زیست توده
| زهرا آذرشب
دانشجوی دکتری آلودگی محیط زیست مدرس مدعو دانشگاه آزاد تهران مرکز عضو کمیته علمی- پژوهشی انجمن هوای پاک کندو |
 |
توسعه شگرف علم و فن در جهان امروز ظاهراً آسایش و رفاه زندگی بشر را موجب شده است، لیکن این توسعه یافتگی، مایه بروز مشکلات تازه ای نیز برای انسانها شده است که از آن جمله می توان به آلودگی محیط زیست، تغییرات گسترده آب و هوایی در زمین و غیره اشاره نمود. می دانیم که نفت و مشتقات آن از سرمایه های ارزشمند ملی و حیاتی کشور می باشند که مصرف غیر بهینه از آنها گاهی زیانهای جبران ناپذیری را ایجاد می کند. از این رو صاحب نظران و کارشناسان بدنبال منابعی هستند که بتدریج جایگزین سوختهای فسیلی شوند. زمینی که زیر پای ما قرار دارد منبع بسیار عظیم انرژی است. انرژی حرارتی که در پوسته جامد زمین وجود دارد، انرژی زمین گرمایی (Geothermal) نامیده می شود. مرکز زمین منبع عظیمی از انرژی حرارتی است که به شکل های گوناگون از جمله فوران های آتشفشانی، آبهای گرم و یا بواسطه خاصیت رسانایی به سطح آن هدایت می شوند. طبق فرضیه های موجود، زمین توده ای آتشین بوده که بیش از۴ میلیارد سال پیش شکل گرفته و بتدریج به انجماد و سردی گراییده است و این سرد شدن همچنان نیز ادامه دارد. در حال حاضر از انرژی زمین گرمایی در بسیاری از نقاط جهان و به صورتهای مختلف، در سطح وسیعی استفاده می شود. محققین، همزمان با بکارگیری تکنولوژی های قدیمی تأمین انرژی، شیوه های جدید تأمین انرژی را نیز به تکامل رسانده اند. در آینده نیز تلاش برای توسعه آن، هم در زمینه کشف منابع انرژی و هم در زمینه انتقال تکنولوژی امری اساسی تلقی می شود. بهره برداری از انرژی زمین گرمایی، بعنوان یک منبع انرژی بالقوه در اعماق زمین، مستقل از شرایط جوی بوده و قابلیت جوابگویی به نیاز کنونی و آتی بشر را دارد. نواحی که دارای پتانسیل انرژی زمین گرمایی می باشند، منطبق بر مناطق آتشفشانی و زلزله خیز جهان هستند. این انرژی که به صورت حرارت از اعماق زمین به سطح آن هدایت می شود در صورت توسعه فناوری استخراج آن، به تنهایی قادر خواهد بود کلیه نیازهای انرژی امروز و آینده بشر را تامین کند.
طبق محاسبه ها، مشخص شده است که انرژی حرارتی ذخیره شده در ۱۱ کیلومتر فوقانی پوسته زمین معادل پنجاه هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته شده امروز جهان است. پس این منبع عظیم انرژی می تواند در آینده جایگزین قابل اطمینانی برای انرژی حاصل از سوخت های فسیلی باشد. البته بدیهی است که بهره برداری گسترده از ذخایر انرژی زمین گرمایی، مستلزم توسعه بیشتر در زمینه تکنیک های اکتشاف و استخراج آن است. کشور ایران، دومین کشور دارای منابع گوناگون انرژی در خاورمیانه است. این کشور، علاوه بر منابع فراوان انرژی مانند نفت و گاز طبیعی، دارای منابع بزرگ انرژی تجدیدپذیر از جمله انرژی خورشیدی، بادی، زمین گرمایی و آبی است. با این وجود، روند توسعه تکنولوژی های انرژی تجدیدپذیر در ایران با روند جهانی قابل مقایسه نیست.
انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژیهای تجدید پذیر محدود به فصل، زمان وشرایط خاصی نبوده بدون وقفه قابل بهره برداری می باشد. همچنین قیمت تمام شده برق در نیروگاههای زمین گرمایی با برق تولیدی از سایر نیروگاههای متعارف (فسیلی) قابل رقابت بوده و حتی از انواع دیگر انرژیهای نو به مراتب ارزانتر است. امروزه با بهرهگیری از فنآوریهای موجود، تنها بخش کوچکی از این منبع سرشار مهار شده و بطور اقتصادی قابل بهره برداری است. بنابراین انرژی زمین گرمایی، همان انرژی حرارتی قابل استحصال از پوسته جامد زمین است. انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژی های تجدیدپذیر منشاء یک انرژی پایدار با فاکتور دسترسی ۱۰۰% است که بطور شبانه روزی در طول سال قابل بهره برداری است.
تولید برق از منابع زمین گرمایی هم اکنون در ۲۲ کشور جهان صورت میگیرد که مجموع قدرت کل نیروگاههای تولید برق از این انرژی بیش از ۸۰۰۰ مگاوات می باشد. این در حالی است که بیش از ۶۴ کشور جهان نیز با مجموع ظرفیت نصب شده بیش از ۱۵۰۰۰ مگاوات حرارتی از این منبع انرژی در کاربردهای غیر نیروگاهی بهره برداری می نمایند.
استفاده از انرژی های تجدیدپذیر | لازمه حفظ محیط زیست و زیست پذیری شهرها
از انرژی زمین گرمایی در دو بخش کاربرد نیروگاهی(غیر مستقیم) و غیر نیروگاهی (مستقیم) استفاده می شود:
- بخش نیروگاهی
سه نوع نیروگاه زمین گرمایی وجود دارد:
- نوع اول: نیروگاه بخار خشک (Dry Steam)
نیروگاه بخار خشک، قدیمی ترین شکل فناوری زمین گرمایی است که بخار را از زمین خارج کرده و از آن برای به کار انداختن مستقیم یک توربین استفاده می نماید. طرف دیگر این توربین متصل به ژنراتور است که برق تولید می کند و این برق از طریق کابل به نیروگاه ها، خانه ها و کارخانجات انتقال می یابد. در این نیروگاه دمای آب باید بیشتر از ۱۵۰ درجه سانتی گراد باشد.
- نوع دوم: نیروگاه تشعشع یا بخار لحظه ای (Flash)
نیروگاه تشعشع یا بخار لحظه ای رایج ترین نوع نیروگاه های انرژی زمین گرمایی است. این نوع نیروگاه، آب گرم را با فشار و سرعت بالایی وارد آب خنک و کم فشار می کند، به طوری که بخار آب در یک لحظه توربین را می چرخاند و این چرخش باعت تولید برق می شود. در این نیروگاه دمای آب باید بیشتر از ۱۸۰ درجه سانتی گراد باشد.
- نوع سوم: نیروگاه باینری یا چرخه دودوئی (Binary)
- در نیروگاه باینری، آب داغ را از طریق یک مایع ثانویه با نقطه جوش پایین عبور می دهند که در یک مبدل حرارتی برای حرکت توربین، به بخار تبدیل می شود و باعث می شود توربین متصل به ژنراتور بچرخد و برق تولید کند. باید بدانید این نوع نیروگاه به علت نیاز کمتر به گرما برای گرم کردن یک مایع با نقطه جوش پایین مزایای زیادی نسبت به بقیه دارد. روسیه در ایجاد این نوع نیروگاه بسیار موفق بوده است.
۲- بخش غیر نیروگاهی (بخش مستقیم)
- استخرهای آب گرم
ترکیب آب گرم حاصل از زمین گرمایی با آب سرد و معمولی برای ایجاد مراکز توریستی و آب درمانی برای رفع مشکلات پوستی، دردهای مفاصلی و… مورد استفاده قرار می گیرد.
- گلخانه ها
با هدایت آب گرم حاصل از زمین گرمایی به محیط داخلی گلخانه می توان گرمای مورد نیاز برای کشت گلخانه ای را تأمین کرد.
- گرمایش و سرمایش ساختمان های مسکونی و تجاری
از آب گرم حاصل از انرژی زمین گرمایی میتوان در شوفاژ، برای گرمایش ساختمان های مسکونی و تجاری استفاده کرد.
- پرورش ماهی
در جاهایی که ماهی پرورش داده می شود، می توان از این نوع انرژی جهت تأمین حرارت لازم برای حوضچه های پرورش و رشد ماهی استفاده کرد.
- ذوب برف و جلوگیری از یخ بستن خیابان ها و معابر
با نصب لوله های تعبیه شده زیر زمینی، می توان گرمای آب گرم حاصل از زمین گرمایی را در زمستان به سطح خیابان ها، جاده ها یا پیاده روها انتقال داد و با این کار برف آنها را ذوب کرد.
مکانهای مناسب جهت بهره برداری از انرژی زمین گرمایی
به طور کلی مناطقی از زمین که دارای سه ویژگی مهم زیر باشند می توانند دارای پتانسیل خوب جهت بهره برداری از انرژی زمین گرمایی باشند:
۱- منبع حرارتی
مواد مذاب یا سنگهای داغ مجاور آنها (بعنوان منبع حرارتی) به گونه ای نزدیک به سطح زمین قرار گرفته باشند که موجب گرم شدن آبهای نفوذی شده و در نتیجه با حفاری چاههای تولیدی می توان با استخراج سیال گرم به حرارت مطلوب رسید.
- سیال حد واسط
وجود آب برای انتقال حرارت منبع حرارتی به سطح زمین، آبهای جوی، آبهای ماگمایی و فسیل از جمله سیالات انتقال دهنده حرارت در یک سیستم زمین گرمایی هستند.
- محیط متخلخل
لایه های مختلف زمین دارای خلل و فرج های زیاد باشند تا آبهای سطحی و نزولات جوی به خوبی داخل زمین نفوذ کند. آبهای سطحی که بر اثر نیروی جاذبه زمین و از طریق خلل و فرجها به داخل آن نفوذ می کنند پس از مدتی به لایه های گرم زمین نزدیک می شوند و حرارت آنها را جذب می کنند. بر اثر افزایش دما، چگالی خود را از دست داده و نسبت به آبهای سرد سبکتر شده و به صورت طبیعی از طریق خلل و فرجها مجدداً رو به سطح زمین حرکت می کنند و موجب پیدایش مظاهر حرارتی از قبیل چشمه های آبگرم در نقاط مختلف زمین می شوند. در حالت طبیعی سیال گرم از خلال درزه، شکافها و گسلها به سطح زمین می رسد و ظهورهای سطحی ایجاد می کند. اما برای بهره برداری اقتصادی از یک سیستم زمین گرمایی با حفاری چاههای متعدد سیال بیشتری استحصال می شود.
نقش اتوبوس‌های شهری در آلودگی هوا | در قسمت چهاردهم پادکست ما گوش کنید
جایگاه انرژی زمین گرمایی در جهان
دست یافتن به انواع مختلف منابع انرژی و تامین نیاز بشر به انرژی مهمترین نگرانی و دغدغه جهان امروز است. میزان استفاده از انرژی زمین گرمایی در جهان درحال افزایش است و از نظر کمیت مصرفی در میان انواع پنجگانه انرژی های تجدید پذیر بعد از انرژی برق آبی، زیست توده و انرژی بادی در رتبه چهارم قرار گرفته و انرژی خورشیدی در رتبه بعدی قرار دارد. در سال ۲۰۰۷ میزان تولید الکتریسیته در جهان توسط نیروگاههای زمین گرمایی ۶۰ Twh و میزان تولید حرارت در کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی در سال ۲۰۰۵ در حدود ۲۶۱۴۱۸ TJ بوده است. در سال ۲۰۰۷ بیش از ۲۴ کشور جهان با نصب نیروگاههای زمین گرمایی از این منبع عظیم انرژی برای تولید برق استفاده نموده اند که مجموع ظرفیت نصب شده بالغ بر۹۷۰۰ مگاوات که مهم ترین آنها عبارتنداز:
- آمریکا با ۲۶۸۷ مگاوات
- فیلیپین با۱۹۷۰مگاوات
- ایتالیا با۸۱۰ مگاوات
- مکزیک با۹۵۳ مگاوات
- اندونزی با ۹۹۲ مگاوات
- ژاپن با۵۳۵ مگاوات
- نیوزلند با۴۷۱ مگاوات
- ایسلند با۴۲۱ مگاوات
تاریخچه انرژی زمین گرمایی در ایران
استفاده از انرژی زمین گرمایی در ایران به سالهای بسیار دور میرسد بطوری که مردم به شیوه های سنتی از این انرژی در محلهایی که چشمه های آبگرم وجود داشت، در قالب حمامها و استخرهای شنا جهت مصارف آبدرمانی و تفریحی استفاده می کردند. در ایران از سال ۱۳۵۴ مطالعات گسترده ای به‌منظور 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 ۲۶۰ هزار کیلومتر مربع آغاز گردید. نتیجه این تحقیقات مشخص نمود که مناطق سبلان، دماوند، خوی، ماکو و سهند با مساحتی بالغ بر ۳۱ هزار کیلومتر مربع جهت انجام مطالعات تکمیلی و بهره برداری از انرژی زمین گرمایی مناسب می باشند. در همین راستا برنامه اکتشاف، مشتمل بر بررسیهای زمین شناسی، ژئوفیزیک و ژئوشیمیایی برنامه ریزی شد. در سال ۱۳۶۱ 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 فعالیتهای فاز اکتشاف تکمیلی انتخاب شدند. پس از یک وقفه نسبتاً طولانی و با هدف فعال نمودن مجدد طرح، گزارشهای موجود مجدداً در سال ۱۳۶۹ توسط کارشناسان UNDP بازنگری شده و منطقه زمین گرمایی مشکین شهر بعنوان 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 ۱۳۸۱گردید که عملیات حفر اولین چاه زمین گرمایی نیز در همان سال آغاز گردید .فاز اول این پروژه در سال ۱۳۸۳ اتمام یافت که درمجموع سه حلقه چاه اکتشافی و دو حلقه چاه تزریقی در این مرحله حفر گردید و تست دوحلقه از سه حلقه چاه اکتشافی با موفقیت انجام گرفت که مهم ترین دستاورد این فاز از پروژه کسب دانش فنی مربوط به حفر چاههای زمین گرمایی بود . فاز دوم این پروژه در سال ۱۳۸۴ آغاز گردید.
راهکارهایی برای آشنایی کودکان با معضلات هوای آلوده | کارگروه کودک انجمن‌هوای پاک کندو
پتانسیل انرژی گرمایی در ایران
موقعیت قرارگیرى ایران در مرزهاى تکتونیکى، نیروى عظیم نهفته در کالبد کشور را نشان مى‌دهد. فشار صفحه قارهاى عربستان و صفحه اقیانوس هند از سوی دیگر باعث تغییر شکلهاى وسیعى در ایران شده است که چین‌خوردگى‌هاى منطقه زاگرس و راندگى آن، شواهد سطحى عظیم این نیروها هستند. قرارگرفتن در کمربند آتشفشانى باعث شده است که گستره ایران از لحاظ زمین‌ساختارى، بسیار فعال بوده و از پتانسیل بالاى انرژى زمین‌گرمایى بهره‌مند باشد و وجود فعالیتهاى آتشفشانى و چشمه‌هاى آب گرم فراوان، گواه بر این مدعى است. پتانسیل انرژى زمین‌گرمایى در ایران بر اساس مطالعات انجام شده در بیش از ۱۰ منطقه شناسایى شده است، این مناطق براساس میزان فعالیتهای تکتونیکی، میزان چشمه‌های آب گرم و ظهورهای سطح‌الارضی و سایر شواهد زمین‌شناسی شناسایی شده‌اند. این مناطق شامل منطقه تفتان و بزمان، منطقه طبس، منطقه شیراز، منطقه مرکزی ایران، منطقه غرب، منطقه مشهد، نیشابور، سبزوار، قوچان، بجنورد و گرگان به خاطر کانونهای زلزله و وجود گسلهای رباط و قره بیل و میامی و…؛ منطقه جنوب، منطقه شرق، زابل، خاش، سیرجان و زاهدان می باشد.
بر اساس طبقه‌بندى‌هاى صورت‌گرفته جهانى، ایران در گروه کشورهایى قرار گرفته است که داراى ذخایر احتمالى براى تولید برق از انرژى زمین‌گرمایى با استفاده از سیکل‌هاى تبخیر آنی و دومداره ( براى دوره ۳۰ ساله) بوده و قابلیت تولید برق زمین‌گرمایى با ظرفیت بیش از ۲۰۰ مگاوات براى آن پیش‌بینى شده است. احداث نیروگاه زمین‌گرمایى در ایران و در منطقه مشکین‌شهر، نخستین نیروگاه از این نوع در منطقه خاورمیانه بود و امکان دستیابى به انرژى سبز با تولید برق عارى از هرگونه آلودگى زیست محیطى را فراهم مى‌کند. مخزن زمین‌گرمایی مشکین‌شهر در ۲۵ کیلومتری این شهرستان در دامنه سبلان واقع شده است که علاوه بر تولید برق، در احداث استخر پرورش ماهی و احداث واحدهای گلخانه‌ای و تأمین آب گرم منازل نیز کاربرد خواهد داشت.
مزایا و معایب انرژی زمین گرمایی چیست؟
مزایا
- انرژی زمین گرمایی فقط یک ششم CO2 تولید شده توسط یک کارخانه گاز طبیعی را تولید می کند، بنابراین به محیط زیست آسیب کمتری می رساند.
- به شرایط آب و هوایی بستگی ندارد یعنی همانند انرژی بادی یاانرژی خورشیدی نیست که به وجود یا عدم وجود باد یا خورشید بستگی داشته باشد و در تمام طول سال در دسترس است.
- راندمان و بازده بالایی در تولید انرژی دارد. تولید بالقوه آن می تواند حداقل ۳۵GW و حداکثر ۲TW باشد.
- مصرف انرژی کمی دارد چون تمامی فعالیت ها در نیروگاه صورت می گیرد و نیازی به حمل ونقل، انبار و… ندارد.
- سیستم های پمپ حرارتی این نوع انرژی، طول عمر بالایی دارند و برای گرمایش و سرمایش عالی می باشند.
- در مقایسه با سایر فناوری های تولید برق، مصرف آب کمتری دارد.
معایب
- با وجود تولید CO2 کم، سایر گازهای گلخانه ای همانند دی اکسید گوگرد و سولفید هیدروژن را تولید می کند.
- نیروگاه های انرژی زمین گرمایی باعث ایجاد مینی لرز یا زلزله های کوچک در منطقه ای که در آن فعالیت می کنند، می شود.
- هزینه اولیه بالایی برای ساخت آن مورد نیاز است.
- به دلیل فعالیت در امتداد صفحات تکتونیکی پوسته زمین، به عنوان خاص ترین منبع انرژی شناخته شده برای انسان است و بیشتر محدود به کشورهایی همانند کنیا، اندونزی، ایالات متحده و ایسلند می باشد.
- تخلیه سریع مخزن
- پمپ های حرارتی زمین گرمایی برای کار کردن به یک منبع انرژی دیگر نیاز دارند.
در زمان آلودگی هوا چی بوخوریم؟ ۶ راهکار برای روزهای آلوده
نتیجه گیری
زمینی که زیر پای ما قرار دارد منبع بسیار عظیم انرژی است. انرژی زمین گرمایی از انرژی خورشیدی که در طول هزاران سال در داخل زمین ذخیره شده و همچنین فروپاشی عناصر رادیواکتیو در عمق زمین نشات گرفته و در واقع گرمای موجود در عمق زمین است که این گرما با رفتن به عمق زمین افزایش می یابد. این انرژی به عنوان یکی از انرژی های نو و تجدیدپذیر محسوب می شود. انرژی های نو از آن جهت اهمیت دارند که جایگزین خوبی برای سوخت های فسیلی که باعث آلودگی های زیست محیطی و آلودگی آب و هوایی می شوند، هستند. به همین دلیل جهان به دنبال انرژی های پاک و تجدیدپذیر است. انرژی زمین گرمایی به صورت مستقیم در استخرهای آب گرم، مراکز گلخانه ای، گرمایش منازل، ذوب برف، پیشگیری از یخبندان و پمپ های حرارتی و به صورت غیرمستقیم در نیروگاه های تولید برق استفاده می شود. در ایران مناطق مستعدی از قبیل سبلان، دماوند، خوی، ماکو، تفتان، سهند، رامسر، تکاب ، فردوس، طبس، میناب، لار، کازرون، بیابانک و محلات شناسایی شده است که در بعضی مناطق مثل آذزبایجان حتی نیروگاه برق از این انرژی گرفته شده است و با توجه به کاربردها و اشتغال زایی، آینده روشنی برای این مناطق در نظر گرفته می شود.
منابع
–علی امجدی، میثم قدمی، نسترن احمدی مسعود، جلیل ناجی، انرژی زمین گرمایی و چشم انداز آینده آن در ایران اولین همایش ملی انرژی های نو و پاک – ۱۳۹۲٫
–نورالهی یونس، یوسفی حسین، رضایان علی حسین، فارابی اصل هادی، امکان سنجی فنی، اقتصادی و زیست محیطی جایگزینی گرمایش شهری متعارف با انرژی زمین گرمایی در ایران، فصلنامه علوم و تکنولوژی محیط زیست،زمستان ۱۳۹۵, دوره ۱۸ ,شماره ۴، از صفحه ۷۳تا صفحه۸۸٫
-Geothermal Education Office
- Geothermal Energy Association
-International Group Source Heat pumps
- IEA, International Energy Agency
https://eafworld.com/geothermal-energy
