انرژی زمین گرمایی

دانشمندان بدنبال اكتشاف ميادين فورانی انرژی آب گرمايی در اقيانوس اطلس ميباشند
در ماموريت فوق محققين و كارشناسان در روی زمين و در دريا به طريق الكترونيكی با يكديگر در ارتباطند.
دانشمندان بين المللی كه از طريق موسسه ملی اقيانوس شناسی و جوشناسی ايالات متحده (ان. او. ا. ا.) تامين اعتبار شده اند در حال انجام ماموريت با اهميتی هستند كه عبارت از تحقيق و اكتشاف شهر گمشده اسرارآميز ميدان فورانی آب گرمايی در اقيانوس اطلس است.

يك خروجی يا برونراه فورانی آب گرمايی عبارتست از شكافی در سطح سياره زمين كه ممكن است در كف دريا واقع شده باشد، و از آن روزنه آب جوشان مركز زمين را با فشار به بيرون فوران ميدهد. برخلاف ساير نقاط اعماق دريا، نواحی اطراف يك برونراه آب گرمايی از نظر زيست شناختی حاصلخيز است، و غالبا ميزبان اجتماعات پيچيده زيست شناختی است كه از طريق مواد شيميايی كه در مايعات خروجی از برونراه حل ميشوند، تغذيه ميگردند.

چهار تن از دانشمندان مزبور همراه با اقيانوس شناس نامی دانشگاه رود آيلند ، باب بالارد ، بر كشتی تحقيقاتی ان. او. ا. ا. به نام رونالد اچ. بروان سفر و تحقيق ميكنند. مابقی ۲۱ نفر دانشمند همراه با اقيانوس شناس دانشگاه واشنگتن (يو. دبليو.) خانم دبورا كِلی از داخل كلاس درس در دانشگاه واشنگتن كار را دنبال ميكنند.

بر اساس گزارشی كه در ۲۸ ژوئيه توسط دانشگاه واشنگتن در اختيار مطبوعات گذاشته شد، كلاس درس مزبور به نوعی طراحی و تجهيز شده كه دانشمندان ميتوانند مستقيما با همكاران خود روی كشتی در ارتباط باشند، به تلاشهای تحقيقاتی آنان كمك كنند و خط دهند، در جريان پيشرفت كاری آنان بلافاصله قرار گيرند، و ارتباط دائمی خود را با ناوبری و مسافران كشتی بروان حفظ كنند. بعلاوه كل عمليات بوسيله مركز فرماندهی واقع در دانشگاه رود آيلند پشتيبانی و هدايت ميشود.

عمليات اكتشافی ۲۳ ژوئيه تا اول اوت بيانگر بازگشتی به ميدان برونراهی شهر گمشده است كه ابتدا در سال ۲۰۰۰ در حين يك گشت دريايی توسط بنياد ملی علم ايالات متحده كشف شد. ميدان كشف شده بر قله يك كوه در اعماق اقيانوس اطلس واقع است و شامل يك برونراه عظيم ۱۸ طبقه ايست كه بلندترين خروجی آب گرمايی است كه تا كنون ديده شده است.

خانم پروفسور كِلی در اين مورد ميگويد : ” استقرار اكثريت اعضاء يك تيم علمی اقيانوس شناسی در روی خشكی كاريست كه هرگز تا كنون امتحان نشده بود. اين راهكار درهای جديدی را بروی محققين خواهد گشود و فرصتی به گروه های بسيار گسترده تر محققين خواهد داد كه اعماق اقيانوسها را اكتشاف نمايند.”
دانشمندان روی خشكی و روی ناو بروان هر دو بطور يكسان به وسائط نقليه آرگوس و هركول كه به طريق كنترل از راه دور اداره ميشوند دسترسی دارند، و ميتوانند اعماق اقيانوس و ميدان مزبور را همزمان و در زمان واقعی ببينند.

استاد زمين شناسی دانشگاه دوك، جف كارسون، ميگويد : ” سيستم قوی روشنايی و نور پردازی امكانات بی سابقه ای در اختيار ما قرار داده كه مناطق وسيعی از كف دريا و نيز بخشهايی از ساختارهای زمين شناسی عمده آب گرمايی را، كه قبلا يا نديده بوديم يا تنها به نگاهی دزدكی بسنده كرده بوديم، به وضوح ببينيم.”

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 می گردد. 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(۱۰*۱/۵ متر مربع) ، مجموع کل اتلاف حرارت از سطح آن، برابر با ۴۲ ملیون مگاوات است. در واقع این میزان حرارت غیر عادی، عامل اصلی پدیده های زمین شناسی از جمله فعالیتهای آتشفشانی، ایجاد زمین لرزه ها، پیدایش رشته کوه ها( فعالیتهای کوه زایی) و همچنین جابجایی صفحات تکتونیکی می باشد که کره زمین را به یک سیستم دینامیک تبدیل نموده و پیوسته آن را تحت تغییرات گوناگون قرار می دهد.

امروزه با بهره گیری از فنآوریهای موجود، تنها بخش کوچکی از این منبع سرشار مهار شده و بطور اقتصادی قابل بهره برداری است.
بنابراین انرژی زمین گرمایی، همان انرژی حرارتی قابل استحصال از پوسته جامد زمین است. انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژی های تجدیدپذیر منشاء یک انرژی پایدار با فاکتور دسترسی ۱۰۰% است که بطور شبانه روزی در طول سال قابل بهره برداری است.

از انرژی زمین گرمایی در دو بخش کاربردهای نیروگاهی( غیر مستقیم) و غیر نیروگاهی ( مستقیم) استفاده می شود. تولید برق از منابع زمین گرمایی هم اکنون در ۲۲ کشور جهان صورت میگیرد که مجموع قدرت اسمی کل نیروگاههای تولید برق از این انرژی بیش از ۸۰۰۰ مگاوات می باشد. این در حالی است که بیش از ۶۴ کشور جهان نیز با مجموع ظرفیت نصب شده بیش از ۱۵۰۰۰ مگاوات حرارتی از این منبع انرژی در کاربردهای غیر نیروگاهی بهره برداری می نمایند.
نیروگاه زمین گرمایی تبخیر آنی

در این نیروگاه ها سیالی که معمولاً به حالت دوفاز مایع و بخار از اعماق زمین واز طریق چاه های زمین گرمایی استخراج می شود به مخزن جدا کننده هدایت شده و بدینوسیله فاز بخار از فاز مایع جدا می شود.بخار جدا شده وارد توربین شده و باعث چرخش پره های توربین می شود.پره ها نیز به نوبه خود محور توربین و در نتیجه محور ژنراتور رابه حرکت وا می دارند که باعث بوجود آمدن قطبهای مثبت و منفی در ژنراتور شده و در نتیجه برق تولید می شود.
نیروگاه زمین گرمایی با چرخه دو مداره(باینری(

در این نوع نیروگاه ها نیاز به مخزن جداکننده در تجهیزات نیروگاه وجود ندارد زیراآب گرم استخراج شده وارد مبدل حرارتی شده و حرارت خود را به سیال عامل دیگری که معمولاً ایزوپنتان می باشد و نقطه جوش پایینتری نسبت به آب دارد منتقل میکند. در این فرآیند ایزوپنتان به بخار تبدیل شده و به توربین منتقل می شود که در اینجا توربین و ژنراتور طبق توضیحات فوق می توانند برق تولید کنند.

از کاربردهای مستقیم انرژی زمین گرمایی میتوان به مواردی همچون احداث مراکز آب درمانی و تفریحی-توریستی ، گرمایش انواع گلخانه، احداث مراکز پرورش آبزیان و طیور، پیش گیری از یخ زدگی معابر در فصل سرما، تامین گرمایش و سرمایش ساختمانها توسط پمپهای حرارتی زمین گرمایی اشاره نمود.
از گرمای درون زمینی كه زیر پای ما قرار دارد، منبع بسیار عظیم انرژی است. این انرژی كه به صورت حرارت از اعماق زمین به سطح آن هدایت می شود در صورت توسعه فناوری استخراج آن، به تنهایی قادر خواهد بود كلیه نیازهای انرژی امروز و آینده بشر را تامین كند.

زمینی كه زیر پای ما قرار دارد، منبع بسیار عظیم انرژی است. این انرژی كه به صورت حرارت از اعماق زمین به سطح آن هدایت می شود در صورت توسعه فناوری استخراج آن، به تنهایی قادر خواهد بود كلیه نیازهای انرژی امروز و آینده بشر را تامین كند. طبق محاسبه ها، مشخص شده است كه انرژی حرارتی ذخیره شده در ۱۱ كیلومتر فوقانی پوسته زمین معادل پنجاه هزار برابر كل انرژی به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته شده امروز جهان است. پس این منبع عظیم انرژی می تواند در آینده جایگزین قابل اطمینانی برای انرژی حاصل از سوخت های فسیلی باشد. البته بدیهی است كه بهره برداری گسترده از ذخایر انرژی زمین گرمایی، مستلزم توسعه بیشتر در زمینه تكنیك های اكتشاف و استخراج آن است.

●انرژی زمین گرمایی چیست
اصطلاح زمین گرمایی ترجمه واژه Geothermal است كه ریشه یونانی داشته و از كلمات Geo به معنای زمین و Therme به معنی حرارت تشكیل شده است. در حقیقت انرژی زمین گرمایی، انرژی ای است كه از سیال آب داغ یا بخارداغ موجود در اعماق زمین به دست می آید.

این انرژی در مخزن زمین گرمایی متمركز شده است كه برای دسترسی به آن در محل مخزن، چاهی عمیق حفر می كنند. سیال خروجی از چاه، عامل انتقال انرژی از مخزن به سطح زمین است. البته عمق مخزن زمین گرمایی نباید بیش از سه هزار متر باشد زیرا بهره برداری از انرژی آن با فناوری كنونی بشر توجیه اقتصادی ندارد. با افزایش عمق زمین درجه حرارت افزایش می یابد. این افزایش حرارت را شیب حرارتی می نامند. تمام منابع انرژی زمین گرمایی در نقاطی واقع شده اند كه از شیب حرارتی بالایی برخوردارند.
●تاریخچه
این انرژی از ابتدای خلقت مورد استفاده انسان بوده است. بدین ترتیب كه از آن برای شست وشو، پخت وپز، استحمام، كشاورزی و درمان بیماری ها استفاده می شد. اسناد و مدارك موجود ثابت می كند كه ساكنان كشورهایی نظیر چین، ژاپن، ایسلند و نیوزیلند در گذشته های دور از این انرژی استفاده می كردند. در سال ۱۸۲۸ فردی به نام لاردرللو در كشور ایتالیا برای تهیه اسید بوریك از حرارت آب های گرم به جای سوزاندن هیزم استفاده كرد. در سال ۱۹۰۸ در منطقه

مذكور نخستین نیروگاه زمین گرمایی به ظرفیت ۲۰ كیلووات راه اندازی شد كه در سال ۱۹۴۰ ظرفیت آن به ۱۲۷ مگاوات افزایش یافت. تا سال ۱۹۵۰ بهره گیری از انرژی زمین گرمایی رشد چندانی نداشت، اما حد فاصل سال های ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۳ به دلیل گران شدن بی سابقه و ناگهانی نفت، همه كشورها به فكر استفاده از انرژی های جایگزین افتادند و به تدریج كشورهایی چون آمریكا، ایسلند، فیلیپین، اندونزی و اغلب كشورهایی كه روی كمربند زمین گرمایی جهانی قرار داشتند بهره برداری از این انرژی را شروع كردند.

●نشانه های انرژی زمین گرمایی
مهمترین نشانه های منابع زمین گرمایی موارد زیر است:
سنگ های آتشفشانی جوان جوان تر از یك میلیون سال
چشمه های آبگرم

بخارفشان یا گازفشان
آب فشان

نواحی دگرسان شده
گل فشان
كوه های آتشفشانی فعال
البته ذكر این نكته ضروری است كه برای آغاز بررسی های اكتشافی در یك منطقه زمین گرمایی، بیش از یك نشانه باید در منطقه وجود داشته باشد.
●موارد كاربرد انرژی زمین گرمایی
پس از انجام بررسی های اكتشافی و حفر چاه های اكتشافی و تولیدی در میدان زمین گرمایی، مسئله كاربرد انرژی زمین گرمایی مطرح می شود. مهمترین عامل در تعیین نوع كاربرد مخزن زمین گرمایی، درجه حرارت آن است. امروزه منابع زمین گرمایی را بر اساس درجه حرارت به سه دسته كلی حرارت بالا، حرارت متوسط و حرارت پایین تقسیم می كنند. مبنای این تقسیم بندی، درجه حرارت مخزن در عمق یك كیلومتری زمین است. به این ترتیب كه اگر درجه حرارت مخزن در عمق مذكور بیش از ۲OOC باشد آن را حرارت بالا می نامند. درجه حرارت مخازن حرارت متوسط و پایین به ترتیب بین ۱۵۰C و ۲۰۰C و كمتر از ۱۵۰C است. امروزه از مخزن های زمین گرمایی به دو صورت عمده كاربرد غیر مستقیم تولید برق و كاربرد مستقیم انرژی حرارتی استفاده می شود.