Tổng quan về năng lượng địa nhiệt

Giới thiệu Năng lượng địa nhiệt, dạng nhiệt năng tự nhiên ở sâu trong lòng trái đất, phát sinh từ nguồn nhiệt sơ khai trong lòng trái đất, từ nhiệt ma sát do các phiến lục địa trượt lên nhau, và từ sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ tồn tại tự nhiên với 1 lượng nhỏ trong đá. Qua hàng nghìn năm, con người đã biết khai thác lợi ích từ các dòng suối nóng và các hố phun hơi nước, bằng cách sử dụng chúng cho mục đích tắm, nấu ăn và sưởi ấm. Trong thế...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng quan về năng lượng địa nhiệt Tổng quan về năng lượng địa nhiệtGiới thiệuNăng lượng địa nhiệt, dạng nhiệt năng tự nhiên ở sâu trong lòng trái đất,phát sinh từ nguồn nhiệt sơ khai trong lòng trái đất, từ nhiệt ma sát do cácphiến lục địa trượt lên nhau, và từ sự phân rã của các nguyên tố phóng xạtồn tại tự nhiên với 1 lượng nhỏ trong đá.Qua hàng nghìn năm, con người đã biết khai thác lợi ích từ các dòng suốinóng và các hố phun hơi nước, bằng cách sử dụng chúng cho mục đích tắm,nấu ăn và sưởi ấm. Trong thế kỷ 20, các tiến bộ công nghệ đã làm cho việckhai thác và sử dụng năng lượng địa nhiệt trở thành khả thi và kinh tế, baogồm các hoạt động xác định và khoan sâu vào các bể thủy nhiệt, dẫn hơinước hoặc nước nóng lên mặt đất, và sử dụng nhiệt trực tiếp (s ưởi ấm, nuôitrồng thủy sản, các quá trình công nghiệp) hoặc để phát điện.Lượng năng lượng địa nhiệt là rất lớn. Các nhà khoa học ước tính chỉ cần 1phần trăm lượng nhiệt chứa trong lớp 10 km phía trên vỏ trái đất đã tươngđương với 500 lần năng lượng mà các nguồn dầu, khí của trái đất mang lại.Sản xuất điện thương mại từ các bồn hơi nước địa nhiệt đã được thực hiệncách đây trên 40 năm tại California và Italy. Tuy nhiên, các bồn hơi nướckhông nhiều và hầu như đã được khai thác hết, ít nhất cũng tại các nước pháttriển. Một tỷ lệ lớn hơn năng lượng địa nhiệt tại các nước phát triển cũngnhư các nước đang phát triển tồn tại ở dạng các nguồn địa nhiệt nước nóng,hoặc nguồn thủy nhiệt trong đó phần lỏng chiếm ưu thế.Một lượng lớn các nhà máy điện dạng thủy nhiệt đã được xây dựng và đưavào vận hành ở cả các nước phát triển và đang phát triển. Một số nhà máy sửdụng công nghệ nhà máy điện phân tách hơi nước và chu trình hơi nướctruyền thống, số khác sử dụng chu trình nhị nguyên trong đó dùng các môichất làm việc có nhiệt độ bay hơi thấp hơn nước. Tính hấp dẫn về mặtthương mại phụ thuộc nhiều vào chất lượng của nguồn thủy nhiệt: nhiệt độnước nóng, sự thẩm thấu của nền đá, thành phần hóa học của nước nóng, vàđộ sâu cần thiết của giếng khoan. Để xác định chất lượng này, cần phảikhoan các giếng khoan. Do không thể xác định chắc chắn chất lượng nàytrước khi khoan nên việc định vị các nguồn địa nhiệt phù hợp tiềm ẩn mộtrủi ro thương mại lớn.Một phương pháp khác khai thác điện từ địa nhiệt đang trong giai đoạnnghiên cứu. Phương pháp này liên quan đến việc khoan các giếng khoan sâu(từ 1 đến 5 km) để chạm đến tầng đá khô nóng (HDR), ở đó gần với vị trícủa magma hoặc các thể nóng khác từ tầng nóng chảy của Trái đất chảy đếnthường gần với bề mặt. Ở đây, thuật ngữ đá khô ngụ ý rằng không cónguồn nước tự nhiên nào xuất hiện cùng với đá nóng, khác với trường hợpcủa nguồn địa nhiệt dạng thủy nhiệt. Nước từ một nguồn bề mặt sẽ đượcbơm vào bồn địa nhiệt, được gia nhiệt, được sử dụng trong một chu trình hơinước hoặc chu trình nhị nguyên, và được bơm ngược trở lại với mục đích táituần hoàn. Nếu thành công, phương pháp này sẽ tạo ra khả năng khai thácmột nguồn địa nhiệt rất lớn so với các nguồn địa nhiệt hiện tại. Tuy nhiên,các yếu tố bất định và rủi ro về kỹ thuật rất lớn, do đó ngày nay tiềm năngthương mại của phương pháp này không thể ước đoán chính xác.Vào năm 2000, khoảng 8000 MW công suất điện địa nhiệt được phát ở hơn20 nước, dẫn đầu là Hoa Kỳ, Phi lip pin, Italy, Mexico và Indonesia (xemBảng 1 dưới đây). Con số này chiếm 0,25% công suất phát điện đã được lắpđặt trên toàn thế giới. Ở Hoa Kỳ, công suất điện địa nhiệt là 2228 MW,chiếm xấp xỉ 10% công suất điện phát từ các nguồn năng lượng tái tạo(không kể thủy điện) vào năm 2001. Công suất này sẽ đáp ứng được nhu cầuđiện cho khoảng 1,7 triệu hộ gia đình ở Hoa Kỳ.Phân loại các nguồn địa nhiệtCác nguồn thủy nhiệt là các nguồn hiện tại đang được khai thác cho mụcđích phát điện địa nhiệt thương mại. Các nguồn này tương đối nông (từ mộtvài trăm mét tới khoảng 3000m). Chúng có chứa nước nóng, hơi nước hoặchỗn hợp cả 2 loại. Chúng có tính thẩm thấu, nghĩa là dòng chất lỏng có thểchảy từ phần này tới các phần khác của bồn chứa, và chảy vào cũng như đira từ các giếng khoan sâu vào trong bồn chứa. Trong các bồn chứa thủynhiệt, nước đi xuống một độ sâu nhất định trong lớp vỏ trái đất, được gianhiệt và nổi lên trên đến khi nó bị giữ lại bên trong các lớp vỉa không thẩmthấu được, tạo thành một bồn chứa, hoặc nổi lên trên bề mặt dưới dạng cácdòng suối nước nóng hoặc phun thành dòng hơi. Nước di chuyển bằng đốilưu một lượng nhiệt đáng kể từ sâu trong lòng đất ra gần sát bề mặt trái đất.Các nguồn HDR (dạng đá khô nóng) là nguồn đá ở khá sâu trong lòng đất,chúng chứa rất ít hoặc không có hơi hoặc nước, và không có tính thẩm thấu.Chúng tồn tại ở nơi mà gradient địa nhiệt lớn hơn nhiều so với mức trungbình (>50 oC/km). Nhiệt độ của đá đạt tới giá trị hữu hiệu về mặt thươngmại ở độ sâu khoảng 4000m hoặc lớn hơn. Để khai thác nguồn HDR, phảitạo ra một bể thẩm thấu bằng cách làm rạn nứt bằng thủy lực, và nước từtrên bề mặt phải được b ...