Tổng quan về năng lượng địa nhiệt

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

TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT TRÊN TRÁI

ĐẤT

1 Khái niệm năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng tồn tại trong mặt đất 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 các nguyên tố phóng xạ tồn tại tự nhiên với một lượng nhỏ trong đá

Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất Năng lượng địa nhiệt đã được sử dụng để nung và tắm

kể từ thời La Mã cổ đại, nhưng ngày nay nó được dùng để phát điện Có khoảng 10

GW công suất điện địa nhiệt được lắp đặt trên thế giới đến năm 2007, cung cấp 0,3% nhu cầu điện toàn cầu Thêm vào đó, 28 GW công suất nhiệt địa nhiệt trực tiếp được lắp đặt phục vụ cho sưởi, spa, các quá trình công nghiệp, lọc nước biển

và nông nghiệp ở một số khu vực

Khai thác năng lượng địa nhiệt có hiệu quả về kinh tế, có khả năng thực hiện

và thân thiện với môi trường, nhưng trước đây bị giới hạn về mặt địa lý đối với các khu vực gần các ranh giới kiến tạo mảng Các tiến bộ khoa học kỹ thuật gần đây đã từng bước mở rộng phạm vi và quy mô của các tài nguyên tiềm năng này, đặc biệt

là các ứng dụng trực tiếp như dùng để sưởi trong các hộ gia đình Các giếng địa nhiệt có khuynh hướng giải phóng khí thải nhà kính bị giữ dưới sâu trong lòng đất, nhưng sự phát thải này thấp hơn nhiều so với phát thải từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch thông thường Công nghệ này có khả năng giúp giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu nếu nó được triển khai rộng rãi

Năng lượng địa nhiệt sử dụng rất phổ biến ngoài việc để sản xuất điện ra còn ứng dụng ở suối nước nóng, sưởi nhiệt và làm mát, làm ấm nước ở các trại nuôi cá

và một số ứng dụng trong công nghiệp như tiệt trùng sữa

Dòng nhiệt là năng lượng nhiệt thoát ra trên mặt đất trong 1 đơn vị diện tích và

1 đơn vị thời gian Trong điều kiện đảm bảo phép đo tham số này không thay đổi theo thời gian, theo hệ số đo quốc tế (SI), đơn vị dòng nhiệt được tính bằng năng lượng nhiệt là mW thoát ra trên diện tích 1 m2 (mW/m2) Như vậy, dòng nhiệt được hiều là năng lượng nhiệt vô cùng nhỏ truyền từ dưới lên trên 1 đơn vị diện tích 1

m2 (mW/m2) Đơn vị dòng nhiệt là rất hỏ, nhỏ đến mức bằng giác quan thông thường không thể nhận biết được Dòng nhiệt được xác định bằng tích giữa độ dẫn

nhiệt và gradient nhiệt độ Trong tìm kiếm tham dò dầu khí, Dòng nhiệt được ký hiệu là Q bằng tích giữa Độ dẫn nhiệt giếng khoan (K) với Gradient nhiết độ (G)

dọc theo chính giếng khoan đó (Q = K x G) Như vậy, muốn xác định giá trị cụ thể

dòng nhiệt của vùng nghiên cứu trước hết cần xác định độ dẫn nhiệt và gradient

nhiệt độ giếng khoan của vùng nghiên cứu đó.

2 Phân loại các nguồn năng lượng địa nhiệt

Là nguồn nước bị nung nóng dưới nhiệt độ 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 của

đá, nó bị giữ lại bởi một lớp đá khác đặc kín và không thấm

Có nhiệt độ cao hơn 240oC

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 và bị bao bọc bởi các lớp đất sét và trầm tích không thấm nước.Áp suất ở các nguồn nà ngằm trong khoảng từ 34 MPa đến 140 MPa và ở độ sâu từ 1500m đến 15000m Nhiệt độ của các nguồn áp suất địa nhiệt gồm thường ở trong khoảng 90 đến 200oC

Bao gồm các khối đá ở nhiệt độ cao, từ 90 đến 650oC 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 đứt gãy nhân tạo, sau đó sử dụng một chất lỏng đó làm chất vận chuyển bơm qua tầng đá đã bị nứt gãy để thu được nhiệt Tuy nhiên, việc khai thác năng lượng này từ các nguồn đá nóng khô rất khó khan và hiệu quả kinh tế không sau so với việc khai thác các nguồn nhiệt khác

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

Magma là đá nóng chảy có nhiệt độ từ 700 đến 1600oC, đá nóng chảy là một phần của vỏ Trái Đất có độ dày từ 24 đên 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 Việc khai thác năng lượng địa nhiệt loại này chủ yếu nhờ các các lỗ hổng của núi lửa đang hoạt động trên thế giới

3 Phương pháp sản xuất năng lượng từ địa nhiệt

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 quay lại chu trình ban đầu

Có hai phương pháp khai thác:

 Hướng thứ nhất:

Lấy hơi nước và nước nóng từ các hố 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 hố địa nhiệt chưa có sẵn mà 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 Sauk hi tìm được lớp đất đá phù hợp ở

độ sâu khoảng 5.000 – 10.000 fet (tức khoảng 1,5 – 3km), họ tiến hành khoan vầ dùng áp lực được làm long nhờ các lớp trên, chúng sẽ được bơm lên thông qua cột

lỗ khoan khai thác để tọa ra điện năng

4 Các dạng nhà máy sản xuất năng lượng từ địa nhiệt

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

Dry steam sử dụng hơi nước từ cá khe nứt dưới lòng đất ở nhiệt độ cao ( >

2350C ) 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 và áp suất cao thổi trực tiếp làm quay turbine

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

b Nhà máy bằng hơi nước siêu lỏng – Flash steam (Nhà máy sản xuất điện gián tiếp)

Flash steam là dạng phổ biến nhất hiện nay, nhà máy dạng flash steam sử dụng nước nóng ở dạng áp suất cao (>1820C) từ bể địa nhiệt

Hỗn hợp hơi nước và nước nóng 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 turbine điện

c Nhà máy hai chu trình - Binary cycle

Các nhà máy địa nhiệt binary cycle sử dụng nước nóng có nhiệt độ trung bình dao động từ 107 đến 182oC từ bể 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 sẽ bốc hơi và dẫn vào turbine

5 Một số nhà máy địa nhiệt trên thế giới

a Nhà máy địa nhiệt Hellisheidi – Iceland

Công suất 45MWe vào năm 2010

50 giếng được khoan với độ sâu 1000 đến 2000m

b Nhà máy điện địa nhiệt lớn đầu tiên ở Iceland – Krafla

Tổng cộng đã có 33 giếng được khoan xuống, 17 giếng áp suất cao và 5 giếng áp suất thấp

c The Geysers – Mỹ

Geysers là một tổ hợp công trình bao gồm 22 nhà máy điện địa nhiệt, sử dụng hơi nước nóng từ hơn 350 giếng để các turbine phát điện với công suất lắp đặt 1.517MW

6 Tác động môi trường của việc khai thác sử dụng các nguồn địa

nhiệt

Các dòng nước nóng được bơm lên từ dưới sâu trong lòng đất có thể chứa một vài khí đi cùng với nó như điôxít cacbon và hydro sunfua Khi các chất ô

nhiễm này thoát ra ngoài môi trường, nó sẽ góp phần vào sự ấm lên toàn cầu, mưa axít, và các mùi độc hại đối với thực vật xung quanh đó

Bên cạnh các khí hòa tan, nước nóng từ nguồn địa nhiệt có thể chứa các nguyên tố vết nguy hiểm như thủy ngân, arsen và antimon nếu nó được thải vào các con sông có chức năng cung cấp nước uống Các nhà máy địa nhiệt về mặt lý thuyết có thể bơm các chất này cùng với khí trở lại lòng đất ở dạng cô lập cacbon

Việc xây dựng các nhà máy phát điện có thể ảnh hượng ngược lại đến sự ổn định nền đất của khu vực xung quanh

Địa nhiệt cũng chiếm một diện tích đất tối thiểu; các nhà máy địa nhiệt hiện hữu sử dụng 1-8 hecta/1MW so với các nhà máy điện hạt nhân là 5-10ha/MW và

19 ha/MW đối với nhà máy điện chạy bằng than

7 Sử dụng năng lượng địa nhiệt trực tiếp

Từ xa xưa con người đã biết cách sử dụng nước nóng từ thiên nhiên Hiên tại thì có nhiều áp dụng tối tân hơn Nước nóng ở những bể chứa nước nóng ở dưới sâu trái đất có thể được dùng trực tiếp Thường người ta đào một giếng sâu chạm tới nguồn nước nóng và bơm lên để dùng Những công cụ đó là sưởi ấm các tòa nhà, làm ấm nhưỡng hồ nuôi cá, làm tan tuyết trên đường làm hồ tắm nước nóng thiên nhiên.,

Ở Hoa Kỳ những vùng có bể chứ nước nóng thiên nhiên nhiều là vùng bên phía Tây, Alaska và đảo Haiwaii

8 Lợi ích của năng lượng địa nhiệt.

Năng lượng địa nhiệt được biết đến là một nguồn năng lượng sạch và thân thiện với môi trường vì nhiên liệu của năng lượng địa nhiệt là sức nóng của Trái Đất nên không có chất thải Hơn nữa dùng năng lượng địa nhiệt thì sẽ giảm thiểu

được năng lượng hóa thạch sinh ra bởi các nhà máy điện dùng than Những nhà máy cũ dùng than phun ra những chất thải làm ô nhiễm khí quyển

Năng lượng địa nhiệt còn có thể coi là một nguồn năng lượng tái tạo bởi sức nóng của Trái Đất là nguồn nhiên liệu gần như vô tận, nên năng lượng địa nhiệt luôn luôn có thể tái tạo

Sức nóng của Trái Đất không thay đổi theo ngày đêm hay khí hậu nên năng lượng địa nhiệt cũng không bị thay đổi thất thường như năng lượng mặt trời và năng lượng gió Ta có thể coi đây là một nguồn năng lượng ổn định

9 Tiềm năng phát triển năng lượng địa nhiệt ở Việt Nam.

Vài nét mô tả trên đây chắc đã giúp bạn đọc phần nào hình dung một cách tổng thể bức tranh năng lượng Việt Nam và điện nước nhà

Thềm lục địa Việt Nam rộng khoảng hơn 1 triệu km2 Trong đó có 8 bể trầm tích chứa dầu khí Đó là bể Sông Hồng, diện tích 110.000 km2 Bể Sông Hồng gồm

cả đồng bằng Bắc Bộ, hay còn gọi là trũng Hà Nội (từ chuyên môn của địa chất dầu khí), có sông Hồng chảy qua nên dùng tên sông đặt tên cho bể trầm tích Các

bể tiếp theo, cách đặt tên hoặc cũng tương tự hoặc lấy tên địa phương liền kề, hoặc

sử dụng tên đảo nằm trong vùng nghiên cứu Tiếp theo, sau bể sông Hồng là bể Hoàng Sa (70 000 km2), Phú Khánh (80 000 km2), Cửu Long (40 000km2), Nam Côn Sơn (80 000km2), Tư Chính-Vũng Mây (90 000km2), Trường Sa (200

80.000km2

Trên bức tranh đó, nếu gán cho mỗi nguồn năng lượng một gam mầu thì đã

có tới 8 gam mầu Nhìn vào đó, bạn đọc sẽ thấy ngay, gam mầu nào cũng đẹp, gam mầu nào cũng sáng Đó là gam mầu năng lượng than đá, nước, dầu khí, điện tử hạt nhân, gió, mặt trời, sinh học và sóng biển Còn gam mầu thứ 9 là gam mầu năng

lượng địa nhiệt, nhất là năng lượng địa nhiệt trong các bể trầm tích chứa dầu khí thềm lục địa Việt Nam, giải pháp nghiên cứu như thế nào? Trữ lượng bao nhiêu? Tất cả, dưới đây sẽ được tác giả trình bầy một cách chi tiết

10 Kết luận

Năng lượng địa nhiệt là một dạng năng lượng sạch, đáng tin cậy và nó

không ảnh hưởng tới môi trường Những nhà máy điện địa nhiệt hầu như không gây ra tiếng ồn nên cũng không ảnh hưởng tới người dân xung quanh

Hơn hết năng lượng địa nhiệt có tiềm năng rất lớn, được ứng dụng rộng dãi trên toàn thế giới và đem lại nguồn năng lượng khổng lồ đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng Tuy nhiên, do chí phí đầu tư ban đầu cao và hiệu quả đem lại thấp nên năng lượng địa nhiệt vẫn còn đang trong giai đoạn thử nghiêm