CZ17392U1 - Zařízení pro využití geotermální energie nuceně vyčerpávané důlní tekutiny - Google Patents

Description

Zařízení pro využití geotermální energie nuceně vyčerpávané důlní tekutiny

Oblast techniky

Technické řešení se týká uspořádání technických a technologických zařízení umožňujících využívání geotermální energie hlubinných dolů, jakož i pracovní instalace těchto zařízení k stáva5 jící vybavenosti důlních děl, která již byla vytěžena či uzavřena z jiných důvodů a z nichž je nuceně vyčerpávána odpadní tekutina, která je následně odváděna jako odpad např. do nejbližšího vodního toku, a využití této energie na povrchu.

Důlní vody jsou ohřívány zejména horským masivem a jsou čerpány na povrch a vypuštěny buď přímo do vodotečí nebo přes vyrovnávací retenční nádrže. Teplota důlních vod se pohybuje kolo lem 25 °C. Důlní vody je možné čerpat jak z činných dolů, tak z důlních prostor nečinných dolů, kde čerpání vod je nezbytné z jiných důvodů.

Dosavadní stav techniky

Základním principem je jímání tepla o nižší teplotě (většinou z okolních přírodních hmot nebo z druhotných energetických zdrojů) a jeho zhodnocení přivedením další pohonné energie tak, aby bylo získáno teplo o vyšší teplotě, použitelné např. pro vytápění. Existují tři varianty řešení.

Využívání tepla důlních větrů - každý hlubinný důl musí být z bezpečnostních i provozních důvodů nuceně odvětráván, čímž se odvádí prostřednictvím odsávaného vzduchu teplo uvolněné horským masivem a teplo uvolňované provozem důlních strojů a zařízení.

Využití tohoto tepelného potenciálu je z předpokládaných ekonomických důvodů možné jen u 20 provozovaných dolů, nevylučuje se však i využití dolů, u kterých těžba zanikne, ale důlní prostory budou nadále odvětrávány z jiných důvodů.

V případě aplikace tepelného čerpadla by se jednalo o systém „vzduch - voda“, resp. „vzduch vzduch“ v provedení split.

Využívání tepla důlních vod - důlní vody jsou ohřívány zejména horským masivem a jsou čerpá25 ny na povrch a vypuštěny buď přímo do vodotečí nebo přes vyrovnávací retenční nádrže. Teplota důlních vod se pohybuje kolem 25 °C. Důlní vody je možné čerpat jak z činných dolů, tak z důlních prostor nečinných dolů, kde čerpání vod je nezbytné z jiných důvodů. V případě tepelných čerpadel by se jednalo o systém „voda - voda“, resp. „voda - vzduch“.

Přímé využívání tepla horského masivu - jedná se o možnost instalace trubkových tepelných 30 jímacích systémů do důlních děl, která budou následně zaplněna vhodným tepelně vodivým materiálem, který zajistí prostup tepla z horského masivu do jímacího systému - primárního cirkulačního okruhu tepelných čerpadel s teplonosným médiem. Teplonosné médium bude transportovat teplo na povrch. Systém je aplikovatelný jak u činných dolů, tak u dolů likvidovaných a zlikvidovaných. V případě využití tepelného čerpadla půjde o systém „země - voda“, resp. „země 35 vzduch“.

V současné době jsou jednotlivé typy využívání tepla používány samostatně v různých oblastech, a to jak v průmyslu (vytápění domovních bloků či průmyslových prostor), tak i v soukromém sektoru (vytápění rodinných domků), kde hlavním kritériem je především přítomnost zdroje tepelné energie, který se iniciuje, a vytváří se na základě tohoto projekt celé realizované akce.

Jako zdroje jsou také využívána aktivní důlní díla, což může být ale leckdy nevýhodné, protože provoz takového důlního díla je podřízen především primárnímu úkolu, tedy těžbě příslušné rudy či jiné horniny a využití odpadních tekutin je až sekundární.

CZ 17392 Ul

Navržené řešení však postupuje opačným směrem, neboť využívá již uzavřených důlních děl jako zdrojů tepelné energie, a to pouze bez přímého zásahu do něj, na jeho výstupu, tedy výtoku odpadní vody.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro využití geotermální energie nucené vyčerpávané důlní tekutiny, obsahující centrální tepelné čerpadlo a bloky sekundárního okruhu, jehož podstata je v tom, že na výtlačném potrubí odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny je na začátku jeho povrchové části napojená první odbočovací armatura, která je propojená přes pomocné sekundární čerpadlo do bloku úpravy odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny, přičemž na vý10 stup tohoto bloku odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny je připojený vstup izolovaného vyrovnávacího rezervoáru, jehož výstup je napojený dále do vstupu centrálního tepelného čerpadla.

Dále je výhodné, že centrální tepelné čerpadlo je svým výstupem napojené přes druhou odbočovací armaturu na výtlačné potrubí odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny za první odbočo15 vací armaturou po směru výtoku odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny.

Dále je výhodné, že vyrovnávací rezervoár je opatřený snímacím a kontrolním zařízením regulace konstantního přítoku odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny, přičemž sekundární čerpadlo je opatřené ovládacím zařízením pro armatury.

Výhodou navrhovaného řešení je, že využívá tepelnou energii u výtoku důlní tekutiny již uzavře20 ného důlního díla a její energie, která jinak není využita a je jako odpad odváděna do nejbližšího vodního toku, aniž je zasahováno přímo do stavby uzavřeného důlního díla, které musí být stejně odvodněno. Vzhledem k tomu, že navrhované zařízení pracuje zcela nezávisle na výstupu důlní tekutiny, je výhodou, že není problém s jeho odstávkou při jeho údržbě či poruše.

Přehled obrázku

Na přiloženém výkrese na obr. 1 je znázorněn příklad provedení dle technického řešení.

Příklad provedení technického řešení

Zařízení pro využití geotermální energie nucené vyčerpávané důlní tekutiny obsahuje centrální tepelné čerpadlo a bloky sekundárního okruhu, přičemž na výtlačném potrubí 5 odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny je na začátku jeho povrchové části napojena první odbočovací arma30 tura i, která je propojena přes pomocné sekundární čerpadlo 9 do bloku 3 úpravy odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny, přičemž na výstup tohoto bloku 3 odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny je připojen vstup izolovaného vyrovnávacího rezervoáru 4, jehož výstup je napojený dále do vstupu centrálního tepelného čerpadla 7.

Dále centrální tepelné čerpadlo 7 je svým výstupem napojeno přes druhou odbočovací armaturu

6 na výtlačné potrubí 5 odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny za první odbočovací armaturou £ po směru výtoku odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny.

Dále vyrovnávací rezervoár 4 je opatřen snímacím a kontrolním zařízením 2 regulace konstantního přítoku odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny, přičemž sekundární čerpadlo 9 je opatřeno ovládacím zařízením pro armatury £, 6.

Činnost navrženého zařízení je následující: nucené vyčerpávaná tekutina je z výtlačného potrubí 5 důlního díla odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny vedena přes první odbočovací armaturu £ činností pomocného sekundárního čerpadla 9 do bloku 3 úpravy odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny, kde je kvalitativně upravena filtrací, odsolováním, apod., dále je vedena na vstup izolovaného vyrovnávacího rezervoáru 4, kde se vytváří konstantní průtok tekutiny o urči45 tých parametrech, načež je vedena tato tekutina do obvodů centrálního tepelného čerpadla 7 a

-2CZ 17392 Ul následného sekundárního obvodu 8, kde je „odebrána“ tepelná energie, načež je tato tekutina odvedena přes druhou odbočovací armaturu 6 nazpátek do výtlačného potrubí 5 odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny. Snímací a kontrolní zařízení 2 regulace konstantního přítoku přitom reguluje na základě naměřených parametrů protékané tekutiny a zadaného programu ovládání průtoku oběma odbočovacími armaturami 1, 6.

Důlní vody jsou ohřívány zejména horským masivem a jsou čerpány na povrch a vypuštěny buď přímo do vodotečí nebo přes vyrovnávací retenční nádrže. Teplota důlních vod se pohybuje kolem 25 °C. Důlní vody je možné čerpat jak z činných dolů, tak z důlních prostor nečinných dolů, kde čerpání vod je nezbytné z jiných důvodů. Využití bude možné prakticky na každém svislém ío důlním díle ústícím na povrch, na které navazují alespoň vodorovná otvírková díla, případně i na šikmém (vodorovném) díle ústícím na povrch (štola).

Podmínkou využití je potřeba generovaného tepla v samotném areálu povrchu dolu, případně i po jeho revitalizaci na průmyslovou zónu po ukončení těžební činnosti, nebo v jeho blízkém okolí.

Současný trend je takový, že po vytěžení zásob daného nerostu se zlikvidují svislá důlní díla a 15 povrchový areál bývalého dolu se transformuje na průmyslovou zónu, která by mohla být zásobována geotermální energií prostřednictvím tepelných čerpadel.

Území České republiky je poměrně chudé na možnosti využívání geotermálních zdrojů tepelné energie, zejména ve východní části republiky. Jednou z oblastí, kde se daří využívat tepla země je používání tepelných čerpadel typu „země - voda“.

Jistý potenciál ve využívání geotermální energie vytvářejí podzemní prostory hlubinných dolů provozovaných v ČR, jedná se o černouhelné doly v Ostravsko-karvinském revíru, kterých je největší počet, dále rudné doly - uranové doly v oblasti Dolní Rožínky, lignitový důl v Mikulčicích a hnědouhelný důl Centrum patřící Mostecké uhelné společnosti a několik dalších důlních jam, které již neslouží k těžbě.

Předpokládaný energetický potenciál vychází z takzvaného „geotermálního stupně“, který udává o kolik metrů, měřeno svisle, stoupá teplota zemského masivu o 1 °C. Například v Ostravskokarvinském revíru tento geotermální stupeň je přibližně 30 m. V praxi to znamená, že přibližně každých 100 m hloubky stoupá teplota zemského masivu o 3 °C. Při přibližné hloubce jam kolem 1000 m roste teplota hornin o 30 °C. Tato skutečnost vytváří dostatečný potenciál k teoretickým i praktickým úvahám o využití této energie.

Claims (3)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení pro využití geotermální energie nucené vyčerpávané důlní tekutiny obsahující centrální tepelné čerpadlo a bloky sekundárního okruhu, vyznačující se tím, že na výtlačném potrubí (5) odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny je na začátku jeho povrchové

35 části napojená první odbočovací armatura (1), která je propojená přes pomocné sekundární čerpadlo (9) do bloku (3) úpravy odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny, přičemž na výstup tohoto bloku (3) úpravy odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny je připojený vstup izolovaného vyrovnávacího rezervoáru (4), jehož výstup je napojený dále do vstupu centrálního tepelného čerpadla (7).

40

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že centrální tepelné čerpadlo (7) je svým výstupem napojené přes druhou odbočovací armaturu (6) na výtlačné potrubí (5) odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny za první odbočovací armaturou (1) po směru výtoku odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny.

- j CZ 17392 Ul

3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyrovnávací rezervoár (4) je opatřený snímacím a kontrolním zařízením (2) regulace konstantního přítoku odpadní nucené vyčerpávané důlní tekutiny, přičemž sekundární čerpadlo (9) je opatřené ovládacím zařízením pro armatury (1,6).