La الطاقة الحرارية الأرضية وهو أحد أهم مصادر الطاقة المتجددة وأقلها شهرة. وتستفيد هذه التكنولوجيا من الحرارة المخزنة تحت سطح الأرض لإنتاجها التدفئة والتبريد والمياه الساخنة المنزلية (DHW) في المنازل والصناعات والمباني الأخرى. في هذه المقالة سوف نتعمق في كيفية عملها ومزاياها وعيوبها ومقارناتها مع التقنيات الأخرى مثل الطاقة الحرارية الجوية.
كيف تعمل الطاقة الحرارية الأرضية؟
La الطاقة الحرارية الأرضية ويعتمد على قدرة الأرض على تخزين الحرارة المنتجة في الداخل. باستخدام المضخات الحرارية الأرضية، من الممكن استخراج هذه الحرارة واستخدامها التدفئة في الشتاء والبرودة في الصيف وتوفير الماء الساخن المنزلي. تعتمد العملية على دائرة مغلقة يدور فيها سائل (خليط من الماء والجليكول) عبر أنابيب مدفونة تحت الأرض.
وفي الشتاء، يمتص هذا السائل الحرارة من باطن الأرض التي تكون في درجة حرارة ثابتة، وينقلها إلى المبنى. في الصيف، يتم عكس العملية: يتم نقل الحرارة داخل المبنى إلى الطابق السفلي، مما يؤدي إلى تبريد الغرفة بشكل طبيعي. ويتميز هذا النظام بالكفاءة العالية، حيث يستخدم كمية أقل من الكهرباء مقارنة بأنظمة التدفئة وتكييف الهواء التقليدية.
هذا النوع من الطاقة هو لا ينتهي وهو متاح 365 يومًا في السنة، و ساعات 24 من اليوم. واحدة من المزايا العظيمة التي تتفوق بها على الطاقات المتجددة الأخرى مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح هي أنها تمتلك طاقة هائلة الأداء لا يعتمد على الظروف الجوية (الشمس والرياح والمطر وما إلى ذلك). الطاقة الحرارية الأرضية مستقرة ومستمرة.
تطبيقات الطاقة الحرارية الجوفية
الطاقة الحرارية الأرضية لديها حاليا بعض التطبيقات الرئيسية، سواء في المناطق السكنية أو الصناعية. دعونا نراهم أدناه.
- التدفئة والتبريد: كما ذكرنا من قبل، توفر مضخات الحرارة الأرضية التدفئة في الشتاء والتبريد في الصيف، مع تركيب يمكن تكييفه مع أنظمة التدفئة الأرضية أو ملفات المروحة.
- إنتاج الكهرباء: في أماكن معينة من العالم حيث تكون موارد الطاقة الحرارية الأرضية مرتفعة الحرارة (أكثر من 150 درجة مئوية)، من الممكن توليد الكهرباء باستخدام التوربينات البخارية.
- المنشآت الصناعية والزراعية: وفي صناعات مثل الزراعة، يمكن استخدام الطاقة الحرارية الأرضية لتكييف الهواء في المستودعات الكبيرة أو الدفيئات الزراعية، مما يزيد الإنتاج الزراعي في المناخات الباردة.
أنواع موارد الطاقة الحرارية الأرضية
تنقسم موارد الطاقة الحرارية الأرضية إلى ثلاث فئات واسعة حسب درجة حرارتها.
- ارتفاع درجة الحرارة (أكثر من 150 درجة مئوية): وترتبط بشكل عام بالظواهر البركانية أو مناطق النشاط التكتوني. وفي هذه الحالات، يمكن استخدام الطاقة الحرارية لتوليد الكهرباء.
- متوسط درجة الحرارة (بين 90 درجة مئوية و150 درجة مئوية): وهذه الموارد لا تكفي لتوليد الكهرباء، ولكن يمكن استخدامها للتدفئة وبعض العمليات الصناعية.
- درجة حرارة منخفضة (أقل من 90 درجة مئوية): هذه هي الأكثر انتشارًا ويمكنها تزويد المنازل والمباني بالتدفئة والتبريد والمياه الساخنة.
مزايا الطاقة الحرارية الجوفية
تتمتع الطاقة الحرارية الأرضية بمزايا عديدة مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى. وفيما يلي نتناول أهمها بالتفصيل:
- أداء ثابت: لا يعتمد على الظروف الجوية وإنتاجه مستقر طوال العام.
- كفاءة عالية: تقدم المضخات الحرارية الأرضية أداءً عاليًا جدًا، حيث يبلغ معامل الأداء (COP) أكبر من 4، أي أنه مقابل كل كيلووات من الطاقة الكهربائية المستهلكة، يتم إنتاج أكثر من 4 كيلووات من الطاقة الحرارية.
- تأثير أقل على البيئة: لا تنبعث منها غازات سامة أو جزيئات ملوثة. ومن خلال عدم استخدام الوقود الأحفوري، فإنه لا يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري.
مساوئ الطاقة الحرارية الجوفية
على الرغم من أن الطاقة الحرارية الأرضية لها العديد من المزايا، إلا أن هناك بعض العيوب التي يجب أخذها بعين الاعتبار قبل تركيب مثل هذا النظام.
- ارتفاع الاستثمار الأولي: يتطلب تركيب أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية استثمارًا كبيرًا مقارنة بأنظمة التدفئة أو تكييف الهواء التقليدية. ومع ذلك، فإن هذه التكلفة تؤتي ثمارها على المدى الطويل بسبب كفاءتها العالية.
- المساحة المطلوبة: تتطلب المرافق عادةً مساحة كبيرة من الأرض لدفن أنابيب دوائر الطاقة الحرارية الأرضية.
- غير قابل للتطبيق في جميع المواقع: هناك أماكن لا يمكن الوصول فيها إلى موارد الطاقة الحرارية الأرضية بشكل كافٍ، مما يحد من تنفيذها.
المضخة الحرارية الجوفية (BCG)
أحد أفضل التطبيقات المعروفة للطاقة الحرارية الأرضية هو مضخة الحرارة الجوفية، وتسمى أيضًا بي سي جي. الخصائص الرئيسية لهذا النظام هي ما يلي:
كفاءة عالية: تتميز المضخات الحرارية الأرضية بكفاءة عالية لأنها تعمل مع مصدر حراري (باطن الأرض) تكون درجة حرارته ثابتة طوال العام، مما يؤدي إلى تجنب تقلبات الأرصاد الجوية.
الاستقرار: يتم توصيل المضخات الحرارية بمبادلات حرارية تظل ثابتة في درجة الحرارة طوال العام، مما يضمن الأداء المستمر.
لا توفر هذه المضخات التدفئة في الشتاء والتبريد في الصيف فحسب، ولكنها أيضًا الخيار الأمثل تسخين المياه الصحية، مما يساهم في توفير الطاقة مجتمعة.
التدفئة والتبريد بنفس النظام؟
إحدى نقاط القوة في كل من الطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الحرارية الجوية هي قدرتها على ذلك الجمع بين التدفئة والتبريد في نظام واحد. خلال فصل الشتاء، يقوم النظام بنقل الحرارة من الطابق السفلي إلى المبنى، بينما في الصيف، يقوم النظام بطرد الحرارة من المنزل إلى الطابق السفلي.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام هذا النوع من التثبيت لتدفئة الأماكن مثل حماماتمما يزيد بشكل كبير من جاذبيتها لأصحاب المنازل ذات الأسرة الواحدة أو المجمعات الكبيرة.
مقارنة الطاقة الحرارية الأرضية مع مصادر الطاقة المتجددة الأخرى
أحد الجوانب المهمة عند اختيار الطاقة الحرارية الأرضية هو مقارنتها بمصادر الطاقة المتجددة الأخرى. دعونا نفعل ذلك بعد ذلك.
- الطاقة الحرارية الأرضية مقابل. طاقة شمسية: الميزة الرئيسية للطاقة الحرارية الأرضية على الطاقة الشمسية هي أن أدائها لا يعتمد على عدد ساعات ضوء الشمس. في حين أن الطاقة الشمسية يمكن أن تكون متقطعة، فإن الطاقة الحرارية الأرضية توفر أداءً ثابتًا طوال العام.
- الطاقة الحرارية الأرضية مقابل. الحرارية الجوية: الطاقة الحرارية الجوية هي تقنية ناشئة أخرى تعمل بطريقة مشابهة للطاقة الحرارية الأرضية، ولكن بدلاً من استخدام الحرارة من باطن الأرض، فإنها تستفيد من حرارة الهواء الخارجي. والفرق الرئيسي هو أن كفاءة أنظمة الطاقة الحرارية الجوية يمكن أن تتأثر بدرجات الحرارة الخارجية القصوى، وهو أمر لا يحدث مع الطاقة الحرارية الأرضية.
- الطاقة الحرارية الأرضية مقابل. الكتلة الحيوية: الكتلة الحيوية هي مصدر للطاقة المتجددة يعتمد على احتراق النفايات العضوية. على عكس الطاقة الحرارية الأرضية، تنتج الكتلة الحيوية انبعاثات وليست دائمًا بنفس الكفاءة. وعلى الرغم من ذلك، يمكن أن يكون بديلاً قابلاً للتطبيق في الأماكن التي يكون فيها الوصول إلى موارد الطاقة الحرارية الأرضية محدودًا.
اختتام
الطاقة الحرارية الأرضية هي واحدة من أنظمة الطاقة المتجددة الواعدة. على الرغم من أن الاستثمار الأولي يمكن أن يكون مرتفعًا، إلا أن استقرار أدائها وكفاءتها العالية وكونها مصدرًا للطاقة النظيفة هي عوامل تجعل الطاقة الحرارية الأرضية خيارًا مفضلاً لأولئك الذين يبحثون عن أنظمة الطاقة المتجددة ذات التأثير الأدنى على البيئة. البيئة طوال العام.
علاوة على ذلك، فإن قدرتها على الجمع بين التدفئة والتبريد في نظام واحد تجعلها حلاً كاملاً ومستدامًا للمنزل والصناعة.