RU2621440C1 - Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию - Google Patents
Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621440C1 RU2621440C1 RU2015153523A RU2015153523A RU2621440C1 RU 2621440 C1 RU2621440 C1 RU 2621440C1 RU 2015153523 A RU2015153523 A RU 2015153523A RU 2015153523 A RU2015153523 A RU 2015153523A RU 2621440 C1 RU2621440 C1 RU 2621440C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- boiler
- working fluid
- steam boiler
- steam turbine
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
-
- 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
Abstract
Изобретение относится к области превращения геотермальной энергии в электрическую энергию, когда источником тепловой энергии являются постмагматические тепловые поля. Устройство включает скважину с обсадной трубой, нижняя часть которой закрыта крышкой и является паровым котлом, который входным и выходным трубопроводами, оснащенными обратными клапанами давления, соединен с паровой турбиной, которая кинематически связана с электромашинным генератором тока. Открытый торец выходного трубопровода осесимметричен обсадной трубе, через крышку парового котла опускается до дна котла, образуя одноконтурное внутреннее пространство, а регулятор подачи рабочей жидкости установлен на входном трубопроводе и обеспечивает подачу такого количества рабочей жидкости, чтобы в нижнюю часть парового котла рабочая жидкость не поступала и она служила как перегреватель пара. Изобретение позволяет осуществить превращение геотермальной энергии в электрическую энергию независимо от наличия подземных водных источников. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области превращения геотермальной энергии в электрическую энергию, когда источником тепловой энергии являются постмагматические тепловые поля.
Сейчас превращение геотермальной энергии в электрическую энергию в основном осуществляется при помощи подземных горячих источников, что существенно ограничивает использование постмагматической тепловой энергии для нужд человечества.
Известно устройство превращения геотермальной энергии подземных сухих пород в электрическую энергию, которое функционирует в двухконтурном тепловом режиме. В первом контуре при помощи нагнетаемой под давлением в нагретые подземные породы жидкости извлекается тепловая энергия подземных пород, которая используется во втором контуре для нагревания рабочей жидкости и сообщения движения паровой турбине (патент US 936 609, Geotermal Power Plant; MK F03G 7/00; 08.24.1978).
Во всех известных устройствах геотермальную тепловую энергию сухих подземных пород извлекают, создавая непосредственный контакт между нагнетаемой жидкостью и подземными породами, которые обладают необходимым тепловым потенциалом. Следовательно, в процессе извлечения тепловой энергии вместе с жидкостью извлекаются и некоторые существующие химические соединения, которые могут не только отрицательно повлиять на работоспособность устройства, но и являются нежелательными с экологической точки зрения. Для разрешения этой проблемы жидкость, функционирующая в первом тепловом контуре, фильтруется, а образовавшиеся ядовитые вещества хоронят в дополнительно для этой цели пробуренной скважине. К тому же в первом контуре жидкость протекает по искусственно созданной в подземных породах системе разветвленных трещин и практически не работает в замкнутом контуре, что приводит к тепловым потерям (иногда достаточно большим). Следовательно, применение двухконтурного принципа приводит к снижению коэффициента полезного действия устройства и требует дополнительных материальных затрат.
Нами предложено устройство, позволяющее устранить отмеченные выше недостатки (патент, Устройство для превращения геотермальной тепловой энергии в электрическую энергию; AM 20120091; 28.06.2012). Однако в предложенном устройстве мощность получаемой электрической энергии довольно быстро затухает и через 10-15 лет составляет не более 40% начальной мощности. К тому же коэффициент полезного действия предложенного устройства не превосходит 30-32%.
Предлагаемое нами изобретение позволяет осуществить превращение геотермальной энергии в электрическую энергию независимо от наличия подземных водных источников и функционирует без указанных выше недостатков.
Решение поставленной задачи позволило предложить новое устройство, которое включает по меньшей мере одну скважину с обсадной трубой, нижняя часть которой закрыт крышкой и является паровым котлом, который входным и выходным трубопроводами, оснащенными обратными клапанами давления, соединен с паровой турбиной, которая кинематически связана с электромашинным генератором тока. Открытый торец выходного трубопровода осесимметричен обсадной трубе, через крышку парового котла опускается до дна котла, образуя одноконтурное внутреннее пространство, а регулятор подачи рабочей жидкости установлен на входном трубопроводе и обеспечивает подачу такого количества рабочей жидкости, чтобы в нижнюю часть парового котла рабочая жидкость не поступала и она служила как перегреватель пара.
Причем выходной трубопровод может быть изготовлен из двухслойных труб, между слоями которых находится воздух, паровой котел устройства может состоять из системы наклонных паровых котлов, вырабатывающих пар для одной паровой турбины, обсадная труба может закрепляться в скважине при помощи связки, имеющей высокую теплопроводность, паровая турбина может работать на многоступенчатом регенеративном цикле с сепараций отработанных паров на каждой ступени регенерации.
Основной принцип работы устройства заключается в том, что нижняя часть обсадной трубы, являющаяся паровым котлом, устанавливается на глубине подземных пород, температура которых выше температуры кипения используемой в устройстве рабочей жидкости для заданного давления в паровом котле. За счет существующего температурного градиента парового котла относительно окружающих его подземных пород происходит процесс теплопередачи и тепловая энергия окружающих паровой котел подземных пород передается в паровой котел. Паровой котел предназначен для вырабатывания пара рабочей жидкости и его перегрева. Для этого рабочая жидкость непрерывно подается в паровой котел при помощи регулятора подачи рабочей жидкости, который установлен на входном трубопроводе. Через входной трубопровод рабочая жидкость поступает в цилиндрический паз, имеющейся под верхней крышкой парового котла, и направляется по внутренней цилиндрической поверхности парового котла вниз. Протекая по боковой поверхности парового котла, рабочая жидкость испаряется. Интенсивность подачи рабочей жидкости при помощи регулятора подачи устанавливают таким образом, чтобы рабочая жидкость полностью испарилась, не доходя до дна парового котла. Ниже от зоны испарения участок парового котла является зоной перегрева пара. Длину зоны испарения рабочей жидкости определяют из условия оптимизации температуры перегрева пара, температуры окружающих котел подземных пород, количества подаваемой жидкости в зависимости от времени, длины парового котла, диаметров парового котла и выходного трубопровода. После определения длины зоны испарения необходимо уточнить температуру перегрева пара и коэффициент полезного действия устройства. Температура перегретого пара рассчитывается и принимается исходя из температурного поля окружающих пород, мощности устанавливаемой паровой турбины, длины и диаметра паротрубопровода. В любом случае нужно выбирать максимальную допустимую температуру, что позволит минимизировать энергию, затрачиваемую на транспортировку пара, и обеспечить максимальную температуру пара у входа в паровую турбину.
Давление в паровом котле поддерживается постоянным за счет обратного клапана давления, установленного на выходном трубопроводе. Обратный клапан на входном трубопроводе служит для пропуска рабочей жидкости. Его давление срабатывания устанавливается больше давления обратного клапана, установленного на выходном трубопроводе, чтобы исключить проникновение вырабатываемых паров во входной трубопровод и обеспечить подачу рабочей жидкости. Так как обратные клапаны давления позволяют установить постоянное давление в котле, то при стационарном режиме работы устройства температура кипения рабочей жидкости остается постоянной.
Мощность паровой турбины обусловлена как температурой окружающих подземных пород, так и диаметром, высотой котла и теплофизическими характеристиками окружающих пород. Если паровой котел имеет диаметр 500 мм и высоту 2500 м и окружен базальто-гранитными породами, температура которых у нижней части парового котла составляет 400°С, то устройство может обеспечить выработку электроэнергии мощностью 7000 кВт в течение 100 лет. Как показывают теоретические исследования, при дальнейшем эксплуатации устройства выработка электроэнергии постепенно спадет и через 200 лет составит 50-60% начальной мощности.
Для уменьшения тепловых потерь устройства можно выходной трубопровод изготовить из двухслойных труб, обеспечивая наличие воздушной прослойки между слоями. Тем самым уменьшив тепловые потери на участке транспортировки перегретого пара и увеличив коэффициент полезного действия устройства.
Можно пробурить систему наклонных скважин, которые совместно вырабатывают пар для одной паровой турбины соответствующей мощности. Оснащая паровую турбину коллектором для равномерного распределения конденсата между наклонно установленными паровыми котлами, можно сократить материальные расходы и установить на всю систему паровых котлов одну паровую турбину и один электромашинный генератор тока.
Чтобы обеспечить интенсивный теплообмен между частью обсадной трубы, являющийся паровым котлом устройства и окружающими подземными породами, можно при закреплении обсадной трубы в скважине использовать бетоны, изготовляемые на основе материалов, имеющих высокий коэффициент теплопередачи, например тальк.
Учитывая, что интенсивность теплопередачи подземных пород сравнительно небольшая величина, необходимо тепловой цикл устройства организовывать таким образом, чтобы максимально исключить потери тепловой энергии. Следовательно, необходимо использовать паровую турбину, которая работает на многоступенчатом регенеративном цикле. Лучше регенеративный цикл совместить с сепараций отработанных паров на каждой ступени регенерации. Это позволит сберечь тепло, выделяемое при конденсации пара.
Для лучшего понимания предлагаемого изобретения приведены схематичные изображения предлагаемого устройства.
Фиг. 1 схематично изображает устройство для превращения геотермальной тепловой энергии в электрическую энергию согласно изобретению;
на фиг. 2 схематически показана верхняя часть парового котла устройства с верхней крышкой.
Предлагаемое устройство включает (фиг. 1) скважину с обсадной трубой 1, нижняя часть которой закрыта верхней крышкой 3 и является паровым котлом устройства. В паровой котел устройства при помощи регулятора подачи с обратным клапаном давления 6 через входной трубопровод 5 подается рабочая жидкость 4. Рабочая жидкость 4 через верхнюю крышку 3 поступает в зону испарения 10 парового котла. Протекая по внутренней поверхности парового котла, рабочая жидкость 4 испаряется и проходит в зону перегрева 11. Перегретые пары рабочей жидкости поступают в выходной трубопровод 2 и при наличии соответствующего давления через обратный клапан 9 давления выходного трубопровода 2 поступают в паровую турбину 7. Паровая турбина 7 кинематически связана с электромашинным генератором тока 8.
Монтаж и сборка устройства производятся аналогично оборудованию, используемому при нефтедобыче, а скважина имеет примерно такие размеры, какие имеют скважины, используемые для существующих геотермальных электростанций.
Устройство можно использовать во всех геотермально активных зонах, независимо от наличия подземных горячих источников.
Claims (5)
1. Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию, которое включает по меньшей мере одну скважину с обсадной трубой, нижняя часть которой закрыта крышкой и является паровым котлом, который входным и выходным трубопроводами, оснащенными обратными клапанами давления, соединен с паровой турбиной, регулятор подачи рабочей жидкости и электромашинный генератор тока, кинематически соединенный с паровой турбиной, отличающееся тем, что нижний торец выходного трубопровода осесимметричен обсадной трубе, через крышку парового котла опускается до дна парового котла, образуя одноконтурное внутреннее пространство, в верхнюю часть которого регулятором подачи рабочей жидкости через входной трубопровод и верхнюю крышку парового котла осуществляется подача рабочей жидкости, а нижняя часть парового котла служит как перегреватель пара.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходной трубопровод изготовлен из двухслойных труб, между слоями которых находится воздух.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что паровой котел устройства состоит из системы наклонных паровых котлов, вырабатывающих пар для одной паровой турбины.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что обсадная труба закрепляется в скважине при помощи связки, имеющей высокую теплопроводность.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что паровая турбина работает на многоступенчатом регенеративном цикле с сепараций отработанных паров на каждой ступени регенерации.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015153523A RU2621440C1 (ru) | 2015-12-15 | 2015-12-15 | Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015153523A RU2621440C1 (ru) | 2015-12-15 | 2015-12-15 | Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2621440C1 true RU2621440C1 (ru) | 2017-06-06 |
Family
ID=59032231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015153523A RU2621440C1 (ru) | 2015-12-15 | 2015-12-15 | Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2621440C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU177203U1 (ru) * | 2017-06-22 | 2018-02-13 | Расим Наилович Ахмадиев | Устройство для эксплуатации геотермальной скважины |
RU186091U1 (ru) * | 2018-05-31 | 2018-12-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Геотермальная энергетическая установка |
WO2019155240A1 (en) | 2018-02-06 | 2019-08-15 | Solomon Ioramashvili | Geothermal energy device |
WO2019229517A1 (ru) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | Ishankuliyev Rejepmurad | Шахтное геотермальное устройство |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4054176A (en) * | 1973-07-02 | 1977-10-18 | Huisen Allen T Van | Multiple-completion geothermal energy production systems |
RU2269728C2 (ru) * | 2000-10-20 | 2006-02-10 | Хита Аг | Способ и система для обмена земной энергией между земными телами и энергообменником, использующим природную тепловую энергию, прежде всего для получения электрического тока |
US20100031653A1 (en) * | 2006-04-25 | 2010-02-11 | Werner Foppe | Method and device for the utilization of supercritical subsurface steam in combination with supercritical thermal and hydraulic power stations |
-
2015
- 2015-12-15 RU RU2015153523A patent/RU2621440C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4054176A (en) * | 1973-07-02 | 1977-10-18 | Huisen Allen T Van | Multiple-completion geothermal energy production systems |
RU2269728C2 (ru) * | 2000-10-20 | 2006-02-10 | Хита Аг | Способ и система для обмена земной энергией между земными телами и энергообменником, использующим природную тепловую энергию, прежде всего для получения электрического тока |
US20100031653A1 (en) * | 2006-04-25 | 2010-02-11 | Werner Foppe | Method and device for the utilization of supercritical subsurface steam in combination with supercritical thermal and hydraulic power stations |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU177203U1 (ru) * | 2017-06-22 | 2018-02-13 | Расим Наилович Ахмадиев | Устройство для эксплуатации геотермальной скважины |
WO2019155240A1 (en) | 2018-02-06 | 2019-08-15 | Solomon Ioramashvili | Geothermal energy device |
RU186091U1 (ru) * | 2018-05-31 | 2018-12-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Геотермальная энергетическая установка |
WO2019229517A1 (ru) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | Ishankuliyev Rejepmurad | Шахтное геотермальное устройство |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10060652B2 (en) | Boiling-water geothermal heat exchanger and boiling-water geothermal power generation equipment | |
US20220282716A1 (en) | Systems and methods of generating electricity using heat from within the earth | |
US20200217304A1 (en) | Systems and methods of generating electricity using heat from within the earth | |
RU2621440C1 (ru) | Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию | |
JP4927136B2 (ja) | 地熱発電装置 | |
AU2012365103B2 (en) | Geothermal heat exchanger and geothermal power generation device | |
US9394771B2 (en) | Single well, self-flowing, geothermal system for energy extraction | |
JP2021513620A (ja) | 生産性地熱井からの閉ループエネルギー生成 | |
US20090211757A1 (en) | Utilization of geothermal energy | |
JP2021107712A (ja) | 地熱を発生させるプロセスおよび方法 | |
US20110041500A1 (en) | Supplemental heating for geothermal energy system | |
US20120144829A1 (en) | Direct exchange geothermal refrigerant power advanced generating system | |
KR20210031468A (ko) | 지열 브라인 유체로부터 열에너지를 추출하기 위한 방법, 시스템 및 장치 | |
JP2014500420A (ja) | パッシブ熱抽出および発電 | |
CZ20031092A3 (cs) | Způsob výměny energie a systém k provádění tohoto způsobu | |
CA2742565A1 (en) | Methods and systems for providing steam | |
US20150101779A1 (en) | System and Method of Maximizing Performance of a Solid-State Closed Loop Well Heat Exchanger | |
WO2020140406A1 (zh) | 无积液效应的阶梯式重力热管地热开采系统 | |
WO2015175142A1 (en) | System and method for utilizing oil and gas wells for geothermal power generation | |
US20080223032A1 (en) | Systems And Methods For Generating Electricity Using Heat From Within The Earth | |
US20120312016A1 (en) | Geothermal Energy Method and Apparatus | |
JP6393602B2 (ja) | 循環型地熱発電方法及び装置 | |
BE1025635B1 (nl) | Efficient geothermische-warmte-energie-extractiesysteem | |
NL2015780B1 (en) | Device for converting thermal energy in hydrocarbons flowing from a well into electric energy. | |
WO2010016919A2 (en) | System and method of maximizing performance of a solid-state closed loop well heat exchanger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171216 |