محتويات
- ما هي الطاقة الحرارية الجوفية
- مميزات الطاقة الحرارية الجوفية
- عيوب الطاقة الجرارية الجوفية
- مصادر الحصول على الطاقة الحرارية الجوفية
- تاريخ استخدام الطاقة الحرارية الجوفية
- أنواع محطات الطاقة الحرارية الجوفية
- محطات الطاقة العاملة بطريقة البخار الجاف Dry Steam
- محطات الطاقة العاملة بالتبخير Flash Steam
- محطات الطاقة العاملة بالدارة المزدوجة Binary Cycle
ما هي الطاقة الحرارية الجوفية
الطاقة الحرارية الجوفية هي أحد مصادر الطاقة المتجددة النظيفة المتواجدة من حولنا، تتواجد في صهارة باطن الأرض، وذلك لاحتواء كتلة الأرض على 99% من الصخور ذات الحرارة المرتفعة والتي قد تتجاوز حرارتها 1000 درجة مئوية، وينبغي العلم أنه كلما تعمقنا في جوف الأرض كلما ارتفعت درجة الحرارة، حيث ترتفع الحرارة 27 درجة مئوية كلما تعمقنا واحد كيلو متر.
يرجى العلم أن هذه الحرارة هي ما أنتجت لنا ما يعرف بالينابيع الحارة التي يستخدمها الناس للاسترخاء ولفوائدها العلاجية وذلك بسبب الحرارة الطبيعية المتولدة من باطن الأرض، لكن العلماء تمكنوا من الاستفادة من هذه الحرارة بطرقٍ أخرى مثل توليد الكهرباء لكن تحويلها إلى طاقة كهربائية عملية باهظة التكاليف؛ بالتالي لا تعد مصدرًا مهمًا لتوليد الطاقة الكهربائية.[1]
مميزات الطاقة الحرارية الجوفية
- مصدر للطاقة صديق للبيئة
وذلك لأن الأثر الذي تتركه على البيئة لا يعد شيئًا مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى كالفحم والوقود ولا تسبب أي تلوث سواءً كان أثناء الاستخراج أو التحويل أو الاستعمال.
- مصدر متجدد للطاقة
تعد الطاقة الحرارية الجوفية مصدر من مصادر الطاقة الطبيعية المتجددة أي أنه مهما بلغ معدل استخدامها فهي لن تفنى. وذلك لأن الأرض تقوم بإشعاع الحرارة من باطنها.
- التوافر
تتوافر الطاقة الحرارية الجوفية على مساحات شاسعة وبكل مكان، على عكس مصادر الطاقة الأخرى التي تمتلكها دولًا دونًا عن الأخرى؛ مما يجعلها متاحة للجميع وليست حكرًا على أحد.
- التواجد بكميات هائلة
يبلغ استهلاك العالم حاليًا للطاقة حوالي 15 تيرا واط، وهذا لا يعادل شيئًا مما يمكن أن تنتجه الطاقة الحرارية الجوفية كما ذكرنا سابقًا ولكن مع ذلك فإن محطات استخدام الطاقة الحرارية الجوفية قليلة في وقتنا الحالي مقارنةً بما يمكن إنتاجه منها بكميات هائلة.
- مصدر موثوق ومستمر للطاقة
توفر الطاقة الحرارية الجوفية مصدرًا ثابتًا لاستخراج الطاقة وذلك على عكس الموارد المتجددة الأخرى كالطاقة الشمسية و طاقة الرياح، وذلك لأنها تعد مصدر متاح دائمًا للاستفادة منه.
- التدفئة والتبريد
يتطلب الاستخدام الفعال للطاقة الحرارية الجوفية كي نولد الكهرباء أن تزيد درجة حرارة المياه عن 150 درجة مئوية لتشغيل التوربينات، لكن بدلًا من ذلك يمكن استخدام فرق درجة الحرارة بين السطح الأرض، وذلك لأن الأرض أكثر مقاومة للتغيرات الهوائية الموسمية من الهواء، وبالفعل تقوم شركة أيكيا السيويدية باعتماد هذه الطريقة في التبريد والتدفئة.
- قلة التكاليف
وذلك بعد أن يتم صنع المحطة-والتي تكلف الكثير-يكون إنتاج الطاقة الحرارية الجوفية غير مكلف تمامًا مقارنةً بمصادر الموارد الأخرى.
- دقة حساب الطاقة
من السهل القيام بحساب الطاقة الحرارية الجوفية بشكلٍ دقيق وذلك لأنها ليست مثل مصادر الطاقة الأخرى المتقلبة على حسب الطقس كالشمس والرياح، بالتالي يمكننا التنبؤ بمقدار الطاقة الحرارية الجوفية المستخرجة بدرجة عالية من الدقة قبل القيام بعملية الاستخراج، وذلك قد يساعدنا على استخراج الكميات المناسبة على حسب الحاجة.[4]
عيوب الطاقة الجرارية الجوفية
- الضرر على البيئة
الطاقة الحرارية الجوفية لا تقوم بإطلاق أي غازات دفيئة عند استخراجها، لكن هناك بعض الغازات الدفيئة المخزنة تحت سطح الأرض مثل كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. يتم إطلاقهام في الغلاف الجوي أثناء عملية الاستخراج.
- التقيد بموقع المحطة
من أكبر عيوب الطاقة الحرارية الجوفية عند استخراجها هو التقيد بمواقع المحطات بالتالي علينا بناء المزيد من المحطات للعمل على مساحات شاسعة مما يكلفنا الكثير.
- الزلازل
تتغير البنية الأرضية نتيجةً لعملية الحفر عند القيام باستخراج الطاقة الحرارية الجوفية بالقرب من محطات الطاقة. هذه التغيرات تعمل على إحداث الزلازل، ولكن معظم المحطات تكون بعيدة عن المناطق السكنية بالتالي ليس هناك منها أي ضرر.
- حدوث هبوط للأرض
يحدث هبوط تدريجي للأرض فقط في المناطق التي يتم بناء فيها محطات الطاقة مما يؤدي إلى تلف الطرق والمباني السكنية وغيره.[4]
مصادر الحصول على الطاقة الحرارية الجوفية
يستاءل بعض الناس من أين تاتي الطاقة الحرارية الجوفي فهي تأتي من باطن الأرض عن طريق التحلل البطيء للجسيمات المشعة في لب الأرض، وهي عملية تحدث في جميع الصخور، لتتكون طاقة حرارية في باطن الأرض، ولكن قبل التطرق إلى مصدرها يجب التعرف على طبقات الأرض الرئيسية وهي:
- لب داخلي من الحديد الصلب يبلغ قطره حوالي 1500 ميل
- نواة خارجية من الصخور المنصهرة الساخنة تسمى الصهارة التي يبلغ سمكها حوالي 1500 ميل.
- طبقة من الصهارة والصخور تحيط باللب الخارجي يبلغ سمكها حوالي 1800 ميل.
- قشرة من الصخور الصلبة التي تشكل القارات وأرضيات المحيط التي يتراوح سمكها بين 15 و 35 ميلاً تحت القارات و 3 إلى 5 أميال تحت المحيطات
اكتشف العلماء أن درجة حرارة اللب الداخلي للأرض تبلغ حوالي 10800 درجة فهرنهايت، وارتفاع درجة حرارتها تعادل ارتفاع درجة حرارة سطح الشمس.
في البراكين تنقسم قشرة الأرض إلى قطع تسمى الصفائح التكتونية. وتقترب الصهارة من سطح الأرض بالقرب من حواف هذه الصفائح، والحمم التي تنفجر من البراكين هي الصهارة. بالتالي تقوم الصخور والمياه بامتصاص الحرارة من الصهارة في أعماق الأرض، بالتالي تحصل الأرض على درجة حرارتها المرتفعة والتي نقوم باستخراج الطاقة الحرارية المتجددة منها.[2]
وهناك العديد من مصادر الطاقة الحرارية الجوفية والتي تأتي من تَوليد القشرة الأرضية للحرارة عن طريق التحلل الإشعاعي لكلٍ من البوتاسيوم واليورانيوم والثوريوم المتواجدين في غلاف القشرة الأرضية، وأيضًا الطاقة الأتية من الاشعاع الشمسي صيفًا. حيث تقوم القشرة الأرضية بامتصاص الإشعاع الشمسي في فصل الصيف وتخزنها في طبقة الأرض السطحية وتقوم بإطلاقها في فصل الشتاء.
ويمكن استغلال تلك الطاقة الجوفية الحرارية للاستخدام البشري وذلك بسبب توفرها في أي مكان على سطح الأرض. ويقدر مقدار الطاقة الحرارية الجوفية التي يمكن استخراجها واستخدامها بـ1.4×106 تيرا واط في السنة، وهو ما يعادل ثلاثة أضعاف الاستهلاك العالمي السنوي لجميع أنواع الطاقة.[3]
تاريخ استخدام الطاقة الحرارية الجوفية
أول من قام باستخدمها كانوا الهنود الحمر منذ أكثر من 10.000 سنة وكانوا يستخدمونها في الينابيع الحارة للاسترخاء أو لطهي الطعام. ولكن أول دولة استخدمتها كمصدر للطاقة كانت إيطاليا عام 1904 ، وتعتبر الطاقة الحرارية الجوفية مصدرًا ثابتًا للطاقة المتجددة حول العالم، ووفقًا للوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) فقد نمت الطاقة الحرارية الأرضية بشكل مطرد من حوالي 10 جيجا وات إلى 13.3 جيجا وات في جميع أنحاء العالموذلك طبقًا لعام 2018.[3]
أنواع محطات الطاقة الحرارية الجوفية
تنقسم المحطات التي تعمل بالطاقة الحرارية المتجددة وفقًا للطريقة التي تعمل بها كالأتي:
محطات الطاقة العاملة بطريقة البخار الجاف Dry Steam
تقوم على ضخ البخار الساخن الناتج عن المياه الحارة المتواجدة في باطن الأرض؛ وبدورانها تقوم مولدات الكهرباء المرتبطة بها بالدوران بالتالي تتولد الطاقة الكهربائية. وبعد أن يتم تدوير الماء الساخن يقوم البخار بالتكاثف ويتحول إلى ماء ثم يعود إلى باطن الأرض.
محطات الطاقة العاملة بالتبخير Flash Steam
في هذا النوع مم المحطات يتم ضخ المياه الحارة بدل البخار كما في المحطة السابق ذكرها ، ويتم ذلك في درجة حرارة وضغط منخفضين في خزان التبخير ، وبالتالي يقوم الماء بالتبخر ثم يتحول إلى ماء مجددًا بعد عملية الدوران ثم يعود إلى باطن الأرض.
محطات الطاقة العاملة بالدارة المزدوجة Binary Cycle
تختلف محطة الطاقة العاملة بالدارة المزدوجة عما سبق ذكره، وذلك عن طريق ضخ المياه الحارة إلى ما يعرف بالمبادل الحراري المملوء بالسائل، فتنتقل درجة حرارة المياه المرتفعة إلى السائل فيتحول إلى بخار ثم يتحول البخار إلى ماء ثم يعود إلى باطن الأرض
رد مع اقتباس