آشنایی با انرژی زمین گرمایی

۲۳ شهریور ۱۳۹۰ | ۰۹:۲۷ کد : ۶۰۹۲ رويدادهاى زمين و معدن
تعداد بازدید:۱۵۵
امروزه تولید انرژی به کمک منابع سوختهای فسیلی یا نیروگاههای هسته ای با آلودگی قابل ملاحظه محیط زیست توام...
امروزه تولید انرژی به کمک منابع سوختهای فسیلی یا نیروگاههای هسته ای با آلودگی قابل ملاحظه محیط زیست توام است و تحقیقات دانشمندان برای رفع این آلودگیها همچنان ادامه دارد. خوشبختانه انرژی زمین گرمایی علاوه بر تجدیدپذیر بودن، در مقایسه با سایر منابع تولید انرژی، آلایندگی کمتری داشته و جزو منابع پاک انرژی به شمار می رود. البته این به آن معنا نیست که انرژی زمین گرمایی کاملا فاقد آلودگی است ولی میزان آلایندگی آن نسبت به نیروگاههای فسیلی و یا هسته أی به حدی کم است که می توان با هزینه نسبتا کمی آن را به حداقل ممکن رساند. شایان ذکر است که برخی از نیروگاهها و طرحهای بهره بردای از این انرژی، کاملا فاقد آلودگی است که به آنها اشاره خواهد شد. از سوی دیگر میزان آلودگی تاسیسات مزبور، 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 طرحهای کاربرد مستقیم نیز کمتر از نیروگاههای زمین گرمایی محیط زیست را آلوده می کنند. البته مزایای این انرژی صرفا ملاحظات زیست محیطی نبوده و شامل موارد دیگری نیز می شود. مزایای انرژی زمین گرمایی را می توان به دو دسته کلی مزایای زیست محیطی و کاربردی تقسیم بندی کرد. یکی از دلایل مهمی که سبب گسترش روز افزون استفاده از انرژی زمین گرمایی در سراسر جهان شده مزایای زیست محیطی این انرژی است. به این ترتیب که از یک سو نیروگاهها وطرحهای کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی آلودگی بسیار کمی تولید می کنند و از سوی دیگر با صرفه جویی در مصرف سوختهای فسیلی، کمک شایان توجهی به پاکیزگی محیط زیست می شود. مهمترین مزایای زیست محیطی کاربرد انرژی زمین گرمایی عبارتند از عدم آلودگی هوا و منابع آب زیرزمینی و عدم نیاز به زمین وسیع. عدم آلودگی هواامروزه موضوع کیفیت هوا یکی از مباحث مهم در حفاظت محیط زیست است. 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 مولد برق به شمار می روند. البته میزان آلایندگی این دسته از نیروگاهها بر حسب نوع سیکل تولید برق بکار رفته، متفاوت است. به این معنی که معمولا سیکل بخار خشک بیشتر از سیکل تبخیر آنی، گازهای آلاینده تولید می کند. در صورتی که در سیکل دو مداره به دلیل جریان آب داغ در یک مدار بسته و عدم ارتباط آن با محیط اطراف نیروگاه، تقریبا میزان آلایندگی نیروگاه معادل صفر است. زیرا تمام سیال خروجی از چاه پس از انجام کار در نیروگاه، مجددا به درون زمین، تزریق می شود. به تازگی در تمام نیروگاههای زمین گرمایی موضوع تزریق مجدد آب داغ خروجی از نیروگاه به مخزن به طور جدی مطرح شده است. زیرا با انجام آن، علاوه بر آن که آب مورد نیاز مخزن، تامین می شود آثار سوء ناشی از رهاسازی آب داغ به محیط زیست نیز به حداقل مقدار خود کاهش می یابد. میزان تولید گازهایی چون NH4,SO2,CO2 در نیروگاههای زمین گرمایی درصد بسیار کمی از میزان تولید این گازها در نیروگاههای فسیلی است. گاز دی اکسید کربن (CO2) این گاز از جمله مهمترین گازهای گلخانه أی است که جزو گازهای آلاینده به شمار نمی رود ولی باعث افزایش درجه حرارت کره زمین می شود. میزان گازهای گلخانه أی تولید شده در نیروگاههای زمین گرمایی نسبت به سایر نیروگاهها به حدی کم است که اگر یک کیلووات ساعت برق تولیدی از نیروگاههای فسیلی را با یک کیلووات ساعت برق تولیدی از نیروگاه زمین گرمایی جایگزین کنیم، میزان گازهای گلخانه أی تولید شده در حدود 95 درصد کاهش خواهد یافت. معمولا سیستمهای زمین گرمایی برخی از انواع گازهای غیر قابل میعان را تولید می کنند که CO2 جزو مهمترین آنهاست زیرا بیش از 90 درصد وزنی گازهای غیر قابل میعان تولید شده در نیروگاه را تشکیل می دهد از آنجا که در اغلب سیستم های زمین گرمایی ، میزان گازهای غیر قابل میعان کمتر از 5 درصد وزنی بخار تولید شده از سیستم را تشکیل می دهد، لذا میزان CO2 خارج شده از نیروگاههای زمین گرمایی در مقایسه با نیروگاههای فسیلی بسیار کمتر است. همانگونه که در جدول نشان داده شده، میزان CO2 تولید شده در نیروگاههای زمین گرمایی بسیار کم است و امروزه با تزریق آب داغ خروجی از نیروگاه به درون مخزن زمین گرمایی، از تولید همین مقدار کم نیز جلوگیری می شود. سولفید هیدروژن (H2S) یکی از گازهایی است که نیروگاههای زمین گرمایی تولید می کنند و گاه ممکن است غلظت آن به بیش از دو درصد وزنی فاز بخار مخزن زمین گرمایی نیز برسد. البته 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 بارانهای اسیدی است. امروزه به کمک فرایندهایی که چندان هم پیچیده نیستند، H2S خروجی از نیروگاه را تا حدود 9/99 درصد کاهش می دهند که رقم بسیار قابل توجهی است. به عنوان مثال در یکی از نیروگاههای منطقه گایزرز آمریکا به کمک فرایندهای مزبور سالانه از تولید حدود 13 هزار و 600 کیلوگرم SO2 به ازای هر مگاوات برق تولیدی از نیروگاه جلوگیری به عمل می آید. بعلاوه بر این با تزریق آب داغ خروجی از نیروگاه نیز می توان تا حد زیادی از انتشار گاز دی اکسید گوگرد در هوا جلوگیری کرد. میزان گاز SO2 یا H2S خروجی از نیروگاههای زمین گرمایی نیز نسبت به سایر انواع نیروگاهها بسیار ناچیز است. آمونیاک (NH3) این گاز به میزان کم در بسیاری از سیستمهای زمین گرمایی، تولید و پس از خروج از نیروگاه در اتمسفر، اکسید شده و به نیتروژن و آب تبدیل میشود. از آن جا که در نیروگاههای زمین گرمایی هیچ گونه احتراقی رخ نمی دهد لذا در این قبیل نیروگاهها هیچ یک از ترکیبات NOx نیز تولید نمی شود حال آن که این ترکیبات در نیروگاههای فسیلی به میزان قابل توجهی تولید می شوند. به عنوان مثال تنها در کشور آمریکا تولید برق از منابع زمین گرمایی هر ساله مانع از انتشار 22 میلیون 200CO2 تن NOX و 110 هزار تن ذرات معلق به درون جو می شود. شایان ذکر آن که طرحهای کاربرد مستقیم نیز از آلودگی بسیار کمی برخوردارند زیرا به دلیل درجه حرارت کمتر منابع حرارت پایین زمین گرمایی، میزان گازها و سایر ترکیبات محلول موجود در این قبیل مخازن نیز کمتر است. یکی از بهترین نمونه های طرحهای کاربرد مستقیم در جهان که موجب کاهش یا به عبارتی حذف تمام آلاینده های هوا شد، سیستم گرمایش مرکزی ریکیاویک (مرکز کشور ایسلند) است. به این ترتیب که در اوایل قرن بیستم منازل این شهر به کمک سوختهای فسیلی (زغال سنگ) گرم می شدند حال آن امروزه گرمایش آنها به وسیله انرژی زمین گرمایی تامین می شود که کاملا عاری از هر گونه آلودگی است و این شهر از نظر کیفیت هوا، پاکیزه ترین پایتخت جهان به شمار می رود. بنابراین استفاده از انرژی زمین گرمایی به صورت تولید برق یا کاربرد مستقیم، مخاطرات زیست محیطی مهمی در برنداشته و گازها و ترکیبات آلاینده بسیار کمی را به محیط زیست وارد می کند. عدم آلودگی منابع آب :آب داغ خروجی از نیروگاههای زمین گرمایی علاوه بر درجه حرارت بالا معمولا برخی ترکیبات محلول نیز دارد که آلاینده محیط زیست است. از جمله این ترکیبات می توان به Hg , As , B, NaCl اشاره کرد. بدیهی است که این مواد محلول باید پیش از تزریق مجدد آب داغ به درون مخزن تصفیه شوند. البته طرحهای کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی نسبت به نیروگاههای زمین گرمایی از آلایندگی کمتری برخوردارند به نحوی که در اغلب موارد پس از خنک شدن سیال زمین گرمایی می توان آن را به محیط رها کرد. امروزه با تزریق مجدد سیال خروجی از نیروگاه بخش اعظم مشکلات ناشی از رهاسازی پساب نیروگاههای زمین گرمایی، رفع شده است. هر چند که این موضوع باید با در نظر گرفتن وضعیت هیدرولوژی منطقه انجام شود زیرا آب داغ تزریق شده نباید به سفره های آب زیرزمینی صدمه ای وارد کند. شایان ذکر است که در تمام چاههای زمین گرمایی چه در حین حفاری و چه در زمان تولید آب داغ یا بخار، محیط درون چاه به وسیله لوله های فلزی مخصوصی (لوله های جداری) از محیط اطراف خود مجزا می شود که این امر سبب عدم نفوذ آب داغ یا بخار بخشهای عمیق مخزن (و ترکیبات محلول آلاینده آن) به سفره های آب زیرزمینی کم عمق می شود. بدیهی است که این موضوع شامل چاههای تزریقی نیز می شود. علاوه بر این اخیرا در یکی از میادین زمین گرمایی ایالت کالیفرنیای کشور آمریکا، 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.عدم نیاز به زمین وسیع نیروگاههای متعارف موجود، اعم از نیروگاههای برق آبی، فسیلی و هسته ای، به زمین بسیار وسیعی برای نصب تجهیزات و نیز تامین سوخت و انتقال آن به نیروگاه نیاز دارند، حال آن که نیروگاههای زمین گرمایی به زمین بسیار کمتری نسبت به نیروگاههای متعارف نیاز دارند. به عنوان مثال یک نیروگاه زمین گرمایی معمولی که مساحت آن حدود 400 متر مربع باشد قادر است معادل یک گیگاوات ساعت برق را به مدت 30 سال تامین کند. ب) مزایای کاربردیمزایای کاربردی انرژی زمین گرمایی به عملکرد طرحهای مختلف این انرژی ارتباط دارند. از نظر عملکرد نیز انرژی زمین گرمایی نسبت به انواع انرژیهای متعارف و حتی برخی از منابع انرژی تجدیدپذیر مزیتهایی دارد. این مزایا 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 زمین گرمایی، 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 کشور بهره مند از منابع انرژی زمین گرمایی می شود. چرا که تقریبا نیمی از کشورهای در حال توسعه دارای منابع شناخته شده انرژی زمین گرمایی هستند. بنابراین بکارگیری این انرژی برای آن دسته از کشورهای جهان سوم که فاقد ذخایر نفت و گاز هستند گزینه ای بسیار مناسب به شمار می رود.بر اساس آمار و ارقام موجود در سال 2000 تولید برق در نیروگاههای زمین گرمایی سراسر جهان، موجب صرفه جویی در مصرف 5/12 میلیون تن نفت در سال شده است. این در حالی است که در همان سال، میزان تولید انرژی در طرحهای کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی نیز به تنهایی معادل 2/14 میلیون تن نفت خام بوده است. بنابراین مجموعا در سال 2000 با تولید انرژی از منابع زمین گرمایی معادل 7/26 میلیون تن در مصرف نفت خام در سراسر جهان صرفه جویی شده است که به طور قطع از تولید میزان قابل توجهی گاز دی اکسید کربن و سایر گازهای مضر به درون جو زمین کاسته است. زمان دسترسی 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 … عملا روند تولید بخشی از ظرفیت نیروگاه متوقف می شود. امروزه پس از گذشت چند دهه از آغاز تولید برق در نیروگاههای زمین گرمایی مشخص شده است که این نیروگاهها از نظر زمان دسترسی نیز در وضعیت بهتری نسبت به نیروگاههای فسیلی و هسته ای قرار دارند.گستردگی موارد کاربرداز جمله مزایای مهم انرژی زمین گرمایی، گستردگی موارد کاربرد است که نقشی اساسی در توسعه کاربرد آن دارد. زیرا بر حسب درجه حرارت سیال (بخار یا آب داغ) موجود در مخزن زمین گرمایی، کاربردهای آن نیز متفاوت است. بنابراین کاربرد انرژی زمین گرمایی صرفا محدود به تولید برق نبوده و از حرارت سیال زمین گرمایی نیز می توان در طرحهای متعددی بهره گیری کرد. مستقل از شرایط جویغالبا این مزیت نسبت به سایر انواع انرژیهای تجدید پذیر مطرح می شود، زیرا بر خلاف برخی از انرژیهای تجدیدپذیر (نظیر انرژی بادی و خورشیدی) منابع زمین گرمایی قادر هستند در تمام طول شبانه روز وتمام 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 حملامروزه امکان تولید برق از منابع زمین گرمایی به کمک نیروگاههای پیش ساخته نیز مقدور است. این قبیل نیروگاهها عمدتا ظرفیت پایینی (کمتر از 30 مگاوات) داشته و از واحدهای یک تا پنج مگاواتی آنها برای آزمایش چاههای زمین گرمایی استفاده می شود. نصب و راه اندازی این نیروگاهها بسیار سریع و آسان است و به دلیل مجاورت آنها با چاههای زمین گرمایی، نیازی به سیستم لوله کشی ندارند. همچنین در شرایط اضطراری می توان طی مدت زمان کوتاهی آنها را از یک چاه به چاه دیگر منتقل کرد.

کلید واژه ها: سایر موارد


نظر شما :