الطاقة الحرارية الأرضية هي أحد مصادر الطاقة المتجددة التي تستخدم الحرارة من داخل الأرض لتوليد الكهرباء وتكييف المباني والحصول على الماء الساخن بطريقة بيئية. غالباً ما تكون أقل شهرة مقارنة بالطاقات المتجددة الأخرى مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، فإن الطاقة الحرارية الأرضية لها تطبيقات متعددة وتوفر كفاءة ملحوظة في استخدام الطاقة.
هذه الطاقة يتم الحصول عليه ومعالجته في منشآت محددة تسمى محطات الطاقة الحرارية الأرضية. ولكن ما هي محطة الطاقة الحرارية الأرضية بالضبط وكيف تعمل؟
محطة لتوليد الطاقة الحرارية الجوفية
محطة الطاقة الحرارية الأرضية هي محطة توليد كهربائية تعمل بحرارة الأرض. وتعتبر هذه المرافق المسؤولة عن استخلاص الحرارة من باطن الأرض ضرورية لتحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء دون الاعتماد على العوامل الخارجية، مثل الظروف الجوية، على عكس مصادر الطاقة المتجددة الأخرى.
وفيما يتعلق بالأثر البيئي، انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من محطة الطاقة الحرارية الأرضية وهي أقل بكثير من تلك التي تنتجها محطات الوقود الأحفوري. في المتوسط، فإنها تطلق 45 جرامًا فقط من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلووات ساعة يتم توليدها، أي أقل من 2% من انبعاثات المحطات التقليدية.
ومع ذلك، فإن الطاقة الحرارية الأرضية محدودة حيث يمكن تسخيرها بكفاءة، وذلك بسبب الحاجة إلى الحفر في القشرة الأرضية في المناطق ذات النشاط الحراري الأرضي العالي. وتعد الولايات المتحدة والفلبين وإندونيسيا من بين أكبر منتجي هذه الطاقة بسبب جغرافيتهم الملائمة.
وعلى الرغم من إمكاناتها، تشير التقديرات إلى ذلك ويتم استخدام 6,5% فقط من السعة الهندسية العالميةوفقا لجمعية الطاقة الحرارية الأرضية.
موارد الطاقة الحرارية الجوفية
تنتقل الحرارة من باطن الأرض عبر القشرة الأرضية التي تعمل بمثابة عازل. ولتجميع هذه الحرارة، من الضروري الحفر في الأرض، الأمر الذي يتطلب بنية تحتية مثل خطوط الأنابيب وآبار الطاقة الحرارية الأرضية.
بشكل عام، وتزداد كمية الطاقة الحرارية الأرضية المتاحة مع عمق الحفر وقربها من حواف الصفائح التكتونية حيث تكون درجة الحرارة في أعلى مستوياتها.
كيف تعمل محطة توليد الطاقة الحرارية الأرضية؟
تعتمد عملية توليد الكهرباء في محطة الطاقة الحرارية الأرضية على التشغيل على مرحلتين أساسيتين: حقل الطاقة الحرارية الأرضية ومحطة التحويل.
مجال الطاقة الحرارية الجوفية
مجال الطاقة الحرارية الأرضية هو المنطقة التي يكون فيها التدرج الحراري الأرضي أعلى. عادةً ما يكون ذلك بمثابة طبقة مياه جوفية محصورة تحتوي على ماء ساخن، مخزنة تحت طبقات غير منفذة تحتفظ بالحرارة. هذا الخزان الحراري الأرضي هو مصدر الحرارة التي سيتم استخدامها لتوليد الكهرباء.
وتستخرج الآبار في هذا الحقل خليطاً من الماء والبخار الذي يتم نقله إلى المحطة عبر الأنابيب، حيث يستخدم البخار لتحريك التوربينات وتشغيل نظام توليد الكهرباء.
عملية التوليد
تبدأ عملية التوليد باستخراج البخار والماء الساخن من خزان الطاقة الحرارية الأرضية ونقله إلى المحطة. وبمجرد الوصول إلى هناك، يتم فصل البخار عن السائل بواسطة أ فاصل الإعصار. وهذا البخار هو ما يجعل التوربينات تدور بسرعة عالية (3.600 دورة في الدقيقة)، مما يولد الكهرباء.
ويتم إعادة حقن المياه الزائدة في الخزان، وهي عملية تضمن استدامة النظام. وإذا لم تتم عملية إعادة الحقن هذه، فسيتم استنفاد المورد، ولا يمكن اعتبار الطاقة متجددة.
أنواع محطات الطاقة الحرارية الأرضية
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من محطات الطاقة الحرارية الأرضية:
محطات البخار الجاف
هذا النوع من النباتات هو الأبسط. يعمل عن طريق استخلاص البخار المباشر من باطن الأرض عند درجات حرارة أعلى من 150 درجة مئوية. يقوم هذا البخار بتشغيل التوربينات التي تولد الكهرباء.
محطات البخار السريع
في محطات البخار الوميضي، يرتفع الماء الساخن عالي الضغط من الآبار، وعندما يتم إدخاله إلى خزانات الضغط المنخفض، يتبخر جزء من الماء، مما يؤدي إلى تشغيل التوربينات.
Binary Cycle Centrals
محطات توليد الطاقة ذات الدورة الثنائية هي الأكثر كفاءة وحداثة. فهي تستخدم سوائل ذات نقطة غليان منخفضة لنقل الحرارة من الماء، وبالتالي توليد البخار اللازم لحركة التوربينات، مما يسمح بتشغيلها بالسوائل عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 57 درجة مئوية.
إن كفاءة محطات الدورة الثنائية وتأثيرها البيئي المنخفض تجعلها أكثر صديقة للبيئة، حيث أنها لا ينبعث منها بخار أو غازات أخرى إلى الخارج.
لقد سمح تطور تكنولوجيا الطاقة الحرارية الأرضية باستخدام الموارد الجوفية بشكل أفضل، وتحسين استدامة النظام وتقليل الانبعاثات المرتبطة بتوليد الطاقة. ومع استثمار المزيد من البلدان في هذه التكنولوجيا، من المتوقع أن تلعب الطاقة الحرارية الأرضية دورًا أكثر أهمية في التحول إلى مصادر الطاقة النظيفة والمتجددة.