I. Tổng Quan Nghiên Cứu Giảm Nhẹ Biến Đổi Khí Hậu 55 ký tự
Sự phát triển kinh tế toàn cầu kéo theo nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng. Việc khai thác mạnh mẽ các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than, dầu, khí đốt tạo ra nguy cơ cạn kiệt năng lượng và ô nhiễm môi trường. Biến đổi khí hậu (BĐKH) là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21. Các báo cáo của Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) xác nhận rằng BĐKH đang diễn ra và gây ra nhiều tác động nghiêm trọng. Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. BĐKH tạo ra các tác động bất lợi đến tài nguyên thiên nhiên, điều kiện môi trường sống và các ngành kinh tế quốc dân, trong đó có ngành năng lượng. Năng lượng có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự phát triển của mỗi quốc gia. Việc gia tăng sử dụng năng lượng hóa thạch luôn kèm theo nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và làm suy giảm chất lượng môi trường toàn cầu do sự phát thải các khí nhà kính (KNK).
1.1. Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu Đến Ngành Năng Lượng
Biến đổi khí hậu gây ra nhiều tác động tiêu cực đến ngành năng lượng, bao gồm giảm hiệu suất của các nhà máy điện do nhiệt độ tăng cao, ảnh hưởng đến nguồn cung cấp nước cho các nhà máy thủy điện, và tăng nhu cầu sử dụng năng lượng cho điều hòa không khí. Theo nghiên cứu của IPCC, nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng lên khoảng 1 độ C so với thời kỳ tiền công nghiệp, và dự kiến sẽ tiếp tục tăng trong tương lai. Điều này đòi hỏi các quốc gia phải có các biện pháp ứng phó hiệu quả để giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu đến ngành năng lượng.
1.2. Vai Trò Của Năng Lượng Tái Tạo Trong Giảm Nhẹ BĐKH
Sự khan hiếm các nguồn nhiên liệu hóa thạch cùng với mối đe dọa về BĐKH là những động lực thúc đẩy đầu tư nghiên cứu phát triển các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời và năng lượng sinh học với vai trò là nguồn năng lượng thay thế. Theo quan điểm mới đây của Bách Khoa Toàn thư Quốc tế thì "năng lượng tái tạo hay còn gọi là năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái tạo là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các ứng dụng kỹ thuật".
II. Vấn Đề Tiêu Thụ Năng Lượng Điều Hòa Không Khí 58 ký tự
Theo số liệu điều tra nghiên cứu dài hạn, hệ thống điều hòa không khí (ĐHKK) chiếm khoảng hơn 60% tổng năng lượng tiêu thụ của các tòa nhà cao tầng. Tìm ra giải pháp giảm bớt năng lượng tiêu thụ của hệ thống ĐHKK là một phần quan trọng của giải pháp giảm nhẹ BĐKH. Các hệ thống điều hòa dân cư nhà cao tầng theo giải pháp mới cần được thiết kế theo nguyên tắc "điều hòa chung cho cả tòa nhà". Đặc biệt là với những thành phố lớn như Thượng Hải và Vũ Hán của Trung Quốc thì tỷ lệ dùng ĐHKK có thể đạt tới 50% và thay đổi tùy theo cách tính 1 điều hòa/1 hộ gia đình hay 1 điều hòa/1 phòng.
2.1. Thực Trạng Tiêu Thụ Năng Lượng Của Hệ Thống ĐHKK
Theo điều tra mới đây về mức tiêu thụ năng lượng, đối với các tòa nhà không thực hiện tiết kiệm năng lượng, thì tổng lượng điện tiêu thụ và lượng điện tiêu thụ hàng năm của hệ thống ĐHKK là vô cùng lớn. Lượng điện tiêu thụ này ở Trung Quốc đạt tới con số 80 triệu kWh trong mùa hè và 200 triệu kWh trong mùa đông, bằng năng suất điện của nhà máy Sanxia có sản lượng điện hàng năm là 224 triệu kWh/năm. Như vậy hệ thống ĐHKK tiêu thụ một lượng điện không nhỏ trong tổng lượng điện tiêu thụ hàng năm của các tòa nhà cao tầng.
2.2. Tiềm Năng Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Hệ Thống ĐHKK
Bằng việc phân tích đặc điểm nhiệt của nhà cao tầng và hiệu suất nhiệt của các thiết bị ĐHKK cho phép giảm phụ tải nhiệt của tòa nhà giảm tới 30% và phụ tải lạnh giảm tới 70% và do đó nhu cầu điện năng tiêu thụ của ĐHKK vào mùa hè giảm tới 40%; đồng nghĩa với phụ tải ĐHKK và khử ẩm hàng năm có thể giảm tới 50%. Như vậy, hệ thống ĐHKK trong các công trình công cộng và dân sinh chiếm mức tiêu thụ năng lượng khá cao; điều đó cho thấy một tiềm năng tiết kiệm năng lượng nếu thực sự có phương án tiết kiệm năng lượng hiệu quả cho hệ thống này.
2.3. Giải Pháp Sử Dụng Nguồn Nhiệt Nước Ngầm Cho ĐHKK
Trong chu trình lạnh của hệ thống ĐHKK khi ta giảm hiệu nhiệt độ t t k t 0 xuống càng thấp thì năng suất lạnh của chu trình càng tăng cao và vì thế hiệu suất của chu trình càng cao. Nguồn địa nhiệt ở tầng nông tại lớp đất nông có nhiệt độ ổn định, không phụ thuộc vào bức xạ mặt trời. Như vậy, vào mùa hè lớp này sẽ có nhiệt độ "mát" hơn nhiệt độ không khí ngoài trời và mùa đông sẽ có nhiệt độ "ấm" hơn nhiệt độ không khí ngoài trời.
III. Nghiên Cứu Ứng Dụng Nguồn Nhiệt Nước Ngầm Tại Viện Địa Chất 60 ký tự
Trong tình hình hiện nay, khi BĐKH đang là vấn đề nóng lên toàn cầu, việc tiết kiệm năng lượng và sử dụng năng lượng sạch, năng lượng tái tạo đang là phương châm và chính sách của các quốc gia và toàn Thế giới thì việc nghiên cứu phát triển các khả năng tiết kiệm năng lượng trong nghành kỹ thuật có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Đất nước ta là một nước nhiệt đới gió mùa khí hậu nóng ẩm mưa nhiều. Địa lý nước ta chia thành hai miền Nam, Bắc có đặc điểm khí hậu phân biệt rõ rệt. Miền Nam khí hậu nắng nóng và ẩm, chia làm hai mùa mưa và khô rõ rệt. Miền Bắc khí hậu nóng ẩm mưa nhiều về mùa hè, ẩm và lạnh về mùa đông.
3.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Năng Lượng Địa Nhiệt Ở Việt Nam
Thời gian giao mùa tương đối dài đặc biệt là Miền Bắc, nên nhu cầu làm mát, hút ẩm và sưởi ấm ở nước ta rất lớn. Nhu cầu sử dụng ĐHKK ở nước ta là rất lớn và hệ thống này chiếm tỷ lệ tiêu thụ điện năng khá cao trong các công trình nên tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong hệ thống này cần được quan tâm. Việc này có thể thực hiện được nếu ta cải thiện phương pháp giải nhiệt bình ngưng bằng cách sử dụng nước giếng khoan từ lòng đất thay cho các phương pháp giải nhiệt truyền thống khác.
3.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu Tại Viện Địa Chất
Từ những lí do nêu trên học viên chọn đề tài “Nghiên cứu hiệu quả giảm nhẹ biến đổi khí hậu khi sử dụng nguồn nhiệt nước ngầm trong trường hợp lắp đặt hệ thống điều hòa không khí tại Viện Địa chất, phố Chùa Láng - Đống Đa - Hà Nội” làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp của mình. Mục tiêu của đề tài là có được các thí nghiệm công nghệ điều hòa không khí giải nhiệt bằng nước ngầm để đánh giá hiệu quả tiết kiệm điện năng của công nghệ ĐHKK bơm nhiệt lòng đất (GSHP hay còn gọi là ĐHKK địa nhiệt) giải nhiệt bằng nước ngầm.
3.3. Đóng Góp Dự Kiến Của Nghiên Cứu
Phân tích được các hiệu quả giảm nhẹ biến đổi khí hậu của công nghệ đã đề xuất, làm tiền đề cho giải pháp tiết kiệm điện nhân rộng. Các kết quả nghiên cứu, đánh giá của đề tài sẽ là cơ sở cho việc đề xuất các biện pháp về mặt kỹ thuật và chính sách cho việc tiết kiệm năng lượng trong việc triển khai lắp đặt hệ thống điều hòa giải nhiệt bằng nước ngầm (GSHP) thay thế cho hệ thống điều hòa không khí truyền thống trong tương lai.
IV. Tiềm Năng Địa Nhiệt Giải Pháp Năng Lượng Tương Lai 59 ký tự
Như chúng ta biết nguồn nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu thô, khí thiên nhiên) có số lượng hữu hạn và đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt. Chính vì vậy rất cần những nghiên cứu về khả năng khai thác các nguồn năng lượng mới và tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời và năng lượng sinh học,.Trong đó, địa nhiệt là một nguồn năng lượng sạch và có tiềm năng to lớn có thể thay thế dầu mỏ và than đá trong tương lai. Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu tiềm năng của nguồn năng lượng khổng lồ này.
4.1. Đặc Tính Nhiệt Của Lòng Đất
Như chúng ta đều biết rằng vỏ trái đất được cấu tạo bởi nhiều lớp và mỗi lớp đều mang một nhiệt độ khác nhau (hình 1. Lớp trên cùng của vỏ trái đất chỉ có nhiệt độ trung bình năm là 150C. Ở Manti trên, nhiệt độ trung bình là 6500C. Ở đới chuyển tiếp nhiệt độ bình quân là 10000C. Ở Manti dưới, nhiệt độ trung bình là 30000C. Tại nhân ngoài của Trái Đất nhiệt độ bình quân 50000C. Còn Nhân trong của Trái đất có trong nhiệt độ bình quân là 70000C.
4.2. Gradient Địa Nhiệt Và Khả Năng Khai Thác
Đi sâu xuống lòng đất 2 40m (tùy địa điểm) ta sẽ gặp tầng ổn định nhiệt, tức là tầng có nhiệt độ không chịu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời (ở Moskva là độ sâu 20m, ở Pari là 28m). Dưới tầng ổn định nhiệt, càng sâu nhiệt độ càng tăng. Người ta gọi Gradient địa nhiệt là độ sâu tính bằng mét đủ để nhiệt độ lòng đất tăng lên 10C. Trị số trung bình là 33m. Nếu xuống sâu được đến 60km thì lòng đất có nhiệt độ tới 18000C. Để khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt người ta thường chỉ cần khoan các giếng sâu 4 5km.
V. Kết Quả Thí Nghiệm ĐHKK Địa Nhiệt Tại Viện Địa Chất 60 ký tự
Nghiên cứu này trình bày kết quả thí nghiệm công nghệ điều hòa không khí địa nhiệt tại Viện Địa chất. Mục tiêu là đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính so với hệ thống điều hòa không khí truyền thống. Thí nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng nguồn nhiệt nước ngầm để làm mát và sưởi ấm cho tòa nhà văn phòng của Viện. Các thông số như nhiệt độ nước ngầm, nhiệt độ không khí trong nhà và ngoài trời, điện năng tiêu thụ được đo đạc và phân tích.
5.1. Mô Tả Hệ Thống ĐHKK Địa Nhiệt
Hệ thống ĐHKK địa nhiệt bao gồm một bơm nhiệt, một hệ thống ống dẫn nước ngầm, và các thiết bị điều hòa không khí trong nhà. Bơm nhiệt sử dụng nước ngầm làm nguồn nhiệt để làm mát vào mùa hè và sưởi ấm vào mùa đông. Nước ngầm được bơm từ giếng khoan, đi qua bơm nhiệt, và sau đó được trả lại vào một giếng khoan khác. Hệ thống ống dẫn nước ngầm được thiết kế để đảm bảo hiệu quả truyền nhiệt tối ưu.
5.2. Kết Quả Đo Đạc Và Phân Tích
Kết quả đo đạc cho thấy hệ thống ĐHKK địa nhiệt có hiệu suất cao hơn so với hệ thống điều hòa không khí truyền thống. Điện năng tiêu thụ giảm đáng kể, đặc biệt là vào mùa hè. Phân tích kinh tế cho thấy hệ thống ĐHKK địa nhiệt có thời gian hoàn vốn đầu tư ngắn. Nghiên cứu cũng đánh giá tác động môi trường của hệ thống ĐHKK địa nhiệt, cho thấy giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính.
VI. Đề Xuất Giải Pháp và Chính Sách Phát Triển ĐHKK Địa Nhiệt 60 ký tự
Dựa trên kết quả nghiên cứu, một số giải pháp và chính sách được đề xuất để thúc đẩy phát triển công nghệ ĐHKK địa nhiệt. Các giải pháp bao gồm cải thiện thiết kế hệ thống, tối ưu hóa vận hành, và sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường. Các chính sách bao gồm hỗ trợ tài chính cho các dự án ĐHKK địa nhiệt, khuyến khích sử dụng năng lượng tái tạo, và nâng cao nhận thức cộng đồng về lợi ích của công nghệ ĐHKK địa nhiệt.
6.1. Giải Pháp Kỹ Thuật
Cần cải thiện thiết kế hệ thống ĐHKK địa nhiệt để tăng hiệu suất và giảm chi phí. Tối ưu hóa vận hành hệ thống để đảm bảo hiệu quả năng lượng cao nhất. Sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường để giảm tác động tiêu cực đến môi trường.
6.2. Chính Sách Hỗ Trợ
Cần có các chính sách hỗ trợ tài chính cho các dự án ĐHKK địa nhiệt để khuyến khích đầu tư. Khuyến khích sử dụng năng lượng tái tạo để giảm phát thải khí nhà kính. Nâng cao nhận thức cộng đồng về lợi ích của công nghệ ĐHKK địa nhiệt để tăng cường sự chấp nhận và sử dụng.
