установка для использования геотермальной энергии низкотемпературных подземных горных пород

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.