थर्मल एनर्जी स्टोरेज सॉल्यूशंस में जियोथर्मल हीट का उपयोग करते हुए एडवांस

थर्मल एनर्जी स्टोरेज सॉल्यूशंस में जियोथर्मल हीट का उपयोग करते हुए एडवांस

भू-तापीय ऊर्जा को लंबे समय तक स्थिर, कम कार्बन संसाधन के रूप में मान्यता प्राप्त है। फिर भी इसकी ऐतिहासिक सीमाओं में से एक गर्मी उत्पादन और चरम मांग के बीच का हिस्सा रहा है। थर्मल ऊर्जा भंडारण (TES) में हाल के अग्रिम भू-तापीय प्रणालियों के साथ एकीकृत उस बाधा को हटा रहे हैं, जिससे उपयोगिताओं, औद्योगिक सुविधाओं और जिला हीटिंग नेटवर्क को अतिरिक्त गर्मी पर कब्जा करने और आवश्यकता पड़ने पर इसे बिल्कुल जारी करने में सक्षम बनाया जा सकता है। ये विकास महत्वपूर्ण हैं क्योंकि ग्रिड अधिक परिवर्तनीय अक्षय ऊर्जा खपत को अवशोषित करते हैं और लगभग आधे वैश्विक अंतिम ऊर्जा खपत के लिए हीटिंग और कूलिंग खाते के रूप में।

कैसे भू-तापीय ऊर्जा भंडारण काम करता है

जियोथर्मल टीईएस भू-तापीय स्रोतों से अतिरिक्त थर्मल ऊर्जा की दुकानों में है - फिर भी स्वाभाविक रूप से होने वाली गर्म पानी / भाप या गर्मी को बंद-लूप प्रणालियों के माध्यम से निकाला जाता है - बाद में उपयोग के लिए। यह उपभोग से ऊर्जा उत्पादन को अलग करता है, जिससे निरंतर, डिस्पैचेबल गर्मी वितरण की अनुमति मिलती है, भले ही भू-तापीय उत्पादन में उतार-चढ़ाव या मांग स्पाइक्स की मांग हो। सिद्धांत सरल है: कम-डिमांड अवधि के दौरान एक सबसफेस जलाशय या स्टोरेज माध्यम में गर्मी को इंजेक्ट करें, फिर इसे बाद में निकालें। अभ्यास में, गर्मी प्रतिधारण, जलाशय अखंडता और लागत के आसपास इंजीनियरिंग चुनौतियों को नवाचार के माध्यम से हल किया जा रहा है।

तीन प्राथमिक भंडारण विन्यास परिदृश्य पर हावी हैं: aquifer थर्मल ऊर्जा भंडारण (ATES), बोरहोल थर्मल ऊर्जा भंडारण (BTES), और गुफा या गड्ढे भंडारण। प्रत्येक में अलग भूवैज्ञानिक आवश्यकताओं और प्रदर्शन विशेषताओं हैं।

Aquifer थर्मल एनर्जी स्टोरेज (ATES)

ATES प्राकृतिक भूजल aquifers का उपयोग करता है क्योंकि भंडारण माध्यम और गर्मी विनिमय जलाशय दोनों ही है। आमतौर पर, एक जोड़ी कुओं को ड्रिल किया जाता है - एक चार्जिंग के दौरान गर्म पानी के इंजेक्शन के लिए, एक अन्य छुट्टी के दौरान निष्कर्षण के लिए। Aquifer खुद भंडारण की मात्रा प्रदान करता है। हाल के अग्रिमों में बंद लूप ATES डिज़ाइन शामिल हैं जो भू-रासायनिक प्रतिक्रियाओं को कम करते हैं, जैसे कि स्केलिंग और जंग, और पूर्वानुमान नियंत्रण एल्गोरिदम का एकीकरण जो इंजेक्शन / निष्कर्षण चक्र को अनुकूलित करते हैं। नीदरलैंड में, जहां ATES सिस्टम को स्केल पर तैनात किया जाता है, नई परियोजनाएं नियमित रूप से 70-90% के मौसमी भंडारण क्षमता को प्राप्त करती हैं।

बोरहोल थर्मल एनर्जी स्टोरेज (BTES)

BTES ऊर्ध्वाधर बोरहोल की सरणी का उपयोग करता है - लगभग 100 से 300 मीटर गहरे - यू-लूप पाइपिंग के माध्यम से गर्मी-विनिमय तरल पदार्थ से भरा हुआ है। आसपास के चट्टान या मिट्टी भंडारण माध्यम के रूप में कार्य करती है। उच्च-तापीय चालकता grouts और ग्रेफाइट-एनहैन्डेड बैकफिल सामग्री में नवाचार ने गर्मी हस्तांतरण दरों में काफी सुधार किया है। बड़े BTES क्षेत्रों, जैसे कनाडा में ड्रेक लैंडिंग सोलर कम्युनिटी में से एक (जो सौर ताप मौसम में स्टोर करता है), यह दर्शाता है कि समान सिद्धांत सीधे भू-तापीय गर्मी भंडारण पर लागू होते हैं, जिसमें बोरहोल स्पेसिंग और साइट-विशिष्ट भूगोल के लिए अनुकूलित गहराई होती है।

रॉक कैवर्न और पिट स्टोरेज

जहां aquifer अनुपयुक्त हैं, इंजीनियर गुफाएं- रॉक या लाइन वाले गड्ढों में खुदाई- उच्च तापमान (200 °C तक) पर गर्म पानी या भाप स्टोर कर सकते हैं। इन्सुलेट कंक्रीट अस्तर और लचीली झिल्ली प्रौद्योगिकी में अग्रिमों ने प्रति दिन 1% से कम गर्मी की हानि दर को कम कर दिया है, जिससे दीर्घकालिक भंडारण व्यवहार्य हो गया है। ऑस्ट्रियाई शहर थियोसे ने एक 50,000-m3 गड्ढे का भंडारण संचालित किया है जो कि मौसम की मांग के लिए भू-तापीय जिला हीटिंग नेटवर्क से जुड़ा हुआ है।

हाल ही में तकनीकी सफलता

नवाचार के तीन क्षेत्रों में सभी भंडारण प्रकारों में प्रदर्शन सुधार और लागत में कमी होती है: बढ़ी हुई ताप विनिमायक, स्मार्ट निगरानी और नियंत्रण, और संकर दृष्टिकोण जो पूरक प्रौद्योगिकियों के साथ भू-तापीय टीईएस को जोड़ते हैं।

बेहतर बोरहोल हीट एक्सचेंजर

पारंपरिक पॉलीथीन यू-ट्यूब को समाक्षीय डिजाइन और थर्मल बढ़ाया सामग्री द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है। स्टेनलेस स्टील नालीदार ट्यूब, उदाहरण के लिए, स्केलिंग का विरोध करते समय turbulence और गर्मी हस्तांतरण में वृद्धि। Coaxial हीट एक्सचेंजर्स दबाव ड्रॉप को कम करते हैं और मानक डबल-यू विन्यास की तुलना में 20-30% ] द्वारा थर्मल उपज में सुधार कर सकते हैं। निर्माता पूर्व-इकट्ठे हुए, कारखाने-परीक्षणित बोरहोल इकाइयों को भी रोल कर रहे हैं जो स्थापना समय में कटौती करते हैं और grouting दोषों के जोखिम को कम करते हैं।

स्मार्ट मॉनिटरिंग और कंट्रोल सिस्टम

वितरित तापमान संवेदन (DTS) फाइबर ऑप्टिक केबलों का उपयोग कर बोरहोल केसिंग के साथ स्थापित अब पूरी गहराई में वास्तविक समय में तापमान प्रोफाइल प्रदान करता है। इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) सेंसर के साथ प्रवाह दर, दबाव और जल रसायन विज्ञान के लिए, ऑपरेटर गतिशील रूप से चार्जिंग और डिस्चार्जिंग शेड्यूल को समायोजित कर सकते हैं। मशीन-लर्निंग एल्गोरिदम थर्मल लोड का पूर्वानुमान करते हैं और पंप गति, वाल्व स्थिति और इंजेक्शन तापमान का अनुकूलन करते हैं। परिणाम: समग्र प्रणाली दक्षता में 10-15% सुधार, साथ ही प्रदर्शन गिरावट का प्रारंभिक पता लगाने।

हाइब्रिड स्टोरेज सॉल्यूशंस

अन्य भंडारण मीडिया के साथ भू-तापीय टीईएस को एकीकृत करने से तापमान सीमा को दूर किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक प्रणाली अंतरिक्ष हीटिंग के लिए एक एक्वाफ़र में मध्यम तापमान ताप (50-90°C) को स्टोर कर सकती है, जबकि उच्च तापमान औद्योगिक ताप या बिजली उत्पादन के लिए एक पिघला हुआ नमक लूप या चरण परिवर्तन सामग्री (PCMs) का उपयोग किया जाता है। ] अंतर्राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा एजेंसी (IRENA) ने हाइब्रिड भू-तापीय-PCM सिस्टम को 300 °C + भंडारण के लिए लागत प्रभावी पथ के रूप में उजागर किया है। जर्मनी और आइसलैंड में प्रारंभिक पायलट 85% से राउंड ट्रिप क्षमता दिखाते हैं।

उन्नत जियोथर्मल टीईएस के प्रमुख लाभ

ये तकनीकी लीप्स ऊर्जा परियोजना डेवलपर्स, उपयोगिताओं और अंत उपयोगकर्ताओं के लिए मापनीय लाभों में अनुवाद करते हैं।

बढ़ी हुई क्षमता और क्षमता कारक

कम मांग की अवधि के दौरान अतिरिक्त गर्मी के भंडारण के द्वारा, भू-तापीय पौधे उच्च क्षमता कारकों पर काम कर सकते हैं-अक्सर 90% से अधिक - इसके बजाय क्यूरेल किए जाने की तुलना में। मौसमी भंडारण गर्मी में सर्दियों के हीटिंग भार को पूरा करने के लिए गर्मी में उत्पादन की अनुमति देता है, प्रभावी रूप से एक बेसलोड संसाधन को एक प्रेषणीय में बदल देता है। आधुनिक ATES और BTES प्रणालियों की दक्षता अब एक स्रोत-टू-साइट आधार पर पारंपरिक प्राकृतिक-गैस-फायर वाले ताप संयंत्रों के प्रतिद्वंद्वी हैं।

बढ़ी हुई विश्वसनीयता और ग्रिड सेवाएं

जियोथर्मल टीईएस जिला हीटिंग ग्रिड को मजबूती, लचीला क्षमता प्रदान कर सकता है, जो चरम लोड गैस बॉयलर पर निर्भरता को कम करता है। ठंडी जलवायु में, अत्यधिक मौसम की घटनाओं को कवर करने के लिए कई दिनों में संग्रहीत गर्मी जारी की जा सकती है। गर्मी पंपों के साथ संयुक्त, संग्रहीत भू-तापीय गर्मी मांग-साइड प्रतिक्रिया कार्यक्रमों का समर्थन भी कर सकती है, जो उच्च अक्षय प्रवेश के साथ बिजली ग्रिड को संतुलित करने में मदद कर सकती है। U.S. Department of Energy] ने नोट किया कि जियोथर्मल हीट पंप टीईएस के साथ मिलकर 50% तक हीटिंग के लिए चोटी विद्युत मांग को काट सकता है।

सिस्टम लाइफटाइम पर लागत में कमी

जबकि ड्रिलिंग, हीट एक्सचेंजर्स और कंट्रोल सिस्टम के लिए पूंजीगत लागत में वृद्धि महत्वपूर्ण, लंबे समय तक उपकरण जीवनकाल (अच्छी तरह से बनाए गए बोरहोल सरणी के लिए 40+ साल) और उन्नत सामग्रियों से रखरखाव कम करने से संग्रहीत गर्मी की स्तरित लागत कम हो जाती है। यूरोपीय भू-तापीय ऊर्जा परिषद रिपोर्ट जो ईंधन खरीद से परिचालन बचत के साथ संयुक्त है, उन्नत भू-तापीय टीईएस जिले के हीटिंग अनुप्रयोगों के लिए 5-8 वर्षों की अवधि प्राप्त कर सकते हैं।

पर्यावरण और विनियामक लाभ

जियोथर्मल टीईएस प्रत्यक्ष दहन उत्सर्जन को समाप्त करता है और प्राकृतिक गैस की तुलना में 70-90% तक हीटिंग के कार्बन पदचिह्न को कम करता है। यह सतह के भंडारण से जुड़े भूमि-उपयोग संघर्षों से भी बचाता है और मौजूदा बुनियादी ढांचे के नीचे तैनात किया जा सकता है। जर्मनी और नीदरलैंड सहित कई अधिकार क्षेत्र में अब अपने अक्षय ताप प्रोत्साहन और हरे बंधन ढांचे में भूमिगत थर्मल भंडारण शामिल है।

चुनौतियां और पथ फॉरवर्ड

मजबूत गति के बावजूद, महत्वपूर्ण बाधाएं बनी रहती हैं। भूवैज्ञानिक परिवर्तनशीलता का मतलब है कि प्रत्येक साइट को पूरी तरह से अन्वेषण की आवश्यकता होती है - भूकंपीय सर्वेक्षण, परीक्षण ड्रिलिंग और हाइड्रोजियोलॉजिकल मॉडलिंग - परियोजना समयबद्धता के लिए महीनों का काम करना। भूमिगत थर्मल स्टोरेज के लिए नियामक ढांचे अभी भी विकसित हो रहे हैं, विशेष रूप से उप-सतह छिद्र अंतरिक्ष और भूजल संरक्षण के अधिकार के बारे में। ड्रिलिंग की लागत प्रमुख पूंजी व्यय बनी हुई है; तेल और गैस से उधार ली गई नई ड्रिलिंग तकनीक, जैसे कि कॉइल ट्यूबिंग और बेहतर ड्रिल बिट, कम लागत के लिए अनुकूलित किया जा रहा है।

अनुसंधान प्राथमिकताओं में मानकीकृत मॉड्यूलर बोरहोल सरणी डिजाइन विकसित करना, कम पारगम्यता संरचनाओं में दीर्घकालिक थर्मल अवधारण में सुधार करना और सटीक प्रदर्शन भविष्यवाणी के लिए ओपन सोर्स सिमुलेशन टूल बनाना शामिल है। अंतर्राष्ट्रीय जियोथर्मल एसोसिएशन (IGA) ने इन प्रयासों को समन्वयित करने के लिए थर्मल स्टोरेज पर एक समर्पित कार्य समूह शुरू किया है।

भविष्य आउटलुक और स्केलिंग

ब्लूमबर्ग न्यू एनर्जी फाइनेंस के बाज़ार अनुमानों से पता चलता है कि वैश्विक भू-तापीय टीईएस क्षमता आज लगभग 2 गीगाहर्ट्ज़ से बढ़ सकती है, जो कि 2035 तक 25 गीगाहर्ट्ज़ तक पहुंच सकती है, जो यूरोप और उत्तरी अमेरिका में जिला ताप द्वारा संचालित है, साथ ही चीन में औद्योगिक ताप मांग भी है। पायलट परियोजनाएं जो भू-तापीय टीईएस को केंद्रित सौर ऊर्जा और बायोमास के साथ जोड़ती हैं, पहले से ही स्पेन और संयुक्त राज्य अमेरिका में हैं।

डिजिटल ट्विनिंग में एडवांस- जहां स्टोरेज सिस्टम का एक वास्तविक समय का वर्चुअल मॉडल लगातार सेंसर डेटा के साथ अपडेट किया जाता है- ऑपरेटरों को चार्जिंग / डिस्चार्जिंग शेड्यूल को अनुकूलित करने और रखरखाव की जरूरतों का पूर्वानुमान लगाने की अनुमति देगा। कृत्रिम बुद्धि के साथ युग्मन भू-तापीय टीईएस आगे की दक्षता हासिल कर सकता है, जिससे प्रौद्योगिकी को ड्यूरल थर्मल लोड शिफ्टिंग के लिए लिथियम आयन बैटरी के साथ प्रतिस्पर्धी बना दिया जाता है, जो संग्रहीत क्षमता के प्रति किलोवाट पूंजी लागत के एक अंश पर।

अंततः, भू-तापीय थर्मल ऊर्जा भंडारण का परिपक्वता डीकार्बोनाइजेशन पहेली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है - सस्ते में गर्मी को स्टोर करने का एक तरीका, पैमाने पर, भूमिगत, तकनीक का उपयोग करके जो पहले से ही साबित हो रहा है। अनुसंधान संस्थानों, ऊर्जा कंपनियों और नीति निर्माताओं के बीच निरंतर सहयोग के साथ, भू-तापीय टीईएस क्षेत्र वैश्विक स्वच्छ ऊर्जा संक्रमण का एक कोने का पत्थर बनने की स्थिति में स्थित है।