Luận văn thạc sĩ về hệ thống phát điện MHD và địa nhiệt tại HCMUTE

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện, mang lại giải pháp năng lượng bền vững và hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Bá Sang
• Người hướng dẫn: TS. Lê Chí Kiên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Phát Điện MHD Kết Hợp Địa Nhiệt
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về MHD và các kết quả đã nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Giới hạn của đề tài
• 1.7. Điểm mới của đề tài. Giá trị thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về năng lượng địa nhiệt và các phương pháp khai thác sử dụng
• 2.2. Nguồn năng lượng địa nhiệt
• 2.3. Các phương pháp khai thác, sử dụng năng lượng địa nhiệt
• 2.4. Phân loại các nguồn năng lượng địa nhiệt
• 2.5. Máy phát điện từ thủy động lực (MHD)
• 2.5.1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện MHD
• 2.5.2. Máy phát điện Faraday
• 2.5.3. Máy phát điện cực nối chéo
• 2.5.4. Lưu chất cho máy phát điện MHD hoạt động
• 2.5.4.1. Kim loại lỏng (Liquid Metal)
• 2.5.4.2. Máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng
• 2.6. Tiềm năng địa nhiệt điện ở Việt Nam
• 2.7. Chu trình hơi nước (Rankine)
• 2.7.1. Các phương trình
• 2.7.2. Chu trình Rankine thực tế
• 2.7.3. Chu trình Rankine với gia nhiệt lại
• 2.7.4. Chu trình Rankine tái tạo
• 2.7.5. Chu trình Rankine hữu cơ
• 2.7.6. Chu trình Rankine siêu tới hạn
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỊA NHIỆT MHD
• 3.1. Các nhà máy địa nhiệt điển hình
• 3.2. Hiệu suất nhà máy địa nhiệt điện
• 3.3. Xây dựng mô hình địa nhiệt điện truyền thống
• 3.4. Phân tích các khối trong chu trình địa nhiệt truyền thống
• 3.5. Phân tích máy tách kiểu xoáy
• 3.6. Tháp giải nhiệt
• 3.7. Mô hình địa nhiệt điện kết hợp LMMHD
• 3.7.1. Phân tích bộ trộn
• 3.7.2. Phân tích máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng NaK
• 3.7.3. Phân tích bộ tách
• 3.7.4. Phân tích bơm áp suất khí vào buồng trộn
• 3.7.5. Phân tích bơm điện từ
• 3.7.6. Phân tích nhiệt lượng chu trình LMMHD
• 3.7.7. Phân tích Entropy mẫu
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG CÁC CHU TRÌNH
• 4.1. Chu trình địa nhiệt truyền thống
• 4.1.1. Dữ liệu tính toán
• 4.1.2. Kết quả tính toán
• 4.2. Mô hình địa nhiệt điện kết hợp MHD
• 4.2.1. Dữ liệu tính toán
• 4.2.2. Kết quả tính toán
• 4.3. Mối quan hệ giữa nhiệt độ với công suất, hiệu suất của chu trình
• 4.3.1. Mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu vào với công suất của hai mô hình
• 4.3.2. Mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu vào với hiệu suất của hai mô hình
• 4.4. So sánh với mô hình địa nhiệt – tuabin hơi hữu cơ
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống phát điện MHD

Hệ thống phát điện MHD (phát điện MHD) là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực năng lượng, sử dụng nguyên lý từ thủy động lực để chuyển đổi năng lượng nhiệt thành điện năng. Công nghệ này có khả năng hoạt động hiệu quả ở nhiều cấp nhiệt độ khác nhau, từ đó mở rộng khả năng ứng dụng trong các nhà máy điện. Đặc biệt, việc kết hợp giữa hệ thống phát điện MHD và địa nhiệt tạo ra một giải pháp tối ưu cho việc khai thác và sử dụng năng lượng địa nhiệt. Nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng công nghệ MHD có thể nâng cao hiệu suất phát điện của các nhà máy điện địa nhiệt, từ đó giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tối ưu hóa chi phí sản xuất điện. Theo các số liệu thống kê, hiệu suất của hệ thống MHD có thể đạt từ 30% đến 40%, cao hơn so với các mô hình truyền thống.

1.1. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện MHD

Máy phát điện MHD hoạt động dựa trên nguyên lý Faraday, trong đó dòng điện được sinh ra khi một chất lỏng dẫn điện di chuyển qua một từ trường. Lưu chất có thể là khí ion hóa hoặc kim loại lỏng, cho phép máy phát điện MHD hoạt động ở nhiệt độ cao mà không cần đến các bộ phận cơ khí phức tạp. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí bảo trì mà còn tăng cường độ bền cho hệ thống. Việc sử dụng công nghệ MHD trong các chu trình phát điện hỗn hợp đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả, mở ra hướng đi mới cho ngành điện năng, đặc biệt là trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng hiện nay.

II. Năng lượng địa nhiệt và tiềm năng ứng dụng

Năng lượng địa nhiệt là một nguồn năng lượng tái tạo, sạch và gần như vô tận. Nguồn năng lượng này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn có khả năng cung cấp điện năng ổn định. Tại Việt Nam, tiềm năng năng lượng địa nhiệt rất lớn, đặc biệt ở các khu vực như miền Trung và Tây Nguyên. Việc khai thác và sử dụng năng lượng địa nhiệt kết hợp với công nghệ MHD có thể tạo ra một hệ thống phát điện hiệu quả, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Các nghiên cứu cho thấy, việc kết hợp này không chỉ nâng cao hiệu suất phát điện mà còn giúp tối ưu hóa chi phí vận hành và bảo trì cho các nhà máy điện địa nhiệt.

2.1. Các phương pháp khai thác năng lượng địa nhiệt

Có nhiều phương pháp khai thác năng lượng địa nhiệt, bao gồm khai thác hơi nước, nước nóng và các hệ thống địa nhiệt khô. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ phụ thuộc vào điều kiện địa lý và nhu cầu sử dụng năng lượng của từng khu vực. Đặc biệt, việc kết hợp với công nghệ MHD có thể giúp tối ưu hóa quy trình khai thác, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng các công nghệ mới trong khai thác địa nhiệt có thể giúp giảm thiểu chi phí và tăng cường tính bền vững cho hệ thống năng lượng.

III. Đánh giá hiệu suất và ứng dụng thực tiễn

Đánh giá hiệu suất của hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt cho thấy sự cải thiện rõ rệt so với các mô hình truyền thống. Các kết quả mô phỏng và tính toán cho thấy, hiệu suất của hệ thống có thể đạt từ 40% đến 50%, tùy thuộc vào điều kiện hoạt động và thiết kế hệ thống. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường, góp phần vào việc phát triển bền vững. Hệ thống này có thể được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy điện địa nhiệt, đặc biệt là ở những khu vực có tiềm năng địa nhiệt lớn.

3.1. Ứng dụng công nghệ MHD trong phát điện

Công nghệ MHD có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất điện đến các ứng dụng công nghiệp. Việc kết hợp giữa hệ thống phát điện MHD và năng lượng địa nhiệt không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn tạo ra một mô hình phát điện bền vững, thân thiện với môi trường. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc tối ưu hóa thiết kế và quy trình vận hành của hệ thống, nhằm đạt được hiệu suất tối đa và giảm thiểu chi phí sản xuất điện. Điều này không chỉ có ý nghĩa kinh tế mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu đang trở nên cấp bách khi nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng, trong khi nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống dần cạn kiệt và gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Theo ước tính, mức tiêu thụ năng lượng thế giới dự kiến tăng lên 640 triệu tỉ BTU vào năm 2025, đòi hỏi các giải pháp năng lượng mới, bền vững và thân thiện với môi trường. Trong bối cảnh đó, năng lượng địa nhiệt được xem là nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng, sạch và gần như vô tận, có thể góp phần giải quyết nhu cầu năng lượng ngày càng cao.

Luận văn tập trung nghiên cứu hệ thống phát điện từ máy phát điện từ thủy động lực học (MHD) kết hợp với địa nhiệt điện nhằm nâng cao hiệu suất của nhà máy điện địa nhiệt. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình kết hợp giữa máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng làm lưu chất và nguồn nhiệt địa nhiệt, từ đó phân tích hiệu suất và công suất của hệ thống so với các mô hình truyền thống. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các chu trình phát điện địa nhiệt và MHD, sử dụng dữ liệu mô phỏng và tính toán dựa trên các mô hình toán học, không thực hiện thí nghiệm thực tế.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ điện sạch, góp phần giảm phát thải khí nhà kính và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam, đặc biệt phù hợp với điều kiện địa lý và tiềm năng địa nhiệt phân bố rộng khắp trên cả nước. Kết quả nghiên cứu cũng làm cơ sở cho việc xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt hiệu suất cao trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính:

1. Năng lượng địa nhiệt và các phương pháp khai thác: Năng lượng địa nhiệt là nhiệt năng được tách ra từ lòng Trái Đất, có nguồn gốc từ sự phân hủy phóng xạ các nguyên tố nặng và nhiệt tích tụ qua hàng tỷ năm. Năng lượng này được khai thác qua các giếng khoan để lấy nước nóng hoặc hơi nước, phục vụ cho phát điện hoặc sử dụng trực tiếp. Các loại nguồn địa nhiệt gồm nước nóng, áp suất địa nhiệt, đá nóng khô và hơi nước. Chu trình Rankine hơi nước là mô hình phổ biến để chuyển đổi nhiệt địa nhiệt thành điện năng, với các biến thể như chu trình Rankine quá nhiệt, gia nhiệt lại, tái tạo, hữu cơ và siêu tới hạn nhằm nâng cao hiệu suất.

2. Máy phát điện từ thủy động lực học (MHD): Máy phát MHD chuyển đổi trực tiếp năng lượng nhiệt hoặc động năng của chất dẫn điện (khí ion hóa hoặc kim loại lỏng) thành điện năng dựa trên nguyên lý từ thủy động học và định luật Lorentz. Các loại máy phát MHD gồm máy phát Faraday, máy phát Hall, máy phát điện cực nối chéo và máy phát đĩa. Kim loại lỏng NaK được sử dụng làm lưu chất trong máy phát MHD do có độ dẫn điện cao và hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn so với khí ion hóa, phù hợp với nguồn nhiệt địa nhiệt cấp thấp.

Ba khái niệm chuyên ngành quan trọng được sử dụng là: hiệu suất nhiệt động lực học của chu trình Rankine, nguyên lý hoạt động máy phát MHD và lưu chất kim loại lỏng trong hệ thống MHD.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu mô phỏng và phân tích nhiệt động lực học dựa trên các mô hình toán học. Cụ thể:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các tài liệu khoa học, báo cáo ngành, dữ liệu thực tế về nguồn nhiệt địa nhiệt và thông số kỹ thuật của các thiết bị trong chu trình Rankine và máy phát MHD.

• Phương pháp phân tích: Xây dựng mô hình chu trình phát điện địa nhiệt truyền thống và mô hình kết hợp với máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng (LMMHD). Sử dụng phần mềm MATLAB để mô phỏng các thông số nhiệt độ, áp suất, công suất và hiệu suất của hệ thống. Phân tích mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu vào, công suất và hiệu suất của hai mô hình.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Do không có điều kiện thực nghiệm, nghiên cứu tập trung vào mô phỏng các chu trình với dữ liệu đầu vào lấy từ các nhà máy địa nhiệt điển hình và các nghiên cứu trước đó, đảm bảo tính đại diện cho các điều kiện thực tế tại Việt Nam.

• Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong giai đoạn 2013-2015, bao gồm thu thập tài liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng và phân tích kết quả.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, khách quan và khả thi trong điều kiện nghiên cứu hiện tại.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất hệ thống phát điện MHD kết hợp địa nhiệt được cải thiện rõ rệt: Mô phỏng cho thấy hiệu suất của hệ thống kết hợp MHD với địa nhiệt đạt khoảng 18-22%, cao hơn từ 5-7% so với mô hình địa nhiệt truyền thống chỉ sử dụng chu trình Rankine (khoảng 13-16%). Sự cải thiện này nhờ khả năng tận dụng nhiệt độ đầu vào thấp của kim loại lỏng trong máy phát MHD.

2. Công suất phát điện tăng đáng kể khi sử dụng máy phát MHD: Ở nhiệt độ đầu vào khoảng 500 K, công suất của hệ thống kết hợp đạt khoảng 30 MW, trong khi mô hình truyền thống chỉ đạt khoảng 22 MW, tương đương tăng 36%. Điều này chứng tỏ khả năng mở rộng công suất hiệu quả khi tích hợp công nghệ MHD.

3. Mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu vào và hiệu suất công suất: Hiệu suất và công suất của cả hai mô hình đều tăng theo nhiệt độ đầu vào, tuy nhiên mô hình kết hợp MHD có độ nhạy cao hơn, đặc biệt ở nhiệt độ thấp (400-600 K), cho thấy ưu thế trong khai thác nguồn nhiệt địa nhiệt có nhiệt độ trung bình và thấp.

4. So sánh với mô hình địa nhiệt-tua bin hơi hữu cơ (ORC): Mô hình kết hợp MHD có hiệu suất và công suất vượt trội hơn so với ORC truyền thống, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ đầu vào thấp, nhờ khả năng hoạt động hiệu quả của kim loại lỏng trong máy phát MHD.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện hiệu suất và công suất là do máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng NaK có độ dẫn điện cao, cho phép chuyển đổi năng lượng nhiệt thành điện năng trực tiếp với tổn thất thấp. Việc kết hợp chu trình Rankine với máy phát MHD tạo thành hệ thống phát điện hỗn hợp, tận dụng tối đa nguồn nhiệt địa nhiệt, đặc biệt là nhiệt độ thấp mà các công nghệ truyền thống khó khai thác hiệu quả.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với báo cáo của các nhà khoa học về hiệu suất của hệ thống LMMHD kết hợp nguồn nhiệt thải và địa nhiệt, cho thấy tính khả thi và tiềm năng ứng dụng tại Việt Nam. Việc mô phỏng mối quan hệ nhiệt độ - công suất - hiệu suất cũng giúp minh họa rõ ràng qua các biểu đồ Ts và đồ thị công suất, hiệu suất, hỗ trợ đánh giá và tối ưu thiết kế hệ thống.

Ý nghĩa của nghiên cứu là mở ra hướng phát triển công nghệ điện sạch, nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng tái tạo địa nhiệt, góp phần giảm phát thải khí nhà kính và đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của đất nước.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển và đầu tư xây dựng nhà máy điện địa nhiệt kết hợp máy phát MHD: Khuyến khích các cơ quan quản lý và doanh nghiệp năng lượng đầu tư xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt sử dụng công nghệ MHD nhằm nâng cao hiệu suất phát điện, dự kiến trong vòng 5-7 năm tới.

2. Nghiên cứu sâu hơn về lưu chất và thiết kế máy phát MHD phù hợp với điều kiện địa nhiệt Việt Nam: Tập trung phát triển lưu chất kim loại lỏng an toàn, hiệu quả và thiết kế máy phát MHD tối ưu để phù hợp với nguồn nhiệt địa nhiệt có nhiệt độ trung bình, thực hiện trong 3-5 năm.

3. Xây dựng chính sách hỗ trợ và khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là địa nhiệt kết hợp MHD: Chính phủ cần ban hành các chính sách ưu đãi về thuế, vốn vay và hỗ trợ kỹ thuật nhằm thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này trong 2-3 năm tới.

4. Tăng cường đào tạo nguồn nhân lực chuyên sâu về kỹ thuật điện và năng lượng tái tạo: Đào tạo kỹ sư, nhà nghiên cứu có chuyên môn về máy phát MHD và địa nhiệt để đáp ứng nhu cầu phát triển công nghệ, thực hiện liên tục trong 5 năm.

5. Thực hiện các dự án thí điểm và đánh giá hiệu quả thực tế: Triển khai các dự án thí điểm tại các khu vực có tiềm năng địa nhiệt như miền Trung và Tây Nguyên để thu thập dữ liệu thực tế, đánh giá hiệu quả và hoàn thiện công nghệ trong 3-5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện, năng lượng tái tạo: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về máy phát MHD và ứng dụng địa nhiệt, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

2. Cơ quan quản lý nhà nước về năng lượng và môi trường: Tham khảo để xây dựng chính sách phát triển năng lượng sạch, thúc đẩy ứng dụng công nghệ MHD kết hợp địa nhiệt trong quy hoạch năng lượng quốc gia.

3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực năng lượng tái tạo: Cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để đánh giá tiềm năng đầu tư vào các dự án nhà máy điện địa nhiệt kết hợp MHD, nâng cao hiệu quả kinh tế và môi trường.

4. Các tổ chức quốc tế và chuyên gia tư vấn năng lượng: Hỗ trợ đánh giá, tư vấn và triển khai các dự án năng lượng tái tạo tại Việt Nam, góp phần phát triển bền vững và giảm phát thải khí nhà kính.

Câu hỏi thường gặp

1. Máy phát điện MHD là gì và hoạt động như thế nào?
   Máy phát điện MHD là thiết bị chuyển đổi trực tiếp năng lượng nhiệt hoặc động năng của chất dẫn điện thành điện năng dựa trên nguyên lý từ thủy động học và định luật Lorentz. Ví dụ, kim loại lỏng NaK chảy qua từ trường tạo ra dòng điện một chiều.

2. Tại sao kết hợp máy phát MHD với địa nhiệt lại nâng cao hiệu suất?
   Máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng có độ dẫn điện cao và hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp, tận dụng được nguồn nhiệt địa nhiệt trung bình và thấp mà các công nghệ truyền thống khó khai thác, từ đó tăng công suất và hiệu suất phát điện.

3. Phạm vi áp dụng của công nghệ này tại Việt Nam như thế nào?
   Việt Nam có khoảng 264 nguồn địa nhiệt phân bố đều với nhiệt độ trung bình 70-100°C, phù hợp để ứng dụng công nghệ MHD kết hợp địa nhiệt, đặc biệt tại miền Trung và Tây Nguyên, nơi có tiềm năng địa nhiệt lớn.

4. Những thách thức chính khi ứng dụng công nghệ MHD kết hợp địa nhiệt là gì?
   Thách thức gồm chi phí đầu tư ban đầu cao, yêu cầu kỹ thuật phức tạp trong thiết kế và vận hành máy phát MHD, cũng như cần phát triển lưu chất kim loại lỏng an toàn và phù hợp với điều kiện thực tế.

5. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng địa nhiệt?
   Ngoài việc kết hợp với máy phát MHD, có thể áp dụng các chu trình Rankine cải tiến như chu trình gia nhiệt lại, tái tạo hoặc siêu tới hạn để tăng nhiệt độ trung bình của chu trình, từ đó nâng cao hiệu suất tổng thể.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xây dựng thành công mô hình kết hợp máy phát điện MHD sử dụng kim loại lỏng với nguồn nhiệt địa nhiệt, cho thấy hiệu suất và công suất phát điện được cải thiện rõ rệt so với mô hình truyền thống.
• Hiệu suất của hệ thống kết hợp đạt khoảng 18-22%, tăng từ 5-7% so với chu trình Rankine địa nhiệt đơn thuần.
• Công suất phát điện tăng khoảng 36% ở nhiệt độ đầu vào 500 K, chứng tỏ tiềm năng ứng dụng công nghệ MHD trong khai thác địa nhiệt.
• Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo quốc tế và mở ra hướng phát triển công nghệ điện sạch tại Việt Nam.
• Đề xuất các giải pháp phát triển công nghệ, chính sách hỗ trợ và đào tạo nguồn nhân lực để thúc đẩy ứng dụng công nghệ trong thực tế.

Next steps: Triển khai dự án thí điểm, hoàn thiện thiết kế máy phát MHD phù hợp, và xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý cần phối hợp để thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng công nghệ phát điện MHD kết hợp địa nhiệt, góp phần phát triển năng lượng bền vững cho tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.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 Luan van 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.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 Luan van 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. 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 Luan van 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 Luan van 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.