Địa nhiệt là nuồn năng lượng nhiệt tự nhiên ở trong lòng Quả Đất. Dưới lớp vỏ
không dày lắm của Quả Đất, nhiệt độ lên đến từ 10000C đến hơn 40000C. Ở một số khu
vực áp suất dưới lớp vỏ này cũng rất lớn, vượt quá 130MPa.
Người ta xác định rằng, 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 Quả Đất như thori (Th), protactini (Pa), urani (U),v.v… Năng lượng do các phản ứng phóng xạ được tích tụ trong lòng Quả Đất hàng triệu năm với một lượng khổng lồ làm nóng chảy lõi Quả Đất ở
nhiệt độ khoảng 40000C dưới áp suất rất cao. Người ta thấy rằng hỗn hợp nóng chảy của
niken (Ni) và sắt (Fe) trong lòng Quả Đất được bao bọc bằng một lớp vỏ đá nóng chảy có
nhiệt độ khoảng 10000C. Lớp vỏ Quả Đất được hợp thành từ 9 mảnh, hơn nữa các mảnh
này có thể dịch chuyển được. Khi các mảnh này chuyển động gây ra “sự trôi”, dẫn đến sự va chạm giữa các mảnh ở một số khu vực nào đó của vỏ Quả Đất, làm dịch chuyển các mảnh còn lại. Các hoạt động dịch chuyển này của vỏ Quả Đất có thể dẫn đến trường hợp hai mảnh lục địa nhập lại với nhau tạo ra hàng loạt các phản ứng hóa học, trong đó có phản ứng kết hợp nước và các chất khác dẫn đến sự tạo thành các phản ứng hóa học, trong đó có phản ứng kết hợp nước và các chất khác dẫn đến sự tạo thành các túi đá nóng chảy rất lớn được gọi là túi magma. Các túi magma bị đẩ nổi lên qua lớp vỏ Quả Đất và thường dẫn đến các hoạt động phun trào của núi lửa. Ngoài ra, đá nóng chảy cũng có thể
nổi lên qua lớp vỏ Quả Đất ở những nơi mà các mảnh vỏ chuyển động tách rời nhau ra
hoặc ở các khu vực vỏ Quả Đất mỏng. Núi lửa, các nguồn nước nóng, các mạch nước phun trào, các lỗ phun hơi nóng từ lòng đất ra, v.v… là các hiện tượng tự nhiên cho chúng ta thấy có các nguồn năng lượng địa nhiệt ở gần bề mặt vỏ Quả Đất. Ở các khu vực
142
này, nếu tính toán cho thấy có hiệu quả kinh tế, người ta có thể khoan để khai thác năng lượng địa nhiệt. Năng lượng địa nhiệt còn được tạo ra do ma sát khi hai mảnh vỏ Quả Đất dịch chuyển mà một mảnh chuyển động trượt trên mảnh kia.
Theo đánh giá của các chuyên gia, có khoảng 10% diện tích vỏ Quả Đất có chứa nguồn địa nhiệt có thể đánh giá được tiềm năng năng lượng của nó. Các nguồn này có thể cung cấp cho nhan loại một nguồn năng lượng rất lớn. Bảng 2.1 cho thấy tiềm năng địa nhiệt ở các nước trên thế giới.
Bảng 2.1 Ước tính năng lượng địa nhiệt ở một số nước trên thế giới
Tên nước Tiềm năng
(MW)
Tên nước Tiềm năng (MW)
Achentina 19 950 Kenya 79 450
Bolivia 63 100 Triều Tiên (Bắc &
Nam)
Camerun 15 150 Mexico 157 050
Cầnada 446 700 Morocco 19 950
Chile 30 300 New Zealand 30 900
Trung Quốc 537 050 Nicaragua 33 900
Columbia 77 650 Peru 302 000
Costarica 12 600 Philippines 67 600
Ecuador 100 000 Bồ Đào Nha 1 000
143
Ethiopia 154 900 Liên Xô cũ 239 900
Hy Lạp 8 900 Đài Loan 8 150
Guadeloupe 387 Tanzania 6 200
Honduras 12 600 Thổ Nhĩ Kỳ 87 100
Iceland 22 900 Mỹ 501 200
Ấn Độ 15 200 Venezuela 39 800
Indonexia 436 500 Việt Nam 37 150
Italia 33 900 Nhật Bản 79 450
Iran 75 850
Nguồn tài liệu: US Geothermal Technology Equipment and Services for Worldwide Application, US Department of Energy, ID – 10130, 1985, p.4.
Có 5 loại nguồn địa nhiệt. Đó là: nguồn nước nóng, nguồn áp suất địa nhiệt, nguồn đá nóng khô, các núi lửa hoạt động và magma.
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 (hay còn gọi là mỏ) 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 2400C. Một số nguồn nước nóng có nhiệt độ cao,
trong khoảng 1500C đến 2000C, nhưng khoảng 2/3 số nguồn nước nóng có nhiệt độ trung
144
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 Quả 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 2000C. Mỗi một thùng (barrel = 0,159m3) chất lỏng loại này ở áp suất 69MPa và 1500C có thể cho ta 0,6 đến 1,4m3 khí metan (CH4).
Các nguồn đá nóng khô bao gồm các khối đá ở nhiệt độ cao, từ 900C đến 6500C. 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. Chất lỏng làm việc thường hoạt động theo các chu trình kín như hình 2.1. 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.
145
Năng lượng địa nhiệt ở các lỗ hổng núi lửa đang hoạt động có nhiều ở trên thế giới. Megma là đá nóng chảy ở nhiệt độ từ 7000C đến 16000C. Khi còn nằm dưới vỏ Quả Đất đá nóng chảy là một phần của vỏ Quả 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.