RU2288413C1 - Method of using geothermal heat - Google Patents
Method of using geothermal heat Download PDFInfo
- Publication number
- RU2288413C1 RU2288413C1 RU2005113114/06A RU2005113114A RU2288413C1 RU 2288413 C1 RU2288413 C1 RU 2288413C1 RU 2005113114/06 A RU2005113114/06 A RU 2005113114/06A RU 2005113114 A RU2005113114 A RU 2005113114A RU 2288413 C1 RU2288413 C1 RU 2288413C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- well
- geothermal
- temperature
- casing
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам извлечения и использования геотермального тепла, в частности извлечения тепла сухих глубинных пород.The invention relates to methods for extracting and using geothermal heat, in particular, extracting heat from dry deep rocks.
Известен способ извлечения тепла земных недр путем использования геотермальных источников /Дворов И.М., Дворов В.И. Термальные воды и их использование. М., Просвещение, 1976. - 128 с., Натанов Х.Х. Подготовка геотермальных вод к использованию. М., Строийиздат, 1980. - 80 с./.A known method of extracting heat from the bowels of the earth by using geothermal sources / Dvorov I.M., Dvorov V.I. Thermal waters and their use. M., Enlightenment, 1976. - 128 p., Nathanov H.Kh. Preparation of geothermal water for use. M., Stroiizdat, 1980 .-- 80 p. /.
Недостатками известного способа являются: геотермальные источники расположены в местах повышенной геологической активности, в которых ограничено строительство, что затрудняет их использование; высокая минерализация геотермальных вод, что приводит к отложениям на поверхностях теплоиспользующего оборудования; экологическое загрязнение окружающей среды вокруг скважины минерализованными геотермальными водами; высокое давление в устье скважины, что удорожает стоимость оборудования.The disadvantages of this method are: geothermal sources are located in places of increased geological activity, in which construction is limited, which complicates their use; high salinity of geothermal waters, which leads to deposits on the surfaces of heat-using equipment; environmental pollution around the well with mineralized geothermal waters; high pressure at the wellhead, which increases the cost of equipment.
Известен также способ извлечения тепла земных недр путем создания теплового "котла", при котором бурят две скважины на некотором расстоянии друг от друга и при помощи ядерного взрыва создают искусственную полость между ними /Дворов И.М., Дворов В.И. Термальные воды и их использование. М., Просвещение, 1976. - 128 с./. В одну из скважин нагнетается холодная вода, а по другой выводят теплоноситель в виде пара или горячей воды к потребителю. При таком способе извлечения тепла скважина может быть расположена вблизи объекта теплопотребления.There is also a method of extracting heat from the bowels of the earth by creating a thermal "boiler", in which two wells are drilled at a certain distance from each other and using an nuclear explosion they create an artificial cavity between them / Dvorov I.M., Dvorov V.I. Thermal waters and their use. M., Enlightenment, 1976.- 128 p. /. Cold water is injected into one of the wells, and heat transfer in the form of steam or hot water to the consumer is discharged through the other. With this method of heat recovery, the well can be located near the heat consumption object.
Недостатками известного способа являются: возможность загрязнения теплоносителя и его потеря за счет утечек; высокая стоимость реализации способа.The disadvantages of this method are: the possibility of contamination of the coolant and its loss due to leaks; high cost of implementing the method.
Наиболее близким к предложенному является способ извлечения геотермального тепла, включающий бурение двух скважин, гидравлическая связь между которыми обеспечивается за счет сближения их боковых ветвей скважин для образования соединительных зон дробления и трещинообразования. При движении по скважинам и при фильтрации в соединительных зонах закачанная вода нагревается в результате контакта с высокотемпературным массивом горных пород и выводится по скважине на поверхность и поступает потребителю /Дворов И.М., Дворов В.И. Термальные воды и их использование. М., Просвещение, 1976. - 128 с., Натанов Х.Х. Подготовка геотермальных вод к использованию. М., Строийиздат, 1980. - 80 с., Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. 4.1. Отопление / В.Н.Богословский, Б.А.Крупнов, А.Н.Сканави и др.; Под ред. И.Г.Староверова и Ю.И.Шиллера. М., Стройиздат, 1990. - 344 с./.Closest to the proposed method is the extraction of geothermal heat, including the drilling of two wells, the hydraulic connection between which is ensured by the convergence of their lateral branches of the wells for the formation of connecting zones of crushing and cracking. When moving through wells and when filtering in the connecting zones, the injected water is heated as a result of contact with a high-temperature rock mass and is brought to the surface through the well and delivered to the consumer / Dvorov I.M., Dvorov V.I. Thermal waters and their use. M., Enlightenment, 1976. - 128 p., Nathanov H.Kh. Preparation of geothermal water for use. M., Stroiizdat, 1980. - 80 pp., Internal sanitary-engineering devices. At 3 h. 4.1. Heating / V.N.Bogoslovsky, B.A. Krupnov, A.N. Skanavi and others; Ed. I.G. Staroverova and Yu.I. Schiller. M., Stroyizdat, 1990 .-- 344 p. /.
Недостатками известного способа являются: возможность загрязнения теплоносителя и его потеря за счет утечек; высокая стоимость реализации способа.The disadvantages of this method are: the possibility of contamination of the coolant and its loss due to leaks; high cost of implementing the method.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение экологичности и снижение себестоимости извлечения геотермального тепла.The technical result of the claimed invention is to increase environmental friendliness and reduce the cost of extracting geothermal heat.
Указанный технический результат достигается в способе извлечения геотермального тепла из скважины с температурным градиентом по обсадной трубе при помощи теплоносителя, циркулирующего в контуре, и используемого для нужд теплоснабжения, тем, что охлажденный при помощи теплового насоса теплоноситель подается в обсадную трубу, а нагретый - поднимается по концентрично опущенной в обсадную трубу трубе и передает тепло потребителю.The specified technical result is achieved in a method of extracting geothermal heat from a well with a temperature gradient through the casing using a heat carrier circulating in the circuit and used for heat supply needs, in that the heat carrier cooled by means of a heat pump is supplied to the casing, and the heated one rises along concentrically lowered into the casing pipe and transfers heat to the consumer.
Тепло у потребителя в теплый период используется для нужд холодоснабжения.In the warm period, the consumer uses heat for the needs of cold supply.
На чертеже представлена схема устройства для извлечения тепла земных недр по предлагаемому способу. Схема включает в себя следующие элементы: скважину с обсадной трубой 1; подъемную трубу 2; тепловой насос 3; потребитель тепла 4; потребитель холода 5.The drawing shows a diagram of a device for extracting heat from the bowels of the earth by the proposed method. The scheme includes the following elements: well with casing 1; lifting pipe 2; heat pump 3; heat consumer 4; cold consumer 5.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Охлажденную воду от потребителя с температурой t2 подают по межтрубному пространству в скважину. Вода нагревается от стенок обсадной трубы, а затем нагретая до температуры t1 - подается потребителю. Так как температура нагретой воды t1 в зависимости от температурного градиента может быть недостаточно высокой для прямого использования в системе теплоснабжения, использование теплового насоса позволяет увеличить теплоотдачу скважины за счет понижения температуры обратной воды t2, закачиваемой в скважину. При этом исключается необходимость тепловой изоляции оголовка скважины (в прототипе осуществляется изоляция скважин на глубину до 300 м для предотвращения прогрева верхних слоев земной коры). Скважина предназначается для круглогодичного использования: в холодный период - на производственные нужды и коммунально-бытовые (отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение); в теплый период - на производственные нужды, коммунально-бытовые (горячее водоснабжение) и холодоснабжение. Т.к. контур для извлечения тепла является закрытым, то исключаются: загрязнение теплоносителя от грунтов; утечки теплоносителя в грунт. Не требуется создавать давление насосом для закачки теплоносителя в пласт; напор насоса используется только для преодоления гидравлических сопротивлений в системе, которые сравнимы с гидравлическими сопротивлениями в обычных тепловых сетях.Chilled water from the consumer with a temperature of t 2 is fed through the annulus to the well. Water is heated from the walls of the casing, and then heated to a temperature of t 1 - is supplied to the consumer. Since the temperature of the heated water t 1 , depending on the temperature gradient, may not be high enough for direct use in the heat supply system, the use of a heat pump can increase the heat transfer of the well by lowering the temperature of the return water t 2 pumped into the well. This eliminates the need for thermal insulation of the head of the well (in the prototype, the wells are insulated to a depth of 300 m to prevent heating of the upper layers of the earth's crust). The well is intended for year-round use: in the cold period - for production needs and household (heating, ventilation and hot water supply); in the warm period - for industrial needs, household (hot water) and cold supply. Because the circuit for extracting heat is closed, the following are excluded: pollution of the coolant from the soil; coolant leak into the ground. It is not necessary to create pressure with a pump for pumping coolant into the reservoir; The pump head is used only to overcome the hydraulic resistance in the system, which is comparable to the hydraulic resistance in conventional heating networks.
ПРИМЕР осуществления способа.An example implementation of the method.
Для примера осуществления способа разработана математическая модель и программа расчета. Расчет выполнен для скважины № 6 с. Прасковейское Ставропольского края.For an example of the method, a mathematical model and calculation program are developed. The calculation was made for well No. 6 s. Praskoveyskoe Stavropol Territory.
Математическая модель.Mathematical model.
Для разработки математической модели приняты допущения:To develop a mathematical model, the following assumptions are made:
- Земля рассматривается как шар с твердой оболочкой;- The earth is considered as a sphere with a hard shell;
- в пределах локальной геотермальной зоны имеет постоянные значения плотности теплового потока q и геотермического потенциала grad Т;- within the local geothermal zone has constant values of the heat flux density q and geothermal potential grad T;
- модель может рассматриваться без учета кривизны твердого тела.- the model can be considered without taking into account the curvature of the solid.
Уравнения теплопередачи и теплового баланса в частных производных:The equations of heat transfer and heat balance in partial derivatives:
где Q1 - количество тепла, получаемое теплоносителем, движущимся в межтрубном пространстве, от грунтов в единицу времени;where Q 1 is the amount of heat received by the coolant moving in the annulus from the soil per unit time;
Q2 - количество тепла, получаемое теплоносителем, движущимся в межтрубном пространстве, от теплоносителя, движущегося по внутренней трубе;Q 2 - the amount of heat received by the coolant moving in the annulus from the coolant moving along the inner pipe;
K1i, K2i - коэффициенты теплопередачи через стенки наружной и внутренней труб;K 1i , K 2i - heat transfer coefficients through the walls of the outer and inner pipes;
Θ1i, Θ2i - температурные напоры, определяемые по формулам:Θ 1i , Θ 2i - temperature head, determined by the formulas:
tгрi - температура грунтов на границе соприкосновения с наружной трубой;t gri - soil temperature at the border of contact with the outer pipe;
t2i - температура теплоносителя в межтрубном пространстве;t 2i is the temperature of the coolant in the annulus;
t1i - температура теплоносителя во внутренней трубе;t 1i is the temperature of the coolant in the inner pipe;
m и Cp1, Ср2 - массовый расход и теплоемкость теплоносителя в межтрубном пространстве и во внутренней трубе;m and C p1 , C p2 - mass flow rate and heat capacity of the coolant in the annulus and in the inner pipe;
W1, W2 - водяные эквиваленты.W 1 , W 2 - water equivalents.
Согласно закону сохранения энергии при остывании элементарного объема грунтов с внутренним источником теплаAccording to the law of conservation of energy when cooling an elementary volume of soil with an internal heat source
где q - плотность геотермального теплового потока;where q is the density of the geothermal heat flux;
ρгрi, Cгрi - плотность грунта и его теплоемкость;ρ gri , C gri - soil density and its heat capacity;
r - текущая цилиндрическая координата зоны термического влияния скважины;r is the current cylindrical coordinate of the heat-affected zone of the well;
dτ - бесконечно малый отрезок времени, равныйdτ is an infinitesimal period of time equal to
f1, f2 - площади сечения межтрубного пространства и внутренней трубы;f 1 , f 2 - the cross-sectional area of the annular space and the inner pipe;
ρ1, ρ2 - плотность теплоносителя в межтрубном пространстве и во внутренней трубе;ρ 1 , ρ 2 is the density of the coolant in the annulus and in the inner pipe;
- изменение температуры грунта во времени, определяемое из дифференциального уравнения теплопроводности: - change in soil temperature over time, determined from the differential heat equation:
- коэффициент температуропроводности грунта; - coefficient of thermal diffusivity of the soil;
λгрi - коэффициент теплопроводности грунта;λ gri is the thermal conductivity of the soil;
dr - элементарное увеличение зоны термического влияния скважины за время dτ.dr is the elementary increase in the heat-affected zone of the well during the time dτ.
Для решения уравнения необходимо установить граничные условия.To solve the equation, it is necessary to establish the boundary conditions.
Временными граничными условиями будут значения:The temporary boundary conditions are the values:
τ=0 и τ = 0 and
При τ=0 начальные условия будут следующие:At τ = 0, the initial conditions will be as follows:
- температура обратной воды - t2;- return water temperature - t 2 ;
- начальное распределение температуры грунта по глубине скважины tгрi=(zi-Lн)·grad T+15°С;- the initial distribution of soil temperature along the depth of the well t gri = (z i -L n ) · grad T + 15 ° С;
при zi=L, t2i=t1i, a Θ2i=0;for z i = L, t 2i = t 1i , a Θ 2i = 0;
при t2i=tгрi, Θ1i=0.for t 2i = t gri , Θ 1i = 0.
При τn→∞, Q1=qπr2 и устанавливается стационарный режим теплопередачи от грунтов к скважине.At τ n → ∞, Q 1 = qπr 2 and the stationary mode of heat transfer from the soil to the well is established.
Результаты расчетаCalculation results
При применении теплового насоса с понижением температуры обратной воды до 15°С тепловая мощность скважины увеличивается до 3,2 МВт.When using a heat pump with lowering the temperature of the return water to 15 ° C, the thermal power of the well increases to 3.2 MW.
Для системы холодоснабжения применяются абсорбционные или пароэжекторные холодильные машины, осуществляющие "прямое" преобразование теплоты в холод.For the refrigeration system, absorption or steam-ejection refrigerators are used that carry out the “direct” conversion of heat into cold.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005113114/06A RU2288413C1 (en) | 2005-04-29 | 2005-04-29 | Method of using geothermal heat |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005113114/06A RU2288413C1 (en) | 2005-04-29 | 2005-04-29 | Method of using geothermal heat |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2288413C1 true RU2288413C1 (en) | 2006-11-27 |
Family
ID=37664481
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005113114/06A RU2288413C1 (en) | 2005-04-29 | 2005-04-29 | Method of using geothermal heat |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2288413C1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528213C2 (en) * | 2011-10-04 | 2014-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Method of complex use of geothermal heat by means of steam ejector heat pump |
RU2529769C2 (en) * | 2010-06-10 | 2014-09-27 | Василий Григорьевич Найда | Petrothermal power plant and mounting device for heat takeoff system of petrothermal power plant |
RU2533527C1 (en) * | 2013-08-07 | 2014-11-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Method for energy accumulation by absorption heat pump |
WO2015159188A2 (en) | 2014-04-14 | 2015-10-22 | Ozols Ojars | A method of borehole arrangement for extraction of geothermal energy |
RU2591362C1 (en) * | 2015-06-11 | 2016-07-20 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Geothermal heat pump system |
RU177203U1 (en) * | 2017-06-22 | 2018-02-13 | Расим Наилович Ахмадиев | Device for operating a geothermal well |
RU2701029C1 (en) * | 2018-07-04 | 2019-09-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Method of petrothermal heat extracting |
RU2728615C2 (en) * | 2016-05-09 | 2020-07-30 | Веллтек Ойлфилд Солюшнс АГ | Underground geothermal energy extraction system |
-
2005
- 2005-04-29 RU RU2005113114/06A patent/RU2288413C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529769C2 (en) * | 2010-06-10 | 2014-09-27 | Василий Григорьевич Найда | Petrothermal power plant and mounting device for heat takeoff system of petrothermal power plant |
RU2528213C2 (en) * | 2011-10-04 | 2014-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Method of complex use of geothermal heat by means of steam ejector heat pump |
RU2533527C1 (en) * | 2013-08-07 | 2014-11-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Method for energy accumulation by absorption heat pump |
WO2015159188A2 (en) | 2014-04-14 | 2015-10-22 | Ozols Ojars | A method of borehole arrangement for extraction of geothermal energy |
RU2591362C1 (en) * | 2015-06-11 | 2016-07-20 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Geothermal heat pump system |
RU2728615C2 (en) * | 2016-05-09 | 2020-07-30 | Веллтек Ойлфилд Солюшнс АГ | Underground geothermal energy extraction system |
RU177203U1 (en) * | 2017-06-22 | 2018-02-13 | Расим Наилович Ахмадиев | Device for operating a geothermal well |
RU2701029C1 (en) * | 2018-07-04 | 2019-09-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Method of petrothermal heat extracting |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2288413C1 (en) | Method of using geothermal heat | |
CN110318675B (en) | Deep coal bed gas thermal co-production method | |
US11692530B2 (en) | Method, system and apparatus for extracting heat energy from geothermal briny fluid | |
US20070245729A1 (en) | Directional geothermal energy system and method | |
JP7260953B2 (en) | Processes and methods for generating geothermal heat | |
US8991488B2 (en) | System and method for extracting energy | |
CN207230982U (en) | By abandoned oil/heat source system of the gas well transformation for water flood recovery | |
JP6833931B2 (en) | Methods of thermal profile control and energy recovery in geothermal wells | |
CN101629485B (en) | Exploitation method of communication well of geothermal energy bore well | |
CN108302833A (en) | Closed deep geothermal heat energy acquisition system and method | |
US20120018120A1 (en) | Geothermal energy extraction system and method | |
CN104713259A (en) | Method and system for extracting heat energy of hot dry rocks | |
CN112780232B (en) | Pressure-control heat-insulation exploitation system for hot dry rock | |
Gunn et al. | Geothermal energy | |
LV14875A (en) | Method for arrangement and sealing of borehole for production of geothermal heat | |
CN108868723A (en) | Twin-well closed cycle underground thermoelectric heat generation system and method | |
CN105958870A (en) | Composite cold-source hot dry rock thermoelectric power generation system and method | |
CN108775275B (en) | Single-well closed circulation underground thermoelectric power generation system and method | |
US20230228461A1 (en) | Creating convective thermal recharge in geothermal energy systems | |
CN215216745U (en) | Middle-deep large-aperture concentric heat exchange structure | |
CN103114836B (en) | A kind of Apparatus for () and method therefor of steam heavy oil heat production | |
CN108799024A (en) | U-tube heat exchange closed cycle underground thermoelectric heat generation system and method | |
CN103644673A (en) | Exploitation method for geothermal energy in salt mineral deposit | |
CN108253648B (en) | It is a kind of to adopt the compensation device and its method for filling equilibrium principle based on heat storage | |
CN114151984B (en) | Multi-branch single-well circulation heat exchange and water-heating type geothermal composite heat-taking system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070430 |