مقدمه

در پست های قبلی با انژی زمین گرمایی و تاریخچه آن آشنا شدیم. در این قسمت نیز قصد داریم تا با کاربرد های انرژی زمین گرمایی برای انسان آشنا شویم.

کاربرد های انرژی زمین گرمایی

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.

تولید برق (کاربرد غیر مستقیم)

به منظور تولید برق از انرژی زمین گرمایی، سیال مخزن آب داغ یا بخار از طریق چاه های حفر شده به سطح زمین هدایت شده و پس از به چرخش درآوردن توربین در نیروگاه، برق تولید می کند. بدیهی است که از مخازن حرارت بالا بیشتر برای تولید برق استفاده می شود.

در حال حاضر 22 کشور جهان به کمک منابع زمین گرمایی خود بیش از 8200MW برق تولید می کنند. در نیروگاه های زمین گرمایی، انرژی الکتریکی به کمک چرخه های مخصوصی تولید می شود. مهمترین و رایج ترین آنها عبارتند از:

چرخه دومداره

از این چرخه برای تولید برق از مخزن های زمین گرمایی حرارت پایین استفاده می شود. حدود 50 درصد مخازن زمین گرمایی شناخته شده جهان درجه حرارتی بین 150 تا 200 درجه سانتی گراد دارند، که اگر برای تولید برق از آنها از چرخه تبخیر آنی استفاده شود، چرخه مزبور بازده بسیار پایینی خواهد داشت. در این چرخه از سیال عامل برای تولید برق استفاده می شود بدین ترتیب که آب داغ، سیال عامل را در یک مبدل حرارتی، گرم و به بخار تبدیل می کند. بخار حاصل، توربین را به حرکت در آورده، برق تولید می کند. از جمله مزیت های مهم این چرخه، عدم وجود خوردگی یا رسوب گذاری توسط سیال عامل است. در حال حاضر مهمترین کشورهای جهان از نقطه نظر تولید برق از منابع زمین گرمایی، کشورهای آمریکا 2228 مگاوات، فیلیپین 1909 مگاوات، ایتالیا 769 مگاوات، مکزیک 755 مگاوات و اندونزی 590 مگاوات هستند.

چرخه تبخیر آنی

در این دسته از چرخه های تولید برق، سیال زمین گرمایی پس از خروج از چاه، وارد یک جداکننده شده و بخار حاصل به سمت توربین و آب داغ به سمت چاه های تزریقی و برج خنک کننده روانه می شود. حال، برحسب اینکه عمل جدایش یا تبخیر آنی در یک مرحله یا دو مرحله انجام شود و برحسب وجود یا عدم وجود کندانسور، سه نوع چرخه تبخیر آنی وجود دارد: چرخه تبخیر آنی یک مرحله ای بدون کندانسور، چرخه تبخیر آنی یک مرحله ای با کندانسور، چرخه تبخیر آنی دومرحله ای.

کاربرد مستقیم

کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی، بهره برداری بدون واسطه از انرژی زمین گرمایی است. در این حالت، انرژی زمین گرمایی به انرژی الکتریکی تبدیل نمی شود، بلکه فقط از انرژی حرارتی آن استفاده می شود. مخزن های زمین گرمایی که دمای آنها بین 65 درجه سلسیوس تا 150 درجه سلسیوس است برای تولید برق، توجیه اقتصادی ندارد، لذا این گونه مخزن ها برای استفاده مستقیم از انرژی حرارتی، مناسب هستند. مخزن های زمین گرمایی حرارت پایین، نسبت به مخزن های حرارت بالا گستردگی بیشتری دارند. آب داغ مخزن های حرارت پایین را می توان با دستگاه های حفاری چاه های آب استخراج کرد.

یک محقق ایسلندی به نام لیندال به منظور نشان دادن موارد کاربرد انرژی زمین گرمایی، نموداری تهیه کرده است که در آن موارد مختلف کاربرد سیال زمین گرمایی بر حسب درجه حرارت آن ارائه شده است. همان گونه که در نمودار لیندال مشخص شده است، موارد بهره برداری مستقیم از انرژی زمین گرمایی را می توان به 6 رده کلی زیر تقسیم بندی کرد:

1 .گرمایش ساختمان ها
2 .کشاورزی
3 .دامپروری
4 .کاربردهای صنعتی
5 .درمان بیماری ها
6 .سایر

گرمایش ساختمان ها

این مورد متداول ترین کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی است. حدود 37 درصد کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی در سراسر جهان را گرمایش فضاهای مختلف مسکونی، تجاری، اداری و غیره به خود اختصاص می دهد. 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 آنکه 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 60 درجه یا بالاتر است. امروزه کشورهای ایسلند، فرانسه، مجارستان و ژاپن برای تٲمین حرارت سیستم های گرمایش مرکزی خود از انرژی زمین گرمایی استفاده می کنند. به عنوان مثال شهر 150 هزار نفری ریکیاویک مرکز ایسلند تماما به وسیله آب داغ تولیدی از مخزن های زمین گرمایی مجاور شهر تامین می شود.

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.

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 هم نیز 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 حوض 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 515 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 16 کشور از چنین تاسیساتی بهره می گیرند.

کاربردهای 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 19 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

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 40 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 2200 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 50 درجه سانتیگراد برای درمان بیماری هایی نظیر فشار خون بالا ، روماتیسم، بیماری های پوستی و بیماری های دستگاه عصبی استفاده می شود.

ذوب برف جاده ها

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 500 هزار 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. همان گونه که می دانیم، درجه حرارت زیرزمین تا اعماق کم 2 تا 15 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.

معرفی انررژی زمین گرمایی

تاریخچه انرژی زمین گرمایی

کانال اطلاع رسانی تیم علمی و آموزشی دایا (کلیک کنید)