انرژی زمین گرمایی یک منبع انرژی تجدید پذیر (پایان ناپذیر) است و همچنین به عنوان منبع انرژی پاک شناخته می‌شود، زیرا گاز‌های گلخانه‌ای را که به انسان‌ها محیط زیست آسیب می‌رسانند، تولید نمی‌کند. این انرژی، گرما را از نقاط کم عمق و عمیق و از سنگ‌ها و سیالات گداخته (ماگما) که دمای بسیار زیادی دارند و مایل‌ها زیر زمین هستند نشأت می‌گیرد.
واژه ژئوترمال ریشه یونانی دارد. ژئو به معنی زمین و ترمال به معنی گرما است. این واژه اقتباسی مستقیماً معنی آن یعنی گرمای زیر سطح زمین را در بر دارد. این انرژی هزاران سال پیش توسط تجزیه و واپاشی مواد معدنی و جنگل‌ها شکل گرفته است. پیشتر از این گرما برای استحمام و گرمایش استفاده می‌شد، اما امروزه برای تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تاریخچه انرژی زمین گرمایی درجهان :
وجود کوههای آتش فشانی اولین نشانه وجود گرما درزیر زمین بود.
حفر اولین منابع زمین گرمایی در فاصله زمانی بین قرنهای ۱۶و ۱۷ میلادی
قرن هجدهم میلادی اولین اندازه گیریها در بلفورت فرانسه
اوایل قرن نوزدهم استخراج سیالات زمین گرمایی با هدف بهره برداری ا ز پتانسیل انرژی حرارتی در ایتالیا صورت گرفت.
۱۸۷۰: استخراج بخارات طبیعی آب با هدف بهره برداری از انرژی مکانیکی آن انجام شد.
۱۹۰۴:تولید برق از این انرژی در لاردرلو ایتالیا
۱۹۲۰:نخستین چاهها ژئو ترمال در ژاپن و کالیفرنیا به طور همزمان
۱۹۲۸:استخراج سیال زمین گرمایی برای تامین گرمایش منازل در ایسلند.
پس از جنگ جهانی دوم در سال ۱۹۵۸ نیوزلند بعنوان دومین کشور فعال در این زمینه اقدام به تولید برق از انرژی زمین گرمایی نمود.
تاریخچه انرژی زمین گرمایی در ایران :
در ایران از سال ۱۳۵۴ مطالعات گسترده ای بمنظور شناسایی پتانسیل های منبع انرژی زمین گرمایی توسط وزارت نیرو با همکاری مهندسین مشاور ایتالیایی ENEL در نواحی شمال و شمال غرب ایران در محدوده ای به وسعت ۲۶۰ هزار کیلومتر مربع آغاز گردید. نتیجه این تحقیقات مشخص نمود که مناطق سبلان، دماوند، خوی، ماکو و سهند با مساحتی بالغ بر ۳۱ هزار کیلومتر مربع جهت انجام مطالعات تکمیلی و بهره برداری از انرژی زمین گرمایی مناسب می باشند. در همین راستا برنامه اکتشاف، مشتمل بر بررسیهای زمین شناسی، ژئوفیزیک و ژئوشیمیایی برنامه ریزی شد. در سال ۱۳۶۱ با پایان یافتن مطالعات اکتشاف مقدماتی در هر یک از مناطق ذکر شده، نواحی مستعد با دقت بیشتری شناسایی شده و در نتیجه در منطقه سبلان: نواحی مشکین شهر، سرعین و بوشلی، در منطقه دماوند ناحیه: نونال، در منطقه ماکو- خوی نواحی: سیاه چشمه و قطور و در منطقه سهند پنج ناحیه کوچکتر جهت تمرکز فعالیتهای فاز اکتشاف تکمیلی انتخاب شدند. پس از یک وقفه نسبتاً طولانی و با هدف فعال نمودن مجدد طرح، گزارشهای موجود مجدداً در سال ۱۳۶۹ توسط کارشناسان UNDP بازنگری شده و منطقه زمین گرمایی مشکین شهر بعنوان اولین اولویت جهت ادامه مطالعات اکتشافی معرفی شد. پیرو مطالعات ذکر شده پروژه انجام حفاری های اکتشافی ، تزریقی، توصیفی به منظور شناسایی بیشتر پتانسیل در منطقه سرعین مشکین شهر در سال تعریف ۱۳۸۱گردید که عملیات حفر اولین چاه زمین گرمایی نیز در همان سال آغاز گردید .فاز اول این پروژه در سال ۱۳۸۳ اتمام یافت که درمجموع سه حلقه چاه اکتشافی و دو حلقه چاه تزریقی در این مرحله حفر گردید و تست دوحلقه از سه حلقه چاه اکتشافی با موفقیت انجام گرفت که مهم ترین دستاورد این فاز از پروژه کسب دانش فنی مربوط به حفر چاههای زمین گرمایی بود . فاز دوم این پروژه در سال ۱۳۸۴ آغاز گردید.
توانمندی های حاصله در کشور در حوزه انرژی زمین گرمایی:
در پروژه توسعه میدان زمین گرمایی و ساخت نیروگاه مشکین شهر مراحل حفاری چاهها،بهره برداری از چاه ها در دوره تست،ساخت دستگاههای مربوط به تست در کشور کاملا بومی شده و توسط متخصصان داخلی به انجام رسیده است.
همچنین در زمینه استفاده از پمپ های حرارتی زمین گرمایی تا کنون تکنولوژی نصب کویل های زمینی به صورت کامل و ۱۰۰% در کشورمان ایران بومی شده است.
چشمه‌های گرمایی زمین
انرژی‌های گرمایی زمین از گرمای تشکیل سیاره در ابتدا (حدود ۲۰ درصد) و تجزیه‌ی رادیواکتیو مواد معدنی (حدود ۸۰ درصد) تولید می‌شود. اصلی‌ترین ایزوتوپ‌های تولید کننده انرژی پتاسیم ۴۰، اورانیوم ۲۳۸، اورانیوم ۲۳۵، و توریم ۲۳۲ هستند.
این انرژی از هسته به سطح با توان ۴۴.۲ تراوات (terawatts) با مکانیسم «انتقال حرارت هدایتی» (conduction) در جریان است. چنین توانی از انرژی بیشتر از دو برابر مصرف کنونی در کل جهان محاسبه شده که البته امکان بازیافت همه‌ی آن وجود ندارد. همچنین جالب است بدانید که سطح زمین تا عمق ۱۰ متر در طول فصول گرم توسط خورشید گرم می‌شود و این گرما را در طول فصول سرد تخلیه می‌نماید.
بزرگ‌ترین منابع انرژی زمین‌گرمایی جهان در کشور چین در دل زمین نهفته و بعد از این کشور در مقام دوم مجارستان قرار گرفته است. مجارستان با توجه به مساحت کشور، غنی‌ترین کشور جهان به حساب میآید. بیشترین برق زمین‌گرمایی در فیلیپین، نیکاراگوئه، ایسلند و نیوزیلند تولید می‌شود.
بر اساس طبقه‌بندی‌های صورت گرفته‌ی جهانى، ایران در گروه کشورهایى که داراى ذخایر احتمالى براى تولید برق از انرژى زمین‌گرمایى با استفاده از سیکل‌هاى تبخیر لحظه‌ای و تمام سیال ( براى دوره ۳۰ ساله) قرار گرفته است و قابلیت تولید برق زمین‌گرمایی با ظرفیت بیش از ۲۰۰ مگاوات دارد.
احداث نیروگاه زمین‌گرمایى در ایران و در منطقه‌ی مشکین‌شهر، نخستین نیروگاه از این نوع در منطقه خاورمیانه است و امکان دستیابى به انرژى سبز با تولید برق عارى از هرگونه آلودگى زیست‌محیطی را فراهم می‌کند. نیروگاه زمین‌گرمایی مشکین‌شهر در ۲۵ کیلومتری این شهرستان در دامنه سبلان واقع شده است که علاوه بر تولید برق، در احداث استخر پرورش ماهی و واحدهای گلخانه‌ای و تأمین آب گرم منازل نیز کاربرد خواهد داشت .
۱) نیروگاه بخار خشک
۲) نیروگاه بخار لحظه‌ای
۳) نیروگاه چرخه‌ی دوتایی
همه این نیروگاه‌ها یک ویژگی مشترک دارند و آن هم استفاده از توربین‌های بخار برای تولید برق است. این ویژگی تقریبا با سایر نیروگاه‌های حرارتی که از منابع جایگزین غیر از زمین گرمایی استفاده می‌کنند، قابل مقایسه است.
۱) نیروگاه بخار خشک
همانطور که از اسم آن پیداست از بخار خشک برای تولید برق استفاده می‌شود. بخار خشک، همان بخار آب یا آب در حالت بخار است.
نیروگاه بخار خشک قدیمی‌ترین نوع نیروگاه انرژی زمین گرمایی است. اولین نیروگاه بخار خشک در سال ۱۹۰۴ در ایتالیا تاسیس شد. این نوع از نیروگاه زمین گرمایی در آمریکا تنها در کوههای والکانیک کالیفرنیا وجود دارد.
بخار داغ مورد استفاده عموما دمایی بالاتر از ۲۳۵ درجه سانتیگراد دارد. نکته این که این طراحی قدیمی‌ترین سیستم مورد استفاده بشر بوده است.
سیستم دوفازی
در این نوع نیروگاه، سیال خروجی از چاههای تولیدی به‌صورت دو فاز مایع و بخار وجود دارد. به‌طور تقریبی می‌توان نیروگاه‌های سیال دوفازی را بر اساس چرخه‌ی تولید برق و تجهیزات مورداستفاده در آن به سه دسته تقسیم نمود.
تک‌مرحله‌ای با خروجی اتمسفر
در این نوع نیروگاه، سیال خروجی از چاههای تولیدی، توسط خطوط انتقال لوله به داخل مخزن «تفکیک‌کننده» (Separator) هدایت می‌شود. در مخزن تفکیک‌کننده به دلیل افت فشار، قسمتی از سیال به بخار تبدیل، از قسمت خروجی بخار مخزن خارج و به داخل توربین هدایت می‌شود. در نیروگاه بخار «تک‌مرحله‌ای با خروجی اتمسفر» (Single Flash Backpressure) خروجی توربین به هوای آزاد رها می‌گردد. به همین دلیل میزان تولید توان در توربین و تولید برق در ژنراتور به فشار سیال و فشار جو بستگی دارد.
تک‌مرحله‌ای با کندانسور
تفاوت میان این نوع نیروگاه‌های زمین‌گرمایی با نیروگاه بخار تک‌مرحله‌ای با خروجی اتمسفر در این است که در این نیروگاه، سیال خروجی از توربین به داخل «چگالنده یا کندانسور» (Condenser) منتقل می‌شود. در کندانسور توسط آب سردی که توسط «برج خنک کننده» (Cooling Tower) تأمین می‌گردد،، فشار بعد از توربین کاهش می‌یابد تا ضمن افزایش راندمان نیروگاه، میزان تولید برق افزایش پیدا کند.
دومرحله‌ای
در این نوع نیروگاه زمین‌گرمایی به دلیل بالا بودن میزان دبی فاز مایع و نیز فشار آن می‌توان با کاهش فشار مایع خروجی از مخزن تفکیک‌کننده اول در یک مخزن تفکیک‌کننده دیگر نسبت به افزایش دبی بخار اقدام نمود. با این روش بخار تولید شده در مخزن تفکیک‌کننده دوم را به داخل قسمت‌های کم فشار توربین می‌فرستند تا بتوان میزان توان تولیدی در توربین و درنتیجه میزان تولید برق در ژنراتور را افزایش داد.
سیستم مایع داغ
در این نوع نیروگاه‌های زمین‌گرمایی سیال خروجی از چاههای زمین‌گرمایی به‌صورت مایع داغ و فاقد هرگونه بخار به دست میآید. در این حالت می‌توان با استفاده از یک مبدل حرارتی، حرارت موجود در سیال زمین‌گرمایی را به سیال دیگری مانند ایزوپنتان، ایزوبوتان و سایر مواد دیگری که دمای جوشی پایین‌تر از آب دارند، منتقل نمود. در ادامه با انتقال بخار ایزوبوتان یا دیگر سیالات مشابه به توربین، نسبت به تولید توان و سپس تولید برق در ژنراتور اقدام می‌شود. این نوع نیروگاه‌های زمین‌گرمایی، را «دو سیاله» نیز می‌نامند.
پمپ حرارتی
پمپ حرارتی زمین‌گرمایی یا سیستم تبادل حرارت با زمین فنآوری نوینی است که با استفاده از حرارت زمین (نه سیال زمین‌گرمایی) شرایطی مطبوع را برای مکان‌های سرپوشیده فراهم میسازد. از آنجا که پمپ‌های حرارتی از سیال مخازن زمین‌گرمایی استفاده نمیکنند، از این روش می‌توان تقریبا در همه جای جهان که شیب حرارتی متعارف یا بالاتر دارند بهره‌گیری کرد.
بسیار مفید بود فکر میکنم در آینده ی نزدیک بیشتر راجع به ژئوترمال بشنویم
ممنون از حسن توجهتون
جالب بود ، استفاده هر چه بیشتر از این انرژی به حفاظت محیط زیست کمک میکنه 👍🏼
ممنون از حسن توجهتون