18.4: जियोथर्मल एनर्जी

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Melissa Ha and Rachel Schleiger
Yuba College & Butte College via ASCCC Open Educational Resources Initiative

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भूतापीय ऊर्जा पृथ्वी के निर्माण और संपीड़न के दौरान निर्मित पृथ्वी के पिघले हुए लोहे के कोर से सतह तक उगने वाली गर्मी से उत्पन्न होती है और साथ ही पृथ्वी की पपड़ी में यूरेनियम, थोरियम और पोटेशियम के रेडियोधर्मी क्षय द्वारा लगातार उत्पादित ऊष्मा से उत्पन्न होती है। जियोथर्मल पावर प्लांट इस ऊष्मा ऊर्जा का उपयोग उसी तरह से बिजली का उत्पादन करने के लिए करते हैं जिस तरह से कोयले को जलाने से होने वाली गर्मी ऊर्जा (आंकड़ा\(\PageIndex{a-c}\)) उत्पन्न करती है। पानी को भूमिगत और गर्म करके इंजेक्ट किया जाता है। जो भाप निकलती है उसका उपयोग सीधे किया जा सकता है, गर्मी को दूसरे तरल पदार्थ की बंद प्रणाली में स्थानांतरित किया जा सकता है, जो तब उबलता है (आंकड़ा\(\PageIndex{c}\))। किसी भी तरह से, भाप (या अन्य उच्च दबाव वाली गैस) अंततः एक टरबाइन को बदल देती है और एक जनरेटर को शक्ति देती है।

भाप एक भूतापीय बिजली संयंत्र, धातु संरचनाओं के एक नेटवर्क से निकलती है — चित्र\(\PageIndex{a}\): स्टीम को जियोथर्मल पावर प्लांट से मुक्त किया जाता है। ओपन एक्सेस गवर्नमेंट (CC-BY) की छवि।

एक जियोथर्मल पावर प्लांट आरेख में भूमिगत से गर्मी तक पहुंचने के लिए कई कुओं को दिखाया गया है — चित्र\(\PageIndex{b}\): एक भूतापीय बिजली संयंत्र में, भूतापीय द्रव को भूमिगत रूप से इंजेक्ट किया जाता है। (भूतापीय जल इस प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले गर्म पानी/भाप को संदर्भित करता है।) यह चट्टानों की पारगम्यता को बढ़ाता है और भूमिगत रूप से गर्म होता है। यह उत्पादन कुओं के माध्यम से सतह पर निकलता है, जहां इसका उपयोग भूतापीय बिजली संयंत्र में बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। पावर प्लांट की शीतलन सुविधा से जल वाष्प निकलता है। भूतापीय द्रव को रीसायकल करने के लिए, इसे जलाशय में वापस लौटा दिया जाता है और वापस जमीन में इंजेक्ट किया जाता है। ऊर्जा दक्षता और नवीकरणीय ऊर्जा कार्यालय/अमेरिकी ऊर्जा विभाग (सार्वजनिक डोमेन) की छवि।

एक जियोथर्मल पावर प्लांट में जमीन के नीचे से गर्म पानी को भाप में परिवर्तित करके टरबाइन को मोड़ते हुए दिखाया गया है — चित्र\(\PageIndex{c}\): (1) एक भूतापीय बिजली संयंत्र में, उच्च दबाव में एक कुएं के माध्यम से गहरे भूमिगत से गर्म पानी पंप किया जाता है। (2) जब पानी सतह पर पहुंचता है, तो दबाव गिर जाता है, जिसके कारण पानी भाप में बदल जाता है। (3) भाप एक टरबाइन को स्पिन करता है, जो एक जनरेटर से जुड़ा होता है जो एक जनरेटर से जुड़ा होता है बिजली पैदा करता है। (4) भाप एक कूलिंग टॉवर में ठंडा हो जाता है और वापस पानी में घुल जाता है। (5) प्रक्रिया को फिर से शुरू करने के लिए ठंडा पानी पृथ्वी में वापस पंप किया जाता है। EPA (सार्वजनिक डोमेन) से छवि और कैप्शन (संशोधित)।

जियोथर्मल हीट पंप (ग्राउंड-सोर्स हीट पंप) घरों (आंकड़ा\(\PageIndex{d}\)) को ठंडा करने या गर्म करने के लिए भूमिगत ठंडे तापमान पर निर्भर करते हैं। उन्हें कभी-कभी दूसरी प्रकार की भूतापीय ऊर्जा माना जाता है, लेकिन वे ऊर्जा संरक्षण का एक साधन भी हैं। जियोथर्मल हीट पंप एक हीट-एक्सचेंज सिस्टम का उपयोग करते हैं जो सतह से लगभग 20 फीट (5 मीटर) नीचे उपसतह में चलता है, जो लगातार ठंडा होता है (लगभग 55 डिग्री फ़ारेनहाइट, या 12.5° C)। तरल पदार्थ को भूमिगत और फिर घर में नलिकाओं के साथ पंप किया जाता है। यह गर्मियों के दौरान घर को ठंडा करता है, जो हीट सिंक के रूप में कार्य करता है। ठंड के दौरान, यह घर को 55 डिग्री फ़ारेनहाइट (गर्मी स्रोत के रूप में कार्य करता है) तक गर्म करता है, और पारंपरिक हीटिंग सिस्टम बाकी काम करते हैं। यह गैस, भाप, गर्म पानी और पारंपरिक इलेक्ट्रिक एयर कंडीशनिंग सिस्टम से गर्मी उत्पन्न करने के लिए आवश्यक ऊर्जा खपत को कम करता है।

ग्राउंड सोर्स हीट पंप आरेख में तरल पदार्थ के साथ ट्यूब को भूमिगत करते हुए इमारत में गर्मी स्थानांतरित करते हुए दिखाया गया है। — चित्र\(\PageIndex{d}\): हीटिंग मोड (सर्दियों के दौरान; बाएं) और कूलिंग मोड में (गर्मियों के दौरान; दाएं) में एक ग्राउंड सोर्स हीट पंप (जियोथर्मल हीट पंप)। हीटिंग मोड (बाएं) के लिए चार चरण हैं। (1) सर्कुलेशन: उपरोक्त ग्राउंड हीट पंप दफन पाइपों या ग्राउंड लूप्स की एक श्रृंखला के माध्यम से पानी या किसी अन्य तरल पदार्थ को स्थानांतरित करता है। (2) ऊष्मा अवशोषण: जैसे ही तरल पदार्थ ग्राउंड लूप से गुजरता है, यह उसके चारों ओर गर्म मिट्टी, चट्टान या भूजल से गर्मी को अवशोषित करता है। (3) ऊष्मा विनिमय और उपयोग: गर्म तरल पदार्थ उस इमारत में लौटता है जहां यह अंतरिक्ष या पानी गर्म करने के लिए उपयोग किया जाता है। सिस्टम बिल्डिंग के मौजूदा एयर हैंडलिंग, डिस्ट्रीब्यूशन और वेंटिलेशन सिस्टम में हीट ट्रांसफर करने के लिए हीट एक्सचेंजर का उपयोग करता है। (4) रिसर्क्युलेशन: एक बार जब द्रव अपनी गर्मी को इमारत में स्थानांतरित कर देता है, तो यह फिर से गर्म होने के लिए ग्राउंड लूप में कम तापमान पर लौटता है। इस प्रक्रिया को दोहराया जाता है, जिससे गर्मी एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक बढ़ जाती है। कूलिंग मोड (दाएं) के चार चरण समान हैं: (1) हीट एक्सचेंज और अवशोषण, (2) सर्कुलेशन, (3) हीट डिस्चार्ज, और (4) रीसर्क्युलेशन। EPA (सार्वजनिक डोमेन) से चित्र और कैप्शन (संशोधित)।

ग्राउंड सोर्स हीट पंप आरेख में इमारत से गर्मी हटाते हुए, भूमिगत तरल पदार्थ के साथ ट्यूब को दिखाया गया है। — चित्र\(\PageIndex{d}\): हीटिंग मोड (सर्दियों के दौरान; बाएं) और कूलिंग मोड में (गर्मियों के दौरान; दाएं) में एक ग्राउंड सोर्स हीट पंप (जियोथर्मल हीट पंप)। हीटिंग मोड (बाएं) के लिए चार चरण हैं। (1) सर्कुलेशन: उपरोक्त ग्राउंड हीट पंप दफन पाइपों या ग्राउंड लूप्स की एक श्रृंखला के माध्यम से पानी या किसी अन्य तरल पदार्थ को स्थानांतरित करता है। (2) ऊष्मा अवशोषण: जैसे ही तरल पदार्थ ग्राउंड लूप से गुजरता है, यह उसके चारों ओर गर्म मिट्टी, चट्टान या भूजल से गर्मी को अवशोषित करता है। (3) ऊष्मा विनिमय और उपयोग: गर्म तरल पदार्थ उस इमारत में लौटता है जहां यह अंतरिक्ष या पानी गर्म करने के लिए उपयोग किया जाता है। सिस्टम बिल्डिंग के मौजूदा एयर हैंडलिंग, डिस्ट्रीब्यूशन और वेंटिलेशन सिस्टम में हीट ट्रांसफर करने के लिए हीट एक्सचेंजर का उपयोग करता है। (4) रिसर्क्युलेशन: एक बार जब द्रव अपनी गर्मी को इमारत में स्थानांतरित कर देता है, तो यह फिर से गर्म होने के लिए ग्राउंड लूप में कम तापमान पर लौटता है। इस प्रक्रिया को दोहराया जाता है, जिससे गर्मी एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक बढ़ जाती है। कूलिंग मोड (दाएं) के चार चरण समान हैं: (1) हीट एक्सचेंज और अवशोषण, (2) सर्कुलेशन, (3) हीट डिस्चार्ज, और (4) रीसर्क्युलेशन। EPA (सार्वजनिक डोमेन) से चित्र और कैप्शन (संशोधित)।

यह वीडियो जियोथर्मल हीट पंपों के निर्माण और तंत्र की व्याख्या करता है।

न केवल भूतापीय ऊर्जा में कई अनुप्रयोग होते हैं (बिजली पैदा करना, गर्म करना और ठंडा करना), बल्कि यह विश्वसनीय है। जबकि सौर और पवन ऊर्जा रुक-रुक कर होती है, ऊष्मा लगातार गहरे भूमिगत से निकलती है। इसके अतिरिक्त, भूतापीय ताप पंपों के लिए आवश्यक सतह के करीब ठंडा तापमान वर्ष भर और सभी स्थानों पर मौजूद रहता है। बिजली उत्पादन के लिए जियोथर्मल पावर प्लांट, हालांकि, केवल उन विशिष्ट स्थानों पर बनाए जा सकते हैं जहां गर्म मैग्मा पृथ्वी की सतह के काफी करीब है। ये स्थान आमतौर पर गीज़र, हॉट स्प्रिंग्स या ज्वालामुखी (आकृति\(\PageIndex{e}\)) से जुड़े होते हैं। इसके अतिरिक्त, जियोथर्मल पावर प्लांट्स का निर्माण महंगा है।

विश्व मानचित्र पर त्रिभुज दुनिया के ज्वालामुखियों के स्थानों को चिह्नित करते हैं। — चित्र\(\PageIndex{e}\): दुनिया के ज्वालामुखियों के स्थान। वे उत्तरी अमेरिकी और दक्षिण अमेरिका के पश्चिमी तटों के साथ-साथ एशिया और ऑस्ट्रेलिया के पूर्व में केंद्रित हैं। ये क्षेत्र, जो प्रशांत महासागर के चारों ओर घूमते हैं, का निर्माण करते हैं जिसे रिंग ऑफ फायर के नाम से जाना जाता है। कोलंबिया में बिजली के वैकल्पिक स्रोत के रूप में भूतापीय ऊर्जा का विश्लेषण, सालाजार, एस. एस., मुनोज़, वाई एंड ओस्पिनो द्वारा छवि। *जियोथर्मल एनर्जी* 5, 27 (2017)। (सीसी-बाय)

भूतापीय ऊर्जा का पर्यावरणीय प्रभाव इस बात पर निर्भर करता है कि इसका उपयोग कैसे किया जा रहा है। जियोथर्मल हीट पंपों के उपयोग से पर्यावरण पर लगभग कोई नकारात्मक प्रभाव नहीं पड़ता है। जियोथर्मल पावर प्लांट बिजली उत्पन्न करने के लिए ईंधन नहीं जलाते हैं, इसलिए वे न्यूनतम वायु प्रदूषण उत्पन्न करते हैं। वे जीवाश्म ईंधन संयंत्र के 1% से कम कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन को छोड़ते हैं। भूतापीय पौधों के पौधे हाइड्रोजन सल्फाइड की हवा को साफ करने के लिए स्क्रबर सिस्टम का उपयोग करते हैं जो प्राकृतिक रूप से भाप और गर्म पानी में पाया जाता है। वे जीवाश्म ईंधन संयंत्रों द्वारा उत्सर्जित होने की तुलना में 97% कम सल्फर यौगिकों (अम्ल जमाव/अम्ल वर्षा का एक कारण) का उत्सर्जन करते हैं। भूतापीय जलाशय से भाप और पानी का उपयोग करने के बाद, उन्हें वापस पृथ्वी में इंजेक्ट किया जाता है। भूतापीय बिजली संयंत्रों से जुड़ी एक पर्यावरणीय चिंता यह है कि उनके निर्माण के दौरान भूतापीय ड्रिलिंग के कारण भूकंप आया है, जो फ्रैकिंग के लिए इंजेक्शन कुओं के प्रभाव के समान है।

एट्रिब्यूशन

मैथ्यू आर फिशर द्वारा अक्षय ऊर्जा और चुनौतियों और पर्यावरण जीवविज्ञान से ऊर्जा उपयोग के प्रभावों से मेलिसा हा द्वारा संशोधित (CC-BY के तहत लाइसेंस प्राप्त)