امروزه در جهان تولید انرژی از منابع غیر فسیلی به عنوان مسئله‌ای مهم و حیاتی مورد توجه بسیار است. مهم‌ترین دلیل آن هم به پایان رسیدن ذخایر نفت و گاز در آینده‌های نه چندان دور است. یکی از راه حل‌های جسورانه برای این چالش جهانی، استفاده از انرژی گرمایی اعماق زمین مهربان ما است. انرژی گرمایی زمین (Geothermal energy) به انرژی حرارتی که در اعماق پوستهٔ زمین وجود دارد، گفته می‌شود.
از این انرژی اغلب در جهت تولید الکتریسیته استفاده می‌شود. در اصطلاح به آن چرخه تولید انرژی الکتریکی از گرمای زمین اطلاق می‌شود. فناوری‌های مورد استفاده در طرح‌های تولید برق از انرژی زمین گرمایی شامل: نیروگاه‌های بخار خشک، نیروگاه‌های تبدیل بخار سیال و نیروگاه چرخه دوگانه است.
انرژی زمین گرمایی در طبیعت
چالش‌ها و مزیت‌های انرژی زمین گرمایی
بزرگترین مزیت انرژی زمین گرمایی نسبت به سایر انرژی‌های تجدیدپذیر این است که محدود به فصل، زمان و شرایط خاصی نیست، و بدون وقفه قابل بهره‌برداری می‌باشد. همچنین قیمت تمام شده برق در نیروگاه‌های زمین گرمایی با قیمت برق تولیدی از سایر نیروگاه‌های متعارف (فسیلی) قابل رقابت است. حتی از انواع دیگر انرژی‌های تجدیدپذیر (باد، خورشید، امواج دریا) به مراتب ارزانتر است.
مرکز زمین (به عمق تقریبی ۶۴۰۰ کیلومتر) در حدود ۴۰۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد حرارت دارد. این به عنوان یک منبع گرمایی عظیم عمل نموده و موجب تشکیل و پیدایش مواد مذاب با درجه حرارت ۶۵۰ تا ۱۲۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد در اعماق ۸۰ تا ۱۰۰ کیلومتری از سطح زمین می‌گردد. به‌طور میانگین، میزان انتشار این حرارت از سطح زمین، که فرایندی مستمر است، معادل ۸۲ میلی‌وات در ثانیه و در واحد سطح (مترمربع) است.
که با در نظر گرفتن مساحت کل سطح زمین، مجموع کل دفع حرارت از سطح آن برابر با ۴۲ میلیون مگاوات می‌شود. یعنی در هر ثانیه ۴۲ میلیون مگاوات انرژی در قالب حرارت، از سطح کره زمین دفع می‌شود. در واقع تولید این میزان حرارت، عامل اصلی پدیده‌های زمین‌شناسی ازجمله فعالیت‌های آتشفشانی، ایجاد زمین‌لرزه‌ها، پیدایش رشته کوه‌ها و جابجایی صفحات قاره‌ای می‌باشد. این مسئله کرهٔ زمین را به یک سیستم دینامیک تبدیل نموده و پیوسته آن را تحت تأثیر تغییرات گوناگون قرار می‌دهد.
به وسیلهٔ یک سیال مانند بخار یا آب یا هر دو می‌توان این حرارت را به سطح زمین انتقال داد. از این انرژی گرمایی می‌توان در کاربردهای متفاوت ازجمله تولید برق استفاده کرد. امروزه ۸۵ تا ۹۰ درصد منازلِ کشور ایسلند برای تأمین گرما و آب گرم مورد نیاز خود، از انرژی گرمایی زمین استفاده می‌کنند.
انرژی زمین گرمایی، میراثی ماندگار
وجود کوه‌های آتشفشانی در سراسر جهان، نیاکان ما را از این حقیقت آگاه ساخت که برخی نقاط درونی زمین حرارت بالایی دارند. اوج این آگاهی در قرن‌های ۱۶ و ۱۷ میلادی بود. یعنی زمانی که اولین معادن تا عمق چند صد متری سطح زمین حفر گردیدند. و بشر بر اساس ادراکات فیزیکی ساده‌ای فهمید که دمای زمین با افزایش عمق آن زیاد می‌شود.
طبق شواهد، نخستین اندازه‌گیری‌های دمای زمین به وسیله دماسنج در سال ۱۷۴۰ در معدنی نزدیک به ناحیه “بلفورت” در کشور فرانسه انجام شد. در سال ۱۸۷۰ با روش‌های پیشرفته علمی نوع رفتار حرارتی زمین مورد مطالعه بیشتری قرار گرفت. به دنبال آن در سال ۱۹۰۴، نخستین بار در شهر “لاردرلوی” ایتالیا از انرژی زمین گرمایی برای تولید برق استفاده شد.
البته تا سال ۱۹۵۰ بهره‌گیری از انرژی زمین گرمایی رشد چندانی نداشت. اما درحد فاصل سال‌های ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۳ به دلیل گران شدن بی‌سابقه و ناگهانی نفت در بازار جهانی، به تدریج همه کشورها به فکر استفاده از انرژی‌های جایگزین افتادند.
انرژی زمین گرمایی در طبیعت
انواع منابع انرژی زمین گرمایی
۱. منابع آب داغ
منابع آب داغ (آب گرمایی یا هیدروترمال) منابع آبی هستند که در زیر زمین داغ شده‌اند، سپس به سطح زمین انتقال پیدا می‌کنند. در میان انواع منابع زمین گرمایی، این منابع امروزه دارای بیشترین کاربرد هستند. این نوع منابع زمین گرمایی خود نیز به سه گروه تقسیم می‌شوند:
منابع بالاتر از ۱۵۰ درجه سیلسیوس که مناسب برای تولید برق با تکنیک‌های معمولی هستند.
بین ۱۰۰ الی ۱۵۰ درجه سیلسیوس که مناسب برای تولید برق با تکنیک‌های پیشرفته‌تر باینری هستند.
کمتر از ۱۰۰ درجه سیلسیوس و مناسب برای کاربردهای مستقیم و درمانی.
۲. منابع بخار خشک
منابعی با درجه حرارت بسیار بالا که از آنها بخار خشک یا آمیزه‌ای از بخار و آب با درجه حرارت بسیار بالا به دست می‌آید. که برای تولید برق ،این منابع دارای بهترین شرایط هستند. اما این منابع در مناطق محدودی از سطح زمین یافت می‌شوند.
۳. منابع تحت فشار زمین
منابع عظیمی هستند که از آب شور تشکیل یافته‌اند و از نظر شرایط کلی به درجه اشباع رسیده‌اند و در لایه‌های میان صخره‌های اعماق زمین به صورت محبوس وجود دارند. این منابع عمدتاً حاوی گاز متان محلول هستند. و در عمق ۳ تا ۶ کیلومتری از سطح زمین یافت می‌شوند. درجه حرارت آنها بین ۹۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد تخمین زده می‌شوند.
۴. منابع تخته سنگ‌های خشکِ داغ
تخته سنگ‌های بسیار عظیم با منشأ آتشفشانی هستند که در اعماق زمین وجود دارند و دارای درجه حرارت بسیار بالا و بافت سخت هستند. به سیستم‌های بهره‌برداری از این منابع سامانه‌های زمین گرمایی پیشرفته (Enhanced Geothermal Systems) و به اختصار EGS گفته می‌شود. از آنجا که در همه جای کره زمین در اعماق متفاوف، گرما با شدت‌های مختلف وجود دارد و تنها محدودیت، نبود منابع آب می‌باشد لذا با کمک این سیستم می‌توان رشد چشمگیری را در گسترش و پیشرفت انرژی زمین گرمایی رقم زد.
در این سیستم، بهره‌برداری به این صورت می‌باشد که با حفر چاه‌های بسیار عمیق (با عمق ۴ تا ۶ کیلومتر) می‌توان به لایه‌های داغ زمین دسترسی پیدا کرد، سپس آب با فشار بالا به چاه تزریق شود، که در اثر این فشار هیدرولیکی، در سنگ شکاف ایجاد می‌شود. همین کار برای چاه دیگر نیز انجام می‌شود و بین دو چاه ارتباط برقرار می‌گردد. به این ترتیب آب هنگام عبور از شکاف‌های ایجاد شده، حرارت را از سنگ‌های داغ دریافت و از یکی از چاهها خارج و وارد چرخه نیروگاه می‌شود.
۵. منابع ماگمایی (گدازه ای)
این منابع در واقع ایده‌آل‌ترین حالت ممکن از منابع زمین گرمایی بوده که درجه حرارت آن بین ۷۰۰ تا ۲ هزار درجه سانتی گراد است. با توجه به درجه حرارت بالای این مخازن و محدودیت‌های فنی موجود، فعلاً! از این منابع عظیم بهره‌برداری نمی‌شود.
انرژی زمین گرمایی در طبیعت
در ایران از سال ۱۳۵۴ مطالعات گسترده‌ای برای شناسایی پتانسیل‌های منابع انرژی زمین گرمایی توسط وزارت نیرو با همکاری مهندسین مشاور ایتالیایی در نواحی شمال و شمال غرب ایران در محدوده‌ای به وسعت ۲۶۰ هزار کیلومتر مربع آغاز گردید. نتیجه این تحقیقات مشخص نمود که مناطق ساوالان (سبلان)، مشکین شهر، دماوند، خوی، ماکو و سهند با مساحتی بالغ بر ۳۱ هزار کیلومتر مربع جهت انجام مطالعات تکمیلی و بهره‌برداری از انرژی زمین گرمایی مناسب هستند.
گردآوری، ویرایش و نگارش : کاروک
