نیروگاه زمین‌گرمایی نسجاولریر (Nesjavallavirkjun) دومین نیروگاه زمین‌گرمایی بزرگ ایسلند و یکی از برجسته‌ترین نمونه‌های بهره‌برداری از انرژی زمین‌گرمایی در جهان است. این نیروگاه که در منطقه آتشفشانی هنگیل (Hengill) در جنوب غربی ایسلند واقع شده، توسط شرکت ON Power (Orkuveita Reykjavíkur) اداره می‌شود. نسجاولریر یک نیروگاه ترکیبی تولید برق و گرما (CHP) است که 120 مگاوات برق و 300 مگاوات حرارتی تولید می‌کند و آب گرم را برای شبکه گرمایش منطقه پایتخت، ریکیاویک، تأمین می‌کند. این نیروگاه از سال 1990 فعالیت خود را آغاز کرد و به دلیل استفاده از فناوری‌های پیشرفته و موقعیت زمین‌شناسی منحصربه‌فرد، به‌عنوان الگویی برای پروژه‌های زمین‌گرمایی جهانی شناخته می‌شود. با بررسی نیروگاه زمین‌گرمایی Nesjavellir همراه ابرار صنعتی بمانید.
موقعیت مکانی و جغرافیایی
نیروگاه زمین‌گرمایی Nesjavellir در جنوب غربی ایسلند، در نزدیکی پارک ملی تینگویلیر (Þingvellir) و منطقه آتشفشانی هنگیل، در ارتفاع 177 متری از سطح دریا و حدود 30 کیلومتری شرق ریکیاویک واقع شده است. این منطقه بر روی پشته میانی آتلانتیک (Mid-Atlantic Ridge) قرار دارد، جایی که صفحات تکتونیکی اوراسیا و آمریکای شمالی با سرعت حدود 2 سانتی‌متر در سال از هم جدا می‌شوند. این فعالیت تکتونیکی همراه با نقطه داغ آتشفشانی باعث ایجاد مخازن آب گرم زیرزمینی با دمای بالا (تا 380 درجه سانتی‌گراد) شده است. نزدیکی به ریکیاویک امکان انتقال کارآمد آب گرم از طریق خط لوله 27 کیلومتری به پایتخت را فراهم کرده است.
مشخصات کلیدی نیروگاه Nesjavellir
| مشخصه | توضیحات |
|---|---|
| نام نیروگاه | نیروگاه زمین‌گرمایی Nesjavellir |
| مکان | نزدیکی پارک ملی Þingvellir، ایسلند |
| سال راه‌اندازی | 1990 |
| نوع انرژی | زمین‌گرمایی (Geothermal) |
| ظرفیت تولید برق | 120 مگاوات |
| ظرفیت تولید آب گرم | 300 مگاوات حرارتی (برای گرمایش شهری) |
| اپراتور | Orkuveita Reykjavíkur (Veitur) |
فناوری استخراج زمین‌گرمایی
نیروگاه نسجاولریر از فناوری فلش تک‌مرحله‌ای (single flash) برای تولید برق و سیستم تبادل حرارتی برای تولید آب گرم استفاده می‌کند. بخار و آب گرم با دمای بالا از چاه‌های عمیق (1000 تا 2200 متر) استخراج می‌شوند و به ایستگاه جداسازی منتقل می‌شوند. بخار داغ با فشار بالا به توربین‌های بخار هدایت می‌شود تا برق تولید کند، در حالی که آب گرم جدا شده برای گرمایش منطقه‌ای استفاده می‌شود. این نیروگاه از سیستم‌های پیشرفته پمپاژ و جداسازی برای مدیریت سیالات زمین‌گرمایی استفاده می‌کند و برای جلوگیری از خوردگی ناشی از مواد معدنی موجود در سیال، از فرآیند تبادل حرارتی غیرمستقیم بهره می‌برد، که در آن آب سرد با سیال زمین‌گرمایی گرم می‌شود.
موارد کاربردی و اهمیت نیروگاه زمین‌گرمایی Nesjavellir
- تأمین برق پاک برای مناطق اطراف ریکیاویک
- تأمین آب گرم برای گرمایش منازل و مؤسسات
- کاهش وابستگی ایسلند به سوخت‌های فسیلی
- گردشگری صنعتی و آموزشی برای بازدیدکنندگان
- همکاری علمی با دانشگاه‌های ایسلند و اروپا
- نمونه موفق بهره‌برداری پایدار از انرژی زمین
- کمک به کاهش گازهای گلخانه‌ای در سطح ملی
- الگویی برای طراحی نیروگاه‌های زمین‌گرمایی دیگر در جهان
- حفاظت از منابع طبیعی با استفاده از سیستم‌های کنترل‌شده
- ایجاد اشتغال محلی در حوزه انرژی سبز
نحوه حفاری و نصب چاه‌های زمین‌گرمایی
حفاری در نیروگاه Nesjavellir از سال 1947 با چاه‌های آزمایشی برای ارزیابی پتانسیل زمین‌گرمایی منطقه آغاز شد و بین سال‌های 1965 تا 1986 ادامه یافت. این نیروگاه از 25 چاه تولیدی با عمق 1000 تا 2200 متر استفاده می‌کند که به مخازن آب گرم با دمای 200 تا 380 درجه سانتی‌گراد دسترسی دارند. حفاری‌ها در سنگ‌های آتشفشانی متراکم انجام شده و از روش‌های حفاری افقی برای افزایش دسترسی به شکستگی‌های زیرزمینی استفاده شده است. چاه‌ها با لوله‌های فولادی مقاوم در برابر خوردگی پوشانده شده‌اند و مجهز به سیستم‌های نظارتی برای کنترل فشار و دما هستند. برای مدیریت کاهش سیال، چاه‌های تزریقی برای بازگرداندن آب به مخزن استفاده می‌شوند.
چالش‌های بهره‌برداری در زمستان
ایسلند با زمستان‌های سخت و دمای تا منفی 20 درجه سانتی‌گراد، چالش‌هایی برای بهره‌برداری از نیروگاه زمین‌گرمایی Nesjavellir ایجاد می‌کند. خطوط لوله انتقال آب گرم، که عمدتاً بالای زمین هستند، باید در برابر انبساط حرارتی و انجماد مقاومت کنند. عایق‌بندی پیشرفته با پشم سنگ و پوشش‌های آلومینیومی از افت دما (تنها 2 درجه سانتی‌گراد در 27 کیلومتر) جلوگیری می‌کند. برف و یخ می‌توانند دسترسی به تأسیسات را دشوار کنند، بنابراین سیستم‌های گرمایش زیرساخت‌ها، مانند جاده‌ها، استفاده می‌شود. نگهداری توربین‌ها نیز در زمستان چالش‌برانگیز است، زیرا خوردگی ناشی از مواد معدنی در بخار زمین‌گرمایی می‌تواند تشدید شود. تعمیرات محلی و سریع، مانند تعمیر توربین در سال 2015، زمان خاموشی را کاهش داده است.
ساختار فنی نیروگاه زمین‌گرمایی Nesjavellir
نیروگاه نسجاولریر از چهار توربین بخار 30 مگاواتی ساخت میتسوبیشی تشکیل شده که در مجموع 120 مگاوات برق تولید می‌کنند. سیستم تولید شامل چاه‌های تولیدی، ایستگاه‌های جداسازی بخار و آب، توربین‌ها و سیستم‌های تزریق مجدد است. بخار با دمای حدود 180 درجه سانتی‌گراد به توربین‌ها هدایت می‌شود و آب گرم جدا شده (82-85 درجه سانتی‌گراد) از طریق مبدل‌های حرارتی برای گرمایش استفاده می‌شود. خط لوله انتقال آب گرم با قطر 80 تا 90 سانتی‌متر، با عایق‌بندی پلی‌اورتان و پوشش پلی‌اتیلن، به مخازن ذخیره در ریکیاویک متصل است. این نیروگاه همچنین مجهز به سیستم‌های نظارتی پیشرفته برای کنترل دما، فشار و جریان سیال است.
ظرفیت تولید برق
نیروگاه زمین‌گرمایی Nesjavellir دارای ظرفیت تولید برق 120 مگاوات است که از چهار توربین بخار 30 مگاواتی تأمین می‌شود. این ظرفیت از طریق بخار استخراج‌شده از 25 چاه تولیدی با دمای 200 تا 380 درجه سانتی‌گراد تولید می‌شود. توربین‌ها در سه فاز بین سال‌های 1998 تا 2005 نصب شدند. برق تولیدی به شبکه ملی ایسلند متصل شده و عمدتاً برای تأمین نیازهای صنعتی، مانند کارخانه‌های آلومینیوم، و خانگی در منطقه پایتخت استفاده می‌شود. این نیروگاه حدود 25 درصد از برق زمین‌گرمایی ایسلند را تأمین می‌کند، که در سال 2020 معادل 26.6 درصد از کل تولید برق کشور بود.
تولید آب گرم برای استفاده شهری
نیروگاه Nesjavellir سالانه حدود 1100 لیتر در ثانیه آب گرم با دمای 82-85 درجه سانتی‌گراد تولید می‌کند که معادل 300 مگاوات حرارتی است. این آب گرم از طریق خط لوله 27 کیلومتری به مخازن ذخیره در Reynisvatnsheidi و Grafarholt منتقل شده و برای گرمایش خانگی، استخرها و زیرساخت‌های عمومی در منطقه پایتخت استفاده می‌شود. این نیروگاه همراه با نیروگاه هلیشیدی (Hellisheiði) حدود 50 درصد از نیاز آب گرم منطقه ریکیاویک را تأمین می‌کند، که 67 درصد جمعیت ایسلند را پوشش می‌دهد. عایق‌بندی پیشرفته خط لوله افت دما را به حداقل می‌رساند.
چرخه ترمودینامیکی نیروگاه
نیروگاه نسجاولریر از چرخه فلش تک‌مرحله‌ای برای تولید برق استفاده می‌کند. در این چرخه، سیال زمین‌گرمایی (مخلوطی از بخار و آب گرم) از چاه‌ها استخراج شده و به ایستگاه جداسازی هدایت می‌شود. بخار با فشار بالا (حدود 180 درجه سانتی‌گراد) به توربین‌ها منتقل می‌شود و انرژی مکانیکی تولید می‌کند که توسط ژنراتورها به برق تبدیل می‌شود. آب گرم جدا شده در مبدل‌های حرارتی برای گرم کردن آب سرد زیرزمینی استفاده می‌شود، که سپس به شبکه گرمایش شهری منتقل می‌شود. سیال باقی‌مانده به چاه‌های تزریقی بازگردانده می‌شود تا مخزن زمین‌گرمایی پایدار بماند. این چرخه کارایی بالایی دارد و اتلاف انرژی را کاهش می‌دهد.
سیستم مدیریت گرما
مدیریت گرما در نیروگاه زمین‌گرمایی Nesjavellir برای بهینه‌سازی تولید برق و گرمایش حیاتی است. بخار داغ از چاه‌ها با دمای 180 تا 380 درجه سانتی‌گراد استخراج شده و در ایستگاه جداسازی به بخار و آب گرم تفکیک می‌شود. آب گرم با دمای 82-85 درجه سانتی‌گراد از طریق مبدل‌های حرارتی برای گرم کردن آب سرد استفاده می‌شود. خط لوله انتقال، که عمدتاً بالای زمین است، با عایق‌بندی پشم سنگ و پوشش آلومینیومی طراحی شده تا افت حرارتی را به 2 درجه سانتی‌گراد در 27 کیلومتر محدود کند. سیستم‌های پمپاژ با ظرفیت 1870 لیتر در ثانیه، آب را تا مخازن ذخیره در ارتفاع 150 متری هدایت می‌کنند، و سپس جریان به‌صورت ثقلی ادامه می‌یابد.
کنترل و نظارت بر انتشار گاز
نیروگاه نسجاولریر با انتشار گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسید کربن (CO₂) و هیدروژن سولفید (H₂S) مواجه است، اما میزان آن در مقایسه با نیروگاه‌های فسیلی بسیار کمتر است (26 گرم بر کیلووات‌ساعت در نسجاولریر). در سال 2023، یک پروژه پایلوت جذب کربن (CCS) توسط شرکت Carbfix در نسجاولریر راه‌اندازی شد که سالانه 3000 تن CO₂ و 1000 تن H₂S را جذب می‌کند، معادل 20 درصد انتشارات نیروگاه. این گازها با آب مخلوط شده و به زیر زمین تزریق می‌شوند تا به مواد معدنی پایدار تبدیل شوند. سیستم‌های نظارتی پیشرفته برای اندازه‌گیری غلظت گازها و جلوگیری از تأثیرات زیست‌محیطی استفاده می‌شوند.
مقایسه با دیگر نیروگاه‌های ایسلند
این نیروگاه با ظرفیت 120 مگاوات برق و 300 مگاوات حرارتی، دومین نیروگاه زمین‌گرمایی بزرگ ایسلند پس از هلیشیدی (303 مگاوات برق، 133 مگاوات حرارتی) است. نیروگاه سوارستنگی (Svartsengi) با 76.5 مگاوات برق و 150 مگاوات حرارتی، که آب گرم را به لاگون آبی (Blue Lagoon) تأمین می‌کند، و نیروگاه کرافلا (Krafla) با 60 مگاوات برق، دیگر نیروگاه‌های کلیدی هستند. نسجاولریر و هلیشیدی هر دو در منطقه هنگیل قرار دارند و از مخازن با دمای بالا بهره می‌برند، اما هلیشیدی از توربین‌های فشار پایین اضافی استفاده می‌کند. سوارستنگی از فناوری ترکیبی قدیمی‌تر بهره می‌برد، در حالی که نسجاولریر به دلیل سیستم‌های پیشرفته‌تر، کارایی بالاتری دارد.
همکاری‌های علمی بین‌المللی با Nesjavellir
نیروگاه نسجاولریر میزبان همکاری‌های علمی بین‌المللی متعددی است. پروژه Carbfix برای جذب و ذخیره‌سازی کربن، با مشارکت شرکت‌های سوئیسی (Climeworks) و ایسلندی (Mannvit و Verkís)، نمونه‌ای از این همکاری‌هاست. پروژه Iceland Deep Drilling Project (IDDP) نیز با حمایت دانشگاه‌های ایسلند و توکیو، در منطقه هنگیل برای بررسی سیالات فوق بحرانی با پتانسیل تولید 10 برابر انرژی بیشتر انجام شده است. مهندسان ایسلندی با دانشگاه سازمان ملل در توکیو همکاری می‌کنند تا فناوری‌های زمین‌گرمایی را بهبود بخشند. این همکاری‌ها نسجاولریر را به مرکزی برای نوآوری‌های زمین‌گرمایی تبدیل کرده است.
نقش زمین‌شناسی در موفقیت نیروگاه Nesjavellir
موقعیت زمین‌شناسی نیروگاه Nesjavellir در منطقه هنگیل، که روی پشته میانی آتلانتیک و یک نقطه داغ آتشفشانی قرار دارد، عامل اصلی موفقیت آن است. این منطقه دارای مخازن آب گرم با دمای بالا (تا 380 درجه سانتی‌گراد) و شکستگی‌های زیرزمینی با نفوذپذیری بالا (1 تا 150 میلی‌دارسی) است که امکان استخراج سیال را فراهم می‌کند. منبع گرما از اتاق‌های ماگمایی کم‌عمق تأمین می‌شود، و آب مخازن عمدتاً منشأ بارشی دارد. این شرایط زمین‌شناسی، همراه با چاه‌های عمیق و تزریق مجدد سیال، پایداری طولانی‌مدت مخزن را تضمین کرده و نسجاولریر را به یکی از کارآمدترین نیروگاه‌های زمین‌گرمایی جهان تبدیل کرده است.
مزایای زمین‌گرمایی نسبت به سوخت‌های فسیلی
انرژی زمین‌گرمایی نیروگاه زمین‌گرمایی Nesjavellir مزایای متعددی نسبت به سوخت‌های فسیلی دارد. این انرژی تجدیدپذیر است و انتشار گازهای گلخانه‌ای آن (26 گرم CO₂ بر کیلووات‌ساعت) در مقایسه با نیروگاه‌های زغال‌سنگ (800-1000 گرم) بسیار کمتر است. نسجاولریر با تأمین 50 درصد آب گرم و بخشی از برق منطقه پایتخت، وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش داده و هزینه‌های انرژی را در ایسلند به 5-7 سنت یورو به ازای هر کیلووات‌ساعت رسانده است. این نیروگاه همچنین پایداری بالایی دارد، زیرا از شرایط جوی تأثیر نمی‌پذیرد و می‌تواند برای 30 سال یا بیشتر با کارایی بالا عمل کند.
منبع: ابرار صنعتی
