سیستم‌های زمین‌گرمایی پیشرفته (EGS) نشان‌دهنده نسل بعدی بهره‌برداری از انرژی زمین‌گرمایی هستند. برخلاف سیستم‌های زمین‌گرمایی سنتی که به مخازن طبیعی آب داغ یا بخار متکی هستند، EGS به دنبال دسترسی به منابع حرارتی سنگ‌های داغ و خشک در اعماق زمین است. هدف اصلی این فناوری، گسترش جغرافیایی انرژی زمین‌گرمایی به مناطقی است که فاقد سیستم‌های هیدروترمال طبیعی هستند.
۱. اصول فنی و عملکرد سیستم EGS
سیستم EGS با تقلید مصنوعی از یک مخزن زمین‌گرمایی طبیعی، امکان استخراج پایدار انرژی را فراهم می‌کند.
- هدف: ایجاد یک سیستم چرخشی بسته برای انتقال حرارت از عمق (سنگ‌های داغ) به سطح.
- تزریق سیال: در EGS، سیال کاری (معمولاً آب یا سیال مخصوص) از طریق چاه تزریق به داخل سنگ‌های داغ در عمق (3 تا 10 کیلومتری) پمپ می‌شود.
- شکاف‌زایی مصنوعی: برای اینکه سیال بتواند در داخل سنگ‌ها گردش کند، از تکنیک‌هایی شبیه به شکاف‌زایی هیدرولیکی (Hydraulic Fracturing) استفاده می‌شود. این فرآیند، شکاف‌ها و تخلخل‌های طبیعی موجود در سنگ را تقویت کرده و یک شبکه بزرگ تبادل حرارت ایجاد می‌کند.
- استخراج حرارت: سیال در این شبکه حرارت سنگ‌ها را جذب کرده و از طریق چاه تولید به سطح زمین بازگردانده می‌شود.
- تبدیل به برق: در سطح زمین، این سیال داغ برای تولید بخار و به حرکت درآوردن توربین‌های برق استفاده می‌شود.
۲. امکان‌سنجی EGS به عنوان منبع انرژی پایه
بزرگترین مزیت EGS قابلیت اطمینان آن در تأمین انرژی است که آن را به یک منبع ایده‌آل انرژی پایه (Base Load) تبدیل می‌کند.
- منبع انرژی پایه: EGS می‌تواند به صورت ۲۴ ساعته و ۷ روز هفته برق تولید کند، زیرا به عواملی مانند خورشید، باد یا آب وابسته نیست. این پایداری، EGS را از سایر انرژی‌های تجدیدپذیر متناوب متمایز می‌کند.
- پتانسیل گسترده جغرافیایی: برآورد می‌شود که گرمای کافی برای تولید انرژی در زیر تمام مناطق کره زمین وجود دارد؛ تنها محدودیت، عمقی است که برای دسترسی به دماهای عملیاتی نیاز است. EGS به کشورها و مناطقی که فاقد منابع سنتی هیدروترمال هستند، اجازه می‌دهد تا از انرژی زمین‌گرمایی استفاده کنند.
- ردپای زیست محیطی کم: در مقایسه با سوخت‌های فسیلی، EGS انتشار گازهای گلخانه‌ای بسیار پایینی دارد. همچنین، برخلاف سیستم‌های سنتی، سیستم‌های EGS می‌توانند در حالت چرخشی بسته کار کنند، یعنی سیال تزریق شده دوباره به زمین بازگردانده می‌شود، که مصرف آب را به حداقل می‌رساند.
۳. چالش‌های فنی و اقتصادی کارایی EGS
با وجود پتانسیل بالا، EGS با موانع فنی و اقتصادی مهمی مواجه است که کارایی آن را به چالش می‌کشد.
- چالش‌های حفاری عمیق: حفاری چاه‌های عمیق (بیش از 5 کیلومتر) در سنگ‌های سخت و داغ، بسیار پرهزینه و زمان‌بر است. هزینه حفاری، بخش عمده‌ای از بودجه پروژه‌های EGS را تشکیل می‌دهد.
- ایجاد و پایداری مخزن: بزرگترین چالش فنی، ایجاد موفقیت‌آمیز شبکه تبادل حرارت در سنگ‌های داغ و اطمینان از پایداری طولانی‌مدت این شبکه است. در طول زمان، احتمال دارد که سیال تزریق شده مسیرهای بهینه را پیدا کرده و با میان‌بر زدن حرارت (Thermal Short-Circuiting)، کارایی استخراج حرارت را کاهش دهد.
- لرزه‌خیزی القایی (Induced Seismicity): تزریق سیال با فشار بالا به داخل زمین برای شکاف‌زایی، می‌تواند باعث تحریک گسل‌های خاموش و ایجاد زلزله‌های کوچک القایی شود. مدیریت این ریسک ایمنی، نیازمند نظارت دقیق (مانند سیستم "چراغ راهنما" - Traffic Light System) و تنظیم دقیق فشار تزریق است.
- خوردگی و رسوب‌گذاری: دما و مواد معدنی موجود در سنگ‌ها می‌توانند باعث خوردگی شدید تجهیزات سطح زمین و رسوب‌گذاری در داخل چاه‌ها و مبدل‌های حرارتی شوند که هزینه‌های نگهداری را افزایش می‌دهد.
۴. نتیجه‌گیری
سیستم‌های EGS پتانسیل لازم برای تبدیل انرژی زمین‌گرمایی به یک منبع انرژی پایه قابل اعتماد در سطح جهانی را دارند و وابستگی به شرایط جغرافیایی خاص را از بین می‌برند. با این حال، کارایی تجاری در مقیاس وسیع، مستلزم کاهش قابل توجه هزینه‌های حفاری عمیق و توسعه روش‌های مطمئن‌تر برای کنترل لرزه‌خیزی القایی و مدیریت پایداری مخزن حرارتی است. تحقیقات کنونی روی مواد حفاری پیشرفته و الگوریتم‌های مدیریت مخزن متمرکز هستند تا EGS را به یک راه‌حل اقتصادی و گسترده تبدیل کنند.
