Giáo trình Một số kết quả đánh giá tiềm năng năng lượng của các nguồn địa nhiệt triển vọng ở vùng trung du và miền núi phía Bắc Việt Nam - Trần Trọng Thắng

Nội dung text: Giáo trình Một số kết quả đánh giá tiềm năng năng lượng của các nguồn địa nhiệt triển vọng ở vùng trung du và miền núi phía Bắc Việt Nam - Trần Trọng Thắng

1. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 Một số kết quả đánh giá tiềm năng năng lượng của các nguồn địa nhiệt triển vọng ở vùng trung du và miền núi phía Bắc Việt Nam Trần Trọng Thắng1,*, Vũ Văn Tích2, Đặng Mai2, Hoàng Văn Hiệp2, Phạm Hùng Thanh1, Phạm Xuân Ánh3 1Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản - Bộ Tài nguyên & Môi trường 2Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam 3Tập đoàn Dầu khí Việt Nam Nhận ngày 05 tháng 8 năm 2016 Chỉnh sửa ngày 24 tháng 9 năm 2016; chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2016 Tóm tắt: Trên cơ sở các nghiên cứu địa hóa dung dịch nhiệt và điều kiện địa chất ở khu vực các nguồn địa nhiệt, áp dụng các phương pháp tính toán năng lượng tự nhiên và tiềm năng phát điện địa nhiệt ban đầu đã cho phép đi đến một số kết luận sau đây: Trong tổng số 164 nguồn địa nhiệt ở vùng trung du và miền núi phía bắc Việt Nam có tới 18 nguồn có thể cho phép ứng dụng năng lượng tự nhiên trực tiếp và khai thác năng lượng ở bồn chứa dưới sâu cho mục đích phát điện. Từ các số liệu về nhiệt độ trên bề mặt và lưu lượng nước nóng xuất lộ tự nhiên của các nguồn địa nhiệt này cho phép tính được lượng năng lượng lãng phí khi không ứng dụng là 8.960 tấn/năm. Với nhiệt độ sâu dưới bồn chứa xác định theo phương pháp nhiệt kế địa hóa học đạt từ 136oC đến 170oC, các nguồn địa nhiệt này có thể cho phép xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt có công suất từ 4,2 MWe đến 17,4 MWe và tổng công suất của 18 nguồn địa nhiệt triển vọng này ước tính vào khoảng 170 MWe. Từ khóa: Năng lượng tự nhiên, địa nhiệt, địa nhiệt kế, vùng trung du và miền núi, công suất phát điện. 1. Giới thiệu chung nhưng ứng dụng trực tiếp năng lượng địa nhiệt lại cao nhất thế giới: 17.870 MWt [2]. Ở Việt Năng lượng địa nhiệt đã được khai thác sử Nam, năng lượng địa nhiệt mới chỉ sử dụng trực dụng trong hai lĩnh vực: 1) sử dụng trực tiếp tiếp với công suất lắp đặt là 31,2 MWt, cho các được phổ biến rộng rãi từ lâu đời; 2) Phát điện. mục đích ngâm tắm, spa, vật lý trị liệu, làm Ở gần nước ta các nước có công suất phát điện muối tinh I-ốt [3]. địa nhiệt lớn như - Nhật Bản, Indonesia, Khu vực Trung du miền núi phía Bắc Việt Phillipine, trong đó Philipine là nước có công Nam với đặc trưng địa chất kiến tạo hiện đại đã suất phát điện từ địa nhiệt cao nhất: 1.930 MW được nhiều công trình nghiên cứu đề cập đến [1] chiếm 20% năng lượng điện quốc gia. Trung tuy nhiên đại đa số không đề cập tới tiềm năng Quốc có công suất lắp đặt phát điện 28 MWe, khoáng sản nhiên liệu cũng như là tiềm năng ___ địa nhiệt của khu vực [4]. Gần đây một số công Tác giả liên hệ. ĐT.: 84-912208902 trình nghiên cứu của các tác giả đã được công Email: ttthang@yahoo.com bố trong các báo cáo từ các dự án điều tra về 225
2. 226 T.T. Thắng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 nước khoáng nóng, các kết quả nghiên cứu về có nhiệt độ bồn chứa khá cao (> 100oC), đủ để địa nhiệt còn chưa được đề cập sâu [5, 6, 7],. cho phát điện nhờ công nghệ Chu kỳ Nhị Các nghiên cứu trên văn liệu quốc tế mới đây nguyên (Binary Cycle), vì thế chúng tôi đã sử bước đầu cho thấy các nguồn địa nhiệt ở khu dụng phương pháp ước tính công suất phát điện vực trung du miền núi phía Bắc có tiềm năng của Muffler, P. và Cataldi, R. (1978) [9] để tính cho ứng dụng khai thác năng lượng. Theo cho các nguồn địa nhiệt này. Muraokal, (2008) [8] với nhiệt độ của một Trong tổng số 164 nguồn nước nóng xuất lộ o nguồn địa nhiệt > 53 C thì có thể sử dụng công ở khu vực nghiên cứu có tới hơn 18 nguồn có nghệ Kalina để phát điện. Trên cơ sở đó, chúng nhiệt độ trên mặt >53oC, nhưng do thiếu một số tôi đã lựa chọn ra các nguồn nước xuất lộ có thông số cần thiết để tính toán năng lượng cũng o nhiệt độ >53 C để tính toán năng lượng tự như ước tính công suất phát điện nên chỉ 18 nhiên mà nếu không khai thác thì nhiệt lượng nguồn được lựa chọn để tính toán, 18 nguồn địa của nguồn địa nhiệt này tỏa ra không khí xung nhiệt này nằm trên địa phận các tỉnh Sơn La, quanh rất lãng phí. Trên thực tế, thông thường Điện Biên, Lai Châu, Hà Giang, Tuyên Quang, các nguồn địa nhiệt này cũng là những nguồn Yên Bái, Lào Cai và Nghệ An (Hình 1). G Hình 1. Sơ đồ vị trí các nguồn địa nhiệt triển vọng trong cấu trúc địa chất gắn với cấu trúc địa nhiệt tiềm năng được đơn giản hóa từ các bản đồ Địa chất và Khoáng sản Việt Nam tỷ lệ 1/200.000 thuộc vùng trung du miền núi phía Bắc [20]. Các con số trong vòng trọn biểu thị các nguồn: 1- Pe Luông, 2-Na Hai, 3- Pom Lót/Uva, 4-Pa Thơm, 5-Pa Bát, 6-Pác Ma, 7-La Si, 8-Sin Chải, 9-Nậm Cải, 10-Làng Sang, 11-Nậm Păm, 12-Lũng Pô, 13-Bó Đướt, 14-Quảng Ngần, 15-Quảng Nguyên, 16-Mỹ Lâm, 17-Nam Ron, 18-Kim Đa.
3. T.T. Thắng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 227 2. Đặc điểm địa chất trẻ và tiềm năng địa trượt bằng trái và sau đó trượt bằng phải đi với nhiệt vùng trung du miền núi phía bắc biến dạng dòn. Hệ thống đứt gãy đi với chuyển động này có hướng Tây Bắc - Đông Nam. Mặt Theo các tờ bản đồ địa chất và khoáng sản khác, hệ thống đới đứt gấy hướng Đông Bắc - Việt Nam, khu vực trung du miền núi phía bắc Tây Nam có hướng dịch chuyển theo chiều (Hình 1) được đặc trưng bởi một nền địa chất ngược lại, tuy nhiên hệ thống này không phải là tương đối phức tạp trong đó xuất hiện các đá có phổ biến ngoại trừ khu vực đới đứt gẫy Điện tuổi từ cổ (Arkei ~ 2,9 tỷ năm) đến trẻ (Neogen) Biên - Lai Châu. Sự giao thoa này tạo nên một và có thành phần rất đa dạng từ trầm tích, đến số các bồn trũng lớn trong khu vực Tây Bắc đó magma rồi biến chất [10]. là bồn trũng Điện Biên. Tại nơi đây hoạt động Về mặt cấu trúc kiến tạo, khu vực này ghi xuất lộ nước nóng địa nhiệt phân bố dày nhất. nhận hai pha chuyển động kiến tạo mạnh, trong Yếu tố thứ ba là hệ thống bồn chứa trầm tích. đó pha thứ nhất là hoạt động kiến tạo Indosinia, Bồn trũng trầm tích lớn nhất trong khu vực pha này làm gắn kết các đá của các thành tạo là bồn Mường Thanh (bồn Điện Biên), tiếp khác nhau kết nối lại với các thành tạo địa chất đến là các trầm tích phân bố dọc theo đới đứt Nam Trung Hoa, tạo nên nền địa chất Việt Nam gãy Sông Hồng, tuy nhiên diện phân bố trầm thông qua hai đới khâu Sông Chẩy và đới khâu tích không lớn, ngoại trừ khu vực đồng bằng Sông Mã vào thời kỳ từ 250-230 triệu năm Hà Nội. trước [11], [12]. Trong giai đoạn Kainozoi, nền Một trong những nguyên nhân tạo nên địa chất Việt Nam bị phá hủy bới các chuyển nguồn địa nhiệt tiềm năng trong khu vực chính động kiến tạo Hymalaya, tạo nên một cấu trúc địa chất rất trẻ [13]. là các thành tạo magma trẻ, hoạt động đứt gãy Theo Tapponier và nnk, 1990, toàn bộ nền kiến tạo và các thành tạo trầm tích trẻ trong địa chất khu vực nghiên cứu đã bị tác động Kainoizoi trở lại đây (hình 1). Nhìn chung hoạt mạnh bởi hoạt động kiến tạo trẻ Hymalaya theo động kiến tạo trẻ trong Kainozoi đóng vai trò hai giai đoạn khác nhau. Giai đoạn 1 đi với quan trọng, trong đó tạo nên quá trình làm dập chuyển động trượt bằng trái và giai đoạn 2 đi vỡ các đá vừa tạo nên các bồn trầm tích trong với quá trình nghịch đảo kiến tạo minh chứng khu vực và đồng thời đóng vai trò là kênh dẫn bằng quá trình trượt bằng phải [14]. Hoạt động dung dịch địa nhiệt đi từ lòng đất lên trên bề trượt bằng phải, đặc trưng cơ bản liên quan đến mặt, hoặc tạo nên quá trình đối lưu nhiệt để tạo pha kiến tạo này là quá trình biến dạng dòn đi nên các bồn địa nhiệt tiềm năng trong vùng với quá trình dập vỡ các thành tạo địa chất cổ hơn trong khu vực. trung du miền núi phía bắc. Minh chứng cho Đặc trưng địa chất địa nhiệt khu vực Trung quá trình này là hoạt động địa chấn và sự xuất du miền núi phía bắc, được thể hiện bởi ba yếu hiện các điểm xuất lộ nước khoáng nóng trong tố: magma xâm nhập, tái hoạt động đứt gãy và khu vực [7]. quá trình sụt lún nhanh tạo các bồn trầm tích có Sự có mặt của các điểm nước khoáng nóng tiềm năng chứa dung dịch địa nhiệt (Hình 1). dọc theo các thành tạo địa chất trong khu vực là Hoạt đdộng magma toàn vùng thể hiện bởi 04 rất khác nhau trên các nền đá khác nhau từ trầm trường magma lớn (Hình 1), có tuổi từ cổ đến tích cổ đến các thành tạo magma. Tuy nhiên có trẻ. Các magma trẻ nhất có tuổi Neogen (dọc một điểm chung là hầu hết các điểm nước đới Đức gãy Sông Hồng, hay phức hệ Yanshan) khoáng nóng này đều liên quan đến hoạt động thậm chí đến Đệ Tứ như ở khu vực Điện Biên địa chất kiến tạo trẻ, cụ thể là các điểm xuất lộ (đồi A1) [15], một số thành tạo magma dọc nước khoáng nóng đều nằm trên các đới dập vỡ theo đới Sông Mã. Các hệ thống đứt gẫy kiến tạo và các phá hủy kiến tạo trong khu vực chủ kiến tạo trẻ. Tùy theo đặc điểm cấu trúc địa chất yếu được tạo ra bởi các chuyển động Himalaya. mà có những điểm xuất lộ địa nhiệt có dạng cấu Trong đó đặc trưng chủ yếu là chuyển động trúc bồn và tiềm năng địa nhiệt khác nhau.
4. 228 T.T. Thắng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 3. Đặc điểm hóa học dung dịch của các dịch có cân bằng thạch anh với môi trường nguồn địa nhiệt xung quanh trong bồn nhiệt; (2) Áp suất ảnh hưởng lên độ hoà tan của thạch anh gần với áp Thành phần hóa học dung dịch nhiệt có vai xuất của nước ở nhiệt độ 374oC; (3) Không có trò rất quan trọng trong nghiên cứu các nguồn sự hoà trộn giữa nước nóng và nước lạnh trong địa nhiệt. Do đặc điểm quan trọng và đặc thù, quá trình đi lên. Công thức tính nhiệt độ theo công tác nghiên cứu hóa học dung dịch nhiệt cũng địa nhiệt kế thạch anh trong điều kiện không có những đặc điểm riêng, từ lúc lấy mẫu, xử lý mất hơi. mẫu ngoài thực địa, bảo quản và xử lý mẫu trong ToC = 1309/(5,19+logS) - 273,15 phòng thí nghiệm cho đến các phép phân tích. Trong đó S là hàm lượng silic tính theo Việc nghiên cứu hóa học dung dịch nhiệt cho mg/kg. phép hiểu được đặc điểm của nguồn nước địa Thứ hai địa nhiệt kế dựa vào các phản ứng nhiệt như tính ăn mòn hay kết tủa. Nghiên cứu trao đổi phụ thuộc vào nhiệt độ. Các phản ứng thành phần hóa học dung dịch nhiệt cho phép xác này bao gồm ít nhất 2 khoáng vật và dung dịch định được nguồn gốc, mứa độ trưởng thành của nước nóng, vì thế cố định các tỷ số của các nước địa nhiệt, phân loại nước địa nhiệt và nhiều thành phần hòa tan thích hợp ví dụ các ion hòa đặc tính khác của nguồn địa nhiệt, dự báo nhiệt độ tan, ta có: bồn chứa dưới sâu của nguồn địa nhiệt bằng các Địa nhiệt kế cation: Địa nhiệt kế cation dựa tính toán địa nhiệt kế hóa học. trên các phản ứng trao đổi ion trong đó các Địa nhiệt kế hóa học sử dụng các công hằng số cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ. Ví thức dựa vào hàm lượng của một số nhóm các dụ, sự trao đổi Na+ và K+ giữa các felspat kiềm nguyên tố trong dung dịch nhiệt. Cơ sở của tồn tại như sau: phương pháp này là dựa vào tính chất hòa tan NaAlSi O + K+ = KAlSi O + Na+ của các khoáng vật trong nước cũng như là 3 8 3 8 Hệ số cân bằng K cho phương trình phản ứng giữa các đá vây quanh với nước địa eq này là: nhiệt (water-rock reaction) được kiểm chứng K = Na/K với số liệu thực tế ở nhiều mỏ địa nhiệt trên thế eq Phương trình trên có thể viết thành: Keq = giới. Ở một nhiệt độ áp suất nào đó, khả năng + + [KAlSi3O8][Na ]/[KAlSi3O8][K ] - 273,15 hòa tan của khoáng vật hoặc phản ứng giữa Trong đó Na và K là các phân tử lượng của khoáng vật hay đá vây quanh với nước là các ion tương ứng. Nồng độ của các hợp phần khác nhau. Địa nhiệt kế địa nhiệt được chia hoà tan cũng được thể hiện bởi các đơn vị khác làm 2 nhóm: như: đương lượng gam, ppm hoặc mg/kg với -Thứ nhất địa nhiệt kế dựa vào sự phụ thuộc Keq thay đổi tương ứng. Đối với sự trao đổi ion vào nhiệt độ và hàm lượng hòa tan các khoáng giữa ion hoá trị 1 và hoá trị 2 như K+ và Mg++ vật riêng biệt như là SiO2 (đia nhiệt kế Silica), thì Keq được tính: theo đó có các địa nhiệt kế: Mg Địa nhiệt kế Chalcedon: Dựa vào mức độ Kep = K/ hòa tan của SiO2 trong nước ở các nhiệt độ khác Sự thay đổi hằng số cân bằng theo nhiệt độ nhau. Khi đã biết hàm lượng của SiO2 trong được xác định bằng phương trình Van’t Hoff: nước địa nhiệt thì có thể tính được nhiệt độ của o LogKeq = ( H / 2,303RT)+C nguồn nước khi mà SiO2 hòa tan theo một số công thức thực nghiệm của: Trong đó: H là sự chênh lệch về nhiệt độ Arnorsson và nnk, 1983 [16]: T(0C) = của dung dịch (cũng được gọi là enthalpy của phản ứng), T là nhiệt độ Kelvin, R là hằng số khí 1112/{4,91 + log(SiO2)}-273,15 Fournier, 1977 [17]: T(0C) =731/{4,52 + và C là hằng số tích hợp (-273.15). H thường thay đổi rất ít trong khoảng nhiệt độ 0-300oC. log(SiO2)}- 273,15 Địa nhiệt kế Thạch anh: Địa nhiệt kế thạch Kết quả tính toán và luận giải nhiệt độ bồn anh được xây dựng theo các yếu tố: (1) Dung địa nhiệt dưới sâu trình bày ở bảng 1.
5. T.T. Thắng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 229 Bảng 1. Nhiệt độ dưới bồn chứa địa nhiệt của 18 nguồn địa nhiệt tiềm năng vùng trung du miền núi phía Bắc [5, 18, 19] Nhiệt độ trên Nhiệt độ dưới Tt Tên nguồn Vị trí Lưu lượng (l/s) mặt (oC) bồn chứa (oC) 1 Pe Luông Thanh Luông, Điện Biên 53,8 1,70 151,0 2 Na Hai Sam Mứn, Điện Biên 78,0 3,00 170,0 3 Pom Lót/Uva Uva, Điện Biên 74,0 0,80 162,0 4 Pa Thơm Pa Thơm, Điện Biên 57,0 0,40 146,0 5 Pa Bát Mường Luân, Điện Biên 61,5 0,10 143,0 6 Pác Ma Mường Tè, Lai Châu 62,5 1,20 147,0 7 La Si Mường Tè, Lai Châu 54,0 25,00 152,0 8 Sin Chải Phong Thổ, Lai Châu 74,0 5,00 151,0 9 Nậm Cải Sìn Hồ, Lai Châu 62,0 3,00 162,0 10 Làng Sang Mù Căng Chải, Yên Bái 53,0 0,70 139,0 11 Nậm Păm Mường La, Sơn La 55,5 0,80 139,0 12 Lũng Pô Bát Xát, Lào Cai 53,0 3,00 136,0 13 Bó Đướt Vị Xuyên, Hà Giang 71,0 1,00 181,0 14 Quảng Ngần Vị Xuyên, Hà Giang 62,0 5,00 170,0 15 Quảng Nguyên Xín Mần, Hà Giang 56,0 5,00 144,0 16 Mỹ Lâm Yên Sơn, Tuyên Quang 65,5 6,28 143,0 17 Nam Ron Tân Kỳ, Nghệ An 57,0 1,00 138,0 18 Kim Da Tương Dương, Nghệ An 73,5 1,00 163,0 4. Trữ năng năng lượng và ước tính công Theo “Các phương pháp đánh giá tài suất phát điện nguyên địa nhiệt khu vực” của Muffler, P. và Cataldi, R., 1978 [9]: 4.1. Trữ năng năng lượng tự nhiên của suối P = Q x (T - T0) x Cx, nước nóng Trong đó: P - Năng lượng nhiệt (KJ/s); Q - Lưu lượng của suối nước nóng (l/s); T - Nhiệt Đối với mỗi nguồn địa nhiệt, tiềm năng 0 năng lượng có thể khai thác được được chia ra độ suối nước nóng ( C); T0 - Nhiệt độ không khí 0 làm hai loại: (25 C); Cx - Nhiệt dung riêng của nước - Năng lượng khai thác từ nguồn xuất lộ (kJ/kg.K). nước nóng tự nhiên: Nguồn năng lượng này khá Theo phương trình năng lượng tiêu chuẩn : (Tấn/năm) = (P x 365x 24 x 3,600)/(7,000 x thấp, đó là nhiệt của các suối nước nóng chảy tự 3 nhiên và tỏa nhiệt vào môi trường không khí 4,19 x 10 ). Năng lượng tiêu chuẩn được tính xung quanh. bằng cách sử dụng năng lượng tự nhiên có thể 0 - Năng lượng khai thác từ bồn địa nhiệt ở khai thác được. Nhiệt độ đầu ra là: 30 C. dưới sâu của nguồn nước nóng xuất lộ: Nguồn Áp dụng công thức trên, kết quả tính toán năng lượng này lớn song cần phải tiến hành được thể hiện ở bảng 2: điều tra, thăm dò phức tạp và chi phí tốn kém, Từ kết quả này cho thấy nếu không khai vì thế trước khi đi sâu vào công tác thăm dò thác nhiệt ở 18 nguồn địa nhiệt trên thì hàng khai thác để phục vụ mục tiêu phát điện, người năm chúng ta lãng phí mất 8.961 tấn năng ta sử dụng các phương pháp ước tính công suất lượng. Trong đó lãng phí nhất là nguồn La Si ở phát điện, để từ đó lập kế hoạch triển khai dự án Mường Tè, Lai Châu 2.703 tấn/năm. thăm dò khai thác.
6. 230 T.T. Thắng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 Bảng 2. Kết quả tính toán trữ năng tự nhiên các nguồn địa nhiệt triển vọng ở vùng trung du và miền núi phía Bắc Nhiệt có Năng thể thu lượng tiêu Nhiệt Lưu Nhiệt được với chuẩn với độ trên Tt Tên nguồn Vị trí lượng lãng phí nhiệt độ nhiệt độ mặt (l/s) (KJ/s) đầu ra đầu ra (oC) 30oC 30oC (KJ/s) (tấn/năm) 1 Pe Luông Thanh Luông, Điện Biên 53,8 1,7 205,14 169,53 182,28 2 Na Hai Sam Mứn, Điện Biên 78,0 3,0 666,21 603,36 648,74 3 Pom Lót/Uva Uva, Điện Biên 74,0 0,8 164,25 147,49 158,58 4 Pa Thơm Pa Thơm, Điện Biên 57,0 0,4 53,63 45,25 48,66 5 Pa Bát Mường Luân, Điện Biên 61,5 0,1 21,41 18,48 19,87 6 Pác Ma Mường Tè, Lai Châu 62,5 1,2 188,55 163,41 175,70 7 La Si Mường Tè, Lai Châu 54,0 25,0 3.037,75 2.514,00 2.703,09 8 Sin Chải Phong Thổ, Lai Châu 74,0 5,0 1.026,55 921,80 991,13 9 Nậm Cải Sìn Hồ, Lai Châu 62,0 3,0 465,09 402,24 432,49 10 Làng Sang Mù Căng Chải, Yên Bái 53,0 0,7 82,12 67,46 72,53 11 Nậm Păm Mường La, Sơn La 55,5 0,8 102,24 85,48 91,90 12 Lũng Pô Bát Xát, Lào Cai 53,0 3,0 351,96 289,11 310,85 13 Bó Đướt Vị Xuyên, Hà Giang 71,0 1,0 192,70 171,80 207,80 14 Quảng Ngần Vị Xuyên, Hà Giang 62,0 5,0 775,20 670,40 810,90 15 Quảng Nguyên Xín Mần, Hà Giang 56,0 5,0 649,50 544,70 658,90 16 Mỹ Lâm Yên Sơn, Tuyên Quang 65,5 6,3 1.065,70 934,10 1.129,90 17 Nam Ron Tân Kỳ, Nghệ An 57,0 1,0 134,08 113,13 121,64 18 Kim Da Tương Dương, Nghệ An 73,5 1,0 203,22 182,27 195,97 Tổng cộng 9.385,30 8.044,01 8.960,93 4.2. Công suất phát điện của các nguồn địa Sw = Độ bão hòa nước trong bồn chứa; nhiệt triển vọng ở vùng trung du và miền núi hwi, hwf = Nhiệt thế - Enthalpy của nước ở cửa phía Bắc vào và ra của hệ thống (kJ/kg); ρr, ρwi = Mật độ đá và nước ở nhiệt độ bồn chứa (kg/m3). Để tính được công suất phát điện trước hết Những thông số trên được lấy từ các công người ta tính trữ lượng nhiệt tích trữ trong bồn tác lập bản đồ địa chất, các nghiên cứu địa hóa, địa nhiệt. Theo Muffler, P. và Cataldi, R., 1978, các khảo sát địa vật lý (điện trở suất, khảo sát nhiệt lượng được tích trữ ở bồn chứa phải bằng hồng ngoại, tài liệu địa chấn, từ, trọng lực), tổng của nhiệt chứa trong đá bồn chứa và nước nhiệt độ nước ngầm, dòng nhiệt và các kết quả địa nhiệt trong bồn chứa và được tính theo công khoan thăm dò [20]. Các dữ liệu này có giá trị thức như sau: trong việc đánh giá sự phân bố của các thông số đầu vào. Các thông số khác như độ rỗng, mật Q= Ah{[Crρr (1-φ)(Ti- Tf )] + [ρwi φ Sw (hwi - hwf )]} độ đá, nhiệt dung riêng của dung dịch và đá nhiệt trong đá nhiệt trong nước được lấy từ tài liệu đo và phân tích mẫu từ các giếng khoan, hoặc tham khảo các thành tạo địa Trong đó: Q = nhiệt tích giữ (kJ); A = Diện chất tương tự khác hoặc từ các đặc điểm của tích của bồn chứa (m2); h = Bề dầy trung bình bồn chứa và từ các sách tra cứu. của bồn chứa (m); C = Nhiệt dung riêng của đá r Do chưa có đầu tư cho công tác thăm dò, ở bồn chứa (kJ/kgK); T = Nhiệt độ trung bình i cho nên dựa trên những tài liệu về địa chất, đo lúc ban đầu của bồn chứa (°C); T = Nhiệt độ f tham số vật lý mẫu đá từ các công trình nghiên cuối hệ thống (°C); φ = Độ rỗng của đá;
7. T.T. Thắng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 231 cứu trước đây cũng như tham khảo các sách tra kê trên thế giới thường là 20 đến 25%; nc- Hệ cứu đã lựa chọn các giá trị sau cho các tham số số chuyển đổi để chuyển nhiệt phục hồi sang để đánh giá trữ lượng nhiệt cho các nguồn nhiệt điện năng. Thường được tính bằng 10% đối với ở vùng trung du và miền núi phía Bắc Việt Nam các hệ địa nhiệt có chất lỏng chiếm ưu thế; như sau: A = 2.500.000 (m2); h = 2 m; L - Tuổi thọ nhà máy điện địa nhiệt thường Cr = khoảng 0,8 kJ/kgK; Ti = theo các tính toán được tính đến 30 năm; F - Hệ số công suất nhà địa nhiệt kế ở bảng 1 (°C); Tf = 90°C; φ = 8%; máy, đối với nhiều nhà máy, hệ số này nằm Sw = 100%; Rf = 20%; nc = 7,5%; F = 95%. giữa 90% và 95%. Đối với nhà máy sử dụng Sau khi tính được trữ lượng nhiệt ở bồn công nghệ Chu kỳ Nhị nguyên, hệ số này chứa, cho phép chúng ta tính toán công suất nhà thường được tính bằng 95%. máy điện địa nhiệt nhờ sử dụng công thức của Theo phương pháp ước tính đã trình bày ở Muffler, P. và Cataldi, R., 1978: trên, với các số liệu tổng hợp và các số liệu ước E = (Q Rf nc)/FL) tính được cho phép tính toán về năng lượng và Trong đó: Rf - Hệ số thu hồi để xác định công suất các nguồn địa nhiệt có triển vọng ở lượng nhiệt tích trữ mà có thể khai thác được. vùng trung du miền núi phía Bắc của các điểm Hệ số thu hồi được tính ở đây là 2,5 lần không gian rỗng với giới hạn trên là 50%. Theo thống địa nhiệt như bảng 3. Bảng 3. Kết quả ước tính công suất lắp đặt các nhà máy điện địa nhiệt triển vọng, vùng trung du miền núi phía Bắc Nhiệt Năng Ước tính Nhiệt độ lượng địa Lưu công suất độ trên dưới nhiệt có Tt Tên nguồn Vị trí lượng lắp đặt nhà mặt bồn thể khai (l/s) máy điện (oC) chứa thác (1014 (MWe) (oC) KJ) 1 Pe Luông Thanh Luông, Điện Biên 53,8 1,70 151,0 1,50 4,20 2 Na Hai Sam Mứn, Điện Biên 78,0 3,00 170,0 4,10 11,4 3 Pom Lót/Uva Uva, Điện Biên 74,0 0,80 162,0 2,36 6,60 4 Pa Thơm Pa Thơm, Điện Biên 57,0 0,40 146,0 2,23 6,20 5 Pa Bát Mường Luân, Điện Biên 61,5 0,10 143,0 2,05 5,70 6 Pác Ma Mường Tè, Lai Châu 62,5 1,20 147,0 2,88 8,00 7 La Si Mường Tè, Lai Châu 54,0 25,00 152,0 4,23 11,8 8 Sin Chải Phong Thổ, Lai Châu 74,0 5,00 151,0 2,21 6,20 9 Nậm Cải Sìn Hồ, Lai Châu 62,0 3,00 162,0 1,72 4,80 10 Làng Sang Mù Căng Chải, Yên Bái 53,0 0,70 139,0 4,23 11,8 11 Nậm Păm Mường La, Sơn La 55,5 0,80 139,0 4,10 11,4 12 Lũng Pô Bát Xát, Lào Cai 53,0 3,00 136,0 1,63 4,50 13 Bó Đướt Vị Xuyên, Hà Giang 71,0 1,00 181,0 2,10 17,4 14 Quảng Ngần Vị Xuyên, Hà Giang 62,0 5,00 170,0 1,80 15,3 15 Quảng Nguyên Xín Mần, Hà Giang 56,0 5,00 144,0 1,20 10,4 16 Mỹ Lâm Yên Sơn, Tuyên Quang 65,5 6,28 143,0 1,20 9,70 17 Nam Ron Tân Kỳ, Nghệ An 57,0 1,00 138,0 5,40 9,00 18 Kim Da Tương Dương, Nghệ An 73,5 1,00 163,0 8,30 13,80 Tổng cộng 51,01 168,1
8. 232 T.T. Thắng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 , Hình 2. Bản đồ địa nhiệt tiềm năng tỷ lệ 1/200.000 khu vực trung du miền núi phía Bắc. Các thông số xung quanh vòng tròn biểu thị công xuất ước tính lắp đặt nhà máy phát điện theo tính toán tại bảng 3. Các con số trong vòng trọn biểu thị các nguồn: 1- Pe Luông, 2-Na Hai, 3- Pom Lót/Uva, 4-Pa Thơm, 5-Pa Bát, 6-Pác Ma, 7-La Si, 8-Sin Chải, 9-Nậm Cải, 10-Làng Sang, 11-Nậm Păm, 12-Lũng Pô, 13-Bó Đướt, 14-Quảng Ngần, 15-Quảng Nguyên, 16-Mỹ Lâm, 17-Nam Ron, 18-Kim Đa. Các kết quả tính toán nêu tại bảng 3 trong - Tổng số năng lượng địa nhiệt có thể khai khu vực trung du miền núi phía Bắc cho các thác là 51,01 x 1014 KJ, với năng lượng địa nguồn địa nhiệt khác nhau cho phép một số nhiệt có thể khai thác ở các điểm khác nhau nhận định và thảo luận như sau: trong 18 điểm nêu trên trong bảng 3, qua đó
9. T.T. Thắng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 233 thấy rằng nguồn Kim Đa, Tương Dương, Nghệ Với nhiệt độ nguồn tính được trong vùng An là cao nhất và các nguồn địa nhiệt Quảng trung du miền núi phía Bắc, việc khai thác năng Nguyên và Mỹ Lâm là thấp nhất. Với Dù vậy lượng khu vực cho mục đích phát điện, chúng do vị trí địa lý của các nguồn, chúng đang được ta nên sử dụng công nghệ Chu kỳ Nhị Nguyên khai thác cho các hoạt động dịch vụ sử dụng vừa đảm bảo khai thác được năng lượng từ năng lượng bên cạnh khai thác nước khoáng. nguồn địa nhiệt có nhiệt độ nguồn không cao, nhưng đồng thời lại bảo vệ môi trường do Với tổng số năng lượng và chỉ số năng lượng không thải nước nóng ra ngoài. của các guồn năng lượng này là cơ sở để các địa Bằng phương pháp ứớc tính công suất phát phương và doanh nghiệp biết và định hướng điện trên cơ sở công nghệ nhị nguyên thì tổng khai thác cho các mục đích khác nhau như phục công suất phát điện ước tính của cả 18 nguồn là vụ sấy khô nông sản, sưởi ấm, chữa bệnh bằng 170MWe. Trong đó, nguồn thấp nhất là 4,2 tắm khoáng nhiệt độ cao và sông hơi tự nhiên. MWe (Pe Luông) và nguồn cao nhất là 17,4 - Tổng số công suất có thể phát triển điện MWe (Bó Đướt). Tuy nhiên, để tiến hành thăm năng trong toàn khu vực nghiên cứu ước tính là do khai thác và tiến tới xây dựng nhà máy điện 168,1 MWe. Trong đó nguồn địa nhiệt có công địa nhiệt thì cần phải đánh giá khả năng theo xuất điện năng cao nhất là điểm Bó Đước (Hà các điều kiện địa chất, kỹ thuật công nghệ thiết Giang), trong khi nguồn địa nhiệt có công xuất kế lắp đặt gắn với vị trí của từng nguồn địa thấp nhất là Pe Luông (Điện Biên). Chi tiết cho nhiệt cụ thể. từng nguồn được trình diễn trong bảng 3. Với Kết quả nghiên cứu này, mở ra cơ hội cho các kết quả tính toán này, đây là cơ sở quan các nhà đầu tư, các nhà quản lý về nguồn năng trọng cho việc định hướng khai thác năng lượng lượng sạch trong tương lai, đồng thời cũng mở cho phát triển điện năng của doanh nghiệp và ra cơ hội cho việc áp dụng công nghệ sản các địa phương cho mục tiêu phát điện. Để có xuất điện địa nhiệt hiện đang được phổ biến bức tranh về tiềm năng công xuất điện năng trên thế giới. trong khu vực, tập thể tác giả thành lập bản đồ Nghiên cứu này cũng cho phép định hướng trường địa nhiệt tiềm năng với công xuất ước sử dụng nguồn năng lượng địa nhiệt gắn với các tính cho các điểm địa nhiệt trong toàn khu vực lợi ích khác ngoài việc phát điện, cụ thể như sấy nghiên cứu trong Hình 2. khô nông sản, ngâm tắm chữa bệnh, spa, hoạt động du lịch làm cơ sở cho việc liên kết để khai thác năng lượng đáp ứng yêu cầu thiếu hụt 5. Kết luận năng lượng hiện nay, đồng thời phục vụ phát triển kinh tế xã hội, góp phần phát triển bền Trên cơ sở kết quả tính toán về công suất vững vùng trung du miền núi phía Bắc. phát điện (bảng 3) từ kết quả tính toán nhiệt độ bồn của 18 nguồn địa nhiệt (bảng 1), kết hợp phân tích các yếu tố cấu trúc địa chất tại vùng Lời cảm ơn nghiên cứu và tại các vị trí nguồn địa nhiệt cụ thể, cho phép chúng ta có một số nhận xét về Bài báo được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh triển vọng phát triển các nhà máy phát điện địa phí của đề tài “Nghiên cứu, đánh giá tổng thể nhiệt trong vùng nghiên cứu như sau: tiềm năng các bồn địa nhiệt vùng Tây Bắc”, mã Áp dụng phương pháp địa nhiệt kế cho các số KHCN-TB.01T/13-18. Tập thể tác giả xin nguồn nước nóng xuất lộ trong vùng nghiên gửi lời cảm ơn đến TS. Đoàn Văn Tuyến đã có cứu đã dự báo được nhiệt độ bồn chứa của 18 những trao đổi khoa học quý báu trong quá nguồn địa nhiệt có tiềm năng khai thác cho mục trình nộp đăng bài. đích phát điện.
10. 234 T.T. Thắng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 Tài liệu tham khảo [1] Matek B., (2016), Annual U.S. & Global directed Triassic nappes in Northeastern Vietnam Geothermal Power Production Report, (East Bac Bo). Journal of Asian Earth Sciences Geothermal Energy Association, USA, pp10. 41(1). [2] Lund J.W and Voyd T.L, (2015), Direct [12] Michel Faure, Claude Lepvrier, Vuong Van Utilization of Geothermal Energy 2015 Nguyen, Vu Van Tịch, Zechao Chen., (2014). Worldwide Review, Proceedings World The South China block-Indochina collision: Geothermal Congress, Melbourne, Australia, pp2. Where, when, and how? Journal of Asian Earth [3] Nguyen, T.C., Cao D.G. and Tran T.T. (2005), Sciences 79: 260–274 . General Evaluation of the Geothermal Potential [13] Oichi Osozawa, Nguyen Van Vuong, Vu Van in Vietnam and the Prospect of Development in Tich, John Wakabayashi (2015). Reactivation of the Near Future, Proceedings of the World a collisional suture by Miocene transpressional Geothermal Congress, Turkey. domes associated with the Red River and Song [4] Tapponnier, P. R. Lacassin, P. H. Leloup, Chay detachment faults, northern Vietnam. U. SchÄrer, Zhong dalai, Wu Haiwei, Journal of Asian Earth Sciences 105. Liu Xiaohan,Ji Shaocheng,zhang lianshang, & zh [14] Nguyễn Đình Xuyên, "Nghiên cứu dự báo động ong jiayou.,1990.The Ailao Shan/Red River đất và dao động nền lãnh thổ Việt Nam". Báo cáo metamorphic belt: Tertiary left-lateral shear tổng kết đề tài độc lập cấp Nhà nước, 2004. between Indochina and South China. Nature 343, [15] Françoise Roger, Marc Jolivet, Henri Maluski, 431 – 437. Vu Van Tich, Vuong Nguyen Van., 2013. [5] Cao D. G. et al, (2013), Research and Evaluation Emplacement and cooling of the Dien Bien of the geothermal potential and geothermal Phu granitic complex: Implications for the utilization in socio-economic development in the tectonic evolution of the Dien Bien Phu Fault North-eastern Vietnam, Project Report.Trung tâm (Truong Son Belt, NWVietnam). Gondwana Thông tin Lưu trữ Địa chất, Hà Nội. Research 26(2). [6] Võ Công Nghiệp và nnk., (1998), Danh bạ các [16] Arnórsson, S., Gunnlaugsson, E., and nguồn nước khoáng và nước nóng Việt Nam. Svavarsson, H. (1983), The chemistry of Chuyên khảo Cục Địa chất và Khoáng sản Việt geothermal waters in Iceland III, Chemical Nam, Bộ Công Nghiệp xuât bản. Hà Nội, 300tr. geothermometry in geothermal investigations, [7] Vu V. T. and Tran T. T., (2015), Active Faults Geochim, Cosmochim, Acta, 47, 567-577. and Geothermal Potential in Vietnam: a Case [17] Fournier R.O., (1977), Chemical Study in Uva Area, Dien Bien Phu Basin, Along geothermometers and mixing models for Dien Bien -Lai Chau Fault. Proceedings World geothermal systems, Geothermics, Vol. 5, 41-50. Geothermal Congress.Melbourne, Australia. [18] Cao D. G. et al, (2003), Research and Evaluation [8] Muraokal H., et al., (2008), Development of a of the geothermal potential and geothermal small and low temperature geothermal power utilization in socio-economic development in the generation system and its market ability in Asia. North Western Vietnam, Project Report. Trung Proceedings of the 8th Asian Geothermal tâm Lưu trữ Địa chất, Hà Nội. Symposium. Hanoi. [19] Cao D. G. et al, (1999), Research and Evaluation [9] Muffler, P. and Cataldi, R. (1978), Methods for of the geothermal potential and geothermal regional assessment of geothermal resources, utilization in socio-economic development in the Geothermics, Vol. 7, pp. 53-89. North Central area of Vietnam, Project Report. [10] Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam. Bản đồ Trung tâm Lưu trữ Địa chất, Hà Nội. Địa chất và Khoáng sản tỷ lệ 1/200.000, các tờ [20] Purevsuren Dorj, (2001), Design of small thuộc vùng trung du và miền núi phía Bắc. geothermal heating system and power generation [11] Claude Lepvrier, Michel Faure, Van Nguyen, Vu for rural consumers in Mongolia, Geothermal Van Tích, Phuong Ta Hoa, (2011). North- Training in Iceland, pp. 27-57.
11. T.T. Thắng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 225-235 235 Assessing the Power Generation Potential of Geothermal Prospects in the Midland and Mountain Areas of Northern Vietnam Tran Trong Thang1, Vu Van Tich2, Dang Mai2, Hoang Van Hiep2, Pham Hung Thanh1, Pham Xuan Anh3 1Vietnam Institute of Geosciences and Mineral Resources - Ministry of Natural Resources and Environent 2Faculty of Geology, VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi, Vietnam 3Vietnam Oil and Gas Group Abstract: Base on the chemistry of thermal fluids and geological conditions in the geothermal areas, the methods of natural energy calculation have been applied for the geothermal resources in the midland and mountain regions of Northern Vietnam. Among 164 geothermal resources, there are 18 ones those can be directly applied for energy application and can be also developed for electric generation. The surface temperature and flow rate of geothermal water in the hot spring are used to calculated the natural thermal power that is waste heat if is not applied for human uses. The results show that it is 8,960 ton of waste heat annually. With the deep temperatures of reservoirs are varied from 136 oC to 170oC, these geothermal resources can be developed for electricity generation of the capacities from 4.2 MWe to 17.4 MWe. Total electric generation capacity from 18 geothermal prospects is estimated to be about 170 MWe. Keywords: Natural thermal power, geothermal, geothermometer, midland and mountain region, electric generation capacity.