برآورد جهانی انرژی زمین گرمایی

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز


انرژی درون زمین که از گوشته به سمت پوسته در جریان است، در حاشیه پلیتهای تکتونیکی بیشتر از داخل پلیتهای پوسته ای است. نشانه‌های آشکار جریان انرژی، آتشفشانهای فعال و میدانهای زمین گرمایی دما بالا هستند.


ارزیابی زمین گرمایی فقط برای تعداد محدودی از کشورها انجام شده است. با این حال توزیع آتشفشانهای فعال در سراسر جهان نسبتا شناخته شده است.
کارشناسان معتقدند توزیع آتشفشانهای فعال منعکس کننده پتانسیل جهانی انرژی زمین گرمایی است. ارتباط تجربی بین تعدادی از آتشفشانهای فعال و پتانسیل میدانهای زمین گرمایی دما بالا در ٨٠ منطقه بررسی شده است.

براین اساس، حجم احتمالی الکتریسیته تولیدی توسط این میادین زمین گرمایی، GWe٢٤٠ برآورد شده است.

بررسیهای نظری نشان می دهد که اهمیت ذخایر پنهان زمین گرمایی چه بسا ١٠ مرتبه بیشتر از ذخایر شناخته شده است. حد بالای تولید الکتریسیته Twe ٢-١ است. از طرف دیگر، توزیع فراوانی دمای مخازن زمین گرمایی ایسلند و ایالات متحده نشان می دهد که بزرگی ذخایر زمین گرمایی دما پایین جهان حدود EJ ١٤٠در سال است ( به طور مقایسه، میزان مصرف انرژی جهان حدود EJ ٢٤٠ در سال است)
ارزیابی ظرفیت تولیدی میدانهای زمین گرمایی توسط «مدلهای شبیه سازی» یا « روش حجمی» صورت می‌گیرد.

مدلهای شبیه سازی حد پایینی انرژی زمین گرمایی برای تولید الکتریسیته را نشان می دهند. حد پایین انرژی زمین گرمایی برای تولید الکتریسیته حدود GW٥٠ تخمین زده شده و حجم متناظر برای کاربرد مستقیم TW th ١ است.

انرژی زمین گرمایی


این انرژی گرمایی است که از درون زمین خارج می‌شود. این گرمای زیر سطحی به دو شکل ظاهر می شود:

الف: جریان پیوسته ، انرژی از گوشته به سمت سطح زمین جریان دارد (دینامیک)
ب: گرمای ذخیره شده در پوسته (استاتیک).

هر دو نوع انرژی استاتیک و دینامیک بخشی از انرژی زمینی هستند که این ماهیت دوگانه گاهی به سردرگمی در دسته بندی ذخایر انرژی زمین گرمایی منجرمی شود.این جریان انرژی زمینی انطباق خوبی با مفهوم انرژیهای تجدیدپذیر دارد. از طرف دیگر زمان بازیابی طولانی، جهت بازگرداندن گرمای ذخیره شده در سنگهای نفوذناپذیر منجر به شباهت این نوع ذخایر با ذخایر انرژیهای تجدیدناپذیر شده است.

بررسیهای نظری نشان می دهد که مقدار عظیمی از انرژی در پوسته زمین ذخیره شده است.
سرد شدن زمین یا انتقال عمودی گرما از میان سطح زمین توسط سه فرایند پوسته ای صورت می گیرد:

- هدایت گرمایی
- انتقال حرارت توسط جریان سیالهای زمین گرمایی- انتقال جریان ماگمایی در پوسته که با فورانهای آتشفشانی همراه است.

اتلاف گرما در حاشیه پلیتها بیشتر از دیگر نقاط پوسته ای است. هر سه فرایند انتقال انرژی در مناطق حاشیه ای صفحات وجود دارند و ضخامت پوسته در حاشیه بیشتر از مناطق درون پوسته ای است.

درون صفحات همرفت گرمایی منحصرا عاملی برای انتقال گرما از اعماق زمین به سمت سطح آن است.

صفحات تکتونیکی حدود ٨٥درصد سطح زمین را شکل می دهند با این حال حدود ١٥درصد نواحی سطحی، به عنوان مناطق مرزی دسته بندی می شوند.
در جایی که حاشیه صفحات بالاتر از سطح دریاست، شواهد بسیار آشکاری از جریان انرژی زمین گرمایی، آتشفشانهای فعال و میدانهای زمین گرمایی دما بالا هستند. اتلاف گرمایی جهان حدود TW١± ٤٤ است. این بررسی بر اساس ٢٤٧٧٤ اندازه گیری جریان گرمایی در ٢٠٢٠١ سایت مستقر در قاره ها و کف اقیانوسها صورت گرفته است.

متوسط حجم گرمایی که در مطالعات دانشمندان به دست آمده در کف اقیانوسها mw/m٢١٠١ و در قاره ها mw/m٢٦٥ محاسبه شده است (البته اتلاف گرما از فورانهای آتشفشانی و چرخه گرمابی بالای سطح دریا و قاره ها در نظر گرفته نشده است).

لذا اتلاف گرمای جهانی تا حدی بالاتر از TW٤٤، است.

گرمای متوسط از فورانهای آتشفشانی در حدودTW ٤ - ٤/٢ به دست آمده است، لذا به صورت میانگین عدد TW٣ را به عنوان برآوردی از اتلاف گرمای متوسط زمین از طریق فورانهای آتشفشانی در نظر می گیریم. بخش باقیمانده اتلاف گرمای زمین از طریق ماهیت دینامیکی فعالیت زمین گرمایی و همچنین مربوط به انرژی زمین گرمایی قابل تجدید است.

موسسه تحقیقاتی انرژی الکتریکی (EPRI)، تخمین زده است که گرمای ذخیره شده در سنگها تا عمق ٣ کیلومتری زیر قاره ها EJ ١٠٦*٤٣ است (٤٣ ضرب در ١٠ به توان ٦).

مصرف جهانی انرژی EJ٤٢٠ در سال است. به این معنا که گرمای ذخیره شده در ٣ کیلومتر بالایی پوسته اقیانوس، تقریباً هم‌اندازه با انرژی مصرف شده توسط بشریت برای حدود یکصد هزار سال است!

قاره ها حدود ٣٠درصد سطح زمین را شکل می دهند و نرخ جریان گرمایی از میان قاره ها (mw/m٢ ٦٥) کمتر از کف اقیانوسها ( mw/m٢ ١٠١) است. با در نظر گرفتن این دو پارامتر، جریان انرژی در قاره ها می تواند تقریبا TW١٠ برآورد شود.

ماهیت استاتیکی انرژی


انرژی ذخیره شده در سنگها بسیار بزرگ است. با این حال ماهیت دینامیکی انرژی و جریان انرژی درون زمین، نسبتا کوچک است. بنابراین، در تعدادی از قاره ها زمان زیادی برای ذخیره انرژی درون پوسته از طریق جریان همرفتی گرمایی نیاز است.

به عبارت دیگر، در حاشیه صفحات، به واسطه‌ی فرایند همرفتی، انرژی به مقدار زیادی ذخیره می شود. به هر حال بیشتر میدانهای زمین گرمایی مناسب برای تولید الکتریسیته در حاشیه صفحات هستند.

ذخایر انرژیهای تجدید پذیر و تجدید ناپذیر:


ذخایر انرژی تجدیدناپذیر مانند کانیها و هیدروکربونها جایگاه ویژه ای درون پوسته دارند. برخی کارشناسان، ذخایر تجدیدپذیری مانند باد، انرژی زمین گرمایی را به مصداق «ماهی ذخیره شده در اقیانوسها» تلقی کرده و معتقدند که این انرژی، پویا و فعال است.

یک روش ارزیابی ذخایر زمین گرمایی، استفاده از روش حجمی است. این روش بر اساس تخمینی از گرمای ذخیره شده در حجمی از سنگ صورت می گیرد. به عبارت دیگر, نشان می دهد که گرمای ذخیره شده در سنگ، همانا یک «پارامتر» مناسب برای تخمین انرژی استخراج شده است. در روش ارزیابی حجمی حد پایینی انرژی زمین گرمایی TW ٥/١ و حد بالایی آن TW٦٠-٣٠ تخمین زده شد که البته به «اندازه‌ی ذخایر» زمین گرمایی شناخته نشده بستگی دارد.

انطباق میان تعداد آتشفشانها و نتایج برآورد انرژی زمین گرمایی


با توجه به جدول یک، تعدادی از آتشفشانهای فعال و ارزیابی الکتریسیته تولیدی بیان شده است. مجموع ذخایر شناخته شده در ٨کشور؛ چیزی حدود GWe٨١ است (در حالی که پتانسیل جهانی تخمین زده شده GWe٢١٠ است).

در جدول یک ، حدود ٣٩درصد پتانسیل زمین گرمایی جهانی برای تولید الکتریسیته در ٨ کشور ذکر شده است.

تطابق مثبت و واضحی بین این دو پارامتر در شکل یک نشان داده شده است. خطای نسبی مرتبط با تعدادی از آتشفشانها و پتانسیل زمین گرمایی ١٣درصد است.

در طی ده هزار سال گذشته، حدود ١٥١١ آتشفشان در کل جهان فعال بوده اند، که از این میان ١٨٩ مورد به دلیل قرار گرفتن در کف اقیانوسها در دسترس نیستند. شکل ١ پتانسیل جهانی انرژی زمین گرمایی را که حدود GWe ٢٠٩ تخمین زده شده است، نشان می دهد.

سیالات زمین گرمایی با دمای کمتر از ١٣٠ درجه سانتیگراد، بزرگترین بخش انرژی زمین گرمایی جهان را تشکیل می دهند. به منظور برآورد این پتانسیل از توزیع فراوانی منابع زمین گرمایی به عنوان تابعی از دما استفاده می شود. شکل ٢، در این مقیاس، جریان مشاهده شده یک خط مستقیم برعکس است که توزیع فراوانی را به صورت یک تابع نمایی نشان می دهد.

علاوه بر این، بخوبی مشهود است که انرژی در مقابل واحد جرم ذخایر زمین گرمایی با دما افزایش می یابد. با فرض اینکه حجم یک منبع زمین گرمایی غیروابسته به دمای منبع است, می توان شکلی از منحنی توصیفی بزرگی انرژی زمین گرمایی را به عنوان تابعی از دمای منبع در شکل ٣ نشان داد.
با توجه به شکل، میدانهای زمین گرمایی «دما پایین» با دمای ١٣٠ درجه یا کمتر ٦٨% کل انرژی زمین گرمایی را در بر می گیرند. همچنین ٣٢درصدباقیمانده از کل انرژی ذخایری با دمای بالاتر از ١٣٠ درجه را به وجود آورده اند.



جدول١- تعدادی از آتشفشانهای فعال و برآورد پتانسیل زمین گرمایی برای تولید الکتریسیته در کشورهای انتخابی




در برآورد ذخایر زمین گرمایی «دما بالا»، پتانسیل به مقدار الکتریسیته ای که می تواند از این ذخایر تولید شود، منظور می شود.


نشانه های سطحی مانند چشمه های آب گرم و آبفشانها معمولا نشانه های قابل اعتمادی از وجود ذخایر زمین گرمایی در اعماق پوسته هستند.

در موارد دیگری ذخایر زمین گرمایی در مکانهایی شناسایی شده اند که اثری از این شواهد وجود ندارد. البته فرض بر این است که تعداد ذخایر پنهان کشف نشده بیشتر از تعداد ذخایر زمین گرمایی اکتشافی است. در حال حاضر ظرفیت نصب انرژی الکتریکی تولید شده از انرژی زمین گرمایی در جهان GWe٧ است، به این معنا که حدود چهار درصد از پتانسیل جهان برای تولید الکتریسیته تاکنون مورد استفاده بوده است.

ظرفیت نصب انرژی الکتریکی تولید شده از کاربرد مستقیم، در جهان، GW١٠ است. مطالعات نشان داده که انطباق خوبی بین تعداد آتشفشانها و پتانسیل انرژی زمین گرمایی وجود دارد.






توضیح: جدول واحدها، علامات اختصاری، تعریف و مقادیر آنها در جدول زیر آمده است.


 

Similar threads

بالا