
_START_ARTICLE_
طاقة حرارية جوفية
_START_SECTION_
تاريخ استخدامها
_START_PARAGRAPH_
استخدمت الطاقة الحرارية الجوفية قديما خلال استغلال مياه الينابيع الحارة. حيث يرجع تاريخ استعمالها إلى أكثر من 10.000 سنة عندما استخدم الهنود الحمر الينابيع الساخنة لطهي طعامهم
_START_SECTION_
نظرة عامة
_START_PARAGRAPH_
لا تتوفر الطاقة الحرارية بصورة مباشرة في الطبيعة إلا فيما يصل الأرض من حرارة الشمس والحرارة الجوفية للأرض، وهذا ما يجعل الحرارة الجوفية سهلة الاستغلال فهي طاقة مستدامة وواسعة الانتشار. ويقدر احتياطى الطاقة الحرارية الجوفية في حزام 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._NEWLINE_تقسم مصادر الحصول على الطاقة الحرارية الجوفية إلى قسمين: المياه الحارة الجوفية والصخور الحارة التي توجد في المناطق النشطة بركانيا أو في الأعماق البعيدة تحت سطح الأرض ويمكن الاستفادة من المياه الجوفية الحارة والصخورالحارة في توليد الطاقة الكهربائية وتسخين المياه التي تستخدم في التدفئة، بالإضافة إلى استعمالها في الكثير من ميادين الصناعة والزراعة الأخرى._NEWLINE_و كما ذكرنا مسبقا في كثير من أحيان تستخدم الطاقة الحرارية الجوفية في تدفئة المنازل عندما تكون الحرارة قريبة من سطح الأرض أو على صورة ينابيع حارة أو عندما تكون درجة حرارتها منخفضة (حوالي 65 مئوية)، حيث تكون تكلفة استخراجها واستعمالها معقولة. ففي أيسلندة تنتشر هذه الينابيع الحارة، ويتم توظيفها لأغراض التدفئة والتسخين.
_START_SECTION_
المصادر الحرارية
_START_PARAGRAPH_
تنتشر الحرارة الباطنية للأرض من الداخل إلى سطح الأرض عن طريق الحمل الحراري بمعدل 2 و44 تيرا وات._NEWLINE_ويعتبر النشاط الإشعاعي في قلب الأرض أهم مصادرها، التي تصل إلى معدل 30 تيرا وات._NEWLINE_ويرجع الجزء بين المعدلين إلى كمية الطاقة المخزونة في الأرض أثناء تكون الكرة الأرضية من الغبار الكوني تحت فعل الجاذبية منذ نحو 5 و4 مليار سنة._NEWLINE_ويقدر معدل الطاقة الحرارية الجيولوجية بنحو ضعف كل ما يستخدمة الإنسان الحديث من الطاقة من المصادر المختلفة. وعلاوة على تلك الطاقة الآتية من الأعماق الجيولوجية للأرض فإن سطح الأرض يستقبل طاقة الشمس ويخزنها في الطبقة السطحية ويقدر سمكها ب 10 متر خلال أشهر الصيف ويطلقها خلال أشهر الشتاء._NEWLINE_وتبدأ درجة الحرارة تحت تلك الطبقة السطحية في الارتفاع بمعدل 27 درجة مئوية كل 1 كيلومتر، أي أنها تصل إلى نحو 55 درجة مئوية على عمق 2 كيلومتر وهكذا. ويقدر الفيض الحراري أو المجال الحراري بنحو 1 و0 مليون وات لكل كيلومتر مربع. وتزداد تلك القيم عند تقاطع الصفائح التكتونية حيث تكون القشرة الأرضية رقيقة نسبيا. وقد تزداد درجة الحرارة بفعل حركة السوائل الساخنة مثل الصهارة أو الينابيع الحارة أو تجمعات لهذه وتلك._NEWLINE_وتستطيع مضخة للمياه الجوفية الحرارية أن تستخرج حرارة للتدفئة من أعماق قليلة نسبيا (150 متر)، أما المشروعات الصناعية فهي تتطلب الحفر إلى أعماق سحيقة تبلغ عدة كيلومترات تحت الأرض._NEWLINE_وتعتبر كفاءة استغلال الطاقة الحرارية الباطنية في توليد الطاقة الكهربائية معتمدة على درجة الحرارة. ويسهل وجود الينابيع الحارة استغلالها وذلك بسعر زهيد. وإذا لم توجد الينابيع الحارة فيمكن الحفر بالأنابيب بحيث يضخ الماء من أعلى في أنابيب فيكتسب الماء الحرارة من الصخور والطبقات الأرضية الساخنة، وتقوم مضخات مركبة على أنابيب أخرى حولها بسحب الماء الساخن إلى أعلى لاستغلاله، وتسمى تلك الطريقة المتبعة في بعض المناطق الأوروبية الطاقة الحرارية للصخور الجيولوجية الساخنة hot dry rock geothermal energy أو تسمى في أمريكا الشمالية أنظمة حرارة الطبقات الجيولوجية المحفزة . وتتيح فرص استغلال تلك الطرق استفادة وفيرة من مجرد استغلال الينابيع الحارة الطبيعية.
_START_SECTION_
محطات تدفئة وتكييف
_START_PARAGRAPH_
لا يلزم لاستغلال الطاقة الحرارية الجوفية في التدفئة والتكييف درجات حرارة عالية، وبالتالي فهي تستخدم أبارا متوسطة العمق ويسهل إجراؤها. وعلى سبيل المثال فقد بدأت شركة إيكيا السويدية الشهيرة بتدفئة محلاتها الواسعة في الشتاء بالماء الساخن المستخرج من باطن الأرض على عمق 150 متر. كما تستغل تلك الحرارة أيضا في الصيف في تشغيل آلات تكييف الهواء. وتعمل إيكيا بالتعاون مع المعمل الوطني لاستغلال الطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة بالولايات المتحدة الأمريكية لاستخدام الحرارة الأرضية في صالة مبيعاتها وتقدر مساحتها بنحو 39.000 متر مربع والموجودة في مدينة دنفر، كولورادو._NEWLINE_وهناك سوف تقوم بحفر 130 بئر يصل عمق كل منها إلى 150 متر وذلك في محيط مواقف السيارات حول الصالة. وتقيم أنابيب فيها لحقن المياه إلى أسفل وتقوم بضخ المياه الساخنة إلى أعلى. ويستخدم الماء الساخن إما للتدفئة أو يحوله صمام إلى نظام لتكييف الهواء وإنتاج الهواء البارد بحسب الحاجة._NEWLINE_وبالمثل يمكن إنشاء مثل هذا النظام لإمداد بيت بالماء الساخن، وذلك عن طريق إنشاء الأنابيب حول المنزل أو تحت موقف السيارات. وتقدر تكاليف مثل هذا النظام لبيت عائلة واحدة بنحو 7.500 دولار أمريكي. ومن ميزتها أنها بعد تكلفة الإنشاء فهي تنتج طاقة رخيصة وفيرة، وتوفر من استهلاك الكهرباء في تلك الأغراض. وتشجع عدة ولايات أمريكية المواطن الأمريكي على بناء مثل تلك المحطات في بيوتهم وتدعمهم عن طريق خصومات ضرائبية._NEWLINE_ويتزايد الطلب في الولايات المتحدة الأمريكية على أنظمة استغلال الحرارة الباطنية الأرضية بنسبة 10% إلى 13% سنويا.
_START_SECTION_
سلبيات ومعوقات
_START_PARAGRAPH_
رغم كل مميزات الطاقة الحرارية الجوفية، والتي جعلتها في طليعة مصادر الطاقة البديلة المستقبلية، إلا أن هناك بعض عوامل التي تصعب انتشارها على الأقل في وقتنا الحالي. ومن أهم هذه الأسباب ارتفاع تكلفة إقامة محطات توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الجوفية. ويرجع السبب في ذلك إلى صعوبة حفر آبار بأعماق سحيقة قد تصل إلى عمق 5 كيلومترات ووسط درجات حرارة مرتفعة وبأعداد كبيرة تتيح إنشاء محطة قوى متوسطة القدرة.
_START_SECTION_
تأثيرها على البيئة
_START_PARAGRAPH_
تحتوي السوائل المستخرجة من باطن الأرض على مخلوط غازات، منها ثاني أكسيد الكربون وسلفيد الكبريت (H2S), والميثان والأمونيا. وتشارك تلك الغازات في مشكلة الانحباس الحراري والمطر الحمضي. وتبلغ مقدار ما ينطلق من محطات الحرارة الأرضية من غاز ثاني أكسيد الكربون نحو 122 كيلوجرام لكل 1 ميجاوات ساعي من الكهرباء، وهي نسبة صغيرة بالمقارنة بما تنتجه محطات الوقود الأحفوري._NEWLINE_لهذا تزود محطات القوى التي تتسم بإصدار كميات كبيرة من تلك الغازات التي تسبب المطر الحمضي بوحدات لضبط وفصل تلك الغازات لخفض تأثيراتها السلبية على البيئة._NEWLINE_و بالإضافة إلى الغازات الذائبة فقد يحتوي الماء الساخن المستخرج من أعماق الأرض على أملاح ذائبة ومواد سامة مثل الزئبق والزرنيخ والبور والأنتيمون.ي_NEWLINE_وتترسب تلك الكيماويات عند تبريد الماء وقد تتسبب في أضرار بالبيئة إذا أطلقت على الأرض. وتعمل سياسة إعادة استخدام الماء الساخن المستخرج وضخه إلى أعماق الأرض ثانيا من العوامل التي تقلل من التاثير السيئ على البيئة عند استغلال تلك الطاقة.