જિયોથર્મલ એનર્જી અને તેનો ઉપયોગ, જિયોથર્મલ એનર્જી માટેની સંભાવનાઓ

પૃથ્વીની અંદર પ્રચંડ થર્મલ એનર્જી છે. અહીં અંદાજો હજુ પણ તદ્દન અલગ છે, પરંતુ સૌથી રૂઢિચુસ્ત અંદાજો અનુસાર, જો આપણે આપણી જાતને 3 કિમીની ઊંડાઈ સુધી મર્યાદિત કરીએ, તો 8 x 1017 kJ જીઓથર્મલ ઊર્જા. તે જ સમયે, આપણા દેશમાં અને સમગ્ર વિશ્વમાં તેની વાસ્તવિક એપ્લિકેશનનું પ્રમાણ નજીવું છે. અહીં સમસ્યા શું છે અને ભૂ-ઉષ્મીય ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવાની સંભાવનાઓ શું છે?

જિયોથર્મલ ઊર્જા એ પૃથ્વીની ગરમીની ઊર્જા છે. પૃથ્વીની કુદરતી ગરમીમાંથી મુક્ત થતી ઊર્જાને જિયોથર્મલ એનર્જી કહે છે. ઉર્જા સ્ત્રોત તરીકે, પૃથ્વીની ગરમી, હાલની તકનીકીઓ સાથે મળીને, ઘણા વર્ષો સુધી માનવતાની જરૂરિયાતો પૂરી કરી શકે છે. અને તે હૂંફને સ્પર્શતું પણ નથી જે ખૂબ ઊંડે ચાલે છે, એવા વિસ્તારોમાં જે અત્યાર સુધી પહોંચી શકાય તેમ નથી.

લાખો વર્ષોથી, આ ગરમી આપણા ગ્રહના આંતરડામાંથી મુક્ત થાય છે, અને કોરનો ઠંડક દર અબજ વર્ષોમાં 400 ° સે કરતાં વધી જતો નથી! તે જ સમયે, વિવિધ સ્રોતો અનુસાર, પૃથ્વીના મુખ્ય ભાગનું તાપમાન હાલમાં 6650 ° સે કરતા ઓછું નથી અને તેની સપાટી તરફ ધીમે ધીમે ઘટાડો થાય છે. પૃથ્વી પરથી 42 ટ્રિલિયન વોટ ગરમી સતત વિકિરણ થાય છે, જેમાંથી માત્ર 2% પોપડામાં છે.

પૃથ્વીની આંતરિક થર્મલ ઉર્જા સમયાંતરે હજારો જ્વાળામુખી, ધરતીકંપ, પૃથ્વીના પોપડાની હિલચાલ અને અન્ય, ઓછા ધ્યાનપાત્ર, પરંતુ ઓછી વૈશ્વિક, કુદરતી પ્રક્રિયાઓના સ્વરૂપમાં ભયજનક રીતે પ્રગટ થાય છે.

આ ઘટનાના કારણો વિશે વૈજ્ઞાનિક દૃષ્ટિકોણ એ છે કે પૃથ્વીની ગરમીનું મૂળ ગ્રહના આંતરિક ભાગમાં યુરેનિયમ, થોરિયમ અને પોટેશિયમના કિરણોત્સર્ગી ક્ષયની સતત પ્રક્રિયા તેમજ દ્રવ્યના ગુરુત્વાકર્ષણના વિભાજન સાથે સંબંધિત છે. તેના મૂળમાં.

પૃથ્વીના પોપડાના ગ્રેનાઈટ સ્તર, 20,000 મીટરની ઊંડાઈએ, ખંડોના કિરણોત્સર્ગી સડોનું મુખ્ય ક્ષેત્ર છે, અને મહાસાગરો માટે, ઉપલા આવરણ સૌથી સક્રિય સ્તર છે. વૈજ્ઞાનિકો માને છે કે ખંડો પર, લગભગ 10,000 મીટરની ઊંડાઈએ, પોપડાના તળિયે તાપમાન લગભગ 700 ° સે છે, જ્યારે મહાસાગરોમાં તાપમાન માત્ર 200 ° સે સુધી પહોંચે છે.

પૃથ્વીના પોપડામાં બે ટકા જિયોથર્મલ ઊર્જા સતત 840 બિલિયન વોટ છે અને આ તકનીકી રીતે સુલભ ઊર્જા છે. આ ઊર્જા કાઢવા માટે શ્રેષ્ઠ સ્થાનો ખંડીય પ્લેટોની કિનારીઓ નજીકના વિસ્તારો છે, જ્યાં પોપડો ખૂબ જ પાતળો છે, અને ધરતીકંપ અને જ્વાળામુખીની પ્રવૃત્તિના વિસ્તારો-જ્યાં પૃથ્વીની ગરમી સપાટીની ખૂબ નજીકથી પ્રગટ થાય છે.

ભૂઉષ્મીય ઉર્જા ક્યાં અને કયા સ્વરૂપમાં થાય છે?

હાલમાં, ભૂઉષ્મીય ઉર્જાના વિકાસમાં સક્રિયપણે રોકાયેલ છે: યુએસએ, આઇસલેન્ડ, ન્યુઝીલેન્ડ, ફિલિપાઇન્સ, ઇટાલી, અલ સાલ્વાડોર, હંગેરી, જાપાન, રશિયા, મેક્સિકો, કેન્યા અને અન્ય દેશો, જ્યાં ગ્રહના આંતરડામાંથી ગરમી વરાળ અને ગરમ પાણીના રૂપમાં સપાટી પર વધે છે, બહાર જાય છે, તાપમાન 300 ° સે સુધી પહોંચે છે.

આઇસલેન્ડ અને કામચાટકાના પ્રસિદ્ધ ગીઝર તેમજ અમેરિકન રાજ્યો વ્યોમિંગ, મોન્ટાના અને ઇડાહોમાં સ્થિત વિખ્યાત યલોસ્ટોન નેશનલ પાર્ક, લગભગ 9,000 ચોરસ કિલોમીટરના વિસ્તારને આબેહૂબ ઉદાહરણો તરીકે ટાંકી શકાય છે.

ભૂઉષ્મીય ઉર્જા વિશે વાત કરતી વખતે, તે યાદ રાખવું ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે કે તે મોટાભાગે ઓછી સંભવિત છે, એટલે કે, કૂવામાંથી પાણી અથવા વરાળ છોડવાનું તાપમાન વધારે નથી. અને આ આવી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવાની કાર્યક્ષમતાને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે.

હકીકત એ છે કે આજે વીજળીના ઉત્પાદન માટે શીતકનું તાપમાન ઓછામાં ઓછું 150 ° સે હોવું આર્થિક રીતે યોગ્ય છે. આ કિસ્સામાં, તે સીધા જ ટર્બાઇન પર મોકલવામાં આવે છે.

એવા સ્થાપનો છે જે નીચા તાપમાને પાણીનો ઉપયોગ કરે છે. તેમાં, જીઓથર્મલ પાણી ગૌણ શીતક (ઉદાહરણ તરીકે, ફ્રીઓન) ને ગરમ કરે છે, જેનું ઉત્કલન બિંદુ ઓછું હોય છે. ઉત્પન્ન થયેલ વરાળ ટર્બાઇનને ફેરવે છે. પરંતુ આવા સ્થાપનોની ક્ષમતા નાની છે (10 — 100 kW) અને તેથી ઉર્જાનો ખર્ચ ઊંચા તાપમાને પાણીનો ઉપયોગ કરતા પાવર પ્લાન્ટ કરતાં વધુ હશે.

ન્યુઝીલેન્ડમાં GeoPP

જીઓથર્મલ થાપણો ગરમ પાણીથી ભરેલા છિદ્રાળુ ખડકો છે. તેઓ અનિવાર્યપણે કુદરતી જીઓથર્મલ બોઈલર છે.

પરંતુ જો પૃથ્વીની સપાટી પર વિતાવેલા પાણીને ફેંકી દેવામાં ન આવે, પરંતુ બોઈલરમાં પાછું આવે તો શું? પરિભ્રમણ સિસ્ટમ બનાવવી? આ કિસ્સામાં, માત્ર થર્મલ પાણીની ગરમી જ નહીં, પણ આસપાસના ખડકોનો પણ ઉપયોગ કરવામાં આવશે. આવી સિસ્ટમ તેની કુલ સંખ્યામાં 4-5 ગણો વધારો કરશે. ખારા પાણીથી પર્યાવરણીય પ્રદૂષણનો મુદ્દો દૂર કરવામાં આવે છે, કારણ કે તે ભૂગર્ભ ક્ષિતિજ પર પાછા ફરે છે.

ગરમ પાણી અથવા વરાળના સ્વરૂપમાં, ગરમીને સપાટી પર પહોંચાડવામાં આવે છે, જ્યાં તેનો ઉપયોગ ઇમારતો અને ઘરોને ગરમ કરવા અથવા વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે. પૃથ્વીની સપાટીની ગરમી પણ ઉપયોગી છે, જે સામાન્ય રીતે ડ્રિલિંગ કુવાઓ દ્વારા પહોંચે છે, જ્યાં દર 36 મીટરે 1 °C વધે છે.

આ ગરમીને શોષવા માટે, તેઓ ઉપયોગ કરે છે હીટ પંપ… ગરમ પાણી અને વરાળનો ઉપયોગ વીજળી પેદા કરવા અને સીધી ગરમી માટે થાય છે, અને પાણીની ગેરહાજરીમાં ઊંડે કેન્દ્રિત ગરમીને હીટ પંપ દ્વારા ઉપયોગી સ્વરૂપમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. મેગ્માની ઉર્જા અને જ્વાળામુખીની નીચે એકઠી થતી ગરમીને સમાન રીતે કાઢવામાં આવે છે.

સામાન્ય રીતે, જીઓથર્મલ પાવર પ્લાન્ટ્સમાં વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે ઘણી પ્રમાણભૂત પદ્ધતિઓ છે, પરંતુ ફરીથી સીધી અથવા હીટ પંપ જેવી યોજનામાં.

સૌથી સરળ કિસ્સામાં, વરાળને પાઇપલાઇન દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક જનરેટરના ટર્બાઇનમાં સરળ રીતે નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે. જટિલ યોજનામાં, વરાળને પૂર્વ-શુદ્ધ કરવામાં આવે છે જેથી ઓગળેલા પદાર્થો પાઈપોનો નાશ ન કરે. મિશ્ર યોજનામાં, પાણીમાં વરાળના ઘનીકરણ પછી પાણીમાં ઓગળેલા વાયુઓ દૂર થાય છે.

છેલ્લે, એક દ્વિસંગી યોજના છે જ્યાં નીચા ઉત્કલન બિંદુ (હીટ એક્સ્ચેન્જર સ્કીમ) સાથે અન્ય પ્રવાહી શીતક (ગરમી લેવા અને જનરેટર ટર્બાઇન ચાલુ કરવા) તરીકે કામ કરે છે.

સૌથી વધુ આશાસ્પદ પાણી અને લિથિયમ ક્લોરાઇડ સાથે વેક્યૂમ શોષણ હીટ પંપ છે. અગાઉ વેક્યૂમ વોટર પંપમાં વીજળીના વપરાશને કારણે થર્મલ વોટરના તાપમાનમાં વધારો થાય છે.

60 - 90 ° સે તાપમાન સાથે કૂવાનું પાણી વેક્યૂમ બાષ્પીભવકમાં પ્રવેશ કરે છે. ટર્બોચાર્જર દ્વારા જનરેટ થયેલ વરાળને સંકુચિત કરવામાં આવે છે. જરૂરી શીતક તાપમાનના આધારે દબાણ પસંદ કરવામાં આવે છે.

જો પાણી સીધું હીટિંગ સિસ્ટમમાં જાય છે, તો તે 90 - 95 ° સે છે, જો હીટિંગ નેટવર્ક્સમાં, તો 120 - 140 ° સે. કન્ડેન્સરમાં, કન્ડેન્સ્ડ સ્ટીમ શહેરની ગરમીમાં ફરતા પાણીને તેની ગરમી આપે છે. નેટવર્ક્સ, હીટિંગ સિસ્ટમ્સ અને ગરમ પાણી.

ભૂ-ઉષ્મીય ઊર્જાનો ઉપયોગ વધારવા માટે અન્ય કયા વિકલ્પો છે?

દિશાઓમાંની એક મોટા પ્રમાણમાં અવક્ષય પામેલા તેલ અને ગેસના થાપણોના ઉપયોગ સાથે સંબંધિત છે.

જેમ તમે જાણો છો, જૂના ખેતરોમાં આ કાચા માલનું ઉત્પાદન પાણીના પૂરની પદ્ધતિ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે, એટલે કે, કુવાઓમાં પાણી પમ્પ કરવામાં આવે છે, જે જળાશયના છિદ્રોમાંથી તેલ અને ગેસને વિસ્થાપિત કરે છે.

જેમ જેમ અવક્ષય વધે છે તેમ, છિદ્રાળુ જળાશયો પાણીથી ભરાઈ જાય છે, જે આસપાસના ખડકોનું તાપમાન મેળવે છે, અને આ રીતે થાપણો જીઓથર્મલ બોઈલરમાં પરિવર્તિત થાય છે, જેમાંથી એક સાથે તેલ કાઢવા અને ગરમ કરવા માટે પાણી મેળવવાનું શક્ય બને છે.

અલબત્ત, વધારાના કુવાઓ ડ્રિલ કરવા અને પરિભ્રમણ પ્રણાલી બનાવવી આવશ્યક છે, પરંતુ નવા ભૂઉષ્મીય ક્ષેત્ર વિકસાવવા કરતાં આ ઘણું સસ્તું હશે.

બીજો વિકલ્પ કૃત્રિમ અભેદ્ય વિસ્તારો બનાવીને સૂકા ખડકોમાંથી ગરમી કાઢવાનો છે. પદ્ધતિનો સાર શુષ્ક ખડકોમાં વિસ્ફોટોનો ઉપયોગ કરીને છિદ્રાળુતા બનાવવાનો છે.

આવી સિસ્ટમોમાંથી ગરમીનું નિષ્કર્ષણ નીચે પ્રમાણે કરવામાં આવે છે: બે કુવાઓ એકબીજાથી ચોક્કસ અંતરે ડ્રિલ કરવામાં આવે છે. પાણીને એકમાં પમ્પ કરવામાં આવે છે, જે રચાયેલા છિદ્રો અને તિરાડો દ્વારા બીજામાં જાય છે, ખડકોમાંથી ગરમી દૂર કરે છે, ગરમ થાય છે અને પછી સપાટી પર વધે છે.

આવી પ્રાયોગિક પ્રણાલીઓ યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ અને ઇંગ્લેન્ડમાં પહેલેથી જ કાર્યરત છે. લોસ એલામોસ (યુએસએ) માં, બે કુવાઓ — એક 2,700 મીટરની ઊંડાઈ સાથે અને બીજો — 2,300 મીટર, હાઈડ્રોલિક ફ્રેક્ચરિંગ દ્વારા જોડાયેલા છે અને 185 ° સે તાપમાને ગરમ થતા ફરતા પાણીથી ભરેલા છે. ઈંગ્લેન્ડમાં, રોઝમેનિયસમાં ખાણ, પાણી 80 ° સે સુધી ગરમ થાય છે.

જીઓથર્મલ પાવર પ્લાન્ટ

ઊર્જા સ્ત્રોત તરીકે ગ્રહની ગરમી

ઇટાલિયન નગર લારેડેરેલો નજીક એક કૂવામાંથી સૂકી વરાળ દ્વારા સંચાલિત ઇલેક્ટ્રિક રેલ્વે ચાલે છે. આ સિસ્ટમ 1904 થી કાર્યરત છે.

જાપાન અને સાન ફ્રાન્સિસ્કોમાં ગીઝર ક્ષેત્રો વિશ્વના અન્ય બે પ્રખ્યાત સ્થળો છે જે વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે સૂકી ગરમ વરાળનો પણ ઉપયોગ કરે છે. ભેજવાળી વરાળ માટે, તેના વધુ વ્યાપક ક્ષેત્રો ન્યુઝીલેન્ડમાં છે, અને ક્ષેત્રફળમાં નાના છે - જાપાન, રશિયા, અલ સાલ્વાડોર, મેક્સિકો, નિકારાગુઆમાં.

જો આપણે ભૂ-ઉષ્મીય ગરમીને ઉર્જા સ્ત્રોત તરીકે ધ્યાનમાં લઈએ, તો તેના અનામત વિશ્વભરમાં માનવજાતના વાર્ષિક ઉર્જા વપરાશ કરતા અબજો ગણા વધારે છે.

પૃથ્વીના પોપડાની થર્મલ ઉર્જાનો માત્ર 1%, જે 10,000 મીટરની ઊંડાઈથી લેવામાં આવે છે, તે માનવજાત દ્વારા સતત ઉત્પાદિત તેલ અને ગેસ જેવા અશ્મિભૂત ઇંધણના ભંડાર કરતાં સેંકડો ગણો ઓવરલેપ કરવા માટે પૂરતી હશે, જેનાથી અવિશ્વસનીય અવક્ષય થાય છે. જમીનની જમીન અને પર્યાવરણીય પ્રદૂષણ.

આ આર્થિક કારણોસર છે. પરંતુ જીઓથર્મલ પાવર પ્લાન્ટ્સ ખૂબ જ મધ્યમ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઉત્સર્જન ધરાવે છે, લગભગ 122 કિગ્રા પ્રતિ મેગાવોટ કલાક વીજળી ઉત્પન્ન થાય છે, જે અશ્મિભૂત બળતણ વીજ ઉત્પાદનમાંથી ઉત્સર્જન કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછું છે.

ઔદ્યોગિક જીઓપીઇ અને જીઓથર્મલ એનર્જી પ્રોસ્પેક્ટ્સ

7.5 મેગાવોટની ક્ષમતા ધરાવતું પ્રથમ ઔદ્યોગિક જીઓપીઇ ઇટાલીમાં 1916માં બનાવવામાં આવ્યું હતું. ત્યારથી, અમૂલ્ય અનુભવ સંચિત કરવામાં આવ્યો છે.

1975 સુધીમાં, વિશ્વમાં જીઓપીપીની કુલ સ્થાપિત ક્ષમતા 1278 મેગાવોટ હતી, અને 1990માં તે પહેલેથી જ 7300 મેગાવોટ હતી. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, મેક્સિકો, જાપાન, ફિલિપાઇન્સ અને ઇટાલીમાં ભૂઉષ્મીય ઉર્જા વિકાસનો સૌથી મોટો જથ્થો છે.

યુએસએસઆરના પ્રદેશ પરનું પ્રથમ જીઓપીઇ 1966 માં કામચાટકામાં બનાવવામાં આવ્યું હતું, તેની ક્ષમતા 12 મેગાવોટ છે.

2003 થી, મુત્નોવસ્કાયા ભૌગોલિક પાવર પ્લાન્ટ રશિયામાં કાર્યરત છે, જેની શક્તિ હવે 50 મેગાવોટ છે - તે આ ક્ષણે રશિયામાં સૌથી શક્તિશાળી જિયોઇલેક્ટ્રિક પાવર પ્લાન્ટ છે.

વિશ્વની સૌથી મોટી જીઓપીપી કેન્યામાં ઓલ્કારિયા IV છે, જેની ક્ષમતા 140 મેગાવોટ છે.

ભવિષ્યમાં, તે ખૂબ જ સંભવ છે કે મેગ્માની થર્મલ ઊર્જાનો ઉપયોગ ગ્રહના તે પ્રદેશોમાં કરવામાં આવશે જ્યાં તે પૃથ્વીની સપાટીથી ખૂબ ઊંડો નથી, તેમજ ગરમ સ્ફટિકીય ખડકોની થર્મલ ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવામાં આવશે, જ્યારે ઠંડા પાણી કેટલાક કિલોમીટરની ઊંડાઈએ ડ્રિલ્ડ હોલમાં પમ્પ કરવામાં આવે છે અને ગરમ પાણી સપાટી પર અથવા વરાળ પર પાછું આવે છે, ત્યારબાદ તે ગરમી મેળવે છે અથવા વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે.

પ્રશ્ન એ ઊભો થાય છે કે - હાલમાં જિયોથર્મલ એનર્જીનો ઉપયોગ કરીને પૂરા થયેલા આટલા ઓછા પ્રોજેક્ટ્સ શા માટે છે? સૌ પ્રથમ, કારણ કે તેઓ અનુકૂળ સ્થળોએ સ્થિત છે, જ્યાં પાણી કાં તો પૃથ્વીની સપાટી પર રેડવામાં આવે છે, અથવા ખૂબ છીછરા સ્થિત છે. આવા કિસ્સાઓમાં, ઊંડા કુવાઓ ડ્રિલ કરવા જરૂરી નથી, જે ભૂઉષ્મીય ઉર્જા વિકાસનો સૌથી ખર્ચાળ ભાગ છે.

ગરમીના પુરવઠા માટે થર્મલ વોટરનો ઉપયોગ વીજળીના ઉત્પાદન કરતાં ઘણો વધારે છે, પરંતુ તે હજુ પણ નાના છે અને ઊર્જા ક્ષેત્રમાં નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવતા નથી.

જી થર્મલ એનર્જી માત્ર પ્રથમ પગલાં લઈ રહી છે અને વર્તમાન સંશોધન, પ્રાયોગિક-ઔદ્યોગિક કાર્યને તેના વધુ વિકાસના સ્કેલ માટે જવાબ આપવો જોઈએ.