एक उन्नत भू-तापीय प्रणाली कम कार्बन ऊर्जा का खनन करने के लिए तेल और गैस प्रौद्योगिकी का उपयोग करती है। भाग 1।

अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) ने फोर्ज नामक एक परियोजना को वित्त पोषित किया है जहां गर्म ग्रेनाइट चट्टान को सर्वोत्तम तेल और गैस प्रौद्योगिकी का उपयोग करके ड्रिल किया जाएगा और तोड़ा जाएगा। एक समग्र लक्ष्य यह देखना है कि क्या एक कुएं में पंप किए गए पानी को ग्रेनाइट के माध्यम से प्रसारित किया जा सकता है और बिजली पैदा करने वाले टर्बाइनों को चलाने के लिए दूसरे कुएं में पंप करने से पहले गर्म किया जा सकता है।

जॉन मैक्लेनन, केमिकल इंजीनियरिंग विभाग, यूटा विश्वविद्यालय, इस डीओई परियोजना के लिए सह-प्रमुख अन्वेषक हैं। इस विषय पर एक वेबिनार प्रस्तुति 6 अप्रैल, 2022 को एनएसआई द्वारा प्रायोजित की गई थी: एफभू-तापीय ऊर्जा में अनुसंधान के लिए रोंटियर वेधशाला (फोर्ज): एक अद्यतन और अग्रिम योजना

जॉन मैक्लेनन से पूछे गए प्रश्न और उनके उत्तर निम्नलिखित हैं।

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Q1. क्या आप भूतापीय ऊर्जा का संक्षिप्त इतिहास प्रदान कर सकते हैं?

1900 के दशक की शुरुआत में, इटली में लार्डेरेलो में शुरुआती काम से, भू-तापीय ऊर्जा (विद्युत उत्पादन और प्रत्यक्ष उपयोग के लिए) का विस्तार एक स्थापित तक हो गया है। 15.6 GWe की विद्युत उत्पादन क्षमता (गीगावाट बिजली) 2021 में। उपयोग वैश्विक है - दुनिया भर में 25 से अधिक देश। हालाँकि, आवंटन अभी भी विश्व के ऊर्जा पोर्टफोलियो का एक छोटा सा हिस्सा है। इस वैश्विक वितरण को देखते हुए, परंपरागत रूप से, भू-तापीय ऊर्जा ऊंचे तापमान की निकट-सतह अभिव्यक्ति तक सीमित है, जैसा कि प्लेट सीमाओं, ज्वालामुखी आदि के पास होता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका में सबसे बड़ी स्थापित भूतापीय विद्युत उत्पादन क्षमता है, इसके बाद इंडोनेशिया, फिलीपींस, तुर्की, न्यूजीलैंड, मैक्सिको, इटली, केन्या, आइसलैंड, जापान हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में इन परिचालनों में, भू-तापीय ऊर्जा का उत्पादन करने वाले कुएं औसतन 4 से 6 मेगावाट हो सकते हैं। एक सामान्य नियम के रूप में, 392°F (200°C) पर और 9 बीपीएम (378 जीपीएम) पर प्रवाहित होने पर, 1 मेगावाट के क्रम पर उत्पादन किया जा सकता है, शायद संयुक्त राज्य अमेरिका में 759 से 1000 घरों की सेवा की जा सकती है।

भूतापीय विद्युत संयंत्रों का आकार अलग-अलग होता है, कुछ कुओं (कुछ 50 मेगावाट तक उत्पादन करने वाले) से लेकर कई कुओं तक। “गीजर,..., दुनिया में भूतापीय ऊर्जा संयंत्रों का सबसे बड़ा परिसर है। कैलपाइन, अमेरिका में सबसे बड़ा भू-तापीय ऊर्जा उत्पादक, द गीजर में लगभग 13 मेगावाट बिजली की शुद्ध उत्पादन क्षमता वाले 725 बिजली संयंत्रों का मालिक है और उनका संचालन करता है - जो 725,000 घरों या सैन फ्रांसिस्को के आकार के शहर को बिजली देने के लिए पर्याप्त है।

Q2. उन्नत भू-तापीय प्रणालियाँ क्या हैं, और फ्रैकिंग कहाँ लागू की जाती है?

लगभग पचास साल पहले, उन्नत जियोथर्मल सिस्टम (ईजीएस) की अवधारणा की कल्पना लॉस एलामोस साइंटिफिक लेबोरेटरीज (अब LANL) के वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने की थी। उस समय, इस अवधारणा को हॉट ड्राई रॉक (एचडीआर) के रूप में जाना जाता था। एक पद्धति एक इंजेक्शन कुएं और एक उत्पादन कुएं को ड्रिल करना और उन्हें आपस में जोड़ने वाले फ्रैक्चर बनाना है। ये फ्रैक्चर हीट एक्सचेंजर्स के रूप में काम करते हैं - ऑटोमोबाइल में रेडिएटर की तरह।

इस बंद प्रणाली में पानी का उपयोग कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में किया जाता है (पानी नष्ट नहीं होता है)। ठंडे तरल पदार्थ को एक कुएं में डाला जाता है। यह दरारों से होकर गुजरता है और ऐसा करते समय गर्म चट्टान से गर्मी प्राप्त करता है। यह गर्म तरल पदार्थ डबलट में दूसरे कुएं के माध्यम से सतह पर उत्पन्न होता है। सतह पर, गर्म तरल पदार्थ को भाप में बदला जा सकता है या टरबाइन और बाद में जनरेटर चलाने के लिए कार्बनिक रैंकिन चक्र संयंत्र के माध्यम से चलाया जा सकता है। पानी, गर्मी निकालकर पुनः परिचालित किया जाता है।

हालाँकि यह एक अच्छा विचार है, इसकी संकल्पना के बाद से पिछले पचास वर्षों में सफलता बाधित रही है। जबकि दुनिया भर में वैज्ञानिक सफलता के साथ कई परियोजनाएँ चल रही हैं, व्यावसायिकता हासिल नहीं हुई है और इन पायलटों पर बिजली उत्पादन ~ 1 मेगावाट से अधिक नहीं हुआ है।

हालाँकि, अमेरिका में, संसाधन महत्वपूर्ण है। पश्चिमी संयुक्त राज्य अमेरिका में, 519 से 15,000 फीट से कम की गहराई पर ड्रिलिंग पर अनुमान 20,000 GWe है। पेट्रोलियम उद्योग से अनुकूलित आधुनिक ड्रिलिंग तकनीक इस ड्रिलिंग को संभव बनाती है। उन विकासों को जोड़ें जो क्षैतिज कुओं की ड्रिलिंग और इन कुओं के साथ हाइड्रोलिक फ्रैक्चर की बहुलता बनाने की अनुमति देते हैं (कल्पना करें कि प्रत्येक फ्रैक्चर गर्मी विनिमय के लिए महत्वपूर्ण सतह क्षेत्र प्रदान करता है) और उन्नत जियोथर्मल सिस्टम संभव हैं।

हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग द्वारा फ्रैक्चर सिस्टम बनाना एक प्रमुख तत्व है। ये कोई नई बात नहीं है. लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरीज के शुरुआती विकास के दौरान, इसे पहली बार न्यू मैक्सिको के जेमेज़ काल्डेरा में फेंटन हिल साइट पर ईजीएस के लिए आज़माया गया था। ध्यान देने योग्य बात यह है कि दिसंबर 1983 में दो कुओं को आपस में जोड़ने के प्रयास के लिए एक बड़ा हाइड्रोलिक फ्रैक्चर पंप किया गया था (आधुनिक दिशात्मक ड्रिलिंग को आसानी से लागू करने से पहले)। उस हाइड्रोलिक उत्तेजना में, अतिरिक्त घर्षण रिड्यूसर के साथ 5.7 मिलियन गैलन पानी को लगभग 50 पीएसआई तक के डाउनहोल दबाव पर 2100 बीपीएम (12,000 गैलन प्रति मिनट) तक पंप किया गया था। CaCO के महीन कण₃ द्रव हानि नियंत्रण (फ्रैक्चर प्रणाली को सरल बनाने के लिए) के लिए जोड़ा गया था।

फेंटन हिल, दुनिया भर की अन्य साइटों और अन्य निष्कर्षण उद्योगों (इच्छुक और क्षैतिज ड्रिलिंग, मल्टीस्टेज फ्रैक्चरिंग) की प्रौद्योगिकियों से सीखे गए सबक ने संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग (डीओई) को फोर्ज (फ्रंटियर ऑब्जर्वेटरी) के नाम से जाना जाने वाला एक नवीनीकृत अनुसंधान कार्यक्रम शुरू करने के लिए प्रोत्साहित किया। भू-तापीय ऊर्जा में अनुसंधान के लिए) नई प्रौद्योगिकियों का परीक्षण करने के लिए एक क्षेत्रीय प्रयोगशाला का निर्माण करना जो ईजीएस के व्यावसायीकरण की अनुमति देगा।

Q3. हमें यूटा में फोर्ज परियोजना की साइट के बारे में बताएं और इसे क्यों चुना गया।

डीओई ने संयुक्त राज्य अमेरिका में पांच प्रमुख ईजीएस स्थानों के बीच एक प्रतियोगिता प्रायोजित की। बाद में इसे फालोन, नेवादा और मिलफोर्ड, यूटा की साइटों के लिए "डाउन-चयनित" कर दिया गया। 2019 में, मिलफोर्ड साइट को अंततः फोर्ज फील्ड प्रयोगशाला के स्थान के रूप में चुना गया था (पोस्ट के शीर्ष पर छवि देखें)।

चयन के मानदंडों में शामिल हैं 1) 175 और 225 डिग्री सेल्सियस के बीच जलाशय का तापमान (अवधारणाओं को साबित करने के लिए पर्याप्त गर्म लेकिन इतना गर्म नहीं कि प्रौद्योगिकी विकास बाधित हो), 2) 1.5 किमी से अधिक की गहराई पर (इतना गहरा कि ड्रिलिंग प्रौद्योगिकी का विकास संभव हो) , 3) कम पारगम्यता वाली चट्टान (फोर्ज साइट पर ग्रेनाइट), 4) संचालन के दौरान भूकंपीयता उत्पन्न करने का कम जोखिम, 5) कम पर्यावरणीय जोखिम, और 6) पारंपरिक भूतापीय प्रणाली से कोई संबंध नहीं।

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भाग 2 निम्नलिखित प्रश्नों और उत्तरों को संबोधित करके विषय को जारी रखेगा:

Q4. इंजेक्शन और उत्पादन कुओं का मूल डिज़ाइन क्या है?

Q5. क्या आप इंजेक्शन में तीन फ्रैक उपचारों और उनके परिणामों को संक्षेप में प्रस्तुत कर सकते हैं?

Q6. व्यावसायिक अनुप्रयोग की क्या संभावना है?