البراكين والسخانات دليل على وفرة الطاقة الموجودة تحت سطح الأرض. يأتي ما يصل إلى 5% من الكهرباء في كاليفورنيا من تسخير طاقة باطن الأرض، والمعروفة باسم الطاقة الحرارية الأرضية. في هذه المدونة، نوضح في هذه المدونة أساسيات كيفية تسخير الطاقة الحرارية الأرضية وتحويلها إلى طاقة كهربائية متجددة.
ما هي الطاقة الحرارية الأرضية؟
الطاقة الحرارية الأرضية هي الطاقة الحرارية المتولدة داخل الأرض. تتحلل العناصر المشعة باستمرار داخل لب الأرض ووشاحها. وتنتج هذه العملية الحرارة التي تشع نحو سطح الأرض. وخلال هذه العملية، تلتقي الحرارة مع مستودعات الطاقة الحرارية الأرضية الطبيعية، والتي غالبًا ما تحتوي على الماء الساخن أو البخار. نستخدم هذه الموارد الحرارية المائية لتسخير الطاقة الحرارية الأرضية.
مزايا الطاقة الحرارية الأرضية
- وهي قابلة للتجديد وذات بصمة كربونية منخفضة.
- على عكس مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة مثل الرياح والطاقة الشمسية، يمكن أن توفر طاقة مستقرة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، وبالتالي فهي مورد الحمل الأساسي.
- ومع تطويرنا لتقنيات أكثر تقدماً، فإن صناعة الطاقة الحرارية الأرضية لديها إمكانات للنمو والاستكشاف.
عيوب الطاقة الحرارية الأرضية
- موقع محطات الطاقة الحرارية الأرضية مقيد لأن المحطات تعتمد على خزانات الطاقة الحرارية الأرضية.
- يمكن أن يتسبب الحفر تحت الأرض في بعض الأحيان في إطلاق غازات الدفيئة المحتبسة. تساعدنا محطات الطاقة الأحدث ذات الدورة الثنائية على تجنب هذا الخطر.
كيف يتم تحويل الطاقة الحرارية الأرضية إلى كهرباء؟
تعمل محطات الطاقة الحرارية الأرضية على الموارد المائية الحرارية، مثل الماء والبخار. وللوصول إلى هذه الموارد، تقوم محطات الطاقة الحرارية الأرضية بالحفر في خزانات الطاقة الحرارية الأرضية تحت الأرض. يتم نقل الموارد الحرارية المائية إلى السطح، حيث يتم استخدامها لتدوير توربينات متصلة بمولد. والأنواع الثلاثة الرئيسية لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية هي البخار الوامض والبخار الجاف والدورة الثنائية.
فلاش ستيم
محطات البخار الوامض هي أكثر أنواع محطات الطاقة الحرارية الأرضية شيوعاً. وهي تستخدم خزانات تحت الأرض من المياه شديدة السخونة وعالية الضغط. ويدفع الضغط الماء إلى السطح، حيث يتم تجميعه في خزان فلاش ويغلي إلى بخار يقوم بتدوير توربين. ويتم إعادة أي مياه متبقية إلى الخزان الجوفي.
(الرسم البياني: إدارة معلومات الطاقة الأمريكية)
البخار الجاف
تستخدم محطات البخار الجاف البخار مباشرة من الخزان الجوفي لتدوير التوربينات. ويتم تكثيف البخار المتبقي وإعادته إلى الخزان على شكل ماء. كانت أول محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية محطة بخار جاف.
دورة ثنائية
وتستخدم محطات الدورة الثنائية الماء الساخن من الخزان لتسخين سائل ثانوي بنقطة غليان منخفضة. ويُستخدم البخار من هذا السائل الثانوي لتدوير توربين. لا يلتقي الماء الساخن الحراري الأرضي مباشرة بالسائل الثانوي أو التوربين. محطات الدورة الثنائية هي أحدث أنواع محطات الطاقة الحرارية الأرضية. يمكن أن تعمل في درجات حرارة منخفضة وهي أكثر صداقة للبيئة.
أين توجد محطات الطاقة الحرارية الأرضية؟
تعتمد محطات الطاقة الحرارية الأرضية على المكامن الحرارية الأرضية القريبة من سطح الأرض. وغالباً ما توجد المكامن في المناطق الحرارية الأرضية النشطة على طول حدود الصفائح التكتونية. وتشمل المناطق حلقة النار والنقاط الساخنة في جميع أنحاء العالم من أيسلندا إلى إندونيسيا. يمكن للجيولوجيين اختبار المكامن الحرارية الأرضية عن طريق الحفر في الأرض وقياس درجة الحرارة.
ما هي المضخات الحرارية الحرارية الأرضية؟
المضخات الحرارية هي طريقة أخرى لاستخدام طاقة الطاقة الحرارية الأرضية. تساعد المضخات الحرارية الأرضية في الحفاظ على درجة حرارة ثابتة من خلال نقل الحرارة بين المبنى والأرض. تقوم هذه الأنظمة بتدوير المياه أو المبردات من خلال أنبوب طويل ملتف تحت الأرض. عندما تكون المضخة في وضع التدفئة، تنتقل الحرارة من الأرض إلى المبنى. وعندما تكون المضخة في وضع التبريد، تُضخ الحرارة إلى الأسفل وتخرج إلى الأرض. المضخات الحرارية الأرضية صديقة للبيئة وموفرة للطاقة.
(الرسم البياني: وكالة حماية البيئة)
حقائق ممتعة
- إن محطة لارديريلو لتوليد الكهرباءبُنيت في إيطاليا عام 1911، وكانت أول محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية في العالم. ولا تزال المحطة تولد الطاقة حتى يومنا هذا.
- ونظراً لموقعها فوق صدع قاري، تتمتع آيسلندا بوفرة في موارد الطاقة الحرارية الأرضية وأصبحت رائدة في مجال الطاقة الحرارية الأرضية. وتمثل الطاقة الحرارية الأرضية 661 تيرابايت و50 تيرابايت من استخدام الطاقة الأولية في البلاد.
- أكبر محطة للطاقة الحرارية الأرضية في العالم هي محطة مجمع السخانات الجوفية الحرارية الأرضية في شمال كاليفورنيا
