تقييم إمكانية توليد الكهرباء من الطاقة الحرارية الأرضية

يتكون مصطلح الجيوثيرمال (أو الحرارية الأرضية) من الكلمتين اليونانيتين جيو (الأرض) وثيرم (الحرارة)، لذلك فالطاقة الحرارية الأرضية هي الحرارة المستخرجة من باطن الأرض. حيث يمكننا تحويل هذه الحرارة إلى بخار أو ماء ساخن يستخدم لتدفئة المباني أو توليد الكهرباء. وتعد الطاقة الحرارية الأرضية مصدرا من مصادر الطاقة المتجددة، لأن الحرارة تنتج باستمرار في باطن الأرض. ومكان تولد الطاقة الحرارية الأرضية هو باطن أعماق الأرض.
تتولد الطاقة الحرارية الأرضية في نواة الأرض، حيث تتولد باستمرار درجات حرارة أكثر سخونة من سطح الشمس داخل الأرض نتيجة التحلل البطيء للجسيمات المشعة، وهي العملية التي تحدث في جميع الصخور.
وتسمى المناطق الواسعة من الموارد المائية الحرارية التي تظهر طبيعيا بخزانات الطاقة الحرارية الأرضية. وتقع معظم خزانات الطاقة الحرارية الأرضية في أعماق الأرض ولا توجد عليها أدلة واضحة ظاهرة فوق سطح الأرض. ولكن الطاقة الحرارية الأرضية في بعض الأحيان تجد طريقها إلى السطح في شكل:
- البراكين وفوهات الغازات البركانية (الفتحات التي تخرج منها الغازات البركانية)
- الينابيع الساخنة
- السخانات الطبيعية
وعادة ما توجد موارد الطاقة الحرارية الأرضية الأكثر نشاطا على طول حدود الصفائح الكبرى حيث تتركز الزلازل والبراكين. وعندما تقترب الحمم من السطح، فإنها ترفع درجات حرارة المياه الجوفية المحاصرة في الصخور المسامية أو المياه الجارية على طول أسطح الصخور المتحطمة وعند الصدوع. وتعرف هذه الخصائص باسم الحرارية المائية، ودائما ما تضم مكونين مشتركين: الحرارة (الحرارية) والماء (المائية).
ويستخدم الجيولوجيون أساليب مختلفة للبحث عن مكامن الطاقة الحرارية الأرضية. ويعد حفر بئر واختبار درجة حرارة أعماق الأرض هو الأسلوب الأكثر موثوقية للتوصل إلى خزانات الطاقة الحرارية الأرضية.
وتستخدم بعض تطبيقات الطاقة الحرارية الأرضية درجات حرارة الأرض القريبة من السطح، في حين أن البعض الآخر يتطلب الحفر لأميال داخل الأرض. وتتمثل الاستخدامات الرئيسية الثلاثة للطاقة الحرارية الأرضية فيما يلي:
- الاستخدام المباشر ونظم التدفئة المركزية باستخدام الماء الساخن من الينابيع أو الخزانات القريبة من السطح.
- محطات توليد الطاقة الكهربائية التي تتطلب الماء أو البخار شديد ارتفاع درجة الحرارة (300 إلى 700 درجة فهرنهايت). وتبنى محطات الطاقة الحرارية الأرضية بشكل عام حيث توجد خزانات الطاقة الحرارية الأرضية على بعد ميل أو ميلين من السطح.
- مضخات الحرارة الأرضية التي تستخدم درجات حرارة الأرض أو المياه المستقرة بالقرب من سطح الأرض للتحكم في درجة حرارة مبنى فوق سطح الأرض.

الاستخدام المباشر للطاقة الحرارية الأرضية
كانت هناك استخدامات مباشرة للماء الساخن كمصدر للطاقة منذ العصور القديمة. فقد استخدم قدماء الرومان والصينيين- وعرفت الثقافات الأمريكية المحلية استخدام - الينابيع المعدنية الساخنة للاستحمام، والطبخ، والتدفئة. وإلى اليوم لا تزال تستخدم العديد من الينابيع الساخنة للاستحمام، وكثير من الناس يعتقدون أن المياه الساخنة الغنية بالمعادن تتمتع بقوى شفاء طبيعية.
والاستخدام المباشر الأكثر شيوعا للطاقة الحرارية الأرضية هو تدفئة المباني من خلال أنظمة التدفئة المركزية. ويمكن ضخ الماء الساخن القريب من سطح الأرض مباشرة إلى المباني والمصانع لتدفئتها. ويوفر نظام التدفئة المركزية الحرارة لنسبة 95 في المائة من المباني في مدينة ريكيافيك في آيسلندا.
وتشمل التطبيقات الصناعية للطاقة الحرارية الأرضية تجفيف الغذاء، وتعدين الذهب، وبسترة الحليب. ويعد تجفيف منتجات الخضراوات والفواكه الاستخدام الصناعي الأكثر شيوعا للطاقة الحرارية الأرضية.
وتتمتع الولايات المتحدة بالريادة العالمية في مجال توليد الكهرباء من الطاقة الحرارية الأرضية. وفي عام 2012 أصبحت هناك ست ولايات فيها محطات للطاقة الحرارية الأرضية:
- كاليفورنيا فيها 36 محطة طاقة حرارية أرضية تنتج نحو 80 في المائة من الكهرباء الحرارية الأرضية في الولايات المتحدة.
- نيفادا فيها 21 محطة طاقة حرارية أرضية تنتج نحو 16 في المائة من الكهرباء الحرارية الأرضية في الولايات المتحدة.
- يوتا فيها محطتان، وكل من هاواي وايداهو، وأوريغون فيها محطة واحدة للطاقة الحرارية الأرضية.
وتسهم الطاقة الحرارية الأرضية بحصة كبيرة من الطاقة المولدة في بلدان عدة. وفي عام 2010 كانت 24 دولة من بينها الولايات المتحدة فيها محطات لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية تولد طاقة إجمالية تبلغ 63.9 مليار كيلوواط ساعة. وكانت الفلبين ثاني أكبر منتج للطاقة الحرارية الأرضية بعد الولايات المتحدة بطاقة تبلغ 9.4 مليار كيلوواط ساعة، والتي تعادل نحو 16 في المائة من إجمالي الطاقة المولدة في البلاد. وتنتج آيسلندا - التي تعد سابع أكبر منتج بطاقة تبلغ 4.3 مليار كيلوواط ساعة – 26 في المائة من إجمالي الكهرباء فيها عبر الطاقة الحرارية الأرضية.