Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Số 28, 2017 NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT: VAI TRÒ VÀ TÁC ĐỘNG ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG Ở VIỆT NAM NGUYỄN THỊ TÂM THANH1, LƯƠNG MINH THÁI2, ĐỖ QUANG KHÁNH22 Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh, Việt nam, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, Việt nam; nguyenthitamthanh@iuh.edu.vn, dqkhanh@hcmut.edu.vn Tóm tắt Năng lượng địa nhiệt nguồn lượng tự nhiên có sẵn lịng Trái đất Nguồn lượng thay phần nhiên liệu hóa thạch Sự triển khai sử dụng lượng địa nhiệt giải pháp cần thiết để đáp ứng nhu cầu lượng ngày gia tăng đảm bảo an ninh lượng Việt Nam Bài báo nhằm trình bày vai trị tác động lượng địa nhiệt nhằm góp phần phát triển lượng bền vững Việt Nam Các kết nghiên cứu, thăm dò từ trước đến cho thấy có 300 nguồn lượng địa nhiệt lãnh thổ Việt Nam với nhiệt độ từ 30°C đến 148 oC Mặc dù việc sử dụng lượng địa nhiệt Việt Nam nghiên cứu áp dụng thời gian dài chủ yếu để gia nhiệt, phục vụ nông nghiệp, sản xuất muối, spa, du lịch, v.v… Cho đến nay, việc sử dụng nguồn lượng địa nhiệt để tạo nguồn điện chưa áp dụng triển khai Mục tiêu báo phân tích, đánh giá khả sử dụng lượng địa nhiệt, góp phần làm đa dạng nguồn lượng tái tạo sử dụng Việt Nam tác động mơi trường xã hội Ngồi ra, đề xuất số khuyến nghị việc khai thác nguồn lượng địa nhiệt nhằm phát triển lượng bền vững Việt Nam Từ khóa Năng lượng địa nhiệt, Tài nguyên, Phát triển bền vững ROLE AND IMPACT OF GEOTHERMAL ENERGY FOR THE SUSTAINABLE DEVELOPMENT IN VIETNAM Abstract Geothermal energy is a natural energy source available from the Earth that offers a sustainable alternative to fossil fuels The development of geothermal energy is one of necessary solutions to meet the increasing energy demand and ensure the energy security in Vietnam The paper aims to present the role and impact of geothermal energy for the sustainable development in Vietnam The study results show that there are more than 300 geothermal energy sources in Vietnam territory with the temperatures from 30 oC to 148oC Although the geothermal utilization in Vietnam has been studied and applied for the long time, it is only for heating, such as agricultural heating, salt production, or spa, tourism, etc Until now, the use of geothermal energy resources to generate electricity power plants is still not applied and deployed This paper also considers and analyses main impacts of geothermal energy for the sustainable development in Vietnam towards the environment and society Moreover, some recommendations are providing for enabling the exploitation of geothermal energy resources for the development sustainable development in Vietnam Keywords Geothermal Energy, Resources, Sustainable Development GIỚI THIỆU Năng lượng địa nhiệt nguồn lượng không gây tác hại đến môi trường Năm 2008, lượng địa nhiệt chiếm khoảng 0,1% nguồn cung cấp lượng cho tồn cầu Theo dự đốn chun gia lượng vào năm 2050 đáp ứng đến khoảng 3% nhu cầu điện 5% nhiệt toàn cầu [1] Ở Việt Nam, từ năm 1993 đến năm 1998, có hai dự án nghiên cứu đánh giá tiềm địa nhiệt hai khu vực có tên là: "Nghiên cứu đánh giá tiềm địa nhiệt lãnh thổ từ Quảng Nam - Đà Nẵng đến Bà Rịa - Vũng Tàu "Nghiên cứu đánh giá tiềm địa nhiệt miền Bắc miền Trung © 2017 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 30 NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT: VAI TRÒ VÀ TÁC ĐỘNG ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG Ở VIỆT NAM Việt Nam" [2] Tuy nhiên, việc sử dụng địa nhiệt để sản xuất điện Việt Nam bỏ ngõ Trong báo này, phân tích vai trị tác động lượng địa nhiệt đến phát triển kinh tế, xã hội Việt Nam xem xét Tiếp theo, tiến hành đánh giá tiềm địa nhiệt cuối số kết luận khuyến nghị để khai thác nguồn lượng địa nhiệt cho phát triển lượng bền vững Việt Nam CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG Năng lượng địa nhiệt lượng có nguồn gốc từ nguồn nhiệt bên trái đất Lượng nhiệt xuất phát từ hình thành ban đầu hành tinh từ phân rã phóng xạ khống chất Năng lượng địa nhiệt tìm thấy độ sâu khác nhau, từ vỉa chứa nơng đến sâu (hình 1) Bởi nguồn lượng tái tạo, khơng gây ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu nên lượng địa nhiệt xem nguồn lựa chọn thay cho nhiên liệu hóa thạch Hình Sự hình thành vỉa chứa địa nhiệt [3] Sự hấp thu lượng mặt trời cấu tạo vỏ trái đất tạo dòng nhiệt truyền vào lòng trái đất theo hướng khác Những dòng nhiệt sản sinh động chuyển thành gradient nhiệt độ đến mảng vật chất khác Năng lượng địa nhiệt việc chuyển đổi nhiệt từ mẫu lõi bên đến lớp vỏ trái đất [4] Phát triển lượng bền vững yêu cầu cấp thiết cho ổn định kinh tế, xã hội Các thách thức sản xuất điện cần phải giảm thiểu tác động có hại tới mơi trường sức khỏe người đồng thời nâng cao hiệu sử dụng lượng Minh chứng nước công nghiệp phát triển, phát triển hệ thống lượng phải đảm bảo cho kinh tế hoạt động ổn định Các lĩnh vực kinh tế từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, nghiên cứu khoa học, v.v…không bị ảnh hưởng thiếu hụt nguồn lượng Khả tái sinh trì suất nguồn lượng nói chung xem cần thiết yêu cầu đủ để phát triển lượng bền vững [1] ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT Ở VIỆT NAM 3.1 Sự phân bố nguồn lượng địa nhiệt Việt Nam Các kết nghiên cứu cho thấy có 300 nguồn lượng địa nhiệt phát lãnh thổ Việt Nam có nhiệt độ từ 30 oC đến 148oC Việt Nam ước tính có tới 1.400 MW tiềm năng lượng địa nhiệt cho sử dụng trực tiếp sản xuất điện [5] Hình cho thấy phân bố nguồn lượng địa nhiệt theo khu vực địa lý lãnh thổ Việt Nam [2] Các nguồn tài nguyên lượng địa nhiệt Việt Nam phân loại thành khu vực sau: © 2017 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT: VAI TRÒ VÀ TÁC ĐỘNG ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG Ở VIỆT NAM 31 Hình Phân bố nguồn địa nhiệt Việt Nam [2] Tây Bắc Việt Nam Khu vực có số lượng lớn suối nước nóng địa nhiệt chiếm khoảng 29,4% số nguồn tài nguyên địa nhiệt nước Về tiềm địa nhiệt, khu vực tiềm lớn thứ hai với công suất 107 MW tổng lượng tự nhiên nguồn địa nhiệt 13,5 kW Các nguồn địa nhiệt phân bố phía tây đồng sơng Hồng tỉnh Lai Châu, Sơn La, Hịa Bình, n Bái, Lào Cai, Phú Thọ Cần lưu ý chúng xuất dọc theo hệ thống đứt gãy theo hướng Tây Bắc - Đơng Nam thể hình a Hình Bản đồ đứt gãy hoạt động Tây Bắc Việt Nam [6] © 2016 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh © 2017 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 32 NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT: VAI TRỊ VÀ TÁC ĐỘNG ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG Ở VIỆT NAM Đơng Bắc Việt Nam Chỉ có ba nguồn địa nhiệt có tiềm địa nhiệt tốt để khai thác lượng là: Bố Lưới tỉnh Hà Giang, Mỹ Lâm tỉnh Tuyên Quang Tam Hợp tỉnh Quảng Ninh với lượng dự đoán 42,3 MW Nguồn địa nhiệt Bố Lưới xã Thượng Sơn, huyện Bắc Quang, tỉnh Hà Giang có nhiệt độ 71,5oC Nguồn địa nhiệt Mỹ Lâm tỉnh Tuyên Quang với nhiệt độ 64oC Qua điều tra, thăm dò nước đất dọc theo ven biển tỉnh Quảng Ninh phát suối nước nóng Quảng Hạnh Tam Hợp Ngoài ra, số giếng riêng rẽ Nạ Rua, tỉnh Cao Bằng La Hiên, tỉnh Thái Nguyên b c Bắc Trung Việt Nam Các nguồn địa nhiệt tập trung tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế Quảng Nam (hình 4) Dạng lộ thiên bao gồm nhiều suối có nhiệt độ cao dao động từ 95oC đến 100oC với tổng lưu lượng khoảng 20 l/s Một số nguồn khác có nhiệt độ cao Sơn Kim, tỉnh Hà tĩnh với nhiệt độ 78oC, Thanh Tân, tỉnh Thừa Thiên Huế với nhiệt độ 68oC Huyền Cô, tỉnh Quảng Trị với nhiệt độ 70oC Hình Suối nước nóng Bảng, xã Kim Thủy, huyện Lệ Thủy, Quảng Bình [7] d Nam Trung Việt Nam Khu vực có số lượng suối nước nóng địa nhiệt nhiều thứ hai Đặc biệt, lương địa nhiệt với nhiệt độ cao lộ thiên phía nam miền Trung phân bố chủ yếu khu vực chuyển tiếp khu vực đồi núi đồng ven biển tỉnh Quảng Ngãi, Khánh Hòa Phú Yên, v.v… Nhiệt độ bề mặt cao 70oC Bình Châu, Hội Vân đến 83oC tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Bình Định Đây vùng có tiềm với tổng lượng dự kiến 127 MW khai thác để sử dụng nhiều mục đích [7] Chúng phân bố liên kết đứt gãy sâu đới hóa cấu trúc đứt gãy phụ song song đứt gãy trẻ Vũng Tàu - Phan Rang Hình Suối nước nóng Thạch Trụ Tây, xã Đức Lân, Mộ Đức, Quảng Ngãi [7] e Đồng miền Bắc miền Nam Nguồn địa nhiệt khu vực thuộc hồ chứa actezi bao phủ lớp trầm tích Đệ tứ dày Vì vậy, nước nóng không lộ thiên mặt đất Chúng phát giếng khoan, đặc biệt lỗ khoan sâu thăm dị dầu khí tỉnh Thái Bình Nam Định Nhiệt độ nguồn nước nóng thăm dị 100oC - 150oC độ sâu 1.000 - 3.000 m Trong thềm lục địa, nhiệt độ cao đo độ sâu từ 300 - 4.300 m giếng bồn trũng sông Hồng 179,8oC Ở đồng sơng Cửu Long có giếng sâu từ 400 – 4.500 m, với nhiệt độ cao 145oC © 2017 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT: VAI TRÒ VÀ TÁC ĐỘNG ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG Ở VIỆT NAM 33 3.2 Đánh giá tình trạng nghiên cứu lượng địa nhiệt Việt Nam Từ năm 1983, Cục Địa chất Việt Nam thiết lập đồ nguồn tài nguyên nước nóng quốc gia với tiềm địa nhiệt tương ứng cho phép xác định ưu tiên khu vực chứng thực cần điều tra thêm Các nghiên cứu Viện nghiên cứu tài nguyên khoáng sản địa chất (RIGMR) hỗ trợ tổ chức quốc tế xác định địa điểm có tiềm địa nhiệt suối nước nóng Bang, Tu Bơng, Hội Vân, Đảnh Thạnh, Mộ Đức, Nghĩa Thắng Năm 1995, Công ty Quốc tế ORMAT với Công ty Thiết kế Khảo sát điện 1, tiến hành nghiên cứu tiền khả thi nhằm chọn địa điểm cho nhà máy điện địa nhiệt khu vực miền Trung Tổng công suất 112,7 MW gồm 03 nhà máy điện lên kế hoạch cho giai đoạn có cơng suất 55,2 MW Tuy nhiên, số khó khăn nghiên cứu không tiếp tục Năm 2004, nghiên cứu Viện nghiên cứu tài nguyên khoáng sản địa chất kết luận tiềm địa nhiệt Việt Nam 340 MW, giá điện chưa cạnh tranh so với nguồn lượng khác Các nghiên cứu năm 2005 Viện nghiên cứu tài nguyên khoáng sản địa chất bao phủ tất vùng Việt Nam, khảo sát tổng cộng 269 nguồn nước [7] Ngoài ra, theo website FUAS (Liên đoàn trường Đại học Khoa học ứng dụng), với 300 suối nước nóng từ 30oC đến 148oC, Việt Nam ước tính có tới 1.400 MW tiềm địa nhiệt để sử dụng trực tiếp sản xuất điện Từ tiềm này, Việt Nam phát triển 400 MW cho sản xuất điện năm 2020 [5] VAI TRÒ CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT NHẰM PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG Ở VIỆT NAM Nhìn chung, việc sử dụng lượng địa nhiệt phân loại thành hai nhóm chính: sử dụng trực tiếp sản xuất điện 4.1 Sử dụng trực tiếp Sấy khô gia nhiệt sản phẩm nông nghiệp, dạng sử dụng trực tiếp lượng địa nhiệt, trình quan trọng nhằm tránh lãng phí đảm bảo thực phẩm giàu dinh dưỡng có sẵn quanh năm thời gian hạn hán Các nguồn lượng địa nhiệt có enthalpy thấp đến trung bình với nhiệt độ 150°C thường sử dụng cho ứng dụng sấy khô nông nghiệp Năng lượng địa nhiệt sử dụng để làm sấy khô loạt sản phẩm nông nghiệp gạo, lúa mì, cà chua, hành tây, bơng, ớt tỏi (hình 6) Hình Cà chua nạp máy sấy [3] Việc sử dụng lượng địa nhiệt Việt Nam nghiên cứu áp dụng năm thập niên 80 đến cuối kỷ trước để gia nhiệt sản phẩm nông nghiệp chè, dừa, cọ, sắn, v.v vùng địa nhiệt Mỹ Lâm, tỉnh Tuyên Quang Hội Vân, tỉnh Bình Định có kết đạt u cầu cao Ngồi có số dự án nghiên cứu ứng dụng địa nhiệt để nuôi dưỡng tôm đồng qua mùa đông để làm nguồn nhiệt phục vụ cho việc sấy muối Năm 1997, Công ty dược tỉnh Bình Định xây dựng sở với công suất sản xuất khoảng 7.000 tấn/năm để sản xuất muối tinh thể với iođua việc sử dụng đầu nguồn lưu chất địa nhiệt © 2016 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh © 2017 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 34 NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT: VAI TRÒ VÀ TÁC ĐỘNG ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG Ở VIỆT NAM Hiện nay, việc ứng dụng cho sản xuất nơng lâm ngư nghiệp xu hướng việc ứng dụng địa nhiệt Việt Nam cho spa, điều trị chữa bệnh du lịch nguồn tài nguyên địa nhiệt Mỹ Lâm, Quảng Hành, Bình Châu, Hội Vân, v.v…[2] 4.2 Sản xuất điện Trên tồn giới, đến có 24 quốc gia sử dụng lượng địa nhiệt để tạo điện thêm 11 hệ thống địa nhiệt thử nghiệm triển khai, bao gồm Úc, Pháp, Đức, Nhật Bản, Thụy Sĩ, Vương quốc Liên hiệp Anh Bắc Ireland Các nhà máy điện địa nhiệt hoạt động theo ba kiểu là: nhà máy điện địa nhiệt sử dụng khơ trực tiếp từ lịng đất (direct dry steam power plants), nhà máy điện địa nhiệt sử dụng giãn nở (flash steam power plants) nhà máy điện địa nhiệt hai vịng tuần hồn (binary cycle power plants) (hình 7) Ở nhà máy điện địa nhiệt sử dụng khơ trực tiếp, bảo hồ khơ trực tiếp vào tuabin làm chạy máy phát điện Nhà máy điện địa nhiệt sử dụng giãn nở có sử dụng thêm q trình chuyển đổi áp suất để làm bay hỗn hợp lưu chất thủy nhiệt (nước nước) Lưu chất chứa bể chứa (flash tank) áp suất thấp nhiều làm bay sau đưa vào tuabin để tạo điện Nhà máy điện điện địa nhiệt hai vịng tuần hồn hoạt động cách đẩy nước nóng qua trao đổi nhiệt với chất lỏng khác có nhiệt độ sôi thấp nhiều isobutene Chất lỏng gọi chất lỏng cơng tác sau bay cấp vào tuabin phát điện Hình Sơ đồ hoạt động nhà máy điện địa nhiệt [4] Ở Việt Nam, nguồn tài nguyên địa nhiệt chủ yếu có nhiệt độ thấp trung bình (