|
انرژي وابسته به حرارت
مركزي زمين
گرما شكلي از انرژي ميباشد و انرژي وابسته به حرارت مركزي زمين بطور
تحتاللفظي يكنوع انرژي داخل زميني ميباشد كه باعث ايجاد پديدههاي
زمين شناسي در مقياس جهاني ميگردد. انرژي گرمايي زمين در تكنولوژيهاي
مدرن از گرماي طبيعي نشات ميگيرد. در نتيجه، زمين مانند يك ديك بخار
ميباشد كه در آن سيالات گرمايي زمين ميتوانند گرماي بالا و فشار زياد
مورد نياز براي پيشرفت تجاري را بدست آورند. معمولا، اين سيالات در
مخازني روي ميدهند كه در عمق بيش از 3000 متري زمين قرار گرفتهاند و
ميتوان آنها را با استفاده از حفر چاه بازيافت نمود. تاسيسات سطحي
گرماي زميني را به نوعي مفيد از انرژي، نظير الكتريسيته و يا گرما براي
مقاصد ديگر نظير گرماي خانگي، تبديل ميكنند...
طبيعت منابع گرماي زميني
موتور گرماي زمين
گرماي داخل هسته زمين بطور مداوم بوسيله اضمحلال ايزوتوپهاي اورانيوم
راديواكتيويته، توريم و پتاسيم كه داخل زمين وجود داشته و داراي عمر
بسيار طولانيميباشند ايجاد ميگردد. به اين گرما ميتوان منابع
گرمايي ديگري نظير انرژي اوليه زميني را اضافه نمود.
گرماي توليد شده در داخل زمين و گرماي انتشار يافته به سطح زمين به نظر
غيرمتعادل ميباشند برحسب يك تئوري سياره ما به سوي سرد شدن در حركت
است با اين وجود، فرآيند سرد شدن بسيار آهسته ميباشد. دماي پوسته(به
تصوير نگاه كنيد) در حدود 3 بيليون سال تنها به ميزان 300 تا 350 درجه
كاهش يافته است و در حدود 4000 درجه در مركز آن باقيمانده است.
ارزيابيهاي به عمل آمده در بيش از 25 سال پيش كل مجموع گرماي زمين را
محاسبه نموده و ميانگين دماي سطح 15 درجه را تخمين زده است، در يك
ترتيب 12.6x10E24MJ، و همچنين ترتيب پوستة 5.4x10E21MJ
...
بنابراين انرژي گرمايي زمين بسيار زياد بوده و تنها انسان قسمت كوچكي
از آن را ميتواند مورد بهرهبرداري قرار دهد. تاكنون اين بهرهبرداري
از انرژي به مناطقي محدود گرديده كه شرايط زمينشناختي(آب در فاز مايع
يا بخار) اجازه انتقال گرما از نقاط عميق گرم به نزديك سطح را ميداده
است و از اينرو منابع زمينشناختي را فراهم مينموده، اما تكنيكهاي
جديد و نوآوري شده ممكن است در آيندة نزديكي ديدگاههاي جديدي را در اين
زمينه بوجود آورد...
گراديان زمينشناختي توضيحدهندة افزايش دما در عمق پوستة زمين ميباشد.
دسترسي به اعماق زمين كه بوسيلة حفاري با تكنولوژي جديد حاصل گرديده
نشان داده است كه ميانگين گراديان گرماي زمين در حدود 2.5-30C/100m ميباشد.
بطور مثال، چنانچه دما در چندمتر اول زير سطح زمين،كه بصورت ميانگين
مساوي دماي متوسط ساليانة فضاي خارجي يعني 15 درجة سانتيگراد ميباشد،
بنابراين ما ميتوانيم به طور منطقي تصور كنيم كه دما در عمق 2000 متر
65 تا 75 درجة سانتيگراد باشد. در عمق 3000 متر و بيشتر نيز دما در
حدود 90 تا 105 درجة سانتيگراد خواهد بود...
با اين وجود، نواحي وسيعي وجود دارد كه در آن گراديان گرماي زمين از
مقدار ميانگين فاصله دارد، نواحي مانند صخرههاي عميق كه در زير زمين
فرو رفته و حوضچههايي كه با رسوباتي كه از نظر زمين شاختي بسيار جوان
ميباشند پوشيده گرديده است. گراديان گرماي زمين ممكن است كمتر از
10C/100m باشد. از طرف ديگر، در برخي از نواحي گرماي زمين، گراديان حتي
بيش از 10 برابر حد ميانگين خواهد بود...
سيارة ما متشكل از يك پوسته، با ضخامتي در حدود 20 تا 65 كيلومتر مربع
در نواحي قارهاي و 5 تا 6 كيلومتر مربع در نواحي اقيانوسي، يك لايه با
ضخامت 2900 كيلومتر و يك هسته با شعاع در حدود 3470 كيلومتر مي باشد...
پوسته، لايه و هستة زمين
ناحية بالا به راست: يك بخش به سمت پوسته و بالاترين سطح لايه.
خصيصههاي شيميايي و فيزيكي پوسته، لايه و هسته با سطح و مركز
زمين متفاوت ميباشد. بيرونيترين سطح زمين به نام ليتوسفر خوانده
ميشود كه بالاي سطح پوسته و بالاي سطح لاية زمين قرار گرفته است.
ضخامت آن از حداقل 80 كيلومتر در نواحي اقيانوسي تا بيش از 200 كيلومتر
در نواحي قارهاي ميباشد. خصيصة ليتوسفر داشتن يك بدنة سخت ميباشد.
در زير ليتوسفر ناحيهاي به نام استنوسفر ، با 200 تا 300 كيلومتر
ضخامت قرار دارد كه داراي سختي كمتر و انعطافپذيري بيشتر ميباشد. به
عبارت ديگر، در يك مقياس زمينشناختي، جاييكه زمان در حدود ميليونها
سال قبل اندازهگيري شده است، اين قسمت از زمين داراي رفتاري مشابه با
يك جريان سيل در برخي از فرآيندهاي خود ميباشد...
بواسطة تفاوت در دماي بين قسمتهاي مختلف استنوسفر، حركتهاي رساناي
گرمايي و احتمالاً سلولهاي رساناي گرمايي در حدود دهها ميليون سال قبل
تشكيل يافتهاند. حركت كاملاً آهستة آنها(چندين سانتيمتر در سال)
بوسيله تداوم توليد گرما از طريق اضمحلال عناصر راديواكتيو و گرماي
متصاعد شده از عميقترين قسمتهاي زمين ناشي گرديده است. حجمهاي بسيار
بزرگي از صخرههاي گرم با تراكم كمتر و داراي گرماي بيشتري از مواد
اطراف، باعث تداوم اين حركت به سوي بالا گشته است. در حاليكه صخرههاي
سردتر، متراكمتر و سنگينتر نزديك سطح زمين تمايلي به فرورفتگي، داشتن
گرماي مجدد و بازگشت به سطح داشتند، كه بسيار مشابه با جوشيدن آب در يك
كتري ميباشد...
در نواحي كه ليتوسفر نازكتر ميباشد، و مخصوصاً در نواحي اقيانوسي
ليتوسفر به سمت بالا آمده و بوسيلة مواد مذاب بسيار داغ كه از استنوسفر
ناشي ميشود، مترادف با بالا آمدن قسمتي از سلولهاي رسانا، شكسته مي
گردد. چنين مكانيسمي باعث توليد برآمدگيهاي پراكنده در قديم و حالحاضر
گرديده كه بيش از 60.000 كيلومتر زيردريا را پوشش داده و در برخي از
نواحي به سطح آب ميآيد(نظير جزيره ازورس). اين پديده حتي در بين قارهها
نيز روي ميدهد مانند درياي سرخ. قسمت نازكي از صخرههاي مذاب پديدار
شده از استنوسفر نيز باعث بوجود آمدن پوستههاي سخت گرديده و در تماس
با آب دريا منجمد شده و پوسته جديد اقيانوسي را بوجود آورده است...
سيستمهاي گرمايي زمين
گرماي زمين را ميتوان در مناطقي كه داراي گراديان زمين گرمايي معمولي
و يا فوق معمول ميباشند يافت، مخصوصا در كنارههايي كه ممكن است
گراديان گرمايي زمين بيشتر از حد ميانگين باشد. در حالت اول سيستم
بواسطه گرماي پايين آن مشخص ميگردد كه معمولا بيش از 100 درجه در عمق
اقتصادي آن نميباشد...
استفاده از گرماي مستقيم
استفاده از گرماي مستقيم يك از قديميترين، تطبيقپذيرترين و شايعترين
موارد استفاده از انرژي گرمايي زمين بحساب ميآيد. گرماي فضا و ناحيه،
كاربردهاي كشاورزي، آبزيان و مصارف صنعتي بعنوان شناختهترين نوع
بهرهگيري از اين سيستم وجود دارد، اما روشهاي ديگري نيز در دست تهيه
ميباشد...
كشاورزي
كاربردهاي كشاورزي سيالات گرمايي زمين شامل كشاورزي ميدان - باز و
گرمايش گلخانهاي ميباشد. آب گرمايي را ميتوان در كشاورزي ميادين باز
به منظور آبياري و يا گرم كردن زمين مورد استفاده قرار داد. بزرگترين
اشتباه در خصوص آبياري با آب گرم در آن است كه به منظور بدست آوردن
هرگونه گوناگوني مفيد در دماي خاك، چنين ميزان زيادي از آب در دمايي
پايينتر مورد نياز بوده تا از بروز هرگونه آسيب به گياهان بر اثر
پوشيده شدن زمين با آب جلوگيري بعمل آيد...
كاربردهاي صنعتي
كل
محدوده دماي سيالات گرمايي زمين، چه بخار و چه آب، را ميتوان براي
كاربردهاي صنعتي بكار برد. نمونههاي متفاوت و محتمل بهرهبرداري شامل
فرآيند گرمايي، تبخير، خشككن، تقطير، استريل، شستشو، يخ زدايي،
استخراج نمك و مواد شيميايي به همراه بازيافت روغن ميباشد. هم اكنون
پردازش صنعتي گرما در 19 كشور انجام ميگيرد، جائيكه بنظر تاسيسات نصب
گشته بزرگ بوده و مصرف نيز زياد ميباشد. چند نمونه از اين مثالها
عبارتند از: بعمل آوري بتن، بطر نمودن آب و آشاميدنيهاي كربناتدار،
توليد قطعات وسايل نقليه و كاغذ، بازيافت نفت و روغن، پاستوريزه نمودن
شير، صنايع چرم، استخراج مواد شيميايي، استخراج
CO2، رشد قارچ و موارد استفاده در
رختشويي، استخراج نمك و خشكسازي زميني جدار سيليسي، فرآيندهاي پردازش
خمير و كاغذ و توليد بورات و اسيد بوريك...
پمپهاي گرما
سيستمهاي تهويه مطبوع(گرما و سرم) از دهه 1980، در پي معرفي و استفاده
گسترده از پمپهاي گرمايي، رشد قابل ملاحظهاي يافته است. انواع مختلف
پمپهاي گرمايي موجود به ما اجازه ميدهند تا بتوانيم از محتويات گرماي
بدنههاي كم دما بنحو احسن بهره ببريم، نظير زمين، حوزههاي كمعمق آب،
مخازن و غيره...
الكتريسيته گرمايي زمين
انرژي
گرمايي زمين جهت توليد الكتريسيته داراي توان بالقوه زيادي ميباشد. در
حدود 8 هزار مگاوات الكتريسيته بوسيله انرژي زمين در سراسر جهان
توليد ميگردد. در ابتدا يك ايستگاه نيروي گرمايي زمين با خروجي
250Kwe در سال 1904 در ايتاليا تاسيس
گرديد...
آب
دماي ـ معتدل
براي آب در دماي كمتر از 200 درجه سانتيگراد، تكنولوژي سيكل باينري
پرهزينهتر ميباشد. در اين سيستمها، مايع گرمايي زمين داغ باعث تبخير
مايع ثانويه و كار با آن شده و موجب چرخاندن توربين و ژنراتور مي
گردد...
آينده انرژي گرمايي زمين
مخزنهاي هيدروترمال تنها منبع ممكن براي الكتريسيته گرمايي زمين
نميباشند. صخرههاي خشك گرم توانايي بالقوه براي توليد الكتريسيته را
دارا ميباشند. انرژي صخرههاي خشك داغ از صخرههاي داغي كه نسبتا عاري
از آب ميباشند در عمقهاي مختلف بدست ميآيد. يكي از راههاي استخراج
انرژي چرخش آب در صخرههاي بوجود آمده توسط انسان مي باشد...
محيط
در
گذشته، هنگامي كه محيط ما در حالت سادهتري در مقايسه با امروز قرار
داشت ما آگاهي كمتري راجع به خطراتي كه ممكن است زمين را تهديد كند
داشتيم. انرژي گرمايي زمين هنوز نيز به عنوان انرژي پاك مطرح ميباشد.
هيچ راهي براي توليد و انتقال انرژي بصورتي كه براي انسانها قابل
بهرهبرداري باشد بدون برجاي گذاشتن تاثيرات محيطي مستقيم يا غيرمستقيم
وجود ندارد. حتي قديميترين و سادهترين شكل توليد انرژي گرمايي،
سوزاندن چوب، داراي تاثيرات منفي نظير از بين بردن جنگلها بوده است...
منابع آلودگي
در
بيشترين موارد ميزان تاثيرات اكتشافات گرمايي زمين بر روي محيط زيست
متناسب با مقياس اين اكتشافات ميباشد. توليد الكتريسيته در تاسيسات
سيكل باينري به همان روش بر روي محيط تاثير ميگذارد كه استفاده از
گرماي مستقيم ميتواند تاثير گذار باشد...
|
