WO2013060340A1 - Device and method for converting geothermal well energy into electrical energy - Google Patents
Device and method for converting geothermal well energy into electrical energy Download PDFInfo
- Publication number
- WO2013060340A1 WO2013060340A1 PCT/EA2011/000011 EA2011000011W WO2013060340A1 WO 2013060340 A1 WO2013060340 A1 WO 2013060340A1 EA 2011000011 W EA2011000011 W EA 2011000011W WO 2013060340 A1 WO2013060340 A1 WO 2013060340A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- energy
- geothermal
- electrical energy
- working fluid
- thermosyphon
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/30—Geothermal collectors using underground reservoirs for accumulating working fluids or intermediate fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/40—Geothermal collectors operated without external energy sources, e.g. using thermosiphonic circulation or heat pipes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Definitions
- the invention relates to power engineering, and, in particular, to power machines that convert geothermal thermal energy through the use of phase transitions and / or limiting states of a low boiling liquid (for example, freon) - a working substance (body), a combined U - shaped heat exchange devices with a variable diameter, a throttling device integrated in the lower part, which is an evaporator and condenser of the working fluid, a gas turbogenerator operating in a closed organic Rankine cycle.
- a low boiling liquid for example, freon
- body working substance
- a throttling device integrated in the lower part which is an evaporator and condenser of the working fluid
- a gas turbogenerator operating in a closed organic Rankine cycle.
- Energy is generated by direct selection of thermal energy from the geothermal environment of the well by the working substance located in the heat exchanger passing along the entire length of the well, throttling, evaporation and feeding through a heat-insulated pipeline to the turbogenerator.
- the steam of the working substance worked out in the turbine through the heat exchange part of a pipeline of a larger diameter goes back into the well and giving up heat in the cold upper part of the well condenses under conditions of increasing static pressure with depth.
- the condensed working substance enters the part of the heat exchanger with a smaller diameter and continues under gravity to move downward with increasing temperature and pressure.
- Evaporation in the lower part of the newly expanding heat-exchange pipe is accompanied by further heat removal from the geothermal medium and a heated gaseous working substance is fed through the insulated part of the pipeline to the turbine inlet - the cycle closes.
- this method allows the device to function like a thermosiphon.
- EFFECT invention makes it possible to create an economical, environmentally safe and durable power plant, rationally and economically use, including out-of-circulation or mothballed oil and gas wells.
- the type of conversion depends on the state of the medium (steam or water) and its temperature. Power plants with an indirect type of electricity production are by far the most common. They use hot groundwater (temperatures up to 182 ° C) which is pumped at high pressure into the generating sets on the surface. Mixed production geothermal power plants differ from the two previous types of geothermal power plants in that steam and water never come in direct contact with a turbine / generator.
- the energy efficiency of such devices is relatively small and inferior in efficiency to methods based on low-temperature boiling liquids, since it requires the use of a device for the transformation of thermal energy (refrigerator or heat pump), including a circulation circuit with an evaporator, jet apparatus, cooler (condenser), throttle or expander installed in it in series, and an additional circulation circuit (communications) containing a pump and a high pressure evaporator and connected to the main circuit from the pump side between the cooler and throttle, and from the high-pressure evaporator to the jet apparatus.
- a circulation circuit with an evaporator, jet apparatus, cooler (condenser), throttle or expander installed in it in series
- an additional circulation circuit (communications) containing a pump and a high pressure evaporator and connected to the main circuit from the pump side between the cooler and throttle, and from the high-pressure evaporator to the jet apparatus.
- a known device for converting thermal energy into mechanical and electrical energy is a heat power plant containing a block of a high potential heat source, a closed loop with an intermediate heat carrier, a power turbine, heat exchangers for heating and cooling the working fluid for converting the energy of the liquid and gas phases into mechanical and electrical energy.
- a heat power plant containing a block of a high potential heat source, a closed loop with an intermediate heat carrier, a power turbine, heat exchangers for heating and cooling the working fluid for converting the energy of the liquid and gas phases into mechanical and electrical energy.
- the aim of the invention is the creation of a reliable and efficient power plant for converting geothermal thermal energy oil and gas wells through the use of temperature differences along the length of the wells, when the temperature difference (gradient) of the mediums acts on the working fluid (for example, freon), and the use of its phase transitions to aggregate states from liquid to gaseous phases for environmentally friendly conversion of geothermal energy external preset or atmospheric pressure during the transition of the working substance from the gaseous phase to the liquid, using the thermosiphon effect and setting the turbogenerator in motion to convert into electric current current.
- grade temperature difference
- freon the working fluid
- thermosyphon conversion of geothermal thermal energy of oil and gas wells into electrical energy characterized by using the process of the effect of the temperature difference throughout the length of the wellbore on the working substance (for example, freon), and the use of its transitions in aggregate states from liquid to gaseous phases and vice versa for converting the energy of a geothermal medium into kinetic and internal energy of a working stream in society and later in mechanical and electrical energy in the turbogenerator.
- the device contains: U - shaped heat exchanger (thermosiphon) from heat-conducting pipes with a varying diameter with a built-in diffuser, a heat-insulated part transporting the heated steam phase of the working substance and a turbogenerator and characterized in that it is both an evaporator and a condenser of the working fluid (substance) in a cycle and is closed hermetic circuit (thermosiphon), has an unchanged amount (mass) of the working substance and is a closed (hermetic) volume, which also differs in the absence of by pumps, valves, compressors and separator heaters and other elements characteristic of power plants operating on the organic Rankine cycle.
- Figure 1 shows a schematic diagram of a device and method for thermosiphon conversion of geothermal thermal energy of oil and gas wells into electrical energy
- thermosiphon conversion of geothermal thermal energy of oil and gas wells into electrical energy is realized through the use of phase transitions of the working fluid into gas and back into liquid (for example, freon) in a single closed system consisting of an evaporator, a turbogenerator, a condenser and a throttling device with a closed a constant volume located in an oil or gas well and using, as heat absorption by a geothermal medium, the thermal energy of condensation of the working substance for the part of the well and subsequent heating with compression of the liquid phase, as well as the thermal energy of the geothermal medium for heating and evaporation of the working substance with subsequent transportation of the gaseous heated working fluid to the turbogenerator.
- thermosiphon device for converting geothermal thermal energy of oil and gas wells into electrical energy.
- the thermal energy of the geothermal medium of the borehole 8 in the evaporation zone 6 is transferred to the liquid working fluid (low-boiling substance) through a U-shaped pipe - the heat exchanger is throttled in the throttle 5, evaporates, warms up and is fed through the transport zone 8 to the steam supply to the turbogenerator 1 where it performs mechanical work ( activates an electric generator) in the adiabatic expansion zone, after which the spent steam in the upper part of the well moves along condensation zone 3, where it transfers cooling heat of condensation to the geothermal medium and e body (substance) goes into the liquid phase.
- the liquid working fluid low-boiling substance
- the working fluid moves in the lower part of the wellbore 9 in the compression and heating zone 4, where the liquid phase is heated from the geothermal medium with a rapid increase in pressure in accordance with the increase in the column of the liquid phase of the working substance. Then the working substance again enters the throttling zone (throttle 5) and the cycle repeats
- thermosiphon evaporator-condenser
- turbogenerator allows you to convert the kinetic and internal energy of the working fluid (substance) into mechanical and electrical energy, as well as the practical absence of wear nodes and mechanisms, high speeds, high exponents specific energy capacity, simplicity, low cost, environmental friendliness, reliability, durability, and independent of the conditions on the ground surface, as well as to receive a renewable source of electric power and stable method and apparatus thermosyphon converting geothermal heat energy of oil and gas wells into electric energy.
Abstract
The invention relates to power engineering and can be used for converting geothermal heat energy into electrical energy. The aim of the invention is to increase the efficiency of geothermal energy conversion by utilizing the temperature difference over the length of a geothermal well. In order to achieve this aim, a thermosyphon conversion device and method are proposed which involve the heating and cooling of a working fluid and the conversion of the energy of said fluid into mechanical and electrical energy in a turbine generator, wherein the working fluid circulates around a closed loop formed by a tubular thermosyphon. The thermosyphon is U-shaped with tubes of varying diameter, the low-temperature section of the thermosyphon is situated in the upper part of the well and is connected via a restrictor to an evaporative section situated in the area of a high-temperature geothermal medium, and the thermosyphon is connected to a turbine generator which generates electric current.
Description
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ DEVICE AND METHOD FOR GEOTHERMAL TRANSFORMATION
ЭНЕРГИИ СКВАЖИН В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ENERGY WELLS IN ELECTRIC
Описание. Description.
Изобретение относится к энергомашиностроению, и, в частности, к энергетическим машинам, преобразующим геотермальную тепловую энергию, за счет использования фазовых переходов и/или предельных состояний низкокипящей жидкости (на пример, фреона) - рабочего вещества (тела), объединенного U - образного теплообмен ного устройства с переменным диаметром, встроенным в нижней части дросселирующим устройством, являющегося испарителем и конденсатором рабочего тела, газового турбогенератора работающего по замкнутому органическому циклу Ренкина. The invention relates to power engineering, and, in particular, to power machines that convert geothermal thermal energy through the use of phase transitions and / or limiting states of a low boiling liquid (for example, freon) - a working substance (body), a combined U - shaped heat exchange devices with a variable diameter, a throttling device integrated in the lower part, which is an evaporator and condenser of the working fluid, a gas turbogenerator operating in a closed organic Rankine cycle.
Энергия вырабатывается путем непосредственного отбора тепловой энергии от геотермальной среды скважины рабочим веществом находящимся в теплообменном устройстве проходящем по всей длине скважины, дросселирования , испарения и подаче по теплоизолированному трубопроводу к турбогенератору. Отработанный в турбине пар рабочего вещества по теплообменной части трубопровода большего диаметра поступает обратно в скважину и отдавая тепло в холодной верхней части скважины конденсируется в условиях повышающегося с глубиной статического давления. Сконденсированное рабочее вещество попадает в часть теплообменного устройства с меньшим диаметром и продолжает под силой тяжести движение вниз с повышением температуры и давления. Испарение в нижней части вновь расширяющейся теплообменной трубы сопровождается дальнейшим отбором тепла от геотермальной среды и по теплоизолированной части трубопровода подается нагретое газообразное рабочее вещество на вход турбины - цикл замыкается. По сути, данный способ позволяет функционировать устройству подобно термосифону. Energy is generated by direct selection of thermal energy from the geothermal environment of the well by the working substance located in the heat exchanger passing along the entire length of the well, throttling, evaporation and feeding through a heat-insulated pipeline to the turbogenerator. The steam of the working substance worked out in the turbine through the heat exchange part of a pipeline of a larger diameter goes back into the well and giving up heat in the cold upper part of the well condenses under conditions of increasing static pressure with depth. The condensed working substance enters the part of the heat exchanger with a smaller diameter and continues under gravity to move downward with increasing temperature and pressure. Evaporation in the lower part of the newly expanding heat-exchange pipe is accompanied by further heat removal from the geothermal medium and a heated gaseous working substance is fed through the insulated part of the pipeline to the turbine inlet - the cycle closes. In fact, this method allows the device to function like a thermosiphon.
Изобретение позволяет создать экономичную, экологически безопасную и долговечную электростанцию, рационально и экономически эффективно использовать в том числе и вышедшие из оборота или законсервированные нефтяные и газовые скважины. EFFECT: invention makes it possible to create an economical, environmentally safe and durable power plant, rationally and economically use, including out-of-circulation or mothballed oil and gas wells.
Известны три схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных ресурсов: прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема производства (бинарный ц способ получения механической энергии вращения за счет использования
разности температур морской воды на разных ее уровнях и гравитационного взаимодействия без расходования топливно-энергетических ресурсов. There are three known schemes for the production of electricity using hydrothermal resources: direct using dry steam, indirect using water vapor and a mixed production scheme (binary c way to obtain mechanical rotation energy by using temperature differences of sea water at different levels and gravitational interaction without spending fuel and energy resources.
Тип преобразования зависит от состояния среды (пар или вода) и ее температуры. Электростанции с непрямым типом производства электроэнергии на сегодняшний день являются самыми распространенными. Они используют горячие подземные воды (температурой до 182 ОС) которая закачивается при высоком давлении в генераторные установки на поверхности. Геотермальные электростанции со смешанной схемой производства отличаются от двух предыдущих типов геотермальных электростанций тем, что пар и вода никогда не вступают в непосредственный контакт с турбиной/генератором. The type of conversion depends on the state of the medium (steam or water) and its temperature. Power plants with an indirect type of electricity production are by far the most common. They use hot groundwater (temperatures up to 182 ° C) which is pumped at high pressure into the generating sets on the surface. Mixed production geothermal power plants differ from the two previous types of geothermal power plants in that steam and water never come in direct contact with a turbine / generator.
Ближайший предшествующий уровень техники раскрыт в следующем источнике Сущность изобретения в качестве рабочего тела используют низкокипящее вещество с высокой плотностью пара и проводят процесс расширения пара под статическим давлением, создаваемым столбом насыщенного пара в зоне испарения с помощью барометрической трубы.: (См. «Способ преобразования энергии пара в механическуюработу в паросиловой установке. П.М.Лойфер», патент RU2098641 С1 , МПК 6 F01 K 27/00). The closest prior art is disclosed in the following source. SUMMARY OF THE INVENTION A low boiling substance with a high vapor density is used as a working fluid and the process of expansion of steam is carried out under static pressure created by a saturated vapor column in the evaporation zone using a barometric pipe .: (See. “Energy Conversion Method” steam for mechanical work in a steam-powered installation. P. M. Loifer, patent RU2098641 C1, IPC 6 F01 K 27/00).
Однако, этот способ технически сложно реализуем, также он обладает значительной инерционностью и не может обеспечивать высокий КПД преобразования низкопотенциальной энергии окружающей среды (геотермальной, воды и воздуха) в механическую энергию. However, this method is technically difficult to implement, it also has significant inertia and cannot provide high efficiency for converting low-potential environmental energy (geothermal, water and air) into mechanical energy.
Известен также парокомпрессионные способы термотрансформации, включающие испарение рабочей среды при пониженном давлении, сопровождаемое поглощением тепловой энергии низкотемпературного источника, сжатие рабочей среды в парообразном состоянии с помощью компрессора, охлаждение и конденсацию рабочей среды с передачей, выделяющейся при этом тепловой энергии более высокотемпературному приемнику, и понижение давления рабочей среды (как правило, дросселированием) перед испарением. (См. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. - М.. Энергия, 1968, с. 185 - 212., а также изобретение «Способ и устройство для трансформации тепловой энергии», патент RU 2161759 , МПК 7 F25B9/08, F25B30/02). Steam compression methods of thermal transformation are also known, including the evaporation of the working medium at reduced pressure, accompanied by the absorption of thermal energy of a low-temperature source, the compression of the working medium in the vapor state using a compressor, cooling and condensation of the working medium with the transfer of thermal energy released to the higher-temperature receiver, and lowering pressure of a working environment (as a rule, throttling) before evaporation. (See Energy fundamentals of heat transformation and cooling processes. - M .. Energy, 1968, pp. 185 - 212., as well as the invention "Method and device for the transformation of thermal energy", patent RU 2161759, IPC 7 F25B9 / 08, F25B30 / 02).
Однако, энергетическая эффективность такого рода устройств сравнительно мала и уступает по эффективности способам на основе низкотемпературных кипящих жидкостей, поскольку требует применения устройства для трансформации тепловой энергии (холодильник или тепловой насос),
включающее циркуляционный контур с установленными в нем последовательно испарителем, струйным аппаратом, охладителем (конденсатором), дросселем или детандером, и дополнительный циркуляционный контур (коммуникации), содержащий насос и испаритель высокого давления и подключенный к основному контуру со стороны насоса между охладителем и дросселем, а со стороны испарителя высокого давления - к струйному аппарату. However, the energy efficiency of such devices is relatively small and inferior in efficiency to methods based on low-temperature boiling liquids, since it requires the use of a device for the transformation of thermal energy (refrigerator or heat pump), including a circulation circuit with an evaporator, jet apparatus, cooler (condenser), throttle or expander installed in it in series, and an additional circulation circuit (communications) containing a pump and a high pressure evaporator and connected to the main circuit from the pump side between the cooler and throttle, and from the high-pressure evaporator to the jet apparatus.
Известна теплосиловая установка, содержащая высокопотенциальный источник тепла, замкнутый контур с промежуточным теплоносителем, силовую турбину, теплообменники для нагрева и охлаждения рабочего тела. (См. изобретение «Теплотурбинный двигатель», патент RU2287709, МПК F01 K25/00). Known heat power plant containing a high potential heat source, a closed loop with an intermediate heat carrier, a power turbine, heat exchangers for heating and cooling the working fluid. (See the invention "Heat Turbine Engine", patent RU2287709, IPC F01 K25 / 00).
Основные недостатки такой установки: The main disadvantages of such an installation:
- сложность конструкции, потребность в источниках высоких температур, невозможность использования низкопотенциального тепла в широком диапазоне температур. - the complexity of the design, the need for sources of high temperatures, the inability to use low-grade heat in a wide temperature range.
- невысокий КПД из-за непроизводительных потерь тепла на образование и конденсацию пара легкокипящей жидкости, который используется для вытеснения вспомогательной жидкости из камеры, а также невозможность использования в цикле низкопотенциального тепла для производства, например, электроэнергии и образования экологически чистой системы преобразования тепла. - low efficiency due to unproductive heat losses due to the formation and condensation of low-boiling liquid vapor, which is used to displace auxiliary liquid from the chamber, as well as the inability to use low-grade heat in the cycle to produce, for example, electricity and the formation of an environmentally friendly heat conversion system.
Известным устройством преобразования тепловой энергии в механическую и электрическую энергию является теплосиловая установка, содержащая блок высокопотенциального источника тепла, замкнутый контур с промежуточным теплоносителем, силовую турбину, теплообменники для нагрева и охлаждения рабочего тела для преобразования энергии жидкой и газовой фаз в механическую и электрическую энергию. (См. изобретение «Энергетическая установка и способ приготовления ее рабочего тела», патент RU 2013572, МПК 5 F01K25/00). A known device for converting thermal energy into mechanical and electrical energy is a heat power plant containing a block of a high potential heat source, a closed loop with an intermediate heat carrier, a power turbine, heat exchangers for heating and cooling the working fluid for converting the energy of the liquid and gas phases into mechanical and electrical energy. (See the invention "Power plant and method for preparing its working fluid", patent RU 2013572, IPC 5 F01K25 / 00).
Основные недостатки такой установки - необходимость и сложность технологии приготовления ее рабочего тела и, как результат, сложность конструкции, потребность в источниках высоких температур, невозможность использования низкопотенциального тепла, например, от естественных или техногенных источников, невысокий КПД. The main disadvantages of such an installation are the need and complexity of the preparation technology of its working fluid and, as a result, the complexity of the design, the need for high temperature sources, the inability to use low potential heat, for example, from natural or man-made sources, low efficiency.
Цель изобретения. The purpose of the invention.
Целью изобретения является создание надежной и эффективной энергетической установки для преобразования геотермальной тепловой энергии
нефтяных и газовых скважин за счет использования разности температур по по длине скважин, при воздействии разности температур (градиента) сред на рабочую жидкость (например, фреон), и использование ее фазовых переходов в агрегатные состояния из жидкой в газообразную фазы для экологически чистого преобразования геотермальной энергии внешнего заданного или атмосферного давления при переходе рабочего вещества из газообразной фазы в жидкую, используя термосифонный эффект и приведение в движение турбогенератора для преобразования в электрический ток. The aim of the invention is the creation of a reliable and efficient power plant for converting geothermal thermal energy oil and gas wells through the use of temperature differences along the length of the wells, when the temperature difference (gradient) of the mediums acts on the working fluid (for example, freon), and the use of its phase transitions to aggregate states from liquid to gaseous phases for environmentally friendly conversion of geothermal energy external preset or atmospheric pressure during the transition of the working substance from the gaseous phase to the liquid, using the thermosiphon effect and setting the turbogenerator in motion to convert into electric current current.
Реализация изобретения. The implementation of the invention.
Указанная цель и технический результат достигается за счет того, что устройство термосифонного преобразования геотермальной тепловой энергии нефтяных и газовых скважин в электрическую энергию, характеризующееся использованием процесса воздействия разности темератур по всему протяжению ствола скважины на рабочее вещество (например, фреон), и использование его переходов в агрегатные состояния из жидкой в газообразную фазы и наоборот для преобразования энергии геотермальной среды в кинетическую и внутреннюю энергию потока рабочего вещества и далее в механическую и электрическую энергию в турбогенераторе. Устройство содержит: U - образное теплообменное устройство (термосифон) из теплопроводящих труб с изменяющимся диаметром со встроенным диффузором теплоизолированной частью транспортирующей паровую нагретую фазу рабочего вещества и турбогенератором и отличающееся тем, что является одновременно в цикле испарителем и конденсатором рабочего тела (вещества) и являет собой замкнутый герметичный контур (термосифон), имеет неизменное количество (массу) рабочего вещества и является замкнутым (герметичным) объемом , отличающееся так же, отсутствием насосов, клапанов, компрессоров и подогревателей сепараторов и прочих элементов характерных для энергетических установок работающих по органическому циклу Ренкина. This goal and technical result is achieved due to the fact that the device thermosyphon conversion of geothermal thermal energy of oil and gas wells into electrical energy, characterized by using the process of the effect of the temperature difference throughout the length of the wellbore on the working substance (for example, freon), and the use of its transitions in aggregate states from liquid to gaseous phases and vice versa for converting the energy of a geothermal medium into kinetic and internal energy of a working stream in society and later in mechanical and electrical energy in the turbogenerator. The device contains: U - shaped heat exchanger (thermosiphon) from heat-conducting pipes with a varying diameter with a built-in diffuser, a heat-insulated part transporting the heated steam phase of the working substance and a turbogenerator and characterized in that it is both an evaporator and a condenser of the working fluid (substance) in a cycle and is closed hermetic circuit (thermosiphon), has an unchanged amount (mass) of the working substance and is a closed (hermetic) volume, which also differs in the absence of by pumps, valves, compressors and separator heaters and other elements characteristic of power plants operating on the organic Rankine cycle.
Циркуляция рабочего вещества, фазовые переходы, сжатие, подвод и отвод тепловой энергии, обеспечивается силой тяжести и изменяющимся температурным градиентом по стволу скважины.
Краткое описание чертежей. The circulation of the working substance, phase transitions, compression, supply and removal of thermal energy, is ensured by gravity and a varying temperature gradient along the wellbore. A brief description of the drawings.
На Фиг.1 показана принципиальная схема устройства и способ термосифонного преобразования геотермальной тепловой энергии нефтяных и газовых скважин в электрическую энергию Figure 1 shows a schematic diagram of a device and method for thermosiphon conversion of geothermal thermal energy of oil and gas wells into electrical energy
где 1 - подвод пара в турбогенератор, 2 - зона адиабатного расширения, 3 - зона конденсации, 4 - зона сжатия и нагрева, 5 - дроссель, 6 - зона испарения, 7 - зона транспорта, 8 - турбогенератор, 9 - ствол скважины where 1 is the steam supply to the turbogenerator, 2 is the adiabatic expansion zone, 3 is the condensation zone, 4 is the compression and heating zone, 5 is the throttle, 6 is the evaporation zone, 7 is the transport zone, 8 is the turbogenerator, 9 is the wellbore
Осуществление изобретения. The implementation of the invention.
Устройство и способ термосифонного преобразования геотермальной тепловой энергии нефтяных и газовых скважин в электрическую энергию реализуется за счет использования фазовых переходов рабочей жидкости в газ и обратно в жидкость (например, фреона) в единой замкнутой системе состоящей из испарителя, турбогенератора, конденсатора и дросселирующего устройства с замкнутым постоянным объемом, находящегося в нефтяной или газовой скважине и использующее, как теплопоглощение геотермальной средой тепловой энергии конденсации рабочего вещества на части скважины и последующий нагрев со сжатием жидкой фазы, так и тепловую энергию геотермальной среды для нагрева и испарения рабочего вещества с последующей транспортировкой газообразного нагретого рабочего тела на турбогенератор. The device and method for thermosiphon conversion of geothermal thermal energy of oil and gas wells into electrical energy is realized through the use of phase transitions of the working fluid into gas and back into liquid (for example, freon) in a single closed system consisting of an evaporator, a turbogenerator, a condenser and a throttling device with a closed a constant volume located in an oil or gas well and using, as heat absorption by a geothermal medium, the thermal energy of condensation of the working substance for the part of the well and subsequent heating with compression of the liquid phase, as well as the thermal energy of the geothermal medium for heating and evaporation of the working substance with subsequent transportation of the gaseous heated working fluid to the turbogenerator.
Принцип работы устройства термосифонного преобразования геотермальной тепловой энергии нефтяных и газовых скважин в электрическую энергию. The principle of operation of a thermosiphon device for converting geothermal thermal energy of oil and gas wells into electrical energy.
Тепловая энергия геотермальной среды скважины 8 в зоне испарения 6 передается жидкому рабочему телу (низкокипящему веществу) через U- образную трубу - теплообменник дросселируется в дросселе 5, испаряется, догревается и по зоне транспорта 8 подается на подвод пара в турбогенератор 1 где совершает механическую работу (приводит в действие электрогенератор) в зоне адиабатного расширения, после чего отработанный пар в верхней части скважины движется по зоне конденсации 3, где передает охлаждаясь теплоту конденсации геотермальной среде и рабочее тело (вещество) переходит в жидкую фазу. Далее по трубе с уменьшающимся диаметром рабочее тело движется в
нижнюю часть ствола скважины 9 по зоне сжатия и нагрева 4, где жидкая фаза нагревается от геотермальной среды с быстрым повышением давления в соответствии с увеличением столба жидкой фазы рабочего вещества. Далее вабочее вещество снова попадает в зону дросселирования (дроссель 5) и цикл повторяется The thermal energy of the geothermal medium of the borehole 8 in the evaporation zone 6 is transferred to the liquid working fluid (low-boiling substance) through a U-shaped pipe - the heat exchanger is throttled in the throttle 5, evaporates, warms up and is fed through the transport zone 8 to the steam supply to the turbogenerator 1 where it performs mechanical work ( activates an electric generator) in the adiabatic expansion zone, after which the spent steam in the upper part of the well moves along condensation zone 3, where it transfers cooling heat of condensation to the geothermal medium and e body (substance) goes into the liquid phase. Further along the pipe with a decreasing diameter, the working fluid moves in the lower part of the wellbore 9 in the compression and heating zone 4, where the liquid phase is heated from the geothermal medium with a rapid increase in pressure in accordance with the increase in the column of the liquid phase of the working substance. Then the working substance again enters the throttling zone (throttle 5) and the cycle repeats
Данный способ и достигнутый технический результат обеспечивает использование изменяющегося температурного градиента и тепловой энергии геотермальной среды в стволе скважины для осуществления термодинамического цикла фазового перехода рабочего тела в испарителе- конденсаторе (термосифоне) и используя турбогенератор позволяет преобразовать кинетическую и внутреннюю энергию рабочего тела (вещества) в механическую и электрическую энергию, а так же, практическое отсутствие изнашиваемых узлов и механизмов, высоких скоростей, высокие показатели удельной энергоемкости, простоту, низкую стоимость, экологическую чистоту, надежность, долговечность и независимость от условий на поверхности земли, а так же получить возобновляемый и стабильный источник электроэнергии способом и устройством термосифонного преобразования геотермальной тепловой энергии нефтяных и газовых скважин в электрическую энергию.
This method and the technical result achieved provides the use of a varying temperature gradient and thermal energy of the geothermal medium in the wellbore to carry out the thermodynamic cycle of the phase transition of the working fluid in an evaporator-condenser (thermosiphon) and using a turbogenerator allows you to convert the kinetic and internal energy of the working fluid (substance) into mechanical and electrical energy, as well as the practical absence of wear nodes and mechanisms, high speeds, high exponents specific energy capacity, simplicity, low cost, environmental friendliness, reliability, durability, and independent of the conditions on the ground surface, as well as to receive a renewable source of electric power and stable method and apparatus thermosyphon converting geothermal heat energy of oil and gas wells into electric energy.
Claims
1. Устройство термосифонного преобразования геотермальной тепловой энергии нефтяных и газовых скважин в электрическую энергию содержащее теплообменную часть (холодильник), теплообменную часть (нагреватель - испаритель) , холодильник, турбогенератор и трубопровод (продуктопровод) для движения рабочего вещества (тела), отличающееся тем, что установлено вдоль ствола скважины, является единым замкнутым герметичным U- образным трубным термосифоном с переменным диаметром трубы, причем холодильником является часть трубы проходящей в зоне низкотемпературной геотермальной среды через дроссель переходит в часть трубы (нагреватель - испаритель) проходящую в зоне высокотемпературной геотермальной среды и переходит в теплоизолированный паропровод соединенный с турбогенератором вырабатывающим электрический ток.. 1. A thermosiphon device for converting geothermal thermal energy of oil and gas wells into electrical energy containing a heat exchange part (refrigerator), a heat exchange part (heater - evaporator), a refrigerator, a turbogenerator and a pipeline (product pipeline) for moving the working substance (body), characterized in that installed along the wellbore, it is a single closed tight U-shaped pipe thermosyphon with a variable pipe diameter, and the refrigerator is part of the pipe passing in the bottom zone otemperaturnoy geothermal fluid through the choke tube passes in part (heater - evaporator) extending in the zone of high temperature geothermal environment and passes into the insulated steam line connected to the turbo-generator generates electric current ..
2. Способ термосифонного преобразования геотермальной тепловой энергии нефтяных и газовых скважин в электрическую энергию состоит в нагреве и охлаждении рабочего тела и преобразовании энергии этого тела в механическую и электрическую энергию отличающийся тем, что рабочее тело самостоятельно постоянно перемещается по замкнутому U-образному трубопроводу, который расположен в разных зонах действия силы тяжести и охлаждение и конденсация рабочего тела происходит в верхней части скважины, а нагрев и испарение в нижней ее части. 2. The method of thermosiphon conversion of geothermal thermal energy of oil and gas wells into electrical energy consists in heating and cooling the working fluid and converting the energy of this fluid into mechanical and electrical energy, characterized in that the working fluid independently moves continuously through a closed U-shaped pipe, which is located in different zones of gravity and cooling and condensation of the working fluid occurs in the upper part of the well, and heating and evaporation in its lower part.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EA2011/000011 WO2013060340A1 (en) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | Device and method for converting geothermal well energy into electrical energy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EA2011/000011 WO2013060340A1 (en) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | Device and method for converting geothermal well energy into electrical energy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2013060340A1 true WO2013060340A1 (en) | 2013-05-02 |
Family
ID=48167147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EA2011/000011 WO2013060340A1 (en) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | Device and method for converting geothermal well energy into electrical energy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2013060340A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017175092A1 (en) | 2016-04-04 | 2017-10-12 | Pinto Andre | Hydroelectric thermal power plant in vacuum |
| CN108869207A (en) * | 2018-05-28 | 2018-11-23 | 中国石油大学(华东) | Shaft type heat exchange closed cycle underground thermoelectric heat generation system and method |
| CN112901399A (en) * | 2021-01-21 | 2021-06-04 | 浙江理工大学 | Gravitational field mediated work doing device and method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2162991C2 (en) * | 1995-06-07 | 2001-02-10 | Джеймс Шнелл | Geothermal system for generation of electric power |
| RU2261996C1 (en) * | 2003-12-29 | 2005-10-10 | Сташевский Иван Иванович | Thermal power station |
| RU2269728C2 (en) * | 2000-10-20 | 2006-02-10 | Хита Аг | Method and system for exchanging earth energy between earth bodies and energy exchanger using natural heat energy primarily for electric current generation |
| RU2330219C1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Geothermal installation for supply of energy to consumers |
-
2011
- 2011-10-25 WO PCT/EA2011/000011 patent/WO2013060340A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2162991C2 (en) * | 1995-06-07 | 2001-02-10 | Джеймс Шнелл | Geothermal system for generation of electric power |
| RU2269728C2 (en) * | 2000-10-20 | 2006-02-10 | Хита Аг | Method and system for exchanging earth energy between earth bodies and energy exchanger using natural heat energy primarily for electric current generation |
| RU2261996C1 (en) * | 2003-12-29 | 2005-10-10 | Сташевский Иван Иванович | Thermal power station |
| RU2330219C1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Geothermal installation for supply of energy to consumers |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017175092A1 (en) | 2016-04-04 | 2017-10-12 | Pinto Andre | Hydroelectric thermal power plant in vacuum |
| CN108869207A (en) * | 2018-05-28 | 2018-11-23 | 中国石油大学(华东) | Shaft type heat exchange closed cycle underground thermoelectric heat generation system and method |
| CN112901399A (en) * | 2021-01-21 | 2021-06-04 | 浙江理工大学 | Gravitational field mediated work doing device and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8650875B2 (en) | Direct exchange geothermal refrigerant power advanced generating system | |
| CN1297744C (en) | Ocean temperature difference energy and solar energy reheat circulating electric generating method | |
| Ayachi et al. | Thermo-Electric Energy Storage involving CO2 transcritical cycles and ground heat storage | |
| US20070289303A1 (en) | Heat transfer for ocean thermal energy conversion | |
| KR20090035735A (en) | Method and apparatus for use of low-temperature heat for electricity generation | |
| Kazemi et al. | Thermodynamic and economic investigation of an ionic liquid as a new proposed geothermal fluid in different organic Rankine cycles for energy production | |
| WO2022166391A1 (en) | Co2 gas-liquid phase transition-based multistage compression energy storage apparatus for converting thermal energy into mechanical energy | |
| US8418466B1 (en) | Thermodynamic amplifier cycle system and method | |
| CN202579063U (en) | Thio rubber (TR) organic Rankine cycle geothermal power generation device | |
| Li et al. | Thermodynamic optimization of Rankine cycle using CO2-based binary zeotropic mixture for ocean thermal energy conversion | |
| CN109026243A (en) | Energy conversion system | |
| CN102338051A (en) | Solar/ground source heat integrated electricity generation/cold/heating co-supply device | |
| CA2736418A1 (en) | A low temperature solar power system | |
| Mu et al. | Experimental study of a low-temperature power generation system in an organic Rankine cycle | |
| WO2013060340A1 (en) | Device and method for converting geothermal well energy into electrical energy | |
| CN113027713A (en) | Combined geothermal development and utilization system and energy distribution and management method | |
| US20120324885A1 (en) | Geothermal power plant utilizing hot geothermal fluid in a cascade heat recovery apparatus | |
| Lu et al. | Study on a small scale solar powered organic rankine cycle utilizing scroll expander | |
| CN203655374U (en) | Dry and hot rock heat energy recovery and power generation device based on organic Rankine cycle | |
| CN101397983A (en) | Working fluid phase changing enthalpy difference sea water temperature difference power machine | |
| CN204371436U (en) | The Lang Ken cycle generating system of heat energy efficiency utilization can be realized | |
| CN202851278U (en) | Single-cycle low-temperature TR geothermal power generation device | |
| TWM520089U (en) | Geothermal power generation steam complex circulation system | |
| Minea | Using geothermal energy and industrial waste heat for power generation | |
| TWM527042U (en) | Geothermal moist steam power generation system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11874573 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11874573 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |