بخشی از مقاله
چکیده
انرژی زمین گرمایی از دمای بسیار بالایی که در درون زمین و در زیر سطح زمین قرار گرفته است نشآت می گیرد. منابع تامین کننده انرژی در دنیا را میتوان در سه گروه عمده شامل انرژیهای فسیلی انرژی هسته ای و انرژیهای تجدیدپذیر مانند زمین گرمایی طبقه بندی نمود. با توجه به مصرف بسیار زیاد سوخت های فسیلی و محدود بودن منابع این نوع سوختها، توجه به جایگزینی آنها امری اجتناب ناپذیر است. انواع نیروگاههای زمین گرمایی برای تولید برق در این مقاله بررسی می شوند.
کلمات کلیدی: زمین گرمایی، نیروگاه، تامین برق،.
.1 مقدمه و هدف
اصطلاح اصلی زمین گرمایی GEOTHERMAL از ژئو به معنای زمین و ترمال به معنای دما و گرما می باشد. بنابراین انرژی زمین گرمایی از دمای بسیار بالایی که در درون زمین و در زیر سطح زمین قرار گرفته است نشآت می گیرد .[1] از زمان های دور، مردم از آب زمین گرمایی که آزادانه در سطح زمین به صورت چشمه های گرم جاری بودند، استفاده کرده اند. رومی ها برای مثال از این آب برای درمان امراض پوستی و چشمی بهره می گرفتند. در پمپئی برای گرم کردن خانه ها از آن استفاده می شد.
بومی های آمریکا نیز از آب زمین گرمایی برای پختن و مصارف دارویی بهره می گرفتند. امروزه، با حفر چاه به درون مخازن زمین گرمایی، و مهار آب داغ و بخار، از آن برای تولید نیروی الکتریسیته در نیروگاه زمین گرمایی و یا مصارف دیگر بهره برداری می کنند.. [2]
در نیروگاه زمین گرمایی، آب داغ و بخار خارج شده از مخازن زمین گرمایی، نیروی لازم برای چرخاندن ژنراتور توربین را فراهم می آورد و انرژی الکتریسیته تولید می کند. آب مورد استفاده، از طریق چاه های تزریق به مخزن برگشت داده می شود تا دوباره گرم شود و در عین حال، فشار مخزن حفظ، و تولید آب داغ و بخار تقویت شود و ثابت باقی بماند. کاربردهای انرژی زمینگرمایی بطور کلی به دو بخش عمده تولید برق و استفاده مستقیم از انرژی حرارتی طبقه بندی می گردد.[6]
.2 تولید برق
به منظور تولید برق از انرژی زمینگرمایی، آبهای داغ یا بخارات داغ طبیعی از درون چاههای حفر شده به سطح زمین هدایت شده و جهت به چرخش درآوردن توربین مورد استفاده قرار میگیرند.[3] آب داغ یا بخار داغ در نیروگاههای زمینگرمایی با گردش توربینهای خاص و مولدهای مربوطه باعث تولید برق میگردد. برخلاف نیروگاههای سوخت فسیلی هیچ ماده سوختی در نیروگاههای زمینگرمایی بکار برده نمیشود. ایتالیا اولین کشوری بود که در سال 1904میلادی توانست از انرژی زمینگرمایی نیروی برق تولید کند.
چنانکه در میدان زمینگرمایی در ناحیه لاردرلو ایتالیا در سال 1940نیروی برقی بالغ بر 137مگاوات الکتریکی تولید میشد که در جریان جنگ جهانی دوم آماج بمباران هوایی قرار گرفت و از بین رفت.این نیروگاه پس از جنگ بازسازی شده و مورد بهره برداری مجدد قرار گرفت به طوریکه در سال 1975 ظرفیت آن بالغ بر 380 مگاوات الکتریکی گردید.[5]
پس از جنگ جهانی دوم کشور زلاندنو اولین کشوری بود که در سال 1958 از دو واحد نیروگاه برق که بوسیله بخار آب داغ منابع زمینگرمایی تغذیه میشدند بطور اقتصادی بهرهبرداری کرد.در سال 1960ایالات متحده آمریکا در ناحیه بیگ گیزرز واقع در 150کیلومتری شمال سانفرانسیسکو در آمریکا از بخار خشک میدان زمینگرمایی نیروی برق تولید کرد. سپس در مدت 17 سال بیشتر کشورهای جهان از این انرژی برق استحصال کردند.[4]
.3 کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی
کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی، بهره برداری بدون واسطه از انرژی زمین گرمایی است. در این حالت، انرژی زمین گرمایی به انرژی الکتریکی تبدیل نمی شود. مخزن های زمین گرمایی که دمای آنها بین 65 تا 150 سانتیگراد است برای تولید برق، توجیه اقتصادی ندارد، لذا این گونه مخزن ها برای استفاده مستقیم از انرژی حرارتی، مناسب هستند. مخزن های زمین گرمایی حرارت پایین، نسبت به مخزن های حرارت بالا گستردگی بیشتری دارند. آب داغ مخزن های حرارت پایین را می توان با دستگاه های حفاری چاه های آب استخراج کرد. یک محقق ایسلندی به نام لیندال به منظور نشان دادن موارد کاربرد انرژی زمین گرمایی، نموداری تهیه کرده است که در آن موارد مختلف کاربرد سیال زمین گرمایی بر حسب درجه حرارت آن ارائه شده است.
همان گونه که در نمودار لیندال مشخص شده است، موارد بهره برداری مستقیم از انرژی زمین گرمایی را می توان به 6 رده کلی گرمایش ساختمان ها کشاورزی دامپروری کاربردهای صنعتی درمان بیماری ها و سایر ×تقسیم بندی کرد. شکل - 1 - فرایندهای مختلفی را در این زمینه نشان می دهد.
شکل - - 1 - فرایندهای مختلفی
.4× طرح نیروگاهها
انواع نیروگاههای زمین گرمایی در زیر آورده شده است که به توضیح چند مورد از موارد زیر می پردازیم. -1 نیروگاههای بخار خشک - 2 نیروگاههای بخار انبساط آنی
- 3 نیروگاههای سیکل دو مداره
- 4 نیروگاههای باتوربین تفکیک دورانی
- 5 نیروگاههای سیکل ترکیبی
. 4-1× نیروگاههای بخار خشک
در این نیروگاهها برای تولید برق از مخازن هیدروترمال تحت بخار استفاده می شود.نسبت بخار به آب خیلی زیاد بوده و به صورت بخار خشک است.بخار خشک با استفاده از فشار طبیعی خود از چاه تولیدی خارج شده پس از گذشتن از صافی ، تصفیه و به داخل توربین هدایت می شود .
در طرح اولیه در این نیروگاهها درسال 1904در لادرلو ساخته شد.بدین تریتیب که بخار خشک از چندین چاه بوسیله خطوط لوله هایی به نیروگاه انتفال پیدا می کند و مستیما در توربینهایی از نوع واکنسی استفاده می شوند. بین هر منبع و نیروگاه سیستمهای جدا کننده جامد ازمایع وجود دارد این سیستمهای جدا کننده در نزدیک مخزن زمینی قرار گرفته و مانع از ورود ذراتی مثل گرد و خاک و سنگریزه به نیرو گاه بوده و آنها را برگشت می دهد. در ورودی نیروگاه نیز یک رطوبت گیر برای خشک نمودن کامل بخار موجود است.
FLASH STEAM .4-2 - نیروگاههای بخار انبساط آنی -
این نیروگاهها برای استفاده از مخازن تحت مایع به اندازه کافی داغ - در حدود 160 درجه - مورد استفاده قرار می گیرند و به دو صورت تک مرحله ای و دو مرحله ای می باشند. در اکثر مخازن زمین گرمایی نسبت آب به بخار بیشتراست که در آن محصول مخزن ، یک مخلوط دو فازی مایع و بخار است . کیفیت مخلوط تابعی از حالت سیال مخزن است و در آن ابعاد مخزن و فشار دهانه مخزن با یک سوپاپ و یا یک صفحه آبکاری شده می توان روزنه را کنترل کندمعمولاَ. کیفیت بخار چنین منابعی رنج %10 تا %50 می باشد.
عمل جداسازی فازها فازها در غلظت 175 تا 350 بوسیله عمل سانتریفوژ انجام می پذیرد و جداکننده های با کارایی بالا ، کیفیت بخار منطقه را بیشتر از %99.99 می رساند. مایع حاصل از جداسازی بوسیله ×چاههای تزریق به بیرون دفع می شود.
.4-2-1× تک مرحله ای
آبهای داغ زمین گرمایی که تحت فشار زیاد هستند در اثر دما و فشار بسیار زیاد طبیعی خود به بالای چاه آمده و به سمت دستگاه تفکیک کننده آنی هدایت می شود در این دستگاه در نتیجه افت فشار مقدار زیادی از آب داغ به بخار تبدیل می شود.بخار حاصله پس از گذشتن از صافیهای مخصوص به درون توربین بخار هدایت و توربین کوپل شده با توربین برق تولید می کند.سیستم چگالش و برج خنک کننده در این نوع مانند نیروگاههای بخار خشک می باشد. دیاگرام ساده شده ای از این
