إن الطاقة الجيوحرارية هي مصدر الطاقة المتجددة الوحيد، غير طاقة المد والجزر التي تعتمد على الشمس كمصدرها الأولي للطاقة. تم تحديد درجات الحرارة العالية السائدة عميقاً في قشرة الأرض منذ زمن بعيد كمصدر كبير محتمل للطاقة من أجل كل من التدفئة وتوليد الكهرباء. يعتبر استخدام الطاقة الجيوحرارية عملياً أكثر في أماكن حيث تكون درجة حرارة الأرض عالية قريباً من سطح الأرض، وهذه غالباً ما تكون قريبة من مناطق نشطة جيولوجياً والتي تزوّد ينابيع حارة أو فوهات بخارية (الحمّة). تم استخدام هذا المصدر من الطاقة بواسطة الإنسان منذ الأزمنة القديمة عادةً على شكل حمامات حرارية طبيعية، لكن البحث عن بدائل للوقود الأحفوري قاد إلى اهتمامات متجددة في النشاط الجيوحراري تستخدم معظم الطاقة الجيوحرارية مباشرةً لتوفير الحرارة للأبنية والعمليات الصناعية، وفي نهاية عام 2000 كانت القدرة الحرارية العظمى المركبة عالمياً بالنسبة إلى تطبيقات التدفئة غير - الكهربائية أعلى من 15.000 ميغا واط حرارية بحسب (2005 ,International Geothermal Association). تعتبر ايسلندا المستخدم الأكبر الثالث للطاقة الجيوحرارية المستخدمة للتدفئة بعد الولايات المتحدة والصين، بقدرة عظمى حرارية حوالي 1470 ميغا واط حرارية مستخدمة في عام 2000. ومن المتوقع أن تنمو هذه القدرة كثيراً في السنوات القادمة، عندما تضع ايسلندا نفسها لتكون السباقة في استخدام الطاقة المتجددة. وفي بعض البلدان، وبالأخص في الولايات المتحدة، الفيليبين، المكسيك وإيطاليا تعتبر الطاقة الجيوحرارية أيضاً مصدراً مهماً للطاقة الأولية لتوليد الكهرباء في نهاية عام 2003 كانت القدرة العظمى لتوليد الكهرباء جيو حرارياً في العالم حوالي 8400 ميغا واط كهربائية، بكون الولايات المتحدة السباقة بحوالي 2020 ميغا واط كهربائية من القدرة العظمى المركبة تتبعها بشكل متقارب الفيليبين بقدرة 1930 ميغا واط كهربائية. وتوفّر القدرة العظمى الجيوحرارية للولايات المتحدة أقل من 0.5 في المئة من إجمالي توليد الطاقة الكهربائية، بينما في الفيليبين تمثل هذه القدرة حوالى 22 في المئة من إجمالي التوليد ولدى ايسلندا قدرة عظمى جيوحرارية كهربائية مركبة أصغر بكثير وهي حوالى 200 ميغا واط كهربائية، لكن بما أنها بلد صغير جداً تشكل هذه القدرة حوالى 15 في المئة من إجمالي توليد الكهرباء.

يتم توليد الكهرباء باستخدام تكنولوجيا المحطات البخارية التقليدية، لكن تصميم مجمل النظام يختلف بشكل كبير، معتمداً على نوع مصدر الطاقة الجيوحرارية. أبسط نوع من المحطات يغذي» البخار الجاف» المنتج طبيعياً في بعض المواقع الجيوحراية مباشرةً إلى التوربين البخاري الذي يوفر القدرة (الميكانيكية) لقيادة المولد، تماماً كما يحدث في محطة الوقود الأحفوري التقليدية. يتم تشكيل البخار طبيعياً عندما تواجه المياه في قشرة الأرض الصخور الحارة على عمق كيلومترات عدة تحت سطح الأرض. يمكن لهذا البخار المولد بهذه الطريقة أن يجد طريقه في بعض الأحيان، إلى السطح عبر الشقوق الطبيعية في الصخور المحيطة، كما يتضح بنشاط الفوهات البخارية كتلك التي أصبحت مشهورة بالثوران المنتظم للفوهة البخارية (Old Faithfull) في (Yellowstone Park في وايومينغ (Wyoming)، الولايات المتحدة وفي معظم الحالات، إن البخار المُشكّل على عمق معيّن لا يصل بشكل طبيعي إلى السطح، لكن يمكن الوصول إليه بيسر بواسطة حفر آبار تصل إلى خزانات جيوحرارية. تكون درجة الحرارة والضغط لهذا البخار المولد طبيعياً عادة أقل بكثير مما هي الحالة في محطة وقود أحفوري تقليدية، وذلك يؤدي إلى كفاءة حرارية أقل، وإلى استخدام توربينات مصممة خصيصاً لمثل هذه الحالات. أولى التجارب لمعرفة ما إذا كان من الممكن استخدام الطاقة الجيوحراية على شكل بخار جاف) مباشرة لتوليد الكهرباء، تم الشروع بها في الارديريلو، إيطاليا، عام 1904. بدأت هذه التجارب باختبارات استخدمت محركاً بخارياً تردّدياً صغيراً بقدرة كيلو واطات كهربائية عدة، وأدى نجاح هذه الاختبارات إلى التوسع بثبات بحيث بلغت القدرة العظمى المركبة في لارديريلو حوالي 550 ميغاواط كهربائية والمحطة الأخرى الوحيدة ذات البخار الجاف الموجودة حالياً، وهي المحطة الجيوحرارية الأكبر في العالم، هي محطة الفوهات البخارية (The Geysers) الواقعة في شمال كاليفورنيا. بدأت هذه المحطة بالتشغيل في عام 1960 بقدرة أولية عظمى تساوي 11 ميغا واط كهربائية واليوم لديها قدرة عظمى مركبة حوالي 1700 ميغاواط كهربائية.

ليس هناك عدد كبير من المصادر الجيوحرارية التي تنتج بخاراً جافاً عند درجة حرارة وضغط مناسبين من أجل الاستخدام المباشر في توربين بخاري، وبالنسبة إلى مصادر ذات درجة حرارة أقل، التي تتألف عادةً من مياه حارة ذات ضغط عال أو خليط من مياه مشبعة وبخار (عادة) يدعى بالبخار الرطب، هناك طريقة تدعى البخار المندفع (Flash-steam) يتم استخدامها في هذه الطريقة يتم دفع السائل الحار أو البخار الرطب الطبيعي إلى وعاء حيث الضغط أقل بكثير، ونتيجة ذلك، يندفع السائل متحولاً إلى بخار يُدفع بعدئذ إلى توربين بخاري ذي ضغط منخفض. يمكن أن يبقى بعض السائل عند ضغط أقل، معتمداً ذلك على ضغط ودرجة حرارة الماء الوارد أو مصدر البخار الرطب، ويُفصل هذا السائل في الوعاء ويُعاد إلى قشرة الأرض في بئر إعادة الحقن إن معظم المحطات الجيوحرارية تعمل بهذا الشكل، وعادة يستعمل كل من آبار الإنتاج وآبار «إعادة الحقن» لكي يكون هناك أقل تأثير ممكن في البيئة. حتى بالنسبة إلى مصادر ذات درجة حرارة أقل، يستخدم في بعض الأحيان تصميم دورة ثنائية للمحطة في هذا التصميم يستخدم مبادل حراري لنقل الحرارة من الماء الحار الصاعد من بئر الإنتاج إلى مائع ثانوي، عادة مبرد (مائع) أو مائع آخر ذو درجة غليان منخفضة، بحيث يمكن توليد البخار واستخدامه لإدارة توربين في هذه الحالة، يتم تكثيف المبرد أو المائع الثانوي بعد الخروج من التوربين ثم تتم إعادته عبر المبدل الحراري في حلقة مغلقة. بعد ذلك يحصل فصل كلي لسائل التشغيل المستخدم في الدورة الثنائية عن المصدر الجيوحراري، ويُرسل الماء المبرد المتدفّق إلى بئر الحقن مباشرة بعد خروجه من المبادل الحراري. إن التجهيزات الأكثر تخصصاً المطلوبة من أجل محطة الدورة الثنائية، بالترافق مع درجة حرارة التشغيل الأقل، تؤدي إلى كلفة إنشائية أعلى مقارنةً بمحطة بخار جاف بسيطة في الماضي، حَدَّت هذه الكلفة الأعلى نوعاً ما من التوسع في توليد الكهرباء الجيوحرارية عند درجة حرارة منخفضة، لكن الأسعار المتزايدة للوقود الأحفوري والحاجة إلى مصادر طاقة مستدامة سوف تؤديان، من دون شك، إلى توسع كبير لإنتاج الطاقة الجيو حراية في العقود القادمة.

إن استخدام مضخات حرارة مصدر - أرض» توفّر طريقة للحصول على كميات كبيرة من الطاقة الحرارية من مصادر جيوحرارية ذات درجة حرارة منخفضة جداً، أو حتى من تحت التربة بأمتار قليلة تحت سطح الأرض. بما أن درجة حرارة الأرض تبقى ثابتة فعلاً تحت سطح الأرض مباشرةً، لذا يمكن استخدامها كمصدر للحرارة في معظم أجزاء العالم. تعمل المضخة الحرارية كالثلاجة لكن بشكل معاكس، تأخذ الحرارة من الأرض عند درجة حرارة منخفضة نسبياً وبعدئذ ترخلها عند درجة حرارة أعلى من أجل الاستخدام في تطبيقات التدفئة عادةً في مثل هذا نوع من المشاريع، يُطمر أنبوب دائري على شكل حلقة في الأرض قرب البناء المراد تدفئته، بعدئذ يمرر مبرد (مائع التبريد) من طرف المُبخّر للمضخة الحرارية عبر هذه الحلقة. تستخدم حرارة الأرض لتبخير المبرد الذي يضغط بعدئذ إلى ضغط أعلى ودرجة حرارة أعلى قبل نقله بالأنابيب إلى المكثف. والمكثّف هو عبارة عن مبادل حراري ينقل بعدئذ الحرارة إلى نظام تدفئة البناء عندما يبرد المبرد ويحوَّل ثانيةً إلى شكل سائل. بالطبع، يتطلب ذلك طاقة كهربائية لإدارة المضخة الحرارية لكن بعامل أداء» للمضخة الحرارية أعلى من ،واحد حيث يشكل ذلك استخدام أكثر فاعلة للكهرباء في التدفئة مقارنةً بالتدفئة باستخدام المقاومة الكهربائية. إنَّ الكلفة الإجمالية لنظام المضخة الحرارية هو أعلى بكثير من نظام تسخين بسيط بالمقاومة الكهربائية، وعندما تزداد تكاليف الطاقة، يمكن موازنة هذه الكلفة الإجمالية مع تكاليف التشغيل المخفضة. هناك فائدة مضافة لنظام المضخة الحرارية في تدفئة الأبنية، وهي أن المضخة الحرارية يمكن أن تُشغل عكسياً خلال فصل التبريد الصيفي، وبذلك تستطيع توفير التكييف الهوائي خلال الصيف، والتدفئة خلال الشتاء. يمكن أن تجعل هذه الميزة المضخات الحرارية خياراً مناسباً من أجل تكييف وتدفئة وتهوئة المباني في مناطق ذات تغيرات كبيرة في درجات الحرارة من الشتاء إلى الصيف.

مواضيع ذات صلة

ميزان الطاقة

فيزياء الطاقة: من الوقود الأحفوري إلى المستقبل المستدام

الجوانب الاقتصادية للطاقة النووية وموافقة العامة

ستخدام طاقة النقل

المركبات البرية(بحث حول بدائل الطاقة في تشغيل النقل البري )

القطارات والطائرات والسفن (النقل و الطاقة )

الطاقة النووية والاستدامة

تحقيق توازن طاقة مستدام

مزايا المفاعل النووي الإندماجي

الطاقة النووية الإندماجية

أخطار تصاحب استغلال الطاقة النووية الانشطارية: تلوث البيئة بالمواد المشعة

أخطار تصاحب استغلال الطاقة النووية الانشطارية: تلوث البيئة حراريا