انرژی زمین گرمایی و آشنایی با آن

آیا تا به حال به عبارت نام آشنای انرژی زمین گرمایی فکر کرده اید؟ همان طور که از اسمش پیداست این انرژی یک نوع انرژی در داخل زمین است که به ما گرما می دهد. اگر بخواهیم دقیق تر و علمی تر آن را تعریف کنیم باید بگوییم این انرژی، به صورت گرمایی که قابل لمس است و حس می شود، از بخش درونی زمین نشات می گیرد این انرژی در سنگ ها و آب های موجود در شکاف ها و منافذ داخل سنگ در پوسته ی زمین حضور دارد. مطالعات نشان داده است که هر چقدر به انتهای معادن عمیق و چاه های حفاری شده برویم درجه ی حرارت سنگ ها به طور مداوم با عمق زمین زیاد می شود، البته نا گفته نماند که این نرخ افزایش درجه ی حرارت به طور ثابت نیست. با این روند، درجه ی حرارت در قسمت بالایی جبه به مقادیر بالایی می رسد و سنگ ها در این قسمت به نقطه ی ذوب خود بسیار نزدیک می شوند. منشا این گرما در پوسته و جبه ی زمین، به طور عمده تجزیه ی مواد رادیواکتیو است. نکته اینجاست که این گرمای درونی آرام آرام و طی سال های متمادی تولید شده و از همان سال ها در درون زمین محفوظ و محبوس مانده است. همین موضوع باعث شده است که منبع انرژی مهمی ایجاد شود و در حال حاضر به عنوان یک نوع انرژی نا محدود در مقیاس انسانی مورد توجه قرار گیرد.

مزایای انرژی زمین گرمایی و کاربرد های آن

از گذشته های دور، مردم از آب زمین گرمایی که به طور آزاد در سطح زمین به شکل چشمه های گرم روان بودند، بهره می برده اند. به طور مثال مردمان سرزمین روم از این آب به جهت مصارف پزشکی مثل درمان امراض پوستی و چشمی استفاده می کردند. در شهر بمبئی نیز از آن جهت گرم کردن خانه ها استفاده می شد. همچنین آمریکایی ها نیز از این آب برای پختن و مصارف دارویی بهره می گرفتند. هم اکنون مهندسان، با حفر کردن چاه هایی عمیق به درون مخازن زمین به انرژی زمین گرمایی دست یافتند و با مهار آب داغ و بخار، از آن برای تولید نیروی الکتریسیته در نیروگاه زمین گرمایی و یا مصارف دیگر بهره برداری می کنند. اگر بخواهیم به طور کلی در مورد کاربرد های انرژی زمین گرمایی و یا در واقع مزایایی که این نوع انرژی برای ما دارد صحبت کنیم باید بگوییم که کاربرد ها به دو صورت هستند یا مستقیم و یا غیر مستقیم.

تولید برق (کاربرد غیر مستقیم)

برای تولید کردن برق از این انرژی، سیال مخزن آب با دمای بالا به وسیله چاه ها و گودال های حفر شده به سطح زمین هدایت می شود و بعد از به چرخش در آوردن توربین در نیروگاه، برق تولید می گردد. جای شک نیست که نیروگاه ها از مخازن حرارت بالا بیشتر برای ایجاد برق استفاده می کنند. در حال حاضر بیست و دو کشور جهان به کمک منابع زمین گرمایی خود بالغ بر 8200MW برق می سازند. در نیروگاه های زمین گرمایی، انرژی الکتریکی به وسیلع چرخه های به خصوص و ویژه ای تولید می شود. مهمترین و رایج ترین آنها عبارتند از:

چرخه دو مداره

از این چرخه برای ایجاد برق از مخزن های زمین گرمایی که حرارت پایین دارند، بهره برداری می شود. تقریبا پنجاه درصد مخازن زمین گرمایی کشف شده دنیا درجه حرارتی بین صد و پنجاه تا دویست درجه سانتی گراد دارند، در صورتی که برای ساخت برق از آنها از چرخه تبخیر آنی استفاده شود، چرخه مزبور بازده بسیار پایینی خواهد داشت. در این چرخه از سیال عامل جهت ایجاد برق استفاده می کنند بدین صورت که آب داغ، سیال عامل را در یک مبدل حرارتی، گرم و به بخار مبدل می کند. بخار حاصل، توربین را به حرکت در آورده، و از راه برق تولید می شود. از جمله مزیت های مهم این چرخه، عدم وجود خوردگی یا رسوب گذاری به وسیله سیال عامل است.

چرخه تبخیر آنی

در این چرخه، سیال زمین گرمایی بعد از خروج از چاه، به یک جدا کننده ورود پیدا می کند و بخاری ک حاصل می شود به طرف توربین و آب با دمای بالا به سمت چاه های تزریقی و برج خنک کننده روانه می شود. نکته بعد این است که بر اساس اینکه عمل جدایش یا تبخیر آنی در طی یک مرحله یا دو مرحله انجام گردد و برحسب وجود یا عدم وجود کندانسور، سه مدل چرخه تبخیر آنی داریم: چرخه تبخیر آنی یک مرحله ای بدون کندانسور، چرخه تبخیر آنی یک مرحله ای با کندانسور، چرخه تبخیر آنی دو مرحله ای.

کاربرد مستقیم

کاربرد مستقیم یعنی بدون داشتن میانجی از این انرژی بهره برداری انجام دهیم. در این وضعیت، انرژی زمین گرمایی به انرژی الکتریکی مبدل نمی شود، بلکه فقط از انرژی حرارتی آن استفاده می گردد. مخزن های زمین گرمایی که دمای آن ها بین شصت و پنج درجه سلسیوس تا صد و پنجاه درجه سلسیوس است برای تولید برق، توجیه اقتصادی ندارد، به این خاطر که این مدل مخزن ها برای استفاده مستقیم از انرژی حرارتی، مناسب اند. مخزن های زمین گرمایی حرارت پایین، نسبت به مخزن های حرارت بالا گستردگی بیشتری دارند. آب داغ مخزن های حرارت پایین را می توان با دستگاه های حفاری چاه های آب خارج کرد. موارد بهره برداری مستقیم از انرژی زمین گرمایی را می توان به 4 رده کلی زیر قسمت کرد:

1 .گرمایش ساختمان ها

2 .کشاورزی

3 .دامپروری

4 .درمان بیماری ها

گرمایش ساختمان ها

این مورد از متداول ترین موارد است. تقریبا نیمی از گرمایش خانه ها و فضاهای دیگر که محل زندگی اند را این انرژی تامین می کند. اگر کیفیت آب از نظر شیمیایی خوب و مناسب نباشد، از مبدل حرارتی برای گرمایش استفاده می شود. یکی از مزیت های مهم سیستم های گرمایشی این است که آب داغ بعد از تامین حرارت فضاهای مختلف، دوباره به درون مخزن زمین گرمایی تزریق می شود و در نهایت میزان آلودگی زیست محیطی آن بسیار کم است.

کشاورزی

در حیطه کشاورزی هم انرژی زمین گرمایی کارایی دارد و آن هم در بخش فراهم سازی گرمایش برای گلخانه هاست. محصولات زیادی به این روش کشت می شوند که عبارت اند از خیار، گوجه فرنگی، انواع گل ها، گیاهان خانگی، نهال درختان و انواع کاکتوس ها.

دامپروری

پرورش آبزیان یکی دیگر از کاربرد های انرژی زمین گرمایی است. پرورش و رشد آبزیانی مثل میگو، تیلا پیا، صدف و دیگر آبزیان. با در نظر گرفتن حرارت مناسب برای پرورش انواع مختلف آبزیان می توان به موفقیت رسید. انرژی زمین گرمایی در واقع درجه حرارت حوض های پرورش را در حد مطلوب تامین می کند و آن را در تمام طول سال ثابت نگه می دارد و از این طریق میزان تولید انواع مختلف آبزیان را به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

درمان بیماری ها

از گذشته های خیلی دور و حتی هم اکنون افراد برای درمان بسیاری از بیماری ها به حمام های طبیعی یا حمام های آب گرم رجوع می کردند که کاربرد انرژی زمین گرمایی را نشان می دهد. به گفته پزشکان آب های گرم دارای حرارت بیش از پنجاه درجه سانتیگراد برای درمان بیماری هایی نظیر فشار خون بالا، روماتیسم، بیماری های پوستی و بیماری های دستگاه عصبی بسیار مناسب است.

ذوب برف جاده ها

اگر دقت کرده باشید عامل اصلی بسیاری از تصادفات حضور برف در جاده هاست اما انرژی زمین گرمایی به کمک ما آمده و می تواند چیزی حدود 500 هزار متر مربع از مسیر پیاده روها و جاده ها را گرم کند. همان طور که در بالا گفته شد جنبه های گوناگون کاربرد این انرژی به سرعت در حال افزایش است و مرتبا به کشورهای مدرن از این انرژی استفاده می کنند.

مکان های مناسب برای بهره برداری از انرژی زمین گرمایی

محل هایی که چشمه های آب گرم و آبفشان دارند ، به عنوان مهم ترین مناطقی اند که در آن ها این انرژی مورد بهره برداری قرار گرفته و گسترش یافته است. امروزه، همه نیروی الکتریسیته ای که از انرژی زمین گرمایی به دست می آید از چنین مکان هایی استخراج می شود. به طور کلی تزریق ماگما به درون پوسته ی زمین، می تواند حرارت سنگ را به 300 درجه ی سانتی گراد برساند و مقادیر عظیمی انرژی گرمایی تهیه کند. پس، انرژی زمین گرمایی در مکان هایی که فرایند های زمین شناسی اجازه داده اند ماگما تا نزدیکی سطح زمین بالا بیاید، یا به صورت گدازه جریان یابد، می تواند تشکیل شود.

ديدگاه های اقتصادی در ارزيابي پروژه هاي زمين گرمایی

همانطور که می دانید بهره برداری از انرژی ها هزینه بر است و بایستی سرمایه ی زیادی برای استخرتاج آن داشته باشید و یا از دولت کشورتان کمگ بگیرید. هزینه بهره ‎برداری از منـابع انرژی زمین‌گرمایی هم به توان تولیدی چاه ‌های حفر شده وابسته است. از طرفی هزینه حفاری چاهها و تعداد چاه‌هایی که به هر علت ناموفق و غیرتولیدی می‎باشند در هزینه‎های سرمایه‌گذاری تأثیر زیادی دارد. از هزینه های دیگر می توان به نوع سیستم ها، شرایط و مشخصات میدان زمین‌گرمایی می‌توان اشاره کرد. به دلیل وجود پارامترهای مختلف و تغییرات گسترده هر یک از مواردی که در بالا ذکر شد، تعیین یک مقدار ثابت و مشخص بعنوان هزینه توسعه و بهره‎برداری از انرژی زمین‌گرمایی غیرممکن است. در حقیقت هر پروژه زمین‌گرمایی دارای هزینه سرمایه‌گذاری به جهت توسعه و بهره ‎برداری است. هزینه ‎های بهره ‎برداری از منابع انرژی زمین‌گرمایی به دو بخش عمده تقسیم میشوند:

1- هزینه‎های مرحله اکتشافی

2- هزینه‎های مرحله توسعه‎ای و نصب نیروگاه