گرمای زمین؛ منبع قابل اعتماد تولید انرژی

[seyed mehdi hoseyni 27119]

انرژی هاب: همه از حرارت بالای مرکز زمین اطلاع داریم و کم و بیش مطالبی در این زمینه خوانده‌ایم، اما شاید کمتر درباره امکان استفاده از این منبع عظیم حرارتی در تولید انرژی شنیده باشیم. چون هنوز در این زمینه برخلاف دنیا، فعالیت گسترده‌ای در کشورمان صورت نگرفته است؛ در حالی که با توجه به اهمیت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و البته جایگاه اقتصادی آن باید برای این مهم برنامه‌ریزی کنیم. به طور کلی تولید انرژی با استفاده از گرمای داخل زمین را «زمین گرمایی» یا «ژئوترمال» می‌نامند.

 

همان طور که می دانیم حرارت در هسته زمین بیشتر از ۵۰۰۰ درجه سانتی گراد است که معمولاً در مناطقی که پوسته نازک تر و شکننده تر شده به صورت چشمه های آبگرم، آتشفشان، آبفشان‌ها و گل فشان ها به سطح هدایت می‌شود.

 

براساس تحقیقات مشخص شده است به ازای هر ۱۰۰ متر عمق زمین تقریباً ۳ درجه به درجه حرارت افزوده می‌شود؛ بنابراین تنها در ۱۱ کیلومتر فوقانی پوسته زمین نزدیک به ۵۰ هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع فسیلی شناخته شده امروزی جهان، انرژی ذخیره شده است.

 

منابع انرژی زمین گرمایی

 

شاید در نگاه اول تصور بر این باشد که منابع حرارتی این روش تولید انرژی، صرفاً همان گرمای داخلی زمین است. در حالی که براساس نتایج تحقیقات انجام شده، این منبع انرژی تقریباً از قرن ۱۷ میلادی برای بشر شناخته شده بوده و از آن بهره برداری می‌کرده است، اما اوایل قرن نوزدهم در ایتالیا برای اولین بار سیالات داغ داخل زمین به منظور به کارگیری انرژی گرمایی آن مورد استفاده قرار گرفته است. در همین حال منابع مختلف انرژی زمین گرمایی که امروز برای دسترسی به انرژی پاک و اقتصادی مورد استفاده است، عبارتند از:

 

۱ ـ منابع آب داغ

 

در این روش منابع آبی در عمق مناسب گرم شده و به سطح هدایت می‌شوند و براساس نوع دسترسی و البته هزینه تولید، این روش متداول‌ترین روش مورد استفاده امروزی از انرژی زمین گرمایی است، اما این نوع دستیابی به حرارت داخلی زمین خود در سه گروه مختلف تقسیم بندی شده است که براساس میزان درجه حرارت منبع انرژی تقسیم بندی شده‌اند:

 

الف ـ دسته اول: مخازن دمای بالا با دمای بالاتر از ۱۵۰ درجه سانتی گراد که برای تولید برق با تکنیک های معمول مناسبند.

 

ب ـ دسته دوم: مخازن با دمای بین ۱۰۰ الی ۱۵۰ درجه سانتی گراد که برای تولید برق با تکنیک های پیشرفته تر مناسبند.

 

ج ـ دسته سوم: مخازن دمای پایین با دمای کمتر از ۱۰۰ سانتی گراد و مناسب برای کاربردهای مستقیم.

 

۲ ـ منابع بخار خشک

 

این نوع منبع انرژی که جزو نادرترین منابع انرژی زمین گرمایی با درجه حرارت بسیار بالا هستند، می‌توانند منبع انرژی گرمایی را به صورت بخار خشک یا آمیزه ای از بخار و آب با درجه حرارت بسیار بالا، به عنوان گزینه ای ایده آل در اختیار ما برای تولید برق قرار دهند.

 

۳ ـ منابع تحت فشار

 

منابع عظیمی از آب شور اشباع شده که در صخره های اعماق زمین تحت فشار به صورت محبوس قرار گرفته در واقع اصلی‌ترین منبع حرارت در عمق سه تا شش کیلومتری از سطح زمین با درجه حرارتی بین ۹۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی گراد است.

 

۴ ـ تخته سنگ های خشک داغ یا egs

 

تخته سنگ های داغ لایه های زیرین زمین، منبع اصلی مورد استفاده در این روش هستند و برای استفاده از حرارت آنها باید یک حلقه چاه تغذیه و یک حلقه چاه استخراج (تولید) به طول چهار تا شش کیلومتری از سطح زمین که بین آنها ارتباطی برقرار شده است، در اختیار داشته باشیم تا با استفاده از تزریق تحت فشار آب سرد و گرم شدن آن در شکاف های موجود، آب، حرارت صخره را به خود گرفته و به چاه استخراج برسد. به این صورت آب داغ از چاه خارج و وارد سیکل کاری نیروگاه می‌شود. درجه حرارت آب حاصل از این منابع، بین ۱۳۵ تا ۱۸۰ درجه سانتی گراد بوده و در این حالت امکان افزایش بازده نیروگاه تا

۱۵ درصد وجود دارد.

 

۵ ـ مواد مذاب

 

این منابع که آن را به نام گدازه‌ها می‌شناسیم در واقع ایده آل ترین حالت ممکن برای منابع انرژی زمین گرمایی بوده که درجه حرارت آن بین ۷۰۰ تا ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد است. هرچند با توجه به درجه حرارت بالای این مخازن و محدودیت های فنی موجود، امروزه از این منابع عظیم استفاده نمی‌شود.

 

اقتصاد انرژی زمین گرمایی

 

به طور کلی توان تولیدی هر چاه انرژی زمین گرمایی از دو تا ۳۰ مگاوات الکتریکی متغیر است. بنابراین هزینه بهره برداری از منابع انرژی زمین گرمایی به میزان زیادی به توان تولیدی چاه‌ها بستگی دارد؛ به طور مثال هزینه حفر یک چاه در حوزه زمین گرمایی پاریس تا یک میلیون دلار می‌رسد، در حالی که در میدان های زمین گرمایی ایسلند و ایتالیا این میزان حدود چند صد هزار دلار است.

 

از سوی دیگر، در تولید برق از انرژی زمین گرمایی معمولاً میزان سرمایه گذاری اولیه برای انجام اکتشافات و نصب نیروگاه نسبت به نیروگاه های دیگر بالاتر است؛ اما به دلیل پایین بودن هزینه‌های تعمیر و نگهداری و عدم نیاز به سوخت در حین بهره برداری از نیروگاه، قیمت تمام شده برق در نیروگاه های زمین گرمایی با نیروگاه های متعارف سوخت فسیلی قابل مقایسه و از انواع دیگر انرژی های نو به مراتب ارزان تر است. همچنین در این محاسبات، مدت زمان احداث یک نیروگاه زمین گرمایی بدون احتساب زمان مطالعات اکتشافی و حفاری سه تا شش سال و عمر مفید آن ۲۵ تا ۳۵ سال تعیین شده است و با توجه به ضریب تولیدش که ۹۰ درصد بوده حدود ۴۰۰۰ دلار برای هر کیلووات هزینه تولید می‌بلعد.