intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Báo cáo môn học Công nghệ nhà máy điện: Geothermal Power – Địa nhiệt điện

Chia sẻ: Nguyen Van Hai | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:42

Thêm vào BST
Báo xấu
99
lượt xem 25
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với đề tài này, nhóm thực hiện mong muốn đưa đến cho các bạn những nhận định đúng đắn về “Địa nhiệt điện” cùng những ứng dụng to lớn của nó đến các mặt của đời sống, sản xuất.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo môn học Công nghệ nhà máy điện: Geothermal Power – Địa nhiệt điện

  1. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên Bộ Giáo Dục & Đào Tạo Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh ~~~~ʘ~~~~ Báo cáo môn học Công Nghệ Nhà Máy Điện (thuộc chương trình cao học kĩ thuật điện) Geothermal Power – Địa  Nhiệt Điện GVHD: TS. Lê Chí Kiên HVTH: Nhóm 8 ­ Nguyễn Văn Hải ­ 1520614 ­ Nguyễn Nhật Thành ­  1520635 ­ Lê Duy Đoan Chi ­ 1520605 ­ Nguyễn Minh Tiên ­ 1520642 Nhóm 8 Page 1
  2. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên TP. HỒ CHÍ MINH – 7/2015 Nhận xét của Giảng Viên TS. Lê Chí KiênLỜI NÓI ĐẦU Đi đôi với sự tồn tại của thế giới này, năng lượng luôn đóng một vai trò cực kì  quan trọng, bất kì hoạt động sinh hoạt và sản xuất nào cũng cần đến năng lượng.   Không có năng lượng con người không thể  tồn tại được. Năng lượng mà chúng ta   cần đến có thể   ở  dưới các dạng khác nhau như: nhiệt năng, quang năng, cơ  năng,  điện năng,… dù  ở  dạng nào thì con người đều có thể  làm cho chúng phục vụ  nhu   cầu của họ. Song năng lương không phải là vô tận, vì thế chúng ta phải luôn hướng   tới việc khai thác đi đôi với bảo vệ  các nguồn tài nguyên, đồng thời tìm kiếm các  nguồn năng lượng mới thay thế và phuc vụ tốt nhu cầu của con người.  Ngày nay, chúng ta  có thể lợi dụng thế năng của dòng nước, hay nhiệt năng từ  các nguồn năng lượng hóa thạch (than, dầu mỏ), hay cơ  năng của gió, thủy triều,   hay động năng của các hạt từ đó tạo ra điện năng, rồi từ điện năng có thể tạo ra các   dạng năng lượng khác tùy nhu cầu của con người. Tuy nhiên, sự khai thác các nguồn   năng lượng trên hoặc gây ô nhiễm môi trường (năng lượng hóa thạch, năng lương   hạt nhân), cạn kiệt tài nguyên; hoặc phụ  thuộc quá nhiều vào khí hậu, khó khăn   trong khai thác và sử dụng (năng lượng gió, năng lượng thủy triều, năng lương mặt  trời). Vì thế đòi hỏi tìm ra các nguồn năng lượng ít gây ô nhiễm môi trường, dễ khai   thác và sử dụng. Năng lượng địa nhiệt là một trong những nguồn năng lượng đó. 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, nhóm 8 mong muốn đưa đến cho thầy và các bạn những nhận   định đúng đắn về “Địa nhiệt điện” cùng những ứng dụng to lớn của nó đến các mặt  của đời sống, sản xuất.  Báo cáo đồ án gồm 5 chương :  Chương 1. Tổng Quan Nhóm 8 Page 2
  3. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên Chương 2. Các vấn đề lý thuyết về Năng lượng địa nhiệt. Chương 3. Thực trạng việc ứng dụng năng lượng địa nhiệt trên. Chương 4. Thực trạng năng lượng địa nhiệt Chương 5. Quan điểm cá nhân về việc giải quyết những vấn đề tồn tại của   năng lượng địa nhiệt. Đề  tài này mô tả  khá nhiều về  các vấn đề  của Địa nhiệt điện, nên không thể  tránh khỏi các thiếu sót. Vì vậy, nhóm 8 rất mong nhận được sự  đóng góp ý kiến   của thầy cùng tất cả  các bạn để có thể từng bước xây dựng đề  tài ngày càng hoàn   thiện và hiệu quả hơn.  Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Trang Trang bìa..................................................................................................................1 Nhận xét của Giảng viên........................................................................................2 Lời nói đầu..............................................................................................................3 Mục lục ..................................................................................................................5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................7 1.1 Tổng quan....................................................................................................7 1.2 Năng lượng địa nhiệt và quá trình hình thành.............................................7 1.3 Mục đích khai thác năng lượng địa nhiệt..................................................10 CHƯƠNG 2: KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT...............................12 2.1 Phân loại các nguồn năng lượng địa nhiệt................................................12 2.2 Các ứng dụng của năng lượng địa nhiệt...................................................12 2.3 Khai thác địa nhiệt tầng nông....................................................................16 CHƯƠNG 3: NHÀ MÁY ĐỊA NHIỆT ĐIỆN.....................................................18 3.1 Quy trình sản xuất điện.............................................................................18 3.2 Nguyên lý và cấu tạo các nhà máy địa nhiệt điện.....................................19       3.2.1 Dry steam...........................................................................................19 Nhóm 8 Page 3
  4. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên       3.2.2 Flash steam........................................................................................21       3.2.3 Binary cycle.......................................................................................22       3.2.4 Liên hợp flash/binary........................................................................24 CHƯƠNG 4: THỰC TRẠNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT...........................25 4.1 Năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện................................................25 4.2 Hiện trạng phát triển năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam.......................27       4.2.1 Nguồn năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam......................................27       4.2.2 Mức độ phát triển của ngành năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam. .29       4.2.3 Hướng giải quyết.............................................................................29 4.3 Các vấn đề khác........................................................................................30 CHƯƠNG 5: QUAN ĐIỂM CÁ NHÂN VÀ VIỆC GIẢI QUYẾT  NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT............33 5.1 Lý do nên phát triển năng lượng địa nhiệt................................................33 5.2 Giá thành sản xuất.....................................................................................33       5.2.1 Giá thành cho ứng dụng trực tiếp địa nhiệt .....................................33       5.2.2 Chi phí sản xuất điện từ địa nhiệt   ................................................33 5.3 Tiềm năng của ngành năng lượng địa nhiệt thế giới................................37 5.4 Cơ hội phát triển ngành năng lượng địa nhiệt..........................................39 5.5 Đánh giá đối với Việt Nam.......................................................................39 5.6 Hướng phát triển trong tương lai và quan điểm bản thân  về triển vọng ngành năng lượng địa nhiệt......................................................40 5.7 Kết luận.....................................................................................................41 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................42 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1  Tổng quan 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.  Nhóm 8 Page 4
  5. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên 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. Prince Piero Ginori Conti đã thử  nghiệm máy phát điện địa nhiệt đầu tiên vào  ngày 4 tháng 7 năm 1904 tại Larderello, Italy. Cho đến nay, hơn 30 quốc gia trên thế  giới đã khai thác tổng cộng 12.000 MW địa nhiệt cho các ứng dụng trực tiếp và sản  xuất hơn 8.000 MW  điện. Tại một vài quốc gia  đang phát triển, địa nhiệt điện  chiếm một vai trò đáng kể trong việc đáp ứng nhu cầu điện. Hình 1.1 Máy phát điện địa nhiệt đầu tiên. 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 (mini­grid), bên cạnh  ứng  dụng trong việc hòa mạng quốc gia. Tại các quốc gia có nguồn tài nguyên eo hẹp   hoặc có điều kiện khí hậu khắc nghiệt, địa nhiệt điện có thể  đóng một vai trò rất  hữu dụng. 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. Nguồn địa nhiệt được xem là đặc biệt quan  trọng đối với các quốc gia đang phát triển mà lại không có các nguồn tài nguyên   năng lượng như than, dầu và khí tự nhiên. Tương tự  như  hầu hết các dạng năng lượng khác, các nhà máy điện địa nhiệt   có các thuận lợi và tác động môi trường nhất định. Các vấn đề môi trường liên quan   Nhóm 8 Page 5
  6. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên đến địa nhiệt gồm có: khí thải, sử dụng nguồn nước, nguồn đất, quản lý chất thải,   subsidence (sụp lún), địa chất cảm ứng, tác động về quần thể động vật và thực vật. Giá thành địa nhiệt điện phụ thuộc mật thiết vào nguồn địa nhiệt và qui mô nhà  máy. Giá điện dao động từ  2,5­10 xu Mỹ/kWh. Giá hơi nước (steam) thì có thể  xuống đến 3,5 USD/tấn. Các yếu tố ảnh hưởng đến giá cả  địa nhiệt điện là độ  sâu  và nhiệt độ  của bồn địa nhiệt, sản lượng khai thác của giếng, các vấn đề  đáp ứng  tiêu chuẩn về môi trường, cơ sở hạ tầng và các yếu tố kinh tế khác như qui mô phát  triển, qui hoạch tài chính. 1.2  Năng lượng địa nhiệt và quá trình hình thành 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. Hình 1.2 Cấu tạo và nhiệt độ từng lớp vỏ Trái Đất. 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   Nhóm 8 Page 6
  7. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên 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. Hình 1.3 Quá trình hình thành địa nhiệt từ sự di chuyển của các mảng vỏ Trái Đất. 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. Một phần khối nước nóng  này có thể  di chuyển lên mặt đất thông qua các đới đứt gãy hoặc khe đá rạn, hình  thành suối nước nóng. Một khi khối nước nóng và hơi nước này bị  “bẫy” do khối   đất đá không thấm ở phía bên trên và được giữ lại trong khối đất đá thấm, 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. Theo tính   toán , nhiệt độ  của tâm trái đất vào khoảng 6650°C. Trái đất nguộidần 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  Nhóm 8 Page 7
  8. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên cách khoan sâu xuống lòng đất . Nguồn nhiệt này được đưa lên mặt đất dưới dạng  hơi nóng hoặc nước nóng . Hình 1.4 Các dạng biểu hiện của nguồn năng lượng địa nhiệt trên mặt đất. 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 2­40m (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 4­5km. 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. Nhóm 8 Page 8
  9. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên 1.3  Mục đích khai thác năng lượng địa nhiệt Năng lượng địa nhiệt được con người phát hiện ra từ  rất sớm, ban đầu nó chủ  yếu được sử  dụng để: sưởi  ấm, cung cấp nước nóng, du lịch, làm tan tuyết, hay   dùng để chữa bệnh,… Ngày nay, với công nghệ phát triển, ngoài việc sử dụng trực tiếp chúng, thì việc   sản xuất điện từ năng lượng địa nhiệt không còn khó khăn nữa. Theo các chuyên gia  nghiên cứu nếu khai thác tốt nguồn năng lượng này thì không những đáp  ứng đủ  điện năng cho toàn cầu mà chúng có thể gấp hàng trăm lần so với lượng điện hiện   nay. CHƯƠNG 2 KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 2.1  Phân loại các nguồn năng lượng địa nhiệt  Có 4 loại nguồn địa nhiệt chính sau :  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 ở nhiệt độ cao hơn 240oC.  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  Qua Đất nén lại dưới áp suất rất cao dưới các tầng  trầm tích sâu và bị  bao bọc bởi các lóp 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 200c€.   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. Đe 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 việc 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.   Nhóm 8 Page 9
  10. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên 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 Quả 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. 2.2  Các ứng dụng của 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. 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.  Sử  dụng trực tiếp: 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. Hình 2.1 Suối nước nóng Các bồn địa nhiệt có nhiệt độ  từ  200C­1500C có thể  cung cấp trực tiếp nhiệt  cho các ứng dụng trong công sở, nhà ở và công nghiệp. Ngoài ra, các lưu chất nhiệt  Nhóm 8 Page 10
  11. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên độ cao từ các nhà máy địa nhiệt có thể được tái sử dụng cho các ứng dụng trực tiếp,   được gọi là kỹ  thuật bậc thang (cascaded operation).  Ứng dụng trực tiếp của  địa  nhiệt trong nhà ở và công sở giúp tiết kiệm đáng kể so với sử dụng năng lượng hóa   thạch (lên đến 80% so với chi phí sử  dụng NL hóa thạch). Bên cạnh đó, kỹ  thuật   này cũng rất “sạch”, không/hoặc thải ra rất ít các khí gây ô nhiễm môi trường. Hệ thống ứng dụng trực tiếp thông thường bao gồm 3 phần chính như sau:  o Phương tiện khai thác để hút nước nóng từ  bể lên mặt đất: giếng địa   nhiệt o Hệ  thống cơ  học dùng để  luân chuyển nhiệt: ví dụ  như   ống dẫn, bộ  trao đổi nhiệt (heat exchanger), bộ điều khiển o Hệ   thống   disposal   để   nhận  lưu   chất   địa   nhiệt   đã   nguội   lại  –  như  injection well hoặc giếng trữ (storage pond). Các ví dụ  điển hình về  sử  dụng trực tiếp là Hệ  thống sưởi nhà cửa, các nhà   kính (greenhouses), và các phương tiện nuôi trồng thủy sản. Các  ứng dụng công  nghiệp như  sấy khô thực phẩm, giặt  ủi, khai thác vàng, tiệt trùng sữa, các dịch vụ  tắm hơi … Hình 2.2 Nhà kính sử dụng năng lượng địa nhiệt Trong lĩnh vực sử  dụng trực tiếp, hệ  thống sưởi vẫn chiếm tỷ  lệ  cao nhất   (37%), tiếp đến là các dịch vụ  như  tắm hơi/hồ  bơi (22%), bơm địa nhiệt điều hòa   Nhóm 8 Page 11
  12. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên nhiệt  độ  (14%),  nhà  kính (12%),  nuôi trồng thủy  sản  (7%)  và  các  dịch  vụ   công  nghiệp khác (7%) (Lund and Freeston, 2000).  Châu Á hiện nay đã dành vị trí dẫn đầu trong việc khai thác trực tiếp địa nhiệt   (44%), sau đó là Châu Âu (37%) và Châu Mỹ (14%). Bơm địa nhiệt: hay còn được biết như bơm nhiệt từ lòng đất (ground­source  heat pump), là một kỹ thuật năng lượng mới có hiệu suất cao và ngày càng được sử  dụng 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. 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 100­160 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. Nhóm 8 Page 12
  13. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên Hình 2.3  Bơm địa nhiệt, trên các dạng đường ống khác nhau của hệ thống bơm địa nhiệt.   Một lưu chất sẽ được bơm vào các ống này để thu nhiệt từ lòng đất ( vào mùa đông hoặc   thải nhiệt về lòng đất ( vào mùa hè). Một hệ thống bơm địa nhiệt bao gồm các phần như sau:  Hệ nối đất (earth connection): sử dụng Trái Đất như  nguồn nhiệt, bao gồm   một hệ  các  ống dẫn, thường được gọi là loop, chôn dưới mặt đất ở  khu vực gần   công trình xây dựng. Hệ  thống này có thể  được chôn dọc hoặc chôn ngang. Hệ  thống này luân chuyển một lưu chất (nước, hoặc hỗn hợp nước và chất chống đông   Nhóm 8 Page 13
  14. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên – antifreeze) hấp thụ  nhiệt, hoặc “nhả” nhiệt, từ  khối đất đá ép xung quanh, tùy  thuộc vào nhiệt độ không khí cao hơn hoặc thấp hơn nhiệt độ đất.     Bơm nhiệt (heat pump): một máy bơm nhiệt hút nhiệt từ  lưu chất luân   chuyển trong loop, tập trung nhiệt này lại và chuyển nó vào trong tòa nhà. Để  làm   mát, quá trình này được đảo ngược. Các   ống   dẫn  nhiệt   (ductwork)   thông  thường   được   sử   dụng   để   phân  bố  không khí ấm hoặc mát từ bơm địa nhiệt ra khắp tòa nhà.  Trong thập kỷ  vừa qua, một số quốc gia đã tiến hành khuyến khích việc khai  triển bơm địa nhiệt cho việc điều hòa nhiệt độ  vào mùa đông và mùa hè với nhiều   chương trình trợ giá hấp dẫn khác nhau. Hoa Kỳ hiện vận dẫn đầu trong ứng dụng   bơm địa nhiệt (đạt 3.300 GWh/năm theo số  liệu năm 1999), với tăng trưởng mỗi  năm là 10%. Các quốc gia dẫn đầu khác là Thụy Sĩ, Thụy Điển, Đức, Áo và Canada 2.3  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 150m 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 bê tông 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 thái khí C02 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 (ground­source  heat pump), là một kỳ thuật năng lượng mới có hiệu suất cao và ngày càng được sử  dụng 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.   Máy bơm nhiệt có tác dụng lấy hoặc 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 họp 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  Nhóm 8 Page 14
  15. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên đóng vai trò quan trọng và có ý nghĩa lớn nhất (Hình). Hoạt động của máy bơm như  sau:  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.    Hình 2.4 Chu trình sản xuất địa nhiệt điện. Nhóm 8 Page 15
  16. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên Hình 2.5 Hoạt động của turbine. Qua hình vẽ trên, ta có thể thấy, hơi nước bơm từ giếng khai thác (production   well) sẽ  vận hành turbin phát điện. Hơi nước ngưng tụ   ở  tháp làm lạnh (cooling   tower) sẽ được bơm trở lại thông qua giếng bơm thu hồi ( injection well) để duy trì  sản lượng khai thác. Cũng giống như  các dạng turbin thủy lực khác, lực hơi nước   quay các lưỡi turbin và từ đó quay rotor của máy phát điện, tạo ra điện xoay chiều. CHƯƠNG 3 NHÀ MÁY ĐỊA NHIỆT ĐIỆN Hình 3.1 Nhà máy điện địa nhiệt Nesjavellir ở Iceland. 3.1  Quy trình 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 tua bin, máy phát điện sinh ra dòng điện  Nhóm 8 Page 16
  17. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên Bước 5: Lưu trữ và truyền tải điện năng.   Bước 6: Dần nước lạnh trở lại chu trình hoạt động ban đầu.   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 họp để tiến hành các bước kế tiếp tạo ra điện năng. Sau khi tìm được lớp  đất đá phù hợp  ở  độ  sâu khoảng 5.000­10.000 feet (tức khoảng 1,5­3km), họ  tiến   hành khoan và dùng áp lực đủ lớn tạo ra các vét nứt, sau đó nước lạnh sẽ được bơm  xuống. Nước nay sẽ  được làm nóng nhờ  các lóp đá trên, chúng sẽ  được bom lên   thông qua cột lô khoan thác để tạo ra điện năng. 3.2   Nguyên lý và cấu tạo các nhà máy địa nhiệt điện Về  cơ  bản công nghệ  nhà máy địa nhiệt điện gần giống công nghệ  nhà máy  nhiệt điện. Nguồn nhiệt của các nhà máy địa nhiệt điện được khai thác từ  các vỉa   địa nhiệt sâu dưới lòng đất. Nguyên lý hoạt động chung của nhà máy địa nhiệt điện Cấu tạo cơ bản công nghệ nhà máy địa nhiệt điện:  Giếng khai thác (production well)  Giếng dồn nén (injection well)  Bộ xử lý nhiệt (processor)  Tua bin và máy phát (turbine & generator)  Truyền tải (transmission) Nhóm 8 Page 17
  18. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên Có 3 kỹ  thuật chính được sử  dụng trong việc sản xuất điện từ  địa nhiệt: dry  steam, flash team và hết thống binary cycle. Việc phải lựa chọn giải pháp kỹ  thuật  phụ  thuộc vào nhiệt độ  và áp suất của bể địa nhiệt ( pha của lưu chất thủy nhiệt:   dạng hơi hoặc dạng lỏng). 3.2.1  Dry steam Dry steam sử dụng hơi nước  ở nhiệt độ  cao (>2350C) 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. Đây là dạng kỹ thuật cổ điển nhất và được sử dụng ở nhà máy địa nhiệt   đầu tiên trên thế giới tại Lardarello, Ý (1904).  Hình 3.2a Hệ thống Dry System. Nhóm 8 Page 18
  19. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên Hình 3.2b Nhà máy The Geysers dạng Dry Steam tại bắc California, Hoa kỳ. Đây là nhà máy địa nhiệt điện (20 tổ  máy) được phát triển đầu tiên tại Hoa   Kỳ  vào năm 1962. Cho đến nay nó vẫn là nhà máy nhiệt điện lớn nhất thế  giới.   Chùm nhà máy này tận dụng nước thải sinh hoạt tại các thành phố  lân cận làm lưu  chất địa nhiệt, cung cấp một giải pháp môi trường cho việc xử lý nước thải. 3.2 .2  Flash steam Flash steam là dạng kỹ  thuật phổ  biến nhất hiện nay. Nhà máy dạng flash  steam sử  dụng nước nóng  ở  áp suất cao (>1820C) 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).  Nhà máy điện công nghệ nước siêu lỏng là kiểu nhà máy điện địa nhiệt sử  dụng nguồn năng lượng địa nhiệt trực tiếp. Ở  công nghệ  này đòi hỏi nhiệt độ  lòng đất tối thiểu 300oF (149oC) đến  700oF (370oC). Tuy nhiên, ở công nghệ này vẫn đem theo một phần nhỏ khí độc từ lòng đất  phát tát ra môi trường bên ngoài. Đồng thời công nghệ này vẫn chưa khai thác triệt để lượng nhiệt. Nhóm 8 Page 19
  20. Báo cáo Geothermal – Địa Nhiệt Điện                                                               GVHD: Ts. Lê Chí Kiên Hình 3.3a: Hệ thống Flash System Ta có công thức: pV = GRT Với:  p là áp suất tuyệt đối (N/m2);  V là thể tích khối chất (m3),  G là khối lượng tương ứng của chất khí (kg);  R là hằng số chất khí, R = Rµ/µ = 8314/ µ, J/kg.độ T là nhiệt độ tuyệt đối, oK Nhóm 8 Page 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.26: Bộ 320 Luận Văn Thạc Sĩ Y Học
320 tài liệu
1253 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2