الطاقة الجيوحرارية وأهم 10 دول منتجة لها – الجزء الأول
سيتناول هذا الجزء مقدمة عن الطاقة الجيوحرارية وكيف تتكون هذه الطاقة وأنواع محطات الطاقة الجيوحرارية
Image Source: Greenesa
مقدمة
الطاقة الجيوحرارية هي الحرارة المنبعثة من قلب الأرض. يُشتق مصطلح الجيوحرارية من الكلمتين اليونانيتين “غيو” (الأرض) و”ثيرمال” (الحرارة). ولأن الحرارة تتولد باستمرار داخل الأرض، فإن الطاقة الجيوحرارية هي مصدر طاقة متجددة. يقع قلب كوكبنا على عمق حوالي 2900 كيلومتر (1800 ميل) تحت قشرة الأرض أو سطحها.
ينتج جزء صغير من حرارة اللب من الاحتكاك وقوة الجاذبية التي كانت موجودة عند تشكل الأرض منذ حوالي 4 مليارات سنة. ومع ذلك، فإن الجزء الأكبر من حرارة الأرض يتولد باستمرار من تحلل النظائر المشعة مثل البوتاسيوم-40 والثوريوم-232.
تحلل النشاط الإشعاعي عملية مستمرة في اللب. يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى أكثر من 5000 درجة مئوية (حوالي 9000 درجة فهرنهايت). تتدفق الحرارة باستمرار للخارج من اللب، وتدفئ الصخور والمياه والغاز والمكونات الجيولوجية الأخرى.
من السطح إلى اللب، ترتفع درجة حرارة الأرض مع العمق. التدرج الجيوحراري هو الانخفاض التدريجي في درجة الحرارة. يبلغ التدرج الجيوحراري حوالي 25 درجة مئوية لكل كيلومتر واحد من العمق (درجة فهرنهايت واحدة لكل 77 قدمًا من العمق) في معظم أنحاء العالم.
يمكن أن تصبح التكوينات الصخرية تحت الأرض صهارة إذا تم تسخينها إلى 700-1300 درجة مئوية (1300-2400 درجة فهرنهايت). الصهارة هي صخرة منصهرة (مذابة جزئيًا) تتخللها الغازات و الفقاعات الغازية. يمكن العثور على الصهارة في الوشاح و القشرة السفلى وأحيانًا تتصاعد إلى السطح على شكل حمم.
تعمل الصهارة على تسخين الصخور المحيطة والمخازن الجوفية للمياه الجوفية. يمكن أن تنبعث المياه الساخنة من السخانات، والينابيع الساخنة، ومنافذ البخار، ومنافذ الهيدرو حراري تحت سطح البحر، وحمامات الطين. كل هذه مصادر للطاقة الجيوحرارية.
كيف يتم إنتاج الطاقة الجيوحرارية؟
يتم استغلال الموارد الجيوحرارية عن طريق حفر آبار بعمق يصل إلى ميل أو أكثر في خزانات تحت سطح الأرض. يمكن استخراج هذه الموارد من الحرارة الطبيعية والصخور ونفاذية المياه، أو من خلال أنظمة جيولوجية محسنة تعمل على تعزيز أو إنتاج موارد طاقة جيولوجية من خلال عملية تُعرف بالتحفيز الهيدروليكي. تقوم هذه الموارد الجيوحرارية، سواء الطبيعية أو المحسّنة، بتشغيل التوربينات المرتبطة بمولدات الكهرباء.
تم استخدام الحرارة الجيوحرارية لأول مرة لتوليد الكهرباء عام 1904 في لارديريلو بإيطاليا. ومع ذلك، يتم استخدام الحرارة الجيوحرارية للاستحمام منذ العصر الحجري القديم. وفي اليابان، لوحظ أن القرود تستخدم المياه الساخنة من الينابيع الساخنة لتدفئة نفسها خلال أشهر الشتاء في المناطق الجبلية.
أنواع محطات الطاقة الجيوحرارية
تصنف تقنيات محطات الطاقة الجيوحرارية إلى ثلاثة أنواع: البخار الجاف، البخار المتفجر، والدورة الثنائية.
1-محطة طاقة البخار الجافة
تستخدم محطات البخار الجاف السوائل الحرارية المائية التي تتكون بشكل أساسي من البخار، وهو ظاهرة طبيعية نادرة جدًا. يتم ضخ البخار مباشرة إلى التوربين الذي يشغل مولد الكهرباء. يتم إعادة ضخ البخار بانتظام إلى الخزان بعد تكثيفه. محطة طاقة لارديريلو الجيوحرارية في توسكانا هي أقدم محطة طاقة بخار جاف في العالم.
تعد أنظمة محطات طاقة البخار الجاف أقدم شكل لمحطات الطاقة الجيوحرارية، حيث تم استخدامها لأول مرة عام 1904 في لارديريلو بإيطاليا. ولا تزال تقنية البخار مهمة حتى اليوم وتستخدم حاليًا في شمال كاليفورنيا في The Geysers، وهو أكبر مصدر واحد للطاقة الجيوحرارية في العالم.
2-محطة طاقة البخار المتفجر
شكل محطات الطاقة الجيوحرارية الأكثر استخدامًا اليوم هو محطات البخار المتفجر. تتدفق السوائل التي تزيد درجة حرارتها عن 182 درجة مئوية/360 درجة فهرنهايت تحت ضغوط عالية إلى خزان منخفض الضغط بالقرب من سطح الأرض. وبسبب فرق الضغط، يتحول جزء من السائل بسرعة إلى بخار. ثم يقوم البخار بتشغيل التوربين، والذي بدوره يشغل المولد. إذا بقي أي سائل في الخزان منخفض الضغط، يمكن “تفجيره” مرة أخرى في خزان ثان لاستخراج المزيد من الطاقة.
3-محطة طاقة الدورة الثنائية
تعتبر محطات طاقة الدورة الثنائية تقنية أساسية لتوسيع إنتاج الطاقة الجيوحرارية لأنها يمكن أن تستخدم موارد جيولوجية ذات درجات حرارة أقل. على عكس أنظمة البخار الجاف والمتفجر، لا تلامس سوائل الخزان الجيوحرارية أجزاء التوربين في محطات طاقة الدورة الثنائية. تمر سوائل جيولوجية منخفضة الحرارة (أقل من 182 درجة مئوية/360 درجة فهرنهايت) عبر مبادل حراري مع سائل ثانوي أو “ثنائي”. يحتوي هذا السائل الثنائي على نقطة غليان أقل بكثير من الماء، وتسمح له الحرارة الخفيفة للسائل الجيوحرارية بالتحول إلى بخار، والذي يشغل التوربينات ويحرك المولدات ويولد الكهرباء.
