انرژی زمین گرمایی نمی تواند نام مناسب تری داشته باشد. ترکیبی از کلمات “geo” (زمین) و “حرارتی” (گرما) ، به معنای واقعی کلمه به معنی انرژی گرمایی از زمین است؛ اگرچه این شکل از انرژی از نظر جغرافیایی وابسته است ، پیشرفت های اخیر فناوری و سیستم های زمین گرمایی مدرن به این منبع انرژی تجدید پذیر اجازه می دهد تا در نقاط مختلف جهان در دسترس قرار گیرد.
انرژی زمین گرمایی چیست و چگونه کار می کند؟
انرژی زمین گرمایی به مخازن زیرزمینی بخار و آب گرم اشاره دارد که می توان از آنها برای تولید برق زمین گرمایی یا گرمایش و خنک سازی مستقیم ساختمانها استفاده کرد. اصطلاح زمین گرمایی از سال 1875 استفاده می شود ، اما مفهوم استفاده از این انرژی برای چیز جدیدی نیست. انرژی زمین گرمایی میلیاردها سال وجود داشته است ، اما فقط در حدود 10 هزار سال پیش بود که بومیان آمریکا از انرژی زمین گرمایی برای پخت غذا استفاده می کردند. و فراموش نکنیم که چگونه یونانیان و رومی ها در آب گرم شده توسط چشمه های آب گرم نیز غسل می کردند.
برای اینکه بدانید انرژی زمین گرمایی چگونه کار می کند ، ابتدا باید ساختار زمین را بشناسید. زمین دارای لایه های متعددی است که با حرکت به سمت هسته آن (داخلی ترین لایه) گرمتر می شود. هسته زمین 1800 مایل عمق دارد و دمای آن 10800 درجه فارنهایت است. بله ، این به اندازه سطح خورشید گرم است! نکته جالب دیگر در اینجا این است که شما نیازی به حفاری عمیق برای احساس گرمای زمین ندارید. در فاصله 0.001 مایل (دو متر) زیر سطح زمین ، یک محدوده دمایی ثابت بین 52-53 درجه فارنهایت دریافت می کنید. پوسته زمین 900-1000 درجه فارنهایت 700 درجه فارنهایت است؛ به عبارت دیگر ، حتی وقتی زمین در لمس احساس خنکی می کند ، انرژی گرمایی ارزشمندی در زیر آن وجود دارد. فناوری های نوآورانه زمین گرمایی می توانند این گرما را به سطح برسانند و سپس آن را به الکتریسیته تبدیل کنند. برای توضیح نحوه عملکرد انرژی زمین گرمایی از نظر فنی ، بیایید موارد را در سطح اتمی در نظر بگیریم؛ الکترون ها حول هسته اتم می چرخند. اما وقتی فشار زیادی به اتم وارد می کنید ، الکترون ها به سرعت شروع به حرکت کرده و به یکدیگر برخورد می کنند. این تصادفات مداوم و حرکتهای سریعتر منجر به تولید انرژی حرارتی به عنوان گرما می شود. در مورد انرژی زمین گرمایی ، فشار وارد شده به اتم همان حرارت واقعی است که در اثر افزایش دما ایجاد می شود و منبع گرما هسته زمین است.
انرژی زمین گرمایی از کجا می آید؟ چگونه تولید می شود؟
انرژی زمین گرمایی از مرکز زمین می آید.
هسته زمین شامل دو بخش است: هسته داخلی و هسته بیرونی. در حالی که اولی آهن جامد است ، دومی آهن مذاب است. هسته زمین دارای لایه ای است که شامل ماگما و سنگ می باشد. در نهایت ، بالاترین لایه پوسته است.
گرمای ایجاد شده در هسته نیز نتیجه تجزیه رادیواکتیو در میلیاردها سال است. منابع زمین گرمایی زمین ما دارای چهار دسته اصلی هستند: گرمابی ، زمین تحت فشار ، سنگ خشک داغ و ماگما. هر چهار مورد نیاز به آب و گرما دارند و در مراحل توسعه هستند. چشمه های آب گرم ، آبفشان ها ، دریچه های بخار ، مقادیر زیادی گل و دریچه های گرمابی از منابع رایج انرژی زمین گرمایی هستند. شرکتها شروع به جذب این انرژی زمین گرمایی از طریق نیروگاههای زمین گرمایی و پمپهای حرارتی زمین گرمایی کرده اند که برای استفاده از انرژی در اعماق زمین حفاری می کنند.
انرژی زمین گرمایی چگونه استفاده می شود و چه کاربردی دارد؟
از پخت و پز گرفته تا گرمایش تا تولید برق ، انرژی زمین گرمایی کاربردهای وسیعی دارد.
چندین کشور در سراسر جهان روش های متفاوتی برای استفاده از انرژی زمین گرمایی دارند – بیشتر به دلیل منابع مختلف انرژی زمین گرمایی در مناطق مختلف جهان. این امر بر هزینه کلی استفاده از این انرژی نیز تأثیر می گذارد؛ به عنوان مثال ، در کشورهایی مانند ایالات متحده ، انرژی زمین گرمایی باید حفاری شود و این امر باعث گران شدن آن می شود. اما در سایر کشورها مانند ایسلند ، منابع زمین گرمایی فراوانی وجود دارد ، مانند چشمه های آب گرم و آبفشان. این امر نه تنها نیاز به هر گونه حفاری را برطرف می کند ، بلکه هزینه ها را نیز کاهش می دهد.
سیستم های پمپ حرارتی زمین گرمایی می توانند خانه ها را در زمستان گرم کرده و در تابستان آنها را خنک کنند. این سیستم ها به گونه ای در زمین حفر شده اند که به آنها اجازه می دهد از دمای ثابت سطح زمین استفاده کنند.
سیستم پمپ حرارتی گرما را از ساختمانها به منظور کاهش دمای اتاق در تابستان استخراج می کند و آن را به زمین نسبتاً سردتر منتقل می کند. انرژی زمین گرمایی همچنین به رشد گیاهان در گلخانه ها یا لوله کشی آب گرم زمین گرمایی در پیاده روها و جاده ها برای ذوب برف کمک می کند.
این انرژی با درجه حرارت پایین برای تولید محدود صنعتی و شیلات نیز استفاده می شود.
علاوه بر این ، وزارت انرژی ایالات متحده اخیراً 25 میلیون دلار بودجه برای کشف پتانسیل سیستم های زمین گرمایی پیشرفته یا EGS اعلام کرده است. هدف این سیستم ها ایجاد مخازن زمین گرمایی مصنوعی در شکاف های خشک و شکاف های زیرزمینی با تزریق آب است. سپس منابع حرارتی مبتنی بر آب برای قرار دادن نیروگاه سیکل دوتایی ایجاد می شود.
کجا از انرژی زمین گرمایی در جهان استفاده می شود؟ اولین بار کجا استفاده شد؟
ایتالیایی ها اولین نیروگاه زمین گرمایی جهان را در لاردرلو در سال 1904 ساختند. شاهزاده پیرو جینوری کانتی از Trevignano از اولین ژنراتور انرژی زمین گرمایی در جهان برای تأمین پنج لامپ در میدان بخار خشک به نام Larderello استفاده کرد. در سال 1913 ، جهان سرانجام شاهد یک نیروگاه زمین گرمایی فعال بود که شهرهای لاردرلو و ولتررا را تغذیه می کرد.
تولید نیروی زمین گرمایی برای فرآیندهای صنعتی بعداً در آغاز قرن بیستم در توسکانی ایتالیا اتفاق افتاد.
اگرچه انرژی زمین گرمایی سالها مورد بهره برداری قرار گرفته است ، اما به اندازه منابع انرژی تجدید ناپذیر مانند زغال سنگ و گاز طبیعی یا منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی ، انرژی باد و انرژی آبی رایج نیست.
با این حال ، این هنوز صنعتی است که به آرامی اما پیوسته در حال رشد است. ظرفیت آن در پنج سال گذشته 27 درصد افزایش یافته است. این به نوبه خود به افزایش 3.6 گیگاوات یا 3600 مگاوات تولید برق در جهان کمک کرد.
در سال 2015 ، مجموع ظرفیت انرژی زمین گرمایی در سراسر جهان برای استفاده مستقیم در حدود 73،290 مگاوات حرارتی بود که حدود 163،273 گیگاوات ساعت در سال استفاده می کرد. همچنین ، میدان های زمین گرمایی حدود 95 درصد بازدهی دارند که بالاترین میزان برای هر نوع انرژی تجدیدپذیر است.
معمول است که گیاهان زمین گرمایی در امتداد خط گسل زمین شناسی قرار بگیرند. ایالات متحده رهبر جهانی در تولید انرژی زمین گرمایی است در حالی که اندونزی مقام دوم را دارد. کشورهای دیگر مانند کنیا ، ترکیه ، فیلیپین ، نیوزلند ، ایتالیا و ایسلند نیز در حال افزایش ظرفیت تولید انرژی خود هستند.
در ایالات متحده ، کالیفرنیا و نوادا به ترتیب 71 و 23 درصد بزرگترین تولیدکنندگان انرژی زمین گرمایی هستند.
نیروگاه زمین گرمایی چگونه کار می کند؟
نیروگاه های زمین گرمایی به گونه ای طراحی شده اند که از طریق آب گرم و بخار با لوله کشی در عمق سطح زمین از طریق چاه های زیرزمینی برق تولید می کنند.
با تلاش چندین کشور برای استفاده از منابع زمین گرمایی برای ایجاد نیرو ، تأسیسات کوچکتر تولید برق به سرعت در سراسر جهان در حال راه اندازی است.
در اینجا سه نوع اصلی نیروگاه های زمین گرمایی آمده است:
نیروگاه های بخار خشک
تقریباً نیمی از نیروگاه های زمین گرمایی نصب شده در جهان ، نیروگاه های بخار خشک رایج ترین نوع هستند. در این حالت ، بخار داغ مخازن زیرزمینی مستقیماً از مخازن زمین گرمایی به توربین ها منتقل می شود. بخار ، به نوبه خود ، به تولید کنندگان برق برای تولید برق برای خانوارها کمک می کند.
پس از تغذیه توربین ها ، بخار به آب تغلیظ می شود و از طریق یک چاه تزریق دوباره به زمین منتقل می شود.
نیروگاه بخار لحظه ای
تفاوت نیروگاه های بخار لحظه ای با نیروگاه های بخار خشک به جای پمپاژ بخار است ، آب گرم را در دمای بالا از زیر زمین به سطح زمین هدایت می کند.
مخزن دارای درجه حرارت بسیار پایین تر است ، که باعث می شود بخار به سرعت تبدیل یا “بخار” شود. هنگامی که بخار سرد می شود و به آب تغلیظ می شود ، از طریق یک چاه تزریق دوباره به زمین پمپ می شود.
نیروگاه سیکل دوتایی
در نیروگاه سیکل دوتایی ، آب یا بخار از زیر سطح زمین مستقیماً با توربین ها ارتباطی ندارد؛ در عوض ، آب از مخازن زمین گرمایی از طریق مبدل حرارتی پمپ می شود که در آن مایع دیگری ، معمولاً یک ترکیب آلی با نقطه جوش پایین تر از آب، گرم می شود. پس از حرارت دادن مایع دوم به بخار ، از آن برای تغذیه توربین هایی که ژنراتور را هدایت می کنند ، استفاده می شود. آب گرم از سطح زمین از طریق چاه تزریق دوباره به زمین بازیافت می شود. سپس مایع دوم از طریق توربین بازیافت شده و مجدداً در مبدل حرارتی قرار می گیرد و می توان دوباره از آن استفاده کرد.
آیا انرژی زمین گرمایی قابل تجدید است؟ چرا منبع انرژی تجدیدپذیر محسوب می شود؟
انرژی زمین گرمایی تجدیدپذیر است. گرمای هسته زمین در مقایسه با منابع انرژی تجدید ناپذیر تقریبا نامحدود است ، بنابراین نیازی به سوزاندن سوخت های فسیلی برای استخراج انرژی زمین گرمایی نیست. این واقعیت که انتشار گازهای گلخانه ای مضر کمتر مانند دی اکسید کربن وجود دارد ، انرژی زمین گرمایی را بسیار پایدار می کند. به خاطر داشته باشید که CO2 به مقدار زیاد در طی فرآیندهای زمین گرمایی ایجاد نمی شود. این فقط گاز طبیعی موجود در سنگها و آب است.
گرمای انرژی زمین گرمایی از کجا می آید؟
گرمای انرژی زمین گرمایی از هسته زمین ناشی می شود. دانشمندان دمای هوا را بین 5000 تا 11000 درجه فارنهایت پیش بینی می کنند که به هسته مذاب خارجی و سپس به لایه ای بین هسته و پوسته زمین منتقل می شود. این گرما به پوسته (معروف به سطح زمین) می رسد که در آن کانال های زیرزمینی آب و شکاف ها با لایه زیری پوسته زمین تماس می گیرند و آب را گرم می کنند. این آب گرم شده است که شرکت ها برای تأمین آب گرم یا بخار برای ایجاد انرژی زمین گرمایی به آن دسترسی پیدا می کنند.
بزرگترین میدان زمین گرمایی جهان کجاست؟
مجتمع زمین گرمایی Geysers در ایالات متحده با ظرفیت 1570 مگاوات بزرگترین میدان زمین گرمایی در جهان است. این میدان از 22 نیروگاه برق در چندین مایل در شمال کالیفرنیا تشکیل شده است. در بالای یک محفظه عمیق از سنگ مذاب قرار دارد و مساحت آن بیش از 30 مایل مربع است.
جای تعجب نیست که ایالات متحده دارای بالاترین ظرفیت زمین گرمایی در جهان است.
چاههای زمین گرمایی چگونه کار می کنند؟
مشابه چاه های دیگر ، چاه های زمین گرمایی شامل سوراخ هایی در سطح زمین برای استخراج گرمای زیر است. چاه های زمین گرمایی بر اساس نوع سیستم زمین گرمایی و نحوه استفاده از چاه طراحی شده اند. آنها شامل استفاده از شیوه های حفاری تخصصی هستند که سپس برای تولید برق در توربین های چرخان مهار می شوند. گاهی اوقات ، گرمای چاه های زمین گرمایی به مخازن آب گرم و خانه ها هدایت می شود تا در سیستم گرمایش استفاده شود.
انرژی زمین گرمایی برای منفعت ما
به دلیل تغییرات آب و هوایی ، جهان بیش از هر زمان پذیرای منابع انرژی تجدید پذیر است. همانطور که پیداست ، آنچه قدیمی است دوباره تازگی دارد: انرژی زمین گرمایی میلیاردها سال است که وجود دارد ، اما یکی از امیدوار کننده ترین گزینه های امروز است. این انرژی پاک با بهره وری انرژی بالاتر است. این می تواند خانوارها را با منبع قابل اعتماد برق گرم نگه دارد و به صنایع کمک کند بدون هیچ گونه آسیب به محیط زیست به تولید خود ادامه دهند.
منبع: برنیکا
