تحقیق و پروژه انرژی زمین گرمایی

توضیحات:

پایان نامه انرژی زمین گرمایی در 200 صفحه با فرمت word

مقدمه:

به تعبیری ساده ، انرژی حرارتی موجود در زیر پوسته زمین ، انرژی زمین گرمایی نامیده می شود . در حقیقت زمین منبع عظیمی از انرژی حرارتی است که این حرارت به طریقه های متفاوتی از جمله فورانهای آتشفشانی ، آبهای موجود در سیستمهای زمین گرمایی ویا بواسطه خاصیت رسانایی (Heat flow) از بخش های درونی به سطح زمین هدایت می شود . حرارت زمین از مجموعه ای آتشین که بیش از 4 میلیارد سال پیش شکل گرفته ورفته رفته رو به انجماد گذاشته وهم اکنون نیز در حال سرد شدن است ، سر چشمه می گیرد . هر چه به اعماق زمین نزدیکتر می شویم ، حرارت آن افزایش می یابد بطوری که این حرارت در هسته زمین به بیش از 5000 درجه سانتیگراد می رسد .

حرارت به طور مداوم از هسته زمین به خارج آن جریان می یابد و به لایه های سنگی در سطوح بالاتر منتقل میگردد . هنگامیکه حرارت وفشار کافی وجود داشته باشد برخی از سنگها ذوب شده وتشکیل مواد مذاب را می دهند که به دلیل سبکی آنها نسبت به سنگهای در بر گیرنده به آرامی به سمت پوسته ی زمین حرکت کرده وحرارت را از عمق به سطح منتقل می نمایند . گاهی اوقات مواد مذاب به سطح زمین آمده وبر روی آن جاری می شوند که آن را گدازه می نامند . لیکن در اکثر موارد ، مواد مذاب در زیر پوسته زمین باقی مانده وسبب گرم کردن سنگها وآبهای جوی نفوذی اطراف خود – گاه تا 370 درجه سانتیگراد می شود . مقداری از این آبهای زمین گرمایی داغ از طریق گسلها وشکافهای زیر زمین به سطح راه یافته وبه صورت چشمه های آب داغ وآبفشانها (Geysers) ظاهر می شوند . لیکن بخش اعظم این آبها در داخل شکافها وفضاهای خالی موجود در سنگهای متخلخل پوسته محبوس شده وذخیره ای طبیعی از آب داغ را فراهم می آورد که منبع زمین گرمایی یا سیستم زمین گرمایی نام دارد [5] .

ابتدایی ترین سرچشمه حرارتی زمین در نتیجه تلاشی عناصر رادیو اکتیو ( Radioactive decay ) پتاسیم ، توریم و سایر عناصری است که در پوسته زمین وجود دارند . اگرچه گرمای حاصل از تلاشی عناصر رادیواکتیو به تنهایی ناچیز به نظر می آید ولی پژوهشگران جهانی انباشته شدن حرارت حاصل از این تلاشی را- در طی میلیون ها سال – یکی از عوامل اصلی منشاء حرارتی زمین می دانند . از دیگر عوامل تامین حرارت منابع زمین گرمایی ، نفوذ توده های مذاب آذرین ( Magma ) به لایه های فوقانی پوسته زمین است که در نتیجه فروریختن ثقلی ( Gravitational collapse ) طبقات زمین در راستای برخورد کناره های قاره ای صورت می گیرد . این فرآیند سرچشمه حرارتی عمیق پوسته زمین را بوجود می آورد . بعبارت دیگر مواد مذاب با استفاده از خاصیت رسانایی ( Condution) و انتقال حرارت از طریق جریان های همرفتی ( convection ) به لایه های فوقانی زمین رسیده و حرارت لازم برای مخازن زمین گرمایی را تآمین می کنند . بر پایه مطالعات و برآوردهای انجام شده مقدار حرارتی که بطور مداوم از داخل قشر زمین به اتمسفر نفوذ کرده و پخش می شود بالغ بر 3*107MWt  ( مگاوات حرارتی ) است . با وجود این چنانچه میزان حرارت پخش شده در واحد سطح زمین را محاسبه کنیم به این نتیجه خواهیم رسید که بخش ناچیزی از حرارت داخل زمین در اتمسفر پخش می شود که در حقیقت نسبت به حرارت موجود در درون زمین بسیار ناچیز و غیر قابل مقایسه است بهره گیری از منابع گرمایی زمانی اقتصادی است که ذخایر دارای حرارت کافی بوده در ژرفای کم واقع شده باشند . اکثر این منابع در کناره ها ویا در محدوده ی پهنه های زمین ساخت ( Plate tectionic ) قرار گرفته اند که ضخامت قشر رویی کره زمین در آنجا نازک شده است . این منابع زمین گرمایی ، حرارت خود را از توده مذاب ویا جامد سنگ های زیرین قشر کره زمین و بوسیله رسانایی از طریق جریان های همرفتی ناشی از گردش طبیعی آبهای زیر زمینی دریافت می کنند . از بررسی آنومالی های منابع منابع زمین گرمایی و مطالعات ژئو شیمیایی چنین نتیجه گرفته شده است که آبهای سطحی و زیر زمینی با نفوذ به لایه های عمیق زمین ، حرارت سنگ های داغ را به منابع کم ژرفا یا به سطح زمین انتقال می دهند . این گردش حرارت بطور طبیعی در نتیجه اختلاف وزن مخصوص سیال گرم و سرد در داخل زمین انجام می شود .

یکی از عوامل اقتصادی مهم در بهره گیری از منابع زمینگرمایی ، دسترسی به ذخایر با دمای بالا است که البته در ژرفای زیاد واقع شده اند . اما با تکنولوژی موجود حفر چاه های با ژرفای زیاد برای تولید انرژی گرمایی اقتصادی نیسنت به طوری که در حال حاضر به تنها آن قسمت از منابع زمین گرمایی که در ژرفای حدود 3000 متر واقع شده اند قابل بهره برداری بوده و اقتصادی می باشند [13].

فهرست مطالب:

فصل اول – مبانی انرژی زمین گرمایی

مقدمه       1                                       

1-عوامل اساسی تشکیل منابع زمین گرمایی  4

1-1-منبع حرارتی  4

1-2-سنگ مخزن  6

1-3-سنگ پوشش  7

1-4-سیال  7

2- رخدادهای زمین شناسی  9

2-1- توده های نفوذی جوان 11

2-1-1 مراکز جدایش 11

2-1-1 مراکز فرورانش 12

2-1-3 منابع حرارت نقطه ای 15

2-2- جریان حرارتی زیاد 16

2-3- گردش گرمایی عمیق 16

2-4- تلاشی رادیواکتیویته 18

3- انواع مخازن زمین گرمایی20

3-1- مخازن گرمایی 20

3-1-1- مخازن با آب بالنده 21

3-1-2- مخازن بخار بالنده 23

3-2- مخازن سنگ داغ خشک 24

3-3- مخازن تحت فشار زمین 25

3-4- مخازن ماگمایی 27

فصل دوم – اکتشاف منابع زمین گرمایی

1-مطالعات زمین شناسی 31

2-مطالعات هیدرولوژیکی 34

3-مطالعات ژئوشیمیایی 35

3-1- نمونه برداری از مظاهر سطحی زمین گرمایی 38

3-2- تعیین دمای سیال مخازن زمین گرمایی 39

3-2-1- دماسنج سیلیس 41

3-2-2- دماسنج سدیم به پتاسیم و سدیم به لیتیوم 43

4- مطالعات ژئوفیزیکی 44

4-1- روش حرارت سنجی 48

4-2- روش ثقل سنجی 53

4-3- روش های الکتریکی 54

4-3-1- مطالعات مقاومت الکتریکی با جریان مستقیم 56

4-3-2- مطالعات مکنتو تلوریک 56

4-4- روش مغناطیس سنجی 58

4-5- روش لرزه نگاری 60

4-5-1- روش لرزه نگاری فعال 61

4-5-2-روش لرزه ای غیر فعال 61

5- حفاری های اکتشافی 62

5-1- دکل حفاری ، ابزارو تجهیزات مربوطه 65

5-2- حفاری انحرافی 68

5-3- کاربرد گل یا سیالهای حفاری 72

5-4- برنامه ریزی لوله جداری و سیمانکاری 72

5-5- نمودار گیری چاه 74

7- مشکلات خورندگی 76

6- آزمایش چاه و مهندسی مخازن 77

6-1- آزمایش های کوتاه مدت 77

6-2- مراحل آزمایش های بلند مدت چاه 78

7- مدل سازی مخزن 80

8- برآورد پتانسیل مخزن زمین گرمایی 81

9- توسعه میدان زمین گرمایی 84

9-1- تنظیم و کنترل بهره برداری در دراز مدت 84

9-2- سکوهای حفاری و جاده های دسترسی 85

9-3- روش های بهره برداری و جمع آوری تولید 86

9-4- روش برطرف کردن یا دفع هرز آبهای غیر مصرفی 88

فصل سوم – کاربردهای انرژی زمین گرمایی

1-تولید برق91

1-1نیروگاه های زمین گرمایی 93

1-1-1-نیروگاه سیکل بخار خشک 93

1-1-2-نیروگاه های تبخیر آنی دو مرحله ای 94

1-1-3-نیروگاه های تبخیر آنی یک مرحله ای آب داغ به بخار 95

1-1-4-نیروگاه های سیکل دو مداره 97

1-1-5-سیستم توربین تفکیک دورانی 101

1-1-6-نیروگاه های ترکیبی 103

1-2-انتخای نوع نیروگاه 105

1-3-مقایسه نیروگاه های پیش ساخته با نیروگاه های بزرگ 108

1-4-خلاصه ای از نیروگاه های سراسر جهان 109

2- استفاده های مستقیم از انرژی زمین گرمایی 111

2-1- پیدایش منابع و مشخصات آن ها 113

2-2- وضعیت استفاده مستقیم از انرژی زمین گرمایی در جهان 118

2-2-1- استفاده های گرمایشی 125

2-2-2- کاربردهای کشاورزی 128

2-2-3- کاربردهای صنعتی 133

2-2-3- جاذبه های گردشگری ، حمام  های آبدرمانی و استخرهای شنا 136

2-2-4- ذوب برف و یخ138

2-2-5- پمپ حرارتی زمین گرمایی 139

2-3- تجهیزات مورد استفاده در طرح های کاربرد مستقیم زمین گرمایی 141

2-4- دور نمای توسعه و پیشرفت کاربردهای مستقیم انرژی زمین گرمایی 145

3- پیشنهاداتی برای استفاده مستقیم از انرژی زمین گرمایی در ایران148

فصل چهارم – بررسی اقتصادی و زیست محیطی استفاده از انرژی زمین گرمایی

1-روند سرمایه گذاری در توسعه منابع زمین گرمایی 158

2-دیدگاه های اقتصادی در ارزیابی پروژه های زمین گرمایی 159

3-روند رشد تولید برق از انرژی زمین گرمایی 164

5-عوامل موثر در توسعه صنعت زمین گرمایی 176

5-1- بهای سوخت های فسیلی 176

5-2 هزینه های زیست محیطی 177

5-3- نرخ توسعه این تکونولوژی در آینده 177

7- اثرات زیست محیطی استفاده از انرژی زمین گرمایی 179

6-1 مقایسه میزان انتشار آلاینده ها 184

فهرست منابع 188