آشنایی با نیروگاه زمین گرمایی روسیه
آشنایی با پدیده زمین گرمایی:
مرکز زمین( به عمق تقریبی ۶۴۰۰ کیلومتر)که در حدود ۴۰۰۰ درجه سانتیگراد حرارت دارد، به عنوان یک منبع حرارتی عمل نموده و موجب تشکیل و پیدایش مواد مذاب با درجه حرارت ۶۵۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد در اعماق ۸۰ تا ۱۰۰ کیلومتری از سطح زمین می گردد. بطور میانگین میزان انتشار این حرارت از سطح زمین که فرایندی مستمراست معادل ۸۲ میلی وات در واحد سطح است که با در نظر گرفتن مساحت کل سطح زمین(۱۰*۱/۵ متر مربع) ، مجموع کل اتلاف حرارت از سطح آن، برابر با ۴۲ میلیون مگاوات است. در واقع این میزان حرارت غیر عادی، عامل اصلی پدیده های زمین شناسی از جمله فعالیت های آتشفشانی، ایجاد زمین لرزه ها، پیدایش رشته کوه ها( فعالیت های کوه زایی) و همچنین جابجایی صفحات تکتونیکی می باشد که کره زمین را به یک سیستم دینامیک تبدیل نموده و پیوسته آن را تحت تغییرات گوناگون قرار می دهد.
امروزه با بهره گیری از فنآوری های موجود، تنها بخش کوچکی از این منبع سرشار مهار شده و بطور اقتصادی قابل بهره برداری است.
هم اکنون در ۲۲ کشور جهان که از این انرژی استفاده می شود مجموع قدرت اسمی کل نیروگاه های تولید برق از این انرژی بیش از ۸۰۰۰ مگاوات می باشد. این در حالی است که بیش از ۵۰ کشور جهان نیز با مجموع ظرفیت نصب شده بیش از ۱۵۰۰۰ مگاوات حرارتی از این منبع انرژی در کاربردهای غیر نیروگاهی بهره برداری می نمایند.
انرژی زمین‌گرمایی در روسیه
ممکن است بحث در خصوص کاربرد انرژی های تجدید‌پذیر و بویژه انرژی زمین‌گرمایی در کشور روسیه که دارای ذخایر بسیار عظیم سوخت های فسیلی (بویژه گاز طبیعی) است قدری عجیب به نظر می‌آید. اما حتی این کشور غنی از انرژی نیز در برخی از نقاط دور دست خود با مشکل تامین برق ساکنانش مواجه است. بدین ترتیب که هزینه حمل سوخت نیروگاه ها به نقاط مذکور نیازمند صرف هزینه‌های زیادی است. به عنوان مثال این وضعیت در منطقه کامچاتکا که نیروگاه ماتنوسکی در آن واقع شده است، وجود دارد. لذا مقامات محلی سعی دارند تا با اکتشافات میادین زمین‌گرمایی منطقه و بهره‌برداری از آن جهت تولید برق بر مشکل مذکور غلبه کنند. در این مقاله نخست تاریخچه کاربرد انرژی زمین‌گرمایی در روسیه به اختصار مطرح شده سپس مطالبی پیرامون منطقه زمین‌گرمایی ماتنوسکی و نیروگاه مربوطه ارایه شده است.
تاریخچه بهره‌برداری از انرژی زمین‌گرمایی در روسیه
نخستین تجربه روس ها در تولید برق از منابع زمین‌گرمایی در منطقه پاراتونسکی کامچاتکا (در شرق روسیه) در سال ۱۹۶۷ بود که برای نخستین بار در جهان از سیکل دو مداره برای تولیدبرق از منابع زمین‌گرمایی حرارت پایین استفاده شد. ظرفیت نیروگاه مذکور حدود kw600 بود.
نخستین نیروگاه زمین‌گرمایی بزرگ روسیه در سال ۱۹۶۷ و در منطقه پوزتسکی کامچاتکا احداث شد. ظرفیت نصب شده مرحله اول نیروگاه ۵ مگاوات بود که در سال ۱۹۸۲ پس از نصب تجهیزات مرحله دوم، ظرفیت آن به ۱۱ مگاوات افزایش یافت. در سال ۱۹۸۷ نیز یک نیروگاه کوچک از نوع بدون کندانسور به ظرفیت حدود ۳۰۰ کیلو وات نصب شد.
در روسیه از منایع حرارت پایین عمدتاً جهت تامین گرمایش منطقهای و یا گرمایش استخرهای شنا، گلخانه‌ها و مزارع پرورش ماهی و یا درمان بیماری ها استفاده می‌شود. اخیراً کاربرد منابع
زمین‌گرمایی در روسیه توسعه زیادی یافته است. در واقع وزارت علوم روسیه متولی توسعه طرح های کاربرد انرژی زمین‌گرمایی در کشور است.
کاربرد انرژی زمین‌گرمایی در منطقه کامچاتکا
شبه جزیره کامچاتکا همراه با جزایر کوریل در منتهی‌الیه شرق روسیه واقع شده است. ساکنین این مناطق جهت تامین برق مورد نیاز خود وابستگی شدیدی به سوخت فسیلی وارداتی دارند. اخیراً هزینه تولید برق در نواحی مذکور به ۲۵ سنت به ازاء هر کیلووات ساعت بالغ شد که متعاقب آن سیاستگزاران انرژی بر آن شدند تا استراتژی پیشین خود را تغییر داده و توجه بیشتری به منابع انرژی های تجدید‌پذیر کنند. یکی از انواع انرژی‌های تجدید‌پذیر، انرژی زمین‌گرمایی است که روس ها تجربیات فراوانی در خصوص بهره‌برداری از آن دارند. آنها تاکنون حدود ۱۰۰۰ حلقه چاه در زمینه اکتشاف و استخراج منابع زمین‌گرمایی حفر کرده‌اند که رقم بسیار قابل توجهی است. منطقه کامچاتکا دارای ذخایر فراوان انرژی زمین‌گرمایی است که با مطالعات اکتشافی صورت گرفته، پتانسیل آنها برآورد شده است. طبق محاسبات بعمل آمده، منابع زمین‌گرمایی مذکور قادر خواهند بود برق مورد نیاز شبه جزیره کامچاتکا را با هزینه بسیار کمتری نسبت به سوخت های فسیلی تامین کنند.
منطقه زمین‌گرمایی ماتنوسکی
این منطقه در جنوب شبه‌جزیره کامچاتکا قرار دارد. در واقع این منطقه زمین‌گرمایی بخشی از منطقه آتشفشانی کامچاتکای جنوبی است که در حدود ۸ کیلومتری شمال کوه آتشفشانی ماتنوسکی واقع شده است. نزدیک‌ترین منطقه مسکونی به آن شهر پتروپاولوسک – کامچاتسکی است که ۱۲۵ کیلومتر بامنطقه زمین‌گرمایی فاصله دارد. در زمستان دسترسی به منطقه زمین‌گرمایی مشکل است زیرا در این ایام بدلیل بارش سنگین برف صرفاً با انجام عملیات برف روبی می‌توان از جاده‌ها عبور کرد. منطقه زمین‌گرمایی ماتنوسکی یکی از بزرگترین نواحی روی کره زمین است که حجم زیادی از حرارت داخل زمین به سطح آن راه می‌یابد. بر اساس مطالعات اکتشافی بعمل آمده مشخص شده است که منابع زمین‌گرمایی مناطق کامچاتکا و جزایر کوریل مشترکاً قادر به تولید ۲۰۰۰ مگاوات برق هستند.
این منطقه که حدود ۳۰ کیلومتر مربع وسعت دارد شامل آثار و شواهد حرارتی است که در مجاورت آتشفشان های فعال وسیستم های زمین‌گرمایی حرارت بالا قرار دارند. در جنوب منطقه نیز کوه آتشفشان ماتنوسکی وجود دارد که در مجاورت آن گازفشان های حرارت بالا و چشمه‌های آب داغ مشاهده می‌شوند واز یال شمالی و دهانه آن نیز بخار خارج می‌شود.
این منطقه از نظر فعالیت آتشفشانی بسیار فعال است و در آن دو آتشفشان فعال وجود دارد: ماتنوسکی و گورلی. البته یک آتشفشان خاموش و فرسایش یافته نیز به نام ژیروفسکی نزدیکی منطقه زمین‌گرمایی به چشم می‌خورد. در اطراف دهانه آتشفشان ماتنوسکی فعالیت‌های شدید گازفشانی مشاهده می‌شود. آخرین فعالیت کوه آتشفشانی ماتنوسکی در سال ۲۰۰۱ رخ داد. در آن هنگام ناگهان دهانه آتشفشان منفجر شد که بر اثر آن خاکسترهای آتشفشانی به هوا پرتاب شدند.
اکتشاف منطقه زمین‌گرمایی ماتنوسکی طی سالهای ۱۹۷۸ تا ۱۹۹۰ انجام شده است. تاکنون بیش از ۸۰ حلقه چاه که عمق آنها بین ۱۰۰۰ تا ۲۵۰۰ متر است در منطقهای به وسعت km225 حفر شده است.
با استفاده از نتایج عملیات حفاری، تا حدود زیادی محدوده مخزن ماتنوسکی مشخص شد. در حال حاضر در نظر است که یک نیروگاه ۱۲۰ مگاواتی در مرکز منطقه زمین‌گرمایی احداث شود. ماتنوسکی از نوع آب داغ بالنده است. به این معنی که سیال غالب در مخزن آب داغ است. طبق برآوردهای بعمل آمده منبع زمین‌گرمایی ماتنوسکی توانایی تولید ۳۰۰ مگاوات برق را دارد.
به طور کلی منابع زمین‌گرمایی منطقه کامچاتکا به دو دسته حرارت بالا و حرارت پایین تقسیم‌بندی می‌شوند. منابع حرارت بالا (۱۵۰ درجه سانتیگراد) دارای پتانسیلی معادل MWe1130 هستند. منابع حرارت پایین (۱۵۰ > درجه سانتیگراد) دارای پتانسیل MWt 1345 برای یک دوره ۱۰۰ ساله هستند. تاکنون طبق اکتشافات انجام شده بیش از ۲۰ میدان زمین‌گرمایی در منطقه کامچاتکا کشف شده است.
در بین همه میدانهای کشف شده میدان زمین‌گرمایی ماتنوسکی میدانی شاخص به شمار می‌رود. تاکنون تمامی مطالعات اکتشافی ضروری در این میدان انجام شده است و اکنون برای استفاده‌های مختلف (تولید برق و کاربردهای صنعتی) کاملاً آماده است. حدود ۳۰ درصد چاه های حفر شده در میدان ماتنوسکی،چاه های تولیدی هستند.
سیال های تولید شده از میدان مذکور مخلوط بخار خشک و بخار مرطوب است که درجه حرارت آن بیش از ۲۴۰ درجه سانتیگراد بوده و آنتالپی آن معادل Kcal/kg 660 است. از نظر ترکیب شیمیایی، سیال خروجی از چاه ها در زمره آب های کلریده، کلریده- سولفاته قرار می‌گیرندکه آنیون های آنها سولفات و کلرید و مهمترین کاتیون های آنها سدیم و کلسیم هستند. مهمترین گاز غیرقابل میعان مخزن اسید کربنیک (بیش از ۷۰ درصد وزنی) است. به علاوه در سولفید هیدروژن، نتیروژن، اکسیژن،متان و هیدروژن نیز وجود دارد. میزان H2S موجود در سیال مخزن به طور میانگین حدود ۱۰ درصد حجم کل گازهای خروجی از چاه ها است.
ن
نیروگاه زمین‌گرمایی ماتنوسکی
در مرحله اول، یک نیروگاه ۱۲ مگاواتی احداث شد. این نیروگاه در حقیقت یک نیروگاه زمین‌گرمایی نمونه (پایلوت) از مجموعه‌ای از چند نیروگاه زمین‌گرمایی است که در منطقه ماتنوسکی ساخته و راه‌اندازی خواهد شد. در هنگام احداث نیروگاه ماتنوسکی موارد زیر موردتوجه قرار داشت:
• سیستم آماده سازی بخار مدولار که به صورت پیش ساخته بود پس از مونتاژ مورد استفاده قرار گرفت.
• اغلب اجزاء نیروگاه (شامل توبو ژنراتورها، قطعات الکتروتکنیکی، کنترل پانل اصلی و …) در کارخانه ساخته شده و در محل نیروگاه به یکدیگر متصل شدند.
• با استفاده از کندانسورهای هوایی از تماس مستقیم سیال زمین‌گرمایی با محیط اطراف جلوگیری شد.
سیال دو فازی (مخلوط آب داغ وبخار) از طریق لوله‌ها در مخزن جمع‌آوری شده و پس از انجام عمل جدایش در دو مرحله به سمت سه واحد قدرت که ظرفیت هر یک ۴ مگاوات است، هدایت می‌شود. بخار با فشار P0=0..8 Mpa و درجه حرارت ۱۷۰ درجه سانتیگراد ودر حالتی که کاملاً خشک است (میزان رطوبت آن کمتر از ۰۵/۰ درصد است) وارد توربین می‌شود. کیفیت بخار در ورودی توربین مشابه کیفیت آن در نیروگاه های حرارتی فشار متوسط است. به منظور افزایش کارایی کاربرد انرژی زمین‌گرمایی، آب داغ (دارای درجه حرارت ۱۷۰درجه سانتیگراد) بعد از جداکننده‌ها به سمت مخازن تبخیر آنی هدایت می‌شود. دراین مخازن بخار دارای فشار ۰٫۴ Mpa تولیدمی‌شود. از این بخار (حدود ۱۰ تن بر ساعت) در انجکتورها جهت مکش و جدایش گازهای غیرقابل میعان و بیوژه گاز سولفید هیدروژن (H2S) استفاده می‌شود. گاز H2S خارج شده از کندانسور، وارد دستگاه جاذب می‌شود که درآن گاز H2S در بخار چگالش یافته حل شده به سمت چاه های تزریقی هدایت می‌شود. همانگونه که مشخص است گاز مذکور بدون هیچ ارتباطی با محیط اطراف مجدداً به درون مخزن زمین‌گرمایی تزریق می شود. آب چگالیده خروجی از کندانسور به اندازه کافی خالص و تمیز بوده صرفاً دارای مقدار کمی از املاح گوناگون به صورت محلول است. بنابراین چنانچه در طراحی سیکل تولید برق، درجه حرارت آب چگالیده حدود ۵۰ درجه سانتیگراد در نظر گرفته شود،می‌توان آنرا بدون مشکل رسوبگذاری در لوله‌ها و چاههای تزریقی به درون چاهها تزریق کرد.
