báo cáo các NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ đề tài NĂNG LƯỢNG địa NHIỆT

Khối nước nóng này => dichuyển lên mặt đất => suối nước nóng, hoặc được giữ lại trongkhối đất đá thấm => tạo thành bồn trũng địa nhiệt : sử dụngtrực tiếp hoặc để sản xuất điện.. + 1827 :

-*** -BÁO CÁO CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ

ĐỀ TÀI : NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

Giảng viên : Khương Minh Phương Sinh viên :

Hà Nội, tháng 3 năm 2015

Hà Nội …./….

CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ

MỤC LỤC

Hà Nội … - … 1

Chương 1 : Các vấn đề lý thuyết về năng lượng địa nhiệt 3

1 Khái niệm 3

2 Hình thành 3

3 Cách khai thác 3

4 So sánh NLĐN so với NLTT (NL mặt trời, NL gió) 3

5 Phân loại 4

Chương 2 : sử dụng năng lượng địa nhiệt 6

1 Trong sử dụng trực tiếp 6

2 Trong sản xuất điện 8

3 Ưu nhược điểm trong khai thác NLĐN 15

4 Những lưu ý khi khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt 15

Chương 3: Năng lượng địa nhiệt hôm nay và ngày mai 18

1 Tiềm năng năng lượng địa nhiệt 18

2 Mục tiêu phát triển trên thế giới 20

3 Đánh giá tại Việt Nam 20

4 Những cơ hội và thách thức 22

-*** -BÁO CÁO CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ ĐỀ TÀI : NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT Giảng viên : Khương Minh Phương Sinh viên :

Hà Nội, tháng 3 năm 2015

Hà Nội …./….

Hà Nội … - ….

CHƯƠNG 1 : CÁC VẤN ĐỀ LÍ THUYẾT VỀ

NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

1 Khái niệm.

Năng lượng địa nhiệt là dạng năng lượng tồn tại trong lòng đất

ở dưới dạng nhiệt năng Nó phát sinh từ nguồn nhiệt sơ khai trong lòng trái đất

Được đưa lên mặt đất dưới dạng hơi nóng hoặc nước nóng

2 Hình thành.

Nguồn nhiệt năng này được tích tụ từ các điều kiện sau :

 Năng lượng của quá trình phân hủy các nguyên tố phóng xạnằm trong lớp vỏ trái đất Quá trình phân hủy của các nguyên

tố phóng xạ mặc dù rất chậm nhưng do số lượng lớn vì thế nhiệtlượng tỏa ra trong quá trình này vô cùng lớn => đây là nguồnnhiệt chính

 Nhiệt năng cũng được tích tụ dần thông qua sự hấp thụnăng lượng mặt trời của lớp vỏ trái đất

 Quá trình kiến tạo mảng => các mảng di chuyển tương đốinhau => va vào nhau => gây ra động đất – nơi này vỏ trái đấtyếu => vật chất nóng từ lòng đất dịch chuyển lên và mangtheo nhiệt lượng hoặc được giữ trong vỏ trái đất để nung nóngđất đá và các khối nước ngầm Khối nước nóng này => dichuyển lên mặt đất => suối nước nóng, hoặc được giữ lại trongkhối đất đá thấm => tạo thành bồn trũng địa nhiệt : sử dụngtrực tiếp hoặc để sản xuất điện

3 Cách khai thác.

Bước 1 : Xác định nguồn địa nhiệt.

Bước 2: Tạo các giếng khoan, bơm nước lạnh xuống và đưa

nước nóng hoặc hơi nước lên

4 So sánh NLĐN so với NLTT (NL mặt trời, NL gió)

Bị hạn chế thời gian

sử dụng Mọi chỗ đều sử dụng

được năng lượng địa nhiệt

Tùy theo khu vực địa

lý mới có thể sử dụng được

Hiệu suất chuyển đổi thành điện cao (90%)

Hiệu suất chuyển đổi điện thấp

Không phụ thuộc ngoạicảnh ( thời tiết) => chủ động

 Tồn tại : trong các tầng đá xốp rỗ hoặc ở trong các khe nứtgãy của đá, được giữ lại bởi một lớp đá khác đặc kín và khôngthấm nước.

 Chất lượng nguồn nước nóng : phụ thuộc vào lượng nướclẫn trong hơi

Nguồn nước nóng chất lượng cao là hơi nước có lẫn một ítnước hay chứa hoàn toàn hơi ở nhiệt độ cao hơn 240ºC

b) Nguồn áp suất địa nhiệt.

 Là các nguồn chứa nước muối có nhiệt độ trung bình và khímetan ( CH4¿ hòa tan

 Tồn tại : dưới các tầng trầm tích sâu và bị bao bọc bởi cáclớp đất sét và trầm tích không thấm nước

 Áp suất : rất cao, nằm trong khoảng 34MPa đến 140MPa ở

độ sâu từ 1500m đến 15000m

 Nhiệt độ : trong khoảng 90ºC đến 200ºC

c) Nguồn đá nóng khô.

 Là các khối đá ở nhiệt độ cao từ 90ºC đến 650ºC Các nguồn

đá này có thể bị nứt gãy nên có thể chứa một ít hoặc khôngchứa nước nóng, không có tính thẩm thấu

 Cách khai thác : khoan sâu đến tầng đá > tạo nứt gãy >

sử dụng chất lỏng làm chất vận chuyển nhiệt bơm qua tầng đá

đã bị làm đứt gãy > thu nhiệt

 Hạn chế của khai thác từ nguồn đá nóng khô : rất khó khăn

và hiệu quả kinh tế không cao so với việc khai thác các nguồnđịa nhiệt khác

d) Hoạt động núi lửa 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 700-1600 0C là mộtphần của vỏ quả đất có độ dày khoảng 24-48km

Các nguồn magma chứa một nguồn năng lượng khổng lồ,lớn nhất trong các nguồn địa nhiệt, nhưng nó ít khi ở gần mặtđất nên việc khai thác rất khó khăn

CHƯƠNG 2 : SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

1 Trong sử dụng trực tiếp.

- Trong các lĩnh vực sử dụng trực tiếp, hệ thống sưởi ấmchiếm tỷ lệ cao nhất (37%) , tiếp đến là các dịch vụ nhưtắm hơi/ hồ bơi (22%), bơm địa nhiệt điều hòa nhiệt độ(14%), nhà kính (12%), nuôi trồng thủy sản (7%) và cácdịch vụ công nghiệp khác (7%) – thống kê năm 2000

- Châu Á hiện nay đang giành vị trí dẫn đầu trong việc khaithác trực tiếp địa nhiệt (44%), sau đó là châu Âu (37%) vàchâu Mỹ (14%)

- Giá thành cho ứng dụng trực tiếp địa nhiệt Áp dụng vớinguồn cách điểm sử dụng không quá 1km

Bảng 2 : Giá hơi nước và cung cấp nước nóng ở những khu vực đòi hỏi phải khoan giếng (Nguồn world bank).

a) Ứng dụng suối nước nóng.

 Nước suối có nhiệt độ cao hơn 20 độ gọi là suối nước nóng

 Trên thế giới :

+ Sử dụng cho mục đích tắm từ thời kì đồ đá, với hồ tắm cổ nhất :

hồ đá ở núi Lisan – xây dựng vào thời nhà Tần, thế kỉ 3 TCN

+ 1827 : sử dụng hơi nước của các giếng tự phun để chiết tách axit boric từ bùn núi lửa ở Larderello – Ý.

+ Hiện nay khai thác sử dụng cho mục đích du lịch, spa

 Tại Việt Nam đã xác định được khoảng 300 nguồn nướcnóng phân bố trên cả nước, trong đó hơn 60 nguồn nước nóng

có nhiệt độ trên 50ºC

b) Ứng dụng sưởi nhiệt và làm mát.

 Trong năm 2004, có khoảng 20 quốc gia sử dụng trực tiếpđịa nhiệt để sưởi ấm với tổng năng lượng 270 PJ

+ Hơn ½ dùng để sưởi trong phòng

+ 1/3 dùng cho các hồ bơi nước nóng

+ Còn lại : dùng trong công nghiệp và nông nghiệp

c) Ứng dụng bơm địa nhiệt.

- Bơm địa nhiệt được phát minh bởi Lord Kelvin năm 1852

- Năm 2004 hàng triệu bơm địa nhiệt được lắp đặt trên thếgiới, cung cấp khoảng 12GW sản lượng nhiệt

- Hằng năm có khoảng 80.000 bơm địa nhiệt được lắp đặt ởHoa Kì, 27.000 bơm địa nhiệt được lắp đặt ở Thụy Sĩ

- Điều hòa nhiệt độ bằng bơm địa nhiệt

d) Ứng dụng khác.

- Làm tan chảy tuyết

- Lọc nước biển

- Sấy ngũ cốc

- Làm ấm nước ở các trại nuôi cá

- Một số các ứng dụng trong công nghiệp như tiệt trùng sữa

2 Trong sản xuất điện.

a) 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 và truyền tải điện năng.

Bước 6 : Dẫn nước lạnh trở lại chu trình hoạt động ban đầu.

 Có hai hướng khai thác :

 Hướng 1 : lấy hơi nước và nước nóng từ trong lòng đất :

khoan và tạo ra các giếng để bơm hơi nước và nước nóng lênmặt đất tạo ra điện năng

 Hướng 2 : tính toán tìm ra các khu vực, các lớp đá tích tụ

nhiệt lượng cao ở độ sâu 1,5 – 3Km => khoan và dùng lực tạo

ra các vết nứt => bơm nước lạnh xuống để lấy nhiệt lượng từcác lớp đá để bơm lên mặt đất tạo ra điện năng

b) Phân loại các nhà máy

 Nhà máy sản xuất điện trực tiếp

Hình 3 : sơ đồ nhà máy sản xuất điện trực tiếp.

- Sử dụng hơi nước ở nhiệt độ cao trên 2350C và một ít nước nóng

từ bể địa nhiệt

- Nguyên lý: hơi nước với áp suất cao thổi trực tiếp vàotuabin→làm quay tuabin→sinh ra điện

- Đây là kiểu nhà máy địa nhiệt lâu đời nhất

- Nhà máy địa nhiệt lớn nhất thế giới tại Callifornia hoạt động theonguyên lý này

Hình 4 : Nhà máy The Geysers tại bắc Callifornia, Hoa Kỳ

Nhà máy bao gồm 20 tổ máy- là máy địa nhiệt lớn nhất thếgiới Nhà máy tận dụng nguồn nước thải sinh hoạt tại các thànhphố lân cận làm lưu chất địa nhiệt, cung cấp một giải pháp môitrường cho việc xử lý nước thải, đồng thời tăng sản lượng hơicho nhà máy

 Nhà máy sản xuất điện gián tiếp.

Hình 5 : sơ đồ nhà máy sản xuất điện gián tiếp.

- Sử dụng nước nóng ở áp suất cao với nhiệt độ >182oC từ bểđịa nhiệt

- Nguyên lý: nước siêu lỏng từ tầng nước nóng được đưa lên

mặt đất và được giữ ở nhiệt độ trên 182oC →đưa vào buồng hơi

để hạ áp suất→phần lớn hỗn hợp chuyển thành hơi→hơi làmquay tuabin →phát điện

Hình 6 :Nhà máy dạng Flash steam tại Nhật Bản

 Nhà máy hai chu trình.

Hình 7 : sơ đồ nhà máy hai chu trình.

- Sử dụng nước nóng nhiệt độ 107-182oC

- Nguyên lý: nước nóng địa nhiệt + nước lỏng thứ cấp(thường

là hợp chất hữu cơ, có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi củanước nóng địa nhiệt)→đưa vào buồng trao đổi nhiệt→nhiệt năng

từ nước nóng địa nhiệt làm nước lỏng thứ cấp bay hơi→làm quaytuabin→phát điện

- Các nhà máy địa nhiệt trong tương lai sẽ hoạt động theonguyên lý này, vì:

+ Tận dụng các bể địa nhiệt có nhiệt độ thấp- nguồn địa nhiệt dồidào nhất

+ Có chu trình kín nên hầu như không có khí thải nào được sinh ra

Hình 8 : Nhà máy dạng Binary công suất nhỏ tại Fang, Thái Lan

c) Mối quan hệ giữa chi phí vốn của nhà máy địa nhiệt và nhiệt độ nguồn nhiệt.

d) Giá và chi phí sản xuất điện từ năng lượng địa nhiệt.

Bảng chi ra giá đơn vị điện từ nhà máy địa nhiệt điện, dựa trên

cơ sở mức trợ giá 10% và capacity factor là 90% Các giá thànhnày là dựa trên các dự án xây dựng tại các nước đang phát triển

và do đó các chi phí gián tiếp được chọn ở mức cao hơn

Bảng 3 : giá đơn vị năng lượng ( Xu Mỹ/kWh)

 Chi phí trực tiếp.

Bảng 4 : vốn đầu tư trực tiếp (USD/kW công suất lắp đặt)

 Chi phí gián tiếp.

- Phụ thuộc vào vị trí công trình, điều kiện giao thông, mức

độ phát triển cơ sở hạ tầng

- Có 3 vị trí công trình :

+ Ở một quốc gia phát triển : chi phí gián tiếp chiếm khoảng 5– 10% chi phí trực tiếp.

+ Khu vực hẻo lánh của nước phát triển, hoặc nơi có cơ sở hạtầng tương đối đạt tiêu chuẩn ở một nước đang phát triển : chiphí gián tiếp chiếm khoảng 10 – 30% chi phí trực tiếp

+ Khu vực hẻo lánh ở một quốc gia đang phát triển : chi phígián tiếp chiếm 30 – 60% chi phí đầu tư trực tiếp

 Chi phí vận hành vận hành và bảo trì.

Bảng 5 : chi phí vận hành và bảo trì.

e) So sánh giá các loại năng lượng tái tạo.

 Chi phí sản xuất điện từ năng lượng tái tạo tại Việt Nam ( năm 2013)

 So sánh một số loại năng lượng tái tạo ở Mỹ

Gió Địa nhiệt Hydro Năng lượng

mặt trờiGiá ( Cent/kWh ) 4,0 – 6,0 4,5 – 30 5,1 – 11,3 15 – 30

Tỷ lệ đóng góp

nhu cầu điện năng

-f) Công suất lắp đặt các nhà máy điện địa nhiệt.

Bảng 6 : Công suất lặp đặt các nhà máy điện địa nhiệt tại 24 quốc gia trên thế giới với tổng công suất là 9731.9

Nicaragua 87 Úc 0.2

Những nước nằm gần vành đai lửa Thái Bình Dương nên có nguồnđịa nhiệt lớn, vì vậy tận dụng nguồn địa nhiệt => công suất lắp

đặt lớn

3 Ưu nhược điểm trong khai thác NLĐN

Bảng 6 : ưu nhược điểm trong khai thác NLĐN.

 Đây là nguồn năng lượng sạch,

thân

thiện với môi trường

 Hoạt động liên tục suốt ngày đêm,

Các nhà máy điện địa nhiệt chỉ thải ra một phần rất nhỏ cáckhí CO2, NO2 và Sulfur, chỉ bằng 1/50 luợng khí thải từ các nhàmáy nhiệt điện Các cột khói thường thấy bốc lên từ các nhàmáy địa điện thật ra chỉ là hơi nước thải.

So sánh khối lượng phát thải kg/MWh từ nhà máy nhiệt điệnthan với nhà máy điện địa nhiệt cho thấy kết quả như sau:

Phát thải Nhà máy địa

nhiệt

Nhà máy nhiệt điện than Cácbon dioxit 40 994

→Như vậy lượng nước ngọt dùng làm nguội turbine là rất nhỏ

so với các nhà máy nhiệt điện khác

c Sử dụng đất :

Các nhà máy điện địa nhiệt được thiết kế hài hoà cảnh vật

và thường được đặt gần các khu vực giải trí, ít tác động lên đấtđai và cảnh quan Các nhà máy này thường bao gồm những môđun nhỏ, dưới 100 MW, so với các nhà máy điện than hoặc hạtnhân cỡ khoảng 1.000 MW

Điển hình, một nhà máy điện địa nhiệt sử dụng 404 m2đất/GWh trong khi đó một nhà máy nhiệt điện than phải cần tới3.632 m2/GWh, còn các trại gió cần tới 1.335 m2/GWh

d.Tiếng ồn

Đa phần tiếng ồn phát ra từ nhà máy điện hoặc tại nơi sửdụng trực tiếp là khi đang khoan giếng, thường được nghỉ vàoban đêm Tiếng ồn từ nhà máy điện không được coi là một vấn

đề đáng quan ngại vì tiếng ồn rất thấp, trừ phi bạn ở ngay bêncạnh hoặc bên trong nhà máy Phần lớn tiếng ồn phát ra từ quạtlàm

mát và tua bin đang chạy

e.Tác động tới các hiện tượng tự nhiên, động vật hoang dã

và thực vật:

Các nhà máy thường không được phép xây dựng gần cácmạch nước phun, lỗ phun khí và suối nước nóng bởi vì khai thácchất lỏng để chạy tuabin có thể tác động tới các hiện tượng tựnhiên liên quan đến nhiệt này

Bất kỳ vị trí nào được xem xét để đặt nhà máy điện địa nhiệtphải được cân nhắc và xem xét tác động đến động vật hoang dã

và thực vật, nếu tác động này là đáng kể thì phải có kế hoạchgiảm nhẹ Các dự án sử dụng trực tiếp thường nhỏ và do đókhông gây tác động đáng kể đến các đặc điểm tự nhiên

Tóm lại, sử dụng năng lượng địa nhiệt là :

- Đáng tin cậy, cung cấp phụ tải đáy;

- Có thể tái tạo; phát thải vào không khí ở mức tối thiểu và bùđắp lại lượng phát thải cao vào không khí của các nhà máy đốtnhiên liệu hoá thạch;

- Tác động môi trường ở mức tối thiểu; không có quá trìnhcháy và là nguồn nhiên liệu nội địa

CHƯƠNG 3: NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

HÔM NAY VÀ NGÀY MAI

1 Tiềm năng năng lượng địa nhiệt

Tiềm năng địa nhiệt ở những vùng quanh vành đai núi lửa

là rất lớn, núi lửa hoạt động gây ra địa chấn mạnh, nhiệt độtăng rất nhanh theo chiều sâu Tiềm năng của nhiệt lượng ở độsâu 10 Km gấp khoảng 50.000 lần toàn bộ trữ lượng dầu khí củatrái đất

Vành đai lửa Thái Bình Dương – nơi có nhiều núi lửa nhấttrên thế giới.Bao gồm Thái Bình Dương các đảo và bờ biển nhìn

ra Thái Bình Dương của lục địa Châu Mỹ và Châu Á

Trong lịch sử đã biết được 440 núi lửa hoạt động, trong đótrên 340 núi ở Thái Bình Dương và khoảng 100 núi lửa ở Đại TâyDương và Ấn Độ Dương Phần lớn núi lửa tập trung theo các đớidọc theo rìa đại dương, ví dụ các núi lửa ven Thái Bình Dươngtạo thành vòng lửa Thái Bình Dương

Mỹ đang là quốc gia đi đầu trong việc sản xuất địa nhiệttrong số các quốc gia trên thế giới có phát triển địa nhiệt Côngsuất địa nhiệt của Mỹ hiện chiếm 32% công suất địa nhiệt củacác nhà máy trên thế giới.Trong thời gian tới nước Mỹ có thểsản xuất tới 100.000 MW điện địa nhiệt đủ cung cấp điện cho 25triệu hộ cư dân trong 50 năm (chi phí khoảng 40 triệuUSD/năm) trong khi chi phí ban đầu chỉ vào khoảng 0,8-1 tỷUSD.

Ở Iceland, Iceland nằm giáp vòng Cực Bắc nên có khíhậu rất lạnh giá Tuy nhiên đất nước này lại nằm trên vành đainúi lửa Đại Tây Dương, nên có nguồn địa nhiệt khổng lồ.Nguồnđịa nhiệt cũng đã cung cấp được nước nóng cho 87%số hộ dâncủa nước này

Địa nhiệt - nguồn năng lượng tương lai của Philíppin vàInđônêxia Cả hai nước châu Á này đều nằm ở Vành đai Lửa củakhu vực Thái Bình Dương, khu vực có nhiều núi lửa và là hồchứa nguồn năng lượng địa nhiệt lớn nhất thế giới Inđônêxia

có hơn 500 núi lửa, trong đó 130 núi lửa đang hoạt động Nướcnày có thể vận hành nền kinh tế hoàn toàn dựa vào năng lượngđịa nhiệt

Nằm ở giao lộ của 4 tầng địa chất và trên “Vành đai lửaThái Bình Dương” hoạt động mạnh mẽ với gần 200 núi lửa và28.000 suối nước nóng, Nhật Bản là một trong những quốc giagiàu nguồn địa nhiệt nhất trên thế giới, chỉ đứng sau Mỹ vàIndonesia Thế nhưng Nhật Bản mới chỉ sản xuất khoảng 0,3%sản lượng điện, tương đương với 537MW điện từ địa nhiệt