RU2376495C1 - Hydraulic geopower station (versions) - Google Patents
Hydraulic geopower station (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2376495C1 RU2376495C1 RU2008111835/06A RU2008111835A RU2376495C1 RU 2376495 C1 RU2376495 C1 RU 2376495C1 RU 2008111835/06 A RU2008111835/06 A RU 2008111835/06A RU 2008111835 A RU2008111835 A RU 2008111835A RU 2376495 C1 RU2376495 C1 RU 2376495C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric
- well
- drill
- hydraulic
- water
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам для получения одновременно и тепла в горячей воде и электроэнергии, образующихся иначе, чем в результате сжигания топлива. Оно может быть использовано для производства электрической и тепловой энергии и организации энергоснабжения потребителей в местностях, в которых имеются необходимые условия для работы заявляемой гидрогеоэнергостанции, в том числе для децентрализованного энергоснабжения автономных, удаленных от централизованных инженерных коммуникаций потребителей. Гидрогеоэнергостанция позволяет снабжать вырабатываемыми с ее использованием электрической и тепловой энергией в горячей воде без подвода для этого энергии извне. Она может работать с использованием низкотемпературных поверхностных или подземных вод, как правило, расположенных в верхних интервалах земных недр, либо при их сочетании.The invention relates to energy, in particular to devices for simultaneously generating heat in hot water and electricity generated differently than from fuel combustion. It can be used for the production of electric and thermal energy and the organization of energy supply to consumers in areas in which there are necessary conditions for the operation of the claimed hydroelectric power station, including for decentralized energy supply of autonomous consumers remote from centralized engineering communications. Hydro-electric power station allows you to supply generated with its use of electric and thermal energy in hot water without supplying this energy from the outside. It can work using low-temperature surface or groundwater, usually located in the upper intervals of the earth's interior, or when combined.
Известна скважинная гидроэлектростанция (Generation of electricity during the injection of a denste fluid into a subterranean formation. Патент US 4132269 А, кл. Е21В 43/20, F03G 7/04, опубл. 02.01.1979 г.). Скважинная гидроэлектростанция включает источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, расположенной ниже точки сообщения водовода с питательной емкостью, установленную в нижней части водовода гидравлическую машину, например гидротурбину, кинематически соединенную с электрогенератором, водовод образован горной выработкой, например буровой скважиной, пробуренной до зоны стока, за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или подземная водоносная зона или зоны, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, водоводы снабжены устройствами регулирования расхода воды, например регуляторами-задвижками, а электрогенератор сообщен кабелем, установленным в буровой скважине, с дневной поверхностью у устья скважины.Known borehole hydroelectric power station (Generation of electricity during the injection of a denste fluid into a subterranean formation. Patent US 4132269 A, CL EV 43/20, F03G 7/04, published 02.01.1979). A downhole hydroelectric power station includes a water source connected to a feed tank, a conduit in communication with it, a lower end of which is connected to a drainage zone located below a water conduit with a feed tank, a hydraulic machine installed at the bottom of the conduit, for example, a hydraulic turbine kinematically connected to an electric generator, a conduit formed by mining, for example, a borehole drilled to the runoff zone, a surface water reservoir is taken as a water source, in the zone of which wells are drilled a, or an underground aquifer or zones, or a surface water body with an underground zone or zones, water conduits are equipped with water flow control devices, for example, gate valves, and the electric generator is communicated with a cable installed in the borehole with the surface at the wellhead.
В изобретении устранены характерные для гидроэлектростанции с плотинной схемой недостатки. Они заключаются в том, что требуемый напор воды достигается без высокозатратного сооружения плотины и связанных с этим отрицательных последствий экономического, хозяйственного, социального, эколого-климатического характера. Кроме того, изобретение позволяет расширить условия его применения - беспроблемную эксплуатацию в условиях резко континентального климата в морозный и паводковый периоды, а также работу не только с использованием поверхностных источников вод, но и подземных, либо при их сочетании. Перечисленные последствия имеют существенное значение и финансовый эквивалент.The invention eliminated the disadvantages characteristic of a hydroelectric power station with a dam circuit. They consist in the fact that the required water pressure is achieved without the high-cost construction of the dam and the associated negative consequences of an economic, economic, social, environmental and climatic nature. In addition, the invention allows to expand the conditions for its use - trouble-free operation in a sharply continental climate during frosty and flood periods, as well as work not only using surface water sources, but also underground, or when combined. The listed consequences are essential and financial equivalent.
Гидравлическая мощность потока скважинной гидроэлектростанции создается в буровой скважине, пробуренной до поглощающего интервала, в результате формирующегося при этом перетока воды из вышерасположенного источника в поглощающий интервал. Высота потока в скважине и, как следствие, его напор может составлять большую величину - от метров до километров, а напор - от десятых долей МПа до десятков МПа. Без сооружения плотины известное техническое решение (по прототипу) позволяет получить высокое значение напора потока в скважинной гидроэлектростанции и при одинаковых расходах воды (в сравнении с низконапорными, плотинными) - высокие гидравлические и вырабатываемые электрические мощности (без сооружения плотины).The hydraulic power flow of a borehole hydroelectric power station is created in a borehole drilled up to the absorption interval, which results in the formation of a flow of water from an upstream source into the absorption interval. The height of the flow in the well and, as a consequence, its head can be a large value - from meters to kilometers, and the head - from tenths of a MPa to tens of MPa. Without the construction of the dam, the well-known technical solution (according to the prototype) allows to obtain a high value of the flow head in the borehole hydroelectric power station and at the same water flow rate (in comparison with low-pressure, dam) - high hydraulic and generated electric power (without dam construction).
Источниками потока воды в буровой скважине могут быть соединенные с ней либо поверхностные (река, озеро, море, болото, водохранилище, продукты таяния ледников, накопители технической воды и др.), либо перебуренные скважиной и соединенные с ней подземные водоносные зоны, или их сочетания. Формирование рабочего потока воды скважинной гидроэлектростанции в земных недрах, имеющих круглогодичную положительную температуру, позволяет эксплуатировать скважинную гидроэлектростанцию и вырабатывать электрическую энергию круглогодично в условиях резко континентального климата.Sources of water flow in a borehole can be either surface water connected to it (river, lake, sea, swamp, reservoir, glacier melting products, process water storage tanks, etc.), or drilled by a well and underground aquifers connected to it, or combinations thereof . The formation of the working water flow of a borehole hydroelectric power station in the Earth's interior with a year-round positive temperature makes it possible to operate a borehole hydroelectric power station and generate electric energy year-round in a sharply continental climate.
Но известная скважинная гидроэлектростанция имеет недостатки.But the well-known downhole hydroelectric power station has disadvantages.
Один недостаток заключается в том, что скважинная гидроэлектростанция не позволяет одновременно с электрической вырабатывать и тепловую энергию.One drawback is that the downhole hydroelectric power station does not allow the generation of thermal energy simultaneously with the electric one.
Другой недостаток заключается в том, что исходя из описания и формулы изобретения прототипа не следует, что гидротурбина, турбогенератор и электрокабель его электросвязи с дневной поверхностью выполнены приспособленными для работы в скважинных условиях на больших глубинах, в частности на глубинах до 5000 м.Another disadvantage is that, based on the description and claims of the prototype, it does not follow that the turbine, the turbogenerator and the electric cable of its telecommunication with the day surface are made adapted to work in downhole conditions at great depths, in particular at depths up to 5000 m.
Известна тепловодоснабжающая скважина (патент на изобретение РФ №22912255 «Тепловодоснабжающая скважина» по заявке №2005100306/03, поданной 11.01.2005 г. М.кл. Е03В 3/00; F24H 4/02), содержащая источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, установленный в водоводе теплогенератор и тепловодопотребитель, в горной местности со склоном горы пробурена направленная или наклонная скважина, служащая водоводом, таким образом, что ее забоем пересечен склон горы и он сопряжен с дневной поверхностью, при этом за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или подземная водоносная зона или зоны, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, за зону стока принято пересечение скважины со склоном горы - дневной поверхностью либо пересечение скважины с нижерасположенной штольней, в качестве теплогенератора принят вихревой теплогенератор, который установлен под динамический уровень и напор воды, достаточные для его работы, а тепловодопотебитель подключен в зоне стока скважины через ее обвязку.Known heat supply well (patent for the invention of the Russian Federation No. 22912255 "Heat supply well" according to the application No. 2005100306/03, filed January 11, 2005, M.L. EV03 3/00;
Она позволяет вырабатывать тепловую энергию в буровой скважине. Недостаток ее заключается в том, что она не позволяет одновременно с выработкой тепловой энергии вырабатывать и электрическую энергию, а условия ее применения ограничены только гористой местностью.It allows you to generate thermal energy in a borehole. Its disadvantage is that it does not allow the generation of electrical energy simultaneously with the generation of thermal energy, and the conditions for its use are limited only by mountainous terrain.
За прототип заявляемого изобретения «Гидрогеоэнергостанции» по первому пункту формулы изобретения принят «Гидроагрегат скважинной гидроэлектростанции» (решение Роспатента от 21.12.2007 г. о выдаче патента на изобретение по заявке №2006128649/06(031117), поданной 07.08.2006 г. М.кл. F03B 13/06; F03B 13/10), как наиболее близкое устройство предлагаемому. Устройство включает: источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, являющейся зоной поглощения, установленную в водоводе, являющемся скважиной, гидротурбину, соединенную с электрогенератором, установленные в скважине, электрокабель, соединяющий электрогенератор на поверхности с электропреобразователем, в котором гидротурбиной является турбобур, электрогенератором - электробур, турбобур и электробур агрегатированы путем соединения их корпусов посредством переводника и якоря-шпинделя электрорбура с ротором турбобура, электробур расположен выше турбобура, корпус электробура соединен с нижним концом колонны труб для электробурения, верхний конец которых закреплен на устье скважины, например, посредством роторного стола и лебедки или с помощью домкрата, в которых установлены отрезки электрокабелей и их контактные соединения, представляющие собой электрическую линию связи электробура с электропреобразователем, в переводнике выполнены отверстия, сообщающие скважину с гидравлическим входом турбобура и гидравлическим каналом якоря-шпинделя электробура, за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или перебуренная скважиной подземная водоносная зона или зоны и сообщенные с ней, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, гидроагрегат установлен под динамический уровень, напор которого достаточен для выработки электрической энергии.For the prototype of the claimed invention “Hydrogeoenergostation” according to the first claim, “Hydroelectric unit of a downhole hydroelectric power station” was adopted (decision of Rospatent dated December 21, 2007 on granting a patent for an invention according to application No. 2006128649/06 (031117), filed on August 7, 2006 M. C.
В скважинном гидроагрегате обеспечивается соответствие требуемым жестким скважинным условиям его работы, это - его малые габариты (диаметр), работа электрогенератора в воде (жидкости) при высоких ее давлениях, в том числе содержащей абразивные включения, осуществление передачи выработанной гидроагрегатом электрической энергии от гидроагрегата (часто с забоя) на дневную поверхность по специальному, закрепленному в бурильной колонне труб скважинному кабелю, выполняющему, в том числе, роль грузонесущей линии, минимум затрат на реализацию работоспособного устройства и приспособленного к процессу бурения - монтаж и эксплуатация которых осуществляются только через устье скважины и с применением оборудования и инструмента, используемых при бурении. Однако использование его не позволяет одновременно с выработкой электроэнергии вырабатывать и тепловую энергию с возможностью теплогидроаккумулирования ее в подземном интервале.In the borehole hydraulic unit, compliance with the required stringent borehole operating conditions is ensured; these are its small dimensions (diameter), the operation of the electric generator in water (liquid) at high pressures, including those containing abrasive inclusions, and the transmission of electric energy generated by the hydraulic unit from the hydraulic unit (often from the bottom) to the day surface using a special borehole cable fixed in the drill string of the pipe, which, inter alia, plays the role of a load-bearing line, minimizes the cost of implementation operable device and adapted to the drilling process - installation and operation of which are carried out only through the wellhead and with the use of equipment and tools used during drilling. However, its use does not allow simultaneously with the generation of electricity to generate thermal energy with the possibility of thermal accumulation in the underground interval.
Недостаток гидрогеоэнергостанции, принятой за прототип по первому пункту изобретения, заключается в том, что она не позволяет одновременно вырабатывать и электрическую и тепловую энергию в горячей воде, теплогидроаккумулировать, хранить ее в подземном интервале с возможностью последующего транспортирования к теплопотребителю (на дневную поверхность).The disadvantage of the hydroelectric power station, adopted as a prototype according to the first paragraph of the invention, is that it does not allow both electrical and thermal energy to be generated in hot water, thermal accumulation, storage in the underground interval with the possibility of subsequent transportation to the heat consumer (on the day surface).
Принятая за прототип гидрогеоэнергостанция по первому пункту формулы изобретения предусматривает для нагрева воды в скважине (в составе скважинного гидроагрегата) использование электронагревательного элемента, подключенного к электрогенератору скважинного гидроагрегата. Она проста по конструктивному исполнению, однако энергоэффективность выработки ею тепловой энергии не лучшая, что требует (при прочих равных условиях, имеется ввиду выработка аналогичной тепловой мощности) больших затрат первичной (гидравлической) мощности скважинного гидроэнергопотока.The hydroelectric power station adopted as a prototype according to the first claim provides for the use of an electric heating element connected to an electric generator of a downhole hydroelectric unit for heating water in a well (as part of a downhole hydraulic unit). It is simple in its design, but the energy efficiency of generating thermal energy by it is not the best, which requires (ceteris paribus, meaning the generation of a similar thermal power) high costs of the primary (hydraulic) power of the borehole hydropower flow.
Поэтому предлагается второй, более сложный в конструктивном исполнении, но более энергоэффективный, вариант гидрогеоэнергостанции.Therefore, a second, more complex in design, but more energy-efficient, version of hydroelectric power station is proposed.
Известна гидроэнергостанция (патент на изобретение РФ №2290531 «Гидроэнергостанция» по заявке №2004133262/06, поданной 15.11.2004 г. М.кл. F03B 13/00; F25B 29/00), содержащая источник воды и сформированное посредством плотины водохранилище, сообщающееся по меньшей мере с одним водоводом, в нижней части которого установлена гидравлическая машина, например гидротурбина, соединенная с электрогенератором, выход которого соединен с электропотребителем, она снабжена по меньшей мере одним вихревым теплогенератором, сообщенным своим входом с водохранилищем дополнительным водоводом, а выходом соединенным посредством трубопровода с теплопотребителем, при этом водоводы снабжены устройствами регулирования расхода воды, например регуляторами-задвижками и расходомерами для обеспечения равенства расхода источника воды сумме расходов воды через водоводы, подключенные к гидротурбине и теплогенератору.Known hydropower station (patent for the invention of the Russian Federation No. 2290531 "Hydropower station" according to the application No. 2004133262/06, filed November 15, 2004 M. Cl F03B 13/00; F25B 29/00) containing a water source and a reservoir formed by means of a dam, communicating with at least one water conduit, in the lower part of which a hydraulic machine is installed, for example, a turbine connected to an electric generator, the output of which is connected to an electric consumer, it is equipped with at least one vortex heat generator communicated at its entrance with the reservoir Yelnia water conduit and outlet conduit means connected to heat consumers, the conduits are provided with flow regulation devices, such as regulators, valves and metering equipment to ensure equal water supply flow amount of water flow through conduits connected to the boiler and water turbines.
В качестве теплогенератора в ней предусматривается использование вихревого теплогенератора, который с более высокой энергоэффективностью вырабатывает тепловую энергию в сравнении с электротеплопреобразовательным элементом. Недостатком известной гидроэнергостанции является то, что в ней для установки вихревого теплогенератора используется отдельный водовод (наряду или параллельно с водоводом для установки гидротубины электрогенератора), что усложняет конструкцию станции.As a heat generator, it provides for the use of a vortex heat generator, which with higher energy efficiency generates thermal energy in comparison with an electrothermal conversion element. A disadvantage of the known hydropower plant is that it uses a separate water conduit for installing the vortex heat generator (along with or in parallel with the water conduit for installing the generator’s hydrotubes), which complicates the design of the station.
За прототип заявляемого изобретения «Гидрогеоэнергостанции» по второму пункту формулы изобретения также принят «Гидроагрегат скважинной гидроэлектростанции» (решение Роспатента от 21.12.2007 г. о выдаче патента на изобретение по заявке №2006128649/06(031117), поданной 07.08.2006 г. М.кл. F03B 13/06; F03B 13/10), как наиболее близкое устройство предлагаемому. Устройство включает: источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, являющейся зоной поглощения, установленную в водоводе, являющемся скважиной, гидротурбину, соединенную с электрогенератором, установленные в скважине, электрокабель, соединяющий электрогенератор на поверхности с электропреобразователем, в котором гидротурбиной является турбобур, электрогенератором - электробур, турбобур и электробур агрегатированы путем соединения их корпусов посредством переводника и якоря-шпинделя электрорбура с ротором турбобура, электробур расположен выше турбобура, корпус электробура соединен с нижним концом колонны труб для электробурения, верхний конец которых закреплен на устье скважины, например, посредством роторного стола и лебедки или с помощью домкрата, в которых установлены отрезки электрокабелей и их контактные соединения, представляющие собой электрическую линию связи электробура с электропреобразователем, в переводнике выполнены отверстия, сообщающие скважину с гидравлическим входом турбобура и гидравлическим каналом якоря-шпинделя электробура, за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или перебуренная скважиной подземная водоносная зона или зоны и сообщенные с ней, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, гидроагрегат установлен под динамический уровень, напор которого достаточен для выработки электрической энергии.For the prototype of the claimed invention “Hydrogeoenergostation” according to the second claim, the “Hydraulic unit of a downhole hydroelectric power station” was also adopted (Rospatent decision of December 21, 2007 on the grant of a patent for an invention on application No. 2006128649/06 (031117), filed on August 7, 2006, M .cl.
Недостаток устройства, принятого за прототип по второму пункту заявляемого изобретения, заключается в том, что она не позволяет одновременно вырабатывать и электрическую и более эффективно тепловую энергию в горячей воде, теплогидроаккумулировать, хранить ее в подземном интервале с возможностью последующего транспортирования к теплопотребителю (на дневную поверхность).The disadvantage of the device adopted as a prototype according to the second paragraph of the claimed invention is that it does not allow both electrical and more efficiently generating thermal energy in hot water, thermal storage, storage of it in the underground interval with the possibility of subsequent transportation to the heat consumer (on the day surface )
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании гидрогеоэнергостанции, которая позволяла бы: а) осуществлять одновременную выработку и тепловой, и электрической энергии; б) теплогидроаккумулировать тепловую энергию в горячей воде, а также хранить ее в подземном коллекторе; в) осуществлять транспортирование горячей воды из подземного коллектора к ее теплопотребителю на дневной поверхности; г) осуществлять работу (п.п. а-г) как в гористой местности, так и в других условиях рельефа поверхности.The technical result, which the invention is aimed at, is to create a hydro-geoelectric power station, which would allow: a) to simultaneously produce both thermal and electric energy; b) accumulate thermal energy in hot water and store it in an underground collector; c) transport hot water from the underground collector to its heat consumer on the day surface; d) carry out work (pp a-d) both in mountainous terrain and in other conditions of the surface topography.
Согласно изобретению по первому варианту гидрогеоэнергостанции, включающей источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, являющейся зоной поглощения, установленную в водоводе, являющемся скважиной, гидротурбину, соединенную с электрогенератором, установленные в скважине, электрокабель, соединяющий электрогенератор на поверхности с электропреобразователем, в котором гидротурбиной является турбобур, электрогенератором - электробур, турбобур и электробур агрегатированы путем соединения их корпусов посредством переводника и якоря-шпинделя электрорбура с ротором турбобура, электробур расположен выше турбобура, корпус электробура соединен с нижним концом колонны труб для электробурения, верхний конец которых закреплен на устье скважины, например, посредством роторного стола и лебедки или с помощью домкрата, в которых установлены отрезки электрокабелей и их контактные соединения, представляющие собой электрическую линию связи электробура с электропреобразователем, в переводнике выполнены отверстия, сообщающие скважину с гидравлическим входом турбобура и гидравлическим каналом якоря-шпинделя электробура, за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или перебуренная скважиной подземная водоносная зона или зоны и сообщенные с ней, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, гидроагрегат установлен под динамический уровень, напор которого достаточен для выработки электрической энергии, при этом гидрогеоэнергостанция снабжена проточным для скважинного водотока скважинным электронагревателем, соединенным с гидроагрегатом с его нижней стороны, а его электронагревательный элемент соединен с выходом турбобура, зоной стока является поглощающий интервал природного или искусственного происхождения, например, сформированный путем трещинообразования гидроразрывом коллектор, и она дополнительно включает добычную скважину, которой перебурен сфомированный путем трещинообразования гидроразрывом коллектор, сообщенный с ней.According to the invention, according to the first embodiment of a hydroelectric power station, comprising a water source connected to a nutrient tank, a water conduit in communication with it, a lower end of which is connected to a drainage zone, which is an absorption zone, installed in a water conduit, which is a well, a turbine connected to an electric generator installed in the well, an electric cable connecting the surface electric generator to the electric converter, in which the turbine is a turbodrill, the electric generator is an electric drill, a turbodrill and an electric drill regattas by connecting their bodies by means of a sub and an electric drill anchor-spindle with a turbodrill rotor, an electric drill is located above the turbodrill, an electric drill housing is connected to the lower end of the electric drill pipe string, the upper end of which is fixed to the wellhead, for example, by means of a rotary table and a winch or by jacks in which sections of electrical cables and their contact connections are installed, which are an electric line of communication between the electric drill and the electric converter, in the sub openings communicating the borehole with the hydraulic inlet of the turbo-drill and the hydraulic channel of the spindle of the electric drill, the surface water reservoir in the area of which the borehole is drilled, or the underground aquifer or zones drilled by the borehole, or communicated with it, or the surface reservoir with the underground zone or zones, the hydraulic unit is set at a dynamic level, the pressure of which is sufficient to generate electrical energy, while the hydroelectric power station is equipped with a flowing well for the borehole watercourse the electric heater connected to the hydraulic unit from its lower side, and its electric heating element is connected to the outlet of the turbodrill, the drainage zone is an absorbing interval of natural or artificial origin, for example, a reservoir formed by fracturing by hydraulic fracturing, and it additionally includes a production well, which was drilled through by crack formation hydraulic fracturing manifold communicated with it.
Реализация признаков первого варианта гидрогеоэнергостанции за счет напора воды в скважине, воздействующего на гидроагрегат в скважине, его электрогенератор, нагруженный частично на скважинный электронагреватель, позволяет:The implementation of the features of the first version of the hydroelectric power station due to the pressure of water in the well affecting the hydraulic unit in the well, its electric generator, partially loaded on the downhole electric heater, allows you to:
1. Одновременно вырабатывать и электрическую и тепловую энергию в горячей воде. За счет напора воды в скважине гидравлическая мощность потока гидротурбиной преобразуется в механическую мощность, действующую на ее валу. С ротором гидротурбины соединен якорь электрогенератора и механическая энергия гидротурбины преобразуется в электрическую энергию. Посредством электрокабелей часть выработанной электроэнергии поступает на дневную поверхность - к электропотребителю, а другая часть - на электронагревательный элемент, расположенный в скважине ниже гидроагрегата и соединенный с ним. Проходящая и контактирующая с его нагретой поверхностью вода нагревается и далее движется в зону стока - подземный коллектор.1. Simultaneously generate both electric and thermal energy in hot water. Due to the pressure of water in the well, the hydraulic power of the flow of the turbine is converted into mechanical power acting on its shaft. An electric generator armature is connected to the rotor of the turbine and the mechanical energy of the turbine is converted into electrical energy. Through electric cables, part of the generated electricity goes to the day surface - to the consumer, and the other part - to the electric heating element located in the well below the hydraulic unit and connected to it. The water passing and in contact with its heated surface is heated and then moves into the drainage zone - the underground collector.
2. Теплогидроаккумулировать горячую воду в подземном коллекторе, соединенном со скважиной в нижней ее части. В нем она может храниться.2. Thermally accumulate hot water in an underground reservoir connected to the well in its lower part. It can be stored in it.
3. Транспортировать (в любое время) горячую воду из подземного коллектора к ее потребителю, расположенному на дневной поверхности. Для этого заявляемая гидрогеоэнергостанция снабжена добычной скважиной.3. To transport (at any time) hot water from the underground collector to its consumer located on the surface of the day. For this, the claimed hydroelectric power station is equipped with a production well.
В случае когда устье добычной скважины расположено выше положения подземного коллектора, заполненного горячей водой, добычная скважина является водоподъемной и должна быть оборудована водоподъемным устройством. Когда устье добычной скважины расположено ниже положения подземного горячеводного коллектора (горные условия), добычная скважина является свободно поточной и не требует оборудования ее водоподъемной (насосной) установкой.In the case when the mouth of the production well is located above the position of the underground reservoir filled with hot water, the production well is water-lifting and must be equipped with a water-lifting device. When the mouth of the production well is located below the position of the underground hot-water collector (mountain conditions), the production well is free-flowing and does not require equipment for its water-lifting (pumping) installation.
4. Осуществлять ее работу в различных условиях рельефа земной поверхности - как в гористой местности, так и в других условиях. Объясняется это тем, что для осуществления подземного теплогидроаккумулирования и хранения тепловой энергии в горячей воде, нет разницы каков рельеф земной поверхности над подземным коллектором.4. To carry out its work in various conditions of the relief of the earth's surface - both in mountainous terrain and in other conditions. This is explained by the fact that for the implementation of underground thermal storage and storage of thermal energy in hot water, there is no difference what is the relief of the earth's surface above the underground collector.
5. Вырабатывать одновременно и тепловую и электрическую энергию с использованием одного водовода (одной скважины), что упрощает ее конструкцию.5. Generate both thermal and electrical energy using one water conduit (one well), which simplifies its design.
Согласно изобретению по второму варианту гидрогеоэнергостанции, включающей источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, являющейся зоной поглощения, установленную в водоводе, являющемся скважиной, гидротурбину, соединенную с электрогенератором, установленные в скважине, электрокабель, соединяющий электрогенератор на поверхности с электропреобразователем, в котором гидротурбиной является турбобур, электрогенератором - электробур, турбобур и электробур агрегатированы путем соединения их корпусов посредством переводника и якоря-шпинделя электрорбура с ротором турбобура, электробур расположен выше турбобура, корпус электробура соединен с нижним концом колонны труб для электробурения, верхний конец которых закреплен на устье скважины, например, посредством роторного стола и лебедки или с помощью домкрата, в которых установлены отрезки электрокабелей и их контактные соединения, представляющие собой электрическую линию связи электробура с электропреобразователем, в переводнике выполнены отверстия, сообщающие скважину с гидравлическим входом турбобура и гидравлическим каналом якоря-шпинделя электробура, за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или перебуренная скважиной подземная водоносная зона или зоны и сообщенные с ней, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, гидроагрегат установлен под динамический уровень, напор которого достаточен для выработки электрической и тепловой энергии, при этом гидрогеоэнергостанция снабжена скважинным вихревым теплонагревателем дискового типа, соединенным с гидроагрегатом с его нижней стороны, зоной стока является поглощающий интервал природного или искусственного происхождения, например, сформированный путем трещинообразования гидроразрывом коллектор, и она дополнительно включает добычную скважину, которой перебурен сфомированный путем трещинообразования гидроразрывом коллектор сообщенный с ней.According to the invention, according to the second embodiment of the hydroelectric power station, comprising a water source connected to a nutrient tank, a water conduit in communication with it, a lower end of which is connected to a drainage zone, which is an absorption zone, installed in a water conduit, which is a well, a turbine connected to an electric generator installed in the well, an electric cable connecting the surface electric generator to the electric converter, in which the turbine is a turbodrill, the electric generator is an electric drill, a turbodrill and an electric drill regattas by connecting their bodies by means of a sub and an electric drill anchor-spindle with a turbodrill rotor, an electric drill is located above the turbodrill, an electric drill housing is connected to the lower end of the electric drill pipe string, the upper end of which is fixed to the wellhead, for example, by means of a rotary table and a winch or by jacks in which sections of electrical cables and their contact connections are installed, which are an electric line of communication between the electric drill and the electric converter, in the sub openings communicating the borehole with the hydraulic inlet of the turbo-drill and the hydraulic channel of the spindle of the electric drill, the surface water reservoir in the area of which the borehole is drilled, or the underground aquifer or zones drilled by the borehole, or communicated with it, or the surface reservoir with the underground zone or zones, the hydraulic unit is set at a dynamic level, the pressure of which is sufficient to generate electric and thermal energy, while the hydroelectric power station is equipped with a downhole vortex heat a disk-type body connected to the hydraulic unit on its lower side, the drainage zone is an absorbing interval of natural or artificial origin, for example, a reservoir formed by fracturing by hydraulic fracturing, and it additionally includes a production well, which drilled the reservoir communicated with it by fracturing by hydraulic fracturing.
Реализация признаков второго варианта гидрогеоэнергостанции позволяет за счет напора воды в скважине воздействовать на гидротурбину, один конец ротора которой соединен с якорем электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию, а другой его конец соединен с активатором вихревого теплогенератора дискового типа, вырабатывающего тепловую энергию в горячей воде. При этом возможности гидрогеоэнергостанции, практически, аналогичны возможностям ее первого варианта, указанным выше в п.п.1-5, за исключением п.1.The implementation of the signs of the second option of a hydroelectric power station allows, due to the pressure of water in the well, to act on a hydraulic turbine, one end of the rotor of which is connected to the armature of an electric generator that generates electricity, and the other end of it is connected to an activator of a vortex disk-type heat generator that generates thermal energy in hot water. At the same time, the capabilities of the hydroelectric power station are practically similar to the capabilities of its first option, indicated above in items 1-5, with the exception of item 1.
Отличие заключается в том, что в ней энергоэффективность выработки тепловой энергии вихревым теплогенератором выше в сравнении с электротеплопреобразователем электронагревателя в гидрогеоэнергостанции по первому варианту. Использование вихревого теплогенератора для выработки тепловой энергии на предлагаемой гидрогеоэнергостанции позволяет осуществлять это с большей энергоэффективностью, что подтверждается достигнутыми известными решениями. Это позволяет получать одинаковую тепловую мощность при меньших затратах для этого первичной гидравлической мощности.The difference lies in the fact that in it the energy efficiency of generating thermal energy by a vortex heat generator is higher in comparison with the electric heat converter of an electric heater in a hydroelectric power station according to the first embodiment. The use of a vortex heat generator to generate thermal energy at the proposed hydroelectric power station allows this to be done with greater energy efficiency, which is confirmed by the known solutions. This allows you to get the same thermal power at a lower cost for this primary hydraulic power.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению.The applicant has not identified sources containing information about technical solutions identical to the present invention.
Заявленная гидрогеоэнергостанция (варианты) иллюстрируется следующими чертежами.The claimed hydroelectric power station (options) is illustrated by the following drawings.
На фиг.1 изображена гидрогеоэнергостанция по первому варианту, на фиг.2 - гидрогеоэнергостанция по второму варианту.In Fig.1 shows a hydroelectric power station according to the first embodiment, Fig.2 - hydroelectric power station according to the second embodiment.
На фиг.1 и 2 введены следующие обозначения: 1 - источник воды; 2 - турбобур (гидротурбина); 3 - ротор гидротурбины; 4 - уплотняющие элементы; 5 - электробур (электрогенератор); 6 - контактно-распределительный блок; 7 - скважинный проточный электронагреватель (СПЭ-Н); 8 - электронагревательный элемент СПЭ-Н; 9 - электрокабель от электрогенератора к СПЭ-Н; 10 - вихревой теплогенератор дискового типа; 11 - активатор вихревого теплогенератора дискового типа; 12 - скважина; 13 - перфорированный отрезок трубы в интервале пересечения скважины с поглощающим интервалом 14; 14 - поглощающий интервал скважины (зона стока); 15 - колонна труб для электробурения; 16 - перфорированная часть обсадной трубы - устройство регулирования расхода воды; 17 - перфорированный, с возможностью его поворота с отверстиями 18 патрубок - устройства регулирования расхода воды; 18 - отверстия в патрубке 17; 19 - жесткое соединение колонны труб 15 с обсадной трубой; 20 - добычная скважина; 21 - перфорированный отрезок трубы в скважине 20; 22 - водоподъемные трубы; 23 - насос с электродвигателем; 24 - оголовок; 25 - задвижка; 26 - манометр; 27 - станция управления; 28 - линия электроснабжения; 29 - электрокабель от колонны труб для электробурения; 30 - электропреобразователь; Нн - напор водяного «столба»; Нв - глубина положения поглощающего интервала (аккумулирующего горячую воду коллектора).In figures 1 and 2, the following notation is introduced: 1 - source of water; 2 - turbodrill (hydraulic turbine); 3 - rotor of a hydraulic turbine; 4 - sealing elements; 5 - electric drill (electric generator); 6 - contact distribution block; 7 - borehole flow-through heater (SPE-N); 8 - electric heating element SPE-N; 9 - an electric cable from an electric generator to SPE-N; 10 - vortex disk type heat generator; 11 - activator of a vortex heat generator of a disk type; 12 - well; 13 - perforated pipe segment in the interval of intersection of the well with the absorbing interval 14; 14 - absorbing interval of the well (flow zone); 15 - pipe string for electric drilling; 16 - perforated part of the casing - a device for controlling the flow of water; 17 - perforated, with the possibility of rotation with holes 18 pipe - device for controlling the flow of water; 18 - holes in the pipe 17; 19 - rigid connection of the pipe string 15 with the casing; 20 - production well; 21 - perforated pipe section in the well 20; 22 - water pipes; 23 - pump with an electric motor; 24 - tip; 25 - valve; 26 - manometer; 27 - control station; 28 - power supply line; 29 - electric cable from a pipe string for electric drilling; 30 - electric converter; N n - the pressure of the water "column"; H in - the depth of the absorbing interval (collector of hot water).
Ввиду плотности графического материала на фиг.1 и 2 не указаны имеющиеся фактически контрольно-измерительные приборы (КИП), установленные, в частности, расходомеры-счетчики количества, термометры, манометры - на устьях скважин и в скважинах; уровнемеры - в скважинах; расходомеры-счетчики количества, термометры, манометры - на выходе добычной скважины к тепловодопотребителям.Due to the density of the graphical material, figures 1 and 2 do not indicate the actual control and measuring devices (KIP) installed, in particular, flow meters, quantity meters, thermometers, manometers - at wellheads and in wells; level gauges - in wells; flow meters, quantity counters, thermometers, manometers - at the outlet of a production well to heat consumers.
В гидрогеоэнергостанции по первому варианту (фиг.1) скважина 12 сообщена с источником воды 1, представляющим собой ручей природного происхождения (она может быть сообщена и с подземным источником воды - подземной водоносной зоной либо и с поверхностным источником, и с подземным). Устьевая часть скважины обсажена обсадной колонной труб, перфорированная часть 16 которой предназначена для регулирования расхода воды, поступающей из источника воды 1 в скважину. Снаружи перфорированной части обсадной трубы 16 установлен с возможностью поворачиваться на ней перфорированный патрубок 17 так, что отверстия 18 его перфорации могут совпадать с отверстиями перфорированной части обсадной трубы 16, а при другом угле поворота патрубка 17 - не совпадать.In the hydroelectric power station according to the first embodiment (Fig. 1), the well 12 is in communication with a water source 1, which is a stream of natural origin (it can be connected with an underground water source - an underground aquifer or with a surface source and underground). The wellhead part is cased by a casing pipe, the
Этим двум положениям патрубка соответствует либо «открытое», либо «закрытое» положения для движения жидкости из источника 1 в скважину.These two positions of the pipe corresponds to either the "open" or "closed" position for the movement of fluid from the source 1 into the well.
В скважине, на ее устье посредством жесткого соединения 19 с обсадной трубой установлена колонна труб для электробурения 15 с соединительной муфтой на нижнем конце. К муфте подсоединен электробур 5 (работает в генераторном режиме). В колонне труб для электробурения 15 встроен электрокабель так, что при соединении отдельных труб (в колонну) соединяются и отрезки кабелей в них. В контактно-распределительном блоке 6 выполнена коммутация выхода электрогенератора с кабелем к СПЭ-Н 9 и с электрокабелем в колоннах труб 15 к электропреобразователю 30. К электробуру с нижней его стороны подсоединена гидротурбина с ротором 3, в качестве которой использован турбобур 2. В соединении корпусов электробура и турбобура (между ними) выполнены отверстия, посредством которых заколонный (кольцевой) объем скважины сообщается с гидравлическим каналом (его входом) турбобура. Кольцевой канал между стенками скважины и корпусом турбобура уплотнен посредством уплотнительного элемента (резинового кольца) 4. Колонна труб 15, жестко закрепленная на устье скважины, является опорным элементом и воспринимает реактивный момент, возникающий при работе гидротурбины, соединенной с электробуром (электрогенератором). К турбобуру 2 с его нижней стороны подсоединен скважинный проточный электронагреватель СПЭ-Н 7 с электронагревательным элементом 8, нагреваемая поверхность которого контактирует с «проходящей» через него водой. Скважиной 12 перебурен поглощающий интервал 14, а интервал пересечения скважины с ним обсажен отрезком перфорированной трубы 13. В рассматриваемом примере поглощающий интервал является зоной, представленной фильтрующими породами, в частности, водоносной (с не движущейся в ней водой) зоны с возможностью замещения в ней воды.In the well, at its mouth, by means of a
Через отверстия в отрезке перфорированной трубы 13 горячая вода поступает в поглощающий интервал 14, заполняя его. В заявляемой гидрогеоэнергостанции пробурена и освоена добычная скважина 20. Для подъема горячей воды она оборудована водоподъемными трубами 22. В нижней части водоподъемной колонны труб установлен перфорированный отрезок трубы 21 и погружной насос 23 с электродвигателем, к которому подведена электроэнергия от линии электроснабжения 28. К оголовку 24 добычной скважины посредством задвижки 25 присоединен теплопотребитель.Through the holes in the segment of the
Статический уровень в скважине составляет Нст=310 м. Динамический уровень при сообщении скважины с источником воды находится на устье скважины и составляет Нд=0 м. Таким образом, динамический напор (суммарный), воздействующий на гидротурбину и вихревой теплогенератор (потребляемый ими) дискового типа, составляет Нн=310 м.The static level in the well is N st = 310 m. The dynamic level when the well communicates with the water source is at the wellhead and is N d = 0 m. Thus, the dynamic head (total) acting on the turbine and the vortex heat generator (consumed by them) disk type is H n = 310 m
Расход воды через устьевое регулирующее устройство поступающей из источника воды 1 в скважину составляет 1000 л/мин. Глубина положения кровли проницаемой теплоаккумулирующей подземной зоны составляет L=430 м. Наибольшая мощность этой зоны составляет 36 м.The water flow through the wellhead control device coming from the water source 1 into the well is 1000 l / min. The depth of the roof position of the permeable heat-accumulating underground zone is L = 430 m. The greatest thickness of this zone is 36 m.
Максимальная гидравлическая мощность Nг, развиваемая гидроэнергетическим потоком в скважине при напоре равном Нн=310 м и расходе воды равном Q=1 м3/мин, составляет около Nг=50 кВт, а вырабатываемое тепло при этом составляет 71000 ккал/ч. Электрическая мощность погружного насоса в добычной скважине составляет N3H=50 кВт, а его производительность Qн=0,7 м3/мин.The maximum hydraulic power N g developed by the hydropower flow in the well at a pressure equal to N n = 310 m and a water flow rate equal to Q = 1 m 3 / min is about N g = 50 kW, and the generated heat is 71,000 kcal / h. The electric power of the submersible pump in the production well is N 3H = 50 kW, and its capacity Q n = 0.7 m 3 / min.
В гидрогеоэнергостанции по второму варианту (фиг.2) скважина 12 сообщена с источником воды 1, представляющим собой ручей природного происхождения (она может быть сообщена и с подземным источником воды - подземной водоносной зоной либо и с поверхностным источником, и с подземным). Устьевая часть скважины обсажена обсадной колонной труб, перфорированная часть 16 которой предназначена для регулирования расхода воды, поступающей из источника воды 1 в скважину. Снаружи перфорированной части обсадной трубы 16 установлен с возможностью поворачиваться на ней перфорированный патрубок 17 так, что отверстия 18 его перфорации могут совпадать с отверстиями перфорированной части обсадной трубы 16, а при другом угле поворота патрубка 17 - не совпадать. Этим двум положениям патрубка соответствует либо «открытое», либо «закрытое» положения для движения жидкости из источника 1 в скважину.In the hydroelectric power station according to the second embodiment (Fig. 2), the well 12 is in communication with a water source 1, which is a stream of natural origin (it can be connected with an underground water source - an underground aquifer or with a surface source and underground). The wellhead part is cased by a casing pipe, the
В скважине, на ее устье посредством жесткого соединения 19 с обсадной трубой установлена колонна труб для электробурения 15 с соединительной муфтой на нижнем конце. К муфте подсоединен электробур 3 (работает в генераторном режиме). В колонне труб для электробурения 15 вмонтирован электрокабель так, что при соединении отдельных труб (в колонну) соединяются и отрезки кабелей в них. В контактно-распределительном блоке 6 выполнена коммутация выхода электрогенератора с кабелем в колонне труб 15 к электропреобразователю 30. К электробуру с нижней его стороны подсоединена гидротурбина с ротором 3, в качестве которой использован турбобур 2. В соединении корпусов электробура и турбобура (между ними) выполнены отверстия, посредством которых заколонный (кольцевой) объем скважины сообщается с гидравлическим каналом (его входом) турбобура. Кольцевой канал между стенками скважины и корпусом турбобура уплотнен посредством уплотнительного элемента (резинового кольца) 4. К турбобуру с его нижней стороны присоединен вихревой теплогенератор дискового типа 10. Колонна труб 15, жестко закрепленная на устье скважины, является опорным элементом и воспринимает реактивный момент, возникающий при работе гидротурбины и вихревого теплогенератора дискового типа.In the well, at its mouth, by means of a
Отверстия в соединении электробура с турбобуром являются сообщениями заколонного объема скважины с входом гидравлического канала гидротурбины. При указанной сборке колонны труб 15, гидротурбины, вихревого теплогенератора дискового типа 10 и открытом положении патрубка 17, как регулирующего устройства, вода из источника 1 по перфорационным отверстиям 18, отверстиям в перфорированной части обсадной трубы 16, по кольцевому каналу скважины движется вниз - в поглощающий интервал скважины 14. При этом она движется через отверстия в соединении электробура с турбобуром, поступает на вход гидротурбины, с выхода которой поступает на вход вихревого теплогенератора 10, выходные каналы которого направлены в сторону поглощающего интервала скважины 14.The holes in the connection between the electric drill and the turbodrill are messages of the annular volume of the well with the inlet of the hydraulic channel of the hydraulic turbine. With the specified assembly of the
Скважиной перебурен поглощающий интервал 14 (поглощающая зона). В рассматриваемом примере поглощающей зоной является зона, представленная фильтрующими породами, в частности водоносная (с не движущейся в ней водой) зона с возможностью замещения в ней воды.The absorption interval 14 (absorption zone) was drilled by the well. In the considered example, the absorbing zone is the zone represented by filtering rocks, in particular, the aquifer (with water not moving in it) zone with the possibility of replacing water in it.
Скважина в нижней своей части обсажена перфорированной трубой. Через отверстия в ней горячая вода поступает в поглощающий интервал 14, заполняя его. В заявляемой гидрогеоэнергостанции пробурена и освоена добычная скважина 20. Для подъема горячей воды она оборудована водоподъемными трубами 22. В нижней части водоподъемной колонны труб установлен перфорированный отрезок трубы 21 и погружной насос 23 с электродвигателем, к которому подведена электроэнергия от линии электроснабжения 28. К оголовку 24 добычной скважины посредством задвижки 25 присоединен теплопотребитель.The well in its lower part is cased with a perforated pipe. Through the holes in it, hot water enters the
Статический уровень в скважине составляет Нст=310 м. Динамический уровень при сообщении скважины с источником воды находится на устье скважины и составляет Нд=0 м. Таким образом, динамический напор (суммарный), воздействующий на гидротурбину и вихревой теплогенератор (потребляемый ими) дискового типа, составляет Hн=310 м.The static level in the well is N st = 310 m. The dynamic level when the well communicates with the water source is at the wellhead and is N d = 0 m. Thus, the dynamic head (total) acting on the turbine and the vortex heat generator (consumed by them) disk type, is H n = 310 m
Расход воды через устьевое регулирующее устройство поступающей из источника воды 1 в скважину составляет 1000 л/мин. Глубина положения кровли проницаемой теплоаккумулирующей подземной зоны составляет L=430 м. Наибольшая мощность этой зоны составляет 36 м.The water flow through the wellhead control device coming from the water source 1 into the well is 1000 l / min. The depth of the roof position of the permeable heat-accumulating underground zone is L = 430 m. The greatest thickness of this zone is 36 m.
Максимальная гидравлическая мощность Nг, развиваемая гидроэнергетическим потоком в скважине при напоре равном Нн=310 м и расходе воды равном Q=1 м3/мин, составляет около Nг=50 кВт, а вырабатываемое тепло при этом составляет 71000 ккал/ч.The maximum hydraulic power N g developed by the hydropower flow in the well at a pressure equal to N n = 310 m and a water flow rate equal to Q = 1 m 3 / min is about N g = 50 kW, and the generated heat is 71,000 kcal / h.
Электрическая мощность погружного насоса в добычной скважине составляет Nэн=50 кВт, а его производительность Qн=0,7 м3/мин.The electric power of the submersible pump in the production well is N en = 50 kW, and its productivity Q n = 0.7 m 3 / min.
Работает гидрогеоэнергетическая скважина по второму варианту (фиг.2) следующим образом.Works hydro-energy well according to the second option (figure 2) as follows.
Работа в заготовительно-теплоаккумулирующем режиме. Добычная скважина 20 находится в отключенном (неработающем) состоянии, при этом от станции управления 27 отключен погружной электродвигатель насоса 23. Теплопотребитель отключен вентилем 25 от водоподъемной трубы 22.Work in the storage heat storage mode. Production well 20 is in the off (idle) state, while the submersible motor of the
Заготовка и теплоаккумулирование горячей воды в поглощающем интервале 14 осуществляется, как правило, в летнее время в паводковый период. При этом вода из источника воды 1 при открытом положении отверстий патрубка 17 поступает в скважину 12, наполняя ее и приводя в динамическое состояние, при котором динамический уровень в скважине повышается. В динамическом состоянии часть воды ниже динамического уровня движется к зоне поглощения, заполняя ее горячей водой. По мере заполнения скважины динамический уровень устанавливается на отметке, совпадающей с устьем скважины. При таком его положении напор на гидротурбину и вихревой теплогенератор составляет Нн=310 м, и гидротеплоэлектроагрегат развивает мощность в 50 кВт. Проходя через вихревой теплогенератор дискового типа вода нагревается, при этом с выхода вихревого теплогенератора 10 по скважине в поглощающий интервал 14 поступает горячая вода с температурой 95°С и в нем накапливается, поскольку интервал поглощения является непроточным. Контрольно-измерительными приборами, установленными в скважине и на ее устье (не показаны), осуществляется контроль и регистрация параметров нагреваемой и закачиваемой в поглощающий интервал воды, в частности: ее температуры, расхода и количества, давления. Эти параметры контролируются и регистрируются с использованием датчиков аналогичных параметров, установленных и в добычной скважине. В период заготовки горячей воды заполнение поглощающего интервала осуществляется в обоснованном объеме, в том числе с учетом объема системы отопления, которая будет функционировать в отопительный период. Для рассматриваемого примера гидрогеоэнергостанции этот объем составляет 20000 м3. После того, как указанный объем горячей воды закачен в поглощающий интервал, процесс работы гидрогеоэнергостанции в заготовительно-теплоаккумулирующем режиме заканчивается.The procurement and heat storage of hot water in the
В течении всего периода работы гидрогеоэнергостанции в заготовительно-теплоаккумулирующем режиме ею вырабатывается и электрическая энергия. Осуществляется это посредством того, что вращение ротора 3 гидротурбины передается соединенному с ним якорю-шпинделю электробура 5, работающего в генераторном режиме. Выработанная электробуром электрическая энергия по электрокабелю, установленному в бурильных трубах для электробурения 15, передается на электропреобразователь 30 на дневной поверхности, в котором преобразуется до требуемого качества. С него она направляется к электропотребителям.During the entire period of operation of the hydroelectric power station in the heat-storage mode, it also generates electric energy. This is accomplished by the fact that the rotation of the rotor 3 of the turbine is transmitted to the anchor-spindle of the
Состояние преобразованного в горячую воду и закаченного для теплоаккумулирования и его хранения в подземной водоносной зоне теплоносителя в горячей воде контролируется по показаниям измерительных приборов: температуры, объема, уровня и др.The condition of the heat-transfer agent converted into hot water and pumped for heat storage and storage in an underground aquifer in a hot water is monitored by the readings of measuring instruments: temperature, volume, level, etc.
Работа в теплоэлектроснабжающем режиме. В этом режиме подключаются к работе добычная скважина 20 путем подключения ее к станции управления 27 линии электроснабжения 28 погружного насоса 23. Открывают вентиль 25 и горячая вода по водоподъемным трубам 22 из поглощающего интервала 14 подается теплопотребителю. «Отдавшая» тепло горячая вода от теплопотребителя (обратная) направляется вновь в скважину на следующий цикл ее движения по системе теплоснабжения. При этом из питательной емкости в систему циркуляции на вход скважины через регулирующее устройство (патрубок 17) добавляется требуемое количество воды для обеспечения циркулирующего в системе объема.Work in the heat and power supply mode. In this mode, the
Вырабатываемая при этом электроэнергия от электропреобразователя 30 (требуемого качества) по линии электроснабжения 28 направляется к электропотребителю.The electricity generated in this case from the electric transducer 30 (of the required quality) is sent to the electric consumer through the
Работа гидрогеоэнергетической скважины по первому варианту (фиг.1) в заготовительно-теплоаккумулирующем и в теплоэлектроснабжающем режиме аналогична работе гидрогеоэнергетической скважины по второму варианту за исключением работы схемы электротеплопреобразования, которая описана ниже.The operation of the hydro-energy well in the first embodiment (Fig. 1) in the heat-storage and heat-supplying mode is similar to the operation of the hydro-energy well in the second embodiment, except for the operation of the electric heat conversion scheme, which is described below.
Работа схемы элекротеплопреобразования по первому варианту изобретения. При динамическом состоянии скважины напор на гидротурбину Нн=310 м, и гидротеплоэлектроагрегат развивает мощность в 50 кВт. Вырабатываемая электрогенератором (электробуром, работающем в режиме электрогенератора) электрическая энергия поступает на контактно-распределительный блок 6, а от него - на скважинный проточный электронагреватель СПЭ-Н 7, а посредством кабеля в трубах 15 - на электропреобразователь 30 на дневной поверхности. Проходя через скважинный проточный электронагреватель 7, вода нагревается, при этом с выхода скважинного проточного электронагревателя СПЭ-Н 7 по скважине в поглощающий интервал 14 поступает горячая вода с температурой 95°С и в ней накапливается (аккумулируется), поскольку интервал поглощения является непроточным. Контрольно-измерительными приборами, установленными в скважине и на ее устье (не показаны) осуществляется контроль и регистрация параметров нагреваемой и закачиваемой в поглощающую зону воды, в частности: ее температуры, расхода и количества, давления. Эти параметры контролируются и регистрируются с использованием датчиков аналогичных параметров, установленных и в добычной скважине.The operation of the electrothermal conversion circuit according to the first embodiment of the invention. With the dynamic condition of the well, the pressure on the hydraulic turbine is H n = 310 m, and the hydrothermal power plant develops a power of 50 kW. The electric energy generated by the electric generator (electric drill operating in the electric generator mode) is supplied to the
Заявляемая гидрогеоэнергостанция позволяет достичь поставленный перед изобретением технический результат.The inventive hydroelectric power station allows to achieve the technical result set before the invention.
Следует отметить, что вырабатываемые и реализуемые с использованием заявляемой гидрогеоэнергостанции энергоносители имеют невысокую себестоимость, электроэнергия - близка себестоимости электроэнергии, вырабатывемой на ГЭС, а горячая вода по себестоимости ее производства близка к геотермальной энергии, которая в 5-30 раз ниже стоимости энергии, вырабатываемой котельными на традиционных видах топлива (Батищев В.Е., Мартыненко Б.Г., Сысков С.Л., Щелоков Я.М. Энергосбережение. Справочное пособие, г.Екатеринбург, РИА «Энерго-ПРЕСС», ЭПК УТГУ-УПИ, 1999 г., стр.3 8-39), но прогнозируется еще меньшей, ввиду меньших затрат на сооружение менее глубоких скважин.It should be noted that the energy carriers generated and sold using the inventive hydroelectric power station have a low cost, electricity is close to the cost of electricity generated at hydroelectric power stations, and hot water at its production cost is close to geothermal energy, which is 5-30 times lower than the cost of energy generated by boiler plants on traditional fuels (Batishchev V.E., Martynenko B.G., Syskov S.L., Shchelokov Y.M. Energy conservation. Reference manual, Yekaterinburg, RIA "Energo-PRESS", EPK UTGU-UP 1999, page 3 8-39), but it is predicted even less, due to lower costs for the construction of the shallower wells.
Работа заявляемой гидрогеоэнергостанции наиболее эффективна в местностях децентрализованного энергообеспечения, где имеются необходимые для ее работы условия.The operation of the claimed hydroelectric power station is most effective in areas of decentralized energy supply, where there are conditions necessary for its operation.
Ее применение позволит снизить затраты на осуществление «северного завоза» органического топлива.Its use will reduce the cost of implementing the "northern import" of organic fuel.
Ввиду того что заявляемая гидрогеоэнергостанция базируется на экологически чистой технологии производства тепловой энергии, а ее внешний вид не создает впечатления промышленно-индустриального объекта с традиционными дымовыми трубами, она с успехом может быть использована в районах размещения рекреационных объектов (отдыха и лечения), ландшафтного туризма, а также в особо охраняемых природных зонах - заповедниках и заказниках.Due to the fact that the claimed hydroelectric power station is based on environmentally friendly technology for the production of thermal energy, and its appearance does not create the impression of an industrial-industrial facility with traditional chimneys, it can be successfully used in areas where recreational facilities (recreation and treatment), landscape tourism, as well as in specially protected natural areas - reserves and sanctuaries.
Кроме того, размещение тепло- и электроисточника - скважины и добычной скважины заявляемой гидрогеоэнергостанции в земных недрах «делает» ее более скрытной и неуязвимой, в сравнении с другими энергоисточниками.In addition, the location of the heat and electric source — the well and the production well of the inventive hydro-electric power station in the earth's interior “makes” it more secretive and invulnerable, in comparison with other energy sources.
Относительно скрытности. В настоящее время обнаружение энергообъектов легко осуществляется с использованием инфракрасных, в том числе оптических систем. Теплоэнергоисточник предлагаемой гидрогеоэнергостанции такими системами не может быть обнаружен, так как ее тепловое излучение экранируется слоем горных пород, расположенных выше теплогидроаккумулирующей зоны, скважины и добычной скважины.Regarding stealth. Currently, the detection of energy objects is easily carried out using infrared, including optical systems. The heat source of the proposed hydroelectric power station by such systems cannot be detected, since its thermal radiation is screened by a layer of rocks located above the heat-accumulating zone, well and production well.
Относительно неуязвимости. Расположенные над теплоэлектроисточником - гидрогеоэнергостанцией масса горных пород велика и разрывы снарядов на земной поверхности (при попытках ее уязвимости) не сказываются на ее работоспособном состоянии. Этим объясняется большая живучесть предлагаемой гидрогеоэнергостанции, а также возможность двойного применения ее в гражданских технологиях и в военных целях, в том числе в военные периоды.Regarding invulnerability. The mass of rocks located above the heat and power source - hydroelectric power station is large and shell ruptures on the earth's surface (when trying to vulnerability it) do not affect its operational state. This explains the great survivability of the proposed hydroelectric power station, as well as the possibility of its double use in civilian technologies and for military purposes, including during military periods.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008111835/06A RU2376495C1 (en) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | Hydraulic geopower station (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008111835/06A RU2376495C1 (en) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | Hydraulic geopower station (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008111835A RU2008111835A (en) | 2009-10-10 |
| RU2376495C1 true RU2376495C1 (en) | 2009-12-20 |
Family
ID=41260204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008111835/06A RU2376495C1 (en) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | Hydraulic geopower station (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2376495C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA018364B1 (en) * | 2010-10-18 | 2013-07-30 | Товарищество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Внедренческий Центр Алмас" | Geothermal power unit |
-
2008
- 2008-03-27 RU RU2008111835/06A patent/RU2376495C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA018364B1 (en) * | 2010-10-18 | 2013-07-30 | Товарищество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Внедренческий Центр Алмас" | Geothermal power unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008111835A (en) | 2009-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Stober et al. | Geothermal energy | |
| US7615882B2 (en) | Utilizing aquifer pressure to generate electrical energy | |
| Sadovenko et al. | Geotechnical schemes to the multi-purpose use of geothermal energy and resources of abandoned mines | |
| WO2018203109A1 (en) | System for the non conventional production of electrical power from a geothermal source and relevant plant | |
| CN102644565A (en) | Ocean thermal energy and geothermal energy combined power generating system | |
| CN108756821B (en) | Oil well down-hole thermoelectric power generation system and method | |
| US11171543B2 (en) | Energy generation from a double wellbore | |
| EP3828380A1 (en) | Geothermal energy extraction subterranean system for accumulating and storing heat | |
| RU2376495C1 (en) | Hydraulic geopower station (versions) | |
| WO2016091969A1 (en) | System for providing energy from a geothermal source | |
| CA3181981A1 (en) | Method for on demand power production utilizing geologic thermal recovery | |
| RU2371638C1 (en) | Borehole heat supply system with underground heat-hydro-accumulation | |
| Hahn et al. | Reutilization of mine water as a heat storage medium in abandoned mines | |
| CN108799024B (en) | U-shaped pipe heat exchange closed circulation underground thermoelectric power generation system and method | |
| RU2431015C1 (en) | Diversion well hydraulic power plant | |
| CN102278116A (en) | Device and method for manufacturing underground frozen wall in cold areas in winter | |
| CN209783024U (en) | Shallow geothermal energy utilization device based on underground water flow system | |
| CN114893930A (en) | High-efficient heat transfer system of buried pipe based on compound pipe of different materials | |
| RU2329435C2 (en) | Borehole thermal source | |
| RU2291255C2 (en) | Heat and water supply well | |
| Lachner | Geothermal Energy | |
| WO2013115656A1 (en) | Energy stave | |
| US20080223041A1 (en) | Geothermal canal with hydrostatic system for use in a geothermal power plant | |
| Benoit et al. | Development of an injection augmentation program at the Dixie Valley, Nevada geothermal field | |
| Kozłowski | Geothermic Power Plants of high capacity-how far |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120328 |