RS49844B

RS49844B - Postupak i uredjaj za razmenu geotermalne energije između geotermalnog tela i izmenjivača energije, posebno radi proizvodnje struje

Info

Publication number: RS49844B
Application number: YUP-305/03A
Authority: RS
Inventors: Hans HILDERBRAND
Original assignee: Hita Ag.,
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2008-08-07
Also published as: US20040035110A1; BG65072B1; YU30503A; DE50102013D1; HRP20030401A2; RU2269728C2; AU9360601A; ES2219564T3; BR0114761B1; EP1327111A1; HRP20030401B1; KR100823361B1; SK4762003A3; PL361795A1; JP2010156344A; IL155280A; SI21148A; CN1321297C; BG107747A; MXPA03003436A

Abstract

Postupak za razmenu energije izmedju geotermalnog tela i i zmenjivača energije, naročito radi proizvodnje struje pri čemu je izmenjivač energije (2,2a) preko odvodne grane (10) za vodenu paru i povratne grane (14) za cirkulacionu vodu povezan sa izmenjivačem geotermalne energije (18) u kružnom procesu koji dopire do dubine zemlje na kojoj se proizvodi vodena para, naznačen time da se za odvod i povrat vode u zemlju koristi ista bušotina (22), tako što se najmanje jedna termo-izolovana odvodna cev (20,20a,20b) okruži jednom razdeonom cevi (24) na koju se radijalno ka spoljnoj strani nadovezuje zona povrata (28) za cirkulacionu vodu koja sadrži najmanje jednu povratnu cev (30) povezanu sa povratnom granom (14) i bar u donjoj zoni porozno punjenje (38) i koja je bar na dnu bušotine (22) preko jednog ili više otvora (44,44a) u razdeonoj cevi (24) povezana sa jednom donjom ulaznim otvorom (46,46a) odvodne cevi (20,20a,20b) .

Description

Tehnička oblast

Pronalazak se odnosi na postupak prema glavnom pojmu patentnog zahteva 1 i na uredjaj za realizaciju postupka prema glavnom pojmu patentnog zahteva 1.

Stanje tehnike

Pošto temperatura u zemljinoj kori raste sa povećanjem dubine, u dovoljno dubokim bušotinama, na pr. dubine od 2000 m, može da se proizvede vrela vodena para sa kojom, na pr., može da se pokreće geotermalna elektrana ili daljinski sistem grejanja. Takav postupak je od velikog ekonomskog interesa. Kod takozvanog «Hot-Dry-Rock postupka« (vidi, na pr., Enciklopediju Brockhaus, tom 8, 19.izdanje, F.A. Brockhaus GmbH, Mannheim,1989, str. 337-338) koristi se dubinska toplota iz vrelih suvih stena, tako Što se na medjusobnom rastojanju iskopaju dve dovoljno duboke bušotine, pa se kroz jednu bušotinu u veštački proširene pukotine utisne voda koja se kroz drugu bušotinu ponovo ispumpava na površinu kao pregrejana voda ili kao vodena para. Geotermalne elektrane se najlakše pokreću na principu suve pare gde se prevrela para može dovesti direktno na lopatice turbine za pokretanje generatora. Bitan nedostatak postupka Hot-Dry-Rock je što je potrebno izbušiti dve odvojene bušotine, veštački proširiti pukotine u dubinskim stenama i što je neophodna zona dovoljno vrelih stena.

Uredjaji za dobijanje geotermalne energije iz manjih dubina nego kod napred pomenutog postupka takodje su višestruko poznati. Takvi uredjaji koriste geotermalnu energiju na dubinama od 100 do 2000 m i više, tako što, na pr., protočna voda iz povratne grane jednog izmenjivača energije kroz porozno punjenje teče do dna bušotine, pri tome se zagreva i pomoću pumpe, kroz odvodni vod vode, ponovo se odvodi u izmenjivač energije. Sa ovakvimuredjaj ima ne može se, doduše, proizvesti vrela vodena

para.

Prikaz pronalaska

Zadatak pronalaska je da obezbedi postupak i uredjaj za

proizvodnju vrele vodene pare iz dubinskih stena kojima će

se izbeći nedostaci napred navedenih postupaka.

Zadatak se rešava pomoću:

a) postupka prema patentnom zahtevu1; i

b) uredjaja prema patentnom zahtevu 14.

Timešto su cevi povratne grane1razdeona cev, u kojoj se

nalaziiodvodna cev, smešteni u jednu jedinu bušotinu,

utrošak rada na bušenju je smanjen na otprilike polovinuu

odnosu na postupak Hot-Dry-Rock. Pošto su zona odvodne

graneizona povratne graneudonjem delu bušotine medjusobno povezane preko jedneiliviše otvora u razdeonoj

cevi i, konačno, pošto donji deo povratne grane sadrži

porozno punjenje, moguć je zatvoren sistem u koji praktično

ne prodire voda iz okoline i kome je uglavnom dovoljna

sopstvena količina vode, koja cirkuliše, čime se bitno

smanjuje zagadjenje kružnog sistema. Zbog togausistem,

praktično, ne mora da se dovodi voda,anakon pokretanja

voda praktično ne otičeuokolinu, čime se bitno smanjuje

opterećenje čovekove okoline. Pošto ne mora ni da se

dovodi voda iz okoline, izbegava se zagadjivanje odnosno

stvaranje taloga u izmenjivaču geotermalne energije. Pored

toga se nakon pokretanja uredjaja, zbog ponovljenog

isparavanja, vrši demineralizacija cirkulacione vode Čime

se bitno smanjuje opasnost od oštećenja cevovoda usled

korozije. Nakon odredjene dužine rada cirkulaciona voda

može biti toliko prečišćena da je dodatno prečišćavanje

potrebno samouvećim razmacima. To takodje značajno

doprinosi smanjenju troškovaibezbednosti rada.

U početnoj fazi može biti korisno da se doda sveža vodaa

da se cirkulaciona voda, koja se nalazi u sistemuikoja se

odvodi napolje, sakupljaidemineralizuje u sabirnom

rezervoaru. Još jedna prednost sastoji seutome što se

pomoću poroznog punjenja u zoni povratne grane postiže

bolja razmena toplote tako da nije potrebno da se prave

veštačke pukotine u dubinskim stenama. Dalja prednost

sastoji se u tome što uredjaj prema predmetnom pronalasku

nema posebne zahteve u pogledu geoloikog sastava, tako da

nema posebnih ograničenja u pogledu lokacije takvog

uredj aj a.

Pogodne izvedbe postupka opisuju patentni zahtevi 2 do 13,

dok su pogodne izvedbe uredjaja opisani u patentnim

zahtevima 13 do 35.

Izmenjivač geotermalne energije pre puštanja u rad uglavnom

sadrži cirkulacionu vodu, na pr. isplake ili vodu koja je

prodrla iz zemlje. Pritisak vodenog stuba u odvodnoj cevi

odn.u odvodnoj grani sprečava oduzimanje pare od

izmenjivača geotermalne energije sve dok je pritisak

vodenog stuba u donjoj zoni odvodne cevi odn. razvodnih

cevi viši od pritiska vodene pare.

Za pokretanje postupka prema patentnom zahtevu 2 može da

služi najmanje jedna cirkulaciona pumpa, jer su dovoljne i

male razlike u pritisku da bi se pokrenuli vodeni stubovi u

povratnoj grani i u odvodnoj grani usled čega se

cirkulaciona voda u odvodnoj grani sve više zagreva i

konačno počinje da proizvodi vodenu paru.

Radi pokretanja postupka, odn. uredjaja, prema zahtevima 3

do 9, vodeni stub u odvodnoj cevi odn. u odvodnim cevima

može se istisnuti pomoću dodatog uređaja sa medij umom pod

pritiskom. Razvoj pare, koji se posle toga javlja u donjem

delu bušotine pokreće kružni proces u kome cirkulaciona

voda teče od izmenjivača energije preko povratne grane odn.

povratne cevi odn. povratnih cevi u donji deo bušotine,

nakon čega nastala vodena para preko odvodne cevi odn.

odvodnih ceviiodvodne grane stiže do izmenjivača

energije gde predaje energiju i ponovo postaje cirkulaciona

voda.

Medijum pod pritiskom, koji se priključuje prilikom

pokretanja, može da se priključi u gornjoj zoni odvodne

cevi, prema zahtevu 4, ili u gornjoj zoni povratne cevi,

prema zahtevu 5.Prednost je da medijum pod pritiskom, koji

se priključuje, prema zahtevu 6, bude prethodno zagrejan,

čime se ubrzava pokretanje uredjaja. Prema zahtevu 7, kao

medijum pod pritiskom može da se koristi komprimovan

vazduh. Prema zahtevu 8, pogodan medijum pod pritiskom je i

vodena para koja se najbolje dobij a kada se u odvodnu cev

uroni imerzioni grejač. Posebno pogodno je da se, prema

zahtevu 9, kao medijum pod pritiskom koristi voda.

Prilikom pokretanja uredjaja cirkulaciona voda, koja se

istiskuje iz izmenjivača geotermalne energije, u principu

se, kroz pogodne prolazne otvore može odvesti u zemlju.

GeoloSka i ekološka šteta, koja je povezana sa tim, može se

izbećl izvodjenjem prema patentnom zahtevu 10. Ispuštena

cirkulaciona voda se može sakupiti, prečistitii

demineralizovati i po želji ponovo koristiti.

Dobri uslovi postupka dobij a ju se kada se, prema patentnom

zahtevu 11, radi sa temperaturom cirkulacione vode, koja se

vraća, nižom od 100 *C, prvenstveno od 20<*>do 30 *C.

Temperatura odvedene vodene pare na izmenjivaču enegije,

bi prema patentnom zahtevu 12, trebalo da iznosi najmanje

100<*>C, prvenstveno 350<*>do 370<*>C. Ostali pogodni uslovi

opisani su u patentnom zahtevu 13.

Uredjaj, prema patentnom zahtevu 15, u povratnoj grani

i/ili u odvodnoj grani može da sadrži cirkulacionu pumpu

koja posebno može da služi za pokretanje uredjaja, alii

kao potpora njegovom radu.

Pogodno je i pokretanje uredjaja, pri izvodjenju prema

patentnom zahtevu 16, pomoću medij uma pod pritiskom.

Uredjaj za proizvodnju medij uma pod pritiskom, prema

patentnom zahtevu 17, može biti pumpa pod pritiskom.

Posebno pogodno je izvodjenje prema patentnom zahtevu 18,

pri čemu se kao medijum pod pritiskom koristi imerzioni

grejač koji uranjanjem u odvodnu cev uparava cirkulacionu

vodu i tako proizvodi medijum pod pritiskom.

Cirkulaciona voda, koja se prilikom pokretanja postupka

odn. uredjaja, izbacuje iz odvodne cevi, prema patentnom

zahtevu 19, se pogodnim sredstvima ispušta iznad zemljine

površine. Patentni zahtevi 20 i 21 opisuju pogodna sredstva

za pražnjenje. Kao što je već pomenuto napred, prema

patentnom zahtevu 22, posebno pogodno rešenje se sastoji u

tome da se voda, koju treba izbaciti, sakuplja u sabirnom

rezervoaru da bi se oslobodila štetnih materija, što dovodi

do rešenja kojim se štiti Čovekova okolina odn. uredjaj.

Sakupljenaiprečišćena cirkulaciona voda se, prema

patentnom zahtevu 23, može ponovo vratiti u uredjaj.

Izvodjenje prema patentnom zahtevu 24 posebno je pogodno za

pokretanje uredjaja. Nakon zatvaranja zapornih ventila u

povratnoj i odvodnoj grani kaoizapornog ventila izmedju

prve odvodne ceviiostalih odvodnih cevi priključivanjem

medij uma pod pritiskom na prvu odvodnu cev cirkulaciona

voda se prvo u navedenoj odvodnoj cevi pritiska na dole,

pri čemu se odgovarajući volumen vode kroz ostale odvodne

cevi istiskuje iz sistema cevi preko ventila za

pražnjenje. Nakon Sto je prva odvodna cev toliko

ispražnjena, uključeni pritisak gasa izaziva i pražnjenje

ostalih odvodnih cevi. Zatim se medijum pod pritiskom

isključuje, a proces cirkulacije pokrenut snagom pare se

pokreće zatvaranjem ventila za pražnjenje i otvaranjem

zapornih ventila u povratnojiodvodnoj grani kao i

zapornog ventila izmedju prve odvodne cevi i ostalih

odvodnih cevi.

Izvodjenje prema patentnom zahtevu 25 smanjuje gubitak

toplote u odvodnoj cevi i time može da doprinese

efikasnosti uredjaja.

U principu se može postaviti samo jedna povratna cev u zoni

povrata. Znatno bolji rezultati postižu se, medjutim,

izvodjenjem prema patentnom zahtevu 26, jer se tada sve

zone u buSotini mogu obuhvatiti ravnomerno1iskoristiti za

dobij an je energije. Postavljanje vi Se cevi u odvodnoj i/ili

povratnoj grani ima tu prednost da uredjaj može raditi sa

više brzina, zavisno od priključenje odn. odstranjenja

pojedinih cevi.

Dodatno poboljSanje efikasnosti postiže se izvodjenjem

prema patentnom zahtevu 27, tako Sto se sprečava razmena

toplote izmedju cirkulacione vodeigeotermalnog tela u

gornjem delu buSotine gde je temperatura zemlje niža od

temperature cirkulacione vode, dok se u donjem delu

buSotine, gde je temperatura zemlje viSa od temperature

cirkulacione vode, postiže veća razmena toplote. Time se,

pored toga, sprečava prodiranje zagadjene vode iz gornjih

slojeva zemlje.

Posebno pogodno je izvodjenje uredjaja prema patentnom

zahtevu 28, jer se zbog prisustva prolaznih otvora u donjoj

zoni razdeone ceviizbog toga Sto u navedenoj zoni nisu

formirane odvodne cevi postiže manji otpor strujanja.

Potrebna dubina bušotine zavisi od kretanja temperature u

zemljinoj kori. U regionima, koji nemaju izražene

geotermičke anomalije, pogodne su dubine bušotine od,

na.pr., 2500 do 12000 m. Moguće su, medjutim,iveće

dubine.

Dodatno poboljSanje ramene toplote Izmedju cirkulacione

vođeigeotermalnog tela postiže se formiranjem bočnih

otklonskih rupa shodno izvodjenju prema patentnom zahtevu

30. Takve otklonske rupe mogu biti slepe rupe, ali su

pogodnije prolazne rupe koje ponovo zavrSavajuubuSotlni.

Time se značajno može povećati povrSina, koja prenosi

toplotu, a time i učinak izmenjivača geotermalne energije.

Ako se takve otklonske rupe uglavnom protežu u pravcu

buSotine, kao u patentnom zahtevu 31, lakSe se izradjuju.

Kada je raspored, prema patentnom zahtevu 32, radijalan u

odnosu na buSotinu, otklonske rupe se nalaze u zonama

viSih temperaturaitako omogućavaju veću energiju pare sa

manjom povrSinom prenosa.

Izmenjivač energije napajan proizvedenom vodenom parom,

prema patentnom zahtevu 33, može da bude direktan korisnik

energije ili, prema patentnom zahtevu 34, izmenjivač

toplote koji zagreva joS jedan kružni tok. Poslednji

posebno omogućava zatvoreni kružni proces u kome ne dolazi

do gubitka pritiska a time ni do eventualnog taloženja

minerala u cirkulacionoj vodi čime se može sprečiti

začepljenje uredjaja. Posebno pogodno je izvodjenje kojim

se može proizvesti električna energija. Takav uredjaj joS

može da se pobolj Sa, ako se dodatno proizvede toplota čime

se joS viSe snižava temperatura cirkulacione vode, kojase

vraća,ipovećava efikasnost uredjaja. Efikasnosti radi,

prema patentnom zahtevu 35, za pokretanje generatora struje

koristi se turbina u ORC-procesu, to znači Organic-Rankine-Cvcles.

Kratak opis crteža

Primeri izvodjenja pronalaska niže su opisani pomoću

crteža, koji prikazuju:

Slika 1: Šematski prikaz uredjaja u vertikalnom presku;

Slika 2: Šematski prikaz sistema cevi jednog uredjaja u

horizontalnom preseku II-II slike 1 i u većoj

razmeri;

Slika 3: šematski prikaz sistema cevi jednog uredjaja u

horizontalnom preseku III-III slike 1 1 u većoj

razmeri;

Slika 4: Šematski prikaz izmenjenog uredjaja u vertikalnom

preseku;

Slika 5: Šematski prikaz izmenjenog sistema cevovoda

uredjaja iz slike 4 u vertikalnom preseku;

Slika 6: Šematski prikaz rezervoara za sakupljanje

cirkulacione vode u vertikalnom preseku;

Slika 7: Šematski prikaz uređaja za dobijanje medljuma pod

pritiskom u vertikalnom preseku;

Slika 8: Šematski prikaz uredjaja sa cirkulacionim pumpama

u vertikalnom preseku; i

Slika 9: Deo izmenjivača geotermalne energije sa radijalno

postavljenim otklonskim rupama u vertikalnom

preseku.

Načini izvodienla pronalaska

Slika 1 prikazje uredjaj za koriSćenje geotermalne

energije, na pr. za napajanje izmenjivača energije 2.

Poželjno je da se izmenjivač energije 2 sastoji od

višestepene turbine 4, koja pokreće generator struje 6,i

od korisnika energije 8 priključenog na odvod turbine 4

koji može da predstavlja, na pr., mrežu zagrevne toplote.

Izmenjivač toplote 2 je preko odvodne grane 10 sa

regulacionim zapornim ventilom 12 kao i preko povratne

grane 14 sa regulacionim zapornim ventilom 16 povezan sa

izmenjivačem toplote 18 koji sadrži najmanje dve odvodne

cevi sa toplotnom izolacijom 20 i 20a u bušotini 22.

Odvodne cevi 20i20a okružene su razdeonom cevi 24 na koju

se radijalno ka spoljašnjoj strani sve do zida bušotine 26

nadovezuje povratna grana u kojoj su razporedjene povratne

cevi 30. Zona bušotine, u kojoj su srneštene povratne cevi

30, je nepropustnaugornjem delu 32 do razmaka Ti, poželjno

od 2000 do 2500 m ispod površine zemlje 34, dok je u donjem

delu do dna bušotine 36 snabdevena poroznim punjenjem, na

pr. šljunkom. Zidovi povratnih cevi 30 u zoni poroznog

punjenja 38, radi bolje razmene toplote, imaju prolazne

otvore 40, jer voda i/ili vodena para može da otiče iz

povratnih cevi 30 u porozno punjenje, da se dalje zagreva i

da se vrati u povratne cevi 30. Na povratnu granu 14

priključen je dovod 41 sa zapornim ventilom 43 da bi

kružnom procesu, kada je potrebno, na pr. u slučaju

poniranja ili isparavanja protočne vode, mogla da se doda

voda. Radi povećanja efikasnosti uredjaja zona izmedju

odvodnih cevi 20 odn. 20airazdeone cevi 24 ispunjena je

izolacionim materijalom 42. Odvodne cevi 20i20a

završavaju se na razmaku T3, poželjno od 400 m iznad dna

bušotine 36, a razdeona cev 24 u zoni ispod toga ima

prolazne otvore 44. Odvodne cevi 20 i 20a komuniciraju

medjusobno u zoni svojih donjih ulaznih otvora 46i46a. Na

površini zemlje 34 je prva odvodna cev 20 povezana sa

odvodnom granom 10. Druga odvodna cev 20a je preko regulacionog zapornog ventila 48 povezana sa odvodnom granom 10. Priključni uređaj za medijum pod pritiskom 50 ovde je instalacija pumpe i sastoji se od najmanje jedne pumpe pod pritiskom 52 i jednog regulacionog ventila 54. Ova instalacija pumpe povezana je sa odvodnom granom 10 u zoni Izmedju prve odvodne cevi 20 1 zapornog ventila 12. Pumpa 52 izgradjena je kao hidraulična pumpa, najbolje za vrelu vodu, ili kao kompresor za komprimovani vazduh. Linija za pražnjenje 55 sa ispušnim ventilom 56 nalazi se u zoni odvodne grane 10 izmedju druge odvodne cevi 20a i zapornog ventila 48. Pre puStanja u rad uredjaja prema slici 1 izmenjivač geotermalne energije 18 uglavnom sadrži cirkulacionu vodu. Usled povezanosti povratnih cevi 30 i odvodnih cevi 20 i 20a u donjoj zoni buSotine 22 nivo vode u odvodnim cevima 20 i 20a je uglavnom isti kao i nivo vode u povratnim cevima 30. Vodeni stub, koji se nalazi u odvodnim cevima 20 i 20a i u povratnim cevima 30, spečava proizvodnju vrele vodene pare. Radi pokretanja uredjaja prema slici 1 priključna pumpa pod pritiskom 50 se priključuje na prvu odvodnu cev 20 otvaranjem priključnog ventila 54, pri čemu su zaporni ventil 48 izmedju odvodnih cevi 20 i 20a i zaporni ventili 12 i 16 odvodne grane 10 i povratne grane 14 zatvoreni. Na taj način se stara cirkulaciona voda prazni iz odvodne cevi 20 kroz drugu odvodnu cev 20a preko otvorenog ispušnog ventila 56. Nakon izvršene zamene stare cirkulacione vode vrelom vodom ili nakon pražnjenja odvodnih cevi 20 i 20a pomoću komprimiranog vazduha u izmenjivaču geotermalne energije 18 počinje proizvodnja vodene pare. Pumpa 50 se zatvaranjem priključnog ventila 54 odvaja od odvodne grane, zaporni ventil 48 se otvara a ispušni ventil 56 se zatvara. Otvaranjem zapornog ventila 16 u povratnoj grani 14 izmenjivaču geotermalne energije 18 se dodaje onoliko cirkulacione vode koliko je posle otvaranja zapornog ventila 12 iz izmenjivača geotermalne energije 18 ispušteno vodene pare. Time počinje kružni proces koga pokreće snaga vodene pare. Poželjno je da se temperatura, pritisak i/ili količina vodene pare u odvodnoj grani 10 regulišu regulacionim zapornim ventilom 12. Kada se oduzme mnogo vodene pare, opada temperatura pare, kao što obrnuto temperatura pare raste, kada se oduzima malo vodene pare. Radi poboljšanja razmene toplote bušotina 22 u zoni ispod razmaka Ti, koji na. pr. može da iznosi najmanje 500 m, od površine zemlje može imati otklonske rupe 58 , koje - kao što je prikazano- mogu biti slepe rupe ili najbolje - kao što je označeno šatiranjem - prolazne rupe 58a. One takodjesadrže jednu cev 59, eventualno sa rupama 59auzidui

imaju porozno punjenje 38a. Takve otklonske rupe 58a mogu

da počnu na 500 do 4000 m od površine zemljeida na 2500

do 12000 m ponovo završavajuubušotni 22ione služe za

povećanje površina koje prenose toplotu. Može da postoji

samo jedna takva otklonska rupa, svrsishodnije je,

medjutim, da oko bušotine bude rasporedjeno više otklonskih

rupa.

Slika 2 pokazuje šematski prikaz uredjaja prema slici1u

horizontalnom preseku II-II slike1na dubini od, na pr.,

1000do 12000 m ispod površine zemlje34.Frečnik bušotine

D je, na pr., 150 do 500 mm. Zona izmedju odvodnih cevi 20

i20aurazdeonoj cevi 24 popunjena je izolacionim

materijalom 42. U zoni kruga 60 bušotine 22 su izmedju

razdeone cevi 24izida bušotine 26 postavljene, na pr.,

četiri povratne cevi 30 rasporedjene preko oboda. Šuplji

prostor zone kruga 60 izmedju povratnih cevi 30 popunjen je

poroznim punjenjem 38. Zid povratnih cevi 30 sadrži blende40.

Slika 3 daje šematski prikaz uredjaja prema slici1 uhorizontalnom presekuIII-IIIslike1na području dubineT3

od, na primer, do 400 m iznad dna bušotine 36. Razdeona cev

24 sadrži otvore44,nema odvodne ceviniizolacioni

materijal i služi kao prostor za sakupljanje vodene

pare.Startovanj e uredj aj a,tj .proi zvodnj a vodene pare,

počinje pri temperaturi od preko 100' C. Za izmenjivač

energije 2 je radna temperatura veća od 100" Cipoželjno

je dauodvodnoj cevi 10 iznosi 350' do 370<*>C.U

višestepenoj parnoj turbini 4 izmenjivača energije 2 vodena

para se rashladjuje na manje od 100"Cikondenzuje u

cirkulacionu vodu, koja se odvodiukorisnik energije 8, na

primer,uizmenjivač toplote. U izmenjivaču toplote se

dovodni tok 8a kružnog toka potrošača zagreva na oko 90 *C,

iposle predaje toplote se kao povratni tok sa oko 20'C

vraćauizmenjivač toplote. To dovodi do toga da

cirkulaciona voda napušta izmenjivač toplote 8 a time i

izmenjivač energije 2 sa temperaturom od oko 25' do 30<*>Ci

da se preko povratne grane 14 odvodi u povratne cevi 30.

Slika 4 prikazuje uredjaj prema slici 1, pri čemu je,

medjutim, izgradjena samo jedna povratna cev. Zona povrata

28 jeudonjem delu bušotine 22 preko jednogiliviše

prolaznih otvora 44a u razdeonoj cevi 24 povezana sa donjim

ulaznim otvorom 46 odvodne cevi 20. Alternativno je cela

donja zona bušotine 22 izvedena kaoštoje prikazanou

slikama 113. Povratne cevi 30 spajaju se u povratnoj

grani 14 koja je, poželjno, u zoni izmedju izmenjivača

geotermalne energije 18izapornog ventila 16 snabdevena

ispušnim ventilom 56a linije za pražnjenje 55. Nadalje je

na povratnu granu 14 priključen dovod 41 sa zapornim

ventilom 43 za dovodjenje sveže vode ili povratne

vode.Priključni uređaj za medijum pod pritiskom 50a u

obliku uredjaja sa pumpom pod pritiskom, koji se sastoji od

najmanje jedne pumpe pod pritiskom 52aijednog priključnog

ventila 54a, povezan je sa odvodnom granom 10 u zoni

izmedju izmenjivača geotermalne energije 18izapornog

ventila 12.

Radi startovanja uredjaja prikazanog u slici 4, uredjaj sa

pumpom 50a se pri zatvorenom zapornom ventilu 12 odvodne

grane 10 i zatvorenom zapornom ventilu 16 povratne grane 14

priključuje otvaranjem priključnog ventila 54a.

Cirkulaciona voda u odvodnoj cevi 20 potiskuje se na dolei

ispufita se kroz povratne cevi 30 preko ispušnog ventila 56a

iznad povrSine zemlje 34. Nakon izvršenog pražnjenja

odvodne cevi 20, odnosno punjenja toplom vodom, u

izmenjivaču geotermalne energije 18 počinje proizvodnja

vodene pare. Zatvaranjem priključnog ventila 54a uredjaj sa

pumpom 50a se odvaja od razvodne grane 10 i zatvara se

ispušni ventil 56a. Otvaranjem zapornog ventila 16 u

povratnoj grani 14 i zapornog ventila 12 u odvodnoj grani

10 snaga vodene pare pokreće kružni proces.

Slika 5 prikazuje nadzemni sistem cevovoda uredjaja iz

slike 4, pri čemu priključni uredjaj sa pumpom pod

pritiskom 50b, medjutim, nije kao u primerima iz slika 1 i

3 povezan sa odvodnom granom 10 već sa povratnom granom 14, i to u zoni izmedju izmenjivača geotermalne energije 181zapornog ventila 16. Linija za pražnjenje 55 sa ispušnim ventilom 56b povezan je sa odvodnom granom 10 u zoni izmedju izmenjivača geotermalne energije 18izapornog ventila 12. U ovom slučaju se za pokretanje uredjaja, pri zatvorenim zapornim ventilima 12, 16 u odvodnoj grani 10 i povratnoj grani 14, pomoću uredjaja sa pumpom 50b, pri otvorenom priključnom ventilu 54b, prazni ili puni vrelom vodom bar jedna povratna cev 30 i odvodna cev 20, pri čemu istisnuta cirkulaciona voda otiče preko otvorenog ispušnog ventila 56bilinije za pražnjenje 55. Čim se taj proces završi, moraju se zatvoriti ispušni ventil 56bipriključni ventil 54b. Otvaranjem zapornog ventila 12 odvodne grane 10 nastala vodena para može da se odvodi u izmenjivač energije 2. Cirkulaciona voda neophodna za proizvodnju vodene pareobezbedjuje se otvaranjem zapornog ventila 16 preko

povratnog voda 14 i povratnih cevi 30, po potrebi uz

povremeno priključivanje pumpe pod pritiskom (nije

prikazano), ili iz zemlje u donjem delu bušotine i/ili

preko dovoda 41 priključenog na povratnu granu 14 preko

zapornog ventila 43.

Poželjno je da se u takvim uredjaj ima cirkulaciona voda,

koja se pri pokretanju uredjaja istiskuje iz izmenjivača

geotermalne energije preko ispušnog ventila 56, 56a, 56bi

linije za pražnjenje 55, ne ispušta u okolinu već da se

prema primeru izvodjenja iz slike 6 sakuplja u sabirnom

rezervoaru 62. Tamo cirkulaciona voda 64 može da se

prečisti, na primer, da se oslobodi taloga 66 i dase

deminerallzuje i da se, po potrebi, preko dovoda 41 i

zapornog ventila 43 ponovo vrati u kružni proces. Sabirni

rezervoar generalno može da služi za preradu, kao što je

prečišćavanje, demineralizaciju itd., cirkulacione vode,

ako merenja pokažu da je ona previše zagadjena za kružni

proces. Time se izbegava opterećivanje čovekove okoline

izbačenom, najčešće zagadjenom cirkulacionom vodom.

Prečišćavanjem i po potrebi obradom Izbačene cirkulacione

vode u kružni proces se može dovesti optimalno podešena

voda čime se, s jedne strane, sam uredjaj Štiti od

oštećenja, posebno od korozije, a s druge strane, zemlja,

koja okružuje Izmenjivač geotermalne energije 18, zaštićuje

od oštećenja usled zagadjenja.

Slika 7 prikazuje još jedan primer izvodjenja uređaja

medija pod pritiskom 50c koji umesto medij uma pod

pritiskom, kao što su komprimirani vazduh ili voda pod

pritiskom iz uredjaja sa pumpom pod pritiskom, u primerima

izvodjenja iz slika 1 do 4, uparava cirkulacionu vodu 64 u

odvodnoj cevi 20bikoristi vodenu paru kao medijum pod

pritiskom za izbacivanje cirkulacione vode 64 iz odvodne

cevi 20b. Uredjaj medija pod pritiskom sadrži jedan

imerzloni grejač 68 koji se uranja u cirkulacionu vodu 64 u

odvodnoj cevi 20biuvodi seicentrira pomoću bočnih

vodilica 70 u odvodnoj cevi. Imerzioni grejač 68 visi na

čeličnom užetu 72 koji se izvodi kroz zatvarač pod

pritiskom 74 u poklopcu 76 odvodne cevi 20b, a preko

skretnog kotura 84 do remeni ce 80. Analogno tome sei

električni dovod 82 uronjenog grejača 68 kroz zatvarač pod

pritiskom 74 izvodi napolje,apreko skretnog kotura 84 do

remeni ce 86. Obe remenice 80, 86 u medjusobno suprotnom

sroeru pokreće zajednički pogonski motor 88izajednički

prenosnik 90. Srazmerno razvoju uparavanja i istiskivanja

cirkulacione vode imerzioni grejač 68 pomoću remenica 80,

86 može da prati nivo cirkulacione vode sve dok u

izmenjivaču geotermalne toplote ne počne proizvodnja vodene

pare i dok se ne pokrene kružni proces. Tada se imerzioni

grejač 68 pomoću remenica 80, 86 može vratiti u početni

položaj.

Slika 8 prikazuje nadzemni sistem cevi uredjaja

iz slike 5, pri čemu je, medjutim, umesto priključnog

uređaja za medij pod pritiskom 50b Iz slike 5 u povratnoj

grani 14ipo potrebi u odvodnoj grani 10 postavljena

cirkulaciona pumpa 92 i 94. Linija za pražnjenje 55 sa

ispušnim ventilom 56b je pak povezana sa odvodnom granom

10, i to nizvodno od cirkulacione pumpe 94. Pored toga je

na povratnu granu 14 priključen dovod 41 sa zapornim

ventilom 43. Kao izmenjivač energije 2a služi zatvoreni

sistem, koji povezuje uredjaj sa drugim krugom 96, sa

dovodom vode 96aipovratom vode 96b, koji vodi ka jednom

ili više korisnika energije kao što su turbine (na primer

za generator struje), grejanjaislično. U tom slučaju se

mogu izostaviti zaporni ventili 12,16 u odvodnoj grani 10i

povratnoj grani 14. Radi pokretanja uredjaja uključuju se

cirkulacione pumpe 92, 94ipovratna voda u sistemu se vodi

kružnim tokom sve dok se toliko ne zagreje da se pri

ispuštanju jednog dela povratne vode preko linije za

pražnjenje 55ipadu pritiska povezanim sa tim u krugu ne

stvori vodena paraikrug ne počne sam da radi tako da

cirkulacione pumpe 92, 94 mogu da se isključe.

Slika 9 prikazuje najnižu zonu bušotine 22 analogno primeru

iz slike 1, pri čemu se bočne otklonske rupe 58b ne

prostiru u pravcu bušotine 22, već uglavnom radijalno u

odnosu na nju. Otklonske rupe 58b iznad dna bušotine 36

radijalno izlaze iz bušotine 22, čine petlju (prave krug) 98 i u blizini dna bušotine 36 ponovo ulaze u bušotinu 22. Otklonska rupa 58b obložena je sa cevi 59 sa rupama 59a

ipopunjenja poroznim punjenjem 38a. Ovim izvodjenjem

postiže se velika površina Izmenjivača toplote na dubini

zemlje sa visokom temperaturom.

Spisak korlšćenih simbola

2 Izmenjivač energije

4 ViSestepena parna turbina

6 Generator struje

8 Korisnik energije

8a Odvodni tok (vode)

8b Povratni tok (vode)

10 Odvodna grana (cevovod)

12 Regulacioni zaporni ventil 14 Povratna grana (cevovod) 16 Regulacioni zaporni ventil 18 Izmenjivač geotermalne energije

20,20a,20b Odvodna cev

22 Bušotina

24 Razđeona cev

26 Zid bušotine

28 Zona povrata

30 Povratna cev

32 Zaptivna zona

34 Zemljina površina

36 Dno bušotine

38,38a Porozno punjenje

40 Otvori u povratnoj cevi

41 Dovod

42 Izolacioni materijal

43 Zaporni ventil

44,44a Otvori u razdeonoj cevi

46,46a Donji otvor u odvodnoj cevi

48 Zaporni ventil

50,50a,50b,50c Priključni uređaj za medijum pod pritiskom

(pumpa pod pritiskom)

52,52a, 52b Pumpa pod pritiskom

54,54a,54b Regulacioni priključni ventil

55 Linija za pražnjenje

56,56a,56b Ispušni ventil)

58 Bočna otklonska rupa

58a Bočna otklonska rupa

58b Bočna otklonska rupa

59 Cev

59a Rupa

60 Zona kruga

62 Sabirni rezervoar

64 Cirkulaciona voda

66 Talog

68 Imerzioni grejač

70 Pokazni element

72 Čelično uže

74 Zatvarač pod pritiskom

76 Poklopac

78 Skretni kotur

80 Remenica

82 Dovod struje

84 Skretni kotur

86 Remenica

88 Pogonski motor

90 Prenosnik (transmisija)

92 Cirkulaciona pumpa

94 Cirkulaciona pumpa

96 Drugi krug (kružni tok)

96a Odvodni tok vode

96b Povrat vode

98 Krug

Claims

1. Postupak za razmenu energije izmedju geotermalnog tela i izmenjivača energije, naročito radi proizvodnje struje, pri čemu je izmenjivač energije (2,2a) preko odvodne grane (10) za vodenu paruipovratne grane (14) za cirkulacionu vodu povezan sa izmenjivačem geotermalne energije (18) u kružnom procesu koji dopire do dubine zemlje na kojoj se proizvodi vodena para, naznačen time da se za odvodipovrat vode u zemlju koristi ista bušotina (22), tako što se najmanje jedna termo-izolovana odvodna cev (20,20a,20b) okruži jednom razdeonom cevi (24) na koju se radijalno ka spoljnoj strani nadovezuje zona povrata (28) za cirkulacionu vodu koja sadrži najmanje jednu povratnu cev (30) povezanu sa povratnom granom (14)ibar u donjoj zoni porozno punjenje (38)ikoja je bar na dnu bušotine (22) preko jednog ili više otvora (44,44a) u razdeonoj cevi (24) povezana sa jednom donjom ulaznim otvorom (46,46a) odvodne cevi (20,20a,20b).

2. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time da se kružni proces a timeiproizvodnja vodene pare pokreće pomoću najmanje jedne cirkulacione pumpe (92,94).

3. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time da se radi pokretanja kružnog procesa vodeni stub, koji se nalazi u odvodnoj cevi (20,20a, 20b) pomoću medij uma pod pritiskom toliko iscedi dok se ne stvori vodena para i dok para ne bude prisutna u izmenjivaču energije (2,2a) sa unapred odredjenim vrednostima.

4. Postupak prema zahtevu 3, naznačen time da se medijum pod pritiskom koristi u gornjoj zoni odvodne cevi (20,20b).

5. Postupak prema zahtevu 3, naznačen time dasemedijum pod pritiskom koristi u gornjoj zoni povratne cevi (30) .

6. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 5, naznačentime da se koristi prethodno zagrejani medijum podpritiskom.

7. Postupak prema jednom od zahteva 3 do 6, naznačen time da se kao medijum pod pritiskom koristi komprimirani vazduh.

8. Postupak prema jednom od zahteva 3 do 6, naznačen time da se kao medijum pod pritiskom koristi vodenapara koja se najbolje proizvodi neprekidnimuparavanjem vodenog stuba u odvodnoj cevi (20b) pomoću imerzionog grejača (68).

9. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 5, naznačentime da se kao medijum pod pritiskom koristi voda pod pritiskom.

10. Postupak prema jednom od zahteva 3 do 6, naznačen time da se cirkulaciona voda (64), koja prilikompokretanja kružnog procesa kroz odvodnu cev (20,20a,20b) ističe iz kružnog procesa, sakuplja usabirnom rezervoaru (62) i poželjno je da se obradi i po potrebi koristi za dolivanje u kružni proces.

11. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 10, naznačen time da se u povratnu cev (30) dovodi cirkulacionavoda čija je temperatura ispod 100"C, a poželjno je20' do 30<*>C.

12. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 11, naznačen time da se u izmenjivač energije (2,2a) dovodivodena para čija je temperatura najmanje 100"C, a poželjno je 350<*>do 370<*>C.

13. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 12, naznačen time da se nastala vodena para kompenzuje tako Sto sevodeni stub, koji se u zoni povrata vode (28) nalaziiznad vodene pare, potiskuje na dole da bi sepovećali temperatura i pritisak, tako da se u zoni odvoda vode (20,20a,20b,24) na dubini od, na primer,7500 do 12000 m stvara vodena para sa pritiskom od,na primer, 50 do 60 bara, koja preko, poželjno, termički izolovane zone odvoda (20,20a,20b,24) struji ka izmenjivaču energije (2,2a).

14. Uredjaj za izvodjenje postupka prema jednom od zahteva 1 do 13, naznačen time da je izmenjivač energije (2,2a) preko jedne odvodne grane (10) i jedne povratne grane (14) za cirkulacionu vodu povezan sa izmenjivačem geotermalne energije (18) koji u jednoj buSotini (22) ima najmanje jednu termički izolovanu odvodnu cev (20,20a,20b), pri čemu je odvodna cev (20,20a,20b) u bušotini (22) okružena jednom razdeonom cevi (24) na koju se radijalno prema spoljašnjoj strani nadovezuje zona povrata (28) protočne vode koja sadrži najmanje jednu povratnu cev (30) povezanu sa povratnom granom (14) i bar u donjem delu porozno punjenje (38) i koja je bar na dnu bušotine (22) preko jednog ili više otvora (44,44a) u razdeonoj cevi (24) povezana sa donjim ulaznim otvorom (46,46a) odvodne cevi (20,20a,20b).

15. Uredjaj prema zahtevu 14, naznačen time da je u povratnoj grani (14) i/ili u odvodnoj grani (10) postavljena cirkulaciona pumpa (92,94).

16. Uredjaj prema zahtevu 14, naznačen time da su odvodna grana (10)ipovratna grana (14) snabdevene regulacionim zapornim ventilom (12,16) 1 da je ili na odvodnu granu (10) izmedju zapornog ventila (12)iizmenjivača geotermalne energije (18) ili na povratnu granu (14) izmedju zapornog ventila (16)iizmenjivača geotermalne energije (18) priključen uredjaj za proizvodnju medij uma pod pritiskom (50a, 50b, 50c) radi izbacivanja cirkulacione vode iz odvodne cevi (20,20a,20b) a timeiradi aktiviranja proizvodnje i razvoja vodene pare.

17. Uredjaj prema zahtevu 16, naznačen time da je uredjaj medij uma pod pritiskom izradjen kao pumpa pod pritiskom (50a,50b).

18. Uredjaj prema zahtevu 16, naznačen time da je uredjaj medij uma pod pritiskom izradjen kao imerzioni grejač (50c) koji se može uroniti u odvodnu cev.

19. Uredjaj prema jednom od zahteva 14 do 18, naznačen time da iznad površine zemlje (34)postoje sredstva za pražnjenje cirkulacione vode iz odvodne cevi (20,20a,20b).

20. Uredjaj prema zahtevu 19, naznačen time da sredstva za pražnjenje imaju ispušni ventil {56a} postavljen u povratnoj grani(14)izmedju izmenjivača geotermalne energije (18) i zapornog ventila (16).

21. Uredjaj prema zahtevu 19, naznačen time da sredstva za pražnjenje imaju ispušni ventil (56b) postavljen u odvodnoj grani (10) izmedju izmenjivača geotermalne energije (18) i zapornog ventila (12).

22. Uredjaj prema jednom od zahteva 19 do 21, naznačen time da sredstva za pražnjenje poseduju sabirni rezervoar (62) koji, poželjno je, sadrži dovod (41) povezan sa povratnom granom (14).

23. Uredjaj prema jednom od zahteva 14 do 22, naznačen time da je u odvodnoj grani (14) preko zapornog ventila (43) postavljen dovod (41) za vodu.

24. Uredjaj prema jednom od zahteva14do 23, naznačen time da je unutar razdeone cevi (24) postavljena joS najmanje jedna odvodna cev (20a), koja sa strane zemlje komunicira sa prvom odvodnom cevi (20), dok je na površini zemlje (34) preko zapornog ventila (48) povezana sa prvom odvodnom cevi (20) i koja poseduje ispušni ventil (56) za izbacivanje cirkulacione vode koja se pomoću medijumskog uredjaja pod pritiskom (50) može izbacivati preko prve odvodne cevi (20) kroz drugu odvodnu cev (20a).

25. Uredjaj prema jednom od zahteva 14 do 24, naznačen time da je zona izmedju odvodne cevi (20,20a,20b) i razdeone cevi (24) popunjena izolacionim materijalom (42).

26. Uredjaj prema jednom od zahteva 14 do 25, naznačen time da su u zoni kruga (60) izmedju razdeone cevi (24)izida bušotine (26) postavljene najmanje 2,apoželjno više, povratne cevi (30) rasporedjene oko razdeone cevi.

27. Uredjaj prema jednom od zahteva 14 do 26, naznačen time da je zona bušotine, u kojoj se nalazi povratna cev (30), u gornjem delu, poželjno 1000 do 2500mod površine zemlje (34), nepropustnaida je u donjem delu do dna bušotine (36) snabdevena poroznimpunjenjem (38), pri čemu je zid povratne cevi (30)uzoni poroznog punjenja (38) snabdeven otvorima (40).

28. Uredjaj prema jednom od zahteva 14 do 27, naznačen time da odvodna cev (20,20a,20b) završava, poželjno na 400 m, iznad dna bušotine (36)ida je razdeona cev (24) u toj zoni snabdevena otvorima (44).

29. Uredjaj prema jednom od zahteva 14 do 28, naznačen time da dubina T bušotine (22) iznosi 2500 do 12000m.

30. Uredjaj prema jednom od zahteva 14 do 29, naznačen time da bušotina (22) ima najmanje jednu bočnu otklonsku rupu (58,58a, 58b) koja u zoni otvora (44,44a) razdeone cevi (24),uglavnom, ponovo ulazi u bušotinu (22).

31. Uredjaj prema zahtevu 30, naznačen time da se otklonska rupa (58a) uglavnom prostire u pravcu bušotine (22).

32. Uredjaj prema zahtevu 30, naznačen time da se otklonska rupa (58b) uglavnom prostire radijalno u odnosu na bušotinu (22).

33. Uredjaj prema jednom od zahteva 14 do 32, naznačen time da izmenjivač energije (2), prvenstveno ima višestepenu turbinu (4) koja je povezana sa generatorom struje (6), pri čemu je sa turbinom (4) naknadno spojen još jedan korisnik energije (8).

34. Uredjaj prema jednom od zahteva 14 do 32, naznačen time da izmenjivač energije (2a) povezuje kružni proces u zemlji sa drugim kružnim procesom (96) koji prvenstveno sadrži jednu višestepenu turbinu sa generatorom struje.

35. Uredjaj prema zahtevu 33 ili 34, naznačen time da turbina (4) radi prema ORC-procesu.