Năng lượng địa nhiệt là gì? Ứng dụng và tiềm năng

Năng lượng địa nhiệt là nguồn tái tạo hiếm hoi phát điện ổn định suốt ngày đêm, không lệ thuộc nắng hay gió. Trong bài viết này, chúng ta cùng làm rõ bản chất của nguồn nhiệt dưới chân mình, các ứng dụng thực tế trong công nghiệp – nông nghiệp, tiềm năng và khung pháp lý khai thác tại Việt Nam.

Năng lượng địa nhiệt là gì?

Năng lượng địa nhiệt là dạng năng lượng tái tạo thu được từ nhiệt lượng tích trữ bên trong vỏ và lòng Trái Đất, được nước nóng hoặc hơi nước vận chuyển lên bề mặt để phục vụ phát điện và cấp nhiệt trực tiếp.

Trong phạm vi vài kilômét đầu của vỏ Trái Đất, nhiệt độ tăng theo gradient địa nhiệt trung bình khoảng 25 – 30°C mỗi kilômét. Gradient này chỉ đúng cho vùng vỏ nông, nơi nhiệt truyền chủ yếu bằng dẫn nhiệt; xuống lớp phủ, cơ chế đối lưu chiếm ưu thế nên gradient thấp hơn nhiều lần. Vì vậy không thể ngoại suy tuyến tính con số này xuống sâu: tại tâm Trái Đất, cách bề mặt khoảng 6.371 km, nhiệt độ được ước tính trong khoảng 5.200 – 5.700°C tùy mô hình địa vật lý.

Điểm khác biệt cốt lõi của năng lượng địa nhiệt so với điện mặt trời và điện gió nằm ở tính liên tục. Nguồn nhiệt này không tắt vào ban đêm, không giảm khi trời nhiều mây. Đó là lý do ngành điện xếp địa nhiệt vào nhóm nguồn phát nền (baseload).

Con người khai thác nguồn nhiệt này từ rất sớm. Người La Mã cổ đại dùng nước khoáng nóng để tắm và sưởi. Việc phát điện từ địa nhiệt được thử nghiệm thành công lần đầu tại Larderello, Ý năm 1904 bằng một máy phát quy mô nhỏ; nhà máy địa nhiệt thương mại đầu tiên vận hành tại chính khu vực này năm 1913.

Xem thêm: Tìm hiểu về năng lượng không tái tạo

Nguồn gốc của nhiệt lượng trong lòng Trái Đất

Nhiệt lượng trong lòng Trái Đất đến từ 2 nguồn chi phối, cộng thêm một số thành phần đóng góp nhỏ.

Hai nguồn chi phối:

• Nhiệt nguyên thủy: phần nhiệt còn lại từ quá trình bồi tụ và va chạm khi hành tinh hình thành, bị giữ lại nhờ lớp phủ và vỏ đá dẫn nhiệt kém.
• Phân rã phóng xạ: quá trình phân rã của các đồng vị phóng xạ tồn tại lâu, chủ yếu gồm uranium-238, uranium-235, thorium-232 và kali-40 trong đá và khoáng vật.

Thành phần đóng góp nhỏ: ma sát tại các đới trượt kiến tạo và tiêu tán năng lượng triều. Cần phân biệt rõ: dòng đối lưu trong lớp phủ là cơ chế vận chuyển nhiệt lên phía trên, không phải nguồn sinh nhiệt.

Nước mưa thấm sâu theo các đới nứt nẻ, hấp thu nhiệt từ khối đá móng rồi dâng lên theo đứt gãy, tạo thành suối nước nóng và bồn địa nhiệt. Tổng nhiệt lượng của Trái Đất rất lớn so với nhu cầu của con người, nhưng từng vỉa địa nhiệt cụ thể là tài nguyên hữu hạn: nếu tốc độ khai thác vượt tốc độ bổ cập, vỉa suy giảm áp suất và sản lượng. Kiểm soát cân bằng nước và nhiệt của vỉa là điều kiện bắt buộc để một dự án vận hành bền vững qua nhiều thập kỷ.

Phân loại nguồn địa nhiệt theo nhiệt độ

Ngành địa nhiệt phân loại tài nguyên theo nhiệt độ lưu thể, vì nhiệt độ quyết định trực tiếp công nghệ và mục đích sử dụng. Đây là các ngưỡng quy ước, có vùng chồng lấn, không phải ranh giới cứng.

Bảng trên giải thích một thực tế quan trọng cho nhà đầu tư tại Việt Nam: phần lớn nguồn nước nóng trong nước nằm ở nhóm thấp và trung bình. Vì vậy hướng khai thác hiệu quả nhất trong ngắn hạn là sử dụng nhiệt trực tiếp và phát điện chu trình nhị phân quy mô vừa, thay vì sao chép mô hình nhà máy công suất hàng trăm MWe của Indonesia hay Philippines.

Năng lượng địa nhiệt được ứng dụng vào những lĩnh vực nào?

Năng lượng địa nhiệt được ứng dụng vào 3 nhóm lĩnh vực chính: phát điện nối lưới, cấp nhiệt trực tiếp cho công nghiệp và nông nghiệp, và điều hòa không khí cho công trình thông qua bơm nhiệt đất.

Về quy mô phát điện, hai bộ dữ liệu quốc tế cho kết quả khác nhau:

Hai con số này cách nhau một năm, nên chênh lệch bao gồm cả công suất lắp mới trong năm 2025 lẫn khác biệt về phương pháp thống kê. Ngoài ra, một bên ghi công suất đặt (nameplate), bên kia ghi công suất vận hành: với Hoa Kỳ — quốc gia dẫn đầu — con số công bố dao động trong khoảng 3.700 – 3.950 MWe tùy cách đếm, do nhiều tổ máy có sản lượng suy giảm theo vỉa. Khi trích dẫn, cần ghi rõ loại công suất, mốc thời gian và bộ dữ liệu.

Quy mô sử dụng nhiệt trực tiếp lớn hơn nhiều so với phát điện. Khảo sát 88 quốc gia công bố tại World Geothermal Congress — thực hiện theo chu kỳ 5 năm — ghi nhận tổng công suất nhiệt sử dụng trực tiếp đạt 107.727 MWt tính đến cuối năm 2019, trong đó bơm nhiệt đất chiếm 77.547 MWt, tương đương khoảng 71,6% công suất lắp đặt. Xét theo năng lượng nhiệt sử dụng (một cơ sở tính khác với công suất), cơ cấu gồm: bơm nhiệt đất 58,8%, tắm và bể bơi khoáng 18,0%, sưởi ấm không gian 16,0%, sưởi nhà kính 3,5%, ứng dụng công nghiệp 1,6%, nuôi trồng thủy sản 1,3%, sấy nông sản 0,4%.

Tại Iceland, địa nhiệt cấp nhiệt sưởi cho khoảng 90% số hộ gia đình. Tại Kenya, nguồn này cung cấp khoảng 40 – 45% sản lượng điện quốc gia, tỷ lệ dao động theo điều kiện thủy văn từng năm.

Phát điện nền cho hệ thống lưới điện

Phát điện nền là ứng dụng có giá trị cao nhất xét trên góc độ hệ thống điện, nhờ khả năng chạy liên tục. Cần nói rõ: xét quy mô toàn cầu, sử dụng nhiệt trực tiếp vẫn lớn hơn phát điện gần một bậc về công suất.

Hệ số công suất thiết kế của nhà máy địa nhiệt nằm trong khoảng 70 – 90%. Số liệu vận hành thực tế thấp hơn: các nhà máy tại Hoa Kỳ đạt trung bình 69,4% trong năm 2023. Để đối chiếu, điện mặt trời tại Việt Nam đạt khoảng 17 – 20% tùy vùng bức xạ và cơ sở tính (DC hay AC), còn điện gió trên bờ phân tán rộng theo vùng gió và cấu hình tua bin.

Về chi phí, chi phí quy dẫn (LCOE) bình quân gia quyền toàn cầu của điện địa nhiệt ở mức khoảng 0,06 USD/kWh theo số liệu năm 2024. Giá trị của từng dự án cụ thể phụ thuộc giả định tỷ lệ chiết khấu, nhiệt độ nguồn và điều kiện dự án. Các báo cáo quốc tế hiện chưa thống nhất về xu hướng dài hạn của chỉ tiêu này. So với điện mặt trời quy mô lớn, LCOE địa nhiệt cao hơn ở phần lớn thị trường; điểm bù đắp nằm ở thuộc tính phát nền chứ không ở giá điện đơn thuần. Khi so sánh với điện mặt trời, cần lưu ý điện mặt trời quy ước theo MWp (một chiều) còn địa nhiệt theo MWe (xoay chiều), nên không quy đổi trực tiếp giữa hai đơn vị.

Giá trị thứ hai nằm ở dịch vụ hệ thống. Khi tỷ trọng điện mặt trời và điện gió tăng cao, lưới điện cần nguồn phát ổn định để cân bằng công suất vào giờ thấp điểm nắng gió. Nhu cầu điện nền phát thải thấp từ các trung tâm dữ liệu đang thúc đẩy nhiều dự án mới tại Hoa Kỳ, Kenya, Indonesia và Philippines.

Cấp nhiệt trực tiếp cho công nghiệp và nông nghiệp

Cấp nhiệt trực tiếp cho hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn phát điện, vì nó bỏ qua tổn thất của khâu chuyển hóa nhiệt thành điện.

Nước địa nhiệt chứa các cấu tử cần kiểm soát như asen, bo, thủy ngân, silica, Ca²⁺/HCO₃⁻ và khí H₂S. Vì vậy phương thức sử dụng phải được phân định theo mục đích:

• Cấp nhiệt cho sản xuất — bắt buộc gián tiếp. Sấy nông sản, sưởi nhà kính, nuôi trồng thủy sản, chế biến thực phẩm và khử muối đều phải thực hiện qua bộ trao đổi nhiệt: nước vỉa đi trong vòng kín và được tái nạp, vòng thứ cấp dùng nước sạch mới tiếp xúc với sản phẩm hoặc môi trường nuôi. Không có ngoại lệ cho nhóm này.
• Ngâm tắm khoáng — tiếp xúc trực tiếp có điều kiện. Đây là ngoại lệ duy nhất, vì nước khoáng là tác nhân trị liệu chứ không phải môi chất truyền nhiệt. Điều kiện áp dụng: nguồn phải được cấp phép khai thác, có kết quả phân tích thành phần đầy đủ và được đánh giá rủi ro sức khỏe. Việt Nam hiện chưa ban hành quy chuẩn riêng cho nước ngâm tắm khoáng nóng, nên không thể mặc định áp dụng quy chuẩn chất lượng nước sạch sinh hoạt — vốn xây dựng cho mục đích ăn uống với ngưỡng và bản chất khác.

Về mặt môi trường, chuyển đổi từ lò hơi đốt than sang cấp nhiệt địa nhiệt loại bỏ nguồn phát sinh bụi, SO₂ và NOx tại cơ sở, qua đó thay đổi nghĩa vụ tuân thủ theo QCVN 19:2024/BTNMT — Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp, ban hành kèm Thông tư 45/2024/TT-BTNMT, hiệu lực từ 01/7/2025, thay thế QCVN 19:2009/BTNMT cùng một số quy chuẩn khí thải ngành. Quy chuẩn này có điều khoản chuyển tiếp và lộ trình áp dụng riêng cho cơ sở đang hoạt động, nên doanh nghiệp cần tra cứu nhóm đối tượng và thời hạn cụ thể của mình.

Bơm nhiệt đất GSHP cho công trình xây dựng

Bơm nhiệt đất (GSHP) khai thác chênh lệch nhiệt độ giữa lớp đất nông và không khí bề mặt để làm mát mùa nóng và sưởi ấm mùa lạnh. Hiệu quả được biểu thị bằng COP ở chế độ sưởi và EER hoặc COP làm mát ở chế độ làm mát, thông thường trong khoảng 3 – 5 tùy thiết kế vòng đất và chế độ vận hành.

Nhiệt của lớp đất nông chủ yếu do bức xạ mặt trời tích lũy, khác về nguồn gốc với dòng nhiệt sâu từ lòng Trái Đất. Việc các thống kê quốc tế gộp GSHP vào công suất “địa nhiệt” là một quy ước, và khi đọc số liệu tổng cần tách riêng phần này.

Nguyên lý dựa trên đặc điểm: từ độ sâu khoảng 10 m trở xuống, nhiệt độ đất ít biến động theo mùa và xấp xỉ nhiệt độ không khí trung bình năm của khu vực, khoảng 23 – 27°C tùy vùng tại Việt Nam. Vào ngày hè 38°C, hệ thống thải nhiệt xuống đất mát hơn thay vì ra không khí nóng, nên máy nén làm việc nhẹ hơn so với điều hòa giải nhiệt gió.

Điểm quyết định khi thiết kế GSHP tại Việt Nam là mất cân bằng nhiệt vòng đất. Khí hậu nhiệt đới tạo phụ tải gần như thuần làm mát quanh năm: nhiệt liên tục được thải xuống đất mà không có mùa sưởi để rút nhiệt ngược lại. Hệ quả là nhiệt độ vòng đất tăng dần qua các năm, kéo hiệu suất suy giảm. Ba biện pháp xử lý: mô phỏng cân bằng nhiệt dài hạn ngay từ giai đoạn thiết kế; cấu hình hybrid kết hợp tháp giải nhiệt để chia tải đỉnh; và tận dụng nhiệt thải cho nước nóng sinh hoạt nhằm rút bớt nhiệt khỏi vòng đất.

Mức tiết kiệm năng lượng so với hệ thống điều hòa thông thường được ghi nhận trong khoảng 25 – 50%, phụ thuộc vào điều kiện vận hành, số giờ phụ tải, đặc tính nhiệt của đất, thiết kế vòng trao đổi nhiệt và chế độ điều khiển. Nhóm công trình phù hợp gồm khách sạn, bệnh viện, trung tâm thương mại và nhà máy có nhu cầu làm mát liên tục. Thời gian hoàn vốn phải được tính riêng cho từng dự án dựa trên giá điện áp dụng, số giờ vận hành và chi phí khoan tại vị trí cụ thể.

Tiềm năng năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam ra sao?

Tiềm năng năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam ở mức trung bình so với thế giới về nhiệt độ, nhưng có lợi thế về phân bố rộng khắp lãnh thổ.

Các thống kê địa chất trong nước ghi nhận khoảng 250 – 300 nguồn nước nóng và nước khoáng nóng, con số dao động tùy tiêu chí thống kê của từng khảo sát. Về nhiệt độ, cần phân biệt hai đại lượng khác nhau:

• Nhiệt độ đo tại điểm lộ: phổ biến 30 – 100°C. Một trong những điểm lộ có nhiệt độ cao nhất được ghi nhận ở mức khoảng 100°C tại khu vực Lệ Thủy (nay thuộc tỉnh Quảng Trị).
• Nhiệt độ vỉa ước tính: đạt tới khoảng 148°C ở một số nguồn. Đây là giá trị tính toán bằng địa nhiệt kế hóa học (geothermometry) từ thành phần ion của nước, không phải giá trị đo trực tiếp, và luôn cần khoan sâu để kiểm chứng.

Về tiềm năng phát điện, đánh giá công bố trong Quy hoạch điện VIII đưa ra con số khoảng 460 MWe, giới hạn ở công nghệ thủy nhiệt truyền thống và tập trung tại Bắc Bộ và Trung Bộ.

Khi đọc các con số tiềm năng, cần phân biệt đơn vị: MWt là công suất nhiệt, MWe là công suất điện. Hai đơn vị này không quy đổi trực tiếp cho nhau, vì một nguồn nhiệt quy mô MWt chỉ cho công suất điện nhỏ hơn nhiều lần do hiệu suất chuyển hóa của chu trình nhị phân bị giới hạn bởi nhiệt động học.

Phân bố nguồn nước nóng theo vùng địa lý

Nguồn nước nóng Việt Nam phân bố tập trung theo các đới đứt gãy sâu. Tên tỉnh dưới đây theo đơn vị hành chính hiện hành sau sắp xếp từ 01/7/2025.

• Tây Bắc Bộ: mật độ điểm lộ cao, gắn với đới đứt gãy Sông Đà và Sông Mã. Suối khoáng nóng Kim Bôi (nay thuộc tỉnh Phú Thọ) là điểm khai thác du lịch và trị liệu lâu năm.
• Đồng bằng Sông Hồng: bồn địa nhiệt Sông Hồng và khu vực Thái Bình cũ (nay thuộc tỉnh Hưng Yên) có tầng chứa nước nóng ở độ sâu lớn.
• Trung Bộ: dải từ Quảng Trị đến Gia Lai tập trung nhiều nguồn nhiệt độ cao hơn mặt bằng chung, gồm Hội Vân (nay thuộc Gia Lai), Thạch Bích và Nghĩa Thuận (Quảng Ngãi), Phú Sen (nay thuộc Đắk Lắk), Tu Bông (Khánh Hòa).
• Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ: suối khoáng nóng Bình Châu (nay thuộc TP. Hồ Chí Minh) và các điểm lộ thuộc khu vực Kon Tum cũ (nay thuộc tỉnh Quảng Ngãi).

Khi đọc số liệu nhiệt độ của các điểm lộ này, cần nhớ nhiệt độ đo tại điểm lộ luôn thấp hơn nhiệt độ vỉa do pha trộn nước nông và mất nhiệt trên đường dẫn. Đây là căn cứ để khoanh vùng ưu tiên khảo sát sâu, không phải căn cứ kết luận khả năng phát điện. Ngưỡng nhiệt tối thiểu cho phát điện thương mại bằng ORC nằm ở mức khoảng 90°C trở lên.

Khung pháp lý khai thác tại Việt Nam

Trước khi bàn tới quy chuẩn thải, dự án địa nhiệt phải giải quyết ba nhóm nghĩa vụ pháp lý về khai thác tài nguyên.

Thứ nhất, pháp luật về khoáng sản. Theo Luật Địa chất và Khoáng sản số 54/2024/QH15 (Quốc hội thông qua ngày 29/11/2024, hiệu lực từ 01/7/2025), nước khoáng thiên nhiên và nước nóng thiên nhiên thuộc phạm vi điều chỉnh của pháp luật khoáng sản. Tổ chức muốn khai thác phải có giấy phép thăm dò và giấy phép khai thác khoáng sản; thẩm quyền cấp phép đối với nhóm này thuộc Ủy ban nhân dân cấp tỉnh.

Thứ hai, pháp luật về tài nguyên nước. Hoạt động khoan, hút nước dưới đất và đặc biệt là bơm ép tái nạp về tầng chứa chịu điều chỉnh của Luật Tài nguyên nước số 28/2023/QH15. Đây là điểm dễ bị bỏ sót vì tái nạp thường được xem thuần túy là giải pháp kỹ thuật.

Thứ ba, pháp luật về bảo vệ môi trường. Dự án thực hiện đánh giá tác động môi trường hoặc đăng ký môi trường, xin giấy phép môi trường theo Luật Bảo vệ môi trường số 72/2020/QH14 và các văn bản hướng dẫn, tùy quy mô và loại hình.

Về dòng thải, cần xác định quy chuẩn áp dụng theo phân loại dòng thải cụ thể. Trường hợp dòng thải thuộc phạm vi nước thải công nghiệp, quy chuẩn áp dụng là QCVN 40:2025/BTNMT, ban hành kèm Thông tư 06/2025/TT-BTNMT ngày 28/02/2025, hiệu lực từ 01/9/2025, thay thế QCVN 40:2011/BTNMT và một loạt quy chuẩn nước thải ngành; cơ sở đang vận hành trước thời điểm Thông tư có hiệu lực áp dụng quy định chuyển tiếp đến hết 31/12/2031. Các thông số cần đặc biệt lưu ý với nước địa nhiệt là asen, thủy ngân và bo.

Các quy chuẩn trên giữ nguyên ký hiệu BTNMT theo văn bản gốc; chức năng quản lý nhà nước hiện thuộc Bộ Nông nghiệp và Môi trường.

Rào cản hiện tại và hướng khai thác khả thi

Rào cản lớn nhất của năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam là bài toán kinh tế: chi phí sản xuất điện địa nhiệt hiện cao hơn khung giá áp dụng cho nguồn tái tạo trong nước.

Ba rào cản kỹ thuật và thể chế đi kèm:

• Dữ liệu thăm dò chưa đầy đủ: phần lớn nguồn mới được khảo sát ở mức điểm lộ bề mặt, thiếu số liệu khoan sâu để xác định nhiệt độ vỉa thực tế, trữ lượng và độ thấm tầng chứa.
• Quy mô nguồn phân tán: các điểm lộ nằm rải rác, khó tập hợp đủ công suất cho một nhà máy lớn, đồng thời làm tăng chi phí đấu nối trên mỗi MWe.
• Thiếu cơ chế giá riêng: khung giá phát điện hiện chưa phản ánh giá trị của thuộc tính phát nền mà địa nhiệt mang lại cho hệ thống.

Trong bối cảnh đó, ba hướng khai thác có cơ sở kỹ thuật rõ ràng ngay ở thời điểm hiện tại: sử dụng nhiệt trực tiếp cho sấy nông sản và chế biến thực phẩm qua trao đổi nhiệt gián tiếp; phát triển tổ hợp du lịch nghỉ dưỡng khoáng nóng gắn với kiểm soát chất lượng nước và đánh giá rủi ro sức khỏe; và ứng dụng bơm nhiệt đất cho công trình có phụ tải làm mát lớn tại đô thị, kèm thiết kế chống mất cân bằng nhiệt vòng đất. Hiệu quả tài chính của từng hướng phải được tính riêng theo dự án.

Điện địa nhiệt quy mô vừa và nhỏ theo công nghệ chu trình nhị phân là bước tiếp theo, với điều kiện tiên quyết là bổ sung dữ liệu khoan thăm dò và hoàn thiện cơ chế giá.

Kết luận

Năng lượng địa nhiệt cho sản lượng ổn định với hệ số công suất 70 – 90%, cao hơn hẳn điện mặt trời và điện gió. Với khoảng 250 – 300 nguồn nước nóng phân bố rộng khắp và tiềm năng phát điện khoảng 460 MWe theo Quy hoạch điện VIII, Việt Nam nên bắt đầu từ các ứng dụng nhiệt trực tiếp và bơm nhiệt đất, song song với việc hoàn thiện dữ liệu địa chất cho từng nguồn.

Môi trường Envico cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết về năng lượng địa nhiệt. Nếu còn thắc mắc hoặc muốn đóng góp thêm về nội dung, bạn để lại bình luận bên dưới, Envico sẽ giải đáp.

CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ENVICO

Địa chỉ : Lầu 3, Indochina Tower, 4 Nguyễn Đình Chiểu, P. ĐaKao, Quận 1, Tp. HCM

Hotline: 0909 794 445 (Mr.Huy)

Điện thoại : (028) 66 797 205

E-mail : admin@envico.vn

Website : Congnghemoitruong.net

Fanpage : Công ty Công Nghệ Môi Trường – Envico