تعرف طاقة الأرض الحرارية (Geothermal Energy ) بأنها تلك الحرارة التي تقع في مركز الأرض والتي تصل إلى 4000درجة مئوية وقد تكون مصطلح الجيوثيرمال من اللغة اليونانية حيث نقصد الأرض بكلمة جيو وتعني كلمة ثار مال الحرارية , وكما تثبت الأبحاث والدراسات فأن درجة حرارة الصخور تحت الأرض ترتفع بمقدار 3 درجة كلما تعمقنا متر داخل الأرض لذلك نجد الماء المستخرج من الأرض أكثر حرارة حتى انه عندما يمر الماء خلال الصخور الساخنة يتحول إلى بخار يمكن الاستفادة منه في توليد الطاقة الكهربائية وهي مايعرف في وقتنا الحاضر بالعيون الحارة حيث أن استخدام بخار الماء لتوليد الكهرباء كنوع من أنواع الطاقة الجديدة والمتجددة (صديقة البيئة )
Enhanced geothermal system 1:Reservoir 2:Pump house 3:Heat exchanger 4:Turbine hall 5:Production well 6:Injection well 7:Hot water to district heating 8:Porous sediments 9:Observation well 10:Crystalline bedrock
من معروف على مر العصور فقد اقتصر استخدام هي الموارد في الاستحمام والعلاج والتنظيف والطبخ فقد إلا أن التقنيات الحديثة استطاعت الاستفادة أكثر من هذا المورد والذي يبلغ حوالي 50000مرة تلك التي يمكن توليد الكهرباء منها من الديزل والغاز حيث يمر الخط الساخن في عدة مواقع على مستوي العالم , وقد انعم الله على المملكة العربية السعودية بأن يكون هذا الخط يحاذي امتداد جبال السروات من شمال غرب المملكة إلي جنوبها في منطقة جازان حيث توجد عدد ثلاث عيون حارة في تلك المنطقة يمكن الاستفادة منها .الرسم (1) يوضح الخط الحراري للمياه الساخنة تحت الأرض على مستوي العالم .
| | |
| |  |
الشكل (1)
في الحقيقة درجة حرارة المياه تحت الأرض تلعب دور هام في تحديد طريقة ومقدار الاستخدام حيث أن هذه الموارد تكون درجة الحرارة اقل من 90 درجة ويقتصر استخدامها على الاستخدام المباشر كالتسخين والتبريد للجو أو الغسيل والطبخ , بينما يصل في مواقع أخري مابين 90 إلى 150درجة وبالإمكان استخدامها في توليد الطاقة الكهربائية باستخدام تقنيات مطورة ,أما المواقع التي تصل فيها درجة الحرارة إلى أكثر من 150درجة في تستخدم في توليد الطاقة الكهربائية وتوفير كميات كبيرة من الديزل والغاز للاستخدامات الاخري في المملكة العربية السعودية .حاليا تقوم أكثر من 22 دولة في استخدام طاقة حرارة الأرض في توليد الطاقة الكهربائية وقد وصل أجمالي الطاقة إلى 8000 ميقا وات . في الوقت الراهن تستطيع الطاقة الحرارية للأرض أن تجعلنا اقل اعتمادا على البترول في حال استخدامها والذي يتطلب توجه وطني حكومي تقني للاتجاه الصحيح للمحافظة على موارد البلد ودعم اقتصادها خاصة في ظل الربط الخليجي والعربي وتبادل الطاقة .وقد بدأت المملكة تخطوا باتجاه الشمس والرياح في كثر من موقع ألا أن طاقة حرارة الأرض تتميز عنها بالاعتمادية والتوفر خلال فترة 24 ساعة .تقوم حاليا أكثر من 60 دولة على مستوي العالم في استخدام المباشر هذا النوع من الموارد.الجدول (1) توضح الدول المستخدمة للطاقة حرارة الأرض بأنواعها وعلى رأسها الولايات المتحدة الأمريكية وفق آخر احصاءئيات 2010م .حيث ذكرنا سابقا أن هناك عدد ثلاث مستويات من درجة الحرارة فأن الاستخدام أيضا متوافق معها حيث أن درجات الحرارة المنخفضة تقتصر على الاستخدام المباشر أما درجات الحرارة المتوسطة فتستخدم أنظمة التسخين والتبريد المنزلية أخرها درجات الحرارة المرتفعة تستخدم في توليد الطاقة الكهربائية بكميات هائلة . في الفلبين على سبيل المثال يتم إنتاج 27%من الطاقة الكهربائية بواسطة هذا النوع من الطاقة بما يوازي 700ميقا وات
الجدول (1)
المحور التقني لإنتاج الطاقة الحرارية :
توجد عدد ثلاث تقنيات لإنتاج الطاقة الكهربائية بواسطة حرارة الأرض , وهي البخار الجاف والفلاش وأخرها الدائرة المركبة ,في أخر تقارير الطاقة الكهربائية وصل إجمالي إنتاج الطاقة الكهربائية على مستوي العالم في 2004م إلى 3800 قيقا وات وكان إسهام الطاقة المتجددة حوالي 17% منها إما طاقة حرارة الأرض فقط 8.9 قيقا وات .تعتمد اعتماد مباشر على حالة الماء الساخن لحظة استخراجه إلى سطح الأرض.
الطريقة الأولي: البخار الجاف
الطريقة الثانيةقنية يعتبر الطريقة الأولي التي تم استخدمها في توليد الطاقة الكهربائية من حرارة الأرض حيث يتم تمرير البخار الصاعد من باطن الأرض إلى السطح من خلال جدران عازلة وإعادة توجيهها إلى وحدة التوربين والموالد مباشرة كما يحدث في التوربين الغازية وقد كانت أول عملية توليد بهذه التقنية في ايطاليا عام 1904م أما اكبر محطة توليد طاقة(قايسرز) فتقع على بعد 145كلم شمال سان فرانسيسكو والتي بدأت الإنتاج في 1960م وتبلغ قدرتها 2000ميقا وات كما تعتبر الولايات المتحدة الأمريكية اكبر الدول استخدام لإنتاج الطاقة الكهربائية من حرارة الأرض , الشكل (2) يوضح مخطط لتقنية البخار الجاف في توليد الطاقة الكهربائية .
الشكل (2)
الطريقة الثانية : الفلاش
هذه الطريقة تعتبر الأكثر استخدام حيث يتم استخدام بخار الماء الذي يصعد من أسفل الأرض بواسطة جدران عازلة إلا إن هذه التقنية تحتاج إن تكون درجة حرارة الماء اكبر من 182درجة. هذه التقنية وفي هذه التقنية يتم حقن الأرض بالماء من خلال جدران ويمرر الماء خلال الصخور الساخنة ويتم استخراجها إلى السطح بدرجات حرارة تصل إلى 170درجة مئوية
الشكل (4)
الطريقة الثالثة :الدائرة المركبة
هذه التقنية تعتمد على تمرير الماء الساخن المستخرج من باطن الأرض خلال مادة سائلة أخري سريعة التبخر ولا يكون هناك أي تلامس بحيث يتم تحويل ذلك السائل إلى بخار لتدوير التوربين وتوليد الطاقة الكهربائية
الشكل (5)
في الوقت الحالي يتم استخدام حرارة الأرض في عمل أنظمة التبريد والتسخين حيث وصل عدد المباني التي تستخدم بها التقنية إلى أكثر من 2 مليون مبني في أكثر من 30 دولة معظمها في أمريكا واروبا .
المحور الإنشائي والتعرفة :
تكلفة إنشاء محطات التوليد بواسطة حرارة الأرض ترتبط بمقدار القدرة المنتجة والموقع ودرجة حرارة مياه الأرض وحجم المحطة أما مدة التنفيذ فهي تتراوح مابين 6 أشهر للمحطات الصغيرة مابين نصف إلى عشرة ميقا وات الى24 شهر في المحطات الكبيرة والتي تصل إلى 250 ميقا وات وبالإمكان استخدام موديل لتخفيض التكاليف حيث يتم إنشاء الجدران بالقرب من التوربين مخفضين التكلفة حيث تصل التكلفة إلى 1150 دولار للكيلو وات في المحطات الكبيرة بينما تكون 3000 دولار للكيلووات في المحطات الصغيرة
تعتبر التعرفة الاستهلاك لهذه النوع من الطاقة مقبولة حيث تصل في الولايات المتحدة الأمريكية ما بين 4 إلى 7 سينت للكيلووات سابقا .وألان وبعد عمليات التطوير والتحديث على أنظمة الجدران وانخفاض تكلفة البحث والاستكشاف لتصل إلى 0.5 إلى 5 سينت لمحطوالبيئي: مابين 1- 100 ميقا وات
المحور الاقتصادي والبيئي :
الجميع يعلم بأن الطاقة الجديدة والمتجددة صديقة البيئية ولكن إلى أي حد يصل التأثير. إن كل الطاقة الكهربائية التي يتم إنتاجها على مستوي العالم والبالغة 8.9 ميقا وات تمثل توفير مايوازي 12.5 مليون طن من الديزل سنويا وفي المقابل نستطيع أن نقول أن هناك تخفيض من الانبعاث الغازية لثاني أكسيد الكربون من توليد الكهرباء بواسطة الديزل يصل إلى 80مليون طن من الغاز .في هولندا يشكل توليد الطاقة الكهربائية من طاقة الأرض الحرارية ما يوازي 53% ويقتصر على 5% من أجمالي انبعاث الغاز بسبب هذا النوع من الطاقة. نستطيع أن نجزم أن هذا النوع له تأثير بسيط على البيئة مقارنة بالديزل .ويقتصر التأثير على البيئة من استخدام طاقة الأرض في الإزعاج البيئي والحراري وحماية الطبيعة من انجراف التربة .
تعتبر المساحة المطلوبة لإنشاء محطات التوليد بحرارة الأرض صغيرة مقارنة بتلك التي تنشاء لمحطات التوليد بالفحم والنووية .حيث تحتاج مساحة 1-8 (acres ) للميقاوات لإنشاء محطة تعمل بحرارة الأرض بينما تجد انك تحتاج إلى 5-10 في حال المحطة النووية أو 19 لمحطة فحم لكل واحد ميقا وات . علما بان تطور تقنية الحفر ساهمت في حفر أكثر من بئر في مساحات أضيق مما أعطى فرصة اكبر لتقليل المساحة مقارنة بمحطات التوليد التقليدية القديمة.قد تتسبب إعمال الحفر بتأثير على التربة وانجراف كما يحدث في نيوزلندا حيث يحدث الهبوط بمعدل 400مم/ سنويا إلا إن ذلك يصل إلى 100مم/سنويا في ايسلند. يصل تأثير الإزعاج بالقرب من محطات لتوليد الحرارية إلى مقدار يصل 120 دي بي ولكن ينخفض إلى 65 دي بي بعد بداية التشغيل الفعلي للمحطة .اغلب المواد والانبعاث التي تحدثها الطاقة الحرارية للأرض مرتبطة بدرجة الحرارة حيث تجد إن المياه الأقل حرارة اقل تأثير على البيئة
المحورالتطويري والأبحاث
نود التأكيد إن الأبحاث والتطوير التي يتم على تقنيات إنتاج الطاقة الكهربائية في تطور سريع خاصة في الطريقة الرابعة وهي عملية ضخ المياه ( hot dry rocks ) بواسطة أبار إلى باطن الأرض بين الصخور وأعادتها إلى السطح بدرجة حرارة عالية وهي تحت التطوير في كلا من المملكة المتحدة وأستراليا وسويسرا .وقد وضعت كينيا هدف لرفع أنتاجها من هذا النوع من الطاقة بحلول 2017 م إلى 576 ميقا وات . تعمل الولايات المتحدة الأمريكية إلى تطوير هذه التقنية لتصل بالتعرفة في أنتاج هذا النوع من الطاقة إلى 0.03 إلى 0.05 دولار للكيلوات . المراجع:كره في نهاية التقرير أن على جميع الدول التي تمتلك هذه الموارد البدء في وضع هدف واضح باستخدام هذه التقنية لتوفير كميات عالية من الوقود وفي نفس الوقت حماية البيئة من الانبعاث الغازية بنسب تعتبر منخفضة مقارنة بتلك التي تصدر من أنتاج الطاقة بواسطة الديزل والغاز وعلى رأسها المملكة العربية السعودية ممثلة بالشركة السعودية للكهرباء
المراجع :
1 - التقرير السنوي للطاقة الجديدة والمتجددة 2005م
2 - مسح للجميع الموارد للطاقة 2004م
