الطاقة الحرارية الجوفية: وفيرة ، ومربحة ، و …

بالعربي / كبديل نظيف ومستدام نسبيًا لمصادر الطاقة التقليدية ، تلعب الطاقة الحرارية الأرضية دورًا مهمًا في الاستقلال عن الموارد غير المتجددة مثل الفحم والنفط. الطاقة الحرارية الأرضية ليست وفيرة بشكل لا يصدق فحسب ، بل إنها فعالة للغاية من حيث التكلفة مقارنة بالأشكال الشائعة الأخرى للطاقة المتجددة. 

ومع ذلك ، كما هو الحال مع الطاقات الأخرى ، هناك بعض العيوب التي يجب معالجتها في قطاع الطاقة الحرارية الأرضية ، مثل احتمالية تلوث الهواء والمياه الجوفية. ومع ذلك ، من خلال الموازنة بين إيجابيات وسلبيات الطاقة الحرارية الأرضية ، من الواضح أنها توفر مصدرًا جذابًا ويمكن الوصول إليه وموثوق به للطاقة.

ما هي الطاقة الحرارية الجوفية؟

تستمد الطاقة الحرارية الأرضية طاقتها من نواة الأرض ، وتتولد عندما يتم ضخ الماء الساخن إلى السطح ، وتحويله إلى بخار ، واستخدامه في تشغيل التوربينات الهوائية. تولد حركة التوربين طاقة ميكانيكية يتم تحويلها بعد ذلك إلى كهرباء بواسطة مولد. يمكن أيضًا الحصول على الطاقة الحرارية الأرضية مباشرة من بخار الأرض أو عن طريق مضخات الحرارة الجوفية ، التي تستخدم الحرارة من الأرض لتدفئة وتبريد المنازل.

مزايا الطاقة الحرارية الجوفية

تتمتع الطاقة الحرارية الأرضية بعدد من المزايا مقارنة بالوقود التقليدي مثل النفط والغاز والفحم.

إنه أنظف من مصادر الطاقة التقليدية

لا يتطلب استخراج الطاقة الحرارية الجوفية حرق الوقود الأحفوري مثل النفط أو الغاز أو الفحم. لهذا السبب ، ينتج استخراج الطاقة الحرارية الأرضية سدس ثاني أكسيد الكربون الذي تنتجه محطات توليد الطاقة بالغاز الطبيعي والتي تعتبر نظيفة نسبيًا. علاوة على ذلك ، تنتج الطاقة الحرارية الأرضية القليل من الغاز الذي يحتوي على الكبريت أو أكسيد النيتروز أو لا ينتج عنه أي غاز.

تعتبر مقارنة الطاقة الحرارية الأرضية بالفحم أكثر إثارة للإعجاب. ينتج متوسط ​​محطة الطاقة التي تعمل بالفحم في الولايات المتحدة ما يقرب من 35 ضعفًا من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلو واط في الساعة (kWh) من الكهرباء مما تنبعثه محطة الطاقة الحرارية الأرضية.

الطاقة الحرارية الأرضية متجددة ومستدامة

الطاقة الحرارية الأرضية هي أيضًا طاقة متجددة وبالتالي فهي أكثر استدامة. تأتي القوة الكامنة وراء الطاقة الحرارية الأرضية من حرارة نواة الأرض ، مما يجعلها عمليا بلا حدود. 

تعتبر الطاقة الحرارية الجوفية المستخرجة من خزانات الماء الساخن أيضًا مستدامة لأنه يمكن إعادة حقن المياه وتسخينها وإعادة استخدامها.

بالإضافة إلى ذلك ، سيستمر الوصول إلى هذه الموارد في التوسع مع تطوير تقنية أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة (EGS) ، وهي استراتيجية تتضمن حقن المياه في الصخور العميقة لإعادة فتح الكسور وزيادة تدفق الماء الساخن والبخار في آبار الاستخراج.

الطاقة وفيرة

يمكن الوصول إلى الطاقة الحرارية الجوفية القادمة من نواة الأرض في أي مكان تقريبًا ، مما يجعلها وفيرة بشكل لا يصدق. يمكن الوصول إلى الخزانات الحرارية الجوفية في نطاق ميل أو ميلين من سطح الأرض عن طريق الحفر ، وبمجرد استغلالها ، تكون متاحة طوال اليوم وكل يوم. هذا على عكس أشكال أخرى من الطاقة المتجددة ، مثل الرياح والطاقة الشمسية ، والتي لا يمكن التقاطها إلا في ظل ظروف مثالية. 

لا يتطلب سوى مساحة صغيرة من الأرض

بالمقارنة مع خيارات الطاقة البديلة الأخرى ، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، تتطلب محطات الطاقة الحرارية الأرضية مساحة صغيرة نسبيًا من الأرض لإنتاج نفس الكمية من الكهرباء. في المتوسط ​​، لا تتطلب محطة توليد الطاقة الحرارية الأرضية سوى حوالي 7 أميال مربعة من مساحة الأرض لكل تيراواط ساعة (تيراواط ساعة) من الكهرباء. لإنتاج نفس الأداء ، تتطلب محطة الطاقة الشمسية 10-24 ميلًا مربعًا ، وتتطلب مزرعة الرياح 28 ميلًا مربعًا.

إنه مدعوم بالابتكار المستمر

تُعرف الطاقة الحرارية الأرضية أيضًا بالابتكار المستمر الذي يجعل مصدر الطاقة أكثر وفرة واستدامة. بشكل عام ، من المتوقع أن ترتفع كمية الطاقة المنتجة من محطات الطاقة الحرارية الأرضية إلى ما يزيد قليلاً عن 52 مليار كيلوواط ساعة في عام 2050 ، مقارنة بـ 16 مليار كيلوواط ساعة في عام 2019. ويؤدي استمرار الاستخدام وتطوير تكنولوجيا EGS إلى توسيع المنطقة الجغرافية لحصاد الطاقة الحرارية الأرضية. 

ينتج عن تسخير الطاقة الحرارية الأرضية منتجات ثانوية قيمة

ينتج عن استخدام البخار الجيوحراري والماء الساخن لتوليد الطاقة منتج ثانوي آخر: النفايات الصلبة مثل الزنك والكبريت والسيليكا. تاريخيا ، كان هذا يعتبر عيبًا لأنه كان يجب التخلص من المواد بشكل صحيح في المواقع المعتمدة ، مما زاد من تكاليف تحويل الطاقة الحرارية الأرضية إلى كهرباء مفيدة. 

لحسن الحظ ، فإن بعض المنتجات الثانوية القيمة التي يمكن استعادتها وإعادة تدويرها يتم الآن تعدينها وبيعها عن قصد. أفضل من ذلك: عادة ما يكون إنتاج النفايات الصلبة منخفضًا جدًا بحيث لا يكون له تأثير كبير على البيئة. 

مساوئ الطاقة الحرارية الجوفية

تتمتع الطاقة الحرارية الأرضية بعدد من المزايا مقارنة بخيارات الطاقة المتجددة الأقل ، ولكن لا تزال هناك جوانب سلبية مستمدة من التكاليف المالية والبيئية ، مثل الاستخدام المرتفع للمياه وإمكانية تدهور الموائل.  

يتطلب استثمارًا أوليًا مرتفعًا

بدلاً من طلب تكاليف تشغيل وصيانة عالية ، تتطلب محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية استثمارًا أوليًا مرتفعًا ، حوالي 2500 دولار لكل كيلوواط مركب. هذا على عكس حوالي 1600 دولار لكل كيلوواط لتوربينات الرياح ، مما يجعل الطاقة الحرارية الأرضية أكثر تكلفة من بعض خيارات الطاقة البديلة. والأهم من ذلك ، أن محطات الطاقة الجديدة التي تعمل بالفحم يمكن أن تكلف ما يصل إلى 3500 دولار لكل كيلوواط ، لذلك تظل الطاقة الحرارية الأرضية خيارًا مربحًا على الرغم من متطلبات رأس المال العالية. 

تم ربط الطاقة الحرارية الجوفية بالزلازل

تقوم محطات الطاقة الحرارية الأرضية عمومًا بإعادة إدخال المياه إلى الخزانات الحرارية عن طريق الحقن في الآبار العميقة. يسمح هذا للنباتات بإزالة المياه المستخدمة في إنتاج الطاقة مع الحفاظ على استدامة المورد: يمكن إعادة تسخين المياه التي يتم إعادة حقنها واستخدامها مرة أخرى. يتطلب EGS أيضًا حقن الماء في الآبار لتوسيع الكسور وزيادة إنتاج الطاقة. 

لسوء الحظ ، ارتبطت عملية حقن المياه من خلال الآبار العميقة بزيادة النشاط الزلزالي في محيط هذه الآبار. تسمى هذه الهزات الخفيفة الزلازل الصغيرة وغالبًا ما تكون غير ملحوظة. 

يستخدم الإنتاج كمية كبيرة من الماء

يمكن أن يمثل استخدام المياه مشكلة لكل من إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية وتكنولوجيا EGS. في محطات الطاقة الحرارية الأرضية القياسية ، يتم سحب المياه من الخزانات الجوفية الحرارية. في حين يتم إعادة حقن المياه الزائدة في الخزان بشكل عام عن طريق حقن الآبار العميقة ، يمكن أن تؤدي العملية إلى انخفاض إجمالي في مناسيب المياه المحلية. 

بل إن استهلاك المياه أعلى لإنتاج الكهرباء من الطاقة الحرارية الأرضية من خلال EGS. وذلك لأن كميات كبيرة من المياه مطلوبة لحفر وبناء الآبار والبنية التحتية الأخرى للمحطة ، وتحفيز آبار الحقن ، وتشغيل المحطة. 

قد يسبب تلوث الهواء والمياه الجوفية

على الرغم من أنه أقل ضررًا بالبيئة من التنقيب عن النفط أو تعدين الفحم ، إلا أن تسخير الطاقة الحرارية الأرضية يمكن أن يؤدي إلى تدهور جودة الهواء والمياه الجوفية. تتكون الانبعاثات بشكل أساسي من ثاني أكسيد الكربون ، وهو أحد غازات الدفيئة ، ولكن هذا يرقى إلى ضرر أقل بكثير من محطات الوقود الأحفوري التي تنتج كمية مماثلة من الطاقة. ترجع تأثيرات المياه الجوفية إلى حد كبير إلى المواد المضافة المستخدمة لمنع ترسب المواد الصلبة في الحفارات باهظة الثمن وأغلفة الحفر. 

بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تحتوي المياه الحرارية الأرضية على إجمالي المواد الصلبة الذائبة ، والفلوريد ، والكلوريد ، والكبريتات بمستويات تتجاوز المعايير الأولية والثانوية لمياه الشرب. عندما يتحول هذا الماء إلى بخار ، يتكثف في النهاية ويعود إلى تحت الأرض ، يمكن أن يؤدي إلى تلوث الهواء والمياه الجوفية. في حالة حدوث تسرب في EGS ، يمكن أن يصل التلوث إلى تركيزات أعلى. أخيرًا ، يمكن أن تؤدي محطات الطاقة الحرارية الأرضية إلى انبعاثات لعناصر مثل الزئبق والبورون والزرنيخ ، لكن تأثيرات هذه الانبعاثات لا تزال قيد الدراسة. 

تم ربطه بالموائل المتغيرة

بالإضافة إلى إمكانية تلوث الهواء والمياه الجوفية ، يمكن أن يؤدي إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية إلى تدمير الموائل بالقرب من الآبار ومحطات الطاقة. قد يستغرق الحفر في الخزانات الحرارية الأرضية عدة أسابيع ويتطلب معدات ثقيلة وطرق وصول وبنية تحتية أخرى ؛ نتيجة لذلك ، يمكن أن تزعج العملية الغطاء النباتي والحياة البرية والموائل وغيرها من السمات الطبيعية.

يتطلب درجات حرارة عالية

بشكل عام ، تتطلب محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية درجات حرارة سائلة لا تقل عن 300 درجة فهرنهايت ، ولكن يمكن أن تصل إلى 210 درجة. وبشكل أكثر تحديدًا ، تختلف درجة الحرارة المطلوبة لتسخير الطاقة الحرارية الأرضية اعتمادًا على نوع محطة الطاقة. تتطلب محطات البخار السريع درجات حرارة مياه أعلى من 360 درجة فهرنهايت ، بينما تحتاج محطات الدورة الثنائية عمومًا إلى درجات حرارة تتراوح بين 225 درجة و 360 درجة فهرنهايت فقط. 

هذا يعني أن الخزانات الحرارية الأرضية يجب ألا تكون فقط ضمن ميل أو ميلين من سطح الأرض ، ولكن يجب أن تكون موجودة حيث يمكن تسخين المياه بواسطة الصهارة من قلب الأرض. يحدد المهندسون والجيولوجيون المواقع المحتملة لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية عن طريق حفر آبار الاختبار لتحديد مواقع الخزانات الحرارية الأرضية.

المصدر / .ecoportal.net