انرژی زمین‌گرمایی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
نیروگاه زمین‌گرمایی وایراکی در نیوزیلند.
نیروگاه زمین‌گرمایی نسیاولیر در ایسلند.

به انرژی حرارتی که در پوسته جامد زمین وجود دارد، انرژی زمین‌گرمایی گفته می‌شود.

انرژی زمین گرمایی[ویرایش]

مرکز زمین (به عمق تقریبی ۶۴۰۰ کیلومتر) که در حدود ۴۰۰۰ درجه سانتیگراد حرارت دارد، به عنوان یک منبع حرارتی عمل نموده و موجب تشکیل و پیدایش مواد مذاب با درجه حرارت ۶۵۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد در اعماق ۸۰ تا ۱۰۰ کیلومتری از سطح زمین می‌گردد. بطورمیانگین میزان انتشار این حرارت از سطح زمین که فرایندی مستمر است معادل ۸۲ میلی وات در واحد سطح است که با در نظر گرفتن مساحت کل سطح زمین مجموع کل اتلاف حرارت از سطح آن، برابر با ۴۲ میلیون مگاوات است. در واقع این میزان حرارت غیر عادی، عامل اصلی پدیده‌های زمین‌شناسی از جمله فعالیتهای آتشفشانی، ایجاد زمین لرزه‌ها، پیدایش رشته کوه‌ها (فعالیتهای کوه زایی) و همچنین جابجایی صفحات تکتونیکی می‌باشد که کره زمین را به یک سیستم دینامیک تبدیل نموده و پیوسته آن را تحت تغییرات گوناگون قرار می‌دهد. به وسیله یک سیال مانند بخار یا آب داغ یا هر دو می‌توان این حرارت را به سطح زمین انتقال داد. از این انرژی گرمایی در سطح زمین می‌توان در کاربردهای متفاوت از جمله تولید برق استفاده کرد.

انرژی زمین گرمایی انرژی تجدید پذیری می‌باشد واز حرارت قابل استخراج ناشی ازگرمای توده‌های مذاب وتخریب مواد رادیواکتیو موجود دراعماق زمین بدست می‌آید. این منبع انرژی برخلاف انرژیهای تجدید پذیر دیگرمانند:خورشیدی، بادی، امواج وغیره، یک منشاء انرژی پیوسته می‌باشد. انرژی حرارتی که در پوسته جامد زمین وجود دارد، انرژی زمین گرمایی نامیده می‌شود. بنابراین مرکز زمین منبع عظیمی از انرژی حرارتی است که به شکل‌های گوناگون از جمله فوران‌های آتشفشانی، آب‌های گرم و یا بواسطه خاصیت رسانایی به سطح آن هدایت می‌شوند.انرژی زمین‌گرمایی ژئوترمال نیز نامیده می‌شود. ژئو یعنی زمین و ترمال یعنی گرمایی.[۱] انرژی گرمایی ذخیره شده در زیر سطح زمین را انرژی زمین گرمایی می‌نامند. این انرژی حاصل از گرمای سنگ‌های داغ اعماق زمین است که در نواحی اتشفشانی وجود دارند.

تاریخچه انرژی زمین گرمایی درجهان[ویرایش]

وجود کوه‌های آتش فشانی اولین نشانه وجود گرما درزیر زمین بود. حفر اولین منابع زمین گرمایی در فاصله زمانی بین قرنهای ۱۶و ۱۷ میلادی قرن هجدهم میلادی اولین اندازه گیریها در بلفورت فرانسه اوایل قرن نوزدهم استخراج سیالات زمین گرمایی با هدف بهره‌برداری ا ز پتانسیل انرژی حرارتی در ایتالیا صورت گرفت.

  • ۱۸۷۰:استخراج بخارات طبیعی آب با هدف بهره‌برداری از انرژی مکانیکی آن انجام شد.
  • ۱۹۰۴:تولید برق از این انرژی در لاردرلو ایتالیا
  • ۱۹۲۰:نخستین چاههاژئو ترمال در ژاپن و کالیفرنیا به طور همزمان
  • ۱۹۲۸:استخراج سیال زمین گرمایی برای تامین گرمایش منازل در ایسلند.

پس از جنگ جهانی دوم در سال ۱۹۵۸ نیوزلند بعنوان دومین کشور فعال در این زمینه اقدام به تولید برق از انرژی زمین گرمایی کرد.[۲]

امروزه ۸۵ تا ۹۰ درصد منازل ایسلند برای تأمین گرما و آب گرم مورد نیاز خود از انرژی زمین گرمایی استفاده می‌کنند.[۳][۴]

انواع بهره‌برداری از انرژی زمین گرمایی[ویرایش]

بهره‌برداری از انرژی زمین گرمایی به دو روش کلی امکان‌پذیر است:

  1. استفاده نیروگاهی
  2. استفاده غیر نیروگاهی

استفاده نیروگاهی[ویرایش]

نیروگاه زمین گرمایی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

۱. نیروگاه زمین گرمایی با سیال دو فاز (بخار و مایع)

سیالی که معمولاً به شکل دو فاز مایع و بخار می‌باشد از چاه‌های زمین گرمایی خارج می‌شود که هر چقدر تعداد این چاه‌ها بیشتر باشد میزان مایع و بخار خارج شده از چاه‌ها بیشتر و در نتیجه تولید برق بیشتر می‌شود. این سیالات در مخزن جداکننده بخار از مایع قرار گرفته و از هم جدا می‌شوند، سپس وارد توربین شده و باعث چرخش پره‌های توربین می‌شود. پره‌ها محور ژنراتور را به حرکت آورده و باعث بوجود آمدن قطب‌های مثبت و منفی در ژنراتور شده و برق تولید می‌کنند.

۲. نیروگاه زمین گرمایی با سیال تک فاز (مایع)

در این نیروگاه‌ها آب‌گرم وارد مبدل حرارتی شده و حرارت خود را به سیال عامل دیگری که نقطه جوش پایین‌تری نسبت به آب دارد منتقل می‌کند.

معمولاً سیال عامل را سیال‌هایی مانند: ایزوپنتال، ایزوبوتان وغیره در نظر می‌گیرند. در این فرایند سیال عامل به بخار تبدیل شده و به توربین منتقل می‌شود و تولید برق می‌کنند.

استفاده غیرنیروگاهی (استفاده مستقیم)[ویرایش]

۱. استخرهای آب گرم

در این روش آب گرم زمین گرمایی را می‌توان با آب سرد معمولی ترکیب کرده وآب نسبتاً گرمی را برای اهدافی چون ایجاد مراکز جذب توریست و مجتمع‌های آب درمانی مورد استفاده قرار دارد. در صورتیکه این آب‌گرم فاقد مواد مضر باشد می‌توان جهت مصارف آب درمانی مانند رفع ناراحتی‌های پوستی و درد مفاصل و ناراحتی‌های روحی و روانی استفاده نمود و اگر دارای مواد مضر باشد حرارت آن را با یک مبدل حرارتی به آب معمولی منتقل کرده و در نتیجه آب معمولی با دمای نسبتاً گرم در استخرها استفاده می‌شود. دمای در حدود ۳۰ الی ۵۰ درجه سانتیگراد برای استخرهای آب گرم مناسب است.

۲. مراکز گلخانه‌ای

آب‌گرم زمین‌گرمایی را می‌توان توسط لوله کشی به داخل گلخانه‌ها هدایت نمود تا بدین وسیله حرارت مورد نیاز جهت رشد و نمو گیاهان را فراهم نمود. دمای ۸۰ الی ۱۲۰ درجه سانتیگراد مناسب این فضا است.

۳. گرایش منازل

با کمک لوله کشی و یا رادیاتورهای ویژه می‌توان آب گرم زمین گرمایی را به داخل محیط‌های منازل وغیره منتقل کرد. حرارت مناسب برای این فضا در حدود ۵۰ الی ۱۰۰ درجه سانتیگراد است.

۴. حوضچه‌های پرورش ماهی

در مزارع پرورش ماهی می‌توان با استفاده از آب‌های گرم زمین گرمایی حرارت و شرایط مورد نیاز را برای پرورش ماهی‌ها فراهم کرد. درجه حرارت مورد نیاز در حدود ۲۰ الی ۴۰ درجه سانتیگراد است.

۵. ذوب برف و پیشگیری از یخبندان در معابر

بااستفاده از لوله‌هایی که در زیر معابر تعبیه می‌شود می‌توان در فصل سرما حرارت آب‌گرم را به آسفالت معابر و خیابان‌ها منتقل نمود. درجه حرارت مورد نیاز حدود ۲۰ الی ۵۰ درجه سانتیگراد است.

۶. پمپ حرارتی

توسط پمپ‌های حرارتی می‌توان در تابستان سرمایش و در زمستان گرمایش ساختمان‌ها را تامین نمود.[۵]

انواع منابع انرژی زمین گرمایی[ویرایش]

  1. انرژی هیدرو ترمال
  2. لایه‌های تحت فشار
  3. تخته سنگهای خشک وداغ
  4. توده‌های مذاب

انرژی هیدروترمال[ویرایش]

بیش از سایر موارد توسعه پیدا کرده وتنها نوعی است که تاکنون به علت قیمت قابل رقابت آن با دیگر منابع انرژی کاربرد تجاری پیدا کرده است. به آبهای داغ وبخاراتی که در قسمتهای با عمق کم یا متوسط پوسته زمین(۴۵۰۰-۱۰۰متر) درون گسلها یا خلل وفرج سنگ‌های متخلخل قرارگرفته‌اند را منابع هیدروترمال گویند. این منابع بیش از ۹۰درصد منابع انرژی زمین گرمایی را تشکیل می‌دهند.

منابع موجود در خوی وماکو در ایران نیز از این نوع منابع می‌باشند. از انرژی سیال داغ این نوع ازمنابع می‌توان بطور مستقیم برای کاربردهای حرارتی وبطور غیرمستقیم در تولید برق بهره‌گیری کرد. دوسوم این منابع دمایی در حدود ۱۵۰تا ۲۰۰درجه سانتیگراد دارند. این منابع برای تولید برق باید دمایی در حدود ۹۰تا ۳۵۰درجه سانتیگراد داشته باشند. غنی ترین منابع هیدروترمال، منابعی هستند که دارای بخار خشک یا میزان کمی مایع باشند.[۶]

مناطقی از ایران که دارای ذخایر انرژی زمین گرمایی می‌باشند[ویرایش]

  1. منطقه تفتان و بزمان
  2. منطقه طبس
  3. منطقه شیراز
  4. منطقه مرکزی ایران
  5. منطقه غرب
  6. منطقه مشهدو نیشابور و سبزوار و قوچان و بجنورد و گرگان بخاطر کانون‌های زلزله و وجود گسل‌های رباط وقره بیل و میامی وغیره
  7. مناطق جنوب
  8. منطقه شرق شامل زابل، خاش، سیرجان و زاهدان[۷]

انواع نیروگاههای زمین گرمایی[ویرایش]

  1. نیروگاه‌های بخار خشک
  2. نیروگاه‌های بخار انبساط آنی
  3. نیروگاه‌های سیکل دو مداره
  4. نیروگاه‌های باتوربین تفکیک دورانی
  5. نیروگاه‌های سیکل ترکیبی[۸]

تولید برق با انرژی زمین گرمایی[ویرایش]

در عمق‌های بسیار زیاد، گاهی آب در تماس با صخره‌های داغ تبدیل به آب در حال جوش یا بخار آب می‌شود. این آب داغ می‌تواند به دمایی بیش از ۱۴۸ درجه سلسیوس هم برسد. این دما از دمای آب جوش بسیار بالاتر است ولی این آب ابداً به بخار تبدیل نمی‌شود چراکه امکان تماس با هوا را ندارد.

از آب گرم و بخار آب درون زمین با استفاده از تأسیساتی می‌توان در تولید الکتریسیته استفاده کرد. در سال ۱۹۰۴ میلادی برای اولین بار استفاده تجاری از انرژی زمین گرمایی به عنوان یک منبع تولید برق در ایتالیا شروع شد و سپس در دهه ۱۹۶۰ نیروگاهی در منطقه آتشفشانی آبفشان‌ها (The Geysers) در ایالت کالیفرنیای آمریکا ساخته شد که امروزه بزرگترین نیروگاه زمین گرمایی به شمار می‌رود. در کالیفرنیای آمریکا، ۱۴ منطقه وجود دارد که در آن از انرژی گرمایی زمین برای تولید الکتریسیته استفاده می‌کنند. تا سال ۲۰۰۸ انرژی زمین گرمایی سهمی کمتر از یک درصد از تولید کل انرژی الکتریکی جهان را به خود اختصاص داده است.[۹]

جستارهای وابسته[ویرایش]

جستجو در ویکی‌انبار در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ انرژی زمین‌گرمایی موجود است.

منابع[ویرایش]