Khái niệm về địa nhiệt năng

Địa nhiệt năng là loại năng lượng lấy từ nguồn nhiệt tự nhiên trong lòng quả đất bằng cách khoan sâu xuống lòng đất. Độ biến thiên địa nhiệt trong lỗ khoan vào khoảng 1oC/36 mét. Nguồn nhiệt này được đưa lên mặt đất dưới dạng hơi nóng hoặc nước nóng.  Nguồn nhiệt này có thể sử dụng trực tiếp để sưới ấm các căn hộ hoặc dùng để sản xuất điện năng.

Theo tính toán, nhiệt độ ở tâm trái đất vào khoảng 6.650 độ C. Trái đất nguội dần với tốc độ khoảng 300 ÷ 350OC/1 tỉ năm. Khảng 2% lượng nhiệt nằm ở lớp vỏ của trái đất, còn lại 98 % ở phần ruột và trung tâm. Như vậy, 2% lượng nhiệt (tương ứng vào khoảng 840 tỉ W) cũng có thể đáp ứng nhu cầu của loài người trong một thời gian dài.

Các nguồn địa nhiệt

Một số vùng trong vỏ trái đất, đặc biệt tại những vùng có hoạt động địa chấn mạnh nhiệt độ tăng rất nhanh theo chiều sâu. Như vậy, tiềm năng địa nhiệt ở những vùng quanh vành đai động đất là rất lớn.

Phía dưới lớp vỏ trái đất là lớp đá nóng chảy gọi là mác-ma. Tiềm năng của nhiệt lượng ở độ sâu 10.000 mét, gấp khoảng 50.000 lần toàn bộ trữ lượng dầu khí của trái đất. Nhiều điểm nóng nằm trong vành đai động đất Thái Bình Dương, còn gọi là “vành đai lửa” vì có rất nhiều núi lửa hoạt động.

Những phương pháp sử dụng năng lượng địa nhiệt

Hai phương pháp cơ bản sử dụng năng lượng địa nhiệt là sử dụng trực tiếp nguồn nhiệt hoặc dùng cho sản xuất điện năng. Nguồn nhiệt được sử dụng trực tiếp để sưởi ấm các căn hộ, sấy quần áo, làm tan băng trên các đường giao thông. Nếu dùng nhiệt để sản xuất điện năng, nhiệt độ cần có phải cao hơn 150oC. Tại Caliphocnia khoảng 5% năng lượng điện được sản xuất từ nguồn địa nhiệt. Tại Xanvado là khoảng 30%. Tại Icelandnguồn địa nhiệt được dùng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống và công nghiệp.

Nguyên lý hoạt động của các nhà máy điện địa nhiệt

Hiện nay có 3 loại sơ đồ sản xuất điện năng sử dụng nguồn địa nhiệt: Sơ đồ trực tiếp sử dụng hơi nóng khô; sơ đồ gián tiếp sử dụng hơi nước  và sơ đồ hỗn hợp (hai chu trình).

Trong sơ đồ trực tiếp, hơi nóng thổi trực tiếp và tuốc bin, làm quay máy phát để sinh ra điện. Đây là kiểu nhà máy điện địa nhiệt 

lâu đời nhất, lần đầu tiên được xây dựng ở Italia năm 1904 và vẫn hoạt động cho đến nay. Tại Caliphocnia có nhà máy lớn nhất thế giới hoạt động theo nguyên lý này.

Trong sơ đồ gián tiếp, hơi nước địa nhiệt được làm tăng độ nóng lên trên 182OC. Hơi nước được dồn vào buồng bay hơi để 

giảm áp lực, do vậy một phần dung dịch được biến thành hơi nước. Hơi nước sẽ làm quay tuốc bin. Nếu trong bình chứa còn dư chất lỏng, nó có thể được đưa vào bình bay hơi để tăng thêm công suất.

Trong sơ đồ hỗn hợp, sử dụng nước nóng có nhiệt độ thấp hơn 200OC, là nguồn nước nóng dồi dào nhất trong đa số các vùng địa nhiệt. Nước nóng địa nhiệt và chất lỏng thứ cấp có nhiệt độ sôi thấp hơn được đưa qua buồng trao đổi nhiệt.

Nhiệt năng của nước địa nhiệt làm chất lỏng thứ cấp bốc hơi và hơi nước sẽ làm quay tuốc bin. Bởi vì đây là hệ thống khép kín nên không hề có chất thải vào khí quyển. Nước nóng có nhiệt độ vừa phải là nguồn địa nhiệt thông dụng có tiềm năng dồi dào nhất. Do đó đa số các nhà máy điện địa nhiệt trong tương lai sẽ hoạt động theo nguyên lý này.

Iceland  đang xây dựng nhà máy điện địa nhiệt cực lớn

Tại Iceland đã thực hiện một lỗ khoan địa nhiệt sâu 3.000 mét tại vùng núi lửa để chuẩn bị cho dự án khai thác địa nhiệt dùng để sản xuất điện thân thiện với môi trường.

Từ lỗ khoan sâu  hai dặm gần núi lửa Krafla sẽ khai thác nước siêu lỏng (là trạng thái xóa nhòa ranh giới giữa pha lỏng và hơi). Nếu được sử dụng để phát điện thì Iceland sẽ tăng gấp 10 lần năng lượng khai thác từ lòng đất.

Hiện nay có khoảng 50 nước trên thế giới sử dụng địa nhiệt. Icelandxếp vị trí 14 trên thế giới về tiềm năng địa nhiệt nhưng là nước có sản lượng điện địa nhiệt tính theo đầu người cao nhất thế giới.

Với tổng vốn đầu tư khoảng 22 tỉ USD, thực hiện trong 10 năm, dự án đầy tham vọng của Iceland ngay từ cuối năm 2009 đã bắt đầu khai thác nguồn nước địa nhiệt siêu lỏng. Các chuyên gia đặt cược cho sự thành công của dự án là 50/50. Nếu thành công, sẽ cho ra một sản lượng điện bằng một nhà máy điện nguyên tử cỡ vừa.

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. Iceland bắt đầu khai thác năng lượng địa nhiệt từ đầu thế kỷ 20. Trên hòn đảo này hiện đang hoạt động 5 nhà máy địa nhiệt điện với tổng công suất khoảng 420 MW, bằng 26,5% tổng năng lượng điện trong cả nước. Còn nguồn nhiệt dùng để để sưởi ấm và đun nóng nước bằng địa nhiệt chiếm tới 90 % .

Những vấn đề có thể phát sinh

Dự án lớn về khai thác địa nhiệt của Iceland cũng tiềm ẩn những rủi ro nhất định. Trong trường hợp xấu nhất, nước nóng với áp lực cao có thể cuốn phăng dàn khoan như đã từng xảy ra năm 1999, tạo thành một hố sâu rộng tới 30 mét. Mặt khác, nước nóng ở độ sâu dưới lòng đất thường có chứa a-xít clohydric có thể phá hủy các kết cấu bằng thép. Ngoài ra, nếu khoan thủng tới tầng mác-ma thì chưa có công nghệ sử dụng và chế ngự nó và sẽ phải chuyển sang lỗ khoan khác.

Theo: QLNĐ số 10/2009