انرژی زمین گرمایی

قدمت انرژی زمین گرمایی به اندازه عمر زمین است. (geo) به معنی «زمین» و «Thermal» به معنی «گرما» است. بنابراین Geothermal (ژئوترمال) به معنی زمین – گرما می باشد.
آیا تاکنون تخم مرغ آپزی را نصف کرده اید ؟ درون زمین مشابه تخم مرغ است. زرده تخم مرغ بسان هسته زمین است. سفیده تخم مرغ مانند گوشته زمین است. و پوسته تخم مرغ نظیر پوسته زمین است.
زیر پوستهٔ زمین و قسمت فوقانی گوشته ، سنگهای مذابی (سنگهای نرم داغی به صورت روان) بنام ماگما وجود دارد. پوسته زمین برروی این گوشته ماگمایی مذاب شناور است. زمانیکه ماگما از طریق آتشفشان به سطح زمین می رسد ، به آن گدازه می گویند.
به ازای هر ۱۰۰ متری که به زیرزمین میروید ، حرارت سنگ ۳ درجه سلزیوس (Celsius) افزایش می یابد. یا به ازای هر ۳۲۸ فوت در زیرزمین ، حرارت ۴/۵ درجه فارنهایت افزوده می شود. بنابراین اگر ۱۰۰۰ فوت به زیرزمین بروید ، درجه حرارت سنگ جهت جوشاندن آب کافی خواهد بود.
بعضی اوقات آب در اعماق زمین ، در کنار سنگ گرمی قرار گرفته و به آب جوش یا بخار تبدیل
می شود. درجه حرارت آب گرم می تواند تا ۳۰۰ درجه فارنهایت (۱۴۸ درجه سلزیوس) برسد. این مقدار حرارت بیش از حرارت آب جوش (۲۱۲ درجه فارنهایت یا ۱۰۰ درجه سانتیگراد) است. اگر آب جوش با هوا تماس نداشته باشد ، به بخار تبدیل نمی شود. زمانیکه آب گرم از طریق شکافهای زمین به بالا می آید به آن چشمه آب گرم می گویند. درتصویر، چشمه آب گرم پارک ملی یلوستون (Yellewstone) دیده
می شود. بعضی اوقات آب گرم به محض رسیدن به سطح زمین ، در هوا منفجر شده که به آن آبفشان می گویند. حدود ۱۰۰۰۰ سال قبل ، سرخپوشان قدیمی در شمال آمریکا از چشمه های آب گرم برای آشپزی استفاده می کردند. مناطق اطراف این چشمه ها جزو مناطق بیطرف محسوب می شد. درنتیجه مبارزان قبایل جنگجو می بایست با صلح و دوستی درکنار هم استحمام کنند. تقریباً هریک از چشمه های آب گرم اصلی در ایالت متحده به نوعی مورد استفاده قبایل بومی آمریکا بوده است. چشمه های آب گرم کالیفرنیا ، مانند آبفشانهای ناحیهٔ ناپا (Napa) ، برای قبایل آن منطقه مهم و مقدس بودند.
در سایر مناطق جهان ، مردم از چشمه های آب گرم برای استراحت و تمدد اعصاب استفاده
می کنند. رومیهای قدیم ، مکانهای مخصوصی را برای حمام آب گرم ساخته بودند ، و ژاپنی ها نیز قرنها از چشمه های آب گرم طبیعی برخوردار بوده اند.
● استفاده از انرژی زمین گرمایی در دنیای امروز
امروزه مردم از آبهای زمین گرمایی در استخرهای شنا و چشمه های معدنی استفاده می کنند. همچنین این آبها می توانند گرمای ساختمانها را برای رشد گیاهان مناسب سازند.
درسان برناردنیو (San Bernardina) واقع در جنوب کالیفرنیا ، از آب گرم زیرزمینی برای گرم نمودن ساختمانها در زمستان استفاده می شود. آب گرم از طریق لوله های روکش دار به صدها ساختمان عمومی منتقل می شود. ساختمان شهرداری ، پناهگاه حیوانات ، خانه سالمندان ، آژانسهای املاک ، هتلها و مراکز همایش، بعضی از ساختمانهایی هستند که بدین طریق گرم می شوند. در کشور ایسلند، بیشتر ساختمانها و حتی استخرهای شنا در شهر ریکیاویک و سایر جاها به کمک آبهای زمین گرمایی گرم می شوند. در این کشور حداقل ۲۵ آتشفشان فعال و تعداد زیادی چشمه آب گرم و آبفشان وجود دارد.
● الکتریسیته (برق) زمین گرمایی
از آب گرم یا بخار حاصل از زیرزمین می توان برای تولید برق یا الکتریسیته در یک نیروگاه زمین گرمایی استفاده نمود.
در ایالت کالیفرنیا ، ۱۴ ناحیه وجود دارد که از انرژی زمین گرمایی آن می توانیم برای تولید برق استفاده کنیم. در تصویر ، نواحی قرمز رنگ روی نقشه، مراکز زمین گرمایی شناخته شده را نشان میدهد. بعضی از آنها بدلیل کوچک بودن ، پایین بودن درجه حرارت آب و جدا بودن منابع زمین گرمایی از یکدیگر ، هنوز مورد بهره برداری قرار نگرفته اند.
▪ مراکز اصلی زمین گرمایی در ایالت کالیفرنیا عبارتند از :
- ناحیه گیزر (Geysers) در شمال سانفرانسیسکو
- گوشه شمال غربی ایالت کالیفرنیا نزدیک پارک ملی Lassen volcanic
- ناحیه دریاچه ماموت – محل یک آتشفشان بسیار بزرگ قدیمی
- ناحیه چشمه های آب گرم Coso در بخش اینیو (Inyo)
- دره امپریال در جنوب کالیفرنیا
بخار و آب گرم حاصل از بعضی از نواحی آنقدر زیاد است که می توان از آن برای تولید برق استفاده نمود. بدین منظور چاههای عمیقی حفر شده و لوله هایی تا محل آب گرم فرستاده می شود ، درست مثل استفاده از نی در نوشابه . آب و بخار گرم توسط این لوله ها از اعماق زمین به بالا آورده می شود.
یک نیروگاه زمین گرمایی درست مثل یک نیروگاه معمولی است با فرق اینکه در این نوع نیروگاه برای گرم نمودن آب و تبدیل آن به بخار هیچگونه سوختی سوزانده نمی شود. در واقع در یک نیروگاه زمین گرمایی ، گرمای مورد نیاز برای حرارت دادن آب و تبدیل آن به بخار از زمین تأمین می شود. سپس بخار تولید شده به یک توربین مخصوص منتقل می شود. تیغه های توربین شروع به چرخش نموده و میله آنرا که به یک ژنراتور متصل است چرخانده و تولید برق می کند. در مرحله آخر بخار حاصله در برج خنک کننده سرد می شود. در تصویر بالا ، دودهای سفید رنگی که از نیروگاه خارج می شوند در واقع دود نیستند. آنها در اصل بخارهایی هستند که در مرحله سرد شدن از نیروگاه خارج می شوند. آب سرد شده را می توان جهت گرم شدن مجدد به اعماق زمین پمپاژ نمود.
در نیروگاه زمین گرمایی ، آب گرم از یک طرف وارد توربین شده و از طرف دیگر آن خارج می شود. دوران توربین باعث چرخش ژنراتور گردیده و برق تولید شده به ترانسفورماتور (مبدل) منتقل می شود. سپس این برق از طریق شبکه های انتقال توسط سیمهایی به خانه ، مدرسه ، مراکز اداری و تجاری میرسند. در رابطه با خطوط انتقال برق در فصل ۷ صحبت شد. درحدود نیمی از برق زمین گرمایی جهان از نیروگاههای زمین گرمایی واقع در ایالت کالیفرنیا تأمین می شود. این نیروگاهها ، برق مورد نیاز حدود دو میلیون خانه را تأمین می کنند.
● زمین گرمایی / پمپاژ گرمای حاصل از منابع زیرزمینی
هر قدر بیشتر به اعماق زمین برویم به میزان گرما افزوده می شود. میزان گرمای لایه فوقانی زمین زیاد نمی باشد. تقریباً در سرتاسر سیاره ما ، میزان گرما تا عمق ۱۰ فوت یکسان است (بین ۵۰ تا ۶۰ درجه فارنهایت یا ۱۰ تا ۱۶ درجه سانتیگراد).
اگر تاکنون به زیرزمین ساختمانی یا غار زیرزمینی رفته باشید ، حتماً متوجه شده اید که این مکانها تقریباً همیشه سرد هستند.
سیستم پمپ منبع زمین گرمایی ، گرمای حاصل از لایه های فوقانی زمین را (۱۰ تا ۱۶ درجه سانتیگراد) از طریق لوله هایی به ساختمان منتقل کرده و داخل آنرا گرم یا سرد می کنند. این لوله ها در نزدیک ساختمان درون زمین قرار می گیرند. در داخل این لوله ها سیالی ، مشابه با ضد یخی که در رادیاتور ماشین می ریزند ، وجود دارد.
در زمستان ، گرمای حاصل از منابع زمین گرمایی از مبدل گرمایی عبور کرده و هوای گرم را به مراکز اداری و تجاری ، و خانه ها منتقل می کند. در خلال آب و هوای گرم ، این فرآیند برعکس است ، بدین ترتیب که هوای گرم داخل ساختمان از مبدل گرمایی عبور نموده و به داخل زمین نسبتاً سردتر منتقل
می شود. در خلال تابستان از این گرما می توان برای گرم نمودن آب نیز استفاده کرد.