Năng lượng địa nhiệt nguồn năng lượng sạch nguồn năng lượng vô tận

Năng lượng địa nhiệt nguồn năng lượng sạch nguồn năng lượng vô tận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KINH TẾ & QUẢN LÝ

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hải Thanh - 20106217

Nguyễn Việt Khôi - 20106256 Nguyễn Thị Lan Anh - 20106154 Nguyễn Thị Thủy Anh - 20106155 Nguyễn Thị Hương Vân - 20106224 Nghiêm Đình Long - 20106195

Giáo viên hướng dẫn: T/s Phạm Thu Hà

HÀ NỘI 11-2012

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Chương I Các vấn đề lý thuyết về năng lượng địa nhiệt

 Giới thiệu chung về năng lượng địa nhiệt

 Phân loại các nguồn năng lương địa nhiệt

 Phân loại các nhà máy sản xuất năng lượng địa nhiệt

Chương II Thực trạng việc ứng dụng năng lượng địa nhiệt trên thực tế

 Sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng địa nhiệt

 Năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện

 Nguồn năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam

 Tác động chung cuả nguồn địa nhiệt đến các mặt mội trường ,

văn hóa , xã hội …

Chương III Quan điểm về việc giải quyết những vấn đề tồn tại của ngành khai thác , sử dụng năng lượng địa nhiệt

 Tiềm năng của ngành năng lượng địa nhiệt

 Cơ hội để phát triển ngành năng lượng địa nhiệt

 Hướng phát triển trong tương lai và quan điểm bản thân về triển vọng ngành năng lượng địa nhiệt

1.1 Giới thiệu chung về năng lượng địa nhiệt 5 1.2 Phân loại các nguồn năng lương địa nhiệt _ 9 1.3 Phân loại các nhà máy sản xuất năng lượng địa nhiệt _ 10

Chương 2 Thực trạng việc ứng dụng năng lượng địa nhiệt trên thực tế 15

2.1 Sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng địa nhiệt _ 15 2.2 Năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện _ 17 2.3 Hiện trạng phát triển ngành năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam 26 2.4 Tác động chung cuả việc khai thác sử dụng nguồn địa nhiệt đến các mặt 28 2.5 Kinh tế _ 29

Chương 3 Quan điểm về việc giải quyết những vấn đề tồn tại của ngành khai thác , sử dụng năng lượng địa nhiệt 31

3.1 Những lý do nên phát triển năng lượng địa nhiệt Error! Bookmark not defined 3.2 Tiềm năng của ngành năng lượng địa nhiệt trên thế giới 31 3.3 Cơ hội để phát triển ngành năng lượng địa nhiệt 33 3.4. Đánh giá đối với Việt Nam _ 34

Kết luận 35 Tài liệu tham khảo 37

Lời nói đầu

Vào năm 1878, với chiếc bóng đèn điện đầu tiên Thomas Edison đã đưa loài người tiến vào thời đại điện khí hóa Nhờ có dòng điện thế giới đã có những bước tiến vượt bậc để đi đến kỷ nguyên phát triển như ngày hôm nay Song từ những năm cuối thế kỷ 20, các nguồn năng lượng cổ điển dùng trong đời sống và sản xuất như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên,và thủy triều đang dần cạn

Nhận thức được điều này , ngày nay, bên cạnh việc tiếp tục phát triển những nguồn năng lượng cổ điển nhiều quốc gia trên thế giới đã và đang tiến hành nghiên cứu

và đưa vào sử dụng các nguồn năng lượng mới , còn gọi là năng lượng tái sinh hay năng lượng tái tạo (renewable source of energy - RSE) Chúng bao gồm : Năng lượng mặt trời, năng lượng gió, khí sinh học,năng lượng thủy triều… Ngoài ra sẽ thật thiếu sót nếu ko nhắc tới 1 loại năng lượng nằm ngay dưới chân chùn ta : Năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt tuy không được ứng dụng phổ biến như Năng lượng mặt trời, năng lượng gió … song theo các nhà khoa học, năng lượng địa nhiệt là một nguồn năng lượng sạch, thân thiện và gần như vô tận, có thể đáp ứng cao hơn gấp 250.000 lần nhu cầu hàng năm của thế giới, tác động gần như bằng không đối với khí hậu hay môi trường

Với đề tài này chúng em mong muốn đưa đến cho cô và các bạn những nhận định đúng đắn về “Năng lượng địa nhiệt” cùng những ứng dụng to lớn của nó đến các mặt của đời sống , sản xuất Song bên cạnh đó vì thời gian có hạn nên đề tài này của chúng

em còn chứa đựng rất nhiều hạn chế mà chúng em chưa có thời gian khắc phục

Báo cáo đồ án gồm 3 chương :

Chương I Các vấn đề lý thuyết về Năng lượng địa nhiệt

Chương II Thực trạng việc ứng dụng năng lượng địa nhiệt trên

Chương III Quan điểm về việc giải quyết những vấn đề tồn tại của ngành khai thác , sử dụng năng lượng địa nhiệt

Do kiến thức còn hạn chế nên đề tài chắc không tránh khỏi các thiếu sót Vì vậy,

em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của cô cùng tất cả các bạn để có thể từng bước xây dựng đề tài ngày càng hoàn thiện và hiệu quả hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Trang 5

Chương 1 Các vấn đề lý thuyết về Năng lượng địa nhiệt

1.1 Giới thiệu chung về năng lượng địa nhiệt

1.1.1 Năng lượng địa nhiệt là gì ?

Năng lượng địa nhiệt là dạng năng lượng tồn tại trong lòng đất ở dưới dạng nhiệt năng Năng lượng địa nhiệt, dạng nhiệt năng tự nhiên ở sâu trong lòng trái đất, phát sinh từ nguồn nhiệt sơ khai trong lòng trái đất, từ nhiệt ma sát do các phiến lục địa trượt lên nhau, và từ sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ tồn tại tự nhiên với 1 lượng nhỏ trong đá

+ Năng lượng địa nhiệt được tạo ra do các quá trình phản ứng phóng xạ hạt nhân của các nguyên tố phóng xạ nặng có trong lòng Qủa Đất như thori ( Th ) , protactini (Pa) , urani (U) , … Đây là nguồn nhiệt chính

+ Nhiệt năng cũng có thể tích tụ dần thông qua sự hấp thụ năng lượng mặt trời của lớp vỏ trái đất

+ Năng lượng địa nhiệt còn được tạo ra do ma sát khi hai mảnh vỏ Qủa Đất dịch chuyển mà một mảnh chuyển động trượt trên mảnh kia

Một phần trong tổng khối nhiệt lượng khổng lồ trong lòng Trái Đất này bắt nguồn từ quá trình hình thành hành tinh trong khoảng 4,5 tỷ năm trước (Trái Đất hình thành từ một khối cầu vật chất cực nóng, nguội dần từ trong ra ngoài qua quá trình quay quanh trục), và phần còn lại là kết quả của quá trình phân rã của các nguyên tố phóng xạ tồn tại trong lõi Trái Đất Theo nguyên lý tuần hoàn nhiệt lượng từ nơi nhiệt

độ cao xuống nhiệt độ thấp, dòng nhiệt của Trái Đất di chuyển từ trong lõi ra ngoài

vỏ

Dưới tác động của một quá trình địa chất gọi là kiến tạo mảng , vỏ Trái Đất được phân ra thành 12 mảng lớn và được tái tạo (tái sinh) một cách chậm chạp qua hàng triệu năm Các mảng này di chuyển tương đối với nhau (phân tách hoặc hội tụ) với tốc

độ vài cm/năm Khi hai mảng kiến tạo va chạm vào nhau, 1 mảng có thể hút chìm xuống mảng còn lại, tạo nên các trũng đại dương và gây ra động đất Đây chính là nơi vỏ Trái Đất trở nên yếu hơn bình thường, cho phép vật chất nóng từ trong lòng đất dịch chuyển lên mặt Ở độ sâu lớn tại đới hội tụ, ngay bên dưới mảng sụp chìm, nhiệt

độ tăng lên đủ cao đến nung chảy đất đá và tạo ra magma (nham thạch) Do có mật độ thấp hơn khối đất đá xung quanh, magma di chuyển lên phía trên vỏ Trái Đất và mang theo nhiệt lượng cùng với nó Đôi khi magma di chuyển lên tới bề mặt Trái Đất thông qua các điểm yếu của vỏ Trái Đất và phun trào lava tại các miệng núi lửa Tuy nhiên,

đa phần magma được giữ lại trong vỏ Trái Đất và nung nóng đất đá và các khối nước ngầm (subterranean water) Một phần khối nước nóng này có thể di chuyển lên mặt đất thông qua các đới đứt gãy hoặc khe đá rạn (cracks), hình thành suối nước nóng (hay là geysers, mạch nước nóng) Một khi khối nước nóng và hơi nước này bị “bẫy”

do khối đất đá không thấm (impermeable) ở phía bên trên và được giữ lại trong khối đất đá thấm (permeable), bồn trũng địa nhiệt được hình thành Các bồn trũng này chính là nguồn địa nhiệt có thể được dùng trực tiếp hoặc để sản xuất điện qua hệ thống turbine hơi nước (steam turbine)

Theo tính toán , nhiệt độ của tâm trái đất vào khoảng 6650°C Trái đất nguội

dần với tốc độ khoảng 300 đến 350°C trong một tỉ năm Tại một số vùng trong vỏ trái đất đặc biệt tại những vùng có hoạt động địa trấn mạnh nhiệt độ tăng rất nhanh theo chiều sâu Năng lượng địa nhiệt là nguồn nhiệt tự nhiên được lấy trong lòng quả đất bằng cách khoan sâu xuống lòng đất Nguồn nhiệt này được đưa lên mặt đất dưới dạng hơi nóng hoặc nước nóng

Chúng ta đều biết rằng lớp trên cùng của vỏ Trái đất chỉ có nhiệt độ bình quân trong năm là 15°C Dưới lớp đó là một lớp có nhiệt độ bình quân là 540°C Trên bao Manti nhiệt độ trung bình là 650°C Vùng quá độ có nhiệt độ bình quân là 1000°C Lớp dưới bao manti có nhiệt độ bình quân là 3000°C Tại lớp Lõi ngoài có nhiệt độ bình quân là 5000°C Còn tại lớp Lõi trong nhiệt độ bình quân là 7000°C Khối năng lượng khổng lồ đó tồn tại đồng hành với Trái đất và là nguồn năng lượng vô hạn sinh

ra từ các chuỗi phản ứng hạt nhân, sự phân hủy các chất phóng xạ tiến hành thường xuyên trong lòng Trái đất Đi sâu xuống lòng đất 2-40m (tùy địa điểm)thông thường

ta sẽ gặp tầng Thường ôn, tức là tầng có nhiệt độ không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ Mặt Trời (ở Maskva là độ sâu 20m, ở Paris là 28m) Dưới tầng Thường ôn càng xuống sâu nhiệt độ càng tăng Người ta gọi Địa nhiệt cấp là độ sâu tính bằng mét đủ

để nhiệt độ tăng lên 1°C Trị số trung bình là 33m Nếu xuống sâu được đến 60km thì

có nhiệt độ tới 1800°C Thường thường để khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt người ta chỉ cần khoan các giếng sâu 4-5km Ví dụ nhà máy địa nhiệt ở Soultz, cách Strasbourg, cách Strasbourg (đông bắc nước Pháp) 50km về phía Bắc Đưa nước xuống độ sâu khoảng 5km là tới vùng có nhiệt độ khoảng 200°C Nước được làm sôi lên sẽ theo ống dẫn lên và làm chạy máy phát điện

1.1.2 Năng lượng tái tạo :

Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên

tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời

Trang 7

của con người thì là vô hạn Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất

Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là do Mặt Trời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các vật mang năng lượng khác nhau Tùy theo trường hợp mà năng lượng này được sử dụng ngay tức khắc hay được tạm thời dự trữ

Việc sử dụng khái niệm "tái tạo" theo cách nói thông thường là dùng để chỉ đến các chu kỳ tái tạo mà đối với con người là ngắn đi rất nhiều (thí dụ như khí sinh học so với năng lượng hóa thạch) Trong cảm giác về thời gian của con người thì Mặt Trời sẽ còn là một nguồn cung cấp năng lượng trong một thời gian gần như là vô tận Mặt Trời cũng là nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho nhiều quy trình diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất Những quy trình này có thể cung cấp năng lượng cho con người và cũng mang lại những cái gọi là nguyên liệu tái tăng trưởng Luồng gió thổi, dòng nước chảy và nhiệt lượng của Mặt Trời đã được con người sử dụng trong quá khứ Quan trọng nhất trong thời đại công nghiệp là sức nước nhìn theo phương diện sử dụng kỹ thuật và theo phương diện phí tổn sinh thái

Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn năng lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng mà ngày nay được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn tại "vô tận" thì phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), khi có thể thực hiện trên bình diện kỹ thuật, và phản ứng phân rã hạt nhân (phản ứng phân hạch) với các lò phản ứng tái sinh (breeder reactor), khi năng lượng hao tốn lúc khai thác uranium hay thorium có thể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng lượng tái tạo mặc dù là thường thì chúng không được tính vào loại năng lượng này

1.1.3 Các phương pháp sử dụng

1.1.3.1 Sử dụng trực tiếp

Thông qua việc khai thác địa nhiệt tầng nông Khai thác địa nhiệt tầng nông là khai thác nhiệt của đất nằm ở độ sâu từ 1 đến 150 m dưới bề mặt đất Nhờ có những công nghệ tiên tiến (máy bơm nhiệt, máy thu tích nhiệt, mũi hút địa nhiệt, giếng nước ngầm hay các tấm bêton áp đất) mà lượng nhiệt tầng nông tuy có độ chênh lệch nhiệt

độ tương đối thấp so với nhiệt độ không khí song vẫn có thể được khai thác phục vụ cho sưởi ấm vào mùa đông và làm mát về mùa hè cho các công trình như nhà văn phòng, trường học, nhà trẻ, trạm y tế, siêu thị,… Gần 80% nhiệt lượng dùng cho việc sưởi ấm hay làm mát toà nhà đều được khai thác từ nguồn cấp nhiệt nằm ngay trong lòng đất và như vậy việc sưởi ấm hay làm mát có thể được coi gần như không có xả thải khí CO2 và không hề ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu Trong báo cáo này sẽ giới thiệu về mặt kỹ thuật và công nghệ, phân tích ở khía cạnh kinh tế và tác dụng môi trường cũng như nêu xu thế chung

Bơm địa nhiệt hay còn được biết như bơm nhiệt từ lòng đất (ground-source heat pump), là một kỹ thuật năng lượng mới có hiệu suất cao và ngày càng được sử dụng

rộng rãi trong các hộ gia đình cũng như trong công sở Kỹ thuật này ứng dụng trong việc điều hòa nhiệt độ và cung cấp nước nóng Thuận lợi lớn nhất của nó là khả năng tập trung nhiệt từ tự nhiên (lòng đất) hơn là tạo nhiệt từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm môi trường

Cấu tạo nguyên lý hoạt động Máy bơm nhiệt

- Hệ thống máy bơm nhiệt –

- Nguyên lý hoạt động của máy bơm nhiệt –

Máy bơm nhiệt có tác dụng lấy / hút nhiệt từ trong lòng đất nhờ một lượng nhiệt nhỏ "làm mồi" cho khởi động vận hành bộ phận cơ hay nhiệt để nâng từ một nhiệt độ thấp đến một nhiệt độ cao nhất định nào đó Trong trường hợp làm lạnh thì nguyên tắc hoạt động ngược lại Việc truyền nhiệt trong máy bơm nhiệt được tiến hành theo một

Bước 1 : Xác định nguồn địa nhiệt đáp ứng yêu cầu sản xuất

Bước 2 : Tạo các giếng khoan , bơm nước lạnh xuống và đưa nước nóng , hơi nước lên

Bước 3 : Dẫn nước nóng và hơi nước qua bộ phận tách hơi nước

Bước 4 : Hơi nước làm quay tuabin , máy phát điện sinh ra dòng điện

Bước 5 : Lưu trữ và truyền tải điện năng

Bước 6 : Dẫn nước lạnh trở lại chu trình hoạt động ban đầu

Có hai hướng khai thác :

Hướng thứ nhất :

Lấy hơi nước và nước nóng từ các hồ địa nhiệt nằm sâu trong lòng đất , khai thác theo hướng này tương đối thuận lợi bằng cách : khoan và tạo ra các giếng nhằm bơm hơi nước và nước nóng lên mặt đất để tạo ra điện năng

Hướng thứ hai :

Các hồ địa nhiệt chưa có sẵn mà các chuyên gia phải nghiên cứu , tính toán tìm

ra các khu vực , các lớp đất đá tại đó tích tụ một lượng nhiệt rất cao , phù hợp để tiến hành các bước kế tiếp tạo ra điện năng Sau khi tìm được lớp đất đá phù hợp ở độ sâu khoảng 5.000-10.000 feet ( tức khoảng 1,5 – 3 km) , họ tiến hành khoan và dùng áp lực đủ lớn tạo ra các vết nứt , sau đó nước lạnh sẽ được bơm xuống Nước nay sẽ được làm nóng nhờ các lớp đá trên , chúng sẽ được bơm lên thông qua cột lô khoan thác để tạo ra điện năng

1.2 Phân loại các nguồn năng lương địa nhiệt

Có 4 loại nguồn địa nhiệt chính sau :

1.2.1 Nguồn nước nóng

Là nguồn nước bị nung nóng dưới áp suất cao , các nguồn hơi nước hay hỗn hợp của chúng ở trong các tầng đá xốp rỗ , hoặc ở trong các khe nứt gãy của đá , nó bị giữ lại bởi một lớp đá khác đặc kín và không thấm những nguồn nước nóng chất lượng cao là các nguồn chỉ chứa hơi nước có lẫn một ít nước hay chứa hoàn toàn hơi

ở nhiệt độ cao hơn 240°C

1.2.2 Nguồn áp suất địa nhiệt

Là các nguồn chứa nước muối có nhiệt độ trung bình và chứa khí metan (CH4) hòa tan Các nguồn này bị vỏ Qủa Đất nén lại dưới áp suất rất cao dưới các tầng trầm tích sâu và bị bao bọc bởi các lớp đất sét và trầm tích không thấm nước Áp suất ở các nguồn này nằm trong khoảng từ 34MPa đến 140MPa và ở độ sâu từ 1500m đến 15000m Nhiệt độ của các nguồn áp suất địa nhiệt thường ở trong khoảng 90 đến

200°C

1.2.3 Nguồn đá nóng khô

Bao gồm các khối đá ở nhiệt độ cao , từ 90°C đến 650°C Các nguồn đá này có thể bị nứt gãy nên có thể chứa một ít hoặc không có nước nóng Để khai thác nguồn địa nhiệt này người ta khoan sâu đến tầng đá , tạo ra các nứt gãy nhân tạo , sau đó sử dụng một chất lỏng nào đó làm chất vận chuyển nhiệt bơm qua tầng đá đã bị làm nứt gãy để thu nhiệt Tuy nhiên viêc khai thác năng lượng địa nhiệt từ các nguồn đá nóng khô rất khó khăn và hiệu quả kinh tế không cao so với việc khai thác các nguồn địa nhiệt khác

1.2.4 Nguồn năng lượng địa nhiệt từ các núi lửa hoạt động và magma

Năng lượng địa nhiệt ở các lỗ hổng núi lửa đang hoạt động có nhiều trên thế giới Magma là đá nóng chảy có nhiệt độ từ 700°C đến 1600°C Khi còn nằm dưới vỏ Quả Đất đá nóng chảy là một phần của vỏ Qủa Đất có độ dày khoảng 24 đến 48km Các nguồn magma chứa một nguồn năng lượng khổng lồ , lớn nhất trong các nguồn địa nhiệt , nhưng nó ít khi ở gần mặt đất nên việc khai thác rất khó khăn

1.3 Phân loại các nhà máy sản xuất năng lượng địa nhiệt

1.3.1 Nhà máy hơi nước nóng khô - Dry steam (Nhà máy phát điện trực tiếp)

Dry steam sử dụng hơi nước ở nhiệt độ cao (>235°C) và một ít nước nóng từ bể địa nhiệt Hơi nước sẽ được dẫn vào thẳng turbine qua ống dẫn để quay máy phát điện

Trong sơ đồ trực tiếp, hơi nóng với áp suất cao thổi trực tiếp làm quay tuốc bin

để sinh ra điện Đây là kiểu nhà máy điện địa nhiệt lâu đời nhất, lần đầu tiên được thử nghiệm ở Italia năm 1904, và vẫn được ứng dụng cho đến nay Tại Callifornia có nhà máy điện địa nhiệt lớn nhất thế giới hoạt động theo nguyên lý này

Trang 11

1.3.2 Nhà máy bằng nước siêu lỏng - Flash steam (nhà máy sản xuất điện gián tiếp)

Flash steam là dạng kỹ thuật phổ biến nhất hiện nay Nhà máy dạng flash steam

sử dụng nước nóng ở áp suất cao (>182°C) từ bể địa nhiệt Nước nóng ở nhiệt độ cao này tự phụt lên bề mặt thông qua giếng do chính áp suất của chúng Trong quá trình nước nóng được bơm vào máy phát điện, áp suất của nước giảm rất nhanh khi phụt lên gần mặt đất Chính sự giảm áp này khiến nước nóng bốc hơi hoàn toàn và hơi nước sinh ra sẽ làm quay turbine phát điện Lượng nước nóng không bốc thành hơi sẽ được bơm xuống trở lại bể địa nhiệt thông qua giếng bơm xuyên (injection wells)

Trong sơ đồ gián tiếp, nước “siêu lỏng” từ tầng nước nóng bên dưới được đưa lên mặt đất và được giữ ở độ nóng trên 182 °C Hỗn hợp nước nóng và hơi nước này được dẫn vào buồng hơi để hạ áp suất, do vậy phần lớn hỗn hợp

< nước nóng + hơi nước nóng> được biến thành hơi nước

Hơi nước ở áp suất cao sẽ làm quay tuốc bin phát điện

1.3.3 Nhà máy hai chu trình

1.3.3.1 Cấu tạo & Nguyên lý hoạt động Các nhà máy địa nhiệt binary-cycle sử dụng nước nóng có nhiệt độ trung bình dao động từ 107-182°C từ bể địa nhiệt Tại các hệ thống binary, chất lỏng địa nhiệt được dẫn qua một bên của hệ thống trao đổi nhiệt để nung nóng chất lỏng thứ cấp ở ống dẫn bên cạnh Chất lỏng thứ cấp thường là hợp chất hữu cơ có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, ví dụ như Isobutane hoặc Iso-pentane Chất lỏng thứ cấp sau khi được đun sôi ở hệ thống trao đổi nhiệt sẽ bốc hơi và được dẫn vào turbine

Trong quá trình vận hành của bất kỳ nhà máy địa nhiệt điện nào, hệ thống làm nguội đóng một vai trò hết sức quan trọng Các tháp làm nguội (cooling towers) giúp turbin không bị quá nóng và từ đó kéo dài thời gian sử dụng Có hai dạng hệ thống làm nguội chính yếu: dùng nước hoặc dùng không khí

Trang 13

Trong sơ đồ hỗn hợp, sử dụng nước nóng có nhiệt độ thấp hơn 200 độ C, là nguồn nước nóng dồi dào nhất trong đa số các vùng địa nhiệt Nước nóng dưới lòng đất được đưa lên ở dạng “siêu lỏng”, có nhiệt độ sôi thấp, được đưa qua buồng trao đổi nhiệt Nhiệt năng của nước địa nhiệt làm nước trong buồng trao đổi nhiệt bốc hơi,

và hơi nước ở áp suất cao sẽ làm quay tuốc bin điện Ưu điểm của mô hình này là hạn chế được tình trạng có thể gây hại môi trường (mặc dầu rất nhẹ, nếu so với nhiệt điện

từ nhiên liệu hóa thạch) như 2 mô hình trên Đây là hệ thống khép kín nên không có chất thải vào khí quyển hay đất – do nước ngầm dưới sâu thường chứa các khí độc như SO2, CO2 và chứa vi lượng các nguyên tố như Arsenic, Thủy Ngân, Antimon… Nước nóng có nhiệt độ cao vừa phải là nguồn địa nhiệt thông dụng, có tiềm năng dồi dào nhất, do đó trong tương lai đa số các nhà máy điện địa nhiệt sẽ hoạt động theo nguyên lý này

Để nhà máy điện hoạt động hiệu quả, đòi hỏi nguồn địa nhiệt phải từ 120-150oC trở lên Thông thường nước từ nguồn nhiệt được bơm đến bộ tách hơi, phần hơi nước tách ra được chuyển đến tua bin hơi để chạy máy phát điện Hơi nước sau tua bin được ngưng tụ và được bơm trở lại lòng đất cùng với phần nước ngưng tại bộ tách hơi Phần nước nóng cũng có thể được sử dụng cho các mục đích khác như sưởi, vệ sinh, tắm,…

Hầu hết các nhà máy nhiệt điện (trong đó có địa nhiệt điện) sử dụng các hệ thống dùng nước Hệ thống này yêu cầu ít diện tích sử dụng hơn hệ thống dùng khí và được xem là hiệu quả và khả thi hơn cả Hệ thống làm nguội dùng nước đòi hỏi một nguồn nước liên tục và tạo ra các cột hơi nước Thông thường, một phần hơi nước bơm vào turbin (đối với dạng nhà máy flash và team) được ngưng tụ để giảm phần hơi nước thải ra thành cột

1.3.3.2 Ưu diểm

Lợi thế chủ yếu của hệ thống hai chu trình là chất lỏng thứ cấp có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, do đó các bể địa nhiệt nhiệt độ thấp vẫn có thể được

sử dụng Mặt khác, do hệ thống hai chu trình là một chu trình tương đối kín nên hầu như không có khí thải nào được sinh ra Vì những lý do kể trên mà các chuyên gia địa nhiệt dự đoán rằng hệ thống hai chu trình sẽ là giải pháp kỹ thuật chủ đạo cho việc sản xuất điện địa nhiệt trong tương lai

1.3.3.3 Nhược điểm

Hệ thống dùng khí thì không có tính ổn định như hệ thống dùng nước do phụ thuộc mật thiết vào nhiệt độ không khí Hệ thống này tuy rất hữu dụng vào mùa đông khi nhiệt độ xuống rất thấp nhưng hiệu suất của nó giảm đáng kể vào mùa hè khi chênh lệch nhiệt độ giữa không khí không còn bao nhiêu, từ đó không khí không còn khả năng làm hạ nhiệt các chất lỏng hữu cơ sử dụng trong các nhà máy Tuy nhiên, hệ thống dùng nước lại rất cần thiết ở những khu vực khan hiếm nguồn nước Hệ thống này cũng hữu dụng tại những nơi có các yêu cầu khắc khe về cảnh quan sinh thái do chúng không tạo ra các cột hơi nước như ở hệ thống dùng nước Hầu hết các hệ thống dùng khí được sử dụng trong các nhà máy kỹ thuật binary

Trang 15

Chương 2 Thực trạng việc ứng dụng năng lượng địa nhiệt trên thực tế

2.1 Sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng địa nhiệt

Nguồn nước nóng gần bề mặt Trái Đất có thể được sử dụng trực tiếp như nhiệt lượng Một số ứng dụng trực tiếp của địa nhiệt là: hệ thống suởi, nhà kính, sấy thóc, làm ấm nước ở các trại nuôi cá, hoặc một số các ứng dụng trong công nghiệp như tiệt trùng sữa

2.1.1 Các ứng dụng phổ biến

2.1.1.1 ứng dụng suối nước nóng

Trên thế giới : Suối nước nóng đã được sử dụng cho mục đích tắm ít nhất từ thời kì đồ đá Hồ tắm khoáng cổ nhất là hồ đá ở núi Lisan được xây dựng vào thời nhà Tần thế kỉ thứ 3 TCN Vào thế kỷ 1 CN , người La Mã xâm chiếm Aquae Sulis và sử dụng các suối nước nóng ở đây để làm nơi tắm công cộng và sưởi ấm sàn nhà Việc khai thác địa nhiệt mục đích công nghiệp sớm nhất bắt đầu từ năm 1827 , khi đó người ta sử dụng hơi nước của các giếng tự phun để chiết tách axit boric từ bùn núi lửa ở Larderello ,Ý

 Bảng thống kê các nguồn nc nóng ở VN :

2.1.1.2 Ứng dụng sưởi nhiệt và làm mát

Năm 1892 , hệ thống sưởi khu vực của Hoa Kì ở Boise , Idaho được cung cấp trực tiếp từ năng lượng địa nhiệt , và sớm được triển khai ở Klamath Falls , Oregon vào năm 1990 Một giếng địa nhiệt sâu được sử dụng để cung cấp nhiệt cho nhà kính

ở Boise năm 1926 , và cùng thời gian đó các giếng tự phun được sử dụng cung cấp nhiệt cho kính ở Iceland Charlie Lieb đã phát triển máy chuyển nhiệt lỗ khoan đầu tiên vào năm 1930 để sưởi cho nhà ông Hơi nước và nước nóng từ các giếng tự phun được sử dụng để sưởi trong nhà ở Iceland bắt đầu từ năm 1943

Ngày nay , có khoảng 20 quốc gia sử dụng trực tiếp địa nhiệt để sưởi với tổng năng lượng là 270 PJ (1PJ = 1015 J) trong năm 2004 Hơn phân nửa trong số đó

được dùng để sưởi trong phòng và 1/3 thì dùng cho các hồ bơi nước nóng Lượng còn lại được dùng trong công nghiệp và nông nghiệp Sản lượng toàn cầu đạt 28 GW, nhưng hệ số năng suất có xu hướng giảm (khoảng 20%) khi mà nhu cầu sưởi chủ yếu

sử dụng trong mùa đông Số liệu nêu trên bao gồm 88 PJ dùng cho sưởi trong phòng được tách ra từ các máy bơm nhiệt địa nhiệt với tổng sản lượng 15 GW Năng suất bơm nhiệt địa nhiệt toàn cầu tăng khoảng 10% mỗi năm

Các ứng dụng trực tiếp của nhiệt địa nhiệt cho sưởi trong phòng hơi khác so với sản xuất điện và có các yêu cầu về nhiệt độ thấp hơn Nó có thể từ nguồn nhiệt thải được cung cấp bởi co-generation từ một máy phát điện địa nhiệt hoặc từ các giếng nhỏ hơn hoặc các thiết bị biến nhiệt lắp đặt dưới lòng đất ở độ sâu nông Ở những nơi có suối nước nóng tự nhiên, nước có thể được dẫn trực tiếp tới lò sưởi Nếu nguồn nhiệt gần mặt đất nóng nhưng khô, thì các ống chuyển đổi nhiệt nông có thể được sử dụng mà không cần dùng bơm nhiệt Nhưng thậm chí ở các khu vực bên dưới mặt đất quá lạnh để cung cấp một cách trực tiếp, nó vẫn ấm hơn không khí mùa đông Sự thay đổi nhiệt độ mặt đất theo mùa là rất nhỏ hoặc không bị ảnh hưởng bên dưới độ sâu 10m Nhiệt độ đó có thể được chiết tách bằng bơm nhiệt địa nhiệt thì hiệu quả hơn là nhiệt được tạo ra bởi các lò sưởi thông thường Các bơm nhiệt địa nhiệt có thể được

sử dụng như là một nhu cầu thiết yếu ở bất kỳ nơi nào Có nhiều ứng dụng rộng rãi khác nhau của nhiệt địa nhiệt Các ống nước nóng từ các nhà máy địa nhiệt bên dưới các con đường và vỉa hè của các thành phố đường ống nước nóng để cung cấp nhiệt cho các tòa nhà trong toàn khu vực.Reykjavík và Akureyri dùng để làm tan chảy tuyết Các ứng dụng sưởi trong phòng sử dụng mạng lưới Lọc nước biển bằng địa nhiệt cũng đã được thử nghiệm

2.1.1.3 Ứng dụng Bơm địa nhiệt

Điều hòa nhiệt độ bằng địa nhiệt

Hầu hết ở mọi nơi trên bề mặt Trái Đất, nhiệt độ của lòng đất ở 30 cm trên cùng giữ một nhiệt độ tương đối ổn định vào khoảng 100-160 C Hệ thống bơm địa nhiệt có thể tận dụng nguồn nhiệt này để điều hòa nhiệt độ các tòa nhà Hệ thống bơm gồm có một bơm nhiệt, một hệ thống dẫn khí, một hệ thống trao đổi nhiệt (hệ thống ống đặt chìm trong lòng đất gần tòa nhà) Vào mùa đông, bơm nhiệt sẽ "lấy" nhiệt từ hệ trao đổi nhiệt và bơm vào hệ thống dẫn nhiệt ở trong nhà Vào mùa hè, quá trình này được đảo ngược, bơm nhiệt sẽ "rút" nhiệt từ trong nhà và bơm vào hệ thống trao đổi nhiệt Mặt khác, nhiệt rút ra từ không khí trong nhà sẽ còn có thể được sử dụng để đun nước

ấm sử dụng trong mùa hè

- Làm ấm nước ở các trại nuôi cá

- Một số các ứng dụng trong công nghiệp như tiệt trùng sữa

- các nhà kính (greenhouses)

2.2 Năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện

Trên thực tế nguồn chất lỏng siêu nhiệt được ứng dụng rộng rãi và phổ biến nhất trong lình vực sản xuất điện từ địa nhiệt

Nhu cầu điện tăng vọt trong thế kỷ 20 và nguồn điện địa nhiệt ngay lập tức được

xem là nguồn có triển vọng khai thác Prince Piero Ginori Conti đã thử nghiệm máy phát điện địa nhiệt đầu tiên vào ngày 4/7/1904 tại vỉa Larderello và cũng là nơi axit địa nhiệt được chiết tách Nó là một máy phát điện nhỏ cung cấp cho 4 bóng đèn Sau đó , vào năm 1911 , nhà máy phát điện đầu tiên trên thế giới đã được xây dựng ở đây và cũng là nhà máy phát điện địa nhiệt chỉ dùng trong công nghiệp đầu tiên trên thế giới cho đến khi New Zealand xây dựng một nhà máy điện địa nhiệt năm 1958 Trong năm 2005, 24 quốc gia sản xuất tổng cộng 56.786 GWh (204 PJ) điện từ năng lượng địa nhiệt ,chiếm 0.3% lượng điện tiêu thụ toàn cầu Lượng điện này đang tăng hàng năm khoảng 3% cùng với sự gia tăng số lượng các nhà máy cũng như nâng cao hệ số năng suất Do các nhà máy năng lượng địa nhiệt không dựa trên các nguồn năng lượng không liên tục, không giống với tuốc bin gió hoặc tấm năng lượng mặt trời, nên hệ số năng suất của nó có thể khá lớn và người ta đã chứng minh là đạt đến 90% Năng suất trung bình toàn cầu đạt 73% trong năm 2005 Năng suất toàn cầu đạt

10 GW năm 2007

Các nhà máy điện địa nhiệt cho đến gần đây được xây dựng trên rìa của các mảng kiến tạo, nơi mà có nguồn địa nhiệt nhiệt độ cao nằm gần mặt đất Sự phát triển của các nhà máy điện tuần hoàn kép và sự tiến bộ của kỹ thuật khoan giếng cũng như

kỹ thuật tách nhiệt đã mở ra một hy vọng rằng chúng sẽ là một nguồn phát điện trong tương lai