Установка для использования геотермальной энергии низкотемпературных подземных горных пород
Изобретение относится к средствам извлечения геотермальной энергии массива горных пород и может использоваться для обогрева зданий и сооружений. Задачей является расширение эксплуатационных возможностей. Для решения поставленной задачи предложена установка, содержащая образующие непрерывный путь нагнетательную скважину для закачивания холодной воды, участок нагрева в горной породе и выходную скважину, связанный с ней турбогенератор для преобразования пара в электроэнергию, последовательно соединенные конденсатор пара, бак для сбора сконденсированной воды и очистную установку, связанную с нагнетательной скважиной. Нагнетательная скважина выполнена наклонной, участок нагрева расположен в горной породе на глубине 3-5 км по возможности горизонтально или близко к горизонтальному положению, для догрева воды на поверхности и парообразования использована цепочка из последовательно связанных между собой солнечной батареи, электронагревателя и/или теплообменника с жидкостью низкотемпературного кипения, связанные выходом с турбогенератором. Установка позволяет эффективно использовать геотермальную энергию в любых районах, там, где нет доступа к горячим температурным слоям, т.е. расширяет возможности ее использования. 1 ил.
Изобретение относится к средствам извлечения геотермальной энергии массива горных пород и может использоваться в жилищно-коммунальном хозяйстве для обогрева зданий и сооружений, в гидрометаллургии и т.п.
Известно использование геотермальной энергии, описанное в з. РФ №94033853 по кл. F25B 13/00, з. 1994 г., а.с. СССР №458691 по кл. F25B 29/00, 1975 г.
Известное использование заключается в том, что пластовая жидкость (грунтовая вода) транспортируется из заборной жидкости к тепловому насосу, передает тепло хладагенту теплового насоса, хладагент, изменяя свое агрегатное состояние, нагревает теплоноситель системы распределения тепла, передающей тепло к отопительным приборам, а охлажденная пластовая жидкость сбрасывается в дополнительную инфильтрационную скважину.
Недостатком известного использования является низкая эффективность отбора геотермальной энергии, т.к. передача тепла от грунтовой воды за счет непрерывного обмывания теплообменника с хладагентом теплового насоса происходит на поверхности, а внутреннее пространство заборной скважины не используется.
Известно использование геотермальной энергии, описанное в п.РФ №2341736, з. 07.11.06, oп. 20.12.08.
Известное использование заключается в том, что создают циркуляцию теплоносителя в коллекторе системы забора тепла, расположенного в буровой скважине, к тепловому насосу, передают тепло, собранное теплоносителем системы забора тепла, хладагенту теплового насоса, изменяют агрегатное состояние хладагента и нагревают хладагентом теплоноситель системы распределения тепла, при этом для повышения эффективности отбора геотермальной энергии ствол скважины разделяют герметичной перемычкой на зону всасывания, расположенную ниже герметичной перемычки, и зону нагнетания, расположенную выше герметичной перемычки, причем зону нагнетания полностью заполняют теплопроводной жидкостью и в ней размещают коллектор системы забора тепла теплового насоса. При этом жидкость, закачиваемую в скважину, могут нагревать путем помещения в скважину одного или нескольких теплообменников с замкнутыми контурами циркуляции теплоносителя.
Недостатком известных средств использования является их недостаточная эффективность, обусловленная использованием испарителей теплового насоса и превращением геотермального тепла непосредственно в полезную тепловую энергию.
Известна установка для использования геотермальной энергии, описанная в п. РФ №2260751 по кл. F24J 3/08. з. 25.07.01, оп. 20.09.05 «Установка для выработки геотермальной энергии» и выбранная в качестве прототипа.
Известная установка содержит образующие непрерывный путь вертикальную нагнетательную скважину для закачивания холодной воды, горизонтальную скважину в горячей горной породе и вертикальную выходную скважину, соединенный с выходной скважиной турбогенератор, последовательно соединенные конденсатор пара, бак для сбора сконденсированной воды и очистную установку, связанную с нагнетательной скважиной.
Использование геотермальной энергии происходит следующим образом. Через нагнетательный ствол скважины закачивают в горизонтальный участок скважины, расположенный в подземной горячей горной породе, холодную воду, которая, протекая через горизонтальный участок в горячей горной породе, нагревается и превращается в пар, который затем выходит на поверхность через ствол выходной скважины и приводит в действие турбогенератор, с помощью которого производится электрическая энергия. После конденсации пара в конденсаторе он превращается в воду, которую собирают в бак, очищают с помощью очистной установки и снова закачивают в скважину.
Недостаток известной установки заключается в том, что ее эксплуатационные возможности ограничены, т.к. она может применяться только в горячих горных породах, которые есть не везде, и на небольших глубинах, в которых технологически возможно создание горизонтальных скважин.
Задачей является расширение эксплуатационных возможностей установки.
Поставленная задача решается тем, что в установке для использования геотермальной энергии низкотемпературных подземных горных пород, содержащей образующие непрерывный путь нагнетательную скважину для закачивания холодной воды, участок нагрева в горной породе и выходную скважину, связанный с ней турбогенератор для преобразования пара в электроэнергию, последовательно соединенные конденсатор пара, бак для сбора сконденсированной воды и очистную установку, связанную с нагнетательной скважиной, согласно изобретению нагнетательная скважина выполнена наклонной, участок нагрева расположен в горной породе на глубине 3-5 км по возможности горизонтально или близко к горизонтальному положению, для догрева воды на поверхности и парообразования использована цепочка из последовательно связанных между собой солнечной батареи и электронагревателя и/или теплообменника с жидкостью низкотемпературного кипения, связанные выходом с турбогенератором.
В заявляемой установке выполнение нагнетательной скважины наклонной дает возможность воде набирать тепло горной породы уже на «пути» к участку нагрева, а расположение участка нагрева в подземной горной породе на глубине 3-5 км по возможности горизонтально или близко к горизонтальному положению в совокупности с наличием средств догрева на поверхности земли нагретой в скважине воды до состояния пара с помощью других, более дешевых источников энергии позволяет эффективно использовать геотермальную энергию в любых районах, там, где нет доступа к горячим температурным слоям, т.е. расширяет возможности ее использования.
Технический результат - возможность более широкого эффективного использования геотермальной энергии.
Заявляемая установка обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков, как выполнение нагнетательной скважины наклонной, расположение участка нагрева на глубине 3-5 км по возможности горизонтально или близко к тому, использование для догрева воды до парообразного состояния солнечной батареи и электронагревателя и/или теплообменника с жидкостью низкотемпературного кипения, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемая установка для использования геотермальной энергии может использоваться в энергетике, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежом, где приведена схема установки.
Заявляемая установка содержит образующие непрерывный путь наклонную нагнетательную скважину 1, участок 2 нагрева в подземной горной породе на глубине 3-5 км, выходную скважину 3 и последовательно связанные между собой солнечную батарею 4, электронагреватель 5 и/или теплообменник 6 с жидкостью низкотемпературного кипения, связанные выходом с турбогенератором 7, который соединен с конденсатором 8 пара, связанным через очистную установку 9 с нагнетательной скважиной 1.
Участок 2 нагрева расположен в подземной горной породе на глубине 3-5 км по возможности горизонтально или с наклоном, но ближе к горизонтальному положению.
Использование заявляемой установки осуществляется следующим образом.
Через наклонную нагнетательную скважину 1 нагнетают с помощью насосов (не показаны) в участок 2 нагрева холодную воду. Проходя через участок 2, вода нагревается примерно до температуры 80-90°С, затем она извлекается через выходную скважину 3 на поверхность земли, где она догревается до температуры 100-110°С и превращается в пар. Догрев производится с помощью цепочки из последовательно связанных между собой солнечной батареи 4, чье тепло преобразуется электронагревателем 5 в электрический ток, нагревающий воду до 110-120°С, и/или с помощью теплообменника 6 с жидкостью низкотемпературного кипения. Полученный пар поступает на турбогенератор 5, который вырабатывает электроэнергию. Отработанный пар поступает в конденсатор 6, преобразуется в воду, которую далее очищают на очистной установке 7 и снова используют для нагнетания в скважину 1. Для нагнетания воды в скважину и извлечения ее из выходной скважины используют насосы 8.
В сравнении с прототипом заявляемая установка может более широко применяться для использования геотермальной энергии, особенно в тех регионах, где нет доступных высокотемпературных подземных пород.
Установка для использования геотермальной энергии низкотемпературных подземных горных пород, содержащая образующие непрерывный путь нагнетательную скважину для закачивания холодной воды, участок нагрева в горной породе и выходную скважину, связанный с ней турбогенератор для преобразования пара в электроэнергию, последовательно соединенные конденсатор пара, бак для сбора сконденсированной воды и очистную установку, связанную с нагнетательной скважиной, отличающася тем, что нагнетательная скважина выполнена наклонной, участок нагрева расположен в горной породе на глубине 3-5 км по возможности горизонтально или близко к горизонтальному положению, для догрева воды на поверхности и парообразования использована цепочка из последовательно связанных между собой солнечной батареи, электронагревателя, и/или теплообменника с жидкостью низкотемпературного кипения, связанные выходом с турбогенератором.
