Đánh giá tiềm năng, dự báo phát triển điện địa nhiệt trên thế giới và Việt Nam

Indonesia phát triển điện địa nhiệt: Bài học cho Việt Nam Trong những năm qua thị trường điện địa nhiệt tăng trưởng đáng kể, nhất là tại các nền kinh tế đang nổi lên, tạo điều kiện có thêm nhiều các cộng đồng nghèo được kết nối với lưới điện. Chính phủ nhiều quốc gia ngày càng hướng vào các nguồn năng lượng tái tạo, bền vững, giảm lệ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Indonesia là một trong những thị trường mới nổi, nhu cầu điện tăng khoảng 10%/năm (khoảng 6 GW công suất phát điện mới mỗi năm). Để đáp ứng nhu cầu điện, Chính phủ nước này đã đề cao vai trò điện địa nhiệt trong cơ cấu năng lượng quốc gia.

Địa nhiệt Việt Nam: Nguồn điện sạch tiềm năng còn bỏ ngỏ Cùng với nguồn năng lượng từ gió, mặt trời, sóng biển… địa nhiệt là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường đang được 50 nước trên thế giới sử dụng để sản xuất điện năng. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu địa nhiệt được bắt đầu từ những năm 80, 90 của thế kỷ trước và đã có đã điều tra, đánh giá sơ bộ tiềm năng các nguồn địa nhiệt trên cả nước. Tuy nhiên, hiện nguồn năng lượng tiềm tàng này của chúng ta gần như vẫn chưa được khai thác.

Khi sử dụng địa nhiệt để sản xuất điện, nhiệt được đưa từ dưới bề mặt trái đất và chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác - tức là, thành động năng rồi thành điện năng. Việc sản xuất năng lượng địa nhiệt phổ biến nhất liên quan đến việc đưa chất lỏng địa nhiệt (có thể là nước nóng, hơi nước, hoặc hỗn hợp của cả hai trong hệ thống thủy nhiệt) từ sâu dưới đất lên bề mặt, sau đó chuyển thành hơi nước áp lực để quay tua bin - máy phát điện.

Sự phát triển của năng lượng địa nhiệt trong lịch sử đã bị giới hạn ở các địa điểm thủy nhiệt - nguồn tài nguyên nông hơn với nhiệt độ cao, nước tự nhiên và đủ độ thấm của đá. Tuy nhiên, những tài nguyên này rất hạn chế và thường nằm gần núi lửa. Các công nghệ địa nhiệt thế hệ tiếp theo, như Hệ thống địa nhiệt nâng cao (EGS) và Hệ thống địa nhiệt tiên tiến (AGS) - nhằm mục đích tạo điều kiện cho năng lượng địa nhiệt ở những khu vực không thể khai thác tự nhiên. Điều này có tiềm năng mở khóa năng lượng địa nhiệt cho nhiều quốc gia. Và công nghệ khoan cũng được dự báo sẽ có những tiến bộ đáng kể cho việc khoan cực sâu và nhanh (khoan plasma, hoặc sóng điện từ có bước sóng milimet…). Chí phí khoan cho một mũi khoan sâu 3 km hiện tại khoảng 9 triệu đô la. Tuy nhiên, chi phí khoan được dự báo sẽ giảm 2 đến 4 lần vào sau năm 2035.

Trên thế giới, địa nhiệt mặc dù được phát triển đã lâu và có tính khả thi về mặt kinh tế (chi phí quy dẫn trung bình chỉ 5 - 8 UScents/kWh, hệ số công suất trung bình 85%). Tuy nhiên, trong giai đoạn 2010 - 2018 chỉ có hơn 500 MW được đưa thêm vào hoạt động, do tiềm năng không nhiều, và phụ thuộc vào điều kiện địa chất của từng khu vực, theo công nghệ địa thủy nhiệt (cũ).

Tiềm năng địa nhiệt của Việt Nam, theo như trong Quy hoạch điện VIII, được đánh giá theo giới hạn của địa điểm thủy nhiệt (công nghệ cũ, khai thác phụ thuộc vào nguồn mỏ nước nóng) là vào khoảng 460 MW, tập trung chủ yếu ở Bắc bộ (bồn địa nhiệt Sông Hồng, Thái Bình, Nam Định… là 255 MW) và Trung bộ (Quảng Bình, Quảng Trị, Quảng Nam, Quảng Ngãi… là 188 MW).

Vai trò quan trọng của địa nhiệt trong tích hợp nhiều hơn năng lượng tái tạo:

Năng lượng địa nhiệt được coi là một nguồn năng lượng tái tạo bền vững và ổn định, vì lượng nhiệt khai thác nhỏ so với hàm lượng nhiệt của trái đất. Lượng khí thải nhà kính của các nhà máy điện địa nhiệt trung bình là 45 g CO2/kWh, bằng 5% so với các nhà máy đốt than thông thường.

Theo một báo cáo của Chính phủ Hoa Kỳ: Năng lượng địa nhiệt có cường độ sử dụng đất thấp nhất trong tất cả các công nghệ năng lượng tái tạo.

Ngoài ra, các nhà máy điện địa nhiệt có hệ số công suất rất cao (thường là 90%, hoặc cao hơn) - nghĩa là chúng có thể hoạt động với công suất tối đa gần như mọi lúc. Những yếu tố này cho thấy địa nhiệt có thể cân bằng các nguồn năng lượng dao động lớn (như gió và mặt trời), khiến nó trở thành một phần quan trọng trong hỗn hợp năng lượng tái tạo quốc gia. Sau nữa, nó có thể cung cấp điện linh hoạt, có thể điều khiển được, không phụ thuộc vào thời tiết.

Còn các nhà máy địa nhiệt thế hệ tiếp theo có thể tăng - giảm tốc độ phát điện trong vài phút và có thể chạy trong khoảng thời gian cần thiết để đảm bảo độ tin cậy của lưới điện, nhờ thiết lập hệ thống điện và kiểm soát dòng chảy tiên tiến.

Công nghệ địa nhiệt thế hệ tiếp theo có những lợi thế đáng kể so với các năng lượng tái tạo khác. Đầu tiên, nó cung cấp tiềm năng tài nguyên đáng kể với yêu cầu sử dụng đất tối thiểu.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ nhận thấy rằng: Năng lượng địa nhiệt thế hệ tiếp theo có thể cung cấp tới 120 GW ở quốc gia này vào năm 2050. Còn Viện Công nghệ Massachusetts thì cho rằng: Năng lượng địa nhiệt có thể đáp ứng gấp đôi tổng nhu cầu năng lượng toàn cầu.

Hình 1: Ba dạng cơ bản của công nghệ địa nhiệt - địa thủy nhiệt, địa nhiệt nâng cao - mở và địa nhiệt nâng cao - khép kín.

Hình 2 (dưới đây) là công nghệ địa nhiệt tiên tiến (EGC), ít phụ thuộc vào nguồn nước nóng khi được khoan sâu tới 4.000 - 6.000m. Với độ dốc địa nhiệt (geothermal gradient) được định nghĩa là sự gia tăng nhiệt độ theo độ sâu của trái đất. Trong lớp vỏ lục địa bình thường, độ dốc địa nhiệt điển hình trong vòng 4 đến 6 km đầu tiên của bề mặt trái đất là khoảng 25°C - 35°C/km. Công nghệ “binary-cycle geothermal” có thể hoạt động trong giải nhiệt độ ±100°C.

Chi phí, khả năng mở rộng và hỗ trợ khung pháp lý:

Những tiến bộ gần đây trong công nghệ địa nhiệt nâng cao và sự quan tâm ngày càng tăng từ các chính phủ và nhà đầu tư cho thấy hứa hẹn sẽ áp dụng rộng rãi chúng. Tuy nhiên, một số vấn đề vẫn còn phải được giải quyết. Một loạt các công nghệ đang được phát triển. Cách tiếp cận của họ khác nhau, nhưng mục tiêu chung là: “Khai thác tiềm năng to lớn của tài nguyên địa nhiệt”. (Hiện có một vài công ty lớn đã bắt đầu tham gia vào công nghệ địa nhiệt).

Được các chính phủ hỗ trợ và kinh nghiệm tích lũy, cùng tiến bộ khoa học, công nghệ, chi phí sản xuất năng lượng địa nhiệt đã giảm 25% trong những năm 1980 và 2000. Những tiến bộ công nghệ gần đây hơn đã làm giảm đáng kể chi phí và do đó mở rộng phạm vi, cũng như quy mô của các nguồn lực khả thi.

Vào năm 2021, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ước tính rằng: Năng lượng địa nhiệt từ một nhà máy điện “được xây dựng ngày nay” có chi phí quy dẫn LCOE khoảng 5 US Cent/kWh.

Một vấn đề lớn là khả năng chi trả ban đầu. Phát triển năng lượng địa nhiệt rất tốn kém và cần nhiều vốn ban đầu. Chi phí phát triển các công nghệ thế hệ tiếp theo thậm chí còn cao hơn. Một dự án địa nhiệt thế hệ tiếp theo ở năm 2022 cần hơn 8,7 triệu đô la/MW chi phí vốn, so với 1,8 triệu đô la/MW đối với điện gió trên bờ và 1,1 triệu đô la/MW đối với các nhà máy năng lượng mặt trời. Chỉ tiêu vốn tăng khi nhiệt độ và độ sâu tăng.

Chi phí tài chính cũng cao hơn do các nhà đầu tư yêu cầu lợi nhuận kỳ vọng cao hơn đối với các dự án rủi ro hơn. Một dự án địa nhiệt có chi phí vốn bình quân gia quyền khoảng 15% ở giai đoạn trước khi khoan, so với 5% đối với các dự án gió và mặt trời.

Ngành công nghiệp hy vọng sẽ giảm chi phí thông qua quy mô kinh tế, công nghệ khoan rẻ hơn và mạnh mẽ hơn, cũng như kỹ thuật thăm dò tốt hơn. Sáng kiến EarthShots của DOE Hoa Kỳ tìm cách cắt giảm 90% chi phí năng lượng địa nhiệt thế hệ tiếp theo, xuống còn 4,5 US Cent/kWh vào năm 2035.

Khả năng mở rộng là một vấn đề khác. Sự phát triển mới nhất đã chứng minh tính khả thi về mặt kỹ thuật của việc phát triển các dự án địa nhiệt thế hệ tiếp theo ở quy mô nhỏ. Tính hiệu quả, khả năng và sự an toàn của việc thực hiện điều này trên quy mô lớn hơn vẫn còn đang được tranh luận.

Thay lời kết:

Tiềm năng lý thuyết của địa nhiệt là vô tận. Tiềm năng kỹ thuật phụ thuộc vào tiến bộ khoa học, công nghệ và được dự báo có thể triển khai rộng khắp sau giai đoạn 2035 mà không phụ thuộc vào nguồn nước nóng theo công nghệ địa thủy nhiệt (cũ). Tiềm năng kinh tế nếu đạt mức 4,5 $cent/kWh vào giai đoạn sau 2040 thì hoàn toàn có thể cạnh tranh và bổ sung hỗ trợ các dạng năng lượng tái tạo khác nhờ tính ổn định nguồn.

Viễn cảnh cho Việt Nam sau năm 2045, điện địa nhiệt quy mô vừa và nhỏ có thể được xây dựng phân tán tại nhiều địa điểm khắp cả nước, đóng vai trò ngày càng lớn và ổn định cho hệ thống điện quốc gia./.

NGUYỄN ANH TUẤN (B) - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Nguồn và tài liệu tham khảo:

1/ https://about.bnef.com/blog/next-generation-geothermal-technologies-are-heating-up/

2/ https://en.wikipedia.org/wiki/Geothermal_energy

3/ Mark McClure, “Technical barriers for deep closed-loop geothermal” - March 2023, https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2303/2303.12689.pdf

4/ Viện Năng lượng: “Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến 2050” - Tháng 5, 2023.