بهره برداری از انرژی زمین گرمایی

بنابراین در برنامه‌ها و سیاستهای بین‌المللی در راستای توسعه پایدار جهانی، نقش ویژه‌ای به منابع تجدیدپذیر انرژی محول شده است. یکی از اصلی‌ترین مشکلهای انسان در قرن بیست و یکم توسعه‌ی منابع انرژیهای نو و تجدیدپذیر است. در این راستا کشورهای مختلف جهان به انرژیهای نو همچون انرژی زمین گرمایی، باد، انرژی خورشیدی و بیوماس و.... روی آورده‌اند.

امروزه تولید انرژی به کمک منابع سوختهای فسیلی یا نیروگاههای هسته‌ای با آلودگی قابل ملاحظه‌ی محیط زیست همراه است، ولی این منابع انرژی علاوه بر تجدیدپذیر بودن در مقایسه با سوختهای فسیلی، آلایندگی کمتری دارد. یکی از این منابع تأمین انرژی، انرژی زمین گرمایی است.

بشر تاکنون موفق به دستیابی مستقیم به حرارت هسته‌ی زمین نشده ولی در استفاده از مراکز انرژی پرحرارت موجود در اعماق نزدیکتر به سطح زمین موفق بوده است. هر چه به اعماق زمین نزدیکتر می‌شویم، حرارت آن افزایش می‌یابد؛ به طوری‌که این حرارت در هسته‌ی زمین به بیش از پنج هزار درجه سانتیگراد می‌رسد.

این حرارت به روشهای متفاوتی از جمله فورانهای آتشفشانی، آبهای موجود در درون زمین و یا بواسطه‌ی خاصیت رسانایی از بخشهایی از زمین به سطح آن هدایت می‌شود. به آبهای داغ و بخاراتی که در قسمتهای با عمق کم یا متوسط پوسته زمین (٤٥٠٠-١٠٠متر) و یا در درون گسلها یا خلل و فرج سنگهای متخلخل قرار گرفته‌اند، منابع زمین گرمایی می‌گویند. این منابع بیش از ٩٠ درصد منابع انرژی زمین گرمایی را تشکیل می‌دهند.

از انرژی «سیال داغ» این نوع از منابع، می‌توان بطور مستقیم برای کاربردهای حرارتی (و بطور غیرمستقیم) در تولید برق استفاده کرد. قرار گیری ایران در مرزهای تکتونیکی از نیروهای عظیم نهفته در کالبد ایران حکایت دارد. قرارگرفتن در کمربند تکتونیکی حاشیه‌ی صفحات باعث شده است که گستره‌ی ایران از لحاظ زمین ساختاری بسیار فعال باشد.

معمولاً وقتی راجع به منابع ژئوترمال سخن می‌گوییم، منظور بخشی از منابع ژئوترمال است که قابل دسترسی باشد؛ بدین معنا که کل انرژی حرارتی ذخیره شده بین سطح زمین و عمق معینی در پوسته‌ی آن که مقدار تقریبی آن با توجه به میانگین سالیانه‌ی دمای محل؛ مورد استفاده برای تامین انرژی قرار می‌گیرد.

در کشور ایران، به منظور برنامه‌هایی برای دستیابی به اطلاعات و فناوریهای روز جهان درباره استفاده ازمنابع انرژی زمین گرمایی، پتانسیل سنجی و اجرای پروژه‌های متعدد، برنامه احداث نیروگاههای زمین گرمایی در مشگین شهر از حدود ١٠ سال پیش، وارد مرحله‌ی اکتشاف  شده و پس از آن کارهای ژئوفیزیک و ژئوشیمی محدوده مخزن زمین گرمایی مشخص شد.

هر کدام از چاههای حفر شده به طور متوسط قادر به تولید پنج مگاوات برق هستند. باتوجه به لزوم افزایش ظرفیت نصب شده نیروگاهی ٢٩,٠٠٠ مگاواتی فعلی به  ٩٠.٠٠٠ مگاوات در سال ٢٠٢٠ به نظر می‌رسد بهره‌برداری از انرژیهای تجدیدپذیر به منظور تغییر در سبد انرژی اجتناب ناپذیر باشد.

به همین خاطر بکارگیری انرژی ژئوترمال حداقل در نواحی شمال غربی کشور می‌تواند به عنوان گزینه‌ای به منظور «تغییر کاربری» سوختهای فسیلی مطرح شود و این نکته آنجا حائز اهمیت مضاعف می‌شود که باوجود همه فعالیتهای عمرانی صورت پذیرفته در سنوات پس از انقلاب، ظرفیت نصب شده نیروگاهی کشور صرفا ٢٢,٠٠٠ مگاوات افزایش یافته است.مناقصه تامین توربین زمین‌گرمایی مشگین شهر انجام شد که از مجموع پنج شرکت کننده در مناقصه، مدارک دو شرکت ایرانی تکمیل و به مشاور طرح تحویل داده شده است.

در تولید برق از انرژی زمین‌گرمایی معمولاً میزان سرمایه‌گذاری اولیه برای انجام اکتشافها مربوطه و نصب نیروگاه نسبت به نیروگاههای دیگر بالاتر است. اما به دلیل پایین بودن هزینه‌های تعمیر و نگهداری و نیاز نداشتن به سوخت در حین بهره‌برداری از نیروگاه، عملاً «قیمت تمام شده برق» در نیروگاههای زمین‌گرمایی با نیروگاههای متعارف سوخت فسیلی قابل مقایسه و از انواع دیگر انرژیهای نو به مراتب ارزان‌تر است.

کشور ما با به نتیجه رسیدن یک طرح سخت و طولانی به نهمین عضو باشگاه جهانی دارای فناوری تأمین انرژی زمین گرمایی (ژئوترمال) اضافه شده است. هر پروژه زمین‌گرمایی دارای هزینه سرمایه‌گذاری خاص خود برای توسعه و بهره‎برداری است.بطور کلی هزینه‎های بهره‎برداری از منابع انرژی زمین‌گرمایی به دو بخش عمده تقسیم می‌شوند: ١- هزینه‌های مرحله اکتشافی، ٢- هزینه‌های نصب نیروگاه.

پس از اتمام این مطالعه‌ها، احتمال موفقیت در دستیابی به یک مخزن قابل بهره‎برداری، حدود ٣٠ درصد است و هزینه متعارف این نوع مطالعات در دنیا ٣٠٠ هزار دلار برآورد شده است.پروژه تولید ٥ مگاوات برق از انرژی گرمایی زمین در مشگین شهر تاکنون ٨٠ میلیارد تومان هزینه برده است. برآوردهای سانا (سازمان انرژیهای نو ایران)  نشان می‌دهد در آینده برای رسیدن به تولید ٣٠ مگاوات برق؛ به حدود  ٢٥٠  میلیارد تومان بودجه نیاز است.

سوابق جهانی

نخستین چاههای ژئوترمال در سال ١٩١٩ در ژاپن و در سال ١٩٢١ در کالیفرنیا حفر شدند. هم‌اکنون ایسلند در حال ساخت یک پایگاه هیدروژنی با بهره‌گیری از ذخایر عظیم انرژی هیدرولیک (آب ـ برق) و زمین گرمایی است.

ساخت این تأسیسات، الگویی برای تولید هیدروژن به روش الکترونیکی از آب (انرژی پاک و تجدیدپذیر) است. مناطق ساحلی اقیانوس آرام، کشورهای حاشیه آن و جزیره هاوایی، بزرگ ترین منابع انرژی ژئوترمال دنیا هستند.

درحال حاضر، بزرگترین نیروگاه ژئوترمال دنیا در «گی ستر» کالیفرنیا و جزیره‌ی آتشفشانی «کیلائوآ» در هاوایی قرار دارند، اما تنها ٠,٦  درصد از برق تولید شده را در بر می‌گیرند.براساس آمار منتشر شده در سال جاری میلادی، هزینه استفاده از انرژی زمین گرمایی برحسب سنت بر کیلووات ساعت، بسیار به هزینه برق حاصل از سوختهای فسیلی نزدیک است.

براساس گزارش ارائه شده در سال ٧٧ توسط سازمان انرژیهای نو ایران، مناطق تفتان و بزمان، طبس، شیراز، مرکزی، منطقه غرب، منطقه مشهد، نیشابور، سبزوار، قوچان، بجنورد، گرگان، بستک، لار، زابل، خاش، سیرجان، زاهدان، رامسر مناطق مستعد تولید برق از انرژی گرمای زمین هستند.

نیروگاه زمین گرمایی طبس نیز هم‌اکنون در فاز مطالعاتی قرار دارد و به زودی به مرحله اجرا در می‌آید. تاکنون پروژه‌های متنوعی در خصوص شناسایی مناطق مذکور در کشور طراحی و اجرا شده است، یکی از مهمترین دست آوردهای پروژه‌های یاد شده، توجیه‌پذیری اجرای پروژه‌های پتانسیل سنجی منابع زمین گرمایی در  چند استان کشور، در حال پیگیری است از  جمله:

ـ اکتشاف اولیه انرژی زمین گرمایی در استان خراسان.

- بررسی ظرفیت انرژی زمین گرمایی در منطقه دماوند.

- پتانسیل سنجی انرژی زمین گرمایی در منطقه محلات.

-  اکتشاف مقدماتی منابع انرژی زمین گرمایی در استان آذربایجان غربی.

- مطالعات اکتشافی سطح الارضی تکمیلی در منطقه زمین گرمایی محلات.

بررسی‌های ژئوشیمیای رخساره‌های گرمایی اطلاعات بسیاری در مورد فعالیت آتشفشانی و روابط بین سیستمهای زمین گرمابی و سیستم‌های ساختاری آتشفشان و گسترش فعالیت آن با زمان در اختیار ما قرار می‌دهد.

وضع پمپ حرارتی زمین گرمائی در ایران و جهان

با نصب سامانه زمین گرمایی در یک هتل، می‌توان مصرف سوخت فسیلی را به طور کامل حذف کرد و سالانه ٧٣٣ تن از انتشار گاز دی اکسید کربن کاست که این رقم معادل جذب دی اکسید کربن به وسیله ٦٧ هکتار جنگل است و نصب این سامانه هم  کاهش خالص مصرف ١٥٣ مگاوات ساعت برق در سال را به دنبال دارد.

در حال حاضر با استفاده از فناوریهای جدید، امکان نصب مبدل در داخل چاه نیز فراهم بوده و به این ترتیب مشکل دفع و تزریق مجدد سیال زمین گرمایی به داخل زمین نیز برطرف شده است. با این روش آب تمیز شهری به پمپ به داخل شبکه لوله‌های مبدل درون چاهی تزریق شده و آب گرم فاقد هرگونه آلودگی برای مصرف گوناگون از چاه استخراج می‌شود.

در حال حاضر بزرگترین و مهمترین طرح استفاده از انرژی زمین گرمایی برای گرمایش منطقه‌ای در کشور ایسلند، شهر ریکیاویک، پایتخت کشور ایسلند وجود دارد.در این کشور از سیستم گرمایش ناحیه‌ای زمین گرمایی آبگرم مصرفی بیش از ١٨٠ هزار نفر از چند میدان زمین گرمایی با دمای حدود ٨٠ درجه سانتیگراد تأمین می‌شود.

در ایران نیز مطالعه گسترده بر روی پمپ حرارتی زمین گرمایی از سال ١٣٨٠ در معاونت امور انرژی آغاز  و این مطالعات منجر به تغییر یک کولر گازی به پمپ حرارتی زمین گرمائی شد. در ایران پمپ حرارتی زمین گرمایی در پنج شهر مختلف آب و هوایی که دارای اقلیم مختلف هستند نصب و راه‌اندازی شده است. این پنج شهر عبارت است از: مشکین شهر، طالقان، رشت، اهواز و بندرعباس. همچنین  نخستین سامانه «هیت پمپ» نیز در آینده نزدیک به بهره‌برداری می‌رسد.

استفاده از سامانه‌های هیت پمپ می‌تواند در صرفه‌جویی برق و سوخت تأثیرگذار باشد. حفظ محیط زیست، صرفه‌جویی در مصرف انرژی، تأمین سرمایش و گرمایش از مزایای استفاده از طرحهای سامانه تهویه مطبوع در کشور است، با استفاده از این سامانه‌ها تنشهای تحمیلی به شبکه برق به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

دانش فنی طراحی و اجرای این سامانه‌ها در کشور وجود دارد و اگر مزیتهای اقتصادی و رقابت‌پذیری آن حل شود، به‌ راحتی می‌توان این سامانه‌ها را اجرا کرد. سامانه‌های تهویه مطبوع زمین گرمایی در سطح جهان به سرعت در حال فراگیر شدن است و در پنج سال گذشته بالاترین نرخ رشد را در میان تمام سامانه های انرژی تجدیدپذیر دارا بوده‌اند.

الهه زارعی ـ کارشناسی ارشد زمین شناسی