Table of Contents
Global Shift Towards Low-Temperature Geothermal Resources
إن التحول العالمي إلى نظام للطاقة ملغومة يتطلب مجموعة متنوعة من التكنولوجيات التي يمكن أن توفر طاقة نظيفة وموثوقة وقابلة للإرسال، وفي حين أن الموارد الشمسية والريحية قد تضاعفت بمعدل مثير للإعجاب، فإن تداخلها الأصيل يخلق حاجة متزايدة إلى مصادر طاقة نظيفة ثابتة ومحمولة، والطاقة الحرارية الأرضية التي تستمد من الحرارة الداخلية للأرض، تقدم بالضبط هذا النوع من الطاقة الكهربائية ذات القدرة الحرارية الأرضية المحدودة على مدار الساعة.
ويمكن أن تؤدي محطات توليد الطاقة في دورة المياه الداخلية إلى تغيير جذري في معادلة الموارد هذه. ] وباستخدام سائل تشغيل ثانوي ذي نقطة غلي أقل من الماء، يمكن لهذه النظم أن تولد بكفاءة الكهرباء من الموارد الحرارية الأرضية على أنها باردة تصل إلى 70 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية.
تحديد تكنولوجيا دورة المياه: المبادئ والتغييرات
المبدأ الأساسي للدائرة البنائية
وفي محطة توليد الطاقة في إطار دورة ثنائية، لا يتصل السائل الحراري الجيولوجي (الرشوة الساخنة أو البخار) مباشرة بالاضطرابات، بل إن السوائل الحرارية الأرضية المنتجة تنتقل عن طريق مبادىء حرارية، حيث تنقل الطاقة الحرارية إلى سوائل ثانوية تعمل بنقطة تغلي أقل بكثير، ويبخر هذا السائل الثانوي ويتوسع ويقود مولداً كهربائياً احتياطياً لإنتاج الكهرباء.
The Organic Rankine Cycle (ORC)
أما أكثر تشكيلات الدورة الثنائية شيوعاً فهي دورة الرنكين العضوية، حيث إن نظم أوركا تستخدم مركبات عضوية مثل خماسي البيوتاني أو أيزوبوتان أو مختلف الثلاجات، مثل سائل العمل، وتظهر هذه السوائل خصائص ممتازة في مجال الطاقة الحرارية بالنسبة لمصادر الحرارة المنخفضة والمتوسطة، بما في ذلك كثافة عالية الاختناق وخصائص التوسع الموحَّدة في الأوربين.
"السيكل كالينا"
ومن بين النهج الثنائي البديل، خليط كلينا، الذي يستخدم مزيجا من الأمونيا والمياه كسائل عامل، وميزة خليط من الزتروبيك مثل الأمونيا - المياه هي أنه يغلي ويكثيف في درجة حرارة متغيرة على طول مبادلات الحرارة، بدلا من أن يكون في درجة حرارة واحدة ثابتة مثل سوائل نقية، وهذا التغير في مرحلة الحرارة المتغيرة يسمح بزيادة تطابق عوامل الحرارة بين السائل الحراري.
مقارنة مع النباتات التقليدية لبقع الرصاص
وتختلف محطات الدورة الملزمة اختلافاً جوهرياً عن نظم البخار الضوئية، وتنتج النباتات البخارية عن طريق الإكتئاب العالي الحرارة، والسائل الحراري الجيوائي العالي الضغط في سفينة منعزلة، وهذا البخار يؤدي مباشرة إلى تربين، بينما تعمل النباتات الحرارية العالية الحرارة فوق 180 درجة مئوية، وتطلق النباتات اللامعة الغازات غير القابلة للتكرار مثل ثاني أكسيد الكربون وسوائل الهيدروجين
ألف - المزايا الاستراتيجية لنظم الطاقة الحديثة
”القطعة المأخوذة من أشرطة الموارد الموزعة على نطاق واسع“
والمزايا الاستراتيجية الوحيدة الأهم لتكنولوجيا الدورة الثنائية هي قدرتها على استخدام موارد الطاقة الحرارية الأرضية المتوسطة الحرارة الموجودة في الأحواض الرسوبية، ومناطق تداول المياه الجوفية العميقة، والمناطق التي توجد بها مستويات مفضلة من الحرارة الأرضية، مما يزيد بشكل كبير من الإمكانات الجغرافية لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية إلى ما يتجاوز البؤر الساخنة البركانية التقليدية، ومنطقة الحوض العظمى في الولايات المتحدة الغربية، وحوض البنون الجغرافي الأقرب في أوروبا،
Environmental Stewardship and Emission Reductions
أما محطات الدورة الملزمة فتتيح صورة بيئية أعلى مقارنة بتوليد الطاقة الحرارية الأرضية والوقود الأحفوري التقليدي، ويقصد بنظام الصمامات المختومة ] انبعاثات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي أو الغازات السامة التي تنجم عنها انبعاثات طبيعية من المواد الخاملة، ويحتوي على سائل العمل داخل النظام ويمنع الانبعاثات الهاربة، فضلا عن ذلك، لأن النباتات ذات البصمة الحرارية الأرضية تعاد تماما إلى التصريف المركب المركب المركب المركب.
المرونة التشغيلية والنشر المستدام
وتتوفر محطات توليد الطاقة الملزمة مرونة تشغيلية استثنائية، وهي نماذج شديدة، تتيح زيادة قدرات النباتات تدريجياً مع تأكيد المورد، مما يؤدي إلى الحد بدرجة كبيرة من المخاطر المالية المرتبطة بتطوير الطاقة الحرارية الأرضية، ويلغي الحاجة إلى وجود التزام رأسمالي واسع النطاق نموذجي لشبكة الكهرباء المتطورة، حيث يمكن للمشغلين أن يُنشئوا في البداية 10 ميغاواط من القدرة، ويتوسعوا في إنتاج المواد التراكمية من 5 إلى 10 ميغاواط.
الحدود التكنولوجية: الابتكارات التي تحقق الكفاءة
المعمار المتطور لبورصة الحرارة
كما أن مبادلات الحرارة هي قلب أي محطة من محطات الدورة الثنائية، كما أن الابتكارات في هذا العنصر تترجم مباشرة إلى ارتفاع كفاءة النظام وانخفاض التكاليف، كما أن مبادلات الحرارة التي تطبع في الدوائر الكهربائية، والمبادلات الحرارية التي توزع على نطاق واسع، تتيح زيادة كثافة المساحة السطحية بدرجة كبيرة، ويمكن أن تصمد أمام ضغوط أكبر بكثير من الصممات التقليدية للدفء والغطاء الحراري.
عجلات العمل ومركبات خارقة الأهمية
(أ) إنّ الاختلاط الحراريّيّ من الطاقة الكهربائية، وثاني أكسيد الكربون، و(إنتاج الطاقة الحرارية) هو سائل مُحدّد، و(إستخراج الطاقة)
نظم التربينات المتطورة والمولدات
كما أن كفاءة استخدام السلحفاة في المصانع الثنائية قد تحسنت بشكل مطرد من خلال التصميم العالي للهيدروديناميات وعلوم المواد، كما أن الموسعات الحديثة والتركبينات مصممة للخصائص الحرارية المحددة لسوائل العمل العضوية، وتعمل بمعدلات أعلى من سرعة الإكراميات والضغط، بالإضافة إلى أن دمج مولدات المغناطيس الدائمة المباشرة يزيل العتاد في بعض التصميمات، ويقلل من متطلبات الصيانة ويزيد من الموثوقية، ولا سيما بالنسبة للمنشآت الموزعة،
رأس المال الاقتصادي والسياساتي
هيكل رأس المال وتكاليف الطاقة المخفضة
والتحدي الاقتصادي الأول لمصانع الدورة الثنائية هو ارتفاع التكلفة الأولية لرأس المال، ولا سيما تكلفة إنتاج الحفر وآبار الحقن، وبالنسبة لمصنع ثنائي نموذجي يتراوح بين 15 و 20 ميغاواط، يمكن أن تمثل تنمية الحواضر 40 و 5 في المائة من مجموع تكاليف المشاريع، بينما تتطلب مجموعة الطاقة نفسها، مع أنها موحدة، استثمارات كبيرة عالية، إلا أنه عندما تكون النباتات الحرارية الأرضية ذات قيمة منخفضة بشكل استثنائي من حيث التشغيل والوقود.
تخفيف المخاطر ودعم السياسات
ويظل خطر التدفئة أحد أهم الحواجز التي تحول دون نشر الطاقة الحرارية الأرضية، إذ أن تكلفة وجود بئر جاف أو غير منتج يمكن أن تعطل اقتصاديات المشروع، ومن أجل معالجة ذلك، نفذت الوكالات الحكومية برامج لتخفيف المخاطر، كما يقدم مكتب التكنولوجيات الحرارية الأرضية في وزارة الطاقة منحا واتفاقات تعاونية لاستكشاف وحفر وتوثيق أنشطة البحث في مجال الطاقة الحرارية الأرضية.
التكامل والتآزر: ما بعد توليد الكهرباء
محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية - الشمسية
ومن أكثر مفاهيم الطاقة المتكاملة واعدة، هزّة محطات الدورة الثنائية مع تركيز نظم الطاقة الحرارية الشمسية أو النظم الشمسية ذات الطاقة الفلكية، ويمكن استخدام الحرارة الشمسية في فترات الارتفاع في الطاقة الحرارية الشمسية لتسخين سائل العمل العضوي في مصنع ثنائي، وزيادة إنتاج الكهرباء تحديدا عندما يكون الطلب على الشبكة (وأسعار الكهرباء بالجملة) أعلى من ذلك.
Lithium and Mineral Extraction from Geothermal Brines
إنّها غنيةٌ طبيعياً بالعديد من المعادن القيمة، بما فيها الليثيوم والمنغنيز والزنك والسيليكا، وإخراجها من إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية، وخلقها من خلال توليد الطاقة الكهربائية ذات القدرة الكهربائية المنخفضة، وخلقها من خلال توليد الطاقة الكهربائية، وتحولها إلى مجرى متغير في الطاقة الكهربائية، وخلقها عوامل من قبيل توليد الطاقة الكهربائية ذات القدرة الكهربائية المنخفضة.
النظم الحرارية الأرضية المعززة والمستودعات الهندسية
(ب) تهدف النظم الحرارية الأرضية المعززة إلى إنشاء مستودعات هندسية مصممة في شكل صخور جاف غير صالحة للاستمرار الطبيعي، كما أن محطات الدورة الملزمة هي المطابقة الكاملة لتكنولوجيات النظم الإيكولوجية العالمية لنظم الطاقة الحرارية، ودرجة حرارة موارد هذه النظم عادة ما تقع في نطاق 150 إلى 250 درجة مئوية، وهو ما يناسب على النحو المثال الركب المتقدم المركب أو دورات الفوقة.
The Path Forward: Scaling Binary Geothermal Deployment
إن مستقبل إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية يرتبط ارتباطاً وثيقاً باستمرار تطوير ونشر محطات الطاقة الثنائية الدورة، وقدرتها على استخدام موارد أقل درجة، إلى جانب أدائها البيئي الأعلى، والنموذج، وإمكانات التهجين واستخراج المعادن، وتضعها كقاعدة أساسية للتحول العالمي للطاقة النظيفة، وتتطلب عملية الانتقال إلى المستقبل بذل جهود منسقة فيما بين مؤسسات البحث والصناعة والحكومية.