الطاقة الحرارية الأرضية، هي طاقة نظيفة تشكل مورداً غير محدود يمكن استخدامه لإنتاج التيار الكهربائي أو استخدامه بشكل مباشر (بدون تحويله إلى كهرباء) أكثر فعالية لتدفئة المنازل من خلال تركيب مضخات على عمق معين تحت سطح الأرض تقوم بامتصاص الحرارة من باطن الأرض وضخها إلى البيوت.
وهي طاقة حرارية مرتفعة و ذات منشأ طبيعي مختزنة في صخور باطن الأرض. حيث يقدر أن أكثر من 99% من كتلة الكرة الأرضية عبارة عن صخور تتجاوز حرارتها 1000 درجة مئوية ويستفاد من هذه الطاقة الحرارية بشكل أساسي في توليد الكهرباء.
و في بعض الأحيان تستخدم للتدفئة عندما تكون الحرارة قريبة من سطح الأرض أو على صورة ينابيع حارة.
و الينبوع هو نقطة تدفّق المياه الجوفيّة خارج الأرض، حيث يقابل سطح الطبقة الجوفية السطح الأرضي. معتمد على مصدر مائي ثابت (مثل تغلغل المطر أو ذوبان الجليد تحت الأرض)، وقد يكون الينبوع عابراً (متقطّعاً)، أو دائماً (مستمراً). خروج الماء من الينبوع الارتوازي قد يرتفع أعلى من قمة الطبقة الجوفية التي يصدر منها. عندما يخرج الماء من الأرض، قد تتشكّل بركة أو تل في الجداول السطحيّة.تصبح المعادن ذائبة في الماء حينما تتحرّك خلال الصخور تحت الأرضية.
تاريخ استخدام الطاقة الحرارية الأرضية
تعتبر الطاقة الحرارية الأرضية من مصادر الطاقة المتجددة، التي استخدمت منذ فترة طويلة من خلال استغلال مياه النافورات الحارة. و يرجع تاريخ استعمالها إلى أكثر من 10000 سنة عندما استخدم الهنود الحمر الينابيع الساخنة لطهي طعامهم، ولا تتوفر الطاقة الحرارية بصورة مباشرة في الطبيعة إلا في مصادر الحرارة الجوفية، وهذا ما يجعلها سهلة الاستغلال. ويقدر احتياطي الطاقة الحرارية الأرضية في قطاع عمقه 2000 متر تحت سطح الأرض ما يعادل ما ينتجه 250 مليار طن من الفحم من الطاقة. نظريا يمكن أن يغطي هذا المقدار من الطاقة حاجة العالم من الطاقة لمدة 100000 سنة قادمة.
مصادر الحصول على الطاقة الحرارية الارضية
تقسم مصادر الحصول على الطاقة الحرارية الأرضية إلى قسمين: المياه الحارة الجوفية
والصخور الحارة التي توجد في المناطق النشطة بركانيا أو في الأعماق البعيدة تحت سطح الأرض
و يمكن الاستفادة من المياه الجوفية الحارة والصخور الحارة في توليد الطاقة الكهربائية وتسخين المياه التي تستخدم في التدفئة, بالإضافة إلى استعمالها في الكثير من ميادين الصناعة و الزراعة الأخرى، و في كثير من الأحيان تستخدم الطاقة الحرارية الأرضية في تدفئة المنازل عندما تكون الحرارة قريبة من سطح الأرض أو على صورة ينابيع جارة أو عندما تكون درجة حرارتها منخفضة (حوالي 65 مئوية)، حيث تكون تكلفة استخراجها واستعمالها معقولة. ففي أيسلندة تنتشر هذه الينابيع الحارة، ويتم توصيفها لأغراض التدفئة والتسخين.
البحث عن طاقة متجددة يعيد العالم مرة أخرى للطاقة الحرارية الأرضية
في السنوات الماضية بدأ عدد من الدول العمل على الطاقة الحرارية الأرضية، بالاستفادة منها في الوقت الذي يبذل فيه العالم جهوده لتوليد الطاقة الكهربائية من مصادر متجددة لا من مخزون الوقود الأحفوري Fossil fuel الآخذ في التضاؤل.
ومن المحتمل أن يزداد عدد الدول المنتجة للطاقة من حرارة باطن الأرض بنسبة 120 بالمئة خلال عقد واحد إلا أنه لا يمكن لجميع الدول تحمل تكاليف تحويل هذا المورد إلى طاقة كهربائية.
هناك منطقتين في العالم لديهما أعظم إمكانية لتطوير إنتاج الطاقة الحرارية ولا تحظى هاتين المنطقتين بنشاط ملحوظ لتطوير وإنتاج هذا النوع من الطاقة، وإحداهما هي منطقة الوادي المتصدع (Rifted Valley) في منطقة شرق إفريقيا ويضم حزام الوادي المتصدع 12 دولة، والمنطقة الثانية هي الطرف الغربي من أميركا الجنوبية.وتعتبر الولايات المتحدة كالعادة هي السباقة في هذا المضمار حيث تعكف حالياً، على مساعدة هذه الدول على تطوير إمكانياتها في مجال الطاقة المستخرجة من الحرارة الأرضية، و العمل مع حكومة تشيلي والقطاع الخاص، كما تعمل إلى جانب 178 دولة شريكاً عضواً في مرفق البيئة العالمي مع مشروع منشأة والوادي المتصدع لتطوير الطاقة الحرارية في إفريقيا.ويساعد مرفق البيئة العالمي، الذي تم تأسيسه في العام 1991، الدول النامية في تمويل مشاريع وبرامج تصون البيئة العالمية. وتمول المنح التي يقدمها المرفق مشاريع تتعلق بالتنوع البيولوجي وتغير المناخ والمياه الدولية والتعرية أو تآكل التربة وطبقة الأوزون وغيرها من الأمور.
الحرارة من الكرة الأرضية
تتوقف قدرة أي بلد على استعمال الطاقة الحرارية الموجودة في باطن الأرض على جغرافية وجيولوجية ذلك البلد.فالكرة الأرضية مكونة من جوف داخلي صلب، يحيط به جوف خارجي سائل وغلاف صلب. ويحتوي الغلاف على طبقة شبه مذوبة بالحرارة تدعى الأسثينوسفير (asthenosphere)
وطبقة صلبة هي الليثوسفير (lithosphere) والقشرة.
ويتكون الليثوسفير من صفائح تكتونية ضخمة تطفو على سطح الأسثينوسفير كأنها قطع أحجية صور مقطوعة تحمل فوقها القارات والمحيطات.وتقوم تيارات ساخنة من الصخور المنصهرة بفعل الحرارة والموجودة تحت الصفائح بتحريكها ببطء ولكن بشكل دائم لا ينقطع في اتجاهات مختلفة. ومن الممكن أن تصطدم هذه الصفائح يبعضها بعضاً عند أطرافها، أو أن تتلامس أثناء مرورها بمحاذاة بعضها بعضاً أو أن تنزلق تحت أو فوق بعضها بعضا. وتظهر نتيجة كل هذه التحركات على سطح اليابسة على شكل سلاسل جبال شاهقة (سلسلة جبال الهملايا وسلسلة جبال الألب السويسرية وسلسلة جبال الأنديز) وزلازل وانفجارات بركانية وينابيع مياه حارة وحمم فوارة وطاقة حرارية محتملة.ونظام الوادي المتصدع في شرق إفريقيا هو من هذه المناطق، ويمتد من البحر الأحمر إلى موزمبيق ويدعى الوادي المتصدع النشط المتباعد، وهو من الأمكنة القليلة الموجودة على كوكب الأرض التي تقوم فيها الصفائح التكتونية بإحداث صدع في قارة. وتقدر كمية ما يمكن للمنطقة من إنتاجه من الطاقة الحرارية من باطن الأرض بسبعة آلاف ميغاواط.
وهناك منظمة دولية تدعى آرغيو (ARGeo) تشارك في نشاطاتها كل من كينيا وإثيوبيا وجيبوتي وأوغندا وتنزانيا وإريتريا، تقوم حالياً بالمرحلة الأولى من تطوير حقل استخراج الطاقة من باطن الأرض في منطقة الوادي المتصدع
وتوفر الطاقة الكهربائية المنتجة من الطاقة الحرارية الأرضية للدول مصدراً محلياً للطاقة يشكل حلاً، نظيفاًً طويل الأمد وغير باهظ التكاليف مقارنة بالفوائد الناجمة عنه، لمشكلة ثمن البترول الباهظ الثمن.
(1) الميغاواط = مليون واط، أي مليون وحدة قدرة كهربائية
توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية
تعتبر الطريقة الأولى والأهم للاستفادة من الطاقة الحرارية الأرضية هي بتحويلها إلى طاقة كهربائية، ويتم ذلك في محطات توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية. هناك ثلاث أنواع من محطات توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية، وهي كالتالي:
محطات البخار الجاف:
هذه الطريقة هي أقدم الطرق واكثرها إنتشارا، وهي نفس الطريقة التي استخدمت في إيطاليا سنة 1904م. تستخدم هذه المحطات الماء الموجود بشكل طبيعي في الطبقات الأرضية العميقة والموجود تحت تأثير ضغط وحرارة عاليين، فيتم إستخراجه بواسطة حفر آبار عميقة فيخرج على شكل بخار ماء بسبب حرارته العالية وبسبب فرق الضغط . يسير هذا البخار في أنابيب ثم يعرض لتوربينات تدور المولدات الكهربائية التي تنتج الطاقة الكهربائية. يضخ الماء المتكثف إلى الأرض عبر بئر آخر بسمى بئر الحقن
تستخدم هذه المحطات السوائل الموجودة بضغط عالي تحت الأرض حيث يتم تركزها في وعاء ذي ثقب صغير يؤدي إلى وعاء أخر ذي ضغط معتدل، فعند حركة السائل من الوعاء الأول إلى الثاني عبر الثقب يتبخر بسبب السرعة وفرق الضغط العالي. يحرك البخار التوربين فيحرك بدوره المولدات الكهربائية التي تنتج الكهرباء. يضخ الماء المتكثف المتبقي إلى الأرض عبر بئر الحقن.
محطات الدائرة المزدوجة
تستخدم هذه المحطات السوائل الموجودة تحت الارض ذات درجة غليان مرتفعة (حوالي 200 مئوبة) يتم ضخها إلى الأعلى حيث تقوم بتسخين الماء ذي درجة غليان عادية (100 مئوية) في أنبوب آخر يمر بمحاذات الأنبوب الساخن. يتبخر الماء الذي تم تسخينه بسبب درجة الحرارة المرتفعة للسائل في الأنبوب الآخر. يحرك البخار توربين المولد الكهربائي ويتكثف فيعود مجددا إلى محاذات الأنبوب الساخن، ويتحرك بهذه الطريقة في دوران مستمر. يضخ الماء المستخرج مجددا إلى الأرض عبر بئر الحقن.
سلبيات ومعوقات
رغم كل مميزات الطاقة الحرارية الأرضية، والتي جعلتها في طليعة مصادر الطاقة البديلة المستقبلية. إلا أن هناك بعض عوامل التي تصعب إنتشارها على الأقل في وقتنا الحالي. ومن أهم هذه الأسباب:
ارتفاع تكلفة إقامة محطات توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية. ويرجع السبب في ذلك إلى صعوبة حفر آبار بأعماق سحيقة ووسط درجات حرارة مرتفعة جدا.
فرص كبيرة ومخاطر محدودة
ويعتبر شتيفان ديتريش من الجمعية الألمانية للطاقة الحرارية أن هذا النوع من الطاقة يكتسب أهمية كبيرة في الدول النامية التي تفتقر إلى وجود شبكات إمداد كهربائية تغطي كامل أجزائها، ويوضح أن اللامركزية من أكبر مميزات الطاقة الحرارية الأرضية مقابل مصادر الطاقة العادية كالطاقة النووية أو تلك المستمدة من الفحم الحجري، لأنها تقلل من اعتماد تلك البلدان على محطات الطاقة المركزية الكبرى وعلى شبكات الكهرباء العملاقة.
وبالرغم من أن الطاقة الحرارية الأرضية أكثر ملاءمة للمستقبل لكونها مصدرا نظيفا للطاقة ، إلا أنها لا تخلو على الجانب الآخر من المخاطر، منها مثلا أن تلعب عمليات الحفر دورا محفزا لحدوث الزلازل خصوصا في المناطق الجغرافية الحساسة. وكما يقول هورست كرويتر، فإن المخاطر تظل دائما قائمة طالما الإنسان يعمل في باطن الأرض. إلا انه يؤكد أن هذه المخاطر محدودة عندما يتعلق الأمر بالطاقة الحرارية الأرضية.
موضوع: الطاقة الحرارية من باطن الأرض 
25/11/2010, 08:06
