स्वच्छ और नवीकरणीय भूतापीय ऊर्जा। पृथ्वी की परमाणु ऊष्मा

पृथ्वी की तापीय ऊर्जा के मुख्य स्रोत हैं [ , ]:

• गर्मी गुरुत्वाकर्षण भेदभाव;
• रेडियोजेनिक गर्मी;
• ज्वारीय घर्षण की गर्मी;
• अभिवृद्धि गर्मी;
• बाहरी कोर के सापेक्ष आंतरिक कोर के अंतर रोटेशन के कारण घर्षण गर्मी जारी होती है, बाहरी कोर बाहरी कोर के अंदर और अलग-अलग परतों के सापेक्ष होती है।

आज तक, केवल पहले चार स्रोतों की मात्रा निर्धारित की गई है। हमारे देश में, इसमें मुख्य योग्यता है ओ.जी. सोरोख्तिनतथा एस.ए. उशाकोव. निम्नलिखित डेटा मुख्य रूप से इन वैज्ञानिकों की गणना पर आधारित है।

पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण विभेदन की ऊष्मा

पृथ्वी के विकास में सबसे महत्वपूर्ण नियमितताओं में से एक है भेदभावइसका सार, जो वर्तमान समय में जारी है। इस भेदभाव के परिणामस्वरूप गठन हुआ कोर और क्रस्ट, प्राथमिक की संरचना में परिवर्तन वस्त्र, जबकि प्रारंभिक रूप से सजातीय पदार्थ को विभिन्न घनत्वों के अंशों में अलग करना रिलीज के साथ होता है तापीय ऊर्जा, और अधिकतम ऊष्मा विमोचन तब होता है जब स्थलीय पदार्थ को में विभाजित किया जाता है घना और भारी कोरऔर अवशिष्ट लाइटरसिलिकेट खोल पृथ्वी मेंटल. वर्तमान में इस गर्मी का अधिकांश भाग सीमा पर उत्पन्न होता है मेंटल - कोर.

पृथ्वी की गुरुत्वाकर्षण विभेदन ऊर्जाअपने अस्तित्व के पूरे समय के लिए खड़ा रहा - 1.46 * 10 38 अर्ग (1.46 * 10 31 जे). दी गई ऊर्जाअधिकांश भाग के लिए पहले में जाता है गतिज ऊर्जामेंटल पदार्थ की संवहन धाराएं, और फिर में गर्मी; इसका एक और हिस्सा अतिरिक्त पर खर्च किया जाता है पृथ्वी के आंतरिक भाग का संपीड़न, पृथ्वी के मध्य भाग में घने चरणों की एकाग्रता के कारण उत्पन्न होता है। से 1.46*10 38 एर्गपृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण विभेदन की ऊर्जा इसके अतिरिक्त संपीड़न में चली गई 0.23*10 38 एर्ग (0.23*10 31 जे), और जारी गर्मी के रूप में 1.23*10 38 एर्ग (1.23*10 31 जे) इस तापीय घटक का परिमाण पृथ्वी में अन्य सभी प्रकार की ऊर्जा के कुल विमोचन से काफी अधिक है। गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा के ऊष्मीय घटक के कुल मूल्य और रिलीज की दर का समय वितरण अंजीर में दिखाया गया है। 3.6 .

चावल। 3.6.

पृथ्वी के गुरुत्वीय विभेदन के दौरान ऊष्मा उत्पादन का वर्तमान स्तर - 3*10 20 अर्ग/एस (3*10 13W), जो ग्रह की सतह से गुजरने वाले आधुनिक ताप प्रवाह के मूल्य पर निर्भर करता है ( 4.2-4.3) * 10 20 अर्ग / s ((4.2-4.3)*10 13W), है ~ 70% .

रेडियोजेनिक गर्मी

अस्थिर के रेडियोधर्मी क्षय के कारण आइसोटोप. सबसे अधिक ऊर्जा-गहन और लंबे समय तक रहने वाला ( आधे जीवन के साथपृथ्वी की आयु के अनुरूप) हैं आइसोटोप 238 यू, 235 यू, 232Thतथा 40K. उनमें से ज्यादातर में केंद्रित हैं महाद्वीपीय परत. पीढ़ी का आधुनिक स्तर रेडियोजेनिक गर्मी:

• अमेरिकी भूभौतिकीविद् द्वारा वी. वाकये - 1.14*10 20 अर्ग/एस (1.14*10 13W) ,
• रूसी भूभौतिकीविदों के अनुसार ओ.जी. सोरोख्तिनतथा एस.ए. उशाकोव - 1.26*10 20 अर्ग/s(1.26*10 13W) .

आधुनिक ताप प्रवाह के मूल्य से, यह ~ 27-30% है।

रेडियोधर्मी क्षय की कुल ऊष्मा में से 1.26*10 20 अर्ग/s (1.26*10 13W) पृथ्वी की पपड़ी में बाहर खड़ा है - 0.91*10 20 अर्ग/से, और मेंटल में - 0.35*10 20 अर्ग/एस. यह इस प्रकार है कि मेंटल रेडियोजेनिक गर्मी का अनुपात पृथ्वी के कुल आधुनिक ताप हानि के 10% से अधिक नहीं है, और यह सक्रिय टेक्टोनो-मैग्मैटिक प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत नहीं हो सकता है, जिसकी गहराई 2900 किमी तक पहुंच सकती है। ; और क्रस्ट में छोड़ी गई रेडियोजेनिक गर्मी अपेक्षाकृत जल्दी खत्म हो जाती है पृथ्वी की सतहऔर व्यावहारिक रूप से ग्रह के गहरे आंतों के ताप में भाग नहीं लेता है।

पिछले भूवैज्ञानिक युगों में, मेंटल में निकलने वाली रेडियोजेनिक ऊष्मा की मात्रा अधिक रही होगी। पृथ्वी के निर्माण के समय इसका अनुमान ( 4.6 अरब साल पहले) देना - 6.95*10 20 erg/s. उस समय से, रेडियोजेनिक ऊर्जा की रिहाई की दर में लगातार कमी आई है (चित्र। 3.7 ).

पृथ्वी में हर समय बाहर खड़ा रहा ~4.27*10 37 एर्ग(4.27*10 30 जे) रेडियोधर्मी क्षय की तापीय ऊर्जा, जो गुरुत्वाकर्षण विभेदन की ऊष्मा के कुल मूल्य से लगभग तीन गुना कम है।

ज्वारीय घर्षण की गर्मी

यह पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण संपर्क के दौरान, मुख्य रूप से चंद्रमा के साथ, निकटतम बड़े ब्रह्मांडीय पिंड के रूप में सामने आता है। परस्पर गुरुत्वीय आकर्षण के कारण इनके शरीर में ज्वारीय विकृतियाँ उत्पन्न होती हैं - सूजनया कूबड़. ग्रहों के ज्वारीय कूबड़ अपने अतिरिक्त आकर्षण से उनकी गति को प्रभावित करते हैं। इस प्रकार, पृथ्वी के दोनों ज्वारीय कूबड़ का आकर्षण पृथ्वी और चंद्रमा दोनों पर कार्य करने वाले बलों की एक जोड़ी बनाता है। हालांकि, निकट, चंद्रमुखी सूजन का प्रभाव दूर की तुलना में कुछ अधिक मजबूत होता है। इस तथ्य के कारण कि आधुनिक पृथ्वी के घूर्णन का कोणीय वेग ( 7.27*10 -5 एस -1) चंद्रमा के कक्षीय वेग से अधिक है ( 2.66*10 -6 एस -1), और ग्रहों का पदार्थ आदर्श रूप से लोचदार नहीं है, तो पृथ्वी के ज्वारीय कूबड़, जैसे कि, इसके आगे के घूमने से दूर हो जाते हैं और चंद्रमा की गति से काफी आगे होते हैं। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि पृथ्वी की अधिकतम ज्वार हमेशा इसकी सतह पर पल की तुलना में कुछ देर बाद होती है उत्कर्षचंद्रमा, और बलों का एक अतिरिक्त क्षण पृथ्वी और चंद्रमा पर कार्य करता है (चित्र। 3.8 ) .

पृथ्वी-चंद्रमा प्रणाली में ज्वारीय अंतःक्रिया की ताकतों के निरपेक्ष मूल्य अब अपेक्षाकृत छोटे हैं और उनके कारण होने वाले स्थलमंडल के ज्वारीय विकृति केवल कुछ दसियों सेंटीमीटर तक पहुंच सकते हैं, लेकिन वे पृथ्वी के क्रमिक मंदी की ओर ले जाते हैं। घूर्णन और, इसके विपरीत, चंद्रमा की कक्षीय गति के त्वरण और पृथ्वी से इसके निष्कासन के लिए। ज्वारीय कूबड़ में पदार्थ के आंतरिक घर्षण के कारण पृथ्वी के ज्वारीय कूबड़ की गति की गतिज ऊर्जा तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

वर्तमान में ज्वारीय ऊर्जा के मुक्त होने की दर जी मैकडॉनल्ड्सहै ~0.25*10 20 erg/s (0.25*10 13W), जबकि इसका मुख्य भाग (लगभग 2/3) संभवतः dissipates(फैला हुआ) जलमंडल में। नतीजतन, चंद्रमा के साथ पृथ्वी की बातचीत और ठोस पृथ्वी (मुख्य रूप से एस्थेनोस्फीयर में) में विलुप्त होने के कारण ज्वारीय ऊर्जा का अंश अधिक नहीं होता है 2 % इसकी गहराई में उत्पन्न कुल तापीय ऊर्जा; और सौर ज्वार का अंश अधिक नहीं है 20 % चंद्र ज्वार के प्रभाव से। इसलिए, ठोस ज्वार अब ऊर्जा के साथ विवर्तनिक प्रक्रियाओं को खिलाने में व्यावहारिक रूप से कोई भूमिका नहीं निभाते हैं, लेकिन कुछ मामलों में वे "ट्रिगर" के रूप में कार्य कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, भूकंप।

ज्वारीय ऊर्जा का परिमाण सीधे अंतरिक्ष पिंडों के बीच की दूरी से संबंधित है। और यदि पृथ्वी और सूर्य के बीच की दूरी भूवैज्ञानिक समय के पैमाने में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं मानती है, तो पृथ्वी-चंद्रमा प्रणाली में यह पैरामीटर एक चर है। चाहे वे कुछ भी सोचते हों, लगभग सभी शोधकर्ता मानते हैं कि प्रारंभिक चरणपृथ्वी के विकास में, चंद्रमा की दूरी आधुनिक की तुलना में काफी कम थी, लेकिन ग्रहों के विकास की प्रक्रिया में, अधिकांश वैज्ञानिकों के अनुसार, यह धीरे-धीरे बढ़ता है, और इसके अनुसार यू.एन. अव्स्युकुयह दूरी चक्रों के रूप में दीर्घकालिक परिवर्तनों का अनुभव करती है चंद्रमा का "आगमन - प्रस्थान". इसका तात्पर्य यह है कि पिछले भूवैज्ञानिक युगों में पृथ्वी के समग्र ताप संतुलन में ज्वारीय ऊष्मा की भूमिका अधिक महत्वपूर्ण थी। सामान्य तौर पर, पृथ्वी के विकास के पूरे समय के लिए, यह बाहर खड़ा रहा है ~3.3*10 37 एर्ग (3.3*10 30 जे) ज्वारीय ऊष्मा ऊर्जा (यह पृथ्वी से चंद्रमा के क्रमिक निष्कासन के अधीन है)। इस ऊष्मा के निकलने की दर के समय में परिवर्तन को अंजीर में दिखाया गया है। 3.10 .

कुल ज्वारीय ऊर्जा का आधे से अधिक भाग में छोड़ा गया था कटारची (हेलिया)) - 4.6-4.0 अरब साल पहले, और उस समय, केवल इस ऊर्जा के कारण, पृथ्वी अतिरिक्त रूप से ~ 500 0 तक गर्म हो सकती थी। ऊर्जा-गहन अंतर्जात प्रक्रियाएं .

अभिवृद्धि ऊष्मा

यह पृथ्वी द्वारा अपने गठन के बाद से संग्रहीत गर्मी है। चालू अभिवृद्धि, जो टक्कर के कारण कई दसियों लाख वर्षों तक चला था ग्रहीय जंतुपृथ्वी ने महत्वपूर्ण ताप का अनुभव किया है। इसी समय, इस ताप के परिमाण पर कोई सहमति नहीं है। वर्तमान में, शोधकर्ताओं का मानना ​​​​है कि अभिवृद्धि की प्रक्रिया में, पृथ्वी ने अनुभव किया, यदि पूर्ण नहीं है, तो महत्वपूर्ण आंशिक गलन, जिसके कारण प्रोटो-अर्थ का प्रारंभिक विभेदन एक भारी लोहे के कोर और एक हल्के सिलिकेट मेंटल में हुआ, और गठन के लिए "मैग्मा महासागर"इसकी सतह पर या उथली गहराई पर। यद्यपि 1990 के दशक से पहले भी, अपेक्षाकृत ठंडी प्राथमिक पृथ्वी के मॉडल को व्यावहारिक रूप से सार्वभौमिक रूप से मान्यता प्राप्त माना जाता था, जो कि उपरोक्त प्रक्रियाओं के कारण धीरे-धीरे गर्म हो जाता है, साथ ही साथ एक महत्वपूर्ण मात्रा में तापीय ऊर्जा भी निकलती है।

प्राथमिक अभिवृद्धि ऊष्मा और उसके हिस्से का सटीक आकलन जो वर्तमान समय तक बचा हुआ है, महत्वपूर्ण कठिनाइयों से जुड़ा है। द्वारा ओ.जी. सोरोख्तिनतथा एस.ए. उशाकोवजो अपेक्षाकृत ठंडी प्राथमिक पृथ्वी के समर्थक हैं, ऊष्मा में परिवर्तित होने वाली अभिवृद्धि ऊर्जा का मान है - 20.13*10 38 एर्ग (20.13*10 31 जे). गर्मी के नुकसान की अनुपस्थिति में यह ऊर्जा पर्याप्त होगी पूर्ण वाष्पीकरणस्थलीय पदार्थ, क्योंकि तक बढ़ सकता है तापमान 30 000 0. लेकिन अभिवृद्धि प्रक्रिया अपेक्षाकृत लंबी थी, और ग्रहीय प्रभावों की ऊर्जा केवल बढ़ती पृथ्वी की निकट-सतह परतों में जारी की गई थी और थर्मल विकिरण के साथ जल्दी से खो गई थी, इसलिए ग्रह का प्रारंभिक ताप बड़ा नहीं था। इस ऊष्मीय विकिरण का परिमाण, जो पृथ्वी के गठन (अभिवृद्धि) के समानांतर चलता है, संकेतित लेखकों द्वारा अनुमान लगाया गया है 19.4*10 38 एर्ग (19.4*10 31 जू) .

पृथ्वी के आधुनिक ऊर्जा संतुलन में, अभिवृद्धि ऊष्मा सबसे अधिक महत्वहीन भूमिका निभाती है।

हमारे देश में, हाइड्रोकार्बन में समृद्ध, भूतापीय ऊर्जा एक प्रकार का विदेशी संसाधन है, जो वर्तमान स्थिति में, तेल और गैस के साथ प्रतिस्पर्धा करने की संभावना नहीं है। फिर भी, ऊर्जा के इस वैकल्पिक रूप का उपयोग लगभग हर जगह और काफी कुशलता से किया जा सकता है।

भूतापीय ऊर्जा पृथ्वी के आंतरिक भाग की ऊष्मा है। यह गहराई में उत्पन्न होता है और अलग-अलग रूपों में और अलग-अलग तीव्रता के साथ पृथ्वी की सतह पर आता है।

मिट्टी की ऊपरी परतों का तापमान मुख्य रूप से बाहरी (बहिर्जात) कारकों - सूर्य के प्रकाश और हवा के तापमान पर निर्भर करता है। गर्मियों में और दिन के दौरान, मिट्टी कुछ गहराई तक गर्म होती है, और सर्दियों में और रात में यह हवा के तापमान में बदलाव के बाद ठंडी हो जाती है और कुछ देरी से गहराई के साथ बढ़ती है। हवा के तापमान में दैनिक उतार-चढ़ाव का प्रभाव कुछ से लेकर कई दसियों सेंटीमीटर की गहराई पर समाप्त होता है। मौसमी उतार-चढ़ाव मिट्टी की गहरी परतों पर कब्जा कर लेते हैं - दसियों मीटर तक।

एक निश्चित गहराई पर - दसियों से सैकड़ों मीटर तक - मिट्टी का तापमान स्थिर रखा जाता है, जो पृथ्वी की सतह पर औसत वार्षिक वायु तापमान के बराबर होता है। काफी गहरी गुफा में जाकर इसकी पुष्टि करना आसान है।

जब किसी दिए गए क्षेत्र में औसत वार्षिक हवा का तापमान शून्य से नीचे होता है, तो यह खुद को पर्माफ्रॉस्ट (अधिक सटीक, पर्माफ्रॉस्ट) के रूप में प्रकट करता है। वी पूर्वी साइबेरियासाल भर जमी हुई मिट्टी की मोटाई, यानी मोटाई, स्थानों में 200-300 मीटर तक पहुंच जाती है।

एक निश्चित गहराई से (मानचित्र पर प्रत्येक बिंदु के लिए अपना), सूर्य और वायुमंडल की क्रिया इतनी कमजोर हो जाती है कि अंतर्जात (आंतरिक) कारक पहले आते हैं और पृथ्वी के आंतरिक भाग को अंदर से गर्म किया जाता है, जिससे तापमान शुरू हो जाता है गहराई के साथ उठो।

पृथ्वी की गहरी परतों का ताप मुख्य रूप से वहां स्थित रेडियोधर्मी तत्वों के क्षय से जुड़ा हुआ है, हालांकि गर्मी के अन्य स्रोतों का भी नाम है, उदाहरण के लिए, पृथ्वी की पपड़ी और मेंटल की गहरी परतों में भौतिक रासायनिक, विवर्तनिक प्रक्रियाएं। लेकिन कारण जो भी हो, तापमान चट्टानोंऔर संबंधित तरल और गैसीय पदार्थ गहराई के साथ बढ़ते हैं। खनिकों को इस घटना का सामना करना पड़ता है - गहरी खदानों में यह हमेशा गर्म रहता है। 1 किमी की गहराई पर, तीस डिग्री गर्मी सामान्य होती है, और गहरा तापमान और भी अधिक होता है।

पृथ्वी की सतह तक पहुँचने वाले पृथ्वी के आंतरिक भाग का ताप प्रवाह छोटा है - औसतन, इसकी शक्ति 0.03–0.05 W / m 2, या लगभग 350 W h / m 2 प्रति वर्ष है। सूर्य से निकलने वाली गर्मी और उसके द्वारा गर्म की गई हवा की पृष्ठभूमि के खिलाफ, यह एक अगोचर मूल्य है: सूर्य सभी को देता है वर्ग मीटरपृथ्वी की सतह लगभग 4,000 kWh सालाना है, यानी 10,000 गुना अधिक (बेशक, यह औसतन है, ध्रुवीय और भूमध्यरेखीय अक्षांशों के बीच एक विशाल प्रसार के साथ और अन्य जलवायु और मौसम कारकों पर निर्भर करता है)।

अधिकांश ग्रह में गहराई से सतह तक गर्मी के प्रवाह का महत्व चट्टानों की कम तापीय चालकता और भूवैज्ञानिक संरचना की ख़ासियत से जुड़ा है। लेकिन अपवाद हैं - ऐसे स्थान जहां गर्मी का प्रवाह अधिक होता है। ये, सबसे पहले, विवर्तनिक दोषों के क्षेत्र, बढ़ी हुई भूकंपीय गतिविधि और ज्वालामुखी हैं, जहाँ पृथ्वी के आंतरिक भाग की ऊर्जा एक रास्ता खोजती है। इस तरह के क्षेत्रों को स्थलमंडल की थर्मल विसंगतियों की विशेषता है, यहां पृथ्वी की सतह तक पहुंचने वाली गर्मी का प्रवाह कई बार हो सकता है और यहां तक ​​​​कि "सामान्य" की तुलना में अधिक शक्तिशाली परिमाण के आदेश भी हो सकते हैं। इन क्षेत्रों में ज्वालामुखी विस्फोट और पानी के गर्म झरनों से भारी मात्रा में गर्मी सतह पर लाई जाती है।

ये ऐसे क्षेत्र हैं जो भूतापीय ऊर्जा के विकास के लिए सबसे अनुकूल हैं। रूस के क्षेत्र में, ये सबसे पहले, कामचटका, कुरील द्वीप और काकेशस हैं।

उसी समय, भूतापीय ऊर्जा का विकास लगभग हर जगह संभव है, क्योंकि गहराई के साथ तापमान में वृद्धि एक सर्वव्यापी घटना है, और कार्य आंतों से गर्मी को "निकालना" है, जैसे खनिज कच्चे माल वहां से निकाले जाते हैं।

औसतन, प्रत्येक 100 मीटर के लिए तापमान में गहराई के साथ 2.5-3 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि होती है। अलग-अलग गहराई पर स्थित दो बिंदुओं के बीच तापमान अंतर का अनुपात उनके बीच की गहराई के अंतर को भूतापीय ढाल कहा जाता है।

पारस्परिक भू-तापीय चरण, या गहराई अंतराल है जिस पर तापमान 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाता है।

उच्च ढाल और, तदनुसार, जितना कम कदम, पृथ्वी की गहराई की गर्मी सतह के करीब पहुंचती है और यह क्षेत्र भू-तापीय ऊर्जा के विकास के लिए अधिक आशाजनक है।

विभिन्न क्षेत्रों में, भूवैज्ञानिक संरचना और अन्य क्षेत्रीय और स्थानीय परिस्थितियों के आधार पर, गहराई के साथ तापमान में वृद्धि की दर नाटकीय रूप से भिन्न हो सकती है। पृथ्वी के पैमाने पर, भूतापीय ढाल और चरणों के मूल्यों में उतार-चढ़ाव 25 गुना तक पहुंच जाता है। उदाहरण के लिए, ओरेगन (यूएसए) राज्य में प्रति 1 किमी में ढाल 150°C है, और दक्षिण अफ्रीका में यह 6°C प्रति 1 किमी है।

सवाल यह है कि बड़ी गहराई पर तापमान क्या है - 5, 10 किमी या उससे अधिक? यदि प्रवृत्ति जारी रहती है, तो 10 किमी की गहराई पर तापमान औसतन 250-300 डिग्री सेल्सियस के आसपास होना चाहिए। यह कमोबेश अल्ट्रादीप कुओं में प्रत्यक्ष टिप्पणियों द्वारा पुष्टि की जाती है, हालांकि तस्वीर तापमान में रैखिक वृद्धि की तुलना में बहुत अधिक जटिल है।

उदाहरण के लिए, बाल्टिक क्रिस्टलीय शील्ड में ड्रिल किए गए कोला सुपरडीप में, तापमान 10°C/1 किमी की दर से 3 किमी की गहराई तक बदलता है, और फिर भूतापीय प्रवणता 2-2.5 गुना अधिक हो जाती है। 7 किमी की गहराई पर, 120 डिग्री सेल्सियस का तापमान पहले ही 10 किमी - 180 डिग्री सेल्सियस और 12 किमी - 220 डिग्री सेल्सियस पर दर्ज किया जा चुका है।

एक अन्य उदाहरण उत्तरी कैस्पियन में एक कुआं है, जहां 500 मीटर की गहराई पर 42 डिग्री सेल्सियस का तापमान 1.5 किमी - 70 डिग्री सेल्सियस, 2 किमी - 80 डिग्री सेल्सियस, 3 किमी - 108 डिग्री सेल्सियस पर दर्ज किया गया था।

यह माना जाता है कि भू-तापीय प्रवणता 20-30 किमी की गहराई से घटती है: 100 किमी की गहराई पर, अनुमानित तापमान 1300-1500 डिग्री सेल्सियस, 400 किमी की गहराई पर - 1600 डिग्री सेल्सियस, पृथ्वी के कोर (6000 किमी से अधिक की गहराई) - 4000-5000 डिग्री सेल्सियस।

10-12 किमी तक की गहराई पर, ड्रिल किए गए कुओं के माध्यम से तापमान मापा जाता है; जहां वे मौजूद नहीं हैं, यह अप्रत्यक्ष संकेतों द्वारा उसी तरह निर्धारित किया जाता है जैसे अधिक गहराई पर। इस तरह के अप्रत्यक्ष संकेत भूकंपीय तरंगों के पारित होने की प्रकृति या प्रस्फुटित लावा का तापमान हो सकते हैं।

हालांकि, भूतापीय ऊर्जा के प्रयोजनों के लिए, 10 किमी से अधिक की गहराई पर तापमान पर डेटा अभी तक व्यावहारिक रुचि के नहीं हैं।

कई किलोमीटर की गहराई पर बहुत गर्मी होती है, लेकिन इसे कैसे बढ़ाया जाए? कभी-कभी प्रकृति स्वयं हमारे लिए इस समस्या को एक प्राकृतिक शीतलक - गर्म तापीय पानी की मदद से हल करती है जो सतह पर आते हैं या हमारे लिए सुलभ गहराई पर स्थित होते हैं। कुछ मामलों में, गहराई में पानी भाप की स्थिति में गरम किया जाता है।

"थर्मल वॉटर" की अवधारणा की कोई सख्त परिभाषा नहीं है। एक नियम के रूप में, उनका मतलब एक तरल अवस्था में या भाप के रूप में गर्म भूजल है, जिसमें वे भी शामिल हैं जो पृथ्वी की सतह पर 20 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान के साथ आते हैं, जो कि एक नियम के रूप में, हवा के तापमान से अधिक है।

भूजल, भाप, भाप-पानी के मिश्रण की गर्मी जलतापीय ऊर्जा है। तदनुसार, इसके उपयोग पर आधारित ऊर्जा को हाइड्रोथर्मल कहा जाता है।

सूखी चट्टानों से सीधे गर्मी के उत्पादन के साथ स्थिति अधिक जटिल है - पेट्रोथर्मल ऊर्जा, विशेष रूप से पर्याप्त रूप से उच्च तापमान, एक नियम के रूप में, कई किलोमीटर की गहराई से शुरू होती है।

रूस के क्षेत्र में, पेट्रोथर्मल ऊर्जा की क्षमता हाइड्रोथर्मल ऊर्जा की तुलना में सौ गुना अधिक है - क्रमशः 3,500 और 35 ट्रिलियन टन मानक ईंधन। यह काफी स्वाभाविक है - पृथ्वी की गहराई की गर्मी हर जगह है, और थर्मल पानी स्थानीय रूप से पाए जाते हैं। हालांकि, स्पष्ट तकनीकी कठिनाइयों के कारण, वर्तमान में अधिकांश तापीय जल का उपयोग गर्मी और बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

20-30 से 100 डिग्री सेल्सियस तक पानी का तापमान हीटिंग के लिए उपयुक्त है, 150 डिग्री सेल्सियस और उससे ऊपर का तापमान - और भू-तापीय बिजली संयंत्रों में बिजली उत्पादन के लिए उपयुक्त है।

सामान्य तौर पर, रूस के क्षेत्र में भू-तापीय संसाधन, मानक ईंधन या ऊर्जा माप की किसी अन्य इकाई के संदर्भ में, जीवाश्म ईंधन भंडार से लगभग 10 गुना अधिक हैं।

सैद्धांतिक रूप से, केवल भूतापीय ऊर्जा ही देश की ऊर्जा जरूरतों को पूरी तरह से पूरा कर सकती है। व्यावहारिक रूप से इस पलअपने अधिकांश क्षेत्रों में, यह तकनीकी और आर्थिक कारणों से संभव नहीं है।

दुनिया में, भूतापीय ऊर्जा का उपयोग अक्सर आइसलैंड से जुड़ा होता है - एक देश जो मध्य-अटलांटिक रिज के उत्तरी छोर पर स्थित है, एक अत्यंत सक्रिय विवर्तनिक और ज्वालामुखी क्षेत्र में है। शायद सभी को ज्वालामुखी इयाफ्यतलयोकुडल के शक्तिशाली विस्फोट को याद है ( Eyjafjallajokull) 2010 वर्ष में।

यह इस भूवैज्ञानिक विशिष्टता के लिए धन्यवाद है कि आइसलैंड में भूतापीय ऊर्जा का विशाल भंडार है, जिसमें गर्म झरने शामिल हैं जो पृथ्वी की सतह पर आते हैं और यहां तक ​​​​कि गीजर के रूप में भी बहते हैं।

आइसलैंड में, खपत की गई सभी ऊर्जा का 60% से अधिक वर्तमान में पृथ्वी से लिया जाता है। भूतापीय स्रोतों सहित, 90% ताप और 30% बिजली उत्पादन प्रदान किया जाता है। हम कहते हैं कि देश में बाकी बिजली का उत्पादन हाइड्रोइलेक्ट्रिक पावर प्लांट्स द्वारा किया जाता है, यानी अक्षय ऊर्जा स्रोत का भी उपयोग किया जाता है, जिसकी बदौलत आइसलैंड एक तरह का वैश्विक पर्यावरण मानक जैसा दिखता है।

20वीं सदी में भूतापीय ऊर्जा के "नामकरण" ने आइसलैंड को आर्थिक रूप से काफी मदद की है। पिछली शताब्दी के मध्य तक, यह एक बहुत ही गरीब देश था, अब यह प्रति व्यक्ति भू-तापीय ऊर्जा की स्थापित क्षमता और उत्पादन के मामले में दुनिया में पहले स्थान पर है, और भू-तापीय ऊर्जा की पूर्ण स्थापित क्षमता के मामले में शीर्ष दस में है। पौधे। हालांकि, इसकी आबादी केवल 300 हजार लोग हैं, जो पर्यावरण के अनुकूल ऊर्जा स्रोतों पर स्विच करने के कार्य को सरल करता है: इसकी आवश्यकता आम तौर पर छोटी होती है।

आइसलैंड के अलावा, बिजली उत्पादन के कुल संतुलन में भूतापीय ऊर्जा का एक उच्च हिस्सा न्यूजीलैंड और दक्षिण पूर्व एशिया (फिलीपींस और इंडोनेशिया) के द्वीप राज्यों, मध्य अमेरिका और पूर्वी अफ्रीका के देशों में प्रदान किया जाता है, जिनके क्षेत्र की भी विशेषता है उच्च भूकंपीय और ज्वालामुखी गतिविधि द्वारा। इन देशों के लिए, उनके विकास और जरूरतों के वर्तमान स्तर पर, भूतापीय ऊर्जा सामाजिक-आर्थिक विकास में महत्वपूर्ण योगदान देती है।

भूतापीय ऊर्जा के उपयोग का एक बहुत लंबा इतिहास रहा है। सबसे पहले में से एक प्रसिद्ध उदाहरण- इटली, टस्कनी प्रांत में एक जगह, जिसे अब लार्डेरेलो कहा जाता है, जहां, 19 वीं शताब्दी की शुरुआत में, स्थानीय गर्म तापीय पानी, प्राकृतिक रूप से बहते हुए या उथले कुओं से निकाले गए, ऊर्जा उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाते थे।

बोरिक एसिड प्राप्त करने के लिए बोरान में समृद्ध भूमिगत स्रोतों से पानी का उपयोग यहां किया गया था। प्रारंभ में, यह एसिड लोहे के बॉयलरों में वाष्पीकरण द्वारा प्राप्त किया गया था, और साधारण जलाऊ लकड़ी को पास के जंगलों से ईंधन के रूप में लिया गया था, लेकिन 1827 में फ्रांसेस्को लार्डेल ने एक ऐसी प्रणाली बनाई जो खुद पानी की गर्मी पर काम करती थी। उसी समय, प्राकृतिक जल वाष्प की ऊर्जा का उपयोग ड्रिलिंग रिसाव के संचालन के लिए और 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में स्थानीय घरों और ग्रीनहाउस को गर्म करने के लिए किया जाने लगा। उसी स्थान पर, लार्डेरेलो में, 1904 में, थर्मल जल वाष्प बिजली पैदा करने के लिए एक ऊर्जा स्रोत बन गया।

19वीं सदी के अंत और 20वीं सदी की शुरुआत में इटली के उदाहरण का अनुसरण कुछ अन्य देशों ने किया। उदाहरण के लिए, 1892 में, थर्मल वॉटर का उपयोग पहली बार संयुक्त राज्य अमेरिका (बोइस, इडाहो) में स्थानीय हीटिंग के लिए किया गया था, 1919 में - जापान में, 1928 में - आइसलैंड में।

संयुक्त राज्य अमेरिका में, कैलिफोर्निया में 1930 के दशक की शुरुआत में, न्यूजीलैंड में - 1958 में, मैक्सिको में - 1959 में, रूस में (दुनिया का पहला बाइनरी जियोपीपी) - 1965 में पहला हाइड्रोथर्मल पावर प्लांट दिखाई दिया।

एक नए स्रोत पर एक पुराना सिद्धांत

बिजली उत्पादन के लिए और अधिक की आवश्यकता है उच्च तापमानहीटिंग की तुलना में जल स्रोत - 150 डिग्री सेल्सियस से अधिक। जियोथर्मल पावर प्लांट (जियोईएस) के संचालन का सिद्धांत पारंपरिक थर्मल पावर प्लांट (टीपीपी) के संचालन के सिद्धांत के समान है। वास्तव में, भूतापीय विद्युत संयंत्र एक प्रकार का ताप विद्युत संयंत्र है।

थर्मल पावर प्लांट में, एक नियम के रूप में, कोयला, गैस या ईंधन तेल ऊर्जा के प्राथमिक स्रोत के रूप में कार्य करते हैं, और जल वाष्प काम करने वाले तरल पदार्थ के रूप में कार्य करता है। ईंधन, जलता है, पानी को भाप की स्थिति में गर्म करता है, जो भाप टरबाइन को घुमाता है, और यह बिजली उत्पन्न करता है।

जियोपीपी के बीच अंतर यह है कि यहां ऊर्जा का प्राथमिक स्रोत पृथ्वी के आंतरिक भाग की गर्मी है और भाप के रूप में काम कर रहे तरल पदार्थ विद्युत जनरेटर के टर्बाइन ब्लेड में सीधे उत्पादन कुएं से "तैयार" रूप में प्रवेश करता है।

जियोपीपी संचालन की तीन मुख्य योजनाएं हैं: प्रत्यक्ष, शुष्क (भूतापीय) भाप का उपयोग करना; अप्रत्यक्ष, हाइड्रोथर्मल पानी पर आधारित, और मिश्रित, या बाइनरी।

एक या किसी अन्य योजना का उपयोग एकत्रीकरण की स्थिति और ऊर्जा वाहक के तापमान पर निर्भर करता है।

सबसे सरल और इसलिए महारत हासिल करने वाली पहली योजना प्रत्यक्ष है, जिसमें कुएं से आने वाली भाप को सीधे टर्बाइन के माध्यम से पारित किया जाता है। 1904 में लार्डेरेलो में दुनिया का पहला जियोपीपी भी सूखी भाप से संचालित होता था।

संचालन की अप्रत्यक्ष योजना वाले जियोपीपी हमारे समय में सबसे आम हैं। वे गर्म भूमिगत पानी का उपयोग करते हैं, जिसे उच्च दबाव में एक बाष्पीकरण में पंप किया जाता है, जहां इसका एक हिस्सा वाष्पित हो जाता है, और परिणामस्वरूप भाप एक टरबाइन को घुमाती है। कुछ मामलों में, आक्रामक यौगिकों से भूतापीय पानी और भाप को शुद्ध करने के लिए अतिरिक्त उपकरणों और सर्किट की आवश्यकता होती है।

निकास भाप इंजेक्शन में अच्छी तरह से प्रवेश करती है या अंतरिक्ष हीटिंग के लिए उपयोग की जाती है - इस मामले में, सिद्धांत सीएचपी के संचालन के समान ही होता है।

बाइनरी जियोपीपी में, गर्म थर्मल पानी एक अन्य तरल के साथ बातचीत करता है जो कम उबलते बिंदु के साथ काम कर रहे तरल पदार्थ के रूप में कार्य करता है। दोनों तरल पदार्थ एक हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पारित होते हैं, जहां थर्मल पानी काम कर रहे तरल को वाष्पित करता है, जिसके वाष्प टरबाइन को घुमाते हैं।

बाइनरी जियोपीपी के संचालन का सिद्धांत। गर्म तापीय पानी एक अन्य तरल के साथ परस्पर क्रिया करता है जो एक कार्यशील तरल के रूप में कार्य करता है और इसका क्वथनांक कम होता है। दोनों तरल पदार्थ एक हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पारित होते हैं, जहां थर्मल पानी काम करने वाले तरल को वाष्पित करता है, जिसके वाष्प, बदले में, टरबाइन को घुमाते हैं।

यह प्रणाली बंद है, जो वातावरण में उत्सर्जन की समस्या को हल करती है। इसके अलावा, अपेक्षाकृत कम क्वथनांक वाले काम करने वाले तरल पदार्थ ऊर्जा के प्राथमिक स्रोत के रूप में बहुत गर्म थर्मल पानी का उपयोग करना संभव नहीं बनाते हैं।

तीनों योजनाएं हाइड्रोथर्मल स्रोत का उपयोग करती हैं, लेकिन पेट्रोथर्मल ऊर्जा का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए भी किया जा सकता है।

इस मामले में सर्किट आरेख भी काफी सरल है। दो परस्पर जुड़े कुओं - इंजेक्शन और उत्पादन को ड्रिल करना आवश्यक है। इंजेक्शन कुएं में पानी डाला जाता है। गहराई पर, यह गर्म हो जाता है, फिर गर्म पानी या भाप को मजबूत हीटिंग के परिणामस्वरूप एक उत्पादन कुएं के माध्यम से सतह पर आपूर्ति की जाती है। इसके अलावा, यह सब इस बात पर निर्भर करता है कि पेट्रोथर्मल ऊर्जा का उपयोग कैसे किया जाता है - हीटिंग के लिए या बिजली के उत्पादन के लिए। एक बंद चक्र संभव है जब निकास भाप और पानी को वापस इंजेक्शन कुएं में या निपटान की किसी अन्य विधि में पंप किया जाए।

पेट्रोथर्मल सिस्टम की योजना। यह प्रणाली पृथ्वी की सतह और इसके आंतरिक भाग के बीच तापमान प्रवणता के उपयोग पर आधारित है, जहां तापमान अधिक होता है। सतह से पानी को इंजेक्शन के कुएं में पंप किया जाता है और गहराई से गर्म किया जाता है, फिर गर्म पानी या भाप के परिणामस्वरूप बनने वाली भाप को उत्पादन कुएं के माध्यम से सतह पर आपूर्ति की जाती है।

ऐसी प्रणाली का नुकसान स्पष्ट है: पर्याप्त उच्च तापमान प्राप्त करने के लिए कार्यात्मक द्रवगहरे कुओं को खोदने की जरूरत है। और यह एक गंभीर लागत है और द्रव के ऊपर जाने पर महत्वपूर्ण गर्मी के नुकसान का जोखिम है। इसलिए, हाइड्रोथर्मल सिस्टम की तुलना में पेट्रोथर्मल सिस्टम अभी भी कम आम हैं, हालांकि पेट्रोथर्मल ऊर्जा की क्षमता अधिक परिमाण के आदेश हैं।

वर्तमान में, तथाकथित पेट्रोथर्मल सर्कुलेटिंग सिस्टम (पीसीएस) के निर्माण में अग्रणी ऑस्ट्रेलिया है। इसके अलावा, संयुक्त राज्य अमेरिका, स्विट्जरलैंड, ग्रेट ब्रिटेन और जापान में भूतापीय ऊर्जा की यह दिशा सक्रिय रूप से विकसित हो रही है।

लॉर्ड केल्विन का उपहार

1852 में भौतिक विज्ञानी विलियम थॉम्पसन (उर्फ लॉर्ड केल्विन) द्वारा हीट पंप के आविष्कार ने मानव जाति को मिट्टी की ऊपरी परतों की निम्न-श्रेणी की गर्मी का उपयोग करने का एक वास्तविक अवसर प्रदान किया। ताप पंप प्रणाली, या ताप गुणक, जैसा कि थॉम्पसन ने इसे कहा है, पर्यावरण से शीतलक में गर्मी को स्थानांतरित करने की भौतिक प्रक्रिया पर आधारित है। वास्तव में, यह उसी सिद्धांत का उपयोग करता है जैसे पेट्रोथर्मल सिस्टम में। अंतर गर्मी के स्रोत में है, जिसके संबंध में एक शब्दावली प्रश्न उठ सकता है: एक ताप पंप को किस हद तक भू-तापीय प्रणाली माना जा सकता है? बात यह है कि ऊपरी परतें, दसियों से सैकड़ों मीटर की गहराई तक, चट्टानें और उनमें निहित तरल पदार्थ पृथ्वी की गहरी गर्मी से नहीं, बल्कि सूर्य से गर्म होते हैं। इस प्रकार, यह इस मामले में सूर्य है जो गर्मी का प्राथमिक स्रोत है, हालांकि इसे भू-तापीय प्रणालियों के रूप में, पृथ्वी से लिया जाता है।

ताप पंप का संचालन वातावरण की तुलना में मिट्टी को गर्म करने और ठंडा करने में देरी पर आधारित होता है, जिसके परिणामस्वरूप सतह और गहरी परतों के बीच एक तापमान प्रवणता बनती है, जो सर्दियों में भी गर्मी बरकरार रखती है। जलाशयों में क्या होता है। ऊष्मा पम्पों का मुख्य उद्देश्य अंतरिक्ष को गर्म करना है। वास्तव में, यह "रिवर्स में रेफ्रिजरेटर" है। हीट पंप और रेफ्रिजरेटर दोनों तीन घटकों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं: आंतरिक वातावरण (पहले मामले में - एक गर्म कमरा, दूसरे में - एक ठंडा रेफ्रिजरेटर कक्ष), बाहरी वातावरण - एक ऊर्जा स्रोत और एक रेफ्रिजरेंट (रेफ्रिजरेंट), जो एक शीतलक भी है जो गर्मी हस्तांतरण या ठंड प्रदान करता है।

कम क्वथनांक वाला पदार्थ एक रेफ्रिजरेंट के रूप में कार्य करता है, जो इसे एक ऐसे स्रोत से गर्मी लेने की अनुमति देता है जिसमें अपेक्षाकृत अधिक तापमान होता है। कम तापमान.

रेफ्रिजरेटर में, तरल रेफ्रिजरेंट एक थ्रॉटल (दबाव नियामक) के माध्यम से बाष्पीकरणकर्ता में प्रवेश करता है, जहां, दबाव में तेज कमी के कारण, तरल वाष्पित हो जाता है। वाष्पीकरण एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया है जिसमें गर्मी को बाहर से अवशोषित करने की आवश्यकता होती है। नतीजतन, बाष्पीकरणकर्ता की भीतरी दीवारों से गर्मी ली जाती है, जो रेफ्रिजरेटर कक्ष में शीतलन प्रभाव प्रदान करती है। बाष्पीकरणकर्ता से आगे, रेफ्रिजरेंट को कंप्रेसर में चूसा जाता है, जहां यह एकत्रीकरण की तरल अवस्था में वापस आ जाता है। यह विपरीत प्रक्रिया है, जो बाहरी वातावरण में ली गई गर्मी की रिहाई की ओर ले जाती है। एक नियम के रूप में, इसे कमरे में फेंक दिया जाता है, और रेफ्रिजरेटर की पिछली दीवार अपेक्षाकृत गर्म होती है।

गर्मी पंप लगभग उसी तरह से काम करता है, इस अंतर के साथ कि गर्मी बाहरी वातावरण से ली जाती है और बाष्पीकरणकर्ता - कमरे के हीटिंग सिस्टम के माध्यम से आंतरिक वातावरण में प्रवेश करती है।

एक वास्तविक ताप पंप में, पानी को गर्म किया जाता है, जमीन या जलाशय में रखे बाहरी सर्किट से गुजरते हुए, बाष्पीकरणकर्ता में प्रवेश करता है।

बाष्पीकरण में, गर्मी को कम क्वथनांक के साथ एक सर्द से भरे आंतरिक सर्किट में स्थानांतरित किया जाता है, जो बाष्पीकरणकर्ता से गुजरते हुए, तरल से गैसीय अवस्था में बदल जाता है, गर्मी लेता है।

इसके अलावा, गैसीय रेफ्रिजरेंट कंप्रेसर में प्रवेश करता है, जहां यह उच्च दबाव और तापमान तक संकुचित होता है, और कंडेनसर में प्रवेश करता है, जहां हीटिंग सिस्टम से गर्म गैस और गर्मी वाहक के बीच हीट एक्सचेंज होता है।

कंप्रेसर को संचालित करने के लिए बिजली की आवश्यकता होती है, हालांकि, परिवर्तन अनुपात (खपत और उत्पन्न ऊर्जा का अनुपात) आधुनिक प्रणालीप्रभावी होने के लिए पर्याप्त उच्च।

वर्तमान में, मुख्य रूप से आर्थिक रूप से विकसित देशों में, गर्मी पंपों का व्यापक रूप से अंतरिक्ष हीटिंग के लिए उपयोग किया जाता है।

इको-सही ऊर्जा

भूतापीय ऊर्जा को पर्यावरण के अनुकूल माना जाता है, जो आमतौर पर सच है। सबसे पहले, यह एक अक्षय और व्यावहारिक रूप से अटूट संसाधन का उपयोग करता है। बड़े जलविद्युत ऊर्जा संयंत्रों या पवन खेतों के विपरीत, भूतापीय ऊर्जा को बड़े क्षेत्रों की आवश्यकता नहीं होती है, और हाइड्रोकार्बन ऊर्जा के विपरीत, वातावरण को प्रदूषित नहीं करती है। औसतन, 1 गीगावॉट बिजली उत्पन्न करने के मामले में जियोपीपी 400 मीटर 2 पर कब्जा कर लेता है। उदाहरण के लिए, कोयले से चलने वाले थर्मल पावर प्लांट के लिए एक ही आंकड़ा 3600 मीटर 2 है। जियोपीपी के पर्यावरणीय लाभों में कम पानी की खपत भी शामिल है - 20 लीटर ताजा पानी प्रति 1 किलोवाट, जबकि थर्मल पावर प्लांट और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों को लगभग 1000 लीटर की आवश्यकता होती है। ध्यान दें कि ये "औसत" जियोपीपी के पर्यावरणीय संकेतक हैं।

लेकिन अभी भी नकारात्मक दुष्प्रभाव हैं। उनमें से, ध्वनि, वातावरण का ऊष्मीय प्रदूषण और पानी और मिट्टी का रासायनिक प्रदूषण, साथ ही ठोस कचरे का निर्माण सबसे अधिक बार प्रतिष्ठित होता है।

पर्यावरण के रासायनिक प्रदूषण का मुख्य स्रोत थर्मल पानी ही है (उच्च तापमान और खनिज के साथ), जिसमें अक्सर होता है बड़ी मात्राजहरीले यौगिक, जिसके संबंध में अपशिष्ट जल और खतरनाक पदार्थों के निपटान की समस्या है।

भूतापीय ऊर्जा के नकारात्मक प्रभावों का पता कई चरणों में लगाया जा सकता है, जो कुओं की ड्रिलिंग से शुरू होता है। यहां, किसी भी कुएं को खोदते समय समान खतरे उत्पन्न होते हैं: मिट्टी और वनस्पति आवरण का विनाश, मिट्टी का संदूषण और भूजल.

जियोपीपी संचालन चरण में प्रदूषण की समस्या वातावरणसहेजे जाते हैं। थर्मल तरल पदार्थ - पानी और भाप - में आम तौर पर कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2), सल्फर सल्फाइड (एच 2 एस), अमोनिया (एनएच 3), मीथेन (सीएच 4), सामान्य नमक (NaCl), बोरॉन (बी), आर्सेनिक (जैसा) होता है। ), पारा (एचजी)। पर्यावरण में छोड़े जाने पर, वे प्रदूषण के स्रोत बन जाते हैं। इसके अलावा, एक आक्रामक रासायनिक वातावरण जियोटीपीपी संरचनाओं को जंग से नुकसान पहुंचा सकता है।

साथ ही, जियोपीपी में प्रदूषक उत्सर्जन टीपीपी की तुलना में औसतन कम है। उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन प्रति किलोवाट-घंटे बिजली उत्पन्न होती है, जो जियोपीपी में 380 ग्राम, कोयले से चलने वाले थर्मल पावर प्लांट में 1042 ग्राम, ईंधन तेल में 906 ग्राम और गैस से चलने वाले थर्मल पावर प्लांट में 453 ग्राम तक होती है।

सवाल उठता है: अपशिष्ट जल का क्या किया जाए? कम लवणता के साथ, ठंडा होने के बाद, इसे सतह के पानी में छोड़ा जा सकता है। दूसरा तरीका यह है कि इसे एक इंजेक्शन कुएं के माध्यम से वापस जलभृत में पंप किया जाए, जो वर्तमान में पसंदीदा और प्रमुख अभ्यास है।

जलभृतों से ऊष्मीय जल की निकासी (साथ ही साथ साधारण पानी को बाहर निकालना) भूगर्भीय परतों के अन्य विकृतियों और सूक्ष्म भूकंपों का कारण बन सकता है। ऐसी घटनाओं की संभावना आमतौर पर कम होती है, हालांकि अलग-अलग मामले दर्ज किए गए हैं (उदाहरण के लिए, जर्मनी में स्टॉफेन इम ब्रिसगौ में जियोपीपी में)।

इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि अधिकांश जियोपीपी अपेक्षाकृत कम आबादी वाले क्षेत्रों और तीसरी दुनिया के देशों में स्थित हैं, जहां विकसित देशों की तुलना में पर्यावरणीय आवश्यकताएं कम कठोर हैं। इसके अलावा, फिलहाल जियोपीपी की संख्या और उनकी क्षमता अपेक्षाकृत कम है। भूतापीय ऊर्जा के बड़े विकास के साथ, पर्यावरणीय जोखिम बढ़ सकते हैं और कई गुना बढ़ सकते हैं।

पृथ्वी की ऊर्जा कितनी है?

भू-तापीय प्रणालियों के निर्माण के लिए निवेश लागत बहुत विस्तृत श्रृंखला में भिन्न होती है - 200 से 5000 डॉलर प्रति 1 किलोवाट स्थापित क्षमता, यानी सबसे सस्ता विकल्प थर्मल पावर प्लांट के निर्माण की लागत के बराबर है। वे निर्भर करते हैं, सबसे पहले, थर्मल पानी की घटना की स्थितियों, उनकी संरचना और सिस्टम के डिजाइन पर। बड़ी गहराई तक ड्रिलिंग, दो कुओं के साथ एक बंद प्रणाली बनाना, जल उपचार की आवश्यकता लागत को कई गुना बढ़ा सकती है।

उदाहरण के लिए, एक पेट्रोथर्मल सर्कुलेशन सिस्टम (पीटीएस) के निर्माण में निवेश का अनुमान 1.6-4 हजार डॉलर प्रति 1 किलोवाट स्थापित क्षमता है, जो परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माण की लागत से अधिक है और हवा के निर्माण की लागत के बराबर है और सौर ऊर्जा संयंत्र।

जियोटीपीपी का स्पष्ट आर्थिक लाभ एक मुक्त ऊर्जा वाहक है। तुलना के लिए, एक ऑपरेटिंग थर्मल पावर प्लांट या परमाणु ऊर्जा संयंत्र की लागत संरचना में, वर्तमान ऊर्जा कीमतों के आधार पर, ईंधन 50-80% या उससे भी अधिक है। इसलिए, भू-तापीय प्रणाली का एक और लाभ: परिचालन लागत अधिक स्थिर और अनुमानित है, क्योंकि वे ऊर्जा की कीमतों के बाहरी संयोजन पर निर्भर नहीं हैं। सामान्य तौर पर, जियोटीपीपी की परिचालन लागत का अनुमान 2-10 सेंट (60 कोप्पेक-3 रूबल) प्रति 1 किलोवाट प्रति घंटा है।

ऊर्जा वाहक के बाद व्यय की दूसरी सबसे बड़ी (और बहुत महत्वपूर्ण) मद है, एक नियम के रूप में, वेतनसंयंत्र कर्मियों, जो देशों और क्षेत्रों में नाटकीय रूप से भिन्न हो सकते हैं।

औसतन, भूतापीय ऊर्जा के 1 kWh की लागत थर्मल पावर प्लांट (रूसी परिस्थितियों में - लगभग 1 रूबल / 1 kWh) के लिए तुलनीय है और जलविद्युत संयंत्रों में बिजली उत्पादन की लागत से दस गुना अधिक है (5-10 kopecks) / 1 किलोवाट)।

उच्च लागत का कारण यह है कि थर्मल और हाइड्रोलिक पावर प्लांट के विपरीत, जियोटीपीपी की अपेक्षाकृत कम क्षमता है। इसके अलावा, एक ही क्षेत्र में और समान परिस्थितियों में स्थित प्रणालियों की तुलना करना आवश्यक है। इसलिए, उदाहरण के लिए, कामचटका में, विशेषज्ञों के अनुसार, 1 kWh भू-तापीय बिजली की लागत स्थानीय ताप विद्युत संयंत्रों में उत्पादित बिजली की तुलना में 2-3 गुना सस्ती है।

भूतापीय प्रणाली की आर्थिक दक्षता के संकेतक निर्भर करते हैं, उदाहरण के लिए, क्या अपशिष्ट जल का निपटान करना आवश्यक है और यह किस तरह से किया जाता है, क्या संसाधन का संयुक्त उपयोग संभव है। इसलिए, रासायनिक तत्वऔर थर्मल पानी से निकाले गए यौगिक अतिरिक्त आय प्रदान कर सकते हैं। लार्डेरेलो के उदाहरण को याद करें: यह रासायनिक उत्पादन था जो वहां प्राथमिक था, और भू-तापीय ऊर्जा का उपयोग शुरू में एक सहायक प्रकृति का था।

जियोथर्मल एनर्जी फॉरवर्ड

भूतापीय ऊर्जा पवन और सौर से कुछ भिन्न रूप से विकसित हो रही है। वर्तमान में, यह काफी हद तक स्वयं संसाधन की प्रकृति पर निर्भर करता है, जो क्षेत्र के अनुसार तेजी से भिन्न होता है, और उच्चतम सांद्रता भू-तापीय विसंगतियों के संकीर्ण क्षेत्रों से जुड़ी होती है, जो आमतौर पर टेक्टोनिक दोष और ज्वालामुखी के क्षेत्रों से जुड़ी होती है।

इसके अलावा, भू - तापीय ऊर्जापवन की तुलना में कम तकनीकी रूप से क्षमता और सौर ऊर्जा के साथ भी अधिक: भू-तापीय स्टेशनों की प्रणालियां काफी सरल हैं।

विश्व बिजली उत्पादन की समग्र संरचना में, भू-तापीय घटक 1% से कम है, लेकिन कुछ क्षेत्रों और देशों में इसका हिस्सा 25-30% तक पहुंच जाता है। भूगर्भीय स्थितियों से जुड़ाव के कारण, भूतापीय ऊर्जा क्षमता का एक महत्वपूर्ण हिस्सा तीसरी दुनिया के देशों में केंद्रित है, जहां उद्योग के सबसे बड़े विकास के तीन समूह हैं - दक्षिण पूर्व एशिया, मध्य अमेरिका और पूर्वी अफ्रीका के द्वीप। पहले दो क्षेत्र प्रशांत "पृथ्वी की अग्नि बेल्ट" का हिस्सा हैं, तीसरा पूर्वी अफ्रीकी दरार से जुड़ा हुआ है। सबसे अधिक संभावना के साथ, इन बेल्टों में भूतापीय ऊर्जा का विकास जारी रहेगा। कई किलोमीटर की गहराई पर पड़ी पृथ्वी की परतों की गर्मी का उपयोग करते हुए, एक अधिक दूर की संभावना पेट्रोथर्मल ऊर्जा का विकास है। यह लगभग सर्वव्यापी संसाधन है, लेकिन इसके निष्कर्षण के लिए उच्च लागत की आवश्यकता होती है, इसलिए पेट्रोथर्मल ऊर्जा मुख्य रूप से सबसे अधिक आर्थिक और तकनीकी रूप से शक्तिशाली देशों में विकसित हो रही है।

सामान्य तौर पर, भू-तापीय संसाधनों की सर्वव्यापकता और स्वीकार्य स्तर को देखते हुए पर्यावरण संबंधी सुरक्षा, यह मानने का कारण है कि भूतापीय ऊर्जा में विकास की अच्छी संभावनाएं हैं। विशेष रूप से पारंपरिक ऊर्जा वाहकों की कमी और उनके लिए बढ़ती कीमतों के बढ़ते खतरे के साथ।

कामचटका से काकेशस तक

रूस में, भूतापीय ऊर्जा के विकास का इतिहास काफी लंबा है, और कई पदों पर हम विश्व नेताओं में से हैं, हालांकि एक विशाल देश के समग्र ऊर्जा संतुलन में भू-तापीय ऊर्जा का हिस्सा अभी भी नगण्य है।

दो क्षेत्र, कामचटका और उत्तरी काकेशस, और अगर पहले मामले में हम मुख्य रूप से विद्युत ऊर्जा उद्योग के बारे में बात कर रहे हैं, तो दूसरे में - तापीय पानी की तापीय ऊर्जा के उपयोग के बारे में।

उत्तरी काकेशस में - क्रास्नोडार क्षेत्र में, चेचन्या, दागिस्तान - ऊर्जा उद्देश्यों के लिए थर्मल पानी की गर्मी का उपयोग महान से पहले भी किया गया था देशभक्ति युद्ध. 1980-1990 के दशक में, स्पष्ट कारणों से इस क्षेत्र में भूतापीय ऊर्जा का विकास रुक गया और अभी तक ठहराव की स्थिति से उबर नहीं पाया है। फिर भी, उत्तरी काकेशस में भूतापीय जल आपूर्ति लगभग 500 हजार लोगों को गर्मी प्रदान करती है, और, उदाहरण के लिए, 60 हजार लोगों की आबादी वाले क्रास्नोडार क्षेत्र में लाबिंस्क शहर पूरी तरह से भूतापीय जल से गर्म होता है।

कामचटका में, भूतापीय ऊर्जा का इतिहास मुख्य रूप से जियोपीपी के निर्माण से जुड़ा है। उनमें से पहला, जो अभी भी पॉज़ेत्सकाया और परटुन्स्काया स्टेशनों का संचालन कर रहा है, 1965-1967 में वापस बनाया गया था, जबकि 600 kW की क्षमता वाला Paratunskaya GeoPP एक द्विआधारी चक्र के साथ दुनिया का पहला स्टेशन बन गया। यह रूसी विज्ञान अकादमी के साइबेरियाई शाखा के थर्मल फिजिक्स संस्थान के सोवियत वैज्ञानिकों एस.एस. कुटाटेलडेज़ और ए.एम. रोसेनफेल्ड का विकास था, जिन्होंने 1965 में 70 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ पानी से बिजली निकालने के लिए एक कॉपीराइट प्रमाण पत्र प्राप्त किया था। यह तकनीक बाद में दुनिया में 400 से अधिक बाइनरी जियोपीपी के लिए प्रोटोटाइप बन गई।

1966 में कमीशन किए गए पॉज़ेत्सकाया जियोपीपी की क्षमता शुरू में 5 मेगावाट थी और बाद में बढ़कर 12 मेगावाट हो गई। वर्तमान में, स्टेशन एक बाइनरी ब्लॉक का निर्माण कर रहा है, जो इसकी क्षमता को और 2.5 मेगावाट बढ़ा देगा।

यूएसएसआर और रूस में भूतापीय ऊर्जा का विकास पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों - तेल, गैस, कोयले की उपलब्धता से बाधित था, लेकिन कभी नहीं रुका। इस समय सबसे बड़ी भू-तापीय विद्युत सुविधाएं हैं Verkhne-Mutnovskaya GeoPP, जिसकी कुल क्षमता 12 MW बिजली इकाइयों की है, 1999 में चालू की गई, और Mutnovskaya GeoPP 50 MW (2002) की क्षमता के साथ है।

Mutnovskaya और Verkhne-Mutnovskaya GeoPP न केवल रूस के लिए, बल्कि वैश्विक स्तर पर भी अद्वितीय वस्तुएं हैं। स्टेशन समुद्र तल से 800 मीटर की ऊँचाई पर, मुटनोव्स्की ज्वालामुखी के तल पर स्थित हैं, और चरम जलवायु परिस्थितियों में काम करते हैं, जहाँ साल में 9-10 महीने सर्दी होती है। Mutnovsky GeoPPs के उपकरण, जो वर्तमान में दुनिया में सबसे आधुनिक में से एक है, पूरी तरह से बिजली इंजीनियरिंग के घरेलू उद्यमों में बनाया गया था।

वर्तमान में, सेंट्रल कामचटका ऊर्जा केंद्र की ऊर्जा खपत की समग्र संरचना में मुटनोव्स्की स्टेशनों की हिस्सेदारी 40% है। आने वाले वर्षों में क्षमता में वृद्धि की योजना है।

अलग से, यह रूसी पेट्रोथर्मल विकास के बारे में कहा जाना चाहिए। हमारे पास अभी तक बड़े पीडीएस नहीं हैं, हालांकि, बड़ी गहराई (लगभग 10 किमी) तक ड्रिलिंग के लिए उन्नत प्रौद्योगिकियां हैं, जिनका दुनिया में कोई एनालॉग नहीं है। उनका आगे का विकास पेट्रोथर्मल सिस्टम बनाने की लागत को काफी कम करना संभव बना देगा। इन प्रौद्योगिकियों और परियोजनाओं के विकासकर्ता N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (रूसी विज्ञान अकादमी के भूवैज्ञानिक संस्थान), A. S. Nekrasov (रूसी विज्ञान अकादमी के आर्थिक पूर्वानुमान संस्थान) और कलुगा टर्बाइन प्लांट के विशेषज्ञ हैं। वर्तमान में, रूस में पेट्रोथर्मल सर्कुलेशन सिस्टम प्रोजेक्ट पायलट चरण में है।

रूस में भूतापीय ऊर्जा की संभावनाएं हैं, हालांकि वे अपेक्षाकृत दूर हैं: फिलहाल, क्षमता काफी बड़ी है और पारंपरिक ऊर्जा की स्थिति मजबूत है। इसी समय, देश के कई दूरस्थ क्षेत्रों में, भूतापीय ऊर्जा का उपयोग आर्थिक रूप से लाभदायक है और अभी भी मांग में है। ये उच्च भू-ऊर्जा क्षमता वाले क्षेत्र हैं (चुकोटका, कामचटका, कुरील - प्रशांत का रूसी हिस्सा "पृथ्वी की अग्नि बेल्ट", दक्षिणी साइबेरिया और काकेशस के पहाड़) और एक ही समय में दूरस्थ और केंद्रीकृत ऊर्जा से कटे हुए हैं आपूर्ति।

यह संभावना है कि आने वाले दशकों में, हमारे देश में भू-तापीय ऊर्जा ऐसे क्षेत्रों में ठीक विकसित होगी।

किरिल डिग्ट्यरेव,
शोधकर्ता, मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी एम. वी. लोमोनोसोव
"विज्ञान और जीवन" नंबर 9, नंबर 10 2013

शब्द "जियोथर्मल एनर्जी" ग्रीक शब्द अर्थ (जियो) और थर्मल (थर्मल) से आया है। वास्तव में, भूतापीय ऊर्जा पृथ्वी से ही आती है. पृथ्वी की कोर से निकलने वाली ऊष्मा, जिसका औसत तापमान 3600 डिग्री सेल्सियस है, ग्रह की सतह की ओर विकीर्ण होती है।

कई किलोमीटर की गहराई पर भूमिगत स्प्रिंग्स और गीजर को विशेष कुओं का उपयोग करके गर्म किया जा सकता है जिसके माध्यम से गर्म पानी (या इससे भाप) सतह पर बहता है, जहां इसे सीधे गर्मी के रूप में या परोक्ष रूप से घुमाकर बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। टर्बाइन

चूँकि पृथ्वी की सतह के नीचे का पानी लगातार भर जाता है, और पृथ्वी का कोर मानव जीवन के सापेक्ष अनिश्चित काल तक ऊष्मा उत्पन्न करता रहेगा, भूतापीय ऊर्जा अंततः स्वच्छ और नवीकरणीय।

पृथ्वी के ऊर्जा संसाधनों को एकत्रित करने के तरीके

आज, भूतापीय ऊर्जा के संचयन के तीन मुख्य तरीके हैं: शुष्क भाप, गर्म पानी और द्विआधारी चक्र। शुष्क भाप प्रक्रिया सीधे बिजली जनरेटर के टरबाइन ड्राइव को चलाती है। गर्म पानी नीचे से ऊपर की ओर प्रवेश करता है, फिर टर्बाइनों को चलाने के लिए भाप बनाने के लिए टैंक में छिड़काव किया जाता है। ये दो तरीके सबसे आम हैं, जो अमेरिका, आइसलैंड, यूरोप, रूस और अन्य देशों में सैकड़ों मेगावाट बिजली पैदा करते हैं। लेकिन स्थान सीमित है, क्योंकि ये संयंत्र केवल विवर्तनिक क्षेत्रों में काम करते हैं जहां गर्म पानी तक पहुंचना आसान होता है।

द्विआधारी चक्र प्रौद्योगिकी के साथ, सतह पर गर्म (जरूरी नहीं कि गर्म) पानी निकाला जाता है और ब्यूटेन या पेंटेन के साथ मिलाया जाता है, जिसका क्वथनांक कम होता है। इस तरल को एक हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पंप किया जाता है, जहां यह वाष्पित हो जाता है और सिस्टम में वापस परिचालित होने से पहले एक टरबाइन के माध्यम से भेजा जाता है। बाइनरी साइकिल तकनीक अमेरिका में दसियों मेगावाट बिजली प्रदान करती है: कैलिफोर्निया, नेवादा और हवाई द्वीप।

ऊर्जा प्राप्त करने का सिद्धांत

भूतापीय ऊर्जा प्राप्त करने के नुकसान

उपयोगिता स्तर पर, भू-तापीय विद्युत संयंत्रों का निर्माण और संचालन महंगा है। एक उपयुक्त स्थान खोजने के लिए महंगे कुओं के सर्वेक्षण की आवश्यकता होती है, जिसमें उत्पादक भूमिगत हॉटस्पॉट से टकराने की कोई गारंटी नहीं होती है। हालांकि, विश्लेषकों को उम्मीद है कि अगले छह वर्षों में यह क्षमता लगभग दोगुनी हो जाएगी।

इसके अलावा, एक भूमिगत स्रोत के उच्च तापमान वाले क्षेत्र सक्रिय भूवैज्ञानिक और रासायनिक ज्वालामुखियों वाले क्षेत्रों में स्थित हैं। ये "हॉट स्पॉट" टेक्टोनिक प्लेटों की सीमाओं पर उन जगहों पर बनते हैं जहां क्रस्ट काफी पतला होता है। प्रशांत को अक्सर कई ज्वालामुखियों के लिए रिंग ऑफ फायर के रूप में जाना जाता है, जहां अलास्का, कैलिफोर्निया और ओरेगन सहित कई हॉटस्पॉट हैं। नेवादा में सैकड़ों हॉटस्पॉट हैं जो अधिकांश उत्तरी अमेरिका को कवर करते हैं।

अन्य भूकंपीय रूप से सक्रिय क्षेत्र हैं। भूकंप और मैग्मा की गति पानी को प्रसारित करने की अनुमति देती है। कुछ स्थानों पर पानी सतह तक बढ़ जाता है और प्राकृतिक गर्म झरने और गीजर होते हैं, जैसे कामचटका में। कामचटका के गीजर में पानी 95 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है।

खुले गीजर सिस्टम की समस्याओं में से एक कुछ वायु प्रदूषकों की रिहाई है। हाइड्रोजन सल्फाइड - एक बहुत ही पहचानने योग्य "सड़े हुए अंडे" गंध के साथ एक जहरीली गैस - भाप के साथ जारी आर्सेनिक और खनिजों की थोड़ी मात्रा। नमक एक पर्यावरणीय समस्या भी पैदा कर सकता है।

अपतटीय भूतापीय बिजली संयंत्रों में, पाइपों में हस्तक्षेप करने वाले नमक की एक महत्वपूर्ण मात्रा जमा हो जाती है। बंद प्रणालियों में, कोई उत्सर्जन नहीं होता है और सतह पर लाए गए सभी तरल वापस आ जाते हैं।

ऊर्जा संसाधन की आर्थिक क्षमता

भूकंपीय रूप से सक्रिय स्थान एकमात्र ऐसे स्थान नहीं हैं जहाँ भूतापीय ऊर्जा पाई जा सकती है। पृथ्वी पर वस्तुतः कहीं भी सतह के नीचे 4 मीटर से लेकर कई किलोमीटर तक की गहराई पर प्रत्यक्ष ताप उद्देश्यों के लिए प्रयोग करने योग्य ऊष्मा की निरंतर आपूर्ति होती है। खुद की जमीन भी पिछवाड़ेया एक स्थानीय स्कूल में घर या अन्य इमारतों को प्रदान करने के लिए गर्मी के रूप में आर्थिक क्षमता है।

इसके अलावा, सतह के बहुत नीचे (4 - 10 किमी) शुष्क चट्टान संरचनाओं में भारी मात्रा में तापीय ऊर्जा होती है।

नई तकनीक का उपयोग भू-तापीय प्रणालियों का विस्तार कर सकता है जहां लोग पारंपरिक तकनीक की तुलना में बहुत बड़े पैमाने पर बिजली उत्पन्न करने के लिए उस गर्मी का उपयोग कर सकते हैं। बिजली पैदा करने के इस सिद्धांत की पहली प्रदर्शन परियोजनाओं को संयुक्त राज्य और ऑस्ट्रेलिया में 2013 की शुरुआत में दिखाया गया है।

यदि भू-तापीय संसाधनों की पूर्ण आर्थिक क्षमता को साकार किया जा सकता है, तो यह उत्पादन क्षमता के लिए बिजली के एक विशाल स्रोत का प्रतिनिधित्व करेगा। वैज्ञानिकों का सुझाव है कि पारंपरिक भूतापीय स्रोतों में 38,000 मेगावाट की क्षमता है, जो प्रति वर्ष 380 मिलियन मेगावाट बिजली का उत्पादन कर सकती है।

गर्म शुष्क चट्टानें भूमिगत हर जगह 5 से 8 किमी की गहराई पर और कुछ जगहों पर उथली गहराई पर पाई जाती हैं। इन संसाधनों तक पहुंच में परिचय शामिल है ठंडा पानीगर्म चट्टानों के माध्यम से घूमना और गर्म पानी निकालना। वर्तमान में इस तकनीक का कोई व्यावसायिक अनुप्रयोग नहीं है। मौजूदा प्रौद्योगिकियां अभी तक थर्मल ऊर्जा को सीधे मैग्मा से पुनर्प्राप्त करने की अनुमति नहीं देती हैं, लेकिन यह भू-तापीय ऊर्जा का सबसे शक्तिशाली संसाधन है.

ऊर्जा संसाधनों के संयोजन और इसकी निरंतरता के साथ, भूतापीय ऊर्जा एक स्वच्छ, अधिक टिकाऊ ऊर्जा प्रणाली के रूप में एक अनिवार्य भूमिका निभा सकती है।

भूतापीय विद्युत संयंत्रों का निर्माण

भूतापीय ऊर्जा पृथ्वी से आने वाली स्वच्छ और टिकाऊ ऊष्मा है। महान संसाधनपृथ्वी की सतह के नीचे कई किलोमीटर की सीमा में हैं, और इससे भी अधिक गहरे, पिघली हुई चट्टान के उच्च तापमान तक, जिसे मैग्मा कहा जाता है। लेकिन जैसा कि ऊपर बताया गया है, लोग अभी तक मैग्मा तक नहीं पहुंचे हैं।

तीन भूतापीय विद्युत संयंत्र डिजाइन

आवेदन की तकनीक संसाधन द्वारा निर्धारित की जाती है। अगर पानी कुएं से भाप के रूप में आता है, तो इसे सीधे इस्तेमाल किया जा सकता है। यदि गर्म पानी काफी अधिक है, तो उसे हीट एक्सचेंजर से गुजरना होगा।

बिजली उत्पादन के लिए पहला कुआं 1924 से पहले खोदा गया था। 1950 के दशक में गहरे कुएं खोदे गए, लेकिन वास्तविक विकास 1970 और 1980 के दशक में हुआ।

भूतापीय ऊष्मा का प्रत्यक्ष उपयोग

भूतापीय स्रोतों का उपयोग सीधे हीटिंग उद्देश्यों के लिए भी किया जा सकता है। गर्म पानी का उपयोग इमारतों को गर्म करने, ग्रीनहाउस में पौधे उगाने, सूखी मछलियों और फसलों को उगाने, तेल उत्पादन में सुधार करने, दूध के पास्चराइज़र जैसी औद्योगिक प्रक्रियाओं में मदद करने और मछली के खेतों में पानी गर्म करने के लिए किया जाता है। अमेरिका में, क्लैमाथ फॉल्स, ओरेगन और बोइस, इडाहो ने एक सदी से भी अधिक समय से घरों और इमारतों को गर्म करने के लिए भू-तापीय पानी का उपयोग किया है। पूर्वी तट पर, वार्म स्प्रिंग्स शहर, वर्जीनिया स्थानीय रिसॉर्ट्स में से एक में गर्मी स्रोतों का उपयोग करके सीधे वसंत के पानी से गर्मी प्राप्त करता है।

आइसलैंड में, देश की लगभग हर इमारत गर्म पानी के झरने से गर्म होती है। वास्तव में, आइसलैंड को अपनी प्राथमिक ऊर्जा का 50 प्रतिशत से अधिक भूतापीय स्रोतों से प्राप्त होता है। रेकजाविक में, उदाहरण के लिए (पॉप। 118,000), एक कन्वेयर के साथ गर्म पानी 25 किलोमीटर तक पहुँचाया जाता है, और निवासी इसका उपयोग हीटिंग और प्राकृतिक जरूरतों के लिए करते हैं।

न्यूजीलैंड को अपनी बिजली का 10% अतिरिक्त मिलता है। तापीय जल की उपस्थिति के बावजूद अविकसित है।

रूस के लिए, पृथ्वी की गर्मी की ऊर्जा उपभोक्ता को इसके निष्कर्षण और आपूर्ति के लिए नई उच्च, पर्यावरण के अनुकूल प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके सस्ती और सस्ती बिजली और गर्मी प्रदान करने का एक निरंतर, विश्वसनीय स्रोत बन सकती है। यह इस समय विशेष रूप से सच है

जीवाश्म ऊर्जा कच्चे माल के सीमित संसाधन

औद्योगिक और विकासशील देशों (संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान, संयुक्त यूरोप के राज्यों, चीन, भारत, आदि) में जैविक ऊर्जा कच्चे माल की मांग बहुत अधिक है। साथ ही, इन देशों में उनके स्वयं के हाइड्रोकार्बन संसाधन या तो अपर्याप्त या आरक्षित हैं, और एक देश, उदाहरण के लिए, संयुक्त राज्य अमेरिका, विदेशों में ऊर्जा कच्चे माल खरीदता है या अन्य देशों में जमा विकसित करता है।

रूस में, ऊर्जा संसाधनों के मामले में सबसे अमीर देशों में से एक, ऊर्जा की आर्थिक जरूरतें अभी भी प्राकृतिक संसाधनों के उपयोग की संभावनाओं से संतुष्ट हैं। हालांकि, उप-मृदा से जीवाश्म हाइड्रोकार्बन का निष्कर्षण बहुत तेज गति से होता है। अगर 1940-1960 के दशक में। मुख्य तेल उत्पादक क्षेत्र वोल्गा और सीस-उरल्स में "दूसरा बाकू" थे, फिर, 1970 के दशक से शुरू होकर, और वर्तमान में, पश्चिमी साइबेरिया एक ऐसा क्षेत्र रहा है। लेकिन यहां भी जीवाश्म हाइड्रोकार्बन के उत्पादन में उल्लेखनीय गिरावट आई है। "सूखी" Cenomanian गैस का युग बीत रहा है। व्यापक उत्पादन विकास का पूर्व चरण प्राकृतिक गैसअंत आ गया। Medvezhye, Urengoyskoye और Yamburgskoye जैसे विशाल जमा से इसकी निकासी क्रमशः 84, 65 और 50% थी। विकास के लिए अनुकूल तेल भंडार का अनुपात भी समय के साथ घटता जाता है।

हाइड्रोकार्बन ईंधन की सक्रिय खपत के कारण, तेल और प्राकृतिक गैस के तटवर्ती भंडार में काफी कमी आई है। अब उनका मुख्य भंडार महाद्वीपीय शेल्फ पर केंद्रित है। और यद्यपि तेल का कच्चा माल आधार और गैस उद्योगरूस में आवश्यक मात्रा में तेल और गैस की निकासी के लिए अभी भी पर्याप्त है, निकट भविष्य में इसे जटिल खनन और भूवैज्ञानिक स्थितियों के साथ जमा के विकास के माध्यम से अधिक से अधिक हद तक प्रदान किया जाएगा। साथ ही हाइड्रोकार्बन उत्पादन की लागत भी बढ़ेगी।

उप-भूमि से निकाले गए अधिकांश गैर-नवीकरणीय संसाधनों का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है बिजली संयंत्रों. सबसे पहले, यह ईंधन संरचना में 64% की हिस्सेदारी है।

रूस में, थर्मल पावर प्लांटों में 70% बिजली उत्पन्न होती है। देश के ऊर्जा उद्यम सालाना लगभग 500 मिलियन टन ई. टन बिजली और गर्मी पैदा करने के उद्देश्य से, जबकि गर्मी के उत्पादन में बिजली के उत्पादन की तुलना में 3-4 गुना अधिक हाइड्रोकार्बन ईंधन की खपत होती है।

हाइड्रोकार्बन कच्चे माल के इन संस्करणों के दहन से प्राप्त गर्मी की मात्रा सैकड़ों टन परमाणु ईंधन के उपयोग के बराबर है - अंतर बहुत बड़ा है। हालांकि, परमाणु ऊर्जा को पर्यावरणीय सुरक्षा (चेरनोबिल की पुनरावृत्ति को रोकने के लिए) सुनिश्चित करने और संभावित आतंकवादी हमलों से बचाने के साथ-साथ अप्रचलित और खर्च की गई परमाणु ऊर्जा इकाइयों की सुरक्षित और महंगी डीकमिशनिंग की आवश्यकता होती है। दुनिया में यूरेनियम के सिद्ध होने योग्य भंडार लगभग 3 मिलियन 400 हजार टन हैं। पिछली पूरी अवधि (2007 तक) के लिए, लगभग 2 मिलियन टन का खनन किया गया था।

वैश्विक ऊर्जा के भविष्य के रूप में आरईएस

वैकल्पिक नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों (आरईएस) में हाल के दशकों में दुनिया में बढ़ी दिलचस्पी न केवल हाइड्रोकार्बन ईंधन भंडार में कमी के कारण है, बल्कि इसे हल करने की आवश्यकता के कारण भी है। पर्यावरण के मुद्दें. उद्देश्य कारक (जीवाश्म ईंधन और यूरेनियम भंडार, साथ ही पारंपरिक आग और परमाणु ऊर्जा के उपयोग से जुड़े पर्यावरणीय परिवर्तन) और ऊर्जा विकास के रुझान बताते हैं कि ऊर्जा उत्पादन के नए तरीकों और रूपों में संक्रमण अपरिहार्य है। पहले से ही XXI सदी की पहली छमाही में। गैर-पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों के लिए एक पूर्ण या लगभग पूर्ण संक्रमण होगा।

इस दिशा में जितनी जल्दी सफलता मिलेगी, पूरे समाज के लिए उतना ही कम दुखदायी होगा और देश के लिए उतना ही ज्यादा फायदेमंद होगा, जहां इस दिशा में निर्णायक कदम उठाए जाएंगे।

विश्व अर्थव्यवस्था ने पारंपरिक और नए ऊर्जा स्रोतों के तर्कसंगत संयोजन के लिए संक्रमण के लिए पहले से ही एक पाठ्यक्रम निर्धारित किया है। 2000 तक दुनिया में ऊर्जा की खपत 18 बिलियन टन से अधिक ईंधन के बराबर थी। टन, और ऊर्जा की खपत 2025 तक 30-38 बिलियन टन ईंधन के बराबर बढ़ सकती है। टन, पूर्वानुमान के आंकड़ों के अनुसार, 2050 तक 60 अरब टन ईंधन के बराबर के स्तर पर खपत संभव है। टी. समीक्षाधीन अवधि में विश्व अर्थव्यवस्था के विकास में एक विशिष्ट प्रवृत्ति जीवाश्म ईंधन की खपत में एक व्यवस्थित कमी और गैर-पारंपरिक ऊर्जा संसाधनों के उपयोग में इसी वृद्धि है। तापीय ऊर्जापृथ्वी उनमें से पहले स्थान पर है।

वर्तमान में, रूसी संघ के ऊर्जा मंत्रालय ने गैर-पारंपरिक ऊर्जा के विकास के लिए एक कार्यक्रम अपनाया है, जिसमें हीट पंप इकाइयों (एचपीयू) के उपयोग के लिए 30 बड़ी परियोजनाएं शामिल हैं, जिसके संचालन का सिद्धांत खपत पर आधारित है पृथ्वी की कम संभावित तापीय ऊर्जा।

पृथ्वी की ऊष्मा और ऊष्मा पम्पों की निम्न-क्षमता ऊर्जा

पृथ्वी की ऊष्मा की कम-क्षमता वाली ऊर्जा के स्रोत सौर विकिरण और हमारे ग्रह के गर्म आंतों के थर्मल विकिरण हैं। वर्तमान में, ऐसी ऊर्जा का उपयोग अक्षय ऊर्जा स्रोतों पर आधारित ऊर्जा के सबसे गतिशील रूप से विकासशील क्षेत्रों में से एक है।

पृथ्वी की गर्मी का उपयोग किया जा सकता है विभिन्न प्रकार केहीटिंग, गर्म पानी की आपूर्ति, एयर कंडीशनिंग (शीतलन), साथ ही साथ हीटिंग पथ के लिए इमारतों और संरचनाएं सर्दियों का समयवर्ष, आइसिंग की रोकथाम, खुले स्टेडियमों में खेतों को गर्म करना आदि। अंग्रेजी भाषा के तकनीकी साहित्य में, सिस्टम जो हीटिंग और एयर कंडीशनिंग सिस्टम में पृथ्वी की गर्मी का उपयोग करते हैं, उन्हें जीएचपी - "जियोथर्मल हीट पंप" (जियोथर्मल हीट पंप) कहा जाता है। ) मध्य और उत्तरी यूरोप के देशों की जलवायु विशेषताएं, जो संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा के साथ मिलकर पृथ्वी की निम्न-श्रेणी की गर्मी के उपयोग के लिए मुख्य क्षेत्र हैं, इसे मुख्य रूप से हीटिंग उद्देश्यों के लिए निर्धारित करते हैं; गर्मियों में भी हवा को ठंडा करने की अपेक्षाकृत कम ही आवश्यकता होती है। इसलिए, संयुक्त राज्य अमेरिका के विपरीत, यूरोपीय देशों में ताप पंप मुख्य रूप से हीटिंग मोड में काम करते हैं। अमेरिका में, वे आमतौर पर सिस्टम में अधिक उपयोग किए जाते हैं वायु तापन, वेंटिलेशन के साथ संयुक्त, जो बाहरी हवा को गर्म और ठंडा करने दोनों की अनुमति देता है। यूरोपीय देशों में, ताप पंपों का उपयोग आमतौर पर जल तापन प्रणालियों में किया जाता है। चूंकि बाष्पीकरणकर्ता और कंडेनसर के बीच तापमान अंतर कम होने पर उनकी दक्षता बढ़ जाती है, सिस्टम का उपयोग अक्सर इमारतों को गर्म करने के लिए किया जाता है। सतह को गर्म करनाजिसमें अपेक्षाकृत कम तापमान (35-40 डिग्री सेल्सियस) का शीतलक परिचालित होता है।

पृथ्वी की ऊष्मा की निम्न-क्षमता ऊर्जा के उपयोग के लिए प्रणालियों के प्रकार

सामान्य स्थिति में, पृथ्वी की ऊष्मा की निम्न-क्षमता ऊर्जा का उपयोग करने के लिए दो प्रकार की प्रणालियों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:

- खुली प्रणाली: कम क्षमता वाली तापीय ऊर्जा के स्रोत के रूप में, भूजल का उपयोग किया जाता है, जिसे सीधे ताप पंपों को आपूर्ति की जाती है;

- बंद सिस्टम: हीट एक्सचेंजर्स मिट्टी के द्रव्यमान में स्थित होते हैं; जब जमीन से कम तापमान वाला शीतलक उनके माध्यम से घूमता है, तो तापीय ऊर्जा जमीन से "उतार ली जाती है" और ऊष्मा पंप बाष्पीकरणकर्ता में स्थानांतरित हो जाती है (या जब जमीन के सापेक्ष उच्च तापमान वाले शीतलक का उपयोग किया जाता है, तो इसे ठंडा किया जाता है) )

ओपन सिस्टम का नुकसान यह है कि कुओं को रखरखाव की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, सभी क्षेत्रों में ऐसी प्रणालियों का उपयोग संभव नहीं है। मिट्टी और भूजल के लिए मुख्य आवश्यकताएं इस प्रकार हैं:

- मिट्टी की पर्याप्त जल पारगम्यता, जल भंडार की पुनःपूर्ति की अनुमति;

- अच्छा रासायनिक संरचनाभूजल (जैसे कम लौह सामग्री) पाइप पैमाने और जंग की समस्याओं से बचने के लिए।

पृथ्वी की ऊष्मा की निम्न-क्षमता ऊर्जा के उपयोग के लिए बंद प्रणालियाँ

बंद प्रणालियां क्षैतिज और लंबवत हैं (चित्र 1)।

चावल। 1. भू-तापीय ताप पंप स्थापना की योजना: ए - क्षैतिज

और बी - ऊर्ध्वाधर जमीन ताप विनिमायक।

क्षैतिज जमीन हीट एक्सचेंजर

पश्चिमी और मध्य यूरोप के देशों में, क्षैतिज ग्राउंड हीट एक्सचेंजर्स आमतौर पर अलग-अलग पाइप होते हैं जो अपेक्षाकृत कसकर रखे जाते हैं और एक दूसरे से श्रृंखला में या समानांतर में जुड़े होते हैं (चित्र 2)।

चावल। 2. क्षैतिज ग्राउंड हीट एक्सचेंजर्स के साथ: ए - अनुक्रमिक और

बी - समानांतर कनेक्शन।

साइट के क्षेत्र को बचाने के लिए जहां गर्मी हटा दी जाती है, बेहतर प्रकार के ताप विनिमायक विकसित किए गए हैं, उदाहरण के लिए, क्षैतिज या लंबवत स्थित सर्पिल (चित्र 3) के रूप में ताप विनिमायक। संयुक्त राज्य अमेरिका में हीट एक्सचेंजर्स का यह रूप आम है।

2. पृथ्वी की ऊष्मीय व्यवस्था

पृथ्वी एक ठंडा ब्रह्मांडीय पिंड है। सतह का तापमान मुख्य रूप से बाहर से आपूर्ति की जाने वाली गर्मी पर निर्भर करता है। पृथ्वी की ऊपरी परत की ऊष्मा का 95% है बाहरी (सौर) ऊष्मा और केवल 5% ऊष्मा अंदर का , जो पृथ्वी की आंतों से आता है और इसमें ऊर्जा के कई स्रोत शामिल हैं। पृथ्वी के आँतों में तापमान गहराई के साथ 1300 o C (ऊपरी मेंटल में) से बढ़कर 3700 o C (कोर के केंद्र में) हो जाता है।

बाहरी गर्मी. पृथ्वी की सतह पर ऊष्मा मुख्य रूप से सूर्य से आती है। सतह का प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर एक मिनट के भीतर लगभग 2 कैलोरी ऊष्मा प्राप्त करता है। इस मान को कहा जाता है सौर स्थिरांक और सूर्य से पृथ्वी पर आने वाली ऊष्मा की कुल मात्रा को निर्धारित करता है। एक साल के लिए, यह 2.26 10 21 कैलोरी की मात्रा है। पृथ्वी की आंतों में सौर ताप के प्रवेश की गहराई मुख्य रूप से प्रति इकाई सतह क्षेत्र में गिरने वाली गर्मी की मात्रा और चट्टानों की तापीय चालकता पर निर्भर करती है। अधिकतम गहराई जिसमें बाहरी गर्मी प्रवेश करती है, महासागरों में 200 मीटर और जमीन पर लगभग 40 मीटर है।

आंतरिक गर्मी. गहराई के साथ तापमान में वृद्धि होती है, जो विभिन्न प्रदेशों में बहुत असमान रूप से होती है। तापमान में वृद्धि एक रुद्धोष्म नियम का पालन करती है और दबाव में पदार्थ के संपीड़न पर निर्भर करती है जब पर्यावरण के साथ गर्मी का आदान-प्रदान असंभव है।

पृथ्वी के अंदर ऊष्मा के मुख्य स्रोत:

तत्वों के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान निकलने वाली ऊष्मा।

पृथ्वी के निर्माण से बची हुई गर्मी।

पृथ्वी के संपीड़न और घनत्व में पदार्थ के वितरण के दौरान जारी गुरुत्वाकर्षण गर्मी।

पृथ्वी की पपड़ी की गहराई में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न ऊष्मा।

पृथ्वी के ज्वारीय घर्षण से निकलने वाली ऊष्मा।

3 तापमान क्षेत्र हैं:

मैं- चर तापमान क्षेत्र . तापमान में परिवर्तन क्षेत्र की जलवायु से निर्धारित होता है। दैनिक उतार-चढ़ाव व्यावहारिक रूप से लगभग 1.5 मीटर की गहराई पर मर जाते हैं, और वार्षिक उतार-चढ़ाव 20 ... 30 मीटर की गहराई पर होते हैं। Ia - हिमीकरण क्षेत्र।

द्वितीय - निरंतर तापमान क्षेत्र क्षेत्र के आधार पर 15…40 मीटर की गहराई पर स्थित है।

तृतीय - गर्म क्षेत्र .

पृथ्वी की पपड़ी की आंत में चट्टानों का तापमान शासन आमतौर पर एक भू-तापीय ढाल और एक भू-तापीय चरण द्वारा व्यक्त किया जाता है।

प्रत्येक 100 मीटर गहराई के लिए तापमान वृद्धि की मात्रा को कहा जाता है भूतापीय ढाल. अफ्रीका में, विटवाटरसैंड क्षेत्र में, यह 1.5 °С है, जापान में (इचिगो) - 2.9 °С, दक्षिण ऑस्ट्रेलिया में - 10.9 °С, कजाकिस्तान (समारिंडा) में - 6.3 °С, कोला प्रायद्वीप पर - 0.65 °С है। .

चावल। 3. पृथ्वी की पपड़ी में तापमान क्षेत्र: I - परिवर्तनशील तापमान का क्षेत्र, Ia - हिमांक क्षेत्र; II - निरंतर तापमान का क्षेत्र; III - तापमान वृद्धि का क्षेत्र।

वह गहराई जिस पर तापमान 1 डिग्री बढ़ जाता है, कहलाता है भूतापीय चरण।भूतापीय चरण के संख्यात्मक मान न केवल विभिन्न अक्षांशों पर, बल्कि क्षेत्र में एक ही बिंदु की विभिन्न गहराई पर भी स्थिर होते हैं। भूतापीय चरण का मान 1.5 से 250 मीटर तक भिन्न होता है। आर्कान्जेस्क में यह 10 मीटर है, मास्को में - 38.4 मीटर, और प्यतिगोर्स्क में - 1.5 मीटर। सैद्धांतिक रूप से, इस चरण का औसत मूल्य 33 मीटर है।

मॉस्को में 1,630 मीटर की गहराई तक ड्रिल किए गए एक कुएं में, बॉटमहोल का तापमान 41 डिग्री सेल्सियस था, और डोनबास में 1,545 मीटर की गहराई तक ड्रिल की गई खदान में, तापमान 56.3 डिग्री सेल्सियस था। उच्चतम तापमान संयुक्त राज्य अमेरिका में 7136 मीटर की गहराई के साथ एक कुएं में दर्ज किया गया था, जहां यह 224 डिग्री सेल्सियस के बराबर है। गहरी संरचनाओं को डिजाइन करते समय गहराई के साथ तापमान में वृद्धि को ध्यान में रखा जाना चाहिए। गणना के अनुसार, 400 किमी की गहराई पर तापमान 1400...1700 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचना चाहिए। पृथ्वी की कोर के लिए उच्चतम तापमान (लगभग 5000 डिग्री सेल्सियस) प्राप्त किया गया था।