Kỳ I: Năng lượng địa nhiệt - Tiềm năng to lớn

Ảnh minh họa

Hội thảo địa nhiệt Stanford lần thứ 49 đã diễn ra từ ngày 12-14/2/2024 tại Đại học Standford, tiểu bang California (Hoa Kỳ) quy tụ nhiều nhà nghiên cứu, giáo sư và các tổ chức, doanh nghiệp năng lượng tham dự và trình bày các bài tham luận nghiên cứu khoa học về các chủ đề như năng lượng, dầu khí, khoan địa nhiệt, bản sao số, rủi ro khoan, tối ưu hóa khoan giếng cũng như các công nghệ đổi mới sáng tạo liên quan đến năng lượng địa nhiệt.

Trong phạm vi bài viết này, xin trân trọng giới thiệu với quý độc giả tóm tắt những nội dung chính của bản thuyết trình tại sự kiện trên của nhóm tác giả nghiên cứu dưới tựa đề “Tận dụng các giải pháp khoan dầu khí để tăng cường khoan địa nhiệt” để tham khảo.

Hiện vai trò của các công ty năng lượng là động lực của nghiên cứu và đổi mới sáng tạo (R&I) nhằm hoàn thành quá trình chuyển đổi từ sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch sang lợi thế của nhiên liệu sạch và các nguồn năng lượng tái tạo có liên quan chính trong nỗ lực toàn cầu nhằm giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu. Xét về những công nghệ hỗ trợ tối ưu hóa quá trình khoan liên tục cho O&G (dầu mỏ và khí đốt) bằng cách sử dụng AI, ML và phân tích dự đoán công nghệ, bài viết này tiếp cận những thách thức hiện tại và lỗ hổng kiến thức về khoan năng lượng địa nhiệt như một cơ hội để tập hợp chuyên môn nhằm đóng góp vào quá trình chuyển đổi năng lượng ở cấp độ toàn cầu và doanh nghiệp năng lượng. Sự kết hợp giữa địa nhiệt và sản xuất năng lượng hydrocarbon không phải là mới, trong nhiều thập kỷ chuyên môn kỹ thuật từ O&G đã được chuyển giao điều chỉnh cho phù hợp việc hỗ trợ khoan địa nhiệt và các phương pháp hoàn thành bởi do những điểm tương đồng mà cả hai nguồn năng lượng đều có khi nói đến vị trí tài nguyên, cấu tạo vật chất và cách thức tiếp cận và khai thác chúng.

Tuy vậy, không giống như nhiên liệu hóa thạch, năng lượng địa nhiệt là nguồn tài nguyên thiên nhiên dựa trên nhiệt được tạo ra liên tục trong lớp vỏ trái đất và nó có thể được phân loại là nguồn năng lượng tái tạo với các biện pháp và kỹ thuật phù hợp cũng như những lợi ích như lượng khí thải carbon cực thấp từ quá trình sản xuất của nó, tài nguyên năng lượng địa nhiệt được phân thành các loại khác nhau tùy theo “các điều kiện địa chất, đặc tính nội tại và khả năng tồn tại để sử dụng cho mục đích thương mại” (Williams, Reed, et al, 2011). Bài nghiên cứu này sẽ tập trung phân tích vào các nguồn tài nguyên phù hợp để sản xuất điện từ các hồ chứa có nhiệt độ trung bình đến cao, tồn tại về mặt kỹ thuật ở phạm vi khoan khả thi. Hơn thế nữa, nghiên cứu này cũng bao gồm các nguồn tài nguyên thủy nhiệt hiện tại song nhấn mạnh tiềm năng to lớn của tài nguyên vỉa đá nóng còn được gọi là hệ thống địa nhiệt nâng cao (enhanced geothermal systems-EGS) để cung cấp năng lượng địa nhiệt rộng rãi trên quy mô toàn cầu.

Ngược lại với các nguồn thủy nhiệt có thể khai thác nhiệt dưới dạng nước và hơi nước, EGS đề cập đến nguồn tài nguyên thủy nhiệt một cách nhân tạo đã chế tạo các hệ thống khai thác nhiệt được lưu trữ từ đá khô hoàn toàn đến đá tương đối khô và có độ thấm thấp “bằng cách bơm chuyển mức trung bình, điển hình là nước, chảy xuống lỗ khoan vào vỉa đá nứt nóng, sau đó bơm chất lỏng nóng vào lỗ khoan khác hướng tới nhà máy điện, từ đó nó được bơm trở lại (tuần hoàn) để lặp lại chu trình” (IEA, 2011). Theo Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA) và nền tảng năng lượng tái tạo REN 21, một trong những thách thức lớn nhất đối với việc mở rộng và tăng trưởng năng lượng địa nhiệt là mức tổng chi phí dự án năng lượng cao (IEA, 2011 và REN 21, 2022). Vì vậy, công suất lắp đặt hiện tại và thị trường năng lượng địa nhiệt tập trung ở những nước có nguồn tài nguyên thủy nhiệt không chỉ dồi dào mà còn dễ tiếp cận hơn như Hoa Kỳ, Indonesia, Philippines, Thổ Nhĩ Kỳ, New Zealand, Mexico, Kenya, Ý, Iceland, Nhật Bản, Chile và Costa Rica (REN 21, 2022).

Do độc lập với các yếu tố mùa vụ nên năng lượng địa nhiệt là một trong những nguồn năng lượng phụ tải cơ sở hiệu quả nhất có thể hoạt động liên tục, đáp ứng mức nhu cầu điện năng tối thiểu 24/7. Với khả năng đã được chứng minh là cung cấp năng lượng liên tục, nó đã được sử dụng sản xuất rộng rãi song bị hạn chế bởi nhiều yếu tố khác nhau như thiếu khả năng tiếp cận nguồn cung nhiệt, chi phí vốn cao và rủi ro vận hành trong quá trình sản xuất khoan giếng địa nhiệt.

Hiện tại, địa nhiệt tương ứng với khoảng 1% tổng năng lượng toàn cầu (Standford Energy, 2023). Tổng sản lượng điện năm 2021 ước tính đạt khoảng 99 TWh (REN 21, 2022). Để dễ so sánh, tổng mức tiêu thụ điện ở Đan Mạch, Ireland và Island đạt 90 TWh cùng năm đó (EIA, 2023). Mặc dù đóng góp tương đối nhỏ của nguồn năng lượng này so với các nguồn năng lượng tái tạo khác song nhu cầu toàn cầu của nó đã tăng với tốc độ 29% kể từ năm 2016 (Standford Energy, 2023) và theo dự đoán của IEA, đến năm 2050, sản lượng điện địa nhiệt có thể đạt 1.400 TWh mỗi năm, khoảng 3,5% sản lượng điện toàn cầu, giúp giảm thiểu gần 800 Mt lượng khí thải carbon mỗi năm (IEA, 2011). IEA cũng khẳng định, đến năm 2050, hơn một nửa mức tăng dự kiến đến từ từ việc khai thác tài nguyên đá nóng có sẵn ở khắp mọi nơi, chủ yếu thông qua các hệ thống địa nhiệt nâng cao (EGS) (IEA, 2011).

Từ năm 2020 chỉ riêng EGS có thể đóng góp từ tối đa 200 TWe đến ít nhất là 256 GWe khi áp dụng các hạn chế về tính bền vững, đặc biệt là khi nói đến căng thẳng nguồn nước và tốc độ tái tạo nhiệt trong các hồ bể chứa EGS (Aghahosseini và Breyer, 2020). Tuy nhiên, thị trường địa nhiệt đang phát triển ở quy mô chưa từng có do các cam kết toàn cầu nhằm tăng thị phần của thị trường địa nhiệt, năng lượng tái tạo và sạch. Những tiến bộ công nghệ làm cho cả hệ thống thủy nhiệt thông thường và hệ thống EGS trở nên tính khả thi hiệu quả hơn về mặt kinh tế và bền vững cũng được dự đoán sẽ xảy ra vào năm 2030 trở đi (IEA, 2011 và REN 21, 2022).

Tuấn Hùng

Pangea.stanford