مقدمه
گرما نوع خاصی از انرژی است و انــرژی ژئـوتــرمـال در لغت بمعنای حرارت موجود در داخل زمین است که باعث وقوع پدیده‌های زمین شناسی در یک مقیاس سیاره‌ای می‌شود. با این حال، امروزه از واژة ’انرژی ژئوترمال‘ برای اشاره به آن بخشی از حرارت زمین استفاده می شود که می تواند یا می توانسته است توسط بشر استحصال و استخراج گردد و ما نیز با ملاحظة همین معنا و از هم اکنون این واژه را عنداللزوم بکار خواهیم برد.
خلاصه‌ای از تاریخچة انرژی ژئوترمال
وجود کوههای آتشفشان باید نیاکان ما را از این حقیقت آگاه ساخته باشد که برخی نقاط درونی زمین داغ هستند. با اینحال، این نبود تا یک دورة زمانی بین قرنهای شانزدهم و هفدهم، زمانیکه اولین معادن تا عمق چند صد متری سطح زمین حفر گردیدند و بشر براساس ادراکـات فیزیـکی سـاده‌ای استنبـاط نمود که دمـای زمیــن با افزایش عمـق آن زیاد می‌شود.
نتایج
در پایان لازم است موارد زیر را هنگام بررسی یک کاربرد سرمایشی ژئوترمال/ جذبی برای تهویه یک فضای بسته مورد ارزیابی قرار دهیم:
1- دمای منبع: ضرایب اصلاحی نسبتا بزرگی برای دماهای پایینتر از 220 درجه فارنهایت یا 104 درجه سانتی گراد لازم است. دماهای منبع خیلی بالا یا ماشینهای دو مرحله ای برای تبرید دما پایین مورد نیازند.
2- آب داغ مورد نیاز برای راه اندازی و فعالیت ماشین جذبی درمقایسه با نرخ جریان مورد نیاز برای گرمایش محیط: هزینه های بیشتری راباید بواسطه حفر چاههای بیشتر یا عمیق تر و استفاده از پمپهای قوی تر یا بیشتر به ماشین جذبی اختصاص داد.
3-ظرفیت تبرید مورد نیاز: نرخ هزینه های سرمایه گذاری ( بر حسب دلار بر تن) برای ماشین های بزرگتر از 300 تن کمتر از سایر ماشین ها است. بهره برداری وسیعتر از منابع انرژی جایگزین، دورنمای اقتصادی مطلوبتری را نوید میبخشد.
4- بار برودتی سالیانه برای تهویه فضای بسته، بر حسب ساعات بار کامل یا برای فرآیند سرمایش، بر حسب ضریب بار: کاملا واضح است که بهره برداری بیشتر از تجهیزات سیستم به بازگشت هر چه سریعتر هزینه های سرمایه گذاری شده خواهد انجامید.
5- توان پمپاژ برای منابع که سطح آب ساکن یا عمق استخراجی آنها بطور غیر معمول پایین است: توان پمپاژ ممکن است حتی نیمی از مصرف برق یک چیلر الکتریکی پربازده را به خود اختصاص دهد.
6- نرخهای رشد: همانند هر طرح دائمی دیگر، نرخهای رشد بالا برای عرضه و تقاضا هردو افزایش بهره وری اقتصادی سیستم را به دنبال خواهد داشت.
اهداف
1- می خواهیم نشان دهیم که محتوای حرارتی سیالات ژئوترمال می تواند بعنوان یک منبع انرژی مناسب برای سیستمهای تهویه مطبوع و تبرید صنعتی مورد بهره برداری قرار گیرد، اینکه تکنولوژی موجود در زمینه ماشینهای جذبی (سیکلهای برومید لیتیم /آب و آب/ آمونیاک ) می تواند در کاربردهای ژئوترمال نیز مورد استفاده قرار گیرد و هم اینک ماشینهایی از این نوع وجود دارند که قابلیت تبدیل به فرم ژئوترمال را به لحاظ اقتصادی دارا می باشند.
2- انواع اصلی ماشینهای جذبی را نام برده و اصول عملکرد هر یک از آنها را به زبانی ساده شرح دهیم.
3- پارامترهایی را برای مقایسه سیستمهای برودتی ژئوترمال و الکتریکی و هچنین تجزیه و تحلیل اقتصادی بهره برداری از منابع ژئوترمال جهت تامین نیاز برودتی فضاهای بسته معرفی نماییم.
4- بر این نکته تاکید کنیم که هزینه های اضافی مورد نیاز برای سازگار نمودن تجهیزات با یک منبع ژئوترمال غالبا در سطح بالایی قرار دارد و دوره بازگشت سرمایه مصروفه نیز طولانی است، در نتیجه باید پیش از انجام هر کار دیگری اقدام به تجزیه و تحلیل اقعاد اقتصادی طرح نماییم.
تواناییها
با مطالعه کامل این فصل، شما قادر خواهید بود که:
1- مهمترین جنبه های مربوط به سیکلهای جذبی مورد استفاده در کاربردهای ژئوترمال برای انجام عملیاتهای تهویه مطبوع و تبرید صنعتی (ماشینهای برومید لیتیم/آب و آب/آمونیاک ) را شرح دهید.
2- نحوه عملکرد آن دسته از ماشینهای جذبی را که سیالات ژئوترمال استفاده می _کنند، در شرایط کاری مختلف شرح دهید.
3- بهره وری اقتصادی ماشینهای جذبی ژئوترمال را مورد بحث و تبادل نظر قرار داده و نتایج حاصله را با ماشینهای برودت زای الکتریکی مقایسه کنید.
4- شرح مختصری راجع به آن دسته از ماشینهای جذبی که با برخورداری از توجیه اقتصادی کافی در دسترس ما قرار دارند، ارائه دهید.
5- نمونه هایی از کاربردهای انرژی ژئوترمال برای تامین نیاز برودتی فضاهای بسته را ذکر کنید.
فهرست
فصل اول
1-1 مقدمه 2
1-1-1 خلاصه‌ای از تاریخچة انرژی ژئوترمال 2
1-1-2 وضعیت کنونی بهره‌برداری از منابع ژئوترمال 4
1-2 ماهیت منابع ژئوترمال 8
1-2-1 موتور حرارتی زمین 8
1-2-2 سیستمهای ژئوترمال 13
1-3 تعریف و دسته‌بندی منابع ژئوترمال 15
1-4 اکتشاف 17
1-4-1 اهداف اکتشاف 17
1-4-2 روشهای اکتشافی 18
1-4-3 برنامه‌ریزی اکتشافی 20
1-5 بهره‌برداری از منابع ژئوترمال 20
1-5-1 تولید برق 22
1-5-2 کاربردهای مستقیم حرارتی 24
1-5-3 ملاحظات اقتصادی 28
1-6 تبعات زیست محیطی 29
1-6-1 منابع آلودگی 29
1-6-2 قواعد عمومی رفع معضلات زیست محیطی 32
1-7 نتایج 32
فصل دوم
1-2 واحدهای نیروگاهی سرچاهی 35
2-2 مهمترین ویژگیهای فنی انواع واحدهای نیروگاهی 36
1-2-2- توربین بخار خروجی – اتمسفری متداول 36
1-1-2-2- مصرف بخار 37
2-1-2-2- هزینه تمام شده ( شامل هزینه های ساخت، حمل و نصب تجهیزات 39
2-2-2 توربین بخار خروجی – کندانس متداول 40
1-2-2-2- مصرف بخار 41
2-2-2-2- هزینه تمام شده ( شامل هزینه های ساخت، حمل و نصب تجهیزات ) 42
3-2-2- واحد نیروگاهی دو سیاله 43
1-3-2-2 مبدلهای حرارتی سیکل دو سیاله 44
2-3-2-2-میزان برق خالص تولیدی 45
3-3-2-2- هزینه تمام شده ( شامل هزینه های ساخت،حمل و نصب تجهیزات ) 45
4-2-2 توربوآلترناتور دو فازی با جداسازی دوار46
1-4-2-2 آرایش تقدمی 48
2-4-2-2- آرایش تاخیری 52
3-4-2-2-هزینه تمام شده شامل ( هزینه های ساخت، حمل و نصب تجهیزات 52
3-2 ملاحظات اقتصادی مربوط به نیروگاههای کوچک ژئوترمال 54
1-3-2 اقتصاد مقیاس 54
1-1-3-2-پاسخگویی به روند رشد تقاضا 54
2-1-3-2-ظرفیت ذخیره 55
3-1-3-2 ذخیره چرخشی 56
4-1-3-2 ریسک (خطرپذیری) 56
2-3-2 ضریب ظرفیت 56
3-3-2 هزینه اجتناب شده 57
4-3-2 ملاحظات اقتصادی مربوط به نیروگاههای خروجی – اتمسفری و خروجی – کندانس 58
اهداف 59
تواناییها 59
ضمیمه الف 60
ترمودینامیک سیکلها .60
1-الف ترمودینامیک فرآیند جدایش بخار 60
2-الف ترمودینامیک سیکل آلی رنکین 62
3_الف ترمودینامیک فرآیند دو فازی 65
ضمیمه ب 67
فهرست سازندگان عمده 67
- ب سازندگان توربینهای بخار خروجی – اتمسفری یا خروجی – کندانس 67
- ب سازندگان واحدهای نیروگاهی دوسیاله ژئوترمال 67
- ب سازندگان واحدهای دوفازی ژئوترمال با جداساز دوار 68
فصل سوم
1-3 مقدمه 70
1-1-3 دسترسی به منابع ژئوترمال70
2-1-3 بهره برداری از منابع دما – پایین ژئوترمال 71
2-3 ملاحظات مربوط به منبع 72
1-2-3- توسعه منبع 72
2-2-3 دمای سیال 72
3-2-3- نرخ جریان قابل دسترسی 72
4-2-3 شیمی سیالات 74
5-2-3 فاصله از بازار پتانسیل مصرف 75
3-3- احتیاجات گرمایش ( یا سرمایش ) محیطی 77
1-3-3 آب و هوا 77
2-3-3 جمعیت، نرخ تراکم جمعیت 78
3-3-3- انواع ساختمان 79
4-3-3- جنبه های فنی – اقتصادی 79
4-3 سیستم جمع آوری و انتقال آب داغ 80
1-4-3 انواع سیستم های گرمایش منطقه ای 80
1-1-4-3 ژئوترمال فقط در سیستم اولیه 80
2-1-4-3 استفاده مستقیم در منزل ( سیستم ثانویه ) 80
3-1-4-3- واحد تقویت کننده دما 81
2-4-3 سیستم های لوله کشی 82
1-2-4-3 شاه لوله جمع آوری و خط لوله انتقال آب 83
2-2-4-3 شبکه توزیع 84
3-2-4-3 خطوط لوله خانگی و سیستم های گرمایشی منازل 85
4-2-4-3- اتلاف حرارت از خط لوله 86
5-3 انتخاب تجهیزات 88
1-5-3- پمپهای زیر زمینی 88
2-5-3-مخازن جدایش گاز 89
3-5-3 مبدلهای حرارتی 89
4-5-3- رادیاتورها 90
5-5-3 تجهیزات کنترلی 91
6-5-3 پمپهای حرارتی 92
6-3 ملاحظات اقتصادی 93
1-6-3 هزینه حفاری 93
2-6-3 هزینه خط لوله 93
3-6-3- هزینه های سرمایه گذاری اولیه 94
4-6-3 هزینه های جاری 96
5-6-3 هزینه بهبود وارتقاء بازده حرارتی ساختمان 96
6-6-3 هزینه منابع انرژی حرارتی جایگزین 97
7-3 تعرفه ها 98
1-7-3 تدابیر و نحوه برآورد میزان فروش 98
8-3 کاربردهای آبشاری 100
9-3- ملاحظات زیست محیطی 101
1-9-3 آلودگی شیمیایی 101
2-9-3 آلودگی حرارتی 101
3-9-3 ایراد خسارت به زمین ها و املاک 101
اهداف 102
تواناییها .102
فصل چهارم
1-4- مقدمه 104
2-4 تهویه مطبوع 104
1-2-4 ماشینهای سیکل برومید لیتیم/آب 104
2-2-4 عملکرد 106
3-2-4 کاربرد نمونه 108
4-2-4 هزینه های مربوط به تجهیزات سرمایشی تناژ – بالا 109
5-2-4 تجهیزات سرمایشی تناژ – پایین 110
3-4 تبرید تجاری 113
1-3-4- ماشینهای سیکل آب/آمونیاک 113
2-3-4- تحقیقات جاری در زمینه سیکلهای جذبی 116
4-4 جنس مواد 117
5-4 نتایج 118
اهداف 119
تواناییها 119
فهرست منابع 120
پروژه انرژی ژئـوتــرمـال - انرژی گرمایی
