Năng lượng địa nhiệt thế hệ mới: Triển vọng, tiến độ và thách thức

Năng lượng địa nhiệt thế hệ mới: Tiềm năng, tiến độ và thách thức

Năng lượng địa nhiệt, một nguồn năng lượng sạch, liên tục và có thể tiếp cận ở nhiều địa điểm, đã chậm trễ trong việc được ứng dụng rộng rãi. Gần 2.000 năm trước, người La Mã đã sử dụng rộng rãi năng lượng địa nhiệt – nhiệt từ Trái Đất – bao gồm cả tại khu phức hợp spa ở Bath, Anh ngày nay. Điện năng lần đầu tiên được sản xuất từ các nguồn địa nhiệt vào đầu những năm 1900 ở Ý. Tại Hoa Kỳ, khu địa nhiệt Geysers ở California bắt đầu sản xuất điện trên quy mô lớn vào năm 1960, và thường xuyên sản xuất hơn 725 megawatt điện năng cơ bản hiện nay. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), năng lượng địa nhiệt vẫn chỉ cung cấp chưa đến 1% nhu cầu điện toàn cầu, mặc dù các quốc gia như Kenya (hơn 40% sản lượng điện) và Iceland (gần 30% điện và 90% sưởi ấm) đã chứng kiến sự ứng dụng rộng rãi.

Trong những năm gần đây, những tiến bộ công nghệ, dòng vốn tư nhân và sự thay đổi trong chính sách năng lượng và môi trường đã thúc đẩy sự quan tâm trở lại đối với việc mở rộng phát triển năng lượng địa nhiệt. Nếu chi phí dự án tiếp tục giảm, IEA dự đoán rằng năng lượng địa nhiệt có thể đáp ứng 15% mức tăng trưởng trong nhu cầu điện toàn cầu từ năm 2024 đến năm 2050. Nhiều quốc gia, bao gồm Hoa Kỳ, Indonesia, New Zealand và Thổ Nhĩ Kỳ, đang ưu tiên mở rộng năng lượng địa nhiệt như một phần trong chiến lược năng lượng rộng lớn hơn của họ.

Để đạt được sản xuất điện quy mô lớn từ các nguồn địa nhiệt sẽ phụ thuộc vào sự mở rộng đáng kể của cái gọi là địa nhiệt thế hệ mới. Điều này đề cập đến việc khai thác nhiệt từ đá gốc ở nhiệt độ từ 100 độ C đến hơn 400 độ C, thường ở độ sâu vài km dưới bề mặt. Tháng trước, Đại diện Quốc hội Hoa Kỳ Jake Auchincloss (D-MA) và Đại diện Mark Amodei (R-NV) đã giới thiệu luật lưỡng đảng để thúc đẩy nghiên cứu, thử nghiệm và phát triển một loại năng lượng địa nhiệt thế hệ mới được gọi là đá siêu nóng.

Năng lượng địa nhiệt tại MIT

Thông qua vai trò lãnh đạo trong việc sản xuất báo cáo có ảnh hưởng năm 2006 "Tương lai của Năng lượng Địa nhiệt" do cựu giáo sư MIT Jeff Tester đứng đầu, MIT và tổ chức tiền thân của Sáng kiến ​​Năng lượng MIT (MITEI) đã đóng một vai trò quan trọng trong chiến lược địa nhiệt quốc gia hai thập kỷ trước. Năm 2008, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học Plasma và Hợp hạch (PSFC) đã phát minh ra phương pháp khoan bằng sóng milimet với sự hỗ trợ từ một trong những khoản tài trợ đổi mới ban đầu của MITEI. Công nghệ này, có thể đặc biệt hữu ích cho các công trình địa nhiệt trong đá siêu nóng và đá sâu, đang được thương mại hóa bởi công ty spin-out MIT Quaise Energy.

MITEI đang tài trợ cho các dự án địa nhiệt thế hệ mới thông qua Trung tâm Hệ thống Năng lượng Tương lai của mình. Một dự án do Nhà khoa học Nghiên cứu của MITEI, Pablo Duenas-Martinez, dẫn đầu tập trung vào công nghệ kinh tế của việc sản xuất điện từ một nhà máy địa nhiệt đặt cùng vị trí với một trung tâm dữ liệu, một chủ đề phù hợp với thời điểm hiện tại khi các thỏa thuận mua bán điện từ các trung tâm dữ liệu được tạo ra bởi năng lượng địa nhiệt đang gia tăng. Hội nghị chuyên đề mùa xuân ngày 4 tháng 3 của MITEI tập trung vào năng lượng địa nhiệt thế hệ mới để tạo ra năng lượng ổn định, và nhiều công ty hàng đầu về thăm dò, khoan, phát triển hồ chứa và công nghệ tiên tiến làm việc trong lĩnh vực này đã cử các thành viên hội đồng và diễn giả. Vào ngày 5 tháng 3, MITEI đã hợp tác với Lực lượng Đặc nhiệm Không khí Sạch (CATF) để đồng tổ chức Hội nghị thượng đỉnh GeoTech, hội nghị này đã khám phá việc đẩy nhanh phát triển công nghệ và đầu tư vào địa nhiệt thế hệ mới.

Để chuẩn bị cho hội nghị chuyên đề gần đây, MITEI đã tổ chức một khóa huấn luyện chuyên sâu về địa nhiệt trong Kỳ Hoạt động Độc lập (IAP) của MIT, giới thiệu hơn 40 thành viên của cộng đồng MIT về những kiến thức cơ bản về địa nhiệt, các công nghệ quan trọng và nghiên cứu liên quan của MIT. Carolyn Ruppel, Phó Giám đốc Khoa học và Công nghệ của MITEI và là người tổ chức khóa huấn luyện chuyên sâu IAP và Hội nghị chuyên đề mùa xuân, cho biết: "Các công ty thành viên của MITEI, đại diện cho những tiếng nói hàng đầu về năng lượng, sản xuất điện, cơ sở hạ tầng, công nghiệp nặng và công nghệ kỹ thuật số, ngày càng tiếp cận chúng tôi về sự quan tâm của họ đối với địa nhiệt thế hệ mới. Cũng có một động lực tốt đang được xây dựng trên khắp MIT, từ các dự án tại Phòng thí nghiệm Tài nguyên Trái đất đến bệ thử sóng milimet đang được PSFC và các cộng tác viên MIT của mình phát triển, các dự án riêng lẻ trong các khoa học thuật và tất nhiên là công việc mà MITEI đã tài trợ."

Những điều cơ bản về địa nhiệt

Nhiệt độ ở độ sâu vài chục mét dưới lòng đất thường ổn định quanh năm. Ở một số địa điểm, nhiệt độ này ấm hơn bề mặt vào mùa đông và mát hơn vào mùa hè, giúp có thể sử dụng máy bơm nhiệt địa nhiệt để điều hòa nhiệt độ trong các tòa nhà quanh năm. Nhìn ra sông Charles, Trung tâm Khoa học Dữ liệu và Điện toán 19 tầng của Đại học Boston đáp ứng ước tính 90% nhu cầu sưởi ấm và làm mát bằng cách sử dụng loại hệ thống địa nhiệt này. Ở quy mô các tổ chức lớn hoặc toàn bộ thị trấn, mạng lưới nhiệt, hệ thống sưởi ấm khu vực và các phương pháp tiếp cận khác có thể cung cấp hiệu quả nhiệt từ các nguồn địa nhiệt nông mà không sản xuất.