از انرژی زمین گرمایی چه می‌دانید؟

Geothermal یا انرژی زمین گرمایی همان‌طور که از نام آن پیدا است، گرمایی است که در قالب انرژی از دل زمین آزاد می‌شود.
بشر این انرژی گرمایی را به شیوه‌های متفاوتی استفاده می کند. امروزه از انرژی زمین گرمایی در پایگاه‌های علمی تولید برق و سیستم‌های پمپ حرارتی نیز بهره می‌برد.
انرژی زمین در همه جا وجود دارد. در واقع چه در دورترین دره‌های زاگرس و چه در حیاط پشتی خانه شما انرژی گرمایی زمین در دسترس بشر است.
امروزه بسیاری از کشورهای دنیا از این انرژی به عنوان انرژی مقرون به‌صرفه و بادوام استفاده می‌کنند. به این ترتیب وابستگی این کشورها به سوخت فسیلی تا حد زیادی کاهش پیدا کرده ‌است.
جالب است بدانید که ۲۵ درصد برق مصرفی در ایسلند و السالوادور از این انرژی تأمین می‌شود. ایالت متحده امریکا با قدرت تولید ۳۳۰۰ مگاوات انرژی در ۸ ایالت خود یکی از بزرگ‌ترین استخراج‌کنندگان این انرژی است. در ادامه از این انرژی ارزشمند و حقایق مربوط به آن بیش تر سخن می‌گوییم.

منبع انرژی زمین گرمایی

اگر به این اندیشیده‌اید که انرژی زمین گرمایی از چه منبعی تولید می‌شود، باید بگویم که این اتفاق درست جایی زیر پای شما رخ می‌دهد. در واقع زیر پوسته زمین یک لایه بسیار داغ وجود دارد که حاوی مواد مذاب است. این ماده داغ ماگما نام دارد. به دلیل فعالیت طبیعی موادی مانند اورانیوم و پتاسیم گرما مدام در این لایه تولید می‌شود. (مطالعه بیشتر درباره منابع انرژی)
اگر بخواهیم با مثالی میزان انرژی زمین گرمایی را به شما نشان دهیم، باید بگوییم که میزان انرژی زمین گرمایی در ۱۰۰۰۰ متر از سطح زمین از تمام انرژی حاصل از تمام منابع نفت و گاز طبیعی موجود در جهان ۵۰۰۰۰ مرتبه بیش تر است.
البته میزان انرژی در قسمت‌هایی از زمین که دارای آتشفشان‌های فعالی هستند به مراتب بیش تر است. این نقاط داغ در مناطقی روی می‌دهد که پوسته زمین تا حدی نازک شده باشد و بخشی از گرما را به خارج از زمین انتقال می‌دهد.
حاشیه اقیانوس آرام که با نام حلقه آتش (Ring of Fire) شناخته می‌شود مملو از آتش‌فشان‌ها و نقاط داغ است. برخی از این نقاط در آلاسکا، کالیفرنیا و اورگن واقع شده است.
نوادا به تنهایی صدها آتشفشان را در خود جای داده ‌و این منطقه آتشفشانی بخش اعظمی از قسمت‌های شمالی را به خود اختصاص داده‌ است.
این منطقه از نقاط فعال زمین‌لرزه‌ای هستند. به دلیل وجود زمین‌لرزه‌های متوالی و حرکت ماگما در زیر پوسته زمین صخره‌ها به تدریج دچار شکستگی شده و مسیر گردش آب را مهیا کرده است. زمانی که آب به سطح زمین می‌رسد، چشمه‌های آب داغ شکل می‌گیرد. آب موجود در این چشمه‌ها تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد داغ می‌شود.
البته همان‌طور که گفته شده مناطق زلزله‌خیز تنها مکان‌های دارای انرژی زمین گرمایی هستند. در کنار این مناطق داغ مکان‌هایی نیز وجود دارد که دمای متعادل‌تری را برای مصارف گرمایی در اختیار بشر قرار می‌دهند. در واقع در هر جای زمین که ساکن باشید از عمق ۱۰ تا چند صد متری زمین به انرژی گرمایی قابل توجه دست می‌یابید.
به این ترتیب باید گفت که زمین زیر خانه یا مدرسه شما انرژی لازم برای گرم کردن خانه یا مکان‌های دیگر را تأمین می‌کند. علاوه بر انرژی زمین گرمایی در این عمق، سرمای بسیار شدید‌تری در عمق ۴ تا ۱۰ کیلومتر زمین در نزدیکی صخره‌های خشک در دل زمین وجود دارد.
امروزه با استفاده از تکنولوژی‌های جدید در زمینه استخراج انرژی زمین گرمایی قادر هستیم انرژی گرمای مورد نیاز برای تولید برق را تأمین کنیم. جالب است که میزان تولید انرژی برق با استفاده از این منابع به مراتب بیش تر از حجم تولیدات برق با استفاده از دیگر منابع موجود است.

انرژی زمین گرمایی چگونه استخراج می‌شود؟

برای استخراج و بهره‌برداری از انرژی زمین گرمایی سه شیوه متداول مورد استفاده قرار می‌گیرد که در ادامه بیش تر با این روش‌ها آشنا می‌شوید.

چشمه‌های گرمایی زمین

برای احداث نیروگاه‌ها به کار گرفته می‌شوند. در حال حاضر رایج‌ترین راه‌کار برای استخراج این انرژی استفاده از همرفت آب‌گرم‌های طبیعی زمین است. در این سیستم آب سرد به درون پوسته زمین فرستاده می‌شود پس از این که داغ شد به سطح زمین برمی‌گردد، سپس آب داغ به سطح زمین کشیده شده و بخش اعظم کار انجام می‌شود. بعد از این مرحله به سادگی انرژی گرمایی حاصل از بخار آب داغ برای تولید انرژی برق به کار گرفته می‌شود.
نیروگاه‌های انرژی Geothermal یک سوراخ در دل صخره‌ها ایجاد می‌کنند تا به شکل بهینه‌تری به بخار دسترسی داشته باشند.
در حال حاضر نیروگاه‌های زمین گرمایی به سه شکل متداول ساخته می‌شوند. در هر سه شیوه آب داغ و بخار از دل زمین بالا کشیده شده و از آن استفاده می‌شود، سپس آب گرم به سیستم بازگردانده می‌شود تا منبع گرمایی به حیات خود ادامه دهد. در ساده‌ترین طراحی‌های موجود که به نام سیستم بخار خشک شناخته می‌شوند، بخار مستقیما وارد توربین شده، سپس از آن‌جا وارد دستگاه تقطیر می‌شود. در این بخش بخار آب طی عملیات تقطیر به آب تبدیل می‌شود.
در رویکرد دیگری از فشار آب بسیار داغ کاسته شده و آب به بخار تبدیل می‌شود. این بخار در مرحله بعدی توربین را به گردش در می‌آورد.
روش دیگری نیز وجود دارد که به نام سیستم گردش باینری شناخته می‌شود. در این سیستم آب داغ از یک اتاقک تبادل گرمایی عبور می‌کند. در این اتاقک آب یک مایع دیگر مانند ایزوبوتان را در داغ می‌کند. این چرخه کاملا بسته است. ایزوبوتان در دمایی پایین‌تر از نقطه جوش آب به جوش می‌آید به همین دلیل به مراتب ساده‌تر از آب به بخار تبدیل می‌شود و توربین‌ها را به گردش در می‌آورد.
انتخاب از میان این سه سیستم بر اساس نوع منبع مورد نظر تعیین می‌شود. اگر آب از دل زمین به حالت بخار خارج شود همان‌طور که در نخستین طراحی مطالعه کردید، مستقیما استفاده می‌شود. اگر آب با دمای بسیار بالا به سطح زمین برگردد این آب به بخار تبدیل شده و برای گردش توربین‌ها بکار می‌رود. در غیر این صورت آب به یک اتاقک تبدیل گرمایی انتقال داده شده و با تولید بخار از مایعی که زودتر از آب به نقطه جوش می‌رسد، گردش توربین‌ها را انجام می‌دهد.

استفاده مستقیم از انرژی زمین گرمایی

چشمه‌های گرمایی زمین در مواردی به شکل مستقیم برای اهداف گرمایشی استفاده می‌شوند. انرژی زمین گرمایی آب داغ برای گرم کردن ساختمان‌ها و رشد گیاهان در گل‌خانه‌ها و برای این که ماهی و دانه‌ها را خشک کنند، و نیز یخ زدایی جاده‌ها، بهبود بازیافت روغن، کمک به تسهیل فرایندهای صنعتی مانند پاستوریزه کردن شیر و تأمین انرژی گرمایی استخرها و ماهی سراها به کار برده می‌شود.
در ایالت‌های اورگن و بویسی آیداهو بیش از یک قرن است که از انرژی گرمایی حاصل از آب برای تأمین گرمای مورد نیاز خانه‌ها و ساختمان‌ها استفاده می‌شود. در ساحل شرقی شهر ارم اسپرینگ در ویرجینیا گرما را مستقیما از چشمه‌های آب‌گرم دریافت می‌کنند. این چشمه‌ها منبع گرمایشی محلی در منطقه هستند.
در ایسلند به واقع تمام خانه‌های کشور انرژی گرمایی مورد نیاز خود را از چشمه‌های آب داغ در دل زمین تأمین می‌کنند. در حقیقت بیش از ۵۰ درصد انرژی مورد نیاز ایسلند از این منبع تأمین می‌شود.
به عنوان مثال در شهر ریکیاویک پایتخت این کشور که در حدود ۱۱۸۰۰۰ هزار نفر جمعیت دارد. آب داغ از ۲۵ کیلومتر دورتر لوله کشی شده و برای استفاده شهروندان در حمام و آشپزخانه استفاده می‌شود.

مطالعه بیشتر درباره انرژی خورشیدی

پمپ حرارتی زمین گرمایی

یکی از متعارف‌ترین راه‌های استخراج انرژی زمین گرمایی استفاده از پمپ‌هایی است که سرما و گرمای مورد نیاز برای ساختمان‌ها را تأمین می‌کند. این سیستم‌ها با نام پمپ حرارتی زمین گرمایی شناخته می‌شوند. در این سیستم از انرژی گرمایی برابر با ۵۰ درجه فارنهایت در تمام طول سال استفاده می‌شود.
هوا یا مایع ضد یخ در این سیستم از لوله‌هایی که در زمین مدفون شده عبور کرده و به داخل ساختمان باز می‌گردد. در فصل تابستان مایع گرمای ساختمان را به زمین انتقال می‌دهند و در فصل زمستان این سیستم معکوس عمل می‌کند و انرژی و هوای گرم را در ساختمان تأمین می‌کند.
در ساده‌ترین نوع این سیستم‌ها یک لوله با عبور از هوای محیط در دل خاک فرو رفته و از زیر زمین به موتورخانه ساختمان متصل می‌شود. این سیستم‌ها در زمستان‌های سرد آمریکای شمالی و تابستان‌های داغ آمریکای جنوبی بسیار مقرون به‌صرفه و دوستدار محیط زیست هستند. انرژی تولید شده در این سیستم‌ها در مقایسه با انرژی مصرفی آن‌ها به مراتب بیش‌تر است.
اکنون وقت آن رسیده است که با حقایق جالبی در خصوص استفاده از این سیستم آشنا شویم.

حقایقی درباره استفاده از انرژی زمین گرمایی

با توجه به موارد ذکر شده احتمالا با بسیاری از مزایای این انرژی پاک آشنا شده‌اید. در ادامه به حقایق بیش‌تری درباره آن اشاره می‌کنیم.
۱. انرژی Geothermal یک منبع انرژی تجدید پذیر است. منابع تجدید پذیر خود را احیا می‌کنند و تا ابد به چرخه حیات خود ادامه می‌دهند. انرژی زمین گرمایی از آن‌جایی که از دل زمین سرچشمه می‌گیرد و به دل زمین باز می‌گردد به عنوان یک منبع تجدید پذیر شناخته می‌شود.
۲. به دلیل مزایای استفاده از این گاز در کاهش گازهای گل‌خانه و اثراتی که بر گرم شدن زمین می‌گذارد، در سراسر جهان از آن استقبال شده است. در واقع تنها در سال ۲۰۱۱ میزان سرمایه‌گذاری کشورهای مختلف جهان در راستای استفاده از این منبع پاک به ۸۸ بیلیون دلار رسید.
۳. پمپ حرارتی زمین گرمایی یک سیستم تضمین‌کننده است. در واقع تمام پمپ‌های حرارتی دارای ضمانت ۲۵ ساله هستند. علاوه بر این لوله‌کشی‌های انجام شده در دل زمین عمر طولانی‌تری دارند و تا ۵۰ سال هیچ‌گونه مشکلی را برای ساکنان فراهم نمی‌کنند.
۴. انرژی زمین گرمایی ۲۵ آدرس در انرژی برق تولید شده در اروپا را به خود اختصاص داده است.
۵. در کنار استفاده از انرژی زمین گرمایی برای تولید برق و گرمای مورد نیاز ساختمان‌ها از این انرژی جهت تأمین آب لوله‌کشی برای استفاده در حمام‌ها و استخرها نیز بکار می‌رود.

۶. به دلیل وجود آتشفشان‌های بی‌شمار در ایسلند این کشور بخش اعظمی از انرژی مورد نیاز خود را از انرژی زمین گرمایی تأمین می‌کند.
۷. این انرژی در بیش از ۲۰ کشور جهان شامل امریکا، بریتانیا، ایسلند، فرانسه، هلند، ایتالیا، نیوزیلند، ین، ژاپن، روسیه لیتوانی، نیکاراگوئه، اندونزی و فیلیپین استخراج و استفاده می‌شود.
۸. در ایسلند از انرژی زمین گرمایی برای ذوب کردن یخ جاده‌ها استفاده می‌شود.
۹. محققان آمریکایی بر این باور هستند که تا سال ۲۰۵۰ بیش از ۱۰ درصد انرژی مورد نیاز تمام کشور از انرژی زمین گرمایی تهیه می‌شود.
۱۰. اگرچه برخی از مطالعات حاکی از آن است که Geothermal یک منبع محدود است که روزگاری به پایان می‌رسد، اما غالبا فعالیت‌های زمین گرمایی به طور متوسط از ۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰۰ سال ادامه خواهند داشت. به همین دلیل این انرژی را تجدید پذیر می‌نامیم.
۱۱. نخستین نیروگاه انرژی زمین گرمایی در سال ۱۹۰۴ در کشور ایتالیا بنا شد و تا به امروز نیز به فعالیت خود ادامه داده است.
۱۲. نیمی از هزینه‌های مربوط به استفاده و استخراج انرژی زمین گرمایی مربوط به بخش حفاری سیستم است.
۱۳. هزینه حفاری یک نیروگاه معمولی که توانایی تولید ۴.۵ مگاوات برق را داشته باشد در حدود ۱۰ میلیون دلار است.
۱۴. یک منطقه که دارای انرژی زمین گرمایی بسیار بالایی است هرگز قابل اتکا و اعتماد نیست. چرا که حتی پس از دهه‌های متمادی تولید انرژی زمین گرمایی ممکن است این منطقه به کلی سرد و خاموش شود.

در آخر

انرژی زمین گرمایی به عنوان یکی از منابع تولید گرما از دیر باز توسط بشر استفاده می‌شده، اما همگام با مدرسه و خطرات ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی، دانشمندان و صنایع به تدریج بیش از پیش به سمت این انرژی تجدید پذیر روی آوردند.
Geothermal امروزه به اشکال متفاوتی بکار می‌رود. از این انرژی تولید برق، تأمین انرژی گرمایشی ساختمان‌ها و حتی به شکل مستقیم برای تأمین آب گرم منازل و استخر نیز بهره می‌برند.
هر جای دنیا که باشید انرژی زمین گرمایی درست زیر پای شما واقع شده است. به همین دلیل مصارف متفاوت برای این انرژی نیز در نظر گرفته شده است. در ایسلند یخ جاده‌ها با استفاده از این انرژی پاک ذوب می‌شود.
با پیشرفت علم و دستیابی بشر به تکنولوژی‌های پیشرفته‌تر روش‌های دیگری نیز برای استخراج و بهره‌برداری از این انرژی ارزشمند در نظر گرفته می‌شود. همواره شاهد افزایش استقبال ملت‌ها و دولت‌ها از این انرژی پاک هستیم. برای کسب اطلاعات بیشتر به سایت خط مهندسی مراجعه کنید.