انرژي زمين گرمايي، کاربردها و مزيت هاي آن در ايران

دسته بندي : علوم پایه » زمین شناسی
انرژي زمين گرمايي، کاربردها و مزيت هاي آن در ايران
ژئوترمال از کلمه ي يوناني "ژئو" به معني زمين، و (ترمال) به معني گرما و گرمايي گرفته شده است. بنابراين، انرژي ژئوترمال به معناي (انرژي زمين گرمايي) يا انرژي با منشا دروني زمين است. اين انرژي، به شکل گرماي محسوس، از بخش دروني زمين است. اين انرژي، به شکل گرماي محسوس، از بخش دروني زمين منشا مي گيرد و اين انرژي در سنگ ها و آب هاي موجود در شکاف ها و منافذ داخل سنگ در پوسته ي زمين وجود دارد. مشاهدات به عمل آمده از معادن عميق و چاه هاي حفاري شده نشان مي دهد که درجه ي حرارت سنگ ها به طور پيوسته با عمق زمين افزايش مي يابد، هر چند نرخ افزايش درجه ي حرارت ثابت نيست. با اين روند، درجه ي حرارت در قسمت بالايي جبه به مقادير بالايي مي رسد و سنگ ها در اين قسمت به نقطه ي ذوب خود نزديک مي شوند.
منشا اين گرما در پوسته و جبه ي زمين، به طور عمده تجزيه ي مواد راديواکتيو است. در طول عمر زمين، اين گرماي دروني به طور آرام توليد شده و در درون زمين محفوظ و محبوس مانده است. همين امر موجب شده است که منبع انرژي مهمي فراهم شود و امروزه به عنوان انرژي نامحدودي در مقياس انساني مورد توجه قرار گيرد.


از طرف ديگر، نظريه هاي موجود در خصوص تکامل زمين نيز مبنايي براي توضيح وجود گرما در داخل زمين هستند. مطالعات نشان مي دهد که زمين در زمان پيدايش (حدود 5/4 ميليارد سال قبل) حالت مذاب داشته، تدريجا سرد شده و بخش خارجي آن به صورت جامد درآمده است. اما بخش هاي داخلي آن، به دليل کندي از دست دادن گرما، حالت مذاب خود را حفظ کرده و داراي درجه ي حرارت بالايي است و مي تواند منبع گرمايي دروني پوسته باشد که از هسته به طرف خارج منتقل مي شود.

چگونگي انتقال گرماي زمين به سطح زمين:
گرما از هسته ي زمين به طور پيوسته به طرف خارج حرکت مي کند. اين جريان از طريق انتقال و هدايت گرمايي، گرما را به لايه هاي سنگي مجاور (جبه) مي رساند. وقتي درجه ي حرارت و فشار به اندازه ي کافي بالا باشد، بعضي از سنگ هاي جبه ذوب مي شوند و ماگما به وجود مي آيد. سپس به دليل سبکي و تراکم کمتر نسبت به سنگ هاي مجاور، ماگما به طرف بالا منتقل مي شود و گرما را در جريان حرکت، به طرف پوسته ي زمين حمل مي کند.
گاهي اوقات، ماگماي داغ به سطح زمين مي رسد و گدازه را به وجود مي آورد. اما بيشتر اوقات، ماگما در زير سطح زمين باقي مي ماند و سنگ ها و آب هاي مجاور را گرم مي کند. اين آب ها بيشتر منشاء سطحي دارند و حاصل آب باراني هستند که به اعماق زمين نفوذ کرده است. بعضي از اين آب هاي داغ از طريق گسل ها و شکست هاي زمين به طرف بالا حرکت مي کنند و به سطح زمين مي رسند که به عنوان چشمه هاي آب گرم و آبفشان شناخته مي شوند. اما بيشتر اين آب ها در اعماق زمين، در شکاف ها و سنگ هاي متخلخل محبوس مي مانند و منابع زمين گرما را به وجود مي آورند.






مکان هاي مناسب براي بهره برداري از انرژي زمين گرمايي:

مناطق داراي چشمه هاي آب گرم و آبفشان ها، اولين مناطقي هستند که در آن ها انرژي زمين گرمايي مورد بهره برداري قرار گرفته و توسعه يافته است. در حال حاضر، تقريبا تمام نيروي الکتريسيته حاصل از انرژي زمين گرمايي از چنين مکان هايي به دست مي ايد. در بعضي از مناطق، تزريق ماگما به درون پوسته ي زمين، به اندازه ي کافي جديد و هنوز خيلي داغ است. در اين نواحي، درجه ي حرارت سنگ ممکن است به 300 درجه ي سانتي گراد برسد و مقادير عظيمي انرژي گرمايي فراهم کند. بنابراين، انرژي زمين گرمايي در مکان هايي که فرايندهاي زمين شناسي اجازه داده اند ماگما تا نزديکي سطح زمين بالا بيايد، يا به صورت گدازه جريان يابد، مي تواند تشکيل شود. ماگما نيز در سه منطقه مي تواند به سطح زمين نزديک شود:
1- محل برخرود صفحات قاره اي و اقيانوسي (فرورانش)؛ مثلا حلقه ي آتش دور اقيانوس آرام.
2- مراکز گسترش؛ محلي که صفحات قاره اي از هم دور مي شوند، نظير ايسلند و دره ي کافتي آفريقا
3- نقاط داغ زمين؛ نقاطي که ماگما را پيوسته از جبه به طرف سطح زمين مي فرستند و رديفي از آتشفشان را تشکيل مي دهند.

کاربرد انرژي زمين گرمايي:
از زمان هاي دور، مردم از آب زمين گرمايي که آزادانه در سطح زمين به صورت چشمه هاي گرم جاري بودند، استفاده کرده اند. رومي ها براي مثال از اين آب براي درمان امراض پوستي و چشمي بهره مي گرفتند. در (پمپئي( براي گرم کردن خانه ها از آن استفاده مي شد. بومي هاي آمريکا نيز از آب زمين گرمايي براي پختن و مصارف دارويي بهره مي گرفتند. امروزه، با حفر چاه به درون مخازن زمين گرمايي، و مهار آب داغ و بخار، از آن براي توليد نيروي الکتريسيته در نيروگاه زمين گرمايي و يا مصارف ديگر بهره برداري مي کنند.
در نيروگاه زمين گرمايي، آب داغ و بخار خارج شده از مخازن زمين گرمايي، نيروي لازم براي چرخاندن ژنراتور توربين را فراهم مي آورد و انرژي الکتريسيته توليد مي کند. آب مورد استفاده، از طريق چاه هاي تزريق به مخزن برگشت داده مي شود تا دوباره گرم شود و در عين حال، فشار مخزن حفظ، و توليد آب داغ و بخار تقويت شود و ثابت باقي بماند.



سه نوع نيروگاه زمين گرمايي براي توليد برق وجود دارد:
1- نيروگاه خشک: اين نيروگاه روي مخازن ژئوترمالي که بخار خشک با آب خيلي کم توليد مي کنند، ساخته مي شوند. در اين روش، بخار از طريق لوله به طرف نيروگاه هدايت مي شود و نيروي لازم براي چرخاندن ژنراتور توربين را فراهم مي کند. اين گونه مخازن با بخار خشک کمياب است. بزرگترين ميدان بخار خشک در دنيا، آب گرم جيزرز در 90 مايلي شمال کاليفرنياست که توليد الکتريسيته در آن، از سال 1962 شروع شده است و امروزه به عنوان يکي از موفق ترين پروژه هاي توليد انرژي جايگزين محسوب مي شود.
2- نيروگاه بخار حاصل از آب داغ: اين نوع نيروگاه روي مخازن داراي آب داغ احداث مي شود. در اين مخازن با حفر چاه، آب داغ به سطح مي آيد و به دليل آزاد شدن از فشار مخازن، بخشي از آن به بخار تبديل مي شود. اين بخار براي چرخاندن توربين به کار مي رود. چنين نيرگاه هايي عموميت بيشتري دارند، زيرا بيشتر مخازن زمين گرمايي حاوي آب داغ هستند. فناوري مزبور براي اولين بار در نيوزيلند به کار گرفته شد.
3- نيروگاه ترکيبي (بخار و آب داغ): در اين سيستم، آب گرم از ميان يک مبدل گرمايي مي گذرد و گرما را به يک مايع ديگر مي دهد که نسبت به آب در درجه حرارت پائين تري مي جوشد. مايع دوم در نتيجه ي گرم شدن به بخار تبديل مي شود و پره هاي توربين را مي چرخاند. سپس متراکم مي شود و مايع حاصله دوباره مورد استفاده قرار مي گيرد. آب زمين گرمايي نيز دوباره به درون مخازن تزريق مي شود. اين روش براي استفاده از مخازني که به اندازه ي کافي گرم نيستند که بخار با فشار توليد کنند، به کار مي رود.

نيروگاه توليد برق از انرژي زمين گرمايي

مزاياي استفاده از انرژي گرمايي براي توليد الکتريسيته:
1- تميز بودن: در اين روش همانند نيروگاه بادي وخورشيدي، نيازي به سوخت نيست، بنابراين سوخت هاي فسيلي حفظ مي شوند و هيچگونه دودي وارد هوا نمي شود.
2- بدون مشکل بودن براي منطقه: فضاي کمتري براي احداث نيروگاه نياز دارد و عوارضي چون ايجاد تونل، چاله هاي روباز، کپه هاي آشغال و يا نشت نفت و روغن را به دنبال ندارد.
3- قابل اطمينان بودن: نيروگاه مي تواند در طول سال فعال باشد و به دليل قرار گرفتن روي منبع سوخت، مشکلات مربوط به قطع نيروي محرکه در نتيجه ي بدي هوا، بلاياي طبيعي و يا تنش هاي سياسي را ندارد.
4- تجديد پذيري و دائمي بودن
5- صرفه جويي ارزي: هزينه اي براي ورود سوخت از کشور خارج نمي شود و نگراني هاي ناشي از افزايش هزينه ي سوخت وجود نخواهد داشت.
6- کمک به رشد کشورهاي در حال توسعه: نصب آن در مکان هاي دور افتاده مي تواند، استاندارد و کيفيت زندگي را با آوردن نيروي برق بالا ببرد.
با توجه به فوايدي که برشمرديم، انرژي زمين گرمايي به رشد کشورهاي در حال توسعه بدون آلودگي کمک مي کند.

مصارف ديگر انرژي زمين گرمايي:
آب زمين گرمايي در سرتاسر دنيا، حتي زماني که به اندازه ي کافي براي توليد برق داغ نيست، مورد استفاده قرار مي گيرد. آب هاي زمين گرمايي که درجه ي حرارت آنها بين 50 تا 300 درجه ي فارنهايت است، مستقيما مورد استفاده قرار مي گيرند که موارد مصرف آنها به شرح زير است:
1- براي تسکين درد عضلات در چشمه هاي داغ و درمان با آب معدني (آب درماني).
2- گرم کردن داخل ساختمان هاي منفرد و حتي منطقه اي که مجاور چشمه هاي گرم است. در اين روش، سيستم هاي گرم کننده، آب زمين گرمايي را از طريق يک مبدل گرمايي پمپ مي کنند و گرما را به آب شهري انتقال مي دهند و آب شهري گرم شده، از طريق لوله کشي به ساختمان هاي شهر منتقل مي شود. در داخل ساختمان ها نيز، يک مبدل گرمايي ديگر گرما را به سيستم گرمايي ساختمان ها منتقل مي کند (شکل 9).
3- براي کمک به رشد گياهان، سبزيجات و محصولات ديگر در گلخانه (زراعت).
4- براي کوتاه کردن زمان مورد نياز رشد و پرورش ماهي، ميگو، نهنگ و تمساح (آبزي پروري).
5- براي پاستوريزه کردن شير، خشک کردن پياز، الوارکشي و براي شستن پشم (استفاده صنعتي(.
بزرگترين واحد اين سيستم گرمايي در دنيا، در (ريکياويک) در ايسلند قرار دارد. از زماني که اين سيستم براي تامين گرماي شهر مذکور به کار مي رود، ريکياويک به يکي از تميزترين شهرهاي دنيا تبديل شده است؛ در صورتي که قبل از آن بسيار آلوده بود.
موارد مصرف ديگري نيز از گرماي زمين گرمايي وجود دارد. براي مثال، در (کلامث فالز) در اورگن آمريکا، زير جاده ها و پياده روها آب ژئوترمال لوله کشي مي شود، تا از يخ زدن آن ها در شرايط هواي يخبندان جلوگيري شود. در نيومکزيکو، رديفي از لوله ها که زير خاک دفن شده اند، آب زمين گرمايي را انتقال مي دهند تا گل ها و سبزيجات پرورش يابند. با اين شيوه، اطمينان حاصل مي شود که زمين يخ نمي زند. به علاوه، فصل رويش طولاني تر مي شود و روي هم رفته، محصولات کشاورزي سريع تر رشد مي کنند و بدون استفاده از گلخانه محافظت مي شوند.
کشورهايي که در حال حاضر از مخازن زمين گرمايي براي توليد الکتريسيته استفاده مي کنند، عبارتند ازک آمريکا، نيوزيلند، ايسلند، مکزيک، فيليپين، اندونزي و ژاپن. استفاده از اين انرژي در بسياري از کشورها در حال گسترش است. راه حل استفاده ي بيشتر از انرژي زمين گرمايي، افزايش آگاهي عمومي و تقويت فناوري مرتبط با زمين گرمايي است.




انرژي زمين گرمايي در ايران:
رشد روزافزون جمعيت، توسعه ي شهري و نيز اقتصاد انرژي در کشور ما، توليد 90 هزار مگاوات برق در سال 2020 را اجتناب ناپذير ساخته است. در حدود 98 درصد ظرفيت توليد فعلي نيروگاه هاي برق کشور به کاربرد سوخت هاي فسيلي متکي است. حال آن که محدوديت منابع سوخت فسيلي، رشد مصرف داخلي و نبودذ منابع کافي براي صادرات از يک سو، و موازين و معيارهاي زيست محيطي توسعه ي پايدار از سوي ديگر، کاربرد انرژي هاي تجديدشونده در بستر توليد را اجتناب ناپذير ساخته است.
به رغم پتانسيل هاي بسيار مناسب به منظور کاربرد انرژي زمين گرمايي، به دليل نبود سياستگذاري هاي کلان در زمينه ي به کارگيري انرژي تجديدپذير، و فقدان فناوري مناسب در خصوص حفاري عميق، مهندسي مخازن، ساخت و نيز بهره برداري از نيروگاه هاي زمين گرمايي، و بالاخره وجود رقيب سرسخت منابع ارزان سوخت هاي فسيلي، بهره برداري از پتانسيل هاي مزبور کماکان جدي گرفته نشده است.

مناطق مستعد انرژي زمين گرمايي در کشور

از سوي ديگر، هم گام با سياست دولت در راستاي کاهش وابستگي به اقتصاد تک محصولي، تحولي اساسي در سياست دولت مبتني بر کاربرد انرژي هاي تجديدپذير در حال شکل گيري است و دواير متعددي با محوريت مرکز انرژي هاي نو در وزارت نيرو، سازمان انرژي اتمي و نيز سازمان زمين شناسي، به عنوان متولي تهيه داده هاي پايه در حال کار روي موضوع مذکور هستند.
هم گام با سياست (مرکز انرژي هاي نو) وزارت نيرو براي جذب سرمايه گذاري خارجي در سال 1375، گروهي متشکل از کارشناسان ايراني و فيليپيني مبادرت به برداشت هاي تفصيلي زمين شناسي، هيدروژئوشيميايي و ژئوفيزيک در ناحيه ي (دره قطور) کردند. همچنين در اوائل سال 1376، هم گام با تشکيل گروهي متشکل از کارشناسان نيوزيلندي و ايراني، بنا شد اين گروه، مطالعاتي تفصيلي روي آتشفشان سبلان و پيرامون آن، مشتمل بر منطقه ي (سرعين)، انجام دهند. با عنايت به لزوم افزايش ظرفيت نصب شده ي نيروگاهي، به نظر مي رسد بهره برداري از انرژي هاي تجديدپذير به منظور تغيير در سبد انرژي، اجتناب ناپذير باشد. به کارگيري انرژي زمين گرمايي حداقل در نواحي شمال غربي کشور مي تواند، به عنوان گزينه اي به منظور تغيير کاربري سوخت هاي فسيلي مطرح شود و اين نکته وقتي حائز اهميت مضاعف مي گردد که توجه داشته باشيم، با وجود تمام فعاليت هاي عمراني صورت پذيرفته در سال هاي پس از انقلاب، ظرفيت نصب شده ي نيروگاهي کشور صرفا 22 هزار مگاوات افزايش يافته است (سازمان زمين شناسي ايران).