انواع منابع انرژی زمین گرمایی

چگونه میتوانیم به شما کمک کنیم؟

در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر با ما در تماس باشید.

انجمن انرژی زمین گرمایی ایران برجسته ترین نهاد تخصصی این حوزه است که توسط نخبگان، اندیشمندان و صاحب‌نظران اداره می‌شود. پس اگر نخبه، اندیشمند و صاحبنظر هستید مفتخر هستیم که به جمع ما بپیوندید

فرهاد عبداله زاده بینا
دبیر کل, انجمن علمی زمین گرمایی ایران

انواع منابع انرژي زمين گرمايي

مطابق تعريف، يك منبع انرژی زمين گرمايي، بخشي از پوسته زمين است كه از آن مي توان به طور اقتصادي، حرارت را استخراج نمود. منظور از صرفه اقتصادي، يعني اينكه هزينه استخراج حرارت، ارزان تر از ساير منابع توليد انرژي نظير انرژي های برقآبي و يا فسيلي باشد يا اينكه با آن ها قابل رقابت بوده و به كمك حرارت مذکور بتوان در آينده نزديك، برق توليد نموده و يا از آن جهت راه اندازي طرح هاي صنعتي، كشاورزي، دامداري و …. استفاده نمود. بر حسب مشخصات و ويژگي هاي زمين شناسي، مي توان منابع انرژي زمين گرمايي را به انواع مختلفي تقسيم بندي نمود. در ادامه، هر يك از انواع منابع انرژي زمين گرمايي به اختصار معرفي مي گردند.

  • منابع زمين گرمايي هيدروترمال (گرمآبي)

همان گونه كه از نام آنها مشخص مي گردد، اين دسته از منابع انرژي زمين گرمايي حاوي سيال داغ مي باشند. اين سيال، آبداغ، بخار و يا مخلوطي از هر دوي آنها است. بنابراين، بر اساس نوع سيال موجود در مخزن، آنها را به دو نوع بخار غالب يا منابع حاوي آبداغ تقسيم بندي مي كنند. براي تشكيل اين دسته از منابع زمين گرمايي، وجود عوامل زير ضروري است:

  • يك منبع حرارت بزرگ
  • يك مخزن نفوذپذير
  • مجراهاي نفوذ آب جوي به زمين
  • يك لايه نفوذناپذير در بخش بالايي منبع

منابع زمين گرمايي هيدروترمال اغلب در اعماق 1500 تا 3000 متري زمين واقع شده اند. در شكل زیر مدل مفهومي يك منبع زمين گرمايي هيدروترمال حاوي آبداغ، نشان داده شده است.

مدل مفهومي يك منبع زمين گرمايي هيدروترمال حاوي ‌آبداغ

در حال حاضر، منابع هيدروترمال، فراوان ترين و اقتصادي ترين نوع منابع انرژي زمين گرمايي در جهان به شمار مي روند. بديهي است كه كه هر چه حجم آب داغ قابل استخراج از منبع مربوطه، بيشتر باشد بهره برداري از آن نيز اقتصادي تر خواهد بود.

  • منابع زمين گرمايي پيشرفته

در واقع، به آن دسته از سيستم هاي زمين گرمايي اطلاق مي شود كه در آن، منابع هيدروترمال به طور مصنوعي تشكيل شده و از گرماي درون پوسته زمين به منظور توليد برق استفاده مي شود. معمولاً منابع هيدروترمال در اعماق نسبتاً كمي (كمتر از 3000 متر) قرار دارند اما در منابع پيشرفته، با ايجاد شكستگي ها و شكاف ها و متعاقب آن، افزايش نفوذپذيري در سنگ هاي واقع در اعماق 3 تا 10 كيلومتري زمين و تزريق سيال به درون سنگهاي ياد شده، مخازن هيدروترمال مصنوعي بوجود مي آيند.

در شكل زیر، طرح شماتيك يك منبع زمين گرمايي پيشرفته، نشان داده شده است. همان گونه كه در شكل، مشخص شده است عمق تشكيل اين منابع، بيشتر از منابع هيدروترمال مي باشد. همچنين در منابع پيشرفته، سيال از طريق چاههاي تزريقي به محدوده شكستگي ها تزريق شده و پس از گرم شدن با استفاده از چاههاي توليدي، به سطح زمين منتقل گرديده و جهت توليد برق وارد نيروگاه زمين گرمايي مي شود.

 

 

طرح شماتیک يك منبع زمين گرمايي پيشرفته

 

  • منابع زمين گرمايي سنگ داغ خشک

اين نوع از منابع زمين گرمايي شباهت بسيار زيادي به منابع زمين گرمايي پيشرفته (EGS) دارد. مهم ترين تفاوت منابع سنگ داغ خشک با منابع EGS در ميزان شكستگي ها و گسل خوردگي سنگها مي باشد. بدين ترتيب كه در منابع EGS، سنگهاي واقع در اعماق زمين به طور طبيعي تا حدودي داراي درز و شكاف و شكستگي مي باشند و در حين انجام عمليات آب شكني، درز و شكافهاي ياد شده، توسعه يافته و به طور مصنوعي، مخزن زمين گرمايي در اعماق زمين بوجود مي آيد. حال آنكه، در منابع HDR، سنگها به طور طبيعي فاقد هر گونه درز و شكاف بوده و طي اجراي عمليات آب شكني براي نخستين بار، درز و شكافها بوجود مي آيند. معمولاً درجه حرارت سنگهاي مناسب براي ايجاد منابع HDR مي بايست بيش از 200 درجه سانتيگراد باشد. به دليل مشكلات فني و اقتصادي، كماكان بهره برداري از اين دسته از منابع انرژي زمين گرمايي، اقتصادي نمي باشد. امروزه، تعدادي از كشورهاي توسعه يافته مانند امريكا، سوئيس، فرانسه، ژاپن و استراليا در حال تحقيق و بررسي در زمينه منابع HDR مي باشند. به عنوان نمونه، در نخستين چاه حفر شده در استراليا، در عمق 4400 متري زمین، درجه حرارت 250 درجه سانتيگراد اندازه گيري شده است.

  • منابع زمين گرمايي تحت فشار

اين دسته از منابع انرژي زمين گرمايي در مجاورت ميادين نفت و گاز قرار داشته و از فشار بالايي برخوردار هستند. منابع تحت فشار در اعماق بسيار زياد واقع شده و درجه حرارت آنها حدود 110 تا 150 درجه سانتيگراد مي باشد. وزن بسيار زياد رسوبات فوقاني و عدم وجود نفوذپذيري، موجب افزايش فشار اين نوع از منابع انرژی زمين گرمايي مي شود. بر اساس برآوردهاي انجام شده، مشخص شده است كه پتانسيل توليد برق از منابع تحت فشار در امريكا بیش از 100000 مگاوات است.

براي توليد برق از منابع تحت فشار مي بايست از سيكل دومداره استفاده نمود. در بسياري از موارد، منابع تحت فشار حاوي حجم قابل توجهي از گاز متان مي باشند كه مي توان از آن نيز بهره برداري اقتصادي نمود. در شکل زیر طرح شماتیک نحوه بهره برداری از منابع زمین گرمایی تحت فشار، نمایش داده شده است. مطابق شکل، از مخلوط گاز و آبداغ خروجی از چاه می توان به سه روش استفاده نمود. در روش اول، گاز خروجی از چاه، تصفیه شده و از طریق لوله به بازار مصرف هدایت می گردد. در روش دوم، گاز خروجی از چاه، سوخت مورد نیاز برای یک موتور درون سوز مولد برق را تأمین می نماید. نهایتاً در روش سوم، آبداغ خروجی از چاه به یک نیروگاه زمین گرمایی دومداره، هدایت گردیده و بدین ترتیب، برق تولید می شود. در انتها، آبداغ خروجی از چاه، به چاه تزریقی منتقل گردیده و مجدداً به درون مخزن زمین گرمایی تحت فشار، تزریق می شود.

  • منابع زمين گرمايي ماگمايي

ماگما، ماده مذاب طبيعي و داغي است كه در اغلب موارد از مواد سيليكاته، تشكيل شده است. ماگما، از نظر فيزيكي به صورت سيال بوده و درجه حرارت آن بر حسب نوع مواد تشكيل دهنده، بين 700 تا 1300 درجه سانتيگراد، متغير مي باشد.

بديهي است كه ماگماها، سرشار از انرژي حرارتي هستند. بنابراين، در صورت مهار این منبع انرژی، مي توان به كمك آن، بخشي از انرژي الكتريكي و حرارتي مورد نياز بشر را تأمين كرد. براي همين منظور، تاكنون چند پروژه تحقيقاتي جهت استفاده از انرژي حرارتي ماگما انجام شده است.

در پروژه هايي كه در امريكا طي دهه هاي 70 و 80 ميلادي انجام شده است، مراحل اصلي پروژه های یاد شده، حفر چاه درون ماگما، تزريق آب سرد به درون آن، گرم شدن آب سرد بر اثر مجاورت با ماگما و استحصال سيال داغ از آن بودند. بنا به دلايل فني، پروژه های مذکور، ناموفق بودند. زيرا از يك سو، شناسايي توده هاي ماگمايي در اعماق زمين مشكل بوده و از سوي ديگر، حفاري در ماگماي داراي درجه حرارت هاي بسيار زياد، مشكلات خاص خود را دارد. به عنوان مثال، درجه حرارت چاهي كه در ماگماي نيمه مذاب واقع در جزيره هاوايي حفر گرديد، معادل 1000 درجه سانتيگراد بود كه بدون شك، براي انجام عمليات حفاري، درجه حرارت بسیار بالایی است، در شکل زیر در یک طرح شماتیک، انواع منابع انرژی زمین گرمایی نمایش داده شده اند.

 

نمودار جریانی تولید برق از منابع زمین گرمایی تحت فشار

Looking for a First-Class Business Plan Consultant?