انرژی زمین گرمایی چیست؟

انرژی زمین گرمایی یا ژئوترمال چیست؟

منابع انرژی زمین گرمایی

• قسمت خارجی پوسته زمین از سیلیکات تشکیل شده است. هسته (لایه داخلی و مرکزی) از گداخته‌ها (ماگما) و سنگ‌های ذوب شده‌ای که به دور مرکزی از جنس آهن می‌چرخند تشکیل شده است. واپاشی آهسته مواد رادیو اکتیو به طور مداوم درجه حرارت داخل زمین را بالا می‌برد.
• گوشته، لایه‌ای است که به دور هسته کشیده شده و حدود ۱۸۰۰ مایل ضخامت دارد و عمدتا از ماگما و سنگ تشکیل شده است.
  پوسته خارجی‌ترین لایه زمین است و اقیانوس‌ها و قاره‌ها روی آن قرار دارند.
• ضخامت پوسته‌ی زیر اقیانوس ۳ تا ۵ مایل و ضخامت پوسته‌ی زیر قاره‌ها ۱۵ تا ۳۵ مایل ( هر مایل=۱٫۶۰۹ کیلومتر) است. پوسته زمین به قطعات متعددی به نام صفحات تقسیم شده اند. ماگما از کنار همین صفحات راهی برای خروج به سطح زمین پیدا می‌کند.
• در کناره‌ی صفحات کوه‌های آتشفشانی وجود دارند. وقتی که آتشفشان‌ها به وجود می‌آیند مواد مذاب از زیر زمین فوران می‌کنند. این مواد مذاب نوعی ماگما هستند. در زیر سطح زمین، آب‌ها و سنگ‌ها گرما را از ماگما می‌گیرند.
• هرچی عمق بیشتر شود دمای آب و سنگ‌ها هم بالاتر می‌رود. افراد در سراسرجهان میتوانند با حفاری چاه‌های عمیق و پمپ آب و بخار آب گرم به سطح زمین؛ از انرژی زمین گرمایی برای گرم کردن خانه و تولید برق استفاده کنند.
• انرژی زمین گرمایی در دوران باستان برای گرمایش و استحمام استفاده می‌شد و امروزه در سراسر جهان از چشمه‌های آبگرم برای استحمام استفاده می‌شود.

چگونه انرژی زمین گرمایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود؟

استفاده از انرژی زمین گرمایی برای تولید برق به عنوان یک صنعت جدید شناخته شده است. ایتالیایی‌ها برای اولین بار در سال ۱۹۰۴ یک توربین ژنراتور را با استفاده از بخار طبیعی از زیر زمین طراحی کردند. در سال ۱۹۶۰ اولین عملیات موفقیت آمیز نیروگاه تولید برق در مقیاس بزرگ در آمریکای شمالی انجام شد. بسیاری از نیروگاه‌های انرژی زمین گرمایی در اطراف کالیفرنیا قرار دارند در حالی که بقیه نیروگاه در هاوایی، نوادا، اتاوا، ایدیهو و مونتانا قرار دارند.

تبدیل انرژی زمین گرمایی به انرژی الکتریکی در نیروگاه انجام می‌شود. در نیروگاه‌ها با استفاده از بخار آب داغ ناشی از انرژی زمین گرمایی برای به چرخش در آوردن توربین‌ها و تولید برق استفاده می‌شود.

انواع نیروگاه‌های انرژی زمین گرمایی

۱) نیروگاه بخار خشک

• همانطور که از اسم آن پیداست از بخار خشک برای تولید برق استفاده می‌شود. بخار خشک، همان بخار آب یا آب در حالت بخار است.
• نیروگاه‌های انرژی زمین گرمایی، دو چاه (یکی تولیدی و یکی تزریقی) را جداگانه به مخزن آب بسیار گرم در زیر سطح زمین متصل می‌کنند. از چاه تولیدی، بخار آب ۱۵۰°c خارج شده و مستقیماً به سمت توربین هدایت می‌شود. بخار آب باعث چرخش توربین و استوانه‌ای می‌شود که از طرف دیگر به ژنراتور متصل است و بدین صورت برق تولید می‌شود. برق از طریق کابل‌ها به نیروگاه‌ها، منازل، موسسات و کارخانه‌ها منتقل می‌شود. بخار مصرف شده چگالش یافته و دوباره تبدیل به آب می‌شود از طریق چاه تزریقی به مخزن آب گرم برگردانده می‌شود و این چرخه دوباره ادامه دارد.
• نیروگاه بخار خشک قدیمی‌ترین نوع نیروگاه انرژی زمین گرمایی است. اولین نیروگاه بخار خشک در سال ۱۹۰۴ در ایتالیا تاسیس شد. این نوع از نیروگاه زمین گرمایی در آمریکا تنها در کوه‌های والکانیک کالیفرنیا وجود دارد.

۲) نیروگاه بخار لحظه‌ای

• در این نوع از نیروگاه انرژی زمین گرمایی از آب ۱۸۲°c استفاده می‌شود.
• همانطور که از نام آن پیداست بخار آب در یک لحظه با چرخش توربین می‌تواند برق تولید کند، این بخار لحظه‌ای و فوری فرآیندی است که به وسیله آن، آب داغ با فشار بسیار زیادی بخار می‌شود این بخار باعث چرخش توربین و استوانه‌ای میشود که از طرف دیگر به ژنراتور متصل است و بدین صورت برق تولید می‌شود.
• نیروگاه‌های انرژی بخار لحظه‌ای از رایج‌ترین انواع نیروگاه‌های انرژی زمین گرمایی هستند. نیروگاه انرژی بخار لحظه‌ای برای اولین بار در سال ۱۹۵۸ در نیوزیلند تاسیس شد.

۳) نیروگاه چرخه دوتایی

• این نیروگاهِ انرژی زمین گرمایی در مقایسه با دو نوع قبلی دارای مزیت بیشتری است، زیرا به گرمای کمتری نیاز دارد تا مایعی با نقطه جوش پایین را گرم کند. نیروگاه‌های انرژی زمین گرمایی، مخازن آب خنک‌تر را برای استفاده در نیروگاه‌های بخار خشک و لحظه‌ای بکار می‌برند. در نیروگاه‌های بخار خشک و بخار لحظه‌ای از آب با دمای بیش از ۱۸۰°c استفاده می‌شود که با فشار بسیار زیادی برای تولید برق در نیروگاه پمپاژ می‌شود.
• در چرخه دو تایی از پمپ‌ها برای پمپاژ آب از مخزن زیرِ زمین (چاه تولیدی) برداشت می‌شود و آب با دمای کمتر دوباره مخزن باز می‌گردد (چاه تزریقی).
• معمولاً از یک مایع جداگانه با نقطه جوش پایین مانند هیدروکربن پنتان یا بوتان استفاده می‌شود و توسط مبدل حرارتی پمپاژ می‌شود.
• در مبدل حرارتی این مایع بخار می‌شود و باعث چرخش توربین و استوانه میشود که از طرف دیگر به ژنراتور متصل است و بدین صورت برق تولید می‌شود. بخار آب مصرف شده توسط رادیاتور‌های سرد کننده دوباره تبدیل به آب میشود و از طریق چاه تزریقی به داخل مخزن آب فرستاده می‌شود.
• به طور کلی نیروگاه انرژی چرخه دوتایی برخلاف نیروگاه‌های بخار خشک و بخار لحظه این اجازه را میدهد که افراد با استفاده از مخازن آب گرم امکان دسترسی کامل به انرژی زمین گرمایی را داشته باشند؛ اگرچه نیروگاه‌های چرخه دوتایی تنها ۱۰ تا ۱۳ درصد کارایی دارند، اما با این حال روسیه در سال ۱۹۶۷ در ایجاد پروژه چرخه دوتایی موفق بوده است.

سوالی که برای بیشتر مردم پیش می‌آید این است که برق تولید شده از انرژی زمین گرمایی چگونه در حمل و نقل مورد استفاده قرار می‌گیرد؟ این نوع حمل و نقل، توسط برق تولید شده از انرژی زمین گرمایی با دیگر منابع تولید برق مانند منابع خورشیدی و باد بسیار مشابهاست. در نیروگاه، برق را به شبکه‌ها منتقل می‌کنند و ولتاژ معمولاً برای کاهش اتلاف، افزایش می‌یابد. حمل و نقل با استفاده از انرژی الکتریکی حاصل انرژی زمین گرمایی در مسافت‌های طولانی ملزم یک سیستم لوله کشی و عایق شده است، اما این کار بسیار هزینه بردار است.

آینده انرژی زمین گرمایی

• آینده انرژی زمین گرمایی به سه فاکتور بستگی دارد: ۱) عرضه ۲) تقاضا ۳) رقابت 
• همزمان با رشد جمعیت و نابودی منابع تجدید ناپذیر، تقاضا برای این منبع افزایش می‌یابد. امروزه سازمان‌ها از منابع پاک که به محیط زیست آسیب نمی‌رسانند حمایت می‌کنند.
• عرضه انرژی زمین گرمایی بسیار محدود است.
• ذخیره انرژی زمین گرمایی بسیار بیشتر از زغال سنگ، بنزین و گاز است. اگر راه‌های استخراج و استفاده از انرژی زمین گرمایی ارتقا یابد استفاده از آن بسیار گسترده و همگانی می‌شود.