ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ, РАБОТАЮЩАЯ НА КИПЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к геотермальной энергетике и может быть использовано для выработки электрической энергии из тепловой энергии грунта всех видов геотермальных источников.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Аналога или прототипа по предлагаемому в изобретении геотермальной электрической станции, работающая на кипящей жидкости (ГеоЭС) не найдено, так как до настоящего времени научные исследования [1], работы по разработке изобретений [2...4] и проектированию геотермальной электрической станции, использующего геотермальную энергию кипящей жидкости прямым способом не проводились [5, 6].

Наиболее близким по принципу работы к предлагаемому в изобретении ГеоЭС являются бинарные геотермальные электрические станции (БГеоЭС) вырабатывающие электрическую энергию из геотермальной энергии пара низкокипящей жидкости. Они состоят из добывающей скважины, подающего насоса, испарителя, турбины, электрического генератора, конденсатора, насоса, регенеративного теплообменника, нагнетательного насоса и нагнетательной скважины.

В БГ еоЭС жидкость и пар кипящей жидкости циркулирует по замкнутому контуру «испаритель - турбина - конденсатор - насос - регенеративный теплообменник - испаритель». В БГеоЭС съем тепловой энергии грунта геотермального источника осуществляется с помощью геотермальной жидкости (горячей воды или рассола), которая выкачивается с помощью подающего насоса из добывающей скважины и подается в испаритель. Здесь она отдает свое геотермальную энергию к пару низкокипящей жидкости. Как показывает опыт, температура геотермальной жидкости поступающая в испаритель БГеоЭС значительно ниже температуры грунта геотермального источника. Например, в БГеоЭС Hatch Geothermal Power Plant г.Термо при средней температуре грунта недр источника 126°С, геотермальная жидкость поступает в испаритель с температурой 80°С. Большая разница их температур в 46°С показывает низкую эффективность съема геотермальной жидкостью тепловой энергии грунта [6].

Геотермальная жидкость после испарителя поступает в регенеративный теплообменник БГеоЭС для подогрева пара низкокипящей жидкости. Затем нагнетательный насос через нагнетательную скважину закачивает её обратно в недра геотермального источника. При этом накопленная геотермальная энергия геотермальной жидкости полностью не используется. Например, поступающая из подающей скважины геотермальная жидкость имеет температуру 150°С, а обратно в нагнетательную скважину закачивается с температурой 63°С [5].

Анализ технологического процесса БГеоЭС показывает, что в них эффективность использования потенциала тепловой энергии грунта геотермального источника очень низок. Это связано с низкой интенсивностью съема тепловой энергии грунта геотермальной жидкостью и неполным использованием геотермальной энергии геотермальной жидкости.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу изобретения поставлена задача создания геотермальной станции нового типа - геотермальной электрической станции, работающая на кипящей жидкости, снимающая паром кипящей жидкости тепловую энергию геотермального источника без контакта с грунтом и вырабатывающая электрическую энергию используя прямым способом, геотермальную энергию пара кипящей жидкости

Она в отличии от БГеоЭС может работать не только на низкокипящей жидкости, но и средне- и высококипящей жидкостях. Вид выбранной жидкости зависит от температурного режима грунта геотермального источника.

Конструкция ГеоЭС значительно отличается от конструкции БГеоЭС. В нем отсутствует ' подающий и нагнетательный насосы геотермальной жидкости, регенеративный теплообменник и нагнетательная скважина. [1...6].

В Г еоЭС пар и жидкость кипящей жидкости циркулирует по замкнутому контуру «испаритель - турбина -конденсатор - насос - испаритель».

Предлагаемая конструкция ГеоЭС позволяет:

- интенсивно снимать паром кипящей жидкости тепловую энергию геотермального источника без контакта с грунтом и эффективно использовать геотермальную энергию пара кипящей жидкости;

- используя прямым способом геотермальную энергию пара кипящей жидкости вырабатывать экологически чистое электрическую энергию независимо от наличия или отсутствия в геотермальном источнике пара воды, пароводяной смеси или рассолы, от их состава, объема и дебета;

- исключить различные факторы риска освоения месторождения геотермальных источников, наблюдаемых в современной геотермальной энергетике (низкая температура грунта от ожидаемого значения, загрязненность ядовитыми веществами пара воды, пароводяной смеси или рассолы и другие).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1. Устройство и прицип работы ГеоЭС. На фиг.2. Устройство испарителя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее настоящее изобретение описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, иллюстрирующий вариант осуществления.

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГеоЭС состоит из испарителя I, возвратной 2 и подводной 4 труб, турбины 8, электрического генератора 9, соединительных 10 и 12 труб, конденсатора И и насоса 13 (фиг.1).

После установки испарителя I, возвратной 2 и подводной 4 труб в стволе скважины 3, оставщееся её свободная пространство заполняется тампонирующим материалом 5 (фиг.1).

Испаритель I установленный в забое скважины, служить пространством паробразования кипящей жидкости поступающей из возвратной 2 трубы при участии тепловой энергии грунта охватывающего корпус испарителя и силы гравитации кипящей жидкости.

Испаритель состоит из цилиндрического стального корпуса 2 герметично закрытого нижней 1 и верхней 5 крышками, образующих камеру испарителя 3. В верхней крышке 5 имеются отверстия для возвратной трубы 4 с дросселем 8 и подводной 6 трубы и ушко троса 7 для опускания испарителя в забой скважины (фиг.2).

ГеоЭС работает в следующей образом.

Пар кипящей жидкости с температурой ti и давлением pi по подводной трубе 4 поступает в турбину 8 и вращает вал турбины с генератором 9. При этом генератор 9 вырабатывает электрическую энергию, а давление и температура пара кипящей жидкости падает соответственно до ; и t2 (фиг.1). Пар кипящей жидкости поступающая из турбины 8 в конденсатор 11 через соединительную трубу 10 охлаждается. Температура и давление пара кипящей жидкости падает соответственно до рз и Происходит фазовое превращения пара в жидкость (фиг.1 ).

Жидкость от конденсатора 11 по соединительной трубе 12 всасывается насосом 13 и передается в возвратную трубу 2 и течет к испарителю I под воздействием давления р4 и температурой /?. Она в части возвратной трубы 2 находящееся в стволе скважины 3, течет под воздействием давления р4 и дополнительного давления ро создаваемой силой гравитации в кипящей жидкости, увеличивающееся по мере её опускания вниз по возвратной трубе 2. При этом жидкость попутно снимает тепловую энергию грунта. В результате перед выходом жидкости из возвратной трубы 2 в камеру испарителя 1 , её температура и давление увеличивается соотвественно до и

При выходе жидкости из дросселя 8 возвратной трубы 4 в камеру испарителя 3 (фиг.2), её температура и давление падает соответственно до ts и pi. Происходит фазовое превращение жидкости в пар.

В испарителе I происходит теплообмен между паром кипящей жидкости находящееся в камере испарителя 1 и грунтом охватывающей её корпус. В результате которого пар кипящей жидкости нагревается до температуры te, а давление pi не меняется (фиг.1).

Значение давление pi пара кипящей жидкости сохраняется до подачи её в турбину 8. Из-за тепловых потерь в подводной трубе 4 температура пара жидкости у входа в турбины 8 снижается до температуры tj (фиг.1 ).

Для снижения тепловых потерь паром кипящей жидкости в подводной трубе 4, вся её поверхность от испарителя I до турбины 8 покрывается теплоизоляционным покрытием 6 (фиг.1).

Для снижения тепловых потерь жидкости кипящей жидкости в возвратной трубе 2, верхняя часть её поверхности до hi покрывается теплоизоляционным покрытием 7. Значение hi определяется глубиной расположения зоны грунта геотермального источника, температура которой равен температуре 4? жидкости кипящей жидкости в холодные периоды погоды (фиг.1).

Таким образом, предлагаемая в изобретении ГеоЭС позволяет интенсивный съем паром кипящей жидкости тепловую энергию геотермального источника без контакта с грунтом, используя прямым способом геотермальную энергию пара кипящей жидкости вырабатывать экологически чистое электрическую энергию независимо от наличия или отсутствия в геотермальном источнике пара воды, пароводяной смеси или рассолы, от их состава, объема и дебета.

Список литературы

1. office@kstuca.kharkov.ua Редько А. А. Рациональные термодинамические параметры циклов многоступенчатой геотермальной энергетической станции.

2. Патент RU 21 10019С1. Паротурбинная установка для геотермальной электростанции.

3. Патент RU 2330219С1. Геотермальная установка энергоснабжения.

4. Патент RU 2343368С1. Геотермальная энергетическая установка.

5- https://rfc.kegoc.kz/media Предварительный обзор геотермальных ресурсов Казахстана.

6. www.membrana.ru/particle/13739. Передовая геотермальная' электростанция заработала в Юте.