Luận văn Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN BÁ SANG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN MHD KẾT HỢP VỚI ĐỊA NHIỆT ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 6 6 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH o0o LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN BÁ SANG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN MHD KẾT HỢP VỚI ĐỊA NHIỆT ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hƣớng dẫn khoa học: TS. LÊ CHÍ KIÊN Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
3. Luận Văn Thạc Sĩ Lý Lịch Khoa Học LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Bá Sang Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/12/1988 Nơi sinh: Vĩnh Long Quê quán: Tân An Luông, Vũng Liêm – Vĩnh Long Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 903, Huỳnh Tấn Phát, Q7,TP. Hồ Chí Minh Điện thoại cơ quan: Điện thoại riêng: 0985464849 Fax: E-mail: nbsang57@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Qui Thời gian đào tạo: Từ 9/2007 đến 9/2011 Nơi học: Trƣờng Đại Học Cần Thơ Ngành học: Kỹ Thuật Điện 2. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh trình độ B1 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo: Từ 05/2013 đến 05/2015 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Luận văn: “Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 10/2015 Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Lê Chí Kiên HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang i GVHD: TS. Lê Chí Kiên
4. Luận Văn Thạc Sĩ Lời Cam Đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 8 năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Bá Sang HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang ii GVHD: TS. Lê Chí Kiên
5. Luận Văn Thạc Sĩ Lời Cảm Ơn LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập và nghiên cứu tại Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, cùng với sự nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ của quý Thầy Cô, Tôi đã hoàn thành đƣợc Luận văn tốt nghiệp này. Trƣớc hết, Tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trƣờng, Ban chủ nhiệm khoa Điện – Điện tử và Phòng quản lý sau đại học Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho Tôi học tập, nghiên cứu nâng cao trình độ và thực hiện tốt Luận văn tốt nghiệp trong thời gian qua. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Lê Chí Kiên đã nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ Tôi trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ trong quá trình thực hiện Luận văn tốt nghiệp này. Ngoài ra, Tôi cũng xin đƣợc nói lời cảm ơn đến các Anh Chị học viên trong lớp cao học 2013 – 2015A đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ Tôi hoàn thành tốt Luận văn tốt nghiệp này. Việc thực hiện đề tài Luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót về kiến thức chuyên môn. Kính mong nhận đƣợc sự quan tâm, xem xét và đóng góp ý kiến quý báu của quý Thầy, Cô và các bạn để đề tài luận văn này hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 4 năm 2015 Học viên thực hiện Nguyễn Bá Sang HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang iii GVHD: TS. Lê Chí Kiên
6. Luận Văn Thạc Sĩ Tóm Tắt TÓM TẮT Hiện nay, ngành điện nƣớc ta đang đối mặt với nhiệm vụ rất khó khăn đó là cung ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng. Bên cạnh đó vấn đề ô nhiễm môi trƣờng, khủng hoảng về cung cầu năng lƣợng đang diễn ra hết sức gay gắt không những ở Việt Nam mà còn xuất hiện tại nhiều các quốc gia trên thế giới. Nhận thức đƣợc điều này các quốc gia trên thế giới đang nghiên cứu đƣa vào các nguồn năng lƣợng mới, năng lƣợng tái tạo. Bao gồm năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng gió, địa nhiệt, khí sinh học Tuy không phổ biến nhƣ các nguồn năng lƣợng tái tạo khác nhƣng năng lƣợng địa nhiệt là một nguồn năng lƣợng sạch, thân thiện và gần nhƣ vô tận, có thể đáp ứng cơn khát năng lƣợng hiện nay. Nguồn năng lƣợng này không gây ô nhiễm khí hậu hay môi trƣờng. Gần đây, công nghệ phát điện của máy phát MHD có những bƣớc phát triển mới. Nó đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các chu trình phát điện hỗn hợp để nâng cao hiệu suất của các nhà máy điện. Đề tài: "Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện " đƣợc nghiên cứu với mục tiêu kết hợp máy phát điện MHD với địa nhiệt điện nhằm nâng cao hiệu suất nhà máy điện địa nhiệt. Lƣu chất cho máy phát MHD hoạt động có thể là khí ion hóa hoặc kim loại lỏng nên ta có thể áp dụng với nhiều cấp nhiệt độ. Các kết quả mô phỏng và tính toán trong luận văn cho thấy hiệu suất khi có máy phát MHD tham gia đƣợc cải thiện tốt hơn so với các mô hình truyền thống. Đề tài còn là định hƣớng nghiên cứu đề xây dựng nhà máy địa nhiệt điện hiệu suất cao phù hợp với nền kinh tế và kỹ thuật của đất nƣớc. HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang iv GVHD: TS. Lê Chí Kiên
7. Luận Văn Thạc Sĩ Tóm Tắt ABSTRACT At present, our country's power sector is facing a very difficult task that is supplying the increasing demand of our customers. Besides the environmental pollution problem, a crisis of demand and supply of energy is happening very harshly not only in Vietnam but also appeared in many countries around the world. Recognizing that countries around the world are included in the research of new energy sources, renewable energy. Including solar, wind, geothermal, biogas Although not as common as other renewable energy sources but geothermal energy is a clean energy source, friendly and virtually inexhaustible, could meet today's energy thirst. This energy does not pollute the environment or climate. Recently, power generation technology of MHD generators with the new developments. It has been widely used in the power generation mix cycle to improve the efficiency of power plants. Topic: "Research MHD generator system associated with geothermal power," to be studied with the aim of combining the MHD generator of geothermal electricity in order to improve the performance of geothermal power plants. Fluid MHD generator operation could be ionized gas or liquid metal, we can apply to temperature levels. The simulation results and calculations in thesis shows the performance when participating MHD generator is improved better than the traditional model. The theme-oriented research also recommended the construction of geothermal power plants suitable for high performance and technical economy of the country. HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang v GVHD: TS. Lê Chí Kiên
8. Luận Văn Thạc Sĩ Mục Lục MỤC LỤC TRANG TRANG TỰA QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH ix DANH SÁCH CÁC BẢNG xi CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU xii CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Tổng quan về MHD và các kết quả đã nghiên cứu 7 1.3. Mục tiêu nghiên cứu 9 1.4. Nhiệm vụ của đề tài 9 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 9 1.6. Phạm vi nghiên cứu 9 1.7. Giới hạn của đề tài 10 1.8. Điểm mới của đề tài 10 1.9. Giá trị thực tiễn 10 1.10. Bố cục 10 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Tổng quan về năng lƣợng địa nhiệt và các phƣơng pháp khai thác sử dụng 12 2.1.1 Nguồn năng lƣợng địa nhiệt 12 2.1.2 Các phƣơng pháp khai thác, sử dụng năng lƣợng địa nhiệt 14 HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang vi GVHD: TS. Lê Chí Kiên
9. Luận Văn Thạc Sĩ Mục Lục 2.1.3 Phân loại các nguồn năng lƣơng địa nhiệt 16 2.2 Máy phát điện từ thủy động lực (MHD) 17 2.2.1 Nguyên lý làm việc của máy phát điện MHD 17 2.2.2 Máy phát điện Faraday 19 2.2.3 Máy phát Hall 20 2.2.4 Máy phát điện cực nối chéo 20 2.2.5 Máy phát đĩa 21 2.3 Lƣu chất cho máy phát điện MHD hoạt động 22 2.3.1 Khí ion hóa (Plasma) 22 2.3.2 Kim loại lỏng (Liquid Metal) 22 2.3.3. Máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng 23 2.4 Tiềm năng địa nhiệt điện ở Việt Nam 25 2.5 Chu trình hơi nƣớc (Rankine) 27 2.5.1 Mô tả 27 2.5.2 Các biến số [11] 30 2.5.3 Các phƣơng trình [11] 30 2.5.4 Chu trình Rankine thực tế 31 2.5.5 Chu trình Rankine với gia nhiệt lại 32 2.5.6 Chu trình Rankine tái tạo 33 2.5.7 Chu trình Rankine hữu cơ 34 2.5.8 Chu trình Rankine siêu tới hạn 34 CHƢƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỊA NHIỆT MHD 36 3.1 Các nhà máy địa nhiệt điển hình 36 3.1.1 Hơi khô (Dry steam) 36 3.1.2. Hơi hóa nhiệt (Flash steam) 36 3.1.3. Hơi đôi (Steam binary) 37 3.2 Hiệu suất nhà máy địa nhiệt điện 38 3.3 Xây dựng mô hình địa nhiệt điện truyền thống 38 3.4 Phân tích các khối trong chu trình địa nhiệt truyền thống 39 HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang vii GVHD: TS. Lê Chí Kiên
10. Luận Văn Thạc Sĩ Mục Lục 3.4.1 Phân tích máy tách kiểu xoáy 39 3.4.2Tháp giải nhiệt 40 3.5 Mô hình địa nhiệt điện kết hợp LMMHD 42 3.5.1 Phân tích bộ trộn 44 3.5.2 Phân tích máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng NaK 45 3.5.3 Phân tích bộ tách 45 3.5.4 Phân tích bơm áp suất khí vào buồng trộn 47 3.5.5 Phân tích bơm điện từ 47 3.5.6 Phân tích nhiệt lƣợng chu trình LMMHD [10] 48 3.5.7 Phân tích Entropy mẫu 48 CHƢƠNG 4 TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG CÁC CHU TRÌNH 51 4.1. Chu trình địa nhiệt truyền thống 51 4.1.1 Dữ liệu tính toán [10] 51 4.1.2 Kết quả tính toán: 51 4.2 Mô hình địa nhiệt điện kết hợp MHD 52 4.2.1 Dữ liệu tính toán [10] 52 4.2.2 Kết quả tính toán 53 4.3 Mối quan hệ giữa nhiệt độ với công suất, hiệu suất của chu trình 54 4.3.1 Mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu vào với công suất của hai mô hình 54 4.3.2 Mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu vào với hiệu suất của hai mô hình 55 4.4 So sánh với mô hình địa nhiệt – tubin hơi hữu cơ 56 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 58 5.1. Kết luận 58 5.2. Hƣớng phát triển của đề tài 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 62 HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang viii GVHD: TS. Lê Chí Kiên
11. Luận Văn Thạc Sĩ Danh Sách Các Hình DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Mức tiêu thụ năng lƣợng thế giới từ 1970 đến 2025 1 Hình 1.2: Mức tiêu thụ các dạng năng lƣợng trên thế giới [4] 2 Hình 1.3: Tình hình khai thác địa nhiệt trên thế giới hiện nay (nguồn WEC 2012)[4] 6 Hình 2.1: Hệ thống địa nhiệt lý tƣởng [1] 12 Hình 2.2: Nhà máy trong tổ hợp Điện địa nhiệt Geysers, California, Mỹ [5] 14 Hình 2.3: Nguyên lý của máy phát MHD [6] 17 Hình 2.4: So sánh hoạt động máy phát điện từ thủy động lực học (B) với máy phát điện truyền thống (A) [6] 18 Hình 2.5: Máy phát Faraday điện cực phân đoạn [6] 19 Hình 2.6: Máy phát Hall [6] 20 Hình 2.7: Máy phát điện cực chéo [6] 21 Hình 2.8: Máy phát điã [6] 21 Hình 2.9: Kim loại lỏng NaK ở nhiệt độ phòng [7] 22 Hình 2.10: Cấu hình hệ thống phát điện LMMHD EC OMACON [7] 24 Hình 2.11: Sơ đồ phân bố vị trí địa nhiệt ở miền Trung Bộ và Tây Nguyên [1] 26 Hình 2.12: Kết quả xác định các giá trị dòng nhiệt ở Trung bộ và Tây Nguyên [1] 26 Hình 2.13: Bố trí vật lý của thiết bị chính đƣợc sử dụng trong chu trình Rankine [11] 28 Hình 2.14: Sơ đồ T-s của một chu trình Rankine điển hình hoạt động giữa áp lực từ 0.06bar đến 50bar [11] 29 Hình 2.15: Chu trình Rankine quá nhiệt [11] 32 Hình 2.16: Chu trình Rankine với gia nhiệt lại [11] 33 Hình 2.17: Chu trình Rankine tái tạo ở các nhà máy điện thực tế [11] 34 Hình 2.18: Chu trình Rankine siêu tới hạn [11] 35 HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang ix GVHD: TS. Lê Chí Kiên
12. Luận Văn Thạc Sĩ Danh Sách Các Hình Hình 3.1: Sơ đồ nhà máy địa nhiệt hơi khô [6] 36 Hình 3.2: Sơ đồ nhà máy địa nhiệt hơi hóa nhiệt [6] 37 Hình 3.3: Sơ đồ nhà máy địa nhiệt hơi hóa nhiệt [6] 37 Hình 3.4: Mô hình địa nhiệt truyền thống 39 Hình 3.5: Máy tách kiểu xoáy [12] 39 Hình 3.6: Tháp giải nhiệt [12] 40 Hình 3.7: Mô hình chu trình phát điện hơi nƣớc 40 Hình 3.8: Mô hình địa nhiệt kết hợp máy phát MHD 43 Hình 3.9: Bộ trộn kim loại lỏng và hơi [12] 44 Hình 3.10: Bộ tách kim loại lỏng và hơi [12] 46 Hình 4.1: Đồ thị Ts của mô hình địa nhiệt truyền thống 52 Hình 4.2: Biểu đồ Ts của mô hình địa nhiệt kết hợp MHD 53 Hình 4.3: So sánh công suất giữa hai mô hình 54 Hình 4.4: So sánh hiệu suất giữa hai mô hình 55 Hình 4.5: Chu trình địa nhiệt hai tuabin 56 HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang x GVHD: TS. Lê Chí Kiên
13. Luận Văn Thạc Sĩ Danh Sách Các Bảng DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 4.1: Dữ liệu đầu vào các thiết bị 52 Bảng 4.2: Thông số cài đặt các thiết bị 52 HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang xi GVHD: TS. Lê Chí Kiên
14. Luận Văn Thạc Sĩ Ký Hiệu Khoa Học CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Các từ viết tắt LM : Liquid metal (Kim loại lỏng) LMMHD : Liquid metal Magnetohydrodinamic (Máy phát từ thủy động lực kim loại lỏng). MHD : Magnetohydrodinamic (Máy phát từ thủy động lực). Ký hiệu Máy phát MHD  : hằng số nhiệt. e : Hiệu suất điện. A : tiết diện. B : Cảm ứng từ. E : Cƣờng độ điện trƣờng. F : Lực. Fy : Lực theo trục y. G : Lƣu lƣợng của lƣu chất qua máy phát MHD. H : Entropy M : khối lƣợng lƣu chất. p : Áp suất dòng chảy lƣu chất P : Công suất. Pc : Năng lƣợng máy bơm cần. Pi : Áp suất tại nút thứ i (at). Pion : Năng lƣợng cần thiết để ion hóa chất khí. PMHD : Điện năng ra khỏi máy MHD. Pref : Áp suất lấy mẫu (at). q : Điện tích electron. Q : Nhiệt lƣợng HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang xii GVHD: TS. Lê Chí Kiên
15. Luận Văn Thạc Sĩ Ký Hiệu Khoa Học Qi : Nhiệt lƣợng tại nút thứ i (W). Qin : nhiệt lƣợng đầu vào. Ti : Nhiệt độ tại nút thứ i (0K). Tref : Nhiệt độ lấy mẫu (0K). u : Thành phần vận tốc trên trục x. v : Vận tốc. W : Công. W : năng lƣợng (điện năng). x,y,z : Tọa độ trục trong MHD γ : Hệ số nhiệt của hơi nƣớc. ΔQ : Tổn thất nhiệt lƣợng. ΔT : Độ chênh lệch nhiệt độ. η : Hiệu suất. θ : Góc nghiêng giữa điện cực và trục x. μ : Độ linh động. Πc : Tỉ số của máy bơm. Πt : Tỉ số áp suất ra - vào tuabin. ρ : Mật độ dòng khí. σ : Điện dẫn suất. Τt : Tỉ số nhiệt độ ra – vào tuabin. HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang xiii GVHD: TS. Lê Chí Kiên
16. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng1: Tổng Quan CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Cuộc khủng hoảng năng lƣợng đang trở nên hết sức cấp bách, không chỉ đe dọa đến tăng trƣởng kinh tế thế giới, mà còn đe dọa trực tiếp hoà bình, an ninh quốc tế. Nguồn năng lƣợng hoá thạch, món quà cực kỳ quý báu của thiên nhiên ban tặng con ngƣời đang cạn kiệt dần. Hình 1.1:Mức tiêu thụ năng lượng thế giới từ 1970 đến 2025 (đơn vị nghìn triệu triệu Btu)(4) Vậy, nguồn năng lƣợng nào sẽ thay cho năng lƣợng hoá thạch? Đó là vấn đề mà cả cộng đồng quốc tế phải quan tâm. Trên thực tế đã có nhiều phƣơng án đƣợc đƣa ra và cũng có nhiều dự án về năng lƣợng mới đƣợc thực hiện, góp phần đáng kể giải quyết sự thiếu hụt năng lƣợng hiện nay. Tuy nhiên, những phƣơng án, những dự án mới đƣợc thực hiện một cách hết sức nhỏ lẻ, dè dặt và cục bộ ở một số quốc gia. Lý do là những phƣơng án này đều có những nhƣợc điểm nhất định, thậm chí là rất lớn, nếu triển khai đồng loạt sẽ đem lại hậu quả khó lƣờng, loài ngƣời sẽ phải trả cái giá cực đắt mà ngƣời ta chƣa thể tính đƣợc. Mặt khác, trong khi cộng đồng quốc HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang 1 GVHD: TS. Lê Chí Kiên
17. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng1: Tổng Quan tế đang dồn mọi nỗ lực tìm phƣơng cách giải quyết cuộc khủng hoảng, thì chỉ vì lợi ích cục bộ, một số thế lực lại ƣu tiên dùng vũ lực chiếm giữ những vùng lãnh thổ giàu tiềm năng gây ra các cuộc xung đột, chiến tranh cục bộ. Các cuộc “chiến tranh dầu mỏ” sẽ tiếp tục xảy ra gay gắt, trầm trọng hơn đe doạ hoà bình, an ninh thế giới. Vấn đề đặt ra ở đây là, giải quyết cuộc khủng hoảng năng lƣợng hiện nay nhƣ thế nào để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thế giới mà vẫn đảm bảo các mục tiêu phát triển bền vững. Đặc biệt là bảo vệ môi trƣờng, đảm bảo an ninh lƣơng thực cho hơn 8 tỉ ngƣời và giữ gìn hoà bình thế giới, vốn rất mong manh. Hình 1.2: Mức tiêu thụ các dạng năng lượng trên thế giới [4] Giải pháp nào để giải quyết cuộc khủng hoảng? Trƣớc tác động sâu sắc của cuộc khủng hoảng năng lƣợng toàn cầu, nhiều quốc gia và các tổ chức liên kết khu vực đã tích cực nghiên cứu, triển khai các giải pháp xử lý cuộc khủng hoảng. Các nhà phân tích cho rằng, các giải pháp gây áp lực buộc OPEC phải tăng sản lƣợng khai thác dầu để hạ giá dầu chỉ là biện pháp trƣớc mắt chứ không phải là giải pháp gốc. Vì vậy, tất cả các quốc gia đều đi tìm nguồn năng lƣợng mới, kêu gọi tiết kiệm trong sử dụng xăng dầu, khí đốt, than, điện và giải quyết xung đột ở các điểm nóng. Tuy nhiên, mỗi giải pháp đều có những hạn chế của nó và cần có thời gian cũng nhƣ tiền bạc. Một là: giải pháp đa dạng hoá các nguồn cung cấp năng lượng. Thế giới đã và đang tập trung phát triển năng lƣợng hạt nhân, năng lƣợng tái sinh và năng lƣợng sinh học. Tuy nhiên, mỗi một dạng năng lƣợng này đều có những nhƣợc điểm, thậm HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang 2 GVHD: TS. Lê Chí Kiên
18. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng1: Tổng Quan chí là rất lớn. Về năng lƣợng hạt nhân, đến nay đã có 32 quốc gia và vùng lãnh thổ (dân số gần 4 tỉ ngƣời) có nhà máy điện hạt nhân với 441 tổ máy, công suất đạt 367.197 MW, cung cấp 16,4% sản lƣợng điện toàn cầu. Theo ƣớc tính của Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử quốc tế (IAEA), tổng thời gian vận hành tích luỹ của các tổ máy điện hạt nhân trên thế giới đạt tới 12.000 năm. Ở nhiều nƣớc, năng lƣợng điện nguyên tử giữ vai trò chủ chốt trong chiến lƣợc an ninh năng lƣợng. Ở Pháp, điện nguyên tử cung cấp 80% tổng nhu cầu điện năng quốc gia; ở Hàn Quốc con số này là 46% (tính đến 2005); Nhật Bản và Mỹ: 25%, Nga: 16% Tuy nhiên, năng lƣợng hạt nhân có nhƣợc điểm là thiếu sự an toàn (đã xảy ra sự cố xảy ra ở Mỹ, Nga, Nhật Bản), nguy cơ bị chủ nghĩa khủng bố quốc tế đánh cắp, bị lợi dụng sản xuất vũ khí hạt nhân, và không phải quốc gia nào cũng có đủ tài chính và công nghệ để xây dựng và vận hành nhà máy điện nguyên tử. Hai là: năng lượng tái sinh cũng đƣợc các quốc gia hƣớng tới. Hiện có ít nhất 45 quốc gia đang sử dụng loại năng lƣợng này, 60 nƣớc có chƣơng trình quốc gia phát triển năng lƣợng tái sinh, 19 nƣớc khuyến khích sử dụng năng lƣợng mặt trời để thắp sáng và sƣởi ấm. Theo ƣớc tính, đến năm 2010, các nƣớc muốn thoát khỏi tình trạng phụ thuộc vào nguyên liệu hoá thạch sẽ nhận đƣợc 30% sản lƣợng điện từ năng lƣợng tái sinh. Ở một số nƣớc, tỷ lệ này sẽ cao hơn tỷ lệ trung bình của thế giới nhƣ Áo (từ 75-80%), Thụy Điển (dự kiến 60%), Lát-vi-a (49%) Tuy nhiên, năng lƣợc tái sinh có khá nhiều nhƣợc điểm. Ví dụ, nguồn nƣớc trên thế giới ngày một khan hiếm nên không thể phát triển thuỷ điện, các công trình thuỷ điện lớn có thể gây ra những biến đổi về địa chất, gây ra những thảm họa thiên tai khó lƣờng (đập Tam Hiệp của Trung Quốc là một ví dụ điển hình); năng lƣợng gió và năng lƣợng mặt trời lại bị phụ thuộc khá nhiều vào điều kiện thời tiết và chế độ gió, số giờ nắng vốn hết sức thất thƣờng, không phải ở đâu cũng sản xuất đƣợc điện từ gió và nắng. Ba là: phát triển năng lượng sinh học nhƣ sản xuất ê-ta-nôn, dầu diezen từ dầu cọ và lƣơng thực. Năng lƣợng sinh học đƣợc xem nhƣ một loại “năng lƣợng xanh” bởi nó ít thải ra khí các-bon-níc gây hiệu ứng nhà kính, hủy hoại môi trƣờng. HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang 3 GVHD: TS. Lê Chí Kiên
19. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng1: Tổng Quan Tuy nhiên, giải pháp này đang bị các nhà khoa học, bảo vệ môi trƣờng phản đối. Sản xuất diêzen sinh học sẽ cƣớp đi một diện tích đất canh tác (hiện nay là 14 triệu ha, chiếm 1%, và sẽ là 3,5% vào năm 2030 diện tích đất canh tác của thế giới, bằng cả diện tích Pháp và Tây Ban Nha cộng lại) sẽ làm giảm sản lƣợng lƣơng thực, trong khi thế giới đang đối mặt với khủng hoảng lƣơng thực. Không thể chấp nhận đƣợc tình trạng, trong khi hàng tỉ ngƣời trên hành tinh đang ở tình trạng thiếu đói thì hàng triệu tấn lƣơng thực lại đƣợc dùng để làm nhiên liệu. Hơn thế nữa, việc phá rừng để trồng cây nguyên liệu (chủ yếu là cọ) sẽ gây ra những hậu quả khủng khiếp về môi trƣờng. Vấn đề phá rừng, trồng cọ ở đảo Bô-rơ-nê-ô (In-đô-nê-xi-a) là một ví dụ điển hình. Việc phá hàng ngàn héc-ta rừng trồng cọ ở đây đã làm thay đổi lƣu vực sông, phá hoại môi trƣờng sống của các loài động vật, tạo ra những đợt khói dày đặc kéo dài hàng tháng, lan toả hàng trăm km, bao phủ cả Đông Nam Á. Một nghiên cứu đƣợc đƣa ra trƣớc hội nghị Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu đã xếp In- đô-nê-xi-a là nƣớc có lƣợng khí thải các-bon-níc nhiều thứ ba thế giới, chỉ sau Mỹ và Trung Quốc. Chính vì vậy mà vào tháng 10 năm 2006, Ủy ban Nghị viện châu Âu kiến nghị Liên minh châu Âu (EU) cấm tất cả nhiên liệu sinh học làm từ dầu cọ. Các nhà hoạt động bảo vệ môi trƣờng quốc tế đã ngăn chặn đƣợc một dự án trồng cây cọ làm nguyên liệu sản xuất dầu diêzen sinh học lớn nhất thế giới tại In-đô-nê- xi-a trị giá 8 tỉ USD [4]. Ngoài ra, tiết kiệm năng lƣợng cũng là một giải pháp đƣợc các chuyên gia ƣu tiên, điển hình là ở Nhật Bản. Tuy tiết kiệm là một ƣu tiên hàng đầu, nhƣng nó không thể làm giảm đƣợc nhu cầu sử dụng năng lƣợng ngày một tăng của thế giới. Ngƣời ta vẫn phải tìm ra loại năng lƣợng khác để thay thế dầu lửa, than đá, khí đốt mà không gây ra những hậu quả về môi trƣờng và an ninh. Câu trả lời vẫn còn ở phía trƣớc. Thế giới đang đối mặt với một loạt các vần đề năng lƣợng khó giải quyết, và ngày một trầm trọng hơn trong những năm gần đây. Đây là các vấn đề ngày một gay cấn trên mặt địa cầu cũng nhƣ trong lòng đất. Bên dƣới bề mặt, trữ lƣợng dầu lửa, hơi đốt, và than đá dễ khai thác, một thời dồi dào, hiện đang ngày một cạn kiệt. HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang 4 GVHD: TS. Lê Chí Kiên
20. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng1: Tổng Quan Trên mặt địa cầu, tính toán sai lầm của con ngƣời và địa chính trị đang giới hạn ngạch số sản xuất và khả dụng trong số cung năng lƣợng các loại. Với nhiều vấn đề ngày một nghiêm trọng trên và dƣới mặt đất, viễn tƣợng năng lƣợng chỉ có thể ngày một u ám hơn. Một sự kiện đơn giản cần ghi nhớ vì sẽ giúp chúng ta hiểu đƣợc tính nghiêm trọng của cuộc khủng hoảng năng lƣợng: kinh tế thế giới đƣợc cơ cấu trong phƣơng cách một sự dậm chân tại chỗ trong ngạch số năng lƣợng sản xuất không phải là một lựa chọn. Để thỏa mãn nhu cầu khổng lồ của các cƣờng quốc kỹ nghệ kỳ cựu nhƣ Hoa Kỳ cùng với nạn cực kỳ khát dầu của các cƣờng quốc đang lên nhƣ TQ, sản lƣợng dầu khí toàn cầu phải tăng trƣởng đáng kể mỗi năm. Theo dự tính của Bộ Năng Lƣợng Hoa Kỳ (DOE), sản lƣợng toàn cầu, căn cứ trên mức sản xuất năm 2007, phải tăng trƣởng 29% lên 640 triệu tỉ BTU (640 quadrillion British thermal units) vào năm 2025, mới đủ để thỏa mãn nhu cầu ƣớc tính. Trên đây chính là những điều kiện chi phối kinh tế thế giới hiện nay và mãi mãi trong tƣơng lai [4]. Kể từ năm 2011 nhân loại đang đứng trƣớc ba vấn đề lớn về năng lƣợng: - Dầu khó khai thác. - Năng lƣợng hạt nhân đang trên đà tuột dốc. - Hạn hán kéo dài. Vậy đâu là cứu cánh năng lƣợng cho con ngƣời trong tƣơng lai? Năng lƣợng tái tạo có thể giải quyết vấn đề này. Trong các dạng năng lƣợng tái tạo đƣợc nghiên cứu thì địa nhiệt có nhiều tiềm năng phát triển trong tƣơng lai. Khai thác năng lƣợng địa nhiệt có hiệu quả về kinh tế, có khả năng thực hiện và thân thiện với môi trƣờng, nhƣng trƣớc đây bị giới hạn về mặt địa lý đối với các khu vực gần các ranh giới kiến tạo mảng. Các tiến bộ khoa học kỹ thuật gần đây đã từng bƣớc mở rộng phạm vi và quy mô của các tài nguyên tiềm năng này. Địa nhiệt, một nguồn năng lƣợng gần nhƣ vô tận, đã có một lịch sử khai thác hơn 70 năm, và từ 4 thập kỷ qua công suất khai thác địa nhiệt trong sản xuất điện và sử dụng trực tiếp đã đạt hàng trăm MW. Cho đến năm 2000, địa nhiệt đã đƣợc sử HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang 5 GVHD: TS. Lê Chí Kiên
21. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng1: Tổng Quan dụng trên 58 quốc gia trên thế giới với sản lƣợng điện là 49 TWh/năm và sản lƣợng sử dụng trực tiếp là 51 TWh/năm. Hình 1.3:Tình hình khai thác địa nhiệt trên thế giới hiện nay (nguồn WEC 2012)[4] Báo cáo của Hettrer dựa theo các tƣờng trình của các quốc gia tại WGC2000, công suất lắp đặt địa nhiệt điện tăng trƣởng 43% cho đến năm 2005. Nếu vận tốc tăng trƣởng của địa nhiệt duy trì ở mức 20% trong mỗi 5 năm (vận tốc tăng trƣởng trung bình trong thời kỳ 1980-2000) thì sản lƣợng địa nhiệt điện có thể đạt tới 80 TWh vào năm 2010 và 120 TWh vào 2020. Đối với sản lƣợng sử dụng trực tiếp địa nhiệt, nếu tốc độ tăng trƣởng duy trì ở mức 44% (nhƣ trong giai đoạn 1995-2000, nhƣ trong báo cáo của Lund và Freeston(2000)) thì sản lƣợng sử dụng trực tiếp sẽ đạt đến 100 TWh vào năm 2010 và 200 TWh vào năm 2020. Các phát triển gần đây của ứng dụng bơm địa nhiệt từ lòng đất mở ra một chân trời mới trong việc tận dụng nhiệt của trái đất, do bơm địa nhiệt có thể đƣợc sử dụng rộng rãi khắp nơi. Điều này cho thấy sự tăng trƣởng của ứng dụng địa nhiệt trực tiếp sẽ còn duy trì ở mức cao. Nhƣ vậy, địa nhiệt, với nguồn năng lƣợng dồi dào và kỹ thuật khai thác đã và đang phát triển hiệu quả, có thể đóng góp một phần rất quan trọng trong việc giảm thiểu lƣợng khí thải hiệu ứng nhà kính. Việc đẩy mạnh phát triển và tăng tính cạnh HVTH: Nguyễn Bá Sang Trang 6 GVHD: TS. Lê Chí Kiên
22. S K L 0 0 2 1 5 4