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परिचय: जियोथर्मल एनर्जी में अगला फ्रंटियर
स्वच्छ के लिए वैश्विक मांग, बेसलोड बिजली को बढ़ना जारी है क्योंकि राष्ट्र अपनी ऊर्जा ग्रिड को डीकार्बोनाइज़ करने के लिए प्रतिबद्ध हैं। जबकि सौर और पवन प्रमुखता हैं, भू-तापीय ऊर्जा मौसम से स्वतंत्र होने का एक अनूठा लाभ प्रदान करती है। भू-तापीय प्रौद्योगिकियों के बीच, हॉट ड्राई रॉक (HDR) सिस्टम -जिसे पहले भू-तापीय प्रणाली (EGS) के रूप में जाना जाता है - एक परिवर्तनशील लीप का प्रतिनिधित्व करते हैं। पारंपरिक जल-तापीय जलाशयों के विपरीत, एचडीआर प्रौद्योगिकी गर्म, अभेद्य चट्टान संरचनाओं में संग्रहीत विशाल थर्मल ऊर्जा को अनलॉक कर सकती है जो पृथ्वी की संभावित चुनौतियों पर लगभग हर जगह पाई जाती है।
क्या हैं हॉट ड्राई रॉक (HDR) सिस्टम?
हॉट ड्राई रॉक सिस्टम गहरे ग्रेनाइट या मेटामॉर्फिक रॉक संरचनाओं को लक्षित करते हैं जो 150 °C और 300 °C के बीच तापमान तक पहुंचते हैं लेकिन प्राकृतिक छिद्र या द्रव सामग्री की कमी नहीं होती है। पारंपरिक भू-तापीय पौधे प्राकृतिक जल-तापीय जलाशयों पर निर्भर होते हैं - गर्म पानी या भाप के भूमिगत जेब। ये दुर्लभ हैं, अक्सर टेकोनिक प्लेट सीमाओं के पास स्थित होते हैं। एचडीआर प्रौद्योगिकी इस सीमा को हाइड्रोलिक उत्तेजना के माध्यम से शुष्क चट्टान में कृत्रिम जलाशय बनाने के द्वारा परिवर्तित करती है।
मुख्य अवधारणा सरल है: गर्म चट्टान में गहरी ड्रिल करें, इंटरकनेक्टेड फ्रैक्चर बनाएं, गर्मी को अवशोषित करने के लिए उनके माध्यम से पानी को फैलता है, और टर्बाइनों को चलाने के लिए गर्म तरल पदार्थ को सतह पर ला देता है। क्योंकि एचडीआर संभावित रूप से पर्याप्त उप-सतह तापमान ढाल के साथ कहीं भी काम कर सकता है, यह बड़े पैमाने पर भू-तापीय शक्ति की भौगोलिक पहुंच को बढ़ाता है। अमेरिकी ऊर्जा विभाग का अनुमान है कि EGS अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में आर्थिक रूप से व्यवहार्य क्षमता के 100 GW प्रदान कर सकता है ]।
कैसे HDR भू-तापीय सिस्टम काम
स्टेज 1: साइट चयन और ड्रिलिंग
प्रक्रिया ड्रिलेबल गहराई पर गर्म चट्टान की पहचान करने के लिए भूवैज्ञानिक सर्वेक्षणों से शुरू होती है -आमतौर पर 3 से 6 किलोमीटर। भूकंपीय प्रतिबिंब और चुंबकीय सर्वेक्षण उपसतह गर्मी प्रवाह का नक्शा बनाने में मदद करते हैं। दो कुएं ड्रिल किए जाते हैं: एक इंजेक्शन अच्छी तरह से और एक उत्पादन अच्छी तरह से। ड्रिलिंग तकनीक में हाल के अग्रिमों जैसे हाइब्रिड रोटरी-पर्सस्ससिव ड्रिल और उच्च तापमान डाउनहोल उपकरण, ने इन गहराई तक पहुंचने के समय और लागत को कम कर दिया है।
स्टेज 2: फ्रैक्चर नेटवर्क बनाना
एक बार जब कुओं को लक्ष्य रॉक गठन तक पहुंच जाता है, तो रॉक को पारगम्यता बनाने के लिए प्रेरित किया जाता है। यह कतरनी फ्रैक्चरिंग को प्रेरित करने के लिए उच्च दबाव पर ठंडे पानी को इंजेक्ट करके प्राप्त किया जाता है - एक प्रक्रिया जिसे hydraulic उत्तेजना कहा जाता है। फ्रैक्चर को एक दूसरे से पहले किसी न किसी सतह के रूप में खुला और स्व-प्रॉप किया जाता है, जिससे द्रव प्रवाह के लिए पथमार्ग बन जाता है। इंजेक्शन दबाव और दर का सावधानीपूर्वक नियंत्रण भूकंपीय जोखिम को कम करते हुए गर्मी हस्तांतरण को अधिकतम करने के लिए आवश्यक है। परिणामस्वरूप जलाशय को अक्सर रॉक में एक ]]] कहा जाता है।
स्टेज 3: परिसंचरण और हीट एक्सट्रैक्शन
पर्याप्त फ्रैक्चर नेटवर्क बनाने के बाद, पानी लगातार फैल जाता है। ठंडा पानी इंजेक्शन दिया जाता है, गरम किया जाता है क्योंकि यह गर्म फ्रैक्चर वाली चट्टान के माध्यम से यात्रा करता है, और उत्पादन के माध्यम से सतह पर वापस लौटता है। पानी का तापमान 150-250 °C तक पहुंच सकता है। गर्म पानी एक हीट एक्सचेंजर से गुजरता है, एक ] द्विआधारी चक्र बिजली संयंत्र - एक कम उबलते बिंदु (जैसे, आइसोपेन) के साथ एक माध्यमिक कार्य तरल का उपयोग करके पानी के नुकसान को कम कर सकता है। ठंडा पानी तब लूप को फिर से जोड़ा जाता है।
स्टेज 4: पावर जनरेशन और उपयोगिता
संसाधन तापमान के आधार पर, एचडीआर सिस्टम बिजली उत्पन्न कर सकते हैं, जिला हीटिंग सिस्टम के लिए प्रत्यक्ष हीटिंग प्रदान कर सकते हैं, या दोनों को कॉजनरेशन मोड में। एचडीआर से बिजली उत्पादन आम तौर पर कार्बनिक रैंकिन साइकिल (ORC) टरबाइन का उपयोग करता है, जो मध्यम तापमान पर कुशल हैं। net ऊर्जा दक्षता एक अच्छी तरह से डिजाइन किए गए एचडीआर संयंत्र की 90-95% की पुनर्नियोजन दर के साथ 20% से अधिक हो सकती है, जिससे यह पारंपरिक भू-तापीय के बराबर हो सकती है।
हॉट ड्राई रॉक जियोथर्मल एनर्जी के प्रमुख लाभ
असीमित संसाधन पोटेंशियल
जीवाश्म ईंधन या जल-तापीय संसाधनों के विपरीत, एचडीआर पृथ्वी की क्रस्टल गर्मी से आकर्षित होता है। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (आईईए) ने कहा कि EGS 2050 तक वैश्विक बिजली का 10% आपूर्ति कर सकता है यदि तकनीकी बाधाएं दूर हो जाती हैं। संसाधन अनिवार्य रूप से मानव समय के पैमाने पर अतुलनीय है।
बेसलोड विश्वसनीयता
HDR पावर प्लांट 24/7 कार्य कर सकते हैं, जो मौसम या मूत्राशय चक्र से अप्रभावित हैं। यह baseload क्षमता] intermittent नवीकरण के पूरक हैं और भंडारण या बैकअप जीवाश्म पौधों की आवश्यकता को कम करता है। सावधानीपूर्वक जलाशय प्रबंधन के साथ, एक एकल HDR क्षेत्र 30-50 वर्षों तक स्थिर शक्ति का उत्पादन कर सकता है।
लघु पर्यावरण फुटप्रिंट
कोयला या प्राकृतिक गैस की तुलना में, एचडीआर सीओ 2 की लापरवाह मात्रा का उत्सर्जन करता है। भूमि का उपयोग छोटे-आम तौर पर 1-2 एकड़ प्रति मेगावाट है, जिसकी तुलना में सौर या पवन के लिए 10+ एकड़ की तुलना में है। सब्सफेस इंजेक्शन सिस्टम को ठीक से इंजीनियर होने पर सतह के पानी के प्रदूषण जोखिम को कम कर देता है।
भौगोलिक लचीलापन
HDR को दूर से दूर क्षेत्रों में तैनात किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, Cornwall Hot Dry Rock project] UK में, Soultz-sous-Forest project, फ्रांस में, और डेसर्ट पीक ईजीएस परियोजना नेवादा में सभी विभिन्न भूवैज्ञानिक सेटिंग्स में सफल उत्तेजना प्रदर्शित करते हैं।
वर्तमान चुनौतियां सामना करना पड़ रहा है HDR प्रौद्योगिकी
उच्च अग्रिम लागत और वित्तीय जोखिम
ड्रिलिंग गहरे कुओं महंगे हैं-अक्सर प्रति 15 मिलियन डॉलर। खराब कनेक्टिविटी, समय से पहले शीतलन या प्रेरित भूकंपीयता का जोखिम निजी निवेश को रोकता है। सरकारी वित्त पोषण और जोखिम-शेयरिंग तंत्र प्रारंभिक चरण परियोजनाओं के लिए महत्वपूर्ण हैं। अमेरिकी ऊर्जा विभाग फॉरगे (Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy) पहल लागत को कम करने के लिए सार्वजनिक समर्थन का एक उदाहरण है।
प्रेरित भूकंप
हाइड्रोलिक उत्तेजना छोटे भूकंप का कारण बन सकती है। अधिकांश अयोग्य हैं, लेकिन बड़े कार्यक्रम हुए हैं, जैसे कि 2006 बेसल भूकंप स्विट्जरलैंड में (M3.4) जिसने परियोजना रद्दीकरण की ओर ले जाया। उन्नत निगरानी और अनुकूली इंजेक्शन प्रोटोकॉल - जहां भूकंपीयता थ्रेसहोल्ड इंजेक्शन दरों को निर्धारित करते हैं - जोखिम को कम करने के लिए विकसित किए जा रहे हैं।
जल उपयोग और द्रव हानि
हालांकि पानी को पुनर्नवीनीकरण किया जाता है, कुछ फ्रैक्चरों को खो दिया जाता है। शुष्क क्षेत्रों में, मेकअप पानी को सोर्स करना एक मुद्दा हो सकता है। ] सुपरक्रिटिकल CO2 जैसे विकल्प काम करने वाले तरल पानी की मांग को कम करने और गर्मी निष्कर्षण दरों को बढ़ाने के लिए जांच में हैं।
तापमान और पारगम्यता व्यापार बंद
उच्च तापमान दक्षता में सुधार करते हैं लेकिन ड्रिलिंग कठिनाई और जंग को बढ़ाते हैं। चैनलिंग के बिना वर्दी फ्रैक्चर नेटवर्क बनाना - जहां कुछ बड़े पथों के माध्यम से पानी बहता है, अधिकांश रॉक को बायपास करता है - एक चल इंजीनियरिंग चुनौती है। तंत्रिका नेटवर्क और सूक्ष्म इमेजिंग का उपयोग करके उन्नत मॉडलिंग उत्तेजना को अनुकूलित करने में मदद करता है।
ग्लोबल पायलट प्रोजेक्ट्स एंड रिसर्च माइलस्टोन
फेंटन हिल, यूएसए (लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी)
पहला HDR प्रयोग (1970s-1990s) Fenton Hill, New Mexico] साबित हुआ कि गर्मी को गर्म सूखे ग्रेनाइट से निकाला जा सकता है। इसने 180°C से अधिक निरंतर परिसंचरण और तापमान हासिल किया, जिसमें सबूत-ऑफ-कंसेप्ट की स्थापना हुई।
सोल्ज़-साऊस-फोर्ट्स, फ्रांस
सोल्ज़-साऊ-फोर्ट्स (Alsatian क्षेत्र) में यूरोपीय हॉट ड्राई रॉक प्रोजेक्ट ने 2008 से सबसे गहरी ईजीएस जलाशयों (5,000 मीटर, 200 डिग्री सेल्सियस) में से एक विकसित किया। यह सफलतापूर्वक काम कर रहा है, बिजली पैदा कर रहा है और लंबी अवधि की स्थिरता का प्रदर्शन कर रहा है।
कोसो ईजीएस प्रदर्शन, कैलिफोर्निया
अमेरिकी नौसेना के जियोथर्मल प्रोग्राम का हिस्सा कोसो ने प्रदर्शित किया कि बढ़ी हुई उत्तेजना मौजूदा हाइड्रोथर्मल क्षेत्रों से उत्पादन को बढ़ा सकती है, जो पारंपरिक और एचडीआर प्रौद्योगिकियों के बीच अंतर को बढ़ा सकती है।
अनुसंधान: फोर्ज और डीईपीईजीएस
FORGE Utah (मिल्फर्ड) में साइट उपन्यास उत्तेजना तकनीकों, उन्नत निदान और ड्रिलिंग विधियों के लिए एक समर्पित परीक्षण सुविधा प्रदान करती है। यूरोप की DEEPEGS (डीप वर्धित जियोथर्मल सिस्टम की तैनाती) ] आइसलैंड और फ्रांस में परियोजना सुपरक्रिटिकल जियोथर्मल जलाशयों की खोज कर रही है - 374°C से ऊपर के तापमान - जो प्रति अच्छी तरह से बिजली उत्पादन दस गुना तक पहुंच सकता है।
भविष्य की संभावना: सुपरक्रिटिकल एचडीआर और हाइब्रिड सिस्टम
अगले फ्रंटियर है सुपरक्रिटिकल HDR, जहां पानी को दबाव और तापमान पर क्रिटिकल पॉइंट (374°C, 22.1 एमपीए) के ऊपर प्रसारित किया जाता है। इन स्थितियों के तहत, पानी असाधारण गर्मी-कैरी क्षमता के साथ एक एकल चरण के तरल पदार्थ के रूप में व्यवहार करता है। ]Iceland डीप ड्रिलिंग प्रोजेक्ट (IDDP)] में प्रारंभिक कार्य तापमान का सामना करना पड़ा > 400 °C 4.5 किमी की गहराई पर, उच्च-प्रत्यक्ष भाप पैदा करना। यदि सफलतापूर्वक इंजीनियर किया गया तो सुपरक्रिटिकल एचडीआर 30-50 % तक की आवश्यकता वाले वेल की संख्या को कम कर सकता है।
एक और आशाजनक दिशा है hybrid तैनाती - सौर तापीय संयंत्रों के साथ स्थिर बिजली उत्पादन को बनाए रखने के लिए, या HDR का उपयोग करके कोयला संयंत्रों में फीडवाटर को प्रीहीट करने के लिए, दक्षता में सुधार और उत्सर्जन को कम करने के लिए। उन्नत ड्रिलिंग प्रौद्योगिकियों (जैसे, गैर-रोटरी, प्लाज्मा, या लेजर ड्रिलिंग) और कृत्रिम खुफिया आधारित जलाशय प्रबंधन निकट क्षितिज पर हैं।
निष्कर्ष: स्वच्छ ऊर्जा मिश्रण का एक महत्वपूर्ण घटक
हॉट ड्राई रॉक जियोथर्मल सिस्टम एक बड़े पैमाने पर, अनुपयुक्त ऊर्जा स्रोत प्रदान करते हैं जो विश्वसनीय, कम कार्बन बिजली और गर्मी प्रदान कर सकते हैं। जबकि तकनीकी और आर्थिक बाधाएं बनी रहती हैं, दुनिया भर में निरंतर अनुसंधान और पायलट परियोजनाओं ने प्रदर्शित किया है कि एचडीआर / ईजीएस एक सैद्धांतिक अवधारणा से अधिक है - यह वास्तविक क्षमता के साथ एक उभरती तकनीक है। निरंतर नवाचार और सहायक नीति ढांचे के साथ, एचडीआर मध्य सदी तक वैश्विक ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा प्रदान कर सकता है, जो एक विविध स्थायी ग्रिड में सौर, पवन और हाइड्रो का पूरक है। हमारे पैरों के नीचे की गर्मी का उपयोग करने की प्रतीक्षा है।
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