भू-तापीय ऊर्जा आणि त्याचा वापर, भू-औष्णिक उर्जेची शक्यता

पृथ्वीच्या आत प्रचंड थर्मल ऊर्जा आहे. येथे अंदाज अद्याप बरेच वेगळे आहेत, परंतु सर्वात पुराणमतवादी अंदाजानुसार, जर आपण स्वतःला 3 किमी खोलीपर्यंत मर्यादित केले तर 8 x 1017 kJ भू-तापीय ऊर्जा. त्याच वेळी, आपल्या देशात आणि जगभरातील त्याच्या वास्तविक वापराचे प्रमाण नगण्य आहे. येथे समस्या काय आहे आणि भू-औष्णिक ऊर्जा वापरण्याची शक्यता काय आहे?

भूऔष्णिक ऊर्जा ही पृथ्वीच्या उष्णतेची ऊर्जा आहे. पृथ्वीच्या नैसर्गिक उष्णतेतून बाहेर पडणाऱ्या ऊर्जेला भूऔष्णिक ऊर्जा म्हणतात. उर्जा स्त्रोत म्हणून, पृथ्वीची उष्णता, विद्यमान तंत्रज्ञानासह एकत्रितपणे, मानवतेच्या अनेक, अनेक वर्षांच्या गरजा पूर्ण करू शकते. आणि आतापर्यंत पोहोचू न शकलेल्या भागात, खूप खोलवर चालणाऱ्या उष्णतेलाही ते स्पर्श करत नाही.

लाखो वर्षांपासून, ही उष्णता आपल्या ग्रहाच्या आतड्यांमधून सोडली जाते आणि कोरचा थंड होण्याचा दर प्रति अब्ज वर्षांमध्ये 400 डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त नाही! त्याच वेळी, पृथ्वीच्या गाभ्याचे तापमान, विविध स्त्रोतांनुसार, सध्या 6650 डिग्री सेल्सियसपेक्षा कमी नाही आणि हळूहळू त्याच्या पृष्ठभागाच्या दिशेने कमी होत आहे. पृथ्वीवरून 42 ट्रिलियन वॅट उष्णता सतत उत्सर्जित होते, त्यापैकी फक्त 2% कवचमध्ये असते.

पृथ्वीची अंतर्गत औष्णिक उर्जा वेळोवेळी हजारो ज्वालामुखींच्या उद्रेक, भूकंप, पृथ्वीच्या कवचाच्या हालचाली आणि इतर, कमी लक्षात येण्याजोग्या, परंतु कमी जागतिक, नैसर्गिक प्रक्रियांच्या स्वरूपात धोकादायकपणे प्रकट होते.

या घटनेच्या कारणांबद्दलचा वैज्ञानिक दृष्टिकोन असा आहे की पृथ्वीच्या उष्णतेचा उगम ग्रहाच्या आतील भागात युरेनियम, थोरियम आणि पोटॅशियमच्या किरणोत्सर्गी क्षय होण्याच्या निरंतर प्रक्रियेशी तसेच पदार्थाच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या पृथक्करणाशी संबंधित आहे. त्याच्या मुळाशी.

पृथ्वीच्या कवचाचा ग्रॅनाइट थर, 20,000 मीटर खोलीवर, महाद्वीपांच्या किरणोत्सर्गी क्षयचा मुख्य क्षेत्र आहे आणि महासागरांसाठी, वरचा आवरण हा सर्वात सक्रिय स्तर आहे. शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास आहे की खंडांवर, सुमारे 10,000 मीटर खोलीवर, कवचच्या तळाशी तापमान सुमारे 700 डिग्री सेल्सियस असते, तर महासागरांमध्ये तापमान केवळ 200 डिग्री सेल्सियसपर्यंत पोहोचते.

पृथ्वीच्या कवचातील भू-औष्णिक उर्जेपैकी दोन टक्के स्थिर 840 अब्ज वॅट्स आहेत आणि ही तांत्रिकदृष्ट्या सुलभ ऊर्जा आहे. ही ऊर्जा काढण्यासाठी सर्वोत्तम ठिकाणे म्हणजे महाद्वीपीय प्लेट्सच्या काठाजवळचे क्षेत्र, जेथे कवच जास्त पातळ आहे आणि भूकंपीय आणि ज्वालामुखीय क्रियाकलापांचे क्षेत्र - जेथे पृथ्वीची उष्णता पृष्ठभागाच्या अगदी जवळ प्रकट होते.

भू-तापीय ऊर्जा कोठे आणि कोणत्या स्वरूपात येते?

सध्या, भू-औष्णिक उर्जेचा विकास सक्रियपणे गुंतलेला आहे: यूएसए, आइसलँड, न्यूझीलंड, फिलीपिन्स, इटली, एल साल्वाडोर, हंगेरी, जपान, रशिया, मेक्सिको, केनिया आणि इतर देश, जेथे ग्रहाच्या आतड्यांमधून उष्णता येते. 300 डिग्री सेल्सिअस तापमानात बाहेर पडून, वाफेच्या आणि गरम पाण्याच्या स्वरूपात पृष्ठभागावर उगवते.

आइसलँड आणि कामचटका येथील प्रसिद्ध गीझर, तसेच अमेरिकेतील वायोमिंग, मोंटाना आणि आयडाहो या राज्यांमध्ये वसलेले प्रसिद्ध यलोस्टोन नॅशनल पार्क, जवळजवळ 9,000 चौरस किलोमीटर क्षेत्रफळ असलेले, ज्वलंत उदाहरणे म्हणून उद्धृत केले जाऊ शकतात.

भू-औष्णिक ऊर्जेबद्दल बोलत असताना, हे लक्षात ठेवणे फार महत्वाचे आहे की ती बहुतेक कमी क्षमतेची असते, म्हणजेच विहिरीतून बाहेर पडणाऱ्या पाण्याचे किंवा वाफेचे तापमान जास्त नसते. आणि हे अशा ऊर्जा वापरण्याच्या कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम करते.

वस्तुस्थिती अशी आहे की आज विजेच्या उत्पादनासाठी कूलंटचे तापमान किमान 150 डिग्री सेल्सिअस असणे आर्थिकदृष्ट्या फायदेशीर आहे. या प्रकरणात, ते थेट टर्बाइनला पाठवले जाते.

अशी स्थापना आहेत जी कमी तापमानात पाणी वापरतात. त्यांच्यामध्ये, भू-तापीय पाणी दुय्यम शीतलक (उदाहरणार्थ, फ्रीॉन) गरम करते, ज्याचा उकळण्याचा बिंदू कमी असतो. निर्माण झालेली वाफ टर्बाइन वळवते. परंतु अशा स्थापनेची क्षमता लहान आहे (10 - 100 kW) आणि म्हणून ऊर्जेची किंमत उच्च तापमानातील पाणी वापरणाऱ्या वीज प्रकल्पांपेक्षा जास्त असेल.

न्यूझीलंडमधील GeoPP

भू-तापीय ठेवी म्हणजे गरम पाण्याने भरलेले सच्छिद्र खडक. ते मूलत: नैसर्गिक जिओथर्मल बॉयलर आहेत.

पण जर पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर खर्च केलेले पाणी फेकून दिले नाही तर बॉयलरकडे परत आले तर? रक्ताभिसरण प्रणाली तयार करणे? या प्रकरणात, केवळ थर्मल वॉटरची उष्णताच नव्हे तर आसपासच्या खडकांचा देखील वापर केला जाईल. अशा प्रणालीमुळे त्याची एकूण संख्या 4-5 पट वाढेल. खार्या पाण्याने पर्यावरणीय प्रदूषणाचा मुद्दा काढून टाकला जातो, कारण ते भूमिगत क्षितिजाकडे परत येते.

गरम पाणी किंवा वाफेच्या स्वरूपात, उष्णता पृष्ठभागावर दिली जाते, जिथे ती थेट इमारती आणि घरे गरम करण्यासाठी किंवा वीज निर्माण करण्यासाठी वापरली जाते. पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील उष्णता देखील उपयुक्त आहे, जी सामान्यत: ड्रिलिंग विहिरीद्वारे पोहोचते, जेथे ग्रेडियंट दर 36 मीटरने 1 °C ने वाढतो.

ही उष्णता शोषून घेण्यासाठी ते वापरतात उष्णता पंप… गरम पाणी आणि वाफेचा वापर वीज निर्माण करण्यासाठी आणि थेट गरम करण्यासाठी केला जातो आणि पाण्याच्या अनुपस्थितीत खोलवर केंद्रित केलेली उष्णता उष्णता पंपांद्वारे उपयुक्त स्वरूपात रूपांतरित केली जाते. मॅग्माची ऊर्जा आणि ज्वालामुखीच्या खाली जमा होणारी उष्णता अशाच प्रकारे काढली जाते.

सर्वसाधारणपणे, भू-औष्णिक उर्जा संयंत्रांमध्ये वीज निर्मितीसाठी अनेक मानक पद्धती आहेत, परंतु पुन्हा थेट किंवा उष्णता पंप सारख्या योजनेमध्ये.

सर्वात सोप्या प्रकरणात, वाफेला पाइपलाइनद्वारे इलेक्ट्रिक जनरेटरच्या टर्बाइनकडे निर्देशित केले जाते. एका जटिल योजनेमध्ये, वाफेचे पूर्व-शुद्धीकरण केले जाते जेणेकरून विरघळलेले पदार्थ पाईप्स नष्ट करू शकत नाहीत. मिश्र योजनेत, पाण्यात विरघळलेले वायू पाण्यात वाफेच्या संक्षेपणानंतर काढून टाकले जातात.

शेवटी, एक बायनरी योजना आहे जिथे कमी उकळत्या बिंदूसह दुसरा द्रव (उष्मा एक्सचेंजर योजना) शीतलक म्हणून कार्य करतो (उष्णता घेण्यासाठी आणि जनरेटर टर्बाइन चालू करण्यासाठी).

पाणी आणि लिथियम क्लोराईडसह व्हॅक्यूम शोषण उष्णता पंप सर्वात आशाजनक आहेत. व्हॅक्यूम वॉटर पंपमध्ये विजेच्या वापरामुळे थर्मल वॉटरचे तापमान वाढते.

60 - 90 ° से तापमानासह विहिरीचे पाणी व्हॅक्यूम बाष्पीभवनात प्रवेश करते. व्युत्पन्न केलेली वाफ टर्बोचार्जरद्वारे संकुचित केली जाते. आवश्यक शीतलक तपमानावर अवलंबून दबाव निवडला जातो.

जर पाणी थेट हीटिंग सिस्टममध्ये जाते, तर ते 90 - 95 ° से, जर हीटिंग नेटवर्कमध्ये, तर 120 - 140 ° से. कंडेन्सरमध्ये, कंडेन्स्ड स्टीम शहराच्या हीटिंगमध्ये फिरत असलेल्या पाण्याला उष्णता देते. नेटवर्क, हीटिंग सिस्टम आणि गरम पाणी.

भूऔष्णिक ऊर्जेचा वापर वाढवण्यासाठी इतर कोणते पर्याय आहेत?

दिशानिर्देशांपैकी एक मोठ्या प्रमाणात कमी झालेल्या तेल आणि वायू साठ्यांच्या वापराशी संबंधित आहे.

आपल्याला माहिती आहेच की, जुन्या शेतात या कच्च्या मालाचे उत्पादन पाण्याच्या पूरपद्धतीद्वारे केले जाते, म्हणजेच, विहिरींमध्ये पाणी पंप केले जाते, जे जलाशयाच्या छिद्रांमधून तेल आणि वायू विस्थापित करते.

जसजसे कमी होत जाते तसतसे सच्छिद्र जलाशय पाण्याने भरले जातात, जे सभोवतालच्या खडकांचे तापमान प्राप्त करतात आणि अशा प्रकारे ठेवींचे भू-औष्णिक बॉयलरमध्ये रूपांतर होते, ज्यामधून एकाच वेळी तेल काढणे आणि गरम करण्यासाठी पाणी मिळवणे शक्य होते.

अर्थात, अतिरिक्त विहिरी ड्रिल केल्या पाहिजेत आणि एक अभिसरण प्रणाली तयार केली पाहिजे, परंतु हे नवीन भू-औष्णिक क्षेत्र विकसित करण्यापेक्षा खूपच स्वस्त असेल.

दुसरा पर्याय म्हणजे कृत्रिम पारगम्य क्षेत्रे तयार करून कोरड्या खडकांमधून उष्णता काढणे. कोरड्या खडकांमध्ये स्फोटांचा वापर करून सच्छिद्रता निर्माण करणे हे या पद्धतीचे सार आहे.

अशा प्रणालींमधून उष्णता काढणे खालीलप्रमाणे केले जाते: दोन विहिरी एकमेकांपासून विशिष्ट अंतरावर ड्रिल केल्या जातात. एकामध्ये पाणी टाकले जाते, जे तयार झालेल्या छिद्रांमधून आणि क्रॅकमधून दुसऱ्याकडे जाते, खडकांमधून उष्णता काढून टाकते, गरम होते आणि नंतर पृष्ठभागावर वाढते.

अशा प्रायोगिक प्रणाली आधीच युनायटेड स्टेट्स आणि इंग्लंडमध्ये कार्यरत आहेत. लॉस अलामोस (यूएसए) मध्ये, दोन विहिरी - एक 2,700 मीटर खोलीसह, आणि दुसरी - 2,300 मीटर, हायड्रॉलिक फ्रॅक्चरिंगद्वारे जोडली गेली आहे आणि 185 डिग्री सेल्सियस तापमानात गरम झालेल्या फिरत्या पाण्याने भरलेली आहे. इंग्लंडमध्ये, रोसेमेनियसमध्ये खदान, पाणी 80 डिग्री सेल्सियस पर्यंत गरम केले जाते.

जिओथर्मल पॉवर प्लांट

ऊर्जा संसाधन म्हणून ग्रहाची उष्णता

इटालियन शहराजवळ लारेडेरेलो विहिरीतून कोरड्या वाफेवर चालणारी इलेक्ट्रिक रेल्वे चालवते. ही यंत्रणा 1904 पासून कार्यरत आहे.

जपानमधील गीझर फील्ड आणि सॅन फ्रान्सिस्को ही जगातील आणखी दोन प्रसिद्ध ठिकाणे आहेत जी वीज निर्मितीसाठी कोरड्या गरम वाफेचा वापर करतात. ओलसर वाफेसाठी, त्याची अधिक विस्तृत फील्ड न्यूझीलंडमध्ये आहेत आणि क्षेत्रफळात लहान आहेत - जपान, रशिया, एल साल्वाडोर, मेक्सिको, निकाराग्वा.

जर आपण भू-औष्णिक उष्णतेला उर्जा स्त्रोत मानले तर त्याचे साठे जगभरातील मानवजातीच्या वार्षिक उर्जेच्या वापरापेक्षा कोट्यावधी पट जास्त आहेत.

10,000 मीटर खोलीतून घेतलेल्या पृथ्वीच्या कवचाच्या थर्मल ऊर्जेपैकी फक्त 1%, मानवजातीद्वारे सतत उत्पादित केलेल्या तेल आणि वायूसारख्या जीवाश्म इंधनाच्या साठ्याच्या शेकडो पट ओव्हरलॅप करण्यासाठी पुरेशी आहे, ज्यामुळे अपरिवर्तनीय ऱ्हास होतो. माती आणि पर्यावरणीय प्रदूषण.

हे आर्थिक कारणांमुळे आहे. परंतु भू-औष्णिक उर्जा संयंत्रांमध्ये कार्बन डायऑक्साइड उत्सर्जन खूप मध्यम आहे, सुमारे 122 किलो प्रति मेगावाट वीज निर्माण होते, जी जीवाश्म इंधन उर्जा निर्मितीच्या उत्सर्जनापेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी आहे.

औद्योगिक जिओपीई आणि जिओथर्मल एनर्जी प्रॉस्पेक्ट्स

7.5 मेगावॅट क्षमतेचे पहिले औद्योगिक जिओपीई 1916 मध्ये इटलीमध्ये बांधले गेले. तेव्हापासून, अनमोल अनुभव जमा झाला आहे.

1975 पर्यंत, जगामध्ये जिओपीपीची एकूण स्थापित क्षमता 1278 मेगावॅट होती आणि 1990 मध्ये ती आधीच 7300 मेगावॅट होती. भू-औष्णिक ऊर्जा विकासाचे सर्वात मोठे खंड युनायटेड स्टेट्स, मेक्सिको, जपान, फिलीपिन्स आणि इटलीमध्ये आहेत.

यूएसएसआरच्या प्रदेशावरील पहिले जिओपीई 1966 मध्ये कामचटका येथे बांधले गेले होते, त्याची क्षमता 12 मेगावॅट आहे.

2003 पासून, मुत्नोव्स्काया भौगोलिक ऊर्जा प्रकल्प रशियामध्ये कार्यरत आहे, ज्याची उर्जा आता 50 मेगावॅट आहे - या क्षणी रशियामधील हा सर्वात शक्तिशाली भूविद्युत प्रकल्प आहे.

जगातील सर्वात मोठा GeoPP केनियामधील ओल्कारिया IV आहे, ज्याची क्षमता 140 मेगावॅट आहे.

भविष्यात, मॅग्माची औष्णिक उर्जा ग्रहाच्या त्या प्रदेशांमध्ये वापरली जाण्याची दाट शक्यता आहे जिथे ती पृथ्वीच्या पृष्ठभागाच्या खाली खूप खोल नाही, तसेच गरम झालेल्या स्फटिकासारखे खडकांची थर्मल ऊर्जा, जेव्हा थंड पाणी अनेक किलोमीटरच्या खोलीवर ड्रिल केलेल्या छिद्रात पंप केले जाते आणि गरम पाणी पृष्ठभागावर किंवा वाफेवर परत येते, त्यानंतर ते गरम होते किंवा वीज निर्माण करते.

प्रश्न उद्भवतो - सध्या भूऔष्णिक उर्जेचा वापर करून पूर्ण झालेले प्रकल्प इतके कमी का आहेत? सर्व प्रथम, कारण ते अनुकूल ठिकाणी स्थित आहेत, जेथे पाणी एकतर पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर ओतले जाते किंवा अगदी उथळपणे स्थित आहे. अशा परिस्थितीत, खोल विहिरी ड्रिल करणे आवश्यक नाही, जे भू-तापीय ऊर्जा विकासाचा सर्वात महाग भाग आहे.

उष्णता पुरवठ्यासाठी थर्मल वॉटरचा वापर विजेच्या उत्पादनापेक्षा खूप जास्त आहे, परंतु ते अद्याप लहान आहेत आणि ऊर्जा क्षेत्रात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावत नाहीत.

जी थर्मल एनर्जी केवळ पहिली पावले उचलत आहे आणि वर्तमान संशोधन, प्रायोगिक-औद्योगिक कार्याने त्याच्या पुढील विकासाच्या प्रमाणासाठी उत्तर दिले पाहिजे.