منظور از انرژی زمین گرمایی چیست و چگونه در ایران و دنیا عملیاتی شده است؟

فرآیند عملیاتی انرژی زمین‌گرمایی

انرژی زمین‌گرمایی از حرارت موجود در لایه‌های زیرین زمین استخراج می‌شود و برای تولید برق یا تأمین گرمایش استفاده می‌شود. فرآیند عملیاتی انرژی زمین‌گرمایی شامل چندین مرحله است که در ادامه به تفصیل توضیح داده خواهد شد:

1. شناسایی منابع گرمایی

اولین مرحله در استفاده از انرژی زمین‌گرمایی، شناسایی منابع حرارتی زیرسطحی است. این منابع می‌توانند در مناطق آتشفشانی، تکتونیکی یا مناطقی که دارای چشمه‌های آب‌گرم طبیعی هستند، قرار داشته باشند. این مناطق معمولاً در نزدیکی صفحات تکتونیکی یا در نقاطی که دارای فعالیت‌های زمین‌شناسی هستند، یافت می‌شوند.

• روش‌های شناسایی: برای شناسایی منابع زمین‌گرمایی، از روش‌های مختلفی مانند حفاری‌های عمیق، اندازه‌گیری دما و فشار، و استفاده از تکنیک‌های ژئوفیزیکی (مانند سنجش تغییرات میدان مغناطیسی و گرانشی) استفاده می‌شود.

2. حفر چاه‌ها

پس از شناسایی منابع، برای استخراج حرارت از عمق زمین چاه‌هایی حفر می‌شوند. این چاه‌ها معمولاً در مناطقی حفر می‌شوند که دمای بالا و فشار کافی برای تولید بخار یا آب داغ در اعماق زمین وجود دارد.

• چاه‌های تولید: چاه‌های تولید برای استخراج بخار یا آب داغ از لایه‌های زیرین زمین استفاده می‌شوند.
• چاه‌های تزریقی: چاه‌های تزریقی نیز برای تزریق مجدد آب به لایه‌های زیرین زمین به‌کار می‌روند تا منابع پایدار باقی بمانند و دما و فشار حفظ شوند.

3. انتقال حرارت

برای استفاده از انرژی زمین‌گرمایی، بخار داغ یا آب داغ استخراج‌شده از لایه‌های زیرین زمین به سطح منتقل می‌شود. این فرآیند به وسیله پمپ‌ها یا لوله‌های انتقال انجام می‌شود.

• در حالت بخار: بخار به توربین‌ها یا ماشین‌های مولد برق منتقل می‌شود.
• در حالت آب داغ: آب داغ می‌تواند به سیستم‌های گرمایش منطقه‌ای، مانند گرمایش از راه دور یا گلخانه‌ها، منتقل شود.

4. استفاده از بخار یا آب داغ

پس از استخراج بخار یا آب داغ از عمق زمین، می‌توان از آن برای تولید برق یا تأمین گرمایش استفاده کرد.

• تولید برق: در این مرحله، بخار داغ به توربین‌ها وارد می‌شود. بخار فشار بالا باعث چرخش توربین‌ها می‌شود و انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. سپس این انرژی از طریق ژنراتورها به برق تبدیل می‌شود.

  • انواع نیروگاه‌های زمین‌گرمایی:
    1. نیروگاه‌های بخار خشک: بخار از چاه‌های تولید مستقیماً به توربین‌ها هدایت می‌شود.
    2. نیروگاه‌های دودکش آبی (Flash Power Plants): در این نیروگاه‌ها، آب داغ با فشار بالا از عمق زمین به سطح می‌آید و تحت فشار کاهش می‌یابد (فلش می‌شود) و بخار تولید می‌شود که به توربین‌ها منتقل می‌شود.
    3. نیروگاه‌های بخار دو فازی (Binary Power Plants): در این نوع نیروگاه‌ها، آب داغ به یک مایع دیگر با نقطه جوش پایین‌تر منتقل می‌شود و بخار آن برای چرخاندن توربین‌ها استفاده می‌شود.

• استفاده از گرما: در برخی سیستم‌ها، به‌جای تولید برق، از حرارت زمین‌گرمایی برای گرم کردن خانه‌ها، گلخانه‌ها، یا تأسیسات صنعتی استفاده می‌شود. در این سیستم‌ها، آب داغ یا بخار مستقیماً وارد سیستم‌های گرمایش می‌شود.

5.انتقال انرژی تولیدی

پس از تولید برق یا گرما، انرژی از نیروگاه‌های تولید به شبکه‌های عمومی یا مصرف‌کنندگان منتقل می‌شود.

• در مورد برق: برق تولید شده به شبکه برق کشور یا مناطق خاص منتقل می‌شود تا به مصرف‌کنندگان برسد.
• در مورد گرمایش: سیستم‌های گرمایش از راه دور، که شامل شبکه‌های لوله‌کشی هستند، گرما را به خانه‌ها و ساختمان‌ها منتقل می‌کنند.

6.مدیریت و نگهداری منابع

یکی از چالش‌های اصلی در استفاده از انرژی زمین‌گرمایی، حفظ پایداری منابع است. چاه‌های تولید باید به‌طور مداوم نظارت شوند تا از کاهش فشار یا دمای منابع جلوگیری شود. همچنین، چاه‌های تزریقی برای بازگرداندن آب به لایه‌های زیرین زمین و حفظ پایداری منابع حرارتی استفاده می‌شود.

• استفاده پایدار: برای جلوگیری از کاهش بهره‌وری منابع زمین‌گرمایی، معمولاً فرآیندهای تزریق مجدد آب به لایه‌های زیرین زمین انجام می‌شود تا منابع حرارتی در درازمدت پایدار بمانند.

7. مزایا و چالش‌ها

استفاده از انرژی زمین‌گرمایی مزایای زیادی دارد، از جمله:

• انرژی پایدار و تجدیدپذیر.
• انتشار کم گازهای گلخانه‌ای.
• کمبود وابستگی به منابع فسیلی.

با این حال، چالش‌هایی نیز وجود دارد:

• هزینه‌های اولیه بالای حفاری و نصب.
• محدودیت‌های جغرافیایی و نیاز به منابع خاص.
• مشکلات مربوط به حفظ پایداری منابع در بلندمدت.

نتیجه‌گیری:

انرژی زمین‌گرمایی به‌طور مؤثر از حرارت زیرسطح زمین برای تولید برق یا گرمایش استفاده می‌کند. این فرآیند شامل شناسایی منابع، حفر چاه‌ها، استخراج بخار یا آب داغ، تبدیل آن به انرژی مفید، و انتقال آن به مصرف‌کنندگان است. استفاده از این انرژی می‌تواند نقش مهمی در تأمین انرژی پایدار و کاهش تأثیرات منفی زیست‌محیطی ایفا کند.

معروف‌ترین کاربردهای انرژی زمین‌گرمایی در ایران و جهان

در سطح جهانی:

1. ایسلند:

   • کاربرد: ایسلند یکی از پیشروترین کشورهای جهان در استفاده از انرژی زمین‌گرمایی است. بیشتر خانه‌ها در ایسلند از طریق سیستم‌های گرمایش از راه دور زمین‌گرمایی گرم می‌شوند. همچنین، ایستگاه‌های برق زمین‌گرمایی، بخش قابل توجهی از برق مورد نیاز این کشور را تامین می‌کنند.
   • مثال: نیروگاه زمین‌گرمایی “هلیس‌هیدی” (Hellisheiði Geothermal Power Plant) یکی از بزرگترین نیروگاه‌های زمین‌گرمایی در جهان است که هم برق تولید می‌کند و هم آب گرم برای سیستم‌های گرمایش شهری فراهم می‌کند.

2. ایالات متحده آمریکا:

   • کاربرد: ایالات متحده دارای بزرگترین ظرفیت تولید برق زمین‌گرمایی در جهان است. بیشتر این نیروگاه‌ها در ایالت کالیفرنیا قرار دارند.
   • مثال: “گیزرز” (The Geysers) بزرگترین مجموعه نیروگاه زمین‌گرمایی در جهان است که در شمال کالیفرنیا واقع شده و برق مورد نیاز چندین شهر را تامین می‌کند.

3. فیلیپین:

   • کاربرد: فیلیپین یکی از بزرگترین تولیدکنندگان برق زمین‌گرمایی در آسیا است. انرژی زمین‌گرمایی نقش مهمی در تامین برق این کشور ایفا می‌کند.
   • مثال: نیروگاه‌های زمین‌گرمایی در منطقه “تی‌وی” (Tiwi) و “ماکی‌بان” (Mak-Ban) از مهمترین منابع تولید برق زمین‌گرمایی در فیلیپین هستند.

4. ایتالیا:

   • کاربرد: ایتالیا یکی از اولین کشورهایی بود که از انرژی زمین‌گرمایی برای تولید برق استفاده کرد. نیروگاه‌های زمین‌گرمایی در منطقه توسکانی (Tuscany) فعال هستند.
   • مثال: نیروگاه زمین‌گرمایی “لاردرلو” (Larderello) در توسکانی یکی از قدیمی‌ترین نیروگاه‌های زمین‌گرمایی در جهان است.

5. نیوزیلند:

   • کاربرد: نیوزیلند از انرژی زمین‌گرمایی برای تولید برق و تامین حرارت صنایع مختلف استفاده می‌کند.
   • مثال: نیروگاه زمین‌گرمایی “وایراکی” (Wairakei) یکی از اولین نیروگاه‌های بزرگ زمین‌گرمایی در جهان است که در نیوزیلند واقع شده است.

در ایران:

1. نیروگاه زمین‌گرمایی مشکین‌شهر:

   • کاربرد: این نیروگاه اولین نیروگاه زمین‌گرمایی در ایران است که در شهرستان مشکین‌شهر استان اردبیل واقع شده است. هدف اصلی این نیروگاه تولید برق است.
   • وضعیت: نیروگاه مشکین‌شهر در حال حاضر فعالیت دارد و به شبکه برق سراسری متصل است، اما ظرفیت تولید آن نسبت به نیروگاه‌های بزرگ جهانی کمتر است.

2. استفاده‌های پراکنده از آب‌گرم‌های طبیعی:

   • کاربرد: در مناطق مختلف ایران که آب‌گرم‌های طبیعی وجود دارد، از این منابع برای اهداف گردشگری و درمانی استفاده می‌شود.
   • مثال: چشمه‌های آب‌گرم سرعین در استان اردبیل، چشمه‌های آب‌گرم محلات در استان مرکزی و چشمه‌های آب‌گرم رامسر در استان مازندران از جمله مناطق توریستی هستند که از آب‌گرم‌های طبیعی بهره می‌برند.

خلاصه:

در سطح جهانی، انرژی زمین‌گرمایی بیشتر برای تولید برق و گرمایش مناطق مسکونی و صنعتی استفاده می‌شود. در ایران، تمرکز اصلی بر روی تولید برق از طریق نیروگاه مشکین‌شهر است، اما پتانسیل‌های دیگری نیز در زمینه استفاده از آب‌گرم‌های طبیعی برای گردشگری و درمان وجود دارد.