RU2740625C1 - Geothermal-carbon dioxide energy complex - Google Patents

Geothermal-carbon dioxide energy complex Download PDF

Info

Publication number
RU2740625C1
RU2740625C1 RU2020113605A RU2020113605A RU2740625C1 RU 2740625 C1 RU2740625 C1 RU 2740625C1 RU 2020113605 A RU2020113605 A RU 2020113605A RU 2020113605 A RU2020113605 A RU 2020113605A RU 2740625 C1 RU2740625 C1 RU 2740625C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon dioxide
compressor
geothermal
temperature
heat exchanger
Prior art date
Application number
RU2020113605A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Игнатьевич Пашкевич
Валентин Алексеевич Иодис
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-исследовательский геотехнологический центр Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-исследовательский геотехнологический центр Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-исследовательский геотехнологический центр Российской академии наук
Priority to RU2020113605A priority Critical patent/RU2740625C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2740625C1 publication Critical patent/RU2740625C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures

Abstract

FIELD: power supply systems.
SUBSTANCE: invention relates to power supply systems using renewable energy sources. Geothermal-carbon dioxide power complex comprises turbine with electric generator, working medium receiver connected to turbine outlet, compressor with heat removal, cooling heat exchanger and working medium accumulator. Carbon dioxide gas from production well of carbonic mineral water deposit is compressed in compressor with heat removal made in form of oil-free carbon-dioxide compressor, and then cooled in heat exchanger-cooler. Part of carbon dioxide gas is condensed in cooling heat exchanger by means of refrigerating machine, and part is mixed with carbon dioxide gas from turbine with electric generator and supplied to working medium receiver made in form of pressure geothermal well, where it is heated in underground geothermal header and from production geothermal well it is supplied to turbine to produce electric power and to provide it with oil-free carbon dioxide compressor, compressor of refrigerating machine, electric motors of water pumps and consumers.
EFFECT: higher economic efficiency of operation of geothermal-carbon dioxide power complex.
1 cl, 4 ex, 1 dwg

Description

Область техники.The field of technology.

Изобретение относится к системам и установкам энергообеспечения, использующим возобновляемые источники энергии, а также к установкам производства жидкого или газообразного углекислого газа, использующим природный углекислый газ месторождений углекислых минеральных вод.The invention relates to power supply systems and installations using renewable energy sources, as well as to installations for the production of liquid or gaseous carbon dioxide using natural carbon dioxide from deposits of carbon dioxide mineral waters.

Уровень техники.State of the art.

Известна газотурбинная установка [1] для получения электроэнергии с использованием тепла, получаемого в результате самовозгорания терриконов и др. Цель достигается тем, что газотурбинная установка снабжена подогревателем, который погружают в скважину, проделанную в терриконе или при погружении в газовую скважину подземной газификации угля, или при погружении подогревателя в скважину при подземном сжигании тонкого пластового угля, или др. Подогреватель соединен с турбиной, на одном валу с которой располагается компрессор и электрогенератор. Горячий воздух подается в турбину при помощи компрессора в замкнутом цикле. Одновременно с вращением турбины вращается электрогенератор и вырабатывает электрический ток.Known gas turbine plant [1] for generating electricity using heat obtained as a result of spontaneous combustion of waste heaps, etc. The goal is achieved by the fact that the gas turbine plant is equipped with a heater, which is immersed in a well made in a waste heap or when submerged in a gas well of underground coal gasification, or when the heater is immersed in a well during underground combustion of thin seam coal, etc. The heater is connected to a turbine, on the same shaft with which a compressor and an electric generator are located. Hot air is supplied to the turbine by a compressor in a closed cycle. Simultaneously with the rotation of the turbine, an electric generator rotates and produces an electric current.

Недостатком газотурбинной установки является использование компрессора для циркуляции воздуха в замкнутом цикле, что сказывается на количестве получаемой электроэнергии. Увеличение же количества газотурбинных установок на источниках тепла - горящих терриконах для увеличения получаемой электроэнергии приведет к росту капитальных затрат.The disadvantage of a gas turbine plant is the use of a compressor for air circulation in a closed cycle, which affects the amount of electricity received. An increase in the number of gas turbine installations on heat sources - burning waste heaps to increase the received electricity will lead to an increase in capital costs.

Известно изобретение [2], относящееся к переработке высокотемпературных вулканических газов. Повышают давление собранных газов низкого давления из фумарольных трещин и каналов вулкана, затем охлаждают их с обеспечением конденсации сульфидных соединений рассеянных и редких элементов, полученную смесь охлаждают до температуры, превышающей температуру плавления серы, смешивают с распыленной жидкой серой и проводят очистку с обеспечением получения расплава, содержащего серу и твердые и жидкие сконденсированные сульфидные соединения рассеянных и редких элементов, и охлажденных очищенных вулканических газов. Расплав направляют на извлечение из него рассеянных и редких элементов, а очищенные вулканические газы нагревают горячими неочищенными вулканическими газами и направляют в атмосферу, при этом сжатый воздух, нагретый при охлаждении вулканических газов, используют для выработки электроэнергии. Предложены также устройство и способ переработки газов высокого давления из газонаполненной части вулканического канала или из горизонтов, расположенных ниже дневной поверхности вулкана. Обеспечивается переработка вулканических газов с извлечением рассеянных и редких элементов, выработка электроэнергии и поддержание давления газов в вулкане для предотвращения извержения.Known invention [2] related to the processing of high-temperature volcanic gases. The pressure of the collected low-pressure gases from the fumarole cracks and channels of the volcano is increased, then they are cooled to ensure the condensation of sulfide compounds of scattered and rare elements, the resulting mixture is cooled to a temperature exceeding the melting point of sulfur, mixed with atomized liquid sulfur and purified to obtain a melt, containing sulfur and solid and liquid condensed sulfide compounds of trace and rare elements, and cooled purified volcanic gases. The melt is directed to extract scattered and rare elements from it, and the purified volcanic gases are heated with hot unpurified volcanic gases and sent into the atmosphere, while the compressed air heated when the volcanic gases are cooled is used to generate electricity. A device and method for processing high-pressure gases from the gas-filled part of the volcanic channel or from the horizons located below the day surface of the volcano are also proposed. It provides for the processing of volcanic gases with the extraction of scattered and rare elements, the generation of electricity and maintenance of the gas pressure in the volcano to prevent an eruption.

Недостатком установки для переработки высокотемпературных фумарольных газов с воздушно-турбинным агрегатом является сброс в атмосферу нагретых очищенных от жидкого расплава серы газов, подаваемых во второй теплообменник для охлаждения горячего потока из фумарол, без использования их теплового потенциала. Кроме этого, недостатком является сброс воздуха низкого давления из турбины в дымовую трубу и далее в атмосферу, а не использование его в замкнутом цикле, что увеличило выработку электроэнергии установкой.The disadvantage of an installation for processing high-temperature fumarole gases with an air-turbine unit is the discharge into the atmosphere of heated gases purified from liquid sulfur melt supplied to the second heat exchanger for cooling the hot stream from fumaroles, without using their thermal potential. In addition, the disadvantage is the discharge of low-pressure air from the turbine into the chimney and then into the atmosphere, rather than using it in a closed cycle, which increased the power generation of the installation.

Известно изобретение [3], в котором перед подачей углекислого газа в теплицу осуществляют его многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением в водоуглекислотных теплообменниках, аккумулирование сжиженного углекислого газа и его хранение, при этом после хранения осуществляют нагрев его в солнечном коллекторе для получения углекислотного пара, который направляют в углекислотную турбину с регулируемым давлением на выхлопе турбин.Known invention [3], in which before supplying carbon dioxide to the greenhouse, it is multi-stage compression with intermediate cooling in water-carbon heat exchangers, accumulation of liquefied carbon dioxide and its storage, while after storage it is heated in a solar collector to obtain carbon dioxide vapor, which is directed into a carbon dioxide turbine with controlled pressure at the turbine exhaust.

Недостатком данного изобретения является низкий коэффициент полезного действия установки.The disadvantage of this invention is the low efficiency of the installation.

Известна интегрированная система комбинированного производства [4], содержащая электрический генератор, работающий от двигателя внутреннего сгорания (ДВС), водогрейный котел, снабжаемый энергией, образующейся при сжигании топлива, блок для извлечения углекислого газа, который предназначен для приема выхлопных газов, выходящих из ДВС, который приводит в действие электрический генератор, и водогрейного котла, и извлечения углекислого газа из выхлопных газов, и компрессор для приема извлеченного углекислого газа из блока извлечения углекислого газа и сжижения извлеченного углекислого газа. Система комбинированного производства может также включать в себя систему нагрева и охлаждения, которая снабжается энергией генератора электрической энергии, работающего от ДВС. Изобретение позволяет производить необходимую энергию, включая электрическую энергию, горячую воду, пар, холодную воду, сжиженный углекислый газ и другие продукты, необходимые для производства и розлива напитков в местоположение установки для производства напитков.Known integrated system of combined production [4], containing an electric generator powered by an internal combustion engine (ICE), a hot water boiler supplied with energy generated during fuel combustion, a block for extracting carbon dioxide, which is designed to receive exhaust gases coming out of the ICE, which drives an electric generator and a hot water boiler and extracts carbon dioxide from the exhaust gases, and a compressor for receiving the extracted carbon dioxide from the carbon dioxide recovery unit and liquefying the extracted carbon dioxide. The cogeneration system can also include a heating and cooling system that is powered by an electric power generator powered by an internal combustion engine. The invention allows the production of the necessary energy, including electrical energy, hot water, steam, cold water, liquefied carbon dioxide and other products required for the production and filling of beverages at the location of the beverage production plant.

Недостатком интегрированной системы комбинированного производства является получение электроэнергии от двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком топливе.The disadvantage of an integrated cogeneration system is the generation of electricity from a liquid-fueled internal combustion engine.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является энергоаккумулирующая установка [5] (прототип), в которой диоксид углерода, находящийся в аккумуляторе рабочего тела при температуре минус 35°С и давлении 1,6 МПа, начинают подавать насосом с повышением давления до 5 МПа в нагревающий теплообменник с предварительным прохождением через теплообменник аккумулятора тепла таким образом, что поступающая жидкая углекислота внутри теплообменника аккумулятора тепла испаряют при температуре около 10°С за счет аккумулированной тепловой энергии. После испарения СО2 в газообразном состоянии подают на перегрев до 200°С в нагревающем теплообменнике, в который подводят тепло возобновляемого источника энергии - геотермального. Нагретый углекислый газ подают на вход турбины с электрогенератором, где углекислый газ расширяют до давления 1 МПа и температуры 70°С, после чего подается в приемник, где газ накапливается. Режим накопления энергии («зарядки») сводится к отбору CO2 из приемника, для чего из приемника поток диоксида углерода подают сначала на отвод тепла, а затем на вход в компрессор. Между ступенями сжатия компрессора также производят с помощью отвод тепла снижение температуры сжимаемого потока СО2. Основной поток углекислого газа, выходящий из компрессора и сжатый до высокого давления - 5 МПа, направляют через регулирующий элемент в охлаждающий теплообменник, в котором при отводе тепла осуществляют конденсацию CO2, после чего жидкий СО2 накапливают в аккумуляторе рабочего тела.The closest to the claimed invention is an energy storage unit [5] (prototype), in which carbon dioxide, which is in the battery of the working fluid at a temperature of minus 35 ° C and a pressure of 1.6 MPa, is pumped with a pressure increase of up to 5 MPa into the heating heat exchanger with preliminary passing through the heat exchanger of the heat accumulator in such a way that the incoming liquid carbon dioxide inside the heat exchanger of the heat accumulator is evaporated at a temperature of about 10 ° C due to the accumulated thermal energy. After evaporation of CO 2 in a gaseous state, it is fed for superheating up to 200 ° C in a heating heat exchanger, which is supplied with heat from a renewable energy source - geothermal. The heated carbon dioxide is supplied to the inlet of a turbine with an electric generator, where the carbon dioxide is expanded to a pressure of 1 MPa and a temperature of 70 ° C, after which it is fed into a receiver where the gas is accumulated. The energy storage (“charging”) mode is reduced to the extraction of CO 2 from the receiver, for which the carbon dioxide flow from the receiver is fed first to the heat removal and then to the compressor inlet. Between the stages of compression of the compressor, the temperature of the compressed CO 2 stream is also reduced using heat removal. The main flow of carbon dioxide leaving the compressor and compressed to a high pressure of 5 MPa is directed through a regulating element into a cooling heat exchanger, in which CO 2 is condensed during heat removal, after which liquid CO 2 is accumulated in the working fluid accumulator.

Недостатком прототипа является получение в технологическом процессе низкотемпературной жидкой углекислоты, ее хранения в аккумуляторе рабочего тела, затем ступенчатый нагрев ее в теплообменнике аккумуляторе тепла и нагревающем теплообменнике, что усложняет и повышает стоимость и эксплуатационные затраты системы. Гораздо проще и экономически целесообразнее работа данной установки на углекислом газе, без ожижения среды.The disadvantage of the prototype is the production of low-temperature liquid carbon dioxide in the technological process, its storage in the working fluid accumulator, then its stepwise heating in the heat exchanger, the heat accumulator and the heating heat exchanger, which complicates and increases the cost and operating costs of the system. It is much easier and more economically feasible to operate this installation on carbon dioxide, without liquefying the medium.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Задача изобретения - повышение эффективности комплексного освоения геотермальных ресурсов и месторождений углекислых минеральных вод.The objective of the invention is to increase the efficiency of integrated development of geothermal resources and deposits of carbonic mineral waters.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение экономической эффективности работы геотермально-углекислотного энергокомплекса при постоянных эксплуатационных затратах за счет использования одноконтурной технологической схемы использования геотермальных ресурсов, возможности производства низкотемпературного сконденсированного углекислого газа высшего сорта, электроэнергии, тепловой энергии, минеральной и газированной минеральной воды для реализации.The technical result of the claimed invention is to increase the economic efficiency of the geothermal-carbon dioxide energy complex at constant operating costs due to the use of a single-circuit technological scheme for the use of geothermal resources, the possibility of producing high-grade low-temperature condensed carbon dioxide, electricity, heat energy, mineral and carbonated mineral water for sale.

Это достигается тем, что смесь углекислого газа и минеральной воды под собственным давлением 0,17 - 0,2 МПа с температурой 10÷14°С выходит из скважины углекислых минеральных вод и направляется в сепаратор, где происходит отделение углекислого газа от минеральной воды. Далее углекислый газ всасывается компрессором с отводом тепла, проходя осушитель влаги [6]. Компрессор с отводом тепла выполнен в виде углекислотного безмаслянного компрессора. Углекислотный безмаслянный компрессор нагнетает сжатый углекислый газ в теплообменник-охладитель №1, где происходит его охлаждение. Между ступенями сжатия компрессора с отводом тепла также производится промежуточное охлаждение углекислого газа. Из теплообменника-охладителя №1 углекислый газ нагнетается в охлаждающий теплообменник, охлаждаемый фреоновой холодильной машиной, где углекислый газ конденсируется при давлении 1,75 МПа, до температуры минус 25°С и сливается в аккумулятор рабочего тела для последующей реализации потребителю.This is achieved by the fact that a mixture of carbon dioxide and mineral water under its own pressure of 0.17 - 0.2 MPa with a temperature of 10-14 ° C comes out of the well of carbon dioxide mineral water and is sent to a separator, where carbon dioxide is separated from mineral water. Then carbon dioxide is sucked in by the compressor with heat removal, passing through a moisture dryer [6]. The heat rejection compressor is designed as a carbon dioxide oil-free compressor. The oil-free carbon dioxide compressor pumps compressed carbon dioxide into the heat exchanger-cooler No. 1, where it is cooled. Intercooling of carbon dioxide is also carried out between the compressor stages with heat removal. From heat exchanger-cooler No. 1, carbon dioxide is pumped into a cooling heat exchanger cooled by a freon refrigeration machine, where carbon dioxide is condensed at a pressure of 1.75 MPa, to a temperature of minus 25 ° C and is drained into a working fluid accumulator for subsequent sale to the consumer.

Для обеспечения электроэнергией потребителей, углекислотного безмаслянного компрессора, компрессора холодильной машины, электродвигателей водяных насосов теплообменников-охладителей №1, №2, №3, конденсатора холодильной машины, часть охлажденного углекислого газа из теплообменника-охладителя №1 нагнетается в приемник рабочего тела с давлением 1,75 МПа, температурой 40°С. После процесса теплообмена углекислого газа с горячими горными породами подземного коллектора и достижения сверхкритических параметров (температура 250°С) в системе трещин углекислый газ извлекается через добычную геотермальную скважину. В зависимости от горнотехнических условий возможны утечки рабочего тела из подземного коллектора, однако углекислый газ всегда может быть добавлен с линии «компрессор с отводом тепла - теплообменник-охладитель №1 - охлаждающий теплообменник» в приемник рабочего тела. Приемник рабочего тела выполнен в виде нагнетательной геотермальной скважины Из добычной геотермальной скважины углекислый газ нагнетается в турбину с электрогенератором энергокомплекса. От турбины с электрогенератором углекислый газ (давление 1,75 МПа, температура 80°С) поступает в теплообменник-охладитель №2, где при давлении 1,75 МПа температура падает до 40°С, а затем смешивается с газом теплообменника-охладителя №1.To provide electricity to consumers, a carbon dioxide oil-free compressor, a refrigerating machine compressor, electric motors of water pumps of heat exchangers-coolers No. 1, No. 2, No. 3, a condenser of a refrigerating machine, part of the cooled carbon dioxide from the heat exchanger-cooler No. 1 is pumped into the receiver of the working fluid with pressure 1 , 75 MPa, temperature 40 ° C. After the process of heat exchange of carbon dioxide with hot rocks of the underground reservoir and reaching supercritical parameters (temperature 250 ° C) in the fracture system, carbon dioxide is extracted through a production geothermal well. Depending on the mining conditions, leaks of the working fluid from the underground collector are possible, however, carbon dioxide can always be added from the line "compressor with heat removal - heat exchanger-cooler No. 1 - cooling heat exchanger" into the receiver of the working fluid. The receiver of the working fluid is made in the form of an injection geothermal well. From a production geothermal well, carbon dioxide is injected into a turbine with an electric generator of the power complex. From the turbine with an electric generator, carbon dioxide (pressure 1.75 MPa, temperature 80 ° C) enters the heat exchanger-cooler No. 2, where at a pressure of 1.75 MPa the temperature drops to 40 ° C, and then mixes with the gas of the heat exchanger-cooler No. 1 ...

Тепловая энергия углекислого газа отводится водопроводной водой из теплообменников-охладителей №1, №2, №3, конденсатора холодильной машины и может использоваться как для отопления и горячего водоснабжения (ГВС) производственного помещения энергокомплекса, так и для отопления и ГВС сторонних потребителей.The thermal energy of carbon dioxide is removed by tap water from heat exchangers-coolers No. 1, No. 2, No. 3, the condenser of the refrigerating machine and can be used both for heating and hot water supply (DHW) of the industrial premises of the energy complex, and for heating and hot water supply of third-party consumers.

Минеральная вода месторождения углекислых минеральных вод, поступающая из сепаратора, направляется в бак газированной минеральной воды, где газируется углекислым газом из аккумулятора рабочего тела, для последующей реализации потребителю.Mineral water from the deposit of carbonic mineral water, coming from the separator, is directed to the tank of carbonated mineral water, where it is carbonated with carbon dioxide from the working fluid accumulator, for subsequent sale to the consumer.

В сравнении с прототипом изобретения, где энергоаккумуляторная установка способна только вырабатывать электроэнергию, заявляемое изобретение имеет возможность производить низкотемпературный сконденсированный углекислый газ, минеральную и газированную минеральную воду для реализации, что в целом повышает экономическую эффективность геотермально-углекислотного энергокомплекса, за счет реализации низкотемпературного сконденсированного углекислого газа высшего сорта и газированной минеральной воды потребителю.In comparison with the prototype of the invention, where the energy storage unit is only capable of generating electricity, the claimed invention has the ability to produce low-temperature condensed carbon dioxide, mineral and carbonated mineral water for implementation, which generally increases the economic efficiency of the geothermal-carbon dioxide energy complex, due to the implementation of low-temperature carbon dioxide condensed gas premium and carbonated mineral water to the consumer.

Описание чертежей.Description of drawings.

На фигуре представлена схема геотермально-углекислотного энергокомплекса.The figure shows a diagram of a geothermal-carbon dioxide power complex.

Осуществление изобретения.Implementation of the invention.

Изобретение содержит: скважину углекислых минеральных вод (1), добычную геотермальную скважину (2), турбину с электрогенератором (3), сепаратор (4), осушитель влаги (5), компрессор с отводом тепла (6), теплообменник-охладитель №1 (7), охлаждающий теплообменник (8), теплообменник охладитель №2 (9), приемник рабочего тела (10), холодильную машину (11), конденсатор холодильной машины (12), аккумулятор рабочего тела (13), бак газированной минеральной воды (14), теплообменник охладитель №3 (15).The invention contains: a well of carbon dioxide mineral waters (1), an extraction geothermal well (2), a turbine with an electric generator (3), a separator (4), a moisture dryer (5), a compressor with heat removal (6), a heat exchanger-cooler No. 1 ( 7), a cooling heat exchanger (8), a cooler heat exchanger No. 2 (9), a working fluid receiver (10), a refrigerating machine (11), a refrigerating machine condenser (12), a working fluid accumulator (13), a carbonated mineral water tank (14 ), heat exchanger cooler No. 3 (15).

Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.

Пример 1.Example 1.

Смесь углекислого газа и минеральной воды под собственным давлением (давление 0,17 - 0,2 МПа) с температурой 10÷14°С выходит из скважины 1 (фиг.) и направляется в сепаратор 4, где происходит разделение углекислого газа и минеральной воды. Далее углекислый газ всасывается компрессором с отводом тепла 6, проходя осушитель влаги 5. После первой ступени сжатия углекислый газ с давлением 0,4 МПа и температурой 70°С поступает в теплообменник-охладитель №3 - поз. 15, где охлаждается до температуры 15°С. Далее охлажденный углекислый газ всасывается второй ступенью компрессора с отводом тепла и сжимается до давления 1,75 МПа и температуры 120°С. Затем углекислый газ нагнетается в теплообменник-охладитель №1 - поз. 7, проходя который углекислый газ подается на конденсацию в охлаждающий теплообменник 8, а его часть подается в приемник рабочего тела 10 с давлением 1,75 МПа, температурой 40°С. После процесса теплообмена углекислого газа с горячими горными породами и достижения сверхкритических параметров (250°С) в системе трещин подземного коллектора углекислый газ извлекается через добычную геотермальную скважину 2 с сверхкритическими термодинамическими параметрами. Из добычной геотермальной скважины 2 углекислый газ нагнетается в турбину с электрогенератором 3 геотермально-углекислотного энергокомплекса. От турбины с электрогенератором 3 углекислый газ (1,75 МПа, 80°С) поступает в теплообменник-охладитель №2 - поз. 9, где охлаждается до температуры 40°С и смешивается с углекислым газом теплообменника-охладителя №1 - поз. 7. В охлаждающем теплообменнике 8 углекислый газ отдавая тепло холодильному агенту холодильной машины 11 конденсируется и его температура падает до минус 25°С при постоянном давлении. После охлаждающего теплообменника 8 жидкий низкотемпературный углекислый газ сливается в аккумулятор рабочего тела 13, откуда направляется потребителю. Тепловая энергия углекислого газа отводится водопроводной водой из теплообменников-охладителей №1, №2, №3, конденсатора холодильной машины и используется для отопления. Минеральная вода из сепаратора, направляется в бак (14), где газируется углекислым газом из аккумулятора рабочего тела, для реализации. Полученная электроэнергия от электрогенератора направляется как на реализацию, так и на питание компрессора с отводом тепла 6, компрессора холодильной машины, водяных насосов охлаждающих теплообменников.A mixture of carbon dioxide and mineral water under its own pressure (pressure 0.17 - 0.2 MPa) with a temperature of 10-14 ° C comes out of well 1 (Fig.) And is sent to the separator 4, where the separation of carbon dioxide and mineral water takes place. Then carbon dioxide is sucked in by the compressor with heat removal 6, passing through the moisture dryer 5. After the first stage of compression, carbon dioxide with a pressure of 0.4 MPa and a temperature of 70 ° C enters the heat exchanger-cooler No. 3 - pos. 15, where it is cooled to a temperature of 15 ° C. Then the cooled carbon dioxide is sucked in by the second stage of the compressor with heat removal and compressed to a pressure of 1.75 MPa and a temperature of 120 ° C. Then carbon dioxide is injected into the heat exchanger-cooler No. 1 - pos. 7, passing through which carbon dioxide is supplied for condensation into the cooling heat exchanger 8, and part of it is fed into the receiver of the working fluid 10 with a pressure of 1.75 MPa, a temperature of 40 ° C. After the process of heat exchange of carbon dioxide with hot rocks and reaching supercritical parameters (250 ° C) in the system of cracks in the underground reservoir, carbon dioxide is extracted through a production geothermal well 2 with supercritical thermodynamic parameters. From a mining geothermal well 2, carbon dioxide is injected into a turbine with an electric generator 3 of a geothermal-carbon dioxide energy complex. From the turbine with an electric generator 3, carbon dioxide (1.75 MPa, 80 ° C) enters the heat exchanger-cooler No. 2 - pos. 9, where it is cooled to a temperature of 40 ° C and mixed with carbon dioxide of the heat exchanger-cooler No. 1 - pos. 7. In the cooling heat exchanger 8, carbon dioxide, giving off heat to the refrigerant of the refrigeration machine 11, condenses and its temperature drops to minus 25 ° C at constant pressure. After the cooling heat exchanger 8, liquid low-temperature carbon dioxide is discharged into the accumulator of the working fluid 13, from where it is sent to the consumer. Thermal energy of carbon dioxide is removed by tap water from heat exchangers-coolers No. 1, No. 2, No. 3, condenser of the refrigerating machine and is used for heating. Mineral water from the separator is sent to the tank (14), where it is carbonated with carbon dioxide from the working fluid accumulator, for implementation. The resulting electricity from the electric generator is sent both for sale and for powering the compressor with heat removal 6, the compressor of the refrigerating machine, water pumps of the cooling heat exchangers.

Пример 2.Example 2.

Смесь углекислого газа и минеральной воды обработана по приемам и операциям примера 1, но углекислый газ поступает в теплообменник-охладитель №3 - поз. 15, где охлаждается до температуры 25°С. Далее охлажденный углекислый газ всасывается второй ступенью компрессора с отводом тепла и сжимается до давления 1,75 МПа и температуры 128°С.A mixture of carbon dioxide and mineral water was processed according to the methods and operations of example 1, but carbon dioxide enters the heat exchanger-cooler No. 3 - pos. 15, where it is cooled to a temperature of 25 ° C. Then the cooled carbon dioxide is sucked in by the second compressor stage with heat removal and compressed to a pressure of 1.75 MPa and a temperature of 128 ° C.

Пример 3.Example 3.

Смесь углекислого газа и минеральной воды обработана по приемам и операциям примеров 1 и 2, но углекислый газ сжимается первой ступенью сжатия компрессора с отводом тепла до давления 0,5 МПа и температуры 83°С поступает в теплообменник-охладитель №3 - поз. 15, где охлаждается до температуры 3°С. Далее охлажденный углекислый газ всасывается второй ступенью компрессора с отводом тепла и сжимается до давления 1,75 МПа и температуры 89°С. Однако для охлаждения углекислого газа до 3°С необходимо применение отдельной холодильной машины или использование уже включенной в схему энергокомплекса, что увеличит эксплуатационные и капитальные затраты процесса.A mixture of carbon dioxide and mineral water is processed according to the methods and operations of examples 1 and 2, but carbon dioxide is compressed by the first compression stage of the compressor with heat removal to a pressure of 0.5 MPa and a temperature of 83 ° C enters the heat exchanger-cooler No. 3 - pos. 15, where it is cooled to a temperature of 3 ° C. Next, the cooled carbon dioxide is sucked in by the second stage of the compressor with heat removal and compressed to a pressure of 1.75 MPa and a temperature of 89 ° C. However, to cool carbon dioxide to 3 ° C, it is necessary to use a separate refrigeration machine or to use an energy complex already included in the scheme, which will increase the operating and capital costs of the process.

Пример 4.Example 4.

Смесь углекислого газа и минеральной воды обработана по приемам и операциям примеров 1 - 3, но углекислый газ поступает в теплообменник-охладитель №3 - поз. 15, где охлаждается до температуры 50°С. Далее охлажденный углекислый газ всасывается второй ступенью компрессора с отводом тепла и сжимается до давления 1,75 МПа и температуры 140°С. Однако температура 140°С превышает максимально допустимую рабочую температуру безмасляных углекислотных компрессоров.A mixture of carbon dioxide and mineral water is processed according to the methods and operations of examples 1 - 3, but carbon dioxide enters the heat exchanger-cooler No. 3 - pos. 15, where it is cooled to a temperature of 50 ° C. Then the cooled carbon dioxide is sucked in by the second stage of the compressor with heat removal and compressed to a pressure of 1.75 MPa and a temperature of 140 ° C. However, the temperature of 140 ° C exceeds the maximum allowable operating temperature of oil-free carbon dioxide compressors.

Геотермально-углекислотный энергокомплекс сможет обеспечить повышение рациональности использования геотермальных ресурсов, снижение капитальных и эксплуатационных затрат, а также снижение себестоимости вырабатываемых - электрической, тепловой энергий и низкотемпературного сконденсированного углекислого газа, а также комплекс может обеспечить производство минеральной и газированной минеральной воды.The geothermal-carbon dioxide energy complex will be able to ensure an increase in the rationality of the use of geothermal resources, a decrease in capital and operating costs, as well as a decrease in the cost of electricity, thermal energy and low-temperature condensed carbon dioxide, as well as the complex can ensure the production of mineral and carbonated mineral water.

Изобретение может быть применено на стандартном оборудовании, при использовании существующих материалов и технических решений. Изобретение перспективно для внедрения на территориях с высоким геотермическим градиентом и имеющимися месторождениями углекислых минеральных вод, например на полуострове Камчатка и Северном Кавказе.The invention can be applied on standard equipment using existing materials and technical solutions. The invention is promising for implementation in areas with a high geothermal gradient and available deposits of carbonic mineral waters, for example, on the Kamchatka Peninsula and the North Caucasus.

Источники информации.Information sources.

1. SU 1793082, А1, Бюл. №5, опубл. 07.02.1993 г.1. SU 1793082, A1, Bul. No. 5, publ. 07.02.1993

2. RU 2585145, С1, Бюл. №15, опубл. 27.05.2016 г. (Дата прекращения действия патента: 30.01.2017 г.).2. RU 2585145, C1, Bull. No. 15, publ. May 27, 2016 (Patent termination date: 01/30/2017).

3. RU 2023387, С1, опубл. 30.11.1994 г. (Досрочное прекращение действия патента).3. RU 2023387, C1, publ. 11/30/1994 (Early termination of the patent).

4. RU 2216633, С2, Бюл. №32, опубл. 20.11.2003 г. (не действует).4. RU 2216633, C2, Bul. No. 32, publ. November 20, 2003 (not valid).

5. RU 2435050, С2, Бюл. №26, опубл. 27.11.2011 г. (Дата прекращения действия патента: 14.03.2013 г.).5. RU 2435050, C2, Bul. No. 26, publ. 11/27/2011 (Date of patent termination: 03/14/2013).

6. RU 2690468, С1, Бюл. №16, опубл. 03.06.2019 г.6. RU 2690468, C1, Bull. No. 16, publ. 03.06.2019

Claims (1)

Геотермально-углекислотный энергокомплекс, содержащий турбину с электрогенератором, приемник рабочего тела, подключенный к выходу турбины, компрессор с отводом тепла, охлаждающий теплообменник, аккумулятор рабочего тела, отличающийся тем, что углекислый газ из добычной скважины месторождения углекислых минеральных вод сжимают в компрессоре с отводом тепла, выполненном в виде безмасляного углекислотного компрессора, от давления 0,17 - 0,2 МПа и температуры 10÷14°С до давления 0,4 МПа и температуры 70°С в первой ступени сжатия, до давления 1,75 МПа, температуры 120-128°С во второй ступени сжатия, при охлаждении между ступенями сжатия до температуры 15-25°С, а затем охлаждают в теплообменнике-охладителе, часть углекислого газа конденсируют в охлаждающем теплообменнике посредством холодильной машины, а часть смешивают с углекислым газом от турбины с электрогенератором и подают к приемнику рабочего тела, выполненному в виде нагнетательной геотермальной скважины, под давлением 1,75 МПа и температуре 40°С, где нагревают в подземном геотермальном коллекторе до температуры 250°С и из добычной геотермальной скважины подают в турбину для получения электроэнергии и обеспечения ею безмасляного углекислотного компрессора, компрессора холодильной машины, электродвигателей водяных насосов и потребителей.Geothermal-carbon dioxide energy complex containing a turbine with an electric generator, a working fluid receiver connected to the turbine outlet, a compressor with heat removal, a cooling heat exchanger, a working fluid accumulator, characterized in that carbon dioxide from a production well of a carbon dioxide mineral water deposit is compressed in a compressor with heat removal , made in the form of an oil-free carbon dioxide compressor, from a pressure of 0.17 - 0.2 MPa and a temperature of 10-14 ° C to a pressure of 0.4 MPa and a temperature of 70 ° C in the first compression stage, to a pressure of 1.75 MPa, a temperature of 120 -128 ° C in the second compression stage, when cooled between the compression stages to a temperature of 15-25 ° C, and then cooled in a heat exchanger-cooler, part of the carbon dioxide is condensed in a cooling heat exchanger by means of a refrigerating machine, and part is mixed with carbon dioxide from a turbine with electric generator and fed to the receiver of the working fluid, made in the form of an injection geothermal well, under a pressure of 1.75 MPa and so temperature of 40 ° C, where it is heated in an underground geothermal collector to a temperature of 250 ° C and from a mining geothermal well is fed to a turbine to generate electricity and provide it with an oil-free carbon dioxide compressor, refrigeration machine compressor, electric motors of water pumps and consumers.
RU2020113605A 2020-04-16 2020-04-16 Geothermal-carbon dioxide energy complex RU2740625C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020113605A RU2740625C1 (en) 2020-04-16 2020-04-16 Geothermal-carbon dioxide energy complex

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020113605A RU2740625C1 (en) 2020-04-16 2020-04-16 Geothermal-carbon dioxide energy complex

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740625C1 true RU2740625C1 (en) 2021-01-18

Family

ID=74184126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020113605A RU2740625C1 (en) 2020-04-16 2020-04-16 Geothermal-carbon dioxide energy complex

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740625C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1502857A1 (en) * 1987-12-11 1989-08-23 Дагестанский Филиал Государственного Научно-Исследовательского Энергетического Института Им.Г.М.Кржижановского Geothermal electric power plant
RU2273742C1 (en) * 2004-09-03 2006-04-10 ООО "Центр КОРТЭС" Energy-accumulating plant
RU2435050C2 (en) * 2009-03-13 2011-11-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Кортэс" Energy storage plant
EP2406562A4 (en) * 2009-03-13 2013-12-04 Univ Minnesota Carbon dioxide-based geothermal energy generation systems and methods related thereto
CN109185083A (en) * 2018-10-11 2019-01-11 西安热工研究院有限公司 A kind of supercritical carbon dioxide system for geothermal production of electricity and electricity-generating method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1502857A1 (en) * 1987-12-11 1989-08-23 Дагестанский Филиал Государственного Научно-Исследовательского Энергетического Института Им.Г.М.Кржижановского Geothermal electric power plant
RU2273742C1 (en) * 2004-09-03 2006-04-10 ООО "Центр КОРТЭС" Energy-accumulating plant
RU2435050C2 (en) * 2009-03-13 2011-11-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Кортэс" Energy storage plant
EP2406562A4 (en) * 2009-03-13 2013-12-04 Univ Minnesota Carbon dioxide-based geothermal energy generation systems and methods related thereto
CN109185083A (en) * 2018-10-11 2019-01-11 西安热工研究院有限公司 A kind of supercritical carbon dioxide system for geothermal production of electricity and electricity-generating method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090266075A1 (en) Process and device for using of low temperature heat for the production of electrical energy
WO2018128803A9 (en) Cryogenic combined cycle power plant
CN107060927A (en) Waste heat recycling system and its method and power station
RU2009106714A (en) METHOD AND DEVICE FOR EFFICIENT AND LOW-TOXIC OPERATION OF POWER PLANTS, AND ALSO FOR ACCUMULATION AND ENERGY CONVERSION
CN102451605A (en) Carbon dioxide recovery method and carbon- dioxide-recovery-type steam power generation system
RU2698865C1 (en) Control method and apparatus for generating mechanical and thermal energy
CN103547786A (en) Composite power generation system
CN103089356A (en) Flash evaporation-double work medium combined power generation device
CN102451599A (en) Carbon dioxide recovery method and carbon-dioxide-recovery-type steam power generation system
WO2008139527A1 (en) Power supply facility for natural gas liquefaction plant, system and method for control of the power supply facility, and natural gas liquefaction plant
JP2011503507A (en) Vapor compression and expansion air conditioner
CN114046172B (en) System and method for treating and utilizing coal fire based on carbon dioxide process and modularized design
CN103528044A (en) Heat recovery system of smoke exhaust gas desulfurization device
CN106194299B (en) A kind of carbon trapping and supercritical CO2The electricity generation system of Brayton cycle coupling
RU2665794C1 (en) Method and plant for mechanical and thermal energy generation
RU2740625C1 (en) Geothermal-carbon dioxide energy complex
CN103256081B (en) Energy comprehensive utilization method based on supercritical air
US7445661B2 (en) Fumes treating process
CN209761640U (en) Hot dry rock power generation system
RU2651918C1 (en) Method and plant for mechanical and thermal energy generation
CN103266952B (en) Based on the energy comprehensive utilization system of supercritical air
CN102191958A (en) Low-temperature air source generating device
KR101753526B1 (en) Combined cycle power generation system
CN209875312U (en) Thermal power generation system suitable for low-temperature environment
RU2806868C1 (en) Energy complex for generating thermal and electrical energy and its method of operation (variant)