báo cáo nhập môn địa nhiệt

Nhận thức được điều này, ngày nay, bên cạnh việc tiếp tục phát triển nhữngnguồn năng lượng cổ điển nhiều quốc gia trên thế giới đã và đang tiến hành nghiêncứu và đưa vào sử dụng các nguồ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

- 

-BÀI TÌM HIỂU VỀ NHÀ MÁY ĐỊA NHIỆT ĐIỆN

HÀ NỘI, 3-2023

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

I Giới thiệu chung về năng lượng địa nhiệt 3

1 Năng lượng tái tạo là gì? 3

2 Năng lượng địa nhiệt là gì? 3

II Phân loại các nguồn năng lượng địa nhiệt 3

1 Nguồn nước nóng 3

2 Nguồn áp suất địa nhiệt 4

3 Nguồn đá nóng khô 4

4 Nguồn năng lượng địa nhiệt từ các núi lửa hoạt động và magma 4

III Ứng dụng của nguồn năng lượng địa nhiệt 4

1 Sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng địa nhiệt 4

1.1 ng d ng suốối nỨ ụ ước nóng 4

1.2 ng d ng sỨ ụ ưởi nhi tệ và làm mát 5

1.3 ng d ng Ứ ụ b mơ đ a nhi tị ệ , điềều hòa nhi t đ bằềng đ a nhi tệ ộ ị ệ 6

1.4 ng d ng khácỨ ụ 6

2 Năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện 6

2.1 Quy trình khai thác 6

2.2 Hướng khai thác 7

IV Phân loại các nhà máy sản xuất năng lượng địa nhiệt 7

1 Phân loại 7

1.1 Nhà máy h i nơ ước nóng khố - Dry steam (Nhà máy phát đi n tr c tềốp).ệ ự 7

1.2 Nhà máy bằềng nước siều l ngỏ - Flash steam (nhà máy s n xuấốt đi n gián tềốpả ệ ) 7

1.3 Nhà máy hai chu trình - B inary cycle power plant 8

V Kết luận 11

1 Tiềm năng phát triển 11

2 Hạn chế 12

VI Tài liệu tham khảo 13

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay vấn đề năng lượng đã và đang ngày càng được chú ý ở Việt Nam Trên các phương tiện thông tin đại chúng hằng ngày, chúng ta dễ dàng bắt gặp được những hình ảnh, thông tin về việc sử dụng quá mức nguồn năng lượng hóa thạch, gây nhiễm môi trường nghiêm trọng Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng đang nỗ lực để tìm ra những nguồn năng lượng mới sạch hơn và có khả năng cung cấp năng lượng cho các hoạt động của con người trong thời gian dài

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 không nhắc tới một loại năng lượng nằm ngay dưới chân chúng ta: Năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt là một nguồn năng lượng khổng lồ và gần như vô tận của con người Tuy nhiên trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, năng lượng địa nhiệt chưa được chú trọng khai thác một cách đúng mức Với mong muốn tìm hiểu sâu sắc hơn và có hệ thống những vấn đề về sản xuất điện từ năng lượng địa nhiệt, em đã tiến hành làm bài báo cáo để tìm hiểu kĩ hơn về vấn đề đã nêu trên

Mặc dù đã cố gắng song do hạn chế về trình độ, kiến thức cũng như việc tiếp cận nguồn tư liệu nên bài báo cáo không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được

sự phê bình, đóng góp ý kiến của thầy, cô giáo

Em xin chân thành cảm ơn

2

I Giới thiệu chung về năng lượng địa nhiệt.

1 Năng lượng tái tạo là gì?

Năng lượng tái tạo là năng lượng được tạo ra các

nguồn hình thành liên tục, có thể coi là vô hạn như gió,

mưa, năng lượng mặt trời, sóng biển, thuỷ triều, địa nhiệt…

Năng lượng tái tạo còn được biết đến là năng lượng sạch

hoàn toàn hay năng lượng tái sinh

Tuy còn khá mới nhưng đây lại là nguồn năng lượng

mang đến những chuyển biến tích cực trong tương lai

Năng lượng sạch hoàn toàn đang nhanh chóng lan rộng ở

cả quy mô lớn và nhỏ, dần thay thế cho các nguồn nhiên

liệu truyền thống trong 4 lĩnh vực quan trọng: nhiên liệu

động cơ, làm mát, phát điện và hệ thống điện độc lập nông

thôn

2 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

Sự hình thành:

+ 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 Trái 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 Trái Đất dịch chuyển mà một mảnh chuyển động trượt trên mảnh kia

II Phân loại các nguồn năng lượng địa nhiệt.

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

3

Các nguồồn năng l ượ ng tái t o ạ

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

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 Trái 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

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 việc 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

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 Trái 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

III Ứng dụng của nguồn năng lượng địa nhiệt.

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

Các ứng dụng phổ biến:

1.1 Ứng dụng suối nước nóng.

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

4

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

Suồối n ướ c nóng

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

5

1.3 Ứng dụng b ơm 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

6

1.4 Ứng dụng khác.

Tương tự nhiệt từ lòng đất có thể dược đưa lên phục vụ cho một số các hoạt động sau:

- Sấy ngũ cốc

- 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 Năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện.

2.1 Quy trình khai thác

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

2.2 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

7

 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

IV Phân loại các nhà máy sản xuất năng lượng địa nhiệt.

1 Phân loại.

1.1 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

1.2 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

8

S ơ đồồ nhà máy h i khồ ơ

S đồồ nhà máy băồng n ơ ướ c siêu l ng ỏ

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 Nhà máy hai chu trình - B inary cycle power plant

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

2.Một số nhà máy địa nhiệt lớn trên thế giới.

9

S ơ đồồ nhà máy hai chu trình

nằm cách San Francisco, California khoảng 100km về phía bắc, được tạo thành từ 18 nhà máy điện, cung cấp công suất đang hoạt động là 900 MW Khu phức hợp trải rộng trên 116 km2 và tạo ra đủ năng lượng để cung cấp năng lượng cho gần 1 triệu ngôi nhà

Khu ph c h p đ a nhi t Larderello, Ý ứ ợ ị ệ

 Dự án lớn thứ 2 trên thế giới là Khu phức hợp Larderello, bao gồm 34 nhà máy Công suất thực của cơ sở địa nhiệt này là 769 MW Khu phức hợp được xây dựng vào năm 1913, là nhà máy địa nhiệt lâu đời nhất.Khu phức hợp này cung cấp 10% tổng năng lượng địa nhiệt được sản xuất trên toàn thế giới và được sử dụng cho gần 27% nhu cầu điện năng của khu vực

Tr m đ a nhi t Cerro Prieto, Mexico ạ ị ệ

10

 Nhà máy điện địa nhiệt Cerro Prieto là nhà máy điện lớn thứ 3 trên thế giới nằm

ở Bắc Mexico với công suất 720 MW Nhà máy này, cũng như mọi nhà máy điện ở Mexico, thuộc sở hữu của Comisión Federal de Electricidad Nhà máy được xây dựng trên một điểm địa chất độc đáo với một đường đứt gãy trải rộng trong một khu vực đất liền Hiện tượng này thường chỉ được tìm thấy dưới đáy đại dương

Khu ph c h p đ a nhi t Makban, Philippines ứ ợ ị ệ

 Nhà máy địa nhiệt lớn thứ 4 là Khu phức hợp địa nhiệt Makban với công suất đầu ra là 458 MW Khu phức hợp do công ty Chevron Geothermal Philippine thành lập

và do công ty AP Renewables - một công ty con thuộc sở hữu toàn phần của Aboitiz Power điều hành Khu phức hợp bao gồm 6 nhà máy điện với 10 trạm, tọa lạc tại các vùng đô thị Bay và Calauan thuộc tỉnh Laguna và đô thị Santo Tomas thuộc tỉnh Batangas

11

 Cụm gồm 10 nhà máy địa nhiệt tập hợp lại với nhau tạo thành nhà máy lớn, nằm ở miền Nam California Với tổng sản lượng 340MW, loạt nhà máy này trở thành nhà sản xuất năng lượng địa nhiệt lớn thứ 5 trên trái đất Các chuyên gia cho biết khu vực này có nhiều tiềm năng về địa nhiệt hơn bất kỳ khu vực nào khác ở Hoa Kỳ và nhà máy thực sự đang giúp chống lại xói mòn đất và sự lây lan của mức độ độc hại của muối trong khu vực

V Kết luận.

1 Tiềm năng phát triển.

Có thể khẳng định rằng việc phát triển năng lượng địa nhiệt vô cùng đúng đắn vì:

1.1 Đây là dạng năng lượng sạch

Tất cả các dạng năng lượng thay thế đều thải ra môi trường một lượng chất còn lại theo cách trực tiếp hay gián tiếp Địa nhiệt là một giải pháp đơn giản và toàn diện Nguồn địa nhiệt vô hạn trong lòng đất và ít ô nhiễm Năng lượng địa nhiệt tự nó sản sinh, không đốt cháy như những nhiên liệu hoá thạch như than đá, dầu khí

1.2 Tác động đến môi trường địa phương

Nhà máy điện địa nhiệt gần như không phát ra tiếng ồn Tiếng ồn của nhà nhà máy này phát ra từ quạt làm mát chỉ tương đương với tiêng của lá cây cọ vào nhau

1.3 Là nguồn năng lượng đáng tin cậy

Nhà máy địa nhiệt sử dụng nhiên liệu là nguồn địa nhiệt trực tiếp lấy lên từ lòng đất Nguồn này rất dồi dào và liên tục Nếu như turbine gió cần có gió để vận hành

12