تحقیق بهره برداری از انرژی زمین گرمایی



دانشکده مهندسی معماری و شهرسازی
تاسیسات مکانیکی
بهره برداری از انرژی زمین گرمایی
استاد: مهندس حسینی
دانشجو: ……….

بهار یک هزار و سیصد و نود و یک

فهرست مطالب
ذوب برف جاده…………………………………………. 10

مقدمه…………………………………………………… 3

کاربرد غیر مستقیم( تولید برق)…………………… 11
تاریخچه………………………………………………. 3

انواع نیروگاه های زمین گرمایی………………….. 11

انرژی زمین گرمایی……………………………….. 4

نیروگاه خشک…………………………………………. 11

دما و حرارت زمین……………………………….. 4

نیروگاه بخار حاصل از آب داغ………………….. 12

چگونگی انتقال گرمای زمین به سطح………. 5

نیروگاه ترکیبی(بخار و آب داغ)………………… 12

مکان های مناسب برای بهره برداری………… 6

مزیت های کاربرد انرژی زمین گرمایی……….. 12

مقایسه منابع تجدید شونده و تجدیدناپذیر.. 7

مشکلات و معایب زمین گرمایی…………………. 13

کاربرد انرژی زمین گرمایی…………………… 7

انرژی زمین گرمایی در ایران……………………… 14

کاربرد مستقیم……………………………………. 7

شواهد وجود منابع زمین گرمایی در ایران….. 14
گرمایش ساختمان ها…………………………… 8

مناطق مستعد انرژی زمین گرمایی در کشور…. 15
کشاورزی…………………………………………. 9

نیروگاه زمین گرمایی مشکین شهر………. 16
دامپروری…………………………………………. 9

فهرست منابع………………………………………….. 18
مصارف صنعتی………………………………… 9

درمان بیماری ها…………………………….. 10

مقدمه
استفاده از حرارت توسط انسان به زمان های بسیار دور بر می گردد. وقتی که انسانهای ما قبل تاریخ در جستجوی پناهگاه در ته غارها اقدام به گریز از سرمای یخبندان کردند. با دور شدن از سطح زمین خود را در پناه تغییرات فصول قرار داده و در حقیقت از انرژی زمین گرمایی استفاده می کردند.
چشمه های آب گرم ، چشمه های آب گرم جهنده و فواره های بخار ، صور نمایشی از گرمای زمین هستند. که در هر زمان مورد استفاده مردمان بوده است و امروزه سعی در بهره برداری از این انرژی بصورت مدرن و در اندازه های بیشتر است. چشمه های شناخته شده با دمای بالا از مدتها پیش مورد بهره برداری قرار گرفته است، ولی اشکال عمده آن وجود چشمه هایی در نقاط کمیاب و مشخص از زمین است.
تاریخچه
این انرژی از ابتدای خلقت مورد استفاده انسان بوده است. بدین ترتیب که از آن برای شست وشو، پخت وپز، استحمام، کشاورزی و درمان بیماری ها استفاده می شد. رومی ‏ها برای اولین بار برای آب حمام از این حرارت استفاده کردند. اسناد و مدارک موجود ثابت می کند که ساکنان کشورهایی نظیر چین، ژاپن، ایسلند و نیوزیلند در گذشته های دور از این انرژی استفاده می کردند. در سال ۱۸۲۸ فردی به نام لاردرللو در کشور ایتالیا برای تهیه اسید بوریک از حرارت آب های گرم به جای سوزاندن هیزم استفاده کرد. در سال ۱۹۰۸ در منطقه مذکور نخستین نیروگاه زمین گرمایی به ظرفیت ۲۰ کیلووات راه اندازی شد که در سال ۱۹۴۰ ظرفیت آن به ۱۲۷ مگاوات افزایش یافت. تا سال ۱۹۵۰ بهره گیری از انرژی زمین گرمایی 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 آمریکا، ایسلند، فیلیپین، اندونزی و اغلب کشورهایی که روی کمربند زمین گرمایی جهانی قرار داشتند بهره برداری از این انرژی را شروع کردند.

انرژی زمین گرمایی( ژئوترمال)

ژئوترمال از کلمه ی یونانی "ژئو" به معنی زمین، و (ترمال) به معنی گرما و گرمایی گرفته شده است. بنابراین، انرژی ژئوترمال به معنای (انرژی زمین گرمایی) یا انرژی با منشا درونی زمین است به عبارت دیگر مجموع انرژی ذخیره شده درون پوسته زمین، انرژی زمین گرمایی خوانده می شود که منابع این انرژی عبارتند از:
تشعشعات خورشیدی که جذب زمین می شوند و انرژی آزاد شده از هسته زمین.
این انرژی، به شکل گرمای محسوس، از بخش درونی زمین است و نه تشعشعات خورشیدی و این انرژی در سنگ ها و آب های موجود در شکاف ها و منافذ داخل سنگ در پوسته ی زمین وجود دارد. مشاهدات به عمل آمده از معادن عمیق و چاه های حفاری شده نشان می دهد که درجه ی حرارت سنگ ها به طور پیوسته با عمق زمین افزایش می یابد، هر چند نرخ افزایش درجه ی حرارت ثابت نیست. با این روند، درجه ی حرارت در قسمت بالایی جبه به مقادیر بالایی می رسد و سنگ ها در این قسمت به نقطه ی ذوب خود نزدیک می شوند
منشا این گرما در پوسته و جبه ی زمین، به طور عمده تجزیه ی مواد رادیواکتیو است. در طول عمر زمین، این گرمای درونی به طور آرام تولید شده و در درون زمین محفوظ و محبوس مانده است. همین امر موجب شده است که منبع انرژی مهمی فراهم شود و امروزه به عنوان انرژی نامحدودی در مقیاس انسانی مورد توجه قرار گیرد.
حرارت زمین
در واقع مرکز زمین (به عمق تقریبی ۶۴۰۰ کیلومتر) و دمایی در حدود ۴۰۰۰ درجه سانتیگراد به عنوان یک منبع حرارتی عمل نموده و موجب تشکیل و پیدایش مواد مذاب با درجه حرارت ۶۵۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد در اعماق ۸۰ تا ۱۰۰ کیلومتری از سطح زمین می گردد. بطورمیانگین میزان انتشار این حرارت از سطح زمین که فرایندی مستمر است معادل ۸۲ میلی وات در واحد سطح است که با در نظر گرفتن مساحت کل سطح زمین مجموع کل اتلاف حرارت از سطح آن، برابر با ۴۲ میلیون مگاوات است. در واقع این میزان حرارت غیر عادی، عامل اصلی پدیده های زمین شناسی از جمله فعالیتهای آتشفشانی، ایجاد زمین لرزه ها، پیدایش رشته کوه ها(فعالیتهای کوه زایی) و همچنین جابجایی صفحات تکتونیکی می باشد که کره زمین را به یک سیستم دینامیک تبدیل نموده و پیوسته آن را تحت تغییرات گوناگون قرار می دهد. به وسیله یک سیال مانند بخار یا آب داغ یا هر دو می توان این حرارت را به سطح زمین انتقال داد. از این انرژی گرمایی در سطح زمین می توان در کاربردهای متفاوت از جمله تولید برق استفاده کرد
به طور کلی دو نوع انرژی تشخیص داده می شود:
انرژیهای پایین و انرژی های بالا. با وجود این مرز بین این دو بطور آشکار مشخص نیست. ولی انرژی پایین آن دمایی است که با آن تولید الکتریسیته ممکن نبوده یا عملا قابل استفاده نیست. مقادیر مساعد بین 120 تا 180 درجه سانتیگراد نوسان می کند. توزیع دما در زیر زمین تابعی از دو فرآیند است:
* از یک طرف افزایش منظم دما با عمق نتیجه شار گرمای هدایت شده از داخل زمین به سمت سطح آن است این گرما که اساسا از مواد رادیو اکتیو سنگ ها ناشی می شود، گرادیان زمین گرمایی یا افزایش دما در واحد عمق حتی در ناحیه ای با لایه های زمینی یا طبیعت متفاوت شار حرارتی تقریبا ثابت و گرادیان بطور غیر قابل اغماض تغییر می کند. شناسایی این گرادیان در یک ناحیه معین سبب ارزیابی دمای حاکم بر عمقی می شود که در آن سفره آبی قابل استخراج وجود دارد.
* فرآیند دیگری که به توزیع دماها در زیر زمین حاکم است. همرفت یا جابجایی است. خاک قابل نفوذ به جریان سریع آب در جهت قائم اجازه می دهد و به این دلیل همرفت تولید می شود. این همرفت مخصوصا در مورد یک رگه بخار اهمیت دارد، از این انرژی زمین گرمایی (با انرژی بالا) بسیار جالب برای تولید الکتریسته استفاده می شود.

چگونگی انتقال گرمای زمین به سطح زمین

گرما از هسته ی زمین به طور پیوسته به طرف خارج حرکت می کند. این جریان از طریق انتقال و هدایت گرمایی، گرما را به لایه های سنگی مجاور (جبه) می رساند. وقتی درجه ی حرارت و فشار به اندازه ی کافی بالا باشد، بعضی از سنگ های جبه ذوب می شوند و ماگما به وجود می آید. سپس به دلیل سبکی و تراکم کمتر نسبت به سنگ های مجاور، ماگما به طرف بالا منتقل می شود و گرما را در جریان حرکت، به طرف پوسته ی زمین حمل می کند.
گاهی اوقات، ماگمای داغ به سطح زمین می رسد و گدازه را به وجود می آورد. اما بیشتر اوقات، ماگما در زیر سطح زمین باقی می ماند و سنگ ها و آب های مجاور را گرم می کند. این آب ها بیشتر منشاء سطحی دارند و حاصل آب بارانی هستند که به اعماق زمین نفوذ کرده است. بعضی از این آب های داغ از طریق گسل ها و شکست های زمین به طرف بالا حرکت می کنند و به سطح زمین می رسند که به عنوان چشمه های آب گرم و آبفشان شناخته می شوند. اما بیشتر این آب ها در اعماق زمین، در شکاف ها و سنگ های متخلخل محبوس می مانند و منابع زمین گرما را به وجود می آورند.

مکان های مناسب برای بهره برداری از انرژی زمین گرمایی

مناطق دارای چشمه های آب گرم و آبفشان ها، اولین مناطقی هستند که در آن ها انرژی زمین گرمایی مورد بهره برداری قرار گرفته و توسعه یافته است. در حال حاضر، تقریبا تمام نیروی الکتریسیته حاصل از انرژی زمین گرمایی از چنین مکان هایی به دست می اید. در بعضی از مناطق، تزریق ماگما به درون پوسته ی زمین، به اندازه ی کافی جدید و هنوز خیلی داغ است. در این نواحی، درجه ی حرارت سنگ ممکن است به 300 درجه ی سانتی گراد برسد و مقادیر عظیمی انرژی گرمایی فراهم کند. بنابراین، انرژی زمین گرمایی در مکان هایی که فرایندهای زمین شناسی اجازه داده اند ماگما تا نزدیکی سطح زمین بالا بیاید، یا به صورت گدازه جریان یابد، می تواند تشکیل شود. ماگما نیز در سه منطقه می تواند به سطح زمین نزدیک شود
محل برخرود صفحات قاره ای و اقیانوسی (فرورانش)؛ مثلا حلقه ی آتش دور اقیانوس آرام
مراکز گسترش؛ محلی که صفحات قاره ای از هم دور می شوند، نظیر ایسلند و دره ی کافتی آفریقا
نقاط داغ زمین؛ نقاطی که ماگما را پیوسته از جبه به طرف سطح زمین می فرستند و ردیفی از آتشفشان را تشکیل می دهند

مقایسه بین منابع انرژی تجدید شونده و غیر تجدید شونده
ـ منابع انرژ ی تجدید شونده محیط زیست طبیعی منطقه می باشد در حالیکه در منابع انرژی تجدید ناپذیر منبع انباشته شده است.
ـ در منابع انرژی تجدید پذیر ورودی سیستم یک جریان از انرژی می باشد در حالی که در منابع انرژی تجدید ناپذیر سرمایه به عنوان یک منبع نهفته استاتیکی از انرژی می باشد.
ـ مقدار انرژی حاصل از منابع تجدید شونده کم و به صورت غیر متمرکز می باشد درحالی که مقدار انرژی اصل از منابع تجدید ناپذیر زیاد و متراکم می باشد.
ـ عمر تامین انرژی توسط منابع تجدید شونده نامدود ولی عمر تامین انرژی توسط منابع تجدید ناپذیر محدود است.
ـ انرژیهای تجدید پذیر در مقیاسهای کوچک کاربرد اقتصادی بهتری داشته ولی در مقیاسهای بزرگتر دارای مشکلاتی می باشند در حالیکه منابع انرژی تجدید ناپذیر در مقیاسهای بزرگتر دارای هزینه های کمتر بوده و مطلوبتر می باشند.
ـ منابع انرژی تجدید شونده را بیشتر در صنایع غیر متمرکز و در کارخانه ها و شهرها و روستاها بکار می برند اما در مقیاس عمومی و بین المللی از منابع انرژی تجدید ناپذیر استفاده می کنند.
کاربرد انرژی زمین گرمایی
ـ کاربرد مستقیم
آب زمین گرمایی در سرتاسر دنیا، حتی زمانی که به اندازه ی کافی برای تولید برق داغ نیست، مورد استفاده قرار می گیرد. آب های زمین گرمایی که درجه ی حرارت آنها بین 50 تا 300 درجه ی فارنهایت است، مستقیما مورد استفاده قرار می گیرند که موارد مصرف آنها به شرح زیر است

1- گرمایش ساختمان ها این مورد متداول ترین کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی است. حدود ۳۷ درصد کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی در سراسر جهان را گرمایش فضاهای مختلف مسکونی، تجاری، اداری و غیره به خود اختصاص می دهد.
گرم کردن داخل ساختمان های منفرد و حتی منطقه ای که مجاور چشمه های گرم است. در این روش، سیستم های گرم کننده، آب زمین گرمایی را از طریق یک مبدل گرمایی پمپ می کنند و گرما را به آب شهری انتقال می دهند و آب شهری گرم شده، از طریق لوله کشی به ساختمان های شهر منتقل می شود. در داخل ساختمان ها نیز، یک مبدل گرمایی دیگر گرما را به سیستم گرمایی ساختمان ها منتقل می کند.
البته در صورت نامناسب بودن کیفیت آب از نظر شیمیایی، از مبدل حرارتی برای گرمایش استفاده می شود. یکی از مزیت های مهم سیستم های گرمایشی این است که آب داغ پس از تٲمین حرارت فضاهای مختلف، مجددا به درون مخزن زمین گرمایی تزریق می شود و در نتیجه میزان آلودگی زیست محیطی آن بسیار پایین است.
شایان ذکر است امروزه انواع خاصی از مبدل های حرارتی وجود دارند که درون چاه های زمین گرمایی تعبیه شده و حرارت آب داغ مخزن را به آب شیرین درون مبدل منتقل می کنند. درجه حرارت آب گرم مورد نیاز برای سیستم های گرمایشی حدود یا بالاتر است. امروزه کشورهای ایسلند، فرانسه، مجارستان و ژاپن برای تامین حرارت سیستم های گرمایش مرکزی خود از انرژی زمین گرمایی استفاده می کنند. به عنوان مثال شهر ۱۵۰هزار نفری ریکیاویک مرکز ایسلند تماما به وسیله آب داغ تولیدی از مخزن های زمین گرمایی مجاور شهر تامین می شود.

2- کشاورزی
عمده ترین کاربرد انرژی زمین گرمایی در زمینه فعالیت های کشاورزی، تامین گرمایش گلخانه ها است. البته در برخی از مناطق سردسیر از حرارت آب داغ مخزن های زمین گرمایی برای گرم کردن خاک های کشاورزی نیز به کار می رود. این نوع کاربرد در کشورهای سردسیر بسیار گسترش دارد. از جمله محصولاتی که به کمک این انرژی کشت می شوند می توان به خیار، گوجه فرنگی، انواع گل ها، گیاهان خانگی، نهال درختان و انواع کاکتوس ها اشاره کرد. در بین کشورهای جهان مجارستان از نظر استفاده از گلخانه های زمین گرمایی مقام نخست را دارد. برای گرم کردن گلخانه ها معمولا یا آب داغ را از لوله های فلزی عبور می دهند یا اینکه
همانند سیستم های گرمایشی خانه ها از پره های رادیاتور استفاده می کنند، یا آب داغ را از درون شبکه متراکمی از لوله ها که در پشت آنها یک فن قوی وجود دارد، عبور می دهند. علاوه بر مجارستان کشورهایی نظیر ایسلند، چین، یونان، نیوزیلند و روسیه نیز در زمینه گلخانه های زمین گرمایی فعال هستند
3- دامپروری
به کمک انرژی زمین گرمایی می توان انواع مختلف آبزیان را نیز پرورش داد. امروزه در سطح جهان از انرژی زمین گرمایی برای پرورش و رشد آبزیانی نظیر میگو، قزل آلا، صدف و همچنین آبزیان آکواریومی استفاده می شود. نظر به اینکه درجه حرارت بهینه برای پرورش انواع مختلف آبزیان برای هر یک از آنها میزان مشخصی است ،با استفاده از انرژی زمین گرمایی می توان درجه حرارت حوضچه های پرورش را در حد مطلوب تامین کرد و آن را در تمام طول سال ثابت نگه داشت. بدین ترتیب می توان مقدار تولید انواع مختلف آبزیان را به میزان قابل توجهی افزایش داد. به عنوان مثال رشد بهینه ماهی قزل آلا در درجه حرارت ۵۱۵ درجه سانتیگراد است.
کشورهایی مانند ایسلند، گرجستان، ترکیه، نیوزیلند، ژاپن و چین از جمله کشورهای پیشرو در زمینه استفاده از انرژی زمین گرمایی برای پرورش آبزیان هستند. در حال حاضر ۱۶ کشور از چنین تاسیساتی بهره می گیرند.
4 -مصارف صنعتی
این دسته از کاربردهای انرژی زمین گرمایی هنوز مانند سایر مصارف انرژی زمین گرمایی در سطح جهان گستردگی چشمگیری ندارد. با این وجود، در حال حاضر حدود ۱۹ کشور جهان از این انرژی در فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده می کنند. به عنوان مثال می توان به موارد زیر اشاره کرد:
تولید برات و اسید بوریک از سیال های زمین گرمایی در ایتالیا
استحصال نفت در روسیه
پاستوریزه کردن شیر در رومانی
تولید چرم در اسلوونی و صربستان
تولید گاز دی اکسید کربن در ایسلند و ترکیه
تولید کاغذ و قطعات خودرو در مقدونیه
تولید خمیر کاغذ، کاغذ و چوب در نیوزیلند
5- درمان بیماری ها
این کاربرد نیز بسیار قدیمی بوده و از روزگاران دور اقوامی چون رومی ها، چینی ها، ژاپنی ها، عثمانی ها و ساکنان سایر نواحی کره زمین به منظور استحمام و درمان بیماری های گوناگون از آب های گرم طبیعی زمین استفاده می کردند.
در حال حاضر حدود ۴۵ کشور جهان از چشمه های آب گرم خود برای این منظور استفاده می کنند. در ارتباط با توسعه چنین مراکزی، شواهد و نمونه های متعددی را می توان در سطح جهان معرفی کرد. به عنوان مثال، ژاپنی ها با بهره گیری از بیش از ۲۲۰۰ کانون تفریحی مرتبط با چشمه های آبگرم، سالانه قریب به صد میلیون مهمان و گردشگر را پذیرا هستند. امروزه از آب های گرم دارای حرارت بیش از ۵۰ درجه سانتیگراد برای درمان بیماری هایی نظیر فشار خون بالا، روماتیسم، بیماری های پوستی و بیماری های دستگاه عصبی استفاده می شود.
6- ذوب برف جاده
به کمک انرژی زمین گرمایی می توان برف یا یخ جاده ها و پیاده روها را نیز ذوب کرد. گسترش این نوع کاربرد نسبت به سایر موارد انرژی زمین گرمایی محدودتر است. امروزه در سراسر جهان به کمک انرژی زمین گرمایی حدود ۵۰۰هزار متر مربع از مسیر پیاده روها و جاده ها گرم می شوند که بخش اعظم آنها نیز در کشور ایسلند وجود دارند. در حال حاضر به جز کشور ایسلند، کشورهایی چون آرژانتین، آمریکا و ژاپن نیز برای ذوب برف جاده های خود از انرژی زمین گرمایی بهره می گیرند.همان گونه که پیشتر اشاره شد جنبه های گوناگون کاربرد انرژی زمین گرمایی به سرعت در حال افزایش است و مرتبا به کشورهای بهره مند از این انرژی افزوده می شود. میزان گسترش موارد کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی در سراسر جهان در جدول ذیل آمده است. یادآور می شود که پمپ های حرارتی زمین گرمایی نوعی سیستم تهویه گرمایش و سرمایش است. همان گونه که می دانیم، درجه حرارت زیرزمین تا اعماق کم ۲ تا ۱۵ متری تقریبا در تمام طول سال ثابت است. بنابراین با استفاده از این پدیده طبیعی می توان گرمایش و سرمایش منازل را در زمستان و تابستان فراهم کرد. در واقع سازوکار اصلی این سیستم های تهویه، تبادل حرارت با بخش های کم عمق زمین است، بدین معنی که در فصل تابستان، حرارت را از داخل منازل به زمین منتقل می کنند و در زمستان، حرارت زیرزمین را به داخل فضاهای مسکونی هدایت می کنند.

ـ کاربرد غیر مستقیم( تولید برق)

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
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

نیروگاه های زمین گرمایی
سه نوع نیروگاه زمین گرمایی برای تولید برق وجود دارد:
نیروگاه خشک:_
این نیروگاه روی مخازن ژئوترمالی که بخار خشک با آب خیلی کم تولید می کنند، ساخته می شوند. در این روش، بخار از طریق لوله به طرف نیروگاه هدایت می شود و نیروی لازم برای چرخاندن ژنراتور توربین را فراهم می کند. این گونه مخازن با بخار خشک کمیاب است. بزرگترین میدان بخار خشک در دنیا، آب گرم جیزرز در 90 مایلی شمال کالیفرنیاست که تولید الکتریسیته در آن، از سال 1962 شروع شده است و امروزه به عنوان یکی از موفق ترین پروژه های تولید انرژی جایگزین محسوب می شود.

نیروگاه بخار حاصل از آب داغ: _
این نوع نیروگاه روی مخازن دارای آب داغ احداث می شود. در این مخازن با حفر چاه، آب داغ به سطح می آید و به دلیل آزاد شدن از فشار مخازن، بخشی از آن به بخار تبدیل می شود. این بخار برای چرخاندن توربین به کار می رود. چنین نیرگاه هایی عمومیت بیشتری دارند، زیرا بیشتر مخازن زمین گرمایی حاوی آب داغ هستند. فناوری مزبور برای اولین بار در نیوزیلند به کار گرفته شد..
نیروگاه ترکیبی (بخار و آب داغ):_
در این سیستم، آب گرم از میان یک مبدل گرمایی می گذرد و گرما را به یک مایع دیگر می دهد که نسبت به آب در درجه حرارت پائین تری می جوشد. مایع دوم در نتیجه ی گرم شدن به بخار تبدیل می شود و پره های توربین را می چرخاند. سپس متراکم می شود و مایع حاصله دوباره مورد استفاده قرار می گیرد. آب زمین گرمایی نیز دوباره به درون مخازن تزریق می شود. این روش برای استفاده از مخازنی که به اندازه ی کافی گرم نیستند که بخار با فشار تولید کنند، به کار می رود.
مزیت های کاربرد انرژی زمین گرمایی
امروزه تولید انرژی به کمک منابع سوخت های فسیلی یا نیروگاه های هسته ای با آلودگی قابل ملاحظه محیط زیست همراه است، ولی انرژی زمین گرمایی علاوه بر تجدیدپذیر بودن در مقایسه با سایر منابع تولید انرژی، آلایندگی کمتری دارد و جزء منابع پاک انرژی به شمار می رود. میزان آلودگی نیروگاه ها یا طرح های کاربرد مستقیم زمین گرمایی، ارتباط مستقیمی با درجه حرارت منبع زمین گرمایی دارد. به این ترتیب که منابع حرارت بالا نسبت به انواع حرارت پایین، آلودگی بیشتری تولید می کنند و همچنین طرح های کاربرد مستقیم نیز کمتر از نیروگاه های زمین گرمایی، محیط زیست را آلوده می کنند. به طور کلی مزیت های انرژی زمین گرمایی را می توان به دو دسته کلی مزایای زیست محیطی و کاربردی تقسیم بندی کرد.
مزیت های زیست محیطی کاربرد انرژی زمین گرمایی شامل موارد زیر است:
1. عدم آلودگی هوا
2. تولید کم، تولید پایین و عدم تولید NOx
3. عدم آلودگی منابع آب های زیرزمینی
4. عدم نیاز به زمین وسیع
امروزه به دلیل تزریق سیال خروجی از نیروگاه ها و سایر طرح های کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی، میزان آلایندگی این قبیل طرح ها به حداقل مقدار خود رسیده است.
مزایای کاربردی
1. صرفه جویی در مصرف سوخت های فسیلی
2. طولانی بودن زمان دسترسی
3. گستردگی موارد کاربرد
4. مستقل بودن از شرایط جوی
5. امکان تولید برق به وسیله واحدهای قابل حمل
میزان دی اکسید گوگرد تولید شده در نیروگاه های زمین گرمایی حدود ۸ درصد مقدار تولید شده در نیروگاه های فسیلی است. در خصوص دی اکسید کربن نیز نیروگاه های زمین گرمایی در وضعیت بسیار مناسب تری نسبت به نیروگاه های فسیلی قرار دارند. بدین معنی که مقدار گاز CO2 تولید شده در نیروگاه های زمین گرمایی به ترتیب معادل ۱۵ درصد نیروگاه های گاز سوز، ۱۰ درصد نیروگاه های نفت سوز و ۸ درصد نیروگاه های زغال سنگ سوز است.
مشکلات و معایب زمین گرمایی
یکی از اشکالات عمده ژئوترمال این است که چشمه ها یا در نقاط مشخص و کمیاب است و یا در مناطقی که قبلا آتشفشان فعال بوده ، وجود دارند. اگر بیاییم در این مناطق زمین را تا عمق 2 الی 3 کیلومتری حفر کنیم، دمایی به اندازه 200 تا 300 درجه سانتیگراد پیدا می شود. دسترسی به زمین گرمایی در همه نقاط زمین مقرون به صرفه نیست. همانند کمربند زلزله ، مناطقی که مقرون به صرفه است ژئوترمال نامیده می شود. اگر انرژی حرارتی زمین در یک منطقه به مقدار زیادی مصرف شود، این منبع انرژی دیگر تجدیدپذیر نخواهد بود و به عبارتی دمای زمین در آن ناحیه کاهش می ‏یابد.حفاری‏های به عمل آمده برای بیرون کشیدن حرارت زمین عمدتاً با خارج شدن گازهای سمی آمونیوم، بخار جیوه، ارستیک و ایزوتوپ های رادیو اکتیو همراه می ‏باشد.
بخار آب در این منابع بسیار پر سر و صدا و خطرناک است. در ضمن بعضی از لایه ‏های زمین از گرانیت بوده و به سختی قابل حفاری می ‏باشند، بنابراین هزینه تولید انرژی را بالا خواهند برد.

انرژی زمین گرمایی در ایران
رشد روزافزون جمعیت، توسعه ی شهری و نیز اقتصاد انرژی در کشور ما، تولید 90 هزار مگاوات برق در سال 2020 را اجتناب ناپذیر ساخته است. در حدود 98 درصد ظرفیت تولید فعلی نیروگاه های برق کشور به کاربرد سوخت های فسیلی متکی است. حال آن که محدودیت منابع سوخت فسیلی، رشد مصرف داخلی و نبود منابع کافی برای صادرات از یک سو، و موازین و معیارهای زیست محیطی توسعه ی پایدار از سوی دیگر، کاربرد انرژی های تجدیدشونده در بستر تولید را اجتناب ناپذیر ساخته است
به رغم پتانسیل های بسیار مناسب به منظور کاربرد انرژی زمین گرمایی، به دلیل نبود سیاستگذاری های کلان در زمینه ی به کارگیری انرژی تجدیدپذیر، و فقدان فناوری مناسب در خصوص حفاری عمیق، مهندسی مخازن، ساخت و نیز بهره برداری از نیروگاه های زمین گرمایی، و بالاخره وجود رقیب سرسخت منابع ارزان سوخت های فسیلی، بهره برداری از پتانسیل های مزبور کماکان جدی گرفته نشده است.

شواهد وجود منابع زمین گرمایی در ایران

موقعیت قرارگیری ایران در مرزهای تکتونیکی از نیروی عظیم نهفته در کالبد ایران حکایت دارد. فشار صفحه قاره ای عربستان و صفحه اقیانوس هند از سوی دیگر باعث تغییر شکلهای وسیعی در ایران شده است. منطقه زاگرس چین خورده، و راندگی آن شواهد سطحی عظیم این نیروها هستند. قرار گرفتن در کمربند تکتونیکی حاشیه صفحات باعث شده است که گستره ایران از لحاظ زمین ساختاری بسیار فعال باشد. حضور در کمربند آتشفشانی و زلزله حضور پتانسیل های متعدد زمین گرمایی را قطعی می سازد. با رجوع به فعالیتهای آتشفشانی، ماگماتیسم و مرور شواهد و ظهورهای سطح الارضی چشمه های آب گرم و گل فشانها و خروج گازها و بررسی زونهای آلتراسیون ناشی از عملکرد آبهای گرم بر این گمان صحه نهاده است.

تصویر کلی زمین شناسی ایران با ساختار گسل خورده و درزه ها و شکستگی ها بسیاری که در الگوی زمین شناسی آن رخنمون است نشان دهنده میزان نیروی وارد آمده بر آن است. گسلها و شکستگی ها نقش تعیین کننده ای در مناطق پتانسیل بالای زمین گرمایی دارند.
ولکانیسم و پدیده های آتشفشانی نئوژن و به خصوص کواترنری از دیگر شواهد وجود پتانسیل زمین گرمایی در گستره ایران است. توده های نفوذی و ماگماتیسم جدید با بوجود آوردن منابع عظیم انرژی زمین گرمایی با همراهی درزها و شکست ها، مناطقی با پتانسیل بالا بوجود می آورند.
چشمه های آبگرم و ظهورهای سطحی یکی دیگر از نمادهای وجود انرژی زمین گرمایی است. آنچه بیش از پیش به وجود پتانسیل بالای انرژی زمین گرمایی در ایران قوت می بخشد وجود چشمه های آبگرم بسیار در گستره ایران است. در کنار رو راندگی زاگرس که از سوی دیگر بیشترین فعالیتهای ماگماتیسم و آتشفشانی نیز در امتداد آن در طی کواترنری صورت گرفته است تعداد بسیار زیادی چشمه های آب گرم دیده می شود.
اطراف کوه دماوند در شمال ایران نمونه دیگری از مثال نزدیکی چشمه های آبگرم به توده های آذرین قدیمی است.
حضور ایران در کمربند زمین گرمایی شرق مدیترانه – هیمالیا و عبور مرزهای صفحات تکتونیکی از گستره ایران پتانسیل عظیمی برای تولید انرژی ژئوترمال ایجاد کرده است. جای آن دارد که با بررسی دقیق میدانهای دارای پتانسیل بالا شرایط اکتشاف و توسعه آنها را فراهم آورد.
به عنوان سه شاخص اصلی می توان موارد ذیل را شاهد مثال وجود آنومالیهای زمین گرمایی دانست.
* ساختار تکتونیکی و قرار گیری در مرز صفحات تکتونیکی
* گسل های عمیق و سیستمهای درز و شکستگی های توسعه یافته
* ماگماتیسم و آتشفشانهای جدید (نئوتکتونیک).
در قالب شاخصهای فوق در بسیاری از مناطق ایران می توان آنومالیهای زمین گرمایی دال بر وجود پتانسیلهای بالای زمین گرمایی را دنبال کرد و با بررسی های ساختارشناسی و زمین شناسی منطقه ای نظیر ظهورهای سطحی (چشمه های آبگرم)، زونهای آلتراسیون، محل درزه ها و گسلها ،بررسی های چینه شناسی تکمیلی در مورد پتانسیل هر منطقه گزارشهای تفصیلی و جامعی تهیه نمود.

مناطق مستعد انرژی زمین گرمایی در کشور

از سوی دیگر، هم گام با سیاست دولت در راستای کاهش وابستگی به اقتصاد تک محصولی، تحولی اساسی در سیاست دولت مبتنی بر کاربرد انرژی های تجدیدپذیر در حال شکل گیری است و دوایر متعددی با محوریت مرکز انرژی های نو در وزارت نیرو، سازمان انرژی اتمی و نیز سازمان زمین شناسی، به عنوان متولی تهیه داده های پایه در حال کار روی موضوع مذکور هستند

هم گام با سیاست (مرکز انرژی های نو) وزارت نیرو برای جذب سرمایه گذاری خارجی در سال 1375، گروهی متشکل از کارشناسان ایرانی و فیلیپینی مبادرت به برداشت های تفصیلی زمین شناسی، هیدروژئوشیمیایی و ژئوفیزیک در ناحیه ی (دره قطور) کردند. همچنین در اوائل سال 1376، هم گام با تشکیل گروهی متشکل از کارشناسان نیوزیلندی و ایرانی، بنا شد این گروه، مطالعاتی تفصیلی روی آتشفشان سبلان و پیرامون آن، مشتمل بر منطقه ی (سرعین)، انجام دهند. با عنایت به لزوم افزایش ظرفیت نصب شده ی نیروگاهی، به نظر می رسد بهره برداری از انرژی های تجدیدپذیر به منظور تغییر در سبد انرژی، اجتناب ناپذیر باشد. به کارگیری انرژی زمین گرمایی حداقل در نواحی شمال غربی کشور می تواند، به عنوان گزینه ای به منظور تغییر کاربری سوخت های فسیلی مطرح شود و این نکته وقتی حائز اهمیت مضاعف می گردد که توجه داشته باشیم، با وجود تمام فعالیت های عمرانی صورت پذیرفته در سال های پس از انقلاب، ظرفیت نصب شده ی نیروگاهی کشور صرفا 22 هزار مگاوات افزایش یافته است.

نیروگاه زمین گرمایی مشکین شهر
نیروگاه زمین گرمایی مشگین شهر یک نیروگاه از نوع زمین گرمایی در نزدیکی مشکین شهر در استان اردبیل در ایران است. بر اساس مطالعات سازمان انرژی های نو ایران منطقه مشکین شهربهترین نقطه برای استفاده از ظرفیت انرژی زمین گرمایی در کشور است به طوری که مهمترین هدف این دفترساخت و راه اندازی نیروگاه زمین گرمایی به ظرفیت اسمی ۱۰۰ مگاوات در این منطقه است بر اساس مطالعات صورت گرفته دامنه های سبلان در مشگین شهر قابلیت ساخت نیروگاه برق تا ۴۰۰ مگاوات را دارد.
بررسی مطالعات موجود و برنامه ریزی برای نصب و راه اندازی نیروگاه زمین گرمایی مشگین شهر از سوی گروه نیروگاهی دفتر انرژی زمین گرمایی از سال ۷۴ آغاز شد. فعالیت های اجرایی این طرح با هدف احداث نخستین نیروگاه زمین گرمایی در ایران از سال ۷۷ شروع و با تعیین نقاط حفاری های اکتشافی مطالعه در فاز اکتشافی در سال ۷۸ به پایان رسید. بر اساس مطالعات گروه نیروگاهی دفتر انرژی زمین گرمایی، نخستین چاه اکتشافی زمین گرمایی مشگین شهر در سال ۸۱ به صورت عمودی با عمق سه هزار و ۲۰۰ متر و دمایی بالغ بر ۲۵۰ درجه سانتیگراد حفر شده است.
چاه اکتشافی دوم به صورت انحرافی در سال ۸۳ به عمق سه هزار و ۱۷۷ متر حفر شد که دمای انتهای چاه ۱۴۰ درجه سانتیگراد است و پس از آن چاه اکتشافی سوم به صورت انحرافی و به عمق دو هزار و ۲۶۵ متر و

با دمای ۲۱۱ درجه سانتیگراد حفاری شد. از مجموع ۱۷ چاه پیش بینی شده برای این نیروگاه، تاکنون ۱۱ چاه حفر شده و سه چاه نیز مرحله آزمایش خروج بخار را با موفقیت سپری کرده است.
در این نیروگاه آب از طریق لوله به زیر زمین تزریق می شود و با گرمای ‪ ۲۵۰‬ تا ‪ ۵۰۰‬ درجه، آب به بخار تبدیل شد و سپس این بخار به سطح زمین آمده و توربین بخار را به گردش درمی آورد.‬‬‬‬
واقع شدن این نیروگاه در منطقه توریستی سبلان به حفظ محیط زیست منطقه و ظرفیت های گردشگری استان کمک خواهد کرد.

منابع
* آذین، رضا، انرژی زمین گرمایی راهکارها و موانع،
* نظری پور، حمید،ضرورت تجدید نظر در منابع انرژی و جایگزینی انرژی های نو، مجموعه مقالات چهارمین کنگره بین المللی جغرافیدانان جهان اسلام،1389
* فتوحی، منوچهر، سیمای انرژی زمین گرمایی ایران، نخستین همایش ملی ایران، 1376
* طاهری فرد، علی، نیروگاه زمین گرمایی مشکین شهر، پژوهشگاه علوم انسانی و مطالعات فرهنگی،
اقتصاد و انرژی،شماره 126، 1389
* الهی قمشه ای، مرتضی، انرژی زمین گرمایی
www.rasekhoon.ir

19