भूतापीय ताप

भूतापीय ताप कुछ दाहक अनुप्रयोगों के लिए भूतापीय ऊर्जा का प्रत्यक्ष उपयोग है। मनुष्य ने पुरापाषाण युग से भूतापीय ताप का इस तरह लाभ उठाया है। 2004 में लगभग सत्तर देशों ने कुल 270 जौल भूतापीय ताप का प्रत्यक्ष उपयोग किया। 2007 तक, विश्व भर में 28 गीगावाट की भूतापीय ताप क्षमता स्थापित है, जो वैश्विक प्राथमिक ऊर्जा उपभोग के 0.07% भाग को संतुष्ट करती है। ऊष्मीय अनुकूलता उच्च है क्योंकि किसी ऊर्जा रूपांतरण की आवश्यकता नहीं है, किन्तु क्षमता कारक न्यूनतम (लगभग 20%) होते हैं क्योंकि ऊष्मा की अधिकांशतː सर्दियों में आवश्यकता होती है।

भूतापीय (भूविज्ञान) ग्रह के मूल गठन के बाद से पृथ्वी के भीतर उपस्थित ऊष्मा से उत्पन्न होता है, खनिजों के रेडियोधर्मी क्षय से, और सतह पर अवशोषित सौर ऊर्जा से। अधिकांश उच्च तापमान भू-तापीय ताप विवर्तनिक प्लेट सीमाओं के समीप के क्षेत्रों में काटा जाता है जहां ज्वालामुखीय गतिविधि पृथ्वी की सतह के समीप बढ़ती है। इन क्षेत्रों में, भूमि और भूजल को उपयोग के लक्षित तापमान से अधिक तापमान के साथ पाया जा सकता है। यधपि, ठंडी भूमि में भी ऊष्मा होती है। 6 मीटर (20 फीट) से नीचे, अबाधित भूमि का तापमान लगातार औसत वार्षिक वायु तापमान पर होता है, और इस ऊष्मा को ग्राउंड सोर्स हीट पंप से निकाला जा सकता है।

अनुप्रयोग
घरों, ग्रीनहाउस, स्नान और तैराकी या औद्योगिक उपयोगों को गर्म करने सहित सस्ते भू-तापीय ताप के लिए कई प्रकार के अनुप्रयोग हैं। अधिकांश अनुप्रयोग 50 डिग्री सेल्सियस (122 डिग्री फारेनहाइट) और 150 डिग्री सेल्सियस (302 डिग्री फारेनहाइट) के बीच गर्म तरल पदार्थ के रूप में भूतापीय का उपयोग करते हैं। विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त तापमान भिन्न होता है। भूतापीय ताप के प्रत्यक्ष उपयोग के लिए, कृषि क्षेत्र के लिए तापमान सीमा 25 डिग्री सेल्सियस (77 डिग्री फारेनहाइट) और 90 डिग्री सेल्सियस (194 डिग्री फारेनहाइट) के बीच होती है, अंतरिक्ष ताप के लिए 50 डिग्री सेल्सियस (122 डिग्री फारेनहाइट) से 100 डिग्री के बीच होती है। सी (212 डिग्री फारेनहाइट)। हीट पाइप तापमान सीमा को 5 डिग्री सेल्सियस (41 डिग्री फारेनहाइट) तक बढ़ा देते हैं क्योंकि वे ऊष्मा को निकालते और बढ़ाते हैं। 150 डिग्री सेल्सियस (302 डिग्री फारेनहाइट) से अधिक भू-तापीय ताप सामान्यतः भू-तापीय विद्युत उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है। 2004 में आधे से अधिक प्रत्यक्ष भू-तापीय ताप का उपयोग अंतरिक्ष को गर्म करने के लिए किया गया था, और एक तिहाई का उपयोग खनिज स्रोत के लिए किया गया था। शेष का उपयोग विभिन्न प्रकार की औद्योगिक प्रक्रियाओं, अलवणीकरण, घरेलू गर्म पानी और कृषि अनुप्रयोगों के लिए किया गया था। रेक्जाविक और एक्यूरीरी के नगरीय सड़कों और फुटपाथों के नीचे भू-तापीय संयंत्रों से बर्फ पिघलने के लिए गर्म पानी की आपूर्ति करते हैं। भूतापीय विलवणीकरण का प्रदर्शन किया गया है।

भूतापीय प्रणालियां स्तर की अर्थव्यवस्थाओं से लाभान्वित होती हैं, इसलिए अंतरिक्ष ताप शक्ति को अधिकांशतः कई भवनों, कभी-कभी पूरे समुदायों में वितरित किया जाता है। रिक्जेविक, आइसलैंड ; बोइस, इडाहो; और क्लैमथ फॉल्स, ओरेगन; जैसे स्थानों में विश्व में लंबे समय से प्रचलित की जाने वाली यह विधि नगरीय हीटिंग के रूप में जानी जाती है।

यूरोपीय भू-तापीय ऊर्जा परिषद (ईजीईसी) के अनुसार अकेले यूरोप में 280 भू-तापीय नगरीय ताप संयंत्र 2016 में लगभग 4.9 गीगावाट की कुल क्षमता के साथ परिचालन में थे |

निष्कर्षण

पश्चिमी संयुक्त राज्य अमेरिका के पर्याप्त स्थान सहित विश्व के कुछ स्थान अपेक्षाकृत सतही भू-तापीय संसाधनों के अधीन हैं। इसी तरह की स्थितियां आइसलैंड, जापान के कुछ स्थानो और विश्व के अन्य भू-तापीय गर्म स्थानों में उपस्थित हैं। इन क्षेत्रों में, पानी या भाप को प्राकृतिक गर्म झरनों से पकड़ा जा सकता है और प्रत्यक्ष रेडियेटर या उष्मा का विनियमन करने वाला में पाइप किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, ऊष्मा भू-तापीय विद्युत संयंत्र से या गहरे कुओं से गर्म जलभृतों में सह-उत्पादन द्वारा आपूर्ति की गई अपशिष्ट ऊष्मा से आ सकती है। प्रत्यक्ष भू-तापीय ताप भू-तापीय विद्युत उत्पादन की तुलना में कहीं अधिक कुशल है और इसकी न्यूनतम मांग वाली तापमान आवश्यकताएं हैं, इसलिए यह एक बड़ी भौगोलिक सीमा पर व्यवहार्य है। यदि सतही भूमि गर्म किन्तु सूखी है, तो हवा या पानी को अर्थ ट्यूब या डाउनहोल हीट एक्सचेंजर के माध्यम से परिचालित किया जा सकता है जो भूमि के साथ हीट एक्सचेंजर्स के रूप में कार्य करते हैं।

गहरे भूतापीय संसाधनों के दबाव में भाप का उपयोग भूतापीय ऊर्जा से विद्युत् उत्पन्न करने के लिए भी किया जाता है। आइसलैंड डीप ड्रिलिंग प्रोजेक्ट ने 2,100 मीटर पर मैग्मा के भंडार पर प्रहार किया। मेग्मा के समीप तल पर एक छिद्र के साथ छेद में सीमेंटेड स्टीलकेस का निर्माण किया गया था। मैग्मा भाप के उच्च तापमान और दबाव का उपयोग 36 मेगावाट विद्युत उत्पन्न करने के लिए किया गया, जिससे आईडीडीपी-1 विश्व का पहला मैग्मा-वर्धित भू-तापीय प्रणाली बन गया।

उन क्षेत्रों में जहां सतही भूमि प्रत्यक्ष रूप से सुगमता प्रदान करने के लिए बहुत शीतल होती है, यह अभी भी सर्दियों की हवा की तुलना में गर्म है। सतही भूमि की ऊष्मीय जड़ता सौर को उपस्थित रखती है गर्मियों में संचित ऊर्जा, और भूमि के तापमान में समयानुसार परिवर्तन 10 मीटर की गहराई से पूरी तरह से विलुप्त हो जाते हैं। पारंपरिक भट्टियों द्वारा उत्पन्न की जा सकने वाली ऊष्मा को भू-तापीय ऊष्मा पम्प से अधिक कुशलता से निकाला जा सकता है। भूतापीय ताप पंप विश्व में कहीं भी अनिवार्य रूप से आर्थिक रूप से व्यवहार्य हैं।

सैदंतिक रूप में, भू-तापीय ऊर्जा (सामान्यतः शीतलन) को वर्तमान मूल आधार से भी निकाला जा सकता है, जैसे नगरपालिका जल पाइपलाइन।

ग्राउंड-सोर्स हीट पंप
किसी भी उच्च तापमान भू-तापीय संसाधनों के बिना क्षेत्रों में, भू-तापीय ताप पंप | ग्राउंड-सोर्स हीट पंप (जीएसएचपी) अंतरिक्ष हीटिंग और अंतरिक्ष शीतलन प्रदान कर सकता है। रेफ्रिजरेटर या एयर कंडीशनर की तरह, ये प्रणाली भूमि से भवन तक ऊष्मा के हस्तांतरण को क्रियान्वित करने के लिए हीट पंप का उपयोग करते हैं। ऊष्मा को किसी भी स्रोत से निकाला जा सकता है, चाहे वह कितना भी ठंडा क्यों न हो, किन्तु गर्म स्रोत उच्च अनुकूलता की अनुमति देता है। भू-स्रोत ऊष्मा पम्प सतह भूमि या भूजल का उपयोग करता है (सामान्यतः प्रारंभ होता है 10-12 डिग्री सेल्सियस या 50-54 डिग्री फारेनहाइट) ऊष्मा के स्रोत के रूप में, इस प्रकार इसके समयानुकूल तापमान का लाभ उठाते हुए। इसके विपरीत, वायु स्रोत ऊष्मा पम्प हवा से ऊष्मा (बाहर की ठंडी हवा) खींचता है और इस प्रकार अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

जीएसएचपी भूमि में दबे बंद पाइप लूप के माध्यम से वाहक द्रव (सामान्यतः पानी और थोड़ी मात्रा में एंटीफ्रीज का मिश्रण) को प्रसारित करते हैं। एकल-भवन प्रणाली 50-400 फीट (15-120 मीटर) गहरे छेद वाले "वर्टिकल लूप फील्ड" सिस्टम हो सकते हैं या, यदि व्यापक खाइयों के लिए पर्याप्त भूमि उपलब्ध है, तो लगभग छह फीट उपसतह पर क्षैतिज लूप क्षेत्र स्थापित किया जाता है। जैसा कि तरल पदार्थ भूमिगत रूप से प्रसारित होता है, यह भूमि से ऊष्मा को अवशोषित करता है और इसके लौटने पर, गर्म तरल पदार्थ ऊष्मा पंप से गुजरता है जो द्रव से ऊष्मा निकालने के लिए विद्युत का उपयोग करता है। फिर से ठंडा किया गया द्रव दोबारा भूमि में भेज दिया जाता है जिससे चक्र जारी रहता है। ऊष्मा निकाली जाती है और ऊष्मा पंप उपकरण द्वारा उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होती है जिसका उपयोग घर को गर्म करने के लिए किया जाता है। ऊर्जा समीकरण में ग्राउंड हीटिंग लूप को जोड़ने का तात्पर्य है कि अकेले विद्युत को प्रत्यक्ष हीटिंग के लिए उपयोग करने की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक ऊष्मा को भवन में स्थानांतरित किया जा सकता है।

ऊष्मा के प्रवाह की दिशा बदलते हुए, गर्मी के महीनों में ठंडा करने के लिए घर के माध्यम से ठंडा पानी प्रसारित करने के लिए उसी प्रणाली का उपयोग किया जा सकता है। एयर कंडीशनर के रूप में गर्म बाहरी हवा में पहुंचाने के अतिरिक्त ऊष्मा अपेक्षाकृत ठंडे मैदान (या भूजल) तक समाप्त हो जाती है। परिणाम स्वरुप, ऊष्मा को उच्च तापमान अंतर में पंप किया जाता है और इससे उच्च अनुकूलता और न्यूनतम ऊर्जा उपयोग होता है।

यह विधि किसी भी भौगोलिक स्थिति में भूतल ताप को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाती है। 2004 में,15 गीगावॉट की कुल क्षमता वाले अनुमानित मिलियन ग्राउंड-सोर्स हीट पंपों ने स्पेस हीटिंग के लिए 88 जौल ऊष्मा ऊर्जा निकाली। ग्लोबल ग्राउंड-सोर्स हीट पंप की क्षमता वार्षिक 10% बढ़ रही है।

इतिहास
कम से कम पुरापाषाण काल ​​से गर्म झरनों का उपयोग स्नान के लिए किया जाता रहा है। सबसे पुराना ज्ञात खनिज स्रोत चीन के मोंट ली पर पत्थर का पूल है, जिसे तीसरी शताब्दी ईसा पूर्व में किन राजवंश में बनाया गया था, उसी स्थान पर जहां हू अकिंग सी हाय महल बाद में बनाया गया था। जियोथर्मल ऊर्जा ने पॉम्पी में 0 ईस्वी के आसपास बाथ और घरों के लिए नगरीय ताप की आपूर्ति की। पहली शताब्दी ईस्वी में, रोमनों ने इंग्लैंड में सुलिस का पानी पर विजय प्राप्त की और वहां के गर्म झरनों का उपयोग थर्मल और भूमिगत अग्निकोष्ठ को खिलाने के लिए किया। इन स्नानों के लिए प्रवेश शुल्क संभवतः भू-तापीय शक्ति के पहले व्यावसायिक उपयोग का प्रतिनिधित्व करता है। आइसलैंड में 1,000 साल पुराना हॉट टब स्थित है, जहां इसे द्वीप के मूल निवासियों में से एक ने बनाया था। चाउड्स-एग्यूस, फ्रांस में विश्व का सबसे पुराना कामकाजी भू-तापीय नगरीय हीटिंग प्रणाली 14वीं सदी से काम कर रहा है। प्रारंभिक औद्योगिक शोषण 1827 में लार्ड़ेरेलो, इटली में ज्वालामुखी मिट्टी से बोरिक एसिड निकालने के लिए गीजर भाप के उपयोग के साथ प्रारंभ हुआ।

1892 में, बोइस, इडाहो में अमेरिका का पहला डिस्ट्रिक्ट हीटिंग प्रणाली प्रत्यक्ष भू-तापीय ऊर्जा द्वारा संचालित किया गया था, और जल्द ही 1900 में ओरेगॉन के क्लैमथ फॉल्स में कॉपी किया गया था। आइसलैंड और टस्कनी में लगभग एक ही समय में ग्रीनहाउस गर्म करने के लिए। चार्ली लिब ने 1930 में अपने घर को गर्म करने के लिए पहला डाउनहोल हीट एक्सचेंजर विकसित किया। 1943 में आइसलैंड में घरों को गर्म करने के लिए गीज़र के भाप और गर्म पानी का उपयोग किया जाने लगा।

इस समय तक, लॉर्ड केल्विन ने पहले ही 1852 में ऊष्मा पम्प का आविष्कार कर लिया था, और हेनरिक ज़ोली ने 1912 में भूमि से ऊष्मा निकालने के लिए इसका उपयोग करने के विचार का पेटेंट कराया था। किन्तु यह 1940 के दशक के अंत तक नहीं था कि भूतापीय ताप पंप को सफलतापूर्वक प्रयुक्त किया गया था। सबसे पहला संभवत: रॉबर्ट सी. वेबर का घर-निर्मित 2.2 केडब्लू डायरेक्ट-एक्सचेंज प्रणाली था, किन्तु स्रोत उनके आविष्कार की त्रुटिहीन समयरेखा के बारे में असहमत हैं। जे. डोनाल्ड क्रॉकर ने कॉमनवेल्थ बिल्डिंग (पोर्टलैंड, ओरेगॉन) को गर्म करने के लिए पहला वाणिज्यिक भू-तापीय ताप पंप डिजाइन किया और 1946 में इसका प्रदर्शन किया। ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर कार्ल नीलसन ने 1948 में अपने घर में पहला आवासीय ओपन लूप संस्करण बनाया। 1973 के तेल संकट के परिणामस्वरूप यह विधि स्वीडन में लोकप्रिय हो गई और तब से विश्व में इसकी स्वीकार्यता धीरे-धीरे बढ़ रही है। 1979 में पॉलीब्यूटिलीन पाइप के विकास ने हीट पंप की आर्थिक व्यवहार्यता को बहुत बढ़ा दिया। 2004 तक, विश्व में एक लाख से अधिक भू-तापीय ऊष्मा पम्प स्थापित हैं जो 12 जीडब्लू तापीय क्षमता प्रदान करते हैं। हर साल, लगभग 80,000 इकाइयां अमेरिका में और 27,000 स्वीडन में स्थापित की जाती हैं।

अर्थशास्त्र
भूतापीय ऊर्जा एक प्रकार की नवीकरणीय ऊर्जा है जो प्राकृतिक संसाधनों के संरक्षण को प्रोत्साहित करती है। यूएस यूनाइडेट स्टेट्स पर्यावरणीय संरक्षण एजेंसी के अनुसार, भू-विनिमय प्रणाली पारंपरिक प्रणालियों की तुलना में घर के मालिकों को हीटिंग लागत में 30-70 प्रतिशत और कूलिंग लागत में 20-50 प्रतिशत की बचत करते हैं। जियो-एक्सचेंज प्रणाली पैसे भी बचाते हैं क्योंकि उन्हें बहुत न्यूनतम रखरखाव की आवश्यकता होती है। अत्यधिक विश्वसनीय होने के अतिरिक्त वे दशकों तक बने रहने के लिए बनाए गए हैं।

कुछ उपयोगिताओं, जैसे कैनसस सिटी पावर एंड लाइट, भू-तापीय ग्राहकों के लिए विशेष, न्यूनतम सर्दियों की दरों की प्रस्तुति करते हैं, और भी अधिक बचत की प्रस्तुति करते हैं।

भूतापीय ड्रिलिंग जोखिम
भू-तापीय ताप परियोजनाओं में भूमिगत खाइयों या ड्रिलहोल्स द्वारा प्रवेश किया जाता है। जैसा कि सभी भूमिगत कार्यों के साथ होता है, यदि क्षेत्र के भूविज्ञान को अच्छी तरह से नहीं समझा जाता है, तो परियोजनाएँ समस्याएँ उत्पन्न कर सकती हैं।

2007 के वसंत में स्टॉफेन इम ब्रिसगौ के टाउन हॉल को भू-तापीय ताप प्रदान करने के लिए अन्वेषणात्मक भू-तापीय ड्रिलिंग ऑपरेशन आयोजित किया गया था। प्रारंभ में कुछ मिलीमीटर डूबने के बाद, एक प्रक्रिया जिसे अवतलन कहा जाता है, नगर का केंद्र धीरे-धीरे ऊपर उठना प्रारंभ हो गया है नगर के केंद्र में भवनों को अपेक्षाकृत हानि पहुंचाते हुए, टाउन हॉल सहित कई ऐतिहासिक घरों को प्रभावित किया। यह अनुमान लगाया गया है कि ड्रिलिंग ने ऍनहयेड्राइट परत को छिद्रित किया जिससे उच्च दबाव वाले भूजल को एनहाइड्राइट के संपर्क में आने के लिए लाया गया, जो तब विस्तार करना प्रारंभ कर दिया। वर्तमान में बढ़ती प्रक्रिया का कोई अंत नजर नहीं आ रहा है।  परिवर्तनों से पहले और बाद में टेराएसएआर एक्स रडार उपग्रह से डेटा ने स्थिति की स्थानीय प्रकृति की पुष्टि की:

<ब्लॉककोट>इन टेक्टोनिक उत्थान के कारण के रूप में एनहाइड्राइट सूजन नामक भू-रासायनिक प्रक्रिया की पुष्टि की गई है। यह जिप्सम (हाइड्रस कैल्शियम सल्फेट) में खनिज एनहाइड्राइट (निर्जल कैल्शियम सल्फेट) का परिवर्तन है। इस परिवर्तन के लिए पूर्व शर्त यह है कि एनहाइड्राइट पानी के संपर्क में है, जो तब इसकी क्रिस्टलीय संरचना में जमा हो जाता है।

संभावित जोखिमों के अन्य स्रोत हैं, जैसे: गुफा का विस्तार या स्थिरता की स्थिति का बिगड़ना, भूजल संसाधनों की गुणवत्ता या मात्रा में गिरावट, भूस्खलन-प्रवण क्षेत्रों के मामले में विशिष्ट खतरे का बिगड़ना, चट्टानी यांत्रिक विशेषताओं का बिगड़ना, मिट्टी और जल प्रदूषण (अर्थात। एंटीफ्रीज एडिटिव्स या प्रदूषणकारी रचनात्मक और उबाऊ सामग्री के कारण)। साइट-विशिष्ट भूगर्भीय, हाइड्रोजियोलॉजिकल और पर्यावरण ज्ञान के आधार पर परिभाषित डिज़ाइन इन सभी संभावित जोखिमों को रोकता है।

यह भी देखें

 * वार्षिक भूतापीय सौर
 * कार्नोट की प्रमेय (थर्मोडायनामिक्स)
 * स्रोत से जिले को उष्मा या गर्म पानी की आपूर्ति
 * भूतापीय ढाल
 * भूतापीय (भूविज्ञान)
 * भूतापीय उर्जा
 * भूतापीय ताप पंप
 * थर्मल बैटरी

बाहरी कड़ियाँ

 * Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) - Geothermal Technologies Program
 * Idaho National Laboratory - Geothermal Energy
 * Oregon Institute of Technology - Geo-Heat Center
 * Southern Methodist University - Geothermal Lab
 * Geothermal Technologies Program at the US National Renewable Energy Lab
 * The Canadian GeoExchange Coalition

Jeotermal Enerji