انرژى ژئوترمال به معناى «انرژى زمین‌گرمایى» یا انرژى با منشا درونى زمین است.  این انرژى، به شكل گرماى محسوس، از بخش درونى زمین منشا مى‌گیرد و در سنگ‌ها و آب‌هاى موجود در شکاف‌ها و منافذ داخل سنگ در پوسته‌ زمین وجود دارد. درجه‌ حرارت سنگ‌ها به طور پیوسته با عمق زمین افزایش مى‌یابد، هر چند نرخ افزایش درجه حرارت ثابت نیست. با این روند، درجه حرارت در قسمت بالایى جبه به مقادیر بالایى مى‌رسد و سنگ‌ها در این قسمت به نقطه‌ ذوب خود نزدیک مى‌شوند.

منشا این گرما در پوسته و جبه‌ زمین، به طور عمده تجزیه‌ مواد رادیواکتیو است. كه در طول عمر زمین، به طور آرام تولید شده و در درون زمین محفوظ و محبوس مانده است. و منبع انرژى مهمى فراهم كرده كه امروزه به عنوان انرژى نامحدودى در مقیاس انسانى مورد توجه قرار گیرد.

نظریه‌هاى موجود در خصوص تکامل زمین نیز مبنایى دیگر  براى توضیح وجود گرما در داخل زمین هستند. مطالعات نشان مى‌دهد که زمین در زمان پیدایش (حدود 5/4 میلیارد سال قبل) حالت مذاب داشته، تدریجا سرد شده و بخش خارجى آن به صورت جامد درآمده است. اما بخش‌هاى داخلى آن، به دلیل کندى از دست دادن گرما، حالت مذاب خود را حفظ کرده و داراى درجه حرارت بالایى است و مى‌تواند منبع گرمایى درونى پوسته باشد که از هسته به طرف خارج منتقل مى‌شود.

چگونگى انتقال گرماى زمین به سطح زمین

گرما از هسته زمین به طور پیوسته به طرف خارج حرکت مى‌کند. این جریان از طریق انتقال و هدایت گرمایى، گرما را به لایه‌هاى سنگى مجاور (جبه) مى‌رساند. وقتى درجه حرارت و فشار به اندازه کافى بالا باشد، بعضى از سنگ‌هاى جبه ذوب مى‌شوند و ماگما به وجود مى‌آید. سپس به دلیل سبکى و تراکم کمتر نسبت به سنگ‌هاى مجاور، ماگما به طرف بالا منتقل مى‌شود و گرما را در جریان حرکت، به طرف پوسته زمین حمل مى‌کند.

گاهى اوقات، ماگماى داغ به سطح زمین مى‌رسد و گدازه را به وجود مى‌آورد. اما بیشتر اوقات، ماگما در زیر سطح زمین باقى مى‌ماند و سنگ‌ها و آب‌هاى مجاور را گرم مى‌کند. این آب‌ها بیشتر منشاء سطحى دارند و حاصل آب بارانى هستند که به اعماق زمین نفوذ کرده است. بعضى از این آب‌هاى داغ از طریق گسل‌ها و شکست‌هاى زمین به طرف بالا حرکت مى‌کنند و به سطح زمین مى‌رسند که به عنوان چشمه‌هاى آب گرم و آبفشان شناخته مى‌شوند. اما بیشتر این آب‌ها در اعماق زمین، در شکاف‌ها و سنگ‌هاى متخلخل محبوس مى‌مانند و منابع زمین گرمایی را به وجود مى‌آورند.

     
مکان‌هاى مناسب براى بهره‌بردارى از انرژى زمین‌گرمایى

مناطق داراى چشمه‌هاى آب گرم و آبفشان‌ها، اولین مناطقى هستند که در آن‌ها انرژى زمین‌گرمایى مورد بهره‌بردارى قرار گرفته و توسعه یافته است. در حال حاضر، تقریبا تمام نیروى الکتریسیته حاصل از انرژى زمین‌گرمایى از چنین مکان‌هایى به دست مى‌آید. در بعضى از مناطق، تزریق ماگما به درون پوسته زمین، به اندازه کافى جدید و هنوز خیلى داغ است. در این نواحى، درجه حرارت سنگ ممکن است به 300 درجه ى سانتى‌گراد برسد و مقادیر عظیمى انرژى گرمایى فراهم کند. بنابراین، انرژى زمین‌گرمایى در مکان‌هایى که فرایندهاى زمین‌شناسى اجازه داده‌اند ماگما تا نزدیکى سطح زمین بالا بیاید، یا به صورت گدازه جریان یابد، مى‌تواند تشکیل شود.

ماگما نیز در سه منطقه مى‌تواند به سطح زمین نزدیک شود:

1-  محل برخورد صفحات قاره‌اى و اقیانوسى (فرورانش)؛ مثلا حلقه آتش دور اقیانوس آرام.

2-  مراکز گسترش؛ محلى که صفحات قاره‌اى از هم دور مى شوند، نظیر ایسلند و دره کافتى آفریقا

3-  نقاط داغ زمین؛ نقاطى که ماگما را پیوسته از جبه به طرف سطح زمین مى‌فرستند و ردیفى از آتشفشان را تشکیل مى‌دهند.

کاربرد انرژى زمین‌گرمایى

از زمان‌هاى دور، مردم از آب زمین‌گرمایى که آزادانه در سطح زمین به صورت چشمه‌هاى گرم جارى بودند، استفاده کرده‌اند. امروزه، با حفر چاه به درون مخازن زمین‌گرمایى، و مهار آب داغ و بخار، از آن براى تولید نیروى الکتریسیته در نیروگاه زمین‌گرمایى و  یا مصارف دیگر بهره‌بردارى مى‌کنند.

    
سه نوع نیروگاه زمین‌گرمایى براى تولید برق وجود دارد:

1-  نیروگاه خشک: این نیروگاه روى مخازن ژئوترمالى که بخار خشک با آب خیلى کم تولید مى‌کنند، ساخته مى‌شوند. در این روش، بخار از طریق لوله به طرف نیروگاه هدایت مى‌شود و نیروى لازم براى چرخاندن ژنراتور توربین را فراهم مى‌کند. این گونه مخازن با بخار خشک کمیاب است. بزرگترین میدان بخار خشک در دنیا، آب گرم جیزرز در 90 مایلى شمال کالیفرنیاست که تولید الکتریسیته در آن، از سال 1962 شروع شده است و امروزه به عنوان یکى از موفق‌ترین پروژه‌هاى تولید انرژى جایگزین محسوب مى‌شود.

2-  نیروگاه بخار حاصل از آب داغ: این نوع نیروگاه روى مخازن داراى آب داغ احداث مى‌شود. در این مخازن با حفر چاه، آب داغ به سطح مى‌آید و به دلیل آزاد شدن از فشار مخازن، بخشى از آن به بخار تبدیل مى‌شود. این بخار براى چرخاندن توربین به کار مى‌رود. چنین نیرگاه‌هایى عمومیت بیشترى دارند، زیرا بیشتر مخازن زمین‌گرمایى حاوى آب داغ هستند. فناورى مزبور براى اولین بار در نیوزلند به کار گرفته شد.

3-  نیروگاه ترکیبى (بخار و آب داغ): در این سیستم، آب گرم از میان یک مبدل گرمایى مى‌گذرد و گرما را به یک مایع دیگر مى‌دهد که نسبت به آب در درجه حرارت پائین ترى مى‌جوشد. مایع دوم در نتیجه گرم شدن به بخار تبدیل مى شود و پره هاى توربین را مى چرخاند. سپس متراکم مى شود و مایع حاصله دوباره مورد استفاده قرار مى‌گیرد. آب زمین‌گرمایى نیز دوباره به درون مخازن تزریق مى‌شود. این روش براى استفاده از مخازنى که به اندازه کافى گرم نیستند که بخار با فشار تولید کنند، به کار مى‌رود.

  
مزایاى استفاده از انرژى گرمایى براى تولید الکتریسیته

1-  تمیز بودن: در این روش همانند نیروگاه بادى و خورشیدى، نیازى به سوخت نیست، بنابراین سوخت‌هاى فسیلى حفظ مى‌شوند و هیچگونه دودى هم وارد هوا نمى‌شود.

2-  بدون مشکل بودن براى منطقه: فضاى کمترى براى احداث نیروگاه نیاز دارد و عوارضى چون ایجاد تونل، چاله‌هاى روباز، کپه‌هاى آشغال و یا نشت نفت و روغن را به دنبال ندارد.

3-  قابل اطمینان بودن: نیروگاه مى‌تواند در طول سال فعال باشد و به دلیل قرار گرفتن روى منبع سوخت، مشکلات مربوط به قطع نیروى محرکه در نتیجه ى بدى هوا، بلایاى طبیعى و یا تنش هاى سیاسى را ندارد.

4-  تجدید پذیرى و دائمى بودن

5-  صرفه جویى ارزى: هزینه‌اى براى ورود سوخت از کشور خارج نمى‌شود و نگرانى‌هاى ناشى از افزایش هزینه سوخت وجود نخواهد داشت.

6-  کمک به رشد کشورهاى در حال توسعه: نصب آن در مکان‌هاى دور افتاده مى‌تواند، استاندارد و کیفیت زندگى را با آوردن نیروى برق بالا ببرد.

با توجه به فوایدى که برشمرده شد، انرژى زمین‌گرمایى به رشد کشورهاى در حال توسعه بدون آلودگى کمک مى‌کند.

مصارف دیگر انرژى زمین‌گرمایى

آب زمین‌گرمایى در سرتاسر دنیا، حتى زمانى که به اندازه کافى براى تولید برق داغ نیست، مورد استفاده قرار مى‌گیرد. آب‌هاى زمین‌گرمایى که درجه حرارت آنها بین 50 تا 300 درجه فارنهایت است، مستقیما مورد استفاده قرار مى‌گیرند که موارد مصرف آنها به شرح زیر است:

_  براى تسکین درد عضلات در چشمه‌هاى داغ و درمان با آب معدنى (آب درمانى).

_  گرم کردن داخل ساختمان‌هاى منفرد و حتى منطقه‌اى که مجاور چشمه‌هاى گرم است. در این روش، سیستم‌هاى گرم کننده، آب زمین‌گرمایى را از طریق یک مبدل گرمایى پمپ مى‌کنند و گرما را به آب شهرى انتقال مى‌دهند و آب شهرى گرم شده، از طریق لوله‌کشى به ساختمان‌هاى شهر منتقل مى‌شود. در داخل ساختمان‌ها نیز، یک مبدل گرمایى دیگر گرما را به سیستم گرمایى ساختمان ها منتقل مى‌کند.

_  براى کمک به رشد گیاهان، سبزیجات و محصولات دیگر در گلخانه (زراعت).

_  براى کوتاه کردن زمان مورد نیاز رشد و پرورش ماهى، میگو، نهنگ و تمساح (آبزى پرورى).

_  براى پاستوریزه کردن شیر، خشک کردن پیاز، الوارکشى و براى شستن پشم (استفاده صنعتى).

بزرگترین واحد این سیستم گرمایى در دنیا، در «ریکیاویک» در ایسلند قرار دارد. از زمانى که این سیستم براى تامین گرماى شهر مذکور به کار مى‌رود، ریکیاویک به یکى از تمیزترین شهرهاى دنیا تبدیل شده است؛ در صورتى که قبل از آن بسیار آلوده بود.

موارد مصرف دیگرى نیز از گرماى زمین‌گرمایى وجود دارد. براى مثال، در «کلامث فالز» در اورگن آمریکا، زیر جاده‌ها و پیاده‌روها آب ژئوترمال لوله کشى مى‌شود، تا از یخ زدن آن‌ها در شرایط هواى یخبندان جلوگیرى شود. در نیومکزیکو، ردیفى از لوله‌ها که زیر خاک دفن شده‌اند، آب زمین‌گرمایى را انتقال مى‌دهند تا گل‌ها و سبزیجات پرورش یابند. با این شیوه، اطمینان حاصل مى‌شود که زمین یخ نمى‌‌زند. به علاوه، فصل رویش طولانى‌تر مى‌شود و روى هم رفته، محصولات کشاورزى سریع‌تر رشد مى‌کنند و بدون استفاده از گلخانه محافظت مى‌شوند.

کشورهایى که در حال حاضر از مخازن زمین‌گرمایى براى تولید الکتریسیته استفاده مى‌کنند، عبارتند از آمریکا، نیوزیلند، ایسلند، مکزیک، فیلیپین، اندونزى و ژاپن. استفاده از این انرژى در بسیارى از کشورها در حال گسترش است. راه حل استفاده بیشتر از انرژى زمین‌گرمایى، افزایش آگاهى عمومى و تقویت فناورى مرتبط با زمین‌گرمایى است.

منبع: سایت سازمان زمین‌شناسی كشور