Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3

Ngày nay vấn đề năng lượng đã và đang ngày càng được chú trọng ở Việt
Nam. Trên các phương tiện thông tin đại chúng hằng ngày, chúng ta dễ dàng bắt
 !"#$
1
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
gặp những hình ảnh, thông tin về việc sử dụng quá mức nguồn năng lượng hóa
thạch, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng
đang nỗ lực để tìm ra những nguồn năng lượng mới sạch hơn và có khả năng cung
cấp năng lượng cho các hoạt động của con người trong thời gian dài. Năng lượng
địa nhiệt là một trong số đó.
Năng lượng địa nhiệt là một nguồn năng lượng khổng lồ và gần như vô tận
của con người. Tuy nhiên trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, năng
lượng địa nhiệt chưa được chú trọng khai thác một cách đúng mức. Với mong muốn
 !"#$
2
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
tìm hiểu sâu sắc hơn và có hệ thống những vấn đề về sản xuất điện từ năng lượng
địa nhiệt, nhóm 3 chúng em đã tiến hành làm bài tiểu luận này để tìm hiểu kỹ hơn
vấn để đã nêu trên. Bài tiểu luận có bố cục gồm 4 phần:
I. Tổng quan về năng lượng địa nhiệt
II. Các nguồn địa nhiệt
III. Các phương pháp sử dụng năng lượng địa nhiệt
IV. Nguyên lý sản xuất điện trong các nhà máy điện địa nhiệt:
V. Ảnh hưởng của việc sản xuất điện địa nhiệt
 !"#$
3
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
VI. Tình hình sản xuất điện địa nhiệt
Mặc dù đã cố gắng, song do hạn chế về trình độ, thời gian cũng như việc tiếp

cận nguồn tư liệu nên bài tiểu luận không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong
nhận được sự phê bình, đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo. Đặc biệt chúng em xin
chân thành cảm ơn TS Đỗ Khắc Uẩn đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn, giúp đỡ chúng
em hoàn thành bài tiểu luận này.
 !"#$
4
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
%&'()*!"#
Năng lượng mặt trời, điện, gió, sóng biển, biogas hay năng lượng địa nhiệt là những
nguồn năng lượng sạch- nghĩa là không có chất thải hoặc có chất thải nhưng không gây
ô nhiêm bầu không khí và ô nhiễm nguồn nước hoặc không ảnh hưởng đến môi trường
sống của con người và hệ sinh thái.
Năng lượng địa nhiệt không chỉ là nguồn năng lượng sạch, nó là dạng năng lượng
tồn tại trong lòng đất ở dưới dạng nhiệt năng. Năng lượng này tập trung ở khoảng vài
 !"#$
5
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
km dưới bề mặt Trái Đất, phần trên cùng của vỏ Trái Đất. Cùng với sự tăng nhiệt độ khi
đi sâu vào vỏ trái đất, nguồn nhiệt lượng liên tục từ lòng đất này được ước đoán tương
đương với một khoảng năng lượng cỡ 42 triệu MW. Lòng đất thì vẫn tiếp tục nóng lên
hằng tỉ năm nữa, đảm bảo một nguồn nhiệt năng gần như là vô tận. Chính vì vậy Địa
Nhiệt được liệt vào dạng năng lượng tái tạo- là năng lượng từ những nguồn liên tục mà
theo chuẩn mực của con người là vô hạn.
+, )*!"#
 !"#$
6
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
• Năng lượng địa nhiệt được tạo ra do các quá trình phản ứng phóng xạ hạt nhân
của các nguyên tố phóng xạ nặng có trong lòng của Trái Đất như Thori (Th),
protactini (Pa), Urani (U),… Đây là nguồn nhiệt chính.

• Dưới tác động của quá trình kiến tạo mảng, vỏ Trái Đất phân ra thành 12 mảng
lớn và được tái tạo hàng triệu năm. Các mảng này di chuyển và va chạm lẫn nhau
tạo nên các trũng đại dương và gây ra động đất. Đây chính là nơi vỏ Trái Đất trở
nên yếu hơn bình thường, cho phép vật chất nóng từ trong lòng đất dịch chuyển
lên mặt. Ở độ sâu lớn tại đới hội tụ, ngay bên dưới mảng sụp chì nhiệt độ tăng đủ
 !"#$
7
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
cao đến nung chảy đất đá và tạo magma, chúng di chuyển lên trên vỏ trái đất và
mang theo nhiệt lượng cùng với nó. Đôi khi magma di chuyển lên tới bề mặt trái
đất thông qua các điểm yếu của vỏ trái đất và phun trào lava tại các miệng núi
lửa. Tuy nhiên, đa phần magma được giữ lại trong vỏ trái đất và nung nóng đất đá
và các khối nước ngầm. Một phần khối nước nóng này có thể di chuyển lên mặt đất
thông qua các đới đứt gãy hoặc khe rạn nứt hình thành các suối nước nóng. Một
khi khối nước nóng và hơi nước này bị “bẫy” do khối đất đá không thấm ở phía
bên trên và được giữ lại trong khối đất đá thấm, bồn trũng địa nhiệt được hình
 !"#$
8
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
thành. Các bồn trũng này chính là nguồn địa nhiệt có thể có được dùng trực tiếp
hoặc để sản xuất điện.
 !"#$
9
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
 !"#$
10
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
Hình I.2: Các mảng lục địa trên Trái Đất
• Nhiệt năng cũng có thể tích tụ dần thông qua sự hấp thụ năng lượng mặt trời của
lớp vỏ Trái Đất.

• Nguồn địa nhiệt liên quan mật thiết đến cấu trúc nhiệt độ của trái đất (hình 1) và
chu trình đối lưu nhiệt trong lòng trái đất. Các kết quả nghiên cứu đã xác định
được sự phân bố nhiệt trong Trái Đất : ở nhân trong nhiệt độ đạt tới 4200
0
C, nhân
ngoài (bán kính 3470 km) đạt -2760
0
C, phần dưới Manti (độ sâu 80 km dưới đại
dương, 200 km dưới lục địa) đạt 930
0
C, ở đáy vỏ Trái Đất đạt 300
0
C. Phân bố nhiệt
 !"#$
11
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
trong vỏ Trái Đất được đặc trưng bởi tham số gradient nhiệt chỉ thị mức tăng
nhiệt độ theo chiều sâu, với giá trị trung bình là 2,5-3
0
C/100m. Tuy nhiên giá trị
này thay đổi phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo địa chất và hoạt động kiến tạo. Ngoài
ra, một tham số quan trọng khác chỉ thị lượng nhiệt thoát ra từ lòng đất được gọi
là dòng nhiệt. Giá trị dòng nhiệt trung bình đạt 65mW/m
2
trên lục địa và đạt 101
mW/m
2
ở dưới đại dương. Một phần trong tổng khối nhiệt lượng khổng lồ trong
lòng trái đất này bắt nguồn từ quá trình hình thành hành tinh trong khoảng 4,5 tỷ
năm trước ( Trái đất hình thành từ một khối vật chất cực nóng, nguội dần từ

 !"#$
12
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
trong ra ngoài qua quá trình quay quanh trục) và phần còn lại là kết quả của quá
trình phân ra của các nguyên tố phóng xạ tồn tại trong lõi Trái Đất. Theo nguyên lí
tuần hoàn nhiệt lượng từ nơi có nhiệt độ cao xuống nơi có nhiệt độ thấp, dòng
nhiệt di chuyển từ trong lõi ra ngoài vỏ với tố độ chậm khoảng vài cm/năm.trái
đất chứa một nguồn năng lượng địa nhiệt khổng lồ với tổng dòng nhiệt được
đánh giá là 4210
12
W.
 !"#$
13
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
 !"#$
14
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
Hình I.2: Sự phân bố nhiệt và cấu trúc Trái Đất
• Năng lượng địa nhiệt có ưu việt hơn so với các dạng năng lượng khác là khả năng
tái tạo, có thể sử dụng linh hoạt : các nguồn nhiệt độ cao cho phát điện và sử dụng
trực tiếp nguồn nước nóng; nguồn nhiệt độ thấp cho một số nhu cầu sử dụng trực
tiếp để điều hòa nhiệt độ, tuổi thọ thiết bị dài và có ảnh hưởng xấu đến môi trường
ít nhất. Công suất khai thác sử dụng địa nhiệt trên thế giới tính đến năm 2000 cho
 !"#$
15
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
việc phát điện là 8402 MW và sử dụng trực tiếp là 15145 MW. So với các các dạng
năng lượng tái tạo khác thì nguồn năng lượng điạ nhiệt không phụ thuộc vào các
yếu tố thời tiết và khí hậu do đó địa nhiệt có hệ số công suất rất cao, nguồn địa
nhiệt luôn sẵn sàng.

%%/.,!"#
+,#01"#
 !"#$
16
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
Là nguồn nước nóng, hơi nước hay hỗn hợp của chúng. Các nguồn này tương đối
nông (từ một vài trăm mét tới 3000m). Khi nước đi xuống một độ sâu nhất định trong vỏ
Trái Đất, được gia nhiệt và nổi lên trên đến khi nó bị giữ lại bởi 1 lớp đá đặc khít và
không thẩm thấu tạo thành một bồn chứa, hoặc nổi lên trên bề mặt dưới dạng các dòng
suối nước nóng, hoặc phun thành dòng hơi. Nước di chuyển bằng đối lưu một lượng
nhiệt đáng kể từ sâu trong lòng đất ra sát bề mặt trái đất.
 !"#$
17
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
 !"#$
18
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
Hình II.1: Sự hình thành của nguồn thủy nhiệt
Nguồn thủy nhiệt được phân thành 2 nguồn:
- Nguồn hơi khô (thành phần hơi chiếm ưu thế): nguồn này rất hiếm.
- Nguồn nước nóng:
+ Các nguồn có nhiệt độ cao (>200
o
C).
+ Các nguồn có nhiệt độ trung bình (từ 100
o
C đến 200
o
C).
+ Các nguồn có nhiệt độ thấp (<100

o
C).
 !"#$
19
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
Tuy nhiên, chỉ có các nguồn có nhiệt độ cao và trung bình là có giá trị khai thác để
sản xuất điện.
Nguồn thủy nhiệt dễ khai thác, sử dụng nhưng chỉ có thể xây dựng được các nhà
máy phát điện với công suất nhỏ do nhiệt độ thấp.
2+,/3
 !"#$
20
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
Là các nguồn đá khá sâu trong lòng đất, có nhiệt độ cao từ 90
o
C đến 650
o
C, chúng
không có hoặc chỉ chứa một ít nước nóng và không có tính thẩm thấu. Chúng tồn tại ở
nơi mà gradient địa nhiệt lớn hơn nhiều so với mức trung bình (>50
o
C/km). Nhiệt độ của
đá đạt tới giá trị hữu hiệu về sản xuất điện ở độ sâu khoảng 4000m hoặc lớn hơn. Để
khai thác nguồn địa nhiệt này người ta khoan sâu đến tầng đá tạo các nứt gãy nhân tạo,
sau đó nước từ trên bề mặt được bơm qua các tầng đá đã bị làm nứt gãy để lấy nhiệt.
 !"#$
21
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
Các nguồn đá nóng lớn hơn nhiều (từ 3170000 EJ đến 17940000 EJ ở Hoa Kỳ) so với
các nguồn thủy nhiệt (từ 1060 EJ đến 5300 EJ). So sánh số liệu ở Hoa Kỳ cho thấy, năm

1995 Hoa Kỳ sử dụng 95 EJ năng lượng sơ cấp. Các nguồn địa nhiệt dạng thủy nhiệt có
thể cung cấp lượng năng lượng đó trong khoảng 10 đến 50 năm. Nhưng các nguồn đá
nóng có thể cung cấp cũng lượng đó trong khoảng 30.000 đến 500.000 năm. Tuy các
nguồn đá nóng có giá trị khai thác lớn hơn rất nhiều so với nguồn thủy nhiệt nhưng lại
không được sử dụng nhiều bởi vì chi phí khoan giếng tăng theo hàm mũ với độ sâu
giếng, và do các nguồn đá nóng sâu hơn nhiều so với các nguồn thủy nhiệt, nên việc phát
 !"#$
22
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
triển chúng cần chi phí đắt hơn rất nhiều. Tuy nhiên, mặc dù tính khả thi về mặt kỹ thuật
để tạo ra các bồn địa nhiệt đá nóng đã được chứng minh bằng các công trình trình diễn
tại Hoa Kỳ, Châu Âu, Nhật Bản, nhưng các yếu tố bất định trong vận hành liên quan tới
trở lực (trở lực của bồn chứa liên quan tới dòng chảy), sự giảm nhiệt lượng theo thời
gian, và tổn thất nước đã làm cho việc sản xuất điện có tính rủi ro cao.
4+,)*!"##5./.678#9:
 !"#$
23
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
Năng lượng địa nhiệt ở các lỗ hổng núi lửa đang hoạt động có nhiều trên thế giới.
Núi lửa được phân bố ở quanh Thái Bình Dương; Indonesia, Nhật Bản, Mỹ là ba nước có
nhiều núi lửa hoạt động nhất.
 !"#$
24
Tiểu luận: Ứng dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện Nhóm 3
 !"#$
25