WO2012038424A2 - Apparatus for heating the ground - Google Patents

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WO2012038424A2
WO2012038424A2 PCT/EP2011/066318 EP2011066318W WO2012038424A2 WO 2012038424 A2 WO2012038424 A2 WO 2012038424A2 EP 2011066318 W EP2011066318 W EP 2011066318W WO 2012038424 A2 WO2012038424 A2 WO 2012038424A2
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energy
electrical energy
soil
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energy converter
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Michael Koolman
Bernd Wacker
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/2401Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection by means of electricity
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/2406Steam assisted gravity drainage [SAGD]
    • E21B43/2408SAGD in combination with other methods

Definitions

  • the invention relates to a device for heating soil with at least one inductive heating, wherein at least one at least partially extending in the ground conductor loop is fed with partially compensated inductance via an inverter unit with electrical energy.
  • Oil sands are a mixture of rocks, clay, sand, water and bitumen or other heavy oils.
  • bitumen which with a viscosity of typically API 5 deg. up to 15 deg. occurring in a warehouse.
  • the bitumen can be converted by means of further process steps into synthetic crude oil.
  • Oil sands are partly located in strata of shallow depth, which are open to the open pit. But there are also large oil sands deposits that are not accessible to the open pit. Typically, the in-situ recovery is made from depths of 60 m and lower, as the degradation of the overburden then no longer seems worthwhile.
  • SAGD SAGD
  • the present in a reservoir bitumen ⁇ men is heated by hot steam and the deposit made permeable by the vapor pressure.
  • the Vis ⁇ viscosity of the bitumen is reduced, so that it can be promoted in liquid form and faster from the deposit.
  • the change in viscosity of the bitumen occurs through a temperature increase.
  • THAI Toe To Heel Air Injection
  • a device for "in situ" promotion of bitumen or heavy oil from oil sand deposits is known as a reservoir, wherein the reservoir with heat ⁇ energy to reduce the viscosity of the bitumen or heavy oil is applied.
  • an electrical / electromagnetic heating, and a conveyor pipe for carrying away of the liquefied bitumen or heavy oil are at least vorgese ⁇ hen.
  • At a given depth of the reservoir are at least two linearly extended conductor out parallel in a horizontal direction out ⁇ ⁇ , wherein the ends of the conductors are electrically conductively connected inside or outside the reservoir and together form a conductor loop.
  • the conductor loop realizes a given complex resistance.
  • the two conductors are connected to an exter ⁇ NEN alternator for electrical power outside of the reservoir.
  • the inductance of the conductor loop is partially compensated.
  • bitumen production typically requires 8 to 12 MW of steam and / or 1 to 2 MW of electrical energy per production well.
  • bitumen production typically requires 8 to 12 MW of steam and / or 1 to 2 MW of electrical energy per production well.
  • 50,000 bl / day of bitumen production plant thus become 50 to 100 MW of energy required for purely electrical heating, which means the electrical supply via a high voltage line, with e.g. 110 kV, provided that no on-site power generation is provided.
  • the invention has for its object to provide a device for heating soil with at least one inductive heating, which is energy efficient and pollutant operated.
  • elekt ⁇ innovative energy is generated by at least a power converter having a regenerative energy into electrical energy wan ⁇ punched.
  • the inverter unit thereby converts the electrical energy converters produced by the energy directly into a ⁇ with medium- or high-frequency electrical energy.
  • the electrical energy is advantageously in a range of 1 kHz to 300 kHz.
  • Wind or solar radiation the C0 2 load at the production site is significantly reduced.
  • the direct conversion of electrical energy into required by the usual intermediate step of feeding into a conventional 50 Hz or 60 Hz power grid avoided.
  • the generation of electrical energy from renewable energy sources is not constant, but is subject to strong fluctuations.
  • This initially against the use of renewable energy sources-speaking disadvantage is compensated in the apparatus according to the invention characterized in that in the soil or the reservoir converted into heat electrical energy is stored in the ground.
  • the temperature in the ground or the reservoir increases exponentially.
  • the temperature also decreases exponentially by heat conduction into the subterranean masses as soon as the energy supply is interrupted, but as long as the duration or amount of the energy supply is greater than the duration of the lack of energy supply the temperature of the soil or of the reservoir as a whole increases.
  • the soil or reservoir thus acts as a heat storage with the result that the viscosity of the hydrocarbons to be pumped ⁇ decreases or increases the temperature of the expelled contaminants.
  • the device according to the invention is easy to control with regard to temperature maintenance and thus also pressure guidance in the reservoir.
  • the energy converter comprises at least one wind turbine known per se, which has a rotor which is mechanically coupled to an alternator.
  • a particularly good groove ⁇ utilization factor arises there when the wind turbine is operated in Gleitfrequenz compassion.
  • the energy converter is designed as a solar thermal power plant.
  • the per se known solar thermal power plant has at least one industrial turbine, in the form of a gas or steam turbine, which is mechanically coupled to an alternator.
  • the use of a solar thermal power plant provides the Mög ⁇ friendliness, generated for operation of the industrial turbine What ⁇ serdampf partially decouple to learn about a vapor, such as SAGD, in addition to heat the soil.
  • partially processed water vapor in particular at a temperature of 200 ° C to 250 ° C, taken from the industrial turbine and introduced into the soil (1). In this way, a hybrid system is created which heats the soil both inductively and with the aid of superheated steam.
  • solar energy can also be used by using at least one photovoltaic module.
  • the power generator and consumer of the device according to the invention form a stand-alone grid. This one is independent of existing networks and can dispense in particular with the supply of high voltage lines.
  • the energy converter decentralized in the vicinity of the soil to be heated.
  • the converter unit has an intermediate circuit capacitor and an inverter connected downstream of the intermediate circuit capacitor.
  • the energy converter comprises at least one Indust ⁇ rieturbine (solar thermal power plant) or a rotor (wind turbine), which are mechanically coupled to an alternating current generator ⁇ is the DC link capacitors
  • a rectifier in particular in the form of a bridge rectifier, upstream.
  • Another embodiment of the invention provides that the output frequency of the converter unit is tuned to a resonant frequency of the conductor loop.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of a device according to the invention for heating soil
  • Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of a device according to the invention for heating soil
  • Fig. 3 is a schematic representation of a third embodiment of an inventive device for heating soil.
  • the first embodiment shown schematically in FIG. 1 of a device according to the invention for heating natural gas. 1 includes an inductive heating, wherein a partially running in the soil 1 conductor loop 2 is fed via a Umrich ⁇ territt 3 with electrical energy.
  • the In ⁇ productivity of the loop is partially compensates.
  • Suitable compensation methods with the aid of Se ⁇ rien- or transverse capacitances are described in DE 10 2007 040 605 B3.
  • the electrical energy for feeding the conductor loop 2 is generated by an energy converter 4 in the form of one or more photovoltaic modules 5.
  • the photovoltaic module 5 um ⁇ summarizes several solar cells and converts the light of the sun directly into electrical energy.
  • the inverter unit 3 comprises an intermediate circuit capacitor 6 and the intermediate circuit capacitor 6 connected downstream of the inverter 7, and converts the electrical energy generated by the energy converter 4 directly in a medium or high-frequency elekt ⁇ innovative energy in the range of 1 kHz to 300 kHz. Due to the direct conversion of the electrical energy of the energy converter 4 ⁇ without the usual upstream feed to a conventional 50 Hz or 60 Hz mains associated energy losses are avoided.
  • the power generator forms, so that the device can be operated independently of a mains power source in the form of over the inverter unit 3 to the photovoltaic module 5 is castle ⁇ NEN conductor loop 2, a stand-alone grid in the form of the photovoltaic module 5 and the power consumers.
  • the energy converter 4 decentrally arranged in the vicinity of the soil to be heated, 1, no energy transfer ⁇ transmission to the site is required, so that energy loss caused thereby can be avoided.
  • An alternative embodiment of a device according to the invention is shown schematically in FIG. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that solar energy is used instead of solar energy, but wind energy is used as the regenerative energy source.
  • the energy converter 4 is designed as a wind turbine 20, which converts the kinetic energy of the wind into electrical energy.
  • the wind turbine 20 in this case comprises at least one rotor, eg in the form of a wind turbine 21 wherein the motion ⁇ energy of wind flow acting on the rotor blades, thereby causing the rotor to rotate.
  • the rotor then passes the rotational energy to a preferably three-phase AC generator 22, which converts the rotational energy into electrical energy.
  • the inverter unit 3 ' has a rectified ⁇ judge 23, which is connected upstream of a DC link capacitor 6'.
  • the rectifier 23 may, for example, a bridge rectifier, in the case of a three Messtromgenera ⁇ tors 22 therefore be designed as a six-pulse rectifier.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention. Analogous to the imple mentation form according to Figure 1, solar energy is used as regenerative energy ⁇ source even in this imple mentation. In contrast to the first embodiment, however, no photovoltaic module but a solar thermal power plant 30 is used as energy converter.
  • the solar thermal power plant 30, which is shown in greatly simplified form in FIG. 3, comprises a solar field 31, in which the solar radiation is concentrated and converted into heat energy.
  • the solar field 31 may include, for example, parabolic trough collectors, Fresnel collectors, solar towers or paraboloidal mirror collectors.
  • a heat storage 32 - often referred to as night storage, for example in the form of a phase change memory with salt, vorgese ⁇ hen, in which the heat energy generated can be cached.
  • Heat energy from the solar field 31 or the heat storage 32 is discharged in a steam generator 33 to a heat transfer medium in the form of water, which is vaporized and introduced via a first steam line 34 into a steam turbine 35 as working fluid.
  • the steam turbine 35 is coupled mecha nically ⁇ preferably to a three-phase Komstromgenera ⁇ gate 22 '.
  • the working fluid is relaxed, then again fed in a condenser 36 ver ⁇ liquefied and a return line 37 to the steam generator 33rd
  • the device according to the invention according to FIG. 3 is used, for example, in the context of "in situ" production of bitumen and / or heavy oil. Accordingly, an apparatus for Se ⁇ are groomed of the conveyed via a conveyor line 38 bitumen / heavy oil from the recirculated water is present, which is designated by the reference numeral. 39 To this device 39 is a unit 40 connected to the treatment and refurbishment of the recycled water. From the unit 40, the treated water is then fed back to the steam generator 33.
  • a solar thermal power plant also offers the possibility of hybrid operation. In this case, the steam generated in the steam generator 33 can also be used directly to heat the soil 1, in addition to generating electrical energy via the steam turbine 34 and the alternator 22 '.
  • the steam is heated to temperatures of 400 ° C to 450 ° C.
  • 200 ° C to 250 ° C are already sufficient.
  • a steam extraction ⁇ is provided by a connecting line 43.
  • the steam taken therefrom is partially processed and the residual steam energy is - instead of further relaxation in the steam turbine 35 and liquefaction in the condenser 36 - fed via the connecting line 41 to the injector 42.
  • the soil 1 assumes the function of the capacitor.
  • the converted with the high quality steam in the turbine energy part is converted in the generator 22 'in current, which is supplied to the conductor loop 2.

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Abstract

The invention relates to an apparatus for heating the ground (1) with at least one inductive heater. In this case, at least one conductor loop (2), which runs at least partially in the ground (1) and has sectionally compensated inductance, is fed electrical energy via a convertor unit (3; 3'). The electrical energy is generated by at least one energy convertor (4), which converts a regenerative energy into electrical energy. The convertor unit (3; 3') converts the electrical energy generated by the energy converter (4) directly into a medium-frequency or high-frequency electrical energy.

Description

Beschreibung description
Vorrichtung zur Erwärmung von Erdreich Device for heating soil
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung von Erdreich mit mindestens einer induktiven Heizung, wobei wenigstens eine zumindest teilweise in dem Erdreich verlaufende Leiterschleife mit abschnittsweise kompensierter Induktivität über eine Umrichtereinheit mit elektrischer Energie gespeist wird . The invention relates to a device for heating soil with at least one inductive heating, wherein at least one at least partially extending in the ground conductor loop is fed with partially compensated inductance via an inverter unit with electrical energy.
Grosse Teile der weltweiten Ölreserven liegen in Form von Öl- sanden vor. Ölsand ist eine Mischung aus Gestein, Ton, Sand, Wasser und Bitumen oder anderen Schwerölen. Im Folgenden soll stellvertretend für Schwer-, Schwerstöle oder allgemein lang- kettige Kohlenwasserstoffe lediglich von Bitumen gesprochen werden, welches mit einer Viskosität von typischer Weise API 5 deg. bis 15 deg. lagerstättenmässig vorkommt. Das Bitumen kann mittels weiterer Verfahrensschritte in synthetisches Rohöl umgewandelt werden. Ölsandvorkommen liegen teilweise in Erdschichten geringer Tiefe, die dem Tagebau zugänglich sind. Es existieren aber ebenfalls große Ölsandvorkommen, die dem Tagebau nicht zugänglich sind. Typischerweise wird die In- Situ-Gewinnung ab Tiefen von 60 m und tiefer vorgenommen, da der Abbau des Deckgebirges dann nicht mehr lohnend erscheint. Large parts of the world's oil reserves are in the form of oil sands. Oil sands are a mixture of rocks, clay, sand, water and bitumen or other heavy oils. In the following, merely representative of heavy, heavy oils or generally long-chain hydrocarbons is to be spoken only of bitumen, which with a viscosity of typically API 5 deg. up to 15 deg. occurring in a warehouse. The bitumen can be converted by means of further process steps into synthetic crude oil. Oil sands are partly located in strata of shallow depth, which are open to the open pit. But there are also large oil sands deposits that are not accessible to the open pit. Typically, the in-situ recovery is made from depths of 60 m and lower, as the degradation of the overburden then no longer seems worthwhile.
Ein zur Ausbeutung solcher Vorkommen typischerweise verwendetes Verfahren ist die "Steam Assisted Gravity Drainage" One method typically used to exploit such deposits is Steam Assisted Gravity Drainage.
(SAGD) . Dabei wird das in einer Lagerstätte vorliegende Bitu¬ men durch Heißdampf erhitzt und die Lagerstätte durch den Dampfdruck permeabler gemacht. Auf diese Weise wird die Vis¬ kosität des Bitumens herabgesetzt, so dass es in flüssiger Form und auch schneller aus der Lagerstätte gefördert werden kann. Die Viskositätsveränderung des Bitumens geschieht durch eine Temperaturerhöhung. (SAGD). Here, the present in a reservoir bitumen ¬ men is heated by hot steam and the deposit made permeable by the vapor pressure. In this way, the Vis ¬ viscosity of the bitumen is reduced, so that it can be promoted in liquid form and faster from the deposit. The change in viscosity of the bitumen occurs through a temperature increase.
Neben der am häufigsten verwendeten SAGD sind auch weitere Verfahren zur Erwärmung von Erdreich bekannt, wie z.B. die sogenannte „Toe To Heel Air Injection" (THAI) . Besides the most commonly used SAGD are also more Method for heating soil known, such as the so-called "Toe To Heel Air Injection" (THAI).
Neben der Förderung von Bitumen gibt es aber auch andere Anwendungsfälle, in welchen eine Erwärmung von Erdreich sinnvoll oder notwendig ist. So kann beispielsweise die Austrei¬ bung oder der mikrobakterielle Abbau von Schadstoffen aus bzw. in kontaminiertem Erdreich durch Erwärmung ermöglicht oder beschleunigt werden. In addition to the promotion of bitumen, there are also other applications in which a warming of soil is useful or necessary. Thus, for example, the Austrei ¬ exercise or microbial degradation of pollutants from or in contaminated soil can be enabled or accelerated by heating.
Die oben genannten Verfahren sind jedoch mit einem hohen Dampfverbrauch oder mit einem Teilverbrauch der Kohlenwasserstoffe als Brennstoff verbunden. However, the above methods are associated with high steam consumption or partial consumption of hydrocarbons as fuel.
Deshalb wurden elektrische und/oder elektromagnetische Ver¬ fahren zur Erwärmung von Erdreich entwickelt, bei welchen elektrische Energie unmittelbar oder mittelbar in Wärme umge¬ wandelt wird. Neben rein resistiven Verfahren sind dabei in jüngster Vergangenheit auch induktive Verfahren bekannt ge¬ worden . Therefore were electrical and / or electromagnetic drive Ver ¬ developed for heating the soil in which electrical energy is converted ¬ converts directly or indirectly into heat. In addition to purely resistive and inductive methods methods are known ge ¬ been in the recent past.
Aus der DE 10 2007 036 832 AI ist eine Vorrichtung zur In- Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz unter Herabsetzung deren Viskosität aus einer unterirdischen Lagerstätte bekannt, welche zumindest eine aus der Lagerstätte herausführende Produktionsrohrleitung und zumindest zwei Elektroden einer induktiv und resistiv gegenüber zumindest Teilen der Lagerstätte wirksamen elektrischen Heizung aufweist. From DE 10 2007 036 832 AI a device for in-situ recovery of a hydrocarbonaceous substance reducing its viscosity from an underground reservoir is known, which at least one leading out of the deposit production pipeline and at least two electrodes of an inductive and resistive against at least parts of Deposit has effective electrical heating.
Aus der DE 10 2007 040 605 B3 ist eine Vorrichtung zur "in situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl aus Ölsand-Lager- stätten als Reservoir bekannt, wobei das Reservoir mit Wärme¬ energie zur Verringerung der Viskosität des Bitumens oder Schwerstöls beaufschlagt wird. Dazu sind wenigstens eine elektrische/elektromagnetische Heizung und ein Förderrohr zum Wegführen des verflüssigten Bitumens oder Schwerstöl vorgese¬ hen. In vorgegebener Tiefe des Reservoirs sind wenigstens zwei linear ausgedehnte Leiter parallel in horizontaler Aus¬ richtung geführt, wobei die Enden der Leiter innerhalb oder außerhalb der Reservoirs elektrisch leitend verbunden sind und zusammen eine Leiterschleife bilden. Die Leiterschleife realisiert dabei einen vorgegebenen komplexen Widerstand. Die beiden Leiter sind außerhalb des Reservoirs an einen exter¬ nen Wechselstromgenerator für elektrische Leistung angeschlossen. Außerdem ist die Induktivität der Leiterschleife abschnittsweise kompensiert. From DE 10 2007 040 605 B3 a device for "in situ" promotion of bitumen or heavy oil from oil sand deposits is known as a reservoir, wherein the reservoir with heat ¬ energy to reduce the viscosity of the bitumen or heavy oil is applied. For this purpose, an electrical / electromagnetic heating, and a conveyor pipe for carrying away of the liquefied bitumen or heavy oil are at least vorgese ¬ hen. At a given depth of the reservoir are at least two linearly extended conductor out parallel in a horizontal direction out ¬ ¬ , wherein the ends of the conductors are electrically conductively connected inside or outside the reservoir and together form a conductor loop. The conductor loop realizes a given complex resistance. The two conductors are connected to an exter ¬ NEN alternator for electrical power outside of the reservoir. In addition, the inductance of the conductor loop is partially compensated.
Der Bedarf an elektrischer Energie zur Mobilisierung zähflüssiger Kohlenwasserstoffe oder auch zur Beseitigung von Schadstoffen in kontaminiertem Erdreich kann aber erheblich sein. Heutzutage wird dazu in der Regel elektrische Energie aus einem herkömmlichen 50-Hz- oder 60-Hz-Stromnetz eingesetzt. Voraussetzung ist dabei aber, dass das Stromnetz mit ausreichender Leistung zur Verfügung steht, was bei geografisch entlegenen Anlagen häufig nicht der Fall ist, so dass die elektrische Energie über längere Distanzen mit hohem Verlust behaftet an die Anlage herangeführt werden muss. However, the need for electrical energy to mobilize viscous hydrocarbons or even to remove pollutants in contaminated soil can be significant. Nowadays, electrical energy from a conventional 50 Hz or 60 Hz power grid is usually used. However, the prerequisite is that the power grid with sufficient power is available, which is often not the case for geographically remote facilities, so that the electrical energy over long distances with high loss afflicted must be brought to the system.
Mit der Lösung dieses Problems beschäftig sich die DE 10 2008 047 219 AI. Daraus ist ein Verfahren zur Förderung von Bitumen und/oder Schwerstöl aus einer unterirdischen Lagerstätte bekannt, bei dem die Viskosität des Schwerstöls 'in situ' er¬ niedrigt wird, wozu der Lagerstätte Energie in Form von die Lagerstätte durchströmendem Dampf einerseits und elektrischer Leistung zur induktiven und/oder resistiven Beheizung andererseits zugeführt wird. Dabei wird die Energie zur Erzeugung des Dampfes und gleichermaßen zur elektrischen Beheizung dezentral am Ort der Fördereinrichtungen erzeugt. Dazu wird ein Teil des geförderten Bitumens und/oder Schwerstöls zum Be¬ treiben einer Industrieturbine mit angekoppeltem Generator verwendet, wobei einerseits der der Industrieturbine nachge- schaltete Generator die elektrische Leistung zur Beheizung liefert und andererseits ein der Industrieturbine zugeordne¬ ter Kessel zur Dampferzeugung durch Verdampfung von Wasser dient . Derartige Vor-Ort-Energieerzeugungseinrichtungen arbeiten aber aufgrund der relativ kleinen Leistungen häufig nur suboptimal. Außerdem entstehen am Erzeugungsort durch die Nut- zung fossiler Energiequellen auch nennenswerte C02~Mengen. With the solution of this problem, the DE 10 2008 047 219 AI deals. From this, a method for the extraction of bitumen and / or heavy oil from an underground deposit is known, in which the viscosity of the heavy oil 'in situ' he ¬ is lowered, including the deposit energy in the form of vapor flowing through the deposit on the one hand and electrical power to the inductive and / or resistive heating, on the other hand. In this case, the energy for generating the steam and equally for electrical heating is generated decentrally at the location of the conveyors. For this purpose, for loading ¬ drive an industrial turbine with coupled generator uses a part of the produced bitumen and / or heavy oil, on the one hand of the industrial turbine down- stream generator supplies the electric power for heating and on the other hand, an industrial turbine supplied arrange ¬ ter boiler to produce steam by evaporation of water serves. However, such on-site power generation facilities often operate only suboptimal due to the relatively low power levels. In addition, fossil energy sources produced at the production by the usage-even appreciable C0 2 ~ quantities.
Beispielsweise werden bei der Bitumenproduktion typischer Weise je Produktionsbohrloch 8 bis 12 MW Dampf und/oder 1 bis 2 MW elektrischer Energie benötigt. Für eine typische For example, bitumen production typically requires 8 to 12 MW of steam and / or 1 to 2 MW of electrical energy per production well. For a typical
50.000 bl/Tag Bitumen Produktionsanlage werden somit bei rein elektrischem Heizen 50 bis 100 MW Energie notwendig, was die elektrische Versorgung über eine Hochspannungsleitung, mit z.B. 110 kV, erforderlich macht, sofern Vorort keine Stromerzeugung vorgesehen ist. 50,000 bl / day of bitumen production plant thus become 50 to 100 MW of energy required for purely electrical heating, which means the electrical supply via a high voltage line, with e.g. 110 kV, provided that no on-site power generation is provided.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erwärmung von Erdreich mit mindestens einer induktiven Heizung anzugeben, welche energieeffizient und Schadstoffarm betreibbar ist. The invention has for its object to provide a device for heating soil with at least one inductive heating, which is energy efficient and pollutant operated.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Erwär¬ mung von Erdreich mit mindestens einer induktiven Heizung gelöst, bei der wenigstens eine zumindest teilweise in dem Erd¬ reich verlaufende Leiterschleife mit abschnittsweise kompen- sierter Induktivität über eine Umrichtereinheit mit elektri¬ scher Energie gespeist wird. Erfindungsgemäß wird die elekt¬ rische Energie durch mindestens einen Energiewandler erzeugt, welcher eine regenerative Energie in elektrische Energie wan¬ delt. Die Umrichtereinheit wandelt dabei die von dem Energie- wandler erzeugte elektrische Energie unmittelbar in eine mit¬ tel- oder hochfrequente elektrische Energie. Die elektrische Energie liegt dabei vorteilhaft in einem Bereich von 1 kHz bis 300 kHz. Durch die Verwendung regenerativer Energiequellen, wie z.B.This object is achieved by a device for Erwär ¬ mung of soil with at least one inductive heating dissolved in an at least partially stabilized rich extending in the earth conductor loop with partially compensated lized inductance via a converter unit with electrical ¬ shear energy is supplied at least. According to the invention elekt ¬ innovative energy is generated by at least a power converter having a regenerative energy into electrical energy wan ¬ punched. The inverter unit thereby converts the electrical energy converters produced by the energy directly into a ¬ with medium- or high-frequency electrical energy. The electrical energy is advantageously in a range of 1 kHz to 300 kHz. Through the use of renewable energy sources, such as
Wind oder solarer Strahlung, wird die C02-Belastung am Erzeugungsort erheblich reduziert. Außerdem werden durch die unmittelbare Umwandlung der elektrischen Energie in die zur in- duktiven Erwärmung des Erdreichs erforderliche mittel- oder hochfrequente elektrische Energie, Verluste, welche durch den üblichen Zwischenschritt einer Einspeisung in ein herkömmliches 50-Hz- oder 60-Hz-Stromnetz entstehen, vermieden. Wind or solar radiation, the C0 2 load at the production site is significantly reduced. In addition, the direct conversion of electrical energy into required by the usual intermediate step of feeding into a conventional 50 Hz or 60 Hz power grid, avoided.
Die Erzeugung von elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen ist jedoch nicht konstant, sondern unterliegt starken Schwankungen. Dieser zunächst gegen die Verwendung regenerativer Energiequellen sprechende Nachteil wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch kompensiert, dass die im Erdreich oder dem Reservoir in Wärme umgesetzte elektrische Energie im Erdreich gespeichert wird. Solange Energie zugeführt wird, steigt die Temperatur im Erdreich bzw. dem Reservoir exponentiell an. Umgekehrt fällt die Temperatur zwar durch Wärmeleitung in die unterirdischen Massen auch exponentiell ab, sobald die Energiezufuhr unterbrochen wird, solange die Dauer oder Menge der Energiezufuhr aber größer ist als die Dauer des Fehlens der Energiezufuhr steigt die Temperatur des Erdreichs oder des Reservoirs insgesamt aber an. Das Erdreich oder Reservoir wirkt damit als Wärmespeicher mit der Folge, dass die Viskosität der zu fördernden Kohlen¬ wasserstoffe abnimmt oder die Temperatur der auszutreibenden Kontaminationen ansteigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei bezüglich Temperaturerhaltung und damit auch Druckführung im Reservoir einfach zu regeln. The generation of electrical energy from renewable energy sources is not constant, but is subject to strong fluctuations. This initially against the use of renewable energy sources-speaking disadvantage is compensated in the apparatus according to the invention characterized in that in the soil or the reservoir converted into heat electrical energy is stored in the ground. As long as energy is supplied, the temperature in the ground or the reservoir increases exponentially. Conversely, the temperature also decreases exponentially by heat conduction into the subterranean masses as soon as the energy supply is interrupted, but as long as the duration or amount of the energy supply is greater than the duration of the lack of energy supply the temperature of the soil or of the reservoir as a whole increases. The soil or reservoir thus acts as a heat storage with the result that the viscosity of the hydrocarbons to be pumped ¬ decreases or increases the temperature of the expelled contaminants. The device according to the invention is easy to control with regard to temperature maintenance and thus also pressure guidance in the reservoir.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung umfasst der Energiewandler mindestens eine an sich bekannte Windkraftanlage, welche einen Rotor aufweist, der mechanisch mit einem Wechselstromgenerator gekoppelt ist. Ein besonders guter Nut¬ zungsgrad ergibt sich dabei, wenn die Windkraftanlage im Gleitfrequenzbetrieb betrieben wird. According to one embodiment of the invention, the energy converter comprises at least one wind turbine known per se, which has a rotor which is mechanically coupled to an alternator. A particularly good groove ¬ utilization factor arises there when the wind turbine is operated in Gleitfrequenzbetrieb.
In einer alternativen Aus führungs form ist der Energiewandler als solarthermisches Kraftwerk ausgestaltet. Das an sich be¬ kannte solarthermische Kraftwerk weist dabei mindestens eine Industrieturbine, in Form einer Gas- oder Dampfturbine auf, die mechanisch mit einem Wechselstromgenerator gekoppelt ist. Der Einsatz eines solarthermischen Kraftwerks bietet die Mög¬ lichkeit, den zum Betrieb der Industrieturbine erzeugten Was¬ serdampf teilweise auszukoppeln, um über ein Dampf erfahren, wie z.B. SAGD, das Erdreich zusätzlich aufzuheizen. Konkret wird dabei teilweise abgearbeiteter Wasserdampf, insbesondere mit einer Temperatur von 200° C bis 250° C, aus der Industrieturbine entnommen und in das Erdreich (1) eingeleitet. Auf diese Weise wird ein hybrides System geschaffen, welches das Erdreich sowohl induktiv als auch mit Hilfe von Heißdampf erwärmt. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass der Wasser¬ dampf aufgrund des bei solarthermischen Kraftwerken typischer Weise vorhandenen Nachtspeichers, z.B. in Form eines Phasen- wechselspeichers mit Salz, rund um die Uhr erzeugt werden kann. Durch die auf diese Weise mögliche kontinuierliche Dampf- und Stromerzeugung muss der Abnehmer nicht auf Spitzenleistungen ausgelegt werden. In an alternative embodiment, the energy converter is designed as a solar thermal power plant. The per se known solar thermal power plant has at least one industrial turbine, in the form of a gas or steam turbine, which is mechanically coupled to an alternator. The use of a solar thermal power plant provides the Mög ¬ friendliness, generated for operation of the industrial turbine What ¬ serdampf partially decouple to learn about a vapor, such as SAGD, in addition to heat the soil. Specifically, partially processed water vapor, in particular at a temperature of 200 ° C to 250 ° C, taken from the industrial turbine and introduced into the soil (1). In this way, a hybrid system is created which heats the soil both inductively and with the aid of superheated steam. This offers the particular advantage that the water vapor ¬ due to the presence in solar thermal power plants typically night memory, for example can be generated in the form of a phase change memory with salt, around the clock. The continuous production of steam and electricity that is possible in this way means that the customer does not have to be designed for top performance.
Alternativ zur Verwendung eines solarthermischen Kraftwerks kann Solarenergie auch durch den Einsatz mindestens eines Photovoltaik-Moduls genutzt werden. As an alternative to using a solar thermal power plant, solar energy can also be used by using at least one photovoltaic module.
Vorteilhaft bilden die Stromerzeuger und -Verbraucher der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Inselnetz. Damit ist man von vorhandenen Netzen unabhängig und kann insbesondere auf Zuführung von Hochspannungsleitungen verzichten. Advantageously, the power generator and consumer of the device according to the invention form a stand-alone grid. This one is independent of existing networks and can dispense in particular with the supply of high voltage lines.
Um Verluste durch Energieübertragung zu vermeiden ist es auch vorteilhaft, den Energiewandler dezentral in der Umgebung des zu erwärmenden Erdreichs anzuordnen. To avoid losses due to energy transfer, it is also advantageous to arrange the energy converter decentralized in the vicinity of the soil to be heated.
Gemäß einer besonders einfachen Aus führungs form der Umrichtereinheit weist diese einen Zwischenkreiskondensator und einen dem Zwischenkreiskondensator nachgeschalteten Wechselrichter auf. Weist der Energiewandler mindestens eine Indust¬ rieturbine (solarthermisches Kraftwerk) oder einen Rotor (Windkraftanlage) auf, welche mechanisch mit einem Wechsel¬ stromgenerator gekoppelt sind, ist dem Zwischenkreiskondensa- tor gemäß einer weiteren Aus führungs form der Erfindung ein Gleichrichter, insbesondere in Form eines Brückengleichrichters, vorgeschaltet. According to a particularly simple embodiment of the converter unit, it has an intermediate circuit capacitor and an inverter connected downstream of the intermediate circuit capacitor. The energy converter comprises at least one Indust ¬ rieturbine (solar thermal power plant) or a rotor (wind turbine), which are mechanically coupled to an alternating current generator ¬ is the DC link capacitors Gate according to another embodiment of the invention, a rectifier, in particular in the form of a bridge rectifier, upstream.
Eine weitere Aus führungs form der Erfindung sieht vor, dass die Ausgangsfrequenz der Umrichtereinheit auf eine Resonanzfrequenz der Leiterschleife abgestimmt ist. Another embodiment of the invention provides that the output frequency of the converter unit is tuned to a resonant frequency of the conductor loop.
Da die Leiterschleife eine hohe Eigeninduktivität hat, ist eine abschnittsweise Kompensation vorgesehen. Eine derartige Kompensation ist in der DE 10 2007 040 605 B3 beschrieben, welche zum Zwecke der Offenbarung vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird. Durch Abstimmung der Ausgangsfrequenz der Umrichtereinheit auf eine Resonanzfrequenz der Leiterschleife kann eine in die Leitung integrierte Kom¬ pensation realisiert werden. Since the conductor loop has a high self-inductance, a partial compensation is provided. Such a compensation is described in DE 10 2007 040 605 B3, which is fully included in the present application for the purpose of disclosure. By adjusting the output frequency of the converter unit to a resonance frequency of the conductive loop in an integrated line com pensation ¬ can be realized.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es z igen : Further features and advantages of the invention will become apparent from exemplary embodiments, which are explained below with reference to the drawings. Add:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erwärmung von Erdreich, 1 is a schematic representation of a first embodiment of a device according to the invention for heating soil,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erwärmung von Erdreich und Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of a device according to the invention for heating soil and
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erwärmung von Erdreich. Fig. 3 is a schematic representation of a third embodiment of an inventive device for heating soil.
In den Figuren sind identische oder funktionsgleiche Kompo¬ nenten jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet In the figures, identical or functionally identical compo nents ¬ are each marked with the same reference numerals
Die in Figur 1 schematisch dargestellte erste Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erwärmung von Erd- reich 1 umfasst eine induktive Heizung, wobei eine teilweise im Erdreich 1 verlaufende Leiterschleife 2 über eine Umrich¬ tereinheit 3 mit elektrischer Energie gespeist wird. Die In¬ duktivität der Leiterschleife ist dabei abschnittsweise kom- pensiert. Geeignete Kompensationsmethoden mit Hilfe von Se¬ rien- oder Querkapazitäten sind in der DE 10 2007 040 605 B3 beschrieben. Eine Eignart bei einer in die Leitung der Leiterschleife 2 integrierten Kompensation ist, dass die Aus¬ gangsfrequenz der Umrichtereinheit 3 auf eine Resonanzfre- quenz der Leiterschleife 2 abgestimmt sein muss. Das bedeu¬ tet, dass die Leiterschleife 2 nur bei dieser Frequenz, wel¬ che typischer Weise in einem Bereich von 1 kHz bis 300 kHz liegt, betrieben werden darf. The first embodiment shown schematically in FIG. 1 of a device according to the invention for heating natural gas. 1 includes an inductive heating, wherein a partially running in the soil 1 conductor loop 2 is fed via a Umrich ¬ tereinheit 3 with electrical energy. The In ¬ productivity of the loop is partially compensates. Suitable compensation methods with the aid of Se ¬ rien- or transverse capacitances are described in DE 10 2007 040 605 B3. Is a Eignart in an integrated into the line of the conductive loop 2 compensation that must be off ¬ tuned output frequency of the inverter unit 3 to a resonance frequency of the loop. 2 The signified ¬ tet that the conductive loop 2 may be operated at that frequency, is wel ¬ che typically in a range of 1 kHz to 300 kHz.
Die elektrische Energie zur Speisung der Leiterschleife 2 wird durch einen Energiewandler 4 in Form eines oder mehrerer Photovoltaik-Module 5 erzeugt. Das Photovoltaik-Modul 5 um¬ fasst dabei mehrere Solarzellen und wandelt das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Die Umrichtereinheit 3 umfasst einen Zwischenkreiskondensator 6 und einen dem Zwi- schenkreiskondensator 6 nachgeschalteten Wechselrichter 7 und wandelt die von dem Energiewandler 4 erzeugte elektrische Energie unmittelbar in eine mittel- oder hochfrequente elekt¬ rische Energie im Bereich von 1 kHz bis 300 kHz um. Durch die unmittelbare Umwandlung der elektrischen Energie des Energie¬ wandlers 4 ohne die übliche vorgelagerte Einspeisung in ein herkömmliches 50 Hz- oder 60 Hz-Netz werden damit verbundene Energieverluste vermieden. Vorteilhaft bildet der Stromerzeuger in Form des Photovol- taik-Moduls 5 sowie der Stromverbraucher in Form der über die Umrichtereinheit 3 an das Photovoltaik-Modul 5 angeschlosse¬ nen Leiterschleife 2 ein Inselnetz, so dass die Vorrichtung unabhängig von einem öffentlichen Stromnetz betrieben werden kann. Ist der Energiewandler 4 dezentral in der Umgebung des zu erwärmenden Erdreichs 1 angeordnet, ist keine Energieüber¬ tragung an den Einsatzort erforderlich, so dass dadurch bedingte Energieverluste vermieden werden können. Eine alternative Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 1 darge- stellten Aus führungs form dadurch, dass als regenerative Energiequelle nicht Solarenergie, sondern Windenergie genutzt wird. Demzufolge ist der Energiewandler 4 gemäß dieser Aus¬ führungsform als Windkraftanlage 20 ausgestaltet, welche die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umwan- delt. Die Windkraftanlage 20 umfasst dabei mindestens einen Rotor, z.B. in Form eines Windrades 21, wobei die Bewegungs¬ energie der Windströmung auf die Rotorblätter wirkt und dabei den Rotor in eine Drehbewegung versetzt. Der Rotor gibt dann die Rotationsenergie an einen vorzugsweise dreiphasigen Wech- selstromgenerator 22 weiter, welcher die Rotationsenergie in elektrische Energie wandelt. The electrical energy for feeding the conductor loop 2 is generated by an energy converter 4 in the form of one or more photovoltaic modules 5. The photovoltaic module 5 um ¬ summarizes several solar cells and converts the light of the sun directly into electrical energy. The inverter unit 3 comprises an intermediate circuit capacitor 6 and the intermediate circuit capacitor 6 connected downstream of the inverter 7, and converts the electrical energy generated by the energy converter 4 directly in a medium or high-frequency elekt ¬ innovative energy in the range of 1 kHz to 300 kHz. Due to the direct conversion of the electrical energy of the energy converter 4 ¬ without the usual upstream feed to a conventional 50 Hz or 60 Hz mains associated energy losses are avoided. Advantageously, the power generator forms, so that the device can be operated independently of a mains power source in the form of over the inverter unit 3 to the photovoltaic module 5 is castle ¬ NEN conductor loop 2, a stand-alone grid in the form of the photovoltaic module 5 and the power consumers. Is the energy converter 4 decentrally arranged in the vicinity of the soil to be heated, 1, no energy transfer ¬ transmission to the site is required, so that energy loss caused thereby can be avoided. An alternative embodiment of a device according to the invention is shown schematically in FIG. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that solar energy is used instead of solar energy, but wind energy is used as the regenerative energy source. Consequently, the energy converter 4 according to this embodiment is designed as a wind turbine 20, which converts the kinetic energy of the wind into electrical energy. The wind turbine 20 in this case comprises at least one rotor, eg in the form of a wind turbine 21 wherein the motion ¬ energy of wind flow acting on the rotor blades, thereby causing the rotor to rotate. The rotor then passes the rotational energy to a preferably three-phase AC generator 22, which converts the rotational energy into electrical energy.
In diesem Fall weist die Umrichtereinheit 3' einen Gleich¬ richter 23 auf, welcher einem Zwischenkreiskondensator 6' vorgeschaltet ist. An den Zwischenkreiskondensator 6' schließt sich auch bei dieser Aus führungs form ein Wechselrichter 7' an. Der Gleichrichter 23 kann z.B. als Brückengleichrichter, im Fall eines dreiphasigen Wechselstromgenera¬ tors 22 also als Sechspulsgleichrichter, ausgestaltet sein. In this case, the inverter unit 3 'has a rectified ¬ judge 23, which is connected upstream of a DC link capacitor 6'. To the DC link capacitor 6 'is followed in this imple mentation form an inverter 7'. The rectifier 23 may, for example, a bridge rectifier, in the case of a three Wechselstromgenera ¬ tors 22 therefore be designed as a six-pulse rectifier.
Um die Windkraftanlage 20 möglichst hoch ausgenutzt bei ver¬ schiedenen Windstärken und effizient zu betreiben, wird sie vorteilhaft im Gleitfrequenzbetrieb betrieben. Figur 3 zeigt eine weitere Aus führungs form der Erfindung. Analog zu der Aus führungs form gemäß Figur 1 wird auch bei dieser Aus führungs form Solarenergie als regenerative Energie¬ quelle genutzt. Im Gegensatz zur ersten Aus führungs form wird jedoch als Energiewandler kein Photovoltaik-Modul , sondern ein solarthermisches Kraftwerk 30 eingesetzt. In order to utilize the wind power plant 20 as highly as possible at different wind strengths and efficiently, it is advantageously operated in sliding frequency operation. FIG. 3 shows a further embodiment of the invention. Analogous to the imple mentation form according to Figure 1, solar energy is used as regenerative energy ¬ source even in this imple mentation. In contrast to the first embodiment, however, no photovoltaic module but a solar thermal power plant 30 is used as energy converter.
Das solarthermische Kraftwerk 30, welches in Figur 3 in stark vereinfachter Form dargestellt ist, umfasst ein Solarfeld 31, in dem die Sonnenstrahlung konzentriert und in Wärmeenergie umgewandelt wird. Das Solarfeld 31 kann beispielsweise Para- bolrinnenkollektoren, Fresnel-Kollektoren, Solartürme oder Paraboloidspiegelkollektoren aufweisen. Außerdem ist ein Wär- mespeicher 32 - häufig auch als Nachtspeicher bezeichnet, z.B. in Form eines Phasenwechselspeichers mit Salz, vorgese¬ hen, in welchem die erzeugte Wärmeenergie zwischengespeichert werden kann. Wärmeenergie aus dem Solarfeld 31 oder dem Wärmespeicher 32 wird in einem Dampferzeuger 33 an ein Wärmeträ- germedium in Form von Wasser abgegeben, welches verdampft und über eine erste Dampfleitung 34 in eine Dampfturbine 35 als Arbeitsfluid eingeleitet wird. Die Dampfturbine 35 ist mecha¬ nisch an einen vorzugsweise dreiphasigen Wechselstromgenera¬ tor 22' gekoppelt. In der Dampfturbine 35 wird das Arbeits- fluid entspannt, anschließend in einem Kondensator 36 ver¬ flüssigt und über eine Rückflussleitung 37 wieder dem Dampferzeuger 33 zugeleitet. The solar thermal power plant 30, which is shown in greatly simplified form in FIG. 3, comprises a solar field 31, in which the solar radiation is concentrated and converted into heat energy. The solar field 31 may include, for example, parabolic trough collectors, Fresnel collectors, solar towers or paraboloidal mirror collectors. In addition, a heat storage 32 - often referred to as night storage, for example in the form of a phase change memory with salt, vorgese ¬ hen, in which the heat energy generated can be cached. Heat energy from the solar field 31 or the heat storage 32 is discharged in a steam generator 33 to a heat transfer medium in the form of water, which is vaporized and introduced via a first steam line 34 into a steam turbine 35 as working fluid. The steam turbine 35 is coupled mecha nically ¬ preferably to a three-phase Wechselstromgenera ¬ gate 22 '. In the steam turbine 35, the working fluid is relaxed, then again fed in a condenser 36 ver ¬ liquefied and a return line 37 to the steam generator 33rd
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Figur 3 wird beispiel- haft im Rahmen der "in-situ"-Förderung von Bitumen und/oder Schwerstöl eingesetzt. Demgemäß ist eine Vorrichtung zur Se¬ parierung des über eine Förderleitung 38 geförderten Bitumens/Schwerstöls vom rückgeführten Wasser vorhanden, welche mit dem Bezugszeichen 39 bezeichnet ist. An diese Vorrichtung 39 ist eine Einheit 40 zur Behandlung und Wideraufbereitung des rückgeführten Wassers angeschlossen. Von der Einheit 40 wird das aufbereitete Wasser dann wieder dem Dampferzeuger 33 zugeleitet . Ein solarthermisches Kraftwerk bietet auch die Möglichkeit eines Hybridbetriebs. Dabei kann der im Dampferzeuger 33 erzeugte Dampf außer zur Erzeugung von elektrischer Energie über die Dampfturbine 34 und den Wechselstromgenerator 22' auch unmittelbar zur Erwärmung des Erdreichs 1 genutzt wer- den. Dies kann konkret z.B. in Form eines SAGD-Verfahrens er¬ folgen und ist in Figur 3 durch eine zweite Dampfleitung 41 angedeutet, welche den Dampferzeuger 33 mit einem in dem Erdreich 1 verlegten Dampfin ektor 42 verbindet. Die jeweiligen Flussrichtungen des Dampfes werden durch entsprechende Venti¬ le vorgegeben. The device according to the invention according to FIG. 3 is used, for example, in the context of "in situ" production of bitumen and / or heavy oil. Accordingly, an apparatus for Se ¬ are groomed of the conveyed via a conveyor line 38 bitumen / heavy oil from the recirculated water is present, which is designated by the reference numeral. 39 To this device 39 is a unit 40 connected to the treatment and refurbishment of the recycled water. From the unit 40, the treated water is then fed back to the steam generator 33. A solar thermal power plant also offers the possibility of hybrid operation. In this case, the steam generated in the steam generator 33 can also be used directly to heat the soil 1, in addition to generating electrical energy via the steam turbine 34 and the alternator 22 '. This may be concretely in the form of a SAGD process, he ¬ follow, for example, and is indicated in figure 3 by a second vapor pipe 41, which steam generator 33 with a laid in the ground 1 steam into ector connects 42nd The respective ones Flow directions of the steam are predetermined by appropriate Venti ¬ le.
Bei herkömmlichen solarthermischen Kraftwerken wird der Dampf auf Temperaturen von 400° C bis 450° C aufgeheizt. Für die Einleitung von Dampf in einem SAGD Produktionsschema sind aber 200° C bis 250° C bereits ausreichend. Um ein regelbares optimales Hybridschema zu erreichen, ist daher einen Dampf¬ entnahme durch eine Verbindungsleitung 43 vorgesehen. Der daraus entnommene Dampf ist teilweise abgearbeitet und die Dampf-Restenergie wird - statt weiterer Entspannung in der Dampfturbine 35 und Verflüssigung im Kondensator 36 - über die Verbindungsleitung 41 dem Injektor 42 zugeleitet. Das Erdreich 1 übernimmt die Funktion des Kondensators. Der mit der hohen Dampfqualität in der Turbine umgesetzte Energieteil wird im Generator 22' in Strom gewandelt, welcher der Leiterschleife 2 zugeführt wird. In conventional solar thermal power plants, the steam is heated to temperatures of 400 ° C to 450 ° C. For the introduction of steam in a SAGD production scheme, however, 200 ° C to 250 ° C are already sufficient. In order to achieve a controllable optimal hybrid scheme, therefore, a steam extraction ¬ is provided by a connecting line 43. The steam taken therefrom is partially processed and the residual steam energy is - instead of further relaxation in the steam turbine 35 and liquefaction in the condenser 36 - fed via the connecting line 41 to the injector 42. The soil 1 assumes the function of the capacitor. The converted with the high quality steam in the turbine energy part is converted in the generator 22 'in current, which is supplied to the conductor loop 2.
In dieser Weise wird die im Dampf enthaltene Energie voll¬ ständig ausgenutzt, was den Primärenergie-Ausnutzungsgrad von ca. 40% auf bis zu 90% erhöht. In this way, the energy contained in the steam is fully exploited ¬ constantly, which increases the primary energy utilization ratio of about 40% up to 90%.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Erwärmung von Erdreich (1) mit mindestens einer induktiven Heizung, wobei wenigstens eine zumindest teilweise in dem Erdreich (1) verlaufende Leiterschleife (2) mit abschnittsweise kompensierter Induktivität über eine Um¬ richtereinheit (3; 3')mit elektrischer Energie gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie durch mindestens einen Energiewandler (4) erzeugt wird, welcher eine regenerative Energie in elektrische Energie wandelt, und die Umrichtereinheit (3; 3') die von dem Energiewandler (4) erzeugte elektrische Energie unmittelbar in eine mittel- oder hochfrequente elektrische Energie, insbesondere im Bereich von 1 kHz bis 300 kHz, wandelt. 1. A device for heating soil (1) with at least one inductive heating, wherein at least one at least partially in the soil (1) extending conductor loop (2) with partially compensated inductance via a Um ¬ judge unit (3, 3 ') with electrical energy is fed, characterized in that the electrical energy is generated by at least one energy converter (4), which converts a regenerative energy into electrical energy, and the inverter unit (3; 3 ') the electrical energy generated by the energy converter (4) directly in a medium or high frequency electrical energy, in particular in the range of 1 kHz to 300 kHz, converts.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (4) Windenergie oder Solarenergie in elektrische Energie wandelt. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the energy converter (4) converts wind energy or solar energy into electrical energy.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (4) mindestens eine Windkraftanlage (20) umfasst, welche einen Rotor (21) aufweist, der mechanisch mit einem Wechselstromgenerator (22) gekoppelt ist. 3. A device according to claim 2, characterized in that the energy converter (4) comprises at least one wind turbine (20) having a rotor (21) which is mechanically coupled to an alternator (22).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage (20) im Gleitfrequenzbetrieb betrieben wird . 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the wind turbine (20) is operated in Gleitfrequenzbetrieb.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (4) als solarthermisches Kraftwerk (30) ausgestaltet ist, welches mindestens eine Industrieturbine (35) aufweist, die mechanisch mit einem Wechselstromgenerator (22') gekoppelt ist. 5. The device according to claim 2, characterized in that the energy converter (4) is designed as a solar thermal power plant (30) having at least one industrial turbine (35) which is mechanically coupled to an alternator (22 ').
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem solarthermische Kraftwerk (30) Wasserdampf zum Antrieb der Industrieturbine (35) erzeugt wird und ein teilweise ab¬ gearbeiteter Wasserdampf, insbesondere mit einer Temperatur von 200° C bis 250° C, aus der Industrieturbine entnommen und in das Erdreich (1) eingeleitet wird. 6. Apparatus according to claim 5, characterized in that in the solar thermal power plant (30) water vapor for driving the industrial turbine (35) is generated and a partially from ¬ processed steam, in particular with a temperature from 200 ° C to 250 ° C, taken from the industrial turbine and introduced into the soil (1).
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (4) mindestens ein Photovoltaik-Modul (5) umfasst . 7. The device according to claim 2, characterized in that the energy converter (4) comprises at least one photovoltaic module (5).
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stromerzeuger und -Verbraucher der Vorrichtung ein Inselnetz bilden. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that power generator and consumer of the device form a stand-alone grid.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (4) dezentral in der Umgebung des zu erwärmenden Erdreichs (1) angeordnet ist. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the energy converter (4) is arranged decentrally in the vicinity of the soil to be heated (1).
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichtereinheit (3; 3') ei¬ nen Zwischenkreiskondensator (6; 6') und einen dem Zwischen- kreiskondensator (6; 6') nachgeschalteten Wechselrichter (7; 7 ' ) umfasst . 10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the converter unit (3; 3 ') egg ¬ nen intermediate circuit capacitor (6; 6') and the intermediate circuit capacitor (6; 6 ') downstream inverter (7; 7' ).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (4) mindestens eine Industrieturbine (35) oder einen Rotor (21) umfasst, welche mechanisch mit einem Wechselstromgenerator (22; 22') gekoppelt sind und die Umrichtereinheit (3') einen Gleichrichter (23), insbesondere Brückengleichrichter, einen dem Gleichrichter (23) nachgeschalteten Zwischenkreiskondensator (6') und einen dem Zwi- schenkreiskondensator (6') nachgeschalteten Wechselrichter ( 7 ' ) umfasst . 11. The device according to claim 10, characterized in that the energy converter (4) at least one industrial turbine (35) or a rotor (21) which are mechanically coupled to an alternator (22; 22 ') and the inverter unit (3') a rectifier (23), in particular bridge rectifier, an intermediate circuit capacitor (6 ') connected downstream of the rectifier (23) and an inverter (7') connected downstream of the intermediate circuit capacitor (6 ').
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsfrequenz der Umrich- tereinheit (3; 3') auf eine Resonanzfrequenz der Leiterschleife (2) abgestimmt ist. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the output frequency of the Umricht- tereinheit (3; 3 ') is tuned to a resonant frequency of the conductor loop (2).
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