Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng: Chương 9 - PGS. TS. Phạm Hoàng Lương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:53

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng - Chương 9: Năng lượng địa nhiệt, cung cấp những kiến thức như Khái niệm; Phân loại năng lượng địa nhiệt; Tiềm năng nguồn; Công nghệ năng lượng địa nhiệt; Ảnh hưởng môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng: Chương 9 - PGS. TS. Phạm Hoàng Lương

HE4171 CƠ SỞ NGUỒN VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG ENERGY RESOURCE AND TECHNOLOGY BASICS 2(2-1-0-4) PGS. TS. PHẠM HOÀNG LƯƠNG Email: luong.phamhoang@hust.edu.vn Cell phone: 0904277121 1
CHƯƠNG 9 NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT
Nội dung trình bày • Khái niệm • Phân loại • Tiềm năng nguồn • Công nghệ năng lượng địa nhiệt • Ảnh hưởng môi trường
Khái niệm • Địa Nhiệt là nguồn nhiệt năng có sẵn trong lòng đất. Cụ thể hơn, nguồn năng lượng nhiệt này tập trung ở khoảng vài km dưới bề mặt Trái Đất, phần trên cùng của vỏ Trái Đất. Cùng với sự tăng nhiệt độ khi đi sâu vào vỏ Trái Đất, nguồn nhiệt lượng liên tục từ lòng đất này được ước đoán tương đương với với một khoảng năng lượng cỡ 42 triệu MW. Lòng đất thì vẫn tiếp tục nóng hằng tỷ năm nữa, đảm bảo một nguồn nhiệt năng gần như vô tận. Chính vì vậy Địa Nhiệt được liệt vào dạng năng lượng tái tạo. • Nguồn nhiệt lượng này được chuyển lên mặt đất qua dạng hơi hoặc nước nóng khi nước chảy qua đất đá nóng. Nhiệt lượng thường được sử dụng trực tiếp, ví dụ như hệ thống điều hòa nhiệt độ (bơm địa nhiệt), hoặc chuyển thành điện năng (nhà máy nhiệt điện). • Địa nhiệt là dạng năng lượng sạch và bền vững. So với các dạng năng lượng tái tạo khác như gió, thủy điện hay điện mặt trời, địa nhiệt không phụ thuộc vào các yếu tố thời tiết và khí hậu. Do đó địa nhiệt cũng có hệ số công suất rất cao, nguồn địa nhiệt luôn sẵn sàng 24h/ngày, 7 ngày trong tuần. • Các nhà máy địa nhiệt có giới hạn công suất từ 100 kW cho đến 100 MW, phụ thuộc vào nguồn năng lượng vào nhu cầu điện năng. Kỹ thuật này rất thích hợp cho điện khí hóa nông thôn và các ứng dụng mạng lưới mini (mini-grid), bên cạnh ứng dụng trong việc hòa mạng quốc gia. Các ứng dụng trực tiếp của địa nhiệt có thể góp phần tăng đáng kể sản lượng nông nghiệp và ngư nghiệp (nuôi trồng thủy hải sản) và cung cấp nhiệt cho các quá trình xử lý công nghiệp phụ trợ.
Trường nhiệt độ trong lòng đất và ở bề mặt trái đất
Phân loại • Có 4 dạng nguồn địa nhiệt khác nhau, trong đó chỉ có bồn trũng thủy địa nhiệt (hydrothermal reservoirs) là đã được đưa vào khai thác thương mại. 3 dạng còn lại, nước muối địa áp (geopressureed brine), đá khô nóng (dry hot rock) và magma, vẫn còn yêu cầu phát triển các kỹ thuật cao/tân tiến. • Bể thủy nhiệt là các bể chứa hơi hoặc nước nóng bị bẫy trong đá porous (Hình 1). Để sản xuất điện, hơi hoặc nước nóng được bơm từ các bể lên mặt đất để vận hành các turbin phát điện. Do nguồn hơi nước tương đối hiếm, nên hầu hết các nhà máy địa nhiệt sử dụng nguồn nước nóng.
• Đá khô nóng: địa Phân loại (tiếp) nhiệt có thể được khai thác từ một số các nguồn đá khô, không thấm ở độ sâu khoảng 5-10 m dưới mặt đất, hoặc thậm chí nông hơn ở một số khu vực. Ý tưởng chủ đạo là bơm nước lạnh xuống nguồn đá khô này tại một giếng khoan, cho khối nước này chảy qua nguồn đá khô và được nung nóng, sau đó dẫn khối nước được nung nóng ra một giếng khoan khác và trữ trong bể địa nhiệt. Tuy nhiên hiện nay vẫn chưa có ứng dụng thương mại nào cho kỹ thuật này.
Phân loại (tiếp) Magma: tất cả các kỹ thuật địa nhiệt hiện nay đều chỉ khai thác “gián tiếp” nhiệt năng từ lòng đất do magma chuyển lên. Hiện tại vẫn chưa có kỹ thuật này cho phép khai thác trực tiếp nhiệt lượng từ magma, mặc dù magma là nguồn nhiệt lượng cực kỳ dồi dào trong vỏ Trái Đất. Nước muối địa áp là dạng nước nóng, áp suất cao và chứa methane hòa tan. Cả nhiệt và methane đều có thể được sử dụng để sản xuất điện thông qua turbine.
Sơ đồ một địa điểm địa nhiệt Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, 2004
Suối nước nóng Clepsydra Geyser in Yellowstone http://en.wikipedia.org/wiki/Geyser
Suối nước nóng Hot springs in Steamboat Springs area. http://www.eia.doe.gov/cneaf/solar.renewables/page/geothermal/geothermal.html
Điểm mở của trái đất Clay Diablo Fumarole (CA) White Island Fumarole New Zealand http://lv o.wr.usgs.gov/cdf_main.htm http://v olcano.und.edu/v wdocs/volc_images/img_white_island_fumerole.html
Các địa điểm địa nhiệt trên thế giới http://www.deutsches-museum.de/ausstell/dauer/umwelt/img/geothe.jpg
Tiềm năng nguồn năng lượng địa nhiệt • Bài tập về nhà
Tình hình sử dụng địa nhiệt Energy Source 2000 2001 2002 2003 2004P Total a 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 b 23.916 22.861 23.628 23.069 23.000 Petroleumc 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 Biomassd 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 Tiêu thụ năng lượng ở Mỹ, 2000-2004 (Tính theo Btu) http://www.eia.doe.gov/cneaf/solar.renewables/page/geothermal/geothermal.html
Công nghệ địa nhiệt: Các biện pháp khai thác nhiệt http://www.geothermal.ch/eng/vision.html
Công nghệ địa nhiệt (tiếp) Địa nhiệt có 3 ứng dụng chính như sau: • Sản xuất điện năng: người ta có thể khoan các giếng xuống các bể địa nhiệt để hút hơi nước hoặc nước nóng cho việc vận hành turbine trên mặt đất, một cách trực tiếp hoặc gián tiếp.
Nhà máy điện hơi khô • Hơi nước khô được lấy từ nguồn chứa tự nhiên với các thông số – 180-225 ºC ( 356-437 ºF) – 4-8 MPa (580-1160 psi) – 200+ km/hr (100+ mph) • Hơi nước được sử dụng để quay hệ thống tua bin – máy phát • Hơi nước được ngưng tụ và bơm lại xuống đất • Có thể đạt được1 kWh với 6.5 kg hơi nước – Một nhà máy 55 MW cần lượng hơi100 kg/s Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, 2004
Nhà máy điện tách hơi • Hỗn hợp hơi và nước được khai thác từ lòng đất • Áp suất hỗn hợp giảm ở bề mặt và một phần nước được hóa hơi. • Tách hơi khỏi nước • Hơi làm quay tua bin rồi chạy máy phát điện. • Phát được 5 đên 100 MW • Sử dụng 6 đến 9 tấn hơi/giờ
Nhà máy điện chu trình nhị phân • Nhiệt độ thấp – 100o and 150oC • Sử dụng nhiệt để hóa hơi các chất lỏng hữu cơ. – Ví dụ như iso-butane, iso-pentane • Sử dụng hơi để quay tua bin – Sinh hơi rồi ngưng hơi – Chu trình liên tục • HIệu suất chung là 7 đến 12 % • Thường các cơ sở có công suất 0.1 – 40 MW http://www.worldenergy.org/wec-geis/publications/reports/ser/geo/geo.asp