استفاده نیروگاهی از انرژی زمین گرمایی

استفاده نیروگاهی از انرژی ژئوترمال

 امروزه توجه به تامین انرژی برق برای جامعه و صنایع از راه های جدید و بهره گیری بیشتر از انواع انرژی های تجدیدپذیر بدلیل آنکه انرژی های فسیلی رو به پایان است و از طرفی آلایندگی های متعدد زیست محیطی را به همراه دارد در بسیاری از کشورهای دنیا مبنای برنامه ریزی‌های بلند مدت قرار گرفته است. در کنار احداث نیروگاه خورشیدی و بادی، استفاده از انرژی زمین گرمایی یکی از روش های نوین است که در این نوشتار به بررسی آن می پردازیم. با بهین صنعت یاب همراه باشید.

انرژی زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی به دلیل بی پایان بودن آن، می تواند به عنوان یکی از انرژهای تجدیدپذیر معرفی شود. کلمه زمین گرمایی برگرفته از واژه یونانی Geothermal است. هر چه به سمت اعماق زمین می رویم، حرارت آن رفته رفته افزایش می‌یابد و در نهایت این حرارت در هسته‌ی کره زمین به بیش از ۵هزار درجه سانتیگراد می‌رسد. این منبع عظیم حرارتی شکلی از انرژی است که موجب تشکیل و پیدایش مواد مذاب شده و در اثر کاهش چگالی زمین و خاصیت رسانایی که دارد، به صورت فوران آتشفشان از اعماق درون زمین به سطح آن هدایت می شوند. در واقع این میزان حرارت غیرعادی، عامل اصلی پدیده های زمین شناسی از جمله فعالیت های آتشفشانی، ایجاد زمین لرزه ها، پیدایش رشته‌کوه ها و همچنین جابجایی صفحات تکتونیکی می باشد که کرهٔ زمین را به یک سیستم دینامیک تبدیل نموده و پیوسته آن را تحت تغییرات گوناگون قرار می‌دهد.

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. به وسیلهٔ یک سیال مانند بخار یا آب داغ یا هر دو می‌توان این حرارت را به سطح زمین انتقال داد. از این انرژی گرمایی در سطح زمین می‌توان در کاربردهای متفاوت از جمله تولید برق استفاده کرد.

انواع نیروگاه های زمین گرمایی

الکتریسیته زمین‌گرمایی به تولید انرژی الکتریکی از انرژی زمین‌گرمایی اطلاق می‌شود که یافتن آن ۱۰ تا ۱۵ سال زمان می‌برد. انواع نیروگاه های زمین گرمایی را به سه دسته زیر می توان تقسیم نمود.

۱- نیروگاه­ هایی که در آن­ها سیال زمین گرمایی خارج شده از چاه ­های تولیدی، مایع تک فاز با دمای پایین هستند و با انتقال حرارت سیال زمین گرمایی به سیال ثانویه میتوان در دماهای کم، سیال ثانویه را به بخار تبدیل و با عبور آن از توربین تولید برق نمود.

۲- نیروگاه ­هایی که سیال زمین گرمایی بصورت دو فاز مایع و بخار با دمای نسبتا بالا از چاه ­های تولیدی خارج شده و سپس وارد یک جداکننده شده و بخار حاصل به سمت توربین و آب داغ به سمت چاه­ های تزریقی و برج خنک کننده فرستاده می ­شود. حال بر حسب اینکه عمل جدایش آب از بخار در یک مرحله یا دو مرحله انجام می ­شود و بر حسب وجود یا عدم وجود کندانسور به چند دسته تقسیم می­ شوند.

۳- نیروگاه ترکیبی که از ترکیب دو نیروگاه فوق به صورت سری و موازی تولید برق می کند.

فناوری مورد استفاده در طرح‌های تولید برق از انرژی زمین‌گرمایی شامل نیروگاه‌های بخار خشک، نیروگاه‌های تبدیل بخار سیال و نیروگاه چرخه دوگانه است.

منابع انرژی زمین گرمایی

به ­طور کلی می­ توان منابع زمین ­گرمایی  را در پنج گروه عمده تقسیم بندی کرد که شامل موارد زیر است:

۱- منابع آب داغ: منابع آبی هستند که در زیر زمین داغ می ­شوند و سپس به سطح زمین انتقال پیدا می­ کنند که در میان انواع منابع زمین­ گرمایی باتوجه به تکنولوژی، امروزه دارای بیشترین استفاده هستند.

۲- منابع بخار خشک: منابعی با درجه حرارت بالا هستند که از آنها بخار خشک و یا آمیزه ­ای از بخار و آب با درجه حرارت بسیار بالا استحصال می ­شود که به جهت تولید برق این منابع دارای آرامانترین شرایط هستند، اما این منبع در دنیا بسیار نادر است.

۳- منابع تحت فشار: منابع عظیمی هستند که از آب شور تشکیل یافته ­اند و از نظر شرایط کلی به درجه اشباع رسیده ­اند و در لایه ­های میان صخره های اعماق زمین محبوس شده­ اند. این منابع عمدتاً حاوی گاز متان محلول هستند و در عمق ۳تا ۶کیلیومتر از سطح زمین یافت می ­شوند.

۴- تخته سنگ­ های خشک داغ: تخته سنگ ­های بسیار عظیم با منبع آتش­فشانی هستند که در اعماق زمین وجود داشته و درجه حرارت بسیار بالا و فیزیک سخت دارند. سیستم بهره ­برداری به این صورت است که با حفر چاه ­هایی نزدیک به ۶هزار متر به لایه ­های داغ زمین دسترسی پیدا کرده سپس آب با فشار بالا به چاه تزریق شده و در سنگ شکاف ایجاد می ­شود. آب حرارت سنگ را دریافت کرده و از چاه خارج شده و وارد سیکل نیروگاه می شود.

۵- مواد مذاب: این منابع که به نام گذاره ­ها میشناسیم در واقع ایده آل­ترین حالت ممکن برای منابع زمین گرمایی بوده که درجه حرارت آن بین ۷۰۰ تا ۲هزار درجه سانتی­گراد است.

در حالت کلی برای آغاز بررسی­ های اکتشافی در یک منطقه زمین ­گرمایی، بیش از یکی از نشانه ­های وجود چشمه آب­گرم، بخار فشار، آب ­فشان، گل­فشان، کوه های آتشفشانی، سنگ های اتش فشانی باید در منطقه مورد مطالعه وجود داشته باشد.

مزایای استفاده نیروگاهی از انرژی ژئوترمال

 انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژی های تجدید پذیر محدود به فصل، زمان وشرایط خاصی نبوده و می توان در تمام ۲۴ساعت شبانه روز و در هر ۳۶۵روز سال استخراج و بهره برداری کرد همچنین انرژی ژئوترمال مستقل از هرگونه شرایط جوی می باشد.

از انرژی ژئوترمال می توان جهت تولید انرژی های ثانویه دیگری چون انرژی الکتریسیته بهره برد بدون اینکه هیچ گونه سوختی چون نفت، گاز و یا زغال سنگ استفاده شود و این خود دال بر غیر آلاینده بودن انرژی ژئوترمال است.  این انرژی، یک انرژی بومی است و احتیاج به وارد کردن یا صادر کردن آن به کشور دیگری نیست. احداث نیروگاه های کوچک ژئوترمال در روستاهای کوچک علاوه بر کمک اقتصادی به منطقه و جذب جهانگرد، از مهاجرت روستاییان به شهرها جلوگیری خواهد نمود و باعث افزایش درجه رفاه عمومی خواهد شد.

دستگاه های ژئوترمال فضای زیادی را اشغال نمی کند، در نتیجه بر محیط تاثیر چشم گیری نمی گذارند. بعد از احداث یک واحد قدرت ژئوترمال انرژی تولیدی تقریبا به صورت مجانی در می آید، تنها مقداری انرژی برای به حرکت در آوردن پمپ ها لازم است که آن هم به وسیله انرژی تولیدی تامین می شود.

نواحی مستعد احداث نیروگاه انرژی زمین گرمایی ایران

ایران در این زمینه نیز از موهبت انرژی خورشیدی و زمین گرمایی برخوردار است؛ چرا که وجود شرایط جغرافیایی متنوع و اقلیم چهارگانه زمینه مناسبی برای تولید انرژی از منابع طبیعی را داراست. در طی مطالعات انجام شده توسط وزارت نیرو و با همکاری شرکت ایتالیایی در طی سال های گذشته، در نتیجه این مطالعات منطقه زمین گرمایی مشکین شهر بعنوان مستعدترین منطقه اجرای طرح شناسایی شد. 

نیروگاه زمین‌گرمایی مشگین‌شهر در کمتر از ۱۰ سال اکتشاف شده است و هم‌اکنون ۱۱ حلقه چاه به عمق ۳ هزار متر مربع حفاری شده که از این تعداد هفت حلقه با عمق بیش از سه هزار متر حفر شده است و پس از انجام تست‌های به عمل آمده مشخص شد که هر کدام از چاه‌ها به طور متوسط قادر به تولید پنج مگاوات برق هستند. باتوجه به لزوم افزایش ظرفیت نصب شده نیروگاهی ۲۹,۰۰۰ مگاواتی فعلی به  ۹۰.۰۰۰ مگاوات در سال ۲۰۲۰ به نظر می‌رسد بهره‌برداری از انرژی های تجدیدپذیر به منظور تغییر در سبد انرژی اجتناب ناپذیر باشد. پروژه تولید ۵ مگاوات برق از انرژی گرمایی زمین در مشگین شهر تاکنون ۸۰ میلیارد تومان هزینه برده است. برآوردهای سانا (سازمان انرژیهای نو ایران) نشان می‌دهد در آینده برای رسیدن به تولید ۳۰ مگاوات برق؛ به حدود ۲۵۰ میلیارد تومان بودجه نیاز است.

ملاحظات اقتصادی طرح توجیهی نیروگاه زمین گرمایی

در تولید برق از انرژی زمین‌گرمایی معمولاً میزان سرمایه‌گذاری اولیه برای انجام اکتشاف ها مربوطه و نصب نیروگاه نسبت به نیروگاه های دیگر بالاتر است. اما به دلیل پایین بودن هزینه‌های تعمیر و نگهداری و نیاز نداشتن به سوخت در حین بهره‌برداری از نیروگاه، عملاً «قیمت تمام شده برق» در نیروگاه های زمین‌ گرمایی با نیروگاه های متعارف سوخت فسیلی قابل مقایسه و از انواع دیگر انرژی های نو به مراتب ارزان‌تر است. بطور کلی هزینه‎های بهره‎برداری از منابع انرژی زمین‌گرمایی به دو بخش عمده تقسیم می‌شوند: ۱- هزینه‌های مرحله اکتشافی، ۲- هزینه‌های نصب نیروگاه. پس از اتمام مطالعه‌ها، احتمال موفقیت در دستیابی به یک مخزن قابل بهره‎برداری، حدود ۳۰ درصد است و هزینه متعارف این نوع مطالعات در دنیا ۳۰۰ هزار دلار برآورد شده است.

مدت زمان احداث یک نیروگاه زمین گرمایی بدون احتساب زمان مطالعات اکتشافی و حفاری حدود ۳ تا ۶ سال و عمر مفید یک نیروگاه زمین گرمایی ۲۵ تا ۳۵ سال می باشد. ضریب تولید این نیروگاه ها ۹۰ درصد بوده و کل هزینه های راه اندازی نیروگاه حدود ۴۰۰۰ دلار بر کیلووات می باشد.

درباره ی سرمایه گذاری در انرژی های نو بیشتر بدانید.

جمع بندی

یکی از انرژی‌های موجود در طبیعت که امکان استفاده از آن به‌صورت گسترده از طریق بکارگیری دانش فنی و سرمایه‌گذاری وجود دارد، انرژی زمین گرمایی است که در صورت استفاده صحیح و اصولی علاوه بر تامین انرژی مورد نیاز صنایع سبب ایجاد اشتغال و رونق اقتصادی در منطقه می شود. در واقع می‌توان گفت که انرژی زمین گرمایی در صورتی که اقدامات لازم همچون شناسایی محدوده‌های ژئوترمال انجام شده و دانش فنی و تجهیزات مورد نیاز برای تولید انرژی برق وجود داشته باشد، می‌تواند به میزان قابل توجهی از این راه انرژی تولید کرده و با کاهش هزینه‌هایی همچون هزینه جابه‌جایی انرژی، صرفه اقتصادی را برای صنایع به ارمغان آورد.