مقدمه
اصطلاح ژئوترمال واژه اي است يوناني كه از كلمات Geo به معناي زمين و ther/ me به معني حرارت تشكيل شده است و انرژي زمين گرمايي هم ناميده مي شود. اين انرژي از سيال داغ موجود دراعماق زمين به دست مي آيد. در واقع آب داغ يا بخار خروجي از زمين عامل انتقال انرژي ازمخزن ژئوترمال به سطح زمين است. اين انرژي در مخزن زمين گرمايي، متمركز شده است كه براي دسترسي به آن در محل مخزن ، چاهي عميق حفر مي شود.

طبق محاسبات به عمل آمده مشخص شده است كه انرژي حرارتي ذخيره شده در ۱۱ كيلومتر فوقاني پوسته زمين ، معدل ۵۰ هزار برابر كل انرژي به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته امروز جهان است.
اين منبع طبيعي فراوان و تميز ، به طور پيوسته و يكنواخت در دسترس است در حال حاضر در بيشتر كشورهاي پيشرفته ، بخار ژئوترمال و آب داغ براي توليد انرژي الكتريكي با كمترين تاثيرات محيطي مورد استفاده قرار مي گيرد. آب هاي گرم مستقيماَ از زمين ، براي گرم كردن گلخانه ها، حوضچه هاي پرورش ماهي و سيستمهاي گرمايش و سرمايش و غيره به كار مي روند. همچنين پمپهاي حرارتي ژئوترمال را مي توان تقريباَ در هر جايي نصب كرده بهره برداري از انرژي ژئوترمال به عنوان يك منبع انرژي پتانسيل در اعماق زمين، مستقل از شرايط جوي بوده و قابليت جوابگويي به نياز كنوني و آتي بشر دارد.

امروزه از ژئوترمال در ۲۱ كشور جهان براي توليد الكتريسته و در ۵۵ كشور دنيا براي استفاده مستقيم از منابع استفاده مي شود. بديهي است كه بهره برداري گسترده از ذخاير انرژي ژئوترمال مستلزم تحقيق و توسعه بيشتر در زمينه روش هاي اكتشاف و استخراج آن است.
تاريخچه ژئوترمال در جهان:
اين انرژي از ابتداي خلقت مورد استفاده انسان بوده است. به اين ترتيب كه از آن براي شستشو، پخت و پز، استحمام، كشاورزي و درمان بيماريها استفاده مي شده است. اسناد و مدارك موجود ثابت ميكند كه ساكنان كشورهايي نظير چين، ژاپن اسلند و نيوزلند در گذشته هاي دور از اين انرژي استفاده مي كردند. در سال ۱۸۲۸ فردي به نام لار در للو در كشور ايتاليا براي تهيه اسيدبوريك به جاي سوزاندن هيزم از حرارت آبهاي گرم استفاده كرد كه بعدها نام محل اجراي طرح مزبور را لاردرللو ناميدند.

در سال ۱۸۷۰ با روش هاي پيشرفته علمي نوع رفتار حرارتي زمين مورد مطالعه قرار گرفت. نخستين تلاش ها در لاردرللو در سال ۱۹۰۴ براي توليد برق با استفاده از انرژي ژئوترمال صورت گرفت. در سال ۱۹۰۸ در همان منطقه، نخستين نيروگاه ژئوترمال به ظرفيت ۲۰ كيلووات راه اندازي شد كه در سال ۱۹۴۰ ظرفيت آن به ميزان ۱۲۷ مگاوات افزايش يافت تا سال ۱۹۵۰ بهره گيري از انرژي ژئوترمال رشد چنداني نداشت اما حد فاصل سال هاي ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۳ بهره گيري از انرژي

ژئوترمال رشد چنداني نداشت اما حد فاصل سال هاي ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۳ به دليل گران شدن بي سابقه و ناگهاني نفت، همه كشورها به فكر استفاده از انرژي هاي جايگزين افتادند و به تدريج كشورهايي چون امريكا ، اسيلند، فيليپين، اندونزي و اغلب كشورهايي كه روي كمربند ژئوترمال جهاني قرار دارند شروع به بهره برداري از اين انرژي كردند.

تاريخچه ژئوترمال در ايران:
شناخت انرژي ژئوترمال در ناحيه دماوند در چهارچوب بررسي هاي انرژي ژئوترمال در مناطق آذربايجان و دماوند از سال ۱۹۷۵ به وسيله شركت ايتاليايي انل (ENEL) و با نظارت وزارت نيرو آغاز شد و تا سال ۱۹۸۳ به طول انجاميد. اين مطالعات شامل زمين شناسي نوري ، زمين شناسي، آتشفشان شناسي، آب شناسي، هيدرولوژي، ژئوشيمي و ژئوفيزيك است.

سازمان انرژي هاي نو ايران (سانا) وابسته به وزارت نيرو از سال ۱۳۷۴ فعاليت رسمي خود را آغاز كرده تا از انرژي هاي نو مانند انرژي خورشيدي، انرژي ژئوترمال، انرژي باد، بيوماس و بيوگاز، انرژي امواج و غيره بهره گيري كند.
استفاده از انرژي ژئوترمال در ايران به سال هاي دور مي رسد به طوري كه مردم به شيوه هاي سنتي از اين انرژي در محل هايي كه چشمه آب گرم وجود داشت، در قالب حمامها و استخرهاي شنا جهت مصارف آب درماني و تفريحي استفاده مي كردند. هم اكنون مطالعات احداث اولين نيروگاه ژئوترمال در كشور توسط سا زمان انرژي هاي نو وابسته به وزارت نيرو در منطقه مشكين شهر در حال اجرا است كه تا كنون سه حلقه چاه اكتشافي به عمق هاي حدود ۳۲۰۰ متر، ۳۱۷۰ متر و ۲۲۰۰ متر جهت برآورد و تخمين پتانسيل انرژي ژئوترمال در منطقه سبلان حفاري شده است و نتايج اوليه حاكي از وجود پتانسيل بالا و مطلوبي براي احداث نيروگاه در اين منطقه است. همچنين در اين سازمان پروژه پمپ حرارتي در شهر تبريز جهت تأمين گرمايش و سرمايش ساختمان ها در حال انجام است. تاكنون مناطقي از ايران كه داراي پتانسيل مناسب جهت بهره برداري از انرژي ژئوترمال هستند، مورد مطالعه قرار گرفته اند و پروژه هاي تحقيقاتي در اين زمينه در دست مطالعه و اجرا مي باشد.

گرماي زمين
گرماي دروني زمين به تدريج با افزايش عمق، افزايش مي يابد( ۳ درجه به ازاي هر ۱۰۰ درجه كه در مناطق آتشفشاني جوان اين ميزان حدود ۳ تا ۵ برابر است) به طوريكه در مركز زمين اين گرما به بيش ۴۲۰۰ درجه سانتي گراد (۷۶۰۰ درجه فاز نهايت ) از مي رسد. بخشي از اين گرما مربوط به آثار باقي مانده از توده اي آتشين مانند در حدود ۵/۴ بيليون سال پيش مي باشد، اما بيشتر اين گرما از فساد و زوال ايزوتوپ هاي راديواكتيو به وجود آمده است. همانطور كه گرما به طور طبيعي از نواحي گرمتر به نواحي سردتر حركت مي كند، گرماي زمين هم همراه يك افت و خيز نسبي از

مركز به سطح جريان دارد يعني از جايي كه ۴۲ ميليون مگاوات گرما تخمين زده شده كه مدام در فضا بخش مي گردد. حجم ذخيره شده اين گرماي بي اندازه را نمي توان بدست آورد، زيرا گرماي دروني كمي به سطح مي رسد. بر اساس نظريه تكتونيك صفحه اي، مشخص شده است كه مقداري از اين گرما ، كه در اعماق مطلوب براي استخراج تجاري آن تمركز يافته، مراقبت مي شود. طبق اين نظريه پوسته زمين از تعدادي صفحه تشكيل شده است كه نسبت به يكديگر درحال

حركتند. اين صفحات متحرك روي ماده نيمه سيالي كه در عمق تقريبي ۱۰۰ كيلومتري واقع شده است، قرار دارد. با توجه به اينكه مرز صفحات مزبور جز مناطق فعال زمين است مناطق زلزله خيز فعال آتشفشاني و ذخاير زمين گرمايي جهان نيز روي اين مناطق واقع شده است. جايي كه دو صفحه با هم برخورد مي كنند معمولاَ يكي به زير ديگري مي رود. در عمق زياد ، درست بالاي صفحه اي كه به پايين رفته، گرماي دروني، به اندازه اي بالا مي رود كه مناسب ذوب سنگها مي باشد. در نتيجه جرم ماگما كه تراكم كمتري نسبت به محيط سنگها دارد تا پوسته و گاهي اوقات تا آتشفشانهاي محترق صعود مي كند.
تحت شرايط درست اين گرماي نزديك سطح زمين مي تواند توليد تجاري انرژي ژئوترمال را فراهم كند.
نشانه هاي انرژي ژئوترمال
مهمترين نشانه هاي منابع ژئوترمال عبارت است از: سنگهاي آتش فشاني جوان (جوانتر از يك ميليون سال )، چشمه هاي آب گرم، بخار فشان يا گاز فشان ، آب فشان (گايرز)، نواحي و دگرسان شده، گل فشان و كوههاي آتشفشاني فعال.
براي آغاز مطالعات اكتشافي در يك منطقه زمين گرمايي ، بيش از يك نشانه بايد در منطقه وجود داشته باشد.

در كل نواحي كه داراي پتانسيل انرژي ژئوترمال هستند منطبق بر مناطق آتشفشاني و زلزله خيز جهان هستند.
مخزن ژئوترمال
توده يا حجمي از سنگهاي نفوذپذير و متخلخل است كه در اعماق مختلف زمين قرار داشته و خلل در فرج آن ها را آب داغ يا بخار تحت فشار اشغال كرده است. مخازن ژئوترمال تحت شرايط خاص زمين شناسي به وجود مي آيند. گسل ها يكي از عوامل مهم كنترل كننده اندازه و شكل مخازن زمين گرمايي هستند.

عمق اين مخازن نبايد بيش از سه هزار متر باشد زيرا بهره برداري از انرژي آن بافن آوري كنوني بشر، توجيه اقتصادي ندارد.
اجزاي يك مخزن زمين گرمايي عبارتند از:
۱٫ سنگ مخزن كه سنگي نفوذپذير و متخلخل است.

۲٫ سيال مخزن كه آب داغ يا بخار تحت فشار است.
۳٫ سنگ پوشش كه سنگي متراكم و غير قابل نفوذ بوده و مانع خروج سيال از مخزن و در نتيجه افت فشار آن مي شود.
۴٫ منبع حرارت كه ممكن است عوامل مختلفي باشد مانند يك توده نفوذي آذرين جوان و عميق يا حرارت حاصل از حركات زمين يا تجزيه عناصر راديواكتيو
۵٫ منبع سيال كه بارش هاي جوي، منابع آب زيرزميني و يا آب موجود در ماگماست.

انواع مخازن ژئوترمال
۱ـ مخازن گرمايي: در حال حاضر اين دسته از مخازن تنها مخازن اقتصادي جهان است كه حاوي سيال بوده و بر حسب نوع سيال به دو دسته آب بالنده و بخار بالنده تقسيم مي شوند . مخازن آب بالنده فراوانتر از مخازن بخار بالنده است. كشورهاي نيوزلند و ايسلند داراي تعداد قابل توجهي مخازن آب بالنده است . در مخازن بخار بالنده بخار تحت فشار با دماي زياد منبسط شده و به بخار خشك فوق العاده گرم تبديل مي شود. در مخازن آب بالنده حجم آب داغ بيش از حجم بخار و گاز مخزن است. حدود ۹۵% مخازن ژئوترمال را مخازن آب بالنده تشكيل مي دهد. منابع تآمين كننده آب اين مخازن بارش هاي جوي و آبهاي سطحي است هر چه حجم آب داغ قابل استخراج مخزن بيشتر باشد، بهره برداري از آن اقتصادي تر است.

۲ـ مخازن سنگ داغ خشك: در نواحي كه سنگهاي متراكم و آذرين و داغ و بدون تخلخل در عمق كم قرار دارند مي توان آب را به طور مصنوعي به سنگها تزريق كرد. لابه لاي سنگها آبها بخار شده و به بالا صعود ميكند و براي توليد برق مورد استفاده قرار مي گيرد. اين طرح از نظر اقتصادي به صرفه نيست و در مرحله مطالعاتي است.
۳ـ مخازن تحت فشار: اين گونه مخازن در اعماق زياد (بيش از چهار هزار و ۶۰۰ متر) قرار دارد. اين گونه مخازن از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نيستند و اكثراَ در حين انجام مطالعات اكتشافي ذخاير نفت و گاز شناسايي شده اند.

۴ـ مخازن ماگمايي : در برخي نقاط كره زمين به ويژه در مناطق فعال آتشفشاني توده هاي آذرين جوان كم عمق وجود داردكه داراي انرژي حرارتي فوق العاده زيادي هستند. اين توده هاي آذرين را مخازن ماگمايي مي نامند كه بهترين نمونه آن در جزاير هاوايي وجود دارد. اين طرح نيز با مشكلاتي نظير خطرات حفاري و عدم كارايي روش هاي ژئوفيزيكي كنوني در حرارتهاي بالا مواجه است.

تكنولوژي ژئوترمال
امروزه، تنها عالي ترين درجات منابع ژئوترمال مي توانند مورد استفاده اقتصادي قرار بگيرند. مانع اصلي در راه پيشرفت سريع جهان گسترده ژئوترمال، گراني و تكنولوژي نامناسب و محدود مي باشد. پيشرفت اين تكنولوژي

نياز به مراكز تحقيق به ويژه نظارت بر كاوش ها و اكتشافات حفاري و طراحي نيروگاهها دارد.
ـ كاوش و اكتشاف
تكنيكهاي ژئوفيزيكي، ژئوشيمي و زمين شناسي براي تعيين محل منابع ژئوترمال مورد استفاده قرار مي گيرند. يكي از مشكلات اساسي كه كمپاني هاي ژئوترمال با آن مواجه هستند، اينست كه چطور اقتصادي ترين و مؤثرترين مكان را براي حفر چاهها پيشگويي كنندكه بيشترين شانس براي به هم رسيدن كانالهاي جريان گرما و مخازن گرمايي عميق وجود داشته باشد.
روش هاي جديد ژئوشيمي و زمين شناسي و سنورهاي با حساسيت بالا بسياري از اكتشافات را ميسر مي سازد اما هنوز جا براي پيشرفت در آينده به منظور به حداقل رساندن هزينه هاي اكتشاف اما نه توليد چاههاي خشك وجود دارد.

در زمين شناسي آنچه از نقطه نظر ژئوترمال پر اهميت است تراوايي سنگهاست و در نتيجه اينكه كداميك از اين سنگها و طبقات رسوبي به عنوان سنگ مخزن و كداميك به صورت سنگ پوششي عمل مي كنند. همچنين با استفاده از نظريه تكنوييك صفحه اي مي توان نحوه پراكندگي مناطق ژئوترمال جهان را توجيه كرد. به طور كلي ، استخراج و اكتشاف بدون شناخت و وضعيت زمين شناسي منابع ژئوترمال ممكن نيست. مطالعات ژئوشيمي شامل نمونه برداري و آزمايش نمونه

هاي متعدد از آب هاي جاري، گازها ، رسوبات ، آلتراسيون و آب چشمه ها و غيره است كه با توجه به نتايج حاصل مي توان محدوده هايي كه از نظر اكتشافات انرژي ژئوترمال پر اهميت هستند را مشخص كرد. به عنوان مثال تغييرات در محدوده هاي زياد نشانگر وجود آبخيزهاي متعدد و اختلاط آب هاي ژئوترمال با آب هاي سطحي است. استفاده از داده هاي ايزوتوپي كه از طريق مدار تريتيوم موجود درمحل ظهور آب چشمه ها مي توان زمان توقف آب ها را در يك مخزن عميق تخمين زد. اب چشمه هاي سرد داراي مقادير زياد تريتيوم و آب چشمه هاي گرم داراي مقادير كمتري تريتيوم بوده كه اين مورد نشانگر گردش طولاني تر آب چشمه هاي گرم است.

همچنين از طريق كاربردهاي ژئوترمومترهاي مختلف مي توان درجه حرارت مخزن ژئوترمال را تخمين زد.
براي اكتشاف مخزن ژئوترمال، استفاده از روش هاي ژئوفيزيكي هم ضروري مي باشد مثلاً در ناحيه دماوند روش هاي ژئوفيزيكي تلوريك و مگنتوتلوريك براي اكتشاف مخزن ژئوترمال به كار گرفته شد.
مطالعات حرارت سنجي نيز به منظور اندازه گيري شيب حرارتي و مقدار جريان حرارت در زير سطح زمين انجام مي گيرد. همچنين ميزان پتانسيل حرارتي را با توجه به داده هايي همچون درجه حرارت سيال مخزن ضخامت سنگ مخزن، ميزان تخلخل سنگ ، مخزن، درجه حرارت پس از بهره برداري و …. محاسبه مي كنند.
به دنبال استفاده مفيد از بعضي انواع سيستمهاي سنور، بايد اين سيستمها معرفي و مطرح گردند. اخيراً نتايج چندين پروژه و انواع سنسورهاي به كار رفته در آنها توسط كمپاني هاي سازنده دستگاهها به نمايش گذاشته شده و آزمايشات آنها شرح داده شد.

هنوز هم بيشتر سنسورهاي معمول در زمينه بازديد و نقشه برداري ، دوربين هاي فيلمبرداري قديمي هستند. فرض بر اينست كه حدود ۱۰۰۰ سيستم گسترده جهاني قابل دسترسي وجود دارد كه از آن تعداد، حدود ۵۰۰ دوربين، روزانه استفاده مي گردند. انواع مناسب آن كه در معرض انعكاس هاي سياه و سفيد، رنگي و مادون قرمز هستند براي نقشه برداري فتوگرامتريك و تفسير و ترجمه به كار گرفته مي شوند. در پيشرفتهاي اخير، سنسورهاي ديجيتال چشمي جايگزين دوربين هاي فيلمبرداري شده اند. كه آزمايشات و اولين پروژه تجاري، نتايج خيلي منطقي در خصوص

استعمال اين سيستم نشان داد. علاوه بر سنسورهاي چشمي براي نقشه برداري مانند استريوهاي فتوگرامتريك يا عكس هاي درست ديجيتالي، سيستمهاي LiDAR هستند كه با پيشرفت سريع اين سيستمها در طول ۱۲ سال گذشته تا حال، روز به روز قابل اجراتر و نتيجه بخش تر بوده اند. به عنوان مثال ، با استفاده از برخي روش هاي اندازه گيري، قطر دهنده داخلي سيستم در نقشه برداري LiDAR با دقت بالاي ۱۵ سانتي متر نشان داد.
در ميان همه سيستمهاي چند طيفي مختلف، طرح هاي اسكن گرما خيلي اوقات براي مشاهده و كنترل گرماي قسمت هاي مختلف زمين مانند رودخانه ها، درياچه ها و پمپ هاي حرارتي و غيره مورد استفاده قرار مي گيرند.

از ۱۰ سال پيش تا اكنون سيستمهاي LiDAR همراه با سيستم هاي Gps/Ins كه با موفقيت بالا همراه بوده، استفاده مي شوند. دريافت كننده GpsوINS با هم ، همراه با يك سيستم ليزري يك واحد فشرده و تركيبي است.
ـ حفاري
به خاطر اينكه جريانات ژئوترمال حرارت بالايي دارند مي توانند خورنده و فاسد كننده باشند كه اين در مخازن سخت اتفاق مي افتد. حفر چاههاي ژئوترمال نسبت به حفر چاههاي نفت و گاز خيلي مشكل تر و گرانتر مي باشد. حفر هر چاه ژئوترمال ۱ ميليون دلار تا ۴ ميليون دلار هزينه دارد كه ممكن است در يك فضاي كاملاً پيشرفته به وجود ۱۰ تا ۱۰۰ چاه نياز باشد. حفر چاه ها مي تواند به آساني حدود ۵۰% – ۳۰ از هزينه هاي مالي كل پروژه را شامل شود.

در آلمان ، فقط حفر چاهها حدود ۳ ميليون DM هزينه داشته كه مجموع مخارج براي تأسيسات ژئوترمال حدود ۱۲ ميليون DM بوده است. از طرف ديگر قيمت هر مگاوات ساعت از انرژي كه ثابت خواهد بود بين ۱۸۰-۱۵۰ DM است كه حدود ۹۰ DM از هر MWh توسط مشتري شارژ مي شود، بنابراين نيمي از سرمايه اي كه در يك سال گذاشته مي شود به دين طريق باز مي گردد. همچنين اداره ضمانت انرژي ايالت متحده با اختراعات متعدي كه در زمينه حفاري داشته است باعث شده تا هزينه هاي حفاري در امريكا و ساير نقاط دنيا كاهش يابد.
نيروگاهها
دو تغيير مهم در نيروگاهها در توانايي توليد انرژي ژئوترمال به شدت تأثير داشته است:
۱٫ كارايي و توانايي تبديل انرژي ژئوترمال به الكتريسيته

۲٫ مخارج لوازم و ساخت
افزايش اولي و كاهش دومي منجر به پيشرفت هاي سودمندي در انرژي ژئوترمال خواهد شد. براي رسيدن به اين اهداف برنامه هاي تحقيقاتي ژئوترمال انجام شد و اجراي آن با موفقيت در آزمايشگاه هاي ملي و دانشگاهها تحت حمايت اداره انرژي ، دفتر تكنولوژي باد و ژئوترمال و با حمايت اساسي از صنعت ژئوترمال ايالات متحده شروع شده است. همچنين برنامه هاي تحقيقاتي قوي در جوامع اروپايي، ژاپن، نيوزلند، ايسليند، ايتاليا، اندونزي، فيليپين، مكزيك و آمريكاي مركزي وجود دارد. در نتيجه اين تحقيقات و پيشرفت هايي كه در اين تكنولوژي حاصل

شد، هزينه توليد از منابع ژئوترمال طي دو دهه گذشته حدود ۲۵% كاهش يافته است.
مزاياي استفاده از انرژي ژئوترمال
امروزه توليد انرژي به كمك منابع سوختهاي فسيلي يا نيروگاههاي هسته اي با آلودگي قابل ملاحظه محيط زيست توام ست. انرژي ژئوترمال علاوه بر تجديد پذير بودن در مقايسه با ساير منابع توليد انرژي آلايندگي كمتري داشته و جزو منابع پاك انرژي به شمار مي رود. البته اين به اين معنا نيست كه انرژي ژئوترمال كاملاً فاقد آلودگي است ولي ميزان آلايندگي آن نسبت به نيروگاههاي فسيلي يا هسته اي به حدي كم است كه مي توان با هزينه نسبتاً كمي آن را به حداقل ممكن رساند. البته برخي نيروگاهها و طرح هاي بهره برداري از اين انرژي كاملاً فاقد آلودگي هستند.
از سوي ديگر، ميزان آاودگي تأسيسات مزبور ، ارتباط مستفيمي با درجه حرارت منبع ژئوترمال دارد ،به اين ترتيب كه منابع حرارت پايين نسبت به منابع حرارت بالا آلودگي كمتري توليد مي كنند و همچنين طرح هاي كاربرد مستقيم نيز كمتر از نيروگاههاي ژئوترمال ، محيط زيست را آلوده مي كنند. مزاياي ژئوترمال را مي توان به دو دسته كلي مزاياي زيست محيطي و كابردي تقسيم بندي كرد.
الف) مزاياي زيست محيطي
يكي از دلايل مهمي كه سبب گسترش روز افزون استفاده از انرژي ژئوترمال در سراسر جهان شده مزاياي زيست محيطي آن است. بدين ترتيب كه از يك سو نيروگاهها و طرح هاي كاربرد مستقيم اين انرژي آلودگي بسيار كمي توليد مي كنند و از سوي ديگر با صرفه جويي در مصرف سوختهاي فسيلي كمك شاياني به پاكيزگي محيط زيست مي شود. مهمترين مزاياي زيست محيطي كاربرد انرژي ترمال عبارتند از: عدم آلودگي هوا و منابع آب زير زميني و عدم نياز به زمين وسيع .
۱- عدم آلودگي هوا
نيروگاهها از جمله كانونهاي مهم آلاينده هواست كه هر ساله با توليد حجم زيادي از گازهاي گلخانه اي و ساير تركيبات زيان آور موجبات تخريب محيط زيست را فراهم مي آورند.

خوشبختانه نيروگاههاي زمين گرمايي به دليل توليد بسيار كم گازهاي مضر جزو پاكيزه ترين انواع نيروگاههاي توليد برق به شمار مي روند. البته ميزان آلايندگي اين دسته از نيروگاهها بر حسب نوع سيكل توليد برق به كار رفته متفاوت است. مثلاً سيكل بخار خشك بيشتر از تبخير آني گازهاي آلاينده توليد مي كند، در صورتيكه اگر از سيكل هاي دو مداره استفاده شود به دليل اينكه آب داغ در يك مدار بسته جريان داشته و با محيط بيرون ارتباط ندارد ميزان آلايندگي به صفر مي رسد. همچنين تمام سيال خروجي پس از انجام كار، دوباره به زمين تزريق مي شود. ميزان توليد گازهايي چون NH4,SO2,CO2در نيروگاههاي ژئوترمال درصد بسيار كمي از ميزان توليد اين گازها در

نيروگاههاي فسيلي است.
دقيقاً به اين معني كه انتشارات گازدار از نيروگاههاي انرژي ژئوترمال مي تواند در اصل صفر خالص فرض شود.
گاز دي اكسيد كربن ((Co2
اين گاز از جمله مهمترين گازهاي گلخانه اي است كه جزو گازهاي آلاينده به شمار نمي رود ولي باعث افزايش درجه حرارت كره زمين مي شود. ميزان توليد گازهاي گلخانه اي توليد شده در نيروگاههاي زمين گرمايي نسبت به ساير نيروگاهها به قدري كم است كه اگر يك كيلو وات ساعت برق توليدي از نيروگاههاي فسيلي را با يك كيلووات ساعت برق توليدي از نيروگاه زمين گرمايي جايگزين كنيم در حدود ۹۵% كاهش خواهد يافت. از آنجا كه در اغلب سيستم هاي ژئوترمال، ميزان گازهاي غيرقابل معيان كمتر از پنج درصد وزني بخار توليد شده از سيستم را تشكيل مي دهد لذا ميزان خارج شده از نيروگاههاي زمين گرمايي در مقايسه با نيروگاههاي فسيلي بسيا

ر كمتر است.
امروزه با تزريق آب داغ خروجي از نيروگاه به درون مخزن ژئوترمال از توليد همين مقدار كم هم جلوگيري مي كند.

– سولفيد هيدروژن (H2S)
يكي از گازهايي است كه نيروگاههاي ژئوترمال توليد مي كند كه اين گاز پس از خروج از نيروگاه توسط تركيبات موجود در هوا اكسيد شده و به SO2 تبديل مي شود كه خود يكي از عوامل اصلي ايجاد باران هاي اسيدي است. امروزه به كمك فرايندهايي، H2S خروجي از نيروگاه را تا حدود ۹۹٫۹ درصد كاهش مي دهند. همچنين با تزريق مجدد آب داغ خروجي به مخزن تا حد زيادي از انتشار گاز SO2 در هوا جلوگيري مي‌كنند.
– آمونياك (N3H)

اين گاز به ميزان كم در سيستمهاي ژئوترمال توليد شده كه پس از خروج از نيروگاه در اتمسفر اكسيد شده و به نيتروژن و آب تبديل مي شود و از آنجا كه در نيروگاههاي ژئوترمال هيچ گونه احتراقي رخ نمي دهد لذا در اين قبيل نيروگاهها هيچ يك از تركيبات NOX نيز توليد نمي شود.
استفاده از انرژي ژئوترمال به صورت توليد برق يا كاربرد مستقيم مخاطرات زيست محيطي مهمي را در بر نداشته و گازها و تركيبات آلاينده كمي را به محيط زيست وارد مي كند. به عنوان مثال تنها در ايالات متحده توليد برق از منابع ژئوترمال هر ساله مانع از انتشار ۲۲ ميليون تن ÷CO2 ،۲۰۰۰ هزارتن NOX و ۱۱۰ هزار تن ذرات معلق به درون جو مي شود.
شايان ذكر آن كه طرحهاي كاربرد مستقيم از آلودگي بسيار كمي برخوردارند به دليل درجه حرارت كمتر منابع حرارت پايين ميزان گازها و ساير تركيبات محلول موجود در اين مخازن كمتر است.

۲- عدم آلودگي منابع آب
آب داغ خروجي از نيروگاههاي ژئوترمال علاوه بر درجه حرارت بالا معمولاً برخي تركيبات محلول نيز دارد كه آلاينده محيط زيست است. از جمله اين تركيبات مي توان به Hg,As,B,NaCl اشاره كرد. طرحهاي كاربرد مستقيم انرژي نسبت به نيروگاهها از آلايندگي كمتري برخوردارند به نحوي كه پس از خنك شدن سيال مي توان آن را به محيط رها كرد. امروزه با تزريق مجدد سيال خروجي از نيروگاه بخش اعظم مشكلات ناشي از رهاسازي پساب نيروگاههاي ژئوترمال رفع شده است. شايان ذكر است كه در تمام چاههاي ژئوترمال چه در حين حفاري و در چه در زمان توليد آب داغ يا بخار، محيط درون چاه به وسيله لوله هاي جداري از محيط اطراف خود مجزا مي‌شود به وسيله لوله هاي جداري از محيط اطراف خود مجزا مي شود كه اين امر سبب عدم نفوذ آب داغ و بخار بخش هاي عميق مخزن به سفره هاي زيرزميني كم عمق مي شود.

همچنين چاههاي توليد و تزريق نيز با روكش هايي از جنس استيل و تيتانيوم براي جدا شدن جريان از محيط پوشيده شده اند. با مصرف آب گرم، آب از جايي كه در گردش است به مخازن بر مي گردد. اين كار مشكل مصرف آب را به سادگي حل كرده و به تحمل فشار مخازن و تمديد منابع توليدي موجود كمك مي كند.

علاوه بر اين اخيراً در يكي از ميادين ژئوترمال ايالت كاليفرنيا، فاضلاب شهري مجاور ميدان را پس از تصفيه به درون مخزن تزريق مي كنند كه اين طرح ابتكاري علاوه بر افزايش طول عمر مخزن، مشكل دفع فاضلاب شهري را نيز مرتفع مي كند.
۳- عدم نياز به زمين وسيع
برعكس نيروگاههاي متعارف، نيروگاههاي ژئوترمال به زمين بسيار كمتري نياز دارند، به طوريكه يك نيروگاه ژئوترمال معمولي كه مساحت آن حدود ۴۰۰ مترمربع باشد قادر است معادل يك گيگاوات ساعت برق را به مدت ۳۰ سال تأمين كند. در کنار اغلب نيروگاههاي ژئوترمال يا طرح هاي كاربرد مستقيم، كشاورزان بدون هيچ گونه مشكلي به انجام امور روزمره خود مي پردازند. به عنوان مثال در منطقه امپريال ولي در جنوب كاليفرنيا كه يكي از بزرگترين نواحي كشاورزي در جهان است، تقريباً ۱۵ نيروگاه بزرگ ژئوترمال با توليد بيش از ۴۰۰ مگاوات انرژي الكتريكي را موجود مي باشد. يكي از اين نيروگاهها در كرانه جنوبي درياي سالتون با يكي از مناطق جنگي حفاظت شده معروف كه از صدها گونه در سرتاسر سال حفاظت مي‌كند، همسايه است.

گفتني است زمين مورد نيازبراي احداث نيروگاههاي ژئوترمال نسبت به برخي از انواع انرژي تجديدپذير نيز كمتر است.
ب) مزاياي كابردي
مزاياي كاربردي انرژي ژئوترمال به عملكرد طرحهاي مختلف اين انرژي ارتباط دارد . از نظر عملكرد اين انرژي نسبت به انرژي هاي متعارف و برخي منابع تجديدپذير مزيت هايي دارد كه عبارتند از: صرفه جويي در مصرف سوختهاي فسيلي، زمان كاركرد طولاني، گستردگي موارد كاربرد، مستقل از شرايط جوي و توليد برق به وسيله واحدهاي قابل حمل.
– صرفه جويي در مصرف سوختهاي فسيلي
اين مزيت انرژي ژئوترمال دوگانه است زيرا از يك سو موجب كاهش اثرات زيانبار سوختهاي فسيلي بر محيط زيست مي شود و از سوي ديگر به دليل جلوگيري از واردات سوختهاي فسيلي موجب رونق بخشيدن به اقتصاد كشورهاي بهره مند از منابع انرژي ژئوترمال مي‌شود چرا كه تقريباً نيمي از كشورهاي در حال توسعه داراي منابع شناخته شده انرژي ژئوترمال هستند. بر اساس آمار و ارقام موجود در سال ۲۰۰۰ با توليد انرژي از منابع ژئوترمال، معادل ۲۶٫۷ ميليون تن در مصرف نفت خام در سرتاسر جهان صرفه جويي شده است كه به طور قطع از توليد ميزان قابل توجهي دي اكسيد كربن و ساير گازهاي مضر به درون جو زمين كاسته است.
– زمان كاركرد طولاني
اين مزيت در واقع مدت زمان مفيدي است كه يك نيروگاه قادر به توليد برق است. زيرا در اغلب نيروگاههاي متعارف طي دوره هاي خاصي به منظور تعميرات اساسي تجهيزات نيروگاهي و غيره روند توليد بخشي از ظرفيت نيروگاه متوقف مي شود. بررسي ها نشان داده است كه اين نيروگاهها از نظر زمان دسترسي نيز در وضعيت بهتري نسبت به نيروگاههاي فسيلي و هسته‌اي قرار دارند.

– گستردگي موارد كاربرد
از جمله مزاياي مهم اين انرژي گستردگي موارد كاربرد است كه نقش اساسي در توسعه كاربرد آن دارد. زيرا برحسب درجه حرارت سيال موجود در مخزن كاربردهاي آن نيز متفاوت است.
– مستقل از شرايط جوي
غالباً اين مزيت نسبت به ساير انواع انرژي هاي تجديدپذير مطرح مي‌شود زيرا برخلاف برخي از اين انرژي ها (انرژي بادي و خورشيدي) منابع ژئوترمال قادرند در تمام شبانه روز و تمام فصول سال، بدون هيچ وقفه اي برق توليد كرده و يا حرارت مورد نياز طرح‌هاي كاربرد مستقيم را تامين كنند.
– توليد برق به وسيله واحدهاي قابل حمل
اين نيروگاهها عمدتاً ظرفيت پاييني(كمتر از ۳۰ مگاوات) داشته و از واحدهاي ۱ تا ۵ مگاواتي آن براي آزمايش چاههاي ژئوترمال استفاده مي شوند. نصب و راه اندازي آن آسان است و به دليل مجاورت آن با چاهها نيازي به لوله كشي نيست همچنين در شرايط مورد نياز مي توان آن را از چاهي به چاه ديگر منتقل كرد.

– موارد كاربرد انرژي ژئوترمال

 

كاربرد مدرن از انرژي ژئوترمال در سه مقوله اصلي واقع مي باشد:
۱٫ استفاده از گرماي ژئوترمال براي طرح كاربردهاي مستقيم
۲٫ توليد نيروي الكتريكي
۳٫ پمپهاي حرارتي ژئوترمال (GHPs)
– استفاده از گرماي ژئوترمال براي طرح كاربردهاي مستقيم
كاربرد مستقيم زماني است كه به طور مستقيم از حرارت سيال به منظورهاي مختلف استفاده مي شود. نيروگاههايي با ظرفيت ۱۶ هزار مگاوات براي استفاده مستقيم در ۵۵ كشور دنيا نصب شده اند با ۴۵ هزار گيگاوات ساعت بازده سالانه. از ميان هزاران كاربرد مستقيم ژئوترمال مي توان به موارد زير اشاره كرد:

۱ـ كشاورزي و باغباني:
از سيال زمين گرمايي براي گرم كردن هواي داخل گلخانه ها و باغ هاي سرپوشيده استفاده مي شود. براي مثال كشاورزان كشور سردسير ايسلند با استفاده از انرژي ژئوترمال ميوه‌هاي مناطق گرمسيري را در باغ هاي سرپوشيده پرورش مي دهند. از سوي ديگر براي ايجاد محيطي مناسب براي كشت با استفاده از اين انرژي، خاك سرد و يخ زده را گرم مي كنند. براي گلخانه هايي كه با انرژي ژئوترمال گرماي مورد نياز خود را تأمين مي كنند آب گرمي با دماي حدود ۱۲۰-۸۰ درجه سانتي گراد مناسب است. درحال حاضر در ايالات متحده گلخانه هايي كه از انرژي ژئوترمال استفاده مي‌كنند مساحتي بيش ۱۱۰ جريب را شامل مي شوند. در كل حدود ۱۳٫۵% از كل موارد طرح كاربرد مستقيم به گلخانه ها متعلق دارد. همچنين با قراردادن لوله هاي آب گرم درون زمين و يا آبياري خاكهاي كشاورزي با آب گرم مي توان با آفات زراعي خاك كشاورزي مبارزه كرد.
۲ـ حوضچه هاي پرورش ماهي
در حوضچه هاي پرورش ماهي مي توان با استفاده از آبهاي گرم ژئوترمال حرارت و شرايط مورد نياز براي رشد و پرورش ماهي هاي خاص را فراهم نمود كه براي اينكار حرارتي حدود ۴۰-۲۰ درجه سانتيگراد مورد نياز است. اين درجه حرارت باعث مي شود تا رشد ماهي ها به سرعت انجام

گرفته و در نتيجه زودتر به سن صيد برسند. در ايالات متحده بيشترين ميزان استفاده از انرژي ژئوترمال مربوط به پرورش ماهي مي باشدكه حدود ۳۴% است به طوريكه در محصول سالانه پرورش ماهي به مقدار ۱۷۵۴۵۰۰۰ كيلوگرم معادل ۳۸۶۰۰۰۰۰ پوند مؤثر بوده است.
۳- دامپروري: براي گرم كردن هواي داخل مرغداري‌ها و گاوداري‌ها به كار مي رود.

۴ـ گرمايش و سرمايش: با استفاده از بخار يا آب داغ خروجي از چاه ژئوترمال و نيز به كارگيري سيستمهاي تهويه مي توان فضاي داخل محيط هاي مسكوني، تجاري و خدماتي را گرم يا سرد كرد. براي اين كار حرارتي بين ۵۰ تا ۱۰۰ درجه سانتي گراد مورد نياز است براي مثال سيستم هاي گرمايشي و سرمايشي شهر ريكيا و يك پايتخت كشور ايسلند انرژي مورد نياز خود را توسط ژئوترمال تأمين مي كنند. به اين ترتيب كه تا سال ۱۹۳۰ در شهر ريكيا و يك مردم براي گرمايش منازل خود از زغالسنگ استفاده مي كردند ولي بعد از سال ۱۹۳۰ استفاده از آب گرم ژئوترمال براي گرمايش منازل آغاز شد و هم اكنون شهر ريكياويك پاكيزه ترين پايتخت جهان به شمار مي رود.
۵ـ ذوب برف و يخ: با استفاده از لوله هايي كه زير معابر تعبيه مي‌شوند، مي توان در فصول سرما، حرارت آبهاي گرم را به آسفالت خيابانها و جاده ها يا به سطوح پياده رو منتقل و بدين وسيله برف روي اين سطوح را ذوب نمود. براي ذوب برف و يخ در معابر، آب گرم ژئوترمال بايد حرارتي حدود ۵۰-۲۰ درجه سانتي گراد داشته باشد.
در كشور ژاپن براي ايمن كردن جاده هاي كوهستاني خود در فصل سرما از اين روش استفاده مي كنند.

۶ـ استخرهاي آب گرم: در اين روش آب گرم ژئوترمال را با آب سرد معمولي تركيب كرده و آب نسبتاً گرمي را براي استخرها فراهم مي كنند. اگر آبهاي ژئوترمال داراي مواد مضر براي بدن انسان باشند مي توان توسط يك مبدل حرارتي، حرارت آن را به آب معمولي منتقل نمود و در نتيجه آب معمولي با دماي نسبتاً بالايي در استخرها استفاده شود. براي استخرهاي آب گرم، آبهاي گرم بايد حرارتي حدود ۵۰-۳۰ درجه سانتيگراد داشته باشند.

۷ـ صنعت: يكي از متنوع ترين كانون هاي مصرف كننده انرژي ژئوترمال صنايع هستند. بيشتر كشورهايي كه داراي مخازن ژئوترمال هستند صنايع گوناگوني را دركنار اين مخازن تاسيس كرده اند اين امر موجب توسعه صنعتي و اجتماعي اين مناطق شده است. از سوي ديگر به كارگيري انرژي ژئوترمال در صنعت از نظر اقتصادي نيز مقرون به صرفه بوده و موجب مي شود تا محصول نهايي با قيمت پايينتري به بازار عرضه شود. موارد كاربرد انرژي ژئوترمال در صنعت عبارتند از‌:
– خشك كردن: با استفاده از مبدل هاي حرارتي هوا را گرم كرده و سپس با هواي خشك دانه هاي روغني، انواع فراورده هاي دريايي، محصولات كشاورزي و الوار چوبي و مصالح ساختماني را خشك مي كنند. ممكن است اين فرايند بر اثر تماس مستقيم بخار يا آب داغ چاه با ماده مورد نظر نيز انجام شود.
– تبخير كردن: با استفاده از حرارت سيال داغ مي توان بلورهاي نمك يا ساير مواد را تهيه كرد. همچنين مي توان اين سيال را در دستگاههاي آب شيرين كن مورد استفاده قرار داد.
– تقطير كردن: در اين حالت با استفاده از انرژي ژئوترمال سيالي سنگين مانند نفت را در حالت بخار تقطير كرده و اجزاي تشكيل دهنده آن را از يكديگر جدا مي كنند. اين فرايند در صنعت نفت مورد استفاده قرار مي گيرد.
– سرمايش و گرمايش صنعتي: به كمك آب داغ ژئوترمال مي توان فضاهاي محيط هاي صنعتي مانند كارخانه ها و كارگاهها را سرد يا گرم كرد. از سوي ديگر، با استفاده از انرژي ژئوترمال مي توان سيستم هاي سرمايش جذبي را در سردخانه ها به كار انداخت. در سيستم سرمايش جذبي بيشتر از گازهاي برميدليتيوم و آمونياك استفاده مي شود.
– جداسازي مواد: با استفاده از حرارت سيال انرژي ژئوترمال مي توان فلزاتي مانند طلا و مس را از كانسارهاي مربوط جدا كرد.

– شست شوي صنعتي، مانند رختشوي خانه هاي صنعتي
– رنگرزي: به ويژه در مورد رنگرزي انواع پارچه و لباس هاي پشمي كاربرد دارد.
– افزايش توليد نفت: در نقاطي كه مخازن ژئوترمال و ميدان هاي نفتي در نزديكي هم هستند با تزريق آب داغ به درون چاهها مي توان لايه‌هاي حاوي نفت را گرم كرد و ميزان توليد نفت را افزايش داد.