گرمای زمین؛ منبع قابل‌ اعتماد تولید انرژی

همان‌طور که می‌دانیم حرارت در هسته زمین بیشتر از 5000 درجه سانتی‌گراد است که معمولا در مناطقی که پوسته نازک‌تر و شکننده‌تر شده به صورت چشمه‌های آبگرم، آتشفشان، آبفشان‌ها و گل‌فشان‌ها به سطح هدایت می‌شود.

براساس تحقیقات مشخص شده است به ازای هر 100 متر عمق زمین تقریبا 3 درجه به درجه حرارت افزوده می‌شود؛ بنابراین تنها در 11 کیلومتر فوقانی پوسته زمین نزدیک به 50 هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع فسیلی شناخته شده امروزی جهان، انرژی ذخیره شده است.

منابع انرژی زمین گرمایی

شاید در نگاه اول تصور بر این باشد که منابع حرارتی این روش تولید انرژی، صرفا همان گرمای داخلی زمین است. در حالی که براساس نتایج تحقیقات انجام شده، این منبع انرژی تقریبا از قرن 17 میلادی برای بشر شناخته شده بوده و از آن بهره‌برداری می‌کرده است، اما اوایل قرن نوزدهم در ایتالیا برای اولین بار سیالات داغ داخل زمین به منظور به‌کارگیری انرژی گرمایی آن مورد استفاده قرار گرفته است. در همین حال منابع مختلف انرژی زمین گرمایی که امروز برای دسترسی به انرژی پاک و اقتصادی مورد استفاده است، عبارتند از:

1 ـ منابع آب داغ

در این روش منابع آبی در عمق مناسب گرم شده و به سطح هدایت می‌شوند و براساس نوع دسترسی و البته هزینه تولید، این روش متداول‌ترین روش مورد استفاده امروزی از انرژی زمین گرمایی است، اما این نوع دستیابی به حرارت داخلی زمین خود در سه گروه مختلف تقسیم‌بندی شده است که براساس میزان درجه حرارت منبع انرژی تقسیم‌بندی شده‌اند:

الف ـ دسته اول: مخازن دمای بالا با دمای بالاتر از 150درجه سانتی‌گراد که برای تولید برق با تکنیک‌های معمول مناسبند.

ب ـ دسته دوم: مخازن با دمای بین 100 الی 150 درجه سانتی‌گراد که برای تولید برق با تکنیک‌های پیشرفته‌تر مناسبند.

ج ـ دسته سوم: مخازن دمای پایین با دمای کمتر از 100 سانتی‌گراد و مناسب برای کاربردهای مستقیم.

2 ـ منابع بخار خشک

این نوع منبع انرژی که جزو نادرترین منابع انرژی زمین گرمایی با درجه حرارت بسیار بالا هستند، می‌توانند منبع انرژی گرمایی را به صورت بخار خشک یا آمیزه‌ای از بخار و آب با درجه حرارت بسیار بالا، به عنوان گزینه‌ای ایده‌ال در اختیار ما برای تولید برق قرار دهند.

3 ـ منابع تحت فشار

منابع عظیمی از آب شور اشباع شده که در صخره‌های اعماق زمین تحت فشار به صورت محبوس قرار گرفته در واقع اصلی‌ترین منبع حرارت در عمق سه تا شش کیلومتری از سطح زمین با درجه حرارتی بین 90 تا 300 درجه سانتی‌گراد است.

4 ـ تخته سنگ‌های خشک داغ یا EGS

تخته سنگ‌های داغ لایه‌های زیرین زمین، منبع اصلی مورد استفاده در این روش هستند و برای استفاده از حرارت آنها باید یک حلقه چاه تغذیه و یک حلقه چاه استخراج (تولید) به طول چهار تا شش کیلومتری از سطح زمین که بین آنها ارتباطی برقرار شده است، در اختیار داشته باشیم تا با استفاده از تزریق تحت فشار آب سرد و گرم شدن آن در شکاف‌های موجود، آب، حرارت صخره ‌را به خود گرفته و به چاه استخراج برسد. به این صورت آب داغ از چاه خارج و وارد سیکل کاری 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.

5 ـ مواد مذاب

این منابع که آن را به نام گدازه‌ها می‌شناسیم در واقع ایده‌آل‌ترین حالت ممکن برای منابع انرژی زمین گرمایی بوده که درجه حرارت آن بین 700 تا 2000 درجه سانتی‌گراد است. هرچند با توجه به درجه حرارت بالای این مخازن و محدودیت‌های فنی موجود، امروزه از این منابع عظیم استفاده نمی‌شود.

اقتصاد انرژی زمین گرمایی

به طور کلی توان تولیدی هر چاه انرژی زمین گرمایی از دو تا 30 مگاوات الکتریکی متغیر است. بنابراین هزینه بهره‌برداری از منابع انرژی زمین گرمایی به میزان زیادی به توان تولیدی چاه‌ها بستگی دارد؛ به طور مثال هزینه حفر یک چاه در حوزه زمین گرمایی پاریس تا یک میلیون دلار می‌رسد، در حالی که در میدان‌های زمین گرمایی ایسلند و ایتالیا این میزان حدود چند صد هزار دلار است.

از سوی دیگر، در تولید برق از انرژی زمین گرمایی معمولا میزان سرمایه‌گذاری اولیه برای انجام اکتشافات و نصب نیروگاه نسبت به نیروگاه‌های دیگر بالاتر است؛ اما به دلیل پایین بودن هزینه‏های تعمیر و نگهداری و عدم نیاز به سوخت در حین بهره‌برداری از نیروگاه، قیمت تمام شده برق در نیروگاه‌های زمین گرمایی با نیروگاه‌های متعارف سوخت فسیلی قابل مقایسه و از انواع دیگر انرژی‌های نو به مراتب ارزان‌تر است. همچنین در این محاسبات، مدت زمان احداث یک نیروگاه زمین گرمایی بدون احتساب زمان مطالعات اکتشافی و حفاری سه تا شش سال و عمر مفید آن 25 تا 35 سال تعیین شده است و با توجه به ضریب تولیدش که 90 درصد بوده حدود 4000 دلار برای هر کیلووات‌ هزینه تولید می‌بلعد.