محطات توليد الكهرباء من الحرارة الجوفية للارض Geothermal Power Plant:

[صلاح]

محطات توليد الكهرباء من الحرارة الجوفية للارض Geothermal Power Plant:

لازلنا مع انماط توليد الكهرباء من الطاقة المتجددة , فبعد ان رأينا كيف يمكن الاستفادة من طاقة الرياح ،ومن الطاقة الشمسية في توليد الطاقة الكهربائية . نقف الآن مع نمط جديد يستفيد من الطاقة الحرارية لجوف الأرض في توليد الكهرباء بشكل تجاري .

ماهي الطاقة الحرارية الجوفية ؟

إن طاقة حرارة باطن الأرض Geothermal Power هي طاقة نظيفة ومتجددة ، وبالحسابات التي اجراها بعض العلماء يقدر احتياطي الطاقة الحرارية الأرضية في مدى عمقه 2000 متر تحت سطح الأرض ما يعادل انتاج 250 مليار طن من الفحم من الطاقة .

وقد وجدوا انه نظريا يمكن أن يغطي هذا المقدار من الطاقة حاجة العالم من الطاقة لمدة مئة الف سنة .

فهي اذا طاقة حرارية ذات منشأ طبيعي مختزنة في صهارة باطن الأرض . نراها على سطح الارض على شكل ينابيع او عيون حارة او براكين او شقوق حارة يستفاد من مياهها الساخنة للتدفئة او للعلاج الطبيعي ، وقد وجد المهندسون انه يمكن ان يستفاد من هذه الطاقة الحرارية بشكل تجاري واقتصادي في توليد الكهرباء، كما سنرى لاحقا ، ولكن يتطلب ذلك حفر أنابيب إلى أعماق سحيقة قد تصل إلى عدة كيلومترات ، والى تقنيات متطورة لتسهيل وتخفيض تكلفة عملية انشاء محطات انتاج الكهرباء من الحرارة الجوفية للارض .

 

[صلاح]

مصادر الطاقة الحرارية الارضية :
تقسم مصادر الحصول على الطاقة الحرارية الأرضية إلى قسمين :

- المياه الحارة الجوفية وابخرتها .

- الصخور الحارة التي توجد في المناطق النشطة بركانيا أو في الأعماق البعيدة تحت سطح الأرض .

* كيف يمكن الاستفادة من طاقة هذين المصدرين لانتاج الكهرباء؟

توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية :

هناك ثلاثة أنواع من محطات توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية، وقبل ان نستعرضها لابد من القول انها تعتبر محطات بخاريه ، اي يستخدم فيها توربينات بخارية مثلها مثل محطات القطع المكافئ او المحطات البرجيه التي ورد ذكرها سابقا في فصل الطاقة الشمسية المركزة ، وطبعا الفرق هنا ان مصدر البخار هو من حرارة جوف الارض . وهذه المحطات هي كالتالي:

1- محطات البخار الجاف Dry Steam Power Plant
2- محطات التبخير Flash Steam Power Plant
3- محطات الدائرة الثنائية Binary Cycle Power Plant

وسنعطي فكرة مبسطة عن كل واحدة منها مع مخطط توضيحي يشرح مبدأ العمل .

 

[صلاح]

1- محطات البخار الجاف Dry Steam Power Plant:

هذه الطريقة هي أقدم وابسط الطرق ، حيث تستخدم هذه المحطات مباشرة بخار الماء الجوفي بدرجة حرارة 150 مئوية واكثر ، والموجود بشكل طبيعي في الطبقات الأرضية العميقة تحت تأثير ضغط وحرارة عاليين، فيتم استخراج الماء بواسطة حفر آبار عميقة فيخرج على شكل بخار ماء بسبب حرارته العالية وبسبب فرق الضغط ، (حيث من المعروف في الديناميكا الحرارية انه عند انتقال السائل من حيز ذي ضغط معين الى حيز آخر بضغط ادنى يتبخر ذاتيا) . يسير هذا البخار في أنابيب ثم يتوجه لتوربينات بخارية تقوم بتدوير المولدات الكهربائية التي تنتج الطاقة الكهربائية. يضخ الماء المتكثف إلى الأرض عبر بئر آخر يسمى بئر الحقن.

 

[صلاح]

2- محطات التبخير Flash Steam Power Plant:

تستخدم هذه المحطات المياه الموجودة بضغط عالي تحت الأرض وعند حوالي 180 درجة مئوية او اكثر ، حيث يتم رفعها الى سطح الارض وتوجيهها الى وعاء ذي ثقب صغير يؤدي إلى وعاء آخر ذي ضغط اقل فعند حركة السائل من الوعاء الأول إلى الثاني عبر الثقب يتبخر بسبب السرعة وفرق الضغط . يحرك البخار التوربين (العنفة ) فيحرك بدوره المولد الكهربائي الذي ينتج الكهرباء. يعاد ضخ الماء المتكثف إلى اعماق الأرض عبر بئر الحقن injection well ، اغلب محطات الطاقة الجوفية من هذا النمط .

 

[صلاح]

3- محطات الدائرة الثنائية Binary Cycle Power Plant:

تستخدم هذه المحطات المياه الموجودة تحت الأرض ذات الضغط العالي ودرجة الغليان المرتفعة وترفع الى سطح الارض عبر الانابيب وتوجه الى مبادل حراري ( غلاية تبادل حراري مثل التي ذكرناها في محطات الطاقة الشمسية المركزة - القطع المكافيء او البرجيه ) ، حيث يعطي حرارته لسائل آخر يتبخر ويوجه الى التوربين البخاري الذي يقوم بتدوير مولد كهربائي منتجا طاقة كهربائية .

 

[صلاح]

� مميزات وعيوب الطاقة الجوفية لانتاج الكهرباء :
المميزات:
- تعد الطاقة الجوفية من مصادر الطاقة المتجددة فهي من مصادر الطاقة التي لا تنفد على الأقل للأجيال القادمة .

Wتعتبر الطاقة الجوفية طاقة نظيفة وغير مضرة بالبيئة ولا تتسبب في تلوثات مقارنة مع محطات الوقود الاحفوري

- تتوفر الطاقة الجوفية بكميات كبيرة جدا وفي مساحات شاسعة .

- قلة تكاليف انتاج وحدة الطاقة الكهربائية ، اذ لاتحتاج لوقود .
-المردود العالي للطاقة المستخرجة.

عيوبها :

رغم كل مميزات الطاقة الجوفية التي جعلتها في مقدمة مصادر الطاقة البديلة المستقبلية الا انها تواجه بعض العوامل التي تعرقل انتشارها ومن هذه الاسباب :

-ارتفاع تكلفة الانشاء، وذلك رغم أن الطاقة الأساسية (المادة الأولية) مجانية وهي متوفرة بكثرة لكن صعب الحصول عليها. ويرجع ذلك الى صعوبة حفر آبار باعماق كبيرة ومد انابيب للوصول الى مصادر حرارية جوفية ذات حرارة مرتفعة.

- لا يمكن أن تبنى إلا في الأماكن التي تتوفر فيها الطاقة الحرارية الجوفية ، وهي غالبا تكون بعيدة عن المدن ، مما يرفع من تكلفة نقل الطاقة الكهربائية .

- لها تأثيرسلبي نسبي على البيئة مقارنة بمصادر الطاقة المتجددة الاخرى السابق ذكرها اذ ان المياه والابخرة المستخرجة من باطن الارض تحتوي على مخلوط غازات بنسب محدودة منها ثاني اكسيدالكربون وسلفيد الكبريت(H2S) والميثان والامونيا. وتشارك هذه الغازات في مشكلة الانحباس الحراري والمطر الحمضي ومقارنة بانبعاثات محطات الوقود الاحفوري فان هذه النسبة صغيرة جدا , كما انه يمكن تلافي هذه المشكلة بوضع وحدات تنقية وتصفيه للغازات الضارة .

كذلك قد يحتوي الماء الساخن المستخرج من أعماق الأرض على أملاح ذائبة ومواد سامة مثل الزئبق والزرنيخ وكذلك قد تحتوي على البورون والانتيمون ، وتترسب تلك الكيماويات عند تبريد الماء وقد يتسبب ذلك باضرار بالبيئة .

في المناطق التي لا توجد فيها ينابيع حارة ، يمكن الحفر في الارض بئرا أو عدة آبار بحيث يضخ الماء من أعلاها في أنابيب فيكتسب الماء الحرارة من الصخور والطبقات الأرضية الساخنة، وتقوم مضخات مركبة على أنابيب أخرى حولها بسحب الماء الساخن إلى أعلى لاستغلاله، وتسمى هذه الطريقة المتبعة في بعض المناطق الأوروبية الطاقة الحرارية للصخور الجيولوجية الساخنة hot dry rock geothermal energy أو تسمى في أمريكا الشمالية أنظمة حرارة الطبقات الجيولوجية المحفزة .

 

[صلاح]

اكبر محطة كهرباء بالحرارة الجوفية هي مجمع محطات جايسرز Geysers Complex على مساحة عدة كيلومتر مربعة في منطقة جبال ماياكاماس بكاليفورنيا بالولايات المتحدة الامريكية .، وهي عبارة عن مجمع مكون من 22 محطة حرارة جوفية بقدرة مركبة اجمالية 1517 ميجاوات .، حفرت اول بئر حرارية انتاجية فيها في عام 1955 م وتم تشغيل اول محطة حرارة جوفية في هذا المجمع عام 1960 م.

كفاءة محطات الطاقة الجوفية تتراوح بين 10 إلى 23 % بالاعتماد على درجة حرارة مصدر الطاقة الجوفية .



قناة "انماط توليد الطاقة الكهربائية"
t.me/electenerg