nguồn, lợi ích, hạn chế năng lượng địa nhiệt

KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ LỚP CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG B K37 BÀI BÁO CÁO NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT MÔN NĂNG LƯỢNG MÔI TRƯỜNG Cần Thơ MỤC LỤC GIỚI THIỆU………………………………………………………… .3 1.1 Năng lượng khổng lồ vô tận……………………………………… 1.2 Những thách thức………………………………………………… NGUỒN ĐỊA NHIỆT……………………………………………… .6 2.1.Thủy nhiệt………………………………………………………… .6 2.2 Áp suất địa tầng (Geopressured)… ………………………… 2.3 Tầng đá nóng khan (hot-dry rock)…………………………… 2.4 Magma( dung nham)…………………………………………… SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIÊT.……………………… 3.1 Sử dụng trực tiếp……………………………………………… 3.2 Phát điện………………………………………….……………… 3.3 Nhà máy điện dùng khô……………………………………… 3.4 Nhà máy điện dùng dạng tia ( Flash steam power plant)… ….10 3.5 Nhà máy điện tuần hoàn kép…………………………………… … 10 3.6 Kỹ thuật sử dụng lượng tầng đá nóng khan…………… 11 LỢI ÍCH CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT…………………….… 11 HẠN CHẾ CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 11 VIỄN CẢNH CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT… 12 1.GIỚI THIỆU 1.1.Năng lượng khổng lồ vô tận Con người tìm kiếm nhiều nguồn lượng thay khác nhằm đáp ứng nhu cầu tương lai giảm hiệu ứng nhà kính Những tưởng điện hạt nhân giải vấn đề đồng loạt tổ chức lớn giới xem có vai trò then chốt sản xuất điện toàn cầu, đồng thời đóng vai trò quan trọng chiến làm giảm tác động biến đổi khí hậu Tuy nhiên, sau xảy thảm họa hạt nhân Fukushima hồi tháng 3/2011 Nhật Bản, niềm tin dư luận điện hạt nhân lại bị lung lay dội có nhiều ý kiến trái chiều tính hiệu an toàn nguồn lượng Và giới gần lại rơi vào khủng hoảng niềm tin lượng Vấn đề phải tìm kiếm nguồn lượng khác an toàn lại đặt Nhưng người ta tập trung vào nhiệt điện, thủy điện, phong điện mà lại gần quên nguồn lượng nói vô tận đến từ chân chúng ta: lượng địa nhiệt Năng lượng địa nhiệt dạng lượng tự nhiện sâu lòng đất, phát sinh từ nguồn nhiệt sơ khai lòng trái đất, từ nhiệt ma sát phiến lục địa trượt lên từ phân rã nguyên tố phóng xạ tồn tự nhiên với lượng nhỏ đá Trữ lượng lượng địa nhiệt lớn, không muốn nói vô tận Các nhà khoa học ước tính cần phần trăm lượng nhiệt chứa lớp 10 km phía vỏ trái đất tương đương với 500 lần lượng mà nguồn dầu, khí trái đất mang lại Thật lượng địa nhiệt khai thác sử dụng từ năm đầu kỷ 20 cho mục đích sưởi ấm, sấy nông sản, tắm thư giãn… Từ đến nay, việc nghiên cứu phát triển công nghệ khai thác nguồn lượng địa nhiệt ngày phát triển nhanh quy mô hiệu suất Tuy nhiên, so sánh với quan tâm nhân loại nguồn lượng khác địa nhiệt lại có phần “tủi thân” mà quan tâm chưa thật xứng đáng với tiềm mà mang lại Ước tính riêng Mỹ, sản lượng điện sản xuất từ nguồn địa nhiệt cho phép nước tiết kiệm tới 80 triệu thùng dầu năm Chỉ tính riêng năm 2003, Mỹ sản xuất 34.880 GWh điện từ nguồn lượng địa nhiệt Nếu so sánh số với công suất 420MW nhà máy thủy điện Trị An gấp 12 lần Mặt khác, xây dựng nhà máy điện địa nhiệt có lợi ích vượt trội so với nguồn lượng khác Nhà máy điện địa nhiệt hoạt động liên tục suốt ngày đêm, không phụ thuộc vào yếu tố khí hậu lượng mặt trời, gió sóng biển Nguồn lượng địa nhiệt lòng đất vô vô tận, bảo đảm cho nhà máy điện địa nhiệt hoạt động bền vững, lâu dài Đồng thời, xây dựng nhà máy điện địa nhiệt tốn diện tích Các nhà máy điện nhiệt điện không đốt loại nhiên liệu cho môi trường nhà máy điện khác 1.2.Những thách thức Cách khai thác nguồn lượng địa nhiệt theo cách hiểu đơn giản người ta cần khoan giếng sâu 4-5km Sau ta đưa nước xuống độ sâu tới vùng có nhiệt độ khoảng 2000C Nước làm sôi lên theo ống dẫn lên, làm chạy máy phát điện Hệ thống công nghệ gọi Công nghệ HDR (Hot Dry Rock) Hiện giới có nhiều nước trọng vào phát triển khai thác nguồn lượng có nhiều hiệu đáng mong đợi Có thể kể đến thành phố Swabian (Bad Urach), miền nam nước Đức, công trình HDR triển khai với giếng khoan sâu 4445m (nơi có nhiệt độ khoảng 1700C) Giai đoạn đầu nhà máy điện đủ cung cấp lượng cho 2000 hộ dân quanh vùng Ngoài có Iceland, nước có khoảng 300 nghìn dân công nghiệp lượng địa nhiệt chiếm đến 26% (2006) so với sản lượng điện nước Nguồn địa nhiệt cung cấp nước nóng cho 87% số hộ dân nước Mỹ quốc gia đầu việc sản xuất địa nhiệt số quốc gia giới có phát triển địa nhiệt Công suất địa nhiệt Mỹ chiếm 32% công suất địa nhiệt nhà máy giới.Trong thời gian tới nước Mỹ sản xuất tới 100.000 MW điện địa nhiệt đủ cung cấp điện cho 25 triệu hộ cư dân 50 năm (chi phí khoảng 40 triệu USD/năm) chi phí ban đầu vào khoảng 0,8-1 tỷ USD Việt Nam đánh giá có tiềm địa nhiệt trung bình so với giới Bên cạnh nguồn lượng nước ta có ưu điểm phân bố khắp lãnh thổ nước nên cho phép sử dụng rộng rãi hầu hết địa phương Hiện nay, Quảng Trị cấp phép cho xây dựng nhà máy địa nhiệt Đakrông với công suất 25MW, mở hy vọng ngành điện có thêm nguồn cung cấp cho điện lưới quốc gia tương lai gần Hiện Nhật Bản bắt đầu có ý quay lại với địa nhiệt kể từ sau thảm họa Fukushima Qua cho ta thấy định đầu tư vào công nghệ lượng địa nhiệt dấu hiệu tâm tiếp tục phát triển nguồn lượng nước, tăng cường an ninh lượng quốc gia rời bỏ nguồn lượng hạt nhân Nhật Bản Tuy nhiên, việc phát triển nguồn lượng lại gặp thách thức lớn đòi hỏi phải có công nghệ đại với nguồn vốn đầu tư lớn Do phải khoan sâu vào lòng đất nên gây rủi ro tài cao, ước tính lên tới 2,5 triệu euro cho 1MW công suất theo thiết kế Bên cạnh có rủi ro khác môi trường đưa khí độc, chất độc lên mặt đất, tạo biến dạng địa chất Đặc biệt, kỹ thuật xử lý địa chất phức tạp phải tìm kiếm vùng tập trung địa nhiệt việc khai thác địa nhiệt hiệu Dù phải đứng trước thách thức kinh tế, kỹ thuật trên, nhà khoa học lượng địa nhiệt có dự báo lạc quan “những rào cản khai thác địa nhiệt vượt qua 10 năm tới” Vì có quyền hy vọng tới lúc đó, lượng địa nhiệt thực có vị trí quan trọng nguồn lượng tương lai Nguồn http://vietnamnet.vn/vn/kinh-te/88652/nang-luong-dia-nhiet thamvong-va-thach-thuc.html NGUỒN ĐỊA NHIỆT 2.1.Thủy nhiệt Tại Hoa Kỳ, hầu hết hồ chứa địa nhiệt nước nóng đặt bang phía Tây, Alaska Hawaii.Wells khoan vào hồ chứa ngầm cho hệ điện Một số nhà máy điện địa nhiệt sử dụng nước từ hồ chứa để cấp lượng cho tuabin / máy phát điện, người khác sử dụng nước nóng để đun sôi chất lỏng làm việc bốc sau quay turbin Nước nóng gần bề mặt trái đất sử dụng trực tiếp để sưởi ấm Các ứng dụng sử dụng trực tiếp bao gồm tòa nhà sưởi ấm, trồng nhà kính, làm khô loại trồng, làm nóng nước trại nuôi cá, số quy trình công nghiệp trùng sữa Sản xuất: Hầu hết nhà máy điện cần nước để tạo điện Hơi quay turbin để kích hoạt máy phát điện, sản xuất điện Nhiều nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch để đun sôi nước cho nước Các nhà máy điện địa nhiệt, nhiên, sử dụng nước sản xuất từ hồ chứa nước nóng tìm thấy vài dặm nhiều bên bề mặt Trái đất Có ba loại nhà máy địa nhiệt điện: khô, giãn, chu kỳ nhị phân Nhà máy điện khô rút từ nguồn tài nguyên lòng đất nước Hơi nước đường ống trực tiếp từ giếng ngầm cho nhà máy điện, nơi hướng vào đơn vị tuabin / máy phát điện Chỉ có hai nguồn tài nguyên biết đến lòng đất Hoa Kỳ: The Geysers miền bắc California Công viên quốc gia Yellowstone Wyoming, nơi có Geyser tiếng gọi Old Faithful Kể từ Yellowstone bảo vệ khỏi phát triển, nhà máy khô nước The Geysers Nhà máy điện giãn phổ biến Họ sử dụng hồ chứa nước địa nhiệt với nhiệt độ lớn 360 ° F (182 ° C) Nước chảy nóng lên thông qua giếng lòng đất áp lực riêng Khi chảy lên phía trên, áp lực giảm số nước nóng sôi thành nước Hơi nước sau tách khỏi nước sử dụng quyền lực turbin / máy phát điện Bất kỳ nước sót lại nước ngưng tụ bơm trở lại vào hồ chứa, làm cho nguồn tài nguyên bền vững Nhà máy điện chu trình nhị phân hoạt động mặt nước nhiệt độ thấp khoảng 225 ° -360 ° F (107 ° -182 ° C) Các nhà máy sử dụng nhiệt từ nước nóng đun sôi chất lỏng làm việc, thường hợp chất hữu có điểm sôi thấp Chất lỏng hoạt động bay trao đổi nhiệt sử dụng để biến turbin Nước sau bơm trở lại vào mặt đất để hâm nóng Các nước chất lỏng làm việc giữ tách toàn trình, đó, có khí thải 2.2.Áp suất địa tầng (Geopressured) Nguồn áp suất địa tầng bao gồm nước biển (muối) nóng bão hòa methane, tầng ngậm nước tầng sâu, rộng áp suất cao, nước methane giữ lại trình hình thành trầm tích độ sâu 3– 6km Nhiệt độ nước dao động 90 – 200 oC Ba dạng lượng có từ áp suất địa tầng gồm lượng nhiệt, lượng nước áp suất cao, lượng hóa học từ việc đốt giải phóng khí methane Khu vực có trữ lượng áp suất địa tầng lớn khám phá phía bắc vịnh Mexico 2.3 Tầng đá nóng khan (hot-dry rock) Tầng đá nóng khan dạng địa nhiệt hình thành giống nguồn lượng thủy nhiệt, không chứa nước tầng ngậm nước nước trào theo vết gãy nứt hết bên Nguồn lượng có giới hạn dễ bị ảnh hưởng thủy Nguồn lượng khai thác sử dụng bang miền Đông Australia để sản xuất lượng kỹ thuật khai thác đá nóng khan 2.4.Magma( dung nham) Magma nguồn tài nguyên địa nhiệt lớn nhất, khối đá nóng chảy độ sâu – 10km sâu hơn, không dễ dàng khai thác Nhiệt độ khối đá nóng chảy khoảng 700 – 1.200 oC Và chưa khai thác thăm dò kỹ 3.SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIÊT: 3.1.Sử dụng trực tiếp: Các nguồn lượng thủy nhiệt có nhiệt độ thấp vừa phải (20 – 150 C) sử dụng cung cấp nhiệt trực tiếp cho số hoạt động, thương mại công nghiệp Các hoạt động bao gồm sưởi ấm, đun nấu nước, tạo nhiệt nhà kính (trồng rau, hoa ), nuôi trồng thủy sản, trình khử nước, giặt giũ, dệt Nhiều ứng dụng thông thường Iceland, Mỹ, Nhật, Pháp quốc gia khác, Iceland quốc gia sử dụng hệ thống lượng địa nhiệt lớn Hệ thống sử dụng trực tiếp lượng địa nhiệt thường bao gồm thiết bị hay phương tiện (giếng chẳng hạn) vận chuyển nước nóng lên bề mặt, hệ thống khí (ống, trao đổi nhiệt, bơm điều khiển) để đưa đến nơi yêu cầu, hệ thống bể thải (giếng bể) để chứa chất lỏng lạnh sau sử dụng Bộ trao đổi nhiệt thường yêu cầu chịu nồng độ muối chất rắn lòng địa nhiệt Máy bơm địa nhiệt: Các nông mặt đất, phía 10 feet Trái đất, trì nhiệt độ gần không đổi từ 50 ° đến 60 ° F (10 ° -16 ° C) Giống hang động, nhiệt độ mặt đất ấm không khí vào mùa đông mát không khí vào mùa hè Máy bơm địa nhiệt tận dụng nguồn tài nguyên để làm nóng tòa nhà mát mẻ Hệ thống bơm địa nhiệt bao gồm ba phần bản: thiết bị trao đổi nhiệt mặt đất, đơn vị máy bơm nhiệt, hệ thống phân phối không khí (đường ống) Việc trao đổi nhiệt hệ thống đường ống gọi vòng lặp, chôn đất nông gần tòa nhà Một chất lỏng (thường nước hỗn hợp nước chất chống đông) lưu thông qua đường ống để hấp thụ từ bỏ nhiệt lòng đất Vào mùa đông, bơm nhiệt loại bỏ nhiệt từ trao đổi nhiệt bơm vào hệ thống phân phối không khí nhà Vào mùa hè, trình đảo ngược, bơm nhiệt di chuyển nhiệt từ không khí nhà vào trao đổi nhiệt Nhiệt lấy từ không khí nhà mùa hè sử dụng để đun nóng nước, cung cấp nguồn nước nóng miễn phí Máy bơm nhiệt sử dụng lượng so với hệ thống sưởi ấm thông thường, họ lấy nhiệt từ mặt đất Họ hiệu làm mát nhà bạn Điều không tiết kiệm lượng tiền bạc, làm giảm ô nhiễm không khí Việc sử dụng nguồn địa nhiệt có kỹ thuật hoàn chỉnh, thử thách có giá trị thương mại nhiều ứng dụng Chúng làm giảm chi phí lượng cho người dùng sinh hoạt thương mại 3.2 Phát điện Trên thực tế nguồn chất lỏng siêu nhiệt ứng dụng rộng rãi phổ biến lĩnh vực sản xuất điện từ địa nhiệt Nhu cầu điện tăng vọt kỷ 20 nguồn điện địa nhiệt xem nguồn có triển vọng khai thác Prince Piero Ginori Conti thử nghiệm máy phát điện địa nhiệt vào ngày 4/7/1904 vịnh Larderello nơi axit địa nhiệt chiết tách Nó máy phát điện nhỏ cung cấp cho bóng đèn Sau đó, vào năm 1911, nhà máy phát điện giới xây dựng nhà máy phát điện địa nhiệt dùng công nghiệp giới New Zealand xây dựng nhà máy điện địa nhiệt năm 1958 Trong năm 2005, 24 quốc gia sản xuất tổng cộng 56.786 GWh (204 PJ) điện từ lượng địa nhiệt ,chiếm 0.3% lượng điện tiêu thụ toàn cầu Lượng điện tăng hàng năm khoảng 3% với gia tăng số lượng nhà máy nâng cao hệ số suất Do nhà máy lượng địa nhiệt không dựa nguồn lượng không liên tục, không giống với tuốc bin gió lượng mặt trời, nên hệ số suất lớn người ta chứng minh đạt đến 90% Năng suất trung bình toàn cầu đạt 73% năm 2005 Năng suất toàn cầu đạt 10 GW năm 2007 Các nhà máy điện địa nhiệt gần xây dựng rìa mảng kiến tạo, nơi mà có nguồn địa nhiệt nhiệt độ cao nằm gần mặt đất Sự phát triển nhà máy điện tuần hoàn kép tiến kỹ thuật khoan giếng kỹ thuật tách nhiệt mở hy vọng chúng nguồn phát điện tương lai 10 3.3 Nhà máy điện dùng khô: Nhà máy phát điện dùng khô thích hợp cho nơi địa nhiệt không bị ảnh hưởng nước Các giếng thu khoan xuống tầng chứa nước sinh hơi, có áp (180 0C – 3500C) mang lớp vỏ chuyển qua turbin để phát điện Trong nhà máy điện, thấp áp (sau qua turbin) đưa qua ống thông không khí, thông thường chúng đưa sang ngưng tụ chuyển thành nước Điều cải thiện hiệu turbin tránh vấn đề môi trường thải vào khí Nước thải thải qua giếng thải Sơ đồ nhà máy phát điện dùng khô Nhiệt thoát qua lổ thông tháp làm nguội nhà máy dùng nhiên liệu hóa thạch Thông thường trạm biến điện, hiệu chuyển đổi thấp khoảng 30% Hiệu kinh tế nhà máy chạy bị ảnh hưởng có mặt khí ngưng tụ CO H2S Áp suất khí làm giảm hiệu suất turbin việc chuyển khí vào đất làm tăng chi phí hoạt động hệ thống 11 3.4 Nhà máy điện dùng dạng tia ( Flash steam power plant) Nhà máy điện dùng dạng tia hình thức phổ biến nhà máy điện địa nhiệt Nước nóng bơm áp lực lớn lên bề mặt Khi đạt đến bề mặt áp lực giảm kết số thay đổi nước để nước Điều tạo "vụ nổ" Nước làm mát trả lại cho hồ chứa đun nóng đá địa nhiệt lần Kỹ thuật dùng dạng tia sử dụng nguồn thủy dạng lỏng Chất lỏng bơm làm cho bốc thành nhanh chóng Hơi chuyển sang turbin chạy máy phát điện nhà máy điện dùng khô 12 3.5 Nhà máy điện tuần hoàn kép Nhà máy tuần hoàn kép thực với hiệu suất cao nhà máy dạng tia chúng cho phép dùng nguồn có nhiệt độ thấp Thêm vào đó, tránh vấn đề ăn mòn Tuy nhiên, nhà máy điện tuần hoàn kép đắc tiền, bơm có công suất lớn làm tiêu hao lượng điện đáng kể đầu Kích thước tiêu biểu nhà máy từ - MW chúng dùng phù hợp tùy theo mục đích Nhà máy điện tuần hoàn kép 3.6 Kỹ thuật sử dụng lượng tầng đá nóng khan Khái niệm cho việc sử dụng lượng địa nhiệt tầng đá nóng khan tạo bể chứa nhân tạo cách khoan hai giếng đôi vào tầng đá, sau xây dựng thống trao đổi nhiệt lớn Nước tuần hoàn trở lại giếng qua bể dự trử miệng giếng Hiện có nhiều công nghệ khai thác lượng dạng này, phương tiện thương mại chưa khả quan 13 LỢI ÍCH CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT - Năng lượng địa nhiệt phong phú, sử dụng thích hợp nguồn lượng tái tạo đáng tin cậy - Đây nguồn lượng sạch, thân thiện với môi trường - Hoạt động liên tục suốt ngày đêm(24h/ngày) - Không phụ thuộc vào yếu tố khí hậu, thời tiết như: lượng mặt trời, gió, sóng biển, - Nguồn lượng địa nhiệt mặt đất vô tận, nhà máy địa nhiệt hoạt động bền vững lâu dài - Xây dựng nhà máy địa nhiệt tốn diện tích - Năng lượng địa nhiệt có khả dự trữ lượng vốn có HẠN CHẾ CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT - Năng lượng địa nhiệt sinh chất ô nhiễm không khí chủ yếu CO2, H2S, SO2, CH4 - Việc khai thác lượng đia nhiệt nguyên nhân gây lún đất - Sản xuất lượng địa nhiệt có liên quan đến hoạt động địa chấn - Năng lượng địa nhiệt hoàn toàn không tái tạo, khác tùy theo vị trí nguồn lượng bền vững - Các nhà máy địa nhiệt gây nên tiếng ồn suốt trình xây dựng (khoan giếng, thoát áp lực cao trình kiểm tra.) - Sử dụng lượng địa nhiệt bị bắt buộc sách lượng, thuế trợ cấp nên thúc đẩy việc sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch 14 VIỄN CẢNH CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT Mặc dù lượng địa nhiệt không sử dụng rộng rãi tương lai gần, ưu điểm vốn có khiến cho trở thành nguồn lượng bổ sung quan trọng cho nhiên liệu hóa thạch nhiên liệu hạt nhân nhiều mục đích Các nhà khoa học nghiên cứu tính khả thi việc khai thác nhiệt chứa magma – đá nóng chảy long đất – cho nguồn lượng gần vô tận sử dụng vào đầu kỹ 21 Hầu hết magma nằm độ sâu 32 km mặt đất Nhưng có số nơi magma lại nằm gần mặt đất hơn, miệng núi lửa Một nơi nằm cách Los Angeles 400 km phía bắc có magma nằm độ sâu khoảng 7m mặt đất Với nhiệt độ cao 1.0000C, magma trở thành nguồn lượng quan trọng 15 ... dụng lượng tầng đá nóng khan…………… 11 LỢI ÍCH CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT…………………….… 11 HẠN CHẾ CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 11 VIỄN CẢNH CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT… 12 1.GIỚI THIỆU 1.1 .Năng. .. có khả dự trữ lượng vốn có HẠN CHẾ CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT - Năng lượng địa nhiệt sinh chất ô nhiễm không khí chủ yếu CO2, H2S, SO2, CH4 - Việc khai thác lượng đia nhiệt nguyên nhân... thác lượng dạng này, phương tiện thương mại chưa khả quan 13 LỢI ÍCH CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT - Năng lượng địa nhiệt phong phú, sử dụng thích hợp nguồn lượng tái tạo đáng tin cậy - Đây nguồn lượng