Năng lượng địa nhiệt ( phần II ) pptx

Năng lượng địa nhiệt ( phần II ) Tài nguyên Hệ thống địa nhiệt tăng cường Lượng nhiệt của Trái Đất vào khoảng 10 31 Jun [1] . Lượng nhiệt này trồi lên mặt đất một cách tự nhiên bởi sự truyền nhiệt với tốc độ 45 TW, hay gấp 3 lần lượng nhiệt con người tiêu thụ từ tất cả các nguồn năng lượng nguyên thủy. Tuy nhiên, phần lớn dòng nhiệt này bị khuếch tán do các điều kiện địa lý (trung bình 0.1 W/m 2 ) nên khó thu hồi. Vỏ Trái Đất ứng xử một cách hiệu quả như là một lớp cách ly dày mà các ống dẫn dung dịch (mácma, nước và các dạng khác) có thể xuyên qua để giải phóng nhiệt trong lòng đất. Cùng với lượng nhiệt có nguồn gốc từ dưới sâu trong lòng đất, còn có lượng nhiệt từ năng lượng mặt trời được tích tụ trong lớp đất dày 10 từ mặt đất trong mùa hè, và giải phóng chúng trong mùa đông. Năng lượng theo mùa được dự trữ theo cách này thì rất nhỏ, nhưng tốc độ dòng nhiệt thì rất lớn, dễ tiếp cận hơn, và thậm chí phân bố trên toàn cầu. Bơm nhiệt địa nhiệt có thể tách đủ lượng nhiệt từ nguồn nhiệt nông trên toàn cầu để cung cấp cho việc sưởi vào mùa đông. Sản xuất điện địa nhiệt đòi hỏi các nguồn có nhiệt độ cao mà chỉ có thể khai thác từ dưới sâu. Nhiệt phản được mang lên bề mặt bởi dòng nước tuần hoàn, hoặc từ các ống dẫn mácma, suối nước nóng, dòng tuần hoàn nhiệt dịch, giếng dầu, giếng nước khoan, hoặc kết hợp các cách trên. Dòng tuần hoàn này đôi khi tồn tại một cách tự nhiên trong hầu hết các khu vực có triển vọng, nơi mà vỏ Trái Đất mỏng: các ống dẫn mácma mang nhiệt lên gần bề mặt, và xuất lộ một cách tự nhiên ở các sối nước nóng. Nếu không có suối nước nóng, người ta sẽ khoan một giếng vào tầng chứa nước nóng để lấy nhiệt. Ở xa các ranh giới mảng kiến tạo gradient địa nhiệt vào khoảng 25-30 °C/km sâu trên toàn thế giới, và các giếng phải khoan ở độ sâu hàng km mới có thể lấy được nhiệt độ đủ lớn để phát điện [1] . Số lượng và chất lượng các nguồn có thể thu hồi nhiệt càng tăng khi độ sâu khoan giếng tăng và đặc biệt ở những khu vực thuộc rìa của các ranh giới mảng kiến tạo. Đối với những nơi nền đất nóng nhưng khô hoặc áp lực nước yếu, người ta có thể bơm nước vào để kích thích dòng nhiệt dịch. Tại vị trí dự định khai thác, người ta sẽ khoan 2 lỗ khoan, và các đá nằm dưới sâu giữa hai lỗ khoan này sẽ bị làm nứt nẻ bằng phương pháp nổ vỉa (ví dụ như dùng mìn để làm nứt đá) hoặc bơm nước áp lực cao. Nước được bơm xuống từ một lỗ khoan và hơi nước sẽ được thu hồi từ lỗ khoan còn lại. Người ta cũng có thể sử dụng cacbon điôxít lỏng thể thay thế cho vai trò của nước. Phương pháp này được gọi là năng lượng địa nhiệt đá nóng-khô ở châu Âu, hoặc hệ thống địa nhiệt tăng cường ở Bắc Mỹ. Tiềm năng phát điện từ năng lượng địa nhiệt dự tính thay đổi rất lớn từ 35 đến 2000 GW, tùy thuộc vào mức độ đầu tư tài chính cho việc thăm dò và phát triển kỹ thuật này [1] . Số liệu trên không bao gồm lượng nhiệt không dùng để phát điện được thu hồi từ tổ hợp phát điện và nhiệt, các bơm nhiệt địa nhiệt và sử dụng trực tiếp khác. Theo báo cáo năm 2006 của MIT, nếu tính cả việc sử dụng hệ thống địa nhiệt tăng cường thì mức đầu tư ước tính vào khoảng 1 tỷ đôla Mỹ cho việc nghiên cứu và phát triển trong vòng 15 năm và điều này có thể cho phép tăng thêm 100 GW trữ lượng điện cho đến năm 2050 của riêng Hoa Kỳ [9] . Báo cáo MIT cũng tính rằng hơn 200 ZJ có thể chiết tách với khả năng tăng lượng này vượt hơn 2,000 ZJ cùng với các cải tiến công nghệ (đủ để cung cấp cho nhu cầu năng lượng hiện tại trên toàn thế giới trong trong vài thiên niên kỷ [9] . Hiện nay, các giếng địa nhiệt rất hiếm có giếng nào sâu hơn 3km [1] . Ước tính nên ở trên thì tính cả những giếng địa nhiệt có độ sâu đạt khoảng 10 km. Việc khoan giếng đạt đến độ sâu như trên là hoàn toàn có thể thực hiện được trong ngành dầu khí, tuy nhiên chi phí thực hiện thì rất đắt. Ví dụ, Exxon thông báo đã khoan một hố khoan đạt đến độ sâu 11 kilômét (7 mi) ở mỏ Chayvo, Sakhalin [10] , và giếng 12 km ở bán đảo Kola [11] . Các giếng được khoan đến độ sâu lớn hơn 4 kilômét (2 mi) nhìn chung có chi phí khoan khoảng 10 triệu đôla Mỹ. [cần dẫn nguồn] Những thách thức về mặc công nghệ là khoan các giếng có đường kính lớn với chi phí thấp và phá nhiều đá hơn. Điện địa nhiệt được xem là bền vững [4] vì sự tách nhiệt chỉ là một phần nhỏ so với lượng nhiệt của Trái Đất, nhưng việc chiết tách này cũng phải được theo dõi để tránh sự suy giảm nhiệt khu vực [12] . Mặc dù, các địa điểm có tiềm năng địa nhiệt có thể cung cấp nhiệt trong vài thập kỷ, nhưng các giếng riêng lẻ có thể nguội đi hoặc cạn nước. Ba vị trí khai thác địa nhiệt trước đây ở Larderello, Wairakei, và Geysers đều giảm về sản lượng so với thời kỳ đạt đỉnh điểm của nó. Có một điều chưa được làm rõ là liệu các nhà máy tại đây chiết tách nhiệt nhanh hơn lượng nhiệt được cung cấp từ dưới sâu hay không, hoặc các tầng chứa nước cung cấp cho chúng đang bị cạn kiệt. Nếu sản lượng giảm, và nước được bơm trở lại, về mặc lý thuyết thì các giếng này có thể hồi phục lại tiềm năng như trước kia. Các kịch bản này cũng đã được triển khai ở một vài vị trí. Sản lượng khai thác năng lượng địa nhiệt bền vững lâu dài đã được chứng minh tại vỉa Lardarello ở Ý từ năm 1913, vỉa Wairakei, New Zealand từ năm 1958, và vỉa Geysers, California từ năm 1960 [4] . Lịch sử Suối nước nóng đã được sử dụng cho mục đích tắm ít nhất là từ thời kỳ đồ đá [13] . Hồ tắm khoáng cổ nhất là hồ đá ở núi Lisan được xây dựng vào thời nhà Tần thế kỷ thứ 3 TCN, cùng một nơi với cung điện Huaqing Chi được xây dựng sau này. Vào thế kỳ 1 CN, ngừoi La Mã xâm chiếm Aquae Sulis và sử dụng các suối nước nóng ở đây để làm nơi tắm công cộng và sưởi dưới sàn nhà. Chi phí đầu tư có các công trình này có thể xem là sự sử dụng năng lượng địa nhiệt vào mục đích thương mại đầu tiên. Các hệ thống sưởi bằng địa nhiệt cổ nhất trên thế giới ở Chaudes- Aigues, Pháp đã được vận hành từ thế kỷ 14 [14] . Việc khai thác điạ 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 axít boric từ bùn núi lửa ở Larderello, Ý. Năm 1892, hệ thống sưởi khu vực của Hoa Kỳ ở Boise, Idaho được cung cấp trực tiếp từ năng lượng địa nhiệt, và sớm được triển khai ở Klamath Falls, Oregon vào năm 1900. 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 nhà kính ở Iceland [15] . 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. Trữ lượng điện địa nhiệt toàn cầu. Đường đỏ là trữ lượng lắp đặt [16] ; đường xanh là sản lượng thực tế [1] . 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 tháng 7 năm 1904 tại vỉa Larderello và cũng là nơi axít địa nhiệt được chiết tách. Nó là một máy phát điện nhỏ cung cấp cho 4 bóng đèn [17] . Sau đó, vào năm 1911, nhà máy phát điện địa nhiệt 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 một nhà máy điện địa nhiệt năm 1958. Vào thời điểm này, bơm nhiệt đã được phát minh từ lâu bởi Lord Kelvin năm 1852, và ý tưởng sử dụng nó để lấy nhiệt trong lòng đất đã được cấp bằng sáng chế năm 1912 ở Thụy Sĩ [18] . Nhưng mãi cho đến thập niên 1940 ý tưởng này đã được triển khai một cách thành công. Bơm nhiệt thương mại đầu tiên được J.D. Krocker thiết kế để sưởi cho tòa nhà Commonwealth (Portland, Oregon) năm 1946, và giáo sư Carl Nielsen thuộc Đại học tiểu bang Ohio đã xây dựng bơm nhiệt dân dụng 2 năm sau đó [13] . Công nghệ này trở nên phổ biến tại Thụy Điển khi xảy ra cuộc khủng hoảng dầu hỏa năm 1973, và đã phát triển một cách chậm chạp trên thế giới kể từ khi nó được chấp nhận. Sự phát triển của ống nhựa polybutylene vào năm 1979 đã làm gia tăng nhanh chóng giá trị kinh tế của nó [19] . Kể từ năm 2004, có hơn hàng triệu bơm nhiệt địa nhiệt được lắp đặt trên khắp thế giới cung cấp khoảng 12 GW sản lượng nhiệt [20] . Hàng năm có khoảng 80.000 bơm nhiệt được lắp đặt ở Hoa Kỳ và 27.000 ở Thụy Điểm [20] . Năm 1960, công ty Pacific Gas and Electric đã bắt đầu vận hành nhà máy điện địa nhiệt đầu tiên thành công ở Hoa Kỳ tại Geysers. Tuốc bin đầu tiên được lắp đặt gần đây nhất hơn 30 năm và tạo ra 11 MW điện và công suất hiện nay đạt đạt trên 750 MW [13] . Nhà máy phát điện tuần hoàn kép được đưa ra đầu tiên vào năm 1967 tại Nga và sau đó được giới thiệu tại Hoa Kỳ vào năm 1981 [21] . Công nghệ này cho phép sử dụng các vỉa địa nhiệt có nhiệt độ thấp hơn so với những vỉa mà trước đây không thể thu hồi được. Năm 2006, nhà máy điện tuần hoàn kép ở suối nước nóng Chena, Alaska đã hòa mạng lưới và phát điện từ nguồn địa nhiệt có nhiệt độ lấp kỷ lục là 57 °C [22] . Khai thác địa nhiệt trên thế giới Điện địa nhiệt được sản xuất tại 24 quốc gia trên thế giới bao gồm Hoa Kỳ, Iceland, Ý, Đức, Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp, Hà Lan [cần dẫn nguồn] , Lithuania [cần dẫn nguồn] , New Zealand, Mexico, El Salvador, Nicaragua, Costa Rica, Nga, Philippine, Indonesia, Trung Quốc, Nhật Bản và Saint Kitts and Nevis. Trong năm 2005, các hợp đồng được ký kết để nâng công suất phát điện thêm 0.5 GW ở Hoa Kỳ, trong khi cũng có các nhà máy đang trong giai đoạn xây dựng ở 11 quốc gia khác. [9] Một số vị trí tiềm năng đã và đang được khai thác hoặc được đánh giá ở Nam Úc ở độ sâu vài km. Nếu tính cả việc sử dụng trực tiếp, năng lượng địa nhiệt được sử dụng trên 70 quốc gia. Công suất lắp đặt các nhà máy điện địa nhiệt năm 2007 [16] Quốc gia Công suất (MW) USA 2.687 Philippine 1.969,7 Indonesia 992 Mexico 953 Ý 810,5 Nhật Bản 535,2 New Zealand 471,6 Iceland 421,2 El Salvador 204,2 Costa Rica 162,5 Kenya 128,8 Nicaragua 87,4 Nga 79 Papua-New Guinea 56 Guatemala 53 Thổ Nhĩ Kỳ 38 Trung Quốc 27,8 Bồ Đào Nha 23 Pháp 14,7 Đức 8,4 Ethiopia 7,3 Austria 1,1 Thailand 0,3 Úc 0,2 Tổng cộng 9.731,9 . Năng lượng địa nhiệt ( phần II ) Tài nguyên Hệ thống địa nhiệt tăng cường Lượng nhiệt của Trái Đất vào khoảng 10 31 Jun [1] . Lượng nhiệt này trồi lên mặt đất. nước. Phương pháp này được gọi là năng lượng địa nhiệt đá nóng-khô ở châu Âu, hoặc hệ thống địa nhiệt tăng cường ở Bắc Mỹ. Tiềm năng phát điện từ năng lượng địa nhiệt dự tính thay đổi rất lớn. truyền nhiệt với tốc độ 45 TW, hay gấp 3 lần lượng nhiệt con người tiêu thụ từ tất cả các nguồn năng lượng nguyên thủy. Tuy nhiên, phần lớn dòng nhiệt này bị khuếch tán do các điều kiện địa lý (trung