LV14875B - Urbuma izveidošanas un aizpildīšanas metode ģeotermālās enerģijas iegūšanai - Google Patents

Urbuma izveidošanas un aizpildīšanas metode ģeotermālās enerģijas iegūšanai Download PDF

Info

Publication number
LV14875B
LV14875B LVP-14-31A LV140031A LV14875B LV 14875 B LV14875 B LV 14875B LV 140031 A LV140031 A LV 140031A LV 14875 B LV14875 B LV 14875B
Authority
LV
Latvia
Prior art keywords
pipe
borehole
earth
hot
layers
Prior art date
Application number
LVP-14-31A
Other languages
English (en)
Other versions
LV14875A (lv
Inventor
Ojārs Ozols
Dace OZOLA
Original Assignee
Ojārs Ozols
Dace OZOLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ojārs Ozols, Dace OZOLA filed Critical Ojārs Ozols
Priority to LVP-14-31A priority Critical patent/LV14875B/lv
Publication of LV14875A publication Critical patent/LV14875A/lv
Publication of LV14875B publication Critical patent/LV14875B/lv
Priority to PCT/IB2015/052580 priority patent/WO2015159188A2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
    • F24T10/17—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using tubes closed at one end, i.e. return-type tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00663—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filling material for cavities or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00663—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filling material for cavities or the like
    • C04B2111/00706—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filling material for cavities or the like around pipelines or the like
    • 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)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

Izgudrojuma apraksts
Izgudrojums attiecas uz ģeotermālās siltumenerģijas ieguvi un vartikt izmantots ēku apsildīšanai un elektroenerģijas ražošanai.
Zināmā tehnikas līmeņa analīze
Ģeotermālo enerģiju var iegūt ne tikai no ģeotermālajiem ūdeņiem, bet arī no kristālisko iežu siltuma (petrotermālā enerģija), kuras potences, ņemot vērā zemes dzīļu ģeoloģisko struktūru, ir lielas. Siltuma plūsma paaugstināto t° zonā sasniedz 60 līdz 100 MW/mz. Šie ieži ir neizsīkstošs enerģijas avots, jo tos no apakšas nepārtraukti karsē 1300 °C karstā magma. Zemes siltuma izmantošana nodrošina enerģijas piegādi patērētājam cauru gadu 24 stundas diennaktī, iegūstot neatkarību no mainīgajām kurināmo izejvielu izmaksām. Pazemes temperatūra pieaug proporcionāli dziļumam aptuveni vienu °C uz katriem 28 m. Tādējādi augstas ģeotermālās aktivitātes zonās 100 līdz 180°C var sasniegt 2 līdz 3 km dziļumā (L.Antons «Lietišķā fizika” 2.daļa, 1995., Rīga, Zvaigzne ABC, 287. līdz 294.lpp.), http://www.lvportals.lv/likumi-prakse.php?id=229943
Līdz šim pazīstamās metodes paredz ar vairāku urbumu palīdzību izmantot dabisko pazemē radušos tvaiku vai dabiskos karstos pazemes ūdeņus, kas veidojas seismiskās aktivitātes zonās un tiek izsūknēti virszemē, kā arī ūdeņus, kas mākslīgi iesūknēti uzsildīšanai pazemē atklātā ģeotermālā sistēmā. Tomēr dabiskais pazemes tvaiks un karstie ūdeņi satur bīstamas ķīmiskas sastāvdaļas, kas var radīt apkārtējās vides piesārņojumu, ieplūstot augsnē vai ūdenskrātuvēs. Pazemes ūdeņu sastāvā esošie sāļi un skābes rada bojājumus un aizsērējumus cirkulācijas sistēmās, sūkņos u.c. iekārtās. Pie minētās metodes trūkumiem pieder augstas izmaksas vairāku izpētes urbumu izveidošanai un ilgs projekta realizācijas laiks (līdz 10 gadiem). Šie trūkumi izskatīti starptautiskajā konferencē ,.Ģeotermālo resursu izmantošanas iespējas Latvijas pašvaldību teritorijās” Rīgā, 2011.g. 27. aprīlī http.//www.lnga.lv/files/Geotermiias konference RD Juris Golunovs 27-04-2011.pdf
Cita ģeotermālā siltuma iegūšanas metode paredz siltumnesēja cirkulāciju pa urbumā ievietotām koncentriskām vai paralēlām caurulēm slēgtā ģeotermālā sistēmā. Taču šīs metodes efektivitāte ir 8 reizes mazāka par atklāto sistēmu, jo siltuma iegūšanas efektivitāti samazina salīdzinoši mazais sildvirsmas laukums, ko nosaka urbuma izvietojums perpendikulāri zemes virsmai un tukšumi, kas atrodas ap cirkulācijas cauruli. Šāda urbuma siltumatdeves matemātiskais modelis ir aprakstīts Šveices pilsētas Veisbādes dziļurbuma siltumapmaiņas uzņēmumā un prezentēts starptautiskajā ģeotermālajā konferencē Kioto, Japānā, 2000.gada maijā - jūnijā http://www.gtr.ethz.ch/kohl www/PDF Paper/VVGC Weissbad.pdf
Līdz šim zināmo sistēmas ..caurule caurulē” darbības principu apraksta patenti RU 2288413 C1, US 4512156 un patenta pieteikums EP 1808652 A2. Pašreiz izmantotās urbumu aizpildīšanas metodes un materiāli nodrošina urbumā ievietoto cauruļu mehānisko noturību un aizsardzību pret agresīviem vides faktoriem, bet neuzlabo siltumapmaiņas procesu.
Izgudrojuma mērķis un būtība
Izgudrojums paredz ekoloģiski nekaitīgu pazemes siltuma iegūšanu no sausajiem iežiem ar maksimālu siltumapmaiņas efektivitāti bez dabisko šķidrumu vai gāzu nonākšanas virszemē. Ir piedāvāta urbuma izveidošanas un aizpildīšanas metode ģeotermālās enerģijas ieguves vietai, kuras tehniskais uzdevums ir paaugstināt efektivitāti zemes dzīļu siltuma pārnešanai uz siltumnesēja šķidrumu (piemēram, ūdeni) slēgtā koncentriski izvietotu cauruļu sistēmā «caurule caurulē”.
Izgudrojuma realizācijas konstruktīvā urbuma shēma ir attēlota aprakstam pievienotajos zīmējumos. Fig.1 ir parādīts kopējais sistēmas garengriezums virszemē un pazemē, Fig.2 ir parādīts sistēmas šķērsgriezums aukstajos zemes slāņos, Fig.3 ir parādīts sistēmas šķērsgriezums karstajos zemes slāņos, Fig.4 ir parādīts sistēmas garengriezums pazemes daļā. Shēma ietver sekojošus elementus: Γ - vertikālais urbums zemes aukstajos slāņos, 1 - novirzītais urbums zemes karstajos slāņos, 2 - ārējā caurule, 3 - ārējās caurules izolācija zemes aukstajos slāņos, 4 - iekšējā caurule, 5 - iekšējās caurules izolācija, 6 paaugstinātas siltuma vadītspējas materiāls zemes karstajos slāņos, 7 - turpgaitas siltumnesēja plūsma, 8 - atpakaļgaitas siltumnesēja plūsma, 9 - iekšējās caurules atvere, 10 - siltumapmaiņas iekārta, 11 - savienojošā caurule, 12 - sūknis, 13 caurule uz siltuma patērētāju, 14 - caurule no siltuma patērētāja, 15 - zemes virsma, 16 - aukstie zemes slāņi, 17 - karstie zemes slāņi, 18 - ārējās caurules noslēgbloks.
Piedāvātās metodes būtība ir sekojoša:
1) Vispirms tiek veikts vertikāls urbums perpendikulāri pret zemes virsmu, lai sasniegtu karsto iežu zonu. Tuvojoties karsto iežu zonai (17), urbums tiek novirzīts 30 līdz 90° leņķī pret vertikāli, lai maksimāli izmantotu zemes siltuma enerģijas plūsmu atbilstoši urbuma dziļumam, caurules garumam un diametram.
2) Pēc urbuma izveidošanas no tā zem spiediena tiek izskalotas izurbto iežu un urbšanas tehnoloģisko šķidrumu paliekas. Vienlaicīgi tiek izskaloti sadrupušie apkārtējo iežu slāņi ap urbumu, kuru vietā izveidojušies tukšumi tiks aizpildīti ar materiālu, kam piemīt paaugstināta siltuma vadītspēja.
3) Ārējā caurule (2), kuras ārējā virsma ir sildvirsma, tiek ievietota urbumā (1) un savienota ar karsto iezi (17), zem spiediena caur noslēgbloku (18) iepildot paaugstinātas siltuma vadītspējas materiālu (6), (piemēram, cementa javu ar alumīnija skaidiņu, krama putekļu vai oglekļa šķiedru piejaukumu), kurš aizpilda visas dabīgās plaisas un urbuma kanālu (1), nodrošinot maksimālu siltuma kontaktu starp ārējās caurules (2) virsmu un karsto iezi (17). Paaugstinātās siltuma vadītspējas materiāls (6) iespiežas dziļi karstajos iežos (17), savācot siltumu no plaša apgabala un vienmērīgi sadalot to pa visu caurules (2) sildvirsmu.
4) Pēc tam ārējās caurules (2) gals tiek aizvērts ar noslēgbloku (18), izveidojot slēgtu sistēmu. Ārējā caurulē (2) tiek ievadīta iekšējā caurule (4), brīvā vai koncentriski fiksētā stāvoklī, veidojot turp- un atpakaļgaitas cilpu siltumnesēja šķidruma plūsmai (7, 8). Iekšējās caurules (4) gals tiek pietuvināts ārējās caurules (2) noslēgblokam (18).
Siltumapmaiņas šķidrums (7) tiek sūknēts no virszemes caur ārējo cauruli (2), uzsilst siltumapmaiņas rezultātā un caur atveri (9) ieplūst atpakaļgaitas iekšējā caurulē (4). Siltumenerģija tiek pacelta virszemē ar uzsilušā šķidruma atpakaļgaitas plūsmu (8). Šķidrums plūst uz siltumapmaiņas rezervuāru (10), atdod iegūto siltumu patērētājam un tad caur savienojošo cauruli (11) un sūkni (12) atkārtoti tiek iesūknēts uzsildīšanai ārējā caurulē (2). Izolācijas slānis (5) nodrošina siltuma izolāciju starp turpgaitas un atpakaļgaitas caurulēm (2 un 4), bet slānis (3) nodrošina izolāciju starp ārējo (turpgaitas) cauruli (2) un aukstajiem zemes slāņiem (16).

Claims (3)

  1. Pretenzijas
    1. Ģeotermālā dziļurbuma, kurā siltumnesēja šķidrums cirkulē slēgtā koncentriski izvietotu cauruļu sistēmā, aizpildīšanas un izveidošanas metode, kas raksturīga ar to, ka telpa starp ārējās caurules virsmu un karstajiem pazemes iežiem tiek aizpildīta ar materiālu, kura siltumvadītspēja ir paaugstināta, salīdzinot ar pamatieža siltumvadītspēju, pie kam urbums, kurā izvietota cauruļu sistēma, augšējos aukstajos zemes slāņos tiek izveidots perpendikulāri zemes virsmai, bet dziļākajos karstajos zemes slāņos novirzīts leņķī pret vertikāli.
  2. 2. Metode saskaņā ar 1. pretenziju, kura tiek izmantota, izpildot sekojošas darbības:
    a) urbums tiek izveidots perpendikulāri pret zemes virsmu aukstajos zemes slāņos un novirzīts 30 līdz 90° leņķī pret vertikāli karstajos zemes slāņos;
    b) ārējā cirkulācijas caurule tiek ievietota urbumā;
    c) no urbuma tiek izskalotas sadrupušo iežu un urbšanas tehnoloģisko šķidrumu paliekas;
    d) ārējā cirkulācijas caurule tiek savienota ar iezi, caur noslēgbloku zem spiediena ievadot materiālu ar paaugstinātu siltuma vadītspēju, kurš aizpilda dabīgās plaisas un urbuma kanālu ap ārējo cauruli;
    e) iekšējā caurule tiek ievietota ārējā caurulē brīvā vai koncentriski fiksētā veidā;
    f) pa ārējo cauruli tiek palaista turpgaitas siltumnesēja plūsma;
    g) pa iekšējo cauruli tiek palaista atpakaļgaitas siltumnesēja plūsma.
  3. 3. Metode saskaņā ar 1. vai 2. pretenziju, kurā kā paaugstinātas siltuma vadītspējas materiāls urbuma aizpildīšanai tiek izmantota cementa java ar sekojošām piedevām:
    a) vara, alumīnija vai cita metāla skaidiņas,
    b) krama putekļi,
    c) oglekļa šķiedras.
LVP-14-31A 2014-04-14 2014-04-14 Urbuma izveidošanas un aizpildīšanas metode ģeotermālās enerģijas iegūšanai LV14875B (lv)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-14-31A LV14875B (lv) 2014-04-14 2014-04-14 Urbuma izveidošanas un aizpildīšanas metode ģeotermālās enerģijas iegūšanai
PCT/IB2015/052580 WO2015159188A2 (en) 2014-04-14 2015-04-09 A method of borehole arrangement for extraction of geothermal energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-14-31A LV14875B (lv) 2014-04-14 2014-04-14 Urbuma izveidošanas un aizpildīšanas metode ģeotermālās enerģijas iegūšanai

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LV14875A LV14875A (lv) 2014-06-20
LV14875B true LV14875B (lv) 2014-10-20

Family

ID=50941952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LVP-14-31A LV14875B (lv) 2014-04-14 2014-04-14 Urbuma izveidošanas un aizpildīšanas metode ģeotermālās enerģijas iegūšanai

Country Status (2)

Country Link
LV (1) LV14875B (lv)
WO (1) WO2015159188A2 (lv)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107525292A (zh) * 2017-09-29 2017-12-29 上海中金能源投资有限公司 中深层地热井内蓄热换热器
CN107676996A (zh) * 2017-09-29 2018-02-09 上海中金能源投资有限公司 地热井内换热器及地热井固井工艺
CN107477895A (zh) * 2017-09-29 2017-12-15 上海中金能源投资有限公司 中深层地热井内换热器
CN110360761A (zh) * 2018-01-03 2019-10-22 西南石油大学 一种树状干热岩井结构及开采方法
CN108590580A (zh) * 2018-04-16 2018-09-28 中国石油大学(华东) 一种强化水平井筒传热效率的干热岩开采工艺及其水平井筒
WO2021037348A1 (de) * 2019-08-27 2021-03-04 Bartz Joergen Geothermische vorrichtung und verfahren
DE102020132176A1 (de) * 2020-12-03 2022-06-09 Christian-Albrechts-Universität zu Kiel - Körperschaft des öffentlichen Rechts Untertägiges Eisspeichersystem in Grundwasserleitern und Grundwassergeringleitern zur Wärmeversorgung

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5452349A (en) 1977-09-30 1979-04-24 Ushio Nagase Natural steam power application system
NL7905625A (nl) * 1979-07-19 1981-01-21 Gils Adrianus Van Werkwijze voor het aan de aarde onttrekken van warmte.
HU193647B (en) * 1983-02-14 1987-11-30 Melyepitesi Tervezo Vallalat Method and apparatus for utilizing geothermic energy
CH677698A5 (lv) * 1987-07-22 1991-06-14 Hans Ferdinand Buechi
CH689402A5 (de) * 1992-10-13 1999-03-31 Foralith Ag Verfahren zum Einbringen einer Erdsonde und Erdsonde.
DE19919555C1 (de) * 1999-04-29 2000-06-15 Flowtex Technologie Gmbh & Co Verfahren zur Erschließung geothermischer Energie sowie Wärmetauscher hierfür
DE19958765A1 (de) * 1999-06-29 2001-06-13 Zae Bayern Graphithaltiges Verfüllmaterial für Erdreichwärmeübertrager und Erdstarkstromkabel
JP2003302108A (ja) * 2002-04-12 2003-10-24 Misawa Kankyo Gijutsu Kk Ｕ字管式地中熱交換器
RU2288413C1 (ru) 2005-04-29 2006-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" Способ извлечения геотермального тепла
GB2434200A (en) 2006-01-14 2007-07-18 Roxbury Ltd Heat exchanger component for a geothermal system
KR20130059828A (ko) * 2011-11-29 2013-06-07 김형남 지열을 이용한 냉난방 지중열교환 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
LV14875A (lv) 2014-06-20
WO2015159188A3 (en) 2015-12-30
WO2015159188A2 (en) 2015-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
LV14875B (lv) Urbuma izveidošanas un aizpildīšanas metode ģeotermālās enerģijas iegūšanai
CN102105755B (zh) 从钻井内获取地热来发电的系统和方法
US10527026B2 (en) Geothermal heat recovery from high-temperature, low-permeability geologic formations for power generation using closed loop systems
JP2022539108A (ja) 熱生産的な地層を獲得するための動作プロトコル
CN106194122B (zh) 一种油田报废井改造为地热井或卤水井的方法
CN211177029U (zh) 中深层地热能取热不取水模式供暖系统
US20150101779A1 (en) System and Method of Maximizing Performance of a Solid-State Closed Loop Well Heat Exchanger
CN112856562A (zh) 中深层地热能取热不取水模式供暖系统
Gunn et al. Geothermal energy
Zhang et al. Evaluation of developing an enhanced geothermal heating system in northeast China: Field hydraulic stimulation and heat production forecast
Banks et al. An overview of the results of 61 in situ thermal response tests in the UK
CN113224979A (zh) 一种地热/海水半导体温差发电系统及方法
CN106839478A (zh) 一种深层地热热传导根系的建造方法
Ashena Analysis of some case studies and a recommended idea for geothermal energy production from retrofitted abandoned oil and gas wells
Hemmingway et al. Energy piles: site investigation and analysis
CN110863800A (zh) 一种干热岩单井闭式开发方法
Vangkilde-Pedersen et al. Shallow geothermal energy in Denmark
US11732929B2 (en) Optimized CO2 sequestration and enhanced geothermal system
KR101403687B1 (ko) 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치
CN111365752B (zh) 一种太阳能联合双井闭式增强型地热供暖系统
FR3056288A3 (fr) Centrale geothermique utilisant une zone fissuree de roche chaude et seche
Maurel et al. Inventory and First Assessment of Oil and Gas Wells Conversion for Geothermal Heat Recovery in France
CN117267963B (zh) 一种基于风光储能的含水硬岩浅层地热能增强开发方法
Altseimer Geothermal well technology and potential applications of Subterrene devices: a status review
Banks et al. An overview of the results of in-situ thermal response testing in the UK