तकनीकी विज्ञान के डॉक्टर पर। मैं कसम खाता हूँ, प्रोफेसर,
अकदमीशियन रूसी अकादमीतकनीकी विज्ञान, मास्को

पर हाल के दशकप्राकृतिक गैस, तेल, कोयले को आंशिक रूप से बदलने के लिए दुनिया पृथ्वी की गहरी गर्मी की ऊर्जा के अधिक कुशल उपयोग की दिशा पर विचार कर रही है। यह न केवल उच्च भू-तापीय मापदंडों वाले क्षेत्रों में, बल्कि दुनिया के किसी भी क्षेत्र में भी संभव हो जाएगा जब इंजेक्शन और उत्पादन कुओं की ड्रिलिंग और उनके बीच परिसंचरण प्रणाली बनाना।

वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों में रुचि जो हाल के दशकों में दुनिया में बढ़ी है, हाइड्रोकार्बन ईंधन भंडार में कमी और कई समस्याओं को हल करने की आवश्यकता के कारण है। पर्यावरण के मुद्दें. उद्देश्य कारक (जीवाश्म ईंधन और यूरेनियम के भंडार, साथ ही पारंपरिक आग और परमाणु ऊर्जा के कारण पर्यावरण में परिवर्तन) हमें यह दावा करने की अनुमति देते हैं कि ऊर्जा उत्पादन के नए तरीकों और रूपों में संक्रमण अपरिहार्य है।

विश्व अर्थव्यवस्था वर्तमान में पारंपरिक और नए ऊर्जा स्रोतों के तर्कसंगत संयोजन के लिए संक्रमण की ओर बढ़ रही है। पृथ्वी की ऊष्मा उनमें से पहले स्थान पर है।

भूतापीय ऊर्जा संसाधनों को हाइड्रोजियोलॉजिकल और पेट्रोजियोथर्मल में विभाजित किया गया है। उनमें से पहले को शीतलक द्वारा दर्शाया जाता है (वे केवल 1% . का निर्माण करते हैं) सामान्य संसाधनभूतापीय ऊर्जा) - भूजल, भाप और भाप-पानी का मिश्रण। दूसरी भूतापीय ऊर्जा है जो गर्म चट्टानों में निहित है।

प्राकृतिक भाप और भूतापीय जल के निष्कर्षण के लिए हमारे देश और विदेश में उपयोग की जाने वाली फव्वारा तकनीक (स्व-स्पिल) सरल, लेकिन अक्षम है। स्व-बहने वाले कुओं की कम प्रवाह दर के साथ, उनका ताप उत्पादन केवल भूतापीय जलाशयों की एक छोटी गहराई पर ड्रिलिंग की लागत की भरपाई कर सकता है उच्च तापमानथर्मल विसंगतियों के क्षेत्रों में। कई देशों में ऐसे कुओं की सेवा का जीवन 10 साल तक भी नहीं पहुंचता है।

साथ ही, अनुभव पुष्टि करता है कि प्राकृतिक भाप के उथले संग्राहकों की उपस्थिति में, भू-तापीय ऊर्जा का उपयोग करने के लिए भू-तापीय ऊर्जा संयंत्र का निर्माण सबसे लाभदायक विकल्प है। ऐसे जियोटीपीपी के संचालन ने अन्य प्रकार के बिजली संयंत्रों की तुलना में अपनी प्रतिस्पर्धात्मकता दिखाई है। इसलिए, हमारे देश में कामचटका प्रायद्वीप पर और कुरील श्रृंखला के द्वीपों पर, उत्तरी काकेशस के क्षेत्रों में और संभवतः अन्य क्षेत्रों में भी भूतापीय जल और भाप हाइड्रोथर्म के भंडार का उपयोग समीचीन और समय पर है। लेकिन भाप जमा एक दुर्लभ वस्तु है, इसके ज्ञात और अनुमानित भंडार छोटे हैं। गर्मी और बिजली के पानी के बहुत अधिक सामान्य जमा हमेशा उपभोक्ता के करीब नहीं होते हैं - गर्मी आपूर्ति वस्तु। यह उनके प्रभावी उपयोग के बड़े पैमाने पर होने की संभावना को बाहर करता है।

अक्सर में कठिन समस्यालवणता का मुकाबला करने के मुद्दों को आगे बढ़ाना। भूतापीय का उपयोग, एक नियम के रूप में, एक गर्मी वाहक के रूप में खनिजयुक्त स्रोतों से लोहे के ऑक्साइड, कैल्शियम कार्बोनेट और सिलिकेट संरचनाओं के साथ बोरहोल क्षेत्रों का अतिवृद्धि होता है। इसके अलावा, क्षरण-जंग और स्केलिंग की समस्याएं उपकरण के संचालन पर प्रतिकूल प्रभाव डालती हैं। समस्या, विषाक्त अशुद्धियों वाले खनिजयुक्त और अपशिष्ट जल का निर्वहन भी है। इसलिए, सबसे सरल फव्वारा प्रौद्योगिकी भू-तापीय संसाधनों के व्यापक विकास के आधार के रूप में काम नहीं कर सकती है।

रूसी संघ के क्षेत्र पर प्रारंभिक अनुमानों के अनुसार, 40-250 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ थर्मल पानी के अनुमानित भंडार, 35-200 ग्राम / लीटर की लवणता और 3000 मीटर तक की गहराई 21-22 मिलियन एम 3 है। /दिन, जो 30-40 मिलियन टन .t. जलाने के बराबर है। साल में।

कामचटका प्रायद्वीप के 150-250 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ भाप-हवा के मिश्रण का अनुमानित भंडार और कुरील द्वीप समूह 500 हजार एम3/दिन है। और 40-100 डिग्री सेल्सियस - 150 हजार एम 3 / दिन के तापमान के साथ थर्मल पानी का भंडार।

लगभग 8 मिलियन m3/दिन की प्रवाह दर वाले तापीय जल के भंडार, जिसमें 10 g/l तक की लवणता और 50 °C से ऊपर का तापमान होता है, को विकास के लिए सर्वोच्च प्राथमिकता माना जाता है।

अधिकता अधिक मूल्यभविष्य की ऊर्जा के लिए तापीय ऊर्जा का निष्कर्षण है, व्यावहारिक रूप से अटूट पेट्रोजियोथर्मल संसाधन। ठोस गर्म चट्टानों में घिरी यह भूतापीय ऊर्जा, भूमिगत तापीय ऊर्जा के कुल संसाधनों का 99% है। 4-6 किमी की गहराई पर, 300-400 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाले द्रव्यमान केवल कुछ ज्वालामुखियों के मध्यवर्ती कक्षों के पास पाए जा सकते हैं, लेकिन 100-150 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ गर्म चट्टानें लगभग हर जगह वितरित की जाती हैं। ये गहराई, और रूस के काफी महत्वपूर्ण हिस्से में 180-200 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ।

अरबों वर्षों से, पृथ्वी के अंदर परमाणु, गुरुत्वाकर्षण और अन्य प्रक्रियाओं ने तापीय ऊर्जा उत्पन्न की है और जारी है। इसका कुछ भाग बाह्य अंतरिक्ष में विकिरित हो जाता है, और ऊष्मा गहराई में संचित हो जाती है, अर्थात्। स्थलीय पदार्थ के ठोस, तरल और गैसीय चरणों की ऊष्मा सामग्री को भूतापीय ऊर्जा कहा जाता है।

अंतर-स्थलीय गर्मी की निरंतर पीढ़ी इसकी भरपाई करती है बाहरी नुकसान, भूतापीय ऊर्जा के संचय के स्रोत के रूप में कार्य करता है और अपने संसाधनों के नवीकरणीय भाग को निर्धारित करता है। उप-मृदा की कुल गर्मी हटाने के लिए पृथ्वी की सतहदुनिया में बिजली संयंत्रों की वर्तमान क्षमता का तीन गुना और 30 TW होने का अनुमान है।

हालांकि, यह स्पष्ट है कि नवीकरणीयता केवल सीमित प्राकृतिक संसाधनों के लिए ही मायने रखती है, और समग्र क्षमताभूतापीय ऊर्जा व्यावहारिक रूप से अटूट है, क्योंकि इसे पृथ्वी को उपलब्ध कुल ऊष्मा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाना चाहिए।

यह कोई संयोग नहीं है कि हाल के दशकों में, दुनिया प्राकृतिक गैस, तेल और कोयले को आंशिक रूप से बदलने के लिए पृथ्वी की गहरी गर्मी की ऊर्जा के अधिक कुशल उपयोग की दिशा पर विचार कर रही है। यह न केवल उच्च भू-तापीय मापदंडों वाले क्षेत्रों में, बल्कि दुनिया के किसी भी क्षेत्र में भी संभव हो जाएगा जब इंजेक्शन और उत्पादन कुओं की ड्रिलिंग और उनके बीच परिसंचरण प्रणाली बनाना।

बेशक, चट्टानों की कम तापीय चालकता के साथ, परिसंचरण प्रणालियों के कुशल संचालन के लिए, गर्मी निष्कर्षण क्षेत्र में पर्याप्त रूप से विकसित ताप विनिमय सतह होना या बनाना आवश्यक है। ऐसी सतह अक्सर झरझरा संरचनाओं और प्राकृतिक फ्रैक्चर प्रतिरोध के क्षेत्रों में पाई जाती है, जो अक्सर उपरोक्त गहराई पर पाए जाते हैं, जिसकी पारगम्यता शीतलक के जबरन निस्पंदन को रॉक ऊर्जा के कुशल निष्कर्षण के साथ व्यवस्थित करना संभव बनाती है, साथ ही साथ हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग द्वारा कम पारगम्य झरझरा द्रव्यमान में एक व्यापक ताप विनिमय सतह का कृत्रिम निर्माण (आंकड़ा देखें)।

वर्तमान में, हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग का उपयोग किया जाता है तेल व गैस उद्योगतेल क्षेत्रों के विकास में तेल की वसूली बढ़ाने के लिए जलाशय पारगम्यता बढ़ाने के तरीके के रूप में। आधुनिक तकनीक एक संकीर्ण लेकिन लंबी दरार, या एक छोटी लेकिन चौड़ी दरार बनाना संभव बनाती है। 2-3 किमी तक के फ्रैक्चर वाले हाइड्रोलिक फ्रैक्चर के उदाहरण ज्ञात हैं।

ठोस चट्टानों में निहित मुख्य भू-तापीय संसाधनों को निकालने का घरेलू विचार 1914 की शुरुआत में के.ई. ओब्रुचेव।

1963 में, ब्रॉडकास्टिंग कैओस कॉम्प्लेक्स के परिसर में हीटिंग और एयर कंडीशनिंग के लिए झरझरा गठन चट्टानों से गर्मी निकालने के लिए पेरिस में पहला जीसीसी बनाया गया था। 1985 में, लगभग 150,000 टन तेल की वार्षिक बचत के साथ, 450 मेगावाट की कुल तापीय क्षमता के साथ 64 जीसीसी पहले से ही फ्रांस में काम कर रहे थे। उसी वर्ष, यूएसएसआर में ग्रोज़्नी शहर के पास खानकला घाटी में इस तरह का पहला जीसीसी बनाया गया था।

1977 में, संयुक्त राज्य अमेरिका के लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी की परियोजना के तहत, न्यू मैक्सिको राज्य में फेंटन हिल साइट पर लगभग अभेद्य द्रव्यमान के हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग के साथ एक प्रायोगिक जीसीसी का परीक्षण शुरू हुआ। कुएं (इंजेक्शन) के माध्यम से इंजेक्ट किए गए ठंडे ताजे पानी को 2.7 किमी की गहराई पर हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग द्वारा गठित 8000 m2 के क्षेत्र के साथ एक ऊर्ध्वाधर फ्रैक्चर में एक रॉक मास (185 OC) के साथ हीट एक्सचेंज के कारण गर्म किया गया था। एक अन्य कुएं (उत्पादन) में भी, इस दरार को पार करते हुए, भाप जेट के रूप में सतह पर अत्यधिक गरम पानी आ गया। दबाव में एक बंद सर्किट में घूमते समय, सतह पर अत्यधिक गर्म पानी का तापमान 160-180 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच गया, और सिस्टम की तापीय शक्ति - 4-5 मेगावाट। आसपास के द्रव्यमान में शीतलक का रिसाव कुल प्रवाह का लगभग 1% था। यांत्रिक और की एकाग्रता रासायनिक अशुद्धियाँ(0.2 ग्राम / एल तक) ताजा . की शर्तों के अनुरूप पेय जल. हाइड्रोलिक फ्रैक्चर को फिक्सिंग की आवश्यकता नहीं थी और द्रव के हाइड्रोस्टेटिक दबाव द्वारा खुला रखा गया था। इसमें विकसित होने वाले मुक्त संवहन ने गर्म चट्टान द्रव्यमान की लगभग पूरी सतह के ताप विनिमय में प्रभावी भागीदारी सुनिश्चित की।

गर्म अभेद्य चट्टानों से भूमिगत तापीय ऊर्जा का निष्कर्षण, इच्छुक ड्रिलिंग और हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग के तरीकों के आधार पर, जो लंबे समय से तेल और गैस उद्योग में महारत हासिल और अभ्यास किया गया है, भूकंपीय गतिविधि का कारण नहीं बना, न ही कोई अन्य हानिकारक प्रभावपर्यावरण पर।

1983 में, ब्रिटिश वैज्ञानिकों ने कार्नवेल में ग्रेनाइट के हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग के साथ एक प्रायोगिक जीसीसी बनाकर अमेरिकी अनुभव को दोहराया। इसी तरह के कार्यजर्मनी, स्वीडन में आयोजित किया गया। संयुक्त राज्य अमेरिका में 224 से अधिक भू-तापीय तापन परियोजनाएं लागू की गई हैं। हालांकि, यह माना जाता है कि भू-तापीय संसाधन अमेरिका की भविष्य की गैर-विद्युत तापीय ऊर्जा जरूरतों का बड़ा हिस्सा प्रदान कर सकते हैं। जापान में, 2000 में जियोटीपीपी की क्षमता लगभग 50 गीगावॉट तक पहुंच गई।

वर्तमान में, भूतापीय संसाधनों का अनुसंधान और अन्वेषण 65 देशों में किया जाता है। विश्व में भूतापीय ऊर्जा के आधार पर लगभग 10 गीगावाट की कुल क्षमता वाले स्टेशन बनाए गए हैं। संयुक्त राष्ट्र भूतापीय ऊर्जा के विकास में सक्रिय रूप से सहयोग कर रहा है।

भूतापीय शीतलक के उपयोग में दुनिया के कई देशों में संचित अनुभव से पता चलता है कि अनुकूल परिस्थितियों में वे थर्मल और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में 2-5 गुना अधिक लाभदायक हैं। गणना से पता चलता है कि एक भू-तापीय कुआं प्रति वर्ष 158 हजार टन कोयले की जगह ले सकता है।

इस प्रकार, पृथ्वी की गर्मी, शायद, एकमात्र प्रमुख नवीकरणीय ऊर्जा संसाधन है, जिसका तर्कसंगत विकास आधुनिक ईंधन ऊर्जा की तुलना में ऊर्जा की लागत को कम करने का वादा करता है। समान रूप से अटूट ऊर्जा क्षमता के साथ, सौर और थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन, दुर्भाग्य से, मौजूदा ईंधन वाले की तुलना में अधिक महंगे होंगे।

पृथ्वी की गर्मी के विकास के बहुत लंबे इतिहास के बावजूद, आज भू-तापीय तकनीक अभी तक नहीं पहुंच पाई है उच्च विकास. पृथ्वी की तापीय ऊर्जा के विकास में गहरे कुओं के निर्माण में बड़ी कठिनाइयों का सामना करना पड़ रहा है, जो शीतलक को सतह पर लाने के लिए एक चैनल हैं। उच्च बॉटमहोल तापमान (200-250 डिग्री सेल्सियस) के कारण, पारंपरिक रॉक काटने के उपकरण ऐसी परिस्थितियों में काम करने के लिए अनुपयुक्त हैं, ड्रिल और केसिंग पाइप, सीमेंट स्लरी, ड्रिलिंग तकनीक, अच्छी तरह से आवरण और पूर्णता के चयन के लिए विशेष आवश्यकताएं हैं। घरेलू माप उपकरण, सीरियल ऑपरेशनल फिटिंग और उपकरण एक ऐसे डिज़ाइन में निर्मित होते हैं जो तापमान को 150-200 ° C से अधिक नहीं होने देता है। कुओं की पारंपरिक गहरी यांत्रिक ड्रिलिंग में कभी-कभी वर्षों की देरी होती है और इसके लिए महत्वपूर्ण वित्तीय लागतों की आवश्यकता होती है। मुख्य उत्पादन परिसंपत्तियों में, कुओं की लागत 70 से 90% तक है। भू-तापीय संसाधनों के मुख्य भाग के विकास के लिए एक प्रगतिशील तकनीक बनाकर ही इस समस्या को हल किया जा सकता है और इसे हल किया जाना चाहिए। गर्म चट्टानों से ऊर्जा का निष्कर्षण।

रूसी वैज्ञानिकों और विशेषज्ञों का हमारा समूह एक वर्ष से अधिक समय से रूसी संघ के क्षेत्र में पृथ्वी की गर्म चट्टानों की अटूट, नवीकरणीय गहरी तापीय ऊर्जा को निकालने और उपयोग करने की समस्या से निपट रहा है। काम का उद्देश्य घरेलू के आधार पर बनाना है, उच्च प्रौद्योगिकी तकनीकी साधनगहरी पैठ के लिए पृथ्वी की पपड़ी. वर्तमान में, ड्रिलिंग टूल्स (बीएस) के कई प्रकार विकसित किए गए हैं, जिनका विश्व अभ्यास में कोई एनालॉग नहीं है।

बीएस के पहले संस्करण का संचालन वर्तमान पारंपरिक कुएं की ड्रिलिंग तकनीक से जुड़ा हुआ है। हार्ड रॉक ड्रिलिंग गति (औसत घनत्व 2500-3300 किग्रा / एम 3) 30 मीटर / घंटा तक, छेद व्यास 200-500 मिमी। बीएस का दूसरा संस्करण एक स्वायत्त और स्वचालित मोड में कुओं की ड्रिलिंग करता है। प्रक्षेपण एक विशेष प्रक्षेपण और स्वीकृति मंच से किया जाता है, जहां से इसके आंदोलन को नियंत्रित किया जाता है। कठोर चट्टानों में एक हजार मीटर बीएस कुछ ही घंटों में गुजर सकेगा। कुएं का व्यास 500 से 1000 मिमी तक। पुन: प्रयोज्य बीएस वेरिएंट की लागत-प्रभावशीलता और विशाल संभावित मूल्य है। उत्पादन में बीएस की शुरूआत खुलेगी नया मंचकुओं के निर्माण में और पृथ्वी की तापीय ऊर्जा के अटूट स्रोतों तक पहुंच प्रदान करना।

गर्मी की आपूर्ति की जरूरतों के लिए, देश भर में कुओं की आवश्यक गहराई 3-4.5 हजार मीटर तक होती है और 5-6 हजार मीटर से अधिक नहीं होती है। आवास और सांप्रदायिक गर्मी की आपूर्ति के लिए ताप वाहक का तापमान करता है 150 डिग्री सेल्सियस से आगे न जाएं। औद्योगिक सुविधाओं के लिए, तापमान, एक नियम के रूप में, 180-200 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं होता है।

जीसीसी बनाने का उद्देश्य रूसी संघ के दूरस्थ, दुर्गम और अविकसित क्षेत्रों को निरंतर, सस्ती, सस्ती गर्मी प्रदान करना है। जीसीएस के संचालन की अवधि 25-30 वर्ष या उससे अधिक है। स्टेशनों की पेबैक अवधि (खाते में) नवीनतम तकनीकड्रिलिंग) - 3-4 साल।

आने वाले वर्षों में गैर-विद्युत जरूरतों के लिए भू-तापीय ऊर्जा के उपयोग के लिए उपयुक्त क्षमता के रूसी संघ में निर्माण लगभग 600 मिलियन टन समकक्ष ईंधन की जगह लेगा। बचत 2 ट्रिलियन रूबल तक हो सकती है।

2030 तक, अग्नि ऊर्जा को 30% तक बदलने के लिए ऊर्जा क्षमता बनाना संभव हो जाता है, और 2040 तक रूसी संघ के ऊर्जा संतुलन से ईंधन के रूप में जैविक कच्चे माल को लगभग पूरी तरह से समाप्त करना संभव हो जाता है।

साहित्य

1. गोंचारोव एस.ए. ऊष्मप्रवैगिकी। मॉस्को: एमजीटीयूआईएम। एन.ई. बाउमन, 2002. 440 पी।

2. डायडकिन यू.डी. आदि भूतापीय तापीय भौतिकी। सेंट पीटर्सबर्ग: नौका, 1993. 255 पी।

3. रूस के ईंधन और ऊर्जा परिसर का खनिज संसाधन आधार। स्थिति और पूर्वानुमान / वी.के. ब्रांचहुगोव, ई.ए. गैवरिलोव, वी.एस. लिट्विनेंको और अन्य। एड। वी.जेड. गैरीपोवा, ई.ए. कोज़लोवस्की। एम। 2004. 548 पी।

4. नोविकोव जी.पी. एट अल। थर्मल पानी के लिए ड्रिलिंग कुओं। एम.: नेद्रा, 1986. 229 पी।

यह ऊर्जा वैकल्पिक स्रोतों से संबंधित है। आजकल, वे अधिक से अधिक बार संसाधनों को प्राप्त करने की संभावनाओं का उल्लेख करते हैं जो ग्रह हमें देता है। हम कह सकते हैं कि हम अक्षय ऊर्जा के लिए फैशन के युग में रहते हैं। एक भीड़ बनाई जाती है तकनीकी समाधानइस क्षेत्र में , योजनाएं, सिद्धांत।

यह पृथ्वी की आंत में गहरा है और इसमें नवीकरण के गुण हैं, दूसरे शब्दों में यह अंतहीन है। वैज्ञानिकों के अनुसार शास्त्रीय संसाधन समाप्त होने लगे हैं, तेल, कोयला, गैस समाप्त हो जाएगी।

नेस्जेवेलिर जियोथर्मल पावर प्लांट, आइसलैंड

इसलिए, व्यक्ति धीरे-धीरे ऊर्जा उत्पादन के नए वैकल्पिक तरीकों को अपनाने की तैयारी कर सकता है। पृथ्वी की पपड़ी के नीचे एक शक्तिशाली कोर है। इसका तापमान 3000 से 6000 डिग्री के बीच होता है। चलती स्थलमंडलीय प्लेटेंइसे प्रदर्शित करता है जबरदस्त शक्ति. यह स्वयं को मैग्मा के ज्वालामुखीय स्लोशिंग के रूप में प्रकट करता है। गहराई में, रेडियोधर्मी क्षय होता है, कभी-कभी ऐसी प्राकृतिक आपदाओं को प्रेरित करता है।

आमतौर पर मैग्मा सतह से आगे बढ़े बिना उसे गर्म करता है। इस प्रकार गीजर या गर्म पानी के कुंड प्राप्त होते हैं। इस तरह, भौतिक प्रक्रियाओं का उपयोग मानवता के लिए सही उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।

भूतापीय ऊर्जा स्रोतों के प्रकार

इसे आमतौर पर दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: हाइड्रोथर्मल और पेट्रोथर्मल ऊर्जा। पहला द्वारा बनाया गया है गर्म झरने, और दूसरा प्रकार है सतह पर और पृथ्वी की गहराई में तापमान का अंतर। इसे आपके अपने शब्दों में कहें तो, एक हाइड्रोथर्मल स्प्रिंग भाप और गर्म पानी से बना होता है, जबकि एक पेट्रोथर्मल स्प्रिंग गहरे भूमिगत छिपा होता है।

विश्व में भूतापीय ऊर्जा की विकास क्षमता का मानचित्र

पेट्रोथर्मल ऊर्जा के लिए, दो कुओं को ड्रिल करना, एक को पानी से भरना आवश्यक है, जिसके बाद एक उड़ने वाली प्रक्रिया होगी, जो सतह पर आ जाएगी। भूतापीय क्षेत्रों के तीन वर्ग हैं:

• भूतापीय - महाद्वीपीय प्लेटों के पास स्थित है। 80C/किमी से अधिक तापमान प्रवणता। एक उदाहरण के रूप में, लार्डेरेलो का इतालवी कम्यून। एक बिजली संयंत्र है
• सेमी-थर्मल - तापमान 40 - 80 सी / किमी। ये प्राकृतिक जलभृत हैं, जिनमें कुचल चट्टानें हैं। फ्रांस में कुछ जगहों पर इस तरह से इमारतों को गर्म किया जाता है।
• सामान्य - 40 सी/किमी से कम ढाल। ऐसे क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व सबसे आम है

वे उपभोग के लिए एक उत्कृष्ट स्रोत हैं। वे चट्टान में हैं, एक निश्चित गहराई पर। आइए वर्गीकरण पर करीब से नज़र डालें:

• एपिथर्मल - तापमान 50 से 90 s . तक
• मेसोथर्मल - 100 - 120 s
• हाइपोथर्मल - 200 s . से अधिक

ये प्रजातियां विभिन्न रासायनिक संरचना से बनी हैं। इसके आधार पर, पानी का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, बिजली के उत्पादन में, गर्मी की आपूर्ति (थर्मल मार्ग), कच्चे माल का आधार।

वीडियो: भूतापीय ऊर्जा

गर्मी आपूर्ति प्रक्रिया

पानी का तापमान 50 -60 डिग्री है, जो आवासीय क्षेत्र के हीटिंग और गर्म आपूर्ति के लिए इष्टतम है। हीटिंग सिस्टम की आवश्यकता भौगोलिक स्थिति और जलवायु परिस्थितियों पर निर्भर करती है। और लोगों को लगातार गर्म पानी की आपूर्ति की जरूरत है। इस प्रक्रिया के लिए जीटीएस (जियोथर्मल थर्मल स्टेशन) बनाए जा रहे हैं।

अगर के लिए शास्त्रीय उत्पादनतापीय ऊर्जा का उपयोग बॉयलर हाउस द्वारा किया जाता है जो ठोस या की खपत करता है गैस ईंधन, तो इस उत्पादन में एक गीजर स्रोत का उपयोग किया जाता है। तकनीकी प्रक्रिया बहुत सरल है, वही संचार, थर्मल मार्ग और उपकरण। यह एक अच्छी तरह से ड्रिल करने के लिए पर्याप्त है, इसे गैसों से साफ करें, फिर इसे बॉयलर रूम में पंपों के साथ भेजें, जहां तापमान अनुसूची बनाए रखी जाएगी, और फिर यह हीटिंग मुख्य में प्रवेश करेगी।

मुख्य अंतर यह है कि ईंधन बॉयलर का उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं है। यह थर्मल ऊर्जा की लागत को काफी कम करता है। सर्दियों में, ग्राहकों को गर्मी और गर्म पानी की आपूर्ति होती है, और गर्मियों में केवल गर्म पानी की आपूर्ति होती है।

विद्युत उत्पादन

बिजली के उत्पादन में हॉट स्प्रिंग्स, गीजर मुख्य घटक हैं। इसके लिए कई योजनाओं का उपयोग किया जाता है, विशेष बिजली संयंत्र बनाए जा रहे हैं। जीटीएस डिवाइस:

• डीएचडब्ल्यू टैंक
• पंप
• गैस विभाजक
• भाप विभाजक
• टर्बाइन उत्पन्न करना
• संधारित्र
• बूस्टर पंप
• टैंक - कूलर

जैसा कि आप देख सकते हैं, सर्किट का मुख्य तत्व भाप कनवर्टर है। इससे शुद्ध भाप प्राप्त करना संभव हो जाता है, क्योंकि इसमें एसिड होता है जो टरबाइन उपकरण को नष्ट कर देता है। तकनीकी चक्र में मिश्रित योजना का उपयोग करना संभव है, अर्थात प्रक्रिया में पानी और भाप शामिल हैं। तरल गैसों, साथ ही भाप से शुद्धिकरण के पूरे चरण से गुजरता है।

बाइनरी स्रोत के साथ सर्किट

काम करने वाला घटक कम क्वथनांक वाला तरल है। थर्मल पानी बिजली के उत्पादन में भी शामिल है और द्वितीयक कच्चे माल के रूप में कार्य करता है।

इसकी सहायता से कम क्वथनांक स्रोत भाप का निर्माण होता है। इस तरह के काम के चक्र के साथ जीटीएस पूरी तरह से स्वचालित हो सकता है और रखरखाव कर्मियों की उपस्थिति की आवश्यकता नहीं होती है। अधिक शक्तिशाली स्टेशन दो-सर्किट योजना का उपयोग करते हैं। इस प्रकार का बिजली संयंत्र 10 मेगावाट की क्षमता तक पहुंचने की अनुमति देता है। डबल सर्किट संरचना:

• स्टीम जनरेटर
• टर्बाइन
• संधारित्र
• बेदखलदार
• शाखा पंप
• गरम करनेवाला
• बाष्पीकरण करनेवाला

प्रायोगिक उपयोग

स्रोतों का विशाल भंडार वार्षिक ऊर्जा खपत से कई गुना अधिक है। लेकिन मानव जाति द्वारा केवल एक छोटा सा अंश उपयोग किया जाता है। स्टेशनों का निर्माण 1916 का है। इटली में, 7.5 मेगावाट की क्षमता वाला पहला जियोटीपीपी बनाया गया था। उद्योग सक्रिय रूप से ऐसे देशों में विकसित हो रहा है जैसे: यूएसए, आइसलैंड, जापान, फिलीपींस, इटली।

संभावित स्थलों की सक्रिय खोज और निष्कर्षण के अधिक सुविधाजनक तरीके चल रहे हैं। उत्पादन क्षमता साल दर साल बढ़ रही है। यदि हम आर्थिक संकेतकों को ध्यान में रखते हैं, तो ऐसे उद्योग की लागत कोयले से चलने वाले ताप विद्युत संयंत्रों के बराबर होती है। आइसलैंड लगभग पूरी तरह से सांप्रदायिक और आवास स्टॉक को जीटी स्रोत के साथ कवर करता है। 80% घर उपयोग करते हैं गर्म पानीकुओं से। संयुक्त राज्य अमेरिका के विशेषज्ञों का दावा है कि, उचित विकास के साथ, जियोटीपीपी वार्षिक खपत से 30 गुना अधिक उत्पादन कर सकते हैं। अगर हम क्षमता की बात करें तो दुनिया के 39 देश अगर पृथ्वी की आंतों को 100 प्रतिशत तक इस्तेमाल कर लें तो खुद को पूरी तरह से बिजली मुहैया करा सकेंगे।

समाज के विकास और गठन के साथ, मानव जाति ने अधिक से अधिक आधुनिक और साथ ही ऊर्जा प्राप्त करने के किफायती तरीकों की तलाश शुरू कर दी। इसके लिए आज विभिन्न स्टेशनों का निर्माण किया जा रहा है, लेकिन साथ ही, पृथ्वी के आंतों में निहित ऊर्जा का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। वह किसके जैसी है? आइए इसे जानने की कोशिश करते हैं।

भू - तापीय ऊर्जा

नाम से ही स्पष्ट है कि यह पृथ्वी के आंतरिक भाग की ऊष्मा का प्रतिनिधित्व करता है। पृथ्वी की पपड़ी के नीचे मैग्मा की एक परत होती है, जो एक उग्र-तरल सिलिकेट पिघलती है। शोध के आंकड़ों के अनुसार, इस गर्मी की ऊर्जा क्षमता दुनिया के प्राकृतिक गैस भंडार की ऊर्जा के साथ-साथ तेल की तुलना में बहुत अधिक है। मैग्मा सतह पर आता है - लावा। इसके अलावा, सबसे बड़ी गतिविधि पृथ्वी की उन परतों में देखी जाती है, जिन पर टेक्टोनिक प्लेटों की सीमाएँ स्थित होती हैं, साथ ही जहाँ पृथ्वी की पपड़ी पतलेपन की विशेषता होती है। भू - तापीय ऊर्जापृथ्वी इस प्रकार प्राप्त होती है: ग्रह के लावा और जल संसाधन संपर्क में हैं, जिसके परिणामस्वरूप पानी तेजी से गर्म होने लगता है। इससे गीजर का विस्फोट होता है, तथाकथित गर्म झीलों और अंतर्धाराओं का निर्माण होता है। यही है, प्रकृति की वे घटनाएं, जिनके गुण सक्रिय रूप से ऊर्जा के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

कृत्रिम भूतापीय स्रोत

पृथ्वी की आंतों में निहित ऊर्जा का बुद्धिमानी से उपयोग किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, भूमिगत बॉयलर बनाने का विचार है। ऐसा करने के लिए, आपको पर्याप्त गहराई के दो कुओं को ड्रिल करने की आवश्यकता है, जो नीचे से जुड़े होंगे। यही है, यह पता चला है कि भूमि के लगभग किसी भी कोने में आप भूतापीय ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं। औद्योगिक तरीका: एक कुएं के माध्यम से इंजेक्ट किया जाएगा ठंडा पानीजलाशय में, और दूसरे के माध्यम से - गर्म पानी या भाप निकाला जाता है। कृत्रिम ताप स्रोत फायदेमंद और तर्कसंगत होंगे यदि परिणामी गर्मी अधिक ऊर्जा प्रदान करेगी। भाप को टरबाइन जनरेटर में भेजा जा सकता है जो बिजली पैदा करेगा।

निःसंदेह, ली गई ऊष्मा, में जो उपलब्ध है, उसका केवल एक अंश है सामान्य भंडार. लेकिन यह याद रखना चाहिए कि चट्टानों के संपीड़न, आंतों के स्तरीकरण की प्रक्रियाओं के कारण गहरी गर्मी लगातार भर जाएगी। विशेषज्ञों के अनुसार, पृथ्वी की पपड़ी में गर्मी जमा होती है, जिसकी कुल मात्रा पृथ्वी के सभी जीवाश्म अंदरूनी हिस्सों के कैलोरी मान से 5,000 गुना अधिक है। यह पता चला है कि ऐसे कृत्रिम रूप से बनाए गए भूतापीय स्टेशनों का संचालन समय असीमित हो सकता है।

स्रोत सुविधाएँ

जो स्रोत भूतापीय ऊर्जा प्राप्त करना संभव बनाते हैं उनका पूरी तरह से उपयोग करना लगभग असंभव है। वे दुनिया के 60 से अधिक देशों में मौजूद हैं, जिसमें प्रशांत ज्वालामुखी रिंग ऑफ फायर के क्षेत्र में स्थलीय ज्वालामुखियों की सबसे बड़ी संख्या है। लेकिन व्यवहार में, यह पता चला है कि भूतापीय स्रोत विभिन्न क्षेत्रदुनिया अपने गुणों में पूरी तरह से भिन्न हैं, अर्थात् औसत तापमान, खनिजकरण, गैस संरचना, अम्लता और इतने पर।

गीजर पृथ्वी पर ऊर्जा के स्रोत हैं, जिनकी ख़ासियत यह है कि वे कुछ निश्चित अंतराल पर उबलते पानी को उगलते हैं। विस्फोट के बाद, पूल पानी से मुक्त हो जाता है, इसके तल पर आप एक चैनल देख सकते हैं जो जमीन में गहराई तक जाता है। ऊर्जा स्रोतों के रूप में गीजर का उपयोग कामचटका, आइसलैंड, न्यूजीलैंड और जैसे क्षेत्रों में किया जाता है उत्तरी अमेरिका, और सिंगल गीजर कुछ अन्य क्षेत्रों में भी पाए जाते हैं।

ऊर्जा कहाँ से आती है?

अनकूल्ड मैग्मा पृथ्वी की सतह के बहुत करीब स्थित है। इससे गैसें और वाष्प निकलती हैं, जो ऊपर उठती हैं और दरारों से होकर गुजरती हैं। भूजल के साथ मिलाकर, वे उन्हें गर्म करते हैं, वे स्वयं गर्म पानी में बदल जाते हैं, जिसमें कई पदार्थ घुल जाते हैं। इस तरह के पानी को विभिन्न भू-तापीय स्रोतों के रूप में पृथ्वी की सतह पर छोड़ा जाता है: हॉट स्प्रिंग्स, खनिज स्प्रिंग्स, गीजर, और इसी तरह। वैज्ञानिकों के अनुसार, पृथ्वी की गर्म आंतें गुफाएं या कक्ष हैं जो मार्ग, दरार और चैनलों से जुड़े हैं। वे सिर्फ भूजल से भरे हुए हैं, और उनके बहुत करीब मैग्मा कक्ष हैं। इस तरह यह स्वाभाविक रूप से बनता है तापीय ऊर्जाधरती।

पृथ्वी का विद्युत क्षेत्र

प्रकृति में एक और वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत है, जो नवीकरणीय, पर्यावरण के अनुकूल और उपयोग में आसान है। सच है, अब तक इस स्रोत का केवल अध्ययन किया गया है और व्यवहार में लागू नहीं किया गया है। इसलिए, संभावित ऊर्जापृथ्वी अपने विद्युत क्षेत्र में स्थित है। इलेक्ट्रोस्टैटिक्स और विशेषताओं के बुनियादी नियमों के अध्ययन के आधार पर आप इस तरह से ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं विद्युत क्षेत्रधरती। वास्तव में, विद्युत की दृष्टि से हमारा ग्रह एक गोलाकार संधारित्र है जो 300,000 वोल्ट तक आवेशित होता है। इसका आंतरिक क्षेत्र है ऋणात्मक आवेश, और बाहरी - आयनमंडल - सकारात्मक है। एक इन्सुलेटर है। इसके माध्यम से आयनिक और संवहन धाराओं का निरंतर प्रवाह होता है, जो कई हज़ार एम्पीयर की ताकत तक पहुँचता है। हालांकि, इस मामले में प्लेटों के बीच संभावित अंतर कम नहीं होता है।

इससे पता चलता है कि प्रकृति में एक जनरेटर है, जिसकी भूमिका संधारित्र प्लेटों से आवेशों के रिसाव को लगातार फिर से भरना है। पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र एक ऐसे जनरेटर के रूप में कार्य करता है, जो हमारे ग्रह के साथ एक धारा में घूमता है सौर पवन. केवल एक ऊर्जा उपभोक्ता को इस जनरेटर से जोड़कर पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की ऊर्जा प्राप्त की जा सकती है। ऐसा करने के लिए, आपको एक विश्वसनीय जमीन स्थापित करने की आवश्यकता है।

नवीकरणीय स्रोत

जैसे-जैसे हमारे ग्रह की जनसंख्या लगातार बढ़ रही है, हमें जनसंख्या को प्रदान करने के लिए अधिक से अधिक ऊर्जा की आवश्यकता है। पृथ्वी की आंतों में निहित ऊर्जा बहुत भिन्न हो सकती है। उदाहरण के लिए, अक्षय स्रोत हैं: पवन, सौर और जल ऊर्जा। वे पर्यावरण के अनुकूल हैं, और इसलिए आप पर्यावरण को नुकसान पहुंचाने के डर के बिना उनका उपयोग कर सकते हैं।

जल ऊर्जा

इस पद्धति का उपयोग कई सदियों से किया जा रहा है। आज बड़ी संख्या में बांध और जलाशय बनाए गए हैं, जिनमें पानी का उपयोग विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। इस तंत्र का सार सरल है: नदी के प्रवाह के प्रभाव में, टरबाइन के पहिये क्रमशः घूमते हैं, पानी की ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

आज है एक बड़ी संख्या कीहाइड्रोइलेक्ट्रिक पावर प्लांट जो पानी के प्रवाह की ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं। इस पद्धति की ख़ासियत यह है कि यह क्रमशः नवीकरणीय है, ऐसे डिज़ाइनों की लागत कम होती है। इसीलिए, इस तथ्य के बावजूद कि जलविद्युत संयंत्रों के निर्माण में काफी लंबा समय लगता है, और यह प्रक्रिया स्वयं बहुत महंगी है, फिर भी, ये सुविधाएं विद्युत-गहन उद्योगों से काफी बेहतर प्रदर्शन करती हैं।

सौर ऊर्जा: आधुनिक और आशाजनक

सौर ऊर्जा का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है सौर पेनल्सहालाँकि, आधुनिक तकनीक इसके लिए नए तरीकों के उपयोग की अनुमति देती है। दुनिया का सबसे बड़ा सिस्टम कैलिफोर्निया के रेगिस्तान में बना है। यह 2,000 घरों के लिए पूरी तरह से ऊर्जा प्रदान करता है। डिजाइन निम्नानुसार काम करता है: दर्पण प्रतिबिंबित करते हैं सूरज की किरणे, जो केंद्रीय जल बॉयलर को भेजे जाते हैं। यह उबलता है और भाप में बदल जाता है, जो टरबाइन को बदल देता है। यह, बदले में, एक विद्युत जनरेटर से जुड़ा होता है। हवा का उपयोग उस ऊर्जा के रूप में भी किया जा सकता है जो पृथ्वी हमें देती है। हवा पाल उड़ाती है, पवन चक्कियों को घुमाती है। और अब इसकी मदद से आप ऐसे उपकरण बना सकते हैं जो विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करेंगे। पवनचक्की के ब्लेड को घुमाकर, यह टरबाइन शाफ्ट को चलाता है, जो बदले में, एक विद्युत जनरेटर से जुड़ा होता है।

पृथ्वी की आंतरिक ऊर्जा

यह कई प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्रकट हुआ, जिनमें से मुख्य अभिवृद्धि और रेडियोधर्मिता हैं। वैज्ञानिकों के अनुसार, पृथ्वी और उसके द्रव्यमान का निर्माण कई मिलियन वर्षों में हुआ और यह ग्रहों के बनने के कारण हुआ। वे एक साथ चिपक गए, क्रमशः, पृथ्वी का द्रव्यमान अधिक से अधिक हो गया। हमारे ग्रह के बाद एक आधुनिक द्रव्यमान होना शुरू हुआ, लेकिन अभी भी एक वातावरण से रहित था, उल्कापिंड और क्षुद्रग्रह पिंड बिना किसी बाधा के उस पर गिर गए। इस प्रक्रिया को केवल अभिवृद्धि कहा जाता है, और इसने इस तथ्य को जन्म दिया कि एक महत्वपूर्ण मात्रा में गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा. और बड़े पिंड ग्रह से टकराते हैं, अधिकपृथ्वी की आंतों में निहित ऊर्जा को मुक्त किया।

इस गुरुत्वाकर्षण भेदभाव ने इस तथ्य को जन्म दिया कि पदार्थ अलग होने लगे: भारी पदार्थ बस डूब गए, जबकि हल्के और वाष्पशील पदार्थ ऊपर तैरने लगे। विभेदन ने गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा के अतिरिक्त विमोचन को भी प्रभावित किया।

परमाणु ऊर्जा

पृथ्वी ऊर्जा का उपयोग विभिन्न तरीकों से हो सकता है। उदाहरण के लिए, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के निर्माण की सहायता से, जब क्षय के कारण तापीय ऊर्जा निकलती है सबसे छोटे कणपरमाणुओं की बात। मुख्य ईंधन यूरेनियम है, जो पृथ्वी की पपड़ी में निहित है। बहुत से लोग मानते हैं कि ऊर्जा प्राप्त करने का यह तरीका सबसे आशाजनक है, लेकिन इसका उपयोग कई समस्याओं से जुड़ा है। सबसे पहले, यूरेनियम विकिरण उत्सर्जित करता है जो सभी जीवित जीवों को मारता है। इसके अलावा, यदि यह पदार्थ मिट्टी या वातावरण में प्रवेश करता है, तो एक वास्तविक होगा तकनीकी आपदा. दुखद परिणामदुर्घटनाएं चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्रहम आज तक अनुभव करते हैं। खतरा इस बात में है कि रेडियोधर्मी कचरेसभी जीवित चीजों को बहुत, बहुत खतरे में डाल सकता है लंबे समय के लिएसहस्राब्दियों के लिए।

नया समय - नए विचार

बेशक, लोग यहीं नहीं रुकते हैं, और हर साल ऊर्जा प्राप्त करने के नए तरीके खोजने के लिए अधिक से अधिक प्रयास किए जाते हैं। यदि पृथ्वी की ऊष्मा की ऊर्जा काफी सरलता से प्राप्त की जाती है, तो कुछ विधियाँ इतनी सरल नहीं हैं। उदाहरण के लिए, ऊर्जा स्रोत के रूप में, जैविक गैस का उपयोग करना काफी संभव है, जो कचरे के क्षय के दौरान प्राप्त होता है। इसका उपयोग घरों को गर्म करने और पानी गर्म करने के लिए किया जा सकता है।

तेजी से, उनका निर्माण तब किया जा रहा है जब बांधों और टर्बाइनों को जलाशयों के मुहाने पर स्थापित किया जाता है, जो क्रमशः ईब और प्रवाह द्वारा संचालित होते हैं, बिजली प्राप्त होती है।

कचरा जलाने से मिलती है ऊर्जा

एक और तरीका जो पहले से ही जापान में इस्तेमाल किया जा रहा है, वह है भस्मक का निर्माण। आज वे इंग्लैंड, इटली, डेनमार्क, जर्मनी, फ्रांस, नीदरलैंड और संयुक्त राज्य अमेरिका में बने हैं, लेकिन केवल जापान में इन उद्यमों का उपयोग न केवल अपने इच्छित उद्देश्य के लिए, बल्कि बिजली पैदा करने के लिए भी किया जाने लगा। स्थानीय कारखानों में, सभी कचरे का 2/3 भाग जला दिया जाता है, जबकि कारखाने भाप टर्बाइनों से सुसज्जित होते हैं। तदनुसार, वे आसपास के क्षेत्रों में गर्मी और बिजली की आपूर्ति करते हैं। साथ ही, लागत के मामले में, इस तरह के उद्यम का निर्माण थर्मल पावर प्लांट के निर्माण से कहीं अधिक लाभदायक है।

ज्वालामुखियों के संकेन्द्रित होने पर पृथ्वी की ऊष्मा का उपयोग करने की संभावना अधिक आकर्षक होती है। इस मामले में, पृथ्वी को बहुत गहराई से ड्रिल करने की आवश्यकता नहीं होगी, क्योंकि पहले से ही 300-500 मीटर की गहराई पर तापमान पानी के क्वथनांक से कम से कम दोगुना होगा।

बिजली उत्पन्न करने का एक ऐसा तरीका भी है, जैसे हाइड्रोजन - सबसे सरल और सबसे हल्का रासायनिक तत्व - को एक आदर्श ईंधन माना जा सकता है, क्योंकि यह वह जगह है जहाँ पानी है। यदि आप हाइड्रोजन जलाते हैं, तो आपको पानी मिल सकता है, जो ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में विघटित हो जाता है। हाइड्रोजन की लौ अपने आप में हानिरहित है, यानी पर्यावरण को कोई नुकसान नहीं होगा। इस तत्व की ख़ासियत यह है कि इसका उच्च कैलोरी मान होता है।

भविष्य में क्या है?

बेशक ऊर्जा चुंबकीय क्षेत्रपृथ्वी या वह जो परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से प्राप्त होती है, मानव जाति की सभी जरूरतों को पूरी तरह से संतुष्ट नहीं कर सकती है, जो हर साल बढ़ रही हैं। हालांकि, विशेषज्ञों का कहना है कि चिंता की कोई बात नहीं है, क्योंकि ग्रह के ईंधन संसाधन अभी भी पर्याप्त हैं। इसके अलावा, अधिक से अधिक नए स्रोतों का उपयोग किया जा रहा है, पर्यावरण के अनुकूल और नवीकरणीय।

प्रदूषण की समस्या बनी हुई है वातावरण, और यह तेजी से बढ़ रहा है। मात्रा हानिकारक उत्सर्जनधीरे-धीरे बंद हो जाता है, जिस हवा में हम सांस लेते हैं वह हानिकारक होती है, पानी में खतरनाक अशुद्धियाँ होती हैं, और मिट्टी धीरे-धीरे समाप्त हो जाती है। यही कारण है कि जीवाश्म ईंधन की आवश्यकता को कम करने और गैर-पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों का अधिक सक्रिय उपयोग करने के तरीकों की तलाश करने के लिए पृथ्वी के आंतों में ऊर्जा जैसी घटना का समय पर अध्ययन करना बहुत महत्वपूर्ण है।

उन्हें। कपितोनोव

पृथ्वी की परमाणु ऊष्मा

पृथ्वी की गर्मी

पृथ्वी अपेक्षाकृत अधिक गर्म पिंड है और ऊष्मा का स्रोत है। यह मुख्य रूप से सौर विकिरण के कारण गर्म होता है जो इसे अवशोषित करता है। लेकिन पृथ्वी का अपना ऊष्मीय संसाधन भी है जिसकी तुलना सूर्य से प्राप्त ऊष्मा से की जा सकती है। ऐसा माना जाता है कि पृथ्वी की इसी ऊर्जा की उत्पत्ति निम्नलिखित है। पृथ्वी लगभग 4.5 अरब साल पहले सूर्य के बनने के बाद एक प्रोटोप्लेनेटरी गैस-डस्ट डिस्क से उसके चारों ओर घूमने और संघनन के बाद उत्पन्न हुई थी। इसके गठन के प्रारंभिक चरण में, अपेक्षाकृत धीमी गुरुत्वाकर्षण संपीड़न के कारण पृथ्वी का पदार्थ गर्म हो गया था। पृथ्वी के ताप संतुलन में एक महत्वपूर्ण भूमिका उस पर छोटे ब्रह्मांडीय पिंडों के गिरने के दौरान निकलने वाली ऊर्जा द्वारा भी निभाई गई थी। इसलिए, युवा पृथ्वी पिघली हुई थी। ठंडा होने पर, यह धीरे-धीरे एक ठोस सतह के साथ अपनी वर्तमान स्थिति में आ गया, जिसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा समुद्री और से ढका हुआ है समुद्र का पानी. यह कठिन बाहरी परतबुलाया पृथ्वी की पपड़ीऔर औसतन भूमि भूखंडों पर इसकी मोटाई लगभग 40 किमी और उससे कम है समुद्र का पानी- 5-10 किमी। पृथ्वी की गहरी परत, कहलाती है आच्छादन, के भी होते हैं ठोस पदार्थ. यह लगभग 3000 किमी की गहराई तक फैला हुआ है और इसमें पृथ्वी के अधिकांश पदार्थ शामिल हैं। अंत में, पृथ्वी का अंतरतम भाग इसका है नाभिक. इसमें दो परतें होती हैं - बाहरी और आंतरिक। बाहरी गूदायह 2000-2500 किमी की मोटाई के साथ 4500-6500 K के तापमान पर पिघले हुए लोहे और निकल की एक परत है। भीतरी कोर 1000-1500 किमी की त्रिज्या के साथ एक ठोस लौह-निकल मिश्र धातु है जिसे 4000-5000 K के तापमान पर लगभग 14 ग्राम / सेमी 3 के घनत्व के साथ गर्म किया जाता है, जो एक विशाल (लगभग 4 मिलियन बार) दबाव पर उत्पन्न होता है।
पृथ्वी की आंतरिक गर्मी के अलावा, इसके गठन के शुरुआती गर्म चरण से विरासत में मिला है, और जिसकी मात्रा समय के साथ घटनी चाहिए, एक और लंबी अवधि है, जो लंबे समय तक नाभिक के रेडियोधर्मी क्षय से जुड़ी है- जीवन - सबसे पहले, 232 थ, 235 यू, 238 यू और 40 के। इन क्षयों में जारी ऊर्जा - वे पृथ्वी की रेडियोधर्मी ऊर्जा का लगभग 99% हिस्सा हैं - लगातार पृथ्वी के थर्मल भंडार की भरपाई करती हैं। उपरोक्त नाभिक क्रस्ट और मेंटल में निहित हैं। इनके क्षय से पृथ्वी की बाहरी और भीतरी दोनों परतें गर्म होती हैं।
पृथ्वी के अंदर निहित विशाल गर्मी का एक हिस्सा लगातार इसकी सतह पर आता है, अक्सर बहुत बड़े पैमाने पर ज्वालामुखी प्रक्रियाओं में। पृथ्वी की गहराइयों से उसकी सतह से होकर बहने वाली ऊष्मा के प्रवाह को जाना जाता है। यह (47 ± 2) · 10 12 वाट है, जो उस गर्मी के बराबर है जो 50 हजार परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उत्पन्न की जा सकती है (एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र की औसत शक्ति लगभग 10 9 वाट है)। प्रश्न उठता है कि क्या रेडियोधर्मी ऊर्जा पृथ्वी के कुल तापीय बजट में कोई महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, और यदि हां, तो क्या भूमिका? इन सवालों के जवाब लंबे समय तक अज्ञात रहे। अब इन सवालों के जवाब देने के अवसर हैं। यहां मुख्य भूमिका न्यूट्रिनो (एंटीन्यूट्रिनो) की है, जो प्रक्रियाओं में उत्पन्न होते हैं रेडियोधर्मी क्षयनाभिक जो पृथ्वी के पदार्थ को बनाते हैं और जो कहलाते हैं भू-न्यूट्रिनो.

भू-न्यूट्रिनो

भू-न्यूट्रिनोन्यूट्रिनो या एंटीन्यूट्रिनो का संयुक्त नाम है, जो पृथ्वी की सतह के नीचे स्थित नाभिक के बीटा क्षय के परिणामस्वरूप उत्सर्जित होते हैं। जाहिर है, अभूतपूर्व मर्मज्ञ क्षमता के कारण, ग्राउंड-आधारित न्यूट्रिनो डिटेक्टरों द्वारा इनका (और केवल उन्हें) पंजीकरण पृथ्वी के अंदर गहराई में होने वाली रेडियोधर्मी क्षय की प्रक्रियाओं के बारे में वस्तुनिष्ठ जानकारी प्रदान कर सकता है। इस तरह के क्षय का एक उदाहरण 228 रा नाभिक का β-क्षय है, जो लंबे समय तक रहने वाले 232 Th नाभिक के α क्षय का उत्पाद है (तालिका देखें):

228 रा नाभिक का आधा जीवन (टी 1/2) 5.75 वर्ष है, और जारी ऊर्जा लगभग 46 केवी है। जारी ऊर्जा के करीब एक ऊपरी सीमा के साथ एंटीन्यूट्रिनो का ऊर्जा स्पेक्ट्रम निरंतर है।
232 Th, 235 U, 238 U नाभिक के क्षय क्रमिक क्षय की श्रृंखलाएं हैं जो तथाकथित बनाती हैं रेडियोधर्मी श्रृंखला. ऐसी श्रृंखलाओं में, α-क्षय को β--क्षय के साथ प्रतिच्छेदित किया जाता है, क्योंकि α-क्षय में अंतिम नाभिक β-स्थिरता रेखा से न्यूट्रॉन के साथ अतिभारित नाभिक के क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाते हैं। प्रत्येक पंक्ति के अंत में क्रमिक क्षय की एक श्रृंखला के बाद, स्थिर नाभिक बनते हैं जिनमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या जादुई संख्या (Z) के करीब या उसके बराबर होती है। = 82,एन= 126)। इस तरह के अंतिम नाभिक सीसा या बिस्मथ के स्थिर समस्थानिक होते हैं। इस प्रकार, T 1/2 का क्षय दोगुना जादुई नाभिक 208 Pb के निर्माण के साथ समाप्त होता है, और पथ 232 Th → 208 Pb पर, छह α-क्षय होते हैं, चार β - क्षय के साथ बारी-बारी से (श्रृंखला में 238 U → 206 Pb, आठ α- और छह β - - क्षय; 235 U → 207 Pb श्रृंखला में सात α- और चार β - क्षय हैं)। इस प्रकार, प्रत्येक रेडियोधर्मी श्रृंखला से एंटीन्यूट्रिनो का ऊर्जा स्पेक्ट्रम व्यक्तिगत β - क्षय से आंशिक स्पेक्ट्रा का एक सुपरपोजिशन है जो इस श्रृंखला को बनाते हैं। 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K क्षय में उत्पादित एंटीन्यूट्रिनो का स्पेक्ट्रा अंजीर में दिखाया गया है। 1. 40 K क्षय एक एकल β - क्षय है (तालिका देखें)। सबसे बड़ी ऊर्जा(3.26 MeV तक) एंटीन्यूट्रिनो क्षय में पहुंचते हैं
214 Bi → 214 Po, जो 238 U रेडियोधर्मी श्रृंखला की एक कड़ी है। 232 Th → 208 Pb श्रृंखला में सभी क्षय लिंक के पारित होने के दौरान जारी कुल ऊर्जा 42.65 MeV है। रेडियोधर्मी श्रेणी 235 U और 238 U के लिए, ये ऊर्जाएँ क्रमशः 46.39 और 51.69 MeV हैं। क्षय में जारी ऊर्जा
40 K → 40 Ca 1.31 MeV है।

232 थ, 235 यू, 238 यू, 40 के नाभिक के लक्षण

नाभिक	बाटो % मिश्रण में आइसोटोप	कोर की संख्या संबंधित है। सी नाभिक	टी 1/2 अरब वर्ष	पहला लिंक क्षय
232Th	100	0.0335	14.0
235 यू	0.7204	6.48 10 -5	0.704
238 यू	99.2742	0.00893	4.47
40K	0.0117	0.440	1.25

पृथ्वी के पदार्थ की संरचना में निहित 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K नाभिक के क्षय के आधार पर किए गए भू-न्यूट्रिनो प्रवाह का अनुमान, 10 6 सेमी के क्रम के मूल्य की ओर जाता है -2 सेकंड -1। इन भू-न्यूट्रिनो को पंजीकृत करके, कोई भी पृथ्वी के कुल ताप संतुलन में रेडियोधर्मी ऊष्मा की भूमिका के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकता है और स्थलीय पदार्थ की संरचना में लंबे समय तक रहने वाले रेडियो आइसोटोप की सामग्री के बारे में हमारे विचारों का परीक्षण कर सकता है।

चावल। 1. परमाणु क्षय से एंटीन्यूट्रिनो का ऊर्जा स्पेक्ट्रा

232 थ, 235 यू, 238 यू, 40 के मूल नाभिक के एक क्षय के लिए सामान्यीकृत

प्रतिक्रिया का उपयोग इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो को पंजीकृत करने के लिए किया जाता है

पी → ई + + एन, (1)

जिसमें वास्तव में इस कण की खोज की गई थी। इस प्रतिक्रिया की दहलीज 1.8 MeV है। अतः उपरोक्त अभिक्रिया में 232 Th तथा 238 U नाभिकों से प्रारंभ होकर क्षय शृंखलाओं में बने भू-न्यूट्रिनो को ही पंजीकृत किया जा सकता है। चर्चा के तहत प्रतिक्रिया का प्रभावी क्रॉस सेक्शन बहुत छोटा है: 10 -43 सेमी 2. इसलिए यह इस प्रकार है कि 1 मीटर 3 की संवेदनशील मात्रा वाला न्यूट्रिनो डिटेक्टर प्रति वर्ष कुछ घटनाओं से अधिक नहीं दर्ज करेगा। जाहिर है, भू-न्यूट्रिनो प्रवाह के विश्वसनीय निर्धारण के लिए, पृष्ठभूमि से अधिकतम सुरक्षा के लिए भूमिगत प्रयोगशालाओं में स्थित बड़ी मात्रा में न्यूट्रिनो डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है। भू-न्यूट्रिनो के पंजीकरण के लिए सौर और रिएक्टर न्यूट्रिनो का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किए गए डिटेक्टरों का उपयोग करने का विचार 1998 में उत्पन्न हुआ। वर्तमान में, दो बड़ी मात्रा में न्यूट्रिनो डिटेक्टर हैं जो एक तरल सिंटिलेटर का उपयोग कर रहे हैं और समस्या को हल करने के लिए उपयुक्त हैं। ये कामलैंड प्रयोगों (जापान, ) और बोरेक्सिनो (इटली, ) के न्यूट्रिनो डिटेक्टर हैं। नीचे हम बोरेक्सिनो डिटेक्टर के उपकरण और भू-न्यूट्रिनो के पंजीकरण पर इस डिटेक्टर पर प्राप्त परिणामों पर विचार करते हैं।

बोरेक्सिनो डिटेक्टर और जियो-न्यूट्रिनो का पंजीकरण

बोरेक्सिनो न्यूट्रिनो डिटेक्टर मध्य इटली में ग्रैन सासो पर्वत श्रृंखला के नीचे एक भूमिगत प्रयोगशाला में स्थित है, जिसकी पर्वत चोटियाँ 2.9 किमी (चित्र 2) तक पहुँचती हैं।

चावल। अंजीर। 2. ग्रैन सासो पर्वत श्रृंखला (मध्य इटली) के तहत न्यूट्रिनो प्रयोगशाला का स्थान आरेख

बोरेक्सिनो एक गैर-खंडित विशाल संसूचक है जिसका सक्रिय माध्यम है
280 टन ऑर्गेनिक लिक्विड स्किन्टिलेटर। इसमें 8.5 मीटर व्यास का एक नायलॉन का गोलाकार बर्तन भरा है (चित्र 3)। एक स्पेक्ट्रम-स्थानांतरण पीपीओ योजक (1.5 ग्राम/ली) के साथ सिंटिलेटर स्यूडोक्यूमिन (सी 9 एच 12) था। एक स्टेनलेस स्टील के गोले (एसएसएस) पर रखे गए 2212 आठ इंच के फोटोमल्टीप्लायर (पीएमटी) द्वारा सिंटिलेटर से प्रकाश एकत्र किया जाता है।

चावल। 3. बोरेक्सिनो डिटेक्टर के उपकरण की योजना

स्यूडोक्यूमिन के साथ एक नायलॉन पोत एक आंतरिक डिटेक्टर है जिसका कार्य न्यूट्रिनो (एंटीन्यूट्रिनो) को पंजीकृत करना है। आंतरिक संसूचक दो संकेंद्रित बफर ज़ोन से घिरा हुआ है जो इसे बाहरी गामा किरणों और न्यूट्रॉन से बचाते हैं। आंतरिक क्षेत्र एक गैर-चमकता हुआ माध्यम से भरा होता है जिसमें 900 टन स्यूडोक्यूमिन होता है जिसमें डाइमिथाइल फ़ेथलेट एडिटिव्स होते हैं जो कि झिलमिलाहट को बुझाने के लिए होते हैं। बाहरी क्षेत्र एसएनएस के शीर्ष पर स्थित है और एक जल चेरेनकोव डिटेक्टर है जिसमें 2000 टन अल्ट्राप्योर पानी होता है और बाहर से सुविधा में प्रवेश करने वाले म्यूऑन से सिग्नल काटता है। आंतरिक डिटेक्टर में होने वाली प्रत्येक बातचीत के लिए, ऊर्जा और समय निर्धारित किया जाता है। विभिन्न रेडियोधर्मी स्रोतों का उपयोग करके डिटेक्टर के अंशांकन ने इसके ऊर्जा पैमाने और प्रकाश संकेत के पुनरुत्पादन की डिग्री को बहुत सटीक रूप से निर्धारित करना संभव बना दिया।
बोरेक्सिनो एक बहुत ही उच्च विकिरण शुद्धता संसूचक है। सभी सामग्रियों को सख्ती से चुना गया था, और आंतरिक पृष्ठभूमि को कम करने के लिए सिंटिलेटर को साफ किया गया था। इसकी उच्च विकिरण शुद्धता के कारण, बोरेक्सिनो एंटीन्यूट्रिनो का पता लगाने के लिए एक उत्कृष्ट डिटेक्टर है।
प्रतिक्रिया (1) में, पॉज़िट्रॉन एक तात्कालिक संकेत देता है, जिसके बाद कुछ समय बाद हाइड्रोजन नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन पर कब्जा कर लिया जाता है, जो 2.22 MeV की ऊर्जा के साथ γ-क्वांटम की उपस्थिति की ओर जाता है, जो एक बनाता है पहले के सापेक्ष विलंबित संकेत। बोरेक्सिनो में, न्यूट्रॉन पर कब्जा करने का समय लगभग 260 μs है। तात्कालिक और विलंबित संकेतों को स्थान और समय में सहसंबद्ध किया जाता है, जो ई के कारण होने वाली घटना की सटीक पहचान प्रदान करता है।
प्रतिक्रिया के लिए दहलीज (1) 1.806 MeV है और जैसा कि अंजीर से देखा जा सकता है। 1, 40 K और 235 U के क्षय से सभी भू-न्यूट्रिनो इस सीमा से नीचे हैं, और 232 Th और 238 U के क्षय में उत्पन्न होने वाले भू-न्यूट्रिनो का केवल एक हिस्सा ही पता लगाया जा सकता है।
बोरेक्सिनो डिटेक्टर ने पहली बार 2010 में भू-न्यूट्रिनो से संकेतों का पता लगाया और हाल ही में दिसंबर 2007 से मार्च 2015 तक 2056 दिनों में टिप्पणियों के आधार पर नए परिणाम प्रकाशित किए। नीचे हम लेख के आधार पर प्राप्त डेटा और उनकी चर्चा के परिणाम प्रस्तुत करते हैं।
प्रयोगात्मक डेटा के विश्लेषण के परिणामस्वरूप, सभी चयन मानदंडों को पारित करने वाले इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो के लिए 77 उम्मीदवारों की पहचान की गई थी। ई का अनुकरण करने वाली घटनाओं की पृष्ठभूमि का अनुमान किसके द्वारा लगाया गया था। इस प्रकार, संकेत/पृष्ठभूमि अनुपात 100 था।
मुख्य पृष्ठभूमि स्रोत रिएक्टर एंटीन्यूट्रिनो था। बोरेक्सिनो के लिए, स्थिति काफी अनुकूल थी, क्योंकि ग्रैन सासो प्रयोगशाला के पास कोई परमाणु रिएक्टर नहीं हैं। इसके अलावा, रिएक्टर एंटीन्यूट्रिनो जियो-न्यूट्रिनो की तुलना में अधिक ऊर्जावान होते हैं, जिससे सिग्नल की शक्ति द्वारा इन एंटीन्यूट्रिनो को पॉज़िट्रॉन से अलग करना संभव हो जाता है। ई से दर्ज की गई घटनाओं की कुल संख्या में भू-न्यूट्रिनो और रिएक्टर एंटीन्यूट्रिनो के योगदान के विश्लेषण के परिणाम अंजीर में दिखाए गए हैं। 4. इस विश्लेषण द्वारा दिए गए पंजीकृत भू-न्यूट्रिनो की संख्या (छायांकित क्षेत्र चित्र 4 में उनके अनुरूप है) के बराबर है . विश्लेषण के परिणामस्वरूप निकाले गए भू-न्यूट्रिनो के स्पेक्ट्रम में, दो समूह दिखाई दे रहे हैं - कम ऊर्जावान, अधिक तीव्र और अधिक ऊर्जावान, कम तीव्र। वर्णित अध्ययन के लेखक इन समूहों को क्रमशः थोरियम और यूरेनियम के क्षय से जोड़ते हैं।
चर्चा के तहत विश्लेषण में, हमने पृथ्वी के मामले में थोरियम और यूरेनियम के द्रव्यमान के अनुपात का इस्तेमाल किया
m(Th)/m(U) = 3.9 (तालिका में यह मान 3.8 है)। यह आंकड़ा चोंड्रेइट्स में इन रासायनिक तत्वों की सापेक्ष सामग्री को दर्शाता है - उल्कापिंडों का सबसे आम समूह (पृथ्वी पर गिरने वाले 90% से अधिक उल्कापिंड इस समूह के हैं)। यह माना जाता है कि प्रकाश गैसों (हाइड्रोजन और हीलियम) के अपवाद के साथ चोंड्राइट्स की संरचना, सौर मंडल और प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क की संरचना को दोहराती है जिससे पृथ्वी का निर्माण हुआ था।

चावल। अंजीर। 4. एंटीन्यूट्रिनो उम्मीदवार घटनाओं (प्रयोगात्मक बिंदुओं) के लिए फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या की इकाइयों में पॉज़िट्रॉन से प्रकाश उत्पादन का स्पेक्ट्रम। छायांकित क्षेत्र भू-न्यूट्रिनो का योगदान है। ठोस रेखा रिएक्टर एंटीन्यूट्रिनो का योगदान है।

हमारे देश में, हाइड्रोकार्बन में समृद्ध, भू-तापीय ऊर्जा एक प्रकार का विदेशी संसाधन है, जो वर्तमान स्थिति में, तेल और गैस के साथ प्रतिस्पर्धा करने की संभावना नहीं है। हालांकि, यह वैकल्पिक दृश्यऊर्जा 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-चढ़ावमिट्टी की गहरी परतों पर कब्जा - दसियों मीटर तक।

एक निश्चित गहराई पर - दसियों से सैकड़ों मीटर तक - मिट्टी का तापमान स्थिर रखा जाता है, जो पृथ्वी की सतह के पास औसत वार्षिक वायु तापमान के बराबर होता है। काफी गहरी गुफा में नीचे जाकर इसे सत्यापित 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। पूर्वी साइबेरिया में, साल भर जमी हुई मिट्टी की मोटाई, यानी मोटाई 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 गर्म होना मुख्य रूप से वहां स्थित रेडियोधर्मी तत्वों के क्षय से जुड़ा हुआ है, हालांकि गर्मी के अन्य स्रोतों को भी कहा जाता है, उदाहरण के लिए, भौतिक रासायनिक, विवर्तनिक प्रक्रियाएं गहरी परतेंपृथ्वी की पपड़ी और मेंटल। लेकिन कारण जो भी हो, चट्टानों और उससे जुड़े तरल और गैसीय पदार्थों का तापमान गहराई के साथ बढ़ता जाता है। 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 वाली 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। पीछे की ओर ऊष्मा का बहावसूर्य और उसके द्वारा गर्म की गई हवा से, यह एक अगोचर मूल्य है: सूर्य पृथ्वी की सतह के प्रत्येक वर्ग मीटर को लगभग 4000 kWh सालाना देता है, यानी 10,000 गुना अधिक (बेशक, यह औसतन, एक विशाल प्रसार के साथ है) ध्रुवीय और भूमध्यरेखीय अक्षांशों के बीच और अन्य जलवायु और मौसम कारकों के आधार पर)।

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।

इसी 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।

व्युत्क्रम भूतापीय 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।

पर विभिन्न क्षेत्रोंभूवैज्ञानिक संरचना और अन्य क्षेत्रीय और स्थानीय स्थितियों 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 अल्ट्राडीप 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। ऐसे अप्रत्यक्ष संकेत मार्ग की प्रकृति हो सकते हैं भूकंपीय तरंगेया प्रस्फुटित लावा का तापमान।

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 गर्मी और बिजली का उपयोग किया जाता है अधिकाँश समय के लिएथर्मल पानी।

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। व्यवहार में, फिलहाल, इसके अधिकांश क्षेत्र में, तकनीकी और आर्थिक कारणों से यह 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 जोड़ते हैं कि देश में बाकी बिजली हाइड्रोइलेक्ट्रिक पावर प्लांटों द्वारा उत्पादित की जाती है, यानी अक्षय ऊर्जा स्रोत का भी उपयोग किया जाता है, जिसकी बदौलत आइसलैंड एक तरह का वैश्विक पर्यावरण मानक जैसा दिखता है।

20वीं शताब्दी में भूतापीय ऊर्जा के "नामकरण" ने आइसलैंड को महत्वपूर्ण रूप से मदद की आर्थिक शर्तें. 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 . द्वारा ज्वालामुखी गतिविधि. 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, और कहाँ प्रारंभिक XIXसदियों से, 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। वहीं लार्डेरेलो में 1904 में थर्मल वाटर वाष्प बिजली पैदा करने का 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, पहला हाइड्रोथर्मल पावर प्लांट 1930 के दशक की शुरुआत में, न्यूजीलैंड में - 1958 में, मैक्सिको में - 1959 में, रूस में (दुनिया का पहला बाइनरी जियोपीपी) - 1965 में दिखाई दिया।

एक नए स्रोत पर एक पुराना सिद्धांत

विद्युत उत्पादन के लिए 150°C से अधिक ताप की तुलना में अधिक जल स्रोत तापमान की आवश्यकता होती है। जियोथर्मल पावर प्लांट (जियोईएस) के संचालन का सिद्धांत पारंपरिक थर्मल पावर प्लांट (टीपीपी) के संचालन के सिद्धांत के समान है। वास्तव में, जियोथर्मल पावर प्लांट एक प्रकार का थर्मल पावर प्लांट 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 काम करने वाला शरीरभाप के रूप में उत्पादन कुएं से सीधे "तैयार" रूप में विद्युत जनरेटर के टरबाइन ब्लेड 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 योजनाओं में से पहली सीधी 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 का उपयोग करते हैं भू - जल, जो उच्च दबाव में बाष्पीकरण में इंजेक्ट किया जाता है, जहां इसका एक हिस्सा वाष्पित हो जाता है, और परिणामस्वरूप भाप 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 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 किए जाते 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 कर रहे 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 नहीं करना संभव 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 एक उत्पादन कुएं के माध्यम से सतह पर मजबूत हीटिंग के परिणामस्वरूप गर्म पानी या भाप की 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 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 में अच्छी तरह से पंप किया जाता है और गहराई से गर्म किया जाता है, फिर गर्म पानी या गर्म होने के परिणामस्वरूप बनने वाली भाप को उत्पादन कुएं के माध्यम से सतह पर आपूर्ति की जाती है।

ऐसी प्रणाली का नुकसान स्पष्ट है: काम करने वाले तरल पदार्थ का पर्याप्त उच्च तापमान प्राप्त करने के लिए, कुओं को बड़ी गहराई तक ड्रिल करना आवश्यक 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

भौतिक विज्ञानी विलियम थॉम्पसन (उर्फ लॉर्ड केल्विन) द्वारा 1852 में हीट पंप के आविष्कार ने मानवता को उपयोग करने का एक वास्तविक अवसर प्रदान किया। निम्न-श्रेणी की गर्मीमिट्टी की ऊपरी परतें। ताप पंप प्रणाली, या ताप गुणक, जैसा कि थॉम्पसन ने इसे कहा है, पर आधारित है शारीरिक प्रक्रियापर्यावरण से सर्द में गर्मी हस्तांतरण। वास्तव में, यह पेट्रोथर्मल सिस्टम के समान सिद्धांत का उपयोग करता है। 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? तथ्य यह है कि ऊपरी परतों में, दसियों या सैकड़ों मीटर की गहराई तक, चट्टानों और उनमें निहित तरल पदार्थ पृथ्वी की गहरी गर्मी से नहीं, बल्कि सूर्य से गर्म होते हैं। इस प्रकार, यह सूर्य है ये मामला- गर्मी का प्राथमिक स्रोत, हालांकि इसे भू-तापीय प्रणालियों के रूप में, जमीन 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 पर्यावरण(पहले मामले में - एक गर्म कमरा, दूसरे में - एक ठंडा रेफ्रिजरेटर कक्ष), बाहरी वातावरण - ऊर्जा का एक स्रोत और एक रेफ्रिजरेंट (रेफ्रिजरेंट), यह एक शीतलक भी है जो गर्मी या ठंड हस्तांतरण प्रदान करता है।

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

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 रिवर्स प्रक्रिया है, जिसके दौरान निकाली गई गर्मी की रिहाई होती है बाहरी वातावरण. 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) में 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। भूतापीय ऊर्जा की आवश्यकता नहीं है बड़े क्षेत्र, बड़े जलविद्युत ऊर्जा संयंत्रों या पवन खेतों के विपरीत, और हाइड्रोकार्बन ऊर्जा के विपरीत, वातावरण को प्रदूषित नहीं करता 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 नकारात्मक दुष्प्रभावफिर भी वहाँ हैं। उनमें से, शोर को सबसे अधिक बार प्रतिष्ठित किया जाता है, ऊष्मीय प्रदूषणवातावरण और रसायन - पानी और मिट्टी, साथ ही ठोस अपशिष्ट का निर्माण।

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।

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

जियोपीपी के संचालन के चरण में, पर्यावरण प्रदूषण की समस्या बनी रहती है। थर्मल तरल पदार्थ - पानी और भाप - में आमतौर पर कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2), सल्फर सल्फाइड (एच 2 एस), अमोनिया (एनएच 3), मीथेन (सीएच 4), सामान्य नमक (NaCl), बोरॉन (बी), आर्सेनिक (जैसे) 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, उत्सर्जन कार्बन डाइआक्साइडउत्पन्न बिजली के प्रत्येक किलोवाट-घंटे के लिए, वे जियोपीपी में 380 ग्राम, कोयले से चलने वाले थर्मल पावर प्लांट में 1042 ग्राम, ईंधन तेल में 906 ग्राम और गैस थर्मल पावर प्लांट में 453 ग्राम होते हैं।

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 साधारण पानी को बाहर निकालने से) धंसना और जमीन की गति, भूवैज्ञानिक परतों के अन्य विकृति और सूक्ष्म भूकंप हो सकते हैं। इस तरह की घटनाओं की संभावना आमतौर पर कम होती है, हालांकि व्यक्तिगत मामले दर्ज किए गए हैं (उदाहरण के लिए, जर्मनी में स्टॉफेन इम ब्रिसगौ में जियोपीपी में)।

इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि के सबसेजियोपीपी अपेक्षाकृत कम आबादी वाले क्षेत्रों और तीसरी दुनिया के देशों में स्थित है, 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 जोखिमबढ़ सकता है और बढ़ सकता है।

पृथ्वी की ऊर्जा कितनी है?

भूतापीय प्रणालियों के निर्माण के लिए निवेश लागत बहुत भिन्न होती है। विस्तृत श्रृंखला- 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, 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 का हिस्सा 50-80% या इससे भी अधिक होता 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, 1 kWh भू-तापीय ऊर्जा की लागत ताप विद्युत संयंत्रों के लिए तुलनीय है (में .) रूसी स्थितियां- लगभग 1 रूबल / 1 kWh) और HPP (5–10 kopecks/1 kWh) पर बिजली उत्पादन की लागत से दस गुना अधिक।

उच्च लागत का कारण यह है कि थर्मल और हाइड्रोलिक बिजली संयंत्रों 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 भूतापीय बिजली की लागत स्थानीय ताप विद्युत संयंत्रों में उत्पादित बिजली की तुलना में 2-3 गुना सस्ती है।

संकेतक आर्थिक दक्षताउदाहरण के लिए, भूतापीय प्रणाली का कार्य इस बात पर निर्भर करता है कि क्या अपशिष्ट जल का निपटान करना आवश्यक है और यह किन तरीकों से किया जाता है, क्या संसाधन का संयुक्त उपयोग संभव है। इसलिए, रासायनिक तत्वऔर तापीय जल 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 द्वारा 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, भूतापीय ऊर्जा हवा की तुलना में तकनीकी रूप से कम क्षमता वाली है और सौर ऊर्जा के साथ भी अधिक है: भू-तापीय स्टेशनों की प्रणाली काफी सरल है।

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, भू-तापीय ऊर्जा क्षमताओं 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 के द्वीप और पूर्वी अफ़्रीका. 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, पेट्रोथर्मल ऊर्जा का विकास एक और दूर की संभावना 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, भूतापीय 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 के नेताओं में से हैं, हालांकि एक विशाल देश के समग्र ऊर्जा संतुलन में भू-तापीय ऊर्जा का हिस्सा अभी भी नगण्य है।

रूस में भूतापीय ऊर्जा के विकास के अग्रदूत और केंद्र दो क्षेत्र थे - 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 ऊर्जा के उपयोग के बारे में थर्मल पानी।

उत्तरी काकेशस में, क्रास्नोडार क्षेत्र, चेचन्या, दागिस्तान - ऊर्जा प्रयोजनों के लिए थर्मल पानी की गर्मी का उपयोग महान देशभक्तिपूर्ण युद्ध से पहले भी किया गया था। 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 के लिए 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 भौतिकी 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, संयंत्र 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 बिजली सुविधाएं 12 मेगावाट बिजली इकाइयों की कुल क्षमता के साथ Verkhne-Mutnovskaya GeoPP हैं, 1999 में चालू हुई, और Mutnovskaya GeoPP 50 MW (2002) की क्षमता के साथ।

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। उन्हें आगामी विकाशपेट्रोथर्मल सिस्टम बनाने की लागत में भारी कमी आएगी। इन प्रौद्योगिकियों और परियोजनाओं के विकासकर्ता N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (रूसी विज्ञान अकादमी का 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 एक उच्च भू-ऊर्जा क्षमता वाले क्षेत्र हैं (चुकोटका, कामचटका, कुरील - प्रशांत का रूसी भाग "पृथ्वी की अग्नि बेल्ट", दक्षिणी साइबेरिया और काकेशस के पहाड़) और एक ही समय में दूरस्थ और कटे हुए केंद्रीकृत ऊर्जा आपूर्ति से।

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

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