KR20180073198A - Apparatus and method for deep depth high temperature geothermal circulation - Google Patents
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Abstract
Description
지열 발전에 청정한 고온의 지열수를 순환 공급하기 위한 대심도 지열수 순환 장치 및 순환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a superheated geothermal water circulation device and a circulation method for circulating and supplying clean, high-temperature geothermal water to a geothermal power generation.
일반적으로, 지열은 지구가 생성될 때부터 땅속에 저장된 열과 지각을 구성하는 암석에 포함된 방사성 동위원소가 끊임없이 붕괴하여 생성되는 열이 더해져서 만들어진다. 지표로부터 지하로 들어갈수록 온도는 점점 더 올라가 중심부에선 약 7,000℃에 이르는 것으로 알려져 있어, 지구는 실로 막대한 지열에너지(geothermal energy)를 지니고 있다.Generally, geothermal heat is created by the addition of heat generated by the continuous collapse of radioactive isotopes contained in the rocks that constitute the heat and crust of the earth from the time the earth is created. As the temperature goes up from the surface to the underground, it is known to rise to about 7,000 ° C in the center, and the earth actually has enormous geothermal energy.
지열은 바람이 불지 않거나 비가 오면 가동을 멈춰야 하는 풍령, 태양광 등의 신재생 에너지원과 달리 지하로부터 안정적으로 에너지를 공급받기 때문에 일년 내내 끊임없이 에너지를 생산할 수 있다. Unlike new and renewable energy sources such as wind power and solar power, where geothermal energy does not blow up when it does not blow or rain, it can supply energy constantly from underground, so it can produce energy continuously throughout the year.
지열에너지는 수증기나 지열수의 형태로 생산된다. 종래에는 주로 지하 100m 내지 500m 내외의 저심도에서 생산되는 저온의 지열에너지를 이용함에 따라 히트펌프 등을 통해 냉난방에 활용하는 등 지열에너지의 활용범위가 제한적이었다.Geothermal energy is produced in the form of water vapor or geothermal water. Conventionally, the application range of geothermal energy such as utilization of geothermal energy of low temperature produced at low depth of about 100m to 500m underground has been limited due to use of heat pump for heating and cooling.
대심도 지열에너지의 경우 1km 이상 땅속 깊은 곳에서 발생되는 100℃ 이상의 고온의 지열수를 지열에너지로 활용함으로써, 바이너리 발전이나 지역 난방 등의 열원으로 공급할 수 있어 지열수의 활용범위가 넓다. In the case of geothermal energy, it is possible to supply geothermal energy such as binary power and district heating by using geothermal water of 100 ℃ or more, which is generated at a depth of 1km or more in the ground, so that the application range of geothermal water is wide.
이와 같이, 대심도의 지열에너지의 경우 저심도 지열에너지와 비교하여 고온의 지열수를 에너지원으로 활용할 수 있어 보다 효과적이나, 시추 기술의 개발은 물론 고온의 지열수를 생산 및 순환할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.In this way, geothermal energy of large depth can be utilized more effectively because it can utilize geothermal water of high temperature as energy source as compared with low depth geothermal energy. However, technology for drilling technology and production and circulation of high temperature geothermal water Is required.
또한, 저심도에서 생산된 저온의 지열수는 고온의 지열수와 달리 대기압 상태에서 기화(증발)되지 않고 저심도 심정을 이용하므로 펌프의 양정이 낮아 설비가 간단하고 운영이 용이하나, 고온의 지열수를 생산하기 위해서는 대심도의 심정과 대기압에서 기화되는 특성을 고려하여 설비가 구성될 필요가 있다.In addition, low-temperature geothermal water produced at low depths does not evaporate (evaporate) at atmospheric pressure, unlike high-temperature geothermal water. Because it uses low depth of field, In order to produce water, it is necessary to construct the plant considering the characteristics of vaporization at high pressure and atmospheric pressure.
대심도의 심정에서 고온의 지열수를 원활하게 공급 순환시킬 수 있도록 된 대심도 지열수 순환 장치 및 순환 방법을 제공한다.The present invention provides a circulation method and circulation method of a superheated geothermal water capable of smoothly supplying and circulating high temperature geothermal water at a great depth of mind.
또한, 대심도의 심정에서 공급되는 고온의 지열수에서 불순물을 제거하여 청정한 상태로 발전 설비에 공급할 수 있도록 된 대심도 지열수 순환 장치 및 순환 방법을 제공한다.Also provided is a super highway geothermal water circulation system and a circulation method which are capable of removing impurities from high temperature geothermal water supplied from a large depth of field and supplying them to a power generation facility in a clean state.
이를 위해 본 구현예의 순환장치는, 대심도로 형성되어 지하 저류조로부터 고온의 지열수를 생산하기 위한 적어도 하나 이상의 생산정, 사용된 지열수를 지하 저류조로 주입하기 위한 적어도 하나 이상의 주입정, 지열수의 열에너지 회수를 위한 회수설비와 상기 생산정 사이에 연결되어 지열수가 이송되는 공급배관, 상기 공급배관 상에 설치되어 지열수를 이송하기 위한 생산펌프, 상기 회수설비와 주입정 사이에 연결되어 회수설비를 거쳐 사용된 지열수를 주입정으로 배출하는 환수배관, 상기 공급배관 일측에 연결되어 불순물이 혼입된 지열수를 배출하여 회수설비로의 이송을 차단하는 지열수배출부, 상기 환수배관 일측에 연결되어 환수배관을 통해 저류조로 보충수를 공급하기 위한 보충수공급부를 포함할 수 있다.In order to achieve this, the circulation apparatus of the present embodiment includes at least one production facility for generating high-temperature geothermal water from the underground storage tank, at least one injection well for injecting the used geothermal water into the underground storage tank, A recovery pipe for recovering heat energy and a supply pipe connected to the production pipe for transferring geothermal water, a production pump installed on the supply pipe for transferring geothermal water, a recovery device connected between the recovery device and the injection device, A geothermal water discharge unit connected to one side of the supply pipe for discharging the geothermal water mixed with the impurities to block the transfer to the recovery facility, And a replenishment water supply unit for supplying replenish water to the storage tank through the water return pipe.
상기 지열수배출부는 공급배관에서 분기되어 지열수가 배출되는 퇴수배관, 상기 퇴수배관 출측에 연결되어 배출되는 지열수를 수용하는 퇴수저장조, 상기 퇴수배관 일측에 설치되는 퇴수차단밸브, 상기 공급배관 일측에 설치되는 공급차단밸브를 포함할 수 있다.The geothermal water discharge unit includes a water discharge pipe branched from the supply pipe to discharge geothermal water, a water discharge reservoir for receiving the geothermal water connected to and discharged from the water discharge pipe, a water discharge shutoff valve installed at one side of the discharge water pipe, And may include a supply shut-off valve that is installed.
상기 보충수공급부는 보충수가 수용된 보청수저장조, 상기 보충수저장조와 상기 환수배관 사이를 연결하여 보충수를 환수배관으로 이송하는 가압배관, 상기 가압배관 상에 설치되는 가압펌프를 포함할 수 있다.The replenishment water supply unit may include a healing water storage tank containing the replenishing water, a pressure pipe connecting the replenishing water storage tank and the water return pipe to transfer the replenishing water to the water return pipe, and a pressure pump installed on the pressure pipe.
상기 보충수공급부는 상기 가압배관 상에 설치되는 완충탱크를 더 포함할 수 있다.The replenishment water supply unit may further include a buffer tank installed on the pressurization pipe.
상기 생산펌프는 생산정 내부에 설치될 수 있다.The production pump may be installed inside the production chamber.
상기 환수배관에 설치되어 지열수 또는 보충수를 주입정에 고압으로 주입하기 위한 주입펌프를 더 포함할 수 있다.And an infusion pump installed in the water return pipe for injecting geothermal water or makeup water into the infusion tank at a high pressure.
상기 공급배관 또는/및 상기 환수배관 상에 설치되어 지열수에서 기체를 분리 제거하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.And a gas-liquid separator provided on the supply pipe and / or the return pipe for separating and removing gas from the geothermal water.
상기 공급배관 또는/및 환수배관 상에 설치되어 지열수에 혼입된 불순물을 걸러내기 위한 여과기를 더 포함할 수 있다. And a filter installed on the supply pipe and / or the return pipe to filter out impurities mixed into the geothermal water.
상기 공급배관과 환수배관 사이에 연결되어 지열수를 우회시키는 바이패스라인, 상기 바이패스라인에 설치되는 바이패스밸브, 상기 바이패스라인과 회수설비 사이에서 공급배관과 환수배관에 각각 설치되는 입측밸브와 출측밸브를 더 포함할 수 있다.A bypass line connected between the supply pipe and the return pipe to bypass the geothermal water, a bypass valve installed in the bypass line, an inlet valve installed in the supply pipe and the return pipe between the bypass line and the recovery facility, And an outlet valve.
상기 회수 설비는 지열수를 열원으로 하여 전력을 생산하는 바이너리 지열 발전장치일 수 있다.The recovery facility may be a binary geothermal power generation device that uses geothermal water as a heat source to produce electric power.
본 구현예의 순환 방법은, 대심도 저류조에서 고온의 지열수를 생산하는 생산 단계, 생산된 고온의 지열수를 에너지 회수 설비로 이송하는 공급단계, 및 회수 설비를 거쳐 사용된 지열수를 대심도 저류조로 주입하는 주입단계를 포함하는 대심도 지열수 순환 방법으로, 지열수 초기 생산시 불순물을 포함하는 지열수를 배출하여 회수설비로의 공급을 차단하는 배출 단계를 더 포함할 수 있다.The circulation method of this embodiment includes a production stage for producing high-temperature geothermal water in a high-pressure reservoir, a supply stage for transferring produced high-temperature geothermal water to the energy recovery facility, and a geothermal water used for the high- The geothermal water circulating method may further include a discharging step of discharging geothermal water containing impurities during the initial production of the geothermal water to shut off supply to the recovery facility.
지열수 배출시 저류조로 보충수를 주입하는 보충수 주입단계를 더 포함할 수 있다.And a replenishing water injecting step of injecting the replenishing water into the storage tank when the geothermal water is discharged.
상기 주입단계는 지열수를 가압하여 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.The injecting step may further include injecting the geothermal water by pressurizing.
상기 공급단계 또는/및 상기 주입단계는 지열수에서 기체를 분리하기 위한 기액분리단계를 더 포함할 수 있다. The supplying step and / or the injecting step may further include a gas-liquid separating step for separating the gas from the geothermal water.
상기 공급단계 또는/및 상기 주입단계는 지열수에 혼입된 불순물을 걸러내기 위한 여과단계를 더 포함할 수 있다.The supplying step and / or the supplying step may further include a filtering step of filtering impurities contained in the geothermal water.
상기 순환 방법은 지열수 순환 압력과 유량의 안정화시까지 지열수를 회수설비에 대해 바이패스하는 단계를 더 포함할 수 있다.The circulation method may further include bypassing the geothermal water to the recovery facility until the geothermal water circulation pressure and the flow rate are stabilized.
이상 설명한 바와 같은 본 구현예에 따르면, 지하 1km 이상의 대심도로부터 고온의 지열수를 안정적으로 생산하여 순환시킬 수 있게 된다.According to this embodiment as described above, it is possible to stably produce and circulate geothermal water at a high temperature from a depth of 1 km or more underground.
또한, 지열수에 혼입되어 있는 가스 등 불순물이 발전설비 등 회수설비로 유입되는 것을 방지하여, 설비를 보호할 수 있으며, 지열수의 열원을 안정적으로 활용할 수 있게 된다.In addition, it is possible to prevent impurities such as gas mixed in the geothermal water from flowing into a recovery facility such as a power generation facility, protect the facility, and utilize the heat source of the geothermal water stably.
도 1은 본 실시예에 따른 대심도 지열수 순환 장치로, 지열수 순환 구조를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 대심도 지열수 순환 장치의 가동 초기시 지열수 순환 구조를 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 대심도 지열수 순환 장치의 지열수 열에너지 회수 구조를 예시하고 있다.FIG. 1 is a schematic diagram showing a geothermal water circulation structure of a superficial geothermal water circulation apparatus according to the present embodiment.
FIG. 2 is a schematic view showing the geothermal water circulation structure at the initial stage of operation of the superficial geothermal water circulation apparatus according to the present embodiment.
3 illustrates the geothermal water heat energy recovery structure of the superficial geothermal water circulation apparatus according to the present embodiment.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that the embodiments described below may be modified in various ways without departing from the spirit and scope of the invention. But is not limited to the example.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다.The drawings are schematic and illustrate that they are not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures, and any dimensions are merely illustrative and not restrictive.
도 1은 본 실시예에 따른 대심도 지열수 순환 장치의 지열수 순환 구조를 나타내고 있으며, 도 2는 지열수 순환 초기에서의 지열수 순환 구조를 나타내고 있다.FIG. 1 shows the geothermal water circulation structure of the super high-altitude geothermal water circulation apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 shows the geothermal water circulation structure at the initial stage of the geothermal water circulation.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 순환장치는, 지하 1km 이상의 대심도로 형성되어 지하 저류조(3)로부터 고온의 지열수를 생산하기 위한 생산정(1), 사용된 지열수를 지하 저류조(3)로 주입하기 위한 주입정(2), 지열수의 열에너지 회수를 위한 회수설비(40)와 상기 생산정(1) 사이에 연결되어 지열수가 이송되는 공급배관(11), 상기 공급배관(11) 상에 설치되어 지열수를 이송하기 위한 생산펌프(10), 상기 회수설비(40)와 주입정(2) 사이에 연결되어 회수설비(40)를 거쳐 사용된 지열수를 주입정(2)으로 배출하는 환수배관(21), 상기 공급배관(11) 일측에 연결되어 불순물이 혼입된 지열수를 배출하여 회수설비(40)로의 이송을 차단하는 지열수배출부, 상기 환수배관(21) 일측에 연결되어 환수배관(21)을 통해 저류조(3)로 보충수를 공급하기 위한 보충수공급부를 포함할 수 있다.As shown in the figure, the circulation apparatus of the present embodiment includes a
상기 생산정(1)은 지하 1km 이상으로 형성되는 대심도로 지열수가 고온으로 가열되는 지하 저류조(3)로부터 고온의 지열수를 생산하기 위한 심정이다. 상기 생산정(1)은 하나 또는 두 개 이상 복수개로 이루어질 수 이다.The
상기 주입정(2)은 생산정(1)과 별도로 지하 1km 이상으로 형성되는 대심도로 생산정(1)을 통해 생산되어 회수설비(40)에서 사용된 지열수를 다시 지하 저류조(3)로 주입하기 위한 심정이다. 상기 주입정(2) 역시 하나 또는 두 개 이상 복수개로 이루어질 수 있다.The
상기 공급배관(11)은 생산정(1)과 회수설비(40) 사이를 연결하여 고온의 지열수를 회수설비(40)로 공급한다. 상기 환수배관(21)은 회수설비(40)와 주입정(2) 사이를 연결하여 사용된 지열수를 주입정(2)으로 주입한다.The
상기 공급배관(11)에는 생산정(1) 내의 고온의 지열수를 끌어올려 공급배관으로 이송하기 위한 생산펌프(10)가 설치된다. 1km 이상 지하 대심도에서 생산되는 지열수는 100℃ 이상의 고온으로, 대기압 상태에서 기화(증발) 되어 증기압이 높다. 이에, 본 실시예에서, 상기 생산펌프(10)는 생산정(1) 내부에 설치된 구조로 되어 있다. 생산펌프(10)가 생산정(1) 내부에 배치됨에 따라 지열수의 수두압을 통해 지열수가 기화(증발)되지 않도록 흡입측 압력을 가할 수 있게 된다. 이에, 생산펌프(10)의 안정적인 운전이 보장된다.The
지열수는 저류조(3)에서 고온으로 가열되고 생산정(1)을 통해 지상으로 인출되어 회수설비(40)에서 에너지가 회수된 후 다시 저류조(3)로 되돌려져 연속적으로 순환된다.The geothermal water is heated to a high temperature in the
본 실시예의 순환 장치는, 대심도로부터 지열수를 안정적으로 순환시키기 위해, 상기 환수배관(21)에 설치되어 지열수 또는 보충수를 주입정(2)에 고압으로 주입하기 위한 주입펌프(20)를 더 포함할 수 있다. The circulation apparatus of the present embodiment includes an
주입펌프(20)는 환수배관(21)을 통해 주입정(2)으로 순환 배출되는 지열수 또는 보충수를 고압으로 주입함으로써, 주입펌프(20)의 고압 주입에 따라 심정의 배관 및 저류조(3)의 압력손실을 부담할 수 있게 된다. 또한, 주입펌프(20)의 고압 주입에 따라 생산정(1)의 수위 저하를 방지하고, 생산펌프(10)의 흡입측 압력을 일정하게 유지하여 생산펌프(10)가 일정한 온도, 압력 및 유량의 지열수를 공급배관(11)을 통해 회수설비(40)로 공급할 수 있게 된다.The
대심도의 경우 지열수 순환으로 인한 내부 압력손실이 매우 크므로, 상기 주입펌프(20)가 구동됨으로써, 심정의 압력손실 및 유량을 일정하게 공급하고, 생산펌프(10)에 일정한 유량을 공급할 수 있게 된다.Since the internal pressure loss due to the geothermal water circulation is very large in the case of large depth, the
이에, 1km 이상의 대심도에서 생산되는 고온의 지열수를 일정한 압력, 온도 유량으로 안정적으로 연속 생산할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to continuously and continuously produce geothermal water at a high temperature of 1 km or more at a constant pressure and temperature flow rate.
본 실시예의 순환장치는 상기 지열수배출부와 보충수공급부를 구비하여 지열수 초기 생산시 불순물이 많이 혼합된 지열수가 회수설비(40)로 공급되는 것을 차단할 수 있게 된다. 불순물이라 함은 지열수에 포함되어 있는 가스 등 기체와 알갱이 형태의 고체물질을 의미할 수 있다.The circulation apparatus of the present embodiment includes the geothermal water discharging unit and the replenishing water supplying unit so that the geothermal heat water mixed with a lot of impurities during the initial production of the geothermal water can be prevented from being supplied to the recovering
상기 지열수배출부는 공급배관(11)에서 분기되어 지열수가 배출되는 퇴수배관(50), 상기 퇴수배관(50) 출측에 연결되어 배출되는 지열수를 수용하는 퇴수저장조(51), 상기 퇴수배관(50) 일측에 설치되는 퇴수차단밸브(52), 상기 공급배관(11) 일측에 설치되는 공급차단밸브(53)를 포함할 수 있다.The geothermal water discharge unit includes a
상기 공급차단밸브(53)는 지열수 이송방향을 따라 퇴수배관(50) 후단에 설치된다. The
상기 퇴수차단밸브(52)와 공급차단밸브(53)의 구동에 따라 생산정(1)에서 생산된 지열수는 퇴수배관(50) 또는 공급배관(11)을 따라 이동하게 된다.The geothermal water produced in the
상기 보충수공급부는 보충수가 수용된 보충수저장조(31), 상기 보충수저장조(31)와 상기 환수배관(21) 사이를 연결하여 보충수를 환수배관(21)으로 이송하는 가압배관(30), 상기 가압배관(30) 상에 설치되는 가압펌프(32)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 보충수공급부는 상기 가압배관(30) 상에 설치되는 완충탱크(33)를 더 포함할 수 있다.The replenishment water supply unit includes a replenishing
상기 보충수공급부는 지열수가 순환되지 못하고 퇴수배관(50)을 통해 퇴수저장조(51)로 배출됨에 따라 저류조(3)로 보충수를 추가 공급한다.The supplemental water supply unit supplies supplemental water to the
상기 가압배관(30)을 따라 가압펌프(32) 완충탱크(33)가 차례로 배치된다. 상기 가압펌프(32)는 보충수저장조(31)에 수용되어 있는 보충수를 가압하여 환수배관(21)으로 이송한다. 보충수는 완충탱크(33)를 통해 적정압력과 유량으로 환수배관(21)으로 이송된 후 환수배관(21)에 설치된 주입펌프(20)의 구동에 따라 주입정(2)으로 공급된다.A pressurizing
이와 같이, 지열수 생산 초기와 같이 지열수에 불순물이 많이 혼입된 경우, 지열수배출부를 통해 생산된 지열수를 배출하여 처리함으로써, 불순물이 많이 혼입된 지열수가 회수설비(40)로 공급되는 것을 방지할 수 있게 된다. 지열수가 배출 처리되고 저류조(3)로 순환되지 않더라도 저류조(3)로는 보충수가 공급되므로 지열수는 계속 안정적으로 생산될 수 있다.As described above, when a large amount of impurities are mixed in the geothermal water as in the initial stage of geothermal water production, the geothermal water produced through the geothermal water discharging portion is discharged and treated so that the geothermal heat water containing a large amount of impurities is supplied to the
퇴수배관(50)을 통해 배출되는 지열수의 상태가 양호해지게 되면 지열수의 배출을 중지하고 공급배관을 통해 회수설비(40)로 지열수를 공급한다.When the state of the geothermal water discharged through the
본 실시예는 상기 공급배관(11)과 상기 환수배관(21)을 따라 순환되는 지열수에서 불순물을 보다 확실하게 제거하는 구조로 되어 있다.The present embodiment has a structure for more reliably removing impurities from the geothermal water circulated along the
이를 위해, 상기 순환장치는 상기 공급배관(11)과 상기 환수배관(21) 상에 설치되어 지열수에서 기체를 분리 제거하는 기액분리기(12,22), 지열수에서 불순물을 걸러내기 위한 여과기(13,23)를 더 포함할 수 있다. To this end, the circulation device comprises a gas-
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공급배관의 공급차단밸브(53) 후단에 기액분리기(12)와 여과기(13)가 차례로 배치된다. 또한, 상기 환수배관(21)에는 회수설비(40)와 주입펌프(20) 사이에 기액분리기(22)와 여과기(23)가 차례로 배치된다.As shown in FIG. 1, a gas-
이에, 지열수는 공급배관(11)을 따라 이동되며 기액분리기(12)와 여과기(13)를 차례로 거치면서 지열수에 혼입되어 있는 기체와 불순물이 제거된다. 회수설비(40)를 거쳐 사용된 지열수 역시 환수배관(21)을 따라 이동되면서 기액분리기(22)와 여과기(23)를 차례로 거쳐 기체와 불순물이 제거된다.Thus, the geothermal water is moved along the
따라서, 기체 등 불순물이 혼입된 지열수가 회수설비(40)로 공급되어 회수설비(40)가 부식되거나 막히는 등 설비에 문제가 발생되는 것을 최소화할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to minimize the occurrence of problems in equipment, such as the fact that geothermal heat such as gas is supplied to the
본 실시예는 지열수의 배출을 정지한 후 회수설비(40)로 공급하기 전에 지열수의 순환이 안정적인지를 미리 확인하기 위해, 회수설비(40)에 대해 지열수를 바이패스할 수 있는 구조로 되어 있다.This embodiment is a structure capable of bypassing the geothermal water to the
이를 위해, 본 실시예의 순환장치는 상기 공급배관(11)과 환수배관(21) 사이에 연결되어 지열수를 우회시키는 바이패스라인(60), 상기 바이패스라인(60)에 설치되는 바이패스밸브(61), 상기 바이패스라인(60)과 회수설비(40) 사이에서 공급배관(11)과 환수배관(21)에 각각 설치되는 입측밸브(62)와 출측밸브(63)를 더 포함할 수 있다.The circulation device of the present embodiment includes a
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스라인(60)은 회수설비(40)에 대한 공급배관 전단과 환수배관(21) 후단 사이에 연결된다. 상기 바이패스라인(60)에는 바이패스라인(60)을 선택적으로 개폐하는 바이패스밸브(61)가 설치되며, 공급배관(11)과 환수배관(21)에는 각각 공급배관(11)을 개폐하는 입측밸브(62)와 환수배관(21)을 개폐하는 출측밸브(63)가 설치된다.As shown in FIG. 1, the
이에, 입측밸브(62)와 출측밸브(63)가 폐쇄 작동된 상태에서 바이패스밸브(61)가 개방작동되면 공급배관을 따라 이송되는 지열수는 회수설비(40)로 공급되지 못하고 바이패스라인(60)을 따라 환수배관(21)으로 바로 이동되어 환수배관(21)을 따라 주입정(2)으로 순환된다.If the
본 실시예에서, 상기 회수설비(40)는 지열수를 열원으로 하여 전력을 생산하는 바이너리 지열 발전장치일 수 있다. In the present embodiment, the
바이너리 지열 발전장치는 기본적으로 유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle)에 의한 것으로, 열원(Heat Source)인 지열수를 제1의 매체로 하고, 물보다 훨씬 더 낮은 온도에서 증발이 일어나는 아이소펜테인 같은 제2의 유기 매체를 작동 유체로 사용하여, 지열수와 작동 유체가 직접 접촉함이 없이 열교환기인 증발기(Vaporizer)를 통과하면서, 지열수의 열에 의해 작동 유체가 증발하게 되고, 그 증기로 터빈을 돌려 발전하게 된다. 터빈을 통과한 증기 상태의 작동 유체는 공랭식 또는 수냉식 열교환기인 응축기(Condenser)를 통과하면서 액체 상태로 응축되어 펌프에 의해 다시 증발기로 보내지게 된다. 즉, 작동 유체는 밀폐된 순환시스템(Closed Loop System)인 증기 사이클을 순환하게 되며, 따라서 지열수와 작동 유체가 2원의 사이클(Binary Cycle)을 이루게 된다. 바이너리 지열 발전장치에 대해서는 많은 기술이 개시되어 있으므로 이하 상세한 설명은 생략한다.The binary geothermal power generation system is basically an Organic Rankine Cycle and uses geothermal water which is a heat source as a first medium and is used as a first medium such as isopentane where evaporation occurs at a much lower temperature than
본 실시예에서 상기 회수설비(40)는 바이너리(binery) 지열 발전 장치 외에 지역난방 설비 등 열원인 고열의 지열수로부터 열에너지를 회수하거나 이용하는 장치면 모두 적용가능하다.In this embodiment, the
도 3은 본 실시예에 따라 바이너리 지열 발전 장치에 의한 지열수의 열에너지 회수 구조를 예시하고 있다.Fig. 3 illustrates a structure for recovering thermal energy of geothermal water by the binary geothermal generator according to the present embodiment.
도 3에 도시된 바와 같이, 공급배관(11)을 통해 회수설비(40)로 공급된 고온의 지열수는 공급배관(11)을 통해 회수설비(40)의 증발기(44)를 지나게 되고 상기 증발기에 회수설비(40)의 작동유체에 열을 공급하게 된다. 작동유체에 열을 공급한 지열수는 환수배관(21)을 통해 이송되어 주입정(2)으로 환수된다. 회수설비(40)에서, 작동유체는 증발기(44)를 통해 열을 공급받아 고온으로 기화되어 터빈(45)으로 공급된다. 이에 터빈(45)이 회전 구동되어 발전기(46)를 통해 전기가 생산된다. 터빈에서 일을 공급한 작동유체는 응축기(47)에서 냉각된 후 작동유체펌프(48)를 통해 가압되고 증발기(44)로 공급되어 순환된다. 3, the hot geothermal water supplied to the
이하, 본 실시예에 따른 지열수 순환 과정에 대해 설명한다.Hereinafter, the geothermal water circulation process according to the present embodiment will be described.
지열수가 생산되어 순환되는 정상 운전 전의 지열수 초기 생산시에는 지열수에 불순물이 많은 상태로 생산된 지열수를 배출처리하고 보충수를 순환공급한다.Geothermal water before normal operation in which geothermal water is produced and circulated In the initial production, the geothermal water produced in a state where there is a lot of impurities in the geothermal water is discharged and the supplement water is circulated.
도 1에 도시된 바와 같이, 공급배관(11) 상에 설치된 공급차단밸브(53)를 폐쇄작동하고, 퇴수배관(50)에 설치된 퇴수차단밸브(52)는 개방작동한다. 이에, 생산펌프(10) 구동에 따라 생산정(1)에서 생산된 지열수는 퇴수배관(50)을 통해 퇴수저장조(51)로 배출 처리된다.The
그리고 퇴수저장조(51)로 배출된 지열수의 수질 상태를 점검한다.Then, the water quality of the geothermal water discharged to the water discharge reservoir (51) is checked.
생산펌프(10)가 계속 가동되고 생산된 지열수가 배출 처리됨에 따라 일정시간이 경과되면 생산정(1)의 수위가 낮아지게 된다. 이에, 가압배관(30)을 통해 보충수를 공급하여 주입정(2)으로 보충수를 주입한다. As the
퇴수저장조(51)로 배출되는 지열수의 수질 상태가 양호한 경우, 순환장치를 정상 운전 상태로 전환하여 지열수의 배출과 보충수의 공급을 중지하고 지열수를 공급배관(11)과 퇴수배관(50)을 통해 저류조(3)로 공급 순환시킨다.When the water quality of the geothermal water discharged to the
여기서, 회수설비(40)로 지열수를 공급하기 전에 고온의 지열수가 순환되기 때문에 기액분리기, 여과기의 정상 가동 및 안정적인 지열수 순환 여부를 우선 확인해야 한다. 이에, 지열수 순환 압력과 유량의 안정화시까지 지열수를 회수설비(40)에 대해 바이패스한다.Here, since the geothermal water at a high temperature is circulated before the geothermal water is supplied to the
이를 위해, 퇴수차단밸브(52)를 폐쇄작동하고 공급차단밸브(53)를 개방작동한 상태에서 공급배관(11)에 설치된 입측밸브(62)와 환수배관(21)에 설치된 출측밸브(63)를 폐쇄작동한다. 그리고 바이패스라인(60)에 설치된 바이패스밸브(61)를 개방작동한다. 이에, 공급배관을 따라 이동되는 지열수는 회수설비(40)로 공급되지 않고 바로 바이패스라인(60)을 따라 환수배관(21)으로 이동되어 환수배관(21)을 따라 순환된다. 이때, 공급배관(11)에 설치된 생산펌프(10)는 토출압력을 조절하여 고온의 지열수가 기화(증발)하지 않도록 공급배관(11)의 압력을 높인다.The
공급배관(11), 환수배관(21)의 압력 및 순환 유량이 일정하게 유지되면, 바이패스라인(60)의 바이패스밸브(61)를 폐쇄작동하고 입측밸브(62)와 출측밸브(63)를 개방작동한다.The
이에, 지열수는 공급배관을 따라 회수설비(40)로 공급되어 회수설비(40)와 열교환된 후 환수설비를 통해 주입정(2)으로 순환된다.Thus, the geothermal water is supplied to the
이 과정에서, 지열수에 혼입되어 있는 기체나 고체 등 불순물은 기액분리기와 여과기에 의해 분리되어 제거된다. 따라서, 불순물이 제거된 고도의 청정한 상태의 지열수를 회수설비(40)로 공급할 수 있게 된다.In this process, impurities such as gas and solid mixed in the geothermal water are separated and removed by the gas-liquid separator and the filter. Therefore, it is possible to supply the geothermal water in a highly purified state, from which the impurities are removed, to the
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.While the illustrative embodiments of the present invention have been shown and described, various modifications and alternative embodiments may be made by those skilled in the art. Such variations and other embodiments will be considered and included in the appended claims, all without departing from the true spirit and scope of the invention.
1 : 생산정 2 : 주입정
3 : 저류조 10 : 생산펌프
11 : 공급배관 12,22 : 기액분리기
13,23 : 여과기 20 : 주입펌프
21 : 환수배관 30 : 가압배관
31 : 보충수저장조 32 : 가압펌프
40 : 회수설비 50 : 퇴수배관
51 : 퇴수저장조 52 : 퇴수차단밸브
53 : 공급차단밸브 60 : 바이패스라인
61 : 바이패스밸브 62 : 입측밸브
63 : 출측밸브1: Production process 2: Injection process
3: Storage tank 10: Production pump
11: Supply piping 12, 22: Gas-liquid separator
13, 23: Filter 20: Infusion pump
21: water return pipe 30: pressure pipe
31: replenishment water storage tank 32: pressure pump
40: collection facility 50: drainage piping
51: Dehydration reservoir 52: Dehydration isolation valve
53: supply shutoff valve 60: bypass line
61: bypass valve 62: inlet valve
63: Exit valve
Claims (14)
상기 생산펌프는 생산정 내부에 설치되는 대심도 지열수 순환 장치.The method according to claim 1,
Wherein the production pump is installed inside the production well.
상기 환수배관에 설치되어 지열수 또는 보충수를 주입정에 고압으로 주입하기 위한 주입펌프를 더 포함하는 대심도 지열수 순환 장치.3. The method of claim 2,
Further comprising an injection pump installed in the water return pipe for injecting the geothermal water or the makeup water into the injection well at a high pressure.
상기 지열수배출부는 공급배관에서 분기되어 지열수가 배출되는 퇴수배관, 상기 퇴수배관 출측에 연결되어 배출되는 지열수를 수용하는 퇴수저장조, 상기 퇴수배관 일측에 설치되는 퇴수차단밸브, 및 상기 공급배관 일측에 설치되는 공급차단밸브를 포함하는 대심도 지열수 순환 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The geothermal water discharge unit includes a water discharge pipe branched from the supply pipe and discharging geothermal water, a water discharge reservoir for receiving the geothermal water connected to and discharged from the water discharge pipe, a water discharge shutoff valve installed at one side of the discharge water pipe, And a supply shutoff valve installed in the superheated geothermal water circulation device.
상기 보충수공급부는 보충수가 수용된 보청수저장조, 상기 보충수저장조와 상기 환수배관 사이를 연결하여 보충수를 환수배관으로 이송하는 가압배관, 및 상기 가압배관 상에 설치되는 가압펌프를 포함하는 대심도 지열수 순환 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the replenishment water supply unit includes a healing water reservoir containing replenishing water, a pressure pipe connecting the replenishing water storage tank and the water return pipe to transfer the replenishing water to the water return pipe, and a pressure pump installed on the pressure pipe Geothermal water circulation system.
상기 공급배관 또는/및 상기 환수배관 상에 설치되어 지열수에서 기체를 분리 제거하는 기액분리기를 더 포함하는 대심도 지열수 순환 장치.6. The method of claim 5,
And a gas-liquid separator provided on the supply pipe and / or the return pipe for separating and removing gas from the geothermal water.
상기 공급배관 또는/및 환수배관 상에 설치되어 지열수에 혼입된 불순물을 걸러내기 위한 여과기를 더 포함하는 대심도 지열수 순환 장치.6. The method of claim 5,
Further comprising a filter installed on the supply pipe and / or the return pipe to filter off impurities mixed in the geothermal water.
상기 공급배관과 환수배관 사이에 연결되어 지열수를 우회시키는 바이패스라인, 상기 바이패스라인에 설치되는 바이패스밸브, 상기 바이패스라인과 회수설비 사이에서 공급배관과 환수배관에 각각 설치되는 입측밸브와 출측밸브를 더 포함하는 대심도 지열수 순환 장치.6. The method of claim 5,
A bypass line connected between the supply pipe and the return pipe to bypass the geothermal water, a bypass valve installed in the bypass line, an inlet valve installed in the supply pipe and the return pipe between the bypass line and the recovery facility, And an outlet valve.
상기 회수 설비는 지열수를 열원으로 하여 전력을 생산하는 바이너리 지열 발전장치인 대심도 지열수 순환 장치.9. The method of claim 8,
The recovery facility is a binary geothermal power generation device that generates electric power by using geothermal water as a heat source.
지열수 초기 생산시 불순물을 포함하는 지열수를 배출하여 회수설비로의 공급을 차단하는 배출 단계, 및 상기 배출 단계를 통해 지열수 배출시, 저류조로 보충수를 주입하는 보충수 주입단계를 더 포함하는 대심도 지열수 순환 방법.A production stage for producing high-temperature geothermal water in a high-degree reservoir, a supply stage for transferring the produced high-temperature geothermal water to the energy recovery facility, and an injection stage for injecting the geothermal water used in the recovery facility into the high- As a result,
A discharge step of discharging geothermal water containing impurities during the initial production of the geothermal water to shut off the supply to the collection facility and a replenishment water injection step of injecting the replenishment water into the storage tank when discharging the geothermal water through the discharge step A method of circulation of geothermal water.
상기 주입단계는 지열수를 가압하여 주입하는 단계를 더 포함하는 대심도 지열수 순환 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the injecting step further comprises the step of injecting geothermal water by pressurizing the geothermal water.
상기 공급단계 또는/및 상기 주입단계는 지열수에서 기체를 분리하기 위한 기액분리단계를 더 포함하는 대심도 지열수 순환 방법.The method according to claim 10 or 11,
Wherein the supplying step and / or the supplying step further include a gas-liquid separating step for separating gas from the geothermal water.
상기 공급단계 또는/및 상기 주입단계는 지열수에 혼입된 불순물을 걸러내기 위한 여과단계를 더 포함하는 대심도 지열수 순환 방법.The method according to claim 10 or 11,
Wherein the feeding step and / or the injecting step further include a filtration step for filtering off impurities incorporated in the geothermal water.
지열수 순환 압력과 유량의 안정화시까지 지열수를 회수설비에 대해 바이패스하는 단계를 더 포함하는 대심도 지열수 순환 방법.The method according to claim 10 or 11,
Further comprising the step of bypassing the geothermal water to the recovery facility until stabilization of the geothermal water circulation pressure and the flow rate.
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