بشكل عام تم استخدام الطاقة الحرارية الأرضية منذ آلاف السنين في بعض البلدان لأغراض الطهي والتدفئة، وهي ببساطة طاقة مشتقة من الحرارة الداخلية للأرض، حيث أن هذه الطاقة الحرارية موجودة في الصخور والسوائل تحت القشرة الأرضية، كما يمكن العثور عليها من الأرض الضحلة إلى عدة أميال تحت السطح وحتى أبعد من ذلك إلى الصخور المنصهرة شديدة الحرارة التي تسمى الصهارة.
ما هي الطاقة الحرارية الأرضية؟
هي عبارة عن حرارة مشتقة من تحت سطح الأرض، حيث يحمل الماء أو البخار الطاقة الحرارية الأرضية إلى سطح الأرض، واعتماداً على خصائصها يمكن استخدام الطاقة الحرارية الأرضية لأغراض التدفئة والتبريد أو تسخيرها لتوليد كهرباء نظيفة، ومع ذلك بالنسبة للكهرباء يوجد هناك حاجة لتوليد موارد درجة حرارة عالية أو متوسطة، والتي تقع عادة بالقرب من المناطق النشطة تكتونياً.
ما هي أنواع محطات الطاقة الحرارية الأرضية؟
عادةً تتكون محطات الطاقة الحرارية الأرضية من ثلاثة أنواع رئيسية وهم: محطات توليد الطاقة ذات الدورة الثنائية ومحطات توليد الطاقة بالبخار الجاف ومحطات توليد الطاقة البخارية السريعة، وتشترك هذه الأنواع الثلاثة من محطات الطاقة الحرارية الأرضية في شيء واحد وهو أنهم يستخدمون توربينات بخارية لإنتاج الكهرباء، وهذا المفهوم مشابه إلى حد كبير لمحطات الطاقة الحرارية الأخرى التي تستخدم مصادر بديلة للطاقة بخلاف الطاقة الحرارية الأرضية مثل طاقة الرياح.
– فيما يلي أنواع محطات الطاقة الحرارية الأرضية:
محطات توليد الطاقة بالبخار الجاف:
تستخدم محطات الطاقة الحرارية الأرضية هذه البخار الجاف لتوليد الكهرباء، حيث أن البخار الجاف هو في الأساس بخار الماء أو ربما الماء في الحالة الغازية، وفي هذا النوع تحفر شركات محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية بئرين منفصلين في خزان الماء شديد السخونة تحت سطح الأرض وهما بئر الإنتاج وبئر الحقن، حيث يستخرج بئر الإنتاج البخار بدرجة حرارة لا تقل عن 150 درجة مئوية (300 درجة فهرنهايت) من خزان الماء الساخن أدناه وتوجهه إلى التوربين.
ويدير البخار التوربين الذي يدير عموداً متصلاً بمولد، ومع الدوران يقوم المولد بتحويل الطاقة إلى كهرباء، والتي تمر عبر خطوط الطاقة إلى شبكة كهرباء ويتم توفيرها في النهاية إلى المنازل والمؤسسات والصناعات، كما يجد البخار المستخدم طريقه إلى المكثف، حيث يتم تحويله إلى ماء ويتم إرجاعه إلى خزان الماء الساخن عبر بئر الحقن وتستمر الدورة.
محطات توليد الطاقة البخارية السريعة
وفي هذا النوع يتم استخدام السوائل الحرارية التي عادةً ما تكون فوق 360 درجة فهرنهايت (182 درجة مئوية) في محطات الفلاش لتوليد الكهرباء، حيث يتم رش السائل في خزان تحت ضغط أقل بكثير من ضغط السائل، مما يتسبب في تبخر بعض السائل بسرعة أو “وميض”، ومن ثم يقوم البخار بعد ذلك بتشغيل التوربين والذي يقوم بتشغيل المولد، وإذا بقي أي سائل في الخزان فيمكن وميضه مرة أخرى في الخزان الثاني (وميض مزدوج) لاستخراج المزيد من الطاقة.
وبشكل عام أن محطات توليد الطاقة البخارية السريعة هي أكثر أنواع محطات الطاقة الحرارية الأرضية شيوعاً في العالم الحديث، حيث كانت محطة (Wairakei Power) التي تم بناؤها في عام 1958 في نيوزيلندا على سبيل المثال أول محطة طاقة حرارية أرضية تستخدم بخار فلاش.
محطات توليد الطاقة ذات الدورة الثنائية
تحتوي معظم المناطق الحرارية الأرضية على مياه معتدلة الحرارة (أقل من 400 درجة فهرنهايت)، ويتم استخراج هذه الطاقة من هذه السوائل في محطات توليد الطاقة ذات الدورة الثنائية، وذلك من خلال مائع حراري ساخن وسائل ثانوي مع نقطة غليان أقل بكثير من الماء الذي يمر عبر مبادل حراري، حيث تتسبب الحرارة الناتجة عن السائل الحراري الأرضي في وميض السائل الثانوي إلى بخار والذي بدوره يقود التوربينات.
كما تتيح محطة توليد الطاقة هذه استخدام الخزانات الحرارية الأرضية الأكثر برودة، وهي على عكس محطات الطاقة البخارية والبخار الجاف، ومع ذلك مع محطات توليد الطاقة ذات الدورة الثنائية تستخدم الشركات المضخات لضخ الماء الساخن من خزان الماء الساخن من خلال بئر الإنتاج ويُسمح للمياه الباردة قليلاً بالعودة إلى الخزان، ويتم ضخ مائع منفصل مع نقطة غليان منخفضة يعرف بالسائل الثنائي، وهو عادة هيدروكربون بنتان أو بيوتان عند ضغط عالٍ إلى حد كبير عبر المبادل الحراري.
ونظراً لأن هذا النظام ذو حلقة مغلقة فإنه لا ينبعث منه ملوثات إلى الغلاف الجوي، كما تعتبر المياه ذات درجة الحرارة المعتدلة إلى حد بعيد بإنها المورد الأكثر شيوعاً للطاقة الحرارية الأرضية، وستكون معظم محطات الطاقة الحرارية الأرضية في المستقبل محطات ثنائية الدورة.
