علوم الأرض

أهم 13 معلومة عن الطاقة الحرارية الأرضية

أهم 13 معلومة عن الطاقة الحرارية الأرضية الطاقة الحرارية الأرضية هي طاقة حرارية يتم توليدها وتخزينها في الأرض. الطاقة الحرارية هي الطاقة التي تحدد درجة حرارة المادة. تنشأ الطاقة الحرارية الأرضية لقشرة الأرض من التكوين الأصلي للكوكب ومن التحلل الإشعاعي للمواد (بنسب غير مؤكدة حاليًا ولكن ربما تكون متساوية تقريبًا). 

إن التدرج الحراري الأرضي ، وهو الفرق في درجة الحرارة بين لب الكوكب وسطحه ، يدفع بالتوصيل المستمر للطاقة الحرارية على شكل حرارة من القلب إلى السطح.

الطاقة الحرارية الأرضية
الطاقة الحرارية الأرضية

أهم 13 معلومة عن الطاقة الحرارية الأرضية

1. مقدمة الطاقة الحرارية.

الطاقة الحرارية الأرضية هي طاقة حرارية يتم توليدها وتخزينها في الأرض. الطاقة الحرارية هي الطاقة التي تحدد درجة حرارة المادة. تنشأ الطاقة الحرارية الأرضية لقشرة الأرض من التكوين الأصلي للكوكب ومن التحلل الإشعاعي للمواد (بنسب غير مؤكدة حاليًا ولكن ربما تكون متساوية تقريبًا). إن التدرج الحراري

الأرضي ، وهو الفرق في درجة الحرارة بين لب الكوكب وسطحه ، يدفع بالتوصيل المستمر للطاقة الحرارية في شكل حرارة من اللب إلى السطح. تنبع صفة الطاقة الحرارية الأرضية من الجذور اليونانية γη (ge) والتي تعني الأرض ، و θερμος (الترمس) ، مما يعني الساخن.

الحرارة الداخلية للأرض هي طاقة حرارية متولدة من التحلل الإشعاعي وفقدان الحرارة المستمر من تكوين الأرض. قد تصل درجات الحرارة في حدود اللب-الوشاح إلى أكثر من 4000 درجة مئوية

(7200 درجة فهرنهايت). يتسبب ارتفاع درجة الحرارة والضغط في باطن الأرض في ذوبان بعض الصخور وتصرف الوشاح الصلب بطريقة مرنة ، مما يؤدي إلى انتقال أجزاء من الوشاح إلى الأعلى نظرًا لأنه أخف من الصخور المحيطة. يتم تسخين الصخور والماء في القشرة ، وأحيانًا تصل إلى 370 درجة مئوية

(700 درجة فهرنهايت).

2. الينابيع الساخنة.

تم استخدام الطاقة الحرارية الأرضية للاستحمام منذ العصر الحجري القديم ولتدفئة المساحات منذ العصور الرومانية القديمة ولكنها الآن معروفة بشكل أفضل بتوليد الكهرباء. في جميع أنحاء العالم ، تم استخدام 11700 ميغاواط من الطاقة الحرارية الأرضية عبر الإنترنت في عام 2013. تم تركيب 28 جيجاوات إضافية من

سعة التدفئة الحرارية الأرضية المباشرة لتدفئة المناطق ، وتدفئة المساحات ، والمنتجعات الصحية والعمليات الصناعية ، وتحلية المياه ، والتطبيقات الزراعية اعتبارًا من عام 2010.

تعتبر الطاقة الحرارية الأرضية فعالة من حيث التكلفة وموثوقة ومستدامة وصديقة للبيئة ، ولكنها كانت تقتصر تاريخياً على المناطق القريبة من حدود الصفائح التكتونية. أدت التطورات التكنولوجية الحديثة إلى توسيع

نطاق وحجم الموارد القابلة للحياة بشكل كبير ، خاصة بالنسبة للتطبيقات مثل التدفئة المنزلية ، مما فتح إمكانية للاستغلال على نطاق واسع. تطلق الآبار الحرارية الجوفية غازات الدفيئة المحتجزة في أعماق الأرض ، لكن هذه الانبعاثات أقل بكثير لكل وحدة طاقة من تلك الناتجة عن الوقود الأحفوري.

تعد موارد الأرض الحرارية من الناحية النظرية أكثر من كافية لتلبية احتياجات الطاقة البشرية ، ولكن قد يتم استغلال جزء صغير جدًا فقط بشكل مربح. الحفر والتنقيب عن الموارد العميقة مكلف للغاية. تعتمد التنبؤات لمستقبل الطاقة الحرارية الأرضية على افتراضات حول التكنولوجيا وأسعار الطاقة والإعانات وحركة حدود اللوحة وأسعار الفائدة. تُظهر البرامج التجريبية مثل

اختيار عميل EWEB في برنامج الطاقة الخضراء أن العملاء سيكونون على استعداد لدفع المزيد مقابل مصدر للطاقة المتجددة مثل الطاقة الحرارية الأرضية. ولكن نتيجة البحث العلمي والخبرة الصناعية بمساعدة الحكومة ، انخفضت تكلفة توليد الطاقة الحرارية الأرضية بنسبة 25٪ خلال العقدين الماضيين. في عام 2001 كانت تكاليف الطاقة الحرارية الجوفية تتراوح بين سنتان وعشرة سنتات أمريكية لكل كيلو وات ساعة.

3. الأم والطرق.

تم استخدام الينابيع الساخنة للاستحمام على الأقل منذ العصر الحجري القديم. أقدم منتجع صحي معروف هو حمام سباحة حجري على جبل ليسان الصيني تم بناؤه في عهد أسرة تشين في القرن الثالث قبل الميلاد ، في نفس الموقع الذي تم فيه بناء قصر هواكينغ تشي لاحقًا. في القرن الأول الميلادي ، غزا الرومان أكوا سوليس ، الآن باث ، سومرست ، إنجلترا

واستخدموا الينابيع الساخنة هناك لتغذية الحمامات العامة والتدفئة الأرضية. ربما تمثل رسوم الدخول لهذه الحمامات أول استخدام تجاري للطاقة الحرارية الأرضية. أقدم نظام تدفئة منطقة يعمل بالطاقة الحرارية

الأرضية في العالم في Chaudes-Aigues ، فرنسا ، يعمل منذ القرن الرابع عشر. بدأ الاستغلال الصناعي الأول في عام 1827 باستخدام بخار السخان لاستخراج حمض البوريك من الطين البركاني في لارديريلو بإيطاليا.

في عام 1892 ، كان أول نظام تدفئة في الولايات المتحدة في بويز بولاية أيداهو يعمل بالطاقة الحرارية الأرضية مباشرةً وتم نسخه في كلاماث فولز بولاية أوريغون في عام 1900. وكان أول مبنى معروف في العالم يستخدم الطاقة الحرارية الجوفية

كمصدر أساسي للحرارة هو فندق Hot Lake في مقاطعة يونيون ، أوريغون ، الذي اكتمل بناؤه في عام 1907. تم استخدام بئر عميق للطاقة الحرارية الأرضية لتدفئة الصوبات الزراعية في بويز في عام 1926

واستخدمت السخانات لتدفئة الصوبات الزراعية في أيسلندا وتوسكانا في نفس الوقت تقريبًا. طور تشارلي ليب أول مبادل حراري في قاع البئر في عام 1930 لتدفئة منزله. بدأ البخار والماء الساخن من السخانات في تدفئة المنازل في آيسلندا ابتداء من عام 1943.

في القرن العشرين ، أدى الطلب على الكهرباء إلى اعتبار الطاقة الحرارية الجوفية كمصدر توليد. اختبر الأمير بييرو جينوري كونتي أول مولد للطاقة الحرارية الأرضية في 4 يوليو 1904 ، في نفس حقل البخار الجاف لارديريلو حيث بدأ استخراج

الأحماض الحرارية الأرضية. أضاءت بنجاح أربع مصابيح كهربائية. في وقت لاحق ، في عام 1911 ، تم بناء أول محطة تجارية للطاقة الحرارية الأرضية في العالم هناك. كانت هي المنتج الصناعي الوحيد في العالم للكهرباء الحرارية الأرضية حتى أنشأت نيوزيلندا مصنعًا في عام 1958. وفي عام 2012 ، أنتجت حوالي 594 ميجاوات.

4. اخترع اللورد كلفن المضخة الحرارية في عام 1852.

كان هاينريش زولي قد حصل على براءة اختراع لفكرة استخدامها لسحب الحرارة من الأرض في عام 1912. ولكن لم يتم تنفيذ المضخة الحرارية الأرضية بنجاح إلا في أواخر الأربعينيات من القرن الماضي. ربما كان أولها نظام تبادل مباشر لروبرت سي ويبر 2.2 كيلو واط محلي الصنع ، لكن المصادر تختلف فيما يتعلق

بالجدول الزمني الدقيق لاختراعه. قام جيه دونالد كروكر بتصميم أول مضخة حرارية تجارية لتسخين مبنى الكومنولث (بورتلاند ، أوريغون) وعرضها في عام 1946. قام الأستاذ كارل نيلسن من جامعة ولاية أوهايو ببناء

أول نسخة سكنية ذات حلقة مفتوحة في منزله في عام 1948. وأصبحت التكنولوجيا تحظى بشعبية كبيرة في السويد نتيجة لأزمة النفط عام 1973 وتزداد ببطء في القبول العالمي منذ ذلك الحين.

في عام 1960 ، بدأت Pacific Gas and Electric تشغيل أول محطة طاقة كهربائية حرارية أرضية ناجحة في الولايات المتحدة في The Geysers في كاليفورنيا. استمر التوربين الأصلي لأكثر من 30 عامًا وأنتج 11 ميجاوات من الطاقة الصافية.

تم عرض محطة توليد الطاقة ذات الدورة الثنائية لأول مرة في عام 1967 في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية وتم تقديمها لاحقًا إلى الولايات المتحدة في عام 1981. تسمح هذه التقنية بتوليد الكهرباء من

موارد درجة حرارة أقل بكثير مما كانت عليه في السابق. في عام 2006 ، بدأ مصنع الدورة الثنائية في Chena Hot Springs ، ألاسكا ، بإنتاج الكهرباء من درجة حرارة سوائل منخفضة قياسية بلغت 57 درجة مئوية (135 درجة فهرنهايت).

أفادت الرابطة الدولية للطاقة الحرارية الأرضية (IGA) أن 10،715 ميجاوات (MW) من الطاقة الحرارية الأرضية في 24 دولة متصلة بالإنترنت ، والتي كان من المتوقع أن تولد 67،246 جيجاوات ساعة من الكهرباء في عام

2010. وهذا يمثل زيادة بنسبة 20٪ في القدرة على الإنترنت منذ عام 2005. مشاريع IGA إلى 18500 ميجاوات بحلول عام 2015 ، بسبب المشاريع قيد الدراسة حاليًا ، غالبًا في المناطق التي كان يُفترض سابقًا أن لديها القليل من الموارد القابلة للاستغلال.

في عام 2010 ، قادت الولايات المتحدة العالم في إنتاج الكهرباء الحرارية الأرضية مع 3086 ميجاوات من القدرة المركبة من 77 محطة لتوليد الطاقة. تقع أكبر مجموعة من محطات الطاقة الحرارية الأرضية في

العالم في The Geysers ، وهو حقل للطاقة الحرارية الأرضية في كاليفورنيا. الفلبين هي ثاني أكبر منتج مع 1،904 ميغاواط من القدرة على الإنترنت. تشكل الطاقة الحرارية الجوفية ما يقرب من 27 ٪ من توليد الكهرباء في الفلبين.

في عام 2016 ، احتلت إندونيسيا المرتبة الثالثة بـ1647 ميجاوات عبر الإنترنت بعد الولايات المتحدة الأمريكية عند 3450 ميجاوات والفلبين عند 1870 ميجاوات ، لكن إندونيسيا ستحتل المرتبة الثانية نظرًا

لوجود 130 ميجاوات إضافية عبر الإنترنت في نهاية عام 2016 و 255 ميجاوات في عام 2017. أكبر احتياطي للطاقة الحرارية الأرضية في العالم ، ومن المتوقع أن يتجاوز الولايات المتحدة في العقد المقبل.

5. النسبة المئوية للإنتاج الحراري العالمي.

م بناء محطات توليد الطاقة الحرارية الجوفية تقليديًا حصريًا على حواف الصفائح التكتونية حيث تتوفر موارد الطاقة الحرارية الأرضية بالقرب من السطح. إن تطوير محطات توليد الطاقة ذات الدورة الثنائية والتحسينات

في تقنية الحفر والاستخراج تمكن من تعزيز أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية على نطاق جغرافي أكبر بكثير. تعمل المشاريع الإيضاحية في لانداو-بفالز ، ألمانيا وسولتز سو-فوريتس ، فرنسا ، بينما تم إغلاق جهد

سابق في بازل ، سويسرا بعد أن تسببت في حدوث زلازل. مشاريع إيضاحية أخرى قيد الإنشاء في أستراليا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة الأمريكية.

الكفاءة الحرارية لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية منخفضة ، حوالي 10-23٪ لأن السوائل الجوفية لا تصل إلى درجات الحرارة العالية للبخار من الغلايات. تحد قوانين الديناميكا الحرارية من كفاءة المحركات الحرارية في استخراج الطاقة المفيدة. تُهدر حرارة العادم ، ما لم يكن من الممكن استخدامها بشكل مباشر ومحلي على سبيل المثال في الصوبات الزراعية ، ومصانع

الأخشاب ، وتدفئة المناطق. لا تؤثر كفاءة النظام بشكل جوهري على التكاليف التشغيلية كما هو الحال بالنسبة للمحطات التي تستخدم الوقود ، ولكنها تؤثر على العائد على رأس المال المستخدم لبناء المصنع. من أجل إنتاج طاقة أكثر مما

تستهلكه المضخات ، يتطلب توليد الكهرباء حقولًا ساخنة نسبيًا ودورات حرارية متخصصة. [بحاجة لمصدر] لأن الطاقة الحرارية الأرضية لا تعتمد على مصادر متغيرة للطاقة ، على سبيل المثال ، الرياح أو الطاقة الشمسية ، يمكن أن يكون عامل قدرتها كبيرًا جدًا – تم إثبات ما يصل إلى 96٪. كان المتوسط ​​العالمي 73٪ في عام 2005.

تأتي الطاقة الحرارية الجوفية إما في شكل يهيمن عليه البخار أو في شكل سائل. يهيمن بخار Larderello

و The Geysers. تقدم المواقع التي يهيمن عليها البخار درجات حرارة تتراوح من 240 إلى 300 درجة مئوية مما ينتج بخارًا شديد السخونة.

6. النباتات التي يغلب عليها السائل.

كانت الخزانات التي يهيمن عليها السائل (LDRs) أكثر شيوعًا مع درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية (392 درجة فهرنهايت) وتوجد بالقرب من البراكين الصغيرة المحيطة بالمحيط الهادئ وفي مناطق الصدع

والبقع الساخنة. محطات الفلاش هي الطريقة الشائعة لتوليد الكهرباء من هذه المصادر. المضخات غير مطلوبة بشكل عام ، تعمل بدلاً من ذلك عندما يتحول

الماء إلى بخار. تولد معظم الآبار 2-10 ميغاواط كهربائي. يتم فصل البخار عن السائل عن طريق أجهزة الفصل الحلزونية ، بينما يتم إرجاع السائل إلى الخزان لإعادة التسخين / إعادة الاستخدام. اعتبارًا من عام 2013 ، أكبر نظام سائل هو Cerro Prieto

في المكسيك ، والذي يولد 750 ميغاواط من درجات حرارة تصل إلى 350 درجة مئوية (662 درجة فهرنهايت). يوفر حقل Salton Sea في جنوب كاليفورنيا إمكانية توليد 2000 ميغاواط.

تتطلب LDRs ذات درجة الحرارة المنخفضة (120-200 درجة مئوية) الضخ. وهي شائعة في التضاريس الممتدة ، حيث يحدث التسخين عبر الدوران العميق على طول الصدوع ، كما هو الحال في غرب الولايات

المتحدة وتركيا. يمر الماء من خلال مبادل حراري في مصنع ثنائي دورة رانكين. يبخر الماء سائل عامل عضوي يقود التوربين. نشأت هذه النباتات الثنائية في الاتحاد السوفيتي في أواخر الستينيات وتغلب على المصانع الأمريكية الجديدة. النباتات الثنائية ليس لها انبعاثات.

 

7. طاقة حرارية.

تنتج مصادر درجات الحرارة المنخفضة طاقة تعادل 100 مليون برميل في السنة. تُستخدم المصادر ذات درجات الحرارة من 30 إلى 150 درجة مئوية دون التحويل إلى الكهرباء مثل تدفئة المناطق ، والصوبات الزراعية ، ومصايد الأسماك ، واستعادة

المعادن ، والتدفئة الصناعية والاستحمام في 75 دولة. تستخرج المضخات الحرارية الطاقة من المصادر الضحلة عند 10-20 درجة مئوية في 43 دولة لاستخدامها في تدفئة وتبريد الأماكن. تدفئة المنزل هي الوسيلة الأسرع نموًا لاستغلال الطاقة الحرارية الأرضية ، حيث بلغ معدل النمو السنوي العالمي 30٪ في عام 2005 و 20٪ في عام 2012.

تم استخدام ما يقرب من 270 بيتاجول (PJ) من التدفئة الحرارية الأرضية في عام 2004. ذهب أكثر من نصفها لتدفئة المساحات ، وثلثًا آخر لحمامات السباحة الساخنة. دعم الباقي التطبيقات الصناعية والزراعية. كانت السعة العالمية المركبة

28 جيجاوات ، لكن عوامل السعة تميل إلى أن تكون منخفضة (30٪ في المتوسط) لأن الحرارة مطلوبة في الغالب في الشتاء. تم استخراج حوالي 88 PJ لتدفئة الأماكن بواسطة ما يقدر بـ 1.3 مليون مضخة حرارية أرضية بسعة إجمالية تبلغ 15 جيجاوات.

8. يمكن أيضًا استخراج الحرارة لهذه الأغراض من التوليد المشترك في محطة توليد الطاقة الحرارية الأرضية.

التدفئة فعالة من حيث التكلفة في العديد من المواقع أكثر من توليد الكهرباء. في الينابيع الساخنة الطبيعية أو السخانات يمكن توجيه المياه مباشرة إلى المشعات. في الأرض الحارة والجافة ، يمكن للأنابيب الأرضية أو المبادلات الحرارية في قاع البئر تجميع الحرارة.

ومع ذلك ، حتى في المناطق التي تكون فيها الأرض أكثر برودة من درجة حرارة الغرفة ، يمكن في كثير من الأحيان استخراج الحرارة بمضخة حرارية جوفية أكثر فعالية من حيث التكلفة ونظافة من الأفران التقليدية. تعتمد هذه الأجهزة على موارد أقل

برودة وأكثر ضحالة من تقنيات الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية. غالبًا ما تجمع بين الوظائف ، بما في ذلك تكييف الهواء وتخزين الطاقة الحرارية الموسمية وتجميع الطاقة الشمسية والتدفئة الكهربائية. يمكن استخدام المضخات الحرارية لتدفئة الأماكن بشكل أساسي في أي مكان.

أيسلندا هي الرائدة عالميا في التطبيقات المباشرة. يتم تدفئة حوالي 92.5٪ من منازلها باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية ، مما يوفر على آيسلندا أكثر من 100 مليون دولار سنويًا من واردات النفط التي يتم

تجنبها. ريكيافيك ، أيسلندا لديها أكبر نظام تدفئة في العالم ، وغالبًا ما تستخدم لتدفئة الممرات والطرق لإعاقة تراكم الجليد. كانت تُعرف سابقًا بأنها أكثر المدن تلوثًا في العالم ، وهي الآن واحدة من أنظف المدن.

الطاقة الحرارية الأرضية
الطاقة الحرارية الأرضية

9. الطاقة الحرارية الجوفية المحسنة.

تقوم أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة (EGS) بحقن المياه بشكل فعال في الآبار لتسخينها وضخها مرة أخرى. يتم حقن الماء تحت ضغط عالٍ لتوسيع الشقوق الصخرية الموجودة لتمكين الماء من التدفق

بحرية للداخل والخارج. تم تكييف هذه التقنية من تقنيات استخراج النفط والغاز. ومع ذلك ، فإن التكوينات الجيولوجية أعمق ولا يتم استخدام أي مواد كيميائية سامة مما يقلل من احتمال حدوث أضرار بيئية. يمكن للحفارين استخدام الحفر الموجه لتوسيع حجم الخزان.

تم تثبيت EGS على نطاق صغير في نهر الراين في Soultz-sous-Forêts في فرنسا وفي Landau و Insheim في ألمانيا.

لا تتطلب الطاقة الحرارية الأرضية أي وقود (باستثناء المضخات) ، وبالتالي فهي محصنة ضد تقلبات تكلفة الوقود. ومع ذلك ، فإن تكاليف رأس المال كبيرة. يمثل الحفر أكثر من نصف التكاليف ، وينطوي استكشاف

الموارد العميقة على مخاطر كبيرة. يمكن لمزدوجة البئر النموذجية (آبار الاستخراج والحقن) في ولاية نيفادا أن تدعم 4.5 ميغاواط (MW) وتكلف حوالي 10 ملايين دولار للحفر ، مع معدل فشل بنسبة 20 ٪.

إجمالاً ، كلف إنشاء محطة الكهرباء وحفر الآبار حوالي 2-5 مليون يورو لكل ميغاواط من السعة الكهربائية في حين أن سعر التعادل هو 0.04 – 0.10 يورو لكل كيلوواط / ساعة. تميل أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية

المحسّنة إلى أن تكون في الجانب الأعلى من هذه النطاقات ، مع تكاليف رأسمالية تزيد عن 4 ملايين دولار لكل ميغاواط وتتجاوز – حتى أعلى من 0.054 دولار

لكل كيلوواط · ساعة في عام 2007. يمكن لتطبيقات التسخين المباشر استخدام آبار ضحلة بدرجة حرارة منخفضة ، لذا فإن الأنظمة الأصغر مع انخفاض التكاليف والمخاطر أمر ممكن. يتم تركيب المضخات الحرارية الأرضية السكنية بسعة 10 كيلووات

بشكل روتيني بحوالي 1–3000 دولار للكيلوواط. قد تستفيد أنظمة تدفئة المناطق من وفورات الحجم إذا كان الطلب كثيفًا جغرافيًا ، كما هو الحال في المدن والصوبات الزراعية ، ولكن بخلاف ذلك ، فإن تركيب

الأنابيب يهيمن على التكاليف الرأسمالية. قدرت التكلفة الرأسمالية لأحد أنظمة تدفئة المناطق في بافاريا بأكثر من مليون يورو إلى حد ما لكل ميغاواط. تعد الأنظمة المباشرة من أي حجم أبسط بكثير من المولدات

الكهربائية وتكاليف صيانة أقل لكل كيلو وات / ساعة ، ولكن يجب أن تستهلك الكهرباء لتشغيل المضخات والضواغط. بعض الحكومات تدعم مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية.

10. الطاقة الحرارية الأرضية قابلة للتوسع بدرجة كبيرة: من قرية ريفية إلى مدينة بأكملها.

أكثر حقول الطاقة الحرارية الأرضية تطورًا في الولايات المتحدة هو The Geysers في شمال كاليفورنيا.

مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية لها عدة مراحل من التطوير. كل مرحلة لها مخاطر مرتبطة. في المراحل الأولى من الاستطلاع والمسوحات الجيوفيزيائية ، تم إلغاء العديد من المشاريع ، مما يجعل تلك المرحلة غير مناسبة للإقراض التقليدي. المشاريع التي تمضي قدمًا من التحديد والاستكشاف والحفر الاستكشافي غالبًا ما تتاجر في حقوق الملكية للتمويل.

تتدفق الطاقة الحرارية الداخلية للأرض إلى السطح عن طريق التوصيل بمعدل 44.2 تيراواط (TW) ويتم تجديدها بالتحلل الإشعاعي للمعادن بمعدل 30 تيراواط. تعد معدلات الطاقة هذه أكثر من ضعف استهلاك الطاقة الحالي للبشرية من جميع

المصادر الأولية ، ولكن معظم تدفق الطاقة هذا غير قابل للاسترداد. بالإضافة إلى التدفقات الحرارية الداخلية يتم تسخين الطبقة العليا من السطح إلى عمق 10 أمتار (33 قدمًا) بواسطة الطاقة الشمسية خلال فصل الصيف ، وتطلق تلك الطاقة وتبرد خلال الشتاء.

خارج التغيرات الموسمية ، يكون التدرج الحراري الأرضي لدرجات الحرارة عبر القشرة 25-30 درجة مئوية (77-86 درجة فهرنهايت) لكل كيلومتر من العمق في معظم أنحاء العالم. يبلغ متوسط ​​تدفق الحرارة الموصلة 0.1 ميجاوات / كيلومتر

مربع. هذه القيم أعلى بكثير بالقرب من حدود الصفائح التكتونية حيث تكون القشرة أرق. قد يتم زيادتها عن طريق دوران السوائل ، إما من خلال قنوات الصهارة أو الينابيع الساخنة أو الدوران الحراري المائي أو مزيج من هذه.

يمكن لمضخة الحرارة الجوفية استخراج حرارة كافية من الأرض الضحلة في أي مكان في العالم لتوفير التدفئة المنزلية ، لكن التطبيقات الصناعية تحتاج إلى درجات حرارة أعلى من الموارد العميقة. تعتبر الكفاءة الحرارية وربحية توليد الكهرباء حساسة بشكل خاص لدرجة الحرارة. تحصل التطبيقات الأكثر تطلبًا على أكبر فائدة من التدفق الحراري الطبيعي العالي ، من الناحية

11. استخدام الينابيع الساخنة.

الخيار الأفضل التالي هو حفر بئر في طبقة المياه الجوفية الساخنة. في حالة عدم توفر طبقة مياه جوفية كافية ، يمكن بناء طبقة صناعية عن طريق حقن الماء لتكسير الصخور الأساسية هيدروليكيًا. هذا النهج

الأخير يسمى الطاقة الحرارية الأرضية للصخور الجافة الساخنة في أوروبا ، أو أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة في أمريكا الشمالية. قد تتوفر إمكانات أكبر بكثير من هذا النهج من التنصت التقليدي لخزانات المياه الجوفية الطبيعية.

تختلف تقديرات إمكانات توليد الكهرباء من الطاقة الحرارية الأرضية ستة أضعاف ، من .035 إلى 2TW اعتمادًا على حجم الاستثمارات. تفترض التقديرات العليا لموارد الطاقة الحرارية الأرضية وجود آبار جوفية محسنة بعمق يصل إلى 10 كيلومترات

(6 ميل) ، في حين أن الآبار الحرارية الأرضية الموجودة نادرًا ما يكون عمقها أكثر من 3 كيلومترات (2 ميل). أصبحت الآبار بهذا العمق شائعة الآن في صناعة البترول. أعمق بئر بحثي في ​​العالم ، بئر Kola superdeep ، يبلغ عمقه 12 كيلومترًا (7 ميل).

وفقًا لجمعية الطاقة الحرارية الأرضية (GEA) ، نمت قدرة الطاقة الحرارية الأرضية المثبتة في الولايات المتحدة بنسبة 5٪ ، أو 147.05 ميجاوات ، المسح السنوي الأخير في مارس 2012. وجاءت هذه الزيادة من

سبعة مشروعات للطاقة الحرارية الأرضية بدأت الإنتاج في عام 2012. كما قامت GEA بتنقيحها تقديرات عام 2011 للقدرة المركبة تزداد بمقدار 128 ميجاوات ، وبذلك تصل قدرة الطاقة الحرارية الأرضية الحالية في الولايات المتحدة إلى 3،386 ميجاوات.

تعتبر الطاقة الحرارية الأرضية قابلة للتجديد لأن أي استخراج حراري متوقع صغير مقارنة بالمحتوى الحراري للأرض. تحتوي الأرض على محتوى حراري داخلي يبلغ 1031 جول (3 · 1015 تيراواط ساعة) ، أي ما يقرب من 100 مليار ضعف استهلاك الطاقة السنوي الحالي في جميع أنحاء العالم (2010). حوالي 20 ٪ من هذا هو الحرارة المتبقية من التراكم الكوكبي ، ويعزى

الباقي إلى معدلات التحلل الإشعاعي الأعلى التي كانت موجودة في الماضي. تدفقات الحرارة الطبيعية ليست في حالة توازن ، ويبرد الكوكب ببطء على نطاقات زمنية جيولوجية. يستخرج البشر جزءًا صغيرًا من التدفق الطبيعي ، غالبًا دون تسريع ذلك.

تعتبر الطاقة الحرارية الأرضية أيضًا مستدامة بفضل قدرتها على الحفاظ على النظم البيئية المعقدة للأرض. باستخدام مصادر الطاقة الحرارية الأرضية لن تعرض الأجيال الحالية من البشر للخطر قدرة الأجيال القادمة

على استخدام مواردها بنفس المقدار الذي تستخدمه مصادر الطاقة هذه حاليًا. علاوة على ذلك نظرًا لانخفاض انبعاثاتها ، تعتبر الطاقة الحرارية الأرضية ذات إمكانات ممتازة للتخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري.

على الرغم من أن الطاقة الحرارية الأرضية مستدامة عالميًا ، إلا أنه لا يزال يتعين مراقبة الاستخراج لتجنب النضوب المحلي. على مدار عقود ، تعمل الآبار الفردية على خفض درجات الحرارة المحلية ومستويات المياه حتى يتم الوصول إلى توازن جديد مع التدفقات الطبيعية. شهدت أقدم ثلاثة مواقع في Larderello

و Wairakei و Geysers انخفاضًا في الإنتاج بسبب

12. النضوب المحلي.

تم استخراج الحرارة والماء ، بنسب غير مؤكدة ، بشكل أسرع مما تم تجديده. إذا تم تقليل الإنتاج وإعادة حقن المياه ، يمكن لهذه الآبار من الناحية النظرية استعادة إمكاناتها الكاملة. وقد تم بالفعل تنفيذ

استراتيجيات التخفيف هذه في بعض المواقع. تم إثبات الاستدامة طويلة المدى للطاقة الحرارية الأرضية في حقل لارداريلو في إيطاليا منذ عام 1913 ، في حقل وايراكي في نيوزيلندا منذ عام 1958

الطاقة الحرارية الأرضية هي الحرارة الموجودة داخل الأرض والتي تؤدي إلى ظهور العديد من الظواهر الجيولوجية. ومع ذلك ، فإن تعبير الطاقة الحرارية الأرضية يستخدم في الوقت الحاضر للإشارة إلى جزء الطاقة الحرارية للأرض التي يمكن أو يمكن أن يستخرجها الإنسان ويستغلها. تمثل الموارد الحرارية الجوفية شكلاً هامًا من أشكال الطاقة المتجددة والمستدامة التي يتم

تبنيها حاليًا في أجزاء كثيرة من العالم (Dickson and Fanelli ، 2003). من المؤكد أن البراكين والينابيع الحرارية والينابيع الحرارية وغيرها من الظواهر السطحية من هذا القبيل قد دفعت أسلافنا إلى الشك في أن

أجزاء من باطن الأرض كانت ساخنة. ومع ذلك ، كان ذلك فقط بين القرنين السادس عشر والسابع عشر عندما تم حفر المناجم الأولى على عمق بضع مئات من الأمتار ، تم اكتشاف أن درجة الحرارة تزداد مع العمق.

ربما كان أول قياس لدرجة الحرارة باستخدام مقياس الحرارة هو قياس M. De Gensanne في منجم بالقرب من بلفور ، فرنسا ، في عام 1740 (دي بوفون ، 1778). من عام 1870 فصاعدًا ، تمت دراسة النظام

الحراري للأرض باستخدام الأساليب العلمية الحديثة ، ولكن لم يتم فهم ظواهر مثل توازن حرارة الأرض وتاريخها الحراري تمامًا حتى القرن العشرين ، واكتشاف

دور الحرارة المشعة. . يجب أن تتضمن جميع النماذج الحرارية الحديثة للأرض الحرارة الناتجة باستمرار عن تحلل النظائر المشعة طويلة العمر لليورانيوم (238U ، 235U) والثوريوم (232Th) والبوتاسيوم (40K) الموجودة في باطن الأرض (Lubimova ، 1969) .

تشمل المصادر الأخرى للحرارة ، التي يصعب تحديد مساهمتها ، الحرارة (الحرارية) الموروثة للأرض ، وطاقة الجاذبية والطاقة الحركية للمد والجزر. لم تكن النماذج الحرارية الواقعية متاحة حتى ثمانينيات القرن الماضي

عندما ثبت أن هناك نقصًا في التوازن بين الحرارة الناتجة عن اضمحلال النظائر المشعة الموجودة في باطن الأرض والحرارة المنتشرة من سطح الأرض إلى الغلاف الجوي ؛ بعبارة أخرى ، أصبح من الواضح أن كوكبنا يبرد ببطء.

13. ميزان الحرارة.

الذي طوره فرانك د. ستايسي وديفيد إي. لوبير ، تم تقييم إجمالي الحرارة المشتتة من سطح الأرض عند 421012 واط (التوصيل ، والحمل الحراري ، والإشعاع) ؛ تم تقدير تدفق الحرارة من الوشاح وحده ، والذي

يمثل 82٪ من الحجم الكلي للأرض (انظر الشكل أدناه) ، بنحو 10.31012 واط (Stacey and Loper ، 1988). تعطي الحسابات الأحدث ، التي تستخدم بيانات أكثر بكثير ، قيمة تدفق حرارة سطحية أعلى بنسبة 6٪ من تلك التي أبلغ عنها ستايسي ولوبر. وبالتالي ، يتم تبريد

غلاف الأرض بوتيرة أسرع قليلاً مما قدّره هؤلاء المؤلفون ، لكن كوكبنا ، على أي حال ، يبرد ببطء شديد. انخفضت درجة حرارة الوشاح ، حوالي 4000 درجة مئوية عند قاعدته ، بمقدار 300-350 درجة مئوية على

الأكثر خلال ثلاثة مليارات سنة. تم تقدير أن إجمالي الطاقة الحرارية الموجودة داخل الأرض ، بافتراض متوسط ​​درجة حرارة سطح 15 درجة مئوية ، في حدود 12.61024 ميجا جول ، وأن الطاقة الحرارية الموجودة في القشرة في حدود 5.41021 ميجا جول ( أرمستيد ، 1983). وبالتالي ، فإن

الطاقة الحرارية للأرض هائلة ، ولكن جزءًا منها فقط يمكن أن يستغل من قبل الإنسان. حتى الآن ، اقتصر استخدامه على المناطق التي تسمح فيها الظروف الجيولوجية للناقل (الماء في الطور السائل أو البخار)

بنقل الطاقة الحرارية من المناطق الساخنة العميقة أيضًا ، أو بالقرب من السطح ، مما يخلق ما هو معروف بشكل عام كمصادر للطاقة الحرارية الأرضية. وبالتالي ، فإن الطاقة الحرارية للأرض هائلة ، ولكن جزءًا منها فقط يمكن أن يستغل من قبل الإنسان. حتى الآن ، اقتصر استخدامه

على المناطق التي تسمح فيها الظروف الجيولوجية للناقل (الماء في الطور السائل أو البخار) بنقل الطاقة الحرارية من المناطق الساخنة العميقة أيضًا ، أو بالقرب من السطح ، مما يخلق ما هو معروف بشكل عام كمصادر للطاقة الحرارية

الأرضية. وبالتالي ، فإن الطاقة الحرارية للأرض هائلة ، ولكن جزءًا منها فقط يمكن أن يستغل من قبل الإنسان. حتى الآن ، اقتصر استخدامه على المناطق التي تسمح فيها الظروف الجيولوجية للناقل

(الماء في الطور السائل أو البخار) بنقل الطاقة الحرارية من المناطق الساخنة العميقة أيضًا ، أو بالقرب من السطح مما يخلق ما هو معروف بشكل عام كمصادر للطاقة الحرارية الأرضية.

قناة Prof.Dr.Mushtaq Al-Ebrahimy

زر الذهاب إلى الأعلى
error: ممنوع النسخ