دانلود مقاله انرژی زمین گرمایی یا ژئوترمال

آبزي پروري:

به معناي پرورش كنترل شده گونه هاي آبزي مي باشد، به دليل تقاضاي روز افزون بازار، امروزه از اهميت خاصي در سر تا سر جهان بر خوردار است كنترل دماهاي رشد گونه هاي آبزي از اهميت بسيار بيشتري نسبت به گونه هاي خشكي برخودار است و همانطور كه در شكل (٥) نيز مي توان مشاهده كرد شيب منحني رشد گونه هاي آبزي بسيار متفاوت است با شيب منحني رشد گونه هاي خشكي زي، با تنظيم دما بر روي دماي بهينه رشد مي توان انوع گونه اي بيگانه را پروش داد، نرخ تولد يا افزايش داد، و حتي در برخي موارد، سيكل باز توليد را شتابي دو چندان بخشيد:
آبزي پروري همچنين پرورش نهنگ (Alligaror) و كروكوديل را نيز شامل مي شود كه امروزه به عنوان صنعتي نوظهور و سود آور در سطح جهان مطرح است. تجارت حاصل از فعاليتهاي صورت گرفته در ايالات متحده آمريكا نشان مي دهد كه با تثبيت دماي رشد در حدود C º٣٠ ، يك نهنگ در طول ٣ سال ، چيزي در حدود ٢ متر رشد خواهد كرد در حاليكه نهنگ ها تحت شرايط طبيعي در طي يك مدت مشابه فقط به اندازه ٢/١ متر رشد مي كنند. شكل ديگري از آبزي پروري كه هم اينك در حال گسترش است و انتظار مي رود كه در آينده اهميت بيشتري پيدا كند، پروش ريز جلبك هاي غني از پروتئین نظير اسپیرولینا (Spirulina) است دماي مورد نياز گونه هاي مختلف آبزيان ممولاًَ در محدوده دمايي C º٣٠-٢٠ واقع است. سايز تاسيسات به دماي منبع ژئوترمال دماي مورد نياز در حوضچه هاي پرورش ماهي و اتلافات حرارتي حوضچه بستگي دارد.
كل بازده دمايي سيالات ژئوترمال، خواه بخار آب و خواه مايع، مي تواند جهت تامين نياز حرارتي فرآيندهاي صنعتي مورد استفاده قرار گيرد.دو تا از مهمترين كاربردهاي صنعتي انرژي ژئوترمال عبارتند از رطوبت زدايي وخشكاندن سبزيجات و ميوه ها. البته تبخير، تقطير، شستشو و استخراج نمك و مواد شيميايي نيز جزء اين قبيل كاربردها قرار مي گيرند.
بازيافت روغن، يكي از كاربردهاي صنعتي انرژي ژئوترمال است.
ب) توليد برق
توليد برق اساساً‌َ بسته به نوع ويژگيهاي منبع ژئوترمال در توربينهاي رايج بخار ونيروگاههاي دو سياله انجام مي پذيرد.
در اين قسمت به بررسي واحدهاي نيروگاهي سرچاهي و ويژگيهاي فني انواع واحدهاي نيروگاهي به شرح زير مي پردازيم:

الف) توربين بخار خروجي – اتمسفري متداول
ب) توربين بخار خروجي – كندانس متداول
ج) سيكل دو سياله
د) توربوآلترناتور دو فاري با جدا ساز دوار

واحدهاي نيروگاهي سر چاهي

در ساليان اخير، واحدهاي نيروگاهي سرچاهي به يكي از سودمند ترين و جذابترين شاخه هاي صنعت برق ژئوترمال تبديل شده اند. همانطوريكه از نامشان پيداست، واحدهاي سر چاهي درمجاورت يك يا چند چاه توليدي راه انداري شده و معمولاًَ با آب داغ بخار یا آب خروجي از آنها تغذيه مي شوند چندين ويژگي مهم، واحدهاي نيروگاهي سر چاهي ژئوترمال را از يك نيروگاه مركزي ژئوترمال متمايز مي سازند اول اينكه توان ناخالص توليدي واحدهاي سرچاهي معمولاًَ كمتر از ١٠ مگاوات است. ديگر اينكه واحدهاي نيروگاهي سرچاهي از خطوط انتقال بخار بسيار كوتاهي برخوردارند در حاليكه نيروگاههاي مركزي ژئوترمال مشخصاًََ از خطوط لوله به هم پيوسته و طويلي برخوردارند كه بخار آب را از مجموعه چاهاي متعدد به واحد مركزي انتقال مي دهند
برجسته ترين ويژگي واحدهاي پيشرفته سرچاهي، ساختار مدولار آنها است بدين معنا كه معمولاًَ تور بوژنراتورهاي سرچاهي در مقياس هاي معين ساخته مي شوند و قطعات آنها در همان محل كارخانه بر روي يكديگر جفت و جور شده و بر روي يك پايه ساده (با قابليت حمل آسان) سوار مي شوند. يكي ازمزاياي ذاتي و احدهاي مدولار پيش ساخته اين است كه سيستم، پس از ساخت، در محل كارخانه تست شده و در نتيجه ا ز عملكردهايي صحيح تمامي اجزاء و اتصال دقيق آنها به يكديگر اطمينان حاصل مي شود اين نوع عمليات تست و راه اندازي كارخانه اي باعث كاهش چشمگيري در مدت زمان مورد نياز براي انجام تست پيش راه اندازي مقدماتي و رفع اغتشاشات احتمالي خواهد شد. ساخت واحدهاي بسيار كوچك، استاندارد و قابل حمل خروجي – اتمسفري را مي توان در ظرف كمتر از١٢ ماه پس از تاريخ سفارش آنها به اتمام رسانيد و بهره رداري از آنها را آغاز كرد. همچنين درصورت نياز مي توان این واحدها را در ظرف كمتر از ٢-١ ماه به يك چاه جديد انتقال داد معمولاًَ براي ساخت و راه اندازي يك نيروگاه مركزي بر روي يك منبع جديد و اثبات نشده و ژئوترمال، از حفر اولين چاه تا شروع توليد ٦ الي ٧ سال زمان لازم است يكي از منابع عمده حاصل از راه اندازي واحدهاي كوچك نيروگاهي بر روي چاههاي اكتشافي، اطلاعات بسيار سودمندي است كه به راحتي مي توان با تست منبع بدانها دسترسي پيدا كرد تاسيسات ويژه جدايش بخار و تزريق مجدد پسابهاي خروجي (Separation and re-injection plant) كه معمولاًَ براي انجام تستهاي طولاني مدت تخليه چاه در حوزه هاي آنتالپي – متوسط بدانها نياز است، بخشي از تجهيزات استاندارد مورد نياز اين گونه واحدها را تشكيل مي دهند. به موازات فعاليت اين گونه واحدها مي توان اطلاعاتي راجع به مقادير فشار، دما، حجم گازهاي غير قابل كندانس و نوع رفتار شيميايي عناصر موجود كسب كرد، مشاهده دقيق پاسخ مخزن به تخليه محتويات آن از طريق چاههاي ديده باني مجاور مي تواند ما را در برآورد كمي پارامترهاي مخزن از قبيل ضريب قابليت انتقال وضريب قابليت ذخيره در محدوده وسيعي از مخزن ياري نمايد اين اطلاعات اضافي ما را قادر مي سازد تا پيش بيني هاي دقيقتري راجع به نوع رفتار مخزن در آينده نسبتاًَ دور بعمل آورده و در نتيجه ريسك بهره برداري از منبع در مقياس وسيع را تا حد زيادي كاهش مي دهيم .
مهمترين ويژگيهاي فني انواع واحدهاي نيروگاهي (-) توربين بخار خروجي- اتمسفري متداول (Atmospherin exhaust conventional steam turbine)
توربين هاي خروجي – اتمسفري (كه فشار پشت آنها با محيط برابر است) ساده ترين و از حيث هزينه سرمايه گذاري، ارزان قيمت ترين ، سيكل ژئوترمال به شمار مي روند در اين نوع سيستمها ، بخار آب از سيال ژئوترمال خروجي از چاه جداسازي شده و به داخل يك توربين بخار جريان محوري متداول، كه خروجي آن مستقيماًَ به محيط اطراف تخليه مي شود ارسال مي گردد طرح ساده اي از يك واحد نيروگاهي خروجي – اتمسفري در شكل ٦ نشان داده شده است.
اين نوع سيستمها شايد چيزي در حدود دو برا بر واحدهاي نيروگاهي خروجي – كندانس به ازاء هر كيلووات برق توليدي (با فرض فشارهاي ورودي يكسان) بخار آب مصرف مي كنند و ازهمين رو ميزان مصرف انرژي وهزينه كلي چاههاي آنها در سطح بالاتري قرار دارد با وجود اين واحدهاي نيروگاهي خروجي – اتمسفريي، كاربرد خاص خود را به عنوان واحدهاي كمكي ((Pilot Plants و واحدهاي پشتيباني (Stand-by plants) دارا مي باشند، كه در آنها از جريانات ضعيف خروجي از چاههاي دور از يكديگر و همچنين خروجي چاههاي آزمايشي (در حين توسعه حوزه) براي توليد برق استفاده مي شود، ديگر مزيت واحدهاي نيروگاهي خروجي – اتمسفري اين است كه معمولاًَ مي توان آنها را بدون نياز به يك منبع برق خارجي راه اندازي نمود، زيرا تنها دستگاه جانبي ضروري سيستم يعني پمپ روغن روان كاري را مي توان بوسيله يك توربين بخار كوچك بكار انداخت.
طرح ساده اي از دو نوع توربوآلترناتور خروجي – اتمسفري كوچك، ساخت صنايع سنگين ميتسوبيشي(Mitsubishi lndustries) در شكل ٧ نشان داده شده است. اين واحدها را مي توان با انتخاب فشارهاي ورودي مناسب و پره گذاري صحيح بعنوان واحدهاي خروجي كندانس نيز بكار گرفت.

مصرف بخار

ميزان مصرف بخار واحدهاي خروجي- اتمسفري استاندارد، ساخت صنايع سنگين ميتسوبيشي، در شكل ٨ نشان داده شده است. اين نمودار با فرض ايده ال عدم گازهاي غير قابل كندانس در جريان بخار آب رسم شده است، منحني هاي مصرف بخار صرفاًَ مقدار نامي مصرف بخار و باري را كه مي توان براي يك فشار ورودي نامي و معين در نقطه كاري طرح ( شرايط نامي) انتظار داشت، نشان مي دهند. اين منحني ها هيچگونه اشاره اي به مقادير مصرف بخار و بار توليدي يك فرآيند معمولي با مقادير مربوط به فرآيند اختناق (آنتالپي – ثابت) با فشاري ورودي مشابه ندارند از انيرو اين منحني ها بيانگر نحوه عملكرد هيچيك از انواع توربين ها نمي باشند، بلكه بيشتر، نمايانگر نقاط كاري طرح مي باشد كه با استفاده از توربينهاي استاندارد و با پره گذاري مناسب بر روي آنها مي توان بدانها دست يافت با اينحال، توربينها استاندارد بگونه اي طراحي مي شوند كه قابليت تغيير كاربردي را داشته و بتوانند عملكرد خوب خود را در فشارهاي ورودي مختلف حفظ كنند. معمولاًَ بازده آيزونتروپيك توربين هاي استاندارد در شرايط خاص طراحي اندكي كمتر از ٥٠ درصد بار نامي طرح در نظر گرفته مي شود كه البته به مرور زمان شاهد افت تدريجي بازده به مقادير پايين تر خواهيم بود.
ارتفاع محلي كه واحد نيروگاهي در آن مشغول فعاليت مي باشند تاثير بسزايي بر نرخ توان الكتريكي حاصل از جريان بخار آبي با فشار ورودي و نرخ جريان جرمي معين دارد. در ارتفاعات بالاتر، به دليل پايين تر بودن فشار اتمسفر و در نتيجه پايين تر بودن فشار خروجي سيستم، توان الكتريكي بيشتري توليد مي شود به عنوان مثال در حوزه Olkaria در كشور كنيا ( با ارتفاع ١٩٥٠ متر بالاتر از سطح دريا) كه فشار اتمسفر bara 8/0 مي باشد ميزان قابل وصول از جريان بخار آبي با نرخ جريان جرمي معين و فشار ورودي فرضي ، bara 8/0 ، ٥/١٠% بيشتر از نواحي همسطح دريا است. ضمناًَ اگر از فشار ورودي پايين تري استفاده شود، رقم مذكور بزرگتر خواهد بود.

توربين بخار خروجي- كندانس متداول
(Condensing exhaust conventional steam turbinc)

اين نوع واحد نيروگاهي حاصل انجام بهينه سازي ترموديناميكي بر روي طرح توربين هاي خروجي – اتمسفري مي باشد. به جاي تخليه بخار خروجي از توربين به محيط اطراف، بخار به داخل يك اتاقك كندانس كه نوعاًَ در يك فشار بسيار پايين در حدود bara 12/0 نگهداري مي شود، تخليه مي گردد. از آنجائيكه در مقايسه با توربينهاي خروجي – اتمسفري، افت فشار بيشتري در توربينهاي خروجي- كندانس روي مي دهد لذا توان توليدي اين نوع توربينها با فرض شرايط ورودي يكسان و نرخ جريان مشابه تقريبا دو برابر توربين هاي خروجي – اتمسفري خواهد بود. دليل اينكه بخار خروجي از توربين بايد حتماًَ كندانس شود، اين است که در صورت عدم انجام اين كار (تبديل بخار آب به مايع ) انرژي بسيار زيادي براي پمپاژ سيال از شرايط فشار – پايين داخل كندانسور به محيط بيرون نياز خواهد بود كه تامين آن از عهده ما خارج است طرح ساده اي از يك توربين بخار خروجي- كندانس در شكل ٩ نشان داده شده است البته با اضافه شدن يك دستگاه كندانسور و همچنين برجهاي خنك كن و تجهيزات پمپاژ مربوط به آن، افزايش قابل ملاحظه اي در هزينه كلي واحد نيروگاهي ايجاد خواهد شد. به علاوه بايد گازهاي غير قابل كندانسي را كه جريان بخار آب ژئوترمال وجود داشته و در داخل كندانسور جمع مي شود به طور جداگانه و با استفاده تجهيزات جدايش گاز از داخل كندانسور به خارج آن پمپاژ كرد چنانچه جرم گازهاي غير قابل كندانس از حدود ١٢% جرم بخار آب موجود تجاوز نمايد، در اين صورت معمولاًَ استفاده از واحدهاي نيروگاهي خروجي – اتمسفري به لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه خواهد بود زيرا براي تخليه اين مقدار گاز داخل كندانسور به محيط بيرون، توان الكتريكي زيادي لازم است.