PL212734B1 - Układ wykorzystania energii geotermalnej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ wykorzystania energii geotermalnej, przeznaczony do pozyskiwania energii w sposób ciągły. Energia geotermalna, poza nielicznymi obszarami na Ziemi, jest trudna do odzyskania ze względu na niewysoką temperaturę zasobów.

Z polskiego opisu patentowego nr 186556 znana jest instalacja do wykorzystywania energii geotermalnej, z wykorzystaniem obiegu wodnego odbywającego się w formacji geologicznej znajdującej się na znacznej głębokości pod powierzchnią ziemi, zawiera przynajmniej jeden odwiert doprowadzający prowadzący z powierzchni ziemi w dół do wspomnianej formacji geologicznej i przynajmniej jeden odwiert odprowadzający służący do odprowadzenia ogrzanej wody ze wspomnianej formacji geologicznej na powierzchnie. Odwierty doprowadzający i odprowadzający są połączone przez wiele odwiertów absorbujących ciepło, które są oddalone od siebie o więcej niż 50 m. Odwierty absorbujące ciepło posiadają całkowitą długość wielu kilometrów, ale stosunkowo niewielką średnicę około 10 cm. Przedstawiony został także sposób projektowania instalacji obejmujący określanie wymiarów odwiertów absorbujących ciepło.

Z innego polskiego opisu patentowego nr 186747 znany jest układ podgrzewania wody w instalacji centralnego ogrzewania z wykorzystaniem energii wód geotermalnych, w którym zespół pompy, wspomagającej ciepło wody geotermalnej stanowi zestaw kilku sprężarkowych pomp ciepła, których parowniki jak i odpowiednio skraplacze połączone są szeregowo w gałęziach: wyjściowej bloku wymiennika ciepła i odpowiednio w sieć instalacji centralnego ogrzewania. Przepływy czynników roboczych po stronie parowników i po stronie skraplaczy mają kierunek przeciwny. W sieć elektryczną zasilania sprężarek pomp ciepła włączone są: zespół elektrowni wiatrowych oraz mała hydroelektrownia, zabudowana na gałęzi spływowej z bloku wymiennika ciepła.

Z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr 325850 znany jest sposób pozyskiwania energii geotermicznej, który polega na wykonaniu w górotworze dwóch, oddalonych od siebie, głębokich i orurowanych odwiertów, doprowadzonych do tej samej warstwy skały zbiornikowej. Następnie wywołuje się przepływ płynu wgłębnego w obiegu zamkniętym, utworzonym przez połączenie głowic obu odwiertów instalacją napowierzchniową, która zawiera wymiennik ciepła i zespół pompowy. Odwierty wykonuje się jako kierunkowe, o osi wzdłużnej kształtowanej kolejno przez: odcinek pionowy, odcinek łukowy o kącie środkowym 90° oraz przebiegający w warstwie skały zbiornikowej odcinek poziomy znacznej - co najmniej kilkusetmetrowej - długości. W zakresie odcinka łukowego odwierty wykonuje się znanymi technikami odchylania pionowej osi otworu w kierunku poziomym.

Istota układu według wynalazku, polega na tym, że w co najmniej jeden odwiert wprowadzone są dwie koncentryczne, częściowo preizolowane rury, przy czym rura zewnętrzna wypełniona płynem podgrzewanym jest preizolowana na odcinku środkowym i nie jest preizolowana na odcinku górnym oraz dolnym, natomiast rura wewnętrzna jest preizolowana zarówno na odcinku środkowym częściowo górnym i częściowo dolnym. Rura zewnętrzna jest zamknięta na obu jej końcach zaś rura wewnętrzna wypełniona płynem oziębianym ma końce otwarte. W odległości równej odcinkowi górnemu od czoła rury zewnętrznej jest przegroda z umieszczonymi w niej oraz w obu rurach przepustami. Rury z przepustami tworzą na dł ugoś ci odcinka górnego, górny wymiennik ciepł a, a na dł ugości odcinka dolnego, dolny wymiennik ciepła. Ponadto w rurze wewnętrznej umieszczona jest maszyna termodynamiczna, napędzająca generator prądu elektrycznego połączony z odbiornikiem prądu elektrycznego.

Górny wymiennik ciepła może być umieszczony w skale z ciekami wodnymi jak również górny wymiennik ciepła i maszyna termodynamiczna mogą być umieszczone nad powierzchnią ziemi, ale wówczas górny wymiennik ciepła na długości odpowiadającej odcinkowi górnemu, jest wyposażony w radiator powietrzny.

Podstawową zaletą układu wykorzystania energii geotermalnej, według wynalazku, jest możliwość produkcji energii w sposób nieprzerwany, niezależny od pory dnia czy też pory roku. Najprostszym sposobem realizacji układu jest wykorzystanie różnicy temperatury ciepła geotermalnego, czyli ciepła litosfery oraz ciepła atmosfery. Jak wiadomo temperatura atmosfery maleje w miarę oddalania się od powierzchni Ziemi, natomiast temperatura litosfery w miarę oddalania się od powierzchni Ziemi rośnie średnio o 30°C na każdy kilometr. Zatem przy głębokości ok. 5 kilometrów występuje temperatura ok. 150°C co umożliwia produkcję energii elektrycznej w klasycznym układzie turbiny i generatora. Energia elektryczna uzyskiwana jest z energii geotermalnej, bez angażowania jakiegokolwiek paliwa. Nie występuje w związku z tym jakiekolwiek skażenie środowiska naturalnego, zaś ilość ciepła

PL 212 734 B1 przekazywana do atmosfery przy zastosowaniu procesów naturalnych nie jest w stanie wpłynąć na stosunki termiczne na Ziemi.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ wykorzystania energii geotermalnej z górnym wymiennikiem ciepła umieszczonym w cieku wodnym, a fig. 2 - układ wykorzystania energii geotermalnej z górnym wymiennikiem ciepła wyposażonym w radiator powietrzny.

P r z y k ł a d 1

Układ wykorzystania energii geotermalnej ma w odwiert wprowadzone dwie koncentryczne, częściowo preizolowane rury Z, W. Rura zewnętrzna Z wypełniona płynem podgrzewanym Pg jest preizolowana na odcinku środkowym b i nie jest preizolowana na odcinku górnym a oraz dolnym c, natomiast rura wewnętrzna W jest preizolowana zarówno na odcinku środkowym b, częściowo górnym a i częściowo dolnym c\ Rura zewnętrzna Z jest zamknięta na obu jej końcach, zaś rura wewnętrzna W wypełniona płynem oziębianym Pz ma otwarte końce, przy czym w odległości równej odcinkowi górnemu a od czoła rury zewnętrznej Z jest przegroda P z umieszczonymi w niej oraz w' obu rurach Z, W przepustami d. Rury zewnętrzna Z i wewnętrzna W tworzą na długości odcinka górnego a górny wymiennik ciepła Gw, a na długości odcinka dolnego c dolny wymiennik ciepła Dw. Górny wymiennik ciepła Gw jest umieszczony w skale z ciekami wodnymi C. Ponadto w rurze wewnętrznej W umieszczona jest maszyna termodynamiczna Mt, napędzająca generator prądu elektrycznego Gp połączony z odbiornikiem prądu elektrycznego Op.

P r z y k ł a d 2

Układ wykorzystania energii geotermalnej wykonany jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że górny wymiennik ciepła Gw i maszyna termodynamiczna Mt, są umieszczone nad powierzchnią ziemi, przy czym górny wymiennik ciepła Gw na długości odpowiadającej odcinkowi górnemu a jest wyposażony w radiator powietrzny RP. Radiator powietrzny RP wykonany jest z materiału dobrze przewodzącego ciepło co pozwala na przekazywanie ciepła płynu podgrzewanego Pg do otoczenia.

Działanie nowego układu wykorzystania energii geotermalnej polega na tym, że obie rury zewnętrzna Z i wewnętrzna W wypełnia się płynem. Płyn ten jako płyn oziębiany Pz wpływa na głębokości c przez przepusty d do wnętrza preizolowanej rury wewnętrznej W. Rurą wewnętrzną W przemieszcza się do dolnego wymiennika ciepła Dw. Wypływając w tym wymienniku z rury wewnętrznej W do przestrzeni między rurą wewnętrzną W oraz zewnętrzną Z. W przestrzeni tej ogrzewa się ciepłem Ziemi i jako płyn podgrzewany Pg przemieszcza się ku górnemu wymiennikowi ciepła Gw. Dopływa do przegrody P i dalej jako płyn podgrzewany Pg przez przepusty d przepływa do wnętrza preizolowanej rury wewnętrznej W. Wnętrzem tej rury W płynie ku jej górnemu końcowi, a po jego osiągnięciu wypływa z rury wewnętrznej W i wpływa między rurę wewnętrzną W oraz zewnętrzną Z górnego wymiennika ciepła Gw. W wymienniku tym ulega schłodzeniu i jako chłodny Pz płynie ku dołowi. Przez przepusty d wpływa do wnętrza rury wewnętrznej W i cały cykl powtarza się. Ciepło geotermalne wykorzystywane jest do wywołania różnicy gęstości płynu podgrzewanego Pg oraz oziębianego Pz, co powoduje ruch płynu, a energia kinetyczna tego ruchu w maszynie termodynamicznej Mt w postaci turbiny, która napędza generator prądu elektrycznego Gp, zamieniana jest na energię elektryczną. Zatem ciepło geotermalne, w sposób ciągły, zamieniane jest na użyteczną energię elektryczną. Płyn przemieszcza się w przestrzeni zamkniętej co ma pozytywne skutki proekologiczne.

Claims (3)

1. Układ wykorzystania energii geotermalnej, z obiegiem wodnym na znacznej głębokości pod powierzchnią ziemi, zawierający co najmniej jeden orurowany odwiert, znamienny tym, że w co najmniej jeden odwiert wprowadzone są dwie koncentryczne, częściowo preizolowane rury (Z, W), przy czym rura zewnętrzna (Z) wypełniona płynem podgrzewanym (Pg) jest preizolowana na odcinku środkowym (b) i nie jest preizolowana na odcinku górnym (a) oraz dolnym (c), natomiast rura wewnętrzna (W) jest preizolowana zarówno na odcinku środkowym (b) częściowo górnym (a') i częściowo dolnym (c'), jednocześnie rura zewnętrzna (Z) jest zamknięta na obu jej końcach zaś rura wewnętrzna (W) wypełniona płynem oziębianym (Pz) ma końce otwarte, przy czym w odległości równej odcinkowi górnemu (a) od czoła rury zewnętrznej (Z) jest przegroda (P) z umieszczonymi w niej oraz w obu rurach (Z, W) przepustami (d), które to rury (Z, W) tworzą na długości odcinka górnego (a) górny wymiennik ciepła (Gw), a na długości odcinka dolnego (c) dolny wymiennik ciepła (Dw), ponadto w rurze we4

PL 212 734 B1 wnętrznej (W) umieszczona jest maszyna termodynamiczna (Mt), napędzająca generator prądu elektrycznego (Gp) połączony z odbiornikiem prądu elektrycznego (Op).

2. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że górny wymiennik ciepła (Gw) jest umieszczony w skale z ciekami wodnymi (C).

3. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że górny wymiennik ciepła (Gw) i maszyna termodynamiczna (Mt), są umieszczone nad powierzchnią ziemi, przy czym górny wymiennik ciepła (Gw) na długości odpowiadającej odcinkowi górnemu (a), jest wyposażony w radiator powietrzny (RP).