NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

NGUYỄN HỮU SƠNKhoa Công nghệ Hóa học

Trường đại học Công nghiệp Tp.HCM

NỘI DUNG

1.Tổng quan về nguồn năng lƣợng địa nhiệt

2.Khai thác và sử dụng năng lƣợng địa nhiệt

3.Tác động đến môi trƣờng

4.Tính kinh tế của năng lƣợng địa nhiệt

Tổng quan về năng lƣợng địa nhiệt

Energy Source 2000 2001 2002 2003 2004P

Total 98.961 96.464 97.952 98.714 100.278

Fossil Fuels 84.965 83.176 84.070 84.889 86.186

Coal 22.580 21.952 21.980 22.713 22.918

Coal Coke Net Imports 0.065 0.029 0.061 0.051 0.138

Natural Gas 23.916 22.861 23.628 23.069 23.000

Petroleum 38.404 38.333 38.401 39.047 40.130

Electricity Net Imports 0.115 0.075 0.078 0.022 0.039

Nuclear Electric Power 7.862 8.033 8.143 7.959 8.232

Renewable Energy 6.158 5.328 5.835 6.082 6.117

Conventional Hydroelectric 2.811 2.242 2.689 2.825 2.725

Geothermal Energy 0.317 0.311 0.328 0.339 0.340

Biomass 2.907 2.640 2.648 2.740 2.845

Solar Energy 0.066 0.065 0.064 0.064 0.063

Wind Energy 0.057 0.070 0.105 0.115 0.143

U.S. Energy Consumption by Energy Source, 2000-2004 (Quadrillion Btu)

Ƣu điểm của năng lƣợng địa nhiệt

Tổng quan về năng lƣợng địa nhiệt

1. Nhiệt độ tại nhân quả đất đạt đến khoảng 5000

oC

2. Hoạt động của núi lửa chuyển các vật liệu nóng

nến gần lớp vỏ của quả đất hơn

3. Hầu hết lớp vật liệu nóng ở độ sâu từ 5-20km

4. Sự đối lƣu thủy học hình thành nên hệ thống

địa nhiệt có nhiệt độ cao xuất hiện ở độ sâu từ

500 – 3000m

Tổng quan về năng lƣợng địa nhiệt

Gradient nhiệt độ của quả đất

Biểu đồ năng lƣợng địa nhiệt

Geysers

Hot Springs

Fumaroles

Bản đồ địa nhiệt toàn cầu

Khai thác năng lƣợng địa nhiệt

Dry Steam Power Plants

Hơi nƣớc đƣợc khai thác từ các bể chứa khítự nhiên (giếng hơi)◦ 180-225 ºC ( 356-437 ºF)

◦ 4-8 MPa (580-1160 psi)

◦ 200+ km/hr (100+ mph)

Hơi nƣớc đƣợc dùng quay tuabin phát điện

Hơi sau khi ngƣng tụ đƣợc bơm trở lạigiếng

Có thể đạt 1 kWh trên 6.5 kg hơi nƣớc◦ Một nhà máy 55 MW cần 100 kg/s hơi nƣớc

Dry Steam Power Plants

Single Flash Steam Power Plants

Hơi và nƣớc cùng đƣợc khai thác từ giếng

Do áp suất tại bề mặt giảm xuống nên nƣớc sẽ

hóa hơi tại bề mặt

Hơi sau đó đƣợc tách ra khỏi nƣớc

Hơi đƣợc dẫn qua tuabin

Tuabin quay và phát điện

Công suất từ 5 đến 100 MW

Sử dụng 6 đến 9 tấn hơi/giờ

Single Flash Steam Power Plants

Binary Cycle Power Plants

Nhiệt độ thấp – 100o and 150oC

Sử dụng nhiệt để làm bay hơi môi chất

◦ E.g., iso-butane, iso-pentane

Sử dụng hơi để chạy tuabin

◦ Sau đó hơi sẽ ngƣng tụ

◦ Quy trình tuần hoàn liên tục

Đạt hiệu quả từ 7 đến 12 %

Thiết bị từ 0.1 – 40 MW phổ biến

Binary Cycle Power Plants

Binary Cycle Power Plants

Double Flash Power Plants

Hoạt động tƣơng tự nhƣ single flash

Tuy nhiên phần lỏng không bay hơi ban

đầu sẽ đƣợc dẫn đến bình bay hơi áp suất

thầp.

Hơi đƣợc dẫn qua tuabin thứ 2

◦ Sử dụng hơi thoát ra từ tuabin 1

Công suất tăng 20-25% trong khi tăng 5%

chi phí nhà máy

Double Flash Power Plants

Combined Cycle Plants

Kết hợp kỹ thuật conventional steam turbine và

binary cycle

◦ Hơi đƣợc dùng chạy tuabin chính

◦ Nhiệt còn lại sẽ làm bay hơi môi chất

◦ Hơi môi chất dùng chạy tuabin thứ 2

Công suất nhà máy từ 10 to 100+ MW

Đạt hiệu quả cao hơn

◦ Tối ƣu hóa trong sử dụng nhiệt

◦ Thu hồi nhiều nhiệt hơn từ lòng đất

Hot Dry Rock Technology

Độ sâu của các giếng khoan từ 3 – 6km

◦ Tầng đá nóng

Nƣớc đƣợc bơm xuống giếng

Nƣớc đƣợc gia nhiệt sẽ hóa hơi

Hơi và nƣớc nóng sẽ đƣợc quay lại bề mặt

Hơi đƣợc sử dụng để chạy tuabin

Hot Dry Rock Technology

Sử dụng trực tiếp

Nhiệt từ địa nhiệt đƣợc sử dụng trực tiếp tốt

hơn chạy máy phát

Thƣờng lấy nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp

◦ < 150 oC or 300 oF.

Áp dụng trong khoảng bán kính <10 km từ

nguồn

GeothermalHeat Pump

Geothermal District Heating

Những vấn đề về kỹ thuật

Chứa các chất gây ăn mòn

◦ Contain gases such as hydrogen sulphide

◦ Corrosion, scaling

Yêu cầu chọn lựa vật liệu thật cẩn thận và

giám sát cẩn trọng trong quá trình vận

hành

Hiệu quả từ 85-95%

Technology vs. Temperature

Reservoir

Temperature

Reservoir

Fluid

Common

Use

Technology

commonly chosen

High Temperature

>220oC

(>430oF).

Water or

Steam

Power Generation

Direct Use

• Flash Steam

• Combined (Flash

and Binary) Cycle

• Direct Fluid Use

• Heat Exchangers

• Heat Pumps

Intermediate

Temperature

100-220oC

(212 - 390oF).

Water Power Generation

Direct Use • Binary Cycle

• Direct Fluid Use

• Heat Exchangers

• Heat Pumps

Low Temperature

50-150oC

(120-300oF).

Water Direct Use

• Direct Fluid Use

• Heat Exchangers

Tác động đến môi trƣờng

Đất◦ Giảm sản lƣợng nôngsản

◦ Xói mòn

Không khí◦ Nóng không khí

◦ Sƣơng mù

Lòng đất◦ Nhiệt độ giảm

◦ Động đất

Nƣớc◦ Tác động lƣu vựcsông

◦ Giảm mực nƣớcngầm

◦ Sự sụt lún

Ồn

Tính kinh tế

Phụ thuộc nhiệt độ và độ sâu của nguồn

Loại nguồn nhiệt(steam, liquid, mix)

Dung lƣợng nguồn nhiệt

Tính chất hóa học của nguồn nhiệt

Tính thấm nƣớc của lớp đá

Kích thƣớc và kỹ thuật áp dụng

Cơ sở hạ tầng (roads, transmission lines)

Chi phí của năng lƣợng địa nhiệt

Chi phí cao

◦ Phụ thuộc nhiều vào yếu tố ảnh hƣởng

Chi phí khảo sát cao

Chi phí đầu vào cao, phí hoạt động thấp

◦ Fuel is “free”

Chi phí của nƣớc và hơi

Cost

(US $/ tonne

of steam)

Cost

(US ¢/tonne

of hot water)

High temperature

(>150oC)

3.5-6.0

Medium

Temperature

(100-150oC)

3.0-4.5 20-40

Low Temperature

(<100oC)

10-20

Chi phí của điện địa nhiệt

Unit Cost

(US ¢/kWh)

High Quality

Resource

Unit Cost

(US ¢/kWh)

Medium

Quality

Resource

Unit Cost

(US ¢/kWh)

Low Quality

Resource

Small plants

(<5 MW)

5.0-7.0 5.5-8.5 6.0-10.5

Medium

Plants

(5-30 MW)

4.0-6.0 4.5-7 Normally not

suitable

Large Plants

(>30 MW)

2.5-5.0 4.0-6.0 Normally not

suitable

Geothermal energy plant in Iceland

Geothermal well testing, Zunil, Guatemala

Heber Geothermal Power Station

52kW electrical generating capacity

The Geysers is the largest producer of geothermal power in the world.