Năng lượng địa nhiệt nguồn năng lượng sạch nguồn năng lượng vô tận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KINH TẾ & QUẢN LÝ


BÀI TẬP LỚN
MÔN CƠ SỞ KINH TẾ NĂNG
LƯỢNG

TÊN ĐỀ TÀI
NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT-
NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH-
NGUỒN NĂNG LƯỢNG VÔ TẬN


Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hải Thanh - 20106217
Nguyễn Việt Khôi - 20106256
Nguyễn Thị Lan Anh - 20106154
Nguyễn Thị Thủy Anh - 20106155
Nguyễn Thị Hương Vân - 20106224
Nghiêm Đình Long - 20106195

Giáo viên hướng dẫn: T/s Phạm Thu Hà


HÀ NỘI 11-2012
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang
2

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI


Chương I . Các vấn đề lý thuyết về năng lượng địa nhiệt
 Giới thiệu chung về năng lượng địa nhiệt
 Phân loại các nguồn năng lương địa nhiệt
 Phân loại các nhà máy sản xuất năng lượng địa nhiệt

Chương II . Thực trạng việc ứng dụng năng lượng địa nhiệt trên thực tế
 Sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng địa nhiệt.
 Năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện.
 Nguồn năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam .
 Tác động chung cuả nguồn địa nhiệt đến các mặt mội trường ,
văn hóa , xã hội …
Chương III . Quan điểm về việc giải quyết những vấn đề tồn tại của ngành
khai thác , sử dụng năng lượng địa nhiệt
 Tiềm năng của ngành năng lượng địa nhiệt .
 Cơ hội để phát triển ngành năng lượng địa nhiệt .
 Hướng phát triển trong tương lai và quan điểm bản thân về triển
vọng ngành năng lượng địa nhiệt .
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang
3

Mục Lục
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI _____________________________________________ 2
Lời nói đầu _____________________________________________________________ 4
Chương 1. Các vấn đề lý thuyết về Năng lượng địa nhiệt _________________________ 5
1.1. Giới thiệu chung về năng lượng địa nhiệt ____________________________________ 5

1.2. Phân loại các nguồn năng lương địa nhiệt ___________________________________ 9
1.3. Phân loại các nhà máy sản xuất năng lượng địa nhiệt _________________________ 10
Chương 2 . Thực trạng việc ứng dụng năng lượng địa nhiệt trên thực tế ____________ 15
2.1. Sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng địa nhiệt _______________________________ 15
2.2. Năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện ___________________________________ 17
2.3. Hiện trạng phát triển ngành năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam ________________ 26
2.4. Tác động chung cuả việc khai thác sử dụng nguồn địa nhiệt đến các mặt ________ 28
2.5. Kinh tế _______________________________________________________________ 29
Chương 3 . Quan điểm về việc giải quyết những vấn đề tồn tại của ngành khai thác , sử
dụng năng lượng địa nhiệt ________________________________________________ 31
3.1. Những lý do nên phát triển năng lượng địa nhiệt ______ Error! Bookmark not defined.
3.2. Tiềm năng của ngành năng lượng địa nhiệt trên thế giới ______________________ 31
3.3. Cơ hội để phát triển ngành năng lượng địa nhiệt ____________________________ 33
3.4. Đánh giá đối với Việt Nam _______________________________________________ 34
Kết luận ______________________________________________________________ 35
Tài liệu tham khảo ______________________________________________________ 37

Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang
4

Lời nói đầu
Vào năm 1878, với chiếc bóng đèn điện đầu tiên Thomas Edison đã đưa loài
người tiến vào thời đại điện khí hóa. Nhờ có dòng điện thế giới đã có những bước tiến
vượt bậc để đi đến kỷ nguyên phát triển như ngày hôm nay .Song từ những năm cuối
thế kỷ 20, các nguồn năng lượng cổ điển dùng trong đời sống và sản xuất như than đá,
dầu mỏ, khí thiên nhiên,và thủy triều đang dần cạn .
Nhận thức được điều này , ngày nay, bên cạnh việc tiếp tục phát triển những
nguồn năng lượng cổ điển nhiều quốc gia trên thế giới đã và đang tiến hành nghiên cứu
và đưa vào sử dụng các nguồn năng lượng mới , còn gọi là năng lượng tái sinh hay

năng lượng tái tạo (renewable source of energy - RSE) . Chúng bao gồm : Năng lượng
mặt trời, năng lượng gió, khí sinh học,năng lượng thủy triều… Ngoài ra sẽ thật thiếu
sót nếu ko nhắc tới 1 loại năng lượng nằm ngay dưới chân chùn ta : Năng lượng địa
nhiệt .
Năng lượng địa nhiệt tuy không được ứng dụng phổ biến như Năng lượng mặt
trời, năng lượng gió … song theo các nhà khoa học, năng lượng địa nhiệt là một nguồn
năng lượng sạch, thân thiện và gần như vô tận, có thể đáp ứng cao hơn gấp 250.000 lần
nhu cầu hàng năm của thế giới, tác động gần như bằng không đối với khí hậu hay môi
trường.
Với đề tài này chúng em mong muốn đưa đến cho cô và các bạn những nhận định
đúng đắn về “Năng lượng địa nhiệt” cùng những ứng dụng to lớn của nó đến các mặt
của đời sống , sản xuất. Song bên cạnh đó vì thời gian có hạn nên đề tài này của chúng
em còn chứa đựng rất nhiều hạn chế mà chúng em chưa có thời gian khắc phục.
Báo cáo đồ án gồm 3 chương :
Chương I . Các vấn đề lý thuyết về Năng lượng địa nhiệt
Chương II . Thực trạng việc ứng dụng năng lượng địa nhiệt trên
Chương III . Quan điểm về việc giải quyết những vấn đề tồn tại của ngành khai
thác , sử dụng năng lượng địa nhiệt
Do kiến thức còn hạn chế nên đề tài chắc không tránh khỏi các thiếu sót. Vì vậy,
em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của cô cùng tất cả các bạn để có thể từng
bước xây dựng đề tài ngày càng hoàn thiện và hiệu quả hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang
5

Chương 1. Các vấn đề lý thuyết về Năng lượng địa nhiệt
1.1. Giới thiệu chung về năng lượng địa nhiệt

1.1.1. Năng lượng địa nhiệt là gì ?

Năng lượng địa nhiệt là dạng năng lượng tồn tại trong lòng đất ở dưới dạng nhiệt
năng . 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.
+ 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 Qủa Đất như thori ( Th ) ,
protactini (Pa) , urani (U) , … . Đây là nguồn nhiệt chính .
+ Nhiệt năng cũng có thể tích tụ dần thông qua sự hấp thụ năng lượng mặt trời
của lớp vỏ trái đất .
+ Năng lượng địa nhiệt còn được tạo ra do ma sát khi hai mảnh vỏ Qủa Đất dịch
chuyển mà một mảnh chuyển động trượt trên mảnh kia .
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 cầu vật chất cực nóng, nguội dần từ trong ra ngoài qua quá trình
quay quanh trục), và phần còn lại là kết quả của quá trình phân rã của các nguyên tố
phóng xạ tồn tại trong lõi Trái Đất. Theo nguyên lý tuần hoàn nhiệt lượng từ nơi nhiệt
độ cao xuống nhiệt độ thấp, dòng nhiệt của Trái Đất di chuyển từ trong lõi ra ngoài
vỏ.
Dưới tác động của một quá trình địa chất gọi là kiến tạo mảng , vỏ Trái Đất được
phân ra thành 12 mảng lớn và được tái tạo (tái sinh) một cách chậm chạp qua hàng
triệu năm. Các mảng này di chuyển tương đối với nhau (phân tách hoặc hội tụ) với tốc
độ vài cm/năm. Khi hai mảng kiến tạo va chạm vào nhau, 1 mảng có thể hút chìm
xuống mảng còn lại, 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 chìm, nhiệt
độ tăng lên đủ cao đến nung chảy đất đá và tạo ra magma (nham thạch). Do có mật độ
thấp hơn khối đất đá xung quanh, magma di chuyển lên phía 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 (subterranean water). Một phần khối nước nóng này có thể di chuyển lên mặt
đất thông qua các đới đứt gãy hoặc khe đá rạn (cracks), hình thành suối nước nóng
(hay là geysers, mạch nước nóng). Một khi khối nước nóng và hơi nước này bị “bẫy”
do khối đất đá không thấm (impermeable) ở phía bên trên và được giữ lại trong khối
đất đá thấm (permeable), bồn trũng địa nhiệt được hình thành . Các bồn trũng này
chính là nguồn địa nhiệt có thể được dùng trực tiếp hoặc để sản xuất điện qua hệ
thống turbine hơi nước (steam turbine).

Theo tính toán , nhiệt độ của tâm trái đất vào khoảng 6650°C . Trái đất nguội
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang
6
dần với tốc độ khoảng 300 đến 350°C trong một tỉ năm .Tại một số vùng trong vỏ trái
đất đặc biệt tại những vùng có hoạt động địa trấn mạnh nhiệt độ tăng rất nhanh theo
chiều sâu . Năng lượng địa nhiệt là nguồn nhiệt tự nhiên được lấy trong lòng quả đất
bằng cách khoan sâu xuống lòng đất . Nguồn nhiệt này được đưa lên mặt đất dưới
dạng hơi nóng hoặc nước nóng .

Chúng ta đều biết rằng lớp trên cùng của vỏ Trái đất chỉ có nhiệt độ bình quân
trong năm là 15°C. Dưới lớp đó là một lớp có nhiệt độ bình quân là 540°C. Trên bao
Manti nhiệt độ trung bình là 650°C. Vùng quá độ có nhiệt độ bình quân là 1000°C.
Lớp dưới bao manti có nhiệt độ bình quân là 3000°C. Tại lớp Lõi ngoài có nhiệt độ
bình quân là 5000°C . Còn tại lớp Lõi trong nhiệt độ bình quân là 7000°C. Khối năng
lượng khổng lồ đó tồn tại đồng hành với Trái đất và là nguồn năng lượng vô hạn sinh
ra từ các chuỗi phản ứng hạt nhân, sự phân hủy các chất phóng xạ tiến hành thường
xuyên trong lòng Trái đất. Đi sâu xuống lòng đất 2-40m (tùy địa điểm)thông thường
ta sẽ gặp tầng Thường ôn, tức là tầng có nhiệt độ không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ
Mặt Trời (ở Maskva là độ sâu 20m, ở Paris là 28m). Dưới tầng Thường ôn càng
xuống sâu nhiệt độ càng tăng. Người ta gọi Địa nhiệt cấp là độ sâu tính bằng mét đủ

để nhiệt độ tăng lên 1°C. Trị số trung bình là 33m. Nếu xuống sâu được đến 60km thì
có nhiệt độ tới 1800°C. Thường thường để khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt
người ta chỉ cần khoan các giếng sâu 4-5km. Ví dụ nhà máy địa nhiệt ở Soultz, cách
Strasbourg, cách Strasbourg (đông bắc nước Pháp) 50km về phía Bắc. Đưa nước
xuống độ sâu khoảng 5km là tới vùng có nhiệt độ khoảng 200°C. Nước được làm sôi
lên sẽ theo ống dẫn lên và làm chạy máy phát điện.

1.1.2. Năng lượng tái tạo :

Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên
tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng
năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục
trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật. Các quy trình này thường
được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời.
Trong cách nói thông thường, năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng
lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang
7
của con người thì là vô hạn. Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều
đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như
năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục
(thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời
gian dài trên Trái Đất.
Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là do Mặt
Trời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các vật mang năng
lượng khác nhau. Tùy theo trường hợp mà năng lượng này được sử dụng ngay tức
khắc hay được tạm thời dự trữ.
Việc sử dụng khái niệm "tái tạo" theo cách nói thông thường là dùng để chỉ đến
các chu kỳ tái tạo mà đối với con người là ngắn đi rất nhiều (thí dụ như khí sinh

học so với năng lượng hóa thạch). Trong cảm giác về thời gian của con người thì Mặt
Trời sẽ còn là một nguồn cung cấp năng lượng trong một thời gian gần như là vô tận.
Mặt Trời cũng là nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho nhiều quy trình diễn tiến
trong bầu sinh quyển Trái Đất. Những quy trình này có thể cung cấp năng lượng cho
con người và cũng mang lại những cái gọi là nguyên liệu tái tăng trưởng. Luồng gió
thổi, dòng nước chảy và nhiệt lượng của Mặt Trời đã được con người sử dụng trong
quá khứ. Quan trọng nhất trong thời đại công nghiệp là sức nước nhìn theo phương
diện sử dụng kỹ thuật và theo phương diện phí tổn sinh thái.
Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn năng
lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng mà ngày nay được tiêu dùng
nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều. Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn tại "vô tận"
thì phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), khi có thể thực hiện trên bình
diện kỹ thuật, và phản ứng phân rã hạt nhân (phản ứng phân hạch) với các lò phản
ứng tái sinh (breeder reactor), khi năng lượng hao tốn lúc khai
thác uranium hay thorium có thể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng
lượng tái tạo mặc dù là thường thì chúng không được tính vào loại năng lượng này.




1.1.3. Các phương pháp sử dụng
1.1.3.1. Sử dụng trực tiếp

Thông qua việc khai thác địa nhiệt tầng nông . Khai thác địa nhiệt tầng nông là
khai thác nhiệt của đất nằm ở độ sâu từ 1 đến 150 m dưới bề mặt đất. Nhờ có những
công nghệ tiên tiến (máy bơm nhiệt, máy thu tích nhiệt, mũi hút địa nhiệt, giếng nước
ngầm hay các tấm bêton áp đất) mà lượng nhiệt tầng nông tuy có độ chênh lệch nhiệt
độ tương đối thấp so với nhiệt độ không khí song vẫn có thể được khai thác phục vụ
cho sưởi ấm vào mùa đông và làm mát về mùa hè cho các công trình như nhà văn
phòng, trường học, nhà trẻ, trạm y tế, siêu thị,… Gần 80% nhiệt lượng dùng cho việc

sưởi ấm hay làm mát toà nhà đều được khai thác từ nguồn cấp nhiệt nằm ngay trong
lòng đất và như vậy việc sưởi ấm hay làm mát có thể được coi gần như không có xả
thải khí CO2 và không hề ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu. Trong báo cáo này sẽ giới
thiệu về mặt kỹ thuật và công nghệ, phân tích ở khía cạnh kinh tế và tác dụng môi
trường cũng như nêu xu thế chung
Bơm địa nhiệt hay còn được biết như bơm nhiệt từ lòng đất (ground-source heat
pump), là một kỹ thuật năng lượng mới có hiệu suất cao và ngày càng được sử dụng
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang
8
rộng rãi trong các hộ gia đình cũng như trong công sở. Kỹ thuật này ứng dụng trong
việc điều hòa nhiệt độ và cung cấp nước nóng. Thuận lợi lớn nhất của nó là khả năng
tập trung nhiệt từ tự nhiên (lòng đất) hơn là tạo nhiệt từ việc đốt các nhiên liệu hóa
thạch gây ô nhiễm môi trường.

Cấu tạo . nguyên lý hoạt động Máy bơm nhiệt

- Hệ thống máy bơm nhiệt –


- Nguyên lý hoạt động của máy bơm nhiệt –

Máy bơm nhiệt có tác dụng lấy / hút nhiệt từ trong lòng đất nhờ một lượng nhiệt
nhỏ "làm mồi" cho khởi động vận hành bộ phận cơ hay nhiệt để nâng từ một nhiệt độ
thấp đến một nhiệt độ cao nhất định nào đó. Trong trường hợp làm lạnh thì nguyên tắc
hoạt động ngược lại. Việc truyền nhiệt trong máy bơm nhiệt được tiến hành theo một
vòng tuần hoàn động nhiệt khép kín mà trong đó lãnh chất đóng vai trò quan trọng và
có ý nghĩa lớn nhất (Hình). Hoạt động của máy bơm như sau:
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang

9
- Trong máy bốc hơi thì lãnh chất lạnh ở thể lỏng tiếp nhận nhiệt từ nguồn nóng và
làm bốc hơi.
- Máy ép hơi nén lãnh chất ở thể khí mà trong đó có sử dụng năng lượng cơ học hay
điện học bên ngoài và làm nóng nó lên thành khí nóng.
- Khí nóng giải phóng năng lượng nhiệt ở máy tụ hơi sang hệ thống sưởi và lại tích tụ
thành lãnh chất nóng ở thể lỏng;
- Lãnh chất nóng ở thể lỏng được xả ra thông qua một ventil xả và qua đó nhiệt độ lại
giảm đi nhanh chóng. Trong máy bốc hơi quá trình thu nhiệt lại bắt đầu từ đầu.



1.1.3.2. Sử dụng để sản xuất điện
Quy trình khai thác
Bước 1 : Xác định nguồn địa nhiệt đáp ứng yêu cầu sản xuất .
Bước 2 : Tạo các giếng khoan , bơm nước lạnh xuống và đưa nước nóng , hơi nước
lên .
Bước 3 : Dẫn nước nóng và hơi nước qua bộ phận tách hơi nước .
Bước 4 : Hơi nước làm quay tuabin , máy phát điện sinh ra dòng điện .
Bước 5 : Lưu trữ và truyền tải điện năng .
Bước 6 : Dẫn nước lạnh trở lại chu trình hoạt động ban đầu.

Có hai hướng khai thác :
Hướng thứ nhất :
Lấy hơi nước và nước nóng từ các hồ địa nhiệt nằm sâu trong lòng đất , khai
thác theo hướng này tương đối thuận lợi bằng cách : khoan và tạo ra các giếng nhằm
bơm hơi nước và nước nóng lên mặt đất để tạo ra điện năng .
Hướng thứ hai :
Các hồ địa nhiệt chưa có sẵn mà các chuyên gia phải nghiên cứu , tính toán tìm
ra các khu vực , các lớp đất đá tại đó tích tụ một lượng nhiệt rất cao , phù hợp để tiến

hành các bước kế tiếp tạo ra điện năng . Sau khi tìm được lớp đất đá phù hợp ở độ sâu
khoảng 5.000-10.000 feet ( tức khoảng 1,5 – 3 km) , họ tiến hành khoan và dùng áp
lực đủ lớn tạo ra các vết nứt , sau đó nước lạnh sẽ được bơm xuống . Nước nay sẽ
được làm nóng nhờ các lớp đá trên , chúng sẽ được bơm lên thông qua cột lô khoan
thác để tạo ra điện năng .


1.2. Phân loại các nguồn năng lương địa nhiệt
Có 4 loại nguồn địa nhiệt chính sau :


1.2.1. Nguồn nước nóng

Là nguồn nước bị nung nóng dưới áp suất cao , các nguồn hơi nước hay hỗn hợp
của chúng ở trong các tầng đá xốp rỗ , hoặc ở trong các khe nứt gãy của đá , nó bị
giữ lại bởi một lớp đá khác đặc kín và không thấm . những nguồn nước nóng chất
lượng cao là các nguồn chỉ chứa hơi nước có lẫn một ít nước hay chứa hoàn toàn hơi
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang 10
ở nhiệt độ cao hơn 240°C .

1.2.2. Nguồn áp suất địa nhiệt

Là các nguồn chứa nước muối có nhiệt độ trung bình và chứa khí metan (CH4)
hòa tan . Các nguồn này bị vỏ Qủa Đất nén lại dưới áp suất rất cao dưới các tầng trầm
tích sâu và bị bao bọc bởi các lớp đất sét và trầm tích không thấm nước .Áp suất ở
các nguồn này nằm trong khoảng từ 34MPa đến 140MPa và ở độ sâu từ 1500m đến
15000m . Nhiệt độ của các nguồn áp suất địa nhiệt thường ở trong khoảng 90 đến
200°C .

1.2.3. Nguồn đá nóng khô

Bao gồm các khối đá ở nhiệt độ cao , từ 90°C đến 650°C . Các nguồn đá này có
thể bị nứt gãy nên có thể chứa một ít hoặc không có nước nóng . Để khai thác nguồn
địa nhiệt này người ta khoan sâu đến tầng đá , tạo ra các nứt gãy nhân tạo , sau đó sử
dụng một chất lỏng nào đó làm chất vận chuyển nhiệt bơm qua tầng đá đã bị làm nứt
gãy để thu nhiệt . Tuy nhiên viêc khai thác năng lượng địa nhiệt từ các nguồn đá nóng
khô rất khó khăn và hiệu quả kinh tế không cao so với việc khai thác các nguồn địa
nhiệt khác .


1.2.4. Nguồn năng lượng địa nhiệt từ các núi lửa hoạt động và magma

Năng lượng địa nhiệt ở các lỗ hổng núi lửa đang hoạt động có nhiều trên thế giới
. Magma là đá nóng chảy có nhiệt độ từ 700°C đến 1600°C . Khi còn nằm dưới vỏ
Quả Đất đá nóng chảy là một phần của vỏ Qủa Đất có độ dày khoảng 24 đến 48km .
Các nguồn magma chứa một nguồn năng lượng khổng lồ , lớn nhất trong các nguồn
địa nhiệt , nhưng nó ít khi ở gần mặt đất nên việc khai thác rất khó khăn .



1.3. Phân loại các nhà máy sản xuất năng lượng địa nhiệt


1.3.1. Nhà máy hơi nước nóng khô - Dry steam (Nhà máy phát điện trực
tiếp)
Dry steam sử dụng hơi nước ở nhiệt độ cao (>235°C) và một ít nước nóng từ bể
địa nhiệt. Hơi nước sẽ được dẫn vào thẳng turbine qua ống dẫn để quay máy phát
điện.
Trong sơ đồ trực tiếp, hơi nóng với áp suất cao thổi trực tiếp làm quay tuốc bin

để sinh ra điện. Đây là kiểu nhà máy điện địa nhiệt lâu đời nhất, lần đầu tiên được thử
nghiệm ở Italia năm 1904, và vẫn được ứng dụng cho đến nay. Tại Callifornia có nhà
máy điện địa nhiệt lớn nhất thế giới hoạt động theo nguyên lý này.

Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang 11



1.3.2. Nhà máy bằng nước siêu lỏng - Flash steam (nhà máy sản xuất điện
gián tiếp)
Flash steam là dạng kỹ thuật phổ biến nhất hiện nay. Nhà máy dạng flash steam
sử dụng nước nóng ở áp suất cao (>182°C) từ bể địa nhiệt. Nước nóng ở nhiệt độ cao
này tự phụt lên bề mặt thông qua giếng do chính áp suất của chúng. Trong quá trình
nước nóng được bơm vào máy phát điện, áp suất của nước giảm rất nhanh khi phụt
lên gần mặt đất. Chính sự giảm áp này khiến nước nóng bốc hơi hoàn toàn và hơi
nước sinh ra sẽ làm quay turbine phát điện. Lượng nước nóng không bốc thành hơi sẽ
được bơm xuống trở lại bể địa nhiệt thông qua giếng bơm xuyên (injection wells).

Trong sơ đồ gián tiếp, nước “siêu lỏng” từ tầng nước nóng bên dưới được đưa
lên mặt đất và được giữ ở độ nóng trên 182 °C. Hỗn hợp nước nóng và hơi nước này
được dẫn vào buồng hơi để hạ áp suất, do vậy phần lớn hỗn hợp
< nước nóng + hơi nước nóng> được biến thành hơi nước.
Hơi nước ở áp suất cao sẽ làm quay tuốc bin phát điện.
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang 12



1.3.3. Nhà máy hai chu trình

1.3.3.1. Cấu tạo & Nguyên lý hoạt động
Các nhà máy địa nhiệt binary-cycle sử dụng nước nóng có nhiệt độ trung bình
dao động từ 107-182°C từ bể địa nhiệt. Tại các hệ thống binary, chất lỏng địa nhiệt
được dẫn qua một bên của hệ thống trao đổi nhiệt để nung nóng chất lỏng thứ cấp ở
ống dẫn bên cạnh. Chất lỏng thứ cấp thường là hợp chất hữu cơ có nhiệt độ sôi thấp
hơn nhiệt độ sôi của nước, ví dụ như Isobutane hoặc Iso-pentane. Chất lỏng thứ cấp
sau khi được đun sôi ở hệ thống trao đổi nhiệt sẽ bốc hơi và được dẫn vào turbine.

Trong quá trình vận hành của bất kỳ nhà máy địa nhiệt điện nào, hệ thống làm
nguội đóng một vai trò hết sức quan trọng. Các tháp làm nguội (cooling towers) giúp
turbin không bị quá nóng và từ đó kéo dài thời gian sử dụng. Có hai dạng hệ thống
làm nguội chính yếu: dùng nước hoặc dùng không khí.
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang 13

Trong sơ đồ hỗn hợp, sử dụng nước nóng có nhiệt độ thấp hơn 200 độ C, là
nguồn nước nóng dồi dào nhất trong đa số các vùng địa nhiệt. Nước nóng dưới lòng
đất được đưa lên ở dạng “siêu lỏng”, có nhiệt độ sôi thấp, được đưa qua buồng trao
đổi nhiệt. Nhiệt năng của nước địa nhiệt làm nước trong buồng trao đổi nhiệt bốc hơi,
và hơi nước ở áp suất cao sẽ làm quay tuốc bin điện. Ưu điểm của mô hình này là hạn
chế được tình trạng có thể gây hại môi trường (mặc dầu rất nhẹ, nếu so với nhiệt điện
từ nhiên liệu hóa thạch) như 2 mô hình trên. Đây là hệ thống khép kín nên không có
chất thải vào khí quyển hay đất – do nước ngầm dưới sâu thường chứa các khí độc
như SO2, CO2 và chứa vi lượng các nguyên tố như Arsenic, Thủy Ngân, Antimon…
Nước nóng có nhiệt độ cao vừa phải là nguồn địa nhiệt thông dụng, có tiềm năng dồi
dào nhất, do đó trong tương lai đa số các nhà máy điện địa nhiệt sẽ hoạt động theo
nguyên lý này.
Để nhà máy điện hoạt động hiệu quả, đòi hỏi nguồn địa nhiệt phải từ 120-150oC
trở lên. Thông thường nước từ nguồn nhiệt được bơm đến bộ tách hơi, phần hơi nước
tách ra được chuyển đến tua bin hơi để chạy máy phát điện. Hơi nước sau tua bin
được ngưng tụ và được bơm trở lại lòng đất cùng với phần nước ngưng tại bộ tách
hơi. Phần nước nóng cũng có thể được sử dụng cho các mục đích khác như sưởi, vệ
sinh, tắm,…

Hầu hết các nhà máy nhiệt điện (trong đó có địa nhiệt điện) sử dụng các hệ thống
dùng nước. Hệ thống này yêu cầu ít diện tích sử dụng hơn hệ thống dùng khí và được
xem là hiệu quả và khả thi hơn cả. Hệ thống làm nguội dùng nước đòi hỏi một nguồn
nước liên tục và tạo ra các cột hơi nước. Thông thường, một phần hơi nước bơm vào
turbin (đối với dạng nhà máy flash và team) được ngưng tụ để giảm phần hơi nước
thải ra thành cột.

1.3.3.2. Ưu diểm
Năng lượng địa nhiệt GVHD : T/s Phạm Thu Hà
Trang 14
Lợi thế chủ yếu của hệ thống hai chu trình là chất lỏng thứ cấp có nhiệt độ sôi

thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, do đó các bể địa nhiệt nhiệt độ thấp vẫn có thể được
sử dụng. Mặt khác, do hệ thống hai chu trình là một chu trình tương đối kín 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.