معرفی و تاریخچه انرژی زمین گرمایی در ایران و جهان

این‌گونه انرژی اغلب در جهت تولید الکتریسیته زمین گرمایی مورد استفاده قرار می گیرد که به چرخه تولید انرژی الکتریکی از انرژی زمین گرمایی گفته می‌شود. فناوری مورد استفاده در طرح های تولید برق از انرژی زمین گرمایی شامل نیروگاه های بخار خشک، نیروگاه های تبدیل بخار سیال و نیروگاه چرخه دوگانه است.

انرژی زمین گرمایی برخلاف سایر انرژی های تجدید پذیر محدود به فصل، زمان و شرایط خاصی نبوده بدون وقفه قابل بهره برداری است. همچنین قیمت تمام شده برق در نیروگاه های زمین گرمایی با برق تولیدی از سایر نیروگاه های متعارف (فسیلی) قابل رقابت بوده و حتی از انواع دیگر انرژی های نو بسیار ارزانتر است.

توجه به انواع انرژی غیر وارداتی و متفاوت از سوخت فسیلی نکته ای است که در بسیاری از کشور های دنیا مبنای برنامه ریزی های بلند مدت قرار گرفته است. از سوی دیگر با افزایش بحران آلاینده های ناشی از سوخت های فسیلی ، توجه به فاکتور های زیست محیطی توسط ارگانها و نهادهای بین المللی و نیز توجه برنامه ریزان به استفاده از انرژی تجدید پذیر موجب گردیده تا امروزه به این مباحث با جدیت بیشتری پرداخته شود . انرژی زمین گرمایی نیز یکی از منابع انرژی های تجدید پذیر میباشد .

ریشه یابی و معنی

اصطلاح زمین گرمایی ترجمه واژه Geothermal است که ریشه یونانی داشته و از کلمات Geo به معنای زمین وTherme به معنی حرارت تشکیل شده است. انرژی زمین گرمایی، انرژی موجود در عمق زمین است که از انرژی خورشیدی که در طول هزاران سال در داخل زمین ذخیره شده و همچنین فروپاشی یا زوال ایزوتوپ های اورانیوم رادیو اکتیویته، توریم و پتاسیم در طی سالیان دراز در عمق زمین نشات گرفته است که عمدتا در نواحی زلزله خیز و آتشفشانی جوان و صفحات تکتونیکی زمین متمرکز شده است .

زمین منبع عظیمی از انرژی است به طوری که حرارت در هسته آن بیش از 5000 درجه سانتیگراد می رسد. حرارت زمین به راه های مختلف از جمله فوران آتشفشان – چشمه های آبگرم- آبفشانها- و گلفشانها در اثر کاهش چگالی زمین و خاصیت رسانایی از بخش هایی از زمین به سطح آن هدایت می شوند. درجه حرارت زمین با توجه به عمق آن به صورت غیر خطی زیاد می شود. (با تقریب خطی هر 100 متر 3 درجه سانتی گراد) انرژی حرارتی ذخیره شده در 11 کیلومتر فوقانی پوسته زمین معادل پنجاه هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته شده امروز جهان است. انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژی های تجدید پذیر محدود به فصل ، زمان و شرایط خاصی نبوده بدون وقفه قابل بهره برداری می باشد. همچنین قیمت تمام شده برق در نیروگاه های زمین گرمایی با برق تولیدی از سایر نیروگاه های متعارف ( فسیلی ) قابل رقابت بوده و حتی از انواع دیگر انرژی های نو به مراتب ارزانتر است.

تاریخچه انرژی زمین گرمایی در ایران

در ایران از سال 1354 مطالعات گسترده ای به منظور شناسایی پتانسیل های منبع انرژی زمین گرمایی توسط وزارت نیرو با همکاری مهندسین مشاور ایتالیایی ENEL در نواحی شمال و شمال غرب ایران در محدوده ای به وسعت 260 هزار کیلومتر مربع آغاز گردید. نتیجه این تحقیقات مشخص نمود که مناطق سبلان، دماوند، خوی، ماکو و سهند با مساحتی بالغ بر 31 هزار کیلومتر مربع جهت انجام مطالعات تکمیلی و بهره برداری از انرژی زمین گرمایی مناسب می باشند. در همین راستا برنامه اکتشاف، مشتمل بر بررسی های زمین شناسی، ژئوفیزیک و ژئوشیمیایی برنامه ریزی شد.

در سال 1361 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 فعالیت های فاز اکتشاف تکمیلی انتخاب شدند. پس از یک وقفه نسبتاً طولانی و با هدف فعال نمودن مجدد طرح، گزارش های موجود مجدداً در سال 1369 توسط کارشناسان UNDP بازنگری شده و منطقه زمین گرمایی مشکین شهر به عنوان اولین اولویت جهت ادامه مطالعات اکتشافی معرفی شد. پیرو مطالعات ذکر شده پروژه انجام حفاری های اکتشافی ، تزریقی، توصیفی به منظور شناسایی بیشتر پتانسیل در منطقه سرعین مشکین شهر در سال تعریف 1381گردید که عملیات حفر اولین چاه زمین گرمایی نیز در همان سال آغاز گردید .

فاز اول این پروژه در سال 1383 اتمام یافت که درمجموع سه حلقه چاه اکتشافی و دو حلقه چاه تزریقی در این مرحله حفر گردید و تست دو حلقه از سه حلقه چاه اکتشافی با موفقیت انجام گرفت که مهم ترین دستاورد این فاز از پروژه کسب دانش فنی مربوط به حفر چاه های زمین گرمایی بود . فاز دوم این پروژه در سال 1384 آغاز گردید.

توانمندی های حاصله در کشور در حوزه انرژی زمین گرمایی

در پروژه توسعه میدان زمین گرمایی و ساخت نیروگاه مشکین شهر مراحل حفاری چاهها، بهره برداری از چاه ها در دوره تست، ساخت دستگاه های مربوط به تست در کشور کاملا بومی شده و توسط متخصصان داخلی به انجام رسیده است. همچنین در زمینه استفاده از پمپ های حرارتی زمین گرمایی تا کنون تکنولوژی نصب کویل های زمینی به صورت کامل و 100% در کشورمان ایران بومی شده است.

تاریخچه انرژی زمین گرمایی درجهان

• وجود کوههای آتش فشانی اولین نشانه وجود گرما در زیر زمین بود.
• حفر اولین منابع زمین گرمایی در فاصله زمانی بین قرنهای 16و 17 میلادی قرن هجدهم میلادی اولین اندازه گیری ها در بلفورت فرانسه اوایل قرن نوزدهم استخراج سیالات زمین گرمایی با هدف بهره برداری از پتانسیل انرژی حرارتی در ایتالیا صورت گرفت.
• 1870: استخراج بخارات طبیعی آب با هدف بهره برداری از انرژی مکانیکی آن انجام شد.
• 1904:تولید برق از این انرژی در لاردرلو ایتالیا
• 1920:نخستین چاهها ژئو ترمال در ژاپن و کالیفرنیا به طور همزمان
• 1928:استخراج سیال زمین گرمایی برای تامین گرمایش منازل در ایسلند.
• پس از جنگ جهانی دوم در سال 1958 نیوزلند به عنوان دومین کشور فعال در این زمینه اقدام به تولید برق از انرژی زمین گرمایی نمود.

منابع انرژی زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی به پنج صورت در طبیعت یافت می‌شود.

منابع آب داغ

منابع آب داغ (آب گرمایی یا هیدروترمال) منابع آبی هستند که در زیر زمین داغ شده، سپس به سطح زمین انتقال پیدا می‌کنند که در میان انواع منابع زمین گرمایی این منابع امروزه دارای بیشترین کاربرد هستند. این نوع منابع زمین گرمایی خود به سه گروه تقسیم می‌شوند:

• مخازن دما بالا با دمای بالاتر از °C150 که مناسب برای تولید برق با تکنیک های معمولی
• مخازن با دمای بین 100 الی °C150 که مناسب برای تولید برق با تکنیک های پیشرفته تر باینری
• مخازن دما پائین با دمای کمتر از °C100 و مناسب برای کاربردهای مستقیم

منابع بخار خشک

منابعی با درجه حرارت بسیار بالا که از آن‌ها بخار خشک یا آمیزه ای از بخار و آب با درجه حرارت بسیار بالا به دست می‌آید که برای تولید برق این منابع دارای بهترین شرایط هستند، اما این منابع در مناطق محدودی یافت می‌شوند

منابع تحت فشار زمین

منابع عظیمی هستند که از آب شور تشکیل یافته‌اند و از نظر شرایط کلی به درجه اشباع رسیده‌اند و در لایه‌های میان صخره‌های اعماق زمین به صورت محبوس وجود دارند. این منابع عمدتاً حاوی گاز متان محلول هستند و در عمق 3 تا 6 کیلومتری از سطح زمین یافت می‌شوند و درجه حرارت آن‌ها بین 90 تا 200 درجه سانتی گراد تخمین زده می‌شوند.

تخته سنگ‌های خشکِ داغ

تخته سنگ‌های بسیار عظیم با منبع آتشفشانی هستند که در اعماق زمین وجود داشته و درجه حرارت بسیار بالا و بافت سخت دارند. به سیستم‌های بهره‌برداری از این منابع سامانه‌های زمین گرمایی پیشرفته (Enhanced Geothermal Systems) و به اختصار EGS گفته می‌شود. از آنجا که در همه جای کره زمین در اعماق گرما با شدت‌های مختلف وجود دارد و تنها محدودیت موجود نبود منابع آب می‌باشد لذا با کمک این سیستم می‌توان رشد چشمگیری را در گسترش و پیشرفت انرژی زمین گرمایی رقم زد.

سیستم بهره‌برداری به این صورت می‌باشد که با حفر چاه‌های بسیار عمیق (با عمق 4 تا 6 هزار متر) به لایه‌های داغ زمین دسترسی پیدا کرده، سپس آب با فشار بالا به چاه تزریق شده که در اثر این فشار هیدرولیکی در سنگ شکاف ایجاد می‌شود. همین کار برای چاه تولیدی نیز انجام می‌شود و بین دو چاه ارتباط برقرار می‌گردد. بدین صورت آب هنگام عبور از شکاف‌های ایجاد شده، حرارت را از سنگ‌های داغ دریافت و از چاه تولیدی خارج و وارد چرخه نیروگاه می‌شود. درجه حرارت آب حاصل از این منابع بین 135 تا 180 درجه سانتیگراد بوده و در این حالت امکان افزایش بازده نیروگاه تا 15 درصد وجود دارد.

منابع ماگمایی

این منابع که آن‌ها را اغلب به نام گدازه‌ها می‌شناسیم، در واقع ایده‌آل‌ترین حالت ممکن برای منابع زمین گرمایی بوده که درجه حرارت آن بین 700 تا 2 هزار درجه سانتی گراد است. با توجه به درجه حرارت بالای این مخازن و محدودیت‌های فنی موجود، امروزه از این منابع عظیم بهره برده نمی‌شود؛ که با توجه به فناوری امروزه فقط از منابع آب گرمایی (هیدروترمال) جهت مصارف مستقیم و غیر مستقیم استفاده می‌شود.