انرژي زمين گرمايي
- نوشته شده توسط کمیته منطقه ای آبیاری و زهکشی
- دسته: مطالب علمی
انرژي حرارتي كه در پوسته جامد زمين وجود دارد، انرژي گرمايي ناميده مي‌شود. بنابراين مركز زمين منبع عظيمي از انرژي حرارتي است كه به شكل‌هاي گوناگون از جمله فوران‌هاي آتشفشاني، آب‌هاي گرم و يا بواسطه خاصيت رسانايي به سطح آن هدايت مي شوند.
انرژي زمين‌گرمايي ژئوترمال نيز ناميده مي‌شود. ژئو يعني زمين و ترمال يعني گرمايي.
در حال حاضر از انرژي زمين گرمايي در بسياري از نقاط جهان در سطح وسيعي استفاده مي‌شود. بهره‌برداري از انرژي زمين گرمايي، به عنوان يك منبع انرژي بالقوه در اعماق زمين مستقل از شرايط جوي بوده و قابليت جوابگويي به نياز كنوني و آتي بشر را دارد.
نواحي كه داراي پتانسيل انرژي زمين گرمايي مي باشند منطبق بر مناطق آتشفشاني و زلزله خيز جهان هستند.
بشر مدت‌هاست كه از منابع انرژي زمين گرمايي با درجه حرارت پايين (چشمه‌هاي آبگرم)جهت استحمام و شستشو و همچنين مصارف درماني استفاده مي‌كند همچنين از اين انرژي در تامين گرمايش فضا،گرمايش گلخانه‌ها،حوضچه‌هاي پرورش ماهي، استخرهاي تفريحي، پيشگيري از يخزدگي معابر در فصل سرما و برخي از فرايندهاي صنعتي استفاده مي‌شود. توليد برق با استفاده از منابع انرژي زمين گرمايي با حرارت بالا رشد بسياري داشته است .
درون زمين مثل تخم مرغ است. زردة تخم مرغ مثل هستة زمين، سفيدة آن جبه و پوست نازک آن مانند پوستة خارجي زمين مي‌باشد.
قسمت بالايي جبه در زير پوستة خارجي، سنگ داغ و مذابي است که به آن گما گفته مي‌شود. پوستة زمين روي اين مواد مذاب شناور است و هنگامي که اين مواد در اثر آتشفشان از زمين خارج مي‌شود، به آن گدازه مي‌گوييم.
هر 100 متري که از سطح زمين پايين برويد درجه حرارت سنگ‌ها 3 درجه سلسيوس افزايش مي‌يابد. يا مي‌توان اينطور گفت که با هر 328 پا به سمت هستة زمين، 4/5 درجه فارنهايت افزايش دما داريم. گاهي آب به اعماق راه پيدا کرده و نزديکي با سنگ‌هاي داغ آن را تبديل به آب گرم يا بخار مي‌کند. گرماي آب ممکن است به بيش از 300 درجه فارنهايت يا 148 درجه سلسيوس برسد که بسيار بيشتر از آب جوش است. هنگامي که اين آب گرم از شکافي به سطح زمين مي‌آيد، به آن چشمه آب گرم مي‌گوييم که مردم در بعضي نقاط از آن براي شنا يا مصارف درماني استفاده ميکنند. آب گرم زيرزميني مي‌تواند ساختمان‌ها را گرم کند. همچنين در بعضي گلخانه‌ها براي پرورش گياهان از گرماي آب استفاده مي‌شود.
ساخت نيروگاه‌هاي دومداره‌موجب توليدبرق‌به‌طور تجاري از آب‌هاي گرم زير زميني با درجه حرارت معمولي (بيشتر از 100 درجه سانتيگراد)شده است.همچنين در سال‌هاي اخير در زمينه پمپ‌هاي حرارتي زمين گرمايي نيز پيشرفت‌هاي قابل توجهي صورت گرفته است .
مشخصات زمين‌هايي است كه داراي پتانسيل خوب جهت بهره برداري از انرژي زمين گرمايي مي‌باشد عبارت است از:
1. منبع حرارتي
2. سيال حد واسط
3. محيط متخلخل
بهره برداري از انرژي زمين گرمايي به دو روش كلي امكان پذير است :
1. استفاده نيروگاهي
2. استفاده غير نيروگاهي
استفاده نيروگاهي از انرژي زمين گرمايي:
نيروگاه زمين گرمايي به دو دسته تقسيم مي شوند:
1. نيروگاه زمين گرمايي با سيال دو فاز (بخار و مايع)
سيالي كه معمولا به شكل دو فاز مايع و بخار مي‌باشد از چاه‌هاي زمين گرمايي خارج مي‌شود كه هر چقدر تعداد اين چاه‌ها بيشتر باشد ميزان مايع و بخار خارج شده از چاه‌ها بيشتر و در نتيجه توليد برق بيشتر مي‌شود. اين سيالات در مخزن جداكننده بخار از مايع قرار گرفته و از هم جدا مي شوند، سپس وارد توربين شده و باعث چرخش پره‌هاي توربين مي‌شود. پره ها محور ژنراتور را به حركت آورده و باعث بوجود آمدن قطب‌هاي مثبت و منفي در ژنراتور شده و برق توليد مي‌كنند.
2. نيروگاه زمين گرمايي با سيال تك فاز (مايع)
در اين نيروگاه‌ها آبگرم وارد مبدل حرارتي شده و حرارت خود را به سيال عامل ديگري كه نقطه جوش پايين تري نسبت به آب دارد منتقل مي كند.
معمولا سيال عامل را سيال‌هايي مانند: ايزوپنتال، ايزوبوتان و ....در نظر مي گيرند. در اين فرايند سيال عامل به بخار تبديل شده و به توربين منتقل مي‌شود و توليد برق مي‌كنند.
استفاده غير نيروگاهي (استفاده مستقيم) از انرژي زمين گرمايي:
1. استخرهاي آب گرم
در اين روش آب گرم زمين گرمايي را مي توان با آب سرد معمولي تركيب كرده وآب نسبتاً گرمي را براي اهدافي چون ايجاد مراكز جذب توريست و مجتمع هاي آب درماني مورد استفاده قرار دارد. در صورتيكه اين آبگرم فاقد مواد مضر باشد مي‌توان جهت مصارف آب درماني مانند رفع ناراحتي‌هاي پوستي و درد مفاصل و ناراحتي‌هاي روحي و رواني استفاده نمود و اگر داراي مواد مضر باشد حرارت آن را با يك مبدل حرارتي به آب معمولي منتقل كرده و در نتيجه آب معمولي با دماي نسبتاً گرم در استخرها استفاده مي‌شود. دماي در حدود 30 الي 50 درجه سانتيگراد براي استخرهاي آب گرم مناسب است.
2. مراكز گلخانه اي
آبگرم زمين‌گرمايي را مي‌توان توسط لوله كشي به داخل گلخانه‌ها هدايت نمود تا بدين وسيله حرارت مورد نياز جهت رشد و نمو گياهان را فراهم نمود. دماي 80 الي 120 درجه سانتيگراد مناسب اين فضا مي باشد.
3. گرايش منازل
با كمك لوله كشي و يا رادياتورهاي ويژه مي‌توان آب گرم زمين گرمايي را به داخل محيط هاي منازل و ... منتقل كرد. حرارت مناسب براي اين فضا در حدود 50 الي 100 درجه سانتيگراد مي باشد.
4. حوضچه هاي پرورش ماهي
در مزارع پرورش ماهي مي‌توان با استفاده از آب‌هاي گرم زمين گرمايي حرارت و شرايط مورد نياز را براي پرورش ماهي‌ها فراهم كرد. درجه حرارت مورد نياز در حدود 20 الي 40 درجه سانتيگراد مي‌باشد.
5. ذوب برف و پيشگيري از يخبندان در معابر
با استفاده از لوله‌هايي كه در زير معابر تعبيه مي‌شود مي‌توان در فصل سرما حرارت آبگرم را به آسفالت معابر و خيابان‌ها منتقل نمود. درجه حرارت مورد نياز حدود 20 الي 50 درجه سانتيگراد مي‌باشد.
6. پمپ حرارتي
توسط پمپ‌هاي حرارتي مي‌توان در تابستان سرمايش و در زمستان گرمايش ساختمان‌ها را تامين نمود.
+ نوشته شده در یکشنبه بیستم فروردین ۱۳۹۱ساعت 19:15 توسط فاطمه نائبی -شهرزاد فراهانی | نظر بدهید
مزايا و معايب
نرژي باد مزاياي فراواني دارد و به همين دليل امروزه در حال تبديل به يك منبع انرژي به سرعت در حال گسترش در همه دنيا مي‌باشد. تلاش‌هاي تحقيقاتي بر روي مشخص‌كردن چالش‌هاي پيش‌روي در زمينه استفاده وسيع‌تر از انرژي باد، متمركز شده است.
مزايا
انرژي باد يك منبع انرژي تجديد پذير مي باشد كه مانند سوخت هاي فسيلي آلوده كننده محيط زيست نيست.
انرژي باد بر خلاف نيروگاه هايي كه متكي به احتراق سوخت‌هاي فسيلي مانند ذغال‌سنگ و گاز طبيعي مي باشند ، هوا را آلوده نمي‌كند. توربين‌هاي بادي هيچ گونه مواد آلوده كننده اي را وارد اتمسفر نمي‌كنند و در نتيجه باعث توليد باران اسيدي يا گازهاي گلخانه‌اي نمي شوند. انرژي بادي يك منبع انرژي داخلي مي‌باشد كه داخل توليد مي‌شود. منابع بادي ملي بسيار زياد مي‌باشند. انرژي بادي متكي به توان تجديدپذيري باد مي‌باشد كه مي دانيم اين انرژي هيچ‌گاه تمام نمي‌شود.
باد در واقع شكلي از انرژي خورشيدي است.
بادها بر اثر عوامل زير ايجاد مي شوند:
گرم‌شدن اتمسفر توسط خورشيد
گردش زمين
عوارض نامسطح بودن زمين
يكي از ارزانترين تكنولوژي هاي توليد انرژي، تكنولوژي توليد انرژي از باد است كه امروزه در دسترس مي‌باشد و هزينه توليدي، بين 4 تا 6 سنت به ازاي هر كيلووات ساعت دارد كه اين ميزان بستگي به منبع باد و مقدار سرمايه گذاري دارد، طبيعتاً هر قدر ميزان سرمايه گذاري بيشتر باشد نيروگاه بزرگتري خواهيم داشت و به خاطر توليد بيشتر بهاي هر كيلووات انرژي كمتر خواهد شد. توربين‌هاي بادي را مي‌توان در مزارع و مراتع نصب كرد و به اين ترتيب از اين مناطق روستايي كه بهترين مناطق بادخيز مي‌باشند بهره اقتصادي برد. كشاورزان و مرتع‌داران مي‌توانند از زمين خود همچنان استفاده كنند چرا كه توربين‌هاي بادي فقط جزء كوچكي از زمين را اشغال مي‌كنند. صاحبان نيروگاه‌هاي بادي مي‌توانند مقداري اجاره به كشاورزان و مرتع‌داران براي استفاده از زمين آنها، بپردازند.
معايب
نيروي باد، بايد با منابع توليدي برق سنتي از نظر هزينه‌ها رقابت كند. در يك منطقه بادخيز، مانند مزارع بادي (نيروگاه‌هاي بادي)، بسته به اينكه اين مناطق تا چه ميزان پرانرژي باشند، مي‌توانند از لحاظ هزينه، قابل رقابت با منابع سنتي باشند يا اينكه نباشند. با اينكه در 10 سال گذشته هزينه استفاده از انرژي باد به طرز چشمگيري كاهش يافته است، اما هنوز اين فن‌آوري نيازمند يك سرمايه‌گذاري اوليه بسيار زياد نسبت به مولدهاي با سوخت فسيلي مي‌باشد.
مهمترين چالش در برابر استفاده از باد به عنوان يك منبع انرژي اينست كه باد ناپايدار است و هنگامي كه برق موردنياز است، به صورت دائمي نمي‌وزد . انرژي باد را نمي‌توان ذخيره كرد (مگر اينكه از باطري‌هايي براي ذخيره انرژي، استفاده شود) و همچنين نمي‌توان همه بادها را جمع كرد تا جوابگوي برنامه‌هاي زماني نياز به برق باشند.
مكان‌هاي بادخيز خوب، غالباً در مناطق دورافتاده واقع شده‌اند كه از شهرهايي كه نيازمند برق مي‌باشند فاصله بسيار دارند، البته ممكن است كه زمين هاي مناسب و بادخيزي نيز در نزديكي مناطق نيازمند انرژي وجود داشته باشد، اما استفاده هاي بهتر و با ارزشتري از آن زمين بعمل آيد، نبايد فراموش كرد كه بهره برداري از زمين هاي با ارزش حومه شهرهاي بزرگ به علت كاربردهاي فراواني كه اين زمين ها دارند، براي ايجاد نيروگاه بادي مقرون به صرفه نيست.
هرچند كه نيروگاه‌هاي بادي در مقايسه با نيروگاه‌هاي سنتي اثرات مخرب كمتري بر روي محيط زيست دارند، ولي مواردي همچون صداي ايجاد‌شده توسط پره‌هاي روتور و اثرات بصري از مشكلات آنها هستند و همچنين گاهي اوقات پرندگان با پرواز كردن به سمت روتور اين توربين‌ها و در نتيجه برخورد با آن كشته مي‌شوند. بسياري از اين مشكلات با پيشرفت‌هاي فن‌آوري يا با نصب صحيح نيروگاه حل شده و يا كاهش يافته است.
نویسنده شهرزاد فراهانی