Геотермальная электростанция

Изобретение относится к геотермальной электростанции. Электростанция включает скважину нагнетания 2 и снабжена компрессором 25, установленным после охладителя 9 перед конденсатором 26, выполненным с возможностью передачи теплоты сетевому теплоносителю 27, сетевым насосом 22, обеспечивающим циркуляцию теплоносителя 27 для передачи теплоты от хладагента и сепарата 14 в блок потребителей теплоты 20, теплоутилизатором 30, обеспечивающим передачу теплоты от сепарата 14 теплоносителю 27 для применения в блоке 20, блоком дегазации 21 для удаления неконденсируемых газов из сконденсировавшегося в испарителе 15 водяного пара и охлажденного в теплоутилизаторе 30, шламоотделителем 16, установленным перед сепаратором 13, обеспечивающим выделение взвесей из геотермального флюида и устраняющим потери теплоты с сепарата 14, сбрасываемого в скважину 2, и при охлаждении хладагента 23 в бинарном цикле, дросселем 28, установленным после конденсатора 26, использующим теплоту нагрева хладагента теплонасосного цикла 18 за счет охлаждения хладагента 23, и регулирующими задвижками 29. Насос 2 выполнен с возможностью закачивания охлажденного сепарата 14 и сконцентрированного водяного пара в скважину 2. Изобретение направлено на обеспечение полезного использования теплоты сепарата и теплоты при воздушном охлаждении хладагента. 1 ил.

 

Изобретение относится к области применения возобновляемых геотермальных источников теплоты для выработки электрической энергии. Оно может быть использовано для электроснабжения и теплоснабжения отдаленных районов электрической и тепловой энергией.

Известна геотермальная электростанция, имеющая пароводяной и бинарный циклы и содержащая в их составе скважину добычи, скважину нагнетания, насос нагнетания, насос циркуляции, турбину пароводяного цикла, турбину бинарного цикла, электрогенераторы пароводяного и бинарного циклов, пароперегреватель, охладитель хладагента, ресивер, сепаратор, испаритель (описание патента RU 44761 U1 геотермальная электростанция).

Недостатки известной геотермальной электростанции:

1. Потери теплоты с сепаратом, сбрасываемым в скважину нагнетания.

2. Потери теплоты при воздушном охлаждении хладагента в бинарном цикле.

Техническая проблема заключается в устранении недостатков известной геотермальной электростанции и достижении положительного технического результата по утилизации и полезному использованию теплоты сепарата, который сбрасывается в скважину нагнетания и теплоты при воздушном охлаждении хладагента.

Технический результат достигается тем, что геотермальная электростанция, имеющая пароводяной и бинарный циклы и содержащая в их составе скважину добычи, скважину нагнетания, насос нагнетания, насос циркуляции, турбину пароводяного цикла, турбину бинарного цикла, электрогенераторы пароводяного и бинарного циклов, пароперегреватель, охладитель хладагента, ресивер, сепаратор, испаритель, согласно изобретению, снабжена компрессором, установленным после охладителя перед конденсатором, выполненным с возможностью передачи теплоты сетевому теплоносителю, сетевым насосом, обеспечивающим циркуляцию сетевого теплоносителя для передачи теплоты от хладагента и сепарата в блок потребителей теплоты, теплоутилизатором, обеспечивающим передачу теплоты от сепарата сетевому теплоносителю для применения в блоке потребителей теплоты, блоком дегазации для удаления неконденсируемых газов из сконденсировавшегося в испарителе водяного пара и охлажденного в теплоутилизаторе сепарата, шламоотделителем, установленным перед сепаратором, обеспечивающим выделение взвесей из геотермального флюида и устраняющим потери теплоты с сепарата, сбрасываемого в скважину нагнетания, и при охлаждении хладагента в бинарном цикле, дросселем, установленным после конденсатора, использующий теплоту нагрева хладогента теплонасосного цикла за счет охлаждения хладагента бинарного цикла, и регулирующими задвижками, расположенными после блока потребителей теплоты и теплоутилизатора, при этом насос нагнетания выполнен с возможностью закачивания охлажденного сепарата и сконцентрированного водяного пара в скважину нагнетания.

На чертеже приведена схема заявляемой геотермальной электростанции, на которой элементы и узлы обозначены следующими позициями:

1 - скважина добычи;

2 - скважина нагнетания;

3 - насос нагнетания;

4 - насос циркуляции;

5 - турбина пароводяного цикла;

6 - турбина бинарного цикла;

7 - электрогенераторы пароводяного и бинарного циклов;

8 - пароперегреватель;

9 - охладитель хладагента;

10 - ресивер;

11 - геотермальный теплоноситель;

12 - водяной пар;

13 - сепаратор;

14 - сепарат;

15 - испаритель;

16 - щламоотделитель;

17 - шлам;

18 - хладагент теплонасосного цикла;

19 - геотермальный флюид;

20 - блок потребителей теплоты;

21 - блок дегазации;

22 - сетевой насос;

23 - хладагент бинарного цикла;

24 - водяной пар после турбины;

25 - компрессор;

26 - конденсатор;

27 - сетевой теплоноситель;

28 - дроссель;

29 - регулирующие задвижки;

30 - теплоутилизатор.

В составе заявляемого изобретения имеются четыре технологически взаимосвязанных функциональных контура.

Первый контур пароводяного цикла, включающий сепаратор 13, паровую турбину 5 с электрогенератором 7, испаритель 15, использует теплоту водяного пара 12 и далее остаточную теплоту водяного пара 24 после турбины.

Второй контур бинарного цикла, включающий турбину 6 с электрогенератором 7, охладитель хладагента 9, ресивер 10, насос циркуляции 4, испаритель 15, пароперегреватель 8, использующий теплоту нагрева хладагента 23 в пароперегревателе 8 и в испарителе 15 за счет охлаждения сепарата 14 и водяного пара 24 после турбины 5.

Третий контур теплонасосного цикла, включающий охладитель хладагента 9, компрессор 25, конденсатор 26, дроссель 28, полезно использующий теплоту нагрева хладагента 18 за счет охлаждения хладагента 23, является отличительным признаком заявляемого изобретения, обеспечивающим получение положительного технического результата по устранению потери теплоты при воздушном охлаждении хладагента в бинарном цикле.

Четвертый контур теплосетевого цикла, включающий конденсатор 26, сетевой насос 22, блок потребителей теплоты 20, регулирующие задвижки 29, теплоутилизатор 30, полезно использующий теплоту нагрева сетевого теплоносителя 27, в качестве которого предпочтительна перегретая вода, за счет охлаждения сепарата в теплоутилизаторе 30 и хладагента 18 в конденсаторе 26, является отличительным признаком заявляемого изобретения, обеспечивающим получение положительного технического результата по устранению потери теплоты с сепаратом 14, сбрасываемым в скважину нагнетания 2, и устранению потери от воздушного охлаждения хладагента 23.

Назначение и взаимодействие элементов и узлов следующее.

Скважина добычи 1 служит для подъема высоко нагретой пароводяной смеси, которая также называется геотермальным флюидом 19, из глубоких земных слоев для полезного использования теплоты флюида.

Скважина нагнетания 2 предназначена для сбора и закачивания с помощью насоса нагнетания 3 охлажденного сепарата 14 и сконденсировавшегося водяного пара 24 в глубокие земные слои для последующего нагрева.

Насос циркуляции 4 служит для обеспечения движения хладагента 23 бинарного цикла.

Турбина пароводяного цикла 5 предназначена превращения потенциальной энергии перегретого водяного пара в механическую энергию с передачей вращательного движения вала на электрогенератор 7 для получения электроэнергии.

Турбина бинарного цикла 6, соединенная с электрогенератором 7, используется для получения электроэнергии от расширения нагретого хладагента бинарного цикла 23.

С помощью пароперегревателя 8 происходит передача теплоты от сепарата 14 к хладагенту бинарного цикла 23.

Охладитель 9 служит для передачи теплоты от хладагента 23 бинарного цикла к хладагенту 18 теплонасосного цикла.

Ресивер 10 предназначен для промежуточного хранения сконденсировавшегося в охладителе 9 жидкого хладагента 23 бинарного цикла.

Геотермальный теплоноситель 11, представляющий собой водяную парожидкостную среду, от которой в шламоотделителе 16 отделен шлам 17, служит для получения из него перегретого водяного пара 12.

Перегретый водяной пар 12 является рабочим телом для расширения в турбине 5.

Сепаратор 13 служит для отделения водяного пара 12 от жидкого водяного сепарата 14.

Испаритель 15 предназначен для превращения жидкого хладагента 23 в перегретый пар за счет подвода теплоты от водяного пара 24, который отработал в турбине 5.

Шламоотделитель 16 служит для выделения песчаных, глинистых и других взвесей из геотермального флюида 19 и перевода их шлам 17, который направляется в отвалы (на фиг. 1 отвалы не показаны). Наличие шламоотделителя 16 является отличительным признаком заявляемой геотермальной электростанции, позволяющим достигнуть положительного технического результата по устранению потерь теплоты с сепаратом 14, сбрасываемым в скважину нагнетания и потерь теплоты при охлаждении хладагента 23 в бинарном цикле.

В известной геотермальной электростанции шламоотделитель отсутствует и загрязняющие коллоидно-твердые взвеси геотермального флюида 19 осаждаются на теплопередающих поверхностях сепаратора 13 и пароперегревателя 8, уменьшая при этом коэффициент теплопередачи и повышая температуру сепарата 14 непосредственно при сбросе в скважину нагнетания 2, что является потерей теплоты, которая в заявляемом изобретении полезно используется.

По сравнению с известной геотермальной электростанцией с двумя контурами: пароводяным и бинарным, дополнительное применение шламоотделителя 16, являющегося в заявляемом изобретении отличительным техническим признаком, позволяет обеспечить функционирование еще двух дополнительных контуров: теплонасосного и теплосетевого, которые в совокупности дают возможность достижения положительного технического результата по увеличению полезного использования теплоты геотермального флюида 19, так как коллоидно-твердые взвеси из геотермального флюида удаляются в шлам 17, сепарат 14 становится очищенным, загрязнения поверхностей нагрева не происходит, что дает возможность применить теплоутилизатор 30 для глубокого охлаждения сепарата 14.

Хладагент 18 теплонасосного цикла служит для передачи теплоты от паров хладагента 23 после турбины 6 нагреваемому в конденсаторе 26 сетевому теплоносителю 27.

Наличие хладагента 18 является отличительны признаком заявляемого изобретения, позволяющим достигнуть положительного технического результата по устранению потерь теплоты при охлаждении хладагента в бинарном цикле, которое в известной геотермальной электростанции, производится за счет атмосферного воздуха и тепло бесполезно рассеивается в атмосфере.

Блок потребителей теплоты 20 предназначен для передачи теплоты, полезно воспринятой сетевым теплоносителем 27 в конденсаторе 26 и в теплоутилизаторе 30, промышленным и хозяйственно-бытовым потребителям для технологических, отопительных целей, горячего водоснабжения и является отличительным признаком заявляемого изобретения, позволяющим достигнуть положительного технического результата по увеличению полезного использования теплоты геотермального флюида 19.

Блок дегазации 21 служит для удаления неконденсируемых газов из сконденсировавшегося в испарителе 15 водяного пара и охлажденного в теплоутилизаторе 30 сепарата, Дегазация позволяет получить однофазную жидкую среду, в которой не возникают кавитационные режимы течения на входе в насос нагнетания 3 и вследствие этого улучшается теплообмен в испарителе 15, пароперегревателе 8 и теплоутилизаторе 30, происходит более интенсивный теплоотвод от сепарата 14 в теплоутилизаторе 30 с передачей утилизируемой теплоты для полезного использования потребителям в блоке 20.

Наличие блока дегазации 21 в заявляемом изобретении является отличительным признаком, позволяющим достигнуть положительного технического результата по увеличению полезного использования теплоты геотермального флюида 19.

Сетевой насос 22 обеспечивает циркуляцию сетевого теплоносителя 27 для передачи теплоты от хладагента 18 и сепарата 14 в блок потребителей теплоты 20. Наличие сетевого насоса 22 является отличительным признаком заявляемого изобретения, обеспечивающим получение положительного технического результата.

Компрессор 25 служит для сжатия паров хладагента 18 после охладителя 9 и нагнетания их в нагретом виде в конденсатор 26, который предназначен для передачи теплоты сетевому теплоносителю 27.

В конденсаторе 26 происходит конденсация паров хладагента 18, который в жидком виде поступает в дроссель 28, служащий для дозированной подачи жидкого хладагента 18 в охладитель 9.

Регулирующие задвижки 29 предназначены для настройки и выбора оптимальных режимов теплонасосного контура и теплосетевого контура для утилизации теплоты от хладагента бинарного цикла и сепарата пароводяного цикла.

Теплоутилизатор 30 служит для передачи теплоты от сепарата 14 сетевому теплоносителю 27 для полезного применения в блоке 20.

Наличие компрессора 25, конденсатора 26, дросселя 28, задвижек 29 и теплоутилизатора 30 является отличительным признаком заявляемого изобретения, обеспечивающим получение положительного технического результата.

Заявляемая геотермальная электростанция работает следующим образом.

Геотермальный высокотемпературный флюид 19, поступающий под давлением из скважины добычи 1, очищается в шламоотделителе 16 от шлама 17 и в виде геотермального теплоносителя 11 подается в сепаратор 13, в котором происходит его разделение на водяной пар 12 в количестве около 26% (по массе) и сепарат 14 в количестве 74%.

Процесс очистки флюида 19 в шламоотделителе 16 от шлама 17 является отличительным технологическим признаком заявляемого изобретения, обеспечивающим достижение положительного технического результата по повышению полезного использованию теплоты флюида 19.

Сепарат 14 подается в пароперегреватель 8 для перегрева паров хладагента контура бинарного цикла, а затем в теплоутилизатор 30 для нагрева сетевого теплоносителя 27, после которого в блоке дегазации 21 происходит удаление неконденсируемых газов и последующее сбрасывание холодного сепарата насосом 3 в скважину нагнетания 2.

Из сепаратора водяной пар 12 поступает на турбину 5, в которой происходит его расширение со снижением энтальпии, а получаемая при этом механическая энергия вращения вала передается на электрогенератор 7 для выработки электроэнергии.

После турбины 5 водяной пар 12 поступает в испаритель 15, в котором конденсируется и отдает тепло на испарение низкокипящего рабочего агента - изобутана (СН3)3СН циркулирующего во втором бинарном контуре.

Конденсат водяного пара из испарителя 15 подается в дегазатор 21 и после него в смеси с сепаратом транспортируется насосом 3 в скважину 2.

Пары хладагента, образующиеся в испарителе 15 направляются пароперегреватель 8 и после их перегрева поступают в турбину 6, где происходит их расширение с получением механической энергии вращения вала и передачей этой энергии на электрогенератор 7 для выработки электроэнергии.

После турбины 6 пары хладагента конденсируются в охладителе 9 со сбором конденсата в ресивере 10 и затем насосом 4 конденсат подается в испаритель 15, в котором происходит нагрев хладагента с образованием паров, подаваемых в пароперегреватель 8.

В охладителе 9 теплота хладагента бинарного цикла передается жидкому хладагенту теплонасосного цикла 18, пары которого компрессором 25 нагнетаются в конденсатор 26 для нагрева сетевого теплоносителя 27 и последующего транспортирования его насосом 22 в блок потребителей 20 для полезного использования теплоты.

Охлажденный сетевой теплоноситель из блока 20 поступает в теплоутилизатор 30 для первичного подогрева за счет отбора теплоты от сепарата 14, выходящего из пароперегревателя 8. Первично подогретый сетевой теплоноситель из теплоутилизатора 30 направляется в конденсатор 26 для окончательного нагрева.

Геотермальная электростанция, имеющая пароводяной и бинарный циклы и содержащая в их составе скважину добычи, скважину нагнетания, насос нагнетания, насос циркуляции, турбину пароводяного цикла, турбину бинарного цикла, электрогенераторы пароводяного и бинарного циклов, пароперегреватель, охладитель хладагента, ресивер, сепаратор, испаритель, отличающаяся тем, что она снабжена компрессором, установленным после охладителя перед конденсатором, выполненным с возможностью передачи теплоты сетевому теплоносителю, сетевым насосом, обеспечивающим циркуляцию сетевого теплоносителя для передачи теплоты от хладагента и сепарата в блок потребителей теплоты, теплоутилизатором, обеспечивающим передачу теплоты от сепарата сетевому теплоносителю для применения в блоке потребителей теплоты, блоком дегазации для удаления неконденсируемых газов из сконденсировавшегося в испарителе водяного пара и охлажденного в теплоутилизаторе сепарата, шламоотделителем, установленным перед сепаратором, обеспечивающим выделение взвесей из геотермального флюида и устраняющим потери теплоты с сепарата, сбрасываемого в скважину нагнетания, и при охлаждении хладагента в бинарном цикле, дросселем, установленным после конденсатора, использующим теплоту нагрева хладагента теплонасосного цикла за счет охлаждения хладагента бинарного цикла, и регулирующими задвижками, расположенными после блока потребителей теплоты и теплоутилизатора, при этом насос нагнетания выполнен с возможностью закачивания охлажденного сепарата и сконцентрированного водяного пара в скважину нагнетания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам отопления и горячего водоснабжения жилых, служебных и производственных помещений, а также получения электрической энергии за счет - в основном - низкопотенциального теплового ресурса термальных источников. Модульный энергоблок включает тепломеханический преобразователь, в котором тонкостенная труба является одновременно его приводным валом, передающим через мультипликатор вращение электрогенератору.

Объектом изобретения является автономное устройство (10) накопления и высвобождения энергии для питания электрического прибора (12), в частности электрического прибора (12) летательного аппарата, отличающееся тем, что содержит: первое средство (16), выполненное с возможностью преобразования изменения окружающего давления (Р), действию которого подвергается устройство (10), в механическую энергию, по меньшей мере одно второе средство (20, 22), выполненное с возможностью механического накопления упомянутой механической энергии путем ее преобразования в виде потенциальной механической энергии, третье запускающее средство (24), выполненное с возможностью управления высвобождением потенциальной механической энергии, содержащейся в упомянутом по меньшей мере одном втором средстве (20, 22), путем ее преобразования в виде воспроизведенной механической энергии, четвертое средство (28), выполненное с возможностью преобразования воспроизведенной механической энергии в электрическую энергию с целью питания упомянутого электрического прибора (12).

Настоящее изобретение относится к установкам и способам генерирования электроэнергии, в которых используется течение пара между двумя или многими массивами жидкостей, имеющими различные давления пара. Электроэнергия вырабатывается в результате течения пара от массива жидкости, имеющей более высокое давление пара, к массиву жидкости, имеющей более низкое давление пара.

Гелиопневмоэнергетическая станция относится к области малой энергетики и может использоваться на садово-огородных участках; на отдельно расположенных территориях проживания и деятельности. Гелиопневмоэнергетическая станция содержит котлован со стенками и полом и воздушным резервуаром, который нагревается солнечной энергией, и пневмодвигатель, приводимый в движение нагретым рабочим телом для выработки электрической энергии.

Изобретение относится к устройствам, атмосферным установкам, для преобразования энергии воздушного потока, также относится к области электроэнергетики и предназначено для производства электроэнергии с использованием нетрадиционных возобновляемых источников. Результат достигается заявленной атмосферной установкой, включающей общий корпус, в верхней части которого внутри встроена турбина с электрогенератором, причем общий корпус выполнен сквозным с торцов, в нижней части которого встроен электрический нагреватель подключенный, как и электрогенератор, к блоку управления, кроме того, в общем сквозном корпусе установлены датчики потока, давления и температуры, подключенные к блоку управления, при этом под нижней частью общего сквозного корпуса дополнительно установлен пассивный тепловой аккумулятор, причем в боковые части общего сквозного корпуса встроены верхние отверстия дополнительных боковых сквозных корпусов, так что каждый дополнительный боковой сквозной корпус содержит в нижней своей части встроенный электрический нагреватель, подключенный к блоку управления, а сам блок управления подключен к накопителю электроэнергии и к установленным в нижнюю часть каждого бокового сквозного корпуса датчикам температуры и потока и к диафрагме, выполненной с возможностью регулировки объема поступающего воздуха в свой боковой сквозной корпус с нижней стороны и потом в общий сквозной корпус, кроме того, блок управления подключен к установленной в нижнюю часть общего сквозного корпуса диафрагме, выполненной с возможностью регулировки объема поступающего воздуха в общий сквозной корпус с нижней стороны.

Изобретение относится к гидроэлектростанции для арктических широт. Гидроэлектростанция содержит охладитель-радиатор 1 с хладагентом 2, сообщающийся с испарителем-радиатором 3 трубопроводами 4 и 5.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к системам отопления и горячего водоснабжения жилых, служебных и производственных помещений, а также получения электрической энергии за счет - в основном - низкопотенциального теплового ресурса термальных источников. Модульный энергоблок включает тепломеханический преобразователь, в котором тонкостенная труба является одновременно его приводным валом, передающим через мультипликатор вращение электрогенератору.
Наверх