Nghiên cứu tổng quát năng lượng địa nhiệt

Người ta tính toán được rằng nếu chỉ thu được 1% năng lượng nhiệt của trái đất tính từ bề mặt trái đất xuống độ sâu 10km thì năng lượng này sẽ tương đương với 500 lần tổng số năng lượng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 4

PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 6

CHƯONG 1:TỔNG QUAN: 6

1 Tình hình năng lượng địa nhiệt trên thế giới 6

2 Sự phát triển năng lượng địa nhiệt trên thế giới : 7

2.1 Phân phối các hệ thống địa nhiệt trên thế giới : 7

2.2 Sử dụng năng lượng địa nhiệt trên thế giới 8

2.3 So sánh năng lượng địa nhiệt với các nguồn năng lượng mới và năng lượng tái sinh: 10

3 Một số yếu tố ảnh hưởng kết quả và sự phát triển của hệ thống địa nhiệt 11

3.1 Các kỹ thuật cơ bản 11

3.2 Một số thông số thiết kế chính : 12

4 Năng lượng điạ nhiệt để phát điện 13

4.1 Các loại quá trình nhiệt sử dụng trong nhà máy điện điạ nhiệt : 13

4.2 Thiết kế nhà máy điện điạ nhiệt : 16

4.3 Chi phí và hiệu suất của nhà máy điện điạ nhiệt : 17

5 Sử dụng trực tiếp năng lượng địa nhiệt 17

5.1 Trung tâm điều hòa nhiệt độ: 18

5.2 Năng lượng điạ nhiệt trong công nghiệp : 18

5.3 Trồng cây trong nhà: 19

5.4 Nuôi gia súc ở nông trại : 19

6 Tác động về môi trường và kinh tế của năng lượng địa nhiệt [15] 20

6.1 Các khía cạnh môi trường của việc sử dụng năng lượng địa nhiệt 20

6.2 Khía cạnh Kinh tế của Năng lượng Địa nhiệt 22

7 Tiềm năng địa nhiệt ở Việt Nam : 24

8 Kết luận 25

CHƯONG 2:THĂM DÒ CÁC NGUỒN ĐỊA NHIỆT: 27

1 Giới thiệu địa vật lý 27

2 Phạm vi ứng dụng của địa vật lý 28

2.1 Dò tìm sự hiện diện và độ sâu của phần tử xâm nhập .29

2.2 Nghiên cứu bể địa nhiệt và lớp bọc của nó 29

3 Các phương pháp đo nhiệt độ trong lòng đất 29

3.1 Hồng ngoại 30

3.2 Xác định độ sâu của điểm Curie 31

3.3 Xác định đường cong nhiệt độ tại giếng khoan .32

4 Các phương pháp địa vật lý được sử dụng để ước lượng cấu trúc và độ dị thường trong lòng đất 35

4.1 Phương pháp từ trường trên không (sử dụng từ kế độ nhạy cao đặt trên máy bay) 35

4.2 Đo từ trường mặt đất (đo từ trường tổng hay thành phần thẳng đứng của từ trường tổng) 37

4.3 Trọng lực 37

4.4 Khúc xạ địa chấn 38

4.5 Các địa chấn phản xạ 38

4.6 Nghiên cứu các nhiễu siêu địa chấn và nhiễu địa chấn 41

4.7 Các phương pháp điện 43

PHẦN II: SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG TỪ NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 53

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU 53

CHƯƠNG 2:NHỮNG YÊU CẦU CỦA MỘT QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN ĐỊA

NHIỆT 59

1 Kích thước nhà máy 59

2 Lựa chọn chu trình biến đổi 59

3 Vận hành và bảo dưỡng 60

4 Lựa chọn vật liệu 60

5 Tác động môi trường 61

CHƯƠNG 3:CÁC CHU TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG .62

1 Chu trình giãn nở hơi trực tiếp 64

2 Chu trình giãn nở phân ly (flash) 65

2.1 Chu trình hỗn hợp hơi đơn 66

2.2 Chu trình hỗn hợp kép 68

2.3 Turbine trong chu trình hỗn hợp 69

2.4 Các hệ thống bố trí và thu nhận chất lỏng địa nhiệt 69

3 Chu trình Rankine (Chu trình nhị nguyên) 71

3.1 Lựa chọn môi chất làm việc 76

3.2 Các bộ trao đổi nhiệt 78

3.3 Chu trình siêu tới hạn 82

3.4 Turbine hơi organic 83

4 Chu trình tổ hợp hay chu trình lai 85

4.1 Nhà máy nhị nguyên hơi trực tiếp: 85

4.2 Nhà máy nhị nguyên hỗn hợp đơn: 86

4.3 Nhà máy hỗn hơp đôi kết hợp với hỗn hợp đơn 88

4.4 Hệ ghép địa nhiệt và nhiên liệu mỏ: 89

5 Quá trình dòng lưu lượng tổng 90

5.1 Các turbine xung 92

CHƯƠNG 4:CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN ĐỊA NHIỆT 100

1 Nguồn địa nhiệt 100

2 Bộ phân ly 101

3 Turbine – máy phát và bộ trao đổi nhiệt 102

4 Hệ thống ngưng 102

5 Hệ thống trích các loại khí không ngưng tụ 105

6 Bộ xử lý tạp chất 107

CHƯONG 5:KHÁI QUÁT VỀ KINH TẾ TRONG PHÁT ĐIỆN ĐỊA NHIỆT 108

CHƯONG 6:KẾT LUẬN 110

PHẦN III: ỨNG DỤNG NHIỆT CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 111

CHƯONG 1:GIỚI THIỆU .111

CHƯONG 2:TIỀM NĂNG 113

1 Khía cạnh nguồn 113

2 Khía cạnh ứng dụng (phân phối sử dụng năng lượng) 114

3 Biểu đồ Línda 115

CHƯONG 3:THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG SỬ DỤNG TRỰC TIẾP NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 118

1 Bơm đẩy 118

2 Truyền tải và phân phối 120

3 Các bộ trao đổi nhiệt 125

4 Bơm nhiệt 127

5 Bộ đối lưu 129

6 Hệ thống làm lạnh 130

CHƯONG 4:CÁC ỨNG DỤNG CỦA NHIỆT NĂNG ĐỊA NHIỆT 132

1 Trung tâm điều hòa nhiệt độ 132

2 Nuôi trồng thủy sản và làm vườn 133

3 Ứng dụng trong công nghiệp 135

4 Ứng dụng kết hợp 136

CHƯONG 5:TÍNH KHẢ THI CỦA DỰ ÁN NHIỆT NĂNG ĐỊA NHIỆT .138

KẾT LUẬN 140

TÀI LIỆU THAM KHẢO 141

PHẦN MỞ ĐẦU

Trên thế giới ngày nay việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới, năng lượng tái sinh đang trở thành vấn đề bức thiết ở cuối thế kỷ 20, khi cách mạng công nghệ bùng nổ, nhu cầu năng lượng ngày càng cao, các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu lửa, khí đốt thiên nhiên, gỗ rừng … ngày càng cạn kiệt Tình trạng ấy đã dẫn đến những cuộc khủng hoảng trầm trọng trong thập niên 50, 60 và 70 Các nhà hoạch định chính sách năng lượng ra sức tìm kiếm những nguồn năng lượng khác như thủy điện, năng lượng mặt trời, hạt nhân, địa nhiệt … để bù vào sự thiếu hụt năng lượng, khắc phục khủng hoảng trên Tuy nhiên một số vấn đề mới lại nảy sinh như việc biến đổi môi trường do sử dụng thủy điện và hạt nhân Chính vì thế các nhà khoa học đặt lại vấn đề phát triển năng lượng địa nhiệt và xem xét lại vai trò lợi ích của nó hiện tại và trong tương lai

Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng trong lòng đất Nó sinh ra từ sự phân rã tự nhiên của các thành phần phóng xạ trong lòng đất cũng như từ các dòng magma nóng chảy Tiềm năng của nguồn năng lượng này là vô cùng phong phú và dồi dào Những ích lợi của nguồn năng lượng này mà các nhà đầu tư quan tâm nhiều là: việc tiêu thụ năng lượng sơ cấp cực kỳ thấp hầu như không có, giảm chi phí cho việc sử dụng năng lượng, giảm áp lực cho nhà nước về vấn đề phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, giảm ô nhiễm môi trường

Luận án giới thiệu những vấn đề tổng quan về năng lượng địa nhiệt Sử dụng năng lượng địa nhiệt để phát điện và sử dụng trực tiếp nhiệt năng địa nhiệt Luận án gồm những phần sau:

Phần mở đầu

Phần I: Tổng quan về năng lượng địa nhiệt

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Thăm dò các nguồn địa nhiệt

Phần II: Sản xuất điện năng từ năng lượng địa nhiệt

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Những yêu cầu của một quá trình biến đổi năng lượng địa

nhiệt

Chương 3: Các chu trình biến đổi năng lượng địa nhiệt

Chương 4: Các thành phần của một hệ thống phát điện địa nhiệt

Chương 5: Khái quát về kinh tế trong phát điện địa nhiệt

Chương 6: Kết luận

Phần III: Ứng dụng nhiệt của năng lượng địa nhiệt

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Tiềm năng

Chương 3: Thiết bị trong hệ thống sử dụng trực tiếp năng lượng địa nhiệt Chương 4: Các ứng dụng của nhiệt năng địa nhiệt

Chương 5: Tính khả thi của dự án nhiệt địa nhiệt

Kết Luận

PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

CHƯONG 1 : TỔNG QUAN:

1 Tình hình năng lượng địa nhiệt trên thế giới

Trái đất là 1 nguồn nhiệt năng vô cùng phong phú Ở các lớp nằm sâu trong lòng quả đất, nhiệt năng được tạo ra chủ yếu từ sự phân rã tự nhiên của các chất phóng xạ như Uranium, Thorium, Potassium, nằm lẫn lộn trong các lớp đá và quặng Nguồn năng lượng này được gọi là năng lượng điạ nhiệt Hàng năm lượng năng lượng điạ nhiệt bị mất mát từ trái đất rất lớn, tương đương 10 lần tổng năng lượng tiêu thụ hàng năm của Mỹ và lớn hơn nhu cầu về điện năng của tất cả các quốc gia trên thế giới nếu toàn bộ nguồn năng lượng này được chuyển hoàn toàn sang năng lượng điện Người ta tính toán được rằng nếu chỉ thu được 1% năng lượng nhiệt của trái đất tính từ bề mặt trái đất xuống độ sâu 10km thì năng lượng này sẽ tương đương với 500 lần tổng số năng lượng của tất cả các nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ và nhiên liệu khí đốt trên thế giới Tiềm

gấp 10.000 lần tổng năng lượng tiêu thụ hàng năm trên thế giới hiện nay [4] Đã từ lâu, con người đã biết khai thác và sử dụng năng lượng điạ nhiệt này như một nguồn nhiệt năng vào một số lãnh vực trong sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp Năng lượng điạ nhiệt được sử dụng như là nguồn nhiên liệu thứ cấp để phát điện khá sớm vào khoảng đầu thế kỷ 20 Tuy nhiên mãi cho tới cuối thập kỷ 40, năng lượng điạ nhiệt mới được sử dụng với mục đích thương mại Năm

1995, tổng dung lượng lắp đặt của các nhà máy điện địa nhiệt trên thế giới là 6.543MW và lượng công suất địa nhiệt được đưa vào sử dụng trực tiếp dưới dạng năng lượng nhiệt là 9.047MW Hàng năm các nhà máy điện địa nhiệt phát

ra 38 TWh điện và năng lượng địa nhiệt được sử dụng trực tiếp là 34TWh [4] Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng sạch hơn bất kỳ nguồn năng lượng truyền thống nào như than đá, dầu mỏ, khí đốt và nó ít gây ô nhiễm môi trường nhất trong số các nguồn năng lượng hóa thạch mà chúng ta đang sử dụng

Hiện nay và trong thời gian tới, thế giới đang phải đương đầu với bài toán dân số toàn cầu Dân số dự kiến sẽ tăng trên 6 tỷ và hơn nữa trong tương lai, vì thế các nhu cầu về tiêu thụ và nhu cầu về sản xuất đều gia tăng, dẫn đến việc gia tăng tiêu thụ năng lượng Trong khi đó các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang

được sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới ngày càng giảm nếu không nói là đang có xu hướng cạn kiệt Để giải quyết bài toán trên, cần phải tìm ra các nguồn năng lượng mới bổ sung hoặc thay thế cho nguồn năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch đang sử dụng, trong số các nguồn năng lượng mới và năng lượng tái sinh như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng thủy triều thì nguồn năng lượng địa nhiệt và năng lượng mặt trời tỏ là có nhiều triển vọng để bổ sung cho các nguồn năng lượng truyền thống

Năng lượng địa nhiệt có thể được sử dụng trong nhiều lãnh vực nhưng tổng quát được chia thành 2 ứng dụng chính : sản xuất điện năng và sử dụng trực tiếp năng lượng nhiệt Trước đây, người ta sử dụng các chất lỏng địa nhiệt có nhiệt độ trên

phát triển về công nghệ, kỹ thuật và thiết bị nên các nguồn địa nhiệt có nhiệt độ

địa nhiệt còn được sử dụng trực tiếp trong sinh hoạt và công nghiệp như sưởi ấm, điều hòa nhiệt độ, tắm và chữa bệnh, nông nghiệp, công nghiệp, Ngày nay, năng lượng địa nhiệt đã được sử dụng trên nhiều quốc gia trên thế giới do nó có nhiều ưu thế về kỹ thuật, độ tin cậy, kinh tế và rất sạch về môi trường

2 Sự phát triển năng lượng địa nhiệt trên thế giới :

2.1 Phân phối các hệ thống địa nhiệt trên thế giới :

Các hệ thống địa nhiệt phân bố không đều trên thế giới Các nguồn địa nhiệt có nhiệt độ xuất lộ cao thường xuất hiện ở những vùng có lớp vỏ trái đất mỏng dễ

bị tác động hay bị nứt do quá trình kiến tạo bên trong lòng quả đất Sự chuyển động của các lớp dưới lòng đất sẽ đẩy các lớp đá có nhiệt độ cao lên tầng vỏ trái đất Tùy theo độ dày, mỏng và cấu trúc của lớp vỏ trái đất tại các vùng khác nhau sẽ sinh ra các hiện tượng như núi lửa, mạch nước phun, mạch phun hơi nước, dòng chảy dung nham, suối nước nóng v.v Vành đai lửa Thái Bình Dương là khu vực có hoạt động núi lửa và động đất xảy ra nhiều nhất trên thế giới, vì thế tại đó tập trung hầu hết các nguồn địa nhiệt lớn nhất và có nhiệt độ xuất lộ cao nhất trên thế gới Bên cạnh đó các nguồn địa nhiệt có nhiệt độ xuất lộ thấp cũng có thể được tìm thấy ở hầu hết các quốc gia trên thế giới Các nguồn địa nhiệt này được hình thành do sự hấp thụ nhiệt của các mạch nước ngầm ở sâu trong lòng đất Nước được gia nhiệt thấm trong các lớp đá tổ ong như đá cát và đá vôi, làm cho lớp đá này nóng lên và hình thành nguồn địa

nhiệt Các dạng địa nhiệt có nhiệt độ thấp được khai thác bằng cách khoan giếng bơm nước cho thấm qua các lớp đá nóng và đưa dòng nước nóng lên trên mặt đất để sử dụng Tuy nhiên, việc trích năng lượng địa nhiệt từ các nguồn địa nhiệt có nhiệt độ xuất lộ thấp chỉ đem lại lợi ích về kinh tế đối với các nguồn địa nhiệt ở các vùng đá tổ ong có tính thấm cao (độ xốp cao), còn đối với vùng đá tổ ong tính thấm thấp thì không có lợi về kinh tế [1]

2.2 Sử dụng năng lượng địa nhiệt trên thế giới

Đã từ rất lâu con người đã biết sử dụng năng lượng địa nhiệt trong đời sống như dùng để tắm, sưởi, chữa bệnh về mắt và da v.v Đến thế kỷ 18 và 19, đã có nhiều lãnh vực sử dụng năng lượng địa nhiệt Năm 1904, lần đầu tiên hơi nước địa nhiệt được sử dụng để sản xuất điện tại Larderello, Italy Đến năm1943, tại đây điện năng được sản xuất từ hơi địa nhiệt đã cung cấp đủ cho 132.000 gia đình Từ đó cho đến nay, năng lượng điện địa nhiệt đã đều đặn phát triển và mở rộng trên khắp thế giới, đến năm 1990 tổng công suất điện địa nhiệt là 6.000

MW Mỹ là quốc gia sử dụng năng lượng địa nhiệt nhiều nhất trên thế giới trong việc phát điện cũng như sử dụng trực tiếp Tại Mỹ, nhà máy điện địa nhiệt đầu tiên được xây dựng ở cụm địa nhiệt Geysers, California với công suất của nguồn là 12 MW và nguồn điện điạ nhiệt này không ngừng được phát triển Đến năm

1990, 7% điện năng ở California là từ nguồn năng lượng địa nhiệt, tại đây các nhà máy điện địa nhiệt đã phát 16,7 tỷ KWh điện với giá điện bán ra từ 5,5 đến

10 cents/KWh, giá này có thể cạnh tranh được với giá điện sản xuất từ các nguồn nhiên liệu khác Điện địa nhiệt đã được sản xuất ở New Zealand trên 35 năm, ở Nhật trên 20 năm và mang lại lợi ích về kinh tế Hiện nay năng lượng địa nhiệt đã được sử dụng và phát triển ở các quốc gia như : Iceland, Mexico, El Sanvador, Philippines, Mỹ, Italy, New Zealand, Indonesia, Kenya, Trung Quốc, đảo Azores – Bồ Đào Nha, Thổ Nhĩ Kỳ, Nicaragua, Nga và nhiều quốc gia khác trên thế giới [15] Bảng dưới đây thống kê dung lượng lắp đặt và sản xuất năng lượng địa nhiệt (phát điện và sử dụng trực tiếp) ở 25 quốc gia hàng đầu trên thế giới về sử dụng năng lượng địa nhiệt trong năm 1994

Bảng 1 : Năng lượng điạ nhiệt được sử dụng để sản xuất điện năng và sử dụng trực tiếp trong năm 1994 [4]

Sản xuất điện năng Sử dụng trực tiếp

Từ bảng thống kê trên nhận thấy rằng tình hình sản xuất điện năng ở các nước

đang phát triển và các nước phát triển nhìn chung là bằng nhau Năng lượng

điện địa nhiệt ở các nước đang phát triển đóng vai trò quan trọng đối với hệ

thống điện quốc gia hơn là ở các nước phát triển Các minh chứng quan trọng là

El Sanvador, Kenya và Philippines Ở các quốc gia này năng lượng điện địa

nhiệt chiếm từ 10 – 20% tổng số năng lượng điện quốc gia

Sử dụng trực tiếp nhiệt năng năng lượng địa nhiệt được ứng dụng trong nhiều

quốc gia, đặc biệt ở các quốc gia có khí hậu rất lạnh vào mùa đông hoặc không

đủ ánh nắng mặt trời để làm khô Đó là các quốc gia ở Trung Âu và Đông Aâu,

Mỹ, ngoại trừ Trung Quốc là trường hợp ngoại lệ Năng lượng địa nhiệt được sử dụng để sưởi ấm chiếm tỷ lệ lớn nhất 34%, ngoài ra còn được sử dụng để tắm 14%, trồng cây trong nhà kiếng 14%, các loại bơm nhiệt cho các hệ thống điều hòa không khí 13%, nuôi cá ở nông trại 9% và trong công nghiệp 9% [4] Năng lượng địa nhiệt ở các nước đang phát triển được sử dụng trực tiếp chủ yếu trong các chu trình sấy khô (trái cây, thực phẩm, cá, ) Chi phí sản xuất điện địa nhiệt hiện nay là khoảng 4 cents/Kwh và chi phí sử dụng năng lượng địa nhiệt trực tiếp là khoảng 2 cents/KWh [15], chi phí này có thể cạnh tranh với các nguồn năng lượng khác Do đó trong tương lai, năng lượng địa nhiệt sẽ là nguồn năng lượng thay thế rất có triển vọng và rất sạch về môi trường

2.3 So sánh năng lượng địa nhiệt với các nguồn năng lượng mới và năng lượng tái sinh:

Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng từ trong lòng đất, do đó nó là nguồn năng lượng rất ổn định, ít bị dao động Năng lượng địa nhiệt thì không phụ thuộc vào ngày, đêm cũng như không phụ thuộc vào sự thay đổi các mùa như năng lượng mặt trời, nó cũng không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết như năng lượng gió Mặt khác, năng lượng địa nhiệt có phạm vi ứng dụng rất lớn, có thể dùng để phát điện hay sử dụng trực tiếp nhiệt năng để phục vụ nhiều lãnh vực trong sinh hoạt và sản xuất, còn năng lượng gió và năng lượng thủy triều chỉ có thể dùng để phát điện và một số lãnh vực rất hạn chế khác Công nghệ để phát điện từ gió và thủy triều phức tạp hơn nhiều so với việc sản xuất điện từ năng lượng địa nhiệt Tuy nhiên, không thể chỉ sử dụng thuần túy một nguồn năng lượng mới, mà phải biết kết hợp các nguồn năng lượng này tùy vào điều kiện khí hậu, thời tiết và điều kiện kinh tế, sản xuất ở từng điạ phương để khai thác dạt hiệu quả cao nhất Bảng 2 cung cấp một số thông tin về dung lượng lắp đặt nhà máy điện và khả năng phát điện năm 1994 của các nguồn nhiên liệu không truyền thống

Bảng 2: Sản xuất điện năng từ các nguồn năng lượng mới và năng lượng tái sinh năm 1994 [4]

Dung lượng lắp đặt Sản xuất hàng năm

3 Một số yếu tố ảnh hưởng kết quả và sự phát triển của hệ thống địa nhiệt

3.1 Các kỹ thuật cơ bản

a Khảo sát :

Khảo sát là một bước rất quan trọng để xây dựng hệ thống địa nhiệt Khảo sát để xác định nhiệt độ của nguồn, xác định độ sâu và vị trí của các giếng cần khoan sao cho tối ưu về kỹ thuật và thỏa mãn điều kiện kinh tế Điều quan trọng nhất là phải biết thống nhất các dữ liệu từ các nguồn thông tin khác nhau để đưa

ra mô hình nguồn địa nhiệt tối ưu Tất cả các loại thông tin về điạ chất, điạ hóa học, điạ vật lý đều rất quan trọng cho việc thiết kế và thực hiện công trình khảo sát cho hiệu quả

b Khoan giếng và kiểm tra :

Các giếng khoan được sử dụng để đo lường nhiệt độ, xác định đường cong tỷ lệ nhiệt, dùng để khai thác và tái nạp tuần hoàn các dòng môi chất điạ nhiệt Sau khi khoan một giếng hoàn tất, phải thực hiện công việc kiểm tra khả năng khai thác hoặc tái nạp của giếng đó Các thông số của nguồn điạ nhiệt như nhiệt độ, áp suất, độ thấm của các lớp đá trong bể chứa điạ nhiệt đều phải được xác định nhằm tạo điều kiện thuận lợi trong việc sử dụng năng lượng điạ nhiệt cho hiệu quả

c Xây dựng bể chứa địa nhiệt :

Từ các kết quả tính toán và các thông tin đo lường được, ta sẽ xác định được loại mô hình thích hợp của nguồn điạ nhiệt Loại mô hình được lựa chọn phải thỏa các điều kiện là tối ưu hóa việc thu năng lượng điạ nhiệt và thời gian hoạt động

phải cực đại Các thông số cần lưu ý khi thiết kế xây dựng nguồn điạ nhiệt là vị trí, độ sâu khai thác, thông số cấu tạo các thành phần trong lòng đất và số lượng

các giếng cần khoan

d Nhà máy điện :

Việc thiết kế và chọn loại turbin - máy phát điện điạ nhiệt phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi chất điạ nhiệt Việc chọn loại chu trình biến đổi năng lượng nhiệt – cơ – điện trong turbin điạ nhiệt như chu trình hơi khô, chu trình hỗn hợp hơi – nước, chu trình nhị nguyên phụ thuộc vào nhiệt độ của môi chất điạ nhiệt Khi thiết kế nhà máy điện cần các thông số như áp suất, nhiệt độ, nhiệt trị của

môi chất điạ nhiệt

e Hệ thống ống dẫn :

Hệ thống ống dẫn trong công trình điạ nhiệt là hệ thống ống dẫn môi chất điạ nhiệt kể cả các ống giếng khoan Các thành phần hóa học có trong môi chất điạ nhiệt có thể là nguyên nhân gây nên các lớp gỉ, sự ăn mòn hoặc sự xói mòn cơ học đối hệ thống ống dẫn Để khắc phục, người ta sử dụng các vật liệu đặc biệt và cải tiến quá trình xử lý môi chất điạ nhiệt Những nghiên cứu gần đây đã đưa

ra một số phương pháp khắc phục như : hạn chế tỷ lệ hợp chất carbonat trong các giếng khoan, sử dụng công nghệ lọc kết tinh để giảm độ acid và kiềm của nước, sử dụng ống dẫn bằng bê tông polime, xây dựng các giếng khai thác bằng

xi măng có độ bền cao

f Yếu tố môi trường :

Những tác động của nguồn nước, chất lượng không khí và tiếng ồn trong suốt quá trình xây dựng và vận hành các hệ thống điạ nhiệt phải làm cho giảm bớt

không gian của công trình điạ nhiệt và xử lý chất thải Tuy nhiên do có nhiều cải tiến trong công nghệ xử lý chất thải, các công trình điạ nhiệt đều có thể thỏa mãn các điều kiện môi trường kể cả điều kiện khắt khe nhất

3.2 Một số thông số thiết kế chính :

b Tỷ lệ sản xuất năng lượng : năng lượng có ích của một giếng khoan

biến thiên từ vài KW cho đến 10 MW tùy theo độ sâu của các giếng khoan và nhiệt độ của môi chất điạ nhiệt

c Hệ số sử dụng : sử dụng các nhà máy điện điạ nhiệt chạy nền có hệ

số sử dụng cao hơn khi chạy phủ đỉnh

d Độ sâu của giếng khoan : giếng càng sâu chi phí càng cao, nhiệt độ

môi chất điạ nhiệt càng cao Việc khai thác vẫn còn kinh tế khi độ sâu của giếng nhỏ hơn 3000m Các giếng được sử dụng ngày nay có độ sâu từ 60 - 3000m

e Truyền tải năng lượng : Năng lượng điạ nhiệt được sử dụng để phát

điện chủ yếu để phục vụ cho mạng cục bộ để làm nhẹ bớt công suất truyền tải Khi năng lượng điạ nhiệt được sử dụng trực tiếp, để sử dụng cho hiệu quả, yêu cầu ứng dụng trong phạm vi vừa phải (với hệ thống có công suất trung bình từ 1-2km, đối với hệ thống có công suất rất lớn, khoảng cách lên tới trên 50km) Khoảng cách này phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn và nhiệt độ nơi tiêu thụ, các điều kiện về điạ thế, điều kiện thời tiết khí hậu ở điạ phương

Ngoài các tiêu chuẩn trên còn có một số thông số bổ sung như yếu tố tài chính, các ràng buộc về môi trường [6],

4 Năng lượng điạ nhiệt để phát điện

4.1 Các loại quá trình nhiệt sử dụng trong nhà máy điện điạ nhiệt :

a Quá trình hơi khô :

môi chất điạ nhiệt là hơi nước Các nguồn điạ nhiệt hơi nước là loại ít phổ biến nhất trong số các loại nguồn điạ nhiệt trên thế giới, nhưng việc sử dụng năng lượng ở loại nguồn điạ nhiệt này thì đơn giản nhất, chi phí thấp nhất và cho hiệu quả cao nhất Hơi nước từ nguồn điạ nhiệt sẽ được sử dụng trực tiếp thông qua các giếng điạ nhiệt và đưa thẳng vào turbin – máy phát để quay máy phát điện

b Quá trình hỗn hợp hơi – nước: thường dùng cho nguồn điạ nhiệt có

i) Quá trình đơn :

Chất lỏng điạ nhiệt trong bể điạ nhiệt là chất lỏng áp suất cao Khi đưa lên bề mặt sẽ là hỗn hợp của nước và hơi Ở đây, hỗn hợp hơi – nước sẽ được tách ra bởi bộ phân ly Hơi sẽ được đưa vào turbin để quay máy phát, chất lỏng còn lại đưa vào hệ thống sử dụng trực tiếp hoặc nạp trở lại bể điạ nhiệt qua các giếng tái nạp tuần hoàn

ii) Quá trình kép :

Nếu nhiệt độ nguồn cao, hỗn hợp hơi – nước có thể được tách 2 lần Bộ phân ly thứ nhất sẽ tách hơi nước có áp suất cao và đưa vào tầng cao áp của turbin Chất lỏng thừa sẽ được đưa vào bộ phân ly thứ hai và được tách lần thứ hai Hơi nước được tách ra từ bộ phân ly thứ hai có áp suất thấp hơn sẽ được đưa vào tầng thấp áp của turbin Quá trình kép làm cho hiệu suất tăng 20% so với quá trình hỗn hợp hơi – nước đơn

c Chu trình nhị nguyên

Trong chu trình này, chất lỏng điạ nhiệt được sử dụng để gia nhiệt cho môi chất làm việc thứ cấp có nhiệt độ sôi thấp như các chất làm lạnh, hydrocarbon hoặc halogen Nhiệt năng của chất lỏng điạ nhiệt truyền cho chất lỏng làm việc có áp suất cao tại các bộ trao đổi nhiệt Sau đó chất lỏng làm việc sẽ hóa hơi và giãn nở tại turbine, sinh công làm turbine quay để phát điện Môi chất làm việc sau khi sinh công sẽ được làm lạnh, hóa lỏng và được đưa trở lại bộ trao đổi nhiệt Chu trình môi chất làm việc là chu trình kín hoàn toàn Chất lỏng điạ nhiệt sau khi truyền nhiệt sẽ được đưa trở lại bồn điạ nhiệt qua các giếng tái nạp tuần hoàn

d Quá trình lai

Chất lỏng điạ nhiệt sẽ gia nhiệt cho nước lạnh tại bộ trao đổi nhiệt Sau đó nhiên liệu hóa thạch hoặc nhiên liệu sinh khí được sử dụng để đun sôi và hóa hơi lượng nước đã được gia nhiệt trước bởi chất lỏng điạ nhiệt, hơi được tạo ra sẽ đưa vào turbine làm quay máy phát điện Các nhà máy dùng chu trình lai phù hợp với nguồn điạ nhiệt có nhiệt độ thấp Ở chu trình này năng lượng điạ nhiệt đóng vai trò tiết kiệm năng lượng và giảm giá thành điện năng

e Quá trình kết hợp

Là loại quá trình kết hợp giữa quá trình hỗn hợp hơi – nước và chu trình nhị nguyên để nâng hiệu suất nhà máy điện điạ nhiệt Chu trình hỗn hợp hơi – nước được sử dụng ở giai đoạn đầu và chu trình nhị nguyên được sử dụng ở giai đoạn cuối Đầu vào của nhà máy sử dụng chu trình nhị nguyên lấy từ nước thải của nhà máy sử dụng quá trình hỗn hợp hơi – nước [15]

4.2 Thiết kế nhà máy điện điạ nhiệt :

Điều kiện tối ưu khi thiết kế nhà máy điện điạ nhiệt là cực đại năng suất phát ứng với đường cong tỷ lệ nhiệt của nguồn điạ nhiệt khảo sát, đồng thời phải cực tiểu chi phí lắp đặt, chi phí vận hành và chi phí bảo trì Mặt khác, nhà máy điện thiết kế phải linh hoạt để vận hành có hiệu quả khi các điều kiện về nguồn thay đổi theo thời gian [6]

Khi thiết kế các nhà máy điện điạ nhiệt cần phải lưu ý các điểm sau :

chúng về bồn điạ nhiệt sau khi sử dụng thông qua các giếng tái nạp, cộng với sự gia tăng số lượng giếng khoan sẽ làm cho tổng chi phí nhà máy tăng lên

quá trình vận chuyển tăng lên sẽ làm cho chi phí nhà máy tăng và chi phí này tăng theo khoảng cách giữa các giếng điạ nhiệt và các tổ máy phát Công suất danh định của turbine – máy phát sẽ được nằm trong giới hạn thỏa mãn điều kiện về kinh tế Hiện nay, giới hạn trên về công suất của

turbine sử dụng quá trình hơi khô là 135MW, turbine sử dụng quá trình khác là 55MW

4.3 Chi phí và hiệu suất của nhà máy điện điạ nhiệt :

của các giếng chính (wellhead), đường cong tỷ lệ nhiệt ở các giếng và số lượng các giếng khoan Các thông số trên sẽ quyết định quy mô rộng lớn, tính kinh tế của hệ thống điạ nhiệt

Kích thước và chi phí của các thành phần trong nhà máy điện tỷ lệ nghịch với nhiệt độ và tỷ lệ thuận với dòng môi chất qua turbine Khi nhiệt độ nguồn giảm, hiệu suất chu trình nhiệt động giảm và nhiệt độ của dòng môi chất điạ nhiệt giảm, do đó để đảm bảo công suất thì lưu lượng dòng môi chất tăng, đường kính ống dẫn tăng, vì thế chi phí sẽ tăng Tuy nhiên, ngày nay công nghệ và các thiết

bị đã được cải tiến rất nhiều, có thể khai thác các nguồn điạ nhiệt có nhiệt độ thấp để sản xuất điện năng với chi phí khá thấp, vì thế giá thành điện năng có thể cạnh tranh được với giá thành điện năng được sản xuất từ các nguồn nhiên liệu khác [2]

5 Sử dụng trực tiếp năng lượng địa nhiệt

lượng để sản xuất điện năng sẽ được sử dụng phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất như dùng để làm mát hoặc cung cấp nhiệt để sưởi ấm cho các cao ốc hay cụm dân cư, nhiệt dùng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, nuôi gia súc ở nông trại và trong lãnh vực thương mại Hầu hết các ứng dụng trực tiếp của năng lượng địa nhiệt đều sử dụng nguồn nước ấm địa nhiệt có nhiệt độ thấp, các giếng khoan khai thác thì cạn, không sâu lắm và lưu lượng của môi chất địa nhiệt nhỏ Việc sử dụng nước ấm sẽ làm giảm khả năng ăn mòn, gỉ sét các đường ống dẫn Sử dụng trực tiếp năng lượng địa nhiệt rất tin cậy, kinh tế và ít gây ô nhiễm môi trường Vì thế, tiềm năng địa nhiệt trong các ứng dụng không điện rất lớn, hiện tại và trong tương lai đây sẽ là nguồn năng lượng bổ sung và thay thế cho các nguồn năng lượng truyền thống Theo thống kê đến năm 1990, nhiệt năng địa nhiệt được sử dụng trực tiếp trên thế giới với công suất là

150 lít) [2]

Ở Iceland, 80% dân số sử dụng nhiệt năng địa nhiệt Ở Pháp, năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng để sưởi ấm và làm mát cho các tòa nhà, cao ốc ở Paris, Lyon, Bourdeaux và Strasbourg Các quốc gia khác như Mỹ, Hungary, Nga, Thổ Nhĩ Kỳ cũng sử dụng năng lượng địa nhiệt để trồng rau và hoa trong nhà kiếng … [5]

5.1 Trung tâm điều hòa nhiệt độ:

Nhiệt năng được phân phối cho các gia đình hay văn phòng trong khu vực thông qua một hệ thống các ống dẫn Yếu tố quan trọng khi sử dụng năng lượng địa nhiệt để sưởi ấm cho khu vực rộng lớn là mật độ của tải nhiệt, mật độ tải càng cao, hiệu suất sử dụng và lợi ích kinh tế sẽ tăng lên Năng lượng điạ nhiệt dùng sưởi ấm cho cụm dân cư lớn sẽ có vốn đầu tư lớn nhưng chi phí vận hành, bảo trì, điều khiển và quản lý thấp Chi phí đầu tư ban đầu bao gồm chi phí xây dựng các giếng khai thác và giếng tái nạp, các bơm hút và bơm tuần hoàn, các bộ trao đổi nhiệt và hệ thống ống dẫn phân phối nhiệt Sử dụng năng lượng điạ nhiệt để sưởi sẽ tiết kiệm được từ

30 - 50% so với khi dùng dầu và khí đốt [15]

5.2 Năng lượng điạ nhiệt trong công nghiệp :

Nguồn điạ nhiệt có nhiệt độ thấp áp dụng trong công nghiệp chủ yếu là sấy khô Hai nhà máy sử dụng năng lượng điạ nhiệt lớn nhất hiện nay là nhà máy sấy tảo cát khô ở Iceland và nhà máy sản xuất bột giấy và giấy ở New Zealand Mỹ cũng có 13 nơi sử dụng năng lượng điạ nhiệt phục vụ cho việc đãi vàng và bạc từ quặng, dùng làm khô hành và các hoa quả khác Ngoài ra, năng lượng điạ nhiệt còn được sử dụng để nhuộm vải, giặt vải len, xử lý vi khuẩn trong sữa tươi [15],

5.3 Trồng cây trong nhà:

Sử dụng nhiệt để trồng cây trong nhà là ứng dụng phổ biến nhất của năng lượng điạ nhiệt trên thế giới Trong các nhà kiếng sử dụng năng lượng điạ nhiệt, trái cây, hoa và các loại cây kiểng có thể phát triển ở bất kỳ mùa nào suốt năm bất chấp vào thời tiết lạnh giá nhất Ở đây, năng lượng điạ nhiệt được sử dụng để sưởi ấm đất trồng, sưởi ấm không khí và tạo các bức xạ để cây trồng có thể phát triển nhanh và cho ra sản phẩm đạt chất lượng cao và đều

5.4 Nuôi gia súc ở nông trại :

Các nông trại sử dụng nước ấm tự nhiên từ nguồn điạ nhiệt để tăng tốc độ phát triển của vật nuôi như cá, tôm, cua, các loài bò sát và động vật lưỡng

cư Nước ấm cho phép các thú nuôi sống trong nước phát triển quanh năm bất chấp nhiệt độ của môi trường ngoài Dùng nước ấm điạ nhiệt để nuôi gia súc hiện nay đang phát triển ở Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ, Iceland

6 Tác động về môi trường và kinh tế của năng lượng địa nhiệt [15]

Điện năng sinh ra từ các nguồn địa nhiệt ở U.S đã góp phần làm giảm 22

triệu tons carbon dioxide, 200 ngàn tons sulfur dioxide, 80 ngàn tos nitrogen oxides và 110 ngàn tons các vật chất dạng hạt mỗi năm so với các nhà máy đốt than truyền thống

đất để tạo ra 1 gigawatt công suất điện trong suốt 30 năm Đây là một trị số rất hấp dẫn khi so sánh với diện tích đất khổng lồ mà nhà máy điện đốt than và nhà máy điện hạt nhân yêu cầu, tất cả hầm mỏ lộ thiên và các khu vực liên quan để cung cấp nhiên liệu, và các yêu cầu về kho lưu trữ và vận chuyển đối với các nguồn nhiên liệu đó

Ở Mỹ, sản lượng của năng lượng địa nhiệt công nghiệp tương đương $1.5-tỷ

USD mỗi năm

Hiện nay năng lượng địa nhiệt sản xuất đứng thứ ba trong khối năng lượng

tái sinh, chỉ sau thủy điện và sinh khối (biomass)

Cứ mỗi 1000 nhà sử dụng các bơm nhiệt địa nhiệt, sẽ giúp tiết kiệm công

suất điện lắp đặt thêm từ 2 đến 5 megawatts

Hiện nay tổng công suất điện địa nhiệt ở Mỹ là khoảng 3000 megawatts -

công suất này tương đương với việc đốt 60 triệu thùng dầu mỗi năm (1 thùng

≈ 150 lit)

6.1 Các khía cạnh môi trường của việc sử dụng năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt không yêu cầu phải đốt nhiên liệu để tạo ra nhiệt năng hoặc điện năng

Các nhà máy điện địa nhiệt dễ dàng đạt được các tiêu chuẩn về không khí sạch

thải ra do các nhà máy điện đốt cháy nhiên liệu khoảng từ 1000 đến 2000 lần), không thải nitrogen oxides, và chỉ thải một lượng rất ít sulfur dioxide Các nhà máy điện hơi và hơi phân ly thải ra môi trường chủ yếu là hơi nước Các nhà máy điện loại nhị phân vận hành trên các hệ thống vòng lặp kín, vì thế nó không thải ra bất kỳ loại khí thải nào

Đồ thị cột trên mô tả sự so sánh việc thải sulfur dioxide (nguyên chính tạo

ra mưa acide) và carbon dioxide (khí tạo ra hiệu ứng nhà kính và làm thay đổi khí hậu toàn cầu) giữa các nhà máy nhiệt điện đốt than, đốt dầu, nhà máy điện địa nhiệt có và không có hệ thống tái nạp khí thải trở lại lòng đất

Trong một số bể địa nhiệt, trong thành phần chất lỏng địa nhiệt có chứa thành phần hydrogen sulfur và các thành phần khoáng chất khác Để xử lý, nhiều kỹ thuật đã được ứng dụng để tách thành phần lưu huỳnh và các thành phần khác trong chất lỏng địa nhiệt Lưu huỳnh được tách, sấy khô và tái sử dụng làm nguyên liệu cấp để sản xuất acide sulfuride Tại nhà máy điện địa nhiệt ở Nam California, trong chất lỏng địa nhiệt có chứa nhiều thành phần muối có thể gây hiện tượng ăn mòn và các thành phần kim loại nặng, tất cả cần phải được xử lý đặc biệt Ở đây, thành phần muối được tinh thể hóa, tách ra và tái sử dụng Silica được tách ra và sử dụng làm chất phụ gia trong các bê tông xây dựng cầu đường và xây dựng các con đê chống lũ Thành phần kẽm được trích ra và đem bán Lúc này, các thành phần trong chất lỏng địa nhiệt không còn là chất thải mà góp phần vào lợi nhuận của toàn nhà máy

Các nhà máy điện địa nhiệt cũng không chiếm nhiều đất Trung bình, một nhà máy điện địa nhiệt yêu cầu diện tích đất rất ít so với các nhà máy nhiệt điện đốt than hoặc nhà máy điện hạt nhân Mặt khác, nhà máy nhiệt điện than và hạt nhân không chỉ sử dụng diện tích đất lớn cho bản thân nhà máy mà chúng còn yêu cầu một khoảng diện tích khổng lồ để làm kho chứa nhiên liệu Toàn bộ một vùng địa nhiệt sử dụng từ 1 – 6 arces / MW so với 5 – 10 arces / MW của nhà máy điện hạt nhân và 19 arces / MW của nhà máy nhiệt điện than đá

Các công nghệ sử dụng trực tiếp nhiệt năng địa nhiệt đã sử dụng nước nóng địa nhiệt tự nhiên để trồng cây trong nhà, phát triển thủy sản nông trại, sấy khô hoa màu và điều hòa nhiệt độ khu vực và không gian cho cụm dân cư Các bơm nhiệt địa nhiệt sử dụng nguồn địa nhiệt nằm cách mặt đất khoảng 16m để sưởi cho building vào mùa đông và làm mát vào mùa hè Các ứng dụng nhiệt địa nhiệt góp phần làm giảm bớt việc đốt nhiên liệu hóa thạch qua đó giảm được hàng ngàn tons khí nhà kính thải ra môi trường

“Biên giới cuối cùng” trong năng lượng địa nhiệt là khai thác nhiệt năng từ các nguồn sâu hơn – đó là lớp magma nóng chảy và gần nóng chảy chiếm phần lớn trong lòng trái đất Rõ ràng đây là nguồn nhiệt vô cùng khổng lồ và chúng có thể cung cấp cho nhu cầu năng lượng của chúng ta trong suốt nhiều thế kỷ!

6.2 Khía cạnh Kinh tế của Năng lượng Địa nhiệt

Khía cạnh kinh tế quan trọng nhất của năng lượng địa nhiệt là khả năng độc lập

về năng lượng – sử dụng năng lượng địa nhiệt giúp chúng ta giảm phụ thuộc

vào nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt, hoặc giảm nhập khẩu nhiên liệu và tạo thêm việc làm

Các khoảng thâm hụt mậu dịch hàng năm sẽ giảm nếu thay thế dầu nhập khẩu bằng nguồn năng lượng có sẵn trong nước Đồng thời tạo thêm việc làm và góp phần làm cho nền kinh tế khỏe mạnh Một yếu tố quan trọng khác là an ninh quốc gia cũng bảo đảm hơn khi chúng ta kiểm soát và chủ động được các nguồn cung cấp năng lượng của mình

Ví dụ, nền công nghiệp Mỹ trong vài thập kỷ gần đây đã thu lợi khá lớn từ việc phát triển và thương mại hóa các công nghệ năng lượng địa nhiệt trên khắp thế giới Gần phân nửa số các quốc gia phát triển trên thế giới có tài nguyên địa nhiệt, qua đó tạo nên nguồn xuất khẩu hấp dẫn về các công nghệ địa nhiệt và tư vấn năng lượng địa nhiệt Trong vài năm qua, các công ty địa nhiệt của Mỹ đã

ký nhiều hợp đồng với tổng trị giá trên 6 tỷ USD để xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt ở các quốc gia này

Trồng cây trong nhà sử dụng nhiệt năng địa nhiệt có thể cắt giảm chi phí nhiệt đến 80% - tiết kiệm được từ 5% - 8% tổng chi phí vận hành Cách đây nhiều năm, một bản báo cáo đã cho thấy rằng ở Mỹ có 40 nhà trồng cây, 30 nông trại cá, 125 dự án điều hòa nhiệt độ trung tâm và sưởi ấm không gian, 10 dự án công nghiệp và 190 khách sạn nhà nghỉ đang sử dụng trực tiếp nhiệt năng địa

Việc sử dụng một bơm nhiệt yêu cầu phải trả trên dưới 15 USD/tháng cho chi phí của hệ thống, nhưng hệ thống này sẽ tiết kiệm hơn 30 USD/tháng cho chi phí điện năng Tiêu thụ điện năng sẽ giảm từ 30% đến 60% so với các hệ thống nhiệt truyền thống, cho phép hệ thống thu hồi vốn từ 2 năm đến 10 năm Các hệ thống này có chi phí bảo trì thấp và có thể vận hành trên 30 năm Một số hệ thống bơm nhiệt có thể sản xuất nước nóng vào mùa hè với chi phí bằng zero và sản xuất nước nóng vào mùa đông với chi phí thấp Hiện nay, trên thế giới có trên 400.000 bơm nhiệt đang làm việc ở các trường học, trong sinh hoạt và thương mại

Điện năng của các nhà máy điện địa nhiệt ngày càng có khả năng cạnh tranh với các dạng năng lượng khác Hiện nay giá điện địa nhiệt thay đổi từ 4 cents đến 8 cents / kWh Các ngành công nghiệp địa nhiệt và Bộ Năng lượng Mỹ đang đặt mục tiêu phấn đấu đạt giá điện địa nhiệt là 3 cents / kWh [15]

Một khía cạnh nổi trội khác của các nhà máy điện địa nhiệt so với các nhà máy nhiệt điện khác là hệ số sử dụng của nó “Hệ số sử dụng” là khoảng thời gian thực tế nhà máy có thể sản xuất điện (tính bằng %) Các nhà máy nhiệt điện than và hạt nhân chỉ có thể vận hành từ 65% - 75% thời gian Trong khí đó, thời gian vận hành trung bình của nhà máy điện địa nhiệt là 90% Tốt nhất là vận hành 90% - 95% ở chế độ chạy nền Nếu vận hành với thời gian cao hơn sẽ làm tăng chi phí bảo trì, tuy nhiên chi phí này có thể thu lại bằng việc tăng giá điện trong những lần nhà máy chạy tải đỉnh

Đồ thị biểu diễn sự so sánh hệ số sử dụng của các nhà máy điện địa nhiệt, than và hạt nhân

Ngành năng lượng địa nhiệt có thu nhập 1.5 tỷ USD, và luôn luôn phát triển theo thời gian Một ngày nào đó, “nguồn nhiệt năng sạch dưới chân chúng ta” sẽ trở thành nguồn năng lượng chủ yếu của thế giới

7 Tiềm năng địa nhiệt ở Việt Nam :

Việt Nam nằm trên vành đai động Tây Thái Bình Dương, do đó tiềm năng điạ nhiệt rất triển vọng Những thăm dò sơ bộ ban đầu đã phát hiện được 300 điểm điạ nhiệt và qua đó phân chia Việt Nam thành 6 vùng điạ nhiệt chính Nguyên tắc phân chia dựa theo các tiêu chuẩn chủ yếu là điều kiện địa chất, kiến tạo kết hợp với các yếu tố địa lý, sơn văn [14]

− Vùng điạ nhiệt Tây Bắc Việt Nam : vùng Tây Bắc Bắc Bộ tính từ đứt gãy

sông Hồng đến hết phần ranh giới quốc gia của các tỉnh Lào Cai, Lai Châu (ranh giới phía Bắc) và Sơn La, Thanh Hóa (đoạn ranh giới phía Tây) Đây là vùng có nhiều nguồn điạ nhiệt lớn nhất Việt Nam Hiện nay đã phát hiện được gần 100 điểm điạ nhiệt khác nhau, các nguồn điạ nhiệt ở đây có

với các cụm đông dân cư như Lai Châu, điện Biên Vùng này được xem như là vùng có tiềm năng điạ nhiệt lớn nhất Việt Nam

− Vùng điạ nhiệt Đông Bắc Việt Nam : miền này chiếm diện tích khá lớn hầu

hết phần Bắc bộ trừ châu thổ sông Hồng, ranh giới phía Tây Bắc là dãy núi Con Voi – bờ trái sông Hồng, phía Bắc và phía Đông Bắc là ranh giới Việt – Trung thuộc các tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn và Quảng Ninh, phía Nam là đứt gãy sông Cầu kéo dài hướng vĩ tuyến đến Uông Bí – Hòn

Gai Vùng địa nhiệt Đông Bắc có khoảng 10 điểm điạ nhiệt, trong đó có 2

Hiện nay đã sử dụng để sấy chè, tắm nước nóng, chữa bệnh

− Vùng điạ nhiệt đồng bằng Bắc Bộ : thuộc đồng bằng châu thổ sông Hồng

chứa nhiều Na-Cl là loại rất có tiềm năng cho khai thác năng lượng địa nhiệt

− Vùng điạ nhiệt Bắc Trung Bộ : vùng này được khống chế bởi kiến tạo đứt

gãy sông Mã ở phía Bắc và đứt gãy Đa Krong – Đà Nẵng ở phía Nam Trong số 30 điểm được khoan thăm dò và phân tích, có khoảng 10 điểm có

nhà máy điện ở đây

− Vùng điạ nhiệt Nam Trung Bộ : tính từ Đà Nẵng đến Bà Rịa – Vũng Tàu

Đây là vùng có tiềm năng địa nhiệt rất hứa hẹn, chỉ sau vùng Tây Bắc Việt Nam Toàn miền có 71 điểm điạ nhiệt Có 8 nguồn có nhiệt độ xuất lộ trên

dựng nhà máy điện Qua quá trình điều tra, nghiên cứu và phân tích, vùng này có 12 nguồn có thể lập các dự án thăm dò khai thác năng lượng địa nhiệt Hiện nay, nguồn điạ nhiệt ở Bình Châu đã được khai thác thương mại, làm suối nước nóng để tắm, chữa bệnh và khai thác du lịch

− Vùng điạ nhiệt Nam Bộ : bao gồm phía Nam là vùng trũng Cửu Long và

phía Bắc là các tỉnh Tây Ninh, Đồng Nai, Sông Bé Vùng này có khoảng

thăm dò địa chất thủy văn và các giếng khoan cho nhu cầu khai thác nước sinh hoạt

8 Kết luận

Năng lượng điạ nhiệt là nguồn năng lượng vô cùng phong phú và không bao giờ cạn kiệt Năng lượng điạ nhiệt có thể được áp dụng trong nhiều lãnh vực như

dùng để quay turbine phát điện hoặc sử trực tiếp năng lượng điạ nhiệt dưới dạng nhiệt trong sinh hoạt và sản xuất Vành đai lửa Thái Bình Dương là khu vực tập trung nhiều nguồn điạ nhiệt nhất trên thế giới Các nguồn điạ nhiệt ở đây có dung lượng rất lớn và có nhiệt độ rất cao, rất phù hợp cho sản xuất điện năng Các nguồn điạ nhiệt có nhiệt độ trung bình và thấp phân bố rải rác trên thế giới, hầu như quốc gia nào cũng có Ngày nay, năng lượng điạ nhiệt đã được sử dụng khá nhiều để phát điện một số quốc gia như Mỹ, Philippines, Italia hoặc sử dụng trực tiếp để sưởi ấm và làm mát, trồng cây trong nhà, sấy khô trong công nghiệp, khai thác thương mại, như Mỹ, Trung Quốc, Iceland, Nga, các quốc gia ở Trung Âu và Đông Âu Việt Nam nằm trên vành đai lửa Tây Thái Bình Dương, do đó tập trung các nguồn điạ nhiệt khá nhiều Qua việc khảo sát sơ bộ

ở các miền đất nườc, Việt Nam có khoảng 300 điểm điạ nhiệt, một số có nhiệt

Thủy, Quảng Bình Các nguồn điạ nhiệt này theo khảo sát sơ bộ ban đầu rất có triển vọng để phát điện với công suất phát khá cao khoảng 20MW hoặc lớn hơn Điều này góp phần giải quyết vấn đề phân phối điện năng cho các vùng hẻo lánh và giảm áp lực xây dựng các nhà máy điện dùng nhiên liệu hóa thạch, đồng thời góp phần giảm mức độ ô nhiễm môi trường

CHƯONG 2 : THAEM DÒ CAUC NGUOAN ĐOA NHIỆT

1 Giới thiệu địa vật lý

Địa vật lý đóng vai trò rất quan trọng trong việc khai thác các tài nguyên địa nhiệt đặc biệt đối với các bể địa nhiệt nhiệt độ cao Thông thường, các nhà địa vật lý địa nhiệt sẽ tìm kiếm các cấu trúc thích hợp để bẫy hỗn hợp hơi-lỏng địa nhiệt đối lưu, hoặc là tìm kiếm các độ dị thường trong lòng đất, phản ánh các đặc tính thủy - nhiệt của chất lỏng địa nhiệt và các tác động của nó đối với lớp đá bao phủ và lân cận Hiện nay, hầu như tất cả các phương pháp địa vật lý đã được biết đều có thể được sử dụng trong việc thăm dò và khai thác tài nguyên địa nhiệt

Theo địa chất, các bể địa nhiệt có thể được phân làm 2 loại chính [2]:

gồm tối thiểu một tầng carbonate ngậm nước và lớp vỏ phủ lên trên bể là lớp đất sét không thấm hoặc có độ thẩm thấu ít Đặc trưng của loại bể này là bể địa nhiệt ở Larderello và Monte Amiata ở trung Tuscany (Italy), vùng Kizildere (Turkey), Cerro Prieto (Mexico) và Imperial Valley (U.S.A)

(ii) Loại thứ hai là loại bể núi lửa và trầm tích núi lửa Loại bể này thường có

ở các vùng có biến đổi về thủy nhiệt, biểu thị qua các hoạt động nhiệt xuất hiện từ xưa hay hiện tại Các bể địa nhiệt loại này được tìm thấy ở New Zealand, San Salvador, Hy Lạp, Nhật Bản và Costa Rica

Sự lựa chọn một phương pháp địa vật lý phụ thuộc chủ yếu vào các điều kiện địa chất địa phương Trong trường hợp cấu trúc địa chất là loại trầm tích, các khảo sát địa vật lý sẽ hổ trợ cho việc xác định các cấu trúc, nghiên cứu độ sâu và trạng thái nguyên thủy của bể và đo lường đường cong biến thiên nhiệt độ của bể địa nhiệt Trong trường hợp loại bể núi lửa hoặc trầm tích núi lửa, các khảo sát địa vật lý được sử dụng chủ yếu để xác định đặc tính thủy nhiệt của bể và không quan tâm đến khía cạnh cấu trúc

Cả hai loại bể trầm tích và bể núi lửa có thể được tìm thấy trong cùng một khu vực hoăïc cùng tồn tại đồng thời trong cùng một bể [2]:

(a) Hoặc lớp đá núi lửa nằm trên lớp đậy đất sét hoặc các mỏ trầm tích Macnơ nằm phủ lên trên bể địa nhiệt; ( ví dụ như Viterbo, Italy)

(b) Hoặc lớp vỏ trầm tích nằm phủ lên trên bể địa nhiệt loại núi lửa (như ở Taiwan và Mexico)

Trong trường hợp (a), các thủ tục khảo sát tương tự như trường hợp bể trầm tích Nếu ở bề mặt là lớp núi lửa, cần phải xem xét thêm một số bài toán liên quan đến các đặc tính vật lý của lớp vỏ che phủ và bài toán này càng trở nên phức tạp thêm khi lớp vỏ núi lửa này càng dày

Hầu hết các bể địa nhiệt đều được tìm thấy ở các khu vực núi lửa hoạt động hoăïc các vùng kiến tạo, do đó luôn cần phải lưu ý đến các dòng chảy vết nứt Chương này chủ yếu tập trung vào các khía cạnh ứng dụng của các phương pháp địa vật lý thích hợp trong khảo sát địa nhiệt, tức là các phương pháp hổ trợ cho việc xác định hoặc là cấu trúc hoặc là đặc tính thủy nhiệt liên quan đến các độ

dị thường được phát hiện Các phương pháp địa vật lý chính (trọng lực, địa chấn, từ trường, điện từ và điện) sẽ được giới thiệu và khả năng ứng dụng của nó trong lãnh vực địa nhiệt

2 Phạm vi ứng dụng của địa vật lý

Địa vật lý được ứng dụng trong nhiều lãnh vực Hình 1 mô tả một hệ thống địa nhiệt cơ bản xuất hiện trong vùng kiến tạo, địa lũy horst (horst) và địa hào graben (graben) Hình 2 và 3 mô tả hai bể địa nhiệt với hai loại lớp đá phủ khác nhau: loại gồm một lớp nhựa, đất sét, đất đá phủ (plastic, agrillaceous, and overburden) (hình 2) và loại có lớp vỏ tự bịt kín (self-sealed) phủ lên trên bể địa nhiệt khe nứt trong vùng núi lửa (hình 3) Từ hình 1 có thể thấy rằng, địa vật lý có thể được áp dụng vào hai lãnh vực khai thác địa nhiệt

Hình 1 – Sơ đồ đơn giản của một hệ thống

địa nhiệt

Hình 2 – Cấu trúc bể địa nhiệt loại đất sét

Hình 3 – Cấu trúc bể địa nhiệt loại ke nứt

2.1 Dò tìm sự hiện diện và độ sâu của phần tử xâm nhập

Sự hiện diện của của nguồn nhiệt nằm dưới sâu sẽ gây ra sự biến dạng trong sơ đồ các đường đẳng nhiệt Các đường đẳng nhiệt sẽ bị đột biến tại vị trí có nguồn nhiệt Vì thế, các giá trị đo lường nhiệt độ sẽ đưa ra thông tin quan trọng về bể địa nhiệt, với điều kiện địa chất bề mặt thuận lợi

Hình 4 – Sơ đồ các đường đẳng nhiệt có điểm dị thường

Nếu phần tử xâm nhập đối với nguồn nhiệt có một thành phần cơ bản và nhiệt

dấu hiệu từ trường này sẽ cho phép định vị phần tử đó và cuối cùng là tạo ra thông tin về hình dạng và độ sâu của nó Các dấu hiệu báo về độ sâu của phần tử xâm nhập có thể được cung cấp bởi phương pháp từ trường quả đất

2.2 Nghiên cứu bể địa nhiệt và lớp bọc của nó

Nhìn chung từ dãy các phương pháp địa vật lý sau đây, chúng ta có thể lựa chọn phương pháp phù hợp nhất với hoàn cảnh bài toán và các điều kiện địa chất : (a) trọng lực

(b) các phương pháp điện (điện, điện từ, từ trường trái đất)

(c) địa chấn (khúc xạ, phản xạ)

(d) từ trường (trong khí quyển, trong lòng đất)

(e) hồng ngoại

xác định đường cong nhiệt độ tại giếng khoan và sau cùng có thể đo độ dẫn nhiệt trên các mẫu hoặc tính toán trạng thái dòng nhiệt

3 Các phương pháp đo nhiệt độ trong lòng đất

Các phương pháp bao gồm:

(i) phương pháp hồng ngoại;

(ii) xác định từ các số liệu ghi từ trường trên không của các đường đẳng nhiệt

(iii) xác định đường cong nhiệt độ tại các lỗ khoan

Hai phương pháp đầu có thể được sử dụng trong giai đoạn khảo sát sơ bộ Chúng cần sự hổ trợ cần thiết của các kỹ thuật hàng không (máy bay, trực thăng, ) Phương pháp thứ ba, được sử dụng trong pha khảo sát chi tiết

3.1 Hồng ngoại

Mục tiêu chính của phương pháp này là dò tìm các độ dị thường tại bề mặt, thông qua việc ghi nhận lượng bức xạ nhiệt trái đất trong dãy hồng ngoại Độ sâu khảo sát của phương pháp này rất cạn (vài decimetres) và vì thế, phương pháp này chỉ có thể nhận dạng độ dị thường về nhiệt độ ở bề mặt Phương pháp hồng ngọai không xác định được nguyên nhân vì sao có các độ dị thường này, nó chỉ có thể được xác định khi khảo sát trực tiếp tại mặt đất Phương pháp hồng ngọai có ưu điểm là tiết kiệm thời gian cho các nhà địa chất bởi vì nó cho kết quả hiển thị rất nhanh chóng những vùng được khảo sát [2]

Thủ tục thực hiện như sau:

1 Chụp các ảnh màu trong dãy hồng ngọai gần dãy ánh sáng biểu kiến (bước sóng từ 1 đến 2 μm)

2 Nhận dạng các điểm lạ trong các ảnh màu trên vùng hiển thị hồng ngọai bằng cách so sánh các ảnh chụp với ảnh màu nằm đồng thời trên dãy quang phổ Các tài liệu này có thể cho thấy các sự khác nhau về nhiệt độ của trái đất do các hiện tượng khác nhau sinh ra như các sự thay đổi bản chất nguyên thủy của trái đất, sự hiện diện của cây cối và các suối nước nóng

3 Ghi nhận các hình ảnh hồng ngọai với một máy scanner trong một băng tần rộng hơn: từ 3 đến 5 μm hoặc 8 đến 14μm Băng tần sau thì nhạy hơn băng tần trước và nó thích hợp hơn khi hiển thị biên độ thấp của các độ dị thường

đo tức thời

4 Các giá trị ghi nhận cũng sẽ được thực hiện (Hodder,1970) với sóng dài hơn: từ 1.58 đến 1.875 cm (dãy sóng cực ngắn – sóng viba) Độ sâu khảo sát sẽ lớn hơn (vài metres) và các trị số đo lường này sẽ ít bị ảnh hưởng bởi các sự thay đổi nhiệt độ tại bề mặt trái đất Tuy nhiên, khi mặt đất bị ẩm, độ sâu

khảo sát sẽ giảm xuống Thực tế, các giá trị ghi này hầu như không có bất kỳ cải tiến nào ở dãy băng tần từ 8 đến 14 μm, trong khai thác địa nhiệt [2] Để thu nhận trực tiếp các giá trị ghi có thể so sánh được, các giá trị đo phải được thực hiện trong các điều kiện xác định, tức là phải đo suốt một mùa giống nhau và tại cùng một thời điểm, vì thế ảnh hưởng của sự thay đổi ngày đêm có thể được giảm đến cực tiểu Thông thường, thời gian được lựa chọn là bình minh hoặc giờ trước bình minh

Các giá trị đo cũng có thể được lặp đi lặp lại với các lần khác nhau hay các mùa khác nhau để nhấn mạnh hiện tượng nhiệt nào đó được rõ ràng hơn

Để nghiên cứu sự khác nhau ngày đêm và để các giá trị đo tại các lần khác nhau có thể thật chính xác sau đó, tối thiểu phải có 4 mẫu ghi hoặc 4 hình ảnh được thực hiện, cách nhau theo những khoảng đều đặn trong một thời đoạn 24 giờ Khi sử dụng phương pháp hồng ngoại trong khảo sát địa nhiệt, rất khó khăn để có thể xử lý các số liệu thu thập Thực tế là rất khó khăn khi phân chia các độ dị thường liên quan đến các hiện tượng địa nhiệt từ các dữ liệu nhận được do có nhiều nguyên nhân khách quan (địa chất, môi trường thực vật) Phương pháp này thực ra không thể sử dụng được trong các vùng có thảm thực vật dày [2]

3.2 Xác định độ sâu của điểm Curie

Đây là phương pháp thăm dò trên diện rộng và cho phép xác định độ sâu tại đó các lớp đá của lớp vỏ trái đất không còn tín hiệu từ, chính xác hơn, xác định độ sâu tại đó chất Magnetite (Manhêtit) ở trong lớp đá này truyền từ trạng thái sắt từ sang trạng thái thuận từ dưới tác động của nhiệt độ

Hình 5 biểu diễn trạng thái thay đổi đơn giản của độ nhạy từ trung bình của lớp vỏ trái đất theo độ sâu Trong hình 5(a), nhiệt độ là hàm theo độ sâu Chúng ta lưu ý đến sự thay đổi đột ngột của độ nhạy từ khi nhiệt độ biến thiên trong

còn là sắt từ nữa, sau đó có thể vẽ được bản đồ của độ sâu điểm Curie Bề mặt

khoảng 35km, tuy nhiên nó thay đổi rất lớn tùy thuộc vào hoàn cảnh địa chất Ví dụ, ở U.S.A, độ sâu điểm Curie ở vùng Colorado Plateau xấp xỉ 35km, nhưng ở vùng Basin & Range, nó chỉ là 18km (Eureka Resource Associates Inc., 1975), tuy nhiên ở vùng địa nhiệt Yellow Park, độ sâu điểm Curie thấp hơn 10km (Bhattacharyya & Leu, 1975) [2]

Hình 5 – Sự thay đổi của từ trường lớp vỏ trái đất theo nhiệt độ

Phương pháp dựa trên các đặc tính từ trường của lớp đá bắt đầu từ việc phân tích từ trường được ghi nhận tại thời điểm khảo sát trên không do từ kế đặt trên máy bay Các cuộc khảo sát này được thực hiện tại độ cao không đổi (300m hoặc hơn nữa) để giảm nhiễu đo địa hình Quá trình xử lý số rất phức tạp Quá trình thực hiện qua 6 bước sau:

(1) tiền xử lý, để ước lượng cả tần số nhiễu cao và tần số nhiễu thấp;

(2) chia các vùng nghiên cứu thành các block 16x16 điểm, từ các block này một bề mặt hình vuông thích hợp nhất có thể được tìm thấy;

(3) tính toán biến đổi Fourier của bề mặt này;

(4) tính toán trọng tâm (centre) của hình hộp tạo ra từ trường dị thường, mà biến đổi Fourier của từ trường này là đồng nhất cho việc tính toán bề mặt hình vuông

(5) Tính toán độ sâu của mái hình hộp;

(6) Tính toán độ sâu nền (base) và vẽ bản đồ độ sâu của đường đẳng nhiệt điểm

Ở Yellow Park, một vùng địa nhiệt đang hoạt động, độ sâu của điểm Curie rất cạn, dưới 6km

3.3 Xác định đường cong nhiệt độ tại giếng khoan

Trong phương pháp này, việc đo lường được thực hiện theo 2 phương pháp:

1 Đo tại mặt đất, trong các lỗ sâu từ 1 – 2m Trong trường hợp này, các giá trị

nhận được dường như không hiển thị được độ sâu do chúng bị ảnh hưởng bởi nhiều nguyên nhân khách quan bên ngoài, như là sự thay đổi ngày đêm, thảm thực vật, siêu khí hậu và trạng thái của các lỗ khoan Do đó, các hiệu chỉnh số phải được thực hiện trước khi so sánh các dữ liệu khác nhau với nhau Thủ tục này cũng được sử dụng để back – up cho các phương pháp

khảo sát trên không sử dụng các hình ảnh hồng ngoại để tìm kiếm sự thay đổi nhiệt độ trên mặt đất trong suốt quá trình bay

2 Đo trong các giếng khoan nhỏ, độ sâu tối thiểu 30m Tại độ sâu như thế,

những sự thay đổi nhiệt độ bề mặt có ảnh hưởng rất quan trọng Thường có

ba sensors đo lường (các nhiệt điện trở, điện trở bằng plutanium, …) được lắp đặt tại các độ sâu khác nhau, từ đó đường cong nhiệt sẽ được tính toán (khoảng cách từ 5 – 20m giữa các sensors tùy thuộc vào độ sâu của giếng khoan)

Phương pháp 2 thích hợp hơn phương pháp 1, và là phương pháp thường hay được sử dụng nhất trong khai thác địa nhiệt Tuy nhiên, các phương pháp đo này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố [2]:

(a) Phải không có các dạng đệm nước có thể thấm, hoặc là không có các dạng giống như đệm nước tại bề mặt hoặc gần bề mặt (độ sâu cạn) Nếu các dạng này tồn tại, cần phải khoan sâu hơn và tăng cường cách ly các đệm nước bằng các vỏ bao và sử dụng chất kết dính để cho các máy dò có thể được đưa vào đặt bên trong các mỏ không thấm đồng nhất nằm ở bên dưới

(b) Nhìn chung, hình dạng của lớp vỏ phủ lên trên thường có thành phần là đá đồng nhất, vì thế phép ngoại suy nhiệt độ theo độ sâu có thể tin cậy được do có sự thay đổi trong quá trình truyền nhiệt

(c) Máy dò nhiệt độ thường được đặt ở trong lớp vỏ không thấm

(d) Không nên đặt các máy dò quá gần với các nguồn xuất lộ ở bề mặt như suối nước nóng, lỗ phun khí; bởi vì chúng có thể ảnh hưởng không tốt đến các đường cong nhiệt độ

Đối với mỗi lỗ khoan, một vùng cắt địa chất có thể được suy ra từ các mẫu cắt khi giếng được khoan Các vị trí nhân cũng có thể được mẫu hóa giữa các độ sâu lựa chọn cho các sensors Độ truyền nhiệt của các mẫu này có thể được đo trong phòng thí nghiệm, vì thế, sau khi đã có đường cong nhiệt, ta có thể tính toán được dòng nhiệt Thủ tục này không được sử dụng giống nhau trong khai thác địa nhiệt, khi có khi không, và có thể thay đổi tùy theo hoàn cảnh địa chất

Sau quá trình kiểm tra giếng, ba máy dò sẽ được đặt tại các vị trí đã được xác dịnh trước Các giá trị đo sẽ được ghi nhận mỗi ngày trong suốt nhiều ngày liên tục cho đến khi có sự ổn định về nhiệt độ tại mỗi sensor Theo kinh nghiệm, quá trình này thường kéo dài tối thiểu là 8 ngày, đôi khi lên đến 10 – 15 ngày Hình

6 là một ví dụ về đo lường tại giếng sâu 100m, trong đó các thiết bị đo lường

nhiệt độ được đặt vị trí sâu 60m, 80m và 100m Rõ ràng, sau 8 ngày thì nhiệt độ

đo hoàn toàn ổn định [2]

J+18 J+16 J+4

J+18 J+16 J+4

Hình 6 – Đường cong nhiệt độ tại giếng địa nhiệt Probe A, B, C tương ứng với các độ sâu 60m,

80m, và 100m

Từ các độ dốc được đo có thể xây dựng được bản đồ các đường đẳng độ dốc

(isogradient) và bản đồ các đường đẳng nhiệt Hình 7 biểu diễn bản đồ đẳng

nhiệt của vùng Radicofani (Italy) Độ sâu trung bình của giếng khoan là 35m và

các sensors được đặt tại các vị trí tương ứng với độ sâu 25m, 30m, 35m Độ dốc

Piancastagnaio, nơi đó có nhiều giếng khoan khai thác sâu nhất được khoan

70% các mẫu nhận được từ các lỗ khoan nhỏ cho thấy độ dẫn nhiệt của mỏ nằm

đất sét phủ trong vùng Theo bản đồ dòng chuyển động nhiệt; các nét nổi bật

chủ yếu của nó là đồng nhất với với các thể hiện trong bản đồ độ dốc Điều này

cho thấy độ truyền nhiệt của lớp vỏ phủ có thay đổi nhưng rất ít Bằng quan sát

gần hơn, chúng ta có thể thấy rằng, xuất hiện trên bản đồ một vùng có dòng

chuyển động nhiệt cao hơn trung bình tổng thể (tây bắc Radicofani)

Hình 7 – Đồ thị các đường đẳng nhiệt tại Radicofani

Rõ ràng, các bản đồ là các nguồn thông tin rất đáng chú ý, ngay cả khi bản thân chúng không thuyết phục Chắc chắn rằng, thông tin bởi các phương pháp địa nhiệt khác nên quan tâm đến việc hiển thị giao tiếp hơn nữa (đặc biệt các kết quả liên quan đến độ sâu của bể địa nhiệt)

4 Các phương pháp địa vật lý được sử dụng để ước lượng cấu trúc và độ

dị thường trong lòng đất

4.1 Phương pháp từ trường trên không (sử dụng từ kế độ nhạy cao đặt trên máy bay)

Phương pháp này thường được dùng để khảo sát, thăm dò sơ bộ trên phạm vi rộng Thực tế, trong các điều kiện địa chất thuận lợi, độ sâu đo được bằng các hiển thị chỉ số ghi của từ kế trên không độ nhạy cao, có thể so sánh với các độ chính xác của dữ liệu nhận được từ các phương pháp khác như là phương pháp khúc xạ địa chấn Ví dụ, trong hình 8 biểu diễn biểu đồ các sự khác nhau giữa độ sâu ước lượng thu được từ các từ kế trên không (bằng máy bay) với độ sâu tính toán từ phương pháp khúc xạ địa chấn Dạng này dựa trên cơ sở 78 mẫu

-400 -600

86%

Hình 8 – So sánh độ sâu từ dữ liệu từ kế và địa chấn

Một sự so sánh các độ sâu nhận được bằng cách khoan và bằng sự hiển thị của các giá trị đo của từ kế trên máy bay với độ nhạy cao cũng được đưa vào thử nghiệm ở lòng chảo cạn ở Canda Trong 8 trên tổng số 12 giếng được khảo sát, sự chênh lệch giữa hai phương pháp là nhỏ hơn 10% [2]

Đặc điểm của phương pháp thăm dò bằng từ kế trên máy bay có độ nhạy cao là chi phí khá cao, chi phí của một cuộc thăm dò như thế rõ ràng là cao hơn so với một cuộc thăm dò sử dụng các dụng cụ đo chuẩn, độ nhạy thấp Thủ tục thực hiện như sau: bay tại độ cao khí áp hằng số, giảm khoảng trống tại mặt đất, xây dựng một lứơi khít (400x800m), đo lường khu vực tổng thể tại 1/1000 hoặc tại 2/1000 γ để bảo đảm độ chính xác cuối cùng là 1/10 γ, mỗi 0.5s ghi dữ liệu một lần, đường bay chính xác dựa trên cơ sở nguyên tắc lưới và Doppler (lỗi vị trí phải nhỏ hơn 30m), ghi nhận và khử sự thay đổi ngày đêm

Từ số liệu hiển thị và ghi nhận, có thể vẽ các bản đồ isobath dựa trên cơ sở từ trường, nêu bật các đặc tính cấu trúc Độ sâu của các mức từ trường xen kẽ cũng có thể được tính toán Chất lượng hiển thị sẽ cung cấp các thông tin phụ: mở rộng của các mức núi lửa xen kẽ, sự hiện diện của các phần tử xâm nhập mà

nền (bản đồ địa chất), bằng chứng của các vùng thay đổi thủy nhiệt liên quan đến sự hiện diện của cánh đồng địa nhiệt (vùng này thường được mô tả đặc điểm bởi sự thay đổi Magnetite đối với quặng Purite, vì thế có độ nhạy cảm từ tính thấp hơn so với lớp đá cố định) [8]

Phương pháp này chỉ được xem như là phương pháp tìm kiếm sơ bộ Tuy nhiên, nó cũng có thể được hữu dụng trong nhiều trường hợp cụ thể: nghiên cứu khảo sát trên diện rộng (hậu cần bất lợi), phác họa các khu vực sẽ tiếp tục khảo sát

trên mặt đất, hiển thị kiến tạo, hiển thị độ sâu dựa trên cơ sở từ trường Phương pháp thăm dò trên không và ảnh chụp hồng ngoại có thể được thực hiện đồng thời

4.2 Đo từ trường mặt đất (đo từ trường tổng hay thành phần thẳng đứng của từ trường tổng)

Phương pháp này được sử dụng đặc biệt trong các môi trường núi lửa hoặc để dò tìm sự xâm nhập núi lửa trong vùng trầm tích Nó cũng được xem như là một phương pháp bổ sung Việc đo lường nhanh chóng và chi phí hoạt động thấp là minh chứng phong phú cho việc sử dụng phương pháp này

4.3 Trọng lực

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong khai thác dầu mỏ, cũng hữu ích trong thăm dò và nghiên cứu bể địa nhiệt Mục tiêu chính của phương pháp này là cho biết thông tin về các kiến tạo vùng Đặc biệt, nó là công cụ hổ trợ cho việc xác định vị trí các đặc tính cấu trúc chính, như là các cấu trúc ngầm chính và sự đứt đoạn Mặc dù phương pháp này thường cho kết quả định tính, nhưng thông qua việc phân tích toán học các độ dị thường, nó cũng có thể cho kết quả ước lượng độ sâu của các mỏ địa nhiệt dù ở mức độ khá thô Ví dụ, trong trường hợp một lớp vỏ đất sét nằm trên một tầng ngậm nước trong lớp đá vôi hoặc trong một nền biến đá (metamorphic) (Kizildere, Turkey), phương pháp trọng lực có thể xác định bản chất tự nhiên của lớp nền và có thể ước lượng độ sâu của nó (Duprat, 1970) [8]

Nhìn chung phương pháp trọng lực thường ít đựơc sử dụng khi liên quan đến các cấu trúc trong vùng núi lửa Tuy nhiên, nó có xu hướng trở thành thông dụng khi nó được sử dụng để cung cấp thông tin bổ sung, hữu ích nhất là hổ trợ việc hiển thị kết quả của các kỹ thuật địa vật lý khác

Hai loại kết quả có thể thu được từ các giá trị đo lường trọng lực:

1 Bản đồ hiển thị độ dị thường Bouguer, là kết quả trực tiếp của các trị số đo lường vùng, đã được hiệu chỉnh các thay đổi về độ cao so với mặt nước biển và các ảnh hưởng (tại chỗ và ở xa) của địa hình với mật độ cho trước của các vùng bề mặt

2 Các độ dị thường thặng dư nhận được từ độ dị thường Bouguer bằng cách loại bỏ ảnh hưởng của bất thường vùng trên khu vực Kết quả này có thể được nhận hoặc là trực tiếp từ tính toán (bản đồ đạo hàm cấp 2) hoặc sau khi xác

định bằng hình ảnh độ dị thường vùng mà độ dị thường này được rút ra từ độ

dị thường Bouguer Các mô hình toán có thể được sử dụng đối với việc hiển thị định lượng quá trình thăm dò của các cấu trúc hai chiều hoặc ba chiều

4.4 Khúc xạ địa chấn

Phương pháp này có chi phí cao hơn cả hai phương pháp trọng lực và phương pháp sử dụng từ kế độ nhạy cao gắn trên máy bay Ví gụ, 1 km dữ liệu theo phương pháp khúc xạ địa chấn đắt gấp 13 lần so với phương pháp nghiên cứu từ trường độ nhạy cao trên các lưới 400x800m trong phạm vi 1 km Phương pháp khúc xạ điạ chấn cũng bị giới hạn khi nghiên cứu cấu trúc nguồn so với phương pháp thăm dò chi phí thấp hơn, hoặc khi nghiên cứu các mức đặc trưng cho độ tương phản vận tốc

4.5 Các địa chấn phản xạ

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong thăm dò các túi dầu Nó cũng được xem xét sử dụng trong lãnh vực địa nhiệt khi việc dò tìm các cấu trúc, khả năng tồn tại của một bể chứa địa nhiệt Về bản chất nó giống như việc dò tìm một bể hydrocarbon hoặc một tầng ngậm nước ở dưới sâu (địa chất thủy văn – hydrogeology) Tuy nhiên, phương pháp địa chấn phản xạ không được sử dụng rộng rãi trong thăm dò địa nhiệt do các yếu tố sau:

(a) chi phí cao (so với nghiên cứu thăm dò mỏ dầu);

(b) chất lượng kết quả thu được không tốt trong môi trường núi lửa;

(c) áp dụng rất khó khăn đối với khu vực có địa hình ghồ ghề

Tuy nhiên, do cho ra kết quả có chất lượng và khả năng tốt trong một số trường hợp đặc biệt, phương pháp này không nên bị loại bỏ hẳn Đặc biệt trong môi trường trầm tích, không có một phương pháp nào khác cho ra các kết qủa có thể

so sánh được với phương pháp địa chấn phản xạ

Hơn nữa, các địa chấn phản xạ cung cấp các tiềm năng đáng quan tâm đối với việc nghiên cứu vật lý dầu mỏ của một bể chứa:

1 Nhìn chung, các cuộc khảo sát địa chấn đều tạo ra sóng nén – compressional waves (sóng P) Khi có nguồn bất kỳ, nó có thể tạo nên các sóng shear (sóng S) từ bề mặt Các giá trị ghi của sóng P và sóng S cho phép ghi chép các vận

Nhiều hoạt động mạnh được tạo ra để có thể thu được sóng S chất lượng cao; các điều kiện địa chất thuận lợi, cùng với sự quan tâm đặc biệt trong việc cài đặt các dãy vùng (field arrays) cũng được yêu cầu

Khi không có sẵn nguồn sóng S, tại mức đang xử lý, chúng ta có thể phân biệt các sóng P và các sóng được biến đổi SV, e.g các sóng được phát ở chế độ P và được dò ở chế độ S trong một mặt phẳng vuông góc với mặt nghiêng (profile)

Sự phân chia sóng P và sóng S mang lại hai vùng cắt địa chấn (seism

γ, khi đó tất cả các phân đoạn và các thay đổi theo chiều dọc của vùng γ đều có thể được nghiên cứu và phân tích

của bề mặt con đã được mô tả đặc điểm (ví dụ như mức độ nứt gãy của một bể chứa hợp nhất, các sự thay đổi về độ xốp) Trong một vùng địa nhiệt, các

nhanh hơn khi áp suất vượt quá 1 kbar);

(b) trạng thái bão hòa chất lỏng: trong 1 lớp đá không bảo hòa, một sự gia

lỏng (hỗn hợp lỏng – hơi);

bể chứa hơi trội (chủ yếu là hơi);

bể chứa hơi trội (chủ yếu là hơi)

2 Các sự thay đổi trong điện kháng âm học (tích của vận tốc và độ nhạy) của một vùng (formation) dọc theo một hoặc nhiều vùng địa chấn cũng có thể được nghiên cứu Trong một khu vực khảo sát, điều này đòi hỏi tối thiểu phải có một giếng đạt đến hoặc giao với đối tượng, và cũng trong giếng này, các logging độ nhạy và âm thanh sẽ được thực hiện Quá trình này được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu các bể chứa hydrocarbon

Trên các vùng cắt địa chấn, sự định cỡ của dữ liệu địa chất được thu thập trong suốt quá trình khoan sẽ được thực hiện nhờ có các dữ liệu ghi của các lỗ khoan kết hợp với nguồn địa chấn gần giếng khai thác chính Khi khoảng