مميزات وعيوب الطاقة الحرارية الجوفية

ما هي الطاقة الحرارية الجوفية

الطاقة الحرارية الجوفية هي إحدى مصادر الطاقة المتجددة النظيفة الموجودة حولنا، وتتواجد في صهارة باطن الأرض، وذلك بسبب وجود كتلة الأرض التي تحتوي على 99% من الصخور ذات الحرارة المرتفعة والتي قد تتجاوز درجتها 1000 درجة مئوية، ويجب أن يعلم الجميع أن درجة الحرارة ترتفع 27 درجة مئوية مع كل كيلومتر نتقدم في عمق الأرض.

يرجى ملاحظة أن هذه الحرارة هي التي تنتج الينابيع الحارة التي يستخدمها الناس للاسترخاء والعلاج، وتنشأ بسبب الحرارة الطبيعية في باطن الأرض، ولكن العلماء استغلوا هذه الحرارة بطرق أخرى مثل توليد الكهرباء، ولكن تحويلها إلى طاقة كهربائية يكلف الكثير، لذا فإنها ليست مصدرا هاما لتوليد الكهرباء.

مميزات الطاقة الحرارية الجوفية

مصادر الحصول على الطاقة الحرارية الجوفية

يستفسر بعض الأشخاص عن مصدر الطاقة الحرارية الجوفية، وتأتي هذه الطاقة من داخل الأرض عن طريق تفكك الجسيمات المشعة في نواة الأرض بشكل بطيء، وهذه العملية تحدث في جميع الصخور لتكوين طاقة حرارية في باطن الأرض. ولكن قبل الحديث عن مصدرها، يجب أن نفهم الطبقات الأرضية الرئيسية التالية:

• يصل قطر اللب الداخلي من الحديد الصلب إلى حوالي 1500 ميل
• الصهارة هي نواةٌ خارجيةٌ مِنَ الصخورِ المنصهرةِ الساخنةِ، يبلغُ سمكُها حوالي 1500 ميلاً.
• يحيط باللب الخارجي طبقة من الصهارة والصخور بسمك يبلغ حوالي 1800 ميل.
• تشكل القشرة الصلبة من الصخور الصلبة الّتي تشكّل القارات وأرضيّات المحيطات، ويتراوح سمكها بين 15 و35 ميلاً تحت القارات و3 إلى 5 أميال تحت المحيطات

اكتشف العلماء أن درجة حرارة النواة الأرضية تبلغ حوالي 10800 درجة فهرنهايت، وارتفاع درجة حرارتها يعادل ارتفاع درجة حرارة سطح الشمس.

في البراكين، تنقسم قشرة الأرض إلى قطع تسمى الصفائح التكتونية. تقترب الصهارة من سطح الأرض بالقرب من حواف هذه الصفائح، والحمم التي تنفجر من البراكين هي الصهارة. بالتالي، تقوم الصخور والمياه بامتصاص الحرارة من الصهارة في أعماق الأرض، وبذلك تحصل الأرض على درجة حرارة عالية يمكننا استخدامها لاستخراج الطاقة الحرارية المتجددة.

هناك العديد من مصادر الطاقة الحرارية الجوفية التي تأتي من توليد الحرارة بواسطة تحلل إشعاعي للبوتاسيوم واليورانيوم والثوريوم في غلاف القشرة الأرضية، بالإضافة إلى الطاقة الحرارية التي تأتي من الاشعاع الشمسي في فصل الصيف. تقوم القشرة الأرضية بامتصاص الإشعاع الشمسي في فصل الصيف وتخزنه في طبقة الأرض السطحية، وتقوم بإطلاقه في فصل الشتاء.

يمكن الاستفادة من الطاقة الحرارية الجوفية للاستخدام البشري في أي مكان على سطح الأرض، حيث يمكن استخراج واستخدام 1.4 × 10^6 تيراواط من الطاقة الحرارية الجوفية سنويًا، وهو ما يعادل ثلاثة أضعاف الاستهلاك العالمي السنوي لجميع أنواع الطاقة.

تاريخ استخدام الطاقة الحرارية الجوفية

كانت أول من استخدمتها الهنود الحمر قبل أكثر من 10.000 سنة في الينابيع الحارة للاسترخاء وطهي الطعام. ولكن أول دولة استخدمتها كمصدر للطاقة كانت إيطاليا في عام 1904. تعد الطاقة الحرارية الجوفية مصدرا ثابتا للطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم، ووفقا للوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA)، نمت الطاقة الحرارية الأرضية باستمرار من حوالي 10 جيجا وات إلى 13.3 جيجا وات في جميع أنحاء العالم وفقا لعام 201.

أنواع محطات الطاقة الحرارية الجوفية

تنقسم المحطات التي تعمل بالطاقة الحرارية المتجددة إلى فئات وفقًا للطريقة التي تعمل بها، وهي كالتالي:

محطات الطاقة العاملة بطريقة البخار الجاف Dry Steam

تعتمد طريقة توليد الكهرباء في المحطات الحرارية على ضخ البخار الساخن الناتج عن المياه الحارة المتواجدة في باطن الأرض، وبدورها تقوم مولدات الكهرباء المرتبطة بها بالدوران، وبذلك يتم توليد الطاقة الكهربائية. وبعد تدوير الماء الساخن، يتم تكاثف البخار وتحويله إلى ماء، ويعود مرة أخرى إلى باطن الأرض.

محطات الطاقة العاملة بالتبخير Flash Steam

في هذا النوع من المحطات، يتم ضخ المياه الساخنة بدلاً من البخار، وذلك في درجة حرارة وضغط منخفضين في خزان التبخير، وبالتالي يتم تبخير الماء وتحويله إلى بخار، ثم يعاد تكثيفه بعد عملية الدوران ويعود إلى باطن الأرض بصورة مجددة.

محطات الطاقة العاملة بالدارة المزدوجة Binary Cycle

تختلف محطة الطاقة العاملة بالدائرة المزدوجة عن ما سبق ذكره؛ حيث يتم ضخ المياه الحارة إلى ما يسمى بالمبادل الحراري المملوء بالسائل، ومن خلال ذلك يتم نقل درجة حرارة المياه المرتفعة إلى السائل، فيتحول السائل إلى بخار ثم يعود مرة أخرى إلى باطن الأرض.