زمین گرم و راههای استفاده از انرژی

زمينگرمايي
پيشگفتار:
توسعه شگرف علم و فن در جهان امروز ظاهراً آسايش و رفاه زندگي بشر را موجب شده است، ليكن اين توسعه يافتگي، مايه بروز مشكلات تازه اي نيز براي انسانها شده است که از آن جمله مي توان به آلودگي محيط زيست، تغييرات گسترده آب و هوايي در زمين و غيره اشاره نمود . بويژه ميدانيم که نفت و مشتقات آن از سرمايه هاي ارزشمند ملي و حياتي کشور مي باشند که مصرف غيربهينه از آنها گاهي زيانهاي جبران ناپذيري را ايجاد مي آند . از اين رو صاحب نظران و کارشناسان بدنبال منابعي هستند که بتدريج جايگزين سوختهاي فسيلي شوند . سازمان انرژيهاي نو ايران (سانا) وابسته به وزارت نيرو از سال ١٣٧٤ فعاليت رسمي و گسترده اي را آغاز آرده است تا از انرژيهاي نو مانند انرژي خورشيدي، انرژي زمين گرمايي، انرژي باد، انرژي بيوگاز و بيوماس، انرژي امواج و … بهره گيري کند، به اين انرژيها از آن جهت که به محيط زيست زياني نمي رسانند، انرژيهاي پاك نيز مي گويند.
مقدمه:
انرژي حرارتي که در پوسته جامد زمين وجود دارد، انرژي زمين گرمايي ناميده مي شود . مرکز زمين منبع عظيمي از انرژي حرارتي است که به شكل هاي گوناگون از جمله فوران هاي آتشفشاني، آبهاي گرم و يا بواسطه خاصيت رسانايي به سطح آن هدايت مي شوند . طبق فرضيه هاي موجود، زمين توده اي آتشين بوده که بيش از ٤ ميليارد سال پيش شكل گرفته و بتدريج به انجماد و سردي گراييده است و اين سرد شدن همچنان نيز ادامه دارد. در حال حاضر از انرژي زمين گرمايي در بسياري از نقاط جهان و به صورتهاي مختلف، در سطح وسيعي استفاده مي شود . محققين، همزمان با بكارگيري تكنو لوژي هاي قديمي تأمين انرژي، شيوه هاي جديد تأمين انرژي را نيز به تكامل رسانيده اند . در آينده نيز تلاش براي توسعه آن، هم در زمينه کشف منابع انرژي و هم در زمينه انتقال تكنولوژي امري اساسي تلقي مي شود . بهره برداري از انرژي زمين گرمايي، بعنوان يك منبع انرژي بالقوه در اعماق زمين، مستقل از شرايط جوي بوده و قابليت جوابگويي به نياز کنوني و آتي بشر را دارد
نواحي داراي پتانسيل انرژي زمين گرمايي مي باشند منطبق بر مناطق آتشفشاني و زلزله خيز جهان هستند.
تاريخچه:
بشر مدتها است که از منابع انرژي زمين گرمايي با درجه حرارت پايين) چشمه هاي آبگرم ، ( جهت استحمام و شستشو و همچنين مصارف درماني استفاده مي آند . اخيراً نيز از اين انرژي در تامين گرمايش گلخانه ها؛ حوضچه هاي پرورش ماهي؛ استخرهاي تفريحي پيشگيري از يخ زدگي معابر درفصل سرما، پمپهاي حرارتي جهت تامين گرمايش وسرمايش ساختمانها و برخي از فرآيند هاي صنعتي استفاده مي شود . توليد برق با استفاده از منابع انرژي زمين گرمايي با درجه حرارت با درجه حرارت بالانيز طي ده سال اخير رشد قابل ملاحظه اي داشته است .
با مشاهده کوههاي آتشفشان ؛بشر از دير باز به اين حقيقت رسيده بود که در اعماق زمين منبعي داغ وجود دارد . در فاصله زماني بين قرنهاي ١٦ و ١٧ ميلادي که اولين منابع زير زميني در اعماق چند صدمتري حفر شد؛ اين نتيجه نيز حاصل شد که هر چه بطرف مرآز آره زمين نزديكتر شويم دما افزايش مي يابد به گونه اي که بطور طبيعي در ازاي هر ١٠٠ متر افزايش عمق، ٣ درجه سانتي گراد به دماي طبيعي زمين افزوده مي شود.
نخستين اندازه گيري ها بوسيله دماسنج در سال ١٧٤٠ ودرمعدني نزديك به ناحيه بلفورت در کشور فرانسه انجام شد . درسال ١٨٧٠ با روشهاي پيشرفته علمي نوع رفتار حرارتي زمين مورد مطالعه قرار گرفت .
نخستين تلاشها در) لاردرلو (ايتاليا در سال ١٩٠٤ براي توليد برق با استفاده از انرژي زمين گرمايي صورت گرفت و از آن زمان تا کنون فعاليتهاي زيادي در سراسر دنيا صورت گرفته است که در فصول بعدي به تدريج؛ آنها را بررسي خواهيم کرد . ساخت نيروگاههاي دومداره باعث پيشرفتهاي چشمگيري در توليدبرق با استفاده انرژي زمين گرمايي شده است ودر حال حاضر با به تكامل رسيدن اين تكنولوژي ؛به طور تجاري از آبهاي گرم زيرزميني با درجه حرارت معمولي }بيشتر از ١٠٠ درجه سانتيگراد{ برق توليد مي شود . در سالهاي اخير درزمينه پمپهاي حرارتي زمين گرمايي نيز پيشرفتهاي قابل توجه اي صورت گرفته است . درطولاني مدت پيشرفت در ساخت تجهيزات مربوط به استخراج انرژي از سنگهاي خشك وداغ ؛لايه هاي تحت فشار زمين ومنابع گدازه ها مي تواند امكان استفاده بيشتر از پتانسيل بالقوه انرژي زمين گرمايي را ميسرسازد .
انرژيزمينگرمايي
به طور آلي مناطقي از زمين که داراي دو ويژگي مهم زير باشند مي توانند داراي پتانسيل خوب جهت بهره برداري از انرژي زمين گرمايي باشند:
١)- منبع حرارتي، ٢-سيال حد واسط ٣- محيط متخلخل )
١)- مواد مذاب يا سنگهاي داغ مجاور آنها (بعنوان منبع حرارتي به گونه اي نزديك به سطح زمين قرار گرفته باشند که موجب گرم شدن آبهاي نفوذي شده و در نتيجه با حفاري چاههاي توليدي مي توان با استخراج سيال گرم به حرارت مطلوب رسيد.
٢- وجود آب براي انتقال حرارت منبع حرارتي به سطح زمين، آبهاي جوي، آبهاي ماگمايي و فسيل ازجمله سيالات انتقال دهنده حرارت در يك سيستم زمين گرمايي
هستند.
٣- لايه هاي مختلف زمين داراي خلل و فرج هاي زياد باشند تا آبهاي سطحي و نزولات جوي به خوبي داخل زمين نفوذکند.
آبهاي سطحي که بر اثر نيروي جاذبه زمين و از طريق خلل و فرجها به داخل آن نفوذ مي کنند پس ازمدتي به لايه هاي گرم زمين نزديك مي شوند و حرارت آنها را جذب مي کنند بر اثر افزايش دما، چگالي خود را از دست داده و نسبت به آبهاي سرد سبكتر شده و به صورت طبيعي از طريق خلل و فرجها مجدداً رو به سطح زمين حرکت مي کنند و موجب پيدايش مظاهر حرارتي از قبيل چشمه هاي آبگرم درنقاط مختلف زمين مي شوند در حالت طبيعي سيال گرم از خلال درزه، شكافها و گسلها به سطح زمين مي رسد و ظهورهاي سطحي ايجاد مي کند . اما براي بهره برداري اقتصادي از يك سيستم زمين گرمايي با حفاري چاههاي متعدد سيال بيشتري استحصال مي شود.
بهرهبرداريازانرژيزمينگرماييبهدوروشکليميباشدکهعبارتنداز:
١- استفاده غيرمستقيم يا روش نيروگاهي
٢- استفاده مستقيم يا روش غيرنيروگاهي
در ادامه به تعريف اجمالي از اين روشها پرداخته مي شود.
فرآيندتوليدبرقدرنيروگاهزمينگرمايي
بطور ساده مي توان گفت که نيروگاههاي زمين گرمايي به دو دسته مهم تقسيم مي شوند.
١- نيروگاه زمين گرمايي با سيال دو فاز )بخار و مايع (
نيروگاه زمين گرمايي با سيال تك فاز) مايع(
نمونه اي از يك نيروگاه زمين گرمايي
نيروگاهزمينگرماييباسيالدوفاز:
سيالي که معمولا به شكل دو فاز مايع و بخار مي باشد از چاههاي زمين گرمايي خارج مي شود که هرچه تعداد اين چاهها بيشتر باشد ميزان مايع وبخارخارج شده از چاههاو متناسب با آن ميزان توليد برق نيز بيشتر مي شود. اين سيالات در مخزن جداکننده بخار از مايع جمع آوري شده و سليس فاز بخار از مايع جدا مي شود . بخار جدا شده وارد توربين شده و باعث چرخش پره هاي توربين مي شود .پرهها نيز به نوبه خود محور توربين و در نتيجه محور ژنراتور را به حرکت وا مي دارند که باعث بوجود آمدن
قطبهاي مثبت و منفي در ژنراتور شده و در نتيجه برق توليد مي شود.
نيروگاه زمين گرمايي دوفازي
نيروگاهزمينگرماييباسيالتكفاز:
در اين نوع نيروگاهها نياز به مخزن جدا کننده نمي باشد زيرا آب گرم وارد مبدل حرارتي شده و حرارت خود را به سيال عامل ديگري که معمولاً ايزوپنتان مي باشد و نقطه جوش پايين تري نسبت به آب دارد منتقل مي آند، دراين فرايند ايزوپنتان به بخار تبديل شده و به توربين منتقل مي شودکه در اينجا توربين و ژنراتور طبق توضيحات فوق مي توانند برق توليد کنند
نيروگاه زمين گرمايي با سيال تك فاز
روشهاياستفادهمستقيمياغيرنيروگاهي
١- استخرهايآبگرم :
دراين روش آب گرم زمين گرمايي را مي توان با آب سرد و معمولي ترکيب نمود و آب نسبتاً گرمي را براي اهدافي چون ايجاد مراکز جذب توريست ومجتمع هاي آب درماني مورد استفاده قرارداد. از آب گرم زمين گرمايي در صورتي که فاقد مواد مضر براي بدن انسان باشد، مي توان جهت مصارف آب درماني مانند رفع ناراحتي هاي پوستي، ناراحتي هاي درد مفاصل و ناراحتي هاي روحي و رواني استفاده نمود.
استخر شنا زمين گرمايي
همچنين در صورتي که آب گرم زمين گرمايي داراي مواد مضر براي بدن باشد مي توان با استفاده از يك مبدل حرارتي، حرارت آن را به آب معمولي منتقل نمود و در نتيجه آب معمولي با دماي نسبتاً گرم دراستخرها استفاده شود.
براي استخرهاي آب گرم، آبهاي زمين گرمايي با دماي در حدود ٣٠ الي ٥٠ درجه سانتيگراد مناسب است.
٢- مراکزگلخانهاي
مي توان آب گرم زمين گرمايي را توسط لوله آشي به داخل گلخانه ها هدايت نمود، تا بدين وسيله حرارت مورد نياز جهت رشد و نمو گياهان، ميوه و سبزيهاي خاصي را فراهم نمود . براي ايجاد چنين گلخانه هايي دمايي در حدود ٨٠ الي ١٢٠ درجه سانتيگراد مناسب است.٣- گرمايشمنازل
با آمك لوله آشي و يا رادياتورها ي ويژه مي توان مانند سيستم هاي شوفاژ موجود، آب گرم زمين
گرمايي را به داخل محيط ه اي منازل، بيمارستانها، ادارات و … منتقل و از حرارت اي ن آبهاي گرم جهت
تامين گرمايش محيط استفاده نمو د. براي گرمايش منازل ؛ آبهاي زمين گرمايي
مي بايست حرارتي در حدود ٥٠ الي ١٠٠ درجه سانتيگراد داشته باشند.
گرمايش ساختمانها با استفاده از انرژي زمين گرمايي
٤- حوضچههايپرورشماهي
در مزارع پرورش ماهي مي توان با استفاده از آبهاي گرم زمين گرمايي، حرارت و شرايط مورد نياز براي رشد و پرورش ماهي هاي خاص را فراهم نمود براي حوضچه هاي پرورش ماهي، آب گرم زمين گرمايي مي بايست حرارتي در حدود ٢٠ الي ٤٠ درجه سانتيگراد داشته باشد.
٥- ذوببرفوپيشگيريازيخبنداندرمعابر
با استفاده از لوله هايي که در زير معابر تعبيه مي شود مي توان در فصول سرما حرارت آبهاي گرم را به آسفالت خيابانها و جاده ها يا به سطوح پياده روها منتقل و بدين وسيله برف روي اين سطوح را ذوبنمود. براي ذوب برف در معابر ؛آب گرم زمين گرمايي مي بايست حرارتي در حدود ٢٠ الي ٥٠ درجهسانتيگراد داشته باشد.
٦- پمپحرارتي
توسط پمپ هاي حرارتي مي توان در تابست ان سرمايش و در زمستان گرمايش ساختمانها را تامين
نمود.
جايگاهانرژيزمينگرماييدرجهان
دست يافتن به انواع مختلف منابع انرژي و تامين نياز بشر به انرژي مهمترين نگراني و دغدغه جهان امروز است. جدول زير منابع عمده تامين انرژي و درصد آنها را در جهان نشان مي دهند.

انواعانرژي	ميزانانرژيتوليدشدهEJ	ميزاندرصدمصرفدرجهان
سوختهاي فسيلي	٣٢٠	٪٨٠
انرژيهاي تجديدپذير (نو)	٥٦	٪١٤
انرژي هسته اي	٢٦	٪٦

سوختهاي فسيلي نيز به نوبه خود شامل سه منبع بشرح جدول زير مي باشد.

سوختهايفسيلی	ميزانانرژيتوليدشدهEJ	ميزاندرصدمصرفدرجهان
نفت	١٤٢	٪٣٦
گاز طبيعي	٨٥	٪٢١
زغال سنگ	٩٣	٪٢٣

جدول زير نيز در صد ميزان مصرف و ميزان انرژي توليدي در جهان را در بخش انرژيهاي نو نشان مي دهد.

انرژيهاينو	ميزانانرژيتوليدشدهEJ	ميزاندرصدمصرفدرجهان
بيوماس	٣٨	٪١٠
برق آبي، زمين گرمايي، باد و خورشيدي	١٨	٪٤

جالب است بدانيد که با توجه به تجديدپذير بودن و همچنين پاك بودن انرژيهاي نو، ميزان استفاده از اين منابع در جهان، به سرعت رو به افزايش ميباشد.
انرژي زمين گرمايي سومين نوع از انرژيهاي نو مي باشد که در دنيا جهت توليد برق بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد.
ميزان توليد انرژي الكتريكي توسط انرژيهاي نو درجهان معادل٢٨٢٦ TWh مي باشد که از اين بين سهم برق آبی99درصد،بیوماس5.5 درصد؛زمین گرمایی 1.6درصد؛باد 0.6 درصد،وخورشیدی 0.05 درصد است.
و ميزان تا سال ١٩٩٩ ميزان توليد الكتريسيته در جهان توسط نيروگاههاي زمين گرمايي ٧٩٧٤ MWe حرارت توسط انرژي زمين گرمايي نيز MWt١٥١٤٤ بوده است. جدول زير ميزان توليد توليد حرارت و برق با استفاده از منابع انرژي زمين گرمايي در قاره هاي جهان را نشان مي دهد.

نام قاره	ظرفيت نصب شدهMWe	توليد مجموعGWh/a		ظرفيت نصب شدهMwe	توليد مجموعGWh/a
آفريقا	٥٤	٣٧٩	٪١	١٢٥	٥٠٤	٪١
آمريكا	٣٣٩٠	٢٣٣٤٢	٪٤٧	٤٣٥٥	٧٢٧٠	٪١٤
آسيا	٣٠٩٥	١٧٥١٠	٪٣٥	٤٦٠٨	٢٤٢٣٥	٪٤٦
اروپا	٩٩٨	٥٧٤٥	٪١٢	٥٧١٤	١٨٠٩٥	٪٣٥
اقيانوسیه	٤٣٧	٢٢٦٩	٪٥	٣٤٢	٢٠٦٥	٪٤
مجموع	٧٩٧٤	٤٩٢٦٣	٪١٠٠	١٥١٤٤	٥٢٩٧٩	٪١٠٠

کشورهايي که بيشترين برق را با استفاده از نصب نيروگاههاي زمين گرمايي توليد مي کنند عبارتنداز:
آمريكا ٢٢٠٠ مگاوات الكتريكي
فيليپين ١٩٠٠ مگاوات الكتريكي
نيوزيلند ٤٣٧ مگاوات الكتريكي
مكزيك ٧٥٥ مگاوات الكتريكي
ايتاليا ٧٨٥ مگاوات الكتريكي
ژاپن ٥٤٧ مگاوات الكتريكي
اندونزي ٥٩٠ مگاوات الكتريكي
ايسلند ١٧٠ مگاوات الكتريكي
همچنين کشورهايي که بيشترين حرارت را توسط آبهاي گرم زمين گرمايي توليد ميکنند عبارتند از:
آمريكا ٥٦٤٠ مگاوات حرارتي
چين ١٠٥٠٠ مگاوات حرارتي
ايسلند ٣٦٠٠ مگاوات حرارتي
ژاپن ٧٤٠٠ مگاوات حرارتي
ترکيه ٤٣٠٠ مگاوات حرارتي
ايتاليا ١٠٠٠ مگاوات حرارتي
به عنوان نمونه وضعيت بهره برداري از انرژي زمين گرمايي را در يكي از اين کشورها بررسي مي کنيم .
زمينگرماييدرکشورايسلند
اگر بخواهيم بطور خلاصه در مورد زمين گرمايي در يك کشور با پتانسيل بالا مطالبي را ذکر کنيم مي توان ايسلند را جزءکشورهايي نام برد که داراي پتانسيل بالاي انرژي زمين گرمايي است . حدود ٥٣٪ از انرژي مورد نيازکشور ايسلند توسط انرژي زمين گرمايي تهيه مي شود، ١٧ ٪ توسط بر ق آبي، ٣٪توسط زغال سنگ و ٢٧ ٪ توسط سوخت فسيلي تهيه مي شود که سوخت فسيلي تنها براي تامين سوخت اتومبيل ها، کشتي ها و هواپيماها استفاده مي شود . جالب توجه است که دولت ايسلند به منظور عدم استفاده از سوخت هاي فسيلي، طرح پيشنهادي استفاده از سوخت هيدروژن را مطرح کرده است.
در کشور ايسلند ٨٦ ٪ از منازل توسط آب گرم زمين گرمايي گرم مي شود اين کشور همين ١٧٠ مگاوات الكتريسيته را توسط نيروگاههاي زمين گرمايي توليد مي کند.
بطور کلي ميزان و موارد استفاده انرژي زمين گرمايي در کشور ايسلند بشرح زير است:
٨٦٪ گرمايش ساختمان ها منازل، بيمارستانها، ادارات و …
١٩ ٪ توليد الكتريسيته
٤٪ استخرهاي شنا و مراکز جذب توريست
٢٪ ذوب برف در معابر
٨٪ استفاده صنعتي
٣٪ حوضچه هاي پرورش ماهي
٣٪ گلخانه هاي کشاورزي
اثرات مطلوب انرژي زمين گرمايي در سالم نگاه داشتن محيط زيست بسيار مشهود مي باشد بطوريكه تا سال ١٩٣٠ در شهر ريكياويك مردم براي گرمايش منازل خود از زغال سنگ استفاده مي کردند ولي بعد از سال ١٩٣٠ استفاده از آب گرم زمين گرمايي براي گرمايش منازل آغاز شد و هم اکنون شهرريكياويك يكي از پاك ترين شهرهاي دنيا محسوب مي شود که مهمترين دليل آن استفاده از انرژي زمين گرمايي و جايگزيني آن به جاي مصرف سوختهاي فسيلي است.
شهر ريكياويك قبل از استفاده از انرژي زمين گرمايي
شهر ريكياويك بعد از استفاده از انرژي زمين گرمايي
کشور ايسلند داراي ١٥٠ منطقه با پتانسيل نسبتاً خوب با دماي پايين انرژي زمين گرمايي است که بيش از ٦٠٠ چشمه آب گرم دماي بيشتر از ٢٠ در داخل آن پراکنده شده است. همچنين در اين کشور ٢٦ منطقه با پتانسيل بالاي زمين گرمايي حرارت بيش از ١٥٠ درجه سانتيگراد وجود دارد که در اين مناطق سيال زمين گرمايي بصورت دو فاز بخار و مايع است.
گرمايشساختمانهادرکشورايسلند
همانطور که ذکر شد در کشور ايسلند آبهاي گرم زمين گرمايي بيشتر جهت گرمايش منازل،بيمارستانها، ادارات و …. استفاده مي شود . چاههاي ٥٠ تا ١٠٠ متري براي تأمين آب گرم در مناطقي که داراي پتانسيل مطلوب است حفاري مي شوند و آب گرم مو رد نياز بدين ترتيب تأمين مي شود . اين آبها براي تامين گرمايش ساختمانهاو شستشو مورد استفاده قرار مي گيرد.
استخرهايشناوردرکشورايسلند
شهر ريكياويك به يكصد و دو هزار نفر جمعيت دارد و جالب توجه است که در سال ١٩٩٩ بيشتر از يك ميليون و هفتصدهزار نفر توريست از اين شهر بخاطر داشتن استخرهاي آب گرم بازديد نموده اند . اين امر نشان دهنده ميزان اهميت استخرهاي شنا در اين کشور مي باشد . ده استخر شنا طي مدت پنج سال در شهر ريكياويك تأسيس شده است که سالانه ميزان ١١٠٠ TJ تراژول انرژي در اين استخرها مصرف مي شود که آب گرم زمين گرمايي منبع تامين کننده آن است.
ذوببرفدرمعابرکشورايسلند
عمليات ذوب برف بوسيله زمين گرمايي در معابر کشور ايسلند حدود ١٥ تا ٢٠ سال قبل آغاز شده است. در اين روش، آب خروجي از خانه ها که دمايي در حدود ٣٥ درجه سانتيگراد دارد در داخل لوله هايي که در ز ير جاده ها، خيابانها و پياده روها تعبيه شده است جريان داده مي شود و بدين وسيله از تجمع و يخ زدگي برف در معابر جلوگيري مي شود . انرژي مورد استفاده براي ذوب برف سالانه تقريباً معادل ٤١٠ TJ است.
گلخانهزمينگرماييدرکشورايسلند
از سال ١٩٢٤ آبهاي زمين گرمايي براي تامين گرمايش فضاي گلخانه ها استفاده مي شده است و هم اکنون تامين گلخانه هاي اين کشور مساحتي بالغ بر ١٨٣٠٠٠ متربا استفاده از اين آبها انجام مي شود . ٥٥ ٪ از اين مساحت براي پرورش سبزيجات و ٤٥ ٪ براي پرورش گل اختصاص دارد . مجموع سالانه انرژي مصرفي در اينگونه گلخانه ها تقريباً معادل٧٩٠ TJ است.
حوضچههايپرورشماهي
امروزه در بيشتر از ٥٠ منطقه در آشور ايسلند از آبهاي گرم زمين گرمايي در مراکز پرورش ماهي استفاده مي شود . در اين مراکز آب گرم که معمولاً دمايي بين ٢٠ تا ٥٠ درجه سانتيگراد دارد وارد مبدلهاي حرارتي شد ه و حرارت آن با کمك آب سرد و معمولي در حدود ٥ تا ١٢ درجه سانتيگراد مي شود که در حوضچه هاي پرورش ماهي مورد استفاده قرار مي گيرد اين امر باعث مي شود تا رشد ماهي ها به سرعت انجام پذيرفته و در نتيجه زودتر به سن صيد برسند. بدين ترتيب مجموع انرژي زمين گرمايي که سالانه معادل ٦٥٠ TJ است در حوضچه هاي پرورش ماهي مورد استفاده قرار مي گيرد.
توليدبرقدرنيروگاههايزمينگرمايي
ميزان ظرفيت نيروگاههاي نصب شده زمين گرمايي در کشور ايسلند معادل١٧٠ Mwe مي باشد . چهار منطقه اي که بيشترين پتانسيل انرژي زمين گرمايي را براي تو ليد برق دارند عبارتند از.Svartsengi) و, Mesjavellir ،Krafla، Bjarnarflay,)
نيروگاه: Bjarnarflay
اين نيروگاه با ظرفيت سه مگاوات از سال ١٩٦٩ الكتريسيته توليد مي نمايد. دماي مخزن در اين ناحيه٢٨٠ درجه سانتيگراد مي باشد و بخار در فشار ثابت٥/٩ bar با دبي٥/١٢ kg/s وارد توربين مي شود.
مجموع انرژي لكتريكي توليدي توسط اين نيروگاه در سال ١٩٩٩ برابر١٨GWh بوده است.
نيروگاه:Krafla
نيروگاه krafla واقع در شمال ايسلند از سال ١٩٧٧ با دو توربين ٣٠ مگاواتي راه اندازي شده است د ر اين نيروگاه که از نوع. Double falash است . پس از مدتي بخاطر مسائل خوردگي سيال و همچنين رسوبات داخل چاه، تنها يكي از واحدهاي ٣٠ مگاواتي به مدت ٢٠ سال فعال بوده است ولي پس ازحفاري چهار حلقه چاه توليدي در سال ١٩٩٦ ميزان ظرفيت نصب شده اين نيروگاه در سال ١٩٩٧مجدداً به ٦٠ مگاوات افزايش پيدا کرد . در اين نيروگاه دماي مخزن در حدود ٢١٠ تا ٣٥٠ درجه سانتيگراد مي باشد و بخار با فشار٧ /٧ bar وارد توربين HP شده و سپس از جداکننده دوم با فشار٢/٢bar وارد توربين LP مي شود ميزان دبي سيال در قسمت اول kg/s ١٢٠
و در قسمت دوم kg/s ٣٠ است ميزان توليد انرژي الكتريكي توسط اين نيروگاه در سال ١٩٩٩ برابر٤٨٤ GWh بوده است.
نيروگاه:Mesjavellir
در ماه اکتبر سال ١٩٩٨ نخستين توربين با ظرفيت MWe ٣٠ و يك ماه بعد نيز دومين توربين با ظرفيت٣٠ MWe راه اندازي شد. فشار سيال برابر١٢ bar
و دماي آن ١٩٠ درجه سانتيگراد است. در آينده نزديك
پنج چاه توليدي ديگر در اين ناحيه حفر خواهد شد . علاوه بر توليد برق در اين نيروگاه، ميزان٢٠٠ MWtحرارت به صورت آب گرم با دبي ١١٠٠ ليتر بر ثانيه توليد مي شود که دماي آن بيشتر از ٨٢ درجه سانتيگراد است اين آب پس از طي مسافتي بالغ بر٢٧ km جهت گرمايش منازل در شهر ريكياويك مورد استفاده قرار مي گيرد . نكته جالب توجه اين است که پس از طي مسافت فوق دماي آب تنها يك درجه
کاهش مي يابد که اين امر نشان دهنده عايق آاري بسيار عالي لوله هاي انتقال آب است . با توجه به مطالعات مهندسي مخزن، پيش بيني شده است که ميزان ظرفيت اين نيروگ که به٧٦ Mwe قابل افزايش است ميزان توليد انرژي الكتريكي در سال ١٩٩٩ توسط اين نيروگاه معادل ٤٨٦Gwh بوده است
. نيروگاه زمين گرمايي ماتنوسكي
ممکن است بحث در خصوص كاربرد انرژيهاي تجديد‌پذير وبويژه انرژي زمين‌گرمايي در كشور روسيه كه داراي ذخاير بسيار عظيم سوختهاي فسيلي (بويژه گاز طبيعي) است قدري عجيب به نظر مي‌آيد. اما حتي اين كشور غني از انرژي نيز در برخي از نقاط دور دست خود با مشكل تامين برق ساكنانش مواجه است. بدين ترتيب كه هزينه حمل سوخت نيروگاهها به نقاط مذكور نيازمند صرف هزينه‌هاي زيادي است. به عنوان مثال اين وضعيت در منطقه كامچاتكا كه نيروگاه ماتنوسكي در آن واقع شده است، وجود دارد. لذا مقامات محلي سعي دارند تا با اكتشافات ميادين زمين‌گرمايي منطقه و بهره‌برداري از آن جهت توليد برق بر مشكل مذكور غلبه كنند. در اين مقاله نخست تاريخچه كاربرد انرژي زمين‌گرمايي در روسيه به اختصار مطرح شده سپس مطالبي پيرامون منطقه زمين‌گرمايي ماتنوسكي و نيروگاه مربوطه ارايه شده است.
تاريخچه بهره‌برداري از انرژي زمين‌گرمايي درروسيه
نخستين تجربه روسها در توليد برق از منابع زمين‌گرمايي در منطقه پاراتونسكي كامچاتكا (در شرق روسيه) در سال 1967 بود كه براي نخستين بار در جهان از سيكل دو مداره براي توليدبرق از منابع زمين‌گرمايي حرارت پايين استفاده شد. ظرفيت نيروگاه مذكور حدود kw600 بود.
نخستين نيروگاه زمين‌گرمايي بزرگ روسيه در سال 1967 و در منطقه پوزتسكي كامچاتكا احداث شد. ظرفيت نصب شده مرحله اول نيروگاه 5 مگاوات بود كه در سال 1982 پس از نصب تجهيزات مرحله دوم، ظرفيت آن به 11 مگاوات افزايش يافت. در سال 1987 نيز يك نيروگاه كوچك از نوع بدون كندانسور به ظرفيت حدود 300 كيلووات نصب شد. در روسيه از منايع حرارت پايين عمدتاً جهت تامين گرمايش منطقه‌‌اي و يا گرمايش استخرهاي شنا، گلخانه‌ها و مزارع پرورش ماهي و يا درمان بيماريها استفاده مي‌شود. اخيراً كاربرد منابع زمين‌گرمايي در روسيه توسعه زيادي يافته است. در واقع وزارت علوم روسيه متولي توسعه طرحهاي كاربرد انرژي زمين‌گرمايي در كشور است. كاربرد انرژي زمين‌گرمايي در منطقه كامچاتكاشبه جزيره كامچاتكا همراه با جزاير كوريل در منتهي‌اليه شرق روسيه واقع شده است. ساكنين اين مناطق جهت تامين برق مورد نياز خود وابستگي شديدي به سوخت فسيلي وارداتي دارند. اخيراً هزينه توليد برق در نواحي مذكور به 25 سنت به ازاء هر كيلووات ساعت بالغ شد كه متعاقب آن سياستگزاران انرژي بر آن شدند تا استراتژي پيشين خود را تغيير داده و توجه بيشتري به منابع انرژيهاي تجديد‌پذير كنند. يكي از انواع انرژي‌هاي تجديد‌پذير، انرژي زمين‌گرمايي است كه روسها تجربيات فراواني در خصوص بهره‌برداري از آن دارند. آنها تاكنون حدود 1000 حلقه چاه در زمينه اكتشاف و استخراج منابع زمين‌گرمايي حفر كرده‌اند كه رقم بسيار قابل توجهي است. منطقه كامچاتكا داراي ذخاير فراوان انرژي زمين‌گرمايي است كه با مطالعات اكتشافي صورت گرفته، پتانسيل آنها برآورد شده است. طبق محاسبات بعمل آمده، منابع زمين‌گرمايي مذكور قادر خواهند بود برق مورد نياز شبه جزيره كامچاتكا را با هزينه بسيار كمتري نسبت به سوختهاي فسيلي تامين كنند.
منطقه زمين‌گرمايي ماتنوسكي
اين منطقه در جنوب شبه‌جزيره كامچاتكا قرار دارد. در واقع اين منطقه زمين‌گرمايي بخشي از منطقه آتشفشاني كامچاتكاي جنوبي است كه در حدود 8 كيلومتري شمال كوه آتشفشاني ماتنوسكي واقع شده است. نزديك‌ترين منطقه مسكوني به آن شهر پتروپاولوسك – كامچاتسكي است كه 125 كيلومتر بامنطقه زمين‌گرمايي فاصله دارد. در زمستان دسترسي به منطقه زمين‌گرمايي مشكل است زيرا در اين ايام بدليل بارش سنگين برف صرفاً با انجام عمليات برق روبي مي‌توان از جاده‌ها عبور كرد. منطقه زمين‌گرمايي ماتنوسكي يكي از بزرگترين نواحي روي كره زمين است كه حجم زيادي از حرارت داخل زمين به سطح آن راه مي‌يابد. بر اساس مطالعات اكتشافي بعمل آمده مشخص شده است كه منابع زمين‌گرمايي مناطق كامچاتكا و جزاير كوريل مشتركاً قادر به توليد 2000 مگاوات برق هستند.
اين منطقه كه حدود 30 كيلومتر مربع وسعت دارد شامل آثار و شواهد حرارتي است كه در مجاورت آتشفشانهاي فعال وسيستمهاي زمين‌گرمايي حرارت بالا قرار دارند. در جنوب منطقه نيز كوه آتشفشان ماتنوسكي وجود دارد كه در مجاورت آن گازفشانهاي حرارت بالا و چشمه‌هاي آبداغ مشاهده مي‌شوند واز يال شمالي و دهانه آن نيز بخار خارج مي‌شود.
اين منطقه از نظر فعاليت آتشفشاني بسيار فعال است و در آن دو آتشفشان فعال وجود دارد: ماتنوسكي و گورلي. البته يك آتشفشان خاموش و فرسايش يافته نيز به نام ژيروفسكي نزديكي منطقه زمين‌گرمايي به چشم مي‌خورد. در اطراف دهانه آتشفشان ماتنوسكي فعاليت‌هاي شديد گازفشاني مشاهده مي‌شود. آخرين فعاليت كوه آتشفشاني ماتنوسكي در سال 2001 رخ داد. در آن هنگام ناگهان دهانه آتشفشان منفجر شد كه بر اثر آن خاكسترهاي آتشفشاني به هوا پرتاب شدند. اكتشاف منطقه زمين‌گرمايي ماتنوسكي طي سالهاي 1978 تا 1990 انجام شده است. تاكنون بيش از 80 حلقه چاه كه عمق آنها بين 1000 تا 2500 متر است در منطقه‌اي به وسعت km225 حفر شده است. با استفاده از نتايج عمليات حفاري، تا حدود زيادي حدوده مخزن ماتنوسكي مشخص شد. در حال حاضر در نظر است كه يك نيروگاه 120 مگاواتي در مركز منطقه زمين‌گرمايي احداث شود. ماتنوسكي از نوع آبداغ بالنده است. بدين معني كه سيال غالب در مخزن آبداغ است. طبق برآوردهاي بعمل آمده منبع زمين‌گرمايي ماتنوسكي توانايي توليد 300 مگاوات برق را دارد. به طور كلي منابع زمين‌گرمايي منطقه كامچاتكا به دو دسته حرارت بالا و حرارت پايين تقسيم‌بندي مي‌شوند. منابع حرارت بالا (150 درجه سانتي‌گراد) داراي پتانسيلي معادل MWe1130 هستند. منابع حرارت پايين (150 > درجه سانتي‌گراد) داراي پتانسيل MWt 1345 براي يك دوره 100 ساله هستند. تاكنون طبق اكتشافات انجام شده بيش از 20 ميدان زمين‌گرمايي در منطقه كامچاتكا كشف شده است.
در بين همه ميدانهاي كشف شده ميدان زمين‌گرمايي ماتنوسكي ميداني شاخص به شمار مي‌رود. تاكنون تمامي مطالعات اكتشافي ضروري در اين ميدان انجام شده است و اكنون براي استفاده‌هاي مختلف (توليد برق و كاربردهاي صنعتي) كاملاً آماده است. حدود 30 درصد چاههاي حفر شده در ميدان ماتنوسكي،‌چاههاي توليدي هستند.
سيالهاي توليد شده از ميدان مذكور مخلوط بخار خشك و بخار مرطوب است كه درجه حرارت آن بيش از 240 درجه سانتي‌گراد بوده و آنتالپي آن معادل Kcal/kg 660 است. از نظر تركيب شيميايي، سيال خروجي از چاهها در زمره آبهاي كلريده، كلريده- سولفاته قرار مي‌گيرندكه آنيونهاي آنها سولفات و كلريد و مهمترين كاتيونهاي آنها سديم و كلسيم هستند. مهمترين گاز غيرقابل ميعان مخزن اسيد كربنيك (بيش از 70 درصد وزني) است. به علاوه در سولفيد هيدروژن، نتيروژن، اكسيژن،‌متان و هيدروژن نيز وجود دارد. ميزان H2S موجود در سيال مخزن به طور ميانگين حدود 10 درصد حجم كل گازهاي خروجي از چاهها است.
نيروگاه زمين‌گرمايي ماتنوسكي
در مرحله اول، يك نيروگاه 12 مگاواتي احداث شد. اين نيروگاه در حقيقت يك نيروگاه زمين‌گرمايي نمونه (پايلوت) از مجموعه‌اي از چند نيروگاه زمين‌گرمايي است كه در منطقه ماتنوسكي ساخته و راه‌اندازي خواهد شد. در هنگام احداث نيروگاه ماتنوسكي موارد زير موردتوجه قرار داشت:
• سيستم آماده ‌سازي بخار مدولار كه به صورت پيش ساخته بودو پس از مونتاژ مورد استفاده قرار گرفت.
• اغلب اجزاء نيروگاه (شامل توبوژنراتورها، قطعات الكتروتكنيكي، كنترل پانل اصلي و ...) در كارخانه ساخته شده و در محل نيروگاه به يكديگر متصل شدند.
• با استفاده از كندانسورهاي هوايي از تماس مستقيم سيال زمين‌گرمايي با محيط اطراف جلوگيري شد.
سيال دو فازي (مخلوط آبداغ وبخار) از طريق لوله‌ها در مخزن جمع‌آوري شده و پس از انجام عمل جدايش در دو مرحله به سمت سه واحد قدرت كه ظرفيت هر يك 4 مگاوات است، هدايت مي‌شود. شكل (5). بخار با فشار P0=0..8 Mpa و درجه حرارت 170 درجه سانتي‌گراد ودر حالتي كه كاملاً خشك است (ميزان رطوبت آن كمتر از 05/0 درصد است) وارد توربين مي‌شود. كيفيت بخار در ورودي توربين مشابه كيفيت آن در نيروگاههاي حرارتي فشار متوسط است. به منظور افزايش كارايي كاربرد انرژي زمين‌گرمايي، آبداغ (داراي درجه حرارت 170درجه سانتي‌گراد) بعد از جداكننده‌ها به سمت مخازن تبخير آني هدايت مي‌شود. دراين مخازن بخار داراي فشار 0.4 Mpa توليدمي‌شود. از اين بخار (حدود 10 تن بر ساعت) در اجكتورها جهت مكش و جدايش گازهاي غيرقابل ميعان و بيوژه گاز سولفيد هيدروژن (H2S) استفاده مي‌شود. گاز H2S خارج شده از كندانسور، وارد دستگاه جاذب 13 مي‌شود كه درآن گاز H2S در بخار چگالش يافته حل شده به سمت چاههاي تزريقي هدايت مي‌شود. همانگونه كه مشخص است گاز مذكور بدون هيچ ارتباطي با محيط اطراف مجدداً به درون مخزن زمين‌گرمايي تزريق مي شود. آب چگاليده خروجي از كندانسور به اندازه كافي خالص و تميز بوده صرفاً داراي مقدار كمي از املاح گوناگون به صورت محلول است. بنابراين چنانچه در طراحي سيكل توليد برق، درجه حرارت آب چگاليده حدود 50 درجه سانتي‌گراد در نظر گرفته شود،‌مي‌توان آنرا بدون مشكل رسوبگذاري در لوله‌ها و چاههاي تزريقي به درون چاهها تزريق كرد.
كنترل سه واحد قدرت توسط تابلوي كنترل اصلي انجام مي‌شود. 6 مدول كندانسور هوايي درارتفاع 6 متري از صفحه توربوژنراتورها واقع شده است. هر مدول كندانسور هوايي از 8 مجموعه بهم پيوسته از لوله‌هاي فولادي (ضد زنگ) كه داراي پوششي از جنس روي است تشكيل شده است. خود لوله‌ها نيز توسط صفحات آلومينيومي دندانه‌دار (كه ارتفاع هر دندانه cm5/1 است) پوشيده شده است.
سيستمهاي آماده‌سازي بخار يروگاه در كارخانه به صورت مدول و يكپارچه ساخته شده است. پس از آزمايش مدول دركارخانه آنها را توسط هواپيماهاي باري سنگين به كامچاتكا منتقل كردند. نهايتاً مدولها پس از نصب تحت شرايط واقعي با سيال زمين‌گرمايي مورد آزمايش قرار گرفتند. در مدول پمپ وچند سيستم مجزا وجود دارند شامل پمپ‌هاي سيستم تزريق، پمپ‌هاي يدكي و آتش‌نشاني و تابلوهاي كنترل الكتريكي. علاوه بر اين در هنگام بهره‌برداري، سيستم حفاظتي خاصي سبب جدايش رسوبات و املاح در توربين‌ها و كندانسورهاي هوايي مي‌شود.
توربين و ژنراتور روي يك شاسي واحد نصب شده‌اند كه شامل سيستم پمپ روغن روان‌كننده و مخزن مربوطه آن نيز مي شود. توربين مستقيماً (بدون دنده كاهنده) به ژنراتور متصل بوده فركانس گردش آن معادل 50 دور در ثانيه است. هر واحد توربوژنراتور به طور مجزا در يك مدول قرار دارد. شركت سازنده در طراحي و ساخت توربينها از تجربيات خود در ساخت توربينهاي صنعتي و توربينهاي كشتي كمك گرفته است.
توربينهاي مذكور داراي بخش‌هاي زير هستند:
• پايه‌هاي قابل انعطاف در بخش جلويي سازه نگهدارنده
• واحد تنظيم هيدروليكي در جلوي توربين
• يك ياتاقان نگهدارنده مقاوم همراه با پمپ روغن در بخش جلويي سازه نگهدارنده
توربين نيروگاه ماتنوسكي نسبت به توربينهاي صنعتي و كشتي‌ها دو تفاوت مهم دارد كه عبارت هستند از:
1- كنترل بخار در لوله ورودي بوسيله دمپردوراني پروانه‌اي انجام مي‌شود.
2- بخار ورودي به واحد قدرت از بالا وسقف واحد، وارد توربين مي‌شود.
3- همه 10 طبقه توربين داراي سيستم جداسازي رطوبت پيشرفته‌اي هستند. مرحله اول توسعه نيروگاه
در حال حاضر مرحله اول توسعه نيروگاه ماتنوسكي با ظرفيت 50 (25×2) مگاوات بوسيله يك شركت روسي در حال انجام است. هزينه‌هاي اجراي مرحله اول توسعه نيروگاه را مشتركاً بانك اروپايي توسعه وبازسازي و چند شركت روسي تقبل كرده‌اند. مرحله اول توسعه نيروگاه شامل موارد زير مي‌شود. ساختمان اصلي با امكانات مورد نياز جهت توربينها، تابلوي كنترل واحد قدرت، جداكننده‌ها، تجهيزات الكتروتكنيكي و يك مهمانسرا براي مهندسين ناظر در ساختگاه نيروگاه.
در ساختگاه نيروگاه،‌محلي براي پست‌ها و كارگاههاي تعمير و نگهداري تجهيزات در نظر گرفته شده است. از سوي ديگر طبق قراردادهاي منعقد شده براي حفاري وتعمير چاههاي زمين‌گرمايي منطقه، ميزان دبي و فشار بخار لازم براي مرحله دوم توسعه نيروگاه به ترتيب كمتر از t/h320 و 7 بار خواهد بود. اين حجم بخار نه تنها مرحله اول توسعه را پوشش مي‌دهد بلكه بخار لازم براي مرحله دوم را نيز تامين مي‌كند. البته اين فشار و دبي مربوط به بخار ورودي به جدا‌كننده‌هاي نيروگاه خواهد بود. سيستم‌هاي آماده ‌سازي بخار نيروگاه شامل جداكننده‌ها، صدا خفه‌كن و سايرتجهيزات هستند. اين سيستم ها بايد به نحوي عمل كنند كه رطوبت بخار خروجي از آنها بيش از 05/0 درصد نباشد.
آبداغ چگاليده همراه با آبداغ جدا شده از جداكننده‌ها قبل از تزريق مجدد از يك سيستم ذوب برق عبور مي‌كند و بدين ترتيب از حرارت آن جهت ذوب برف و يخ محيط نيروگاه استفاده مي‌شود.
يك شركت روسي خط انتقال kv220 را از نيروگاه ماتنوسكي تا پست آواچا 18 در شهر اليزوو به طول 70 كيلومتر احداث خواهد كرد. شركتي ديگر هم جاده‌اي را بين شهر پتروپاولوسك – كامچاتسكي ونيروگاه زمين‌گرمايي ماتنوسكي خواهد ساخت. در واقع از اين جاده جهت انتقال تجهيزات نيروگاهي شامل توربوژنراتورها وساير تجهيزات فني (كه وزن هر يك از آنها به 50 تن نيز مي‌رسد) به ساختگاه نيروگاه استفاده خواهد شد.
واحد چهارم نيروگاه همراه با سيكل تركيبي
در سال 1965، دانشمندان روسي توانستند سيكلي را ابداع كنند كه به كمك آن مي‌توان از آبداغ گرمتر از 80 درجه سانتي‌گراد نيز برق توليد كرد. به منظور طراحي و آزمايش تجهيزات سيكل تركيبي نيروگاه ماتنوسكي تحت شرايط طبيعي و واقعي (درجه حرارت كم محيط، بارش برف فراوان تا ارتفاع 12 متر، باد قوي و لرزه خيزي بالا) شركت ژئوترم كار روي واحد چهارم نيروگاه ماتنوسكي را آغاز كرد. در حال حاضر واحد چهارم سيكل تركيبي در حال نصب است. در واقع هدف از طراحي و اجراي واحد چهارم، بكارگيري سيال دو فازي اضافي است كه از چاههاي زمين‌گرمايي خارج شده و توسط سه واحد قدرت موجود استفاده نمي‌شود. در بالاترين بخش سيكل، يك توربين از نوع بدون كندانسور با ظرفيت 3 مگاوات نيز نصب خواهد شد.
سيال دو فازي از دو واحد جداكننده عبور كرده و بخار جدا شده به سمت توربين بخار هدايت مي‌شود. بخار مرطوب خروجي توربين، چگاليده شده وسپس در لوله‌هاي كندانسور – اواپراتور خنك مي‌شود.
فشار بخار خروجي از توربين حدود 03/0 تا 11/0 مگاپاسكال است. توربينها،‌ژنراتورها و تجهيزات تبادل حرارت روي يك صفحه كه 5 متر از سطح زمين ارتفاع دارد، مستقر شده‌اند. به منظور جلوگيري از ريزش برف سنگين زمستاني نيز تمامي تجهيزات در يك مرحله سرپوشيده قرار دارند. از سوي ديگر جهت ممانعت از جمع شدن برف و يخ‌زدگي سطوح تبادل حرارت روي صفحات كندانسور‌هاي هوايي، اين صفحات رو به بيرون شيب دارند.
فن‌ها و الكتروموتورها در معرض جريان هواي پيش گرم شده قرار دارند تا دچار شوك حرارتي نشوند. تجهيزات الكتروتكنيكي و ساير سيستمهاي كنترل خودكار در يك محفظه مخصوص قرار دارند كه داخل آن نيز توسط هواي گرم، گرم نگه داشته مي‌شود.
ظرفيت نهايي واحد قدرت 9 مگاوات خواهد بود. نيروگاه دو مداره با ظرفيت اسمي 8/6 مگاوات، طراحي و ساخته خواهد شد. در واقع اين نيروگاه يك مدل نمونه (پايلوت) از مجموعه‌اي از مدولهاي قدرت دو مداره خواهد بود. در آينده اين مدولهاي قدرت در واحدهاي سيكل‌ تركيبي مرحله دوم توسعه نيروگاه بكار گرفته خواهند شد. علاوه براين مدولهاي مذكور در احداث نيروگاههاي زمين‌گرمايي دو مداره جديد با ظرفيت 6 و 12 مگاوات نيز بكار خواهند رفت.
در حين طراحي، ساخت و آزمايش واحدهاي قدرت سيكل تركيبي چندين مشكل علمي و فني به شرح زير بوجود آمد:
- انتخاب سيال عامل بهينه (داراي نقطه جوش پايين)
- تعيين حداقل درجه حرارت آبداغ خروجي از سيستم براي جلوگيري از رسوب مواد سيليسي
- انتخاب روش بهينه براي خارج كردن گازهاي غيرقابل ميعان از كندانسور- اواپراتور
- در نظر گرفتن ملاحظات زيست‌محيطي براي حذف گاز H2S از محوطه نيروگاه
شرايط آب وهوايي منطقه ماتنوسكي بسيار استثنايي است زيرا از يك سو در نواحي شمالي كره زمين قرار داشته و از سوي ديگر در ارتفاع قابل توجهي از سطح دريا واقع شده است. ميانگين درجه حرارت ساليانه اين منطقه 5/1 درجه سانتي‌گراد است. درجه حرارت ميانگين آن در يك دوره هشت‌ماهه (از آبان تا خرداد) كمتر از 5 درجه سانتي‌گراد است. اين درجه حرارت كم هوا به مهندسان طراح سيكل قدرت اجازه مي‌دهد كه درجه حرارت چگاليده رادر كندانسور تا حدود 10 الي 20 درصد كاهش دهند كه اين موضوع خود سبب افزايش 20 الي 24 درصد قدرت خروجي از نيروگاه در مقايسه با نيروگاههاي زمين‌گرمايي كه در نواحي بسيار گرم يا معتدل قرار دارند، مي‌شود.
مزيت ديگر درجه حرارت كم آبداغ خروجي از كندانسور اين است كه بر اثر هر گونه كاهش فشار چاههاي توليدي، نقصان كمي در قدرت خروجي نيروگاه رخ مي‌دهد.
توليد برق در سيكل تبخير آني نيروگاه ماتنوسكي با مشكلاتي همراه است. به عنوان مثال درتوربينها به حجم نسبتاً زيادي بخار نياز است و ارتفاع پره‌هاي طبقات آخر توربين نيز زياد است. هر دو عامل مذكور سبب كاهش كارايي سيكل توليد برق مي‌شوند. از سوي ديگر حذف گازهاي غيرقابل ميعان از كندانسور تحت فشار آب اشباع مستلزم صرف انرژي زيادي است. بنابراين به منظور رفع مشكلات فوق، مهندسان، سيكل تركيبي را پيشنهاد كردند. در واقع اين سيكل، تركيبي از سيكل تبخير آني و سيكل دو مداره است. سيال عامل واحد قدرت داراي نقطه انجماد پايين بوده كاركرد خوب آنرا در فصل زمستان تضمين مي كند. بدين معني كه سيال فوق در هنگام توقف عملكرد نيروگاه يخ نمي‌زند.
واحدهاي سيكل تركيبي مرحله دوم توسعهنيروگاه
همزمان با برنامه توسعه كاربرد انرژي زمين‌‌گرمايي در منطقه كامچاتكا، مرحله دوم توسعه نيروگاه به ظرفيت 60 مگاوات نيز آغاز شده است. ساخت مرحله سوم نيروگاه با ظرفيت 100 مگاوات هم برنامه‌ريزي است.
دلايل زير سياستگزاران انرژي را بر آن داشت تا مراحل دوم و سوم توسعه نيروگاه را طراحي و برنامه‌ريزي كنند:
1- داشتن شناخت كافي از منبع زمين‌‌گرمايي ماتنوسكي
2- وجود جاده و خط انتقال برق در منطقه
3- تجربيات بدست آمده از عملكرد نيروگاه زمين‌گرمايي ماتنوسكي
4- وجود برق در محل ساختگاه نيروگاه جهت اجراي سريعتر طرحهاي توسعه‌اي
بر اساس مطالعات اوليه، مرحله دوم توسعه نيروگاه، شامل دو واحد قدرت از نوع سيكل تركيبي است كه كل مصرف بخار و آبداغ آن به ترتيب معادل 320 و 640 تن بر ساعت است.
در مرحله دوم توسعه نيروگاه، هر واحد قدرت شامل يك توربين بخار (از نوع بدون كندانسور) داراي ظرفيت 12 مگاوات وسه مدول سيكل دو مداره است كه ظرفيت هر يك از مدولها 6 مگاوات است. ظرفيت نهايي واحدهاي سيكل تركيبي حداقل 20 درصد بيش از واحدهاي تبخير آني مرحله اول بوده ودر نتيجه اقتصادي‌تر هستند.
در خاتمه اين نكته نيز شايان ذكر است كه اگر تمام انرژي‌ الكتريكي مورد نياز منطقه كامچاتكا از منابع زمين گرمايي تامين شود، ساليانه تقريباًً معادل 000/900 تن در مصرف سوختهاي فسيلي صرفه‌جويي خواهد شد.
نيروگاه: Svarteshgiدر اين نيروگاه ابتدا يك توربين با ظرفيت٣٠ Mwe در سال ١٩٧٧ نصب شد که علاوه بر توليد برق به٧٥ ميزان Mwtحرارت نيز جهت انواع مصارف مستقيم توليد مي نموده است . سپس در سال ١٩٩٩ افزايش يافت و ميزان حرارت توليدي توسط آب گرم نيز به رقم ٢٠٠ MWt رسيد ظرفيت اين نيروگاه به٤٥ Mwe. براي راه اندازي اين نيروگاه ٣٧ ميليون دلار آمريكا هزينه شده است که٥/٧ ميليون دلار آن براي حفاري چاهها صرف شده است. ٤ /٨ Mwe از الكتريسيته توليدي اين نيروگاه به شيوه binary(دو مداره) توليد مي شود ميزان انرژي الكتريكي توليدي توسط اين نيروگاه در سال ١٩٩٩ معادل١٤٧ Gwh بوده است.
. در مجاورت اين نيروگاه، استخرشناي آب گرم احداث شده است که سالانه ١٧٠٠٠٠ نفر توريست از آن بازديد و استفاده ميكنند که يكي از مهمترين جاذبه هاي اصلي درصنعت توريست نيز به شمار مي رود.
انرژيزمينگرماييدرايران
استفاده از انرژي زمين گرمايي درايران به سالهاي بسيار دور مي رسد بطوري که مردم به شيوه هاي سنتي از اين انرژي در محلهايي که چشم ه هاي آبگرم وجود داشت،در قالب حمامها و استخرهاي شنا جهت مصارف آب درماني و تفريحي استفاده مي کردند هم اکنون مطالعات احداث اولين نيروگاه زمين گرمايي در کشورتوسط سازمان انرژيهاي نو ايران وابسته به وزارت نيرو در منطقه مشكين شهر در حال اجراء است که تاکنون سه حلقه چاه آتشافي به عمق هاي حدود ٣٢٠٠ متر، ٣١٧٠ متر و ٢٢٠٠ مترجهت برآورد وتخمين پتانسيل انرژي زمين گرمايي در منطقه سبلان حفاري شده است و نتايج اوليه حاکي ازوجود پتانسيل بالا و مطلوبي براي احداث نيروگاه در اين منطقه است.
همچنين دراين سازمان پروژه پمپ حرارتي در شهر تبريز جهت تامين گرمايش و سرمايش ساختمان درحال انجام است.
تاکنون مناطقي از ايران که داراي پتانسيل مناسب جهت بهره برداري از انرژي زمين گرمايي هستند،مورد مطالعه قرار گرفته اند و پروژ ه هاي تحقيقاتي دراين زمينه در دست مطالعه و اجرا مي باشد.
گرمترين نواحي معلوم شده زمين گرمايي Hottest Known Geothermal Regions
مخزن زمين گرمايي Geothermal Reservoir
)آبهاي سطحي(نزولات جوي Rain water
آب گرم Hot water
سنگ داغ Hot rock
سطح تغذيه آننده Recharge area
چشمه آب گرم Hot spring
دودآش بخار Steam vent
نيروگاه با سيال دو فاز زمين گرمايي Flash steam Power Plant
بخار Steam
توربين Turbine
ژنراتور Generator
الكتريسيته Electricity
مخزن جدا آننده Flash tank
آب جدا شده Separted water
بخار سرد شده (آب) Condensed Steam (water)
نيروگاه با سيال تك فاز زمين گرمايي Binary cycle Power Plant
بخار سيال عامل Binary vapor
مايع سيال عامل Binary Liquid
مبدل حرارتي Heat exchanger
آب سرد شده Cooled water
گرمايش منطقه اي District Heating
نيروگاههاي زمين گرمايي Geothermal power plants
چاه زمين گرمايي Geothermal well
سنگ پوشش (نفوذناپذير) Impermeable caprock
نيروگاههائي آه در آنها دو مخزن جداآننده بكار م يرود. Double Flash power plants
سيال داغ Hot fluids
آبهاي سرد جوي Cold meteoric waters
جريان حرارتي Flow of heat
مجاورتي Conduction
توده هاي نفوذي Magmatic intrusion__

منابع :
سازمان انرژی های نو (سانا)
ماهنامه صنعت اب وبرق ....



به پایان آمد این دفتر حکایت هم چنان باقیست