کاربردهای انرژی زمین گرمایی
Applications of Geothermal Energy
تمایز میان سیستم های زمین گرمایی در اعماق سطح و نزدیک سطح از سطوح مختلف عمق از مخازن زمین گرمایی و روش های مختلف استفاده دنبال میشود (شکل 4.1 ( با این وجود ، انتقال بین دو منطقه هموار است. تمایز این دو زمینه اصلی استفاده از انرژی زمین گرمایی مفید است، چرا که تکنیک های خاص شان برای تولید انرژی نیاز به پارامترهای مختلف زمین شناسی و ژئوفیزیکی بمنظور توصیف سیستمها دارد . سیستم های عمیق زمین گرمایی گرمایی با استفاده از گمانه های عمیق از انرژی زمین بهره برداری میکند. انرژی گرمایی استخراج شده می تواند به طور مستقیم مورد استفاده قرار گیرد و به انتقال بیشتر نیاز ندارند. سیستم های زمین گرمایی سطحی، انرژی حرارتی را از بالاترین لایه پوسته زمین استخراج میکنند . در اغلب موارد عمقی در حدود 150 متر میباشد . که ممکن است به بیش از 400 مترنیز افزایش یابد . سیستم های معمول عبارتند از : جمع کننده های حرارتی زمین ، مبدل های حرارتی گمانه ، گمانه ها و آب های زیرزمینی ، و انبوهی از انرژی های زمین گرمایی . بهره برداری غیر مستقیم است و نیاز به تبدیل به پمپ های حرارتی دارد . استفاده مستقیم در درجه حرارت بسیار پایین از طریق لوله های حرارتی در حال توسعه است . گرم کن های سوئیچ railoard و deicing جاده ها از برنامه های کاربردی بالقوه می باشد . با این تعریف از مرز بین سیستم های کم عمق و عمیق ، روش های زمین گرمایی عمیق در عمق 400 متر و کمتر از آن استفاده میشود. با این حال، سیستم های عمیق زمین گرمایی کم آنتالپی به معنای درست و واقعی آنهایی هستند که در عمق بیش از 1000 متر و بالاتر از 60 درجه سانتی گراد هستند . یکی از نیازها در به خاطر سپردن ، در زمینه هایی با آنتالپی بالا مایع با درجه حرارت بالا می تواند از گمانه ها یی در محدوده صدها متر به جای هزاران متر همانند زمینه های زمین گرمایی عمیق با آنتالپی کم تولید می شود.
4.1 سیستم های زمین گرمایی سطح نزدیک
فناوری های زمین گرمایی نزدیک سطح به تمایز میان سیستم های باز و بسته با توجه به زمین اطراف میپردازد.سیستم هایی در متراژ پایین تا ده ها متر، که به ندرت به بیش از 150 متر گمانه هستند. بنابراین، دما به طور معمول بیش از 25 درجه سانتی گراد فراتر نمیرود. سیستم های معمول عبارتند از : جمع کننده های حرارتی زمین ، مبدل های حرارتی گمانه ، گمانه های درون آب های زیرزمینی ، و انبوهی از انرژی های زمین گرمایی . در درجه حرارت مناسب، استفاده از آب باقی مانده ، آب معدن و آب تونل نیز به انرژی زمین گرمایی در سطح تعلق دارند. در سوئیس، تعدادی از جاده ها و راه آهن های تونل به تولید آب گرم میپردازند که بمنظورگرم کردن مورد استفاده قرار می گیرند . نمونه ها عبارتند از: تونل راه آهن Furka ، تونل جاده Gotthard و تونل راه آهن Ricken ( جدول 4.1 ) . بهره برداری با استفاده از پمپ های حرارتی ( mie.ch www.geother ) امکان پذیر میشود . یک سیستم زمین گرمایی بخوبی شناخته شده که از آب باقی مانده استفاده میکند ، دهکده المپیک در پکن، چین است. پمپ های فاضلاب سرد و گرم فضای کل ته نشین شده 410.000 M2 است . جمع آورنده های حرارتی زمینی شامل لوله های پلاستیکی متعدد نصب شده به صورت افقی به طول چند صد متر و در حدود 1-2 متر عمق (شکل 4.2 ) است. لوله ها باید کمتر از حداکثر عمق نفوذ یخ زدگی زمستان نصب شوند. همچنین، این سیستم باید بالاتر از سطح بازسازی خورشیدی در تابستان باشد . در سیستم لوله مایع در گردش خون (مایع ) گرما را از زمین استخراج میکند . به طور شدید تر ، جمع آورنده های گرمای زمین نه تنها از زمین گرمایی استفاده نمیکنند ، بلکه از حرارت خورشیدی هم استفاده نمیکنند . مهم ترین پارامترهای کنترل گر خروجی استخراج حرارتی از چنین سیستم هایی ، خاصیت هدایت حرارتی و ظرفیت گرمایی زمین هستند . درصد آب و هوا از فضای منافذ و درجه حرارت زمین به دلیل تاثیر شان بر پارامترهای کلیدی انتقال حرارت و ظرفیت گرمایی حائز اهمیت هستند . تخلخل بالا و محتوای خالی زمین به طور معمول کاهش دهنده خاصیت هدایت حرارتی هستند . اگر جدول آب زیرزمینی کم باشد و زمین به جای آن که در منطقه اشباع باشد در منطقه vadose باشد ، حفره ها به جای آب با هوا پر شده و خاصیت هدایت حرارتی کل سیستم ، بطور قابل توجهی پایین تر است ( Sect. 1.4 ) . در نتیجه، جداول شن و ماسه و آب بسیار نفوذپذیر در زیر 2 متر پایین تر از سطح مشکل با توجه به بازده جمع گرمای زمین هستند. زمین مورد نیاز برای جمع آوری گرمای زمین بزرگ است. زمین جمع آوری نمی تواند خنک و یا تحت پوشش باشد به دلیل اینکه سیستم به استفاده از حرارت خورشیدی به درون زمین میپردازد . اگر جدول آب زیرزمینی به طور موقت کم باشد، آبیاری زمین حرارت جمع آوری ممکن است بهره وری خود را افزایش دهد . سیستم نیاز به یک تلاش قابل توجهی دارد که نباید کم ارزش تلقی شود، به خصوص اگر آبیاری لازم باشد.
پایه ای برای برنامه ریزی درجهت جمع آوری کننده های گرمای زمین نقشه های زمین و خاک و بخش های حاوی اطلاعات در مورد ساختار سطح زمین هستند . این اطلاعات اولیه به عنوان پارامترهای ورودی برای کدهای کامپیوتر و تکنیک هایی شمار میروند که ساختار هدایت گرما از زمین را به عنوان یک تابع از تراکم خاک و آب ) رطوبت ) مدلسازی میکنند . مدل های محاسبه شده برای طراحی سیستم نهایی ضروری هستند. مدل های کامپیوتری متعددی با پیچیدگی متغیر در حال حاضر در دسترس است. با این حال، هیچ روش خاصی برای تست زمین تا کنون توسعه نیافته است. این در تضاد با آزمون های واکنش حرارتی برای مبدل های حرارتی پایین ترمیباشد . علاوه بر این ، ابزار محاسبه نمی تواند با گوناگونگی زمین برخورد کند. علاوه بر این، تغییرات روزانه و سالانه بالقوه دمای زمین و جدول آبهای زیرزمینی در طراحی سیستم مدنظر قرار نگرفته است . با این حال محاسبات مدل موثر بوده و ابعاد گسترده ای از جمع آورنده های زمین را بیان کرده و اطمینان حاصل میکند که فاصله بین لوله به اندازه کافی گسترده است ، که به دلیل پتانسیل برای پوشش گسترده ای از زمین است . یخ زدایی یک سیستم ذاتی جمع کننده حرارت زمین است، بنابراین، سیستم می تواند با آب خالص اداره شود. طراحی سیستم باید از انجماد عظیم زمین جلوگیری کند. زمین توسط عامل تسهیل سازی با نتیجه یک دوره پوشش گیاهی عقب مانده و کوتاه یخ میشود . فعالیت بیوشیمیایی موجودات زنده خاک از جمله تولید اسید هومیک و فولویک و سایر محصولات تجزیه ای توده ممکن است تغییر یابد. این اثرات شیمیایی بر شیمی خاک ممکن است اثرات شیمیایی بیشتر را در ترکیب نشت و آبهای زیرزمینی آغاز کند. دلیل دیگر که چرا جمع کننده های حرارت زمین نمی تواند با آب خالص اجرا شود این است که یک محیط انتقال حرارت از نزدیکی به سطح دنبال میشود. در فصل زمستان ، سیستم ، گرما را از زمین در سطح با دمای پایین استخراج میکند . در نتیجه ، بازگشت درجه حرارت معمولا به شرایط انجماد کاهش می یابد. بنابراین، جمع کنند های گرمایی زمین باید با مایعات انتقال حرارت ویژه اداره شود . برای تایید و استفاده از این مایعات ، الزامات قانونی دقیق به ویژه در زمینه حفاظت از آبهای زیرزمینی باید از آنها رعایت شود . لوله های مارپیچ به صورت عمودی در ترانشه ها و سبدهای لوله ، طرح های جدید نسبتا اخیر از جمع کننده های گرمای زمین هستند. قدرت حرارتی سبدها بین 400 و 1000 W بسته به اندازه سبدهاست . این روش جمع کننده های حرارت زمین در مثال معروف است در سوئد و ایالات متحده آمریکا که در آن برنامه هایی برای خانواده ها معمولا بزرگتر از به عنوان مثال جمعیت زیاد اروپای مرکزی و مطابقت بهتر به نیازهای منطقه برای سیستم های جمع آوری است . مورد دیگر ، نوع نسبتا جدید از بهره برداری انرژی زمین گرمایی سطح با استفاده از سازه های ساختمانی برای تبادل حرارتی با زمین است. ساختار های جغرافیایی انرژی ، عناصر پایه و اساس یک ساختمان در روی زمین هستند که می تواند برای گرمایش و سرمایش استفاده شود. بتن به علت خاصیت هدایت حرارتی و ظرفیت ذخیره سازی حرارت یک ماده ایده آل برای انتقال حرارت است. عناصر بنیادی که به عنوان ساختارهای جغرافیایی عمل می کند، با لوله های پلاستیکی برای تبادل حرارت بین ساختمان و زمین برای گرم کردن و خنک کننده مجهز شده است . لوله های همراه به یک یا چند پمپ گرما متصل می شود. تعادل هیدرولیک مناسب بهره وری سیستم را افزایش می دهد . این بنیاد از ساختمان به عنوان مبدل حرارتی و سیستم زمین گرمایی عمل می کند. شمع انرژی و یا شمع حرارتی فعال انبوهی از بتن مسلح حاوی دو یا چهار برابر لوله پلاستیکی U- مبدلهای حرارتی و یا شبکه ای از لوله های پلی اتیلن می باشد. لوله ها به طور کامل در بتن تعبیه شده اند (شکل 4.3 (محیط انتقال گرما بین شمع و پمپ گرما را در یک حلقه بسته دور میزند . بسته به نوع تقاضای انرژی ساختمان های صنعتی کوچک و یا بزرگ، قدرت حرارتی نصب شده این سیستم ها در محدوده 10-800 کیلو وات میباشد . یک کاربرد بسیار محبوب و گسترده از انرژی زمین گرمایی در نزدیکی سطح با استفاده از گمانه زمین مبدل های حرارتی به اصطلاح پروب های زمین گرمایی (شکل 4.4 ) است . قلب سیستم یک گمانه است و به طور معمول در حدود 100 متر عمق است . عمیق ترین چاله حفاری برای پروب های زمین گرمایی به 400 متر میرسد . برای بسیاری از نیروگاه، بیش از یک سوراخ برای تبادل انرژی با زمین استفاده می شود. در گرمای چاه آب مبدل و یا دیگر مایع انتقال حرارت مانند مخلوط آب ضد یخ و نیز گازها ، گرما را از زمین استخراج میکند. مایع در گردش بین پمپ گرما و زمین در یک حلقه بسته است . سیستم از لحاظ فنی بالغ و نصب و راه اندازی روال کار برای شرکت های تجاری تخصصی است . پروب های زمین گرمایی نیز برای خنک کننده در تابستان استفاده می شود. مبدل های حرارتی زمین گرمایی گمانه به خصوص در ترکیب با تاسیسات انرژی خورشیدی حرارتی موثر هستند. در فصل 6 ، سیستم های ترکیبی بطور کامل ارائه شده اند. ساختار زمین شناسی و خواص زمین چند وجهی و متفاوت است . برای ابعاد نصب و راه اندازی زمین گرمایی به تنوع خواص زمین شناسی زمین بسیار مهم است.
شکل. 4.3 تصویر شماتیک از شمع انرژی است . در PE لوله مایع انتقال حرارت در یک سیستم بسته میچرخد. خواص حرارتی بعضی از انواع مهم سنگ ها در جدول 1.1 وارد شده است. سفره های آب بسیار نفوذ پذیر و سفره های آب با سرعت جریان آب زیرزمینی بالا از جمله در مناطق کارست با محیط زیست آسیب پذیر هستند . حفاری و پوشش گمانه می تواند با ته مانده های گلی ، کدورت و مواد شیمیایی و آلودگی میکروبی و آلودگی از جریان آب های زیرزمینی همراه باشد. حفاری یک کاوشگر زمین گرمایی به طور بالقوه لایه های با نفوذ پذیری مختلف ، موقعیت های هیدرولیک و خواص آب و مواد شیمیایی را قطع میکند . تزریق خالی فشرده گلویی و آب بندی حلقه ها باید برای جدایی لایه حفظ شود . این امر برای هر سیستم کاوشگر زمین گرمایی الزامی است. این امر توسط امور حفاظت از آبهای زیرزمینی مورد نیاز است و برای کارایی و طول عمر اقتصادی نصب و راه اندازی ضروری است. سایت های ایده آل توسط یک محیط یکنواخت و یا هدایت هیدرولیکی کم مشخص می شوند. مناطق با سفره کارست بسیار نفوذپذیر و یا سفره های آب سنگ سخت شکسته به دلیل مشکلات احتمالی فنی با حفاری و پوشش کمتر مطلوب می باشد. حفاری اغلب با بقایای گلی با مشکل روبروست و می تواند با آلودگی آبهای زیرزمینی همراه باشد. علاوه بر این، اغلب پوشش حلقه های فشرده به دلیل ضرر و زیان دوغاب سیمان در حفره های بسیار نفوذپذیر دشوار است . در چنین مناطقی ، هزینه های بالاتر باید برای یک مبدل حرارتی گمانه و حرفه ای مناسب نصب شده انتظار رود. گاهی اوقات حفاری موفقیت آمیز نیست و چاه باید کنار گذاشته شود و پوشیده شود . علاوه بر پتانسیل محدود یک منطقه ناشی از زمین شناسی نامطلوب ، مشکلات سایت خاص ممکن است مشکل یک پروژه انرژی زمین گرمایی باشد : خسارات گذشته، آلودگی های گذشته، مخاطرات طبیعی ، خطرات مجاور، اجسام در مجاورت آب ، مناطق حفاظت شده ، مخازن گاز زیرزمینی، و سایرین . حفاری به درون overor سفره های آب زیر فشار ، و یا به لایه هایی از مواد معدنی بسیار محلول در آب مانند نمک ، گچ و انیدریت ممکن است به طور بالقوه خطرناک و یا باعث مشکلات حفاری فنی شود ( Sect. 6.7 ) .
جدول4.4 طراحی کلی نصب تبادل گرمایی گمانه
انرژی زمین گرمایی در سطح نزدیک نیز می تواند به طور مستقیم از آب های زیرزمینی با استفاده از یک سیستم دو چاهی استخراج شود. حرارت از آب تولید چاه و آب سرد دوباره تزریق شده استخراج شود و در چاه دوم به آبخوان بازگردد . مهم است که این دو چاه از نظر حرارتی و هیدرولیکی یکدیگر را تحت تاثیر قرار نمی دهند . آب سرد نباید در بالادست از تولید چاه تزریق شود. علاوه بر این، ترکیب شیمیایی حائز اهمیت است ، زیرا بسیاری از آبهای زیرزمینی تمایل به تسریع مقیاس دارند . شرح مفصل این سیستم در فصل 7 ارائه داده شده است. به منظور استفاده از یک سیستم زمین گرمایی سطح نزدیک گرمایش و حرارت تولید، درجه حرارت سیال انتقال حرارت توزیع شده باید معمولا با استفاده از یک پمپ حرارتی افزایش یابد . پمپ حرارتی دستگاهی است که گرما را از یک منبع در دمای نسبتا پایین به حرارت در درجه بالاتر انتقال میدهد . کار مکانیکی توسط یک پمپی که به طور معمول با قدرت الکتریکی خارجی هدایت می شود ارائه شده است. این دستگاه می تواند برای خنک کردن ( یخچال و فریزر ، دستگاه های خانگی پمپ های حرارتی معمولی می باشند ) و یا گرم کردن ( مورد استفاده در ساخت و ساز حرارت ) استفاده شود. برگشت پمپ های حرارتی چرخه به طور معمول برای برنامه های کاربردی زمین گرمایی استفاده می شود. دستگاه ها با یک شیر معکوس مجهزشده اند به طوری که جهت جریان حرارت ممکن است معکوس شود . دستگاه ها ، سیستم های تراکم تبخیر بوده و از گرمای نهان میعان یک سیال انتقال حرارت برای گرم کردن فضا استفاده میکند . بهره وری یک سیستم پمپ گرما با استفاده از یک منبع گرمایی ویژه و عملکرد یک دمای خاص توسط عامل عملکرد سالانه ( APF ) مشخص می شود. سیستم های پمپ گرمایی منبع زمین ( GSHP ) باید حداقل با ضریب عملکرد سالانه چهار ( Sect. 6.3 ) عمل کنند. این به این معنی است که در هر واحد از انرژی سرمایه گذاری به پمپ چهار واحد از انرژی باید از منبع زمین استخراج شود. هزینه های سرمایه گذاری ، هزینه های سالانه در حال اجرا، نیاز اولیه انرژی و تولید گازهای گلخانه ای CO2 از معیارهای تعیین کننده ارزیابی عملکرد اقتصادی ، بهره وری انرژی و اثرات زیست محیطی سیستم های پمپ گرمایی منبع زمین هستند . الزامات قانونی و نظارتی برای ساخت و ساز و عملیات سیستم های زمین گرمایی نزدیکی سطح از کشوری به کشوردیگر ( همچنین بین دولت ها) متفاوت است. به طور معمول آنها بر اساس مقررات آبهای زیرزمینی و استخراج شده هستند . به طور معمول، مقامات ، دستورالعمل ها و توصیه هایی را با شرح مفصلی از همه الزامات قانونی برای ساخت سیستم های مورد علاقه به سرمایه گذاران ارائه میدهند. این دستورالعمل ها همچنین افراد را در مورد محدودیت های موجود برای ساخت یک سیستم خاص مطلع میکند. محدودیت های بالقوه شامل : مناطق حفاظت آب های زیرزمینی ، مناطقی با ساختار نامناسب و دشوار آبخوان ، خطرات حفاری ، و سایرین است. این دستورالعمل ها همچنین ممکن است توسعه دهندگان و مشتریان را با روش های توصیه به منظور رهگیری در مورد حفاری به یک سفره آب آرتزین یا زیر و یا سفره های آب محدود با فشار بالا ، حفاری به اقشار با گازفشاربالا ، حفاری در حفره های بزرگ و یا کارست و به لایه های با نمک های محلول و یا با مواد معدنی متورم کمک کند . استفاده از انرژی زمین گرمایی برای اهداف گرم کردن نیاز به سرمایه گذاری اولیه قابل توجه دارد. قبل از برنامه ریزی سیستم، کاهش های بالقوه و احتمالی از نیازهای گرمایش باید اجرا شود . اقدامات عایق حرارتی بسیار توصیه شده ، که به طور مستقیم نیاز به حرارت را کاهش میدهد . شامل مصالح ساختمانی و عایق نما ، پنجره با کیفیت بالای حرارتی عایق و مانند آن. کف و دیوار سیستم های گرمایش به طور قابل توجهی کارآیی اقتصادی را در سیستم گرمایش بهبود میبخشد. عملکرد سیستم های گرمایش کف با درجه حرارت تامین 35 ° C و یا با درجه حرارت هسته بتنی دیوار به اندازه 25 ° C به مراتب مقرون به صرفه تر از رادیاتور در حال اجرا در 55 ° C عرضه شده توسط پمپ گرما ست . شرایط اقتصادی و بهره وری نیز نیازهای آب گرم یک ساختمان ( حمام، لگن دستشویی ، و مانند آن ) را در نظر میگیرد . مشاوره و برنامه ریزی شرایط کل سیستم اطمینان عملیات پایدار اقتصادی و سازگار با محیط زیست را در پی دارد .
4.2 سیستم های زمین گرمایی عمیق
سیستم های زمین گرمایی عمیق عبارتند از سیستم های کم آنتالپی آبی زمین گرمایی که از گرمای ذخیره شده در آب گرم یا داغ از سفره های آب های عمیق استفاده میکنند (شکل 4.5 ( این مخزن حرارت به طور مستقیم بهره برداری میشود و ، به طور کلی از یک مبدل حرارتی ، گاهی اوقات نیز از طریق یک پمپ گرما عمل میکند . آب گرمایی تولید شده می تواند به شبکه گرمایش محلی و منطقه تغذیه و یا به طور مستقیم در چشمه های معدنی استفاده شود، حرارت از مجتمع های صنعتی و گرم خانه های سبز می باشد. تبدیل گرما به انرژی الکتریکی با فن آوری های تکمیلی از جمله امکانات سیکل رانکین آلی و یا نصب کالینا امکان پذیر است . با این حال، بهره وری اقتصادی امکان پذیر نیاز به 120 ° C و یا بیشتردارد . نیروگاه سیکل رانکین آلی ( ORC) ) با سیال انتقال حرارت آلی با درجه حرارت جوش نسبتا پایین کار می کنند. فاز بخار این مایع از طریق یک توربین عبور می کند که در نتیجه ژنراتور برق را راه اندازی میکند . تاسیسات کالینا از مخلوط آمونیاک در آب به عنوان یک سیال انتقال حرارت استفاده میکند . جوش های غیر هم دما ی مایع دو جزء یک فرایند مشخصه مخلوط مایع هستند (ابراهیم 1996 کالینا 1984(
محبوب ترین نوع استفاده از منابع آبی زمین گرمایی نوعی یل یا نیم تنه هیدروترمال (فصل 8 ) است . این سیستم بر دو چاه حفر شده به آبخوان آب گرم استوار است، که یکی از آنها به عنوان یک تولید چاه مورد استفاده قرار میگیرد که در آن آب گرم از آبخوان به سطح پمپ می شود ، در حالی که چاه دوم قرین برای تزریق در آب سرد به عقب مخزن زیرزمینی مورد استفاده قرار میگیرد . در سطح، انرژی گرمایی آب گرم به یک سیال مناسب با استفاده از یک مبدل حرارتی منتقل شده است. انرژی گرمایی نمی تواند به طور کامل منتقل شود و به انرژی الکتریکی تبدیل گردد. آب داغ معمولا تا حدود 55-80 درجه سانتی گراد سرد میشود و ، بر این اساس ، بسیاری از انرژی حرارتی در آب های حرارتی باقی میماند. گرمای باقی مانده دارای پتانسیلی است که در صورتی مورد استفاده قرار میگیرد که مشتریان و نیاز مناسب وجود داشته باشد و زیرساخت های مناسب بتواند نصب شود . این مورد همچنین برای سیستم های زمین گرمایی افزایش یافته است ( EGS ) که قبلا به عنوان سیستم های ( HDR ) گرم خشک سنگ (فصل 9 ) شناخته می شود . موفقیت اقتصادی یک نیروگاه بستگی به فروش این حرارت باقی مانده دارد. آب سرد شده با حرارت باقی مانده آن به آبخوان از تزریق چاه بازیافت میشود . بخشهای فیلتر دو حلقه چاه از لنگه در فاصله دقیقا تعریف شده از یکدیگر (شکل 4.5 ) قرار دارند. بسته به شرایط زمین شناسی، تزریق ممکن است به یک پمپ (شکل 4.8 ) نیاز داشته باشد . نیاز به بازیافت آب گرم تولید شده در یک حلقه بسته به چند دلیل است . به منظور کمک به شارژ مجدد آبخوان مورد نیاز است ، به این دلیل که شارژ طبیعی سفره های آب های عمیق یک روند بسیار کند است . از آنجا که یک نیروگاه آبی زمین گرمایی مقدار زیادی از آب را پمپاژ میکند باید مطمئن شوید که آب استخراج شده جایگزین شده است. سیستم های تزریق مجدد آب سرد نیز به دلایل اقتصادی و عملی ارزشمندند ، به این دلیل که به طور معمول آب حاوی غلظت بالایی از مواد جامد و گازهای محلول است . به دلایل مدیریت مواد زائد ، دفع آب ها در مخزن اصلی سودمند است. نمونه ای از یک لنگه آبی زمین گرمایی گیاه Riehen نزدیک بازل (سوئیس) ، است که به طور مداوم تامین واحد های مسکونی در سوئیس و نزدیک آلمان را با انرژی حرارتی برای گرم کردن (شکل 4.8 ) از زمان راه اندازی در سال 1994 برعهده دارد . دو حلقه چاه واقع در فاصله 1 کیلومتر شیر آب حرارتی از آبخوان Muschelkalk در عمق 547،1-247،1 متر (شکل 4.9 ( است.تولید و تزریق یک لنگه آبی زمین گرمایی می تواند از یک سایت حفاری به عنوان چاه تمایل (شکل 4.5 ، 4.10 ) حفر شود . این تا حد زیادی کاهش نیاز منطقه را از نصب و راه اندازی سطح نیروگاه باعث میشود . در زیر سطح زمین ، سوراخ پایین چاه ها در مخزن آب گرم 000،1-2000، متر دور از یکدیگر به طور معمول قرار دارد . فاصله بهینه چاه ها باید قبل از حفاری های مدل سازی عددی سیستم تعیین شود. اگر چاه ها خیلی نزدیک به یکدیگر باشند اتصال کوتاه حرارتی در خطر است. این به این معنی است که آب دوباره تزریق شده ممکن است تولید و پس از یک مدت زمان نسبتا کوتاه از عملیات کارخانه ، سرد شود و در نتیجه آب تولید شده را سرد کند.
از سوی دیگر، چاه ها نباید بیش از حد دور از هم باشند ، چرا که در این مورد تولید چاه ها پشتیبانی هیدرولیک را از تزریق دریافت نمیکنند. با این حال، تولید بستگی به مقیاس زمان متوسط در شارژمجدد سفره های آب سرد سیستم های تزریق دارد . آب گرم پمپ شده و پس از خنک شدن، آب مجدد تزریق شده در یک سیستم بسته گردش میکند که اجازه می دهد مایع تحت فشار باقی بماند . این امر برای جلوگیری و یا به حداقل رساندن مقیاس و بارش مواد معدنی مایعات از مواد معدنی و غنی از گاز در تاسیسات ناشی از افت فشار و از دست دادن گازضروری است . کلسیم ، کربنات ها ( کلسیت و آراگونیت ) در میان مقیاسها معمول ترین و گسترده ترین هستند. گاززدایی CO2 از آب گرم پمپ شده باعث می شود کربنات در سیستم لوله رسوب کند حتی اگر کربنات در آب سرد محلول تر باشد ، زیرا از دست دادن CO2 اهمیت بیشتری نسبت به اثر دما دارد . در سیستم های لوله بسته ، فشار می تواند به گونه ای تنظیم شود که برای جلوگیری از گاززدایی سازند و تشکیل مقیاس باشد . در برخی از سایت ها، افزودن مقداری از یک اسید قوی (مانند اسید هیدروکلریک ) و یا دیگر مواد شیمیایی ( مهار کننده های آلی ) ممکن است برای جلوگیری از مقیاس ها ( Sect. 14.3 ) مورد نیاز باشد. همین امر در سیستم های EGS اعمال میشود .مایع سرد می تواند به مخزن جریان آزاد و یا با پمپاژ بسته به خواص هیدرولیکی سنگ مخزن بازیافت شود . پمپ های تزریق مجدد چند مرحله ای هستند ، تک ورودی پمپ های گریز از مرکز در طراحی مدولار با ورودی محوری و خروجی شعاعی می باشد. نصب و راه اندازی انرژی زمین گرمایی به طور معمول با استفاده از دو نوع پمپ های تولید سیال انجام میشود : پمپ های شفت خط ( LSP ) در سطح عمل میکنند و پمپ الکتریکی شناورند ( ESP ) شکل 4.8 . پمپ ها برای بلند کردن مایعات گرم به سطح باید بر درجه حرارت بالا، فشار بالا و مایعات شیمیایی مهاجم و خورنده در نتیجه متعلق به اجزای بیشتر یک نیروگاه زمین گرمایی ( Sect. 14.4 ) مقاومت کنند. ESP سیال گرم را با نیروی گریز از مرکز به سطح بالا میبرد ، جایی که به یک مبدل حرارتی تبدیل میشود. انرژی گرمایی استخراج شده سپس می تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود و یا به طور مستقیم به یک شبکه منطقه گرم تغذیه کند. گرما ی ترکیبی و برق بهره وری انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را بهمراه دارد . این طرح ها به ویژه با محیط زیست سازگار و مقرون به صرفه می باشند.
زمینه های مساعد برای نیروگاه آبی زمین گرمایی در سفره های بالای آب های عمیق با هدایت هیدرولیکی طبیعی بالا و درجه حرارت بالاست . اگر هدایت طبیعی برای استخراج آب گرم از آبخوان در سرعت مورد نیاز ساختار هیدرولیک آبخوان کم باشد باید توسط مقیاسات افزایش هدایت مصنوعی بهبود یابد. اقدامات بهبود عبارتند از تکان دهنده های پمپاژ ناگهانی ، اسیدی کننده سنگ های کربناته ، تحریک با فشار آب بالا و همچنین تحریک ترکیبی و اسیدی با پمپاژ محلولهای اسید با فشار بالا به داخل آبخوان . به دنبال دانش فنی در صنعت نفت ، نرخ استخراج بهبود یافته می تواند در کنار چاه بدست آید. استفاده از آب های حرارتی با استفاده از doublets هیدروترمال برای اهداف گرم کردن در بیشتر قسمت ها ی روش بالغ است . تاسیسات هیدروترمال که برای ده ها سال کار میکنند در حال حاضر در خدمت موارد تاسیسات آبی زمین گرمایی چشمه های معدنی اسپا با استفاده از آب های عمیق حرارتی هستند . علاوه بر استفاده از آب گرم در استخر حمام، آب های حرارتی پمپ نیز برای گرم کردن ساختمان در منطقه محلی استفاده می شود. پس از استفاده، فاضلاب خام تمیز میشود اما به آبخوان تزریق نمیشود. سیستم های نشت آب زمین گرمایی در کنار سفره های حرارتی همچنین بسیار نفوذپذیر گسل و شکستگی مناطق در توده سنگ هاست . علاوه بر سیستم های آبی زمین گرمایی کم آنتالپی ، که در بالا معرفی شده ، بخار با آنتالپی بالا و یا سیستم های دو فاز برای برق و تولید انرژی حرارتی ( Sect. 4.4 ) استفاده می شود. سیستم های هسته ای آینده با بهره برداری های عمیق انرژی زمین گرمایی سیستم های پتروترمال هستند که گرما را از سنگ گرم استخراج میکنند که با هدایت هیدرولیکی نسبتا کم است. سیستم ها تحت انواع نام های منعکس کننده ی توسعه ی تکنیک های پتروترمال عمیق شناخته شده اند . نام ها عبارتند از: گرم خشک صخره ( HDR ) ، حرارت عمیق معدن ( DHM ) ، ، صخره گرم مرطوب ( HWR ) ، ، صخره داغ ، شکسته ( HFR ) و تحریک شده و یا پیشرفته ، ، سیستم های زمین گرمایی ( SGS) ، EGS) )نام اصلی HDR نشان دهنده مفهوم غلطی است که سنگ های زیر زمین در اعماق زیاد خشک و عاری ازنفوذ قابل ملاحظه می باشد.
شکل. 4.8 اتصالات پمپ شناور الکتریکی (ESP) به چاه تولید یک لنگه هیدروترمال (2500) متر عمق گمانه Bruchsal، بالای دره رودخانه راین
EGS در درجه اول دارای تولید برق است. در نتیجه دمای هدف 200 ° C و فراتر از آن است . سنگ های گرم، معمولا کریستال های زیرزمین ( گرانیت و gneisses )، به عنوان یک مبدل حرارتی عمل میکنند . گرما به سطحی منتقل میشود که توسط آب های طبیعی موجود در فضای منافذ شکست در زیر زمین به دست میآید . در بخش های پوسته با متوسط گرادیان زمین گرمایی ، 5-7 کیلومتر چاه عمیق برای رسیدن به درجه حرارت مورد نیاز سنگ لازم است (فصل 9 ( تحقیقات در حال انجام مناسب بودن تراکم سنگ های رسوبی شکسته را برای برنامه های کاربردی EGS تعیین میکند . در ادامه، اصول اولیه EGS به طور خلاصه برشمرده میشود . روش دقیق در فصل 9 داده شده است. بلورین های زیرزمین از پوسته قاره ای به طور کلی در بخش بالایی آن شکسته میشود . شکستگی ها ناشی از شکست سنگ های تحت فشار در رژیم تغییر شکل شکننده در لایه بالایی در حدود 12 کیلومتر ضخامت زمین هستند . شکستگی ها مسیرهای جریانی برای حمل و نقل افقی آب می باشند. خواص هیدرولیک شکستگی ها در دیافراگم شکستگی ، زبری سطح از سطوح شکست ، اتصال و فراوانی شکستگی و پارامترهای دیگربستگی دارد. رفتار هیدرولیک شکستگی های زیر زمین مربوط به آبخوان همگن با هدایت کم است . تزریق فشار آب به گمانه ها دیافراگم شکستگی های طبیعی را افزایش می دهد و تا حدی شکستگی مهر و موم شده را مسدود کرده و در نتیجه بهبود هدایت هیدرولیکی را در پی دارد . آب تزریق شده مبدل حرارتی سنگ را در عمق رد می کند و حرارت توده سنگ را تمیز میکند . علاوه بر این، EGS از آب به عنوان انتقال حرارت خودرواستفاده میکند . استخراج گرما در عمق در یک چرخه آب تقریبا بسته صورت میگیرد . انرژی حرارتی استخراج شده از طریق تولید چاه به سطح می رسد و می تواند به قدرت الکتریکی تبدیل شود ویا به طور مستقیم برای گرم کردن استفاده شود . نظریه EGS از سنگ های عمیق داغ شکسته با نفوذپذیری نسبتا کم استفاده می کند و به عملکرد سفره های آب بالا بستگی ندارد. در اصل، یک پروژه EGS می تواند در هر نقطه یافت شود . با این حال، پروژه های مناسب برای مکان هایی با شیب زمین گرمایی مطرح شده و یک محیط زمین ساختی مناسب هدفمند است . در سال 2011، تنها یک تک نیروگاه EGS در سراسر جهان عملیاتی است که در Soultz - SOUS- Forêts ) فرانسه) در شکاف بالای دره راین واقع شده است. این نیروگاه در عملیات مستمر از سال 2007 میباشد . اگر چه تجربه ای طولانی مدت ندارد، EGS احتمالا نقش مهمی را برای تولید برق در سال های آینده بازی کند. مزیت اساسی اش بر دیگر سیستم های انرژی سازگار با محیط زیست عرضه برق بار پایه می باشد. پروب های زمین گرمایی عمیق ، در اصل، به صورت سیستم های پتروترمال هستند . در اینجا، انرژی حرارتی از هر نوع سنگ و یا توالی سنگ با استفاده از یک حلقه بسته از سیال انتقال حرارت در یک پروب عمیق استخراج می شود. پروب های زمین گرمایی عمیق منحصرا برای تامین حرارت استفاده می شود. از آنجا که از دمای فرآیند پروب نسبتا کم است ، نیروی الکتریکی نمی تواند با فن آوری در حال حاضر در دسترس تولید شود. این فن آوری پروب های زمین گرمایی در عمق قابل مقایسه با آنهایی است که از پروب سطح نزدیک هستند . در پروب عمیق یک سیال انتقال حرارت در یک چاه تنها به اعماقی تا 3000 متر (شکل 4.11 ) توزیع شده است. سیستم سنگهای نفوذپذیر را در عمق نیاز ندارد و به این ترتیب می تواند در هر کجا نصب شود . به خصوص به خوبی برای نصب پروب های زمین گرمایی در عمق مناسب چاه های موجود قدیمی (به عنوان مثال صنعت نفت ) می باشد. بدلیل حلقه بسته، پروب های عمیق بطور شیمیایی با مخزن حرارت عمیق تعامل ندارند . استفاده از پروب های عمیق دیگر امکانات تولید گرما درحرارت مرکزی یکپارچه شده را ترکیب میکند . تولید گرما از یک کاوشگر زمین گرمایی عمیق می تواند تا 500 کیلو وات بسته به شرایط محلی باشد . نمونه هایی از پروب های زمین گرمایی عمیق شامل مکان های زیر هستند : : Prenzlau ، آخن ، Arnsberg )آلمان)؛ نیوکاسل (انگلستان( . انتقال حرارت از سنگ های گرم با هدایت گرما از طریق تزریق پروب و پوشش به مایع رخ می دهد . آمونیاک مایع انتقال حرارت معمولی است که مورد استفاده قرار میگیرد . مایع سرد به آرامی به سمت پایین در حلقه یک سیستم لوله مهار دو جریان می یابد و به تدریج با محیط اطراف گرم می شود. سرعت فرود به طور معمول از 5-65 متر / دقیقه است . در یک لوله مرکزی حرارتی عایق انرژی حرارتی به سطح توسط سیال گرم می شود (شکل 4.11 ) . در سطح، حرارت از سیال گرم در یک مبدل حرارتی سطح استخراج شده است. مایع سرد شده ( 15 ° C ) به حلقه پمپ می شود. فرآیند استخراج گرما باعث سرد شدن زیرزمین در مجاورت کاوشگر میشود . مقدار حرارت موثر تولید شده توسط یک کاوشگر عمیق در درجه اول بستگی به دمای زمین دارد . بنابراین مناطقی با آنومالی های حرارتی مثبت از لحاظ اقتصادی به خصوص پر منفعت هستند . پارامترهای دیگر کنترلی بهره وری پروب عمیق عبارتند از خواص گرمایی زمین ، به ویژه هدایت حرارتی ، کل مدت عملکرد ، طرح فنی کاوشگر و خواص حرارتی پوسته و صفحه نمایش مواد . قطر های پروب های طولانی وبزرگ باید ظاهرا روی سطوح انتقال حرارت بزرگ باشند . ساختار توالی سنگ های ضخیم اغلب با خواص انتقالی و یا مخلوط بین سیستم های آبی زمین گرمایی و پتروترمال مشخص می شود. رشته های دیگر بر استفاده از منابع عمیق انرژی زمین گرمایی عبارتند از: حرارت اعماق معادن زیرزمینی ، غار سنگ و ذخیره سازی انرژی حرارتی در سازه های عمیق زمین شناسی.
شکل 4.11 طرح شماتیکی از یک کاوشگر زمین گرمایی عمیق که به عنوان یک مبدل حرارتی گمانه واحد عمل می کند. پروب در عمق گرما را استخراج میکند و آن را به مبدل حرارتی سطح در یک حلقه بسته انتقال (همراه با پمپ گرما اختیاری)
4.3 کارایی سیستمهای ژئوترمال
کارایی ، درجه تبدیل انرژی حرارتی اولیه را به انرژی مکانیکی و در نهایت الکتریکی مشخص میکند . بهره وری نسبت خروجی به ورودی ، و یا بهره مند ی به تلاش است . بدلیل قانون دوم ترمودینامیک ، این نسبت همیشه کوچکتر از یک است. بازده کارنو η به توصیف حداکثر بهره وری ممکن برای هر حرارت موتور میپردازد . این ار مرتبط با حداکثر کاری است که می تواند توسط این سیستم به مقدار حرارت قرار داده شده در سیستم تولید گردد. به لحاظ نظری این یک بهره وری حداکثر ممکن برای یک موتور گرمایی ایده آل است . بهره وری واقعی سیستم مرتبط با η بازده کارنو است . هدف از طراحی سیستم رسیدن به بازده ممکن به بازده کارنو است که توسط معادله ( 4.1 ) تعریف میشود :
معادله 4.1
که در آن Tc درجه حرارت قسمت سرد، خروجی T مایع ، و Th درجه حرارت قسمت گرم، T جریان مایع حامل حرارت ( هر دو کلوین ( است . این مورد همچنین می تواند با نسبت کار انجام شده توسط سیستم ( W ) به انرژی حرارتی افزوده شده به سیستم (QTH) بیان شود . η بازده کارنو سیستم ، برای مثال با ، یک ورودی th= ° C 100 ( 373 K ) و Tc = 20 ° C (293 K ) دارای حداکثر نظری 0.21 (21٪) (شکل 4.12 ) .
شکل 4.12 نمودار بازده کارنوت
حد بالایی فیزیکی بازده حرارتی برای ایستگاه های قدرت رانده شده توسط آب های حرارتی ( آب و زمین گرمایی و یا نیروگاه EGS) 100-200 ° C حدود 12-22 ٪ است . در این درجه حرارت ، تولید برق تنها با نیروگاه حلقه های باینری امکان پذیر است. در سال 2013 ، دو سیستم مختلف در بازار موجود می باشد ، سیستمی بر اساس سیکل رانکین آلی ( ORC) و سیستم های مبتنی بر فرآیند کالینا . سیستم های ORC از مایعات آلی ، به طور معمول ایزوبوتان ، به عنوان سیال انتقال حرارت استفاده میکند . سیستم های کالینا با ترکیبهای آزئوتروپ از آمونیاک و آب کار می کنند. ترکیب های آزئوتروپ بیش از یک بازه دمای خاص به نام سر خوردن دما جوش میآیند . خروجی برق به شبکه سیستم های کالینا با هوای سرد تمایل دارد به بالاتر از سیستم های ORC در درجه حرارت ورودی کم برسد ، در حالی که نیروگاه ORC تمایل به عملکرد بهتر در دمای ورودی بالاتر دارند . سیستم های کالینا انرژی حرارتی کمتری را از آب های حرارتی سیستم ORC دریافت میکنند اما آن را به انرژی الکتریکی با بازده بالاتر تبدیل میکنند . در درجه حرارت پایین سیستم های ORC از بازده حرارتی کم رنج میبرند که توان مورد نیاز برای سیستم خنک کننده ، به ویژه هنگامی که هوا سرد می شود را دنبال میکند ( پارک و ( Sonntag 1990 . تمام نیروگاهها، حرارت را علاوه بر قدرت الکتریکی تولید میکنند (شکل 4.13 (
شکل 4.13 نمودار شماتیکی از یک سیستم هیدروژئوترمال با یک نیروگاه برق باینری که بخشی از اینرژی را به الکتریکی تبدیل کرده و قسمت دیگر دانرژی را برای گرما استفاده میکند.
این حرارت باید در سیستم های گرمایی و قدرت ترکیبی مورد استفاده قرار گیرد . حداکثر استفاده از حرارت محصول موفقیت اقتصادی یک نیروگاه زمین گرمایی را مشخص می کند. علاوه بر این، تولید برق فقط و به هدر رفتن حرارت شرکت باید از نظر محیط زیست حساس شود . بهره وری از تولید انرژی الکتریکی نسبتا کم است. با توجه به توان مورد نیاز کمکی از پمپ تولید و حلقه خنک کننده در نظر گرفته شده ، بهره وری نوعی از سیستم در کل حدود 5-7 ٪ است . واضح است که اتاقک هایی برای بهبود وجود دارد . با این حال، اگر گرمای باقیمانده از آب حرارتی پس از تولید برق برای گرمایش منطقه (شکل 4.13 ) و اهداف دیگر استفاده شود، تعادل زیست محیطی سیستم در کل با مقدار گرمای عرضه شده تعیین می شود. سیستم های انرژی زمین گرمایی نیز می توانند با منابع حرارتی دیگر از جمله نیروگاه بیوگاز و نیروگاه هیبرید در نتیجه بهبود تعادل زیست محیطی ترکیب شود. تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی یا الکتریکی در نیروگاه های حرارتی ذاتا تولید زباله و یا گرما را در پی دارد که باید دور انداخته شود . اگر حرارت فرآیند را بتوان به دریاچه یا رودخانه با یک دمای بسیار پایین Tc )معادله 4.1 ) منتقل کرد وراندمان بالای مربوطه می تواند به دست آید . با این حال، در بسیاری از سایت های تخریب محیط زیست بالقوه و یا کمبود آب خنک کننده به مقدار کافی نیاز به خنک کننده با استفاده از برج های خنک کننده نیاز دارد . برج های مرطوب خنک کننده (شکل 4.7 ) و برج های خنک کننده خشک (شکل b 4.6 ( فرآیند انتقال حرارت را به جو منتقل میکنند .
4.4 زمینه های عمده ژئوترمال ، زمینه هایی با آنتالپی بالا
تولید جهانی سالیانه برق از منابع زمین گرمایی در حدود GWel (2010) 11 ، و GWel 1.4 در اروپا است. بسیاری از برق های زمین گرمایی در زمینه هایی با آنتالپی بالا تولید میشود که به درجه حرارت بالا در عمق کم میرسد . برق در نیروگاه های خشک بخار و قدرت فلاش بخار تولید می شود. به عنوان نمونه: میدان زمین گرمایی Coso در لبه غربی استان زمین شناسی حوضه و محدوده در شرق کالیفرنیا (ایالات متحده آمریکا ) ، میدان زمین گرمایی Wairakei در منطقه تائوپو آتشفشانی در نیوزیلند ، زمینه Morigeothermal در Hokaido (ژاپن) ، میدان زمین گرمایی Hatchobaru در مرکزی کیوشو (ژاپن) و بسیاری از سیستم های مشابه دیگر در سراسر جهان. این نیروگاه ها با زمینه هایی با آنتالپی بالا به عنوان نصب و راه اندازی سیستم زمین گرمایی باز عمل میکنند. این سیستم ها از بخار تولید شده توسط دکمپرس کردن سیال انتقال حرارت به درایو توربین ها برای تولید برق استفاده میکند (شکل 4.14(a –c حداقل درجه حرارت در نیروگاه های فلش بخار 175 درجه سانتیگراد است. توربین انرژی زمین گرمایی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند که توسط یک ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. بخشی از این انرژی الکتریکی توسط پمپ و ماشین آلات دیگر از نیروگاه مصرف میشود ، قدرت شبکه به شبکه تغذیه می شود. تولید انرژی برق از منابع زمین گرمایی در ، سیستم های حلقه دودویی کم آنتالپی بسته مانند ORC و کالینا (شکل 4.14c )یک تکنولوژی نسبتا جدید است که در مکان های نسبتا کمی در سراسر جهان نصب شده اگر چه موقعیت های مناسب به مراتب بیشتر است . یک پتانسیل عظیم برای توسعه در آینده و گسترش سیستم های کم آنتالپی عمیق وجود دارد. بسیاری از پروژه ها در مرحله برنامه ریزی ( 2013) می باشد. نقطه ضعف عمده زمینه هایی با آنتالپی بالا وقوع محدود شان در مناطق آتشفشانی و زمین ساختی فعال در امتداد مرز صفحات و یا حوضه های کششی است . دستیابی به موفقیت بزرگ برای افزایش استفاده از انرژی زمین گرمایی باید از سیستم های پتروترمال EGS علاوه بر توسعه بیشتر سیستم های آبی زمین گرمایی است. در اروپا ، ایتالیا بالاترین قدرت نصب را در حدود 800 MWel داراست و و با 202 MWel جلوتر از ایسلند است (2005) . در توسکانی ( ایتالیا) تنظیمات زمین شناسی مطلوب ، توسعه خیلی زود و تجربه منجر به رشد مداوم صنعت انرژی زمین گرمایی شده است. با این حال، چهار بزرگ در جهان (ظرفیت نصب شده سال 2005، Bertani 2007 MWel ) : USA 2564، فیلیپین 1930 MWel ، مکزیک 953 MWel و اندونزی 797 MWel است . دیگر تولید کننده های عمده برق از منابع زمین گرمایی عبارتند از ( در MWel ) ژاپن ( 535 ) و نیوزیلند ( 435 ( . بخش عمده ای از قدرت از زمینه هایی با آنتالپی بالا در این کشورها توسط نیروگاه خشک بخار تولید می شود. ایسلند عمدتا به استفاده از منابع زمین گرمایی از زمینه های با آنتالپی بالا مربوط به آتشفشانی پشته میان اقیانوسی و ایسلند میپردازد . با این حال، این کشور نیز برخی از نیروگاه حلقه های باینری را در زمینه های کم آنتالپی در سال های اخیر نصب کرده است. زمینه های مهم آنتالپی بالای روسیه و نیروگاه زمین گرمایی وجود همه در کامچاتکا و در جزایر کوریل واقع شده است. کل ظرفیت نصب شده 80 MWel است.
شکل 4.14 نمودار فرآیند برای سه نوع رایج نیروگاه های قدرت زمین گرمایی
به عنوان نتیجه تولید برق و کاهش فشار بخار، زمین حدود 1975 منطقه زلزله خیز تولید میشود . رویدادهای لرزه ای به بزرگی ML = 4 ( Sect. 10.1 ) هستند . لرزش لرزه ای با تولید قدرت و سرعت مربوط به استخراج بخار از مخزن همراه است حتی اگر بخشی از بخار متراکم و سرد شود و به مخزن دوباره تزریق شود. فشار بخار در مخزن توسط یک نوار سالانه از سال 1966 کاهش یافته است . افزایش لرزه خیزی مربوط به تراکم مخزن به دلیل کاهش فشار منفذی به دلیل خروج از انقباض مایع و حرارتی ناشی از خنک کننده است ( نیکلسون و. (WESSON 1990 geysers به اوج تولید خود در حدود 1900 مگاوات در سال 1989 رسیده است. پس از آن، حداکثر خروج مستمر بخار منجر به پیری مخزن و کاهش فشار بخار میشود . در دهه گذشته تزریق آب اضافی تا حدی جبران دریافت بوده است . دومین میدان زمین گرمایی رصدخانه پریتو ، مکزیک 720 MWel با 149 تولید و 9 تزریق چاه است . مخزن سیال مایع در عمق 2800 متر در محدوده دمای 300-340 درجه سانتی گراد پریتو نیروگاه زمین گرمایی رصدخانه بزرگترین نیروگاه زمین گرمایی در جهان با برنامه هایی برای گسترش تا \ 820 MWel در سال 2012 است . این مرکز در جنوب مکزیکالی ، ، باخا کالیفرنیا در مکزیک ، و در پنج واحد های فردی ساخته شده واقع شده است . ایستگاه برق Malitbog زمین گرمایی در فیلیپین بزرگترین واحد نیروگاه زمین گرمایی با ظرفیت 233 MWel است . تاریخ و قدمت این رشته با آنتالپی بالا Larderello در توسکانی ( ایتالیا) به طور جداگانه در بخش 2.2توصیف میشود . امروزه (2011 )، مجموع ظرفیت نصب شده نیروگاه های زمین گرمایی Larderello 545 MWel معادل قدرت یک نیروگاه با سوخت زغال سنگ مدرن است. مانند تمام نیروگاه های دیگر در زمینه هایی با آنتالپی بالا ، هزینه های تولید برای واحد تولید انرژی الکتریکی کم است زیرا هیچ هزینه سوختی ( زغال سنگ، نفت ، میله های سوخت ) وجود ندارد. برخی از چاه های تولید تا 350 تن / ساعت ( 100 کیلوگرم / ثانیه) بخار در دمای 220 درجه سانتی گراد نصب در Larderello در حلقه های خنک کننده دارند که دوباره به مخزن تزریق نمیشوند . با این حال، ضرر و زیان و یا تفاوت نامتعادل بین استخراج و تزریق مجدد باعث بدتر شدن فشار بخار و ، در نتیجه ، کاهش تولید قدرت میشود . در مخزن ، انرژی حرارتی هنوز هم وجود دارد، اما سیال انتقال حرارت ، که در اینجا بخاراست ، وجود ندارد و یا دیگر به مقدار کافی نیست . اپراتور نیروگاه یک برنامه طراحی شده برای تجدید قوای زمینه با آنتالپی بالاایجاد کرده است . چاه های جدید عمیق جایگزین کننده چاه های کم عمق قدیمی تراست . این روش جدید اجازه می دهد که فشار کار 4.5-5.0 نوار به 12 برسد. با توجه به موقعیت زمین شناسی ایسلند در خط الراس اقیانوس اطلس و بالاتر از ایسلند، بسیاری از آتشفشانها در این جزیره در حال حاضر فعال هستند . زمینه های زمین گرمایی در ارتباط با آتشفشان به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد ( Sect. 2.2 53 درصد از انرژی اولیه مورد استفاده از انرژی زمین گرمایی است . پنج نیروگاه زمین گرمایی بزرگتر تولید 25 ٪ از مصرف این جزیره از برق و 90 درصد از خانواده ها با حرارت تامین می شود. ظرفیت زمین گرمایی نصب شده نیروگاه در ایسلند حدود 625 MWel است . آب گرم برای پایتخت ریکیاویک با 000 120،ساکنان آن ، از جمله آب گرم برای نصب پیاده رو ها و جاده ها ، با یک مخزن آب گرم تامین میشود ، که به اصطلاح به آن پرلان میگویند . این مخزن شامل پنج مخزن تک با 4000 M3 ظرفیت 85 ° C آب گرم است . آب گرم از 70 حلقه چاه حفر شده در شهر تولید می شود. آب گرم تولید شده از مزارع با آنتالپی بالا در ایسلند ، مانند هر منطقه دیگر، به طور معمول شامل مقدار زیادی از مواد جامد محلول است . آب گرم معمولا در تعادل شیمیایی با مواد معدنی از سنگ مخزن است . بنابراین، آب با ماتریس سنگ در واکنش های هیدروترمال پیچیده واکنش نشان می دهند . کانی ها با دما افزایش می یابند زیرا حلالیت بسیاری از مواد و مواد معدنی با دما افزایش می یابد و روند واکنش انحلال مواد معدنی با درجه حرارت )فصل 14 ) افزایش می یابد . بخاطر تعامل آب و سنگ، آب به طور منظم حاوی غلظت بالایی از سیلیس حل شده میباشد . در دمای پایین ، تنها مقدار کمی از سیلیکا در آب در شرایط تعادل باقی میماند. بنابراین، رسوب سیلیس و سیلیس یک اتفاق معمول است و مشکل در زمینه هایی با آنتالپی بالا است . میزان بارش سیلیس بستگی به درجه حرارت و ترکیب ( شوری ) آب ، دارد که اجازه کنترل سایت بارش را در این سیستم میدهد . جدایی کنترل شده فشار کارآمد از بخار و مایع (شکل 4.14a -C )به اجتناب از مقیاس سیلیس در تاسیسات سطح، مانند توربین ها و مبدل های حرارتی ( Sect. 14.3 ) بسیار مهم است . بخار گسترده از مخازنی با آنتالپی بالا در ایسلند حاوی 5 میلی گرم / کیلوگرم مواد جامد محلول است که در مقابل فاز مایع جدا شده که حاوی 45000 میلی گرم / کیلوگرم کل مواد جامد محلول است ( Giroud 2008). اجزای اصلی در بسیاری از مایعات حرارتی سدیم، پتاسیم و کلسیم و آنیون و کلرید است . سیلیس محلول به طور معمول در محدوده 600-700 میلی گرم / کیلوگرم به SiO2 در مقایسه با غلظت تعادلی در 6 میلی گرم / کیلوگرم در 25 ° C است . بورون ، فلوراید ، باریم ، جیوه و دیگر عناصرترتیبی می تواند به طور قابل توجهی غنی شوند .. TDS بالای آب و مواد حل شده تولید شده تا حدی برای مقابله با یک چالش جدی برای نیروگاه زمین گرمایی با آنتالپی بالا دشوار است . برخی از سیالات مخزن نیز حاوی غلظت بالایی از گازهای حل شده ، هستند که تراکم آنها مانند CO2 و H2S قابل توجه نیست. گاززدایی غلظت بالای CO2 باعث ترویج تشکیل رسوب کلسیت و CO2 خورنده میشود . غلظت بالای H2S ممکن است مشکلات متالورژی را سبب شود که ، با سطوح فلزی واکنش نشان می دهند و ، باعث خوردگی ، ضعیفی و ترک خوردگی میشود ( Sect. 14.3 ) . پروژه عمیق حفاری ایسلند ( IDDP ) با چند تن از شرکای بین المللی ، یک چاه به درون مخزن داغ مایع حاوی H2O در حالت فوق بحرانی حفر کرده اند. شرایط مخزن T > 375 ° C در P ~ 225 است. نکته مهم H2O ( CP ) و P = 221 T = 374 ° C در مختصات است. برنامه ریزی برای استفاده از سیال فوق بحرانی برای تولید برق صورت گرفته است . ت به نظر می رسد وسعه و استفاده از مخازن سیال فوق بحرانی به دلیل بهره وری سیستم ممکن با یک عامل بین 5 و 10 در رابطه با حجم مایع تولید شده در ایسلند بهبود یابد . دیوارها درایسلند به 360 ° C در عمق فقط 2200 متر در بعضی از نقاط میرسد ، به این معنی که شرایط P- T نزدیک به نقطه بحرانی H2O است. مایعات سمی و بسیار خورنده هستند. چالش های بیشتر مقیاس هایی هستند که برای کنترل دشوارند و برای حذف و دفع بدون آسیب رساندن به محیط زیست مشکل سازمی باشد. توسعه بسیار عمیق مخازن با آنتالپی بالا برای استفاده های صنعتی در حال حاضر به دلایل فنی قابل اجرا نیست. در دمای 400 ° C و بیشتر، مقاومت درجه حرارت مواد، از ابزار گل حفاری و ژئوفیزیک ، مقاومت مواد و بار قلاب محدود < 500) t از چاه های حفاری موانع جدی در برخواهد داشت . پیش بینی ظرفیت نصب شده جهان از تولید برق زمین گرمایی از 140 GWel برای سال 2050 ( Friedleifsson) و همکاران 2008 ( خواهد بود . این هدف بلند پروازانه تنها درصورتی محقق میشود که سیستم های EGS ، که در محل در مقایسه با نیروگاه با آنتالپی بالا نسبتا مستقل هستند، صنعتی توسعه یافته است. علاوه بر این ، زمینه های زمین گرمایی موجود باید بیشتر با افزایش تعداد تولید و نزریق چاه توسعه یابد . سیستم هایی با چاه های تولید تنها دوستدار محیط زیست و از لحاظ اقتصادی سود آور نیستند . مخازن زمین گرمایی باید حمایت شود . تزریق مجدد ، مایعاترا با بالا TDS به مخزن اصلی بازیافت میکند ، که در جلوگیری از تشکیل نشست ناپسند ، کاهش نفوذ پذیری و کاهش میزان تولید کمک میکند . توسعه یک میدان زمین گرمایی باید فراگیر باشد و تمام کاربران بالقوه از آغاز مرحله برنامه ریزی را در بر گیرد : علاوه بر تولید برق ، این قسمت شامل استفاده از حرارت تولید شده در صنعت ، گرمایش، امکانات ورزشی، خانه های سبز و دیگر کاربران حرارت ثانویه میشود .