भू-तापीय शक्ति एक सतत ऊर्जा स्रोत है जो बिजली उत्पन्न करने के लिए पृथ्वी की गर्मी का उपयोग करता है, जो जीवाश्म ईंधन के लिए कम कार्बन बेसलोड विकल्प प्रदान करता है। हालांकि, पारंपरिक भू-तापीय बिजली संयंत्र - विशेष रूप से पारंपरिक फ्लैश या शुष्क भाप चक्र का उपयोग करने वालों को अक्सर ठंडा करने और अन्य प्रक्रियाओं के लिए पानी की महत्वपूर्ण मात्रा की आवश्यकता होती है। यह निर्भरता जल संरक्षण के बारे में चिंता उठाती है, विशेष रूप से जल-स्कार क्षेत्रों में जहां भू-तापीय संसाधन प्रचुर मात्रा में हैं। शीतलन प्रौद्योगिकियों, द्रव प्रबंधन और प्रणाली डिजाइन में हाल के नवाचारों का उद्देश्य पानी के उपयोग को काफी कम करना है, जिससे भू-तापीय ऊर्जा अधिक टिकाऊ और पर्यावरण के अनुकूल बनाती है।

भू-तापीय शक्ति में जल उपयोग की चुनौतियां

पारंपरिक भू-तापीय पौधे आम तौर पर शीतलन के लिए बड़ी मात्रा में पानी पर निर्भर करते हैं, जो कि स्थानीय जल संसाधनों को तनाव दे सकते हैं, विशेष रूप से शुष्क क्षेत्रों जैसे पश्चिमी संयुक्त राज्य, पूर्वी अफ्रीका और दक्षिण पूर्व एशिया के कुछ हिस्सों में। उदाहरण के लिए, गीले कूलिंग टॉवर का उपयोग करके एक विशिष्ट 50 मेगावाट भू-तापीय फ्लैश संयंत्र 3.5 ± 0.9 m3 मेगावाट -1 एच -1 पानी का उपभोग कर सकता है, अमेरिकी ऊर्जा विभाग के अनुसार। कैलिफोर्निया की इंपीरियल घाटी में, जहां उच्च-तीव्र भू-तापीय क्षेत्र लगभग 2,000 मेगावाट का उत्पादन करते हैं, कृषि और नगरपालिका की जरूरतों के साथ पानी की खपत थर्मल प्रदूषण को जन्म दे सकती है यदि ठंडा पानी सतह के शरीर में छुट्टी दे दी जाती है, तो यह जलीय जलीय ऊर्जा को कम करने की कमी को कम करने की संभावना को कम कर सकता है।

जल में कमी के लिए अभिनव दृष्टिकोण

1. सूखी शीतलन प्रौद्योगिकी

सूखी शीतलन प्रणाली भाप को संघनित करने के लिए पानी के बजाय हवा का उपयोग करती है, जो कि कुछ मामलों में नष्ट हो जाती है - पानी की खपत। दो प्राथमिक प्रकार हैं: वायु-ठंडा संघनित्र (ACC) और शुष्क शीतलन टावर। जबकि पारंपरिक सूखी शीतलन गर्म परिवेश तापमान में कम कुशल है क्योंकि हवा की कम घनत्व और गर्मी क्षमता, सामग्री और डिजाइन में प्रगति प्रदर्शन में सुधार कर रही है। उदाहरण के लिए, उन्नत ताप विनायक सतहों (जैसे, हाइड्रोफोबिक कोटिंग के साथ फिनड ट्यूब) का उपयोग गर्मी हस्तांतरण क्षमता को बढ़ाता है। हाइब्रिड शीतलन विन्यास जो शुष्क और गीले चरणों को जोड़ते हैं, जिससे पानी की बचत के दौरान बिजली उत्पादन को बनाए रखने में मदद मिलती है।

2. उत्पादित द्रवों का पुनर्जन्म

कई भू-तापीय पौधे अब जलाशय में वापस आए, बाहरी स्रोतों से पानी की निकासी को कम करते हुए, जलाशय के दबाव को बनाए रखने में मदद करते हैं, संसाधन जीवन को लम्बा करने के लिए। विशिष्ट पुनर्नियोजन दर 90% से अधिक उत्पादन नमकीन से अधिक है, लेकिन स्केलिंग, सिलिका जमावट या पारगम्यता के मुद्दों के कारण नुकसान हो सकता है। अभिनव पुनर्नियोजन तकनीक में दिशात्मक इंजेक्शन कुओं का उपयोग करना, पूर्व उपचार तरल पदार्थ शामिल हैं जो क्लॉगिंग को रोकने में मदद करते हैं, और इंजेक्शन पैटर्न को अनुकूलित करने के लिए डाउनहोल सेंसर के साथ स्मार्ट अच्छी तकनीकों का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, कैलिफोर्निया में 95% प्रयोगशाला में भू-तापीय क्षेत्र में केवल अपशिष्ट जलीय क्षमता को कम करने की भविष्यवाणी की गई है।

3. गैर-पॉटेबल जल स्रोतों का उपयोग

गैर-potable पानी का उपयोग करते हुए, जैसे कि इलाज नगरपालिका अपशिष्ट जल, खारे भूजल, या तेल और गैस संचालन से पानी का उत्पादन किया, ताजे पानी की मांग को कम करता है। यह दृष्टिकोण विशेष रूप से पानी के क्षेत्र में मूल्यवान है, स्थानीय जल आपूर्ति को समाप्त किए बिना टिकाऊ संचालन सुनिश्चित करता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, ऊर्जा विभाग के भू-तापीय प्रौद्योगिकी कार्यालय ने कई परियोजनाओं को ठंडा करने के लिए पुनः जल का उपयोग करके वित्त पोषित किया है। Dixie घाटी भू-तापीय संयंत्र नेवादा में अपशिष्ट जल का उपयोग करके लगभग कृषि प्रवाहित किया है, जो प्रति वर्ष 1.5 मिलियन m3 से अधिक की ताजा पानी की खपत को कम करता है।

4. उन्नत द्विआधारी चक्र और सुपरक्रिटिकल सीओ2 सिस्टम

द्विआधारी चक्र भू-तापीय पौधे जो कम उबलते बिंदु के साथ एक माध्यमिक कार्य तरल पदार्थ (जैसे, आइसोब्यूटेन या पेंटेन) का उपयोग करते हैं, जो पहले से ही बंद लूप में बिजली चक्र के लिए न्यूनतम पानी की खपत के साथ काम करते हैं। हालांकि, उन्नत द्विआधारी डिजाइन अब इसमें शामिल हैं: वायु-ठंडा संघनित्रों या संयुक्त गर्मी और शक्ति (CHP) समग्र जल दक्षता में सुधार करने के लिए। एक क्रांतिकारी विकास सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड (sCO2) का उपयोग बंद लूप भू-तापीय प्रणालियों में एक काम करने वाले तरल पदार्थ के रूप में किया जा सकता है। sCO2 भाप से अधिक कुशलता से गर्मी को अवशोषित करता है और कुछ विन्यासों में पानी शीतलन की आवश्यकता को समाप्त करता है।

5. बढ़ी हुई भू-तापीय प्रणाली (ईजीएस) और फ्रैक्चरिंग तकनीक

EGS आम तौर पर जलाशय पारगम्यता बनाने के लिए हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग के लिए पानी की आवश्यकता होती है। फ्रैक्चरिंग में नवाचार - जैसे कि तरल CO2 या नाइट्रोजन फोम का उपयोग करना - पानी की तीव्रता को कम करना। उदाहरण के लिए, अमेरिकी डीजीई की उटा फोर्जा परियोजना पानी और जेल योजक के संयोजन का उपयोग करती है ताकि फ्रैक्चर चरण में कुल पानी के उपयोग को कम किया जा सके। इसके अतिरिक्त, चक्रीय दबाव पल्सिंग और थर्मल उत्तेजना तकनीक अत्यधिक पानी के इंजेक्शन के बिना पारगम्यता पैदा कर सकती है।

भविष्य निर्देशन और अनुसंधान

ऑनगोइंग रिसर्च शुष्क शीतलन दक्षता में सुधार, बेहतर पुनर्विचार तकनीक विकसित करने और वैकल्पिक जल स्रोतों की खोज करने पर केंद्रित है। उन्नत सामग्रियों (जैसे, एयरगेल आधारित इन्सुलेशन, पानी के कैप्चर के लिए धातु-संगठनात्मक ढांचे), मशीन लर्निंग के साथ डिजिटल निगरानी और अगली पीढ़ी के भू-तापीय प्रणालियों में पानी के उपयोग को अनुकूलित करने और पर्यावरणीय प्रभावों को कम करने में मदद की जाती है।

बेहतर सूखी शीतलन क्षमता

अनुसंधान का उद्देश्य दोहरी दबाव प्रणालियों, स्प्रे-सहायता युक्त सूखी शीतलन और थर्मल ऊर्जा भंडारण के माध्यम से शुष्क शीतलन प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए कूलिंग लोड को ठंडा करने के लिए समय पर स्थानांतरित करना है। DOE की उन्नत सूखी शीतलन पहल ने थर्मल स्टोरेज के प्रदर्शन को भू-तापीय पौधों के साथ जोड़ा है, जिससे न्यूनतम पानी का उपयोग करते समय 30% अधिक वार्षिक बिजली उत्पादन सक्षम हो जाता है। इसके अतिरिक्त, फोटोवोल्टिक संचालित चिलर गर्म दिनों के दौरान एयर कूलिंग को बढ़ा सकते हैं।

डिजिटल निगरानी और एआई आधारित अनुकूलन

इंटरनेट-ऑफ-थिंग्स (आईओटी) सेंसर को एआई एल्गोरिदम के साथ एकीकृत करने से जलाशय की स्थिति, द्रव रसायन विज्ञान और शीतलन दक्षता की वास्तविक समय की निगरानी की अनुमति मिलती है। उदाहरण के लिए, गेयर्स में हॉर्न्स्बी जलाशय निगरानी प्रणाली गर्म और ठंडे क्षेत्रों का पता लगाने के लिए फाइबर ऑप्टिक वितरित तापमान संवेदन का उपयोग करती है, भाप वसूली को अधिकतम करने और पानी के नुकसान को कम करने के लिए पुनर्नियोजन का मार्गदर्शन करती है। मशीन लर्निंग मॉडल घटनाओं को स्केल करने और इंजेक्शन शेड्यूल को समायोजित करने, 10% तक पानी के उपयोग को कम करने की भविष्यवाणी कर सकता है। इस तरह के डिजिटल जुड़वां ऑपरेटरों को बिना उत्पादन को बाधित किए पानी की बचत परिदृश्यों को अनुकरण करने में सक्षम बनाता है।

उन्नत सामग्री और भू-रसायन

नई सोर्बेंट्स और झिल्ली प्रौद्योगिकियों भू-तापीय भाप या निकास गैसों से पानी को ठीक कर सकते हैं। लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने एक थर्मोरेस्पोंसिव बहुलक विकसित किया है जो उच्च तापमान पर भाप से पानी निकाल सकता है, संभावित रूप से 90% तक की प्रक्रिया पानी को रीसाइक्लिंग कर सकता है। इस बीच, भू-रासायनिक निशाने जलाशयों में तरल प्रवाह को मैप करने में मदद करते हैं, जिससे सटीक पुनर्विचार प्रबंधन की अनुमति मिलती है। कोटिंग जो सिलिका स्केलिंग का विरोध करते हैं, सफाई के लिए अच्छी तरह से बंद-इन की आवृत्ति को कम करते हैं, दोनों पानी और ऊर्जा को बचाते हैं।

पूरक दृष्टिकोण

एक और आशाजनक एवेन्यू भू-तापीय पौधों को desalination इकाइयों के साथ एकीकृत कर रहा है, जो काम करने वाले तरल पदार्थ को ठंडा करते समय अपशिष्ट गर्मी का उपयोग करता है। आइसलैंड में रीक्जन भू-तापीय संयंत्र में एक पायलट ने अतिरिक्त ऊर्जा इनपुट के बिना ताजा पानी के 300 m3 / दिन का सह-उत्पादन हासिल किया। इसी तरह, ग्रीनहाउस हीटिंग या जिला हीटिंग जैसे प्रत्यक्ष उपयोग अनुप्रयोगों के लिए अतिरिक्त भू-तापीय गर्मी का उपयोग करने से बिजली चक्र पर ठंडा भार कम हो जाता है, जिससे पानी की खपत कम हो जाती है।

शुष्क और हाइब्रिड शीतलन के संयोजन से, उन्नत पुनर्विचार, गैर-पॉजिबल पानी का उपयोग और sCO2 प्रणालियों जैसी उभरती प्रौद्योगिकियों का उपयोग, भू-तापीय उद्योग निकट-zero पानी की खपत की ओर बढ़ रहा है। ये नवाचार न केवल भू-तापीय शक्ति की स्थिरता में सुधार करते हैं बल्कि जल-तनाव वाले क्षेत्रों में तैनाती को सक्षम करते हैं, जो स्वच्छ, विश्वसनीय ऊर्जा के लिए विशाल क्षमता को अनलॉक करते हैं। अनुसंधान जारी है, हम मानक बनने के लिए और भी अधिक कुशल, पानी मुक्त भू-तापीय पौधों की उम्मीद कर सकते हैं, जिससे भू-तापीय वैश्विक अक्षय ऊर्जा मिश्रण का एक कोने का पत्थर बन जाता है।