انرژى زمين‌گرمايى، کاربردها و مزيت‌هاى آن

[Consul 141]

انرژى ژئوترمال به معناى «انرژى زمين‌گرمايى» يا انرژى با منشا درونى زمين است. اين انرژى، به شكل گرماى محسوس، از بخش درونى زمين منشا مى‌گيرد ودر سنگ‌ها و آب‌هاى موجود در شکاف‌ها و منافذ داخل سنگ در پوسته‌ زمينوجود دارد. درجه‌ حرارت سنگ‌ها به طور پيوسته با عمق زمين افزايش مى‌يابد، هر چند نرخ افزايشدرجه حرارت ثابت نيست. با اين روند، درجه حرارت در قسمت بالايى جبه به مقاديربالايى مى‌رسد و سنگ‌ها در اين قسمت به نقطه‌ ذوب خود نزديک مى‌شوند.

منشااين گرما در پوسته و جبه‌ زمين، به طور عمده تجزيه‌ مواد راديواکتيو است. كه در طولعمر زمين، به طور آرام توليد شده و در درون زمين محفوظ و محبوسمانده است. و منبع انرژى مهمى فراهم كرده كه امروزه به عنوانانرژى نامحدودى در مقياس انسانى مورد توجه قرار گيرد.

نظريه‌هاى موجود در خصوص تکامل زمين نيز مبنايى ديگر براى توضيح وجود گرما در داخل زمين هستند.مطالعات نشان مى‌دهد که زمين در زمان پيدايش (حدود 5/4 ميليارد سال قبل) حالت مذابداشته، تدريجا سرد شده و بخش خارجى آن به صورت جامد درآمده است. اما بخش‌هاى داخلىآن، به دليل کندى از دست دادن گرما، حالت مذاب خود را حفظ کرده و داراى درجه حرارت بالايى است و مى‌تواند منبع گرمايى درونى پوسته باشد که از هسته به طرف خارجمنتقل مى‌شود.

[Consul 141]

چگونگى انتقال گرماى زمين به سطح زمين
گرما از هسته زمين به طور پيوسته به طرف خارج حرکت مى‌کند. اين جريان از طريقانتقال و هدايت گرمايى، گرما را به لايه‌هاى سنگى مجاور (جبه) مى‌رساند. وقتى درجهحرارت و فشار به اندازه کافى بالا باشد، بعضى از سنگ‌هاى جبه ذوب مى‌شوند وماگما به وجود مى‌آيد. سپس به دليل سبکى و تراکم کمتر نسبت به سنگ‌هاى مجاور، ماگمابه طرف بالا منتقل مى‌شود و گرما را در جريان حرکت، به طرف پوسته زمين حمل مى‌کند.

گاهى اوقات، ماگماى داغ به سطح زمين مى‌رسد و گدازه را به وجود مى‌آورد. اما بيشتر اوقات، ماگما در زير سطح زمين باقى مى‌ماند و سنگ‌ها و آب‌هاىمجاور را گرم مى‌کند. اين آب‌ها بيشتر منشاء سطحى دارند و حاصل آب بارانى هستند کهبه اعماق زمين نفوذ کرده است. بعضى از اين آب‌هاى داغ از طريق گسل‌ها و شکست‌هاىزمين به طرف بالا حرکت مى‌کنند و به سطح زمين مى‌رسند که به عنوان چشمه‌هاى آب گرمو آبفشان شناخته مى‌شوند. اما بيشتر اين آب‌ها در اعماق زمين، در شکاف‌ها و سنگ‌هاىمتخلخل محبوس مى‌مانند و منابع زمين گرمايي را به وجود مى‌آورند.

[Consul 141]

مکان‌هاى مناسب براى بهره‌بردارى از انرژى زمين‌گرمايى
مناطق داراى چشمه‌هاىآب گرم و آبفشان‌ها، اولين مناطقى هستند که در آن‌ها انرژى زمين‌گرمايى مورد بهره‌بردارى قرار گرفته و توسعه يافته است. در حال حاضر، تقريبا تمام نيروى الکتريسيتهحاصل از انرژى زمين‌گرمايى از چنين مکان‌هايى به دست مى‌آيد. در بعضى از مناطق،تزريق ماگما به درون پوسته زمين، به اندازه کافى جديد و هنوز خيلى داغ است. دراين نواحى، درجه حرارت سنگ ممکن است به 300 درجه ى سانتى‌گراد برسد و مقاديرعظيمى انرژى گرمايى فراهم کند. بنابراين، انرژى زمين‌گرمايى در مکان‌هايى کهفرايندهاى زمين‌شناسى اجازه داده‌اند ماگما تا نزديکى سطح زمين بالا بيايد، يا بهصورت گدازه جريان يابد، مى‌تواند تشکيل شود.

ماگما نيز در سه منطقه مى‌تواند به سطحزمين نزديک شود:
1- محل برخورد صفحات قاره‌اى و اقيانوسى (فرورانش)؛ مثلاحلقه آتش دور اقيانوس آرام.
2- مراکز گسترش؛ محلى که صفحات قاره‌اى از همدور مى شوند، نظير ايسلند و دره کافتى آفريقا
3- نقاط داغ زمين؛ نقاطى کهماگما را پيوسته از جبه به طرف سطح زمين مى‌فرستند و رديفى از آتشفشان را تشکيل مى‌دهند.

[Consul 141]

کاربرد انرژى زمين‌گرمايى
از زمان‌هاى دور، مردماز آب زمين‌گرمايى که آزادانه در سطح زمين به صورت چشمه‌هاى گرم جارى بودند،استفاده کرده‌اند. امروزه، با حفرچاه به درون مخازن زمين‌گرمايى، و مهار آب داغ و بخار، از آن براى توليد نيروىالکتريسيته در نيروگاه زمين‌گرمايى و يا مصارف ديگر بهره‌بردارى مى‌کنند.

سه نوع نيروگاه زمين‌گرمايى براى توليد برق وجود دارد:
1- نيروگاه خشک: اين نيروگاه روى مخازن ژئوترمالى که بخار خشک با آب خيلى کم توليدمى‌کنند، ساخته مى‌شوند. در اين روش، بخار از طريق لوله به طرف نيروگاه هدايت مى‌شود و نيروى لازم براى چرخاندن ژنراتور توربين را فراهم مى‌کند. اين گونه مخازن بابخار خشک کمياب است. بزرگترين ميدان بخار خشک در دنيا، آب گرم جيزرز در 90 مايلىشمال کاليفرنياست که توليد الکتريسيته در آن، از سال 1962 شروع شده است و امروزه بهعنوان يکى از موفق‌ترين پروژه‌هاى توليد انرژى جايگزين محسوب مى‌شود.

2- نيروگاه بخار حاصل از آب داغ: اين نوع نيروگاه روى مخازن داراى آب داغ احداث مى‌شود. در اين مخازن با حفر چاه، آب داغ به سطح مى‌آيد و به دليل آزاد شدن از فشارمخازن، بخشى از آن به بخار تبديل مى‌شود. اين بخار براى چرخاندن توربين به کار مى‌رود. چنين نيرگاه‌هايى عموميت بيشترى دارند، زيرا بيشتر مخازن زمين‌گرمايى حاوى آبداغ هستند. فناورى مزبور براى اولين بار در نيوزلند به کار گرفته شد.

3- نيروگاه ترکيبى (بخار و آب داغ): در اين سيستم، آب گرم از ميان يک مبدل گرمايى مى‌گذرد و گرما را به يک مايع ديگر مى‌دهد که نسبت به آب در درجه حرارت پائين ترى مى‌جوشد. مايع دوم در نتيجه گرم شدن به بخار تبديل مى شود و پره هاى توربين را مىچرخاند. سپس متراکم مى شود و مايع حاصله دوباره مورد استفاده قرار مى‌گيرد. آب زمين‌گرمايى نيز دوباره به درون مخازن تزريق مى‌شود. اين روش براى استفاده از مخازنى کهبه اندازه کافى گرم نيستند که بخار با فشار توليد کنند، به کار مى‌رود.

[Consul 141]

مزاياى استفاده از انرژى گرمايى براى توليد الکتريسيته
1- تميزبودن: در اين روش همانند نيروگاه بادى و خورشيدى، نيازى به سوخت نيست، بنابراين سوخت‌هاى فسيلى حفظ مى‌شوند و هيچگونه دودى هم وارد هوا نمى‌شود.
2- بدون مشکل بودنبراى منطقه: فضاى کمترى براى احداث نيروگاه نياز دارد و عوارضى چون ايجاد تونل،چاله‌هاى روباز، کپه‌هاى آشغال و يا نشت نفت و روغن را به دنبال ندارد.
3- قابل اطمينان بودن: نيروگاه مى‌تواند در طول سال فعال باشد و به دليل قرار گرفتنروى منبع سوخت، مشکلات مربوط به قطع نيروى محرکه در نتيجه ى بدى هوا، بلاياى طبيعىو يا تنش هاى سياسى را ندارد.
4- تجديد پذيرى و دائمى بودن
5- صرفهجويى ارزى: هزينه‌اى براى ورود سوخت از کشور خارج نمى‌شود و نگرانى‌هاى ناشى ازافزايش هزينه سوخت وجود نخواهد داشت.
6- کمک به رشد کشورهاى در حال توسعه:نصب آن در مکان‌هاى دور افتاده مى‌تواند، استاندارد و کيفيت زندگى را با آوردننيروى برق بالا ببرد.

با توجه به فوايدى که برشمرده شد، انرژى زمين‌گرمايى بهرشد کشورهاى در حال توسعه بدون آلودگى کمک مى‌کند.

[Consul 141]

مصارف ديگر انرژى زمين‌گرمايى
آب زمين‌گرمايى در سرتاسر دنيا، حتى زمانى که به اندازه کافىبراى توليد برق داغ نيست، مورد استفاده قرار مى‌گيرد. آب‌هاى زمين‌گرمايى که درجهحرارت آنها بين 50 تا 300 درجه فارنهايت است، مستقيما مورد استفاده قرار مى‌گيرندکه موارد مصرف آنها به شرح زير است:
_ براى تسکين درد عضلات در چشمه‌هاى داغو درمان با آب معدنى (آب درمانى).
_ گرم کردن داخل ساختمان‌هاى منفرد و حتىمنطقه‌اى که مجاور چشمه‌هاى گرم است. در اين روش، سيستم‌هاى گرم کننده، آب زمين‌گرمايى را از طريق يک مبدل گرمايى پمپ مى‌کنند و گرما را به آب شهرى انتقال مى‌دهندو آب شهرى گرم شده، از طريق لوله‌کشى به ساختمان‌هاى شهر منتقل مى‌شود. در داخلساختمان‌ها نيز، يک مبدل گرمايى ديگر گرما را به سيستم گرمايى ساختمان ها منتقل مى‌کند.
_ براى کمک به رشد گياهان، سبزيجات و محصولات ديگر در گلخانه(زراعت).
_ براى کوتاه کردن زمان مورد نياز رشد و پرورش ماهى، ميگو، نهنگ وتمساح (آبزى پرورى).
_ براى پاستوريزه کردن شير، خشک کردن پياز، الوارکشى وبراى شستن پشم (استفاده صنعتى).

بزرگترين واحد اين سيستم گرمايى در دنيا، در «ريکياويک» در ايسلند قرار دارد. از زمانى که اين سيستم براى تامين گرماى شهر مذکوربه کار مى‌رود، ريکياويک به يکى از تميزترين شهرهاى دنيا تبديل شده است؛ در صورتىکه قبل از آن بسيار آلوده بود.

موارد مصرف ديگرى نيز از گرماى زمين‌گرمايىوجود دارد. براى مثال، در «کلامث فالز» در اورگن آمريکا، زير جاده‌ها و پياده‌روهاآب ژئوترمال لوله کشى مى‌شود، تا از يخ زدن آن‌ها در شرايط هواى يخبندان جلوگيرىشود. در نيومکزيکو، رديفى از لوله‌ها که زير خاک دفن شده‌اند، آب زمين‌گرمايى راانتقال مى‌دهند تا گل‌ها و سبزيجات پرورش يابند. با اين شيوه، اطمينان حاصل مى‌شودکه زمين يخ نمى‌‌زند. به علاوه، فصل رويش طولانى‌تر مى‌شود و روى هم رفته، محصولاتکشاورزى سريع‌تر رشد مى‌کنند و بدون استفاده از گلخانه محافظت مى‌شوند.

کشورهايى که در حال حاضر از مخازن زمين‌گرمايى براى توليد الکتريسيته استفاده مى‌کنند، عبارتند از آمريکا، نيوزيلند، ايسلند، مکزيک، فيليپين، اندونزى و ژاپن.استفاده از اين انرژى در بسيارى از کشورها در حال گسترش است. راه حل استفاده بيشتر از انرژى زمين‌گرمايى، افزايش آگاهى عمومى و تقويت فناورى مرتبط با زمين‌گرمايى است.
منبع: سايت سازمان زمين‌شناسي كشور