Tài liệu đánh giá tiềm năng và phương hướng khai thác năng lượng địa nhiệt tỉnh lai châu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------- Lê Trung Kiên ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ PHƢƠNG HƢỚNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG ĐỊA NHIỆT TỈNH LAI CHÂU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------- Lê Trung Kiên ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ PHƢƠNG HƢỚNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG ĐỊA NHIỆT TỈNH LAI CHÂU Chuyên ngành : Khoa học Môi trƣờng Mã số : 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. LƢU ĐỨC HẢI HÀ NỘI - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực, các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc, kết quả nghiên cứu trong Luận văn là của riêng tôi và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ các công trình nào khác. Tác giả Lê Trung Kiên LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn PGS.TS. Lưu Đức Hải đã tận tinh giúp đỡ và hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu,hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu, các thày cô khoa Môi trường trường, phòng Đào tạo Sau Đại học trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội, các cán bộ tại các phòng ban liên quan thuộc sở TNMT tỉnh Lai Châu, Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản cùng các bạn đồng nghiệp trong và ngoài Trường đã giúp đỡ, tạo điều kiện lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành tiếp thu mọi ý kiến đóng góp và trao đổi để luận văn được hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 28 tháng 2 năm 2016 Học viên cao học Lê Trung Kiên MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................2 3. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...........................................................2 4.1. Ý nghĩa khoa học .........................................................................................2 4.2. Ý nghĩa thực tiễn ..........................................................................................3 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN ........................................................................................4 1.1. Năng lượng địa nhiệt và khả năng sử dụng ......................................................4 1.1.1. Trên thế giới ..............................................................................................4 1.1.2. Trong nước ..............................................................................................15 1.2. Điều kiện tự nhiên tỉnh Lai Châu ...................................................................17 1.2.1. Vị trí địa lý ..............................................................................................17 1.2.2. Địa hình ...................................................................................................18 1.2.3. Thủy văn ..................................................................................................18 1.2.4. Khí hậu ....................................................................................................19 1.2.5. Đặc điểm địa chất khu vực ......................................................................19 Chƣơng 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................24 2.1. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ...............................................24 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................24 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................24 2.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................................24 2.2.1. Phương pháp kế thừa...............................................................................25 2.2.2. Phương pháp khảo sát thực địa ...............................................................25 2.2.3. Các phương pháp tính toán .....................................................................27 2.2.4. Phương pháp đánh giá .............................................................................35 CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.............................37 3.1. Đặc điểm tính chất hóa lý và phân loại các nguồn nhiệt ...............................37 3.1.1. Đặc điểm hóa lý của các nguồn nhiệt .....................................................37 3.1.2. Phân loại nguồn địa nhiệt theo nhiệt độ ..................................................45 3.2. Tiềm năng địa nhiệt tỉnh Lai Châu.................................................................47 3.2.1. Đặc điểm phân bố của các mỏ địa nhiệt..................................................47 3.2.2. Loại hình mỏ địa nhiệt ............................................................................49 3.2.3. Tiềm năng năng lượng địa nhiệt dưới sâu của các bể nhiệt ....................52 3.2.4. Tiềm năng năng lượng tự nhiên trên bề mặt của các mỏ địa nhiệt .........56 3.3. Phương hướng khai thác và sử dụng ..............................................................59 3.3.1. Khai thác địa nhiệt để sử dụng trực tiếp .................................................60 3.3.2. Khai thác địa nhiệt để phát điện ..............................................................62 3.3.3. Quản lý bảo vệ tài nguyên địa nhiệt và môi trường xung quanh trong quá trình khai thác, sử dụng .....................................................................................63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................65 Kết luận .................................................................................................................65 Kiến nghị ...............................................................................................................65 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phát điện bằng hơi khô nóng ............................................8 Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống phát điện hơi nước ............................................................8 Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống phát điện trao đổi nhiệt ......................................................9 Hình 1.4: Bản đồ hành chính tỉnh Lai Châu .............................................................18 Hình 1.5: Sơ đồ địa chất và vị trí các điểm khoáng nóng tỉnh Lai Châu ..................20 Hình 1.6: Sơ đồ các hệ thống đứt gãy trên địa bàn tỉnh Lai Châu ............................23 Hình 2.1: Sơ đồ vị trí khảo sát một số điểm nước khoáng nóng trên địa bàn tỉnh ...24 Hình 2.2: Cấu tạo của bình lấy mẫu nước địa nhiệt ..................................................27 Hình 2.3: Biểu đồ nguồn gốc HCO3 – Cl – SO4 ........................................................31 Hình 2.4: Biểu đồ Na-K-Mg .....................................................................................33 Hình 2.5: Biểu đồ Piper .............................................................................................34 Hình 2.6: Các vị trí thể hiện đặc tính của nước trong biểu đổ Piper .........................34 Hình 3.1: Biểu đồ K-Na-Mg của một số mỏ điển hình trên địa bàn tỉnh Lai Châu ..40 Hình 3.2: Biểu đồ HCO3-Cl-SO4 xác định nguồn gốc chất lỏng địa nhiệt của một số mỏ điển hình trên địa bàn tỉnh Lai Châu .................................................41 Hình 3.4: Biểu đồ HCO3-Cl-SO4 xác định nguồn gốc một số mỏ có nguồn gốc ......42 Hình 3.6: Sơ đồ phân bố hệ thống đứt gãy kiến tạo trên địa bàn Tỉnh Lai Châu .....47 Hình 3.7: Nước nóng phun lên từ các khe nứt tại mỏ Vàng Bó................................51 Hình 3.8: Mô hình mỏ tuần hoàn ..............................................................................51 Bảng 3.5: Nhiệt độ dưới sâu của một số nguồn nhiệt trên địa bàn tỉnh Lai Châu ....53 Hình 3.9: Ứng dụng của năng lượng địa nhiệt trong đời sống, sản xuất ..................60 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Công suất năng lượng địa nhiệt sử dụng trực tiếp trên toàn thế giới từ năm 1995 đến 2015, MW ..........................................................................6 Bảng 1.2: Công suất lắp máy và Sản lượng điện địa nhiệt của 5 quốc gia đứng đầu thế giới, giai đoạn 2010-2015. ...................................................................7 Bảng 2.1: Kết quả phân tích đa nguyên tố trong chất lỏng địa nhiệt ........................29 Bảng 2.2. Diện tích, bề dày của các bể nhiệt dưới sâu .............................................35 Bảng 3.1: Phân loại nguồn nước khoáng, nước nóng thiên nhiên ............................37 Bảng 3.2: Loại hình mỏ theo tổng độ khoáng hóa ....................................................38 Bảng 3.3: Đặc điểm lý hóa các mỏ trong vùng nghiên cứu .....................................44 Bảng 3.4: Phân loại nguồn nhiệt theo nhiệt độ .........................................................45 Bảng 3.6: Các tham số tính toán nhiệt năng dưới sâu của bể nhiệt ..........................54 Bảng 3.7: Tiềm năng năng lượng dưới sâu của một số mỏ địa nhiệt tỉnh Lai Châu 55 Bảng 3.8: Phân loại nguồn nhiệt theo nhiệt độ nước nóng .......................................57 Bảng 3.9: Phân cấp quy mô theo công suất của nguồn lộ .........................................57 Bảng 3.10: Năng lượng tự nhiên của các nguồn nhiệt trên địa bàn tỉnh Lai Châu ...58 Bảng 3.11: Danh mục các nguồn nước nóng sử dụng cho mục đích sấy nông sản ..62 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu, viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt KJ KiloJoule Ki Lô Giun J Joule jun MWh Mega watt Hour Mê Ga oát giờ MW Megawatt Mê ga oát điện TOE Tons of Oil Equivalent Tấn dầu quy đổi TKH Total Mineralization Tổng khoáng hóa Mmol Milimol Milimol %mgdl Equivalent Milligrams Phần trăm miligam đương Percent lượng MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nhiên liệu hóa thạch hiện đang là nguồn năng lượng chủ yếu được sử dụng tại các quốc gia trên thế giới. Việt Nam là một quốc gia phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để phát điện, chiếm 70,8% tổng sản lượng điện toàn quốc, trong đó nhiệt điện chạy than chiếm 46,8%, dự báo đến năm 2016 Việt Nam sẽ phải nhập than để cung cấp cho các nhà máy nhiệt điện. Nhiên liệu hóa thạch là nguồn tài nguyên không tái tạo và gây ô nhiễm môi trường rất nghiêm trọng. Vì vậy, trong tương lai gần cần phát triển một nguồn năng lượng sạch và có thể tái tạo đang là mục tiêu của các quốc gia trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Tài nguyên địa nhiệt là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và ít gây ô nhiêm môi trường, có thể sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên địa nhiệt trung bình của thế giới, với 264 điểm biểu hiện địa nhiệt là các nguồn nước nóng - khoáng nóng tự nhiên, phân bố khắp lãnh thổ. Các nguồn địa nhiệt này đang từng bước được khảo sát nghiên cứu và khai thác, đặc biệt là các nguồn nước khoáng nóng đã được khai thác đáp ứng cho nhu cầu trị liệu và du lịch, cũng như việc sử dụng nguồn địa nhiệt trong mô hình sản xuất nông nghiệp và chế biến nông sản sạch của nông dân. Nhiều nguồn nước khoáng đã góp phần làm thay đổi tích cực đời sống cộng đồng nhân dân như: nước khoáng Nha Trang (Khánh Hòa); Bình Châu (Bà Rịa – Vũng Tàu); Mỹ Lâm (Tuyên Quang); Thanh Thuỷ (Phú Thọ); Quang Hanh (Quảng Ninh)... Lai Châu là một tỉnh miền núi còn nhiều khó khăn, các chỉ số tăng trưởng kinh tế còn nằm dưới mức tăng trưởng trung bình của cả nước. Nguồn tài nguyên thiên nhiên của Lai Châu rất phong phú và đa dạng, trong đó có nước khoáng, nước nóng (25 nguồn địa nhiệt) có giá trị phục vụ cho du lịch chữa bệnh như: Mường So, Vàng Bó (Phong Thổ), Thèn Sin (Tam Đường), Mường Khoai (Than Uyên), Pac Ma (Mường Tè)…Tuy nhiên, các thế mạnh đó chưa thực sự phát triển tương xứng với tiềm năng do chưa được đánh giá cụ thể để có phương hướng đầu tư đánh giá, khai thác và sử dụng 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Nguyễn Tuấn Anh, Nguyễn Trọng Hiền (2013), Sử dụng địa nhiệt tầng nông để sưởi ấm và làm mát công trình, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Nông Lâm Nghiệp số 109, Tr14-15-16. 2. Hoàng Văn Chước, 1989. Báo cáo kết quả đề tài 52C-05- 0, Nghiên cứu sử dụng năng lượng địa nhiệt Hội Vân để sấy. Lưu trữ Đại học Bách Khoa Hà Nội. 3. Tổng cục Địa chất - Khoáng sản (2014), Điều tra, đánh giá và phân vùng. cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá các vùng miền núi Việt Nam, phần thuyết minh Điều kiện Tự nhiên – kinh tế - xã hội các khu vực miền núi tỉnh Lai Châu, tr.19 - 20. 4. Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam (2005), Tài Nguyên Khoáng sản tỉnh Lai Châu, tr.7. 5. Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Trọng yêm, Trần Trọng Huệ, Xác định các đới chịu ảnh hưởng động lực đứt gãy tân kiến tạo ở Tây Bắc Bộ, Viện Địa chất, Trung tâm KHTN& CNQG, Hà Nội. 6. Nguyễn Văn Hùng, Hoàng Quang Minh. Về hoạt động của các đới đứt gãy tân kiến tạo ở Tây Bắc Bộ, Việt Nam, Viện Địa chất, Trung tâm KHTN & CNQG, Hà Nội. 7. Cao Duy Giang, 2004. Đánh giá tiềm năng địa nhiệt vùng Tây Bắc Bộ và triển vọng sử dụng chúng phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, Lưu trữ Viện Khoa học Địa Chất và Khoáng Sản, Hà Nội. 8. Bùi Phú Mỹ, Đoàn Nhật Trưởng, Nguyễn Đình Hữu, Nguyễn Văn Hoành, Nguyễn Văn Lồng, Nguyễn Vĩnh, Phan Sơn, Trần Đăng Tuyết (2013), Hệ tầng Nậm Mặn và các Địa tầng tường đồng trong hệ tầng Suối Bàng ở Tây Bắc Bộ, Tạp chí Địa Chất Số 333/1-2/2013. 9. Võ Công Nghiệp (2011), Cần có một cái nhìn đúng mực về tiềm năng địa nhiệt Việt Nam, Tạp chí các khoa học trái đất, 33(3), tr.329-336 (2011). 10. Võ Công Nghiệp (1988), Đánh giá tài nguyên địa nhiệt ở Việt Nam, Vụ Kinh tế Địa Chất. 11. Võ Công Nghiệp (1998), Danh bạ các nguồn nước khoáng và nước nóng Việt Nam, Cục Địa chất và Khoáng sản, Bộ Công nghiệp. 12. Đoàn Văn Tuyến, Đinh Văn Toàn, Trịnh Việt Bắc (2008), Nghiên cứu nguồn địa nhiệt cho phát triển năng lượng sạch ở Việt Nam, Tạp chí các khoa học về trái đất. 13. Đỗ Đức Thịnh, Lê Hùng, Võ Xuân Định, Chu Văn Lam, Đỗ Thị Yến Ngọc, Nguyễn Phương, Đỗ Đức Nguyên, Nguyễn Trọng Toan (2005), Tài liệu mới về địa chất và khoáng sản vùng Mường Tè, Lai Châu - Điện Biên, Tạp chí Địa chất, 289. 14. Cao Đình Triều, Phạm Nam Hưng (2005), Sử dụng phương pháp vi trọng lực nghiên cứu đới phá hủy của đứt gãy Sơn La tại vùng chấn tâm động đất Tuần Giáo, Tạp chí Địa chất, loạt A, 286 (1-2), tr. 29 - 38. Tiếng Anh 15. Cyrus W. Karingithi (2009), Chemical geothermometers for geothermal exploration, Short Course IV on Exploration for Geothermal Resources, November 1-22, 2009. 16. Dickson, Mary H.; Fanelli, Mario (February 2004), What is Geothermal Energy?, Pisa, Italy: Istituto di Geoscienze e Georisorse, retrieved 2010-01-17. 17. Erkan, K.; Holdmann, G.; Benoit, W.; Blackwell, D. (2008), Understanding the Chena Hot Springs, Alaska, geothermal system using temperature and pressure data, Geothermics 37 (6): pp 565–585, retrieved 11 April 2009 18. Fournier, R.O;Truesdell, A.H. (1973) An empirical Na-K-Ca geothermometer for natural waters, Geochim. Cosmochim. Acta, 37: 1255-1275. 19. Giggenbach, W. F. (1988) ,Geothermal solute equilibria. Derivation of Na-KMg-Ca geoinidicators, Geochimica Cosmochimica Acta, 52, 2749-2765. 20. Klaipeda Science and Technology park (2012) Supply Chain for geothermal aquaculture. 21. Lund, John W. (June 2007), Characteristics, Development and utilization of geothermal resources. Geo-Heat Centre Quarterly Bulletin (Klamath Falls, Oregon: Oregon Institute of Technology) 28 (2): 1–9, retrieved 2009-04-16 22. L. J. Patrick Muffler (1978), 1978 USGS Geothermal resource assessment, MS. 18, U.S Geological servey 1978. 23. Magdy A. Atya, Olga A. Khachay, Aiman Abdel Latif, Oleg Y. Khachay, Gad M El-Qady, Ayman I Taha (2010), Geophysical contribution to evaluate the hydrothermal potentiality in Egypt: Case study: Hammam Faraun and Abu Swiera, Sinai, Egypt. Earth Sciences Research Journal; Jun2010, Vol. 14 Issue 1, p44. 24. Masatake Sato , Koji Ohara, Kazuaki Ono, Development of Micro Grid Kalina Cycle System – The First Demonstration Plant in Hot Spring Area in Japan, Proceedings World Geothermal Congress 2015, Melbourne, Australia, 19-25 April 2015 25. Norihiro Fukuda, Norito Katsuki (2014), Low Temperature Heat Recovery for Geothermal Binary Plant, Mitsubishi Heavy Industries Technical Review Vol. 51 No. 1 (March 2014) 26. Nicholson, Keith (1993), Geothermal Fluids Chemistry and Exploration Techniques, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, pp72. 27. National Geographic Society, 1996 - 2014, Geothermal Energy Information, Geothermal Power Facts - National Geographic. accessed 2014 Nov 28. 28. Ruggero Bertani (2015), Geothermal Power Generation in the World 20102014. Update Report Proceedings World Geothermal Congress 2015. Melbourne, Australia, 19-25 April 2015. 29. Radu-Dimitrie SebeŞan,Mioara SebeŞan,Oana StĂnĂŞel (2010),Physico – chemical characterization of geothermal water from four wells in NorthWestern Romania with ternary diagrams, Nonconventional Technologies Review – no. 2/2010. 30. R. O. Fournier (1977),Chemical Geothermometers And Mixing Models For Geothermal Systems, Geothermics, 1977. 31. Stober and K. Bucher, Applications of Geothermal Energy, Springer Berlin Heidelberg, pp.16-17. 32. Xiaobo Zhang, Qinghai Guo (2013), Estimation of reservoir temperature using silica and cationic solutes geothermometers: a case study in the Tengchong geothermal area, June 2013, Volume 87,ACTA Geologica Sinica pp.662-664. Tiếng Trung 33. 王莹, 周训, 于湲, 柳春晖, 周海燕（2007。应用地热温标计算地下热储温 度.2007 年 12 月,现代地质.地 21 卷第 4 期。( Vương Oánh, Châu Huấn, Vu Viên, Liễu Xuân Huy, Châu Hải Yến (2007), Ứng dụng địa nhiệt kế tính toán nhiệt độ của bể chứa nhiệt, Tạp chí Địa chất Hiện đại, tập 21, kỳ 4. Tháng 12 Năm 2007) 34. 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局(2010)。 中华人民共和国国 家准GB/T 11615-2010地热资源地质勘查规范。 (Tổng cục giám sát, kiểm nghiệm, kiểm dịch chất lượng nước Cộng Hòa Nhân Dân Trung Hoa (2010). Quy phạm điều tra thăm dò tài nguyên địa nhiệt, tiêu chuẩn GB/T 116152010, Nước Cộng Hòa Nhân dân Trung Hoa) 35. 郑敏（2007). 全球地热分布于开发利用.国土资源.2007 年, 第 2 期（2)：5657。 (Trịnh Mẫn (2007), Phân bố tài nguyên địa nhiệt trên thế giới và hiện trạng khai thác sử dụng, tạp chí Tài nguyên Quốc gia, kỳ 2, năm 2007, trang 56-57) 36. 云南地质工程第二勘察院 (2013)。腾冲地热资源调查及开发利用评价报告， 2007 年 7 月。(Viện điều tra thăm dò địa chất công trình số 2, Tỉnh Vân Nam, 2013, Báo Cáo điều tra và đánh giá khả năng khai thác tài nguyên địa nhiệt khu vực Đằng Xung, tháng 7 năm 2007)