وقد برزت الطاقة الحرارية الأرضية كمورد متجدد حرج في التحول العالمي نحو نظم الطاقة المنخفضة الكربون، وعندما تدمج في تشكيلات الحرارة والطاقة المشتركة، يمكن للمنشآت الحرارية الأرضية أن تولد في آن واحد الكهرباء وتلتقط الطاقة الحرارية الصالحة للاستخدام في المناطق التدفئة أو العمليات الصناعية أو بناء القدرة على إحداث تغير المناخ، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في كفاءة النظام، مما يتجاوز في كثير من الأحيان نسبة 80 في المائة من المصانع الطبيعية الثابتة التي تبلغ 10-15 في المائة.

Geothermal Energy Fundamentals

إن الطاقة الحرارية الأرضية نابعة من الحرارة الداخلية للأرض، التي تنتج باستمرار عن تفكك النظائر المشعة والحرارة المتبقية من تكوين الكواكب، وهذه الحرارة مخزنة في الصخور والسوائل داخل القشرة، ويمكن الوصول إليها عندما تسمح الظروف الجيولوجية لها بالارتقاء إلى السطح، ولا يمكن في الأساس استخلاصها على نطاقات الإنسان، مما يجعلها مصدرا للطاقة المستدامة حقا، بخلاف الطاقة الشمسية أو الرياح، غير قابلة للتشغيل الحراري.

أنواع الموارد الحرارية الأرضية

ولا توجد موارد الحرارية الأرضية على حد سواء، كما أن نوع الموارد يحدد إلى حد كبير التكنولوجيا المناسبة لتطبيقات مبيدات الآفات.

  • ]Hydrothermal reservoirs] هي أكثر النظم استغلالا، التي تتألف من مياه ساخنة وبخارية تحدث بصورة طبيعية محصورين في صخرة قابلة للطي ويمكن استغلال هذه النظم في أعماق تبلغ مساحتها ١-٣ كيلومتراً وتتطلب مخاطر منخفضة نسبياً في الحفر، أما الموارد الحرارية العالية الحرارة )٠٥١ درجة مئوية( فهي مثالية لتوليد الكهرباء.
  • وعلى الرغم من أن النظم الحرارية الأرضية المعززة ] توسع إمكانات الطاقة الحرارية الأرضية لتشمل المناطق التي لا توجد فيها خزانات طبيعية للطاقة الحرارية المائية، ومن خلال الحقن في المياه إلى الصخور الساخنة والجافة على عمق يتراوح بين 3 و10 كيلومترات، وخلق أو تزايد الكسور من خلال التحفيز الهيدروليكي، فإن الشبكة العالمية لسواتل الملاحة تخلق معالما مصطنعة.
  • ]Deep layer systems] involve large volumes of warm water trapped in deep sedimentary basins, these systems typically provide liquids at moderate temperatures (60-120 °C), making them well-suited for direct heat use in district heating networks. With heat pumps or binary cycles, they can also supply modest amounts of electricity-often in CHP formations.

تكنولوجيا الحرارة والطاقة المجمّعة للحرارة الأرضية

وفي نظام حراري حراري حراري جيولوجي، يُصمم مسار الطاقة بحيث يصل إلى أقصى حد الطاقة المفيدة المستخرجة من السوائل الحرارية الأرضية، وتبدأ العملية عندما يُجلب الرماد الساخن أو البخار إلى السطح من خلال آبار الإنتاج، وبعد إزالة الشوائب، يتسع السوائل مباشرة من خلال توربين (في محطات البخار الجاف ومصانع البخار) أو ينقل حرارته إلى سوائل عمل ثانوية في مفاعلات توليد الطاقة.

How Geothermal CHP Works

إن إدماج استخراج الحرارة بعد توليد الطاقة هو مفتاح كفاءة استخدام الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية، وتشتت حرارة النفايات إلى أبراج التبريد أو تفرغ إلى البيئة، وفي تشكيلة من المواد الكيميائية، يتم استخلاص الحرارة وتسلمها إلى حمولة حرارية، وتتراوح درجة الحرارة بالنسبة للسائل الحراري الجغرافي بعد توليد الكهرباء عادة بين ٦٠ و١٠٠ درجة مئوية، وهو ما يزيد عن الكفاية بالنسبة لسوائل المياه الجوفية.

استحقاقات الكفاءة في إدماج برنامج العمل المشترك

(أ) إن كفاءة محطة توليد الطاقة الحرارية الأرضية المخصصة محدودة في جوهرها من خلال دورة كارنو ودرجة الحرارة المنخفضة نسبياً من السوائل الحرارية الأرضية مقارنة بحرق الوقود الأحفوري، حيث تبلغ مستويات الطاقة الحرارية الأرضية الحالية 10 إلى 15 في المائة فقط، ويمكن لنظم الطاقة المشابهة أن تعزز معامل الاستخدام العام للطاقة (الجزء الأكبر من الطاقة الحرارية الأرضية المستخرجة الذي يُطرح إلى 80 في المائة).

المزايا من الطاقة الحرارية الأرضية لنظم مبيدات الآفات المشبع بالفلور

ويوفر هذا البرنامج مجموعة من الفوائد التي تفصله عن تكنولوجيات أخرى متجددة للفصل بين مادة الميثان، مثل الكتلة الأحيائية أو الحرارة الشمسية.

  • High overall efficiency.] The concur generation of electricity and heat lifts the practical efficiency far beyond that of standalone power plants.
  • Renewable and sustainable operation.] Geothermal heat is naturally replenished; with responsible reservoir management - such as re —injecting spent liquids-the resource can be maintained for decades. This contrasts with biomass, which requires continuous fuel supply and may raise land —use or sustainability concerns.
  • (أ) إن محطات الطاقة الحرارية الأرضية تُنتج غازات الدفيئة الدنيا، وهي أساساً كميات من ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين، يمكن أن تُستولى عليها أو تُخفَّف منها، وعلى أساس دورة الحياة، فإنَّ الطاقة الحرارية الأرضية تُنتج نحو 38 غراماً من ثاني أكسيد الكربون/كهف-فر أقل من الفحم (نحو 000 1 غرام) أو الغاز الطبيعي (500 غرام).
  • Reliable, baseload supply.] Geothermal resources run 24/7 regardless of weather, offering a stable baseload that can be sented to meet both electrical and thermal demand patterns. This reliable is especially important for district heating networks that operate continuously during heating seasons.
  • Small physical footprint.] A geothermal CHP plant produces a very high energy density per unit of land area compared to solar or wind installations. The well pads and power block occupy a relatively small area, leaving the surrounding land available for agriculture or other uses.
  • Co-benefits for local economies.] Geothermal CHP projects create skilled jobs in drilling, plant operation, and maintenance. they can displace imported fossil fuels, enhance energy security, and provide stable heat prices for communities and industries.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من هذه المزايا، فإن نشر برنامج رصد الموارد البشرية الحرارية الأرضية ليس بدون عقبات، فالنجاح في وضع المشاريع يتطلب تقييما دقيقا للموارد، ورأسمالا رئيسيا كبيرا، وإدارة فعالة للآثار البيئية والاجتماعية.

العوامل الاقتصادية

فالمشاريع الحرارية الأرضية هي مشاريع كثيفة رأس المال، حيث إن الحفر والاستكشاف عادة ما يمثلان 30 إلى 50 في المائة من مجموع تكاليف المشاريع، ويمكن أن تكلف الآبار ملايين الدولارات للتنقيب، كما أن خطر حفر آبار إنتاجية جاف أو منخفضة، قد يضيف قدرا كبيرا من عدم اليقين المالي، ولكن بمجرد تأكيد وجود مورد، فإن تكاليف التشغيل ترتبط ارتباطا وثيقا بالصيانة والضخ والمناولة.

الاعتبارات البيئية والاجتماعية

ويمكن أن تكون للتنمية الحرارية الأرضية آثار بيئية محلية، وقد يتسبب التدفئة في اضطراب الأراضي، والضوضاء، واحتمالات حدوث زلزال طفيف، ولا سيما في النظم الحرارية الأرضية المعززة التي تستخدم فيها أجهزة التحفيز الهيدروليكية، كما أن استخراج السوائل الحرارية الأرضية يمكن أن يؤدي أيضا إلى إطلاق غازات غير قابلة للتكث، بما في ذلك الكميات الصغيرة من ثاني أكسيد الكربون، وأجهزة توليد الطاقة الكهرمائية (H2S)، وأجهزة التكوين المزودية.

التحديات التقنية

ويمكن أن تكون السوائل الحرارية الأرضية متآكلة ومعرضة للارتقاء بسبب ارتفاع تركيزات المعادن المذوبة (السيليكا، وكربونات الكالسيوم) وهذا يتطلب مواد قوية وتعهدا منتظما للحامضات، ومبادلات الحرارة، والتركبينات، ومع ذلك فإن المستودعات قد تتناقص بمرور الوقت، مما يتطلب إدارة دقيقة للمركبات ذات الصبغة الحرارية، مع اضافة

النشر العالمي ودراسات الحالات الإفرادية

وأفضل ما يتجلى في القدرة العملية على البقاء في مجال الطاقة الحرارية الأرضية من المنشآت القائمة التي ما فتئت تعمل بنجاح منذ عقود.

أيسلندا: القائد العالمي

آيسلندا تُعقد على خط حرارة وسط المحيط الأطلسي وتمتلك موارد حرارية عالية الحرارة من حيث الحرارة الجغرافية، وقد أدمجت هذه المنطقة الطاقة الحرارية الأرضية على نطاق وطني: فكل الكهرباء تقريباً في العاصمة، ريكيافيك، مُولدة عن الطاقة الحرارية الأرضية، وتوزع الحرارة عبر أكبر شبكة تدفئة في المنطقة، وعلى سبيل المثال، فإن محطة هيلشيدي الحرارية الأرضية (MFWt) تبلغ قدرتها 30

الولايات المتحدة: توسيع نطاق الإمكانات المحتملة

ولدى الولايات المتحدة أكبر قدرة على الطاقة الحرارية الأرضية لأي بلد )أكثر من ٣,٥ غيغاواط(، ولا سيما في كاليفورنيا، ونيفادا، وأوتاه، وفي حين أن معظمها من محطات توليد الطاقة الكهربائية، فإن العديد منها يتابع عمليات إعادة تشغيل الطاقة الحرارية الأرضية، وعلى سبيل المثال، فإن محطة بلوندل في أوتا )التي تملكها شركة Enel Green Power( قد وفرت حرارة حرارية جغرافية لب خضراء مجاور )٢٠( على مدى عقود.

الفلبين وغيرها من قاذفات الطاقة الحرارية الأرضية

فالبلدان هي ثاني أكبر منتج للطاقة الحرارية الأرضية على الصعيد العالمي، حيث أن العديد من محطاتها تقع في جزر ذات قدرة محدودة على الشبكة، فإن هذا النوع من الطاقة ليس واسع الانتشار بعد، ولكن توجد فرص لمستعملي الحرارة الصناعية )مثل تجهيز جوز الهند، وصنع الأغذية( وفي أوروبا، فإن أحواض باريس المتعددة الأطراف لديها تاريخ طويل في استخدام الطاقة الحرارية الأرضية المنخفضة التردد لتدفئة المناطق عن طريق مضخات حرارة المبردات السياحية.

التوقعات والابتكارات في المستقبل

إن مستقبل الطبقات الحرارية الأرضية يبدو مشرقاً، مدفوعاً بالتحسينات التكنولوجية، والاعتراف المتزايد بقيمة الحرارة في التحولات في الطاقة النظيفة، والسياسات الداعمة.

Enhanced Geothermal Systems (EGS)

إن نظام الأفضليات المعمم هو أكثر التكنولوجيات تحولاً في الأفق، إذ يمكن أن يؤدي استخدام الموارد الحرارية الأرضية في أي مكان - ليس فقط في المناطق البركانية - نظام الأفضليات البيئية إلى مضاعفة الإمكانات الحرارية الأرضية النظرية بأكثر من 100 ضعفاً، والهدف من المشروع الذي وضعته وزارة الطاقة هو تخفيض تكاليف السلع الأساسية إلى 60/ميغاواط بحلول عام 2035، مما يجعل القطع الحرارية الأرضية من المواد الكيميائية قادرة على المنافسة مع محطات دورة المياه الجوفية.

النظم الهجينة

ويمكن أن يؤدي دمج مادة التحلل الحراري الجيولوجي مع مصادر أخرى قابلة للتجديد إلى تحسين القدرة الاقتصادية والمرونة التشغيلية، مثلاً، يمكن استخدام الطاقة الحرارية الشمسية في أشعة مائية ثابتة، مما يزيد من إنتاج الكتلة الكهربائية خلال ساعات الذروة التي تضاءل فيها الشمس، كما أن الطاقة الحرارية الشمسية يمكن أن تضخ مضخات حرارية تشحن خزاناً حرارياً (يعرف بـ " البطاريات الحرارية الحرارية " أو " ملوثاً " ).

اتجاهات السياسات والاستثمار

ويكتسي الدعم الحكومي أهمية حاسمة في التعجيل بنشر مجموعة المواد الكيميائية الحرارية الأرضية، ويشمل قانون تخفيض التضخم في الولايات المتحدة (2022) زيادة الائتمانات الضريبية لإنتاج الطاقة الحرارية الأرضية (الفرع 45 ياء) واعتماد ائتمانات استثمارية قائمة بذاتها لمضخات الحرارة، مما يمكن أن يشجع على إعادة استخدام الطاقة الحرارية الميسرة، وتستهدف خطة الاتحاد الأوروبي زيادة كبيرة في استخدام الحرارة الأرضية، مع توفير تمويل محدد لتحديث المناطق.

خاتمة

ومع أن الطاقة الحرارية الأرضية، عندما تُسخَّر في نظم الحرارة والطاقة المشتركة، تتيح مساراً قوياً فريداً لتطهير كل من توليد الكهرباء وتوليد الحرارة، وذلك باستخدام نفس السائل الحراري الأرضي أولاً لتوليد الكهرباء، ثم لتلبية الطلب الحراري، فإن تكنولوجيا CHP لا تزال تحقق أقصى قيمة من الموارد، وتحقيق الكفاءة في ما يزيد على 80 في المائة، مع زيادة الحد الأدنى من غازات الدفيئة، وتثبت التكنولوجيا على نطاق واسع في بلدان مثل آيسلندا وتتوسع في تكوين نظم جديدة في مجال الطاقة الحرارية.