Геотермальная электростанция

Авторы патента:

ТОРМОДССОН Гудмундур Тор (NO)

ТОРВУНД Стиг (NO)

ЙОХАНССОН Скули (NO)

F03G7/04 - использующие разность давления и температур, возникающую в природе (F03G 7/06 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2493431:

ГРИН ЭНЕРДЖИ ГРУП АС (NO)

Изобретение относится к геотермальным электростанциям. Геотермальная электростанция содержит блоки модульного типа, выполненные с возможностью установки в один или более контейнеров в виде геотермального контейнерного блока. Для указанного блока выбраны размеры, позволяющие получать геотермальную энергию из одной буровой скважины, причем каждый блок снабжен средством, предназначенным для электрического подключения к другим геотермальным контейнерным блокам, а также к электрической сети. Электростанция содержит блок обработки пара/рассола, функционально сопряженный с турбогенераторным блоком, функционально сопряженным с блоком конденсации пара, функционально сопряженным с блоком охлаждающей башни. Электростанция содержит несколько геотермальных контейнерных блоков, каждый из которых помещен над стволом скважины, из которой извлекается геотермальная энергия, или на небольшом удалении от нее. Электростанция включена в одноранговую сеть, включающую оператора геотермальной электростанции, оператора силовой электрической сети, продавцов и энергетическую компанию. Изобретение позволяет сформировать геотермальную энергосистему в сетевой конфигурации, обеспечивающей балансирование нагрузки и резервирование. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к геотермальным электростанциям и, более конкретно, к геотермальной электростанции, обеспечивающей технические и коммерческие преимущества по сравнению с уровнем техники, причем в особенности в ситуации, когда пробуренные геотермальные скважины перекрывают большую площадь.

Уровень техники

Геотермальная энергия генерируется из тепла, хранящегося в земных недрах, или путем аккумулирования поглощенного тепла, полученного из-под земли. В настоящее время к наиболее распространенным типам геотермальных электростанций относятся станции на парогидротермах, за которыми следуют станции с бинарным циклом (двухконтурные).

На станциях с бинарным циклом горячую термальную воду пропускают рядом с вторичной текучей средой, имеющей по сравнению с водой гораздо более низкую точку кипения, в результате чего такая среда, испаряясь, приводит в движение турбины. Станции на парогидротермах находят наибольшее применение в тех случаях, когда высокотемпературный пар отбирается непосредственно из буровой скважины и подается на турбину, которая запускает генератор. Новую альтернативную геотермальную технологию предлагает программа Enhanced Geothermal Systems (EGS), согласно которой с целью генерации электроэнергии бурят шахты в горячую горную породу с целью нагнетания в них воды и использования возвратного пара.

Современные геотермальные электростанции спроектированы в виде централизованных станций, расположенных между несколькими стволами скважин. Максимальное расстояние от стволов скважин до электростанции может составлять примерно 2 км, а для доставки пара к централизованной электростанции на поверхности обычно прокладывают паропроводы. Все геотермальные энергетические проекты начинаются с этапа детальной разведки, на котором выбирают наиболее перспективные дислокации. После этого на выбранном месте начинают этап бурения, а затем составляют план бурения, отвечающий, например, мощности 50 МВт.Далее начинают бурение эксплуатационных буровых скважин, мощность которых в типичном случае составляет 5 МВт или менее. Бурение каждой скважины обычно занимает 2-4 месяца, после чего буровую установку передвигают на следующее место. Для варианта, отвечающего мощности 50 МВт, количество буровых скважин может доходить до 10, а на бурение их всех может понадобиться 3 года. Затем начинают этап оценки/проектирования (1-2 года), после чего следует этап строительства (1-3 года). Только после этого можно начинать выработку электричества. В течение всего этого периода времени уже законченные буровые скважины простаивают, т.е. не дают никакой прибыли, связанной с продажей электрической энергии. Время от окончания бурения первой скважины до конца ее конструктивного оснащения обычно занимает 6 лет. Средняя стоимость скважины, отвечающей мощности 5 МВт, может составлять 3-4 млн. долларов США. Таким образом, в течение периода, доходящего до 6 лет, огромные инвестиции остаются законсервированными.

При таком высоком уровне инвестиций начало возврата средств задерживается, а резервные возможности и оперативная гибкость для обеспечения сбалансированности нагрузки ограничены. Более конкретно, типичный интервал между проектированием и началом эксплуатации составляет 6-10 лет, а возврат средств в типичном случае начинается после 7-9 лет, причем в случае пониженного выхода энергии со скважины возможность создания резервных мощностей ограничена. Далее, проектирование является трудоемким и затратным процессом, т.к. каждая станция строится по индивидуальному заказу, который сложен и дорог. Кроме того, во избежание конденсации пара в трубах и потерь избыточного давления стволы скважин приходится размещать около централизованной электростанции. Следует учитывать также, что крупные конструкции и уродливая система труб придают станции неприглядный вид со стороны.

Таким образом, существует потребность в проектировании геотермальной электростанции, свойства которой улучшены по отношению к перечисленным недостаткам.

Раскрытие изобретения

Указанное требование выполняется посредством настоящего изобретения, в котором перечисленные выше недостатки уменьшены или отсутствуют.

Более конкретно, в рамках настоящего изобретения предлагается геотермальная электростанция, отличающаяся тем, что содержит блоки, которым придан модульный характер и которые выполнены с возможностью установки в один или более контейнеров в виде геотермальных контейнерных блоков. При этом для геотермальных контейнерных блоков выбраны размеры, позволяющие получать геотермальную энергию из одной пробуренной скважины или из скважины с усредненными параметрами. Каждый геотермальный контейнерный блок снабжен средствами для электрического подключения к другим геотермальным контейнерным блокам, а также к электрической сети с формированием геотермальной электростанции в сетевой конфигурации, обеспечивающей балансирование нагрузки и резервирование.

По своему типу геотермальная электростанция может быть станцией на парогидротермах или станцией с бинарным циклом.

В одном из своих предпочтительных вариантов осуществления изобретение относится к геотермальной электростанции любого из указанных типов, которая содержит

1) блок обработки пара/ рассола, функционально сопряженный с

2) турбогенераторным блоком, функционально сопряженным с

3) конденсирующим блоком, функционально сопряженным с

4) блоком охлаждающей башни (градирни).

Данная электростанция имеет следующие отличительные особенности:

указанным блокам придан модульный характер с возможностью установки в один или более стандартных контейнеров в виде геотермальных контейнерных блоков;

геотермальным контейнерным блокам приданы размеры, позволяющие получать геотермальную энергию, главным образом, из одной буровой скважины,

каждый геотермальный контейнерный блок снабжен средствами, предназначенными для электрического подключения к другим геотермальным контейнерным блокам, а также к электрической сети, что позволяет сформировать геотермальную энергосистему в сетевой конфигурации, обеспечивающей балансирование нагрузки и резервирование.

Предпочтительно разместить каждый модульный и контейнеризованный блок рядом с соответствующей платформой буровой скважины (например над стволом скважины) или на небольшом удалении от нее. Это позволяет избежать как транспортировки пара и связанных с ней потерь давления, так и вредных воздействий на окружающую среду. Чтобы уменьшить такое воздействие, желательно электрические кабели, соединяющие геотермальные контейнеризованные блоки между собой, проложить под землей. Типичный контейнеризованный блок имеет размеры, в предпочтительном варианте соответствующие проектной мощности 5 МВт, но с возможностью полной адаптации к мощности, которую можно получить от других стволов (одного или более) локальных буровых скважин.

Предпочтительно включить геотермальную электростанцию в одноранговую сеть, что обеспечивает возможность дистанционного мониторинга и управления. Средства дистанционного управления обеспечивают централизованный контроль и максимальную производительность станции. Для уменьшения опасности выхода из строя дистанционная система управления содержит датчики профилактического техобслуживания и соответствующее программное обеспечение. Предпочтительно, чтобы все блоки содержали дополнительный ротор турбины, оснащенный лопатками, который можно легко использовать прямо на месте для замещения поврежденных роторов турбины. Децентрализованная сеть обеспечивает полное резервирование, с целью предотвращения аварии. Поставляемым продуктом будет электрическая энергия с мощностью от примерно 5 МВт до 50 МВт, полученная в результате сбора геотермальной энергии с площади, которая гораздо больше обычной зоны такого назначения (имеющей радиус около 2 км, отсчитываемый от расположенной в центре электростанции). Модульная конструкция обеспечивает для электростанции хорошие возможности для изменения масштаба и адаптируемость к местным условиям.

Расчеты показывают, что при средних европейских рыночных ценах на электричество за 2008 г. или для тарифа, введенного в Германии 1.01.2009 на "зеленую" геотермальную энергию, ее производители в типичном случае полностью вернут затраты на наземные работы в течение 4-6 лет. Установленная стоимость за мегаватт вполне конкурентна на рынке. Примерное время поставки энергии составит только 7-9 месяцев, считая от даты заказа. Далее, по мере усовершенствования технологии модульная конструкция допускает и облегчает замену модульных блоков и узлов на новые и более эффективные. Сказанное относится также к ситуации, в которой энергия, поставляемая буровой скважиной, уменьшается, поскольку геотермальные блоки можно легко транспортировать, а их размеры согласованы со стандартными транспортными контейнерами. Такое дополнительное управление рисками, заложенное в геотермальные энергетические проекты, существенно повышает инвестиционную привлекательность.

Краткое описание чертежей

Изобретение проиллюстрировано несколькими чертежами, где на фиг.1 представлены компоненты единичного геотермального контейнерного блока,

на фиг.2 представлено несколько геотермальных блоков, образующих геотермальную энергосистему,

на фиг.3а представлен план обычной геотермальной электростанции,

на фиг.3b представлен план энергосистемы по изобретению,

фиг.4 иллюстрирует необходимость начала работы по обычному геотермальному энергетическому проекту на 6 лет раньше, чем по геотермальной энергосистеме по изобретению (при их одновременном завершении),

фиг.5 иллюстрирует более раннее начало возврата средств на геотермальную энергосистему по изобретению по сравнению с обычной геотермальной электростанцией.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показана геотермальная электростанция по настоящему изобретению, точнее - ее геотермальный контейнерный блок. Более конкретно, фиг.1 иллюстрирует содержимое геотермальных контейнерных блоков станции, в число которых входят: блок 1 обработки пара (содержащий сепаратор пара и влаги для систем на парогидротермах и испаритель для систем с бинарным циклом), функционально сопряженный с турбогенераторным блоком 2, а также конденсирующий блок 3 и охлаждающая башня 4.

Каждый компонент геотермальной электростанции по изобретению может содержать элементы, соответствующие известному уровню техники, но при объединении они обеспечивают неожиданный технический и экономический эффекты. Однако предпочтительно использовать новые и улучшенные технологии или, по мере дальнейшего технологического развития, заменять устаревшие технологии.

На фиг.2 представлен план, более подробно иллюстрирующий, каким образом из нескольких контейнерных блоков собирают геотермальную энергосистему по изобретению.

Фиг.3a иллюстрирует устройство обычной, централизованной геотермальной электростанции и принцип ее соединения с окружающими буровыми скважинами, каждая из которых находится на расстоянии не более 2 км. Указанное соединение выполнено в виде трубопроводов, проложенных по поверхности земли.

Фиг.3b иллюстрирует план расположения геотермальной энергосистемы по изобретению, использующей известные компоненты и представляющей собой сеть геотермальных контейнерных блоков, распределенных по большей площади.

На фиг.4 представлены графики реализации проектов обычной геотермальной электростанции и геотермальной энергосистемы по изобретению, иллюстрирующие шестилетнее опережение в отношении начала эксплуатации и поступления выручки.

На фиг.5 представлен размер дохода (соответствующий участку между линиями 1 и 2), который согласно изобретению может быть получен с опережением по сравнению с доходом для обычной геотермальной станции. В данном расчете указанный участок отвечает энергии 1500 ГВтч, что при средних европейских спотовых ценах на энергию за 2008 г. (65 евро/МВтч) означает обеспечиваемый изобретением доход, равный 97,5 млн евро. Однако при использовании цен на электричество в Германии на данный момент для возобновляемой энергии увеличение дохода составит 300 млн евро. Такая сумма окупит все наземные инвестиции на завершенном с опережением начальном периоде, соответствующие в варианте по фиг.5 созданию 10 геотермальных блоков.

1. Геотермальная электростанция, отличающаяся тем, что содержит блоки, которым придан модульный характер и которые выполнены с возможностью установки в один контейнер с образованием геотермального контейнерного блока, причем для геотермальных контейнерных блоков выбраны размеры, позволяющие получать геотермальную энергию, по меньшей мере, из одной буровой скважины, каждый геотермальный контейнерный блок снабжен средствами для электрического подключения к другим геотермальным контейнерным блокам, а также к электрической сети с формированием геотермальной энергосистемы в сетевой конфигурации, обеспечивающей балансирование нагрузки и резервирование.

2. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что содержит блок обработки пара/рассола, функционально сопряженный с турбогенераторным блоком, функционально сопряженным с блоком конденсации пара, функционально сопряженным с блоком охлаждающей башни.

3. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что содержит несколько геотермальных контейнерных блоков, каждый из которых помещен над стволом скважины, из которой извлекается геотермальная энергия, или на небольшом удалении от нее.

4. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что включена в одноранговую сеть, включающую оператора геотермальной электростанции, оператора силовой электрической сети, продавцов и энергетическую компанию.

Изобретение относится к энергетике и в частности к способам и устройствам для преобразования энергии потока сплошной среды в механическую энергию. .

Гидрогеоэнергостанция (варианты) // 2376495

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам для получения одновременно и тепла и электроэнергии, образующихся иначе, чем в результате сжигания топлива.

Скважинная гидроэлектростанция // 2373431

Тепловой двигатель // 2367818

Изобретение относится к теплоэнергетике, использующей, в частности, лучистую энергию Солнца, и может быть использовано для привода различных машин, в том числе транспортных средств, перемещающихся по суше или по воде.

Способ получения механической энергии и аккумулятор-преобразователь давления синхронизированный // 2362049

Изобретение относится к горной промышленности, а конкретно к геофизическим исследованиям и работам, буровым и ремонтным работам в скважинах, а также работам в средах с повышенным гидростатическим давлением для преобразования этого давления в механическую энергию.

Электрическая машина для энергоустановки с потоком среды через трубу // 2320889

Изобретение относится к области энергетики, в частности к электрическим машинам для энергоустановок с потоком среды через трубу. .

Энергосистема // 2309292

Автономное электрогенерирующее устройство // 2301355

Изобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для производства электроэнергии с использованием нетрадиционных возобновляемых источников, а именно потока воздуха, возникающего в результате естественной разности давления воздуха над поверхностью земли и на высоте.

Устройство для получения электроэнергии // 2293876

Способ получения электроэнергии // 2271465

Изобретение относится к области разработки месторождений углеводородов и создания электроэнергии с использованием природных факторов. .

Способ производства электроэнергии путем изменения плотности жидкости, система и устройство для его реализации // 2519542

Изобретение относится к способам и системам производства электроэнергии, в частности, основанным на использовании газа для изменения плотности жидкостей. Устройство для производства электроэнергии содержит первый объект для помещения его в жидкость заданной плотности, генератор энергии, инжектор жидкости малой плотности. Генератор энергии соединен с первым объектом и спроектирован для производства энергии посредством смещения первого объекта. Инжектор жидкости малой плотности соединен с жидкостью. Этот инжектор вводит жидкость малой плотности в жидкость с целью понижения ее плотности до конечной плотности. Конечная плотность меньше, чем плотность объекта. При этом этот инжектор вызывает, таким образом, зависимое от плавучести смещение объекта для производства энергии энергетическим генератором. Техническим результатом является получение востребованного метода производства энергии, который минимизирует недостатки и сохраняет преимущества известных методов. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ преобразования тепловой энергии в полезную работу // 2548708

Способ преобразования тепловой энергии в полезную работу. В двух роторных двигателях применяемые в качестве рабочего тела жидкости не замерзают в земных климатических условиях, имеют низкую температуру кипения и под воздействием источников тепла или нагревателей, работающих за счет теплообмена с требующими охлаждения промышленными технологиями, позволяют осуществлять последовательно чередующийся переход рабочего тела из одного фазового состояния в другое. В герметично замкнутом и термически изолированном контуре идёт процесс преобразования тепловой энергии в полезную механическую работу с помощью бесклапанного вращающегося газораспределительного барабана. Барабан поочередно направляет образующийся в парогенераторе пар высокого давления в соответствующие рабочие секции применяемых винтового или зубчатого двух роторных двигателей, где за счет расширения пар совершает полезную работу и охлаждается. Устройство конденсации использует естественную низкую температуру высоких слоев атмосферы или холодные климатические условия окружающей среды. Сконденсированное рабочее тело возвращается в парогенератор для повторного использования. В результате предложенных решений огромное количество не используемой ранее тепловой энергии одновременно обеспечивает низкотемпературным холодом большие городские холодильники без сжигания углеводородного топлива. 1 ил.

Способ приведения в движение тел при помощи эффекта казимира и/или его аналогов // 2610018

Изобретение относится к способам приведения в движение тел в различных средах, в т.ч. в космосе. В способе применены базовые устройства (БУ) с внутренними отражающими поверхностями пирамидальной или конической формы. В результате разницы в воздействии виртуальных частиц (фотонов) на внешние и указанные внутренние поверхности БУ ожидается появление движущей силы (благодаря эффекту Казимира). Данные БУ могут объединяться в сборки, располагаемые и ориентируемые в пространстве так, чтобы создавать как поступательное, так и вращательное движения тел. Технический результат изобретения направлен на создание вариантов универсального движителя простой конструкции, основанного на эффекте Казимира. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Устройство и способ выработки электроэнергии посредством ограниченного давлением осмоса (варианты) // 2613768

Группа изобретений относится к области выработки экологически чистой электроэнергии по технологии ограниченного давлением осмоса в замкнутом контуре посредством последовательности с периодической загрузкой или посредством непрерывной последовательности с использованием двух секций. Одна из секций представляет собой вышедший из взаимодействия боковой трубопровод, в котором происходит замена разбавленного концентрата с высокой минерализацией на свежий раствор. Другая секция представляет собой устройство с замкнутым контуром с тремя соединенными параллельно модулями, куда непрерывно поступает раствор с низкой минерализацией и где часть разбавленного концентрата с высокой минерализацией претерпевает рециркуляцию через модули. Другая часть использована для выработки электроэнергии посредством турбины и трех электрогенераторов. Периодическое подключение бокового трубопровода с раствором с высокой минерализацией и замкнутый контур дают возможность замены сжатого разбавленного концентрата с высокой минерализацией на свежий раствор без остановки процесса выработки электроэнергии. Группа изобретений направлена на обеспечение выработки электроэнергии посредством ограниченного давлением осмоса. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 15 ил.

Установка для преобразования низкопотенциального геотермального тепла в электричество // 2618714

Изобретение относится к энергетике. Установка для преобразования низкопотенциального геотермального тепла в электричество содержит вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании, водосборный бассейн, ветровое колесо, соединенное с электрогенератором. Снаружи башни на кольцевом основании расположены водораспределительная система и наклонные плоскости оросителя, сверху закрытые крышей, установленной над воздуховходными окнами. Водораспределительная система выполнена в виде кольцевой трубы с патрубками, расположенными внизу у наклонных плоскостей, при этом на них установлены разбрызгиватели воды, направленные так, чтобы капли воды падали сверху на наклонные плоскости оросителя. Пространство между кольцевым основанием и крышей образует область теплообмена между развитой поверхностью теплой воды и потоком наружного воздуха. В установку вводятся соединенные горизонтальной перемычкой две скважины, при этом верхний конец одной из них через вспомогательный насос соединен с кольцевой трубой водораспределительной системы, а верхний конец другой скважины через вентиль соединен с водосборным бассейном, а через насос соединен с источником пресной воды. Введенные в установку элементы расширяют область ее применения. 2 ил.

Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию // 2621440

Изобретение относится к области превращения геотермальной энергии в электрическую энергию, когда источником тепловой энергии являются постмагматические тепловые поля. Устройство включает скважину с обсадной трубой, нижняя часть которой закрыта крышкой и является паровым котлом, который входным и выходным трубопроводами, оснащенными обратными клапанами давления, соединен с паровой турбиной, которая кинематически связана с электромашинным генератором тока. Открытый торец выходного трубопровода осесимметричен обсадной трубе, через крышку парового котла опускается до дна котла, образуя одноконтурное внутреннее пространство, а регулятор подачи рабочей жидкости установлен на входном трубопроводе и обеспечивает подачу такого количества рабочей жидкости, чтобы в нижнюю часть парового котла рабочая жидкость не поступала и она служила как перегреватель пара. Изобретение позволяет осуществить превращение геотермальной энергии в электрическую энергию независимо от наличия подземных водных источников. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ получения электроэнергии при эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин // 2623318

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения электроэнергии при эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин. Сущность изобретения заключается в том, что в эксплуатационную колонну нагнетательной или добывающей скважины на уровень, находящийся ниже статического уровня жидкости, на подвеске спускают гидродвигатель и соединенный с ним валом электрогенератор, при этом кольцевое пространство между корпусами гидродвигателя и электрогенератора, и эксплуатационной колонной перекрывают пакером. При повышении или понижении уровня в скважине с помощью закачки или отбора жидкости из скважины, за счет того, что динамический уровень всегда стремится к статическому, жидкость будет приводить в движение гидродвигатель и электрогенератор, с выработкой электроэнергии, передаваемой по электрокабелю на устье скважины. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.