Table of Contents

مقدمة: الجبهة التالية للطاقة الحرارية الأرضية

ويستمر الطلب العالمي على الكهرباء النظيفة والثابتة في الارتفاع مع التزام الدول بتطهير شبكات الطاقة فيها، وفي حين أن الطاقة الشمسية والريحية الهيمنة توفر ميزة فريدة: توليد الطاقة الثابت في كل مكان مستقل عن الطقس، ومن بين التكنولوجيات الحرارية الأرضية، ]، فإن شبكات الصخور الجافة الواسعة - التي يشار إليها بتحديات التحول الحراري الجيوغرافي المحسنة (EGS).

ما هي نظم الصخرة الجافة الساخنة؟

وتستهدف نظم الصخور الجافة الساخنة تشكيلات صخرية عميقة أو ميثاموروفية تصل إلى درجات حرارة تتراوح بين 150 درجة مئوية و300 درجة مئوية، ولكنها تفتقر إلى المسامير الطبيعية أو المحتوى السوائل، وتعتمد النباتات الحرارية الأرضية التقليدية على خزانات المياه الحرارية المائية الطبيعية - جيوب تحت الأرض من المياه الساخنة أو البخار، وهي نادرة، وغالبا ما تقع بالقرب من حدود صفائح التكتونية.

The core concept is simple: drill deep into hot rock, create interconnected fractures, circulation water through them to absorb heat, and bring the heated liquid to the surface to drive turbines. because HDR can potentially work anywhere with sufficient subsurface temperature gradient, it vastly expands the geographical reach of geothermal power. The U.S. Department of Energy estimates that EGS could provide economic over 100

How HDR Geothermal Systems Work

المرحلة 1: اختيار الموقع والحفر

وتبدأ العملية بإجراء دراسات استقصائية جيولوجية لتحديد الصخور الساخنة في أعماق حفرية تتراوح بين ٣ و ٦ كيلومترات، وتساعد التأمل السيزمي والدراسات الاستقصائية المغناطيسية على رسم خرائط تدفق حرارة تحت سطح الأرض، ويجري حفر بئرين هما: حُقن وبرة إنتاج، وقد أدت التطورات الأخيرة في تكنولوجيا الحفر، مثل الحفر الدوارة الهجينة وأدوات التقلب العالية الحرارة، إلى تخفيض الوقت.

المرحلة 2: إنشاء شبكة التكتيك

وبعد أن تصل الآبار إلى تشكيلة الصخور المستهدفة، تحفز الصخرة على خلق قابلية للتحمل، ويتحقق ذلك عن طريق الحقن بالماء البارد عند ضغط مرتفع لإثارة كسر قوقعي - عملية معروفة باسم ]] التحفيز الهيدروليكي .

المرحلة 3: الدائرة وإخراج الحرارة

وبعد إنشاء شبكة كسور كافية، يتم توزيع المياه باستمرار، وتُحقن المياه الباردة، وتُسخن عندما تُسافر عبر الصخرة المكسورة الساخنة، وتُعاد إلى السطح عن طريق بئر الإنتاج، وقد تصل درجة حرارة المياه إلى 150 إلى 250 درجة مئوية. وتمر المياه المسخّرة عبر مبادلات حرارية، مما يؤدي إلى محطة توليد الطاقة الكهربائية المهددة .

المرحلة 4: توليد الطاقة واستخدامها

ويمكن أن تنتج نظم السحب الذاتي، تبعا لدرجات حرارة الموارد، الكهرباء، أو توفر التدفئة المباشرة لنظم تدفئة المناطق، أو في كل من نمط توليد الطاقة، ويستخدم توليد الكهرباء من البيوتادايين سداسي الكلور العضوي، الذي يتسم بالكفاءة في درجات الحرارة المتوسطة، ويمكن أن تتجاوز معدلات كفاءة الطاقة من مصنع مصمم جيداً للسحب البشرية 90 في المائة مع إعادة الحقن.

أهم مزايا الطاقة الحرارية الأرضية الساخنة

الموارد غير المحدودة

وعلى عكس الوقود الأحفوري أو الموارد الحرارية المائية، يستمد هذا التقرير من حرارة الأرض القشرية، وتلاحظ الوكالة الدولية للطاقة أن EGS يمكن أن توفر 10 في المائة من الكهرباء العالمية بحلول عام 2050 إذا تم التغلب على الحواجز التكنولوجية، وهذا المورد لا يمكن تفسيره أساسا على النطاقات الزمنية البشرية.

موثوقية حمولة القاعدة

ويمكن لمصانع الطاقة في مجال إزالة الألغام الأرضية أن تعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، دون أن تتأثر بدورات الطقس أو الدوافع، وهذا ] يكمل مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة ويقلل من الحاجة إلى تخزين أو محطات الأحفورية احتياطية، ويمكن أن ينتج ميدان واحد من هذا النوع من المواد توليد الطاقة الثابتة لمدة 30 إلى 50 سنة.

مخططات بيئية صغيرة

ومقارنة بالغاز الفحمي أو الطبيعي، فإن البيوتادايين السداسي الكلور تُحتوي على كميات لا تذكر من ثاني أكسيد الكربون، حيث إن استخدام الأراضي هو فدان صغير من نوع واحد إلى 2 لكل ميغاواط، بالمقارنة مع 10 فدان من أجل الطاقة الشمسية أو الرياح، كما أن الحقن من سطح الأرض يقلل من مخاطر تلوث المياه السطحية عندما تكون النظم مصممة على النحو الصحيح.

المرونة الجغرافية

HDR can be deployed in regions far from tectonic boundaries. For example, the Cornwall Hot Dry Rock project in the UK, the ] Soultz-sous-Forêts project in France, and the Desert

التحديات الراهنة التي تواجه تكنولوجيا نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج

التكاليف الأولية العالية والمخاطر المالية

ولا يزال حفر آبار عميقة باهظة التكلفة في كثير من الأحيان، حيث تبلغ تكلفتها ٥-١٥ مليون دولار في كل بئر، ويحد خطر سوء الربط، أو التبريد المبكر، أو النزعة السيزمية المستحثة من الاستثمار الخاص، وتُحد من آليات التمويل الحكومي وتقاسم المخاطر بالنسبة لمشاريع المرحلة المبكرة، وتخفض وزارة الطاقة في الولايات المتحدة ][ " مرصد البحوث في الطاقة الحرارية الأرضية " ]مثال على ذلك[:

الكائنات الحية المُستحثة

وقد تسبب التحفيز الهيدروليكي زلازل صغيرة، ومعظمها غير قابل للتأثر، ولكن أحداثاً أكبر قد وقعت، مثل زلزال بازل 2006] في سويسرا (M3.4) الذي أدى إلى إلغاء المشروع، ويجري تطوير بروتوكولات متقدمة للرصد والتكييف في الحقن، حيث تفرض العتبات على معدلات الحقن لتخفيف المخاطر.

المياه

ورغم إعادة تدوير المياه، فقد بعضها بسبب الكسور، ففي المناطق القاحلة، يمكن أن تكون مصادر المياه المكيّفة مسألة، وهناك بدائل مثل ] CO2 ذات أهمية حاسمة كسائل عامل يجري التحقيق فيها من أجل خفض الطلب على المياه وزيادة معدلات استخراج الحرارة.

المفاضلات بين درجات الحرارة والقابلية للتأثر

ويحسن ارتفاع درجات الحرارة الكفاءة، ولكنه يزيد من صعوبة الحفر والتآكل، فخلق شبكات كسر موحدة دون توجيه تدفقات المياه إلى أماكن معينة عبر بضعة مسارات كبيرة، مما يتخطى معظم الصخور - يشكل تحديا هنديا مستمرا، ويساعد على تحقيق أفضل قدر من الحفز باستخدام الشبكات العصبية والتصوير الإهتزازي.

Global Pilot Projects and Research Milestones

Fenton Hill, USA (Los Alamos National Laboratory)

وقد أثبتت التجربة الأولى في مجال حقوق الإنسان في التسعينات (1970s-1990s) في Fenton Hill, New Mexico] أنه يمكن استخراج الحرارة من الغرانيت الجاف الساخن، وحققت تداولا مستمرا ودرجات حرارة تزيد على 180 درجة مئوية، مما أدى إلى إثبات مفهوم.

Soultz-sous-Forêts, France

وقد وضع مشروع الروك الدروي الحار الأوروبي في منطقة سولتز - سو - فوروتس (منطقة ألساتيان) أحد أعمق خزانات EGS (5,000 m, 200°C). وما برح يعمل بنجاح، ويولد الكهرباء ويثبت الاستدامة على المدى الطويل منذ عام 2008.

Coso EGS Demonstration, California

وقد أظهر جزء من برنامج الطاقة الحرارية الأرضية التابع للبحرية الأمريكية أن تعزيز المحاكاة يمكن أن يعزز الناتج من الميادين الحرارية المائية القائمة، مما يزيل الفجوة بين التكنولوجيات التقليدية وتكنولوجيات التنمية البشرية.

البحوث الجارية: الفريق والإدارة

ويوفر موقع FORGE في يوتا (Milford) مرفقاً مخصصاً للاختبارات فيما يتعلق بتقنيات المحاكاة الجديدة، والتشخيصات المتقدمة، وأساليب الحفر.() وتستكشف أوروبا (DEPEGS) (نشر النظم الحرارية الأرضية المعاصرة العميقة) عشر7 درجة مئوية من الناتج في أيسلندا وفرنسا

الآفاق المستقبلية: نظم التنمية البشرية والنظم الهجينة البالغة الأهمية

The next boundary is supercritical HDR, where water is circulated at pressure and temperature above the critical point (374°C, 22.1 MPa) Under these conditions, water behaves as a single-phase liquid with exceptional heat-carrying capacity. Early work at the Iceland Deep Drilling Project (IDT capacity.

وثمة اتجاه واعد آخر هو ] النشر الهجين - الاستخدام المشترك للبيوتادايين السداسي الكلور مع النباتات الحرارية الشمسية للحفاظ على إنتاج ثابت للطاقة، أو استخدام مادة السحب الهرمي في مياه الوجبات في محطات الفحم، وتحسين الكفاءة وخفض الانبعاثات، وتكنولوجيات الحفر المتقدمة (مثلاً، غير الروتارية، أو البلازما، أو حفر الليزر) والاستخبارات الاصطناعية.

الخلاصة: عنصر حيوي في مجال الطاقة النظيفة

إن نظم الطاقة الحرارية الأرضية الصاروخية الساخنة توفر مصدرا هائلا غير مستغل للطاقة يمكن أن يوفر الكهرباء والحرارة الموثوق بهما، وينخفض الكربون، وبينما لا تزال العقبات التقنية والاقتصادية قائمة، أظهرت البحوث والمشاريع التجريبية المستمرة في جميع أنحاء العالم أن التنمية البشرية/النظام البيئي العالمي هي أكثر من مفهوم نظري - وهي تكنولوجيا ناشئة ذات إمكانات حقيقية، ومع استمرار الابتكار وأطر السياسات الداعمة، يمكن أن يوفر التقرير حصة كبيرة من الطاقة العالمية بواسطة الدايفوري المستدام، مكملة للطاقة الشمسية، والريحية.

Explore more:]