện tăng mạnh trong những năm gần đây, bắt đầu từ một cơ sở nhỏ. Một báo cáo vào tháng 12 năm 2024 từ Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley (LBL) cho thấy nhu cầu điện của trung tâm dữ liệu tăng 20-25% mỗi năm vào đầu những năm 2020. Tỷ lệ sử dụng điện của họ trong tổng lượng điện sử dụng của Hoa Kỳ đã tăng từ khoảng 2% vào năm 2020 lên khoảng 4,5% vào năm 2024.
Đến năm 2028, các trung tâm dữ liệu sẽ tiêu thụ từ 325 đến 580 TWh điện, chiếm 6,7% đến 12% tổng lượng điện sử dụng của Hoa Kỳ.
Nguồn: Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley
Các công ty công nghệ lớn như Amazon, Microsoft và Meta đang mở rộng nhanh chóng. Sự tăng trưởng này thúc đẩy các công ty tiện ích và nhà hoạch định chính sách tìm kiếm các giải pháp năng lượng bền vững.
Vai trò của năng lượng địa nhiệt trong tương lai ít carbon
Năng lượng địa nhiệt khai thác nhiệt của Trái đất để sản xuất điện với lượng khí thải tối thiểu. Không giống như gió và mặt trời phụ thuộc vào thời tiết, các nhà máy địa nhiệt hoạt động ở công suất hơn 90%. Điều này đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định.
Theo EIA, các nhà máy điện địa nhiệt tạo ra điện mà không cần đốt nhiên liệu, dẫn đến ô nhiễm rất thấp. Chúng thải ra ít hơn 97% lưu huỳnh và ít hơn 99% carbon dioxide so với các nhà máy nhiên liệu hóa thạch tương tự.
Các nhà máy này sử dụng máy lọc để loại bỏ hydro sunfua khỏi các hồ chứa tự nhiên. Sau đó, chúng đưa hơi nước và nước đã qua sử dụng trở lại lòng đất. Quá trình này giúp tái tạo tài nguyên và giảm lượng khí thải.
Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tiết lộ rằng,
Đến năm 2050, năng lượng địa nhiệt có thể tránh được tới 516 triệu tấn (MMT) khí thải tương đương CO₂. Con số này tương đương với việc loại bỏ 6 triệu ô tô khỏi đường mỗi năm.
Nguồn: Bộ Năng lượng Hoa Kỳ
Các mạch nước phun và lỗ phun khí ở những nơi như Công viên Quốc gia Yellowstone được pháp luật bảo vệ và là báu vật quốc gia.
Hệ thống Địa nhiệt Nâng cao (EGS): Nguồn điện lớn tiếp theo cho các Trung tâm Dữ liệu
Hoa Kỳ có khoảng 4 GW công suất địa nhiệt, chủ yếu ở California và Nevada. Địa nhiệt truyền thống khai thác hơi nước hoặc nước nóng tự nhiên. Công nghệ địa nhiệt thế hệ tiếp theo, được gọi là Hệ thống Địa nhiệt Nâng cao (EGS), sử dụng công nghệ khoan tiên tiến. Phương pháp này khai thác nhiệt từ các lớp đá sâu. Điều này mở rộng tiềm năng của nó ra ngoài các tiểu bang phía Tây.
EGS cung cấp giải pháp tuyệt vời cho nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và giúp giảm phát thải khí nhà kính. Bằng cách triển khai EGS tại các trung tâm dữ liệu, các công ty có thể tạo ra nguồn điện sạch và đáng tin cậy. Điều này khiến địa nhiệt trở thành lựa chọn khả thi cho tăng trưởng bền vững.
Rhodium Group cho biết năng lượng địa nhiệt có thể cung cấp 55-64% nhu cầu năng lượng của trung tâm dữ liệu vào đầu những năm 2030.
Các trung tâm dữ liệu quy mô lớn do Amazon, Microsoft và các công ty công nghệ lớn khác điều hành sẽ cần khoảng 27 GW điện vào năm 2030. Trong số này, 15-17 GW có thể đến từ các cơ sở địa nhiệt được xây dựng tại các trung tâm dữ liệu siêu quy mô.
Với vị trí chiến lược gần các địa điểm địa nhiệt tối ưu, chi phí năng lượng có thể giảm tới 45%.
Trong một kịch bản rộng hơn, địa nhiệt có thể cung cấp ít nhất 15% điện năng tại 20 trong số 28 trung tâm dữ liệu chính. Hầu hết tiềm năng địa nhiệt nằm ở phía tây Hoa Kỳ, nhưng các thành phố như Bắc Virginia, Chicago, Columbus và Memphis cũng có triển vọng. Chỉ Atlanta và Thành phố New York có tiềm năng hạn chế về địa nhiệt tại chỗ.
Nguồn: Báo cáo Rhodium
Làm mát trực tiếp: Giải pháp năng lượng thông minh
Địa nhiệt cũng có thể làm mát hiệu quả các trung tâm dữ liệu. Các cơ sở do AI điều khiển tạo ra nhiệt lượng quá mức, làm tăng nhu cầu về các hệ thống làm mát tiên tiến. Thay vì dựa vào các phương pháp điện như làm mát đoạn nhiệt hoặc làm mát bằng chất lỏng, địa nhiệt có thể quản lý nhiệt độ trực tiếp. Dưới đây là cách thực hiện:
Máy bơm nhiệt địa nhiệt sử dụng các đường ống ngầm để làm mát hiệu quả các thành phần CNTT.
Máy làm lạnh hấp thụ địa nhiệt sử dụng nhiệt cấp thấp để tạo ra khả năng làm mát thông qua quá trình bốc hơi.
Các tầng chứa nước ngầm nông cung cấp một cách khác để tiếp cận nhiệt độ ngầm ổn định để làm mát.
Bằng cách giảm nhu cầu khoan sâu, các phương pháp này giúp giảm chi phí và giảm thiểu việc sử dụng nước—một lợi thế ở các khu vực khan hiếm nước.
Tương lai của năng lượng địa nhiệt
Một báo cáo của NREL dự đoán rằng địa nhiệt sẽ chiếm 1,94% công suất phát điện của Hoa Kỳ vào năm 2035 và 3,94% vào năm 2050. Năng lượng địa nhiệt hoạt động ổn định. Tác động của nó đối với năng lượng sạch lớn hơn nhiều khi chúng ta xem xét tổng sản lượng điện.
Nguồn: NREL
Theo DOE, lưới điện Hoa Kỳ sẽ cần 700-900 GW công suất cố định bổ sung vào năm 2050. Địa nhiệt thế hệ tiếp theo có thể cung cấp 90-300 GW. Trong nhiều kế hoạch phi cacbon hóa, điện mặt trời PV và điện gió trên bờ là những yếu tố chính. Lưu trữ pin và khí đốt tự nhiên cung cấp hỗ trợ dự phòng.
Nguồn: DOE
Mặc dù có tiềm năng cacbon thấp, làm mát địa nhiệt không được sử dụng rộng rãi do chi phí trả trước cao. Tín dụng thuế và ưu đãi tiện ích
giúp các trung tâm dữ liệu tiết kiệm năng lượng và cắt giảm khí thải. Một số công ty đang đầu tư vào lĩnh vực này. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu. Điều này sẽ giúp cải thiện hiệu quả và giải quyết các vấn đề như tích tụ nhiệt ở một số vùng khí hậu nhất định.
Về mặt tích cực, DOE tiết lộ rằng chi phí có thể giảm xuống còn 60-70 đô la/MWh vào năm 2030. Mục tiêu của Enhanced Geothermal Shot™ của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ là 45 đô la/MWh vào năm 2035.
Các công ty công nghệ lớn đầu tư vào năng lượng địa nhiệt
Các công ty công nghệ lớn đang đầu tư vào địa nhiệt. Vào tháng 6 năm 2024, Alphabet đã hợp tác với NV Energy. Họ đã đảm bảo 115 MW điện địa nhiệt từ Fervo Energy.
Vài tháng sau, Meta đã hợp tác với Sage Geosystems. Họ đặt mục tiêu cung cấp điện địa nhiệt cho các trung tâm dữ liệu nằm ở phía đông dãy núi Rocky. Đây là lần đầu tiên trong khu vực. Các trung tâm dữ liệu sẽ phải trả thêm 20% cho năng lượng xanh so với mức giá thông thường.
Phân tích này cho thấy năng lượng địa nhiệt có thể chuyển đổi nguồn điện và làm mát của trung tâm dữ liệu. Với sự hỗ trợ từ đổi mới và chính sách, nó cung cấp một lựa chọn đáng tin cậy, phát thải thấp. Khi nhu cầu tăng lên, nó thúc đẩy ngành công nghiệp hướng tới tính bền vững.
