tài liệu năng lượng nhiệt địa

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Năng lượng địa nhiệt cùng với một số nguồn năng lượng khác như
biomass, mặt trời, gió, sóng biển được quan tâm phát triển trong nhiều thập
kỷ qua và được coi là những nguồn năng lượng có khả năng tái tạo, ít gây ô
nhiễm, có tiềm năng rất lớn mà trình độ công nghệ hiện nay mới chỉ khai thác
được một phần rất nhỏ. Nguồn năng lượng địa nhiệt có ưu việt hơn các nguồn
khác là hiệu suất hoạt động cao, tuổi thọ thiết bị dài và ảnh hưởng môi trường
ít nhất.
Ngày nay, với những thành tựu công nghệ mới đang mở ra triển vọng
lớn về khả năng cung cấp năng lượng, hiệu quả khai thác và mở rộng phạm vi
ứng dụng địa nhiệt:
Để phát điện: Trước đây, khai thác địa nhiệt để phát điện chỉ được
quan tâm đến các nguồn nhiệt thế (Enthalpy) cao, phân bố trong vùng núi lửa
hoạt động và rift. Kết quả nghiên cứu sự phân bố nhiệt độ trong lòng đất hiện
nay cùng với các công nghệ phát điện ở nhiệt độ thấp (100°C) bằng turbin hai
chu kỳ ORC và Kalina cho khả năng thực hiện ở phạm vi rất rộng, không chỉ
1
giới hạn trong các vành đai núi lửa hoạt động và rift. Tài liệu thực tế cho
thấy, ở điều kiện bình thường mức tăng nhiệt độ (gradient) theo chiều sâu vào
lòng đất trung bình là 25 -30°C/ km, với nhiệt độ trung bình ở mặt đất là
15°C, nhiệt độ đạt tới 90°C - 105°C ở độ sâu 3.000m, bằng các công nghệ hiện
nay đã có điều kiện để khai thác cho phát điện. Ngoài ra, các vùng hoạt động
magma, kiến tạo tích cực tạo điều kiện hình thành và tồn tại các nguồn/hệ địa
nhiệt nhiệt độ cao và phân bố nông thuận lợi cho khai thác.
Sử dụng trực tiếp nhiệt năng: địa nhiệt bao gồm nguồn nước nóng và
nguồn địa nhiệt nhiệt độ thấp còn gọi là nhiệt đất. Nguồn nước nóng chỉ xuất
lộ hạn chế ở một số ít nơi, trong khi đó nguồn nhiệt đất –tầng trung hòa nhiệt
tồn tại ngay dưới mặt đất ở mọi nơi có nhiệt độ cao hơn không khí về mùa
đông và thấp hơn về mùa hè là một kho lưu trữ nhiệt vô cùng lớn, dễ dàng
khai thác bằng công nghệ bơm nhiệt đất (Ground Source Heat Pump -GSHP)

để điều hòa không khí (sưởi ấm về mùa đông làm mát về mùa hè). Hiện nay
công nghệ này đã được phổ biến rộng rãi từ quy mô gia đình đến thương mại
ở Mỹ, Châu Âu, Trung Quốc và nhiều nước khác với tổng công suất lắp đặt
gần 20.000 MWt với sản lượng hơn 220.000 TJ/ năm đã cho thấy đây là một
giải pháp tiết kiệm 30 -50% về chi phí cũng như năng lượng và giảm khí thải
gây ô nhiễm môi trường.
I. TIỀM NĂNG VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG ĐỊA NHIỆT Ở VIỆT NAM
Trên bản đồ thế giới, Việt Nam không thuộc vùng tiềm năng cao về địa
nhiệt, nhưng theo những kết quả điều tra hiện có, với 200 điểm lộ nước nóng
trên toàn lãnh thổ, một số nơi có giá trị dòng nhiệt cao >90 mW/m
2
nhiệt độ
140°C ở độ sâu 3.000m (Ven biển Nam trung Bộ, đông nam trũng Hà Nội,
nhiều địa điểm ở Miền Trung và Tây nguyên,…) chứng tỏ nước ta có biểu
hiện địa nhiệt khá phong phú.
• Nguồn địa nhiệt: Địa bàn Hà Nội mở rộng (sau tháng 8 – 2008) nằm trong
vùng phát triển kéo dài về phía Tây bắc của dị thường dòng nhiệt >80
mW/m
2
ở đông nam trũng Hà Nội liên quan đến đới đứt gãy Sông Hồng.
2
Hỡnh 1. S phõn b dũng nhit v ngun nc núng ng bng Sụng Hng
Khu vc ụng Anh cng cú mt d thng dũng nhit >60 mW/m
2
liờn
quan n t góy Sụng Lụ, Vnh Ninh l du hiu v cỏc ngun tim nng
phỏt in a nhit.
Nc núng a nhit : vựng ng bng Sụng Hng ó phỏt hin mt
s ngun nc núng: Ba Vỡ, Thanh Thy Phỳ Th, Tin Hi Thỏi Bỡnh
nm trong vựng d thng dũng nhit ụng nam trng H Ni; Phự C (Hng

Yờn), Gia Lc (Hi Dng), Hng H (Thỏi Bỡnh), cú mi liờn h a cht
kin to vi d thng dũng nhit ụng Anh l tin tỡm kim ngun
nc a nhit H Ni.
Nhit t: Min Bc v Bc Trung B t ốo Hi Võn tr ra l vựng khớ
hu núng v mựa hố lnh v mựa ụng, l ni tn ti tng trung hũa a nhit
phõn b di mt t cú nhit n nh quanh nm 23 - 25C, trong khi
nhiệt độ không khí về mùa hè >30C (ở nhiều vùng thờng
xuyên 35 - 37C), nờn nng lng cho nhu cầu điều hoà không
khí rất lớn, c bit l thnh ph ln nh H Ni. ú l tin thun li
s dng cụng ngh bm nhit t tit kim nng lng v gim khớ thi
gõy hiu ng nh kớnh.
3
đ i ể m n + ớ c n ó n g
T h a n h T h ủ y
B a V ì
G i a L ộ c
H + n g H à
T i ê n L ã n g
K i m S ơ n
đ
g
.

S

ô

n

g

H

ồ

n

g
đ
g
.

S

ô

n

g


C

h

ả

y
đ

g
.

S

ô

n

g


L

ô
D ị t h + ờ n g đ ị a n h i ệ t
II. KHAI THÁC ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT
Trái đất là nguồn sinh nhiệt khổng lồ: nhiệt Trái đất được sinh ra từ các
nguồn gốc chính là:
- Nguồn nhiệt nguyên thủy là chủ yếu
- Nguồn nhiệt do phản ứng phân rã các nguyên tố phóng xạ và các quá
trình hoạt động vật lý –hóa học khác.
Tham số gradient địa nhiệt chỉ thị sự gia tăng nhiệt độ theo chiều sâu vào
lòng đất, giá trị gradient trung bình trong vỏ Trái đất là 2,5 - 3ºC/ 100 m.
Tham số dòng nhiệt (Heat flow) chỉ thị lượng nhiệt thóat ra từ lòng đất
trên một diện tích, giá trị trung bình ở lục địa là 65 mW/ m
2
, ở đáy đại dương
là 101 mW/ m
2

.
Năng lượng nhiệt của Trái đất: Năng lượng dòng nhiệt tổng cộng thóat
ra trên mặt đất (từ các quá trình dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ nhiệt) theo
Stacey and Loper (1988), xác định được là 42 x 10
12
W, là nguồn năng lượng
vô tận, nhiều gấp hàng tỷ lần nhu cầu năng lượng của con người trên Trái đất.
Đặc điểm phân bố và cấu trúc hệ địa nhiệt trong vỏ Trái đất: Phân bố
nhiệt độ và các vận động địa nhiệt của Trái đất mô tả trên hình I.1.
Hình I.1. Mặt cắt cấu trúc và các hoạt động liên quan địa nhiệt trong Trái đất
4
Hình I.2. Mô hình cấu trúc hệ địa nhiệt [Dickson, 2004]
A) Biểu đồ mô tả phân bố nhiệt độ hệ địa nhiệt; B) Mặt cắt cấu trúc mô tả hệ địa nhiệt.
Các yếu tố cấu trúc và cơ chế vận động trong vùng phân bố nhiệt độ cao
(dị thường địa nhiệt) trong vỏ (Hình I.2) có điều kiện cho khai thác được gọi
là hệ địa nhiệt.
Yếu tố cấu trúc hệ địa nhiệt là các đối tượng địa chất quen thuộc, bao
gồm (hình I.2.B): 1) Nguồn nhiệt magma có nhiệt độ cao trên 600ºC; 2)
Đường dẫn đối lưu nước nhiệt thường là các đứt gãy kiến tạo; 3) Vùng đá
chứa nước còn gọi là bồn hay bẫy nhiệt; 4) Lớp chắn nhiệt thường là vùng đá
chứa nước kém và dẫn nhiệt thấp; 5) Nguồn nước có thể là nước khí tượng,
hay nước ngầm.
Cơ chế chính tạo ra vùng giữ nhiệt – bồn nhiệt: 1) Quá trình dẫn nhiệt nhờ
tính chất dẫn nhiệt của đá trong môi trường; 2) Quá trình đối lưu.
Khi nguồn nhiệt không có quá trình đối lưu nước tự nhiên được gọi là
nguồn đá nóng khô (Hot dry rock – HDR).
Phân loại nguồn địa nhiệt dựa trên nhiệt thế (Enthalpy – đơn vị tỷ lệ nhiệt
độ của nguồn nhiệt): 1) Nguồn nhiệt thế thấp: nhiệt độ bồn < 100°C; 2)
Nguồn nhiệt thế trung bình: 100 – 200°C; 3) Nguồn nhiệt thế cao: nhiệt độ
>200°C.

Các dạng nguồn/ bồn địa nhiệt [10]:
Kiểu nguồn địa nhiệt
Nhiệt độ nguồn (°C)
5
1. Nguồn nhiệt dịch đối lưu (Convective resouces):
- Nguồn Hơi khí (Vapor dominated) . . . . . . . . . . . . .
- Nguồn Nước nóng (Hot-water dominated) . . . . . . .
2. Các nguồn nhiệt dịch khác :
- Nguồn bồn trầm tích (Sedimentary basin) . . . . . . .
- Nguồn địa áp lực (Geopressured) . . . . . . . . . . . . . .
- Nguồn phóng xạ (Radiogenic) . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Các nguồn đá nóng (Hot Rocks):
- Nguồn đá rắn khô (solidified hot dry rocks) . . . . . . .
- Nguồn đá nóng chảy cục bộ (part molten –magma) .
240
20 đến 350
20 đến 150
90 đến 200
30 đến 150
90 đến 650
>600
Nguồn nước nóng là phần trồi lộ từ các nguồn nhiệt lên mặt đất hay lưu
trữ gần mặt đất.
2 4 6 8 1 0 1 2 1 4
N h i Ö t ® é , ( ® é C )
- 8
- 6
- 4
- 2
0

K ý h iÖ u
N h i Ö t ® é t h ¸ n g 1
N h i Ö t ® é t h ¸ n g 3
N h i Ö t ® é t h ¸ n g 5
N h i Ö t ® é t h ¸ n g 7
N h i Ö t ® é t h ¸ n g 9
N h i Ö t ® é t h ¸ n g 1 1
Hình I.3. Ví dụ biểu đồ kết quả quan trắc nhiệt đất trong năm ở Mỹ [4].
Nguồn nhiệt đất (Ground heat source): Ngoài năng lượng nhiệt từ lòng
đất, bề mặt trái đất còn được cung cấp một phần năng lượng nhiệt do bức xạ
Mặt trời. Phần năng lượng này tương đối ổn định tại mỗi điểm trên bề mặt
Trái đất, một lượng nhiệt được thấm xuống đất phụ thuộc vào cường độ bức
xạ nên có tính chu kỳ theo thời gian (ngày, mùa trong năm) được gọi là sóng
bức xạ nhiệt. Tùy thuộc vào điều kiện phân bố nhiệt độ khí tượng (nhiệt độ
không khí) và phân bố nhiệt độ, tính chất dẫn nhiệt của môi trường bên dưới
mặt đất, ở từng vùng sẽ có độ sâu ảnh hưởng sóng bức xạ khác nhau, tới một
độ sâu nhất định sẽ có sự cân bằng giữa nguồn nhiệt từ bên trong Trái đất và
nhiệt bức xạ từ khí quyển được gọi là vùng hay “lớp trung hòa địa nhiệt”. Ở
những vùng có nhiệt độ khí tượng thay đổi theo mùa: Lạnh về mùa đông và
6
nóng về mùa hè tại lớp trung hòa địa nhiệt này có nhiệt độ ổn định lâu dài
bằng khoảng giá trị nhiệt độ trung bình năm của nhiệt độ khí tượng của nơi
đó. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa tầng trung hòa và nhiệt độ không khí (thấp
hơn nhiệt không khí về mùa hè, cao hơn – về mùa đông) là điều kiện dễ dàng
khai thác cho mục đích điều hòa không khí (làm mát về mùa hè, sưởi ấm về
mùa đông). Đây là một kho lưu trữ nhiệt tự nhiên vô cùng lớn có thể khai thác
sử dụng được ở mọi nơi. Trên hình I.3 là một ví dụ kết quả quan trắc nhiệt đất
tại một địa điểm ở Mỹ: Sự chênh lệch nhiệt độ giữa mùa hè và mùa đông ở
mặt đất là 12°C, tới độ sâu 8 m nhiệt độ ổn định trong khoảng 8 - 9°C, không
còn phụ thuộc theo mùa.

III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ TIỀM
NĂNG ĐỊA NHIỆT
III.1. Phương pháp khảo sát cấu trúc nguồn địa nhiệt:
Nguồn địa nhiệt có nhiệt độ cao có hiệu quả cho khai thác sử dụng chỉ
được tạo thành bởi các yếu tố địa chất – kiến tạo nhất định, phân bố bên dưới
lòng đất có những tính chất đặc trưng riêng, phân bố sâu trong lòng đất, trong
một số điều kiện thuận lợi có sự xuất lộ nhận biết được cũng chỉ là một phần
biểu hiện dấu hiệu. Vì vậy, tương tự các nguồn tài nguyên khoáng sản khác,
để đánh giá được nguồn nhiệt cần phải xác định được cấu trúc, diện phân bố
và tính chất vật lý của các yếu tố nguồn nhiệt bằng một hệ phương pháp thích
hợp đối với điều kiện từng nơi. Các phương pháp chủ yếu để điều tra xác định
cấu trúc nguồn nhiệt gồm: 1) Phương pháp địa chất – kiến tạo; 2) Phương
pháp địa chất thủy văn; 3) Các phương pháp địa hóa; 4) Các phương pháp địa
vật lý; 5) Khoan thăm dò và đo địa nhiệt.
0
2 0 0 0 m
4 0 0 0 m
6 0 0 0 m
2 . 0 2 . 8
4 . 0
5 . 7 8 . 0
1 1 . 0
D é s © u , m
N g u å n n h i Ö t
-

D
É
n

n
h
i
Ö
t
n + í c n ã n g
S u è i
n + í c n ã n g
T h a n g k ý h i Ö u ® i Ö n t r ë s u Ê t , O h m . m
M Æ t c ¾ t c Ê u t r ó c b å n ® Þa n h i Ö t G r a s v a l l e y - L e a c h H o t S p r i n g - U S A
Hình II.1. Mặt cắt cấu trúc một bồn nhiệt xác định theo kết quả đo địa vật lý
bằng phương pháp cắt lớp điện trở [28]
III.2. Phương pháp dự báo tính chất nguồn nhiệt
7
III.2.1. Phương pháp dự báo nhiệt độ và lưu lượng nguồn địa nhiệt từ tài
liệu địa chất và địa vật lý:
Tính toán nhiệt độ theo độ sâu:
0
00
/
2
0
)1()( T
bAQ
e
bA
zT
bz
+
−

+−=
−
λλ
(1)
Tính toán lưu lượng nhiệt ở độ sâu xác định:
{ }
0
)( TzTVCQ
p
−=
ρ
(2)
Trong đó các tham số trong các công thức (1) và (2) xác định từ kết quả
nghiên cứu địa chất và địa vật lý: T
0
– nhiệt độ đo trên mặt; Q
0
– Dòng nhiệt
trên mặt; A
0
– Sản phẩm nhiệt; V- tổng khối lượng môi trường chứa nhiệt tới
độ sâu khảo sát; C
p
– Nhiệt lượng riêng của môi trường;
λ
- độ dẫn nhiệt và
b – độ sâu tính tóan;
ρ
-mật độ của đá.
III.2.2. Dự báo nhiệt độ bồn nhiệt bằng các phương pháp địa hóa

Các nguyên tố hóa học có trong nước và khí địa nhiệt thóat lên bề mặt
được chia thành hai nhóm gồm: a) nhóm không hoạt động hóa học được gọi
là chất đánh dấu (tracer) gồm các khí trơ như He, Ar và một số nguyên tố ít
biến đổi khác như Cl, Li, B, Rb, Cs, N
2
; b) nhóm hoạt động hóa học được gọi
là nhóm địa -chỉ thị (geo-indicator) là những nguyên tố dễ bị thay đổi bởi
điều kiện và tác động môi trường, đặc biệt là điều kiện nhiệt độ và thành phần
thạch học mà nước và hơi địa nhiệt tiếp xúc. Đó là các nguyên tố Na, K, Mg,
Ca, SiO
2
dễ phản ứng phụ thuộc nhiệt độ với đá giàu với silicat nhôm có trong
hệ địa nhiệt hay các nguyên tố H
2
, H
2
S, CH
4
, CO
2
dễ phản ứng với các oxit
sắt FeII/FeIII có trong đá phụ thuộc điều kiện nhiệt độ và áp suất.
Các nguyên tố Na, K, Mg, Ca, SiO
2,
Cl, Li, B, Rb, Cs thường tồn tại
trong nước nóng địa nhiệt, còn He, Ar H
2
, H
2
S, CH

4
and CO
2
tồn tại trong khí
địa nhiệt nên chúng được sử dụng để đánh giá nhiệt độ trong bồn địa nhiệt
bằng phương pháp địa nhiệt kế hóa học (Chemical geothermometer). Có rất
nhiều phương pháp xác định nhiệt độ bồn địa nhiệt, nhưng phổ biến và quan
trọng hơn cả là hai phương pháp: địa nhiệt kế Silic sử dụng sự phụ thuộc nhiệt
độ của các khoáng vật nhóm 1 và địa nhiệt kế Cation – sự phụ thuộc nhiệt độ
của khoáng vật nhóm 2.
Địa nhiệt kế Silic sử dụng để xác định nhiệt độ bồn nhiệt phụ thuộc
hàm lượng (S) thạch anh SiO
2
trong trường hợp không mất hơi nước và mất
hơi nước tối đa tính theo các công thức với các điều kiện sau:
8
- không mất hơi nước: t
o
C = (1309/(5.19 - log S)) - 273.15 (3)
- mất hơi nước tối đa: t
o
C = (1522/(5.75 - log S)) - 273.15 (4)
Các công thức này sử dụng để đánh giá nhiệt độ cho các bồn địa nhiệt có
nhiệt độ 100 - 250
o
C.
Địa nhiệt kế Cation có dạng tương tự như (3) và (4) thay sự phụ thuộc nhiệt
độ bồn với với hàm lượng thạch anh bằng hàm lượng Na/K:
t
o

C = 1217 / [1.483 + log (Na/K) ] - 273.15 (5)
t
o
C = 1390 / [1.750 + log (Na/K) ] - 273.15 (6)
Hiệu quả và độ tin cậy của các phương pháp đánh giá tham số nguồn
địa nhiệt thể hiện tiềm năng địa nhiệt nêu trên, đương nhiên rất phụ thuộc
điều kiện địa chất, mức độ nghiên cứu, chất lượng và độ tin cậy các tham số
địa chất, địa vật lý cũng như chất lượng mẫu và phân tích mẫu.
III.2.3. Nguồn nước nóng địa nhiệt
Các thông số quan trọng về tiềm năng sử dụng gồm: diện phân bố, độ
sâu phân bố, nhiệt độ, thành phần hóa học và lưu lượng nước,… theo văn liệu
có nhiệt lượng 0.03 - 0.4 MJ/kg.
Để đánh giá các thông số về không gian phân bố của nguồn sử dụng
các phương pháp địa chất và địa vật lý. Phương pháp địa vật lý có hiệu quả
cho việc xác định cấu trúc của nguồn là điện trở và phân cực kích thích.
Để xác định các tham số về nhiệt độ, thành phần, lưu lượng và chất
lượng của nước sử dụng các phương pháp địa nhiệt và địa chất thủy văn trong
các lỗ khoan bố trí hợp lý.
III.2.4. Nguồn nhiệt đất
Phải tiến hành đo carota nhiệt trên mạng lưới lỗ khoan đủ đại diện cho
vùng nghiên cứu, đo quan trắc biến đổi nhiệt độ trong các lỗ khoan theo mùa
trong năm để xác định nhiệt độ và độ sâu phân bố lớp trung hòa nhiệt độ. Xác
định nhiệt độ, độ dẫn nhiệt và tham số địa chất thủy văn các tầng chứa nước
là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự duy trì lớp trung hòa nhiệt. So sánh sự
chênh lệch nhiệt độ giữa tầng trung hòa nhiệt độ với nhiệt độ không khí (khí
tượng) trong vùng chính là tiềm năng sử dụng nguồn nhiệt đất: sự chênh lệch
nhiệt độ càng cao, thời gian có sự chênh lệch càng dài thì tiềm năng sử dụng
nhiệt đất càng lớn. Đánh giá khả năng/công suất khai thác, sự suy giảm nhiệt
theo không gian -thời gian, sự mất cân bằng và phục hồi nhiệt,… thực hiện
bằng mô hình hóa bài toán dẫn nhiệt (xây dựng phần mềm) với các tham số

môi trường và cấu trúc thiết bị so sánh với quan trắc kiểm nghiệm thực tế.
9
Tiềm năng sử dụng nhiệt đất có thể đánh giá được bằng các mô hình thực
nghiệm cho từng nơi cụ thể.
Theo số liệu công bố quốc tế: nhiệt lượng đất có giá trị trung bình là 55
– 70 W/ 1m khoan, sản lượng nhiệt có thể khai thác sử dụng tùy từng điều
kiện địa chất là 50 – 200 kWh/ 1m khoan / 1 năm, (1kWh = 3.600 kJ). Tiềm
năng sử dụng nhiệt đất cao hơn ở những nơi có tầng nước ngầm so với các
nơi không có nước bởi vì nước là chất dẫn truyền nhiệt tốt hơn.
IV. ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ĐỊA NHIỆT Ở HÀ NỘI
Do đề tài nghiên cứu hạn chế về thời gian và kinh phí nên không có khả
năng triển khai các nghiên cứu khảo sát các nguồn địa nhiệt sâu, chủ yếu sử
dụng các tài liệu đã có trước đây ở vùng trũng Sông Hồng.
Q
3
2
1
2 0 4 0
6 0 8 0
1 0 0
1 2 0 1 4 0
t , C
o
1
3
2 0
6 0
Hình IV.1. Kết quả carota địa nhiệt lỗ khoan dầu khí ở Thái Bình
Chú giải: 1- Giá trị nhiệt độ ngoại suy; Đặc điểm địa tầng: 2- cát, cát kết;
10

Kt qu nghiờn cu dũng nhit ng bng Sụng Hng v phõn b cỏc
ngun nc núng cho thy rừ hai vựng phõn b d thng a nhit: 1) Bn
a nhit phớa tõy vi cỏc im l nc núng Ba Vỡ v Thanh Thy Phỳ
Th; 2) i a nhit t góy Sụng Lụ, Vnh Ninh th hin d thng dũng
nhit ụng Anh v cỏc im l nc núng Phự C - Hng Yờn, Gia Lc
Hi Dng, Hng H Thỏi Bỡnh.
đ i ể m n + ớ c n ó n g
T h a n h T h ủ y
B a V ì
G i a L ộ c
H + n g H à
T i ê n L ã n g
K i m S ơ n
đ
g
.

S

ô

n

g


H

ồ

n

g
đ
g
.

S

ô

n

g


C

h

ả

y
đ
g
.

S

ô

n

g


L

ô
D ị t h + ờ n g đ ị a n h i ệ t
Hỡnh III.2. S phõn b dũng nhit, bn nhit v cỏc im nc núng
vựng ng bng Sụng Hng
Bn a nhit phớa tõy H Ni l phn kộo di d thng dũng nhit
ụng nam trng Sụng Hng nm trong hng kộo di t góy Sụng Hng v
t góy Sụng Chy v phớa tõy bc l mt d thng dũng nhit cú quy mụ
ln. Trong cỏc l khoan du khớ Thỏi Bỡnh ó o carota a nhit ti sõu
3.000m ó xỏc nh c cỏc giỏ tr trung bỡnh: nhit t (3.000m) = 140

C,
dn nhit

=2,5 W/m
.
K, v gradient nhit G = 45 mK/m, nhit >100

C
sõu >1500 2000m. õy cú cỏc yu t ca nhit ca bn a
nhit.
Bng phng phỏp a nhit k Cation theo cụng thc (5) (6) vi hm
lng Na

+
/K
+
t kt qu phõn tớch mu nc núng ti cỏc im Ba Vỡ v
Thanh Thy ó d bỏo c nhit bn nhit >150

C.
11
0
,
5
0
,
2
5
0
,
2
5
5
,
5
5
,
0
4
,
5
4
,

0
4
,
0
3
,
5
3
,
0
1
,
5
2
,
0
5
,
5
5
,
0
4
,
5
4
,
0
3
,

0
2
,
0
3
,
0
4
,
0
3
,
0
1
,
0
2
,
0
0
,
5
0
,
1
0
,
1
2
,

0
1
,
0
1
,
0
0
,
5
0
,
5
H
à

N
ộ
i
B
ắ
c

N
I
N
H
0
,
1

0
,
1
đ
g
.

đ
ô
n
g

T
r
i
ề
u
đ
g
.

K
i
m

đ
ộ
n
g
đ

g
.

S
ô
n
g

H
ồ
n
g
đ
g
.

S
ô
n
g

C
h
ả
y
đ
g
.

V

ĩ
n
h

N
i
n
h
đ
g
.

S
ô
n
g

L
ô
đ
g
.

đ
ô
n
g

A
n

h

V
ị
n
h
B
ắ
c

B
ộ
2
0
o
3
0

+
2
0
o
0
0

1
0
6
o
0

0





+
2
1
o
3
0

+
3
0
,
0
3
1
,
0
+
+
+
2
0
o
3
0

2
1
o
0
0

+
1
0
5
o
3
0





+
1
,
0
K ý H I ệ u
1
2 3
1 , 0
đ g .
3 0 , 0
H
ả

i

P
h
ò
n
g
N a m đ ịn h
Hỡnh IV.2. S chiu dy trm tớch Kainozoi trng Sụng Hng [15]
Chỳ gii: 1- Chiu dy trm tớch KZ(km); 2- t góy kin to; 3- Chiu dy v Trỏi
t (km)
V a cht, Thỏi Bỡnh cỏc tng trm tớch cha nhit phn di KZ
phõn b sõu >4 km, cũn phớa tõy H Ni ch cũn <1 km (Hỡnh IV.2)
cho phộp d oỏn ngun nhit õy s nụng hn l iu kin thun li cho
khai thỏc.
i a nhit dc t góy Sụng Lụ, Vnh Ninh: Cỏc s liu phõn tớch
mu nc núng cú hm lng Na
+
= 3.790 mg/l v K
+
= 69,50 mg/l ó c
s dng ỏnh giỏ nhit ngun a nhit bng a nhit k Cation theo
cụng thc (5) (6) cho giỏ tr trung bỡnh t = 114C. Tng t nh iu kin
a cht phớa tõy H Ni, õy cỏc trm tớch MZ cú chiu dy gim nhiu
so vi vựng ụng nam v trung tõm vựng trng, nờn sõu phõn b ngun
nhit s nụng hn, to iu kin thun li cho thm dũ khai thỏc.
Cỏc d liu ny cho thy õy cú cỏc tin tin hnh cỏc nghiờn
cu trin khai cho khai thỏc a nhit phỏt in bng cụng ngh Kalina
12
(nhiệt độ bồn nhiệt 150°C và thấp hơn) và là cơ sở để đề xuất tiến hành các

bước nghiên cứu triển khai cho chương trình phát điện bằng năng lượng địa
nhiệt – năng lượng sạch tái tạo.
IV.1. Tiềm năng nguồn nước nóng:
Dự báo khả năng tồn tại và cấu trúc nguồn nước nóng trong vùng dị
thường dòng nhiệt ở Đông Anh: Trên tài liệu dòng nhiệt cho thấy ở lãnh thổ
Hà Nội có một vị trí thuộc huyện Đông Anh có dị thường dòng nhiệt đạt tới
>70 mW/m
2
, cao hơn nhiều so với vùng xung quanh (45 -50 mW/m
2
). Phân
tích bản đồ địa chất và địa vật lý cho thấy điểm dị thường dòng nhiệt này và
các điểm nước nóng Tiên Lãng và Gia Lộc cùng phân bố dọc theo đứt gãy
Sông Lô, cũng có thể liến kết với các điểm lộ nước nóng Phù Cừ và Hưng Hà
trên đứt gãy Vĩnh Ninh. Các khảo sát địa chất, địa vật lý bổ sung đã cho thấy
dấu hiệu chứa nước địa nhiệt ở trong trầm tích Neogen, độ sâu đến mái tầng
chứa nước này khoảng 150 -200 m. So sánh điều kiện và cấu trúc cho thấy
tiềm năng nước nóng ở dị thường địa nhiệt trên lãnh thổ Hà Nội có thể đạt
được các tham số như ở Gia Lộc –Hải Dương: Nhiệt độ nước 44°C, lưu lượng
6,6 l/s. Với các dữ liệu trên đây cho phép nhận định trên lãnh thổ Hà Nội nơi
có đứt gãy Sông Lô, Đứt gãy Vĩnh Ninh chạy qua có dấu hiệu và điều kiện
tồn tại bồn nước nóng của nguồn nhiệt đới Sông Lô – Vĩnh Ninh, tương tự
như ở Tiên Lãng –Hải Phòng và Gia Lộc –Hải Dương, Phù Cừ - Hưng Yên.
Tại các lỗ khoan quan trắc địa chất thủy văn ở lân cận khu vực khảo sát (Vân
Hà, Mai Lâm) chỉ ở độ sâu 30 -35m trong trầm tích Đệ Tứ cũng cho thấy dị
trường nhiệt độ (cao hơn 1 -2°C so với các lỗ khoan khác trong vùng).
Nguồn nước nóng xuất lộ ở Ba Vì:
- Nguồn Thuận Mỹ thực chất là một phần phát triển kéo dài qua sông
Đà của nguồn Phù Lao (Thanh Thủy – Phú Thọ). Kết quả khảo sát địa vật lý
sơ bộ cho thấy, nước nóng xuất lộ đang được sử dụng để tắm là phần trồi lộ

đã pha trộn với nước Đệ Tứ có nhiệt độ tùy thuộc vị trí từ 35°C đến 40 -45°C,
lưu lượng từ 4 l/s đến gần 10 l/s. Do chưa được đầu tư nghiên cứu nên chưa
đánh giá được trữ lượng của nguồn nước này để quy hoạch khai thác hợp lý.
Việc khai thác sử dụng tùy tiện của dân địa phương thường kém hiệu quả và
có thể gây ô nhiễm và suy thóai nguồn nước.
- Nguồn Mỹ Khê, địa phận nông trường Ba Vì, nhiệt độ nước 34
0
C phát
hiện trong lỗ khoan (LK4D/71) sâu 87,25 m trong đá vôi nứt nẻ. Bơm thí
13
nghiệm với đợt hạ thấp S
1
= 4,3 m; S
2
= 3,1 m đạt lưu lượng tương ứng Q
1
=
13,3 l/s; Q
2
= 9,5 l/s. Trữ lượng mỏ được Hội đồng xét duyệt trữ lượng
khoáng sản Nhà nước phê chuẩn là: cấp B 340 m
3
/ng; cấp C
1
= 600 m
3
/ng; cấp
C
2
= 430 m

3
/ng. Kết quả phân tích hoạt tính phóng xạ Ra
226
trong nước =
14,58 pCi/l, đạt tiêu chuẩn xếp loại NK rađi. Kiểu hoá học: Nước sulfat calci -
magnesi, tương tự như tính chất nước ở nguồn Thanh Thủy và Thuận Mỹ
chứng tỏ các điểm nước khoáng nóng này có cùng nguồn địa nhiệt sâu.
IV.2. Tiềm năng nguồn nhiệt đất
Kết quả thống kê và phân tích tài liệu đo nhiệt độ theo độ sâu trong lỗ
khoan và quan trắc nhiệt độ các tầng nước ngầm trên lãnh thổ Hà Nội cho
thấy ở dưới độ sâu 10 m nhiệt độ trở nên ổn định trong khoảng 25 – 26,5
°
C
tương ứng với 60m theo chiều sâu trên biểu đồ thống kê biến đổi nhiệt độ,
nếu lấy khoảng nhiệt độ 25 – 27,0
°
C có độ sâu 80 m. Quan trắc theo mùa cho
thấy tầng trung hòa nhiệt (nơi không còn ảnh hưởng dao động nhiệt theo mùa,
ngày đêm) có độ sâu bề mặt từ 10 – 15m. Cùng với điều kiện chứa nước tốt
trong tầng trung hòa nhiệt là điều kiện thuận lợi cho việc khai thác sử dụng
nguồn nhiệt đất.
Đánh giá khả năng cung cấp nhiệt năng cho khai thác trong 1 lỗ khoan:
Mức tối thiểu: Q(1LK) = 60 m × 55 w/m = 3.300 w;
Mức tối đa: Q(1LK) = 80 m × 70 w/m = 5.600 w.
Như vây, ở điều kiện của Hà Nội, để khai thác nhiệt đất với công suất
≤ 5kW chỉ cần sử dụng 1 - 2 lỗ khoan.
IV.3. Nhiệt độ không khí và nhu cầu điều hòa không khí
Để đánh giá khả năng sử dụng nguồn nhiệt đất cho điều hòa không khí
trên hình IV.4 trình bày kết quả thống kê diễn biến nhiệt độ không khí (khí
tượng) tại trạm khí tượng Hà Nội (Láng) trên chuỗi số liệu từ 1900 đến 2006.

14
1
2
3
Hình IV.3. Thống kê sự biến đổi nhiệt độ theo chiều sâu ở Hà Nội
T ® - t h
T ® - t h
K ý h i Ö u :
1
2 3
Hình IV.4. Biểu đồ thống kê diễn biến nhiệt độ không khí và nguồn nhiệt đất ở Hà
Nội
Chú giải: 1- Nhiệt độ đất tầng trung hòa; 2- Nhiệt độ không khí trung bình cao hơn
25
°
C; 3- Nhiệt độ không khí tối thấp trung bình nhỏ hơn 16
°
C; Tmax, Tmax-tb - Nhiệt độ
không khí tối cao, tối cao trung bình; Tk-tb- Nhiệt độ không khí trung bình; Tkmin(max)-
cực đại của nhiệt độ tối thấp; Tkmin-tb –Trung bình của nhiệt độ tối thấp,
Tđ-th –Nhiệt độ đất ở tầng trung hòa.
15
Tài liệu thống kê cho thấy nhiệt độ tối cao trung bình Tmax-tb là chỉ số
phản ánh nhu cầu điều hòa làm mát có giá trị lớn hơn 30
°
C chiếm tới 8 tháng
trong năm (từ tháng 4 đến tháng 11). Các hệ thống điều hòa không khí hiện
nay phải điều biến nhiệt độ không khí từ 35 - 40
°
C để làm mát (26

°
C) sẽ tiêu
hao năng lượng rất lớn. Ở Hà Nội có đủ điều kiện thuận lợi cho khai thác
nguồn nhiệt đất ở tầng trung hòa có nhiệt độ 25-26
°
C, tương đương nhiệt độ
cần làm mát. Nếu sử dụng nhiệt độ từ nguồn nhiệt đất bằng công nghệ bơm
nhiệt đất thay cho hệ thống điều hòa không khí –không khí sẽ tiết kiệm được
rất nhiều năng lượng.
Trong thời gian từ tháng 11 đến tháng 4, khi nhiệt độ không khí tối thấp
trung bình thấp hơn 16
°
C lại có nhu cầu sưới ấm, nếu điều biến nguồn nhiệt
đất từ 25-27
°
C sẽ có hiệu suất cao hơn nhiều so với nhiệt độ không khí từ 15
-20
°
C. Tiềm năng nhiệt đất hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu điều hòa không khí
(làm mát về mùa hè và sưởi ấm về mùa đông) ở Hà nội.
Tài liệu tham khảo
1. Báo cáo kết quả quan trắc động thái nước ngầm Thành phố Hà Nội từ 1996 đến 2006.
Lưu trữ Trung tâm Quan trắc và Phân tích tài nguyên môi trường Hà Nội.
16
2. Danh bạ các nguồn nước khoáng và nước nóng Việt nam. 1998, Cục Địa chất và
Khoáng sản Việt nam, Hà Nội, 300tr.
3. Địa chất đô thị tờ Hà Nội. Lưu trữ Cục Địa chất Việt Nam.
4. Vũ Mạnh Hà., 2007. Phát triển năng lượng gió ở Việt Nam. Hội nghị “Năng lượng
biển Việt Nam – Tiềm năng, Công nghệ, Chính sách”, Hạ Long 10/2007,117-128.
5. Trần Minh, 1993. Báo cáo kết quả lập bản đồ địa chất thủy văn thành phố Hà Nội tỷ

lệ 1: 50.000. Lưu trữ Cục Địa chất Việt Nam.
6. Niên giám thống kê Hà Nội 2004.
7. Đinh Văn Toàn, Nguyễn Trọng Yêm,… , 1996. Kết quả bước đầu xác định các giá trị
dòng nhiệt Nam Việt Nam. Tc. Các Khoa học về Trái đất, 18(2), 74-79.

17