برق زمین‌گرمایی: انرژی پنهان زیر پای ما
زمین: یک بخاری طبیعی غول‌پیکر
اگر تا به حال به یک چشمه آب گرم رفته باشید، حتماً گرمای دلپذیر آن را احساس کرده‌اید. این گرما از کجا می‌آید؟ پاسخ درون خود زمین است. کره زمین مانند یک بخاری طبیعی بسیار بزرگ عمل می‌کند. هر چه به مرکز زمین نزدیک‌تر شویم، دما بالاتر می‌رود. این گرمای درونی زمین، انرژی زمین‌گرمایی1 نام دارد. دانشمندان معتقدند این گرما از دو منبع اصلی تأمین می‌شود:
- بقایای گرمای به جا مانده از تشکیل سیاره زمین در میلیاردها سال پیش.
- واپاشی مواد رادیواکتیو طبیعی درون سنگ‌ها.
این گرما، سنگ‌ها و آب‌های زیرزمینی را بسیار داغ می‌کند و گاهی این آب داغ یا بخار به صورت چشمه‌های آب گرم یا آبفشان‌ها (مانند آبفشان‌های مشهور ایسلند) به سطح زمین می‌آیند. انسان‌ها یاد گرفته‌اند که از این منبع گرمایی پایان‌ناپذیر برای تولید برق و گرم کردن خانه‌ها استفاده کنند.
چگونه از گرمای زمین برق می‌گیریم؟
فرآیند تولید برق از انرژی زمین‌گرمایی شبیه به کاری است که در بسیاری از نیروگاه‌ها انجام می‌شود، با این تفاوت که به جای سوزاندن زغال‌سنگ یا گاز، از بخار طبیعی زمین استفاده می‌شود. این فرآیند در یک نیروگاه زمین‌گرمایی2 انجام می‌گیرد. مراحل اصلی کار به صورت زیر است:
- حفر چاه‌های عمیق برای رسیدن به منابع آب داغ یا بخار زیرزمینی.
- بیرون کشیدن بخار یا آب داغ با فشار بالا از اعماق زمین.
- هدایت این بخار به سمت یک توربین3 بزرگ. فشار بخار باعث چرخش پره‌های توربین می‌شود.
- چرخش توربین، یک ژنراتور4 را به حرکت درمی‌آورد که در نهایت برق تولید می‌کند.
- بخار پس از عبور از توربین، در یک برج خنک‌کننده5 سرد شده و به آب تبدیل می‌شود. سپس این آب اغلب دوباره به درون زمین تزریق می‌شود تا چرخه دوباره تکرار شود.
انواع نیروگاه‌های زمین‌گرمایی
همه منابع زمین‌گرمایی شبیه هم نیستند. برخی بخار خشک تولید می‌کنند و برخی دیگر آب داغ. به همین دلیل، نیروگاه‌های مختلفی برای استفاده از این منابع ساخته شده‌اند. در جدول زیر با سه نوع اصلی آشنا می‌شویم:
| نوع نیروگاه | منبع مورد استفاده | نحوه کار | کاربرد |
|---|---|---|---|
| بخار خشک | بخار بسیار داغ از اعماق زمین | بخار مستقیماً توربین را می‌چرخاند | مناطق دارای مخازن بخار طبیعی |
| چرخه دوگانه | آب داغ زیرزمینی | آب داغ، یک مایع دوم با نقطه جوش پایین‌تر را به جوش می‌آورد و بخار حاصل از آن توربین را می‌چرخاند | متداول‌ترین نوع در جهان |
| فلش (بخار سریع) | آب بسیار داغ تحت فشار بالا | با کاهش فشار، بخشی از آب به سرعت به بخار تبدیل شده و توربین را می‌چرخاند | منابع با آب بسیار داغ |
کاربردهای انرژی زمین‌گرمایی در زندگی روزمره
تولید برق تنها کاربرد این انرژی نیست. از گرمای زمین می‌توان به طور مستقیم برای گرمایش نیز استفاده کرد. این کاربردها را می‌توان در مکان‌های مختلف دید:
- گرمایش گلخانه‌ها: در بسیاری از کشورهای سرد مانند ایسلند، از آب گرم طبیعی زمین برای گرم کردن گلخانه‌ها استفاده می‌شود تا در طول زمستان هم بتوان میوه‌ها و سبزیجات تازه پرورش داد.
- گرمایش استخرهای شنا: برخی از استخرهای عمومی و خصوصی به جای استفاده از بخاری‌های برقی یا گازی، از آب گرم زمین برای گرم کردن آب استخر استفاده می‌کنند که بسیار کم‌هزینه‌تر است.
- گرم کردن خانه‌ها و ساختمان‌ها: در شهرهایی که منبع زمین‌گرمایی در دسترس است، آب گرم از طریق لوله‌کشی به داخل خانه‌ها و ادارات فرستاده می‌شود و مانند یک شوفاژ مرکزی عمل می‌کند.
- پرورش ماهی: آب‌های گرم شده با این انرژی، محیط ایده‌آلی برای پرورش ماهی‌هایی مانند قزل‌آلا فراهم می‌کنند.
مزایا و چالش‌های استفاده از انرژی زمین‌گرمایی
مانند هر منبع انرژی دیگری، زمین‌گرمایی نیز نقاط قوت و ضعفی دارد. در جدول زیر این موارد با هم مقایسه شده‌اند:
| مزایا (نقاط قوت) | چالش‌ها (نقاط ضعف) |
|---|---|
| منبع پاک هیچ گاز گلخانه‌ای یا دودی تولید نمی‌کند. |
وابستگی به مکان فقط در مناطقی که منابع زمین‌گرمایی نزدیک سطح هستند، امکان‌پذیر است. |
| همیشه در دسترس برخلاف خورشید و باد، این انرژی 24 ساعته و در تمام روزهای سال در دسترس است. |
هزینه اولیه بالا حفر چاه‌های عمیق بسیار پرهزینه است. |
| فضای کم نیروگاه زمین‌گرمایی نسبت به یک نیروگاه خورشیدی با توان مشابه، فضای بسیار کمتری اشغال می‌کند. |
آلودگی احتمالی آب‌های زیرزمینی در صورت اجرای نادرست، ممکن است مواد شیمیایی موجود در اعماق زمین به منابع آب آشامیدنی نشت کند. |
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
بله، معمولاً بله. زیرا گرمای درون زمین آنقدر عظیم است که برداشت انسان تأثیر چندانی بر آن ندارد. البته اگر آب داغ را سریع‌تر از اینکه طبیعت بتواند آن را جایگزین کند، برداشت کنیم، آن منبع خاص ممکن است موقتاً تمام شود. به همین دلیل است که آب استفاده شده دوباره به درون زمین تزریق می‌شود تا چرخه پایدار بماند.
این یک نگرانی واقعی اما اغلب کوچک است. تزریق آب به سنگ‌های داغ زیرزمینی گاهی می‌تواند باعث لغزش سنگ‌ها و ایجاد لرزه‌های بسیار خفیف (که اغلب حتی احساس نمی‌شوند) شود. مهندسان با دقت مکان تزریق و فشار آب را کنترل می‌کنند تا این ریسک را به حداقل برسانند.
بله! ایران دارای پتانسیل خوبی در زمینه انرژی زمین‌گرمایی است. مناطقی مانند دماوند، سبلان، سهند و خوی به دلیل فعالیت‌های آتشفشانی، جزو مناطق مستعد برای بهره‌برداری از این انرژی هستند. اگرچه هنوز نیروگاه بزرگ زمین‌گرمایی در ایران نداریم، اما مطالعات و اکتشافات در این زمینه ادامه دارد.
پاورقی
1انرژی زمین‌گرمایی (Geothermal Energy): انرژی گرمایی که درون زمین ذخیره شده است.
2نیروگاه زمین‌گرمایی (Geothermal Power Plant): تأسیساتی که انرژی گرمایی زمین را به انرژی الکتریکی (برق) تبدیل می‌کند.
3توربین (Turbine): یک وسیله مکانیکی چرخنده که انرژی یک سیال (مانند بخار) را به حرکت دورانی تبدیل می‌کند.
4ژنراتور (Generator): دستگاهی که انرژی مکانیکی (چرخش) را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.
5برج خنک‌کننده (Cooling Tower): سازه‌ای که برای خنک کردن آب یا بخار با تبادل حرارت با هوا استفاده می‌شود.
