انرژي گرمايي زمين

از زماني که زمين بوجود آمده، انرژي گرمايي هم در آن وجود داشته است. معادل لاتين انرژي گرمايي "ژئوترمال انرژي"((Geothermal Energy )) است که ازدو جزء "ژئو" به معني زمين و "ترمال" که معني حرارت را در دل خود دارد تشکيل شده است.

آيا تابه حال پيش آمده که تخم مرخ پخته اي را به دو جزء تقسيم کنيد؟

درون تخم مرغ بسيار به آن چه که در درون زمين مي بينيم، شبيه است. زرده بسيار شبيه هسته ي زمين است و سفيده ي آن را مي توان به جاي جبه در نظر گرفت و پوسته بسيار نازک سفيد رنگي که تخم مرغ را احاطه کرده و در صورتي که تخم مرغ را پوست بکنيم قابل مشاهده است، همان پوسته زمين خواهد بود.

درست زير پوسته زمين و بالاي جبه، لايه مذابي از صخره هاي مذاب معدني است که "ماگما" ناميده مي شوند و پوسته زمين روي اين لايه "ماگما" شناور است. اما هنگامي که ماگما از طريق آتشفشان ها از پوسته زمين عبور کرده و به سطح مي آيد آن را گدازه آتشفشاني مي ناميم.

به ازاء هر 100 متري که ما به هسته ي زمين نزديک مي شويم،دماي زمين در حدود 3 درجه سلسيوس بالا مي رود. به بيان ديگر به ازاء هر 328 فوتي که به عمق زمين مي رويم، دما 5.4 درجه فارنهايت زياد مي شود. در نتيجه اگر ما حدود 10000 فوت به عمق زمين نزديک شويم، دما براي جوشاندن آب کافي به نظر خواهد رسيد.

در عمق هاي بسيار زياد، گاهي آب در تماس با صخره هاي داغ تبديل به آب در حال جوش يا بخار آب مي شود. اين آب داغ مي تواند به دمايي بيش از 300 درجه فارنهايت (148 درجه سلسيوس) هم برسد. اين دما از دماي آب جوش بسيار بالاتر است (212 درجه فارنهايت يا 100 درجه سانتي گراد) ولي اين آب ابداً به بخار تبديل نمي شود چراکه امکان تماس با هوا را ندارد.

وقتي که اين آب جوش از طريق شکاف هاي زمين به سطح مي آيد، ما آن را چشمه آب گرم مي ناميم. مانند تصوير چشمه آب گرمي که در پارک ملي "يلو استون" در تصوير سمت چپ آمده است.

گاهي هم بصورت بخار گرم به هوا مي رود. مانند تصوير آب فشاني که در تصوير زير قابل مشاهده است.

در حدود 10000 سال پيش، سرخ پوست هاي شمال آمريکا از چشمه هاي آب گرم براي پخت و پز استفاده مي کرده اند. بسياري از قبايل جنگجو هنگام حمام کردن در کنار اين چشمه ها در صلح کامل کنار هم زندگي مي کرده اند. هرکدام از چشمه هاي آب گرم بزرگ آمريکا به يکي از قبايل اصلي آن کشور مربوط بوده است. چشمه هاي گرم کاليفرنيا و آبفشان هاي" ناپا" که براي قبايلي که در آن منطقه مي زيسته اند از اماکن مهم و مقدس به شمار مي رفته اند.

در منطق ديگري هم در گوشه و کنار جهان، مردم ازچشمه هاي آب گرم براي آرامش و استراحت استفاده مي کنند. در رم باستان مکان هايي براي لذت بردن از حمام آب گرم در کنار اين چشمه ها ساخته شده بود و ژاپني ها هم قرن ها از اين چشمه ها چنين استفاده اي مي کرده اند.

انرژي گرمايي امروزٍ زمين

مردم امروزه از آب گرم طبيعي در استخرها و براي مقاصد درماني استفاده مي نمايند. گاهي آب گرم مي تواند براي گرم نگه داشتن ساختمان به منظور ايجاد فضاي مناسب براي برخي گياهان خاص استفاده شود. مانند خانه سبز که تصويرش را در مقابل مي بينيد.

در "سان برنارديو" در جنوب کاليفرنيا از آب گرم براي گرم نگه داشتن ساختمان ها در فصل زمستان استفاده مي شود.

آب گرم چندين مايل در لوله هاي عايق حمل مي شود تا به ساختمان هاي شهر مي رسد. مرکز شهر، جان پناه حيوانات، مرکز سالمندان، بنگاه هاي مسکن، هتل و مراکز تهويه به اين شيوه گرم نگه داشته مي شوند.

در کشور ايسلند، بسياري از ساختمان ها و حتي استخرهاي شنا در پايتخت و جاهاي ديگر از آب گرم شده توسط انرژي دروني زمين استفاده مي کنند. اين کشور حداقل 25 آتشفشان و تعداد زيادي آبفشان و چشمه آب گرم را در دل خود جاي داده است.

الکتريسيته وابسته به حرارت مرکزي زمين

از آب گرم و بخار آب درون زمين با استفاده از تأسيساتي مي توان در توليد الکتريسيته استفاده کرد.

به عنوان مثال در کاليفرنياي آمريکا، 14 منطقه وجود دارد که در آن از انرژي گرمايي زمين براي توليد الکتريسيته استفاده مي کنند. نقاط قرمز نشان داده شده روي اين نقشه نقاط حاوي انرژي گرمايي هستند. بعضي از اين نقاط به دليل کوچک بودن، دور بودن يا کافي نبودن دماي آبٍ منابع شان هنوز مورد بهره برداري قرار نگرفته اند.

منابع اصلي عبارتند از:

? مناطق آبفشاني در شمال سانفرانسيسکو.

? در شمال غرب ايالت کنار آتشفشان لاسن در پارک ملي.

? در محوطه درياچه ماموت، مجاور آتشفشان بزرگ قديمي.

? چشمه هاي آب گرم کوزو در اينيوکانتري.

? دره بزرگ جنوب.

بعضي از اين مناطق به قدري آب گرم و بخار آب دارند که مي توان از آن در توليد الکتريسيته استفاده کرد. حفره هايي درون زمين ايجاد مي شوند و لوله هاي عايقي آب گرم را به سطح زمين مي آورند.

شما مي توانيد لوله هايي که براي اين منظور مقابل يک مرکز انرژي گرمايي زمين هستند را در شکل ببينيد. اين مرکز آبفشاني که در مطلب (انرژي براي حمل و نقل )، از آن صحبت خواهيم کرد، در مرکز آبفشاني کاليفرنيا قرار دارد.

نيروگاه هاي انرژي گرمايي مشابه هر نيروگاه ديگري عمل مي کنند، با اين تفاوت که در آن ها از سوخت براي تبديل آب به بخار استفاده نمي شود. گرم شدن آب توسط زمين انجام مي شود و وارد توربين هاي خاصي مي شود. پره هاي توربين مي چرخند و محور توربين به موتور برقي متصل شده است که براي توليد الکتريسيته از آن استفاده مي شود. پس از آن بخار در برج سرمايش مجدداً  به آب سرد تبديل مي شود.

"دودي" که در تصوير سمت راست از کارخانه خارج مي شود در واقع دود نيست. بخار آبي است که در مرحله سرمايش توليد مي شود. اين آب سرد را مي توان مجدداً درون زمين پمپ کرد تا دوباره گرم شود.

آب داغ به توربين وارد و از آن خارج مي شود و باعث چرخش مولد مي شود و الکتريسيته توسط اين ژنراتورها توليد مي شود و از طريق کابل هاي برق به خانه، مدرسه و ... منتقل مي شود. در مورد خطوط انتقال در  مطلب (سيستم انتقال الکتريسيته ) اطلاعاتي به دست آورده ايم.

نيروگاه گرمايي در کاليفرنياي آمريکا، تقريباً نيمي از الکتريسيته اي را که از انرژي گرمايي زمين به دست مي آيد، به تنهايي توليد مي کند. اين نيروگاه انرژي لازم را براي 2 ميليون خانه تأمين مي نمايد.

پمپ هاي انرژي گرماييٍ منابع گرمايي زمين

از آن جايي که هرچه به سمت عمق زمين مي رويم، دما افزايش مي يابد، لايه هاي رويي زمين نبايد چندان گرم باشند.

تقريباً همه جا روي سياره ي ما، 10 فوت اوليه را که به عمق زمين نزديک مي شويم دما بين 50 تا 60 درجه فارنهايت (10 تا 15 درجه سانتي گراد) ثابت باقي مي ماند. اگر شما به زير زمين خانه يا غار مانندي برويد، مي بينيد که هوا در اين ناحيه تقريباً هميشه خنک است.

انرژي گرمايي زمين يا منابع گرمايي پمپ شونده توسط سيستم مي توانند از اين دماي ثابت براي گرمايش يا سرمايش ساختمان استفاده نمايند. درون لوله هايي به اين منظور از ماده اي ضد يخ ( شبيه آنچه در رادياتور اتوموبيل به کار مي رود) مي چرخد.

در زمستان، گرما از زميني که گرم تر است، به لوله ها رسيده و از طريق پمپ ها هواي خانه ها يا محل کارمان گرم مي شود. هنگامي هم که  هوا گرم است، اين فرآيند بطور معکوس انجام مي شود و گرماي هوا از طريق لوله هاي انتقال دهنده به زمين، که گرماي کم تري دارد، منتقل مي شود. از گرماي انتقال داده شده در تابستان مي توان براي گرم کردن آب نيز استفاده کرد.

مترجم: سحر حميدي