همه چیز درباره مزایا و معایب انرژی زمین‌گرمایی

انرژی زمین گرمایی یک منبع انرژی‌ قدرتمند و تجدبدپذیر است که به مراتب کمتر از سایر اشکال انرژی شناخته و معرفی شده است. افراد بسیاری از اهمیت و مزایای زمین‌گرمایی بی‌خبرند! مانند تمام انرژی های دیگر در جهان، زمین‌گرمایی هم دارای معایب و مزایایی است که در این مقاله به طور کامل و جامع با تمامی این موارد آشنا می شویم

مزایا :

فناوری مستعد
عصر استفاده گسترده از انرژی زمین گرمایی برای گرمایش و برق با ساخت اولین نیروگاه زمین گرمایی، 100 سال پیش در توسکانی ایتالیا آغاز شده است. این پیشرفت متأسفانه توسط جنگ جهانی دوم متوقف شد، که توجه جهان را به مشکلات مبرم تر معطوف کرد، اما پس از جنگ عصر فناوری مدرن زمین گرمایی آغاز شد. در سال 2015، مجموع ظرفیت زمین گرمایی نصب شده 13.2 گیگاوات بود که ایالات متحده، فیلیپین و اندونزی به عنوان کشورهای برتر در فهرست قرار گرفتند. در مورد کشورهایی مانند فیلیپین و اندونزی که در “حلقه آتش” قرار دارند، نیروی زمین گرمایی به راحتی قابل دسترسی است به یک جایگزین سودمند برای کمبود طبیعی سوخت های فسیلی تبدیل شده است. به گفته شورای جهانی انرژی، ذخایر زمین گرمایی قابل دسترس، مقادیر باورنکردنی انرژی استفاده نشده را دارا هستند. پتانسیل جهانی تخمین زده شده بین 35 تا 200 گیگاوات است! (تا 15 برابر بیشتر از ظرفیت تولید فعلی)

فراوان و مقرون به صرفه برای مکان های خاص
انرژی زمین گرمایی را میتوان در همه جای زمین یافت، اما برخی از مکان ها دارای ذخایر انرژی زمین گرمایی بسیار بیشتری نسبت به سایر مناطق هستند. بیش از 70 درصد از زیرساخت های انرژی زمین گرمایی در امتداد مرزهای صفحات تکتونیکی و نقاط داغ ساخته شده است. این مکان های فعال زمین شناسی برای استفاده از نیروی زمین گرمایی ایده آل هستند. جالب اینجاست که نزدیک به نیمی از آنها در جزایر هستند. به عنوان مثال، ایسلند واقع در محل اتصال صفحه تکتونیکی اوراسیا و آمریکای شمالی، 66 درصد انرژی برای گرمایش و برق کشورش را از مخازن زمین گرمایی دریافت میکند.

انرژی زمین گرمایی نیز برای بسیاری از کشورها به طور قابل توجهی مقرون به صرفه است. تا سال 1973، ایسلند برای گرم کردن خانه‌ها خود به طور کامل به نفت وابسته بود. پس از اولین بحران نفتی، یعنی زمانی که قیمت نفت به شدت افزایش یافت ایسلندی ها تصمیم گرفتند از ثروت های طبیعی خود بهره ببرند. این زمانی بود که اکثر خانوارها به گرمایش از طریق زمین گرمایی روی آوردند. ثابت شده است که این کار برای ایسلندی ها پنج برابر ارزان تر از گرمایش با نفت است.

تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست
انرژی زمین گرمایی تجدیدپذیر است. گرمای درونی زمین دائماً در اثر فروپاشی رادیواکتیو عناصر ناپایدار در حال انجام است و انتظار می‌رود این اتفاق تا میلیاردها سال آینده ادامه یابد. گرمایی که به سمت سطح حرکت میکند میتواند نیروگاه ها را تا زمانی که از نرخ بازیافت طبیعی این منبع تجاوز نکرده باشند، سوخت رسانی کند. جان دبلیو لوند از دانشگاه استنفورد معتقد است که نیروگاه های زمین گرمایی با مدیریت صحیح (نه بهره‌برداری بیش از حد) می توانند به راحتی مقدار ثابتی از انرژی را برای بیش از 100 سال تامین کنند. نیروگاه‌های زمین گرمایی مانند نیروگاه‌های هسته‌ای یا انواع دیگر نیروگاه‌ها سوخت نمی‌سوزانند و این نشان دهنده تأثیر حداقل زمین گرمایی بر محیط زیست است. در واقع، نیروی زمین‌گرمایی در مقایسه با نیروگاه های سوخت فسیلی، کمترین آلودگی را ایجاد می کند. انجمن انرژی زمین گرمایی در ارزیابی که انجام داده نشان میدهد نیروی زمین گرمایی هر ساله از انتشار گازهای گلخانه ای به مقادیر زیر جلوگیری میکند :

32000 تن اکسید نیتروژن
78000 تن دی اکسید گوگرد
17000 تن ذرات معلق
16000000 تن دی اکسید کربن

این اعداد پتانسیل چشمگیر نیروی زمین گرمایی برای به حداقل رساندن آلودگی هوا و کمک به کاهش تغییرات آب و هوایی را نشان می دهد. یکی دیگر از مزایای زمین گرمایی جلوگیری از تخریب زیستگاه است. از آنجایی که نیروگاه های زمین گرمایی به طور کامل با بخار تولید شده و گرمای طبیعی زمین کار می کنند، استخراج منبع دیگری مورد نیاز نیست. از سوی دیگر، استخراج سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر و اورانیوم، در طول تاریخ باعث ایجاد بدترین تخریب ها و آلودگی ها در منابع طبیعی شده است. انرژی زمین گرمایی همراه با سایر منابع پاک انرژی می تواند جایگزین این منابع انرژی مخرب زیست محیطی شود.

در طول دهه گذشته، برق تولید شده توسط زمین‌گرمایی در ایالات متحده، جایگزین مصرف 25 میلیون بشکه نفت و 6 میلیون تن زغال سنگ در سال شده است!

پایدار و پیش‌بینی‌پذیر
برخلاف فناوری های انرژی خورشیدی و بادی، دمای زمین با وجود تغییر مداوم شرایط آب و هوایی ثابت و قابل پیش بینی است. انرژی زمین گرمایی 24 ساعت شبانه روز، 7 روز هفته، 365 روز در سال، بدون توجه به نوسانات آب و هوا یا تغییر فصول، مقدار مورد انتظار نیرو را تولید می کند. چنین سطحی از پیش‌بینی‌پذیری، این منبع انرژی را به یک کاندیدای عالی برای تامین توان بار پایه تبدیل می‌کند. نیروگاه های بار پایه به طور مداوم برق تولید می کنند. این نیروگاه های بسیار کارآمد بدون توقف کار می کنند و به گونه ای طراحی شده اند که حدود 30 تا 40 درصد از تقاضای برق را در طول یک سال پوشش دهند. تقاضای انرژی باقیمانده توسط نیروگاه‌های اوج تامین می‌شود که تنها زمانی کار می‌کنند که مقادیر بیشتری انرژی مورد نیاز است. (برای مثال در ساعات کاری روز در حال حاضر، بیشتر نیروی بار پایه توسط زغال سنگ یا انرژی هسته ای تامین می شود)

تثبیت قیمت انرژی

جریان پایدار انرژی زمین گرمایی بدون هزینه های اضافی استخراج، پردازش و خرید سوخت، به عنوان تثبیت کننده قیمت عمل میکند یعنی قیمت آن مانند قیمت سوخت های فسیلی در نوسان نیست. بیشترین هزینه های مربوط به بهره برداری از انرژی زمین گرمایی فقط در طول ساخت یک نیروگاه پرداخت می شود. پس از راه اندازی نیروگاه، سوخت آن به صورت رایگان از زمین تامین می شود! این ویژگی منحصر به فرد باعث می شود که هزینه های استقرار این شکل از انرژی در طول سال ها پایدار باشد.

پیشرفت‌های فناوری
با وجود خطر تغییرات آب و هوایی و ذخایر سوخت های فسیلی در حال اتمام، بسیاری از دانشمندان به یافتن جایگزین های کارآمدتر انرژی پاک اختصاص داده شده اند. فناوری زمین گرمایی یکی از گزینه های امیدوارکننده برای تقویت اقتصادهای در حال رشد است. این موضوع باعث ایجاد رقابت برای بهبود اثربخشی روش‌های کاربردی در صنعت میشود. پرهزینه ترین جنبه ساخت یک نیروگاه زمین گرمایی عملیات حفاری است که در طی آن مشکلاتی مانند دمای شدید، فشار یا تشکیل سنگ های کریستالی موانع قابل توجهی را نشان می دهد و اینجاست که آخرین پیشرفت‌های تکنولوژیک بیشترین اهمیت را دارند. مته های جدید ساخته شده از مواد مقاوم در برابر فشار و دمای بالا امکان حفاری را حتی در مخازنی که قبلاً غیرقابل دسترس بوده اند را می دهد

در حال حاضر یک تیم تحقیقاتی در حال بررسی استفاده از انرژی زمین گرمایی آتشفشانی است. در سال 2016، دانشمندان حفاری در سیستم آتشفشانی شبه جزیره Reykjanes در ایسلند را برای تعیین پتانسیل تولید انرژی ماگما آغاز کردند. هنگامی که ماگما مستقیماً با آب برخورد می کند، آب به “حالت فوق بحرانی” می رسد. نه مایع است و نه گاز. در این حالت آب می تواند 10 برابر بیشتر از بخار معمولی انرژی حرارتی را حمل کند. با بهره گیری از این پدیده می توان با استفاده از منابع کمتر انرژی بیشتری تولید کرد. البته این تحقیق هنوز در مراحل اولیه خود است، بنابراین باید منتظر بمانیم تا دریابیم آیا این روش ایمن و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است یا خیر.

نیاز به حداقل فضا نسبت به سایر نیروگاه ها
از آنجایی که سیستم های زمین گرمایی عمدتاً در زیر زمین راه اندازی میشوند، برای ساخت و ساز به حداقل مساحت زمین نیاز دارند. انرژی زمین گرمایی به طور متوسط 1 تا 8 هکتار زمین در هر مگاوات انرژی نیاز دارد، در حالی که نیروگاه های زغال سنگ برای هر مگاوات به 19 هکتار (بدون احتساب زمین اضافی مورد استفاده برای استخراج) نیاز دارند نیروگاه های زمین گرمایی حتی هشت برابر کمتر از مزارع خورشیدی و سه برابر کمتر از مزارع انرژی بادی فضا اشغال می کنند

پتانسیل گرمایش و سرمایش
پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی که برای گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها استفاده می‌شود، هیچ سوختی را نمی‌سوزاند و گازهای گلخانه‌ای منتشر نمی‌کنند. این سیستم ها بر اساس اختلاف دمای طبیعی بین زیر زمین و سطح زمین کار می کنند. در زمستان سیستم، گرمای داخلی زمین را به ساختمان پمپاژ می کند و آن را گرم می کند. در تابستان، این سیستم گرما را از داخل ساختمان جذب می کند و آن را به زیر زمین منتقل می کند که در آنجا خنک شود. سپس هوای سردتر به داخل ساختمان پمپ می شود تا دمای هوای داخل خانه کاهش یابد.

این روش کنترل دما در داخل ساختمان ها بسیار کارآمد در مصرف انرژی است. با راندمان 500 درصد، گرمایش زمین گرمایی به مراتب از راندمان 98 درصد کوره های گازی فراتر می رود. انرژی زمین گرمایی می تواند زندگی مردم را در مکان های دوردست دگرگون کند. به عنوان مثال پروژه ای در روستای چوماتانگ در شمال غربی هیمالیا که با همکاری محققان نروژی انجام شد، یک سیستم گرمایش زمین گرمایی در یک هتل محلی برای حفظ دمای داخل در 20 درجه سانتیگراد (68 درجه فارنهایت) راه اندازی شد. این سیستم ثابت کرده است که به خوبی و کارآمد عمل می کند.این یک موفقیت بزرگ در نظر گرفته می شود زیرا دمای زمستان در این منطقه معمولاً به زیر منفی 20 درجه سانتیگراد (4- درجه فارنهایت) می رسد و به دلیل کمبود برق و چوب برای سوزاندن، مردم اغلب با گرم نگه داشتن خانه های خود مشکل دارند.

معایب :

مکان‌های خاص
بزرگترین نقطه ضعف انرژی زمین گرمایی این است که فقط در مکان های خاص امکان استفاده از آن وجود دارد. در بسیاری از مناطق، گرمایی که از مرکز به سطح زمین منتشر میشود برای تولید انرژی کافی نیست یا ارزش سرمایه گذاری را ندارد. در جایی که پوسته زمین ضخیم است، گرادیان زمین گرمایی تنها 16 درجه سانتیگراد (60 درجه فارنهایت) در هر کیلومتر مربع است، اما در مکانهایی که پوسته نازک است، این عدد تا 90 درجه سانتیگراد (194 درجه فارنهایت) افزایش می یابد. تنها نقاطی که برای ساخت نیروگاه‌های زمین گرمایی قابل توجه هستند، مکان‌هایی هستند که ذخایر زمین گرمایی به راحتی قابل دسترسی باشد.

راندمان پایین
نیروگاه های زمین گرمایی بازده کمتری نسبت به نیروگاه های انرژی فسیلی یا هسته ای دارند. راندمان سوخت های فسیلی یا نیروگاه های هسته ای بین 30 تا 40 درصد است در حالی که نیروگاه های زمین گرمایی به طور متوسط تنها به 12 درصد می رسد. به دلیل ویژگی منحصر به فرد گرمای زمین گرمایی که با شدت یکسان در مکان های مختلف منتشر نمی شود، هر نیروگاه زمین گرمایی کارایی خاص خود را دارد. به عنوان مثال، یک نیروگاه زمین گرمایی در داراجات، اندونزی، 21 درصد راندمان را به دست می آورد در حالی که مکانی مانند چشمه های آب گرم منطقه چنا در آلاسکا، تنها به یک درصد راندمان می رسد. .

پیامدهای زیست محیطی
تولید انرژی از ذخایر زمین گرمایی گازهای گلخانه ای منتشر نمی کند، اما گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن و متان به طور طبیعی در زیر سطح زمین قرار دارند. این گازها می توانند در حین حفاری از سیال زمین گرمایی به جو خارج شوند. حتی اگر خطر انتشار این گازهای زیرسطحی در جو وجود داشته باشد، بیشتر نیروگاه های زمین گرمایی انرژی خود را از مخازن با غلظت کم گازهای گلخانه ای می گیرند یا مکانیسم هایی را برای جلوگیری از فرار آنها اعمال می کنند. به طور کلی، انرژی زمین گرمایی همچنان مقادیر بسیار کمتری از گازهای گلخانه ای را نسبت به صنایعی که سوخت های فسیلی می سوزانند منتشر می کند.

سایر آلاینده های زیست محیطی مرتبط با استفاده از انرژی زمین گرمایی عبارتند از دی اکسید گوگرد، انتشار سیلیس و فلزات سنگین مانند جیوه، نیکل و آرسنیک. این صنعت، بیشترین فناوری را برای کاهش انتشار این آلاینده ها به کار گرفته است، اما طبق گفته انجمن انرژی زمین گرمایی، تأسیسات زمین گرمایی آبفشان در کالیفرنیا، آمریکا هنوز مقداری جیوه را در محیط منتشر می کند.

مستعد زلزله
نیروگاه های زمین گرمایی باید در مناطق فعال از نظر زمین شناسی قرار گیرند تا دسترسی آسان به گرمای داخلی زمین داشته باشند اما این مناطق اغلب مستعد زلزله هستند. به عنوان مثال در میدان زمین گرمایی دریای سالتون در کالیفرنیا آمریکا، تحقیقات انجام شده ارتباط واضحی بین زلزله‌های ناشی از انسان و سازوکار زمین گرمایی را نشالن میدهد. محققان بر این باورند که در برخی مکان‌ها نیروگاه‌های زمین گرمایی ممکن است حتی زلزله‌های مخرب‌تری را ایجاد کنند.

در تعارض با میراث طبیعی و حقوق مردمان بومی
در زیر مناظر طبیعی خیره کننده آبفشان ها و چشمه های آب گرم در پارک ملی یلوستون در آمریکا، توده عظیم ماگمایی یکی از بزرگترین آتشفشان های روی زمین قرار دارد. این منطقه حدود 6 گیگاوات انرژی حرارتی را به سطح زمین انتقال میدهد. در حالی که پتانسیل زمین گرمایی این منطقه بسیار زیاد است، ارزش طبیعی و ذاتی آن به عنوان یکی از مکان‌های غنی از تنوع زیستی که در آن فعالیت‌های زمین‌شناسی منحصربه‌فردی را می‌توان مشاهده کرد، بسیار زیاد است. به همین دلیل است که پارک ملی یلوستون در برابر بهره برداری از انرژی زمین گرمایی محافظت می شود

بسیاری از مکان فعال زمین‌شناسی که برای عملیات انرژی زمین گرمایی در مقیاس بزرگ مناسب هستند، مکان‌های با اهمیت و بعضا مقدس مردم بومی را دربر میگیرند، بنابراین گسترش صنعت انرژی در این مکان ها با حقوق این افراد در تضاد است. یکی از این نمونه ها سومین میدان آبفشان بزرگ در جهان، ال تاتیو در شیلی است. در دهه 1970، تعدادی چاه برای دسترسی به انرژِی های زمین گرمایی آن در ال تاتیو حفر شد، اما بهره برداری از مخزن زمین گرمایی منجر به ناپدید شدن برخی از آبفشان ها شد. در سال 2009، حادثه ای رخ داد که یکی از چاه ها منفجر شد و یک فواره بخار به ارتفاع 60 متر تولید کرد. این حادثه باعث مخالفت مردم محلی آتاکامنو برای بهره برداری بیشتر زمین گرمایی در این منطقه شده است.

هزینه‌های اولیه بالا
از آنجایی که هزینه های ساخت سیستم ها و نیروگاه های زمین گرمایی بالا است، سیستم های انرژی زمین گرمایی نیاز به یک استراتژی سرمایه گذاری بلند مدت دارند. بر اساس گزارش انجمن انرژی زمین گرمایی، هزینه حفاری، تجزیه و تحلیل و راه اندازی زیرساخت های زمین گرمایی حدود 3400 دلار به ازای هر کیلووات برق در ایالات متحده است و می تواند با هزینه های بالای انرژی هسته ای مقایسه شود. ساخت نیروگاه زمین گرمایی حدود 60 درصد هزینه بیشتری نسبت به ساخت نیروگاه گاز طبیعی دارد. اما هزینه های راه اندازی یک نیروگاه زمین گرمایی ارزان تر است زیرا نیازی به سوخت ندارد. دفتر بهره وری انرژی و انرژی های تجدیدپذیر برآورد می کند که بهره برداری از چنین نیروگاهی به طور متوسط 0.01 تا 0.03 دلار در هر کیلووات ساعت هزینه دارد .

نیاز به مدیریت اصولی
انرژی زمین گرمایی تنها در صورتی پایدار است که از مخازن زیر زمین به درستی مدیریت شود. اگر بیش از حد از آنها استفاده شود، مخازن انرژی زمین گرمایی می توانند بسیار سریعتر از زمان جایگزینی آنها تخلیه شوند و نیروگاه ها به معنای واقعی کلمه “تمام می شوند”. در ایسلند، برخی از کارشناسان محیط زیست و زمین شناسان زنگ خطر را به صدا در می آورند که اگر این کشور به همان اندازه انرژی زمین گرمایی را مصرف کند، ممکن است در 50 تا 100 سال آینده برخی از مخازن خشک شوند. و حداقل 100 سال دیگر طول خواهد کشید تا دوباره دوباره پر شوند. انرژی زمین گرمایی به طور کلی یک منبع تجدیدپذیر است، اما اگر نیروگاه ها از مقادیر بیش از حد استفاده کنند، ممکن است به صورت نقطه ای تخلیه شود. به عنوان مثال، میدان زمین گرمایی Geysers در کالیفرنیا از دهه 1960 با موفقیت زیادی مورد بهره برداری قرار گرفت، اما در سال 1988 حداکثر میزان تولید آن به دست آمد و از آن زمان تولید به طور پیوسته در حال کاهش است.

جمع‌بندی :

انرژی زمین گرمایی یکی از مهمترین منابع انرژی تجدیدپذیر است که در سراسر جهان استفاده می‌شود و با وجود تمام مزایا و معایبی که دارد همچنان مورد توجه سیاست‌گذاران و محققان محیط زیست قرار دارد اما مردم شناخت کمی نسبت به آن دارند، امیدواریم این مقاله در آشنایی شما با انرژی زمین گرمایی مفید بوده باشد.