1
ĐỊA NHIỆT TẦNG NÔNG – NGUỒN NĂNG LƯỢNG PHONG PHÚ
"CÒN BỊ LÃNG QUÊN" CÓ THỂ SỬ DỤNG CHO SƯỞI ẤM HAY LÀM MÁT
CÁC CÔNG TRÌNH: MỘT SỐ KINH NGHIỆM CỦA ĐỨC
PGS. TSKH. Nguyễn Trung Dũng
Nguyễn Tuấn Anh
Khoa Kinh tế và Quản lý (tài nguyên thiên nhiên)
Đại học thuỷ lợi
E.mail: ,
Tóm tắt
Khi giá dầu trên thị trường thế giới liên tục tăng dựng đứng trong thời gian qua và việc xả thải khí CO
2
là một trong
những nguyên nhân chính dẫn đến sự biến đổi khí hậu toàn cầu thì việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo ngày
càng có ý ngh
ĩa quan trọng và mang tính chiến lược. Ngày nay kỹ thuật và công nghệ đã phát triển và con người có
thể khai thác các nguồn năng lượng tái tạo như địa nhiệt, gió, mặt trời, thuỷ triều và sinh khối. Trong những năm gần
đây
, địa nhiệt có một vai trò mới đang "bùng" lên và được quan tâm đặc biệt ở Châu Âu vì nó được coi là một nguồn
năng lượng vô hạn, lại rất thân thiện môi trường v
à ổn định trong khai thác.
Năng lượng địa nhiệt l
à một dạng năng lượng được tích tụ dưới dạng nhiệt lượng nằm ngay dưới lớp đất của vỏ trái
đất.
Khai thác địa nhiệt tầng nông có nghĩa là khai thác nhiệt của đất nằm ở độ sâu từ 1 đến 150 m dưới bề mặt đất.
Nhờ có những công nghệ tiên tiến (máy bơm nhiệt, máy thu tích nhiệt, mũi hút địa nhiệt, giếng nước ngầm hay các
tấm bêton áp đất) mà lượng nhiệt tầng nông tuy có độ chênh lệch nhiệt độ tương đối thấp so với nhiệt độ không khí
song vẫn có thể được khai thác phục vụ cho sưởi ấm vào mùa đông và làm mát về mùa hè cho các công trình như
nhà văn ph
òng, trường học, nhà trẻ, trạm y tế, siêu thị,… Gần 80% nhiệt lượng dùng cho việc sưởi ấm hay làm mát
toà nhà đều được khai thác từ nguồn cấp nhiệt nằm ngay trong lòng đất và như vậy việc sưởi ấm hay làm mát có thể

từ nguồn cấp nhiệt nằm trong lòng đất và như vậy việc sưởi ấm có thể được coi như không phát
thải khí CO
2
và hoàn toàn không ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu.
Kỹ thuật mang tính sáng tạo đột phá ở đây là biến ngay lòng đất không những thành nơi lưu tích
nhiệt phục vụ cho sưởi ấm hay làm mát công trình, mà còn tích thêm nhiệt lượng dư thừa phát ra
từ các nguồn như: bức xạ mặt trời, nhiệt phát thải
trong quá trình sản xuất, năng lượng sưởi ấm hay
làm lạnh trong các mùa. Đặc biệt ở các vùng cần
phải sử dụng máy điều hoà nhiệt độ như Việt Nam
thì việc sử dụng địa nhiệt có thể giúp ta tiết kiệm
đáng kể lượng điện năng tiêu thụ mà an toàn trong
sử dụng và đảm bảo tính cân bằng sinh thái so với
các máy điều hoà nhiệt độ truyền thống đang sử
dụng.
Việc lựa chọn nguồn nhiệt (lòng đất hay nước
ngầm) và các phương án kỹ thuật để khai thác (máy
thu nhiệt đất, mũi hút nhiệt, giếng nước ngầm hay
các tấm bêton áp đất) phụ thuộc vào đặc điểm địa
chất và thuỷ văn của khu vực cũng như diện tích
mặt bằng có thể sử dụng được. Xét ở góc độ kinh tế
thì phải lưu ý đến mức độ nhiệt độ cao, khả năng
tái tạo nhiệt tốt và khả năng cung ứng nhiệt lượng
quanh năm. Việc khai thác nguồn nhiệt lượng cần
phải tính đến chi phí khai thác rẻ và quản lý vận
hành thấp.
2. SƯỞI ẤM HAY LÀM LẠNH MÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ GIẢM PHÁT
THẢI KHÍ CO
2
Hệ thống khai thác địa nhiệt tầng nông gồm: Máy bơm nhiệt và mũi khoan hay bộ phận thu nhiệt.

ấm nền nhà chẳng hạn (một hình thức sưởi hiện đang thịnh hành ở Đức).
Trong cấp nước nóng buộc ta phải nâng nhiệt độ lên đến 65
o
C. Trong trường hợp này phải lắp
máy bơm nhiệt sưởi. Một phương án thế là máy bơm nhiệt có sử dụng nước loại nhỏ thứ hai để
bổ sung. Về mặt năng lượng thì tốt nhất là kèm theo hệ thống đun nước chạy bằng năng lượng
mặt trời.
Khai thác năng lượng
Hình 4 mô tả lưu đồ nhiệt lượng sử dụng được khai thác năng lượng địa nhiệt trong tự nhiên lấy
từ hai nguồn là nhiệt của môi trường và năng lượng của đất. Phần nhiệt năng này còn lại là tổn
thất trong phân phối.
Đảm bảo cân bằng sinh thái và bảo vệ môi trường
Sự liên kết tối ưu giữa máy bơm nhiệt tiếp nối với đất và hệ thống sưởi sử dụng đến 80% năng
lượng từ lòng đất và chỉ tiêu hao có 20% năng lượng hỗ trợ (mồi) của môi trường (khí đốt, điện
năng, ). Như vậy xét về việc sử dụng năng lượng sơ cấp cũng như phát thải khí CO
2
thì địa
nhiệt trội hơn hẳn. Từ năm 1995 ở Đức đã cấm việc sử dụng chất FCKW trong kỹ thuật làm lạnh.
Đối với địa nhiệt người ta thường sử dụng một hợp chất nhân tạo thay thế. Đó là các chất như
R134a và R407C. Song hợp chất tự nhiên sử dụng nhiều nhất là R290, R717 hay R744.
4
Hình 4. Lưu đồ năng lượng của
một hệ thống bơm địa nhiệt dùng
cho sưởi
Hình 5. Lắp đặt "cột ống sinh thái" cho sưởi toà nhà
Mũi khoan hay bộ phận thu nhiệt
Mũi hút nhiệt khoan được cấu tạo thông thường bởi một chân mũi khoan làm bằng hợp chất
PEDH và nối tiếp với 4 ống PEDH. Mũi hút nhiệt được dẫn vào một lỗ khoan sẵn để khai thác
địa nhiệt và sau đó được nhồi bằng một hỗn hợp gồm đất sét, xi măng, bột thạch anh và nước.
Việc chôn mũi hút nhiệt vào lỗ khoan sẵn và bơm dung dịch nêu trên để cố định và liên kết phải

(32,9 tỷ USD), tăng 10% so với năm 2006 và gấp gần 4 lần so với 2000. Tỷ trọng điện có được từ
nguồn năng lượng tái tạo đã đạt tới 14,2%, một bước nhảy rất xa so với 11,7% của năm 2006.
Hơn nữa, năng lượng sạch này không gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính - thải khí gây ô nhiễm
môi trường và đặc biệt không gieo nỗi “ám ảnh” về tai nạn thảm khốc nếu có sự cố như các nhà
máy nhiệt điện và điện nguyên tử. Nguồn năng lượng sạch giúp Đức bớt phụ thuộc vào nguồn
dầu mỏ nhập khẩu cũng như hạn chế khí thải CO
2
. Mỗi năm, năng lượng tái tạo giúp Đức giảm
được gần 20 triệu tấn khí thải gây hiệu ứng nhà kính.
Động lực đưa Đức vươn lên vị trí dẫn đầu ngành năng lượng tái tạo là năm 2001 chính phủ đã
ban hành Luật Năng lượng tái tạo (EEG), dành ưu tiên cho việc nhập điện từ các nguồn năng
lượng gió, mặt trời, sinh khối Luật khuyến khích đầu tư vào sản xuất điện tái tạo trên toàn quốc
và hòa vào mạng lưới điện quốc gia. Đây được xem như một bộ luật tối ưu nhất toàn cầu trong số
các đạo luật tương tự. Trong đó qui định các công ty điện lực địa phương phải mua điện từ nguồn
năng lượng tái tạo theo “biểu giá cung cấp”
cao hơn mức giá thị trường với giá cố định
trong 20 năm. Giá cố định sẽ giúp người
đầu tư thu hồi vốn và thoát khỏi khó khăn
về tài chính. Thêm vào đó, các nhà doanh
nghiệp Đức - thành công trong lĩnh vực
năng lượng tái tạo - lại dành một phần lợi
nhuận cho tái đầu tư vào nghiên cứu và
phát triển, nâng cao hiệu suất pin mặt trời,
quạt gió cũng như sáng tạo thêm nhiều
sản phẩm mới. Do vậy, ngành công nghiệp
mới này đang ngày một phát triển mạnh và
mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho Đức.
Ở bang Bavaria trong những năm gần đây
đã bùng lên trào lưu sử dụng địa nhiệt. Nếu
năm 2003 gần như chưa có một dự án nào

/h
Nhu c
ầu làm lạnh của cửa hàng 85 kW
Công su
ất làm lạnh của tủ làm lạnh sâu 70 kW
Công su
ất làm lạnh của tủ làm lạnh nông 22 kW
Khai thác l
ại nhiệt của quá trình làm lạnh
từ các tủ lạnh 123 kW
Địa nhiệt
Sử dụng nhiệt vào mùa đông 49 kW
H
ạ thấp nhiệt độ (làm mát) vào mùa hè 49 kW
Mũi khoan địa nhiệt
Sử dụng công suất riêng 50 W/m
Chi
ều sâu mũi khoan 140 m
S
ố mũi khoan nhiệt 7 mũi khoan
Hình th
ức xây dựng Mũi khoan ống
hình chữ U kép 4 x 32 mm
6
Một ví dụ điển hình là Siêu thị EDEKA Aktiv-Markt Koch ở Schoemberg (vùng Balingen, Đức)
được xây dựng cuối năm 2005, đã sử dụng địa nhiệt tầng nông trong một liên kết hiệu quả giữa
hệ thống làm lạnh, sưởi và địa nhiệt. Nhờ có hệ thống liên hoàn này mà có thể tiết kiệm đến 50%
nhu cầu sử dụng năng lượng năm. Trong đó toàn bộ lượng nhiệt dư thừa phát thải trong quá trình
làm lạnh (tủ lạnh, tủ đá và kỹ thuật làm lạnh khác) được khai thác triệt để phục vụ cho sưởi ấm
không gian và khi nhiệt độ ngoài trời xuống thấp thì các mũi khoan địa nhiệt hoạt động để bù đắp

Trung
Bộ
Đông
Nam Bộ
Tây
Nam Bộ
Cộng
theo cấp
nhiệt độ
% so với
toàn
quốc
30-40
0
C Ấm 35 5 6 5 27 5 48 131 51.78%
41-60
0
C Nóng vừa 38 2 3 9 22 1 2 77 30.43%
61-100
0
C Rất nóng 5 3 2 6 24 1 0 41 16.21%
>100
0
C Qúa nóng 0 0 3 1 0 0 0 4 1.58%
C
ộng theo miền 78 10 14 21 73 7 50 253 100,00%
% so v
ới toàn quốc 30.83% 3,95% 5,53% 8,30% 28,85% 2,77% 19,76% 100,00%
Từ bảng 1 ta có nhận xét: Xét về địa bàn phân bố thì miền Tây Bắc Bộ có nhiều nguồn nước
nóng nhất có 78 nguồn (tương đương 30,83% số nguồn nước nóng của cả nước). Tiếp đến, Nam

Nam đã nhất trí ký kết trong hội nghị toàn ngành điện của các nước ASEAN năm 2005.
Về dài hạn, Việt Nam cần xây dựng chiến lược và lộ trình phát triển các nguồn năng lượng mới.
Trong chiến lược này, chi phí kinh tế (gồm cả chi chí nội và ngoại về môi trường, xã hội) cần
phải được phân tích một cách kỹ lưỡng, có tính đến những phát triển mới về mặt công nghệ, cũng
như trữ lượng và biến động giá của các nguồn năng lượng thay thế. Việt Nam có nhiều thuận lợi
để phát triển năng lượng địa nhiệt. Việc không đầu tư nghiên cứu và phát triển điện địa nhiệt là
một lãng phí lớn trong khi nguy cơ thiếu điện luôn thường trực, ảnh hưởng đến tốc độ tăng
trưởng kinh tế và năng lực cạnh tranh quốc gia.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bayerisches Staatsministerium fuer Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz, Bayerisches Staatsministerium fuer
Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie,
Oberflaechennahe Geothermie – Heizen und Kuehlen mit
Energie aus dem Untergrund, Ein Ueberblick fuer Bauherren, Planer und Fachhandwerker in Bayern,
Initiative
klimafreundliches Bayern, 2007
Bitsch, F. & Nuessle, F.,
Effiziensteigerung und Energieeinsparung durch geothermischen Kaelte-Waermeverbund,
T
ạp chí Geothermische Energie, 9. Geothermische Fachtagung in Karlsruhe, 52 (Juli/Sep. 2006, 15.
Jahrgang/Heft 3)
Mary H. Dickson and Mario Fanelli, What is Geothermal Energy?, Prepared, 2004
Võ Công Nghiệp, Về khả năng sử dụng năng lượng địa nhiệt ở nước ta, Hội địa chất Việt Nam