انرژی گرمایی زمین

از زمانی که زمین بوجود آمده، انرژی گرمایی هم در آن وجود داشته است. معادل لاتین انرژی گرمایی "ژئوترمال انرژی"((Geothermal Energy )) است که ازدو جزء "ژئو" به معنی زمین و "ترمال" که معنی حرارت را در دل خود دارد تشکیل شده است.

آیا تابه حال پیش آمده که تخم مرخ پخته ای را به دو جزء تقسیم کنید؟

درون تخم مرغ بسیار به آن چه که در درون زمین می بینیم، شبیه است. زرده بسیار شبیه هسته ی زمین است و سفیده ی آن را می توان به جای جبه در نظر گرفت و پوسته بسیار نازک سفید رنگی که تخم مرغ را احاطه کرده و در صورتی که تخم مرغ را پوست بکنیم قابل مشاهده است، همان پوسته زمین خواهد بود.

درست زیر پوسته زمین و بالای جبه، لایه مذابی از صخره های مذاب معدنی است که "ماگما" نامیده می شوند و پوسته زمین روی این لایه "ماگما" شناور است. اما هنگامی که ماگما از طریق آتشفشان ها از پوسته زمین عبور کرده و به سطح می آید آن را گدازه آتشفشانی می نامیم.

به ازاء هر 100 متری که ما به هسته ی زمین نزدیک می شویم،دمای زمین در حدود 3 درجه سلسیوس بالا می رود. به بیان دیگر به ازاء هر 328 فوتی که به عمق زمین می رویم، دما 5.4 درجه فارنهایت زیاد می شود. در نتیجه اگر ما حدود 10000 فوت به عمق زمین نزدیک شویم، دما برای جوشاندن آب کافی به نظر خواهد رسید.

در عمق های بسیار زیاد، گاهی آب در تماس با صخره های داغ تبدیل به آب در حال جوش یا بخار آب می شود. این آب داغ می تواند به دمایی بیش از 300 درجه فارنهایت (148 درجه سلسیوس) هم برسد. این دما از دمای آب جوش بسیار بالاتر است (212 درجه فارنهایت یا 100 درجه سانتی گراد) ولی این آب ابداً به بخار تبدیل نمی شود چراکه امکان تماس با هوا را ندارد.

وقتی که این آب جوش از طریق شکاف های زمین به سطح می آید، ما آن را چشمه آب گرم می نامیم. مانند تصویر چشمه آب گرمی که در پارک ملی "یلو استون" در تصویر سمت چپ آمده است.

گاهی هم بصورت بخار گرم به هوا می رود. مانند تصویر آب فشانی که در تصویر زیر قابل مشاهده است.

در حدود 10000 سال پیش، سرخ پوست های شمال آمریکا از چشمه های آب گرم برای پخت و پز استفاده می کرده اند. بسیاری از قبایل جنگجو هنگام حمام کردن در کنار این چشمه ها در صلح کامل کنار هم زندگی می کرده اند. هرکدام از چشمه های آب گرم بزرگ آمریکا به یکی از قبایل اصلی آن کشور مربوط بوده است. چشمه های گرم کالیفرنیا و آبفشان های" ناپا" که برای قبایلی که در آن منطقه می زیسته اند از اماکن مهم و مقدس به شمار می رفته اند.

در منطق دیگری هم در گوشه و کنار جهان، مردم ازچشمه های آب گرم برای آرامش و استراحت استفاده می کنند. در رم باستان مکان هایی برای لذت بردن از حمام آب گرم در کنار این چشمه ها ساخته شده بود و ژاپنی ها هم قرن ها از این چشمه ها چنین استفاده ای می کرده اند.

انرژی گرمایی امروزٍ زمین

مردم امروزه از آب گرم طبیعی در استخرها و برای مقاصد درمانی استفاده می نمایند. گاهی آب گرم می تواند برای گرم نگه داشتن ساختمان به منظور ایجاد فضای مناسب برای برخی گیاهان خاص استفاده شود. مانند خانه سبز که تصویرش را در مقابل می بینید.

در "سان برناردیو" در جنوب کالیفرنیا از آب گرم برای گرم نگه داشتن ساختمان ها در فصل زمستان استفاده می شود.

آب گرم چندین مایل در لوله های عایق حمل می شود تا به ساختمان های شهر می رسد. مرکز شهر، جان پناه حیوانات، مرکز سالمندان، بنگاه های مسکن، هتل و مراکز تهویه به این شیوه گرم نگه داشته می شوند.

در کشور ایسلند، بسیاری از ساختمان ها و حتی استخرهای شنا در پایتخت و جاهای دیگر از آب گرم شده توسط انرژی درونی زمین استفاده می کنند. این کشور حداقل 25 آتشفشان و تعداد زیادی آبفشان و چشمه آب گرم را در دل خود جای داده است.

الکتریسیته وابسته به حرارت مرکزی زمین

از آب گرم و بخار آب درون زمین با استفاده از تأسیساتی می توان در تولید الکتریسیته استفاده کرد.

به عنوان مثال در کالیفرنیای آمریکا، 14 منطقه وجود دارد که در آن از انرژی گرمایی زمین برای تولید الکتریسیته استفاده می کنند. نقاط قرمز نشان داده شده روی این نقشه نقاط حاوی انرژی گرمایی هستند. بعضی از این نقاط به دلیل کوچک بودن، دور بودن یا کافی نبودن دمای آبٍ منابع شان هنوز مورد بهره برداری قرار نگرفته اند.

منابع اصلی عبارتند از:

? مناطق آبفشانی در شمال سانفرانسیسکو.

? در شمال غرب ایالت کنار آتشفشان لاسن در پارک ملی.

? در محوطه دریاچه ماموت، مجاور آتشفشان بزرگ قدیمی.

? چشمه های آب گرم کوزو در اینیوکانتری.

? دره بزرگ جنوب.

بعضی از این مناطق به قدری آب گرم و بخار آب دارند که می توان از آن در تولید الکتریسیته استفاده کرد. حفره هایی درون زمین ایجاد می شوند و لوله های عایقی آب گرم را به سطح زمین می آورند.

شما می توانید لوله هایی که برای این منظور مقابل یک مرکز انرژی گرمایی زمین هستند را در شکل ببینید. این مرکز آبفشانی که در مطلب (انرژی برای حمل و نقل )، از آن صحبت خواهیم کرد، در مرکز آبفشانی کالیفرنیا قرار دارد.

نیروگاه های انرژی گرمایی مشابه هر نیروگاه دیگری عمل می کنند، با این تفاوت که در آن ها از سوخت برای تبدیل آب به بخار استفاده نمی شود. گرم شدن آب توسط زمین انجام می شود و وارد توربین های خاصی می شود. پره های توربین می چرخند و محور توربین به موتور برقی متصل شده است که برای تولید الکتریسیته از آن استفاده می شود. پس از آن بخار در برج سرمایش مجدداً  به آب سرد تبدیل می شود.

"دودی" که در تصویر سمت راست از کارخانه خارج می شود در واقع دود نیست. بخار آبی است که در مرحله سرمایش تولید می شود. این آب سرد را می توان مجدداً درون زمین پمپ کرد تا دوباره گرم شود.

آب داغ به توربین وارد و از آن خارج می شود و باعث چرخش مولد می شود و الکتریسیته توسط این ژنراتورها تولید می شود و از طریق کابل های برق به خانه، مدرسه و ... منتقل می شود. در مورد خطوط انتقال در  مطلب (سیستم انتقال الکتریسیته ) اطلاعاتی به دست آورده ایم.

نیروگاه گرمایی در کالیفرنیای آمریکا، تقریباً نیمی از الکتریسیته ای را که از انرژی گرمایی زمین به دست می آید، به تنهایی تولید می کند. این نیروگاه انرژی لازم را برای 2 میلیون خانه تأمین می نماید.

پمپ های انرژی گرماییٍ منابع گرمایی زمین

از آن جایی که هرچه به سمت عمق زمین می رویم، دما افزایش می یابد، لایه های رویی زمین نباید چندان گرم باشند.

تقریباً همه جا روی سیاره ی ما، 10 فوت اولیه را که به عمق زمین نزدیک می شویم دما بین 50 تا 60 درجه فارنهایت (10 تا 15 درجه سانتی گراد) ثابت باقی می ماند. اگر شما به زیر زمین خانه یا غار مانندی بروید، می بینید که هوا در این ناحیه تقریباً همیشه خنک است.

انرژی گرمایی زمین یا منابع گرمایی پمپ شونده توسط سیستم می توانند از این دمای ثابت برای گرمایش یا سرمایش ساختمان استفاده نمایند. درون لوله هایی به این منظور از ماده ای ضد یخ ( شبیه آنچه در رادیاتور اتوموبیل به کار می رود) می چرخد.

در زمستان، گرما از زمینی که گرم تر است، به لوله ها رسیده و از طریق پمپ ها هوای خانه ها یا محل کارمان گرم می شود. هنگامی هم که  هوا گرم است، این فرآیند بطور معکوس انجام می شود و گرمای هوا از طریق لوله های انتقال دهنده به زمین، که گرمای کم تری دارد، منتقل می شود. از گرمای انتقال داده شده در تابستان می توان برای گرم کردن آب نیز استفاده کرد.

مترجم: سحر حمیدی