الطاقة الحرارية الأرضية: كيف يتم توليد الكهرباء من باطن الارض
في قرية صغيرة في جبال الألب الإيطالية، كان الأمير بييرو جينوري كونتي يبحث عن شيء فريد. في عام 1904، لاحظ بخارًا يتصاعد من الأرض. هذا الاكتشاف كان بداية رحلة الأمير في مجال الطاقة الحرارية الأرضية وتوليد الكهرباء من الحرارة الجوفية.
بفضل هذا الاكتشاف، بنى الأمير كونتي أول محطة توليد كهرباء حرارية أرضية في العالم. استخدم الحرارة الطبيعية من باطن الأرض لتحقيق هذا الإنجاز. منذ ذلك الحين، أصبحت الطاقة الحرارية الأرضية مصدرًا مهمًا للطاقة النظيفة.
الطاقة الحرارية الأرضية هي جزء من الطاقة المتجددة التي نستخرجها من الحرارة في باطن الأرض. هذه الحرارة تأتي من تحلل العناصر المشعة في الصخور والتربة. يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء وتدفئة المباني والمنشآت.
تتميز الطاقة الحرارية الأرضية بكونها مصدر طاقة موثوق وثابت. هذا يجعله خيارًا أفضل من مصادر الطاقة المتقطعة مثل الرياح والشمس. كما تساعد في الحفاظ على البيئة وتقليل الانبعاثات الضارة.
في هذا المقال، سنستكشف عالم الطاقة الحرارية الأرضية. سنعرف كيف تعمل، وأنواع محطات توليد الكهرباء التي تستخدمها، والتحديات والفرص التي توفرها.
ما هي الطاقة الحرارية الأرضية؟
الطاقة الحرارية الأرضية مصدر طاقة نظيف ومتجدد. يتم استخراجها من باطن الأرض. هذه الطاقة تأتي من تحلل العناصر المشعة في الصهارة.
تنتقل الحرارة نحو السطح. هناك، تلتقي بمياه ساخنة أو بخار جوفي. يمكن استخدام هذه الحرارة لتوليد الكهرباء.
يُقدر أن أكثر من 99% من كتلة الكرة الأرضية تتجاوز حرارتها 1000 درجة مئوية. الطاقة الحرارية في الحزام العميق بـ2000 متر تحت سطح الأرض تعادل طاقة 250 مليار طن من الفحم. هذا يظهر قوة الطاقة الحرارية الأرضية كمصدر للطاقة النظيفة.
تعريف الطاقة الحرارية الأرضية
الطاقة الحرارية الأرضية هي الطاقة المختزنة في باطن الأرض. يمكن استخراجها واستغلالها في تطبيقات كتوليد الكهرباء والتدفئة والتبريد. تتركز هذه الطاقة في المناطق النشطة بركانياً وعند تقاطع الصفائح التكتونية.
مصادر الطاقة الحرارية الأرضية
مصادر الطاقة الحرارية الأرضية متنوعة. تشمل:
- الصهارة: المادة المنصهرة في باطن الأرض بحرارة عالية.
- المياه الساخنة: تتواجد في خزانات جوفية على أعماق مختلفة.
- البخار الجوفي: ينتج عن تسخين المياه الجوفية بحرارة من باطن الأرض.
إمكانية توليد الكهرباء من الطاقة الحرارية الأرضية تتراوح عالمياً بين 70 و80 جيجا واط. لكن، لا يُستغل من الاحتياطيات المعروفة إلا 15% لتوليد 13 جيجا واط من الكهرباء. هذا يشير إلى فرص كبيرة لتوسيع استغلال هذا المصدر النظيف للطاقة في المستقبل.
كيفية استخراج الطاقة الحرارية الأرضية
لإستخراج الطاقة الحرارية من الأرض، يجب الحفر العميق في باطن الأرض. هذا يسمح بالوصول إلى المياه الساخنة والبخار المخزنة في الصخور. يتم استخدام تقنيات حفر متقدمة لذلك، ويمكن الوصول إلى أعماق تصل إلى عدة كيلومترات.
الحفر للوصول إلى المياه الساخنة والبخار
يتم حفر آبار عميقة في المناطق ذات الحرارة المرتفعة. يتم استخدام معدات حفر متخصصة لهذا الغرض. بعد الحفر، يتم ضخ المياه الساخنة والبخار إلى السطح لاستخدامها في توليد الكهرباء أو التدفئة.
تقنيات استخراج الطاقة الحرارية الأرضية
هناك عدة طرق لاستخراج الطاقة الحرارية من الأرض. بعض هذه التقنيات تشمل:
- تدوير السوائل: يتم ضخ سوائل مثل الماء عبر أنابيب الحفر. هذه السوائل تمتص الحرارة وتعود إلى السطح لتوليد البخار اللازم لتشغيل التوربينات.
- المضخات الحرارية الأرضية: تستخدم هذه التقنية لنقل الحرارة من باطن الأرض إلى المباني. تعمل بكفاءة عالية وتوفر طاقة نظيفة للتدفئة والتبريد.
تقنيات استخراج الطاقة الحرارية الأرضية تقلل انبعاثات الكربون مقارنة بالطاقة الأحفورية. توفر مصدرًا موثوقًا للطاقة على مدار الساعة. لكن، التكلفة الأولية للإنشاء والحاجة إلى مواقع مناسبة تشكل تحديات أمام انتشارها.
“الطاقة الحرارية الأرضية هي مصدر متجدد ونظيف للطاقة، ولديها القدرة على تلبية جزء كبير من احتياجاتنا من الكهرباء والتدفئة في المستقبل.” – وكالة الطاقة الدولية
| التقنية | الميزات | التحديات |
|---|---|---|
| تدوير السوائل | تمتص الحرارة من الصخور الساخنة وتولد البخار | تتطلب وجود مكامن حرارية مائية |
| المضخات الحرارية الأرضية | توفر تدفئة وتبريد نظيفين وفعالين | التكلفة الأولية العالية للتركيب |
أنواع محطات توليد الكهرباء بالطاقة الحرارية الأرضية
توجد محطات توليد الكهرباء بالطاقة الحرارية الأرضية بأشكال مختلفة. هذا يعتمد على نوع المصدر الحراري والتقنيات المستخدمة. الأنواع الرئيسية تشمل محطات البخار الجاف ومحطات البخار الفلاشي ومحطات الدورة الثنائية.
محطات البخار الجاف
محطات البخار الجاف تستخدم البخار الساخن من الخزان الجوفي. هذا البخار يدور التوربينات لتوليد الكهرباء. هذه المحطات لها كفاءة عالية تصل إلى 23%.
تساهم محطات البخار الجاف بشكل كبير في إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية. الولايات المتحدة وحدها تنتج 3,086 ميجاوات من 77 محطة.
محطات البخار الفلاشي
محطات البخار الفلاشي تستخدم الماء الساخن عالي الضغط من باطن الأرض. يتحول هذا الماء إلى بخار عند تخفيف الضغط. ثم يدور هذا البخار التوربينات لتوليد الكهرباء.
كفاءة هذه المحطات تتراوح بين 10% و20% حسب درجة حرارة الماء. الفلبين تنتج 1,904 ميجاوات من هذه المحطات، وهي تغطي 18% من إجمالي توليد الكهرباء في البلاد.
محطات الدورة الثنائية
محطات الدورة الثنائية تستخدم الماء الساخن من باطن الأرض. تسخين هذا الماء يؤدي إلى توليد بخار. هذا البخار يدير التوربينات لتوليد الكهرباء.
هذه المحطات قادرة على العمل بكفاءة عند درجات حرارة منخفضة. هذا يتيح استغلال مصادر الطاقة الحرارية الأرضية منخفضة الحرارة. محطات الدورة الثنائية تشكل نسبة كبيرة من محطات الطاقة الحرارية الأرضية عالميًا.
بلغ إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية عالميًا 10,700 ميجاوات في 24 دولة عام 2010. وتولد حوالي 67,250 جيجاوات ساعة من الكهرباء.
كفاءة محطات الطاقة الحرارية الأرضية تتراوح بين 10% و23% حسب درجة حرارة الماء. هذه المحطات تتيح إمكانية توليد ما يصل إلى 96% من إنتاج الكهرباء دون الوقود الأحفوري أو طاقة الرياح والشمس.
فوائد استخدام الطاقة الحرارية الأرضية
الطاقة الحرارية الأرضية مصدر طاقة نظيفة ومستدام. تساعد في تقليل الانبعاثات الكربونية وتحمي البيئة. توفر طاقة مستقرة على مدار الساعة، مختلفة عن مصادر الطاقة الأخرى.
استخدام الطاقة الحرارية الأرضية يخلق فرص عمل جديدة. إنشاء هذه المحطات قد يكون باهظاً في البداية. لكن، تكاليف التشغيل منخفضة لأنها لا تعتمد على أسعار الوقود.
القدرة المركبة العالمية للطاقة الحرارية الأرضية كانت 13.9 جيجاوات في 2017. وستصل إلى 140 جيجاوات بحلول 2050، حسب لوكالة الطاقة الدولية. الولايات المتحدة وإندونيسيا والفلبين وتركيا ونيوزيلندا من الدول الرائدة في هذا المجال.
في أيسلندا، الطاقة الحرارية الأرضية تغطي 90% من احتياجات البلاد. تتم تصدير تكنولوجياتها إلى العالم. في ألمانيا، الحكومة تقدم تعريفة تشجيعية لتشغيل مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية.
“الطاقة الحرارية الأرضية هي مستقبل الطاقة النظيفة والمستدامة. توفر فرصاً هائلة لتوليد الكهرباء وخلق فرص عمل جديدة، مع الحفاظ على بيئتنا في نفس الوقت.”
لكن، يجب اتباع أفضل الممارسات لاستغلال هذه الطاقة. الإدارة غير السليمة يمكن أن تؤدي إلى استنزاف الموارد. هذا يؤثر على ضغط ودرجة حرارة الخزانات الجوفية.
الطاقة الحرارية الارضية
الطاقة الحرارية الأرضية مصدر طاقة متجددة مهم. يتم استغلال الحرارة في باطن الأرض لتوليد الكهرباء. هذا النوع من الطاقة لا يغطي سوى 0.5% من الطاقة النظيفة العالمية.
لكن، هناك دول رائدة في هذا المجال. الولايات المتحدة والفلبين وإندونيسيا وآيسلندا تبرز في هذا المجال.
الدول الرائدة في استغلال الطاقة الحرارية الأرضية
الولايات المتحدة والفلبين وإندونيسيا وآيسلندا تتقدم في توليد الكهرباء من الطاقة الحرارية. في آيسلندا، الطاقة الحرارية الأرضية تشكل 30% من إنتاج الكهرباء. الفلبين لديها ثاني أكبر قدرة بعد الولايات المتحدة.
تركيا ونيوزيلندا وكينيا تظهر نموًا في هذا المجال. هذه الدول تبرز في استخدام الطاقة الحرارية الأرضية.
الإحصائيات تظهر نموًا في توليد الكهرباء من الطاقة الحرارية الأرضية. في عام 2021، بلغت القدرة المركبة العالمية 15.96 جيجاوات. منطقة آسيا وأوقيانوسيا تتصدر القائمة بقدرة 5.9 جيجاوات.
| المنطقة | القدرة المركبة (جيجاوات) |
|---|---|
| آسيا وأوقيانوسيا | 5.9 |
| أمريكا الشمالية | 3.7 |
| أوراسيا | 3.5 |
إمكانات نمو استخدام الطاقة الحرارية الأرضية مستقبلاً
التكنولوجيا تتطور، والاهتمام بالطاقة النظيفة يزداد. يُتوقع نمو كبير في استخدام الطاقة الحرارية الأرضية. من المتوقع أن تصل القدرة العالمية لتوليد الكهرباء إلى 60 جيجاوات بحلول 2050.
كينيا تهدف إلى مضاعفة قدرتها من الطاقة الحرارية الأرضية لتصل إلى 1.6 جيجاوات بحلول 2030. الطاقة الحرارية الأرضية مصدر نظيف وموثوق للطاقة.
إن الطاقة الحرارية الأرضية مصدر نظيف وموثوق للطاقة، ولديها إمكانات هائلة للنمو في المستقبل مع التطورات التكنولوجية والاستثمارات المناسبة.
الطاقة الحرارية الأرضية تبرز كخيار فعال للتدفئة. الدول الأوروبية تطور استخدامها بحلول 2023. إعادة استخدام الآبار النفطية والغازية المهجورة تفتح آفاقًا جديدة.
تحديات استغلال الطاقة الحرارية الأرضية
الطاقة الحرارية الأرضية تقدم فوائد عديدة. لكن، تواجه تحديات تعيق انتشارها. التكلفة العالية للإنشاء والصيانة، والآثار البيئية المحتملة هما من أبرز هذه التحديات.
التكلفة العالية للإنشاء والصيانة
مصاريف بدء مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية عالية. الحفر العميق لاستخراج المياه الساخنة يلزم تكاليف كبيرة. المعدات والتوربينات تحتاج إلى صيانة دورية، مما يزيد التكاليف.
توليد الحرارة أو التدفئة باستخدام هذه الطاقة يلزم حوالي ثلاثة سنتات يورو للكيلو وات ساعة.
التأثيرات البيئية المحتملة
الطاقة الحرارية الأرضية قد تسبب آثار بيئية سلبية. الحفر العميق قد يؤدي إلى تسرب غازات الدفيئة، مما يزيد من الاحتباس الحراري. الاستخراج المكثف للمياه الساخنة قد يؤدي إلى استنزافها.
بعض الناس يقلقون من التلوث الحراري للمياه الجوفية أو حدوث زلازل طفيفة بسبب الحفر والاستخراج.
رغم التحديات، فإن انبعاثات الكربون من الطاقة الحرارية أقل من المصادر الأحفورية. هذا يجعلها خياراً جيداً للدول التي تريد الاستدامة. الأردن، على سبيل المثال، استغل الطاقة الحرارية الأرضية لتحسين أمن الطاقة وتقليل الاعتماد على الواردات.
هناك حاجة للبحث عن طرق لتقليل التكاليف وصيانة محطات الطاقة الحرارية. الاستثمار في التقنيات الحديثة والعمل مع الأطراف المعنية يمكن أن يساعد في التغلب على هذه التحديات.
الخلاصة
الطاقة الحرارية الأرضية مصدر طاقة نظيف ومستدام. يمكنها تلبية جزء كبير من الطاقة العالمي بأقل أثر للكربون. رغم التحديات، الفوائد طويلة الأجل تفوق التكاليف.
تم توليد 12.8 جيجا واط من الطاقة الحرارية الجوفية حول العالم. منها 3.5 جيجا واط في الولايات المتحدة. هذا يكفي لتوفير الطاقة لـ3,500,000 منزل.
مع التغلب على التحديات، يتوقع نمو كبير في توليد الطاقة. هناك 1.3 جيجا واط إضافية قيد التطوير. إنشاء خزانات جديدة تحت الأرض سيساعد في زيادة الطاقة الكهربائية.
في ألمانيا، مشروع طموح يستغل الطاقة الحرارية الأرضية في فرانكفورت. يمكن استخراج 35 جيجاوات ساعة سنوياً من 15000 عمود. بالإضافة إلى ذلك، يمكن توليد 303 جيجاوات ساعة إضافية من الشمس.
بحسب الإحصاءات، الطاقة الحرارية الأرضية مصدر طاقوي لا ينضب. نمو الاستخدام عالمياً سيدفعها لتصبح أكثر أهمية في مستقبل الطاقة الحرارية الأرضية.
الأسئلة الشائعة
س: ما هي الطاقة الحرارية الأرضية؟
ج: الطاقة الحرارية الأرضية هي الطاقة المخزنة في باطن الأرض. تنشأ من تحلل العناصر المشعة في الصهارة. تنتقل الحرارة نحو السطح وتلتقي بمكامن تحتوي على مياه ساخنة.
يمكن استغلال هذه المياه لتوليد الكهرباء أو التدفئة.
س: ما هي مصادر الطاقة الحرارية الأرضية؟
ج: مصادر الطاقة الحرارية الأرضية تتركز في المناطق النشطة بركانياً. كما في تقاطع الصفائح التكتونية حيث تكون القشرة رقيقة.
هذا يسمح بتدفق الحرارة من باطن الأرض بشكل أكبر.
س: كيف يتم استخراج الطاقة الحرارية الأرضية؟
ج: يتم استخراج الطاقة الحرارية عن طريق الحفر لأعماق تصل لعدة كيلومترات. هذا يصلنا إلى المكامن الحرارية المائية.
تُستخدم تقنيات مختلفة مثل تدوير الماء في أنابيب الحفر للحصول على الحرارة.
س: ما هي أنواع محطات توليد الكهرباء بالطاقة الحرارية الأرضية؟
ج: هناك ثلاثة أنواع رئيسية من محطات توليد الكهرباء بالطاقة الحرارية الأرضية. محطات البخار الجاف تستخدم البخار مباشرة من الخزان الجوفي.
محطات البخار الفلاشي تستخدم الماء الساخن عالي الضغط. محطات الدورة الثنائية تستخدم الماء الساخن لتسخين سائل ثانوي منخفض نقطة الغليان لتوليد البخار.
س: ما هي فوائد استخدام الطاقة الحرارية الأرضية؟
ج: الطاقة الحرارية الأرضية مصدر نظيف ومتجدد للطاقة. تساهم في تقليل الانبعاثات الكربونية.
توفّر طاقة مستقرة وموثوقة على مدار الساعة. تطوير مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية يخلق فرص عمل جديدة.
س: ما هي التحديات التي تواجه استغلال الطاقة الحرارية الأرضية؟
ج: الطاقة الحرارية الأرضية تواجه تحديات مثل التكلفة العالية لإنشاء المحطات. كما تحتاج للصيانة الدورية للمعدات.
الحفر أحياناً يؤدي لتسرب غازات الدفيئة تحت الأرض. الاستخراج المكثف للمياه الساخنة قد يؤدي لاستنزاف الخزانات الجوفية.
س: ما هي إمكانات نمو استخدام الطاقة الحرارية الأرضية مستقبلاً؟
ج: مع تطور التقنيات وانخفاض التكاليف، ينتظر نمو كبير في استغلال الطاقة الحرارية الأرضية. البحث والاستثمار لتحسين التقنيات وخفض الكلفة سيزيد الاعتماد على هذا المصدر النظيف.
المراجع
