انرژی ژئوترمال

طرح استفاده از انرژی ژئوترمال، نیروگاه‌ها، راهکارهای کاهش اثرات محیطی
با دیدگاه کاربرد در ایران

محورهای مقاله:
• ریشه‌یابی انرژی زمین‌گرمایی زمین
• تاریخچه
• انواع مخازن
• انرژی زمین‌گرمایی در ایران
• آلودگی‌های احتمالی انرژی
• استفاده از حفاری slim hole و کاهش تخریب
• انتقال انرژی ژئوترمال به سطح
• نشانه‌های انرژی زمین‌گرمایی
• دیدگاه‌های اقتصادی پروژه
• انواع نیروگاه‌های استخراج
• به حداقل رساندن تاثیرات بر محیط

مقدمه:
امروزه با توجه به تنگناهای سیاسی و اقتصادی که روز به روز در حال وخیم‌تر شدن اوضاع سیاسی چند کشور صاحب سوخت‌های فسیلی است توجه کشورهای صاحب قدرت ولی دست خالی از این سوخت‌ها به سمت انرژی‌هایی که به اصطلاح انرژی های نو گفته می‌شوند، جلب شده و با تمام توان٬ مطالعات خود را برای استفاده هر چه بیشتر از این انرژی‌ها معطوف نموده‌اند.
در حال حاضر استفاده از سل‌های خورشیدی و بادی و آبی٬ باسابقه‌ترین این نوع انرژی‌هاست. ولی انرژی که مورد بحث و بررسی موشکافانه قرار دادیم حداقل در کشور ایران به شدت به کندی پیش می‌رود. لذا در توان خویش دیدم جمع‌آوری بحث‌های ابتدایی که تمام نیروگاه‌های در حال فعالیت در سراسر دنیا از این متدها بهره جسته‌اند و همچنین در یافته‌های اخیر زمین‌شناسان و مهندسان و متخصصان امر روش‌های جدیدتری در نیروگاه‌ها و حتی حفاری‌ها نیز لحاظ گردیده تا کمترین خسارت به منطقه مورد بهره‌برداری وارد گردد. در این کوشش٬ جداول مربوط به نقاط مخازن و نوع این مخازن در ایران آورده شده است تا به تناسب هر مخزن، نیروگاه مربوطه طراحی و بهره‌برداری گردد. امید است این انرژی به سرنوشت انرژی خورشیدی گرفتار نگردد.

ریشه‌یابی انرژی ژئوترمال:
اصطلاح اصلی زمین‌گرمایی GEOTHERMAL از ژئو به معنای زمین و ترمال به معنای دما و گرما می‌باشد. بنابراین انرژی زمین‌گرمایی از دمای بسیار بالایی که در درون زمین و در زیر سطح زمین قرار گرفته است نشأت می‌گیرد.
همان‌طور که همه می‌دانیم درون زمین و نه رسیده به مرکز، هر چه به جبه نزدیک‌تر می‌شویم، دمای ذرات و سنگ‌ها و همچنین آب‌های موجود در شکاف‌ها و منافذ داخل سنگ افزایش می‌یابد. در حالی‌که درجه حرارت سنگ‌ها به طور پیوسته به عمق زمین ارتباط دارد، هر چند که نرخ افزایش درجه حرارت ثابت نیست ولی با این چنین روندی درجه حرارت در قسمت بالایی جبه به حد ذوب شدن سنگ ها می‌رسد. با توجه به علم زمین‌شناسی و بررسی‌های ژئوفیزیکی نتایج به سمتی پیش رفت که منشاء این گرما در پوسته و جبه زمین به طور عمده به خاطر تجزیه و فعل و انفعالات مواد رادیواکتیو است. در طول عمر زمین این گرمای درونی به طور آرام تولید و جایگزین می‌گردد و درون زمین محفوظ می‌گردد. همین امر موجب شده انسان که از همه انرژی‌ها و در همه جا حتی مقداری هم شده بهره گرفته نتواند این انرژی گرمایی فوق‌العاده را نادیده بگیرد.
از طرف دیگر احتمال گرم بودن تمام نقاط زیر پوسته بسیار بالا و عملی نیست لذا نظریه‌های موجود در خصوص تکامل زمین نیز مبنایی برای توزیع وجود گرما در داخل زمین هستند و مطالعات نشان می‌دهد که زمین در زمان پیدایش خود حالت مذاب داشته است و در فضا، کم‌کم سرد شده و حالت جامد پیدا کرده است اما بخش‌های داخلی آن به دلیل کندی از دست دادن گرما، حالت مذاب خود را حفظ کرده و همانطور که گفته شده فعل و انفعالات تجزیه رادیو اکتیو نیز در قسمت بالایی مانع از دست دادن این گرما می‌باشد.
طبق محاسبه‌ها، مشخص شده است که انرژی حرارتی ذخیره شده در ۱۱ کیلومتر فوقانی پوسته زمین معادل پنجاه هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته شده امروز جهان است. پس این منبع عظیم انرژی می‌تواند در آینده جایگزین قابل اطمینانی برای انرژی حاصل از سوخت‌های فسیلی باشد. البته بدیهی است که بهره‌برداری گسترده از ذخایر انرژی زمین‌گرمایی، مستلزم توسعه بیشتر دز زمینه تکنیک‌های اکتشاف و استخراج آن است.

با این تفاسیر این انرژی در مخزن زمین‌گرمایی متمرکز شده است که برای دسترسی به آن در محل مخزن، چاهی عمیق حفر می‌کنند. سیال خروجی از چاه، عامل انتقال انرژی از مخزن به سطح زمین است. البته عمق مخزن زمین‌گرمایی نباید بیشتر از سه هزار متر باشد، زیرا بهره‌برداری از انرژی آن با فناوری کنونی بشر توجیه اقتصادی ندارد. با افزایش عمق زمین درجه حرارت افزایش می‌یابد. این افزایش حرارت را شیب حرارتی می‌نامند. تمام منابع انرژی زمین‌گرمایی در نقاطی واقع شده‌اند که از شیب حرارتی بالایی برخوردارند.

تاریخچه:
این انرژی از ابتدای خلقت مورد استفاده انسان بوده است. بدین ترتیب که از آن برای شست‌وشو، پخت‌وپز، استحمام، کشاورزی و درمان بیماری‌ها استفاده می‌شد. اسناد و مدارک موجود ثابت می‌کند که ساکنان کشورهایی نظیر ژاپن، ایسلند و نیوزیلند در گذشته‌های دور از این انرژی استفاده می‌کردند. در سال ۱۸۲۸ فردی به نام لاردرللو در کشور ایتالیا برای تهیه اسید بوریک از حرارت آب‌های گرم به جای سوزاندن هیزم استفاده کرد. حد فاصل سال‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۷۳ به دلیل گران شدن بی‌سابقه و ناگهانی نفت، همه کشورها به فکر استفاده از انرژی‌های جایگزین افتادند و به تدریج کشورهایی چون آمریکا، ایسلند، فیلیپین، اندونزی و اغلب کشورهایی که روی کمربند زمین‌گرمایی جهانی قرار داشتند بهره‌برداری از این انرژی را شروع کردند.
به منظور تولید برق از انرژی زمین‌گرمایی، آب‌های داغ یا بخارات داغ طبیعی از درون چاه‌های حفرشده به سطح زمین هدایت شده و جهت به چرخش در آوردن توربین مورد استفاده قرار می‌گیرند. آب داغ یا بخار داغ در نیروگاه‌های زمین‌گرمایی با گردش توربین‌های خاص و مولدهای مربوطه باعث تولید برق می‌گردد. بر خلاف نیروگاه‌های سوخت فسیلی هیچ ماده سوختی در نیروگاه‌های زمین‌گرمایی به کار برده نمی‌شود. ایتالیا اولین کشوری بود که در سال ۱۹۰۴ میلادی توانست از انرژی زمین‌گرمایی نیروی برق تولید کند. در متون رومیان بیش از ۲۰۰ سال پیش به وجود میادینی از بخار در مکان لاردلوی کنونی، جنوب فلورانس اشاره شده است. در این مکان که ریشه تاریخی دارد، اولین مرکز تولید برق از انرژی زمین‌گرمایی راه‌اندازی شده است. در میدان زمین‌گرمایی در ناحیه لاردرلو ایتالیا در سال ۱۹۴۰ نیروی برقی بالغ بر ۱۳۷ مگاوات الکتریکی تولید می‌شد که در جریان جنگ جهانی دوم آماج بمباران هوایی قرار گرفت و از بین رفت. این نیروگاه پس از جنگ بازسازی شده و مورد بهره‌برداری مجدد قرار گرفت به طوری که در سال ۱۹۷۵ ظرفیت آن بالغ بر ۳۸۰ مگاوات الکتریکی گردید. پس از جنگ جهانی دوم، کشود زلاندنو اولین کشوری بود که در سال ۱۹۵۸ از دو واحد نیروگاه برق که به وسیله بخار آب داغ منابع زمین‌گرمایی تغذیه می‌شدند به طور اقتصادی بهره‌برداری کرد. در سال ۱۹۶۰ ایالات متحده آمریکا در ناحیه بیگ گیزرز واقع در ۱۵۰ کیلومتری شمال سانفرانسیسکو در آمریکا از بخار خشک میدان زمین‌گرمایی نیروی برق تولید کرد. سپس در مدت ۱۷ سال بیشتر کشورهای جهان از این انرژی برق استحصال کردند. در تاریخ ثبت شده که اولین مواد کاربردی انرژی زمین‌گرمایی همان‌طور که گفته شد برای گرم کردن فضا و اهداف درمانی بود.
در سال ۱۸۰۰ انرژی زمین‌گرمایی به طور وسیع‌تری توسط کنت فراچسکو دلاردل مورد مطالعه قرار گرفت. اولین مبدل مکانیکی در سال ۱۸۹۷ برای میدان‌های لاردلو ایتالیا برای گرم کردن بویلر که یک موتور بخار کوچک را می‌چرخاند ساخته شد.

ش.نمایی از نیروگاه زمین گرمایی در لاردلو ایتالیا

اولین تلاش برای تولید الکتریسیته همچنین در مکان لاردلو در سل ۱۹۰۴ توسط یک ژنراتور باتوانایی روشن کردن چهار لامپ انجام شد. این روند در سال ۱۹۱۲ توسط توربین تقطیرکننده دنبال شد و به رقم تولید ۸.۵ مگاوات رسید.
در ایالات متحده، اولین تلاش در راه پیشرفت میدان‌های چشمه‌های آب گرم در سال ۱۹۲۲ انجام شد. بخار با موفقیت کنترل شد، اما لوله‌ها و توربین‌ها در آن زمان قادر نبودند خاصیت خورندگی و سایش بخار را تحمل کنند و به سرعت از بین می‌رفتند که لوله‌ها و توربین‌های امروزی این مشکلات را با ایجاد لایه‌ای محافظ بر طرف نموده‌اند. این تلاش‌ها تا سال ۱۹۵۶ به نتیجه نرسید و شرکت ماگما و ترمال پاور پس از به کنترل درآوردن بخار امتیاز آن را به دو شرکت پاسیفیک گاز و الکتریک کمپانی فروختند. پس از آن آلیاژ ضد زنگ استیل (stainless stell) کشف شد که می‌توانست در برابر خوردگی بخار مقابله کند و اولین واحد ژنراتوری برق با ظرفیت ۱۱ مگاوات در سال ۱۹۶۰ شروع به کار کرد. تاکنون ۱۳ واحد بزرگ‌تر رو به رشد به این مجموعه اضافه شده است که آخرین آن یک واحد ۱۰۹ مگاواتی می‌باشد که در سپتامبر ۱۹۸۲ شروع به کار کرد. ۲ واحد دیگر در حال ساخت است و همچنین ۴ واحد دیگر در حال طراحی می‌باشد.

——————–
بخشی از مقاله “طرح استفاده از انرژی ژئوترمال، نیروگاه‌ها، راهکارهای کاهش اثرات محیطی” را مطالعه کردید. در صورت تمایل می‌توانید متن کامل را از لینک زیر دریافت نمایید.

[download id=”110″ format=”1″] حجم فایل : 1.76 MB

گردآورنده: امید یکه زارع