геотермальная установка энергоснабжения потребителей

Формула изобретения

Геотермальная установка энергоснабжения потребителей, содержащая контур съема тепла Земли, включающий циркуляционный насос, подъемную трубу и опускную, расположенную в скважине, и теплообменник, контур испарения и конденсации рабочего тела турбины, содержащий испаритель, насос, конденсатор, входом подключенный к турбине, соединенной с электрогенератором, подключенным к потребителю электроснабжения, контур охлаждения конденсатора с охладителем, теплообменником и насосом, отличающаяся тем, что она снабжена контуром теплоснабжения потребителя, содержащим циркуляционные насосы, запорную, регулирующую и промежуточную задвижки, отводящий и подводящий трубопроводы, при этом подводящий трубопровод подключен к выходу теплообменника контура съема тепла Земли, ко входу потребителя тепловой энергии и выходу запорной задвижки, вход которой соединен с выходом высокопотенциального теплообменника теплового насоса, вход которого подключен к выходу циркуляционного насоса контура теплоснабжения потребителей, входом соединенного с выходом потребителя тепловой энергии, при этом вход высокопотенциального теплообменника теплового насоса соединен с входом регулирующей задвижки, выход которой отводящим трубопроводом подключен к входу циркуляционного насоса и выходу задвижки контура съема тепла Земли, при этом выход циркуляционного насоса указанного контура соединен с опускной трубой, вход низкопотенциального теплообменника теплового насоса соединен с одним концом цепи, образованной последовательно соединенными промежуточной задвижкой и циркуляционным насосом, при этом другой конец этой цепи включен на выходе теплообменника конденсатора контура испарения и конденсации рабочего тела турбины и на входе задвижки контура охлаждения конденсатора, выход которой подключен к входу охладителя, выходом соединенного с выходом низкопотенциального теплообменника теплового насоса и входом циркуляционного насоса контура охлаждения конденсатора, а выход этого насоса подключен ко входу теплообменника конденсатора, выход этого конденсатора включен на входе циркуляционного насоса контура испарения и конденсации рабочего тела турбины, входом соединенного с испарителем этого контура, подъемная труба контура съема тепла Земли расположена внутри герметично закрытой опускной трубы, при этом внешняя поверхность подъемной трубы выполнена теплоизолированной и выходом соединенной входом теплообменника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики в частности к установкам автономного электро- и теплоснабжения на базе глубинного тепла Земли потребителей объектов, где отсутствуют возможности подачи тепловой и электрической энергии от внешней энергосистемы.

Известно устройство, реализующее способ извлечения геотермального тепла (см. пат. RU №2288413, МПК⁷ F24J 3/08, опубликован 27.11.2006), содержащее тепловой насос, потребителя тепла, потребителя холода и скважину с расположенной в ней обсадной трубой, внутри которой устанавливается подъемная труба.

Недостатком этого устройства является то, что устройство не позволяет вырабатывать электрическую энергию, то есть имеет ограниченные функциональные возможности.

Известна паротурбинная установка для геотермальной станции (см. пат. RU №2246010, МПК ⁷ F01К 21/04, опубликован 10.02.2005), которая содержит контур съема тепла Земли, включающий циркуляционный насос, подъемную добычную трубу, расположенную в одной скважине, и опускную нагнетательную трубу, расположенную в другой скважине, и теплообменник испаритель, контур испарения и конденсации рабочего тела турбины, содержащий испаритель, насос, конденсатор, входом подключенный к турбине, соединенной с электрогенератором для подключения к потребителю электроснабжения, контур охлаждения конденсатора с охладителем, теплообменником и насосом, внутрискважинный теплообменник, циркуляционный насос, теплообменник, детандер, подводящий и отводящий трубопровод охладительной воды. Съем глубинного тепла происходит по открытому циклу, добычная и нагнетательная скважины находятся на расстоянии друг от друга.

Недостатком такой установки является то, что она имеет ограниченные функциональные возможности, так как рассчитана на производство только электрической энергии, также установка имеет высокие коррозионные показатели и может работать только при наличии гидротермальных месторождений.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, улучшение технологических характеристик энергетического цикла с учетом изменения режимов нагрузки потребителя.

Эта задача решается тем, что известная геотермальная установка, содержащая контур съема тепла Земли, включающий циркуляционный насос, подъемную трубу и опускную, расположенную в скважине, и теплообменник, контур испарения и конденсации рабочего тела турбины, содержащий испаритель, насос, конденсатор, входом подключенный к турбине, соединенной с электрогенератором, подключенным к потребителю электроснабжения, контур охлаждения конденсатора с охладителем, теплообменником и насосом, она снабжена контуром теплоснабжения потребителя, содержащим циркуляционные насосы, запорную, регулирующую и промежуточную задвижки, отводящий и подводящий трубопроводы, при этом подводящий трубопровод подключен к выходу теплообменника контура съема тепла Земли, ко входу потребителя тепловой энергии и выходу запорной задвижки, вход которой соединен с выходом высокопотенциального теплообменника теплового насоса, вход которого подключен к выходу циркуляционного насоса контура теплоснабжения потребителей, входом соединенным с выходом потребителя тепловой энергии, при этом вход высокопотенциального теплообменника теплового насоса соединен с входом регулирующей задвижки, выход которой отводящим трубопроводом подключен к входу циркуляционного насоса и выходу задвижки контура съема тепла Земли, при этом выход циркуляционного насоса указанного контура соединен с опускной трубой, вход низкопотенциального теплообменника теплового насоса соединен с одним концом цепи, образованной последовательно соединенными промежуточной задвижкой и циркуляционным насосом, при этом другой конец этой цепи включен на выходе теплообменника конденсатора контура испарения и конденсации рабочего тела турбины и входом задвижки контура охлаждения конденсатора, выход которой подключен к входу охладителя, выходом соединенным с выходом низкопотенциального теплообменника теплового насоса и входом циркуляционного насоса контура охлаждения конденсатора, а выход этого насоса подключен ко входу теплообменника конденсатора, выход этого конденсатора включен на входе циркуляционного насоса контура испарения и конденсации рабочего тела турбины, входом соединенным с испарителем этого контура, подъемная труба контура съема тепла Земли расположена внутри герметично закрытой опускной трубы, при этом внешняя поверхность подъемной трубы выполнена теплоизолированной и выходом соединенной с входом теплообменника.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана технологическая схема паротурбинной установки для геотермальной электростанции.

Геотермальная установка энергоснабжения потребителей содержит контур съема тепла Земли, контур испарения и конденсации рабочего тела турбины, контур охлаждения конденсатора и контур теплоснабжения потребителя.

Контур съема тепла Земли содержит опускную трубу 1, расположенную в скважине 2 и герметично закрытую, например, перегородкой 3 со стороны глубинного грунта скважины 2. Внутри опускной трубы 1 коаксиально расположена подъемная труба 4, внешняя сторона которой имеет теплоизолированный слой 5. Подъемная труба 4 трубопроводом 6 соединена с входом теплообменника 7, выход которого подсоединен к входу задвижки 8. Выход задвижки 8 соединен с входом циркуляционного насоса 9, выход которого подключен к опускной трубе 1.

Контур испарения и конденсации рабочего тела турбины содержит испаритель 10, выход которого соединен с турбиной 11, на валу 12 которой расположен генератор 13, соединенный с потребителями электрической энергии 14, при этом выход турбины 11 подключен к входу конденсатора 15, выход которого соединен с циркуляционным насосом 16, подключенным к входу испарителя 10.

Контур теплоснабжения потребителя содержит тепловой насос 17, имеющий низкопотенциальный 18 и высокопотенциальный 19 теплообменники. Выход высокопотенциального теплообменника 19 соединен с входом регулирующей задвижки 20 и выходом циркуляционного насоса 21, подключенным к потребителю тепловой энергии 22, вход которого подключен к выходу запорной задвижки 23, соединенной с выходом высокопотенциального теплообменника 19 теплового насоса 17. Вход потребителя тепловой энергии 22 подающим трубопроводом 24 соединен с входами теплообменника 7 и задвижки 8 контура съема тепла Земли. Регулирующая задвижка 20 обратным трубопроводом 25 соединена с выходом задвижки 8 и входом циркуляционного насоса 9 контура съема тепла Земли. Выход низкопотенциального теплообменника 18 теплового насоса 17 соединен с входом циркуляционного насоса 26 и выходом охладителя 27 контура охлаждения конденсатора, содержащего, кроме того, теплообменник 28, выход которого соединен с входом задвижки 29, выход которой подключен ко входу охладителя 27.

На входе низкопотенциального теплообменника 18 подключен один конец цепи, образованной последовательно включенными промежуточной задвижкой 30 и циркуляционным насосом 31 контура теплоснабжения потребителя, другой конец цепи включен на выходе теплообменника 28 и входе задвижки 29 контура охлаждения конденсатора.

Геотермальная установка энергоснабжения потребителей работает следующим образом.

Перед пуском контур съема тепла Земли заполняется жидким теплоносителем, например водой; контур испарения и конденсации рабочего тела турбины заполняется низкокипящим рабочим агентом, например фреоном или его смесью; контур охлаждения конденсатора заполняется водой, контур теплоснабжения потребителей заполняется тем же теплоносителем, что и контур съема тепла Земли.

При работе циркуляционного насоса 9 образуется циркуляция теплоносителя в контуре съема тепла Земли. По опускной трубе 1 теплоноситель движется до перегородки 3 и нагревается от глубинного грунта скважины 2, затем теплоноситель поднимается вверх по подъемной трубе 4.

Теплоизоляция 5 существенно снижает теплообмен между теплым потоком теплоносителя, находящимся в подъемной трубе 4, и холодным потоком теплоносителя, находящимся в опускной трубе 1. Далее нагретый теплоноситель по трубопроводу 6 поступает в теплообменник 7, где происходит теплообмен между теплоносителем контура съема тепла Земли и рабочим телом турбины 11 контура испарения и конденсации. С выхода теплообменника 7 теплоноситель попадает в циркуляционный насос 9 контура съема тепла Земли, после которого возвращается в опускную трубу 1.

В испарителе 10 генерируется пар рабочего тела турбины, который с выхода испарителя 10 поступает на вход в турбину 11, которая приводит во вращение вал 12, соединенный с генератором 13, электроэнергия с которого поступает к потребителю электрической энергии 14.

От турбины 11 отработанный пар рабочего тела турбины подается на вход конденсатора 15, в котором пар конденсируется. Образовавшийся конденсат рабочего тела турбины с выхода конденсатора 15 поступает в циркуляционный насос 16 контура испарения и конденсации рабочего тела турбины, и после него подается в испаритель 10.

При включении насоса 26 начинается циркуляция воды в контуре охлаждения конденсатора. Нагретая в теплообменнике 28 вода через открытую задвижку 29 поступает в охладитель 27, после которого подается в циркуляционный насос 26 и затем в теплообменник 28.

Для обеспечения потребителя тепловой энергии 22 одновременно включается тепловой насос 17, открывается промежуточная задвижка 30, включается насос 31, происходит частичное закрытие задвижки 29 и включается насос 21. Нагретая вода из теплообменника 28 поступает в насос 31, затем протекает через задвижку 29 и подается в низкопотенциальный теплообменник 18 теплового насоса 17, где происходит ее охлаждение. Охлажденная вода поступает в насос 26 и затем подается в теплообменник 28 конденсатора 15.

При работе насоса 21 происходит циркуляция в контуре теплоснабжения потребителя. Из насоса 21 вода подается в высокопотенциальный теплообменник 19, где нагревается, нагретая вода протекает через запорную задвижку 23 и подается к потребителю тепловой энергии 22.

При недостатке тепла у потребителя частично закрывается задвижка 8 и полностью закрывается запорная задвижка 23, открывается регулирующая задвижка 20, открывается задвижка 29, отключается тепловой насос 17 и закрывается промежуточная 30, отключается насос 31, что приводит к прекращению движения воды в низкопотенциальном 18 и высокопотенциальном 19 теплообменниках. Затем частично закрывается задвижка 8 контура съема тепла Земли, теплоноситель от теплообменника 7 поступает по подающему трубопроводу 24 к потребителю тепловой энергии 22, после которого охлажденный теплоноситель направляется к насосу 21, затем проходит регулирующую задвижку 20 и по обратному трубопроводу 25 возвращается через насос 9 из контура потребителя тепловой энергии в контур съема тепла Земли.

В такой установке отбор глубинного тепла Земли идет по замкнутому контуру.

Использование изобретения позволяет значительно снизить затраты на перекачку теплоносителя и увеличивает срок годности теплообменного оборудования на поверхности, установка может работать за пределами гидротермальных месторождений. Такое изобретение позволяет расширить функциональные возможности установки за счет одновременного экологически чистого производства двух видов энергии - тепловой и электрической. Кроме того, происходит полезное использование остаточного тепла после контура испарения и конденсации рабочего тела турбины с учетом изменяющихся режимов потребителей тепловой энергии.