مقاله در مورد ژئوترمال

word قابل ویرایش
44 صفحه
9700 تومان
97,000 ریال – خرید و دانلود

مقدمه
اصطلاح ژئوترمال واژه ای است یونانی که از کلمات Geo به معنای زمین و ther/ me به معنی حرارت تشکیل شده است و انرژی زمین گرمایی هم نامیده می شود. این انرژی از سیال داغ موجود دراعماق زمین به دست می آید. در واقع آب داغ یا بخار خروجی از زمین عامل انتقال انرژی ازمخزن ژئوترمال به سطح زمین است. این انرژی در مخزن زمین گرمایی، متمرکز شده است که برای دسترسی به آن در محل مخزن ، چاهی عمیق حفر می شود.

طبق محاسبات به عمل آمده مشخص شده است که انرژی حرارتی ذخیره شده در ۱۱ کیلومتر فوقانی پوسته زمین ، معدل ۵۰ هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته امروز جهان است.
این منبع طبیعی فراوان و تمیز ، به طور پیوسته و یکنواخت در دسترس است در حال حاضر در بیشتر کشورهای پیشرفته ، بخار ژئوترمال و آب داغ برای تولید انرژی الکتریکی با کمترین تاثیرات محیطی مورد استفاده قرار می گیرد. آب های گرم مستقیماَ از زمین ، برای گرم کردن گلخانه ها، حوضچه های پرورش ماهی و سیستمهای گرمایش و سرمایش و غیره به کار می روند. همچنین پمپهای حرارتی ژئوترمال را می توان تقریباَ در هر جایی نصب کرده بهره برداری از انرژی ژئوترمال به عنوان یک منبع انرژی پتانسیل در اعماق زمین، مستقل از شرایط جوی بوده و قابلیت جوابگویی به نیاز کنونی و آتی بشر دارد.

امروزه از ژئوترمال در ۲۱ کشور جهان برای تولید الکتریسته و در ۵۵ کشور دنیا برای استفاده مستقیم از منابع استفاده می شود. بدیهی است که بهره برداری گسترده از ذخایر انرژی ژئوترمال مستلزم تحقیق و توسعه بیشتر در زمینه روش های اکتشاف و استخراج آن است.
تاریخچه ژئوترمال در جهان:
این انرژی از ابتدای خلقت مورد استفاده انسان بوده است. به این ترتیب که از آن برای شستشو، پخت و پز، استحمام، کشاورزی و درمان بیماریها استفاده می شده است. اسناد و مدارک موجود ثابت میکند که ساکنان کشورهایی نظیر چین، ژاپن اسلند و نیوزلند در گذشته های دور از این انرژی استفاده می کردند. در سال ۱۸۲۸ فردی به نام لار در للو در کشور ایتالیا برای تهیه اسیدبوریک به جای سوزاندن هیزم از حرارت آبهای گرم استفاده کرد که بعدها نام محل اجرای طرح مزبور را لاردرللو نامیدند.

در سال ۱۸۷۰ با روش های پیشرفته علمی نوع رفتار حرارتی زمین مورد مطالعه قرار گرفت. نخستین تلاش ها در لاردرللو در سال ۱۹۰۴ برای تولید برق با استفاده از انرژی ژئوترمال صورت گرفت. در سال ۱۹۰۸ در همان منطقه، نخستین نیروگاه ژئوترمال به ظرفیت ۲۰ کیلووات راه اندازی شد که در سال ۱۹۴۰ ظرفیت آن به میزان ۱۲۷ مگاوات افزایش یافت تا سال ۱۹۵۰ بهره گیری از انرژی ژئوترمال رشد چندانی نداشت اما حد فاصل سال های ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۳ بهره گیری از انرژی

ژئوترمال رشد چندانی نداشت اما حد فاصل سال های ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۳ به دلیل گران شدن بی سابقه و ناگهانی نفت، همه کشورها به فکر استفاده از انرژی های جایگزین افتادند و به تدریج کشورهایی چون امریکا ، اسیلند، فیلیپین، اندونزی و اغلب کشورهایی که روی کمربند ژئوترمال جهانی قرار دارند شروع به بهره برداری از این انرژی کردند.

تاریخچه ژئوترمال در ایران:
شناخت انرژی ژئوترمال در ناحیه دماوند در چهارچوب بررسی های انرژی ژئوترمال در مناطق آذربایجان و دماوند از سال ۱۹۷۵ به وسیله شرکت ایتالیایی انل (ENEL) و با نظارت وزارت نیرو آغاز شد و تا سال ۱۹۸۳ به طول انجامید. این مطالعات شامل زمین شناسی نوری ، زمین شناسی، آتشفشان شناسی، آب شناسی، هیدرولوژی، ژئوشیمی و ژئوفیزیک است.

سازمان انرژی های نو ایران (سانا) وابسته به وزارت نیرو از سال ۱۳۷۴ فعالیت رسمی خود را آغاز کرده تا از انرژی های نو مانند انرژی خورشیدی، انرژی ژئوترمال، انرژی باد، بیوماس و بیوگاز، انرژی امواج و غیره بهره گیری کند.
استفاده از انرژی ژئوترمال در ایران به سال های دور می رسد به طوری که مردم به شیوه های سنتی از این انرژی در محل هایی که چشمه آب گرم وجود داشت، در قالب حمامها و استخرهای شنا جهت مصارف آب درمانی و تفریحی استفاده می کردند. هم اکنون مطالعات احداث اولین نیروگاه ژئوترمال در کشور توسط سا زمان انرژی های نو وابسته به وزارت نیرو در منطقه مشکین شهر در حال اجرا است که تا کنون سه حلقه چاه اکتشافی به عمق های حدود ۳۲۰۰ متر، ۳۱۷۰ متر و ۲۲۰۰ متر جهت برآورد و تخمین پتانسیل انرژی ژئوترمال در منطقه سبلان حفاری شده است و نتایج اولیه حاکی از وجود پتانسیل بالا و مطلوبی برای احداث نیروگاه در این منطقه است. همچنین در این سازمان پروژه پمپ حرارتی در شهر تبریز جهت تأمین گرمایش و سرمایش ساختمان ها در حال انجام است. تاکنون مناطقی از ایران که دارای پتانسیل مناسب جهت بهره برداری از انرژی ژئوترمال هستند، مورد مطالعه قرار گرفته اند و پروژه های تحقیقاتی در این زمینه در دست مطالعه و اجرا می باشد.

گرمای زمین
گرمای درونی زمین به تدریج با افزایش عمق، افزایش می یابد( ۳ درجه به ازای هر ۱۰۰ درجه که در مناطق آتشفشانی جوان این میزان حدود ۳ تا ۵ برابر است) به طوریکه در مرکز زمین این گرما به بیش ۴۲۰۰ درجه سانتی گراد (۷۶۰۰ درجه فاز نهایت ) از می رسد. بخشی از این گرما مربوط به آثار باقی مانده از توده ای آتشین مانند در حدود ۵/۴ بیلیون سال پیش می باشد، اما بیشتر این گرما از فساد و زوال ایزوتوپ های رادیواکتیو به وجود آمده است. همانطور که گرما به طور طبیعی از نواحی گرمتر به نواحی سردتر حرکت می کند، گرمای زمین هم همراه یک افت و خیز نسبی از

مرکز به سطح جریان دارد یعنی از جایی که ۴۲ میلیون مگاوات گرما تخمین زده شده که مدام در فضا بخش می گردد. حجم ذخیره شده این گرمای بی اندازه را نمی توان بدست آورد، زیرا گرمای درونی کمی به سطح می رسد. بر اساس نظریه تکتونیک صفحه ای، مشخص شده است که مقداری از این گرما ، که در اعماق مطلوب برای استخراج تجاری آن تمرکز یافته، مراقبت می شود. طبق این نظریه پوسته زمین از تعدادی صفحه تشکیل شده است که نسبت به یکدیگر درحال

حرکتند. این صفحات متحرک روی ماده نیمه سیالی که در عمق تقریبی ۱۰۰ کیلومتری واقع شده است، قرار دارد. با توجه به اینکه مرز صفحات مزبور جز مناطق فعال زمین است مناطق زلزله خیز فعال آتشفشانی و ذخایر زمین گرمایی جهان نیز روی این مناطق واقع شده است. جایی که دو صفحه با هم برخورد می کنند معمولاَ یکی به زیر دیگری می رود. در عمق زیاد ، درست بالای صفحه ای که به پایین رفته، گرمای درونی، به اندازه ای بالا می رود که مناسب ذوب سنگها می باشد. در نتیجه جرم ماگما که تراکم کمتری نسبت به محیط سنگها دارد تا پوسته و گاهی اوقات تا آتشفشانهای محترق صعود می کند.
تحت شرایط درست این گرمای نزدیک سطح زمین می تواند تولید تجاری انرژی ژئوترمال را فراهم کند.
نشانه های انرژی ژئوترمال
مهمترین نشانه های منابع ژئوترمال عبارت است از: سنگهای آتش فشانی جوان (جوانتر از یک میلیون سال )، چشمه های آب گرم، بخار فشان یا گاز فشان ، آب فشان (گایرز)، نواحی و دگرسان شده، گل فشان و کوههای آتشفشانی فعال.
برای آغاز مطالعات اکتشافی در یک منطقه زمین گرمایی ، بیش از یک نشانه باید در منطقه وجود داشته باشد.

در کل نواحی که دارای پتانسیل انرژی ژئوترمال هستند منطبق بر مناطق آتشفشانی و زلزله خیز جهان هستند.
مخزن ژئوترمال
توده یا حجمی از سنگهای نفوذپذیر و متخلخل است که در اعماق مختلف زمین قرار داشته و خلل در فرج آن ها را آب داغ یا بخار تحت فشار اشغال کرده است. مخازن ژئوترمال تحت شرایط خاص زمین شناسی به وجود می آیند. گسل ها یکی از عوامل مهم کنترل کننده اندازه و شکل مخازن زمین گرمایی هستند.

عمق این مخازن نباید بیش از سه هزار متر باشد زیرا بهره برداری از انرژی آن بافن آوری کنونی بشر، توجیه اقتصادی ندارد.
اجزای یک مخزن زمین گرمایی عبارتند از:
۱٫ سنگ مخزن که سنگی نفوذپذیر و متخلخل است.

۲٫ سیال مخزن که آب داغ یا بخار تحت فشار است.
۳٫ سنگ پوشش که سنگی متراکم و غیر قابل نفوذ بوده و مانع خروج سیال از مخزن و در نتیجه افت فشار آن می شود.
۴٫ منبع حرارت که ممکن است عوامل مختلفی باشد مانند یک توده نفوذی آذرین جوان و عمیق یا حرارت حاصل از حرکات زمین یا تجزیه عناصر رادیواکتیو
۵٫ منبع سیال که بارش های جوی، منابع آب زیرزمینی و یا آب موجود در ماگماست.

انواع مخازن ژئوترمال
۱ـ مخازن گرمایی: در حال حاضر این دسته از مخازن تنها مخازن اقتصادی جهان است که حاوی سیال بوده و بر حسب نوع سیال به دو دسته آب بالنده و بخار بالنده تقسیم می شوند . مخازن آب بالنده فراوانتر از مخازن بخار بالنده است. کشورهای نیوزلند و ایسلند دارای تعداد قابل توجهی مخازن آب بالنده است . در مخازن بخار بالنده بخار تحت فشار با دمای زیاد منبسط شده و به بخار خشک فوق العاده گرم تبدیل می شود. در مخازن آب بالنده حجم آب داغ بیش از حجم بخار و گاز مخزن است. حدود ۹۵% مخازن ژئوترمال را مخازن آب بالنده تشکیل می دهد. منابع تآمین کننده آب این مخازن بارش های جوی و آبهای سطحی است هر چه حجم آب داغ قابل استخراج مخزن بیشتر باشد، بهره برداری از آن اقتصادی تر است.

۲ـ مخازن سنگ داغ خشک: در نواحی که سنگهای متراکم و آذرین و داغ و بدون تخلخل در عمق کم قرار دارند می توان آب را به طور مصنوعی به سنگها تزریق کرد. لابه لای سنگها آبها بخار شده و به بالا صعود میکند و برای تولید برق مورد استفاده قرار می گیرد. این طرح از نظر اقتصادی به صرفه نیست و در مرحله مطالعاتی است.
۳ـ مخازن تحت فشار: این گونه مخازن در اعماق زیاد (بیش از چهار هزار و ۶۰۰ متر) قرار دارد. این گونه مخازن از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیستند و اکثراَ در حین انجام مطالعات اکتشافی ذخایر نفت و گاز شناسایی شده اند.

۴ـ مخازن ماگمایی : در برخی نقاط کره زمین به ویژه در مناطق فعال آتشفشانی توده های آذرین جوان کم عمق وجود داردکه دارای انرژی حرارتی فوق العاده زیادی هستند. این توده های آذرین را مخازن ماگمایی می نامند که بهترین نمونه آن در جزایر هاوایی وجود دارد. این طرح نیز با مشکلاتی نظیر خطرات حفاری و عدم کارایی روش های ژئوفیزیکی کنونی در حرارتهای بالا مواجه است.

تکنولوژی ژئوترمال
امروزه، تنها عالی ترین درجات منابع ژئوترمال می توانند مورد استفاده اقتصادی قرار بگیرند. مانع اصلی در راه پیشرفت سریع جهان گسترده ژئوترمال، گرانی و تکنولوژی نامناسب و محدود می باشد. پیشرفت این تکنولوژی

نیاز به مراکز تحقیق به ویژه نظارت بر کاوش ها و اکتشافات حفاری و طراحی نیروگاهها دارد.
ـ کاوش و اکتشاف
تکنیکهای ژئوفیزیکی، ژئوشیمی و زمین شناسی برای تعیین محل منابع ژئوترمال مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از مشکلات اساسی که کمپانی های ژئوترمال با آن مواجه هستند، اینست که چطور اقتصادی ترین و مؤثرترین مکان را برای حفر چاهها پیشگویی کنندکه بیشترین شانس برای به هم رسیدن کانالهای جریان گرما و مخازن گرمایی عمیق وجود داشته باشد.
روش های جدید ژئوشیمی و زمین شناسی و سنورهای با حساسیت بالا بسیاری از اکتشافات را میسر می سازد اما هنوز جا برای پیشرفت در آینده به منظور به حداقل رساندن هزینه های اکتشاف اما نه تولید چاههای خشک وجود دارد.

در زمین شناسی آنچه از نقطه نظر ژئوترمال پر اهمیت است تراوایی سنگهاست و در نتیجه اینکه کدامیک از این سنگها و طبقات رسوبی به عنوان سنگ مخزن و کدامیک به صورت سنگ پوششی عمل می کنند. همچنین با استفاده از نظریه تکنوییک صفحه ای می توان نحوه پراکندگی مناطق ژئوترمال جهان را توجیه کرد. به طور کلی ، استخراج و اکتشاف بدون شناخت و وضعیت زمین شناسی منابع ژئوترمال ممکن نیست. مطالعات ژئوشیمی شامل نمونه برداری و آزمایش نمونه

های متعدد از آب های جاری، گازها ، رسوبات ، آلتراسیون و آب چشمه ها و غیره است که با توجه به نتایج حاصل می توان محدوده هایی که از نظر اکتشافات انرژی ژئوترمال پر اهمیت هستند را مشخص کرد. به عنوان مثال تغییرات در محدوده های زیاد نشانگر وجود آبخیزهای متعدد و اختلاط آب های ژئوترمال با آب های سطحی است. استفاده از داده های ایزوتوپی که از طریق مدار تریتیوم موجود درمحل ظهور آب چشمه ها می توان زمان توقف آب ها را در یک مخزن عمیق تخمین زد. اب چشمه های سرد دارای مقادیر زیاد تریتیوم و آب چشمه های گرم دارای مقادیر کمتری تریتیوم بوده که این مورد نشانگر گردش طولانی تر آب چشمه های گرم است.

همچنین از طریق کاربردهای ژئوترمومترهای مختلف می توان درجه حرارت مخزن ژئوترمال را تخمین زد.
برای اکتشاف مخزن ژئوترمال، استفاده از روش های ژئوفیزیکی هم ضروری می باشد مثلاً در ناحیه دماوند روش های ژئوفیزیکی تلوریک و مگنتوتلوریک برای اکتشاف مخزن ژئوترمال به کار گرفته شد.
مطالعات حرارت سنجی نیز به منظور اندازه گیری شیب حرارتی و مقدار جریان حرارت در زیر سطح زمین انجام می گیرد. همچنین میزان پتانسیل حرارتی را با توجه به داده هایی همچون درجه حرارت سیال مخزن ضخامت سنگ مخزن، میزان تخلخل سنگ ، مخزن، درجه حرارت پس از بهره برداری و …. محاسبه می کنند.
به دنبال استفاده مفید از بعضی انواع سیستمهای سنور، باید این سیستمها معرفی و مطرح گردند. اخیراً نتایج چندین پروژه و انواع سنسورهای به کار رفته در آنها توسط کمپانی های سازنده دستگاهها به نمایش گذاشته شده و آزمایشات آنها شرح داده شد.

هنوز هم بیشتر سنسورهای معمول در زمینه بازدید و نقشه برداری ، دوربین های فیلمبرداری قدیمی هستند. فرض بر اینست که حدود ۱۰۰۰ سیستم گسترده جهانی قابل دسترسی وجود دارد که از آن تعداد، حدود ۵۰۰ دوربین، روزانه استفاده می گردند. انواع مناسب آن که در معرض انعکاس های سیاه و سفید، رنگی و مادون قرمز هستند برای نقشه برداری فتوگرامتریک و تفسیر و ترجمه به کار گرفته می شوند. در پیشرفتهای اخیر، سنسورهای دیجیتال چشمی جایگزین دوربین های فیلمبرداری شده اند. که آزمایشات و اولین پروژه تجاری، نتایج خیلی منطقی در خصوص

استعمال این سیستم نشان داد. علاوه بر سنسورهای چشمی برای نقشه برداری مانند استریوهای فتوگرامتریک یا عکس های درست دیجیتالی، سیستمهای LiDAR هستند که با پیشرفت سریع این سیستمها در طول ۱۲ سال گذشته تا حال، روز به روز قابل اجراتر و نتیجه بخش تر بوده اند. به عنوان مثال ، با استفاده از برخی روش های اندازه گیری، قطر دهنده داخلی سیستم در نقشه برداری LiDAR با دقت بالای ۱۵ سانتی متر نشان داد.
در میان همه سیستمهای چند طیفی مختلف، طرح های اسکن گرما خیلی اوقات برای مشاهده و کنترل گرمای قسمت های مختلف زمین مانند رودخانه ها، دریاچه ها و پمپ های حرارتی و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

از ۱۰ سال پیش تا اکنون سیستمهای LiDAR همراه با سیستم های Gps/Ins که با موفقیت بالا همراه بوده، استفاده می شوند. دریافت کننده GpsوINS با هم ، همراه با یک سیستم لیزری یک واحد فشرده و ترکیبی است.
ـ حفاری
به خاطر اینکه جریانات ژئوترمال حرارت بالایی دارند می توانند خورنده و فاسد کننده باشند که این در مخازن سخت اتفاق می افتد. حفر چاههای ژئوترمال نسبت به حفر چاههای نفت و گاز خیلی مشکل تر و گرانتر می باشد. حفر هر چاه ژئوترمال ۱ میلیون دلار تا ۴ میلیون دلار هزینه دارد که ممکن است در یک فضای کاملاً پیشرفته به وجود ۱۰ تا ۱۰۰ چاه نیاز باشد. حفر چاه ها می تواند به آسانی حدود ۵۰% – ۳۰ از هزینه های مالی کل پروژه را شامل شود.

در آلمان ، فقط حفر چاهها حدود ۳ میلیون DM هزینه داشته که مجموع مخارج برای تأسیسات ژئوترمال حدود ۱۲ میلیون DM بوده است. از طرف دیگر قیمت هر مگاوات ساعت از انرژی که ثابت خواهد بود بین ۱۸۰-۱۵۰ DM است که حدود ۹۰ DM از هر MWh توسط مشتری شارژ می شود، بنابراین نیمی از سرمایه ای که در یک سال گذاشته می شود به دین طریق باز می گردد. همچنین اداره ضمانت انرژی ایالت متحده با اختراعات متعدی که در زمینه حفاری داشته است باعث شده تا هزینه های حفاری در امریکا و سایر نقاط دنیا کاهش یابد.
نیروگاهها
دو تغییر مهم در نیروگاهها در توانایی تولید انرژی ژئوترمال به شدت تأثیر داشته است:
۱٫ کارایی و توانایی تبدیل انرژی ژئوترمال به الکتریسیته

۲٫ مخارج لوازم و ساخت
افزایش اولی و کاهش دومی منجر به پیشرفت های سودمندی در انرژی ژئوترمال خواهد شد. برای رسیدن به این اهداف برنامه های تحقیقاتی ژئوترمال انجام شد و اجرای آن با موفقیت در آزمایشگاه های ملی و دانشگاهها تحت حمایت اداره انرژی ، دفتر تکنولوژی باد و ژئوترمال و با حمایت اساسی از صنعت ژئوترمال ایالات متحده شروع شده است. همچنین برنامه های تحقیقاتی قوی در جوامع اروپایی، ژاپن، نیوزلند، ایسلیند، ایتالیا، اندونزی، فیلیپین، مکزیک و آمریکای مرکزی وجود دارد. در نتیجه این تحقیقات و پیشرفت هایی که در این تکنولوژی حاصل

شد، هزینه تولید از منابع ژئوترمال طی دو دهه گذشته حدود ۲۵% کاهش یافته است.
مزایای استفاده از انرژی ژئوترمال
امروزه تولید انرژی به کمک منابع سوختهای فسیلی یا نیروگاههای هسته ای با آلودگی قابل ملاحظه محیط زیست توام ست. انرژی ژئوترمال علاوه بر تجدید پذیر بودن در مقایسه با سایر منابع تولید انرژی آلایندگی کمتری داشته و جزو منابع پاک انرژی به شمار می رود. البته این به این معنا نیست که انرژی ژئوترمال کاملاً فاقد آلودگی است ولی میزان آلایندگی آن نسبت به نیروگاههای فسیلی یا هسته ای به حدی کم است که می توان با هزینه نسبتاً کمی آن را به حداقل ممکن رساند. البته برخی نیروگاهها و طرح های بهره برداری از این انرژی کاملاً فاقد آلودگی هستند.
از سوی دیگر، میزان آاودگی تأسیسات مزبور ، ارتباط مستفیمی با درجه حرارت منبع ژئوترمال دارد ،به این ترتیب که منابع حرارت پایین نسبت به منابع حرارت بالا آلودگی کمتری تولید می کنند و همچنین طرح های کاربرد مستقیم نیز کمتر از نیروگاههای ژئوترمال ، محیط زیست را آلوده می کنند. مزایای ژئوترمال را می توان به دو دسته کلی مزایای زیست محیطی و کابردی تقسیم بندی کرد.
الف) مزایای زیست محیطی
یکی از دلایل مهمی که سبب گسترش روز افزون استفاده از انرژی ژئوترمال در سراسر جهان شده مزایای زیست محیطی آن است. بدین ترتیب که از یک سو نیروگاهها و طرح های کاربرد مستقیم این انرژی آلودگی بسیار کمی تولید می کنند و از سوی دیگر با صرفه جویی در مصرف سوختهای فسیلی کمک شایانی به پاکیزگی محیط زیست می شود. مهمترین مزایای زیست محیطی کاربرد انرژی ترمال عبارتند از: عدم آلودگی هوا و منابع آب زیر زمینی و عدم نیاز به زمین وسیع .
۱- عدم آلودگی هوا
نیروگاهها از جمله کانونهای مهم آلاینده هواست که هر ساله با تولید حجم زیادی از گازهای گلخانه ای و سایر ترکیبات زیان آور موجبات تخریب محیط زیست را فراهم می آورند.

خوشبختانه نیروگاههای زمین گرمایی به دلیل تولید بسیار کم گازهای مضر جزو پاکیزه ترین انواع نیروگاههای تولید برق به شمار می روند. البته میزان آلایندگی این دسته از نیروگاهها بر حسب نوع سیکل تولید برق به کار رفته متفاوت است. مثلاً سیکل بخار خشک بیشتر از تبخیر آنی گازهای آلاینده تولید می کند، در صورتیکه اگر از سیکل های دو مداره استفاده شود به دلیل اینکه آب داغ در یک مدار بسته جریان داشته و با محیط بیرون ارتباط ندارد میزان آلایندگی به صفر می رسد. همچنین تمام سیال خروجی پس از انجام کار، دوباره به زمین تزریق می شود. میزان تولید گازهایی چون NH4,SO2,CO2در نیروگاههای ژئوترمال درصد بسیار کمی از میزان تولید این گازها در

نیروگاههای فسیلی است.
دقیقاً به این معنی که انتشارات گازدار از نیروگاههای انرژی ژئوترمال می تواند در اصل صفر خالص فرض شود.
گاز دی اکسید کربن ((Co2
این گاز از جمله مهمترین گازهای گلخانه ای است که جزو گازهای آلاینده به شمار نمی رود ولی باعث افزایش درجه حرارت کره زمین می شود. میزان تولید گازهای گلخانه ای تولید شده در نیروگاههای زمین گرمایی نسبت به سایر نیروگاهها به قدری کم است که اگر یک کیلو وات ساعت برق تولیدی از نیروگاههای فسیلی را با یک کیلووات ساعت برق تولیدی از نیروگاه زمین گرمایی جایگزین کنیم در حدود ۹۵% کاهش خواهد یافت. از آنجا که در اغلب سیستم های ژئوترمال، میزان گازهای غیرقابل معیان کمتر از پنج درصد وزنی بخار تولید شده از سیستم را تشکیل می دهد لذا میزان خارج شده از نیروگاههای زمین گرمایی در مقایسه با نیروگاههای فسیلی بسیا

ر کمتر است.
امروزه با تزریق آب داغ خروجی از نیروگاه به درون مخزن ژئوترمال از تولید همین مقدار کم هم جلوگیری می کند.

– سولفید هیدروژن (H2S)
یکی از گازهایی است که نیروگاههای ژئوترمال تولید می کند که این گاز پس از خروج از نیروگاه توسط ترکیبات موجود در هوا اکسید شده و به SO2 تبدیل می شود که خود یکی از عوامل اصلی ایجاد باران های اسیدی است. امروزه به کمک فرایندهایی، H2S خروجی از نیروگاه را تا حدود ۹۹٫۹ درصد کاهش می دهند. همچنین با تزریق مجدد آب داغ خروجی به مخزن تا حد زیادی از انتشار گاز SO2 در هوا جلوگیری می‌کنند.
– آمونیاک (N3H)

این گاز به میزان کم در سیستمهای ژئوترمال تولید شده که پس از خروج از نیروگاه در اتمسفر اکسید شده و به نیتروژن و آب تبدیل می شود و از آنجا که در نیروگاههای ژئوترمال هیچ گونه احتراقی رخ نمی دهد لذا در این قبیل نیروگاهها هیچ یک از ترکیبات NOX نیز تولید نمی شود.
استفاده از انرژی ژئوترمال به صورت تولید برق یا کاربرد مستقیم مخاطرات زیست محیطی مهمی را در بر نداشته و گازها و ترکیبات آلاینده کمی را به محیط زیست وارد می کند. به عنوان مثال تنها در ایالات متحده تولید برق از منابع ژئوترمال هر ساله مانع از انتشار ۲۲ میلیون تن ÷CO2 ،۲۰۰۰ هزارتن NOX و ۱۱۰ هزار تن ذرات معلق به درون جو می شود.
شایان ذکر آن که طرحهای کاربرد مستقیم از آلودگی بسیار کمی برخوردارند به دلیل درجه حرارت کمتر منابع حرارت پایین میزان گازها و سایر ترکیبات محلول موجود در این مخازن کمتر است.

۲- عدم آلودگی منابع آب
آب داغ خروجی از نیروگاههای ژئوترمال علاوه بر درجه حرارت بالا معمولاً برخی ترکیبات محلول نیز دارد که آلاینده محیط زیست است. از جمله این ترکیبات می توان به Hg,As,B,NaCl اشاره کرد. طرحهای کاربرد مستقیم انرژی نسبت به نیروگاهها از آلایندگی کمتری برخوردارند به نحوی که پس از خنک شدن سیال می توان آن را به محیط رها کرد. امروزه با تزریق مجدد سیال خروجی از نیروگاه بخش اعظم مشکلات ناشی از رهاسازی پساب نیروگاههای ژئوترمال رفع شده است. شایان ذکر است که در تمام چاههای ژئوترمال چه در حین حفاری و در چه در زمان تولید آب داغ یا بخار، محیط درون چاه به وسیله لوله های جداری از محیط اطراف خود مجزا می‌شود به وسیله لوله های جداری از محیط اطراف خود مجزا می شود که این امر سبب عدم نفوذ آب داغ و بخار بخش های عمیق مخزن به سفره های زیرزمینی کم عمق می شود.

همچنین چاههای تولید و تزریق نیز با روکش هایی از جنس استیل و تیتانیوم برای جدا شدن جریان از محیط پوشیده شده اند. با مصرف آب گرم، آب از جایی که در گردش است به مخازن بر می گردد. این کار مشکل مصرف آب را به سادگی حل کرده و به تحمل فشار مخازن و تمدید منابع تولیدی موجود کمک می کند.

علاوه بر این اخیراً در یکی از میادین ژئوترمال ایالت کالیفرنیا، فاضلاب شهری مجاور میدان را پس از تصفیه به درون مخزن تزریق می کنند که این طرح ابتکاری علاوه بر افزایش طول عمر مخزن، مشکل دفع فاضلاب شهری را نیز مرتفع می کند.
۳- عدم نیاز به زمین وسیع
برعکس نیروگاههای متعارف، نیروگاههای ژئوترمال به زمین بسیار کمتری نیاز دارند، به طوریکه یک نیروگاه ژئوترمال معمولی که مساحت آن حدود ۴۰۰ مترمربع باشد قادر است معادل یک گیگاوات ساعت برق را به مدت ۳۰ سال تأمین کند. در کنار اغلب نیروگاههای ژئوترمال یا طرح های کاربرد مستقیم، کشاورزان بدون هیچ گونه مشکلی به انجام امور روزمره خود می پردازند. به عنوان مثال در منطقه امپریال ولی در جنوب کالیفرنیا که یکی از بزرگترین نواحی کشاورزی در جهان است، تقریباً ۱۵ نیروگاه بزرگ ژئوترمال با تولید بیش از ۴۰۰ مگاوات انرژی الکتریکی را موجود می باشد. یکی از این نیروگاهها در کرانه جنوبی دریای سالتون با یکی از مناطق جنگی حفاظت شده معروف که از صدها گونه در سرتاسر سال حفاظت می‌کند، همسایه است.

گفتنی است زمین مورد نیازبرای احداث نیروگاههای ژئوترمال نسبت به برخی از انواع انرژی تجدیدپذیر نیز کمتر است.
ب) مزایای کابردی
مزایای کاربردی انرژی ژئوترمال به عملکرد طرحهای مختلف این انرژی ارتباط دارد . از نظر عملکرد این انرژی نسبت به انرژی های متعارف و برخی منابع تجدیدپذیر مزیت هایی دارد که عبارتند از: صرفه جویی در مصرف سوختهای فسیلی، زمان کارکرد طولانی، گستردگی موارد کاربرد، مستقل از شرایط جوی و تولید برق به وسیله واحدهای قابل حمل.
– صرفه جویی در مصرف سوختهای فسیلی
این مزیت انرژی ژئوترمال دوگانه است زیرا از یک سو موجب کاهش اثرات زیانبار سوختهای فسیلی بر محیط زیست می شود و از سوی دیگر به دلیل جلوگیری از واردات سوختهای فسیلی موجب رونق بخشیدن به اقتصاد کشورهای بهره مند از منابع انرژی ژئوترمال می‌شود چرا که تقریباً نیمی از کشورهای در حال توسعه دارای منابع شناخته شده انرژی ژئوترمال هستند. بر اساس آمار و ارقام موجود در سال ۲۰۰۰ با تولید انرژی از منابع ژئوترمال، معادل ۲۶٫۷ میلیون تن در مصرف نفت خام در سرتاسر جهان صرفه جویی شده است که به طور قطع از تولید میزان قابل توجهی دی اکسید کربن و سایر گازهای مضر به درون جو زمین کاسته است.
– زمان کارکرد طولانی
این مزیت در واقع مدت زمان مفیدی است که یک نیروگاه قادر به تولید برق است. زیرا در اغلب نیروگاههای متعارف طی دوره های خاصی به منظور تعمیرات اساسی تجهیزات نیروگاهی و غیره روند تولید بخشی از ظرفیت نیروگاه متوقف می شود. بررسی ها نشان داده است که این نیروگاهها از نظر زمان دسترسی نیز در وضعیت بهتری نسبت به نیروگاههای فسیلی و هسته‌ای قرار دارند.

– گستردگی موارد کاربرد
از جمله مزایای مهم این انرژی گستردگی موارد کاربرد است که نقش اساسی در توسعه کاربرد آن دارد. زیرا برحسب درجه حرارت سیال موجود در مخزن کاربردهای آن نیز متفاوت است.
– مستقل از شرایط جوی
غالباً این مزیت نسبت به سایر انواع انرژی های تجدیدپذیر مطرح می‌شود زیرا برخلاف برخی از این انرژی ها (انرژی بادی و خورشیدی) منابع ژئوترمال قادرند در تمام شبانه روز و تمام فصول سال، بدون هیچ وقفه ای برق تولید کرده و یا حرارت مورد نیاز طرح‌های کاربرد مستقیم را تامین کنند.
– تولید برق به وسیله واحدهای قابل حمل
این نیروگاهها عمدتاً ظرفیت پایینی(کمتر از ۳۰ مگاوات) داشته و از واحدهای ۱ تا ۵ مگاواتی آن برای آزمایش چاههای ژئوترمال استفاده می شوند. نصب و راه اندازی آن آسان است و به دلیل مجاورت آن با چاهها نیازی به لوله کشی نیست همچنین در شرایط مورد نیاز می توان آن را از چاهی به چاه دیگر منتقل کرد.

– موارد کاربرد انرژی ژئوترمال

 

کاربرد مدرن از انرژی ژئوترمال در سه مقوله اصلی واقع می باشد:
۱٫ استفاده از گرمای ژئوترمال برای طرح کاربردهای مستقیم
۲٫ تولید نیروی الکتریکی
۳٫ پمپهای حرارتی ژئوترمال (GHPs)
– استفاده از گرمای ژئوترمال برای طرح کاربردهای مستقیم
کاربرد مستقیم زمانی است که به طور مستقیم از حرارت سیال به منظورهای مختلف استفاده می شود. نیروگاههایی با ظرفیت ۱۶ هزار مگاوات برای استفاده مستقیم در ۵۵ کشور دنیا نصب شده اند با ۴۵ هزار گیگاوات ساعت بازده سالانه. از میان هزاران کاربرد مستقیم ژئوترمال می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱ـ کشاورزی و باغبانی:
از سیال زمین گرمایی برای گرم کردن هوای داخل گلخانه ها و باغ های سرپوشیده استفاده می شود. برای مثال کشاورزان کشور سردسیر ایسلند با استفاده از انرژی ژئوترمال میوه‌های مناطق گرمسیری را در باغ های سرپوشیده پرورش می دهند. از سوی دیگر برای ایجاد محیطی مناسب برای کشت با استفاده از این انرژی، خاک سرد و یخ زده را گرم می کنند. برای گلخانه هایی که با انرژی ژئوترمال گرمای مورد نیاز خود را تأمین می کنند آب گرمی با دمای حدود ۱۲۰-۸۰ درجه سانتی گراد مناسب است. درحال حاضر در ایالات متحده گلخانه هایی که از انرژی ژئوترمال استفاده می‌کنند مساحتی بیش ۱۱۰ جریب را شامل می شوند. در کل حدود ۱۳٫۵% از کل موارد طرح کاربرد مستقیم به گلخانه ها متعلق دارد. همچنین با قراردادن لوله های آب گرم درون زمین و یا آبیاری خاکهای کشاورزی با آب گرم می توان با آفات زراعی خاک کشاورزی مبارزه کرد.
۲ـ حوضچه های پرورش ماهی
در حوضچه های پرورش ماهی می توان با استفاده از آبهای گرم ژئوترمال حرارت و شرایط مورد نیاز برای رشد و پرورش ماهی های خاص را فراهم نمود که برای اینکار حرارتی حدود ۴۰-۲۰ درجه سانتیگراد مورد نیاز است. این درجه حرارت باعث می شود تا رشد ماهی ها به سرعت انجام

گرفته و در نتیجه زودتر به سن صید برسند. در ایالات متحده بیشترین میزان استفاده از انرژی ژئوترمال مربوط به پرورش ماهی می باشدکه حدود ۳۴% است به طوریکه در محصول سالانه پرورش ماهی به مقدار ۱۷۵۴۵۰۰۰ کیلوگرم معادل ۳۸۶۰۰۰۰۰ پوند مؤثر بوده است.
۳- دامپروری: برای گرم کردن هوای داخل مرغداری‌ها و گاوداری‌ها به کار می رود.

۴ـ گرمایش و سرمایش: با استفاده از بخار یا آب داغ خروجی از چاه ژئوترمال و نیز به کارگیری سیستمهای تهویه می توان فضای داخل محیط های مسکونی، تجاری و خدماتی را گرم یا سرد کرد. برای این کار حرارتی بین ۵۰ تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد مورد نیاز است برای مثال سیستم های گرمایشی و سرمایشی شهر ریکیا و یک پایتخت کشور ایسلند انرژی مورد نیاز خود را توسط ژئوترمال تأمین می کنند. به این ترتیب که تا سال ۱۹۳۰ در شهر ریکیا و یک مردم برای گرمایش منازل خود از زغالسنگ استفاده می کردند ولی بعد از سال ۱۹۳۰ استفاده از آب گرم ژئوترمال برای گرمایش منازل آغاز شد و هم اکنون شهر ریکیاویک پاکیزه ترین پایتخت جهان به شمار می رود.
۵ـ ذوب برف و یخ: با استفاده از لوله هایی که زیر معابر تعبیه می‌شوند، می توان در فصول سرما، حرارت آبهای گرم را به آسفالت خیابانها و جاده ها یا به سطوح پیاده رو منتقل و بدین وسیله برف روی این سطوح را ذوب نمود. برای ذوب برف و یخ در معابر، آب گرم ژئوترمال باید حرارتی حدود ۵۰-۲۰ درجه سانتی گراد داشته باشد.
در کشور ژاپن برای ایمن کردن جاده های کوهستانی خود در فصل سرما از این روش استفاده می کنند.

۶ـ استخرهای آب گرم: در این روش آب گرم ژئوترمال را با آب سرد معمولی ترکیب کرده و آب نسبتاً گرمی را برای استخرها فراهم می کنند. اگر آبهای ژئوترمال دارای مواد مضر برای بدن انسان باشند می توان توسط یک مبدل حرارتی، حرارت آن را به آب معمولی منتقل نمود و در نتیجه آب معمولی با دمای نسبتاً بالایی در استخرها استفاده شود. برای استخرهای آب گرم، آبهای گرم باید حرارتی حدود ۵۰-۳۰ درجه سانتیگراد داشته باشند.

۷ـ صنعت: یکی از متنوع ترین کانون های مصرف کننده انرژی ژئوترمال صنایع هستند. بیشتر کشورهایی که دارای مخازن ژئوترمال هستند صنایع گوناگونی را درکنار این مخازن تاسیس کرده اند این امر موجب توسعه صنعتی و اجتماعی این مناطق شده است. از سوی دیگر به کارگیری انرژی ژئوترمال در صنعت از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه بوده و موجب می شود تا محصول نهایی با قیمت پایینتری به بازار عرضه شود. موارد کاربرد انرژی ژئوترمال در صنعت عبارتند از‌:
– خشک کردن: با استفاده از مبدل های حرارتی هوا را گرم کرده و سپس با هوای خشک دانه های روغنی، انواع فراورده های دریایی، محصولات کشاورزی و الوار چوبی و مصالح ساختمانی را خشک می کنند. ممکن است این فرایند بر اثر تماس مستقیم بخار یا آب داغ چاه با ماده مورد نظر نیز انجام شود.
– تبخیر کردن: با استفاده از حرارت سیال داغ می توان بلورهای نمک یا سایر مواد را تهیه کرد. همچنین می توان این سیال را در دستگاههای آب شیرین کن مورد استفاده قرار داد.
– تقطیر کردن: در این حالت با استفاده از انرژی ژئوترمال سیالی سنگین مانند نفت را در حالت بخار تقطیر کرده و اجزای تشکیل دهنده آن را از یکدیگر جدا می کنند. این فرایند در صنعت نفت مورد استفاده قرار می گیرد.
– سرمایش و گرمایش صنعتی: به کمک آب داغ ژئوترمال می توان فضاهای محیط های صنعتی مانند کارخانه ها و کارگاهها را سرد یا گرم کرد. از سوی دیگر، با استفاده از انرژی ژئوترمال می توان سیستم های سرمایش جذبی را در سردخانه ها به کار انداخت. در سیستم سرمایش جذبی بیشتر از گازهای برمیدلیتیوم و آمونیاک استفاده می شود.
– جداسازی مواد: با استفاده از حرارت سیال انرژی ژئوترمال می توان فلزاتی مانند طلا و مس را از کانسارهای مربوط جدا کرد.

– شست شوی صنعتی، مانند رختشوی خانه های صنعتی
– رنگرزی: به ویژه در مورد رنگرزی انواع پارچه و لباس های پشمی کاربرد دارد.
– افزایش تولید نفت: در نقاطی که مخازن ژئوترمال و میدان های نفتی در نزدیکی هم هستند با تزریق آب داغ به درون چاهها می توان لایه‌های حاوی نفت را گرم کرد و میزان تولید نفت را افزایش داد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 9700 تومان در 44 صفحه
97,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد