انرژی‌های زمین گرمایی

توجه به انواع انرژی‌های غیر وارداتی و متفاوت از سوخت فسیلی نکته‌ای است که در بسیاری از کشورهای دنیا مبنای برنامه ریزی‌های بلند مدت قرار گرفته است.

از سوی دیگر با افزایش بحران آلاینده‌های ناشی از سوخت‌های فسیلی، توجه به فاکتورهای زیست محیطی توسط ارگان‌ها و نهادهای بین‌المللی و نیز توجه برنامه ریزان به استفاده از انرژی تجدیدپذیر موجب گردیده تا امروزه به این مباحث با جدیت بیشتری پرداخته شود. انرژی زمین گرمایی نیز یکی از منابع انرژی‌های تجدید پذیر می‌باشد.

منابع گوناگون انرژی است که حیات و زندگی را برای ما و دیگر موجودات زنده را امکان‌پذیر می‌کند. همان طور که می‌دانیم انسان همواره نیازمند انرژی بوده و می‌باشد. با بهره برداری از معادن، انسان به انرژی زغال سنگ، که مقدمه‌ایی برای آغاز انقلاب صنعتی بود، دست یافت و با استفاده از سایر انرژی‌های فسیلی (نفت و گاز) در سال‌های بعد، شرایط لازم را برای توسعه صنعت، احداث شهرهای بزرگ و... به دست آورد.

اصطلاح زمین گرمایی ترجمه واژه Geothermal است که ریشه یونانی داشته و از کلمات Geo به معنای زمین و Thermal به معنی حرارت تشکیل شده است.

انرژی زمین گرمایی، انرژی موجود در عمق زمین است که از انرژی خورشیدی که در طول هزاران سال در داخل زمین ذخیره شده؛ همچنین فروپاشی یا زوال ایزوتوپ‌های اورانیوم رادیو اکتیویته، توریم و پتاسیم در طی سالیان دراز در عمق زمین نشأت گرفته است که عمدتاً در نواحی زلزله‌خیز، آتشفشانی جوان و صفحات تکتونیکی زمین متمرکز شده است.

زمین منبع عظیمی از انرژی است به طوری که حرارت در هسته آن بیش از 5000 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. حرارت زمین به طرق مختلف از جمله فوران آتشفشان – چشمه‌های آب گرم- آبفشان ها و گلفشان ها در اثر کاهش چگالی زمین و خاصیت رسانایی از بخش‌هایی از زمین به سطح آن هدایت می‌شوند.

درجه حرارت زمین با توجه به عمق آن به صورت غیر خطی زیاد می‌شود. (با تقریب خطی هر 100 متر 3 درجه سانتی‌گراد) انرژی حرارتی ذخیره شده در 11 کیلومتر فوقانی پوسته زمین معادل پنجاه هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته شده امروز جهان است. انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژی‌های تجدید پذیر محدود به فصل، محدود به زمان و شرایط خاصی نبوده، بلکه بدون وقفه قابل بهره برداری می‌باشد. 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.

چگونه انرژی گرمایی زمین به سطح زمین انتقال می یابد؟

گرما از هسته‌ی زمین به طور پیوسته به طرف خارج حرکت می‌کند. این جریان از طریق انتقال و هدایت گرمایی، گرما را به لایه‌های سنگی مجاور (جبه) می‌رساند. وقتی درجه‌ی حرارت و فشار به اندازه‌ی کافی بالا باشد، بعضی از سنگ‌های جبه ذوب می‌شوند و ماگما به وجود می‌آید. سپس به دلیل سبکی و تراکم کمتر نسبت به سنگ‌های مجاور، ماگما به طرف بالا منتقل می‌شود و گرما را در جریان حرکت، به طرف پوسته‌ی زمین حمل می‌کند.

گاهی اوقات، ماگمای داغ به سطح زمین می‌رسد و گدازه را به وجود می‌آورد؛ اما بیشتر اوقات، ماگما در زیر سطح زمین باقی می‌ماند و سنگ‌ها و آب‌های مجاور را گرم می‌کند. این آب‌ها بیشتر منشاء سطحی دارند و حاصل آب بارانی هستند که به اعماق زمین نفوذ کرده است. بعضی از این آب‌های داغ از طریق گسل‌ها و شکست های زمین به طرف بالا حرکت می‌کنند و به سطح زمین می‌رسند که به عنوان چشمه‌های آب گرم و آبفشان شناخته می‌شوند. درنهایت بیشتر این آب‌ها در اعماق زمین، در شکاف‌ها و سنگ‌های متخلخل محبوس می‌مانند و منابع زمین گرما را به وجود می‌آورند.

چه مکان‌هایی برای استفاده از انرژی زمین گرمایی مناسب است؟

مناطق دارای چشمه‌های آب گرم و آبفشان ها، اولین مناطقی هستند که در آن‌ها انرژی زمین گرمایی مورد بهره برداری قرار گرفته و توسعه یافته است. در حال حاضر، تقریباً تمام نیروی الکتریسیته حاصل از انرژی زمین گرمایی از چنین مکان‌هایی به دست می‌اید.

در بعضی از مناطق، تزریق ماگما به درون پوسته‌ی زمین، به اندازه‌ی کافی جدید و هنوز خیلی داغ است. در این نواحی، درجه‌ی حرارت سنگ ممکن است به 300 درجه‌ی سانتی‌گراد برسد و مقادیر عظیمی انرژی گرمایی فراهم کند.

بنابراین، انرژی زمین گرمایی در مکان‌هایی که فرایندهای زمین شناسی اجازه داده‌اند ماگما تا نزدیکی سطح زمین بالا بیاید، یا به صورت گدازه جریان یابد، می‌تواند تشکیل شود. ماگما نیز در سه منطقه می‌تواند به سطح زمین نزدیک شود:

1- محل برخورد صفحات قاره‌ای و اقیانوسی (فرورانش)؛ مثلاً حلقه‌ی آتش دور اقیانوس آرام.

2- مراکز گسترش؛ محلی که صفحات قاره‌ای از هم دور می‌شوند، نظیر ایسلند و دره‌ی کافتی آفریقا.

3- نقاط داغ زمین؛ نقاطی که ماگما را پیوسته از جبه به طرف سطح زمین می‌فرستند و ردیفی از آتشفشان را تشکیل می‌دهند.