ممكن است بحث در خصوص كاربرد انرژيهاي تجديد‌پذير وبويژه انرژي زمينگرمايي در كشور روسيه كه داراي ذخاير بسيار عظيم سوختهاي فسيلي (بويژه گاز طبيعي) است قدري عجيب به نظر مي‌آيد. اما حتي اين كشور غني از انرژي نيز در برخي از نقاط دور دست خود با مشكل تامين برق ساكنانش مواجه است. بدين ترتيب كه هزينه حمل سوخت نيروگاهها به نقاط مذكور نيازمند صرف هزينه‌هاي زيادي است. به عنوان مثال اين وضعيت در منطقه كامچاتكا كه نيروگاه ماتنوسكي در آن واقع شده است، وجود دارد. لذا مقامات محلي سعي دارند تا با اكتشافات ميادين زمينگرمايي منطقه و بهره‌برداري از آن جهت توليد برق بر مشكل مذكور غلبه كنند. در اين مقاله نخست تاريخچه كاربرد انرژي زمينگرمايي در روسيه به اختصار مطرح شده سپس مطالبي پيرامون منطقه زمينگرمايي ماتنوسكي و نيروگاه مربوطه ارايه شده است.
تاريخچه بهره‌برداري از انرژي زمينگرمايي در روسيه
نخستين تجربه روسها در توليد برق از منابع زمينگرمايي در منطقه پاراتونسكي كامچاتكا (در شرق روسيه) در سال 1967 بود كه براي نخستين بار در جهان از سيكل دو مداره براي توليدبرق از منابع زمينگرمايي حرارت پايين استفاده شد. ظرفيت نيروگاه مذكور حدود kw600 بود.
نخستين نيروگاه زمينگرمايي بزرگ روسيه در سال 1967 و در منطقه پوزتسكي كامچاتكا احداث شد. ظرفيت نصب شده مرحله اول نيروگاه 5 مگاوات بود كه در سال 1982 پس از نصب تجهيزات مرحله دوم، ظرفيت آن به 11 مگاوات افزايش يافت. در سال 1987 نيز يك نيروگاه كوچك از نوع بدون كندانسور به ظرفيت حدود 300 كيلووات نصب شد.
در روسيه از منايع حرارت پايين عمدتاً جهت تامين گرمايش منطقهاي و يا گرمايش استخرهاي شنا، گلخانه‌ها و مزارع پرورش ماهي و يا درمان بيماريها استفاده مي‌شود. اخيراً كاربرد منابع زمينگرمايي در روسيه توسعه زيادي يافته است. در واقع وزارت علوم روسيه متولي توسعه طرحهاي كاربرد انرژي زمينگرمايي در كشور است.
كاربرد انرژي زمينگرمايي در منطقه كامچاتكا
شبه جزيره كامچاتكا همراه با جزاير كوريل در منتهي‌اليه شرق روسيه واقع شده است. ساكنين اين مناطق جهت تامين برق مورد نياز خود وابستگي شديدي به سوخت فسيلي وارداتي دارند. اخيراً هزينه توليد برق در نواحي مذكور به 25 سنت به ازاء هر كيلووات ساعت بالغ شد كه متعاقب آن سياستگزاران انرژي بر آن شدند تا استراتژي پيشين خود را تغيير داده و توجه بيشتري به منابع انرژيهاي تجديد‌پذير كنند. يكي از انواع انرژيهاي تجديد‌پذير، انرژي زمينگرمايي است كه روسها تجربيات فراواني در خصوص بهره‌برداري از آن دارند. آنها تاكنون حدود 1000 حلقه چاه در زمينه اكتشاف و استخراج منابع زمينگرمايي حفر كرده‌اند كه رقم بسيار قابل توجهي است. منطقه كامچاتكا داراي ذخاير فراوان انرژي زمينگرمايي است كه با مطالعات اكتشافي صورت گرفته، پتانسيل آنها برآورد شده است. طبق محاسبات بعمل آمده، منابع زمينگرمايي مذكور قادر خواهند بود برق مورد نياز شبه جزيره كامچاتكا را با هزينه بسيار كمتري نسبت به سوختهاي فسيلي تامين كنند.
منطقه زمينگرمايي ماتنوسكي
اين منطقه در جنوب شبه‌جزيره كامچاتكا قرار دارد. در واقع اين منطقه زمينگرمايي بخشي از منطقه آتشفشاني كامچاتكاي جنوبي است كه در حدود 8 كيلومتري شمال كوه آتشفشاني ماتنوسكي واقع شده است. نزديك‌ترين منطقه مسكوني به آن شهر پتروپاولوسك – كامچاتسكي است كه 125 كيلومتر بامنطقه زمينگرمايي فاصله دارد. در زمستان دسترسي به منطقه زمينگرمايي مشكل است زيرا در اين ايام بدليل بارش سنگين برف صرفاً با انجام عمليات برق روبي مي‌توان از جاده‌ها عبور كرد. منطقه زمينگرمايي ماتنوسكي يكي از بزرگترين نواحي روي كره زمين است كه حجم زيادي از حرارت داخل زمين به سطح آن راه مي‌يابد. بر اساس مطالعات اكتشافي بعمل آمده مشخص شده است كه منابع زمينگرمايي مناطق كامچاتكا و جزاير كوريل مشتركاً قادر به توليد 2000 مگاوات برق هستند.
اين منطقه كه حدود 30 كيلومتر مربع وسعت دارد شامل آثار و شواهد حرارتي است كه در مجاورت آتشفشانهاي فعال وسيستمهاي زمينگرمايي حرارت بالا قرار دارند. در جنوب منطقه نيز كوه آتشفشان ماتنوسكي وجود دارد كه در مجاورت آن گازفشانهاي حرارت بالا و چشمه‌هاي آبداغ مشاهده مي‌شوند واز يال شمالي و دهانه آن نيز بخار خارج مي‌شود.
اين منطقه از نظر فعاليت آتشفشاني بسيار فعال است و در آن دو آتشفشان فعال وجود دارد: ماتنوسكي و گورلي. البته يك آتشفشان خاموش و فرسايش يافته نيز به نام ژيروفسكي نزديكي منطقه زمينگرمايي به چشم مي‌خورد. در اطراف دهانه آتشفشان ماتنوسكي فعاليت‌هاي شديد گازفشاني مشاهده مي‌شود. آخرين فعاليت كوه آتشفشاني ماتنوسكي در سال 2001 رخ داد. در آن هنگام ناگهان دهانه آتشفشان منفجر شد كه بر اثر آن خاكسترهاي آتشفشاني به هوا پرتاب شدند.
اكتشاف منطقه زمينگرمايي ماتنوسكي طي سالهاي 1978 تا 1990 انجام شده است. تاكنون بيش از 80 حلقه چاه كه عمق آنها بين 1000 تا 2500 متر است در منطقهاي به وسعت km225 حفر شده است.
با استفاده از نتايج عمليات حفاري، تا حدود زيادي حدوده مخزن ماتنوسكي مشخص شد. در حال حاضر در نظر است كه يك نيروگاه 120 مگاواتي در مركز منطقه زمينگرمايي احداث شود. ماتنوسكي از نوع آبداغ بالنده است. بدين معني كه سيال غالب در مخزن آبداغ است. طبق برآوردهاي بعمل آمده منبع زمينگرمايي ماتنوسكي توانايي توليد 300 مگاوات برق را دارد.
به طور كلي منابع زمينگرمايي منطقه كامچاتكا به دو دسته حرارت بالا و حرارت پايين تقسيم‌بندي مي‌شوند. منابع حرارت بالا (150 درجه سانتي‌گراد) داراي پتانسيلي معادل MWe1130 هستند. منابع حرارت پايين (150 > درجه سانتي‌گراد) داراي پتانسيل MWt 1345 براي يك دوره 100 ساله هستند. تاكنون طبق اكتشافات انجام شده بيش از 20 ميدان زمينگرمايي در منطقه كامچاتكا كشف شده است.
در بين همه ميدانهاي كشف شده ميدان زمينگرمايي ماتنوسكي ميداني شاخص به شمار مي‌رود. تاكنون تمامي مطالعات اكتشافي ضروري در اين ميدان انجام شده است و اكنون براي استفاده‌هاي مختلف (توليد برق و كاربردهاي صنعتي) كاملاً آماده است. حدود 30 درصد چاههاي حفر شده در ميدان ماتنوسكي،چاههاي توليدي هستند.
سيالهاي توليد شده از ميدان مذكور مخلوط بخار خشك و بخار مرطوب است كه درجه حرارت آن بيش از 240 درجه سانتي‌گراد بوده و آنتالپي آن معادل Kcal/kg 660 است. از نظر تركيب شيميايي، سيال خروجي از چاهها در زمره آبهاي كلريده، كلريده- سولفاته قرار مي‌گيرندكه آنيونهاي آنها سولفات و كلريد و مهمترين كاتيونهاي آنها سديم و كلسيم هستند. مهمترين گاز غيرقابل ميعان مخزن اسيد كربنيك (بيش از 70 درصد وزني) است. به علاوه در سولفيد هيدروژن، نتيروژن، اكسيژن،متان و هيدروژن نيز وجود دارد. ميزان H2S موجود در سيال مخزن به طور ميانگين حدود 10 درصد حجم كل گازهاي خروجي از چاهها است.
نيروگاه زمينگرمايي ماتنوسكي
در مرحله اول، يك نيروگاه 12 مگاواتي احداث شد. اين نيروگاه در حقيقت يك نيروگاه زمينگرمايي نمونه (پايلوت) از مجموعه‌اي از چند نيروگاه زمينگرمايي است كه در منطقه ماتنوسكي ساخته و راه‌اندازي خواهد شد. در هنگام احداث نيروگاه ماتنوسكي موارد زير موردتوجه قرار داشت:
• سيستم آماده سازي بخار مدولار كه به صورت پيش ساخته بودو پس از مونتاژ مورد استفاده قرار گرفت.
• اغلب اجزاء نيروگاه (شامل توبوژنراتورها، قطعات الكتروتكنيكي، كنترل پانل اصلي و ...) در كارخانه ساخته شده و در محل نيروگاه به يكديگر متصل شدند.
• با استفاده از كندانسورهاي هوايي از تماس مستقيم سيال زمينگرمايي با محيط اطراف جلوگيري شد.
سيال دو فازي (مخلوط آبداغ وبخار) از طريق لوله‌ها در مخزن جمع‌آوري شده و پس از انجام عمل جدايش در دو مرحله به سمت سه واحد قدرت كه ظرفيت هر يك 4 مگاوات است، هدايت مي‌شود. شكل (5). بخار با فشار P0=0..8 Mpa و درجه حرارت 170 درجه سانتي‌گراد ودر حالتي كه كاملاً خشك است (ميزان رطوبت آن كمتر از 05/0 درصد است) وارد توربين مي‌شود. كيفيت بخار در ورودي توربين مشابه كيفيت آن در نيروگاههاي حرارتي فشار متوسط است. به منظور افزايش كارايي كاربرد انرژي زمينگرمايي، آبداغ (داراي درجه حرارت 170درجه سانتي‌گراد) بعد از جداكننده‌ها به سمت مخازن تبخير آني هدايت مي‌شود. دراين مخازن بخار داراي فشار 0.4 Mpa توليدمي‌شود. از اين بخار (حدود 10 تن بر ساعت) در اجكتورها جهت مكش و جدايش گازهاي غيرقابل ميعان و بيوژه گاز سولفيد هيدروژن (H2S) استفاده مي‌شود. گاز H2S خارج شده از كندانسور، وارد دستگاه جاذب 13 مي‌شود كه درآن گاز H2S در بخار چگالش يافته حل شده به سمت چاههاي تزريقي هدايت مي‌شود. همانگونه كه مشخص است گاز مذكور بدون هيچ ارتباطي با محيط اطراف مجدداً به درون مخزن زمينگرمايي تزريق مي شود. آب چگاليده خروجي از كندانسور به اندازه كافي خالص و تميز بوده صرفاً داراي مقدار كمي از املاح گوناگون به صورت محلول است. بنابراين چنانچه در طراحي سيكل توليد برق، درجه حرارت آب چگاليده حدود 50 درجه سانتي‌گراد در نظر گرفته شود،مي‌توان آنرا بدون مشكل رسوبگذاري در لوله‌ها و چاههاي تزريقي به درون چاهها تزريق كرد.
