HUT57888A - Method for utilizing geothermic energy respectively yielding mineral materiqls - Google Patents
Method for utilizing geothermic energy respectively yielding mineral materiqls Download PDFInfo
- Publication number
- HUT57888A HUT57888A HU907328A HU732890A HUT57888A HU T57888 A HUT57888 A HU T57888A HU 907328 A HU907328 A HU 907328A HU 732890 A HU732890 A HU 732890A HU T57888 A HUT57888 A HU T57888A
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- water
- energy
- rock
- geothermal energy
- geothermal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 title claims description 12
- 239000011707 mineral Substances 0.000 title claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 90
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 2
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 claims description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 claims 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 2
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 3
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 2
- 235000010205 Cola acuminata Nutrition 0.000 description 2
- 244000228088 Cola acuminata Species 0.000 description 2
- 235000015438 Cola nitida Nutrition 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 235000016936 Dendrocalamus strictus Nutrition 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 208000013201 Stress fracture Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000008642 heat stress Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
- E21B43/17—Interconnecting two or more wells by fracturing or otherwise attacking the formation
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well
- E21B43/40—Separation associated with re-injection of separated materials
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
- Heat Sensitive Colour Forming Recording (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Nitrogen And Oxygen As The Only Ring Hetero Atoms (AREA)
- Coloring Foods And Improving Nutritive Qualities (AREA)
- Seasonings (AREA)
- Steroid Compounds (AREA)
- Disintegrating Or Milling (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
A találmány tárgya eljárás geotermikus energia hasznosítására, illetve ásványi anyagok kinyerésére.
A hatvanas években a Los Alamos Láb. munkatársai (New Mexico, USA) az ún. forró szárazsziklás eljárást (hot-dry-rock eljárás) fejlesztették ki, amelynek értelmében a föld mélyében forró száraz kristályos kőzetet használnak föl geotermikus energia kinyerésére. Az eljárás lényege, hogy a száraz és forró kőzetbe, amelybe a felszínről természetes úton víz nem juthat be, illetve amelynek közelében természetes vízforrás nincs, egymással kapcsolódó töréseket hoznak létre és így a geotermikus energiát azokon a helyeken is jól hasznosítani lehet, ahol geotermikus anomália figyelhető meg. Itt a forró gőz előállítását nem tűzik ki célul, mint az ismert vízbetáplálásos geotermikus eljárásoknál.
A forró szárazsziklás eljárás a mintegy 30 éve a kőolajiparban már ismeretes ún. hydro-frac eljárásra támaszkodik, amelynek célja a kimerülőben levő földgáz- és kőolajforrások hozamának javítása. A forró szárazsziklás eljárás lényege, hogy a kőzet felhasadásának mélységéig mélyített fúrólyuk talpánál a fúrólyuk felülről való lezárása után nagy víznyomást hoznak létre és így a kőzetet szinte felrobbantják. A víznyomást nagyobbra kell választani, mint a feltárandó kőzetben uralkodó nyíróerőket, hogy a kőzet megrepedezzen és benne nagy térfogatú rések keletkezzenek.
Az eljárást a Los Alamos közelében fekvő Fenton Hill mellett 3000 méteres mélységű fúrólyuk mélyítésével ellenőrizték. Egy másik próbálkozásban 4000 m mélységet értek el, a kezdeti rövid idejű siker után azonban problémák léptek fel, mivel a fúrólyuk alsó részében a nyomást létrehozó berendezés a nagy víznyomás miatt tönkrement. Mivel a kőzetben uralkodó nyíróerők az emelkedő felszíni nyomással növekednek, a szárazsziklás eljárás határát ott kell látni, ahol a kőzetben jelentkező nyíróerők már nagyobbak, mint azok a víznyomások, amelyeket a szokásos technológiával létrehozott és lezárható fúrólyukakban biztosítani lehet. A fúrólyukakban végzett mérések és a szeizmikus kutatások alapján az a következtetés tűnik megalapozottnak, hogy a kőzetben uralkodó nyíróerők a felszíni nyomás növekedése mellett nem minden esetben lineáris módon emelkednek. Vannak olyan rétegek, amelyeknél a nyíróerők emelkedése a lineáristól jelentős módon eltér: adott esetben 3000 m mélységben már a 2000 bar (200 MPa) értéket is eléri. Ezek a változó helyeken fellépő és előre nem látható növekedések jelentős mértékben korlátozzák a forró szárazsziklás eljárás alkalmazhatóságát. A legutóbbi geológiai kutatások és szeizmikus vizsgálatok, továbbá a Szóvjetúnióban a Kola-félszegeten az utóbbi 17 év alatt mintegy 13600 m-re mélyített fúrólyuk vizsgálatával kapott eredmények azt mutatják, hogy a kontinentális talapzaton egyes olyan rétegektől eltekintve, amelyeknél a nyíróerők átmenetileg nagy ütemű növekedést mutatnak, a kőzetben uralkodó nyíróerők 13 km mélységig a felszíni nyomással lineárisan növekednek, majd mintegy 30 km mélységig a felszíni nyomás növekedéséhez képest jelentős mértékben csökkennek. Ezt azzal magyarázhatjuk, hogy a kristályos kőzetekből az ezekben a mélységekben uralkodó hőmérsékleti és nyomásviszonyok következtében a kristályvíz eltávozik, ennek megfelelően természetes módon mikrotörések létrejöttéhez vezető folyamat (micro-frac) játszódik le, aminek eredményeként az előzőleg kompakt, tömör anyagú kőzet finom résekkel tagolttá válik, mechanikai szilárdsága jelentősen lecsökken, vagyis a nyírőerők ugrásszerűen csökkennek.
A kontinentális talapzatnak ezt a finom résekkel töredezett kőzetrétegét, ahol tehát a nyíróerők kis nagyságúak, a szakirodalom a gyengüléses zóna (zone of weakness) kifejezéssel jelöli, felső részén mintegy 500 °C hőmérséklet uralkodik. Ez az érték mintegy 30 km körüli mélységeknél a tudományos megállapítások szerint legalább 1000 °C-ra emelkedik.
A találmány feladata a tudományos felismerés hasznosításával olyan eljárás kidolgozása, amellyel nagy hatásfokkal lehet a geotermikus energiát hasznosítani és adott esetben az említett zónában levő ásványi anyagok legalább egy részét kinyerni. Ez az eljárás a Föld minden pontján hasznosítható.
A kitűzött feladat megoldásaként eljárást dolgoztunk ki, amellyel a geotermikus energia a gyengüléses zóna bevonásával hasznosíthatóvá válik. Az eljárás lényege, hogy a kontinentális litoszféra 13-30 km-es mélységű, a kőzetekben ható nyíróerőknek a borító rétegek nyomásához viszonyítva gyorsan csökkenő értékét mutató gyengüléses zónájában hidrosztatikus nyomás felhasználásával az ebbe a mélységtartományba mélyített és nyomásállóan borított fúrólyukban vízoszlopot létesítünk, adott esetben a még hiányzó maradéknyomást nyomás alatt álló víznek a hidegvizes nyomóaknaként működő fúrólyuk felületénél történő beszivattyúzásával biztosítjuk, a csökkentett nyíróerővel jellemzett forró kőzetben felmelegítési zónát hozunk létre, a beszivattyúzott vizet felmelegítjük és a fúrólyuktól elválasztottan létrehozott legalább egy, szállítóaknaként működő fúrólyukon át a t 4
- 5 a kőzeten áthaladott vizet felszínre hozzuk, majd a benne felhalmozott hőenergiát hasznosítjuk és/vagy a benne levő ásványi anyagokat kinyerjük.
A találmány szerinti eljárás egy előnyös megvalósítása során a legalább egy szállítóakna felső végét nyomásálló módon a hidegvizes nyomóakna felső végével összekötjük, így zárt geotermikus vízkörforgást hozunk létre, amelynél a geotermikus energiával felmelegített vízből a hőenergiát hőcserélővel kinyerjük, majd zárt csatornán keresztül, a környezettel való kapcsolat kizárása mellett a vizet tartályba vezetjük.
Ugyancsak előnyös a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítása, amelynél a geotermikus energiával felmelegített vizet elektromos teret létrehozó pólusok között vezetjük át és így az ásványi anyagok lerakódását és ezzel kinyerésüket elősegítjük, vagy ellenkezőleg, azt megelőzzük.
A találmány szerinti eljárásnak egy további előnyös megvalósításában a geotermikus energia hasznosítására létrehozott tartályt a kinyert geotermikus energiához képest kis energiát felvevő szivattyúval tartjuk nyitva, ahol előnyösen a tartályt befogadó kőzetben a folyamatos energiafelvétel miatt bekövetkező termikus stresszhatás felhasználásával és a viszkozitást szabályozó törvények szerint a tartály mindenkori legmelegebb pontja felé áramló túlhevített víz viselkedésének kihasználásával a geotermikus energia hasznosítására létesített tartályt folyamatosan egyre mélyebb és egyre melegebb zónákba kényszerítjük, amivel a kinyerhető energia minőségét és mennyiségét növekvő üzemidő mellett növeljük.
Ugyancsak igen előnyös a találmány szerinti eljárásnak *
- 6 az a megvalósítása, amikor a víz beszivattyúzásához kiválasztott hidegvizes nyomóaknától lényegében azonos távolságra több, célszerűen körvonal mentén elrendezett szállítóaknát létesítünk, amellyel a kőzet törésvonalai mentén a víz hatására kialakuló repedésekben radiálisán a hidegvizes nyomóaknáktól áramló vizet összegyűjtjük, és azokon át a bennük uralkodó nyomáson a felszínre hozzuk.
Az energetikai alkalmazások szempontjából előnyös, ha a találmány szerinti eljárás megvalósítása során a geotermikus energiával felmelegített nagynyomású vizet a hőcserélő után expanziós turbinákba vezetjük és ennek révén áramtermelő generátorokat hajtunk meg, vagy távhőszolgáltatási rendszert táplálunk, illetve a geotermikus energiával túlhevített vízzel kitöltött szállítóaknát átmeneti tárolóként a napi energiafelhasználás csúcsainak áthidalására használjuk fel, vagy hosszabb idejű tárolással hasznosítjuk, amivel rövidebb vagy hosszabb, akár évszakonkénti fogyasztási ingadozások kiegyenlítését biztosítjuk.
Ugyancsak igen előnyös a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítása, amelynél a fúrólyukakat egyidejűleg vízzel árasztjuk el, a hideg vízből álló oszlopot az aknákban nyomás alá helyezzük és a kőzetekben kialakult törésvonalak kihasználásával a fluid részecskék kikristályosodásával járó gőz alapú fázis keletkezését megelőzzük, valamint a geotermikus energiával víznek a túlhevített vizes fázisba való közvetlen átalakulását biztosítjuk.
A találmány szerinti eljárás segítségével a nagy hevítési felületek nagy mélységekben történő létrehozásának mindeddig
- 7 műszakilag meg nem oldott problémájára adunk megoldási javaslatot. A nagy átmérőjű fúrólyukak nagy mélységbe történő mélyítésének olvasztásos eljárását például a DE-C2 25,54,101 NSZK szabadalmi leírás, valamint a DE88/00013 alapszámú PCT (nemzetközi) bejelentés mutatja be. Ezek szerint a fúrólyukat a vízzel létrehozandó törések zónáját megelőző mintegy 2 km-es szakaszig nyomásállóan, belső borítással készítjük el és a geológiai folyamatok révén már mikrotörésekkel szabdalt forró kőzetet ebben a zónában hidegvízből álló oszlop nyomásával szabdaljuk tovább. A fúrólyuk átmérője - ezt a mai ismeretek szerint csak a már említett olvasztásos fúrási technikákkal lehet elérni - két szempontból is fontos szerepet játszik:
1) Törvényszerűen összefüggés alakul ki a fúrólyuk átmérője és a fúrólyuktól kiinduló, a víz behatolása következtében a forró kőzetben kialakuló repedések hossza, vagyis a repedések révén létrejövő geotermikus tartály nagysága között. A mai felismerések szerint a vízzel létrehozható repedéshossz mintegy hatszázszorosa lehet a fúrólyuk átmérőjének.
2) A fúrólyuk átmérője az kőzetrétegen átereszthető vízmennyiség alapvető korlátja, hiszen keresztmetszetét átmérője határozza meg. Ezért az átmérő abból a szempontból is fontos lehet, hogy a fúrólyuk olyan napi kondenzátorként működhet, amelynek segítségével az időszakosan változó csúcsigények kiegyeniíthetőek.
A találmány szerinti eljárás megvalósítása során az ismert forró szárazsziklás eljárást, amelynek a találmány elnevezése céljából a forró gyengített sziklás eljárásnak nevezhetünk, úgy valósítjuk meg, hogy először az ismert, például a már ·««« · * » · « · · ·« · · • * * « ♦ * * . , * említett DE-C2 25,54,101 számú NSZK szabadalmi leírásban vagy a DE88/00013 számú nemzetközi bejelentésben bemutatott módon, tehát adott esetben olvasztásos módszerrel fúrólyukat készítünk, amelyet hidegvizes aknaként hasznosítunk. Ez a fúrólyuk a szükséges 13 - 15 km mélységet érheti el, vagyis a gyengülés! zónába ér és átmérője célszerűen mintegy 2 m. Az elkészült hidegvizes akna környezetében, ahhoz képest egy adott átmérőjű kör kerülete mentén néhány további mintegy 1 m átmérőjű fúrólyukakat mélyítünk, amelyek szállítóaknaként szolgálnak és nyílásuk célszerűen mintegy 100 m távolságra helyezkednek el a hidegvizes aknától. A szállítóaknákat célszerűen kissé ferdén mélyítjük, hogy talppontjuk oldalirányban nagyjából 1000 m távolságra legyen a hidegvizes aknától, vagyis a mélyben megfelelően nagy fűtőfelület jöhessen létre. Az ilyen 15 km mélységig mintegy 1000 m-re a függőlegestől eltérő fúrólyuk létrehozása nem okozhat különösen nagy gondot, hiszen a forgófejes technikával a Kola-félszigeten mélyített fúrólyuknál - itt a vezérlés lehetőségei meglehetősen korlátozottak voltak és a törekvés a függőlegestől való minimális eltérés volt - a geológiai feltételek miatt mintegy 840 m-es elhajlás biztosítására volt szükség. A behatoló víz következtében, mint említettük, a fúrólyuk átmérőjének mintegy hatszázszorosát kitevő szélességű töréses zóna alakul ki, ezért ezekkel az aknákkal a kívánt terület átfogható. A fúrólyukakat mintegy 13 km mélységig, tehát talppontjuk előtt mintegy 2 km távolságig nagy nyomás ellen védelmet biztosító acélcsővel béleljük, amit a fúrótechnikából jól ismert megoldásokkal lehet biztosítani. A kibélelt fúrólyukakat legalábbis felső részükön, mélységük feléig hőszigeteléssel látjuk el. A talppont fölött mintegy 2 km-es hosszon bélés nélkül maradó fúrólyuktartományt hasznosítjuk a nagy hevítési felületek létrehozására. A felszínen a szállítóaknák nyílásánál hőcserélő berendezést helyezünk el, amelynek kimenete a központi hidegvizes aknára csatlakozhat. A hőcserélő berendezés felépítése olyan, hogy először a mintegy 300 °C hőmérsékletet meghaladó túlhevített geotermikus vízből származó gőzt ipari folyamatokra hasznosítjuk, ezt követően segítségével vele áramot fejlesztünk, ami a rendelkezésre álló energia kisebb részét jelenti, ugyanis alapvetően az eljárás a hőszolgáltatás biztosítására szolgálhat. Ennek megfelelően központi fűtéses rendszerek, ipari üzemek és mezőgazdasági létesítmények melegvízzel való ellátására alkalmas.
Az eljárás megvalósítása során először a hőcserélő berendezés szelepeit lezárjuk, egyidejűleg minden aknát külön vezetéken át hideg vízzel árasztunk el. A fúrólyuk talppontjának környezetében a kőzetek olyan nyíróerővel jellemezhetők, amelyek a természetes mikrotörések jelenléte miatt erősen lecsökkent nagyságúak, így a központi fúrólyukban létesített hidegvizes oszlop hidrosztatikus nyomása elegendő ahhoz, hogy a víz a fúrólyuk környezetében a kőzetek kellő mértékű felhasadását előidézze. Ennek megfelelően a felhasításhoz és a nagy hevítő felületek létrehozásához, valamint a későbbiekben ez utóbbiak fenntartásához viszonylag kis nyomóerők is elegendőek. A hidrosztatikus felhasítás nagyjából 150 - 170 MPa nyomást igényel, amit 15 km mélységű vízoszlop biztosít és ehhez elegendő, ha egy ilyen magasságú hidegvízoszlopot hozunk létre, ami egyebek között 20 MPa nyomás generálására alkalmas szivattyú segítségé··
-10vel lehetséges. A hidegvizes oszlopot olyan hosszú ideig tartjuk fenn, hogy a mélyben a kívánt nagyságú tartályzóna képződjék és a törések a mélységben az egyes aknák között a kapcsolatot létrehozzák. Ezután a központi hidegvizes akna kivételével mindenütt a hidegvíz bevezetését leállítjuk, a szelepeket a hőcserélő berendezések irányába utat engedő állásba hozzuk. Mivel a központi akna hidegvízellátását fenntartjuk, a behatoló víz a szállítóaknában levő túlhevített, a geotermikus energiát hordozó víz a létrejött törésekben jelen levő hidegebb vizet a hőcserélő berendezéseken keresztül a központi akna szállító szivattyúihoz kényszeríti, így az energia hasznosítása megkezdődik, miközben a szállítóaknában levő hideg víz a szükséges energiaszintet folyamatosan felveszi, anélkül, hogy a túlhevített geotermikus víz gőz fázisba menne át, ami a szállítóakna rétegeinél feltétlenül bekövetkezne. A geotermikus víz túlhevített állapotában megfelelő elektromos tér generálásával lehet elérni, hogy az ionos leválások ne következzenek be, például az aggregátorban, amelyek feladata a Föld mélyéből az értékes gázok és ásványok, például nemesfémek fluid állapotban történő eltávolítása. A mélyből nyert, ásványokkal erősen szennyezett geotermikus fluidumot egyrészt energiatermelésre, másrészt pedig a benne levő ásványi anyagok kitermelésével lehet hasznosítani. Ennek megfelelően a találmány szerinti eljárás komplex módon biztosítja az energia termelését és hasznos ásványok kinyerését.
A találmány szerinti eljárás megvalósítása során fúrólyukban levő hidrosztatikus vízoszlopot hasznosítunk. Ezzel az ismert forró szárazsziklás eljárás hatóköre kiterjeszthető, a ·· ·· *»·· *· ·* • 99 « < ♦ ♦ • · ·»» ♦ * • ·♦»··* « ♦· »4 ** 4« H vele elérhető előnyök bővíthetők és az ott ismerteknél jóval nagyobb nyomások is hasznosíthatók, ha a fúrólyukat megfelelő acélból készült béléssel látjuk el. Az új eljárás lehetőséget teremt geotermikus energia termelésére és érckinyerésre szolgáló zárt körfolyamatok megvalósítására, aminek révén a légkörbe, illetve a környezetbe semmiféle káros hulladékanyag nem jut, amikoris a forró vizet tartalmazó aknát vagy aknákat hőcserélőn át a hidegvizes aknával összekötjük, amihez zárt nyomóvezetéket létesítünk. így a geotermikus energia segítségével felmelegített vizet a hőenergia elvétele után a hidegvizes aknába viszszavezetjük és a kivett víz pótlására megfelelő kiegészítő nyomás alatt hasznosítjuk. így a már egyszer megnyitott tartály növeléséhez vagy fenntartásához szükséges repedéseket folyamatosan generáljuk. Az említett módon a környezetre veszélytelen eljárás alakul ki, ez a geotermikus energia hasznosításával kapcsolatos egyik komoly nehézség kikerülésére alkalmas, hiszen a felszínen káros anyagok nem jelennek meg, míg a vízzel távozó oldott anyagok a természetes geológiai folyamatokhoz hasonló módon a tartály felső részén a vízből kiválnak és lerakódnak. Igen jelentős, legalábbis környezetvédelmi meggondolásokból az a jellemzője a találmánynak, hogy szekunder energialeadó körök hozhatók létre hűtőtornyok nélkül, tehát a javasolt eljárás segítségével a hulladékhő környezetet melegítő hatása kizárható. Ezt a megfelelő számú fogyasztók beiktatásával lehet elérni. Ezzel a megoldással a geotermikus energia kihasználásával felmelegített nagy mennyiségű viszonylag alacsony hőmérsékletű víz energiatartalma is hasznosítható, amely általában a nagy hagyományos működtetésű, illetve nukleáris erőműveknél a szabad* · · » · · ··· ♦ · • V «···»* ···« »· 9» »·
- 12 bán hűl le. Az ily módon hasznosított vízben még mindig maradó energiát növényházakban és általában a mezőgazdaságban lehet hasznosítani, vagyis belőle élelmiszer termeléséhez szükséges energia nyerhető.
A fentiekben vázolt eljárással működtetett geotermikus energiatartály nagy rugalmasságú rendszer kialakítását teszi lehetővé, a túlhevített víz tartós tárolására szolgál, különösen hasznos akkor, ha a központi hidegvizes akna környezetében több kerületi visszatérő akna van kialakítva. A túlhevített vízzel telített aknák tehát fogyasztási csúcsok áthidalására alkalmas akkumulátorként hasznosíthatók, puffereket alkotnak, így a csúcsfogyasztások idején rendkívül nagy szolgálatot tehetnek az igények kielégítésében. Maga az elrendezés hosszú ideig alkalmas pufferüzemre, vagyis kiegészítő berendezések nélkül hosszabb időszakokban ugyancsak képes az energiaigények változásainak követésére.
A fentiekben vázolt eljárás számos előnyt mutat. Ezek közül a következőket emeljük ki:
1) A földkéreg melege által biztosított energia a környezet szempontjából rendkívül előnyös, mivel az folyamatosan újratermelődik. Ez nemcsak a kedvező geotermikus feltételekkel jellemzett ritka helyeken igaz, mint a száraz forrósziklás eljárásnál, hanem lényegében a földfelszín alatt mindenütt.
2) Energiatermelésre alkalmas minőségű rendkívül magas hőmérsékletű gőz olyan fajlagos mennyiségben termelhető, amit az ismert tüzeléses és nukleáris erőművek nem képesek biztosítani .
3) Mivel a furatokat belső bélés borítja, továbbá a kia- lakuló tartályzóna felett több kilométer vastagságú szilárd sziklaborítás van, ezért a lezárt tartályok tartalmának a felszínre való kitörése csak rendkívül kis valószínűséggel következhet be.
4) A Föld mélyében megvalósított folyamat energetikai hatékonysága idővel növekszik, ahogy a geotermikus energiatartály a találmány szerinti eljárás megvalósítása révén kifejlődik. Ezt a fantasztikus eredményt két tényező hozza létre: az első az, hogy a viszkozitás törvényeinek megfelelően a túlhevített víz mindenkor a melegebb pont felé áramlik. Ezért az egyszer már létrehozott geotermikus hőenergiát felhalmozó tartály folyamatosan a mélyebb, még nagyobb hőmérsékletű zónák felé bővül. A második tényező az, hogy a hőtartály létrejötte miatt kialakuló hűtő effektusok eredményeként kialakuló hőstresszek miatt az energiafelszabadulás állandó értékű.
Claims (10)
- SZABADALMI IGÉNYPONTOK1. Eljárás geotermikus energia hasznosítására, illetve ásványi anyagok kinyerésére, azzal jellemezve, hogy a kontinentális litoszféra 13 - 30 km-es mélységű, a kőzetekben ható nyíróerőknek a borító rétegek nyomásához viszonyítva gyorsan csökkenő értékét mutató gyengüléses zónájában hidrosztatikus nyomás felhasználásával az ebbe a mélységtartományba mélyített és nyomásállóan borított fúrólyukban vízoszlopot létesítünk, adott esetben a még hiányzó maradéknyomást nyomás alatt álló víznek a hidegvizes nyomóaknaként működő fúrólyuk felületénél történő beszivattyúzásával biztosítjuk, a csökkentett nyíróerővel jellemzett forró kőzetben felmelegítési zónát hozunk létre, a beszivattyúzott vizet felmelegítjük és a fúrólyuktól elválasztottan létrehozott legalább egy, szállítóaknaként működő fúrólyukon át a kőzeten áthaladott vizet felszínre hozzuk, majd a benne felhalmozott hőenergiát hasznosítjuk és/vagy a benne levő ásványi anyagokat kinyerjük.
- 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a legalább egy szállítóakna felső végét nyomásálló módon a hidegvizes nyomóakna felső végével összekötjük, így zárt geotermikus vízkörforgást hozunk létre, amelynél a geotermikus energiával felmelegített vízből a hőenergiát hőcserélővel kinyerjük, majd zárt csatornán keresztül, a környezettel való kapcsolat kizárása mellett a vizet tartályba vezetjük.
- 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a geotermikus energiával felmelegített vizet • fc · · · · · · • · · ··· · · • · *····· ···· ···· ·· ·· ·· elektromos teret létrehozó pólusok között vezetjük át és így az ásványi anyagok lerakódását megelőzzük.
- 4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a geotermikus energiával felmelegített vizet elektromos teret létrehozó pólusok között vezetjük át és így az ásványi anyagokat a vízből leválasztjuk, azokat kinyerjük.
- 5. Az 1. — 4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a geotermikus energia hasznosítására létrehozott tartályt a kinyert geotermikus energiához képest kis energiát felvevő szivattyúval tartjuk nyitva.
- 6. Az 1. — 5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tartályt befogadó kőzetben a folyamatos energiafelvétel miatt bekövetkező termikus stresszhatás felhasználásával és a viszkozitást szabályozó törvények szerint a tartály mindenkori legmelegebb pontja felé áramló túlhevített víz viselkedésének kihasználásával a geotermikus energia hasznosítására létesített tartályt folyamatosan egyre mélyebb és egyre melegebb zónákba kényszerítjük, amivel a kinyerhető energia minőségét és mennyiségét növekvő üzemidő mellett növeljük.
- 7. Az 1. — 6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a víz beszivattyúzásához kiválasztott hidegvizes nyomóaknától lényegében azonos távolságra több, célszerűen körvonal mentén elrendezett szállítóaknát létesítünk, amellyel a kőzet törésvonalai mentén a víz hatására kialakuló repedésekben radiálisán a hidegvizes nyomóaknáktól áramló vizet összegyűjtjük, és azokon át a bennük uralkodó nyomáson a felszínre hozzuk.
- 8. Az 1.-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, • · · ·- 16 azzal jellemezve, hogy a geotermikus energiával felmelegített nagynyomású vizet a hőcserélő után expanziós turbinákba vezetjük és ennek révén áramtermelő generátorokat hajtunk meg, vagy távhőszolgáltatási rendszert táplálunk.
- 9. Az 1.-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fúrólyukakat egyidejűleg vízzel árasztjuk el, a hideg vízből álló oszlopot az aknákban nyomás alá helyezzük és a kőzetekben kialakult törésvonalak kihasználásával a fluid részecskék kikristályosodásával járó gőz alapú fázis keletkezését megelőzzük, valamint a geotermikus energiával víznek a túlhevített vizes fázisba való közvetlen átalakulását biztosítjuk.
- 10. Az 1. — 9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a geotermikus energiával túlhevített vízzel kitöltött szállítóaknát átmeneti tárolóként a napi felhasználás csúcsainak áthidalására használjuk fel, vagy hosszabb idejű tárolással hasznosítjuk, amivel rövidebb vagy hosszabb, akár évszakonkénti fogyasztási ingadozások kiegyenlítését biztosítjuk.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3930232A DE3930232A1 (de) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | Hot-weak-rock verfahren zur allgemeinen erdwaermenutzung in der 'zone of weakness' (in tiefen von 13 - 30 km) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
HU907328D0 HU907328D0 (en) | 1991-08-28 |
HUT57888A true HUT57888A (en) | 1991-12-30 |
Family
ID=6389134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
HU907328A HUT57888A (en) | 1989-09-11 | 1990-08-10 | Method for utilizing geothermic energy respectively yielding mineral materiqls |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5253926A (hu) |
EP (1) | EP0444170B1 (hu) |
KR (1) | KR0155345B1 (hu) |
AT (1) | ATE139329T1 (hu) |
AU (1) | AU648749B2 (hu) |
BR (1) | BR9006904A (hu) |
CA (1) | CA2041637A1 (hu) |
DE (2) | DE3930232A1 (hu) |
HU (1) | HUT57888A (hu) |
NO (1) | NO179055C (hu) |
OA (1) | OA09496A (hu) |
RU (1) | RU2068530C1 (hu) |
WO (1) | WO1991003690A1 (hu) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NO305622B2 (no) * | 1996-11-22 | 2012-04-02 | Per H Moe | Anordning for utnyttelse av naturvarme |
CN1071836C (zh) * | 1998-11-25 | 2001-09-26 | 王素英 | 利用石油开采井开采地热的方法 |
DE102006021330A1 (de) * | 2006-05-16 | 2007-11-22 | Werner Foppe | Verfahren und Vorrichtung zur optimalen Nutzung von Kohlenstoff-Ressourcen wie Ölfelder, Ölschiefer, Ölsande, Kohle und CO2 durch Einsatz von SC(super-critical)-GeoSteam |
EP2649311B1 (en) | 2010-12-10 | 2018-04-18 | Schwarck Structure, LLC | Passive heat extraction and power generation |
RU2552240C2 (ru) * | 2013-07-12 | 2015-06-10 | Василий Иванович Сотников | Способ строительства подземных испарительных систем в высокотемпературных слоях земной породы для тепловых электростанций |
WO2019229517A1 (ru) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | Ishankuliyev Rejepmurad | Шахтное геотермальное устройство |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2554101C2 (de) * | 1975-12-02 | 1986-01-23 | Werner 5130 Geilenkirchen Foppe | Schmelzbohrgerät |
DE2631552A1 (de) * | 1976-07-14 | 1978-01-19 | Barth Kg Gottfried | Methode zur erdwaermenutzung fuer den betrieb von gebaeudeheizung und warmwasserversorgungsanlagen |
US4137719A (en) * | 1977-03-17 | 1979-02-06 | Rex Robert W | Method for energy extraction from hot dry rock systems |
FR2470240A1 (fr) * | 1979-01-12 | 1981-05-29 | Hdr Energy Dev Corp | Procede pour la production par fracturation d'un reservoir geothermique |
DE2944731A1 (de) * | 1979-11-06 | 1981-05-14 | Helmut 1000 Berlin Karl | Tiefstbohrmaschine |
IL63602A (en) * | 1981-08-18 | 1984-06-29 | Tuval Miron | Subterranean generation of heat as a source of energy |
JPH01500327A (ja) * | 1986-06-27 | 1989-02-09 | ヴァイク,ハインツ ヘルマン | 腕時計およびロゼット形腕飾りに対する飾りバンド |
DE3627680A1 (de) * | 1986-08-14 | 1988-02-18 | Franz Johann Stellet | Verfahren zur gewinnung von erdwaerme |
DE3701676A1 (de) * | 1987-01-22 | 1988-08-04 | Werner Foppe | Profil-schmelzbohr-verfahren |
DE3801933A1 (de) * | 1988-01-23 | 1989-08-03 | Georg Knochel | Verfahren zur aufnahme von erdwaerme durch stroemendes wasser |
JP2633962B2 (ja) * | 1989-08-23 | 1997-07-23 | 株式会社日立製作所 | 鉱内冷却用動力回収システム |
-
1989
- 1989-09-11 DE DE3930232A patent/DE3930232A1/de not_active Withdrawn
-
1990
- 1990-08-10 HU HU907328A patent/HUT57888A/hu unknown
- 1990-09-10 CA CA002041637A patent/CA2041637A1/en not_active Abandoned
- 1990-09-10 RU SU904895325A patent/RU2068530C1/ru active
- 1990-09-10 EP EP90912767A patent/EP0444170B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1990-09-10 US US07/721,635 patent/US5253926A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-10 AU AU62857/90A patent/AU648749B2/en not_active Ceased
- 1990-09-10 AT AT90912767T patent/ATE139329T1/de not_active IP Right Cessation
- 1990-09-10 BR BR909006904A patent/BR9006904A/pt unknown
- 1990-09-10 WO PCT/CH1990/000212 patent/WO1991003690A1/de active IP Right Grant
- 1990-09-10 DE DE59010377T patent/DE59010377D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-10 KR KR1019910700475A patent/KR0155345B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1991
- 1991-04-30 OA OA59995A patent/OA09496A/xx unknown
- 1991-05-07 NO NO911781A patent/NO179055C/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0444170B1 (de) | 1996-06-12 |
OA09496A (fr) | 1992-11-15 |
HU907328D0 (en) | 1991-08-28 |
AU6285790A (en) | 1991-04-08 |
ATE139329T1 (de) | 1996-06-15 |
BR9006904A (pt) | 1991-10-08 |
NO911781L (no) | 1991-05-07 |
WO1991003690A1 (de) | 1991-03-21 |
NO179055C (no) | 1996-07-24 |
AU648749B2 (en) | 1994-05-05 |
CA2041637A1 (en) | 1991-03-12 |
DE3930232A1 (de) | 1991-03-14 |
EP0444170A1 (de) | 1991-09-04 |
RU2068530C1 (ru) | 1996-10-27 |
DE59010377D1 (de) | 1996-07-18 |
KR0155345B1 (ko) | 1999-02-18 |
US5253926A (en) | 1993-10-19 |
NO179055B (no) | 1996-04-15 |
KR920701764A (ko) | 1992-08-12 |
NO911781D0 (no) | 1991-05-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5515679A (en) | Geothermal heat mining and utilization | |
US4054176A (en) | Multiple-completion geothermal energy production systems | |
US3757516A (en) | Geothermal energy system | |
AU2005281335B2 (en) | Using geothermal energy for the production of power | |
US3957108A (en) | Multiple-completion geothermal energy production systems | |
US4044830A (en) | Multiple-completion geothermal energy production systems | |
US7753122B2 (en) | Method of developing and producing deep geothermal reservoirs | |
JP2021513620A (ja) | 生産性地熱井からの閉ループエネルギー生成 | |
US20230130169A1 (en) | Fracturing Hot Rock | |
US9482109B2 (en) | Compressed gas energy storage and release system | |
EA037294B1 (ru) | Текучая среда для использования в энергонесущих геологических средах | |
US20070245729A1 (en) | Directional geothermal energy system and method | |
US4132269A (en) | Generation of electricity during the injection of a dense fluid into a subterranean formation | |
US20100031653A1 (en) | Method and device for the utilization of supercritical subsurface steam in combination with supercritical thermal and hydraulic power stations | |
US4124805A (en) | Pollution-free power generating and peak power load shaving system | |
JP2011052621A (ja) | 地熱発電装置 | |
US20150330670A1 (en) | System and method for utilizing oil and gas wells for geothermal power generation | |
US4051677A (en) | Multiple-completion geothermal energy production systems | |
US4342197A (en) | Geothermal pump down-hole energy regeneration system | |
HUT57888A (en) | Method for utilizing geothermic energy respectively yielding mineral materiqls | |
US4297847A (en) | Conversion of geothermal energy from subterranean cavities | |
WO2016091969A1 (en) | System for providing energy from a geothermal source | |
US20220128269A1 (en) | Geothermal heat exchange installation and method | |
US4491367A (en) | Method for subterranean generation of heat as a source of energy | |
US20090320474A1 (en) | Heat recovery from geothermal source |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
DGB9 | Succession in title of applicant |
Owner name: COMPISA AG, CH |
|
DFC4 | Cancellation of temporary protection due to refusal |