انرژی زمین‌گرمایی چیست؟ چگونه کار می‌کند؟
انرژی زمین‌گرمایی یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر است که از حرارت موجود در هسته زمین به دست می‌آید. این انرژی به‌طور عمده از گرمایی که در دوران اولیه شکل‌گیری زمین تولید شده و همچنین تجزیه رادیواکتیو مواد موجود در درون زمین نشأت می‌گیرد، به‌وجود می‌آید. این انرژی حرارتی در سنگ‌ها و مایعات موجود در مرکز زمین ذخیره می‌شود.
انرژی زمین‌گرمایی چگونه تولید می‌شود؟
گرمای موجود در هسته زمین، تفاوت دمای شدید بین هسته و سطح زمین را ایجاد می‌کند که باعث هدایت مداوم انرژی حرارتی از مرکز به بیرون می‌شود. دماهایی بیش از ۴۰۰۰ درجه سانتی‌گراد موجب ذوب برخی از سنگ‌ها در هسته زمین می‌شود که به سنگ‌های مذاب یا ماگما تبدیل می‌شوند. این گرما همچنین باعث رفتار پلاستیکی در گوشته زمین شده و برخی از بخش‌ها به دلیل سبکی نسبت به سنگ‌های اطراف خود به سمت بالا حرکت می‌کنند.
در لایه پوسته زمین، سنگ‌ها و آب‌ها می‌توانند دماهایی حدود ۳۷۰ درجه سانتی‌گراد را تجربه کنند. این انرژی حرارتی که در سنگ‌ها و مایعات ذخیره می‌شود، از عمق‌های کم تا چندین مایل زیر سطح زمین وجود دارد.
انرژی زمین‌گرمایی: یک منبع تجدیدپذیر
انرژی زمین‌گرمایی به‌طور مستقیم از حرارت درون زمین که به‌واسطه تجزیه رادیواکتیو مواد در دوران شکل‌گیری زمین به‌وجود آمده، استخراج می‌شود. این حرارت در سنگ‌ها و مایعات موجود در مرکز زمین ذخیره می‌شود و به‌عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر در دسترس است.
کاربردهای انرژی زمین‌گرمایی:
انرژی زمین‌گرمایی هزاران سال است که در برخی کشورها برای پخت‌وپز و سیستم‌های گرمایشی استفاده می‌شود. منابع زمین‌گرمایی زیرزمینی شامل بخار و آب گرم می‌توانند برای تولید برق و دیگر کاربردهای گرمایش و سرمایش مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال، پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی در عمق حدود ۳ متر زیر زمین نصب می‌شوند که در فصول گرم برای خنک‌سازی و در فصول سرد برای گرم‌سازی ساختمان‌ها استفاده می‌شوند.
این منابع انرژی حتی در کشاورزی نیز کاربرد دارند؛ به‌طور مثال، آب گرم زمین‌گرمایی برای رشد گیاهان در گلخانه‌ها یا تأمین گرمایش منطقه‌ای در خانه‌ها و کسب‌وکارها به‌کار می‌رود.
چگونه انرژی زمین‌گرمایی تولید می‌شود؟
برای استخراج انرژی زمین‌گرمایی، چاه‌هایی به عمق چندین کیلومتر در زیر زمین حفاری می‌شوند تا به منابع حرارتی زمین دسترسی پیدا کنند. این منابع یا به‌صورت طبیعی موجود هستند یا با استفاده از سیستم‌های تقویت‌شده زمین‌گرمایی که از طریق فرآیندهای خاصی مانند “تحریک هیدرولیکی” به‌وجود می‌آیند، می‌توان آن‌ها را به‌طور مصنوعی تولید کرد.
این منابع انرژی، چه طبیعی و چه تقویت‌شده، به توربین‌هایی متصل هستند که برای تولید برق به‌کار می‌روند. اولین نمونه از استفاده از انرژی زمین‌گرمایی برای تولید برق در سال ۱۹۰۴ در لاردرو، ایتالیا ثبت شد.
نحوه کارکرد انرژی زمین‌گرمایی:
نیروگاه‌های زمین‌گرمایی سه نوع طراحی مختلف دارند: بخار خشک، فلش و دوتایی.
- بخار خشک: این نیروگاه‌ها بخار را مستقیماً از شکاف‌های زیرزمینی می‌گیرند تا توربین‌ها را به حرکت درآورند.
- فلش: این نیروگاه‌ها آب داغ با فشار بالا را از زیر زمین می‌کشند و آن را با آب سردتر مخلوط می‌کنند تا بخار تولید کنند و سپس از این بخار برای حرکت توربین‌ها استفاده می‌شود.
- دوتایی: در این نیروگاه‌ها، آب داغ از طریق یک مایع ثانویه با نقطه جوش پایین‌تر از آب عبور می‌کند. این مایع ثانویه به بخار تبدیل می‌شود و توربین‌ها را به حرکت درمی‌آورد.
آینده بیشتر نیروگاه‌های زمین‌گرمایی به سمت طراحی دوتایی پیش می‌رود. ایالات متحده آمریکا بزرگ‌ترین تولیدکننده انرژی زمین‌گرمایی است و توسعه‌اش در منطقه “گایزر” کالیفرنیا یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های این‌چنینی در جهان است.
مزایا و معایب انرژی زمین‌گرمایی
مزایا:
- منبع تجدیدپذیر: انرژی زمین‌گرمایی منبعی تجدیدپذیر است که تنها یک ششم دی‌اکسید کربن تولیدی نیروگاه‌های گاز طبیعی پاک را منتشر می‌کند.
- قیمت ارزان: هزینه تولید انرژی زمین‌گرمایی کمتر از بسیاری از منابع انرژی فسیلی است و حتی می‌تواند تا ۸۰٪ در مقایسه با سوخت‌های فسیلی صرفه‌جویی ایجاد کند.
- دسترس‌پذیری دائم: برخلاف منابع انرژی تجدیدپذیر دیگری همچون انرژی خورشیدی و بادی، انرژی زمین‌گرمایی همیشه در دسترس است و به شرایط جوی وابسته نیست.
معایب:
- محدودیت‌های جغرافیایی: تولید انرژی زمین‌گرمایی محدود به مناطقی است که در نزدیکی مرزهای صفحات تکتونیکی قرار دارند.
- هزینه‌های حفاری: هزینه‌های اولیه حفاری و اکتشاف منابع زمین‌گرمایی بالا است و این فرایند می‌تواند با فرسایش زیاد ابزارها و تجهیزات همراه باشد.
- آلودگی و گازهای مضر: برخی نیروگاه‌ها ممکن است گازهای مضر مانند هیدروژن سولفید را منتشر کنند که بوی تخم‌مرغ گندیده می‌دهند. همچنین برخی از سیالات زمین‌گرمایی حاوی مواد سمی هستند که نیاز به دفع دارند.
نتیجه‌گیری:
انرژی زمین‌گرمایی یکی از منابع پاک، تجدیدپذیر و بسیار کارآمد است که از گرمای درون زمین استخراج می‌شود. این انرژی علاوه بر آنکه از نظر زیست‌محیطی مزایای فراوانی دارد، نسبت به بسیاری از منابع دیگر نیز هزینه کمتری دارد و به‌طور دائم در دسترس است.
انرژی زمین‌گرمایی به‌عنوان یک گزینه برای تولید برق و گرمایش، در بسیاری از کشورها در حال گسترش است و امید است که در آینده نقش مهم‌تری در تأمین انرژی پایدار و کاهش اثرات تغییرات اقلیمی ایفا کند.
پاسخ‌ها