دانلود تحقیق بیوگاز، انرژی جانشین

بیوگاز، انرژی جانشین
درحال حاضر تفکر جامعه بشری برای حفظ محیط زیست خود و نجات کره زمین و حیات آن (تغییرات آب وهوای و غیره) از عواقب مصرف و اتمام سوخت های هیدروکربوری و آلودگی های پایدار سوخت های اتمی به سمت سوخت هایی منعطف شده است که علاوه بر پاکسازی محیط وحفظ زیست آن همگام بابرنامه های حفاظت محیط زیست سازمان ملل متحد (EPA)، که خود سبب صیانت سوخت های هیدروکربوری برای آینده بشر نیز هست، حرکت می کند.

بیشتر کشورهای دنیا برنامه ریزی گسترده ای برای تأمین انرژی مورد نیاز خود از طریق انرژی های نو انجام داده اند.

با توجه به روند کنونی، کشورهای اروپایی به دنبال توصیه اتحادیه اروپا و نیاز خود، به سمت استفاده از انرژی های جانشین و تجدیدپذیر، تا سال۲۰۳۰ میلادی حدود ۱۵ درصد از مجموع انرژی مورد نیاز خود را از طریق انرژی های تجدید پذیر، تأمین خواهند کرد.

زیست توده (بیوماس) و بیوگاز حاصل از آن یکی از انواع انرژی است که می تواند از زباله یا کشت گیاهان مخصوص به دست آید و می توان جانشین بخشی از انواع دیگر انرژی شود.بیوماس به مواد بیولوژیکی (گیاهی و حیوانی) مرده یا زنده گفته می شود که هنوز کاملاً تجزیه یا تخمیر نشده باشند.

از تخمیر بیوماس گازمرداب یا بیوگاز تولید می شود.به طورکلی در دوسوم خشکی کره زمین، کشت محصولات کشاورزی امکان پذیر است که می توان از این انرژی استفاده کرد ولی درحال حاضر فقط در ۱۵ الی ۲۰ درصد خشکی کشت می شود.

امروزه نصف جمعیت جهان برای استفاده های گرمایی و آشپزی از چوب استفاده می کنند و مصرف چوب سالانه حدود۲ الی ۳ درصد افزایش می یابد.

درسال۱۹۹۰ مصرف چوب، درحدود ۲ میلیارد مترمکعب (حدود۱۰ میلیون بشکه در روز معادل نفت) بوده است منابع انرژی بیوماس را می توان با استفاده از روش های جدید مهندسی ژنتیک گسترش داد.

راه هایی نیز وجود دارد که از آنها می توان برای بالابردن کیفیت سوخت استفاده کرد، مانند تبدیل چوب به زغال، زباله چوب و خاک اره را هم از طریق فشردن و شکل دادن، به صورت قالب(Pellet) در می آورند.

درآمریکای شمالی و اروپا از این قبیل سوخت های جامد در صنایع استفاده می شود.

برای بالا بردن کیفیت سوخت از روش های شیمیایی هم استفاده می کنند.

در واحدهای تولید بیوگاز، اثرهای بیوشیمیایی موجودات ذره بینی از طریق فراورش هضم غیر هوازی(Anaerobic Digestion)، تجزیه موادآلی را به وسیله موجودات ذره بینی بدون اکسیژناسیون که منجر به تولید گازمتان می شود، انجام می دهند در هضم غیر هوازی واکنش های شیمیایی، بسیار پیچیده و درچند مرحله انجام می شود.باید توجه داشت که درهر سیستمی معمولاً انواع موجودات ذره بینی همزمان عمل می کنند که به سوخت و یا کودشیمیایی تبدیل می شوند.

در برزیل پروژه تولید الکل از نیشکر(تخمیر) ازسال۱۹۷۵ تاکنون با موفقیت ادامه دارد و از الکل به تنهایی و یا مخلوط با بنزین استفاده می شود.

هرچند هزینه تولید الکل به حدود۵۰ دلار برای هر بشکه معادل نفت خام می رسد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست، ولی چون از تولیدات داخلی استفاده می شود و علاوه بر ایجاد اشتغال، بابت آن ارز پرداخت نمی شود، تولید الکل در این کشور همچنان ادامه دارد.

میزان اشتغال در این صنعت در کشور برزیل تا پایان سال جاری ۳۵۰ هزار نفر خواهد بود که انقلابی در حوزه انرژی خواهد بود.هدف کشور برزیل این است که در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده در جایگاه بالاترین تولید کننده این نوع سوخت قرار گیرد.

خود کفای در سوخت، از مدت ها پیش آرزوی برزیل بوده است که هنوز وارد کننده نفت است.

برای تولید بیوگاز نه تنها از مواد هیدروکربوری استفاده نمی شود که از نظر استانداردهای جهانی محیط زیست، مسئله بسیار حائز اهمیتی است، بلکه از ضایعات تولیدی و زباله های دست ساخته بشر درشهرهای بزرگ، استفاده می شود که درپاک سازی محیط زیست نقش مهمی را بازی می کند.

●بیوگاز
بیوگاز یا گازمرداب مخلوطی است قابل اشتعال که در اثر تخمیر موادآلی در یک دامنه دمای معین و PH مشخص درشرایط غیرهوازی توسط میکروب ها به وجود می آید.

گاز مرداب از حدود۶۰ الی ۷۰ درصد گاز متان واکسیدهای کربن، هیدروژن سولفید، نیتروژن و هیدروژن تشکیل شده است.این گاز به صورت طبیعی درپساب ها و مرداب ها مشاهده می شود.

در روستاها می توان با استفاده از فضولات دامی و انسانی همراه با گیاهان و چربی ها، بیوگاز تولید و درهمان محل به عنوان سوخت استفاده کرد.دنیای امروز نیاز مبرم می داند که توجه زیادی برای تولید و استفاده از بیوگاز نشان دهد و اغلب کشورهای پیشرفته طرح های بزرگی در این زمینه به مرحله اجرا گذاشته اند، درکشورهایی مانند چین و هندوستان از بیوگاز به میزان قابل توجهی استفاده می شود و درکشورهای اسکاندیناوی طرح های بزرگ صنعتی با استفاده از بیوگاز، راه اندازی شده است.

کشور سوئد تا سال۲۰۵۰ میلادی، ۴۰% از بازار خودرو خود را به استفاده از بیوگاز مجهز می کند که آن را از فرایند سینیتیک بر روی چوب تأمین می کند زیرا که هزینه تولید بیوگاز این کشور معادل ۵/۳ تا ۵/۴ کرون سوئد است که این مقدار حدود۷۰% هزینه های جاری بنزین در این کشور است.

در کشور انگلیس آیین نامه کاربرد سوخت های تجدیدپذیر در ترابری این کشور، برای شرکت های دست اندر کار فعالیت های انرژی مانند شرکت های نفتی، مؤسسات وارد کننده نفت و گاز و دیگر نهاد های عرضه کننده سوخت، لازم الاجرا خواهد بود.

شرکت ها و مؤسسات یاد شده مؤظف اند که از زمان اجرای آیین نامه ۵ درصد از کل فروش سوخت های جاده ای خود را به سوخت های تجدید پذیر اختصاص دهند.شرکت های دیگری چون شرکت دایملر کرایسلر، پنجمین تولید کننده بزرگ خودرو در جهان، به ترویج استفاده از سوخت های زیستی که از موادی مانند دانه های روغنی و نیشکر گرفته می شود، می پردازند.

این شرکت ها به منظور کاهش انتشار گاز های گلخانه ای، جلو گیری از گرم شدن دمای زمین و کاستن از میزان واردات نفت خود تلاش می کنند.

این حرکت به دنبال توصیه اتحادیه اروپا به منظور رساندن ترکیب سوخت خود از سوخت های زیستی در خودرو ها به میزان ۷۵/۵ درصد تا سال ۲۰۱۰ میلادی هستند
بیوگاز یا گازمرداب مخلوطی است قابل اشتعال که در اثر تخمیر موادآلی در یک دامنه دمای معین و PH مشخص درشرایط غیرهوازی توسط میکروب ها به وجود می آید.

شرکت ها و مؤسسات یاد شده مؤظف اند که از زمان اجرای آیین نامه ۵ درصد از کل فروش سوخت های جاده ای خود را به سوخت های تجدید پذیر اختصاص دهند.شرکت های دیگری چون شرکت دایملر کرایسلر، پنجمین تولید کننده بزرگ خودرو در جهان، به ترویج استفاده از سوخت های زیستی که از موادی مانند دانه های روغنی و نیشکر گرفته می شود، می پردازند.

این حرکت به دنبال توصیه اتحادیه اروپا به منظور رساندن ترکیب سوخت خود از سوخت های زیستی در خودرو ها به میزان ۷۵/۵ درصد تا سال ۲۰۱۰ میلادی هستند.

انرژی بیوگاز یکی از بهترین انواع انرژی های جانشین است که برای استفاده های داخلی از انرژی و درمناطق دورافتاده تولید و استفاده آن ضروری است.

یکی از راه های عمده تولید بیوگاز(گاز متان) زباله های شهری است که به گفته کارشناسان در ایران حدود۴۵ تا ۵۰ هزارتن زباله شهری در روز تولید می شود و با توجه به این که از هر۱۵ کیلوگرم زباله شهری یک مترمکعب بیوگاز به دست می آید، به طورناخالص۸۴۱ پتاژول انرژی درروز از زباله های شهری ایران می توان به دست آورد.

هر تن زباله درطول ۲۵ سال از خودگاز متصاعد می کند بنابراین، اگر دفع صحیح زباله صورت گیرد می توان از آن انرژی بیوگاز قابل توجهی به دست آورد.

هم اکنون در ایران در دوشهر مشهد و شیراز، سیستم دفن اصولی زباله به منظور تولید بیوگاز صورت می گیرد و سازمان انرژی های نو ایران از آن حمایت می کند.

انرری زمین گرمایی دانشمندان بدنبال اکتشاف میادین فورانی انرژی آب گرمایی در اقیانوس اطلس میباشند در ماموریت فوق محققین و کارشناسان در روی زمین و در دریا به طریق الکترونیکی با یکدیگر در ارتباطند.

دانشمندان بین المللی که از طریق موسسه ملی اقیانوس شناسی و جوشناسی ایالات متحده (ان.

او.

ا.

ا.) تامین اعتبار شده اند در حال انجام ماموریت با اهمیتی هستند که عبارت از تحقیق و اکتشاف شهر گمشده اسرارآمیز میدان فورانی آب گرمایی در اقیانوس اطلس است.

یک خروجی یا برونراه فورانی آب گرمایی عبارتست از شکافی در سطح سیاره زمین که ممکن است در کف دریا واقع شده باشد، و از آن روزنه آب جوشان مرکز زمین را با فشار به بیرون فوران میدهد.

برخلاف سایر نقاط اعماق دریا، نواحی اطراف یک برونراه آب گرمایی از نظر زیست شناختی حاصلخیز است، و غالبا میزبان اجتماعات پیچیده زیست شناختی است که از طریق مواد شیمیایی که در مایعات خروجی از برونراه حل میشوند، تغذیه میگردند.

چهار تن از دانشمندان مزبور همراه با اقیانوس شناس نامی دانشگاه رود آیلند ، باب بالارد ، بر کشتی تحقیقاتی ان.

به نام رونالد اچ.

بروان سفر و تحقیق میکنند.

مابقی 21 نفر دانشمند همراه با اقیانوس شناس دانشگاه واشنگتن (یو.

دبلیو.) خانم دبورا کِلی از داخل کلاس درس در دانشگاه واشنگتن کار را دنبال میکنند.

بر اساس گزارشی که در 28 ژوئیه توسط دانشگاه واشنگتن در اختیار مطبوعات گذاشته شد، کلاس درس مزبور به نوعی طراحی و تجهیز شده که دانشمندان میتوانند مستقیما با همکاران خود روی کشتی در ارتباط باشند، به تلاشهای تحقیقاتی آنان کمک کنند و خط دهند، در جریان پیشرفت کاری آنان بلافاصله قرار گیرند، و ارتباط دائمی خود را با ناوبری و مسافران کشتی بروان حفظ کنند.

بعلاوه کل عملیات بوسیله مرکز فرماندهی واقع در دانشگاه رود آیلند پشتیبانی و هدایت میشود.

عملیات اکتشافی 23 ژوئیه تا اول اوت بیانگر بازگشتی به میدان برونراهی شهر گمشده است که ابتدا در سال 2000 در حین یک گشت دریایی توسط بنیاد ملی علم ایالات متحده کشف شد.

میدان کشف شده بر قله یک کوه در اعماق اقیانوس اطلس واقع است و شامل یک برونراه عظیم 18 طبقه ایست که بلندترین خروجی آب گرمایی است که تا کنون دیده شده است.

خانم پروفسور کِلی در این مورد میگوید : " استقرار اکثریت اعضاء یک تیم علمی اقیانوس شناسی در روی خشکی کاریست که هرگز تا کنون امتحان نشده بود.

این راهکار درهای جدیدی را بروی محققین خواهد گشود و فرصتی به گروه های بسیار گسترده تر محققین خواهد داد که اعماق اقیانوسها را اکتشاف نمایند." دانشمندان روی خشکی و روی ناو بروان هر دو بطور یکسان به وسائط نقلیه آرگوس و هرکول که به طریق کنترل از راه دور اداره میشوند دسترسی دارند، و میتوانند اعماق اقیانوس و میدان مزبور را همزمان و در زمان واقعی ببینند.

استاد زمین شناسی دانشگاه دوک، جف کارسون، میگوید : " سیستم قوی روشنایی و نور پردازی امکانات بی سابقه ای در اختیار ما قرار داده که مناطق وسیعی از کف دریا و نیز بخشهایی از ساختارهای زمین شناسی عمده آب گرمایی را، که قبلا یا ندیده بودیم یا تنها به نگاهی دزدکی بسنده کرده بودیم، به وضوح ببینیم." درباره انرژی زمین گرمایی مرکز زمین( به عمق تقریبی 6400 کیلومتر)که در حدود 4000 درجه سانتیگراد حرارت دارد، به عنوان یک منبع حرارتی عمل نموده و موجب تشکیل و پیدایش مواد مذاب با درجه حرارت 650 تا 1200 درجه سانتیگراد در اعماق 80 تا 100 کیلومتری از سطح زمین می گردد.

بطورمیانگین میزان انتشار این حرارت از سطح زمین که فرایندی مستمر است معادل 82 میلی وات در واحد سطح است که با در نظر گرفتن مساحت کل سطح زمین(10*1/5 متر مربع) ، مجموع کل اتلاف حرارت از سطح آن، برابر با 42 ملیون مگاوات است.

در واقع این میزان حرارت غیر عادی، عامل اصلی پدیده های زمین شناسی از جمله فعالیتهای آتشفشانی، ایجاد زمین لرزه ها، پیدایش رشته کوه ها( فعالیتهای کوه زایی) و همچنین جابجایی صفحات تکتونیکی می باشد که کره زمین را به یک سیستم دینامیک تبدیل نموده و پیوسته آن را تحت تغییرات گوناگون قرار می دهد.

امروزه با بهره گیری از فنآوریهای موجود، تنها بخش کوچکی از این منبع سرشار مهار شده و بطور اقتصادی قابل بهره برداری است.

بنابراین انرژی زمین گرمایی، همان انرژی حرارتی قابل استحصال از پوسته جامد زمین است.

انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژی های تجدیدپذیر منشاء یک انرژی پایدار با فاکتور دسترسی 100% است که بطور شبانه روزی در طول سال قابل بهره برداری است.

از انرژی زمین گرمایی در دو بخش کاربردهای نیروگاهی( غیر مستقیم) و غیر نیروگاهی ( مستقیم) استفاده می شود.

تولید برق از منابع زمین گرمایی هم اکنون در 22 کشور جهان صورت میگیرد که مجموع قدرت اسمی کل نیروگاههای تولید برق از این انرژی بیش از 8000 مگاوات می باشد.

این در حالی است که بیش از 64 کشور جهان نیز با مجموع ظرفیت نصب شده بیش از 15000 مگاوات حرارتی از این منبع انرژی در کاربردهای غیر نیروگاهی بهره برداری می نمایند.

نیروگاه زمین گرمایی تبخیر آنی در این نیروگاه ها سیالی که معمولاً به حالت دوفاز مایع و بخار از اعماق زمین واز طریق چاه های زمین گرمایی استخراج می شود به مخزن جدا کننده هدایت شده و بدینوسیله فاز بخار از فاز مایع جدا می شود.بخار جدا شده وارد توربین شده و باعث چرخش پره های توربین می شود.پره ها نیز به نوبه خود محور توربین و در نتیجه محور ژنراتور رابه حرکت وا می دارند که باعث بوجود آمدن قطبهای مثبت و منفی در ژنراتور شده و در نتیجه برق تولید می شود.

نیروگاه زمین گرمایی با چرخه دو مداره)باینری( در این نوع نیروگاه ها نیاز به مخزن جداکننده در تجهیزات نیروگاه وجود ندارد زیراآب گرم استخراج شده وارد مبدل حرارتی شده و حرارت خود را به سیال عامل دیگری که معمولاً ایزوپنتان می باشد و نقطه جوش پایینتری نسبت به آب دارد منتقل میکند.

در این فرآیند ایزوپنتان به بخار تبدیل شده و به توربین منتقل می شود که در اینجا توربین و ژنراتور طبق توضیحات فوق می توانند برق تولید کنند.

از کاربردهای مستقیم انرژی زمین گرمایی میتوان به مواردی همچون احداث مراکز آب درمانی و تفریحی-توریستی ، گرمایش انواع گلخانه، احداث مراکز پرورش آبزیان و طیور، پیش گیری از یخ زدگی معابر در فصل سرما، تامین گرمایش و سرمایش ساختمانها توسط پمپهای حرارتی زمین گرمایی اشاره نمود.

FPRIVATE "TYPE=PICT;ALT=bb is offline" از گرمای درون زمینی که زیر پای ما قرار دارد، منبع بسیار عظیم انرژی است.

این انرژی که به صورت حرارت از اعماق زمین به سطح آن هدایت می شود در صورت توسعه فناوری استخراج آن، به تنهایی قادر خواهد بود کلیه نیازهای انرژی امروز و آینده بشر را تامین کند.

زمینی که زیر پای ما قرار دارد، منبع بسیار عظیم انرژی است.

طبق محاسبه ها، مشخص شده است که انرژی حرارتی ذخیره شده در ۱۱ کیلومتر فوقانی پوسته زمین معادل پنجاه هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته شده امروز جهان است.

پس این منبع عظیم انرژی می تواند در آینده جایگزین قابل اطمینانی برای انرژی حاصل از سوخت های فسیلی باشد.

البته بدیهی است که بهره برداری گسترده از ذخایر انرژی زمین گرمایی، مستلزم توسعه بیشتر در زمینه تکنیک های اکتشاف و استخراج آن است.

●انرژی زمین گرمایی چیست اصطلاح زمین گرمایی ترجمه واژه Geothermal است که ریشه یونانی داشته و از کلمات Geo به معنای زمین و Therme به معنی حرارت تشکیل شده است.

در حقیقت انرژی زمین گرمایی، انرژی ای است که از سیال آب داغ یا بخارداغ موجود در اعماق زمین به دست می آید.

این انرژی در مخزن زمین گرمایی متمرکز شده است که برای دسترسی به آن در محل مخزن، چاهی عمیق حفر می کنند.

سیال خروجی از چاه، عامل انتقال انرژی از مخزن به سطح زمین است.

البته عمق مخزن زمین گرمایی نباید بیش از سه هزار متر باشد زیرا بهره برداری از انرژی آن با فناوری کنونی بشر توجیه اقتصادی ندارد.

با افزایش عمق زمین درجه حرارت افزایش می یابد.

این افزایش حرارت را شیب حرارتی می نامند.

تمام منابع انرژی زمین گرمایی در نقاطی واقع شده اند که از شیب حرارتی بالایی برخوردارند.

●تاریخچه این انرژی از ابتدای خلقت مورد استفاده انسان بوده است.

بدین ترتیب که از آن برای شست وشو، پخت وپز، استحمام، کشاورزی و درمان بیماری ها استفاده می شد.

اسناد و مدارک موجود ثابت می کند که ساکنان کشورهایی نظیر چین، ژاپن، ایسلند و نیوزیلند در گذشته های دور از این انرژی استفاده می کردند.

در سال ۱۸۲۸ فردی به نام لاردرللو در کشور ایتالیا برای تهیه اسید بوریک از حرارت آب های گرم به جای سوزاندن هیزم استفاده کرد.

در سال ۱۹۰۸ در منطقه مذکور نخستین نیروگاه زمین گرمایی به ظرفیت ۲۰ کیلووات راه اندازی شد که در سال ۱۹۴۰ ظرفیت آن به ۱۲۷ مگاوات افزایش یافت.

تا سال ۱۹۵۰ بهره گیری از انرژی زمین گرمایی رشد چندانی نداشت، اما حد فاصل سال های ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۳ به دلیل گران شدن بی سابقه و ناگهانی نفت، همه کشورها به فکر استفاده از انرژی های جایگزین افتادند و به تدریج کشورهایی چون آمریکا، ایسلند، فیلیپین، اندونزی و اغلب کشورهایی که روی کمربند زمین گرمایی جهانی قرار داشتند بهره برداری از این انرژی را شروع کردند.

●نشانه های انرژی زمین گرمایی مهمترین نشانه های منابع زمین گرمایی موارد زیر است: سنگ های آتشفشانی جوان جوان تر از یک میلیون سال چشمه های آبگرم بخارفشان یا گازفشان آب فشان نواحی دگرسان شده گل فشان کوه های آتشفشانی فعال البته ذکر این نکته ضروری است که برای آغاز بررسی های اکتشافی در یک منطقه زمین گرمایی، بیش از یک نشانه باید در منطقه وجود داشته باشد.

●موارد کاربرد انرژی زمین گرمایی پس از انجام بررسی های اکتشافی و حفر چاه های اکتشافی و تولیدی در میدان زمین گرمایی، مسئله کاربرد انرژی زمین گرمایی مطرح می شود.

مهمترین عامل در تعیین نوع کاربرد مخزن زمین گرمایی، درجه حرارت آن است.

امروزه منابع زمین گرمایی را بر اساس درجه حرارت به سه دسته کلی حرارت بالا، حرارت متوسط و حرارت پایین تقسیم می کنند.

مبنای این تقسیم بندی، درجه حرارت مخزن در عمق یک کیلومتری زمین است.

به این ترتیب که اگر درجه حرارت مخزن در عمق مذکور بیش از ۲OOC باشد آن را حرارت بالا می نامند.

درجه حرارت مخازن حرارت متوسط و پایین به ترتیب بین ۱۵۰C و ۲۰۰C و کمتر از ۱۵۰C است.

امروزه از مخزن های زمین گرمایی به دو صورت عمده کاربرد غیر مستقیم تولید برق و کاربرد مستقیم انرژی حرارتی استفاده می شود.

●تولید برق به منظور تولید برق از انرژی زمین گرمایی، سیال مخزن آب داغ یا بخار از طریق چاه های حفر شده به سطح زمین هدایت شده و پس از به چرخش درآوردن توربین در نیروگاه، برق تولید می کند.

بدیهی است که از مخازن حرارت بالا بیشتر برای تولید برق استفاده می شود.

در حال حاضر ۲۲ کشور جهان به کمک منابع زمین گرمایی خود بیش از MW ۸۲۰۰ برق تولید می کنند.

در نیروگاه های زمین گرمایی، انرژی الکتریکی به کمک چرخه های مخصوصی تولید می شود.

مهمترین و رایج ترین آنها عبارتند از: ▪چرخه تبخیر آنی در این دسته از چرخه های تولید برق، سیال زمین گرمایی پس از خروج از چاه، وارد یک جداکننده شده و بخار حاصل به سمت توربین و آب داغ به سمت چاه های تزریقی و برج خنک کننده روانه می شود.

حال، برحسب اینکه عمل جدایش یا تبخیر آنی در یک مرحله یا دو مرحله انجام شود و برحسب وجود یا عدم وجود کندانسور، سه نوع چرخه تبخیر آنی وجود دارد: چرخه تبخیر آنی یک مرحله ای بدون کندانسور، چرخه تبخیر آنی یک مرحله ای با کندانسور، چرخه تبخیر آنی دومرحله ای.

▪چرخه دومداره از این چرخه برای تولید برق از مخزن های زمین گرمایی حرارت پایین استفاده می شود.

حدود ۵۰ درصد مخازن زمین گرمایی شناخته شده جهان درجه حرارتی بین ۱۵۰C تا ۲۰۰C دارند، که اگر برای تولید برق از آنها از چرخه تبخیر آنی استفاده شود، چرخه مزبور بازده بسیار پایینی خواهد داشت.

در این چرخه از سیال عامل برای تولید برق استفاده می شود بدین ترتیب که آب داغ، سیال عامل را در یک مبدل حرارتی، گرم و به بخار تبدیل می کند.

بخار حاصل، توربین را به حرکت در آورده، برق تولید می کند.

از جمله مزیت های مهم این چرخه، عدم وجود خوردگی یا رسوب گذاری توسط سیال عامل است.

در حال حاضر مهمترین کشورهای جهان از نقطه نظر تولید برق از منابع زمین گرمایی، کشورهای آمریکا ۲۲۲۸ مگاوات، فیلیپین ۱۹۰۹ مگاوات، ایتالیا ۷۶۹ مگاوات، مکزیک ۷۵۵ مگاوات و اندونزی ۵۹۰ مگاوات هستند.

▪کاربرد مستقیم کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی، بهره برداری بدون واسطه از انرژی زمین گرمایی است.

در این حالت، انرژی زمین گرمایی به انرژی الکتریکی تبدیل نمی شود، بلکه فقط از انرژی حرارتی آن استفاده می شود.

مخزن های زمین گرمایی که دمای آنها بین ۶۵C تا ۱۵۰C است برای تولید برق، توجیه اقتصادی ندارد، لذا این گونه مخزن ها برای استفاده مستقیم از انرژی حرارتی، مناسب هستند.

مخزن های زمین گرمایی حرارت پایین، نسبت به مخزن های حرارت بالا گستردگی بیشتری دارند.

آب داغ مخزن های حرارت پایین را می توان با دستگاه های حفاری چاه های آب استخراج کرد.

یک محقق ایسلندی به نام لیندال به منظور نشان دادن موارد کاربرد انرژی زمین گرمایی، نموداری تهیه کرده است که در آن موارد مختلف کاربرد سیال زمین گرمایی بر حسب درجه حرارت آن ارائه شده است.

همان گونه که در نمودار لیندال مشخص شده است، موارد بهره برداری مستقیم از انرژی زمین گرمایی را می توان به ۶ رده کلی زیر تقسیم بندی کرد: گرمایش ساختمان ها کشاورزی دامپروری کاربردهای صنعتی درمان بیماری ها سایر گرمایش ساختمان ها این مورد متداول ترین کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی است.

حدود ۳۷ درصد کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی در سراسر جهان را گرمایش فضاهای مختلف مسکونی، تجاری، اداری و غیره به خود اختصاص می دهد.

البته در صورت نامناسب بودن کیفیت آب از نظر شیمیایی، از مبدل حرارتی برای گرمایش استفاده می شود.

یکی از مزیت های مهم سیستم های گرمایشی این است که آب داغ پس از تٲمین حرارت فضاهای مختلف، مجددا به درون مخزن زمین گرمایی تزریق می شود و در نتیجه میزان آلودگی زیست محیطی آن بسیار پایین است.

شایان ذکر آنکه امروزه انواع خاصی از مبدل های حرارتی وجود دارند که درون چاه های زمین گرمایی تعبیه شده و حرارت آب داغ مخزن را به آب شیرین درون مبدل منتقل می کنند.

درجه حرارت آب گرم مورد نیاز برای سیستم های گرمایشی حدود۶۰C یا بالاتر است.

امروزه کشورهای ایسلند، فرانسه، مجارستان و ژاپن برای تٲمین حرارت سیستم های گرمایش مرکزی خود از انرژی زمین گرمایی استفاده می کنند.

به عنوان مثال شهر ۱۵۰هزار نفری ریکیاویک مرکز ایسلند تماما به وسیله آب داغ تولیدی از مخزن های زمین گرمایی مجاور شهر تامین می شود.

●کشاورزی عمده ترین کاربرد انرژی زمین گرمایی در زمینه فعالیت های کشاورزی، تامین گرمایش گلخانه ها است.

البته در برخی از مناطق سردسیر از حرارت آب داغ مخزن های زمین گرمایی برای گرم کردن خاک های کشاورزی نیز به کار می رود.

این نوع کاربرد در کشورهای سردسیر بسیار گسترش دارد.

از جمله محصولاتی که به کمک این انرژی کشت می شوند می توان به خیار، گوجه فرنگی، انواع گل ها، گیاهان خانگی، نهال درختان و انواع کاکتوس ها اشاره کرد.

در بین کشورهای جهان مجارستان از نظر استفاده از گلخانه های زمین گرمایی مقام نخست را دارد.

برای گرم کردن گلخانه ها معمولا یا آب داغ را از لوله های فلزی عبور می دهند یا اینکه همانند سیستم های گرمایشی خانه ها از پره های رادیاتور استفاده می کنند، یا آب داغ را از درون شبکه متراکمی از لوله ها که در پشت آنها یک فن قوی وجود دارد، عبور می دهند.

علاوه بر مجارستان کشورهایی نظیر ایسلند، چین، یونان، نیوزیلند و روسیه نیز در زمینه گلخانه های زمین گرمایی فعال هستند.

●دامپروری .به کمک انرژی زمین گرمایی می توان انواع مختلف آبزیان را نیز پرورش داد.

امروزه در سطح جهان از انرژی زمین گرمایی برای پرورش و رشد آبزیانی نظیر میگو، قزل آلا، صدف و همچنین آبزیان آکواریومی استفاده می شود.

نظر به اینکه درجه حرارت بهینه برای پرورش انواع مختلف آبزیان برای هر یک از آنها میزان مشخصی است ،با استفاده از انرژی زمین گرمایی می توان درجه حرارت حوضچه های پرورش را در حد مطلوب تامین کرد و آن را در تمام طول سال ثابت نگه داشت.

بدین ترتیب می توان مقدار تولید انواع مختلف آبزیان را به میزان قابل توجهی افزایش داد.

به عنوان مثال رشد بهینه ماهی قزل آلا در درجه حرارت ۵۱۵ درجه سانتیگراد است.

کشورهایی مانند ایسلند، گرجستان، ترکیه، نیوزیلند، ژاپن و چین از جمله کشورهای پیشرو در زمینه استفاده از انرژی زمین گرمایی برای پرورش آبزیان هستند.

در حال حاضر ۱۶ کشور از چنین تاسیساتی بهره می گیرند.

●کاربردهای صنعتی این دسته از کاربردهای انرژی زمین گرمایی هنوز مانند سایر مصارف انرژی زمین گرمایی در سطح جهان گستردگی چشمگیری ندارد.

با این وجود، در حال حاضر حدود ۱۹ کشور جهان از این انرژی در فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده می کنند.

به عنوان مثال می توان به موارد زیر اشاره کرد: تولید برات و اسید بوریک از سیال های زمین گرمایی در ایتالیا استحصال نفت در روسیه پاستوریزه کردن شیر در رومانی تولید چرم در اسلوونی و صربستان تولید گاز دی اکسید کربن در ایسلند و ترکیه تولید کاغذ و قطعات خودرو در مقدونیه تولید خمیر کاغذ، کاغذ و چوب در نیوزیلند ●درمان بیماری ها این کاربرد نیز بسیار قدیمی بوده و از روزگاران دور اقوامی چون رومی ها، چینی ها، ژاپنی ها، عثمانی ها و ساکنان سایر نواحی کره زمین به منظور استحمام و درمان بیماری های گوناگون از آب های گرم طبیعی زمین استفاده می کردند.

در حال حاضر حدود ۴۵ کشور جهان از چشمه های آب گرم خود برای این منظور استفاده می کنند.

در ارتباط با توسعه چنین مراکزی، شواهد و نمونه های متعددی را می توان در سطح جهان معرفی کرد.

به عنوان مثال، ژاپنی ها با بهره گیری از بیش از ۲۲۰۰ کانون تفریحی مرتبط با چشمه های آبگرم، سالانه قریب به صد میلیون مهمان و گردشگر را پذیرا هستند.

امروزه از آب های گرم دارای حرارت بیش از ۵۰ درجه سانتیگراد برای درمان بیماری هایی نظیر فشار خون بالا، روماتیسم، بیماری های پوستی و بیماری های دستگاه عصبی استفاده می شود.

●ذوب برف جاده ها به کمک انرژی زمین گرمایی می توان برف یا یخ جاده ها و پیاده روها را نیز ذوب کرد.

گسترش این نوع کاربرد نسبت به سایر موارد انرژی زمین گرمایی محدودتر است.

امروزه در سراسر جهان به کمک انرژی زمین گرمایی حدود ۵۰۰هزار متر مربع از مسیر پیاده روها و جاده ها گرم می شوند که بخش اعظم آنها نیز در کشور ایسلند وجود دارند.

در حال حاضر به جز کشور ایسلند، کشورهایی چون آرژانتین، آمریکا و ژاپن نیز برای ذوب برف جاده های خود از انرژی زمین گرمایی بهره می گیرند.همان گونه که پیشتر اشاره شد جنبه های گوناگون کاربرد انرژی زمین گرمایی به سرعت در حال افزایش است و مرتبا به کشورهای بهره مند از این انرژی افزوده می شود.

میزان گسترش موارد کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی در سراسر جهان در جدول ذیل آمده است.

یادآور می شود که پمپ های حرارتی زمین گرمایی نوعی سیستم تهویه گرمایش و سرمایش است.

همان گونه که می دانیم، درجه حرارت زیرزمین تا اعماق کم ۲ تا ۱۵ متری تقریبا در تمام طول سال ثابت است.

بنابراین با استفاده از این پدیده طبیعی می توان گرمایش و سرمایش منازل را در زمستان و تابستان فراهم کرد.

در واقع سازوکار اصلی این سیستم های تهویه، تبادل حرارت با بخش های کم عمق زمین است، بدین معنی که در فصل تابستان، حرارت را از داخل منازل به زمین منتقل می کنند و در زمستان، حرارت زیرزمین را به داخل فضاهای مسکونی هدایت می کنند.

●مزیت های کاربرد انرژی زمین گرمایی امروزه تولید انرژی به کمک منابع سوخت های فسیلی یا نیروگاه های هسته ای با آلودگی قابل ملاحظه محیط زیست همراه است، ولی انرژی زمین گرمایی علاوه بر تجدیدپذیر بودن در مقایسه با سایر منابع تولید انرژی، آلایندگی کمتری دارد و جزء منابع پاک انرژی به شمار می رود.

میزان آلودگی نیروگاه ها یا طرح های کاربرد مستقیم زمین گرمایی، ارتباط مستقیمی با درجه حرارت منبع زمین گرمایی دارد.

به این ترتیب که منابع حرارت بالا نسبت به انواع حرارت پایین، آلودگی بیشتری تولید می کنند و همچنین طرح های کاربرد مستقیم نیز کمتر از نیروگاه های زمین گرمایی، محیط زیست را آلوده می کنند.

به طور کلی مزیت های انرژی زمین گرمایی را می توان به دو دسته کلی مزایای زیست محیطی و کاربردی تقسیم بندی کرد.

●مزیت های زیست محیطی کاربرد انرژی زمین گرمایی شامل موارد زیر است: عدم آلودگی هوا تولید CO۲ کم، تولید H۲S پایین و عدم تولید NOx عدم آلودگی منابع آب های زیرزمینی عدم نیاز به زمین وسیع امروزه به دلیل تزریق سیال خروجی از نیروگاه ها و سایر طرح های کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی، میزان آلایندگی این قبیل طرح ها به حداقل مقدار خود رسیده است.

مزایای کاربردی صرفه جویی در مصرف سوخت های فسیلی طولانی بودن زمان دسترسی گستردگی موارد کاربرد مستقل بودن از شرایط جوی امکان تولید برق به وسیله واحدهای قابل حمل میزان دی اکسید گوگرد تولید شده در نیروگاه های زمین گرمایی حدود ۸ درصد مقدار تولید شده در نیروگاه های فسیلی است.

در خصوص دی اکسید کربن نیز نیروگاه های زمین گرمایی در وضعیت بسیار مناسب تری نسبت به نیروگاه های فسیلی قرار دارند.

بدین معنی که مقدار گاز CO۲ تولید شده در نیروگاه های زمین گرمایی به ترتیب معادل ۱۵ درصد نیروگاه های گاز سوز، ۱۰ درصد نیروگاه های نفت سوز و ۸ درصد نیروگاه های زغال سنگ سوز است.

سنگ مخزن برای بخار توده یا حجمی از سنگ های نفوذپذیر و متخلخل است که در اعماق مختلف زمین قرار داشته و خلل و فرج آنها را آب داغ یا بخار تحت فشار، اشغال کرده است.

مخزن های زمین گرمایی تحت شرایط خاص زمین شناسی به وجود می آیند.

به عنوان مثال، گسل ها یکی از عوامل کنترل کننده اندازه و شکل مخازن زمین گرمایی است.

مخزن های زمین گرمایی از اجزایی تشکیل شده است که وجود همه آنها برای تشکیل مخازن ضروری است.

بدین ترتیب که در صورت عدم وجود هر یک از آنها، مخزن زمین گرمایی به وجود نخواهد آمد.

اجزای یک مخزن زمین گرمایی عبارتند از: ۱ سنگ مخزن که سنگی نفوذپذیر و متخلخل است.

۲ سنگ پوشش که سنگی متراکم و غیرقابل نفوذ بوده و مانع از خروج سیال از مخزن و در نتیجه افت فشار آن می شود.

۳ منبع حرارت که ممکن است عوامل مختلفی باشد مانند یک توده نفوذی آذرین جوان و عمیق یا حرارت حاصل از حرکت های زمین یا حرارت حاصل از تجزیه عنصر های رادیواکتیو و نازک شدگی پوسته زمین و غیره.

۴ منبع سیال که اغلب بارش های جوی، منابع آب زیرزمینی و یا آب موجود در ماگما است.

انواع مخزن های زمین گرمایی به شرح زیر است: ۱ مخزن های گرمابی در حال حاضر این دسته از مخزن ها تنها مخزن های اقتصادی زمین گرمایی جهان است.

همان گونه که از نام آنها بر می آید این مخزن ها، حاوی سیال هستند که بر حسب نوع سیال به دو دسته مخزن ها حاوی آب داغ و بخار تقسیم می شوند.

مخزن های آب داغ فراوان تر از مخزن های حاوی بخار است.

کشورهای نیوزیلند و ایسلند تعداد قابل توجهی از مخزن های آب داغ دارند.