DE19846042C1 - Extractor for geothermal energy uses underground steam turbines driven by water heated at a deeper level - Google Patents

Extractor for geothermal energy uses underground steam turbines driven by water heated at a deeper level

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Abstract

The extractor for geothermal energy uses heat from underground to heat a fluid for electricity generation. There can be steam turbines (2) positioned underground to receive heated water, which is heated at a lower level. The water or steam is fed through a pipeline (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung geothermischer Energie, bei der Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie aus der thermischen Energie einer heißen Flüssigkeit unterirdisch angeordnet sind.The invention relates to a device for using geothermal energy, in the medium to generate electrical energy from the thermal energy of a hot liquid are located underground.

Die Nutzung geothermischer Energie gewinnt mit den geringer werdenden Ölvorkommen und zunehmender Umweltbelastung durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe mehr und mehr an Bedeutung.The use of geothermal energy wins with the decreasing oil reserves and increasing environmental pollution from burning fossil fuels more and more in importance.

In der EP 017 783 A1 ist eine Vorrichtung zur Nutzung der Erdwärme und ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung beschrieben, bei dem eine Sonde mit einem säulenartig in das Erdreich hineinragenden Rohrkörper verwendet wird, dessen erdseitiges Ende verschlossen ist und in dessen Innenraum zur Bildung eines Spülmantels ein an seinem unteren Ende mit einem in den Spülmantel mündenden Überlauf versehenes Innenrohr mit einem gegenüber dem Innendurchmesser des Rohrkörpers kleineren Durchmesser angeordnet ist. Oberhalb des Bohrloches ist eine Wärmepumpe angeordnet.EP 017 783 A1 describes a device for using geothermal energy and a method for Manufacture of this device described, in which a probe with a columnar in the Soil protruding tubular body is used, the end of which is closed and in its interior to form a washing jacket with at its lower end an inner tube provided with an overflow opening into the flushing jacket with an opposite the inner diameter of the tubular body is arranged smaller diameter. Above the A heat pump is arranged in the borehole.

Auch in der WO/91/18205 und der DE 41 15 431 C2 ist eine Vorrichtung zur Nutzbarmachung von geothermischer Energie dargestellt, bei der ein Förderrohr zum Aufstieg eines darin befindlichen, von der geothermischen Energie erhitzten und ggf. in Dampfform überführten Mediums in die Erdkruste abgeteuft ist, mit einem zweiten äußeren Rohr zur Zufuhr des Mediums in die Tiefe, welches das Förderrohr umgibt, und einem Abschlußsstück, welches das äussere Rohr druckdicht gegen das umgebende Gestein abschließt, wobei das Förderrohr in seinem unteren Abschlußbereich mit dem äußeren Rohr in Verbindung steht.WO / 91/18205 and DE 41 15 431 C2 also contain a device for Utilization of geothermal energy is shown in which a conveyor pipe for ascent one in it, heated by the geothermal energy and possibly in vapor form transferred medium is sunk into the earth's crust, with a second outer tube for Supplying the medium in depth, which surrounds the delivery pipe, and a closing piece, which seals the outer pipe pressure-tight against the surrounding rock, the Conveyor tube in its lower end area is connected to the outer tube.

Neben dieser Vorgehensweise, die darin besteht, heißes Wasser aus dem Erdinnern an die Oberfläche zu fördern und dort in elektrische Energie umzusetzen und die aufgrund des hohen Förderaufwandes nur bedingt wirtschaftlich durchführbar ist, ist es aus der DE 41 31 990 A1 bekannt, am Ende eines 3.000 bis 5.000 m tiefen Schachtes, also in dem Bereich, in dem Flüssigkeiten, wie Wasser unmittelbar in die Dampfphase überführt werden können, eine oder mehrere Dampfturbinen mit über Getriebe angeschlossenen Generatoren anzuordnen. Von diesen Generatoren geht eine Stromleitung an die Erdoberfläche zurück. Die Flüssigkeit zum Betreiben der Dampfturbine wird von der Erdoberfläche nach unten geleitet und dort erhitzt. Diese Vorgehensweise ist in sofern von Nachteil, als ein Betrieb von Dampfturbinen und Generatoren in dieser Tiefe unwirtschaftlich ist.In addition to this approach, which consists of passing hot water from the inside of the earth to the To promote the surface and convert it into electrical energy and that due to the high Funding expenditure is only economically feasible to a limited extent, it is from DE 41 31 990 A1  known, at the end of a 3,000 to 5,000 m deep shaft, i.e. in the area in which Liquids, such as water, can be converted directly into the vapor phase, one or  to arrange several steam turbines with generators connected via gears. Of a power line goes back to the surface of these generators. The liquid for Operation of the steam turbine is conducted downwards from the surface of the earth and heated there. This procedure is disadvantageous in so far as an operation of steam turbines and Generators at this depth is uneconomical.

Die DE 24 01 024 A1 beschreibt ein Kraftwerksystem zur Energiegewinnung aus Erdwärme, bei dem Wasser auf dem Weg ins Erdinnere mittels Rohrleitungen energieerzeugende und druckreduzierende Wasserturbinen durchfließt und in der Tiefe durch Wärme des Erdinnern und Hinzusetzen von Energie verdampft wird, wobei Dampf durch energieerzeugende Dampfturbinen geleitet wird.DE 24 01 024 A1 describes a power plant system for generating energy from geothermal energy, with the water on the way to the interior of the earth by means of pipelines pressure-reducing water turbines flows through and at depth through the warmth of the earth's interior and adding energy is evaporated, steam being generated by energy Steam turbines is directed.

Aus der DE 29 18 001 A1 schließlich ist ein Erdwärmekraftwerk bekannt, bei dem in ca. 1300 m Erdtiefe ein Arbeitsmittel verdampft wird und dort eine Kraftmaschine mit Generator betreibt. Anschließend wird der Dampf im Erdreich bei Temperaturen von 5 bis 8°C verflüssigt und einer in 1000 m Tiefe angeordneten Kraftmaschine als Treibflüssigkeit zugeführt und anschließend wieder zum Verdampfer zurückgeleitet.Finally, from DE 29 18 001 A1 a geothermal power plant is known, in which in about 1300 A working medium is evaporated at the depth of the earth and there is a power machine with a generator operates. Then the steam is in the ground at temperatures of 5 to 8 ° C liquefied and an engine arranged at a depth of 1000 m as the driving fluid fed and then returned to the evaporator.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftlichere Vorrichtung zur Nutzung geothermischer Energie zu schaffen.The invention is therefore based on the object of a more economical device for Create use of geothermal energy.

Diese Aufgabe wird im Rahmen der Erfindung dadurch gelöst, daß die Mittel zur Erzeugung der elektrischen Energie am Grund eines Bergwerkes angeordnet sind und daß eine Leitung zur Förderung von heißer Flüssigkeit aus tiefergelegenen Bereichen, in denen eine zur Erhitzung der Flüssigkeit ausreichende Erdtemperatur herrscht, zu den Mitteln zur Erzeugung elektrischer Energie vorgesehen ist.This object is achieved in the context of the invention in that the means for generating the electrical energy are arranged at the bottom of a mine and that a line to convey hot liquid from lower areas, in which one for Heating the liquid sufficient earth temperature prevails, to the means of production electrical energy is provided.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch eine unterirdische Anordnung der Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie der Transport der heißen Flüssigkeit bis an die Erdoberfläche entfallen kann und lediglich die gewonnene elektrische Energie an die Erdoberfläche gefördert werden muß. Andererseits ist es wenig sinnvoll, die Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie bis auf eine Tiefe zu verbringen, in der die zur Erhitzung der Flüssigkeit ausreichende Erdtemperatur herrscht, da dies entsprechende Förderanlagen und Sicherheitsvorrichtungen erfordert und unwirtschaftlich ist.The invention is based on the finding that the underground arrangement of the Means for generating electrical energy to transport the hot liquid to the Earth surface can be omitted and only the electrical energy gained to the Earth surface must be promoted. On the other hand, it makes little sense to use the means for Generation of electrical energy to a depth in which to heat the  There is a sufficient earth temperature for the liquid, as this is appropriate conveyor systems and Safety devices are required and are uneconomical.

Daher wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, die Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie unterirdisch, z. B. am Grund von Bergwerken, anzuordnen, wohin sie mit bestehenden Fördermitteln (Aufzügen) transportiert werden können. Hierdurch kann eine Bohrung und Verrohrung von der Distanz zwischen dem Grund des Bergwerkes und der Erdoberfläche entfallen. Zudem liegen in dieser Tiefe noch akzeptable Arbeits- und Sicherheitsbedingungen vor, so daß der Aufbau, der Betrieb und die Wartung der Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie auch praktisch und wirtschaftlich möglich sind.Therefore, it is proposed within the scope of the invention that the means for generating electrical Energy underground, e.g. B. at the bottom of mines to arrange where they go with existing ones Funds (elevators) can be transported. This allows a hole and Piping from the distance between the bottom of the mine and the surface of the earth omitted. In addition, there are acceptable working and safety conditions at this depth before, so that the construction, operation and maintenance of the means for generating electrical Energy is also practical and economical.

Von dem Grund des Bergwerkes aus wird eine Bohrung vorgenommen, die sich bis in Tiefen erstreckt, die zur Erhitzung der jeweilig verwendeten Flüssigkeit ausreicht. Gerade bei derartigen Tiefenbohrungen ist eine Einsparung einer Bohrtiefe von ca. 1.000 m von großer Bedeutung, da mit zunehmender Bohrtiefe der Bohraufwand (Förderstrecken bei Verrohrung und Werkzeugwechsel) exponentiell ansteigt. In sofern ist es vorteilhaft, bei einer Bohrtiefe von ca. 1.000 m, d. h. auf dem Grund von bestehenden Bergwerken, erst mit der Bohrung zu beginnen. Im übrigen können auf diese Weise bestehende Bergwerke eine neue Nutzung erfahren.A hole is drilled from the bottom of the mine, which extends to depths extends, which is sufficient to heat the liquid used in each case. Especially with Such deep drilling is of great saving in a drilling depth of approximately 1,000 m  Significance, since the drilling effort (conveying sections with piping and tool change) increases exponentially. In so far, it is advantageous at a drilling depth of approx. 1,000 m, d. H. on the bottom of existing mines, only with the drilling kick off. In addition, existing mines can be used in this way Experienced.

Ausbildungen der Erfindung bestehen darin, daß die Flüssigkeit Wasser oder Tetrachlorkohlenstoff ist.Embodiments of the invention are that the liquid is water or Carbon tetrachloride is.

Wasser, insbesondere aufbereitetes Wasser, eignet sich aufgrund seiner thermischen Eigenschaften und seines günstigen Preises für eine derartige Verwendung. Allerdings kommen auch Flüssigkeiten wie Tetrachlorkohlenstoff (CCl4), das einen niedrigeren Siedepunkt als Wasser aufweist, in Frage.Water, in particular treated water, is suitable for such use due to its thermal properties and low price. However, liquids such as carbon tetrachloride (CCl 4 ), which has a lower boiling point than water, are also suitable.

Eine Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß eine Leitung zum Rückführen der Flüssigkeit in die tiefergelegenen Bereiche vorgesehen ist.An embodiment of the invention is that a line for returning the Liquid is provided in the lower areas.

Wird heißes, aufsteigendes Tiefenwasser als Flüssigkeit verwendet, stellt sich das Problem des Verbleibes der Flüssigkeit nach der Wärmenutzung. Aus diesem Grund und auch aus ökologischen Erwägungen ist es zweckmäßig, das Wasser nach Wärmenutzung zurückzuführen.The problem arises when hot, rising deep water is used as the liquid the whereabouts of the liquid after the use of heat. For this reason and also from Ecological considerations, it is appropriate to use the water after heat attributed.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf führbar ist.A further development of the invention is that the liquid in a closed Cycle is feasible.

Hierdurch werden verschiedene Probleme des offenen Kreislaufes vermieden, nämlich das Versanden, die höhere Abnutzung der Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie durch hohen Mineralgehalt des Wassers, etc. und es wird die Möglichkeit geschaffen, die Vorrichtung mit anderen Flüssigkeiten als Wasser, z. B. mit Tetrachlorkohlenstoff, zu betreiben.This avoids various open cycle problems, namely that Dispatch, the higher wear of the means for generating electrical energy by high Mineral content of water, etc. and it creates the possibility of using the device liquids other than water, e.g. B. to operate with carbon tetrachloride.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß, daß eine Leitung zum Transport der erzeugten elektrischen Energie zur Erdoberfläche vorgesehen ist. Furthermore, it is according to the invention that a line for transporting the electrical generated Energy is provided to the earth's surface.  

Alternativ hierzu könnte die gewonnene elektrische Energie unterirdisch genutzt werden, z. B. in das Netz des Bergwerkes eingespeist werden.Alternatively, the electrical energy obtained could be used underground, e.g. B. be fed into the mine network.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie in einer Tiefe von ca. 600 bis 2.000 m unter der Erdoberfläche angeordnet sind.It is within the scope of the invention that the means for generating electrical energy in one Depth of about 600 to 2,000 m below the surface of the earth.

Dies entspricht üblichen Tiefen von Bergwerken.This corresponds to the usual depths of mines.

Die Vorteile der Erfindung bestehen im wesentlichen darin, daß eine kostengünstige Möglichkeit geschaffen wird, um die Verrohrung eines Bohrloches von der Erdoberfläche bis in Tiefen, in denen eine zur Erhitzung des Wassers ausreichende Erdtemperatur herrscht, zu vermeiden. Durch die Einsparung einer Bohrtiefe, die der Tiefe bestehender Bergwerke entspricht, wird die Nutzung geothermischer Energie in wirtschaftlicher Hinsicht wesentlich interessanter. Hinzu kommt, daß bestehende Bergwerke sinnvoll genutzt werden können.The main advantages of the invention are that they are inexpensive Possibility is created to pipe a borehole from the surface of the earth at depths where the earth's temperature is sufficient to heat the water avoid. By saving a drilling depth, the depth of existing mines corresponds, the use of geothermal energy is economically essential more interesting. In addition, existing mines can be used sensibly.

Im übrigen wäre es auch möglich, von der Sohle eines bestehenden Bergwerkes aus Tiefenbohrungen einzubringen, um - statt der Nutzung geothermischer Energie - Bodenschätze (Edelsteine etc.) zu fördern, wobei ebenfalls Bohrtiefe eingespart würde.Otherwise, it would also be possible to start from the bottom of an existing mine Deep drilling to - instead of using geothermal energy - To promote mineral resources (gemstones etc.), whereby drilling depth would also be saved.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung beschrieben.The following is an embodiment of the invention with reference to a drawing described.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 1 is a sectional view of a device according to the invention.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird erfindungsgemäß unterirdisch, z. B. auf der untersten Sohle 1 eines Bergwerkes (in ca. 600 bis 2.000 m Tiefe) ein Bohrturm 2 errichtet, mit dem eine Tiefenbohrung eingebracht wird. Die Tiefenbohrung erstreckt sich bis in Tiefen, in denen eine zur Erhitzung der verwendeten Flüssigkeit ausreichende Erdtemperatur herrscht und wird mit einer zweiwandigen Verrohrung versehen, so daß in dieser Leitung 4 ein Flüssigkeitskreislauf zwischen dem untersten Punkt der Verrohrung und dem Ausgangspunkt der Tiefenbohrung möglich ist. In die Leitung 4 wird die Flüssigkeit, z. B. aufbereitetes Wasser oder Tetrachlorkohlenstoff, eingefüllt und die Leitung 4 verschlossen. Im oberen Bereich der Leitung 4 werden Mittel 3 zur Erzeugung elektrischer Energie aus heißer Flüssigkeit angeordnet, wobei dies direkt oder über Zwischenschaltung eines Wärmetauschers erfolgen kann. Die Mittel 3 zur Erzeugung elektrischer Energie können beispielsweise aus einer Dampfturbine und einem daran angeschlossenen Generator bestehen.As shown in Fig. 1, according to the invention underground, z. B. on the bottom bottom 1 of a mine (at about 600 to 2,000 m depth) a drilling rig 2 with which a deep hole is made. The deep hole extends to depths in which there is sufficient earth temperature to heat the liquid used and is provided with double-walled piping, so that in this line 4 a liquid circuit between the lowest point of the piping and the starting point of the deep hole is possible. In the line 4 , the liquid, for. B. treated water or carbon tetrachloride, and the line 4 is closed. Means 3 for generating electrical energy from hot liquid are arranged in the upper region of the line 4 , this being possible directly or via the interposition of a heat exchanger. The means 3 for generating electrical energy can consist, for example, of a steam turbine and a generator connected to it.

Von den Mitteln 3 zur Erzeugung elektrischer Energie erstreckt sich eine Stromleitung bis an die Erdoberfläche, in der die erzeugte elektrische Energie abgeführt wird.A power line extends from the means 3 for generating electrical energy to the surface of the earth, in which the generated electrical energy is dissipated.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Nutzung geothermischer Energie, bei der Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie aus der thermischen Energie einer heißen Flüssigkeit unterirdisch angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3) zur Erzeugung der elektrischen Energie am Grund (1) eines Bergwerkes angeordnet sind und daß eine Leitung (4) zur Förderung von heißer Flüssigkeit aus tiefergelegenen Bereichen, in denen eine zur Erhitzung der Flüssigkeit ausreichende Erdtemperatur herrscht, zu den Mitteln (3) zur Erzeugung elektrischer Energie vorgesehen ist. 1. Device for using geothermal energy, in which means for generating electrical energy from the thermal energy of a hot liquid are arranged underground, characterized in that the means ( 3 ) for generating electrical energy are arranged at the bottom ( 1 ) of a mine and that a line ( 4 ) for conveying hot liquid from lower-lying areas, in which there is sufficient earth temperature for heating the liquid, is provided to the means ( 3 ) for generating electrical energy. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser oder Tetrachlorkohlenstoff ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the liquid is water or carbon tetrachloride. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (4) zum Rückführen der Flüssigkeit in die tiefergelegenen Bereiche vorgesehen ist.3. Device according to claim 1, characterized in that a line ( 4 ) is provided for returning the liquid into the lower-lying areas. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf führbar ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the liquid in one closed circuit is feasible. 5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung zum Transport der erzeugten elektrischen Energie zur Erdoberfläche vorgesehen ist.5. The device according to claim 1, characterized in that a line to Transport of the generated electrical energy to the surface of the earth is provided. 6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3) zur Erzeugung elektrischer Energie in einer Tiefe von ca. 600 bis 2.000 m unter der Erdoberfläche angeordnet sind.6. The device according to claim 1, characterized in that the means ( 3 ) for generating electrical energy are arranged at a depth of about 600 to 2,000 m below the surface of the earth.
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