آشنایی با انرژی زمین گرمایی و کاربردهای آن

روش های استفاده از انرژی زمین گرمایی 

امروزه ما برای تأمین نیازهای خود باید از انرژی های تجدید پذیر کمک بگیریم زیرا انرژی های فسیلی رو به اتمام هستند و تنها انرژی های تجدیدپذیر هستند که به کمک ما می آیند یکی از روش های نوین استفاده از انرژی زمین گرمایی است که در اینجا به بررسی آن می پردازیم.

منابع انرژی زمین گرمایی

امروزه ما برای تأمین نیازهای خود باید از انرژی های تجدید پذیر کمک بگیریم

 مرکز زمین (به عمق تقریبی 6400 کیلومتر) که در حدود 4000 درجهٔ سانتیگراد حرارت دارد، به عنوان یک منبع حرارتی عمل نموده و موجب تشکیل و پیدایش مواد مذاب با درجه حرارت 650 تا 1200 درجهٔ سانتیگراد در اعماق 80 تا 100 کیلومتری از سطح زمین می گردد. به طور میانگین، میزان انتشار این حرارت از سطح زمین، که فرآیندی مستمر است، معادل 82 میلی وات در واحد سطح است که با در نظرگرفتن مساحت کل سطح زمین، مجموع کل اتلاف حرارت از سطح آن برابر با 42 میلیون مگاوات است.

در واقع این میزان حرارت غیرعادی، عامل اصلی پدیده های زمین شناسی از جمله فعالیت های آتشفشانی، ایجاد زمین لرزه ها، پیدایش رشته کوه ها (فعالیتهای کوه زایی) و همچنین جابجایی صفحات تکتونیکی می باشد که کرهٔ زمین را به یک سیستم دینامیک تبدیل نموده و پیوسته آن را تحت تغییرات گوناگون قرار می دهد. به وسیلهٔ یک سیال مانند بخار یا آب داغ یا هر دو می توان این حرارت را به سطح زمین انتقال داد. از این انرژی گرمایی در سطح زمین می توان در کاربردهای متفاوت از جمله تولید برق استفاده کرد.

منابع انرژی زمین گرمایی از لحاظ بنیادی به دسته های زیر تقسیم می شوند:

1- انرژی زمین گرمایی و بخار طبیعی:

 با تبدیل بخار به برق که نخستین استفاده و تولید آن به زمان 1904 در ایتالیا باز می گردد و امروزه در بسیاری از کشورهای جهان از جمله آمریکا، ژاپن، روسیه و… مورد بهره وری قرار می گیرد. اما چگونه این کار را انجام می دهند؟ نخست بخار از چندین چاه ایجاد شده جمع آوری می کنند، از صافی عبور می دهند تا به توربین رسیده و ژنراتور به حرکت در آید در نتیجه الکتریسیته تولید می شود.

نحوه استفاده از انرژی زمین گرمایی

با تبدیل بخار به برق که نخستین استفاده و تولید آن به زمان 1904 در ایتالیا باز می گردد

با توجه به اینکه انرژی تولیدی توسط زمین گرمایی نسبت به سوخت فسیلی کمتر است اما به دلیل نداشتن آلودگی و از بین نبردن سوخت هایی که میلیون ها سال زمان می برد تا تشکیل شوند از این رو می توان گفت که استفاده از آن تقریباً رایگان است. در حال حاضر برای تأمین نسبی برق شهرهایی چون سانفرانسیسکو و اوکلند از این فرایند استفاده می شود.

2- انرژی زمین گرمایی و الکتریسیته از آب داغ

چاه های آب داغ همراه بخار هستند از این رو نسبت به فرایند گرم و خشک اقتصادی نیست زیرا برای انجام کار مقدار بسیاری مایع را باید استفاده کنیم و در نتیجه مجبور به تزریق دوباره آب درون زمین می شویم. اما برخی چاه های کم بخار هستند که می توان از آن ها به طور محدود استفاده کرد. یکی از شیوه های استفاده از این انرژی به چرخه بخار شهرت دارد.

آب داغ تحت فشار از درون مبدل حرارتی می گذرد این آب که در مداری درزبندی شده می چرخد و نقطه جوش پایین تری می یابد و بخار می شود. بخار منبسط شده و ژنراتور را به حرکت در می آورد در نتیجه الکتریسیته تولید می شود. آنگاه دوباره به آب تبدیل شده و مبدل باز می گردد و این چرخه ادامه می یابد. همان طور که گفته شد این روش اقتصادی نیست و تنها نمونه های کوچکی در آمریکا و روسیه وجود دارد.

کاربردهای انرژی زمین گرمایی

تصویری از نیروگاه زمین گرمایی نسیاولیر در ایسلند

3- انرژی زمین گرمایی و سنگ های داغ و خشک

ما انواع روش ها برای استفاده از زمین گرمایی بررسی کردیم سومین روش استفاده از این انرژی که برای گرم کردن آب استفاده می شود بهره وری از سنگ های داغ و خشک است.

این سنگ ها در عمق 4 کیلومتری زمین قرار دارند و حدود 240 درجه سانتی گراد حرارت دارند اما چگونه می توان از این فرایند استفاده کرد؟ با حفر چاه هایی عمیق که در مداری بسته در صخره ای جامد وجود دارد و بر روی منطقه ای از بخش داخلی زمین که دمای زیادی دارد طاق زده و آبسرد را با فشار زیاد به درون چاه ها پمپ می کند. البته برای سهولت بخشیدن در این کار ترک های مصنوعی نیز ایجاد می کنند. اکنون در نزدیکی لوس آلاموس و نیومکزیکو از این روش استفاده می گردد.

4- انرژی زمین گرمایی و منابع تحت فشار زمین

منابع عظیمی هستند که از آب شور تشکیل یافته اند و از نظر شرایط کلی به درجه اشباع رسیده اند و در لایه های میان صخره های اعماق زمین به صورت محبوس وجود دارند. این منابع عمدتاً حاوی گاز متان محلول هستند و در عمق 3 تا 6 کیلومتری از سطح زمین یافت می شوند و درجه حرارت آنها بین 90 تا 200 درجه سانتی گراد تخمین زده می شوند.

انرژی زمین گرمایی چیست

منابع عظیمی هستند که از آب شور تشکیل یافته اند و حاوی گاز متان هستند

5- انرژی زمین گرمایی و منابع ماگمایی

این منابع که آنها را اغلب به نام گدازه ها می شناسیم، در واقع ایده آل ترین حالت ممکن برای منابع زمین گرمایی بوده که درجه حرارت آن بین 700 تا 2 هزار درجه سانتی گراد است. با توجه به درجه حرارت بالای این مخازن و محدودیت های فنی موجود، امروزه از این منابع عظیم بهره برده نمی شود؛ که با توجه به فناوری امروزه فقط از منابع آب گرمایی (هیدروترمال) جهت مصارف مستقیم و غیر مستقیم استفاده می شود.

مزایا و معایب انرژی زمین گرمایی :

از لحاظ زیست محیطی مهمترین سود بهره گیری از انرژی زمین گرمایی این است که تمامی فعالیت ها در نیروگاه صورت می گیرد و مانند انرژی های فسیلی و هسته ای نیاز به ترابری، انبارش، معدن کاری و… ندارد بدین ترتیب انرژی بسیار کمتری مصرف می کند. از معایب آن می توان به تولید زمین لرزه و غیره اشاره نمود.