Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng tái tạo đầy tiềm năng, với khả năng cung cấp nhiệt năng ổn định từ lòng đất, các hệ thống năng lượng địa nhiệt giúp giảm khí thải nhà kính và tiết kiệm chi phí trong dài hạn. Nhận thấy được ưu điểm vượt trội mà năng lượng này mang lại nhưng chưa nắm được các loại hệ thống cơ bản. Bài viết này sẽ giới thiệu về các loại hệ thống phổ biến, từ đó đánh giá hệ thống nào mang lại hiệu quả cao nhất.
Các loại hệ thống năng lượng địa nhiệt
Hệ thống năng lượng địa nhiệt là giải pháp thay thế hiệu quả cho nguồn điện truyền thống với ưu điểm thân thiện với môi trường, dễ vận hành và chi phí hợp lý. So với các hệ thống sưởi ấm hoặc làm mát thông thường, nó tiêu thụ ít năng lượng hơn gần một nửa. Mặc dù có nhiều lựa chọn khác nhau cho các hệ thống, nhưng chung quy lại đều cần tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu về môi trường và nhu cầu sử dụng.
Hệ thống năng lượng địa nhiệt Closed Geothermal Loop
Hệ thống vòng địa nhiệt khép kín có hiệu suất năng lượng cao vì vậy phân phối mức nhiệt đều bằng cách giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Mặc dù chi phí lắp đặt ban đầu có thể cao, nhưng hệ thống hoạt động bền bỉ lên đến 25 năm hoặc hơn. Bằng cách hấp thụ nhiệt tự nhiên từ lòng đất và phân phối đều trong nhà, hệ thống đảm bảo sự ổn định về nhiệt độ. Hệ thống kết hợp với máy bơm nhiệt, dẫn nước và dung dịch chống đông qua các ống ngầm được giấu ở độ sâu nông trong sân. Đặc biệt, hệ thống không yêu cầu cần bảo trì thường xuyên nên hệ thống cung cấp nguồn nhiệt tái tạo lâu dài.
- Nguồn nhiệt mặt đất nằm ngang của máy bơm nhiệt
Nguồn nhiệt mặt đất của máy bơm nhiệt theo phương ngang yêu cầu một không gian rộng, do hai ống phải được chôn song song ở độ sâu tối đa 2 mét dọc theo các rãnh ngang. Điểm mạnh của hệ thống năng lượng địa nhiệt vòng đất này là có thể lắp đặt nhiều ống hơn trong mỗi mét vuông đất, giúp nó trở thành giải pháp lý tưởng cho các khu vườn hoặc lô đất có diện tích nhỏ hơn. Tuy nhiên, nhược điểm là nguồn nhiệt sẽ bị cạn kiệt nhanh chóng trên diện tích nhỏ, dẫn đến việc thu được ít nhiệt hơn từ lòng đất.
- Nguồn nhiệt từ mặt đất dạng thẳng đứng cho máy bơm nhiệt
Tương tự như nguồn nhiệt nằm ngang, nguồn nhiệt từ mặt đất dạng thẳng đứng cũng là một lựa chọn hiệu quả cho máy bơm nhiệt, nhưng chi phí thường cao hơn. Ưu điểm lớn của hệ thống năng lượng địa nhiệt này là được lắp đặt ở những khu vực có không gian hạn chế. Phương án này không yêu cầu ống dẫn lớn hơn, nhưng cần sử dụng giàn khoan để khoan sâu khoảng 80 mét. Nhược điểm chính là nếu sử dụng nước từ giếng, cần lắp đặt bộ lọc nước và thực hiện vệ sinh định kỳ bộ trao đổi nhiệt để đảm bảo hiệu suất.
Hệ thống năng lượng địa nhiệt Open Geothermal Loop
Hệ thống Open Geothermal Loop hoạt động bằng cách bơm nước từ tầng chứa nước ngầm hoặc nguồn nước tương tự, sau đó dẫn vào máy bơm nhiệt để trao đổi nhiệt. Sau khi hoàn tất, nước sẽ được xả lại xuống đất hoặc ra bề mặt mà không được tuần hoàn lại, do đó cần phải bổ sung liên tục. Ưu điểm của hệ thống năng lượng địa nhiệt này là chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn so với hệ thống khác.
Hệ thống Closed Loop cho ao/hồ phù hợp khi có đủ lượng nước và độ sâu cần thiết. Đường ống sẽ được đặt ngầm từ nhà đến ao/hồ, giúp ngăn chặn ảnh hưởng của thời tiết lạnh giá. Mặc dù chi phí lắp đặt hệ thống này cao hơn so với hệ thống vòng hở, nhưng nó không đòi hỏi việc bơm nước giếng liên tục. Điều quan trọng là hệ thống vòng kín này hoàn toàn không gây tác động tiêu cực đến môi trường.
Hệ thống năng lượng địa nhiệt nào cho năng suất hiệu quả nhất
Dựa vào các thông tin đã được tổng hợp ở trên, có cơ sở kết luận rằng hệ thống năng lượng địa nhiệt Closed Loop (vòng kín) được coi là hiệu quả nhất về mặt năng suất và bảo trì lâu dài. Lý do chính bao gồm:
- Tuần hoàn chất lỏng: Hệ thống tái sử dụng chất lỏng tuần hoàn trong các đường ống ngầm, duy trì hiệu suất ổn định và không cần bổ sung nước liên tục như hệ thống Open Loop.
- Ít ảnh hưởng từ điều kiện môi trường: Vì đường ống được chôn sâu dưới đất hoặc trong nước, hệ thống vòng kín ít bị ảnh hưởng bởi biến đổi thời tiết, đặc biệt trong mùa đông lạnh.
- Tối ưu hóa trao đổi nhiệt: Hệ thống năng lượng địa nhiệt Closed Loop được thiết kế để trao đổi nhiệt liên tục và ổn định giữa đất hoặc nước và chất lỏng trong đường ống, tăng cường hiệu suất năng lượng theo thời gian.
- Bảo vệ môi trường: Do không sử dụng hoặc thải nước ngầm ra môi trường, hệ thống vòng kín an toàn hơn và không gây tác động tiêu cực đến tài nguyên nước.
Mặc dù chi phí lắp đặt lúc đầu cao hơn, nhưng về lâu về dài, hệ thống Closed Loop cho năng suất cao và tiết kiệm năng lượng hơn so với hệ thống Open Loop.
Kết bài
Năng lượng địa nhiệt được đánh giá là giải pháp bền vững, sẽ là sự đầu tư thông minh trong tương lai. Mỗi loại hệ thống địa nhiệt đều có những ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với từng điều kiện địa chất và nhu cầu sử dụng khác nhau. Hy vọng rằng thông qua những phân tích trong bài viết này, bạn đã có được cái nhìn tổng quan và lựa chọn được giải pháp nguồn năng lượng phù hợp nhất cho nhu cầu của mình.