انرژی زمین گرمایی چگونه کار می‌کند

در واقع انرژی گرمایی‌ای که از درون زمین بیرون می‌آید به عنوان انرژی زمین گرمایی شناخته می‌شود. دانشمندان معتقدند که بهره برداری از انرژی زمین گرمایی می‌تواند یک راه حل مناسب برای کاهش اثرات گرم شدن کره زمین و وابستگی جهانی به سوخت های فسیلی باشد. این مقاله به شما خلاصه‌ای از ماهیت این انرژی و این که انرژی زمین گرمایی چگونه کار می‌کند را در اختیار شما قرار می‌دهد.

آیا می‌دانستید؟

ایسلند با بیش از 200 آتش فشان و 600 چشمه آب گرم و بیش‌تر از 20 آب فشان، ظرفیت و استعداد و توانایی بالایی برای بهره برداری از انرژی زمین گرمایی دارد که این انرژی را صرف گرم کردن خانه‌ها یا حتی استخرهای شنا می‌کند. هم‌ چنین این کشور بیش‌تر از 50% انرژی اولیه مورد نیاز خود را از منابع زمین گرمایی تأمین می‌کند. کلمه "geothermal" از دو کلمه یونانی geo به معنای زمین و thermos به معنای گرما مشتق شده است. از این رو، انرژی زمین گرمایی انرژی گرمایی تشکیل شده در داخل زمین است. منبع به وجود آورنده این انرژی که محل آن داخل پوسته زمین است 80% تجزیه مواد رادیو اکتیو موجود در برخی مواد معدنی و 20% به خاطر ساختارهای کره زمین است.
توضیحات شکل از سطح به مرکز زمین به ترتیب:
از سطح تا عمق 36 کیلو متری پوسته
از 36 کیلو متری تا 660 کیلو متری گوشته بالایی و از 660 کیلو متری تا 2880 کیلو متری گوشته پایینی
از 2880 کیلو متری تا 5085 کیلو متری هسته بیرونی و از 5085 کیلو متری تا 6363 کیلو متری هسته داخلی .

تشکیل انرژی زمین گرمایی

هسته زمین به دو قسمت تقسیم می‌شود: هسته داخلی و هسته خارجی. هسته خارجی حالت مایع دارد، در حالی که هسته داخلی حالت جامد دارد و جنس آن از آهن است. هسته داخلی توسط سنگ‌های داغ و مذاب که به عنوان ماگما شناخته می‌شود احاطه گردیده است در حالی که هسته خارجی توسط یک لایه به نام گوشته که ترکیبی از سنگ و ماگما است و در حدود 2897 کیلو متر ضخامت دارد احاطه شده است. پوسته زمین یا به طور مثال قاره‌ها و کف اقیانوس‌ها خارجی‌ترین و در مقایسه با سایر لایه‌ها در دست رس‌ترین لایه زمین است. پوسته زمین یک پوسته یک دست و بدون شکستگی نیست بلکه از قطعات و صفحات چند تکه‌ای که مانند موزاییک در کنار هم قرار گرفته‌اند تشکیل شده که اصطلاحاً به آن‌ها صفحات پوسته می‌گویند. ماگما از طریق این صفحات در جاهایی که آتش فشان‌ها وجود دارند به سطح زمین می‌رسد و بعضی مواقع وقتی ماگما به پوسته می‌رسد آب‌های زیر زمینی را گرم می‌کند و این آب که گرم شده، گاهی اوقات در تخلخل سنگ‌ها و یا در ترک‌های سنگ‌های زیر زمین به دام افتاده و تشکیل مخزن زمین گرمایی را می‌دهد. انرژی زمین گرمایی به دام افتاده اغلب از طریق روش‌های طبیعی به صورت: چشمه‌های آب گرم، آب فشان‌ها، شکاف‌هایی که در نزدیک آتش فشان‌ها هستند که گازهایی مانند دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد، کلرید هیدروژن و سولفید هیدروژن از آن‌ها خارج می‌شوند و یا چشمه‌های مذاب اسیدی، آزاد می‌شود.

مهار این انرژی (استفاده بهینه از آن)

استفاده مستقیمی که می‌توان از منابع زمین گرمایی کرد، استفاده از چشمه‌های زمین گرمایی به منظور گرم کردن، ذوب یخ پیاده روها در زمستان، افزایش استخراج نفت از مخازن نفتی با استفاده از فشار آب‌های گرم است. یک راه دیگر برای به دام انداختن این انرژی استفاده از پمپ‌های حرارتی زمین گرمایی (که مانند یک موتور خانه با منبع گرمایی زمین هستند) است که سرمایش و گرمایش خانه‌ها را تأمین می‌کنند.
اگر مقیاس انرژی زمین گرمایی آزاد شده بزرگ باشد از آن برای تولید برق استفاده می‌شود. برای این کار چاه‌های عمیقی در زمین حفر می‌شود تا به مخزن زمین گرمایی برسد تا از گرمای آن استفاده کنند و به وسیله بخار، برق تولید کنند. انواع مختلفی از نیروگاه‌های برق برای استفاده از این انرژی به دام افتاده ساخته شده‌اند مانند: نیروگاه بخار خشک (از قدیمی‌ترین و ساده‌ترین نوع طراحی نیروگاه‌ها هستند که به طور مستقیم از بخار آب درون زمین برای چرخاندن توربین استفاده می‌کنند) و نیروگاه با چرخه دو تایی (استفاده از یک منطقه با درجه حرارت بالا و یک منطقه با درجه حرارت پایین برای ایجاد یک چرخه ترمو دینامیک) و نیروگاه تزریق بخار (آب با فشار زیاد را به داخل مخازن کم فشار وارد کرده و از بخار به وجود آمده توربین به حرکت در می‌آید)، اما اساس کار این نیروگاه‌ها یک سان است.

1- پس از آن که اکتشاف منبع زمین گرمایی به پایان رسید و یک منطقه مناسب در بالای مخزن برای ایجاد تأسیسات آماده شد، یک نیروگاه در مقیاس بزرگ آب گرم را از طریق چاه‌هایی با فشار بالا به درون زمین تزریق می‌کند.
2- وقتی آب از مخزن زمین گرمایی به سطح زمین باز می‌گردد تبدیل به بخار می‌شود و باعث تسهیل حرکت توربین می‌شود.
3- این توربین‌ها به ژنراتورهایی متصل هستند که تولید انرژی الکتریکی می‌کنند. سپس بخار سرد شده تغییر حالت داده و تبدیل به آب می‌شود.
4- سپس آب سرد شده دو باره از طریق چاه‌های تزریق به داخل زمین پمپ شده و این فرآیند ادامه می‌یابد.

در آینده انتظار می‌رود که انرژی زمین گرمایی به طور مؤثر به جای دیگر اشکال انرژی استفاده شود، چون که نه تنها یک نوع انرژی تجدید پذیر است بلکه یک منبع پاک نیز هست که تأمین کننده مداوم انرژی برق است. این انرژی در 24 ساعت شبانه روز و در هفت روز هفته در دست رس است و در هر کشوری می‌تواند تولید شود. این هم‌ چنین بدان معنی است که یک کشور که دارای تعداد زیادی نیروگاه‌های زمین گرمایی است کمتر به سوخت‌های فسیلی وارداتی وابسته می‌شود.