خانه / علوم پایه / فیزیک / مقاله کامل در مورد انرژی زمین گرمایی

مقاله کامل در مورد انرژی زمین گرمایی

استفاده از انواع انرژیهای نو چه مزیتهای را در بر خواهد داشت؟

  • استفاده از انواع پتانسیل موجود برای تامین نیاز رو به رشد انرژی
  • بالفعل نمودن تمام پتانسیل های منطقه ای برای تامین کالای انرژی به صورت منطقه ای (Distributed Generation)
  • توجه به توسعه پایدار و گذار از توسعه مرسوم (توجه به فاکتورهای زیست محیطی)
  • استفاده از پتانسیل های تجدید شونده برای تولید انرژی
  • بدست اوردن فن اوری پایه مورد نیاز و عدم تکیه بر سوختهای فسیلی به عنوان تنها منبع تولید انرژی
  • بهره بردرای از انرژی زمین گرمایی برخلاف سایر انرژیهای تجدیدپذیر محدود به فصل، زمان و یا شرایط خاصی نبوده و بدون وقفه قابل بهره برداری می باشد.
  • همچنین قیمت تمام شده تولید برق در نیروگاههای زمین گرمایی با برق تولیدی از سایر نیروگاههای متعارف (سوخت فسیلی) قابل رقابت بوده و حتی از انواع دیگر انرژیهای نو به مراتب ارزانتر است. از اینرو طی سه دهه اخیر نصب نیروگاههای زمین گرمایی در جهان از رشد و توسعه چشم گیری برخوردار بوده است.

انرژی زمین گرمایی

در حقیقت زمین منبع عظیمی از انرژی حرارتی می باشد. هر چه به اعماق زمین نزدیکتر می شویم حرارت آن افزایش می یابد بطوریکه این حرارت در هسته زمین به بیش از پنج هزار درجه سانتیگراد می رسد. این حرارت به طریقه های متفاوتی از جمله فورانهای آتشفشانی، آبهای موجود در درون زمین و یا بواسطه خاصیت رسانایی از بخش هایی از زمین به سطح آن هدایت می شود. در یک سیستم زمین گرمایی حرارت ذخیره شده در سنگها و مواد مذاب اعماق زمین بواسطه یک سیال حامل به سطح زمین منتقل می شود. این سیال عمدتاً نزولات جوی می باشد که پس از نفوذ به اعماق زمین و مجاورت با سنگهای داغ حرارت آنها را جذب نموده و در اثر کاهش چگالی مجدداً به طرف سطح زمین صعود می نماید و موجب پیدایش مظاهر حرارتی مختلفی از قبیل چشمه های آب گرم، آبفشانها و گل فشانها در نقاط مختلف سطح زمین می گردد.

کاربردهای انرژی زمین گرمایی

استفاده از انرژی زمین گرمایی به دو بخش عمده تولید برق، و استفاده مستقیم از انرژی حرارتی طبقه بندی می گردد. استفاده از انرژی زمین گرمایی برای تولید برق بطور کلی در نیروگاههای زمین گرمایی از انرژی سیال خروجی از چاههای حفر شده جهت به چرخش درآوردن توربو ژنراتورها و در نتیجه تولید برق استفاده می کنند. منابع زمین گرمایی با دمای بیش از ۱۵۰ درجه سانتیگراد جهت تولید برق اقتصادی می باشند. استفاده مستقیم به معنای بهره برداری بدون واسطه، از انرژی حرارتی سیالات زمین گرمایی است.

بطور کلی مخازن زمین گرمایی با دمای بین ۶۵ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد برای تولید برق (نیروگاه) دارای توجیه اقتصادی نمی باشد. در این موارد از این انرژی حرارتی آن بصورت مستقیم استفاده می شود.

کاربردهای استفاده مستقیم از انرژی زمین گرمایی عبارتند از: ایجاد استخرهای شنا و مراکز آب درمانی، گرمایش ساختمانها، استفاده های کشاورزی (زراعت گلخانه ای و دامداریها) پرورش آبزیان، فرایندهای صنعتی وذوب برف در معابر.

تا ریخچه استفاده از انرژی زمین گرمایی در دنیا

ایتالیا بعنوان اولین کشور جهان می باشد که در سال ۱۹۰۴ میلادی توانست با استفاده از انرژی زمین گرمایی برق تولید نماید. این کشور هم اکنون با توان تولید معادل ۸۰۰ مگاوات برق از جمله کشورهای پیشرو در این صنعت می باشد.

پس از جنگ جهانی دوم، در سال ۱۹۵۸ نیوزلند بعنوان دومین کشورفعال در این زمینه اقدام به تولید نیروی برق با استفاده از انرژی زمین گرمایی نمود. که اینک معادل ۴۵۰ مگاوات ظرفیت نیروگاههای نصب شده زمین گرمایی در این کشور می باشد. در حال حاضر بیش از ۲۰ کشور جهان با نصب نیروگاههای زمین گرمایی از این منبع عظیم انرژی برای تولید برق استفاده می نمایند که مجموع ظرفیت نصب شده بالغ بر ۸۴۰۰ مگاووات می باشد.

 

آمریکا       با              ۲۲۰۰ مگاوات

فیلیپین     با              ۱۹۰۰ مگاوات

ایتالیا        با              ۸۰۰ مگاوات

مکزیک      با              ۷۵۰ مگاوات

اندونزی    با              ۶۰۰ مگاوات

ژاپن          با              ۵۵۰ مگاوات

نیوزلند      با              ۴۵۰ مگاوات

ایسلند     با              ۱۷۰ مگاوات

 

نیروگاه زمین گرمایی در ایسلند

علاوه بر آن بیش از (۶۴ کشور بر مبنای اطلاعات سال ۲۰۰۵) کشور جهان با مجموع ظرفیت نصب شده بیش از ۲۷۸۰۰ مگاوات حرارتی، از انرژی زمین گرمایی در مواردی از قبیل
تأمین گرمایش فضاهای اداری و مسکونی
پرورش آبزیان و محصولات کشاورزی گلخانه ای
استخرهای (آبدرمانی) و مراکز جذب توریست
بهره برداری می نمایند.

تا ریخچه استفاده از انرژی زمین گرمایی در ایران

در کشور ما ایران از سال ۱۳۵۴ و بمنظور شناسایی پتانسیل های منبع انرژی زمین گرمایی مطالعات گسترده ای توسط وزارت نیرو با همکاری مهندسین مشاور ایتالیایی ENEL در نواحی شمال و شمال غرب ایران در محدوده ای به وسعت ۲۶۰ هزار کیلومتر مربع آغاز گردید. نتیجه این تحقیقات مشخص نمود که مناطق سبلان، دماوند، خوی، ماکو و سهند با مساحتی بالغ بر ۳۱ هزار کیلومتر مربع جهت انجام مطالعات تکمیلی و بهره برداری از انرژی زمین گرمایی مناسب
می باشند.
در همین راستا برنامه اکتشاف، مشتمل بر بررسیهای زمین شناسی، ژئوفیزیک و ژئوشیمیایی برنامه ریزی شد.
در سال ۱۳۶۱ با پایان یافتن مطالعات اکتشاف مقدماتی در هر یک از مناطق ذکر شده، نواحی مستعد با دقت بیشتری شناسایی شده و در نتیجه در منطقه سبلان: نواحی مشکین شهر، سرعین و بوشلی، در منطقه دماوند ناحیه: نونال، در منطقه ماکو- خوی نواحی: سیاه چشمه و قطور و در منطقه سهند پنج ناحیه کوچکتر جهت تمرکز فعالیتهای فاز اکتشاف تکمیلی انتخاب شدند.
پس از یک وقفه نسبتاً طولانی و با هدف فعال نمودن مجدد طرح، گزارشهای موجود مجدداً در سال ۱۳۶۹ توسط کارشناسان UNDP بازنگری شده و منطقه زمین گرمایی مشکین شهر بعنوان اولین اولویت جهت ادامه مطالعات اکتشافی معرفی شد. علاوه بر مناطق یاد شده اخیراً توسط سازمان انرژیهای نو ایران ۱۰ پتانسیل جدید و مستعد دیگر در نواحی مرکزی و جنوب کشور در غالب طرح پتانسیل سنجی انرژی زمین گرمایی ایران شناسایی شده است که طرح اکتشافی آنها در دست تهیه است.
در اولویت اول به منظور ادامه مطالعات قبلی و تکمیل نمودن فاز اکتشاف در ناحیه مشکین شهر در سال ۱۳۷۴ کارشناسان معاونت امور انرژی وزارت نیرو با هدف نصب اولین نیروگاه زمین گرمایی در کشور برنامه فاز اکتشاف تکمیلی را تهیه و بخش مطالعات سطح الارضی شامل عملیات ژئوفیزیکی، زمین شناسی و بررسیهای ژئوشیمیایی و ماهواره ای با اعتباری معادل ۸۲۶ هزار دلار آغاز گردید این مطالعات توسط مهندسین مشاور کینگستون موریسون از کشور نیوزلند و با مدیریت سازمان انرژیهای نو ایران طی سال ۱۳۷۷ به انجام رسید که حاصل این مطالعات منجر به تخمین درجه حرارت احتمالی مخزن در حد۲۴۰ درجه سانتیگراد و تعیین نقاط حفاریهای اکتشافی در دامنه های شمالی سبلان مشرف به جنوب شهرستان مشکین شهر گردید. با هدف دستیابی به نقاط حفاری و آماده سازی سایتهای حفاری و همچنین ساخت تجهیزات مربوط به تست چاهها، شرکت مشانیر به منظور تهیه نقشه های اجرایی و سپس نظارت بر مراحل ساخت بعنوان مشاور و ناظر ایرانی برگزیده شده و پیمانکاران مورد نیاز نیز از طریق برگزاری مناقصات انتخاب شدند و در نتیجه با اعتباری بالغ بر ۲۰ میلیارد ریال کار ترمیم راه مشکین شهر به موئیل به طول ۱۶ کیلومتر و احداث جاده های دسترسی از روستای موئیل به سایتهای حفاری به طول ۹ کیلومتر، ترمیم و احداث چند دهانه پل- احداث کمپ مرکزی شامل سوله های نگهداری تجهیزات و مواد مصرفی حفاری و کمپ رفاهی جهت اسکان پرسنل در سایت، احداث سه سکوی حفاری و تأسیسات آبرسانی شامل ایستگاه پمپاژ، مخزن ذخیره آب با گنجایش ۵ هزار متر مکعب و خط لوله انتقال آب به طول ۷ کیلومتر و همچنین ساخت تجهیزات و ادوات مربوط به آزمایش چاهها طی سالهای ۱۳۷۹ تا ۱۳۸۱ به اجرا درآمد.
همزمان بمنظور انتخاب پیمانکار برای انجام حفاریهای اکتشافی طی یک مناقصه بین المللی شرکت ملی حفاری ایران بعنوان پیمانکار حفاری انتخاب شد. عملیات اجرایی حفر اولین چاه اکتشافی زمین گرمایی ایران به عمق سه هزار متر آبانماه ۱۳۸۱ آغاز و با نظارت مهندسین مشاور SkM از نیوزلند و تحت بدترین شرایط جوی و دمای ۳۰ درجه سانتیگراد زیر صفر در طول زمستان ادامه یافت.
عملیات حفاری اولین چاه در پایان اردیبهشت ماه سال ۱۳۸۲ خاتمه یافت و طی مدت ۱۸ ماه حفاریهای اکتشافی شامل سه حلقه چاه اکتشافی عمیق با عمق ۳۲۰۰متر، ۳۱۷۶ و ۲۲۶۰ مترو دو حلقه چاه تزریقی با عمق حدود ۶۵۰ متر به پایان رسید. پس از به پایان رسیدن عملیات حفاری، تجهیزات فلزی تست جریان چاه در محل مورد نظر نصب گردید و در تاریخ ۹/۳/۸۳ عملیات تست اولین چاه زمین گرمایی کشور آغاز گردید. نتایج تست به شرح ذیل می باشد.

تست دومین چاه زمین گرمایی نیز در تاریخ ۱۷/۶/۸۳ انجام شد.
همزمان با کلیه فعالیتهای ذکر شده سازمان انرژیهای نو ایران با همکاری سازمان بهره وری انرژی ایران، ضمن تجهیز آزمایشگاه و ایستگاه پایش صحرایی، مطالعات سیستماتیک و گسترده ای را جهت پایش محیط زیست منطقه و کنترل اثرات زیست محیطی ناشی از اجرای طرح انجام داد.
از بدو فعال شدن مجدد طرح، در سال ۱۳۷۴ در جهت تأمین اهداف پروژه و بومی نمودن دانش در زمینه کاربرد انرژی زمین گرمایی تاکنون بیش از ۱۵ کارشناس ایرانی در دانشگاه سازمان ملل در کشور ایسلند و مرکز آموزش سازمان ملل در نیوزیلند تربیت شده و یا در حال آموزش می باشند پس از پایان یافتن تست چاهها اطلاعات مورد نیاز جهت انجام مدلسازی و مطالعات مهندسی مخزن و در نتیجه برآورد پتانسیل حرارتی مخزن زمین گرمایی در منطقه مشکین شهر فراهم خواهد شد و در نهایت مطالعات امکان سنجی طرح ضمن ارائه طرح توسعه و بهره برداری از میدان زمین گرمایی سبلان ادامه خواهد یافت. امید است ضمن دستیابی به نتایج مثبت در حفاریهای اکتشافی و همچنین تأمین اعتبارات مورد نیاز جهت ادامه طرح شاهد نصب و راه اندازی اولین نیروگاه زمین گرمایی کشور در این منطقه باشیم.

پتانسیل های انرژی زمین گرمایی در بخشهای ایرا ن

پتانسیل انرژی زمین گرمایی در ایران بر اساس مطالعات انجام شده در بیش از ۱۰ منطقه شناسایی شده است.این مناطق بر اساس میزان فعالیتهای تکتونیکی، میزان چشمه های آب گرم و ظهورهای سطح الارضی و سایر شواهد زمین شناسی شناسایی شده اند.بر اساس گزارش ارائه شده توسط (سازمان انرژی های نو ایران ، ۱۳۷۷) این مناطق در ادامه شرح داده شده است.

منطقه تفتان – بزمان
منطقه نایبند
منطقه بیرجند – فردوس
منطقه تکاب – هشترود
منطقه خور – بیابانک
منطقه اصفهان – محلات
منطقه رامسر
منطقه بندرعباس – میناب
منطقه بوشهر – کازرون
منطقه لار – بستک
مشکین شهر

مشکین شهر
مشکین شهر

 

میزان فعالیت جهانی در توسعه منابع زمین گرمایی

براساس اطلاعات جمع آوری شده از گزارشات و مقالات بیست و سه کشور جهان ارائه شده در کنفرانس جهانی زمین گرمایی در سال ۲۰۰۰ ژاپن، مجموعاً مبلغ ۸۴۱ میلیون دلار در دنیا برای توسعه طرحهای زمین گرمایی هزینه شده است براساس گزارشات سال ۲۰۰۰، دوکشور سوئیس با ۲۳۰ میلیون دلار و کره با ۲۶۷ میلیون دلار سرمایه گذاری مجموعاً بیش از نیمی از مبلغ یاد شده را در سرمایه گذاری کرده‌اند.براساس این گزارشات مجموعه ۱۰۲۸ حلقه چاه جدید در سراسر دنیا حفر شده است. که روسیه ۳۰۶ حلقه چاه و ایسلند با ۲۴۱ حلقه بیشترین تعداد چاه حفر شده را دارند.

شواهد وجود منابع زمین گرمایی در ایران

موقعیت قرارگیری ایران در مرزهای تکتونیکی از نیروی عظیم نهفته در کالبد ایران حکایت دارد. شکل (۲) 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. (شابیک، ۱۳۷۲) 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
  • گسلهای 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.

 

سیستم کار در این نیرو گاهها همانطور که در شکل بالا کاملا پیداست چنین است که  حفر چاههای بسیار عمیق در عمق زمین موجب بالا آمدن آب داغ و بخار خشک از چاه صعود می گردد.آب که در صدد تخلیه ی انرژی خیلی بالای خود است توسط چاه به سمت فیلتر ها و از آنجا به سوی توربین نیرو گاه هدایت می شود.توربین در این نوع نیرو گاه ها معمولا  ژنراتور قطب صاف را می گرداند.مجموع آبی که  از توربین گذشته و آن را گردانده جمع میشود و به سوی کندانسور های بسیار بزرگی هدایت می شود .در این مکانیزم فشار و نرژی منبع آب زیر زمینی پایین می اید و اگر مر حله دیکری بدان اضافه نشود نیرو گاه زمین گرمایی یک نیرو گاه یک بار مصرف بوده و صرفه اقتصادی ندارد  لذا چاه نزول یا تزریق در فاصله ی مشخصی که بسته به منبع آب زیر زمینی متغیر است حفر می شود.آب های جمع شه از ورای توربین توسط پمپ های عظیم و قدرتمند به داخل منب پمپ می گردند.بدین ترتیب حجم آب ثابت است و هسته ی داغ زمین هم کار داغ کردن(super heat) کردن اب را برای ما انجام میدهد.عملsuper heat  عملی دشوار است که در ادامه ی عمل پیش گرم کردن آب در نیرو گاه های گازی و … توسط سوخت های گران قیمت  فسیلی انجام میشود.اما در نیرو گاه های زمین گرمایی انرژی مورد نیاز توسط  گرمای  بیکران هسته ی زمین صورت می گیرد.

در انتها نیز انرژی تولید شده توسط ژنراتور همانند همه ی نی رو گاه ها به پست های افزاینده منتقل میشود.این پست ها قالبا در نزدیکی نیرو گاه احداث می گردند.بعد از انجام فرایند های مورد نظر الکتریکی در پست ولتاژ روی خطوط انتقال افتاده و توسط پست های کاهنده به خطوط توزیع انتقال یافته و به دست مصرف کننده میرسد.

 

سیستم عملکرد نیرو گاه زمین گرمایی

درباره ی sharafiyan

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *