انواع مخزن های زمین گرمایی

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: انواع مخزن های زمین گرمایی

توده یا حجمی از سنگ های نفوذپذیر و متخلخل است که در اعماق مختلف زمین قرار داشته و خلل و فرج آنها را آب داغ یا بخار تحت فشار، اشغال کرده است.

● سنگ مخزنی برای بخار
توده یا حجمی از سنگ های نفوذپذیر و متخلخل است که در اعماق مختلف زمین قرار داشته و خلل و فرج آنها را آب داغ یا بخار تحت فشار، اشغال کرده است. مخزن های زمین گرمایی تحت شرایط خاص زمین شناسی به وجود می آیند. به عنوان مثال، گسل ها یکی از عوامل کنترل کننده اندازه و شکل مخازن زمین گرمایی است. مخزن های زمین گرمایی از اجزایی تشکیل شده است که وجود همه آنها برای تشکیل مخازن ضروری است. بدین ترتیب که در صورت عدم وجود هر یک از آنها، مخزن زمین گرمایی به وجود نخواهد آمد. اجزای یک مخزن زمین گرمایی عبارتند از:
۱) سنگ مخزن که سنگی نفوذپذیر و متخلخل است.
۲) سنگ پوشش که سنگی متراکم و غیرقابل نفوذ بوده و مانع از خروج سیال از مخزن و در نتیجه افت فشار آن می شود.
۳) منبع حرارت که ممکن است عوامل مختلفی باشد مانند یک توده نفوذی آذرین جوان و عمیق یا حرارت حاصل از حرکت های زمین یا حرارت حاصل از تجزیه عنصر های رادیواکتیو و نازک شدگی پوسته زمین و غیره.
۴) منبع سیال که اغلب بارش های جوی، منابع آب زیرزمینی و یا آب موجود در ماگما است.
● انواع مخزن های زمین گرمایی به شرح زیر است:
▪ مخزن های گرمابی
در حال حاضر این دسته از مخزن ها تنها مخزن های اقتصادی زمین گرمایی جهان است. همان گونه که از نام آنها بر می آید این مخزن ها، حاوی سیال هستند که بر حسب نوع سیال به دو دسته مخزن ها حاوی آب داغ و بخار تقسیم می شوند. مخزن های آب داغ فراوان تر از مخزن های حاوی بخار است. کشورهای نیوزیلند و ایسلند تعداد قابل توجهی از مخزن های آب داغ دارند.
در مخزن های حاوی بخار حجم تغذیه سیال مخزن نسبت به دمای غشای حرارتی آن به قدری کم است که به محض ورود آب، بخش عمده آن به بخار تبدیل می شود. در این دسته از مخزن ها، بخار تحت فشار با دمای زیاد
C ۲۰۰ منبسط شده و به بخار خشک فوق العاده گرم تبدیل می شود، بنابراین، این گونه مخزن ها را مخزن های بخار خشک نیز می نامند.
در مخزن های آب داغ، حجم آب داغ بیش از حجم بخار و گاز مخزن است. این قبیل مخزن ها بسیار فراوان بوده و حدود ۹۰ درصد مخازن زمین گرمایی جهان را تشکیل می دهد. دمای آنها بین ۲۵ تا C ۳۱۰ متغیر است. منبع عمده تامین کننده آب این مخزن ها، بارش های جوی و آب های سطحی است.
▪ مخزن های سنگ داغ خشک
در نواحی ای که سنگ های متراکم آذرین، داغ ، بدون تخلخل و نفوذپذیری در عمق کم قرار دارند، می توان آب را به طور مصنوعی درون سنگ ها تزریق کرد. بدین ترتیب که دو چاه با عمق های متفاوت و با زاویه ای نسبت به سطح قائم حفر می شود. اغلب چاه ها تا جایی حفر می شود که درجه حرارت سنگ ها به C ۲۰۰ برسد. یکی از چاه ها عمیق تر است و درست زیر انتهای چاه کم عمق تر قرار دارد.
سپس به کمک پمپ های پیستونی قوی آب به درون چاه ها تزریق می شود. فشار آب موجب شکستگی سنگ ها شده و بدین ترتیب بین دو چاه ارتباط برقرار می شود. سپس از چاه کم عمق تر آب را به درون زمین پمپ می کنند. آب بر اثر تماس با سنگ ها بخار شده و رو به بالا حرکت می کند و از طریق چاه کم عمق به سطح زمین می رسد که به کمک آن می توان برق تولید کرد. البته این طرح هنوز اقتصادی نشده است و کماکان در مرحله پژوهش است. در حال حاضر اغلب کشورهای پیشرفته نظیر آمریکا، فرانسه، آلمان، ژاپن در حال تحقیق در زمینه این طرح هستند.
▪ مخزن های تحت فشار
این گونه مخزن ها در عمق های زیاد بیش از۴۶۰۰m قرار دارد و غالبا سنگ مخزن آنها از جنس ماسه است. روی این مخزن ها را سنگ پوشش ضخیم پوشانده است. آب داغ موجود در فضاهای خالی ماسه ها تحت فشار هیدروستاتیک بوده و حاوی مقدار مختلفی از گاز متان محلول است. به طور کلی دو عامل در تشکیل این گونه مخزن ها بسیار موثر است:
سنگ پوشش مناسب غیرقابل نفوذ و دارای ضخامت قابل ملاحظه که از نفوذ سیال و حرارت مخزن به خارج جلوگیری می کند.
استقرار مخزن در عمق زیاد از سطح زمین.
دو عامل فوق در برخی موارد موجب افزایش درجه حرارت مخزن به میزان C ۲۰۰ می شود. البته امروزه این گونه مخزن ها از حیث اقتصادی مقرون به صرفه نیست. به عنوان مثال در کناره ساحلی آمریکا، از ایالت تگزاس تا لوییزیانا، تعدادی از این قبیل مخزن های زمین گرمایی کشف شده است. مخزن های تحت فشار، اکثرا در حین انجام بررسی های اکتشافی ذخیره نفت و گاز شناسایی شده اند. چنانچه بهره برداری از این مخزن ها مقرون به صرفه شود، می توان از انرژی فسیلی و جنبشی آنها استفاده کرد.
▪ مخزن های ماگمایی
در برخی نقاط کره زمین و به ویژه در مناطق فعال آتشفشانی، توده های آذرین جوان کم عمقی وجود دارد که دارای انرژی حرارتی فوق العاده زیادی است. این توده های آذرین را مخزن های ماگمایی می نامند. بهترین نمونه این دسته از مخزن های زمین گرمایی در جزایر هاوایی وجود دارند که محققان توانسته اند با تزریق آب به درون مخزن و تولید بخار از آنها به طور آزمایشی برق تولید کنند ولی کماکان این طرح با مشکلاتی مواجه است که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
مشکلات و خطرات حفاری در سنگ های نیمه مذاب با حرارت بیش از C ۸۰۰
آماده سازی جداره چاه که در درجه حرارت های بالا کاری بسیار مشکل است.
عدم کارایی تکنیک های ژئوفیزیکی کنونی برای تعیین موقعیت دقیق توده سنگ های آذرین مدفون. زیرا در درجه حرارت های زیاد، ابزارهای ژئوفیزیکی کنونی دقت کافی را ندارند.
البته در حال حاضر صرفا منابع زمین گرمایی ارزش اقتصادی دارد و از آنها به طور گسترده بهره برداری می شود. بدون شک در آینده نه چندان دور با ابداع فناوری های جدید سایر انواع منابع زمین گرمایی نیز قابل استفاده خواهند بود.