Indonesia phát triển điện địa nhiệt: Bài học cho Việt Nam

Địa nhiệt Việt Nam: Nguồn điện sạch tiềm năng còn bỏ ngỏ

1. Vài nét về năng lượng địa nhiệt và sản xuất điện địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt là nhiệt từ trong lòng đất, từ nước nóng và đá nóng nằm dưới sâu vài dặm dưới bề mặt Trái đất. Ở sâu hơn có tiềm năng nhiệt độ đặc biệt cao của đá nóng chảy, gọi là magma. Địa nhiệt thuộc loại năng lượng tái tạo, sạch và bền vững.

Năng lượng địa nhiệt đã được sử đụng ở nhiều nước trên thế giới, năng lượng này được lấy ra từ hệ thống thủy nhiệt, sử dụng các hệ thống nước nóng và các hệ thống dẫn nhiệt yêu cầu công nghệ khai thác cao. Hệ thống thủy nhiệt trong lòng đất liên quan chặt chẽ với hệ thống và sự hình thành núi lửa tại các khu vực ranh giới mảng địa chất còn hoạt động chứa các dòng nhiệt.

Một vài nhà máy điện địa nhiệt sử dụng hơi từ tầng chứa địa nhiệt để chạy turbine và máy phát điện, trong khi các nhà máy khác dùng nước nóng để làm sôi chất lỏng công nghệ để sinh hơi và hơi này quay turbine.

Để tiếp cận những nguồn nhiệt đặc biệt cao, người ta bơm nước mát xuống một giếng, nước này chảy qua đá nóng nứt gãy và nhận nhiệt nóng lên, rồi bơm nước nóng này lên qua một giếng khác. Hiện nay, chưa có ứng dụng thương mại công nghệ này. Công nghệ hiện có cũng không cho phép thu hồi nhiệt trực tiếp từ magma, nguồn năng lượng địa nhiệt này này ở rất sâu và nhiệt độ cực cao.

Địa nhiệt và sản xuất điện

Các nhà máy nhiệt điện loại ngưng hơi dùng hơi nước nóng để làm quay turbine và kích hoạt chạy máy phát điện. Các nhà máy điện địa nhiệt sử dụng hơi được tạo ra từ nước nóng của tầng chứa địa nhiệt ở độ sâu vài dặm dưới bề mặt Trái đất. Có 3 loại nhà máy điện địa nhiệt: hơi khô, hơi giãn, và chu kỳ nhị phân.

1/ Nhà máy điện hơi khô sử dụng hơi nước nóng từ lòng đất. Hơi được dẫn bằng đường ống từ các giếng trong lòng đất tới nhà máy điện để trực tiếp làm quay turbine và máy phát điện.

2/ Nhà máy điện hơi giãn là nhà máy thông thường nhất, sử dụng nước có nhiệt độ hơn 360°F (182°C) từ tầng chứa địa nhiệt. Dòng nước này rất nóng chảy qua các giếng dưới ngầm bằng chính áp lực của nó. Vì nước chảy lên phía trên, áp lực giảm đi và một lượng nước nóng này bốc thành hơi. Hơi được tách ra khỏi nước và được dùng để quay turbine và máy phát điện. Nước còn lại và hơi ngưng tụ được bơm trở lại tầng chứa.

3/ Nhà máy điện chu kỳ nhị phân sử dụng nước ở nhiệt độ thấp khoảng 225°-360°F (107°-182°C), nước nóng này nung sôi chất lỏng công nghệ, thường là một hợp chất hữu cơ với một điểm sôi thấp. Chất lỏng công nghệ bốc hơi trong một thiết bị trao đổi nhiệt và hơi này làm quay turbine. Nước được bơm trở lại lòng đất để làm nóng lại. Nước và chất lỏng công nghệ được tách ra trong suốt quá trình.

Các nhà máy điện địa nhiệt quy mô nhỏ (dưới 5 megawatts) có tiềm năm được sử dụng rộng rãi ở các vùng hẻo lánh, cũng có thể đấu nối vào mạng lưới điện địa phương.

Hiện nhiều nước trên thế giới đang vận hành các nhà máy điện địa nhiệt. Tổng công suất phát điện địa nhiệt của một số nước như: Mỹ 3.450 MWe, Philippines 1.870 MWe, Indonesia 1.699 MWe, Mexico 968 MWe và Italia 843 MWe.

Nhà máy điện địa nhiệt

Nguyên lý làm việc của nhà máy điện địa nhiệt gần giống như nhà máy sử dụng hơi nước nóng để quay turbine và máy phát điện. Hơi nóng không được sử dụng trực tiếp, mà phải đi qua quá trình xử lý bởi hơi nước khi thải và lọc vẫn còn chứa các chất như nước, khoáng, muối. Bơm  nước mát vào đá nóng trong tầng địa nhiệt, nước mát thành hơi. Hơi nước này được làm tinh khiết rồi sử dụng quay turbine và máy phát điện.

Sơ đồ nhà máy điện địa nhiệt sử dụng hơi giãn.

2. Năng lượng địa nhiệt ở Indonesia

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. 

Indonesia là một trong những thị trưởng mới nổi này, nhu cầu điện tăng khoảng 10%/năm và vì thế đất nước này cần bổ sung khoảng 6 GW công suất phát điện mới mỗi năm. Tỷ lệ điện khí hóa của Indonesia là 80,38% vào cuối năm 2013, nghĩa là gần 50 triệu người chưa được sử dụng điện. Chính phủ nước này đặt hy vọng cao vào năng lượng địa nhiệt. Vì có nguồn địa nhiệt lớn nhất thế giới, Chính phủ đặt mục tiêu tăng vai trò điện địa nhiệt trong cơ cấu năng lượng quốc gia.

Indonesia nằm trong vành đai núi lửa và ở giữa 3 ranh giới mảng địa chất, cho phép nhiệt từ các tầng địa nhiệt ở dưới sâu Trái đất được chuyển lên bề mặt. Điều này làm cho Indonesia là quốc gia có những hệ thống thủy nhiệt địa nhiệt lớn nhất thế giới, xuyên suốt vành đai núi lửa. Hầu như các nguồn năng lượng địa nhiệt ở Indonesia có hàm lượng nhiệt cao thích hợp để sử dụng năng lượng địa nhiệt cho phát điện. Nước này được đánh giá là có tiềm năng địa nhiệt lớn nhất thế giới với gần 40% tiềm năng địa nhiệt thế giới nằm ở đây. Tuy nhiên Indonesia chỉ mới khai thác sử dụng được 5-6% tiềm năng địa nhiệt của mình.

Gần 80% địa điểm địa nhiệt ở Indonesia nằm trong hệ thống núi lửa còn đang hoạt động như là Sumatra (81 địa điểm), Java (71), Bali và Nusa Tenggara (27), Maluku (15) và Bắc Sulawesi (7), trong khi những địa điểm ở những nơi hiện núi lửa dừng hoạt động nhưng vẫn âm ỉ ở dưới sâu là Sulawesi (43 địa điểm), Bangka Belitung (3), Kalimantan (3) và Papua (2).

Trên khoảng 252 địa điểm địa nhiệt trải rộng từ Sumatra, Java, Nusa Tenggara, Sulawesi, tới Maluku có tổng tiềm năng khoảng 27 GWe, trong đó tiềm năng tài nguyên là 14.007 MW và trữ lượng 13.350 MW. Số liệu này là tiềm năng động, sẽ thay đổi theo thời gian tùy theo mức độ hoạt động thăm dò của các cơ quan chính phủ và nhà phát triển điện địa nhiệt. Điện địa nhiệt được kỳ vọng đạt công suất phát 6000 MWe trong năm 2020.

Trữ lượng địa nhiệt lớn nhất nằm ở phía Tây của đất nước, nơi có nhu cầu năng lượng cao nhất như: Sumatra, Java và Bali. Bắc Sulawesi là nơi đi đầu về sử dụng năng lượng địa nhiệt cho sản xuất điện: gần 40% tổng nhu cầu điện ở đây được đáp ứng bởi năng lượng địa nhiệt.

Dự án điện địa nhiệt Sarulla ở Bắc Sumatra

Phải mất hơn 2 thập kỷ để bắt đầu xây dựng nhà máy địa nhiệt Sarulla trị giá 1,6 tỷ US$ ở Bắc Sumatra, đây là nhà máy địa nhiệt lớn nhất thế giới với công suất khoảng 330 MW với thời gian hoạt động 30 năm (đủ cung cấp điện cho 300.000 người). Dự án đã bị kéo dài bởi sự quan liêu nghiêm trọng và thiếu nguồn tài chính, cuối cùng mới khởi công vào tháng 6 năm 2014, đi vào hoạt động năm 2016 và hoàn chỉnh năm 2018. Với 1,17 tỷ USD đầu tư cho dự án được lấy từ vốn vay của 6 tổ chức cho vay thương mại (Bank of Tokyo-Mitsubishi UFJ Ltd, ING Bank NV, Societe Generale, Sumitomo Mitsui Banking Corporation, Mizuho Bank Ltd và National Australia Bank) cũng như Ngân hàng phát triển châu Á (ADB) và Japan Bank for International Cooperation (JBIC). Dự án Sarulla thuộc một tổ hợp nhà đầu tư gồm Medco Power Indonesia (37,5 %), Itochu Corporation (25 %), Kyushu Electric Power Company (25 %) và Ormat International (12,5 %).

Nhà máy điện địa nhiệt Sarulla sẽ thay thế nhà máy địa nhiệt Wayang Windu của công ty Star Energy, hiện là nhà máy địa nhiệt lớn nhất của Indonesia. Nhà máy điện địa nhiệt Wayang Windu nằm ở phía Nam của Bandung (Tây Java), có công suất lắp đặt 227 MW.

Phát triển nhà máy điện địa nhiệt Sarulla là một bước quan trọng để nâng cao tầm quan trọng của các nguồn năng lương tại tạo trong cơ cấu năng lượng của nước này, để khai thác tiềm năng điện địa nhiệt phong phú, và để đáp ứng nhu cầu đang tăng ở nền kinh tế lớn nhất Đông Nam Á.

Lợi ích của phát điện địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt rất dễ phát triển bởi có nhiều tính ưu việt, như sau:

1/ Năng lượng này thuộc loại năng lượng xanh bởi vì CO2 phát thải ra thấp hơn nhiều so với năng lượng hóa thạch.

2/ Phát triển địa nhiệt bảo vệ được rừng, bởi hệ thống địa nhiệt giữ cho cân bằng cần thiết cho việc bảo vệ rừng, rừng lại là khu vực giữ nước mưa trong lòng đất.

3/ Nhà máy điện địa nhiệt có thể hoạt động trên 30 năm.

4/ Nói chung, hệ số công suất phát điện địa nhiệt có thể đạt 90%/năm, ví dụ như nhà máy PLTP Kamojang 93%, nhà máy Tiger puppet 94%, và nhà máy Darajat 93% vì thế có thể sử dụng chạy tải đáy trong hệ thống điện.

5/ Vận tải nguồn địa nhiệt không bị ảnh hưởng bởi rủi ro vận chuyển vì sử dụng đường ống vận tải trong một khoảng cách ngắn.

6/ Năng lượng địa nhiệt có sẵn quanh năm. Năng suất nguồn địa nhiệt không bị ảnh hưởng bởi thay đổi thời tiết hàng năm. Điều này cho thấy khác biệt với thủy điện phụ thuộc vào các mùa trong năm.

7/ Sử dụng năng lượng địa nhiệt không cần nhiều đất.

8/ Năng lượng địa nhiệt có thể được sử dụng trực tiếp cho phát điện.

9/ Giá điện địa nhiệt đủ rẻ trong khoảng US$ 7-10 cents/kWh.

10/ Sử dụng năng lượng địa nhiệt giảm được sự lệ thuộc đáng kể vào nhiên liệu hóa thạch. Để so sánh: để sản xuất ra 1 MWh cần 280 lít hoặc gần 2 thùng nhiên liệu hóa thạch.

11/ Nhà máy điện địa nhiệt không gây tiếng ồn và hoạt động rất tin cậy.

12/ Hiệu suất của nhà máy điện địa nhiệt là khoảng 90%, so với  40-65% của các nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch khác.

Chính phủ Indonesia đã nâng giá điện địa nhiệt lên từ 9,7 UScents/kWh lên 10-17 UScents/kWh với biểu thuế tùy từng khu vực và đảo.

Hiện tại tiềm năng năng lượng tái tạo ở Indonesia khảo sát chưa nhiều, nhưng chắc chắn lớn. Tổng tiềm năng của đầu tư năng lượng tái tạo đạt 100 tỷ US$. Đối với năng lượng địa nhiệt, các dự án đầu tư tiềm năng khoảng 3 tỷ US$ cho tất cả các dự án hiện có.

Những thách thức đối với phát triển địa nhiệt ở Indonesia

Chính phủ Indonesia đưa ra chương trình 35.000 MW để đáp ứng nhu cầu điện quốc gia. Trong chương trình này, vào năm 2025, 23% lượng điện năng là từ năng lượng tái tạo (địa nhiệt, mặt trời, gió, vv...).

Mặc dù tiềm năng rất lớn, nhưng phát triển địa nhiệt ở Indonesia gặp nhiều thách thức, cụ thể:

* Thách thức kinh tế:

Một vướng mắc là biểu thuế điện không có tính cạnh tranh. Mức thuế được giữ ở mức thấp nhờ có trợ giá của Chính phủ. Song, công ty điện lực nhà nước (PLN) giữ độc quyền phân phối điện ở Indonesia và vì thế điện từ các công ty sản xuất điện độc lập phải bán điện cho PLN. Tuy nhiên, trong tháng 6 năm 2014 Chính phủ  đưa ra giá bán (PLN mua) hấp dẫn hơn, đó là hệ thống mới giá FIT (feed-in taiff) trần thay cho giá trần. Từ 2017, cơ chế giá FIT được áp dụng, bỏ cơ chế giá trần, khiến cho các nhà đầu tư phải cẩn trọng xem xét.

Vốn đầu tư cho xây dựng nhà máy điện địa nhiệt lớn hơn xây dựng nhà máy nhiệt điện hóa thạch, tuy nhiên, bảo dưỡng và chi phí vận hành lại thấp hơn.

* Thách thức địa điểm:

Nhìn chung, các nơi có địa nhiệt là miền núi. Địa hình và điều kiện bề mặt đất không thuận lợi cho vận chuyển đưa thiết bị đến. Vài vị trí địa nhiệt tiềm năng nằm ở các khu rừng được bảo vệ và công viên quốc gia, trước đây cấm khai mỏ trong đó có cấm xây dựng địa nhiệt ở các khu vực này. Bây giờ thì khai thác địa nhiệt không thuộc lĩnh vực khai khoáng. Mặt khác diện tích cho xây dựng địa nhiệt không rộng lớn như cho khai khoáng.

* Thách thức xã hội:

Mới đây, thăm dò địa nhiệt ở Indonesia bị cản trở bởi hạ tầng kém phát triển ở những vùng xa xôi hẻo lánh, bởi sự chống đối của dân bản địa và bởi tính quan liêu (thủ tục cấp phép kéo dài và tốn kém, liên quan đến cả chính quyền huyện, tỉnh và trung ương).

Cần phải nâng cao giáo dục công cộng về phát triển các hoạt động địa nhiệt. Hiện tại thì cộng đồng vẫn cho rằng hoạt động địa nhiệt như khoan cũng gây tác động tương tự như khoan dầu khí. Nỗi so sợ thảm họa dòng bùn chảy đã xẩy ra (LUSI) khiến cho cư dân phản đối hoạt động khoan. Thực ra có sự khác biệt giữa khoan địa nhiệt và khoan dầu khí, đặc biệt là áp lực tầng chứa địa nhiệt (áp lực tầng chứa địa nhiệt chỉ bằng 1/5 áp lực tầng chứa dầu và khí). 

* Thách thức nguồn địa nhiệt:

Dự án địa nhiệt có tính rủi ro cao, rủi ro thăm dò địa chất (rủi ro nguồn) là cao nhất. Các thông số chính của phát triển địa nhiệt là nhiệt độ, độ thẩm thủy lực và độ lớn trữ lượng. Toàn bộ thông tin có thể được biết thông qua khảo sát 3G (địa chất, vật lý địa chất và hóa địa). Ba loại khảo sát này được sử dụng để lập ra một mô hình khái niệm của hệ thống địa nhiệt. Mô hình khái niệm mô tả thông tin về độ lớn trữ lượng bao gồm nhiệt độ, độ thẩm thủy lực bề mặt đáy, chiều sâu, địa điểm và bề dày của tầng chứa địa nhiệt. So sánh số liệu 3G với kết quả thu được sau khi khoan thăm dò có thể khác nhau. Việc này có thể có ảnh hưởng đến mô hình kinh tế về tính khả thi khi phát triển nguồn địa nhiệt này. Có khả năng sau khoan thăm dò nhiệt độ, độ sâu của tài nguyên, và ranh giới của khu vực địa nhiệt khác biệt so với mong đợi.  

Nhiệt độ tầng địa nhiệt nói chung được ước tính bằng cách sử dụng số liệu địa hóa từ những biểu hiện bề mặt, bằng cách lấy mẫu hơi nước bề mặt hoặc suối nước nóng. Rồi hơi nước được phân tích để xác định hợp phần nguyên tố hóa học. Các nguyên tố hóa học được tính toán để ước tính nhiệt độ tầng địa nhiệt. Có nhiều phương pháp tính có thể được sử dụng:

Xác định ranh giới và độ sâu có thể bằng phương pháp địa vật lý. Một phương pháp thông thường để đo giá trị điện trở suất của đá nằm dưới bề mặt là khảo sát thăm dò bằng dòng điện từ tính dưới mặt đất. Giá trị điện trở suất thấp của đá thường có quan hệ với đá chỏm, cho thấy tầng chứa nằm ở dưới. Thật tai họa nếu giá trị điện trở suất ở vị trí nông lại thấp hơn vị trí tầng chứa hiện tại. Tuy nhiên diễn giải rằng hệ thống địa nhiệt đã nguội đi ở nơi mà vị trí tầng thấp hơn là mặt đáy nên giá trị điện trở suất thấp.

Độ thấm thủy lực có thể được xác định bằng nghiên cứu chi tiết (lập bản đồ cấu trúc bề mặt và sự biến đổi của đá) và nghiên cứu địa vật lý (các trận động đất micro). Thông thường số liệu cấu trúc bề mặt sẽ được kết hợp với số liệu động đất micro để làm tăng mức tin tưởng về mục tiêu độ dẫn thủy lực.

Có nhiều cách làm giảm rủi ro về nguồn tài nguyên, các phương pháp trong ngành công nghiệp dầu khí cũng đã tìm cách áp dụng. Một trong số đó là địa chấn thụ động tần số thấp (LFPS). Phương pháp này đã được sử dụng rất thành công để vẽ ra sự phân tỏa khí hóa thạch dưới bề mặt. Vì dòng địa nhiệt và khí hóa thạch được xem là dòng chảy lỏng như nhau, vẽ bản đồ mạng phân tỏa dòng chảy dưới bề mặt đất được áp dụng cho các mỏ địa nhiệt có một khu vực dòng được xác định.

Hướng phát triển điện địa nhiệt của Indonesia

Indonesia có kế hoạch bổ sung 255 MW công suất địa nhiệt trong năm 2018  ở Sarulla, Ulubelu, Karaha và Sorik Marapai, như vậy công suất phát điện địa nhiệt có thể đạt 2.064 MW trong 2018.

Indonesia tiếp tục phát triển công xuất phát điện địa nhiệt để chiếm vị trí thứ 2 của Philippines trên thế giới về sản xuất điện địa nhiệt.

Với việc lắp đặt thêm tổ thứ 2 có công suất 110 MW trong năm 2017, nước này đã vượt hơn Phillipines tới 59 MW công suất điện địa nhiệt.

Bộ Năng lượng và Tài nguyên khoáng sản Indonesia đặt ra mục tiêu đạt 5.000 MW vào năm 2025. Trong năm 2018, Bộ này kỳ vọng bổ sung thêm 255 MW công suất điện địa nhiệt. Cụ thể là thêm tổ 3 cho nhà máy Saralla với 110 MW, tổ 4 cho Ulubelu với 55 MW, lắp đặt tổ 1 cho Karaha với 30 MW và xây dựng nhà máy Sorik Marapi với Modular 20 MW.

Tổng thống Indonesian Joko Widodo muốn thủy điện và điện địa nhiệt chiếm tới 25% công suất phát điện quốc gia. Với nỗ lực thu hút đầu tư tư nhân vào lĩnh vực năng lượng tái tạo của nước này, Chính phủ ban hành quy định về quy trình khảo sát ban đầu (PSP) và thăm dò (PSPE), quy trình đơn giản hóa cho cấp phép thăm dò thông qua một trung tâm dịch vụ tích hợp một bước tại Ủy ban Điều phối Đầu tư (BKPM). Chính phủ nước này cũng hối thúc các doanh nghiệp nhà nước tăng cường đầu tư vào lĩnh vực này.

Tiềm năng lớn của năng lượng địa nhiệt phải đối mặt với một loạt thách thức trong phát triển. Nhưng một khi vượt qua được các thách thức này, sẽ dẫn đến tiềm năng to lớn của năng lượng địa nhiệt có thể được sử dụng cho lợi ích của xã hội. Ở đây cần thiết sự phối hợp của tất cả các bên, bao gồm chính phủ, người lao động, và toàn xã hội.

TRẦN MINH HUÂN

Tổng hợp từ các nguồn tài liệu:

 1 Astria, Reindy. (2013) KONSUMSI BBM: Kebutuhan Terus Meningkat, Impor Minyak Indonesia 2013 Bakal Membengkak, dari alamat

 2 Edwards, L.M., Chilingar, G.V., Rieke III, H.H., Fertl, W.H. (1982) Handbook of Geothermal Energy, Gulf Publishing Company, Houston, Texas

 3 Pedoman dan Pola Tetap Pengembangan Industri Ketenagalistrikan Nasional 2004–2020. Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral.

http://www.thinkgeoenergy.com/indonesia-and-its-challenges-for-geothermal-development-iigce-2017-aug-2-4-2017/

http://www.thinkgeoenergy.com/indonesia-expects-an-addition-of-255-mw-geothermal-capacity-in-2018/

https://www.indonesia-investments.com/business/commodities/geothermal-energy/item268?

Indonesian Geothermal Association, (Source: Launch of IIGCE 2017, 18 May 2017, INAGA-IIGCE).