Đề tài Năng lượng địa nhiệt - Nguồn năng lượng sạch-nguồn năng lượng vô tận

n nên hầu như không có khí thải nào được sinh ra. Vì những lý do kể trên mà các chuyên gia địa nhiệt dự đoán rằng hệ thống hai chu trình sẽ là giải pháp kỹ thuật chủ đạo cho việc sản xuất điện địa nhiệt trong tương lai. 1.3.3.3. Nhược điểm Hệ thống dùng khí thì không có tính ổn định như hệ thống dùng nước do phụ thuộc mật thiết vào nhiệt độ không khí. Hệ thống này tuy rất hữu dụng vào mùa đông khi nhiệt độ xuống rất thấp nhưng hiệu suất của nó giảm đáng kể vào mùa hè khi chênh lệch nhiệt độ giữa không khí không còn bao nhiêu, từ đó không khí không còn khả năng làm hạ nhiệt các chất lỏng hữu cơ sử dụng trong các nhà máy. Tuy nhiên, hệ thống dùng nước lại rất cần thiết ở những khu vực khan hiếm nguồn nước. Hệ thống này cũng hữu dụng tại những nơi có các yêu cầu khắc khe về cảnh quan sinh thái do chúng không tạo ra các cột hơi nước như ở hệ thống dùng nước. Hầu hết các hệ thống dùng khí được sử dụng trong các nhà máy kỹ thuật binary. Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 15 Chương 2 . Thực trạng việc ứng dụng năng lượng địa nhiệt trên thực tế 2.1. Sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng địa nhiệt Nguồn nước nóng gần bề mặt Trái Đất có thể được sử dụng trực tiếp như nhiệt lượng. Một số ứng dụng trực tiếp của địa nhiệt là: hệ thống suởi, nhà kính, sấy thóc, làm ấm nước ở các trại nuôi cá, hoặc một số các ứng dụng trong công nghiệp như tiệt trùng sữa. 2.1.1. Các ứng dụng phổ biến 2.1.1.1. ứng dụng suối nước nóng Trên thế giới : Suối nước nóng đã được sử dụng cho mục đích tắm ít nhất từ thời kì đồ đá . Hồ tắm khoáng cổ nhất là hồ đá ở núi Lisan được xây dựng vào thời nhà Tần thế kỉ thứ 3 TCN . Vào thế kỷ 1 CN , người La Mã xâm chiếm Aquae Sulis và sử dụng các suối nước nóng ở đây để làm nơi tắm công cộng và sưởi ấm sàn nhà . Việc khai thác địa nhiệt mục đích công nghiệp sớm nhất bắt đầu từ năm 1827 , khi đó người ta sử dụng hơi nước của các giếng tự phun để chiết tách axit boric từ bùn núi lửa ở Larderello ,Ý.  Bảng thống kê các nguồn nc nóng ở VN : 2.1.1.2. Ứng dụng sưởi nhiệt và làm mát Năm 1892 , hệ thống sưởi khu vực của Hoa Kì ở Boise , Idaho được cung cấp trực tiếp từ năng lượng địa nhiệt , và sớm được triển khai ở Klamath Falls , Oregon vào năm 1990 .Một giếng địa nhiệt sâu được sử dụng để cung cấp nhiệt cho nhà kính ở Boise năm 1926 , và cùng thời gian đó các giếng tự phun được sử dụng cung cấp nhiệt cho kính ở Iceland . Charlie Lieb đã phát triển máy chuyển nhiệt lỗ khoan đầu tiên vào năm 1930 để sưởi cho nhà ông .Hơi nước và nước nóng từ các giếng tự phun được sử dụng để sưởi trong nhà ở Iceland bắt đầu từ năm 1943. Ngày nay , có khoảng 20 quốc gia sử dụng trực tiếp địa nhiệt để sưởi với tổng năng lượng là 270 PJ (1PJ = 1015 J) trong năm 2004. Hơn phân nửa trong số đó Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 16 được dùng để sưởi trong phòng và 1/3 thì dùng cho các hồ bơi nước nóng. Lượng còn lại được dùng trong công nghiệp và nông nghiệp. Sản lượng toàn cầu đạt 28 GW, nhưng hệ số năng suất có xu hướng giảm (khoảng 20%) khi mà nhu cầu sưởi chủ yếu sử dụng trong mùa đông. Số liệu nêu trên bao gồm 88 PJ dùng cho sưởi trong phòng được tách ra từ các máy bơm nhiệt địa nhiệt với tổng sản lượng 15 GW. Năng suất bơm nhiệt địa nhiệt toàn cầu tăng khoảng 10% mỗi năm. Các ứng dụng trực tiếp của nhiệt địa nhiệt cho sưởi trong phòng hơi khác so với sản xuất điện và có các yêu cầu về nhiệt độ thấp hơn. Nó có thể từ nguồn nhiệt thải được cung cấp bởi co-generation từ một máy phát điện địa nhiệt hoặc từ các giếng nhỏ hơn hoặc các thiết bị biến nhiệt lắp đặt dưới lòng đất ở độ sâu nông. Ở những nơi có suối nước nóng tự nhiên, nước có thể được dẫn trực tiếp tới lò sưởi. Nếu nguồn nhiệt gần mặt đất nóng nhưng khô, thì các ống chuyển đổi nhiệt nông có thể được sử dụng mà không cần dùng bơm nhiệt. Nhưng thậm chí ở các khu vực bên dưới mặt đất quá lạnh để cung cấp một cách trực tiếp, nó vẫn ấm hơn không khí mùa đông. Sự thay đổi nhiệt độ mặt đất theo mùa là rất nhỏ hoặc không bị ảnh hưởng bên dưới độ sâu 10m. Nhiệt độ đó có thể được chiết tách bằng bơm nhiệt địa nhiệt thì hiệu quả hơn là nhiệt được tạo ra bởi các lò sưởi thông thường. Các bơm nhiệt địa nhiệt có thể được sử dụng như là một nhu cầu thiết yếu ở bất kỳ nơi nào. Có nhiều ứng dụng rộng rãi khác nhau của nhiệt địa nhiệt. Các ống nước nóng từ các nhà máy địa nhiệt bên dưới các con đường và vỉa hè của các thành phố đường ống nước nóng để cung cấp nhiệt cho các tòa nhà trong toàn khu vực.Reykjavík và Akureyri dùng để làm tan chảy tuyết. Các ứng dụng sưởi trong phòng sử dụng mạng lưới Lọc nước biển bằng địa nhiệt cũng đã được thử nghiệm. 2.1.1.3. Ứng dụng Bơm địa nhiệt Điều hòa nhiệt độ bằng địa nhiệt Hầu hết ở mọi nơi trên bề mặt Trái Đất, nhiệt độ của lòng đất ở 30 cm trên cùng giữ một nhiệt độ tương đối ổn định vào khoảng 100-160 C. Hệ thống bơm địa nhiệt có thể tận dụng nguồn nhiệt này để điều hòa nhiệt độ các tòa nhà. Hệ thống bơm gồm có một bơm nhiệt, một hệ thống dẫn khí, một hệ thống trao đổi nhiệt (hệ thống ống đặt chìm trong lòng đất gần tòa nhà). Vào mùa đông, bơm nhiệt sẽ "lấy" nhiệt từ hệ trao đổi nhiệt và bơm vào hệ thống dẫn nhiệt ở trong nhà. Vào mùa hè, quá trình này được đảo ngược, bơm nhiệt sẽ "rút" nhiệt từ trong nhà và bơm vào hệ thống trao đổi nhiệt. Mặt khác, nhiệt rút ra từ không khí trong nhà sẽ còn có thể được sử dụng để đun nước ấm sử dụng trong mùa hè. Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 17 2.1.1.4. Ứng dụng khác : Tương tự nhiệt từ long đất có thể dược đưa lên phục vụ cho một số các hoạt động sau : - Sấy ngũ cốc . - Làm ấm nước ở các trại nuôi cá . - Một số các ứng dụng trong công nghiệp như tiệt trùng sữa - các nhà kính (greenhouses) 2.2. Năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện Trên thực tế nguồn chất lỏng siêu nhiệt được ứng dụng rộng rãi và phổ biến nhất trong lình vực sản xuất điện từ địa nhiệt . Nhu cầu điện tăng vọt trong thế kỷ 20 và nguồn điện địa nhiệt ngay lập tức được Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 18 xem là nguồn có triển vọng khai thác . Prince Piero Ginori Conti đã thử nghiệm máy phát điện địa nhiệt đầu tiên vào ngày 4/7/1904 tại vỉa Larderello và cũng là nơi axit địa nhiệt được chiết tách . Nó là một máy phát điện nhỏ cung cấp cho 4 bóng đèn . Sau đó , vào năm 1911 , nhà máy phát điện đầu tiên trên thế giới đã được xây dựng ở đây và cũng là nhà máy phát điện địa nhiệt chỉ dùng trong công nghiệp đầu tiên trên thế giới cho đến khi New Zealand xây dựng một nhà máy điện địa nhiệt năm 1958. Trong năm 2005, 24 quốc gia sản xuất tổng cộng 56.786 GWh (204 PJ) điện từ năng lượng địa nhiệt ,chiếm 0.3% lượng điện tiêu thụ toàn cầu. Lượng điện này đang tăng hàng năm khoảng 3% cùng với sự gia tăng số lượng các nhà máy cũng như nâng cao hệ số năng suất. Do các nhà máy năng lượng địa nhiệt không dựa trên các nguồn năng lượng không liên tục, không giống với tuốc bin gió hoặc tấm năng lượng mặt trời, nên hệ số năng suất của nó có thể khá lớn và người ta đã chứng minh là đạt đến 90%. Năng suất trung bình toàn cầu đạt 73% trong năm 2005. Năng suất toàn cầu đạt 10 GW năm 2007. Các nhà máy điện địa nhiệt cho đến gần đây được xây dựng trên rìa của các mảng kiến tạo, nơi mà có nguồn địa nhiệt nhiệt độ cao nằm gần mặt đất. Sự phát triển của các nhà máy điện tuần hoàn kép và sự tiến bộ của kỹ thuật khoan giếng cũng như kỹ thuật tách nhiệt đã mở ra một hy vọng rằng chúng sẽ là một nguồn phát điện trong tương lai. Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 19 Công suất lắp đặt các nhà máy điện địa nhiệt năm 2007 Quốc gia Công suất (MW) USA 2.687 Philippine 1.969,7 Indonesia 992 Mexico 953 Ý 810,5 Nhật Bản 535,2 New Zealand 471,6 Iceland 421,2 El Salvador 204,2 Costa Rica 162,5 Kenya 128,8 Nicaragua 87,4 Nga 79 Papua-New Guinea 56 Guatemala 53 Thổ Nhĩ Kỳ 38 Trung Quốc 27,8 Bồ Đào Nha 23 Pháp 14,7 Đức 8,4 Ethiopia 7,3 Austria 1,1 Thailand 0,3 Úc 0,2 Tổng cộng 9.731,9 _Bảng công suất lắp đặt các nhà máy địa nhiệt (2007)_ Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 20 2.2.1. Một số nhà máy địa nhiệt trên Thê giới 2.2.1.1. Nhà máy Hellisheidi - Iceland Nhà máy địa nhiệt Hellisheidi là dạng nhà máy hóa hơi (Flash steam) , nhà máy này nằm ở vùng địa nhiệt rộng nhất ở Iceland. Kế hoạch mở rộng theo giai đoạn từ 2006 đến 2010 với sản lượng điện tối đa là 300MWe đến 400MWth, trở thành nhà máy điện lớn nhất Iceland. Chủ sở hữu nhà máy là ông Reykjavik Energy Giai đoạn một gồm hai turbines cao áp 45MWe được vận hành vào tháng 10 năm 2006 và turbine áp suất thấp 33MWe vận hành vào cuối năm 2007. Giai đoạn 2008 đưa vào khởi động turbine 45MWe. Giai đoạn năm 2010 đưa vào vận hành 2 turbine 45MWe Chi tiết quá trình hoạt động nhà máy : Tổng công suất: 300MWe và 400MWth Giai đoạn 1: 2x45 MWe, vận hành vào tháng 10 năm 2006 Giai đoạn 2: 33MWe vận hành cuối năm 2007 Giai đoạn 3: 2x45 MWe, vận hành cuối năm 2008 Giai đoạn 4: giai đoạn nhà máy điện dự kiến vào 2010 Giai đoạn 5: 2x45 MWe vào năm 2010 50 giếng được khoan với độ sâu 1000 đến 2000m 2.2.1.2. Nhà máy điện địa nhiệt lớn đầu tiên ở Iceland – Krafla Không ở đâu địa nhiệt lại có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho đảo quốc như ở Iceland. Khai thác sức nóng trong lòng đất không chỉ giúp Iceland giải quyết được nhu cầu về năng lượng sạch và rẻ tiền mà còn giúp nước này thu hút đầu tư nước ngoài, thậm chí hướng tới… xuất khẩu. Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 21 -Krafla – nhà máy điện địa nhiệt lớn đầu tiên ở Iceland- Iceland nằm giáp vòng Cực Bắc nên có khí hậu rất lạnh giá. Tuy nhiên đất nước này lại nằm trên vành đai núi lửa Đại Tây Dương, nên có rất nhiều núi lửa, suối nước nóng và nguồn địa nhiệt khổng lồ. Hiện trên đất nước Iceland, có 200 núi lửa và hơn 600 suối nước nóng. Trong đó, có trên 20 suối nước nóng có nhiệt độ cao 150°C và thậm chí, ở nhiều suối, nhiệt độ còn đạt tới 250°C. Quá trình biến đổi địa chất của Iceland khiến nước này đặc biệt thích hợp với việc tận thu năng lượng địa nhiệt. Website thông tin khoa học và công nghệ Popular Science (Mỹ) đã mô tả cách Iceland khai thác nước nóng từ dưới lòng đất như sau: Đảo quốc này về cơ bản là một núi lửa lớn, được hình thành trong hàng triệu năm khi đá nóng chảy nổi lên từ lòng biển. Lớp đá nhiều lỗ rỗng bên dưới đồng bằng trơ trụi hút nước mưa mỗi năm và làm nóng lượng nước đó dưới lòng đất. Để sử dụng nguồn năng lượng này, cách đơn giản là đào giếng, hút nước nóng lên bề mặt và xây dựng một nhà máy điện trên đó. Nhà máy sẽ vận hành như sau: Hơi nóng làm turbine quay, vận hành máy phát và điện đi ra ở đầu bên kia”. Hiện nay, hơn 90% căn hộ gia đình ở Iceland sưởi ấm bằng năng lượng địa nhiệt – một tỉ lệ cao nhất thế giới. Ngoài ra, địa nhiệt còn được sử dụng trong hồ bơi, làm nóng đất, nuôi cá, sấy gỗ, len và chăn nuôi… Đến Iceland, khách du lịch có thể bắt gặp một hình ảnh quen thuộc: một người đầu bếp Iceland nướng bánh mì bằng hơi nóng thu được từ lòng đất qua một lỗ khoan xuyên xuống một vỉa sét nhão. Trong nhiều thế kỷ trước, người Iceland đã sử dụng nguồn nhiệt từ các suối nước nóng phục vụ cho việc sinh hoạt, tắm giặt, thư giãn. Cách đây hơn 100 năm, Iceland đã sử dụng năng lượng địa nhiệt một cách có hệ thống. Năm 1908, một nông dân Iceland tên là Stefan B.Jonsson đã bắt đầu sử dụng nước nóng để sưởi ấm không gian trang trại của mình. Không lâu sau đó, những nông dân khác cũng làm theo ông và tạo ra các hệ thống làm ấm trang trại của họ một cách độc lập và cho đến năm Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 22 1930, có ít nhất 10 trang trại ở miền Nam Iceland đã được sưởi ấm nhờ năng lượng địa nhiệt. Cũng từ đó, nhận thấy tiềm năng phát triển to lớn của nguồn tài nguyên thiên nhiên này, Chính phủ Icelan đã vào cuộc với những nghiên cứu quy mô bên cạnh việc tiến hành khoan những giếng khoan đầu tiên ở Reykjavik. Tháng 11/1930, Trường tiểu học Austurbaejarskoli trở thành địa điểm công cộng đầu tiên ở Reykjavik có hệ thống sưởi ấm từ nhiệt địa nhiệt. Nước nóng sử dụng để sưởi ấm trường học này được lấy từ Pvottalaugar và được bơm qua một đường ống dài 3km. Từ thành công này, các doanh nghiệp Iceland nhanh chóng mở rộng dự án, kết nối nguồn nước nóng với bệnh viện quốc gia và 60 căn nhà dân sinh. Thành công tiếp nối tiếp thành công, các giếng khoan mọc lên như nấm. Trong các thập niên tiếp theo, việc sử dụng nhiệt địa nhiệt ở khắp nơi trên đất nước Băng đảo trở nên phổ biến rộng rãi, trở thành những sáng kiến địa phương. Trong năm 1973-1974, khi giá dầu mỏ trên thị trường thế giới tăng đột ngột, việc sản xuất nhiệt và năng lượng địa nhiệt ở quy mô lớn chứng tỏ được tầm quan trọng to lớn, mang ý nghĩa là tương lai của Iceland. Nhu cầu sản xuất năng lượng địa nhiệt ở quy mô lớn đòi hỏi những giếng khoan phải sâu hơn, nhiệt độ cao hơn và công nghệ phải tinh vi hơn. Kinh nghiệm thực tế và nghiên cứu khoa học thực tiễn qua thời gian ở Iceland đã khiến nước này sáng chế, sở hữu những công nghệ hiện đại nhất về khai thác nguồn năng lượng vô tận từ lòng đất. Các kỹ sư Iceland biết rõ ở nhiệt độ nào thì các chất lỏng dưới lòng đất có thể quay được turbine, làm sao quản lý đặc tính hoá học của các giếng sôi và làm thế nào để các nhà máy điện địa nhiệt khai thác hợp lý chứ không làm kiệt quệ nguồn năng lượng này. Và là đất nước tiên phong phát triển công nghệ khai thác năng lượng địa nhiệt, trong hơn 70 năm qua, Iceland đã dẫn đầu thế giới trong sản xuất nhiệt và năng lượng địa nhiệt. Thực vậy, Iceland chỉ xếp vị trí 14 trên thế giới về tiềm năng địa nhiệt nhưng lại là nước có sản lượng điện địa nhiệt tính theo đầu người cao nhất thế giới. Trên hòn đảo này hiện đang hoạt động 5 nhà máy địa nhiệt điện với tổng công suất khoảng 420MW, bằng 26,5% tổng năng lượng điện trong cả nước. Hiện tại, Iceland mới chỉ sử dụng khoảng 20% tiềm năng địa nhiệt đang có. Nếu khai thác toàn bộ trữ lượng địa nhiệt bằng phương pháp thông thường thì hàng năm sẽ cho ra sản lượng khoảng 20 tỉ W/giờ, tương đương với sản lượng của 3 lò phản ứng hạt nhân. Cùng với thủy điện, ở Iceland, nhiệt địa nhiệt là một trong nguồn tài nguyên thiên nhiên lớn nhất của Iceland. Bên cạnh việc góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của người Iceland và đảm bảo an ninh năng lượng, phục vụ phát triển kinh tế quốc gia, năng lượng địa nhiệt đã có một tác động tích cực mạnh mẽ tới hình ảnh của Iceland – một thành viên của cộng đồng toàn cầu và là một trong những nước dẫn đầu trong công nghệ xanh trên toàn thế giới. Không chỉ đáp ứng nhu cầu năng lượng trong nước hay xuất khẩu công nghệ, giờ đây, người Iceland còn có thể tính đến việc xuất khẩu nguồn tài nguyên quý giá này. Không lâu nữa, trong tháng 5 này, Bộ trưởng Năng lượng của Anh Charles Hendry sẽ đến Reykjavik để thảo luận việc về việc kết nối nguồn điện địa nhiệt được tạo ra rất nhiều ở Iceland với hàng nghìn hộ gia đình Anh thông qua siêu hệ thống đường dây cáp xuyên đại dương. Nếu thành công, hệ thống cáp điện ngầm lớn nhất thế giới, dài 745 dặm (1.198km) sẽ xuất khẩu 5 tỉ kWh điện mỗi năm, đủ để 1,25 triệu Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 23 hộ gia đình tiêu thụ hàng năm. Ngoài ra, kế hoạch tham vọng này còn có thể là khởi đầu cho việc hình thành một “siêu lưới điện châu Âu”, mà tất cả các quốc gia tham gia vào siêu liên kết này, có thể cung cấp thặng dư năng lượng tái tạo của họ cho các nước khác. Ngay cả Trung Quốc, đất nước đang đứng đầu thế giới về đầu tư và sử dụng năng lượng tái tạo cũng đã tìm đến Iceland để học tập cũng như hợp tác, nghiên cứu, phát triển, sử dụng và thúc đẩy năng lượng địa nhiệt ở Trung Quốc. Hiện nay, năng lượng tái tạo mới chỉ cung cấp 16% nhu cầu năng lượng toàn cầu nhưng đầu tư toàn cầu vào lĩnh vực này đã đạt tới con số kỷ lục là 251 tỉ USD trong năm qua. Tuy số dự án điện địa nhiệt dù vẫn còn đi sau điện gió, điện mặt trời và nhiên liệu sinh học, nhưng đã phát triển hơn trong những năm gần đây và chắc chắn vẫn sẽ được các nhà đầu tư chú ý với triển vọng của chương trình năng lượng xanh mà nhiều nước trên thế giới hướng tới và mục tiêu của nhóm G-8 là đến năm 2050 sẽ cắt giảm 50% lượng khí thải carbon. Địa nhiệt điện chính là lĩnh vực mà Iceland có thừa kinh nghiệm và công nghệ để đóng góp cho thế giới. Nhà máy địa nhiệt Krafla được xây dựng ở hệ thống địa nhiệt nhiệt độ cao ở Đông bắc Iceland, gần hồ Myvatn. Từ lúc bắt đầu vận hành năm 1974 đến năm 1999 đã đạt được công suất 60MW. Nhà máy này có một câu chuyện thú vị. Trong thời gian đầu, không ai biết núi lửa ở đó có thể bất ngờ hoạt động lúc nào khi nó chỉ cách nhà máy 2km. Tuy nhiên việc xây dựng vẫn tiếp tục và giai đoạn 1 của nhà máy hoàn thành vào năm 1977 Chi tiết quá trình hoạt động nhà máy Năm 1974: Lỗ khoan đầu tiên được khoan xuống Năm 1975: tác động của địa chấn và núi lửa đe doạ hoạt động của nhà máy Năm 1975: các giếng tiếp tục được khoan xuống bất chấp sự nguy hiểm của núi lửa gần đó Năm 1977: Nhà máy đi vào hoạt động Năm 1978: Nhà máy bắt đầu sản xuất điện Năm 1984: hoạt động của nhà máy bị giảm do tác động của núi lửa Năm 1996: Bắt đầu lắp đặt turbine hơi thứ 2 và khoan các giếng mới Năm 1999: Sản lượng điện đã đạt 60MW Tổng công đã có 33 giếng được khoan uống, 17 giếng áp suất cao và 5 giếng áp suất thấp. Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 24 2.2.1.3. The Geysers – Mỹ Geysers là một phức hợp của 22 nhà máy địa nhiệt điện , bản vẽ hơi nước từ hơn 350 giếng, nằm ở dãy núi Mayacamas 72 mi (116 km) về phía bắc của San Francisco , California . Được coi là lớn nhất thế giới, Geysers có MW 1517 hoạt động với công suất lắp đặt một yếu tố sản xuất trung bình 63% (955 MW ). Tổng công ty Calpine sở hữu 19 trong số 22 nhà máy hoạt động trong Geysers và hiện đang có mức sản xuất năng lượng địa nhiệt lớn nhất ở Hoa Kỳ. Nó còn được sở hữu hai nhà máy khác do Cơ quan điện miền Bắc California và thành phố Santa Clara Utility điện , thành phố trực thuộc Trung ương (nay được gọi là Thung lũng Silicon Power ). The Rock Bottle nhà máy điện thuộc sở hữu của Tập đoàn Năng lượng tái tạo Mỹ được dự kiến sẽ được mở cửa trở lại vào năm 2007. Nhà máy khác đang được phát triển bởi Ram Power Corp, trước đây là miền Tây Geopower, với các hoạt động thiết lập để bắt đầu trong năm 2010. Kể từ khi hoạt động của một nhà máy địa nhiệt ảnh hưởng đến những người xung quanh, củng cố quyền sở hữu của nhà máy tại The Geysers đã có lợi vì các nhà máy hoạt động hợp tác thay vì lợi ích ngắn hạn của họ. Geysers phát triển mở rộng diện tích thêm khoảng 30 dặm vuông (78 km 2) ở Sonoma , Lake và Mendocino quận ở California, nằm trong dãy núi Mayacamas . Điện từ các nhà máy Geysers sẽ cung cấp cho Sonoma, Lake, Mendocino, Marin, và các quận Napa. Người ta ước tính rằng sự phát triển của các nhà máy này đáp ứng 60% nhu cầu điện năng cho khu vực ven biển giữa cầu Golden Gate và ranh giới tiểu bang Oregon . Hơi nước được sử dụng tại The Geysers được sản xuất từ một hồ chứa greywacke - đá sa thạch, bị chặn bởi một hỗn hợp không đồng nhất của các loại đá có độ thấm thấp và kê dưới bởi một silixic xâm nhập . Dựa theo những nghiên cứu về lực hút trái đất và nghiên cứu địa chấn cho thấy nguồn nhiệt cho các hồ chứa hơi nước là một buồng magma lớn hơn 4 mi (7 km) ở bên dưới mặt đất, và có đường kính lớn hơn 8 dặm (14 km). Không giống như hầu hết các nguồn tài nguyên địa nhiệt, Geysers sử dụng hơi khô, có nghĩa là nó chủ yếu là sản xuất quá nhiệt hơi nước. Bởi vì các nhà máy điện tua-bin yêu cầu một đầu vào pha hơi, tài nguyên hơi khô nói chung là thích hợp hơn. Nếu không, một dấu phân cách hai giai đoạn là cần thiết giữa các tua bin và các giếng địa nhiệt để loại bỏ sự ngưng tụ được sản xuất với hơi nước. Nhà máy Geysers dạng phức tạp hơn sẽ tiêm nước thải xử lý nước thải từ thành phố Santa Rosa và nhà máy xử lý nước thải Lake County . Nước thải, sử dụng được thải vào các nguồn nước như Santa Rosa de Laguna , bây giờ là công trình cấp nước Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 25 tập trung cho lĩnh vực năng lượng địa nhiệt, nơi mà nó bổ sung dưỡng chất chứa hơi nước. Chấn rung động đất Nghiên cứu hiện tại về động đất do Geysers trường địa nhiệt đã đạt đến kết luận rằng tiêm cũng sâu trong lĩnh vực sản xuất các sự kiện chủ yếu là các cơn địa chấn nhỏ giữa cường độ 0,5-3,0 độ Richter (M). Như có thể thấy trong hình, động đất giữa cường độ 3,0 và 4,6 (sự kiện lớn nhất ghi trong Trường Geysers đó là vào năm 1973) là thứ tự của một vài sự kiện M4 mỗi năm và thứ tự của 20 đến 30 M3 sự kiện một năm. Mặc dù các sự kiện M4 đã được ngày càng tăng, số lượng các sự kiện M3 đã tương đối ổn định kể từ giữa những năm 1980. Trên toàn thế giới, sự kiện gây ra địa chấn lớn nhất đến nay liên quan đến hoạt động của hệ thống địa nhiệt cải tiến (EGS) là M3.7 trong lưu vực sông Cooper của Australia . Tuy nhiên, nghiên cứu dựa trên độ dài lỗi tối đa chỉ ra rằng M5.0 là lớn nhất có thể (nhưng không thể xảy ra) sự kiện trong Geysers. Một mối quan tâm cho các cư dân không chỉ là số tiền của động đất nhưng cường độ của sự kiện địa chấn lớn nhất có thể xảy ra. Mặc dù không ai có thể dự đoán chính xác động đất, độ lớn của một trận động đất phụ thuộc vào diện tích bề mặt có thể trượt - chiều dài chiều sâu hoặc chiều rộng của đứt gãy. Do đó, một trận động đất lớn có thể xảy ra chỉ trên một lỗi lớn. là không có lỗi ánh xạ có chiều dài lớn trong The Geysers, do đó, nó là vô cùng khó mà gây ra động đất gây ra bởi các hoạt động trong The Geysers sẽ dẫn đến một trận động đất lớn. Đầu tiên phát hiện ra The Geysers vào năm 1847 trong cuộc khảo sát của dãy núi Sierra và Great Basin của William Bell Elliot John Fremont 's . Elliot gọi là khu vực "The Geysers", mặc dù các tính năng địa nhiệt ông phát hiện ra không phải là kỹ thuật mạch nước phun , nhưng lỗ phun khí . Ngay sau đó, vào năm 1852, The Geysers đã được phát triển thành một spa của khách sạn Resort Geysers, thu hút như Ulysses S. Grant , Theodore Roosevelt , và Mark Twain . Nó đã ở đây rằng Pacific Gas và điện đã bắt đầu hoạt động của thành công đầu tiên nhà máy điện địa nhiệt điện ở Hoa Kỳ vào năm 1960. Các tuốc bin ban đầu kéo dài hơn 30 năm và sản xuất 11 MW điện lưới. Định hướng cho tương lai The Geysers điện nhà máy đạt được sản lượng đỉnh cao vào năm 1987, thời gian này phục vụ 1,8 triệu người. Kể từ đó, các lĩnh vực xông hơi đã được suy giảm dần dần như giảm nguồn nước ngầm. Hiện nay, các Geysers sản xuất đủ điện cho 1,1 triệu người. Kỹ thuật được phát triển từ Tăng cường nghiên cứu hệ thống địa nhiệt sẽ làm tăng sản xuất của khu vực trong tương lai. By reinjecting nước xám từ các thành phố lân cận của Santa Rosa, giếng hiện tại sẽ được nạp lại. Lượng nước này sẽ được đun nóng tự nhiên trong hồ chứa địa nhiệt, và được chụp bởi các nhà máy điện hiện có khi hơi nước. Dự án nên tăng sản lượng điện là 85 MW , đủ cho khoảng 85.000 hộ gia đình. Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 26 2.3. Hin trng phát trin ngành năng lng đa nhit ti Vit Nam 2.3.1. Nguồn năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam , các tiềm năng Việt Nam cũng được đánh giá là có tiềm năng địa nhiệt trung bình so với thế giới. Bên cạnh đó nguồn năng lượng này ở nước ta còn có ưu điểm là phân bố đều trên khắp lãnh thổ cả nước nên cho phép sử dụng rộng rãi ở hầu hết các địa phương. Hiện nay, Quảng Trị đã cấp phép cho xây dựng nhà máy địa nhiệt đầu tiên tại Đakrông với công suất 25MW, mở ra hy vọng ngành điện sẽ có thêm một nguồn cung cấp mới cho điện lưới quốc gia trong tương lai gần. Khí hậu Việt Nam thuộc vùng nhiệt đới nóng ẩm, mùa hè kéo dài tới hơn 6 tháng trong năm nên nhu cầu điều hòa không khí thường xuyên không chỉ trong sinh hoạt mà cả trong sản xuất, như việc bảo quản nông thủy sản tiêu thụ năng lượng rất lớn, chi phí ước tính hàng tỷ đôla mỗi năm. Kết quả nghiên cứu của Viện Địa chất ở vùng đồng bằng Sông Hồng cho thấy tầng trung hòa nhiệt ổn định 25 - 26°C phân bố ở độ sâu dưới 10 -15 m, điều kiện địa chất rất thuận lợi cho việc áp dụng công nghệ bơm nhiệt đất (GSHP). Các tính toán mô phỏng công nghệ này với điều kiện thực tế ở Hà Nội cho phép tiết kiệm được 37% năng lượng điện tiêu thụ so với hệ thống điều hòa không khí (RAC) hiện nay. Ngoài lợi ích về kinh tế, giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả, bơm nhiệt đất còn hạn chế tối đa lượng khí xả ra làm ô nhiễm môi trường xung quanh. Trên lãnh thổ Việt Nam tài liệu thực tế đã xác định được dị thường dòng nhiệt cao ở nhiều nơi chứng tỏ các nguồn địa nhiệt phong phú, có thể khai thác để phát điện; nguồn nhiệt đất có điều kiện áp dụng công nghệ bơm nhiệt đất để điều hòa không khí. Tuy nhiên, các số liệu này còn sơ sài, cần có các đầu tư nghiên cứu triển khai thí điểm để có đủ luận cứ cần thiết cho việc phổ biến rộng rãi các giải pháp khai thác nguồn địa nhiệt cho phát triển năng lượng tái tạo. Ưu điểm của nguồn năng lượng này là các nguồn nhiệt có nhiệt độ trung bình nên rất có triển vọng trong sử dụng trực tiếp để sấy sản phẩm, phục vụ dưỡng bệnh, du lịch… Tuy nhiên, việc phát triển nguồn năng lượng này ở Việt Nam dường như còn bị bỏ ngỏ. Tiềm năng lớn Đánh giá về tiềm năng địa nhiệt của Việt Nam, TS Đoàn Văn Tuyến – Viện Địa chất – Viện Khoa học Việt Nam cho biết: "Nước ta có tiềm năng địa nhiệt trung bình so với thế giới. Tuy nhiên lại có ưu điểm là phân bố đều trên khắp lãnh thổ cả nước nên cho phép sử dụng rộng rãi ở hầu hết các địa phương". Hiện nay, nước ta có khoảng trên 200 nguồn nước nóng có nhiệt độ từ 40 đến trên 100°C. Riêng tại đồng bằng sông Hồng, bồn địa nhiệt tại đây có trữ lượng nhiệt có thể cung cấp lượng điện bằng 1,16% tổng sản lượng điện của cả nước. Riêng tại Hà Nội, sản lượng điện thương phẩm hiện ước tính 5 tỷ kWh mỗi năm, phân nửa trong số này dùng cho điều hòa. Nếu dùng công nghệ bơm nhiệt đất (giá tương đương lắp điều hòa nhiệt độ) sẽ tiết kiệm được 0,8 tỷ kWh. Công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm 800 tỷ đồng một năm mà còn giảm phát thải hơn 250.000 tấn CO2. Ngoài ra, không giống như các nguồn năng lượng tái tạo khác, công nghệ để khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt không quá phức tạp. Để khai thác địa nhiệt ở vùng có nhiệt độ khoảng 200°C, người ta khoan các giếng sâu từ 3-5km, rồi đưa nước xuống vùng này Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 27 để khiến nước sôi lên, theo ống dẫn lên làm quay tuabin máy phát điện. Đối với các nguồn địa nhiệt từ 80oC đến dưới 200°C có thể dùng trực tiếp để sấy nông thủy sản, sưởi ấm cho các căn hộ, nhà máy… Nguồn địa nhiệt dưới 80°C có thể dùng để dưỡng bệnh, phục vụ du lịch… Bên cạnh tiềm năng lớn không hề thua kém so các nguồn năng lượng tái tạo khác, năng lượng địa nhiệt còn không ảnh hưởng đến môi trường bởi các thiệt bị nằm chủ yếu ở dưới đất. Nhưng còn bỏ ngỏ… Trong khi các nước đang tận dụng rất tốt nguồn năng lượng địa nhiệt thì chúng ta vẫn chưa có cơ sở khoa học và có đánh giá cụ thể về nguồn năng lượng này. Hiện nay, Philipines đang đứng đầu thế giới về khai thác địa nhiệt; riêng Trung Quốc chỉ sử dụng nhiệt đất để điều hòa không khí nhưng trong vòng 10 năm đã tiết kiệm được tổng năng lượng điện là 4000MW. Theo GS. Nguyễn Lân Dũng: "Từ năm 2007, Viện Khoa học địa chất và tài nguyên Liên bang Đức đã điều tra, khảo sát tiềm năng địa nhiệt ở sáu điểm nước nóng ở Tu Bông (Khánh Hòa), Phú Sen (Phú Yên), Hội Vân (Bình Định), Nghĩa Thuận (Quảng Ngãi), Thạch Trụ (Quảng Ngãi) và Kon Du (Kon Tum) và nghiên cứu phương án sử dụng hiệu quả tùy mức độ chất lượng từng nguồn nước… Riêng Tập đoàn Ormat – Tập đoàn hàng đầu của Mỹ về địa nhiệt đã xin giấy phép đầu tư xây dựng 5 nhà máy điện địa nhiệt tại Lệ Thủy (Quảng Bình), Mộ Đức, Nghĩa Thắng (Quảng Ngãi), Hội Vân (Bình Định) và Tu Bông (Khánh Hòa) từ năm 2008. Tổng công suất các nhà máy này dự kiến lên đến 150-200 MW. Tuy nhiên, tất cả đều chưa khởi công, nguyên nhân chủ yếu là do giá mua điện của EVN thấp". Bên cạnh đó, hiện cơ chế hỗ trợ cho các nhà khoa học trong việc nghiên cứu nguồn năng lượng này còn ở mức thấp nên chưa khuyến khích được họ tham gia nghiên cứu. Mặc dù phát triển năng lượng địa nhiệt có ý nghĩa lớn đối với môi trường nhưng để đạt được kết quả tốt cần phải có cơ sở khoa học đầy đủ, đầu tư từng bước để đưa địa nhiệt trở thành một ngành công nghiệp phục vụ cho phát triển kinh tế, xã hội./. Hiện nay , Quảng Trị cũng được đánh giá là có tiềm năng địa nhiệt trung bình so với thế giới. Bên cạnh đó nguồn năng lượng này ở nước ta còn có ưu điểm là phân bố đều trên khắp lãnh thổ cả nước nên cho phép sử dụng rộng rãi ở hầu hết các địa phương. Hiện nay, Quảng Trị đã cấp phép cho xây dựng nhà máy địa nhiệt đầu tiên tại Đakrông với công suất 25MW, mở ra hy vọng ngành điện sẽ có thêm một nguồn cung cấp mới cho điện lưới quốc gia trong tương lai gần. Thực tế cho thấy, nhà máy điện địa nhiệt có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, không phụ thuộc vào yếu tố khí hậu như năng lượng mặt trời, gió hoặc sóng biển... Nguồn năng lượng địa nhiệt trong lòng đất vô cùng vô tận, bảo đảm cho nhà máy điện địa nhiệt hoạt động bền vững, lâu dài. Đồng thời, xây dựng nhà máy điện địa nhiệt cũng tốn rất ít diện tích. Các nhà máy điện nhiệt điện không đốt bất cứ một loại nhiên liệu nào nên sạch cho môi trường hơn mọi nhà máy điện khác. Cách khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt theo cách hiểu đơn giản nhất là người ta chỉ cần khoan các giếng sâu 4-5km. Sau đó, đưa nước xuống độ sâu này là tới vùng có nhiệt độ khoảng 2.000 độ C. Nước khi đó sẽ được làm sôi lên và sẽ theo ống dẫn lên, làm chạy máy phát điện. Hệ thống công nghệ này được gọi là Công nghệ HDR (Hot Dry Rock). Tuy nhiên, việc phát triển nguồn năng lượng này lại gặp khó khăn lớn là đòi hỏi Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 28 phải có những công nghệ hiện đại cùng với nguồn vốn đầu tư lớn, ước tính có thể lên tới 2,5 triệu Euro cho 1 MW công suất theo thiết kế, kỹ thuật xử lý địa chất cũng rất phức tạp vì phải tìm kiếm đúng vùng địa nhiệt có nhiệt độ cao thì việc khai thác địa nhiệt mới hiệu quả. 2.3.2. Mức độ phát triển của ngành năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam Việt Nam đang là một nước xuất khẩu năng lượng. Năm 2005 đã xuất khẩu được khoảng 14,6 triệu TOE-tấn dầu tinh tương đương (18 triệu tấn dầu thô và 14,7 triệu tấn than) với kim ngạch xuất khẩu khoảng 8 tỷ USD. Năm 2006 cả nước làm ra tới 46,8 triệu TOE (37 triệu tấn than sạch, 17,3 triệu tấn dầu thô, 7 tỷ m3 khí thiên nhiên và 19,6 tỷ kWh thủy điện). Nhu cầu sơ cấp cung cấp điện trong nước là 29,8 triệu TOE (2005). Nhu cầu này chỉ mới bằng khoảng 20% mức bình quân chung của thế giới. Hệ thống điện quốc gia vẫn tiềm ẩn khả năng thiếu hụt điện do nhu cầu điện tăng bình quân trên 175/năm và do có những lúc thiếu nước (thủy điện chiếm40% công suất của cả hệ thống). Nguồn nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu thô, khí thiên nhiên) chỉ là nguồn nhiên liệu hữu hạn. Chính vì vậy rất cần sớm nghiên cứu về khả năng khai thác các nguồn địa nhiệt. Nước ta là một quốc gia có hàng trăm điểm nước khoáng đã được phát hiện, trong số này hơn một nửa là những suối nước nóng. Chúng tập trung ở vùng Tây Bắc và vùng Nam Trung bộ. Có 72 nguồn nước có nhiệt độ khoảng 41-60°C, 36 nguồn nước có nhiệt độ 61-100°C và 64 nguồn nước có nhiệt độ 30-40°C. 2.3.3. Hướng giải quyết Theo TS Đoàn Văn Tuyến – Viện Địa chất – Viện Khoa học Việt Nam: "Hiện nay, với mức nhiệt như vậy, Việt Nam hoàn toàn có thể khai thác theo quy mô nhỏ và phân tán. Theo quan điểm này, chúng ta có thể khai thác địa nhiệt theo 3 cách. Thứ nhất, phát điện công suất nhỏ, nhiệt độ thấp với hệ thống phát điện ORC, Kalina (chỉ cần nhiệt độ khoảng 100°C). Với mức này, hầu hết trên khắp lãnh thổ Việt Nam, chỉ cần khoan sâu 2km xuống lòng đất là đã có thể có nguồn nhiệt phù hợp. Thứ hai là khai thác nước nóng địa nhiệt để quy hoạch xây dựng tổ hợp công viên, đô thị nước khoáng nóng - sinh thái phục vụ văn hóa, nghỉ dưỡng, du lịch… đem lại lợi ích kinh tế xã hội, môi trường lớn. Thứ ba, khai thác bằng công nghệ bơm nhiệt đất (GSHP) để điều hòa không khí và tiết kiệm năng lượng đem lại lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường". Với những xu hướng này, nguồn địa nhiệt của Việt Nam hoàn toàn có tiềm năng lớn nếu được đưa vào sử dụng. 2.4. Tác động chung cuả việc khai thác sử dụng nguồn địa nhiệt đến các mặt 2.4.1. Môi trường Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 29 Các dòng nước nóng được bơm lên từ dưới sâu trong lòng đất có thể chứa một vài khí đi cùng với nó như điôxít cacbon CO2 và hydro sunfua H2S. Khi các chất ô nhiễm này thoát ra ngoài môi trường, nó sẽ góp phần vào sự ấm lên toàn cầu, mưa axít, và các mùi độc hại đối với thực vật xung quanh đó. Các nhà máy phát điện địa nhiệt hiện hữu phát thải trung bình 90-150 kg CO2 trên 1MWh điện, và cũng là một phần nhỏ so với các nhà máy phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Một số nhà máy được yêu cầu phải có hệ thống kiểm soát lượng phát thải nhằm làm giảm lượng axít và các chất bay hơi. Bên cạnh các khí hòa tan, nước nóng từ nguồn địa nhiệt có thể chứa các nguyên tố vết nguy hiểm như thủy ngân, arsen và antimon nếu nó được thải vào các con sông có chức năng cung cấp nước uống. Các nhà máy địa nhiệt về mặt lý thuyết có thể bơm các chất này cùng với khí trở lại lòng đất ở dạng cô lập cacbon. Việc xây dựng các nhà máy phát điện có thể ảnh hượng ngược lại đến sự ổn định nền đất của khu vực xung quanh. Đây là mối quan tâm lớn cùng vớihệ thống địa nhiệt nâng cao, ở đây nước được bơm vào trong đá nóng và khô không chứa nước trước đó. Địa nhiệt cũng chiếm một diện tích đất tối thiểu; các nhà máy địa nhiệt hiện hữu sử dụng 1-8 hecta/1MW so với các nhà máy điện hạt nhân là 5-10ha/MW và 19 ha/MW đối với nhà máy điện chạy bằng than. Nhiều nghiên cứu cho thấy , những cột khói thải ra từ nhà máy địa nhiệt chỉ là hơi nước. 2.5. Kinh tế Năng lượng địa nhiệt không cần nhiên liệu và cũng không phụ thuộc vào giá cả nhiên liệu nhưng chi phí đầu tư ban đầu sẽ cao. Chi phí cho một nhà máy điện địa Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 30 nhiệt phải kể đến các chi phí chính như chi phí khoan giếng và thăn dò các nguồn dưới sâu vì chúng chứa đựng nhiều rủi ro về mặt tài chính rất cao. Hiện tại, chi phí xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt và các giếng chiếm khoảng 2-5 triệu € (Euro)/1MW công suất thiết kế, trong khi chi phí vận hành chiếm khoảng 0.04- 0.10€/1kWh. Năng lượng địa nhiệt cũng có những cấp độ khác nhau: các nhà máy địa nhiệt lớn có thể cung cấp năng lượng cho toàn bộ các thành phố trong khi đó các nhà máy nhỏ hơn chỉ có thể cung cấp cho các khu vực nông thôn hoặc một số hộ gia đình. Tập đoàn Chevron là một nhà sản xuất năng lượng địa nhiệt lớn nhất trên thế giới, trong khi đó các công ty Reykjavik Energy Invest thì xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt trên khắc thế giới. Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 31 Chương 3 . Quan điểm về việc giải quyết những vấn đề tồn tại của ngành khai thác , sử dụng năng lượng địa nhiệt 3.1. Tim năng ca ngành năng lng đa nhit trên thế giới Tại thời điểm hiện nay, giá xăng, dầu ngày càng tăng, việc bảo về môi trường cũng được chú trọng hơn, việc triển khai hệ thống khai thác năng lượng địa nhiệt trong lớp vỏ trái đất trở nên hấp dẫn hơn. Trong khi các công nghệ về năng lượng mặt trời, phong điện phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết thì nguồn năng lượng này lại cực kỳ ổn định, có thể cung cấp điện 24/7 với sản lượng cao hơn các nhà máy nhiệt điện. Cơ sở vật chất cho các hệ thống khai thác địa nhiệt cũng rẻ hơn so với phong điện & năng lượng mặt trời, đồng thời nó không gây nguy hiểm cho cuộc sống của các loài động vật hoang dã. Công nghệ này dựa vào việc nước được làm nóng ở sâu dưới lòng đất, tạo ra nguồn hơi nước làm quay tur-bin. Trong khi các nhà máy nhiệt điện xả vào không khí rất nhiều khói làm ô nhiễm môi trường thì chất thải của hệ thống địa nhiệt này chủ yếu là hơi nước. Mỹ là 1 nước có nhiều núi lửa, mạch nước nóng, do vậy nhà máy địa nhiệt là 1 lựa chọn khả thi để sản xuất điện năng. Hiện nay, Mỹ và Ai-len đã lên kế hoạch xây dựng những nhà máy địa nhiệt lớn, xu hướng này đã lan sang Pháp & Đức. Phần lớn những trở ngại trong việc đẩy mạnh khai thác địa nhiệt là ở việc trang bị thêm cơ sở hạ tầng, chi phí sản xuất và việc chế tạo các máy bơm có khả năng xử lý khối lượng nước khổng lồ. Hiện nay chi phí sản xuất điện từ địa nhiệt vào khoảng từ 10 cent đến 1 đô la Mỹ / KW, phụ thuộc vào quy mô & địa hình khu vực khai thác, trong khi đó giá điện từ than đá là 6 cent/KW. Khoảng cách này sẽ ngày càng giảm bớt nhờ vào các chính sách can thiệp của chính phủ. Nếu xem xét đến tác hại của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đến môi trường, các chi phí phải trả cho y tế và khắc phục thiên tai do biến đổi khí hậu thì việc sử dụng điện từ địa nhiệt lại rẻ hơn nhiều. Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 32 -Nhà máy điện địa nhiệt- Trước tiềm năng phát triển mạnh mẽ của khai thác địa nhiệt trong vòng 40 năm tới, Google đã cam kết chi 11 triệu đô la Mỹ cho việc phát triển công nghệ. California và Nevada là nơi có nhiều tiềm năng phát triển nhà máy điện địa nhiệt trong tương lai gần. Lượng nhiệt của Trái Đất vào khoảng 1031 Jun. Lượng nhiệt này trồi lên mặt đất một cách tự nhiên bởi sự truyền nhiệt với tốc độ 45 TW, hay gấp 3 lần lượng nhiệt con người tiêu thụ từ tất cả các nguồn năng lượng nguyên thủy. Tuy nhiên, phần lớn dòng nhiệt này bị khuếch tán do các điều kiện địa lý (trung bình 0.1 W/m2) nên khó thu hồi. Vỏ Trái Đất ứng xử một cách hiệu quả như là một lớp cách ly dày mà các ống dẫn dung dịch (mácma, nước và các dạng khác) có thể xuyên qua để giải phóng nhiệt trong lòng đất. Cùng với lượng nhiệt có nguồn gốc từ dưới sâu trong lòng đất, còn có lượng nhiệt từ năng lượng mặt trời được tích tụ trong lớp đất dày 10 từ mặt đất trong mùa hè, và giải phóng chúng trong mùa đông. Năng lượng theo mùa được dự trữ theo cách này thì rất nhỏ, nhưng tốc độ dòng nhiệt thì rất lớn, dễ tiếp cận hơn, và thậm chí phân bố trên toàn cầu. Bơm nhiệt địa nhiệt có thể tách đủ lượng nhiệt từ nguồn nhiệt nông trên toàn cầu để cung cấp cho việc sưởi vào mùa đông. Sản xuất điện địa nhiệt đòi hỏi các nguồn có nhiệt độ cao mà chỉ có thể khai thác từ dưới sâu. Nhiệt phản được mang lên bề mặt bởi dòng nước tuần hoàn, hoặc từ các ống dẫn mácma, suối nước nóng, dòng tuần hoàn nhiệt dịch, giếng dầu, giếng nước khoan, hoặc kết hợp các cách trên. Dòng tuần hoàn này đôi khi tồn tại một cách tự nhiên trong hầu hết các khu vực có triển vọng, nơi mà vỏ Trái Đất mỏng: các ống dẫn mácma mang nhiệt lên gần bề mặt, và xuất lộ một cách tự nhiên ở các sối nước nóng. Nếu không có suối nước nóng, người ta sẽ khoan một giếng vào tầng chứa nước nóng để lấy nhiệt. Ở xa các ranh giới mảng kiến tạo gradient địa nhiệt vào khoảng 25-30 °C/km sâu trên toàn thế giới, và các giếng phải khoan ở độ sâu hàng km mới có thể lấy được nhiệt độ đủ lớn để phát điện. Số lượng và chất lượng các nguồn có thể thu hồi nhiệt càng tăng khi độ sâu khoan giếng tăng và đặc biệt ở những khu Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 33 vực thuộc rìa của các ranh giới mảng kiến tạo. Đối với những nơi nền đất nóng nhưng khô hoặc áp lực nước yếu, người ta có thể bơm nước vào để kích thích dòng nhiệt dịch. Tại vị trí dự định khai thác, người ta sẽ khoan 2 lỗ khoan, và các đá nằm dưới sâu giữa hai lỗ khoan này sẽ bị làm nứt nẻ bằng phương pháp nổ vỉa (ví dụ như dùng mìn để làm nứt đá) hoặc bơm nước áp lực cao. Nước được bơm xuống từ một lỗ khoan và hơi nước sẽ được thu hồi từ lỗ khoan còn lại. Người ta cũng có thể sử dụng cacbon điôxít lỏng thể thay thế cho vai trò của nước. Phương pháp này được gọi là năng lượng địa nhiệt đá nóng-khô ở châu Âu, hoặc hệ thống địa nhiệt tăng cường ở Bắc Mỹ. Tiềm năng phát điện từ năng lượng địa nhiệt dự tính thay đổi rất lớn từ 35 đến 2000 GW, tùy thuộc vào mức độ đầu tư tài chính cho việc thăm dò và phát triển kỹ thuật này. Số liệu trên không bao gồm lượng nhiệt không dùng để phát điện được thu hồi từ tổ hợp phát điện và nhiệt, các bơm nhiệt địa nhiệt và sử dụng trực tiếp khác. Theo báo cáo năm 2006 của MIT, nếu tính cả việc sử dụng hệ thống địa nhiệt tăng cường thì mức đầu tư ước tính vào khoảng 1 tỷ đôla Mỹ cho việc nghiên cứu và phát triển trong vòng 15 năm và điều này có thể cho phép tăng thêm 100 GW trữ lượng điện cho đến năm 2050 của riêng Hoa Kỳ. Báo cáo MIT cũng tính rằng hơn 200 ZJ có thể chiết tách với khả năng tăng lượng này vượt hơn 2,000 ZJ cùng với các cải tiến công nghệ (đủ để cung cấp cho nhu cầu năng lượng hiện tại trên toàn thế giới trong trong vài thiên niên kỷ. Hiện nay, các giếng địa nhiệt rất hiếm có giếng nào sâu hơn 3km. Ước tính nên ở trên thì tính cả những giếng địa nhiệt có độ sâu đạt khoảng 10 km. Việc khoan giếng đạt đến độ sâu như trên là hoàn toàn có thể thực hiện được trong ngành dầu khí, tuy nhiên chi phí thực hiện thì rất đắt. Ví dụ, Exxon thông báo đã khoan một hố khoan đạt đến độ sâu 11 kilômét (7 mi) ở mỏ Chayvo,Sakhalin và giếng 12 km ở bán đảo Kola .Các giếng được khoan đến độ sâu lớn hơn 4 kilômét (2 mi) nhìn chung có chi phí khoan khoảng 10 triệu đôla Mỹ.[cần dẫn nguồn] Những thách thức về mặc công nghệ là khoan các giếng có đường kính lớn với chi phí thấp và phá nhiều đá hơn. Điện địa nhiệt được xem là bền vữngvì sự tách nhiệt chỉ là một phần nhỏ so với lượng nhiệt của Trái Đất, nhưng việc chiết tách này cũng phải được theo dõi để tránh sự suy giảm nhiệt khu vực. Mặc dù, các địa điểm có tiềm năng địa nhiệt có thể cung cấp nhiệt trong vài thập kỷ, nhưng các giếng riêng lẻ có thể nguội đi hoặc cạn nước. Ba vị trí khai thác địa nhiệt trước đây ở Larderello, Wairakei, và Geysers đều giảm về sản lượng so với thời kỳ đạt đỉnh điểm của nó. Có một điều chưa được làm rõ là liệu các nhà máy tại đây chiết tách nhiệt nhanh hơn lượng nhiệt được cung cấp từ dưới sâu hay không, hoặc các tầng chứa nước cung cấp cho chúng đang bị cạn kiệt. Nếu sản lượng giảm, và nước được bơm trở lại, về mặc lý thuyết thì các giếng này có thể hồi phục lại tiềm năng như trước kia. Các kịch bản này cũng đã được triển khai ở một vài vị trí. Sản lượng khai thác năng lượng địa nhiệt bền vững lâu dài đã được chứng minh tại vỉa Lardarello ở Ý từ năm 1913, vỉa Wairakei, New Zealand từ năm 1958, và vỉa Geysers, California từ năm 1960. 3.2. C hi đ phát trin ngành năng lng đa nhit Nước ta là một quốc gia có hàng trăm điểm nước khoáng đã được phát hiện, trong số này hơn một nửa là những suối nước nóng. Chúng tập trung ở vùng Tây Bắc và vùng Nam Trung bộ. Có 72 nguồn nước có nhiệt độ khoảng 41-600C, 36 nguồn Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 34 nước có nhiệt độ 61-1000C và 64 nguồn nước có nhiệt độ 30-400C. Tập đoàn Kỹ nghệ Essential Innovation (Canada) đã đến Việt Nam tổ chức Hội thảo nhằm giới thiệu công nghệ địa nhiệt và công bố Côg ty tư vấn Dịch vụ đầu tư và Công nghệ môi trường Tiến Thịnh là nhà chuyển giao công nghệ tại nước ta. Tập đoàn Ormat của Mỹ- chuyên xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt trên kháp thế giới, cũng đã đến Việt Nam và xin giấy phép đầu tư xây dựng 5 nhà máy điện địa nhiệt tại Lệ Thủy (Quảng Bình), Mộ Đức (Quảng Ngãi), Nghĩa Thắng (Quảng Ngãi), Hội Vân (Bình Định) và Tu Bông (Khánh Hòa). Tổng công suất các nhà máy điện địa nhiệt này dự kiến lên đến 150-200 MW. Sở dĩ các nhà máy này chưa khởi công được mặc dầu vốn đầu tư từ nước ngoài chấp nhận bỏ vốn 100% chính là vì giá mua điện của EVN chỉ giới hạn có 4 cent US/kWh (www.hanoimoi.com.vn) . Chính phủ ta cũng đã có định hướng xây dựng nhà máy điện địa nhiệt 20-25MW tại xã Cát Hiệp huyện Phù Cát (cách Quy Nhơn 35km về phía Bắc). 3.3. Đánh giá đối với Việt Nam Năng lượng địa nhiệt được coi là nguồn năng lượng tái tạo và năng lượng “ xanh” , tuy nhiên cũng có một vài tác động môi trường phải xem xét và thường được giảm nhẹ : phát thải các khí độc hại , ô nhiễm tiếng ồn , việc sử dụng và chất lượng của nước , sử dụng đất và sự tác động tới hiện tượng tự nhiên , động vật hoang dã và thực vật . + Ưu điểm : - Đây là nguồn năng lượng sạch , thân thiện với môi trường . - Hoạt động liên tục suốt ngày đêm . - Không phụ thuộc vào yếu tố khí hậu như năng lượng mặt trời , gió , sóng biển ... - Nguồn năng lượng địa nhiệt ttrong lòng đất vô cùng vô tận , nhà máy điiện địa nhiệt hoạt động bền vững lâu dài . - Xây dựng nhà máy điện địa nhiệt tốn rất ít diện tích . + Nhược điểm : - Chi phí xây dựng nhà máy điện khá cao . - Việc phát triển nguồn năng lượng địa nhiệt lại gặp một thách thức lớn là đòi hỏi phải có những công nghệ hiện đại cùng với nguồn vốn đầu tư là rất lớn. Do phải khoan rất sâu vào lòng đất nên gây ra những rủi ro tài chính rất cao, ước tính có thể lên tới 2,5 triệu euro cho 1MW công suất theo thiết kế. Bên cạnh đó còn có những rủi ro khác về môi trường như đưa khí độc, chất độc lên mặt đất, tạo biến dạng địa chất. Đặc biệt, kỹ thuật xử lý địa chất cũng rất là phức tạp vì phải tìm kiếm đúng vùng tập trung địa nhiệt thì việc khai thác địa nhiệt mới hiệu quả . - Những kĩ thuật địa chất phưc tạp để tìm kiếm nhiệt lương . 3.4. Hướng phát triển trong tương lai và quan điểm bản thân về triển vọng Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 35 ngành năng lượng địa nhiệt . 3.4.1. Mục tiêu để ra cho việc phát triển địa nhiệt ở Việt Nam Đáp ứng nhu cầu năng lượng cho tăng trưởng kinh tế và tăng dân số trong những thập niên tới, hạn chế khí phát thải gây hiệu ứng nhà kính làm thay đổi khí hậu toàn cầu là một thách thức lớn của các quốc gia trên thế giới. Do đó vấn đề tìm kiếm nguồn năng lượng sạch tái tạo là nhiệm vụ cấp thiết của cộng đồng quốc tế. Năng lượng tái tạo như gió, mặt trời, biogas, địa nhiệt, thủy triều,… đã và đang được tích cực triển khai. Nguồn năng lượng địa nhiệt có ưu việt là chiếm ít diện tích, ít khí thải nhất, hiệu suất (80 -90%) và tuổi thọ hoạt động cao nhất. Khó khăn chính trong phát triển nguồn năng lượng này là sự phân bố nguồn (bồn) địa nhiệt ẩn sâu dưới lòng đất, tương tự mỏ dầu khí, nên đầu tư ban đầu cho tìm kiếm thăm dò cao, đòi hỏi quy trình kỹ thuật phức tạp, khó khăn hơn so với các nguồn năng lượng tái tạo khác. 3.4.2. Hướng phát triển trong tương lai đối với ngành địa nhiệt ở Việt Nam - Với tiềm năng vô cùng dồi dào về năng lượng địa nhiệt . Việt Nam nên chú trọng nghiên cứu và đưa vào sử dụng nguồn năng lượng địa nhiệt .Giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng như hiện nay - Việc đưa vào sử dụng nguồn năng lương địa nhiệt sẽ giải quyết được vấn đề về điện lưới ở các vùng nông thôn , hẻo lánh. - Đồng thời cung giải quyết được các vấn đề về môi trường do khí thải hay các biến động về môi trường của các nguồn năng lượng - Các nhà khoa học đang kiến nghị Nhà nước ta cần đầu tư nhiều hơn cho việc điều tra tài nguyên địa nhiệt và việc sản xuất , lắp đặt các mô hình điều hòa không khí bằng địa nhiệt (HĐKĐ) bên cạnh việc kêu gọi các công ty nước ngoài xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt với các điều kiện ưu tiên về giá bán điện Kết luận Có thể khăng định rằng việc phát triển năng lượng địa nhiệt vô cùng đúng đắn vì : 1 . Đây là dạng năng lương sạch tất cả các dạng năng lượng thay thế đều thải ra môi trường một lượng chất còn lại theo cách trực tiếp hay gián tiếp. Địa nhiệt là một giải pháp đơn giản và toàn diện. Nguồn địa nhiệt vô hạn trong lòng đất và ít ô nhiễm Năng lượng địa nhiệt tự nó sản sinh, không đốt cháy như những nhiên liệu hoá thạch như than đá, dầu khí 2 . Tác động đến môi trường địa phương Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 36 Nhà máy điện địa nhiệt gần như không phát ra tiếng ồn. Tiếng ồn của nhà nhà máy này phát ra từ quạt làm mát chỉ tương đương với tiêng của lá cây cọ vào nhau. 3. Là nguồn năng lượng đáng tin câỵ Nhà máy địa nhiệt sử dụng nhiên liệu là nguồn địa nhiệt trực tiếp lấy lên từ lòng đất. Nguồn này rất dồi dào và liên tục. Nếu như turbine gió cần có gió để vận hành hoặc khi gió quá to không an toàn để hoạt động còn nguồn địa nhiệt lại ổn định. Mỗi nhà máy xây dựng trên một vùng địa nhiệt có thể vận hành liên tục trong 100 năm 4. Không làm ảnh hưởng đến nguồn nước tự nhiên Năng lượng nước đã được sử dụng từ trên 2000 năm. 7% điện của nước mỹ được sản xuất từ thuỷ điện. Tuy nhiên, để sử dụng được nước để làm thuỷ điện cần phải xây dựng các đập, điều chỉnh dòng chảy của sông. Đối với địa nhiệt, nước nóng được hút lên trên mặt đất và sau đó được bơm ngược trở lại vào lòng đất. Ngoài ra các giếng được xây dựng cũng có tác dụng ngăn chặn sự dò rỉ nước. Nước để sản xuất địa nhiệt ít gây hại đến các sinh vật, con người và môi trường địa phương. 5 . Có tiềm năng lớn Năng lượng địa nhiệt đã nhanh chóng trở thành nguồn năng lượng Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà Trang 37 Tài liệu tham khảo Đồ án có tham khảo qua một số sách và tư liệu sau: 1 .Bài viết “Địa nhiệt-nguồn năng lượng vô tận” – GS TS Nguyễn Lân Dũng 2 . Giáo trình Cơ sở năng lượng mới và tái tạo – Đặng Đinh Thống , Lê Danh Liên Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật . 3 . Webside EVN : 4 . Webside Union of Concerned Scientists : energy/how-geothermal-energy- works.html#How_Geothermal_Energy_Is_Captured 5 Website %BB%8Ba_nhi%E1%BB%87t 6 Reasons to Use Geothermal Energy - By Joanna Burgess (Discovery TV)