ما هي الطاقة الحرارية الجوفية؟
يُنظر إلى الطاقة الحرارية الجوفية على أنها أحد البدائل لاستخدام الوقود الأحفوري لتوليد الكهرباء
صورة Payal Mehta بواسطة Pixabay
الطاقة الحرارية الأرضية هي نوع من الطاقة المتجددة التي يتم الحصول عليها من الحرارة القادمة من باطن الأرض. تتم عملية تسخير هذه الطاقة من خلال ثقوب كبيرة في الأرض ، لأن حرارة كوكبنا تقع تحت سطح الأرض. من أصل يوناني ، تتكون كلمة "حرارة الأرض" من المصطلحات الجغرافي، وهو ما يعني الأرض ، و ثيرمالذي يتوافق مع درجة الحرارة.
يمكن استخدام مصدر الطاقة هذا بشكل مباشر (دون الحاجة إلى إنتاج الطاقة في محطات توليد الطاقة ، باستخدام الحرارة الناتجة عن الأرض فقط) أو بشكل غير مباشر (عندما يتم إرسال الحرارة إلى صناعة تحولها إلى طاقة كهربائية). يمكن استخدام الطاقة الحرارية الأرضية لتسخين المياه في المناطق السكنية أو حتى المدن بأكملها خلال فصل الشتاء. يمكن استخدامه أيضًا لإنتاج الحرارة وللاستخدام في السخانات أو الأجهزة الحرارية في البيوت البلاستيكية أو مناطق الصيد أو المناطق الترفيهية.
في البرازيل ، تُستخدم الطاقة الحرارية الأرضية فقط في مناطق الترفيه. مدينتان تستخدمان مصادرهما الحرارية للسياحة هما Poços de Caldas (MG) و Caldas Novas (GO). تعتمد هذه المواقع على ظهور المياه التي يتم تسخينها بواسطة عملية الطاقة الحرارية الأرضية. بالإضافة إلى ارتفاع درجات الحرارة ، تحتوي هذه المياه على كميات كبيرة من المعادن المفيدة للبشرة والجسم كله ، مثل البوتاسيوم والسيلينيوم والكالسيوم والزنك والكلوريدات والمغنيسيوم.
هيكل الأرض
الأرض مغطاة بقشرة الأرض ، وهي طبقة رقيقة من الصخور توجد فوق الوشاح ، وهي طبقة ذات عمق كبير وتتكون أساسًا من الصهارة. نتيجة لعملية الصهر ، هذه المادة عبارة عن خليط من الصخور في حالة سائلة أو عجين ، والغازات المذابة والبلورات.
تتجلى كل هذه الحرارة الداخلية في بعض مناطق السطح ، عادة في الانفجارات البركانية أو الشقوق الجيولوجية أو مناطق التسخين الداخلي ، مما يتسبب في ظهور السخانات البخارية والينابيع الساخنة.
النباتات الجوفية
تعمل محطات الطاقة الحرارية الأرضية على تحويل الطاقة الحرارية الأرضية التي يتم الحصول عليها من الحرارة القادمة من باطن الأرض إلى كهرباء ، ويتم تركيبها بالقرب من المناطق التي توجد بها كمية كبيرة من البخار والمياه الساخنة. وبهذه الطريقة ، توفر الخزانات الحرارية الأرضية الطاقة اللازمة لتشغيل مولدات التوربينات ، وإنتاج الكهرباء. تم بناء أول محطة للطاقة الحرارية الأرضية في إيطاليا عام 1904.
كيف يتم إنتاج الطاقة الحرارية الجوفية؟
محطات الطاقة الحرارية الأرضية هي المسؤولة عن تحويل الحرارة الداخلية للأرض إلى طاقة كهربائية. تتمثل الخطوة الأولى في هذه العملية في التقاط الماء الساخن أو البخار داخل الأرض من خلال أنابيب مصممة خصيصًا. ثم يتم توجيه هذا البخار إلى النباتات ، حيث يتم إطلاقه تحت ضغط قوي. عند إطلاقه ، يحرك البخار التوربينات التي تدور ميكانيكيًا. أخيرًا ، تقوم التوربينات بتشغيل المولد الذي ينتج الطاقة الكهربائية.
في بعض أنظمة إنتاج الطاقة الكهربائية التي تستخدم حرارة الأرض ، يتم حقن الماء في باطن الأرض المسخن بحيث يتحول إلى حرارة ويعود على شكل بخار ، والذي ، كما في الحالة السابقة ، ينشط التوربينات التي تنشط المولد.
طرق الحفر المتقدمة قيد التطوير بهدف زيادة استغلال هذا المصدر الكهربائي وتقليل التكاليف الناشئة عن فقدان الآلات. إذا كان ذلك ممكنًا ، يمكن أن تتنافس مصادر الطاقة الحرارية الأرضية في أسواق الطاقة العالمية ، التي يتحكم فيها حاليًا استخدام الوقود الأحفوري.
الطاقة الحرارية الجوفية في البرازيل وجميع أنحاء العالم
الدول الثلاث التي لديها أكبر إنتاج للطاقة الحرارية الأرضية في العالم هي الولايات المتحدة والفلبين وإندونيسيا. بالإضافة إلى ذلك ، اختارت دول أخرى إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية ، مثل الصين واليابان وشيلي والمكسيك وفرنسا وألمانيا وسويسرا والمجر وأيسلندا.
حاليًا ، تستخدم حوالي 25 دولة على هذا الكوكب الطاقة الحرارية الأرضية ، ولا توجد في البرازيل إمكانات كبيرة لاستكشاف هذا النوع من الطاقة ، حيث يتم استكشافها في المناطق الانتقالية بين الصفائح التكتونية. إلى جانب ذلك ، ليس هناك الكثير من الحوافز لاستخدامه. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الدولة لديها مصفوفة طاقة قوية تم إنشاؤها على قواعد مائية ، بالإضافة إلى استخدام مصادر الطاقة الأخرى مثل الغاز الطبيعي.
مزايا الطاقة الحرارية الجوفية
المزايا الرئيسية للطاقة الحرارية الأرضية هي:
- لا تعمل عن طريق حرق الوقود. وبالتالي ، ليست هناك حاجة لاستيراد وشراء المواد الخام ، مما يقلل من تكاليف الإنتاج. يتم إنفاق أقل على محطات الطاقة الحرارية الأرضية مقارنةً بالنفط أو محطات الطاقة النووية ، والتي لها تكلفة عالية للحصول على المنتجات الأولية ؛
- لا ينبعث منها غازات ملوثة. وهذا يعني أنه لا يساهم في تكثيف ظاهرة الاحتباس الحراري ، على عكس الوقود الأحفوري ؛
- لا يضر التربة. على الرغم من الثقوب الداخلية ، لا تؤدي الطاقة الحرارية الأرضية إلى تآكل التربة أو إغراق مساحات كبيرة أو تلويث المياه الجوفية ، كما هو الحال مع مصادر الطاقة الأخرى ؛
- انها ليست عرضة للطقس. لا تتداخل التغيرات المناخية مع تشغيل محطات الطاقة الحرارية الأرضية ، على عكس ما يحدث مع الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح ، على سبيل المثال.
- فائدة للمناطق النائية. في المناطق التي لا يوجد فيها وصول واسع إلى شبكة الكهرباء ، يمكن لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية تلبية احتياجات السكان ، خاصة في المناطق المناسبة لتركيبها ؛
- لديها إنتاج مرن. قد يختلف إنتاج الكهرباء في هذه المحطات حسب الطلب ، وليس اعتمادًا على خزانات المياه أو توافر المواد الخام ، من بين أمور أخرى.
مساوئ الطاقة الحرارية الجوفية
العيوب الرئيسية هي:
- احتمال غرق الأرض. على الرغم من أنها لا تتلف الأرض ، إلا أن محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية يمكن أن تبلى المناطق الداخلية من القشرة ، مما قد يتسبب في حدوث صدمات على السطح. لذلك ، في بعض الحالات ، من الضروري حقن الماء أو عنصر آخر لملء التراكيب الداخلية ؛
- التلوث الضوضائي والتدفئة المحلية العالية. بشكل عام ، تُحدث محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية الكثير من الضوضاء ، وهي حقيقة ، بالإضافة إلى ارتفاع التدفئة المحلية ، تجعل من المستحيل تركيبها بالقرب من المنازل والمجتمعات ؛
- انبعاث H2S (كبريتيد الهيدروجين). إلى جانب بخار الماء ، من الشائع إطلاق ثاني أكسيد الكبريت ، والذي قد لا يهاجم الغلاف الجوي ، ولكنه ضار بصحة الإنسان ، بالإضافة إلى كونه شديد التآكل ورائحة كريهة ؛
- إنه يعمل فقط في أماكن قليلة. كما هو الحال مع معظم مصادر الطاقة ، لا يمكن تشغيل الطاقة الحرارية الأرضية إلا في مناطق مواتية ، مع تدفئة داخلية عالية وحيث يكون الوصول إلى المناطق الحرارية سهلاً وأقل تكلفة. هذا يجعل استخدامه في معظم الأماكن غير ممكن ؛
- تلوث محتمل للأنهار والبحيرات. يمكن للسوائل الحرارية أن تطلق التركيبات المعدنية التي ، إذا لم يتم الاحتفاظ بها بشكل صحيح ، يمكن أن تؤثر على مجاري المياه في المناطق القريبة من محطات الطاقة ؛
- تكلفة استثمارية عالية. على الرغم من أن صيانة محطات الطاقة الحرارية الأرضية صغيرة ، إلا أن بنائها وتركيبها باهظ التكلفة بسبب التكنولوجيا المستخدمة في العملية ، وهو عامل قد يتغير في السنوات القادمة.
على الرغم من كونها مصدرًا للطاقة المتجددة لا تنبعث منه غازات الدفيئة ، إلا أن الطاقة الحرارية الأرضية لا تزال لها عيوب ذات صلة. التعرض على نطاق واسع لكبريتيد الهيدروجين ، على سبيل المثال ، يمكن أن يسبب مجموعة متنوعة من الأضرار لصحة العامل.
تهيج العين أو الأنف أو الحلق هي بعض الأعراض الأولية. يمكن أن تؤثر المشاكل أيضًا على الجهاز التنفسي ، مما يؤدي إلى فقدان الذاكرة والصداع وحتى ضعف الوظيفة الحركية. بالإضافة إلى ذلك ، يقول الخبراء إن أعراض مثل قصور القلب والفشل الكلوي والقيء والحكة واحمرار الجلد قد تظهر ، ناهيك عن عواقب محتملة لا رجعة فيها ، مثل الاضطرابات النفسية.
