भूतापीय ऊर्जा और इसका उपयोग, भूतापीय ऊर्जा के लिए संभावनाएं

पृथ्वी के अंदर भारी तापीय ऊर्जा है। यहां के अनुमान अभी भी काफी अलग हैं, लेकिन सबसे रूढ़िवादी अनुमानों के अनुसार, अगर हम खुद को 3 किमी की गहराई तक सीमित रखते हैं, तो 8 x 1017 kJ भूतापीय ऊर्जा। इसी समय, हमारे देश और दुनिया भर में इसके वास्तविक अनुप्रयोग का पैमाना नगण्य है। यहां क्या मुद्दा है और भूतापीय ऊर्जा के उपयोग की क्या संभावनाएं हैं?

भूतापीय ऊर्जा पृथ्वी की ऊष्मा की ऊर्जा है। पृथ्वी की प्राकृतिक ऊष्मा से मुक्त ऊर्जा को भूतापीय ऊर्जा कहते हैं। एक ऊर्जा स्रोत के रूप में, पृथ्वी की गर्मी, मौजूदा प्रौद्योगिकियों के साथ मिलकर, कई वर्षों तक मानवता की जरूरतों को पूरा कर सकती है। और यह उस गर्माहट को छू भी नहीं रहा है जो बहुत गहरी चलती है, उन क्षेत्रों में जहां तक ​​पहुंचना अब तक संभव नहीं था।

लाखों वर्षों के लिए, यह गर्मी हमारे ग्रह के आंतों से निकलती है, और कोर की शीतलन दर प्रति अरब वर्षों में 400 ° C से अधिक नहीं होती है! इसी समय, पृथ्वी के कोर का तापमान, विभिन्न स्रोतों के अनुसार, वर्तमान में 6650 ° C से कम नहीं है और धीरे-धीरे इसकी सतह की ओर घटता है। पृथ्वी से 42 ट्रिलियन वाट ऊष्मा लगातार विकीर्ण होती है, जिसका केवल 2% भूपर्पटी में होता है।

पृथ्वी की आंतरिक ऊष्मीय ऊर्जा समय-समय पर हजारों ज्वालामुखियों, भूकंपों, पृथ्वी की पपड़ी के आंदोलनों और अन्य, कम ध्यान देने योग्य, लेकिन कम वैश्विक, प्राकृतिक प्रक्रियाओं के रूप में खतरनाक रूप से प्रकट नहीं होती है।

इस घटना के कारणों के बारे में वैज्ञानिक दृष्टिकोण यह है कि पृथ्वी की गर्मी की उत्पत्ति ग्रह के आंतरिक भाग में यूरेनियम, थोरियम और पोटेशियम के रेडियोधर्मी क्षय की निरंतर प्रक्रिया के साथ-साथ पदार्थ के गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण से संबंधित है। मूलतः।

पृथ्वी की पपड़ी की ग्रेनाइट परत, 20,000 मीटर की गहराई पर, महाद्वीपों के रेडियोधर्मी क्षय का मुख्य क्षेत्र है, और महासागरों के लिए, ऊपरी मेंटल सबसे सक्रिय परत है। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि महाद्वीपों पर, लगभग 10,000 मीटर की गहराई पर, क्रस्ट के तल पर तापमान लगभग 700 ° C होता है, जबकि महासागरों में तापमान केवल 200 ° C तक पहुँचता है।

पृथ्वी की पपड़ी में भूतापीय ऊर्जा का दो प्रतिशत निरंतर 840 बिलियन वाट है, और यह तकनीकी रूप से सुलभ ऊर्जा है। इस ऊर्जा को निकालने के लिए सबसे अच्छे स्थान महाद्वीपीय प्लेटों के किनारों के पास के क्षेत्र हैं, जहाँ पपड़ी बहुत पतली है, और भूकंपीय और ज्वालामुखीय गतिविधि के क्षेत्र - जहाँ पृथ्वी की गर्मी सतह के बहुत करीब प्रकट होती है।

भूतापीय ऊर्जा कहाँ और किस रूप में होती है?

वर्तमान में, भू-तापीय ऊर्जा के विकास में सक्रिय रूप से लगे हुए हैं: संयुक्त राज्य अमेरिका, आइसलैंड, न्यूजीलैंड, फिलीपींस, इटली, अल सल्वाडोर, हंगरी, जापान, रूस, मैक्सिको, केन्या और अन्य देश जहां ग्रह के आंत्र से गर्मी आती है भाप और गर्म पानी के रूप में सतह पर उगता है, 300 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचने वाले तापमान पर बाहर निकलता है।

आइसलैंड और कामचटका के प्रसिद्ध गीजर, साथ ही अमेरिकी राज्यों व्योमिंग, मोंटाना और इडाहो में स्थित प्रसिद्ध येलोस्टोन नेशनल पार्क, लगभग 9,000 वर्ग किलोमीटर के क्षेत्र को कवर करते हुए, ज्वलंत उदाहरण के रूप में उद्धृत किए जा सकते हैं।

भूतापीय ऊर्जा के बारे में बात करते समय, यह याद रखना बहुत महत्वपूर्ण है कि यह ज्यादातर कम क्षमता वाला होता है, यानी कुएं से निकलने वाले पानी या भाप का तापमान अधिक नहीं होता है। और यह ऐसी ऊर्जा के उपयोग की दक्षता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।

तथ्य यह है कि आज बिजली के उत्पादन के लिए शीतलक का तापमान कम से कम 150 ° C होना आर्थिक रूप से समीचीन है। इस मामले में, इसे सीधे टरबाइन में भेजा जाता है।

ऐसे प्रतिष्ठान हैं जो कम तापमान पर पानी का उपयोग करते हैं। उनमें, भू-तापीय जल द्वितीयक शीतलक (उदाहरण के लिए, फ्रीन) को गर्म करता है, जिसमें क्वथनांक कम होता है। उत्पन्न भाप टर्बाइन को घुमाती है। लेकिन ऐसे प्रतिष्ठानों की क्षमता छोटी (10-100 kW) है और इसलिए उच्च तापमान वाले पानी का उपयोग करने वाले बिजली संयंत्रों की तुलना में ऊर्जा की लागत अधिक होगी।

न्यूजीलैंड में जियोपीपी

भूतापीय निक्षेप गर्म पानी से भरी झरझरा चट्टानें हैं। वे अनिवार्य रूप से प्राकृतिक भू-तापीय बॉयलर हैं।

लेकिन क्या होगा अगर पृथ्वी की सतह पर खर्च किया गया पानी फेंका नहीं जाता है, लेकिन बॉयलर में वापस आ जाता है? एक संचलन प्रणाली बनाना? इस मामले में, न केवल थर्मल पानी की गर्मी, बल्कि आसपास की चट्टानों का भी उपयोग किया जाएगा। ऐसी प्रणाली इसकी कुल संख्या को 4-5 गुना बढ़ाएगी। खारे पानी से पर्यावरण प्रदूषण की समस्या दूर हो जाती है, क्योंकि यह भूमिगत क्षितिज पर लौट आता है।

गर्म पानी या भाप के रूप में, गर्मी को सतह तक पहुँचाया जाता है, जहाँ इसका उपयोग या तो सीधे इमारतों और घरों को गर्म करने के लिए या बिजली पैदा करने के लिए किया जाता है। इसके अलावा उपयोगी पृथ्वी की सतह की गर्मी है, जो आमतौर पर ड्रिलिंग कुओं द्वारा पहुंचाई जाती है, जहां ढाल हर 36 मीटर में 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाती है।

इस गर्मी को अवशोषित करने के लिए वे उपयोग करते हैं गर्मी पंप... बिजली पैदा करने और सीधे गर्म करने के लिए गर्म पानी और भाप का उपयोग किया जाता है, और पानी की अनुपस्थिति में गहराई में केंद्रित गर्मी को ऊष्मा पम्पों द्वारा उपयोगी रूप में परिवर्तित किया जाता है। मैग्मा की ऊर्जा और ज्वालामुखियों के नीचे जमा होने वाली गर्मी को इसी तरह से निकाला जाता है।

सामान्य तौर पर, भू-तापीय बिजली संयंत्रों में बिजली पैदा करने के लिए कई मानक तरीके हैं, लेकिन या तो सीधे या ताप पंप जैसी योजना में।

सबसे सरल मामले में, भाप को एक पाइपलाइन के माध्यम से विद्युत जनरेटर के टरबाइन तक निर्देशित किया जाता है। एक जटिल योजना में, भाप को पूर्व-शुद्ध किया जाता है ताकि भंग पदार्थ पाइपों को नष्ट न करें। मिश्रित योजना में पानी में घुली गैसें पानी में भाप के संघनन के बाद समाप्त हो जाती हैं।

अंत में, एक द्विआधारी योजना है जहां कम क्वथनांक (हीट एक्सचेंजर स्कीम) वाला एक अन्य तरल शीतलक के रूप में कार्य करता है (गर्मी लेने और जनरेटर टरबाइन को चालू करने के लिए)।

सबसे आशाजनक पानी और लिथियम क्लोराइड के साथ वैक्यूम अवशोषण ताप पंप हैं। पूर्व में वैक्यूम वॉटर पंप में बिजली की खपत के कारण थर्मल पानी का तापमान बढ़ जाता है।

60 - 90 ° C के तापमान वाला कुआँ पानी वैक्यूम बाष्पीकरणकर्ता में प्रवेश करता है। उत्पन्न भाप को टर्बोचार्जर द्वारा संकुचित किया जाता है। आवश्यक शीतलक तापमान के आधार पर दबाव का चयन किया जाता है।

यदि पानी सीधे हीटिंग सिस्टम में जाता है, तो यह 90 - 95 डिग्री सेल्सियस है, अगर हीटिंग नेटवर्क के लिए, तो 120 - 140 डिग्री सेल्सियस। नेटवर्क, हीटिंग सिस्टम और गर्म पानी।

भूतापीय ऊर्जा के उपयोग को बढ़ाने के लिए और कौन से विकल्प हैं?

दिशाओं में से एक बड़े पैमाने पर समाप्त तेल और गैस भंडार के उपयोग से संबंधित है।

जैसा कि आप जानते हैं, पुराने खेतों में इस कच्चे माल का उत्पादन पानी की बाढ़ की विधि से किया जाता है, यानी पानी को कुओं में पंप किया जाता है, जो जलाशय के छिद्रों से तेल और गैस को विस्थापित करता है।

जैसे-जैसे कमी बढ़ती है, झरझरा जलाशय पानी से भर जाते हैं, जो आसपास की चट्टानों के तापमान को प्राप्त कर लेता है, और इस प्रकार जमा एक भू-तापीय बॉयलर में बदल जाता है, जिससे एक साथ तेल निकालना और गर्म करने के लिए पानी प्राप्त करना संभव होता है।

बेशक, अतिरिक्त कुओं को ड्रिल किया जाना चाहिए और एक संचलन प्रणाली बनाई जानी चाहिए, लेकिन यह एक नया भू-तापीय क्षेत्र विकसित करने से काफी सस्ता होगा।

एक अन्य विकल्प कृत्रिम पारगम्य क्षेत्र बनाकर सूखी चट्टानों से गर्मी निकालना है। विधि का सार सूखी चट्टानों में विस्फोटों का उपयोग करके सरंध्रता बनाना है।

ऐसी प्रणालियों से ऊष्मा का निष्कर्षण निम्नानुसार किया जाता है: दो कुएँ एक दूसरे से एक निश्चित दूरी पर ड्रिल किए जाते हैं। एक में पानी पंप किया जाता है, जो गठित छिद्रों और दरारों के माध्यम से दूसरे में जाता है, चट्टानों से गर्मी निकालता है, गर्म होता है और फिर सतह पर चढ़ जाता है।

इस तरह की प्रायोगिक प्रणालियाँ पहले से ही संयुक्त राज्य अमेरिका और इंग्लैंड में चल रही हैं। लॉस अलामोस (यूएसए) में, दो कुएँ - एक 2,700 मीटर की गहराई के साथ, और दूसरा - 2,300 मीटर, हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग से जुड़े हुए हैं और 185 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गर्म पानी से भरे हुए हैं। इंग्लैंड में, रोसेमेनियस में खदान, पानी को 80 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है।

भूतापीय विद्युत संयंत्र

ऊर्जा संसाधन के रूप में ग्रह की गर्मी

लारेडेरेलो के इतालवी शहर के पास एक कुएं से सूखी भाप द्वारा संचालित एक विद्युत रेलवे चलाता है। यह प्रणाली 1904 से चल रही है।

जापान और सैन फ्रांसिस्को में गीजर क्षेत्र दुनिया के दो अन्य प्रसिद्ध स्थान हैं जो बिजली पैदा करने के लिए सूखी गर्म भाप का भी उपयोग करते हैं। नम भाप के रूप में, इसके अधिक व्यापक क्षेत्र न्यूजीलैंड में हैं, और क्षेत्र में छोटे हैं - जापान, रूस, अल सल्वाडोर, मैक्सिको, निकारागुआ में।

यदि हम भू-तापीय ताप को एक ऊर्जा संसाधन के रूप में मानते हैं, तो इसका भंडार दुनिया भर में मानव जाति की वार्षिक ऊर्जा खपत से दसियों अरब गुना अधिक है।

10,000 मीटर की गहराई से ली गई पृथ्वी की पपड़ी की तापीय ऊर्जा का सिर्फ 1%, मानव जाति द्वारा लगातार उत्पादित तेल और गैस जैसे जीवाश्म ईंधन के सैकड़ों गुना भंडार को ओवरलैप करने के लिए पर्याप्त होगा, जिससे अपरिवर्तनीय कमी हो सकती है। अवमृदा और पर्यावरण प्रदूषण।

यह आर्थिक कारणों से है। लेकिन भू-तापीय बिजली संयंत्रों में बहुत मध्यम कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन होता है, लगभग 122 किलोग्राम प्रति मेगावाट घंटे बिजली उत्पन्न होती है, जो कि जीवाश्म ईंधन बिजली उत्पादन से उत्सर्जन से काफी कम है।

औद्योगिक जियोपीई और भूतापीय ऊर्जा संभावनाएँ

7.5 मेगावाट की क्षमता वाला पहला औद्योगिक जियोपीई 1916 में इटली में बनाया गया था। तब से, अमूल्य अनुभव संचित हो गया है।

1975 तक, दुनिया में जियोपीपी की कुल स्थापित क्षमता 1278 मेगावाट थी, और 1990 में यह पहले से ही 7300 मेगावाट थी। संयुक्त राज्य अमेरिका, मैक्सिको, जापान, फिलीपींस और इटली में भू-तापीय ऊर्जा विकास की सबसे बड़ी मात्रा है।

यूएसएसआर के क्षेत्र में पहला जियोपीई 1966 में कामचटका में बनाया गया था, इसकी क्षमता 12 मेगावाट है।

2003 से, Mutnovskaya भौगोलिक बिजली संयंत्र रूस में काम कर रहा है, जिसकी शक्ति अब 50 मेगावाट है - यह इस समय रूस में सबसे शक्तिशाली भू-विद्युत संयंत्र है।

दुनिया का सबसे बड़ा जियोपीपी केन्या में ओलकारिया IV है, जिसकी क्षमता 140 मेगावाट है।

भविष्य में, यह बहुत संभावना है कि मैग्मा की ऊष्मीय ऊर्जा का उपयोग ग्रह के उन क्षेत्रों में किया जाएगा जहां यह पृथ्वी की सतह से बहुत नीचे नहीं है, साथ ही गर्म क्रिस्टलीय चट्टानों की तापीय ऊर्जा, जब ठंडा पानी कई किलोमीटर की गहराई पर एक ड्रिल किए गए छेद में पंप किया जाता है और गर्म पानी सतह या भाप में वापस आ जाता है, जिसके बाद वे गर्म हो जाते हैं या बिजली पैदा करते हैं।

सवाल उठता है - वर्तमान में भू-तापीय ऊर्जा का उपयोग करने वाली इतनी कम परियोजनाएं क्यों पूरी हुई हैं? सबसे पहले, क्योंकि वे अनुकूल स्थानों में स्थित हैं, जहां पानी या तो पृथ्वी की सतह पर डाला जाता है, या बहुत उथला होता है। ऐसे मामलों में, गहरे कुओं को ड्रिल करने की आवश्यकता नहीं है, जो कि भू-तापीय ऊर्जा विकास का सबसे महंगा हिस्सा है।

बिजली के उत्पादन की तुलना में गर्मी की आपूर्ति के लिए थर्मल पानी का उपयोग बहुत अधिक है, लेकिन वे अभी भी छोटे हैं और ऊर्जा क्षेत्र में महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाते हैं।

जीथर्मल एनर्जी केवल पहला कदम उठा रही है और वर्तमान अनुसंधान, प्रायोगिक-औद्योगिक कार्य को इसके आगे के विकास के पैमाने का जवाब देना चाहिए।