NANG LUONG DIA NHIET

GIỚI THIỆUNăng lượng địa nhiệt được tạo ra từ các nguồnnhiệt sơ khai trong lòng Trái Đất từ nhiệt ma sát do các phiến lục địa trượt lên nhau, từ sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ có

LOGONĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

PHỤC LỤC

GIỚI THIỆU

II CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

I

III SỬ DỤNG CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT TẦNGSÂU SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG : ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

IV SỬ DỤNG CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT TẦNG

NÔNG

V SỬ DỤNG TRỰC TIẾP NGUỒN NƯỚC NÓNG

VI NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

VII MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG VIỆC KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

I GIỚI THIỆU

Ngày nay, người ta cứ mãi tập trung vào nhiệtđiện, thủy điện, phong điện ,… mà lại gần nhưquên đi mất một nguồn năng lượng có thể nói là

vô tận đến từ ngay dưới chân chúng ta đó là: năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt là dạng nhiệt năng tựnhiên ở sâu trong lòng Trái Đất Dưới lớp vỏ

không dày lắm của Quả Đất nhiệt độ lên đến từ

1000 đến 40000C Lòng đất thì vẫn tiếp tục

nóng hằng tỷ năm nữa, đảm bảo một nguồn

nhiệt năng gần như vô tận Chính vì vậy Địa

Nhiệt được liệt vào dạng năng lượng tái tạo

I GIỚI THIỆU

Năng lượng địa nhiệt được tạo ra từ các nguồnnhiệt sơ khai trong lòng Trái Đất từ nhiệt ma sát

do các phiến lục địa trượt lên nhau, từ sự phân

rã của các nguyên tố phóng xạ có trong lòng

quả đất như Thori (Th); Protactini (Pa); Urani

(U);…Núi lửa, các nguồn nước nóng, các mạchnước phun trào, các lỗ phun hơi nóng từ lòng

đất ra,…là các hiện tượng tự nhiên cho chúng ta thấy các nguồn năng lượng địa nhiệt ở gần bề

mặt vỏ Quả Đất

Bảng ước tính năng lượng địa nhiệt ở một số

nước trên thế giới

Trung Quốc 537 050 Nicaragua 33 900

Costarica 12 600 Philippines 67 600

Ethiopia 154 900 Liên Xô Cũ 239 900

ấm Ngày nay, các tiến bộ công nghệ đã làm

cho việc khai thác và sử dụng năng lượng địanhiệt trở thành khả thi và kinh tế, bao gồm cáchoạt động xác định và khoan sâu vào các bể

thủy nhiệt, dẫn hơi nước hoặc nước nóng lên

mặt đất, và sử dụng nhiệt trực tiếp (sưởi ấm,

nuôi trồng thủy sản, các quá trình công nghiệp) hoặc để sản xuất điện

I GIỚI THIỆU

Sản xuất điện thương mại từ bồn hơi nước địanhiệt đã được thực hiện cách đây trên 40 nămtại California và Italy Tuy nhiên, các bồn hơi

nước không nhiều Một tỷ lệ lớn hơn năng

lượng địa nhiệt tại các nước phát triển cũng nhưcác nước đang phát triển tồn tại ở dạng các

nguồn địa nhiệt nước nóng, hoặc nguồn thủy

nhiệt trong đó phần lỏng chiếm ưu thế

I GIỚI THIỆU

Tính hấp dẫn về mặt thương mại phụ thuộc

nhiều vào chất lượng của nguồn thủy nhiệt:

nhiệt độ của nước nóng, thành phần hóa học

của nước nóng, các khoán chất có trong nguồnnước nóng, độ sâu cần thiết của giếng khoan

Để xác định chất lượng này, cần phải khoan cácgiếng khoan Do không thể xác định chắc chắnchất lượng này trước khi khoan nên việc định vịcác nguồn địa nhiệt phù hợp tiềm ẩn một rủi rothương mại rất lớn

I GIỚI THIỆU

Một phương pháp khác khai thác điện từ địa

nhiệt đang trong giai đoạn nghiên cứu Phươngpháp này liên quan đến việc khoan các giếng

khoan sâu(từ 1 đến 5 km) để chạm đến tầng đákhô nóng (HDR), ở đó gần với vị trí của magma hoặc các thể nóng khác từ tầng nóng chảy củaTrái Đất chảy đến thường gần với bề mặt Nước

từ một nguồn bề mặt sẽ được bơm vào bồn địanhiệt, được gia nhiệt, được sử dụng trong mộtchu trình hơi nước, và được bơm ngược trở lạivới mục đích tái tuần hoàn

I GIỚI THIỆU

Nếu thành công, phương pháp này sẽ tạo ra khảnăng khai thác một nguồn địa nhiệt rất lớn so

với các nguồn địa nhiệt hiện tại

Tuy nhiên, các yếu tố bất định và rủi ro về kỹ

thuật rất lớn Do đó, ngày nay tiềm năng thươngmại của phương pháp này không thể ước đoánmột cách chính xác

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Các nguồn năng lượng địa nhiệt:

1 Nguồn nhiệt của trái đất

2 Núi lửa

3 Các nguồn nước nóng

4 Các nguồn đá nóng khô

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

1 Nguồn nhiệt của Trái Đất (Địa nhiệt)

Trái Đất được cấu tạo gồm 3 phần : phầnnhân nằm chính giữa có nhân trong và nhân

ngoài, bao quanh là phần vỏ bọc quanh nhân,

ngoài cùng là phần vỏ Trái Đất

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Sơ đồ phân bố nhiệt độ trong lòng đất theo chiều sâu

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Phần vỏ bọc quanh nhân có chiều dày khoảng

3000 km, chứa đá chảy lỏng (magma) có nhiệt

độ khoảng 3000oC Nhiệt độ cao này đã đượclan truyền ra các địa tầng của vỏ Trái Đất, nằmtiếp giáp với lớp ngoài của vỏ bọc quanh nhân Khối mác-ma càng xa dần nhân thì càng nguộidần, tạo ra tầng đá bao quanh có nhiệt độ

khoảng 550-6500C Khối đá này được gọi là đánền hoặc đá gốc

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Nguồn nhiệt của Trái Đất phát sinh từ nhân

trung tâm, cách bề mặt ngoài của Trái Đất

khoảng 6000- 6500 km, có nhiệt độ rất cao do phản ứng phân hủy các chất đồng vị phóng xạnhư Thori 232, Urani 238, Potassium 40 với tốc

độ 860 EJ/năm tạo ra

Nhân Trái Đất có 2 phần : phần nhân chính nằm

ở giữa bên trong, nhệt độ trung bình khoảng

70000C , được gọi là nhân rắn (solid iron core), phần ngoài là phần đá chảy lỏng ,được gọi là

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Từ độ sâu 15m ,nhiệt độ vỏ Trái Đất không cònchịu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời ,chỉ còn

chịu ảnh hưởng của nhiệt độ trong lòng đất Ở

độ sâu từ 15-100 m nhiệt độ ổn đinh quanh nămhầu như không đổi, chỉ giao động từ 8-120C Năng lượng địa nhiệt khai thác trong tầng nhiệt

độ ổn định này là năng lượng địa nhiệt tầng

nông

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Phần vỏ Trái Đất nằm dưới đáy đại dương cóchiều dày khoảng 5-8 km, phần vỏ Trái Đất nằmtrong lục địa có chiều dày khoảng 25-55 km

Nhiệt độ bề mặt vỏ Trái Đất trung bình khoảng

150C, nhiệt độ này do vỏ Trái Đất hấp thu bức

xạ mặt trời tạo ra ,đi vào lòng đất 1m đến độ sâukhoảng 15m,ngoài ảnh hưởng của bức xạ mặttrời còn chịu ảnh hưởng của nhiệt từ lòng đất

nên nhiệt độ tầng này thường giao động theo

mùa trong năm như : mùa đông nhiệt độ giảm

xuống , mùa hè nhiệt độ tăng lên

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Từ độ sâu 100m trở đi nhiệt độ tăng dần theo độsâu một cách có quy luật, cứ sâu thêm 100m

nhiệt độ tăng lên khoảng 30C Nếu xuống sâuđến 20km ,tức địa tầng cuối cùng của phần vỏTrái Đất tiếp giáp với tầng đá gốc thì nhiệt độ cóthể sẽ tăng lên tới 6000C Nguồn năng lượng địanhiệt được khai thác trong các địa tầng này là

năng lượng địa nhiệt tầng sâu

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

2 Núi lửa

Những hoạt động kiến tạo của vỏ Trái Đất xảy rakhông ngừng, trong quá trình đó đã hình thànhnên các lục địa, núi và các đại dương, các lục

địa có xu hướng tác rời nhau ngày càng xa hoặcnhích lại ngày một gần tạo ra những va chạm vàđứt gãy các địa tầng của vỏ Trái Đất ở những

khu vực đó

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Núi lửa là hoạt động kiến tạo của vỏ Trái Đất ở những nơi các địa tầng bị đứt gãy, khối magna,

đá chảy lỏng, tro và các khí hơi nước, CO2, SO2,

H2S từ trong lòng đất thoát ra, tạo ra những

dòng nham thạch có nhiệt độ rất cao hàng nghìn

độ, năng lượng rất lớn, cuốn theo đất đá, bùn

nhão, tro bụi, khí nóng, những đám mây đen

khổng lồ

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Núi lửa Krakatoa nằm giữa Java và Sumatra (indonesia) phun trào.

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Hai núi lửa Bromo và Semeru đang bốc khói tại đảo Java, Indonesia.

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Núi lửa Mayon, Philippines hoạt động vào ngày 7/05/2013.

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Trên thế giới, vùng núi lửa hoạt đông mạnh nhất và tập trung thường xảy ra ở

vùng biển Thái Bình Dương , có tên gọi vành đai lửa Thái Bình Dương

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

3 Các nguồn nước nóng

3.1 Mỏ nước nóng, mỏ hơi nước khô

Nhiệt độ cao của các lớp đá gốc bao quanh vỏngoài của nhân làm cho các địa tầng nằm tiếpgiáp bị nóng lên, nhiệt độ có thể khoảng 400 –

550 0C Vì thế, khi các mạch nước ngầm trongcác địa tầng này tiếp xúc với các lớp đá nóng

làm cho chúng nóng lên, tạo ra những mạch

nước nóng hoặc các bể nước nóng hay gọi làcác mỏ nước nóng Nếu ở nhiệt độ rất cao thìnước biến thành hơi hoàn toàn lúc đó sẽ tạo

thành các mỏ hơi nước khô

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Những khu vực nằm kế cận với vành đai lửa

Thái Bình Dương là những vùng có nguồn nănglượng địa nhiệt rất lớn, đã và đang được các

quốc gia trong khu vực vành đai lửa tận dụng vàxây dựng ngành công nghiệp năng lượng địa

nhiệt phát triển mạnh nhất thế giới Điển hìnhnhất là 2 nước Indonesia và philippines đang cómục tiêu đến năm 2013 sẽ vượt qua Mỹ, trở

thành nước đứng đầu thế giới về công suất điện

từ năng lượng địa nhiệt

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Nước trong bể nước nóng có nhiệt độ rất khácnhau từ 150 đến 4000C vì tiếp xúc với đá trongthời gian dài ở nhiệt độ cao nên nước trong các

“mỏ” nước nóng thường có chứa các muối hòatan như : carbonate, sulphate,… Vì vậy nướctrong các mỏ nước nóng có vị mặn

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

3.2 Suối nước nóng, mạch nước nóng phun, mạch hơi nước phun

Nhiệt độ cao của các khối mắc ma làm nóng

những mạch nước chảy theo các rãnh (vết) địatầng đức gãy, tạo ra các mạch nước nóng chảy

từ lòng đất ra còn gọi là suối nước nóng hoặccác mạch nước nóng phun dưới áp lực, mạchhơi nước phun dưới áp lực Nước trong suối

nước nóng cũng có chứa các muối hòa tan nhưcarbonate, sulphate, chloride,… Là các thànhphần được tận dụng để chữa bệnh

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Như vậy ta thấy các nguồn nước nóng cũng là

một nguồn năng lượng địa nhiệt quan trọng

Điển hình như những mạch nước nóng hoặc

những mở nước nóng có nhiệt độ trên 2000C

được sử dụng để sản xuất hơi nước cho các

tuabine phát điện Ở nhiệt độ thấp hơn, từ 80

-2000C được sử dụng để sấy nông sản, thủy sản, sưởi ấm căn hộ, nhà xưởng, và những mạch

chữa bệnh

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

Nước nóng phun cao trong Vườn quốc gia Yellowstone

II CÁC NGUỒN NL ĐỊA NHIỆT

4 Các nguồn đá nóng khô

 Là đá thuộc tầng đá gốc nằm ở độ sâu nhất của

các địa tầng, không có chứa hơi nước hoặc nước trong đó vì vậy được gọi là tầng đá khô nóng Có

nhiệt độ từ 90 - 6500C Để khai thác nguồn địa

nhiệt này người ta khoan sâu đến tần đá, tạo ra

các vết nứt gãy nhân tạo Sau đó sử dụng một chất lỏng nào đó để làm chất vận chuyển nhiệt bơm qua tầng đá đã bị làm nứt gãy để thu nhiệt Tuy nhiên việc khai thác năng lượng địa nhiệt từ các nguồn

đá nóng khô rất khó khan và hiệu quả kinh tế

không cao so với khai thác các nguồn địa nhiệt

khác

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

1 Các nhà máy điện địa nhiệt dựa vào mỏ

nước nóng và mỏ hơi nước khô

Để sản xuất điện năng, đòi hỏi nguồn năng

lượng địa nhiệt phải có nhiệt độ từ 150-200oC trở lên Bằng cách khoan sâu xuống đến các bểnước nóng dưới các địa tầng, hơi nước hoặc

nước nóng sẽ được theo đường ống dẫn lên bềmặt đưa trực tiếp đến các nhà máy điện địa

nhiệt để sản xuất điện Các giếng khoan khai

thác thường có độ sâu từ 1500-3000m

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

Giếng khoan khai thác với độ sâu 2000m

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

Có 3 loại nhà máy điện địa nhiệt chính nhưsau:

Nhà máy nhiệt điện bằng hơi nước khô :

ở nhà máy này hơi nước khô được dẫn trực tiếp

từ các mỏ hơi nước khô lên mặt đất ,đưa vào vậnhành các tuốc-bin hơi nước để chạy máy phát

điện

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

Sơ đồ minh họa hoạt động của nhà máy điện địa nhiệt bằng hơi nước khô

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

Nhà máy đầu tiên trên thế giới thuộc loại này

được xây dựng năm 1904 tại

Lardarello,Tuscany, Italy, sau khi bị phá hủy

trong chiến tranh thế giới thứ 2 đã được xây

dựng trở lại hiện đại hơn, cho đến nay vẫn hoạtđộng rất hiệu quả, cung cấp 1 sản lượng điệnkhoảng 5000GWh/năm ,chiếm 10% sản lượngđiện địa nhiệt của toàn thế giới Tại Italy, một

nhà máy điện bằng hơi nước khô cũng đã đượcxây dựng lại sau chiến tranh thế giới II tại

Lardarello (Italy)

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

 Ở Mỹ, nhà máy điện địa nhiệt bằng hơi nước khô đầu tiên tại vùng mỏ hơi nước khô Geysers,

California được xây dựng từ năm 1960, đi vào hoạt động năm 1962 có công suất lắp đặt 1360 MW,

công suất phát điện thực tế 750 MW , thuộc loại

lớn nhất ở Mỹ và trên thế giới.

 Nói chung, nhà máy điện địa nhiệt bằng hơi nước khô là dạng đơn giản nhất và hiệu quả cao, tuy

nhiên mỏ hơi nước khô không có nhiều trên thế

giới Hiện nay trên thế giới chỉ có Italy và Mỹ là hai nước phát triển về loại nhà máy điện địa nhiệt loại này mặc dù ở Indonesia, Nhật Bản, Mexico cũng

có 1 vài khu vực có mỏ hơi nước khô

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

 Nhà máy điện bằng hơi nước bốc hơi : ở loại nhà máy này ,nước nóng nhiệt độ khoảng 180 o C trong các bể nước nóng dưới sâu có áp suất cao, khi dẫn lên mặt đất, đưa vào bồn có áp suất thấp hơn sẽ

làm hơi nước bốc hơi tức thì trong bồn bốc hơi ,sau

đó hơi nước được đưa ngay đến tuốc bin phát điện Nếu nước chưa bốc hơi kịp hế, sẽ đưa nước nóng còn lại vào bồn bốc hơi có áp suất thấp hơn để hơi nước bốc hơi tiếp và dẫn vào tuốc bin thứ hai để

phát điện Khi hơi nước nguội sẽ ngưng tụ thành

nước, sẽ được bơm trở về giếng khoan để tạo nước nóng sử dụng trở lại Hầu như đa phần các nhà

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

Sơ đồ minh họa hoạt động nhà máy điện bằng hơi nước bốc hơi tức

thì để sản xuất điện

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

Nhà máy điện địa nhiệt bằng hơi nước bốc hơi tức thì ở Nesjavellir, gần

núi lửa Hengill (Iceland).

Nhà máy với tổng công suất 120 MW điện năng kèm theo khoảng 300

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

Nhà máy điện chu trình kép : Trong nhà máyđiện địa nhiệt loại này , nước nóng từ bể nướcnóng trong các địa tầng cho tuần hoàn thành

một chu trình độc lập sau khi đi qua thiết bị traođổi nhiệt và bơm trở về địa tầng cũ Ở đây,

nhiệt của nước nóng được trao cho chất lỏng

khác có nhiệt độ sôi thấp hơn nước, chất lỏngnày sẽ bốc hơi và chạy vào tuốc bin phát điệnrồi quay về tạo thành một chu trình tuần hoàn

khác

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

Sơ đồ minh họa hoạt động nhà máy điện chu trình kép để sản

xuất điện

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

 Ưu điểm của nhà máy điện địa nhiệt loại này là có thể tiến hành với nguồn nước nóng nhiệt độ thấp (dưới 170 o C) , với nguồn nước này không thể thực hiện bốc hơi tức thì một cách có hiệu quả Ngoài ra ,vì nước nóng luôn luôn chứa các muối vô cơ gây

ăn mòn nên tạo một chu trình tuần hoàn riêng sẽ

có lợi cho thiết bị bốc hơi và tuốc bin hơi.

 Vì hầu hết các nguồn nước nóng địa nhiệt có nhiệt

độ nằm trong khoảng nhiệt độ này nên đa phần các nhà máy điện địa nhiệt trong tương lai sẽ được xây dựng theo kiểu này Hiện nay ,đã có khoảng 100 nhà máy điện địa nhiệt hoạt động theo kiểu chu

trình kép nói trên.

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

Hình ảnh nhà máy điện chu trình kép công suất 30MW ở Big

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

Hình ảnh nhà máy điện chu trình kép công suất 300kW xây dựng năm 1989

ở Fang, Changmai, Thái Lan

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

2 Các nhà máy điện địa nhiệt dựa vào nguồn

đá nóng ở các tầng sâu:

 Tầng đá gốc granit trên đó bao phủ các địa tầng hay còn gọi tầng đá móng, chính là khối mác-ma ngoài cùng của nhân Trái Đất bị nguội và kết tinh lại Vì

vậy vẫn còn giữ nhiệt độ cao Tầng đá gốc nơi nào cũng có, năng lượng chứa trong đó lại khổng lồ

Theo tính toán ,1km 3 đá granit trong tầng đá gốc có nhiệt độ 200 0 C, nếu bằng cách chỉ cần lấy đi 20 0 C tức nhiệt độ hạ xuống còn 1800C, năng lượng thu

được này tương đương 15000 GWh (nhiệt) , đủ để sản xuất một lượng điện 10MW trong vòng 20 năm ,

III ĐIỆN ĐỊA NHIỆT

 Nguyên lý khai thác năng lượng địa nhiệt của tầng

đá gốc bao gồm các giai đoạn như sau :

 Khoan hai lỗ khoan sâu cách nhau khoảng vài kilomet,

 - Lợi dụng các vết nứt thiên nhiên tạo các khe nứt nhiều hơn, rộng hơn ở không gian nằm ở giữa hai lỗ khoan

trong tầng đá gốc làm cho hai lổ khoan có thể thông

thương nhau.

 - Khối đá nóng nằm giữa không gian hai lỗ khoan sẽ trở thành một máy trao đổi nhiệt , khi bơm nước xuống một trong hai lỗ khoan , nước theo các khe nứt đi qua máy trao đổi nhiệt được làm nóng, đạt nhiệt độ cao trên

dụng.