Спосіб використання геотермальної енергії і установка для його здійснення

1 Спосіб використання геотермальної енергії, що включає циркуляцію геотермальної води і циркуляцію сітьової води, теплообмін між контурами геотермальної та сітьової води, в результаті чого теплота геотермальної води передається в контур сітьової води, і догрівання сітьової води до температури, необхідної для споживання, який відрізняється тим, що з термальної води шляхом сепарації ВІДДІЛЯЮТЬ паливний газ, частину якого спрямовують на догрівання сітьової води в водогрійному котлі, а решту направляють в електрогенеруючий агрегат для видобутку електроенергії, яку використовують для власних потреб установки і зовнішнього споживання 2 Геотермальна установка, що містить експлуатаційні та нагнітальну свердловини, гідроциклон, теплообмінник, водогрійний котел, сітьовий та нагнітальний електронасоси, технологічні трубопроводи, запірно-регулюючу арматуру, освітлювальні та контрольно-вимірювальні прилади і систему автоматики, яка відрізняється тим, що додатково містить газовіддільник, який виділяє паливний газ 3 термальної води, електрогенеруючий агрегат, що складається з теплового двигуна, працюючого на відділеному паливному газі, та електрогенератора, колектор-розпроділювач газу, який розподіляє відділений газ між електрогенеруючим агрегатом та водогрійним котлом, працюючим на відділеному паливному газі, внутрішню електричну мережу, яка з'єднує електрогенеруючий агрегат з нагнітальним та сітьовими електронасосами, системою автоматики, освітлювальними та контрольновимірювальними приладами, і силову зборку, яка розподіляє видобуту електроенергію між внутрішньою і зовнішньою електромережею місцевого значення Винахід стосується геотермальної енергетики, зокрема використання геотермальної енергії для видобутку електроенергії і теплопостачання ВІДОМІ способи використання геотермальної енергії для видобутку електроенергії з використанням парового термодинамічного циклу [1, 2, 3] Недоліком цих способів є те, що вони можуть бути використані тільки для високопотенційних геотермальних родовищ, яких в СВІТІ обмаль, а в Україні практично немає ВІДОМІ способи використання геотермальної енергії родовищ з помірним тепловим потенціалом з допомогою бінарного циклу з застосуванням низкокиплячих робочих речовин [4, 5, 6] Недоліком цих способів є малі ефективність і питома потужність установок, необхідність відводу великої КІЛЬКОСТІ низькопотенційної теплоти в оточуюче середовище, великі затрати енергії на власні потреби Ці недоліки стають неподоланними при застосуванні цих способів для низькопотенційних геотермальних родовищ В СВІТІ і в Україні більшість геотермальних родовищ є низькопотенційними, в яких неможливий видобуток електроенергії відомими в геотермальній енергетиці способами і йдеться тільки про технологічне використання геотермальної енергії, зокрема на потреби теплопостачання ВІДОМІ способи використання низькопотенційної геотермальної енергії для теплопостачання [7, 8, 9] Найбільш близьким аналогом способу використання низькопотенційної геотермальної енергії, що заявляється, вибраним за прототип, є спосіб теплопостачання, який включає циркуляцію геотермальної води і циркуляцію мережевої води, яка йде на теплопостачання, теплообмін між контурами термальної і мережевої води, внаслідок чого теплота видобутої геотермальної води передасть 00 (О 61811 ся в контур мережевої води, і догрівання мережевої води до температурного рівня, необхідного для споживання [10] Недоліком відомих способів використання низькопотенційної геотермальної енергії, в тому числі і прототипу, є їх залежність від зовнішнього постачання електроенергії, яка необхідна для забезпечення функціонування геотермальних установок, які здійснюють ВІДОМІ способи Необхідність витрат мережевої електроенергії і транспортування палива для функціонування теплофікаційної геотермальної установки значно зменшує економічну ефективність використання геотермальних родовищ і обмежує їх перспективність можливістю і рентабельністю постачання ЗОВНІШНІХ енергоносіїв ВІДОМІ геотермальні установки для теплопостачання і видобутку електроенергії з використанням парового термодинамічного циклу [1, 2, 3] Основним їх недоліком є низька ефективність і обумовлена нею необхідність відводу великої КІЛЬКОСТІ низькопотенційної теплоти в оточуюче середовище КІЛЬКІСТЬ таких установок в СВІТІ незначна, що обумовлено обмеженою базою для їх застосування В Україні такої бази (високотемпературних геотермальних родовищ) практично немає ВІДОМІ енерготехнолопчні комбіновані геотермальні установки з бінарним циклом, які можуть бути використані при експлуатації геотермальних родовищ з помірним тепловим потенціалом [4, 5, 6] Недоліком цих установок є малі ефективність і питома потужність, необхідність відводу великої КІЛЬКОСТІ низькопотенційної теплоти в оточуюче середовище, великі затрати енергії на особисті потреби Рентабельність цих установок швидко знижується при зменшенні теплового потенціалу геотермального родовища і стає зовсім незадовільною для родовищ з низьким тепловим потенціалом ВІДОМІ геотермальні установки, які використовують низькопотенціину геотермальну енергію для теплопостачання[7, 8, 9, 10] Найбільш близьким аналогом геотермальної установки для використання низькопотенційної геотермальної енергії, що заявляється, вибраним за прототип, є установка, що містить експлуатаційну та нагнітальну свердловини, гідроциклон, теплообмінник, водогрійний котел (догрівач мережевої води), мережевий та нагнітальний електронасоси, технологічні трубопроводи, запорнорегулюючу арматуру, освітлювальні, контрольновимірювальні прилади і систему автоматики [10] Недоліком відомих геотермальних установок, які використовують низькопотенціину геотермальну енергію, в тому числі і прототипу, є залежність від постачання ЗОВНІШНІХ енергоносіїв (мережевої електроенергії на привід електронасосів, для функціонування автоматики, контрольновимірювальних приладів і освітлення, а також палива для функціонування догрівача мережевої води), що значно зменшує економічну ефективність використання геотермальних родовищ і обмежує їх перспективність можливістю і рентабельністю постачання ЗОВНІШНІХ енергоносіїв Між ТИМ існує немало низькопотенційних ро довищ, на яких проблема забезпечення внутрішніх потреб установки , яка здійснює спосіб використання низькопотенційної геотермальної енергії, може бути вирішена значно ефективніше При цьому мова може йти про енерготехнолопчне використання низькопотенційної геотермальної енергії Це відноситься до геотермальних родовищ, термальні води яких містять достатню КІЛЬКІСТЬ паливних газів В основу першого із групи винаходів поставлено задачу удосконалення способу використання низькопотенційної геотермальної енергії у напрямку енерготехнолопчного використання, розширення реєстру перспективних низькопотенційних геотермальних родовищ, підвищення економічної ефективності їх експлуатації, забезпечення незалежності використання низькопотенційної геотермальної енергії від зовнішнього енергопостачання шляхом використання супутніх паливних газів для видобутку електроенергії і підвищення потенціалу споживаного тепла В основу другого із групи винаходів поставлено задачу удосконалення геотермальної теплофікаційної установки, яка використовує низькопотенціину геотермальну енергію, в напрямку перетворення її на енерготехнолопчну, автономну, незалежну від зовнішнього енергоспоживання установку, підвищення її економічної ефективності шляхом удосконалення схеми геотермальної установки, що дозволить використати супутні паливні гази для видобутку електроенергії, підвищення потенціалу споживаного тепла і зробить геотермальну установку автономною, незалежною від зовнішнього енергоспоживання, перетворюючи и при наявності місцевого споживача електроенергії на геотермальну теплофікаційну електростанцію місцевого значення що Перша поставлена задача вирішується тим, в способі використання геотермальної енергії, що включає циркуляцію геотермальної води і циркуляцію мережевої води, теплообмін між контурами геотермальної та мережевої води, в результаті чого теплота геотермальної води передається в контур мережевої води, і догрівання мережевої води до температури необхідної для споживання ВІДПОВІДНО до винаходу з термальної води шляхом сепарації ВІДДІЛЯЮТЬ паливний газ, частину якого спрямовують на догрівання мережевої води в водогрійному котлі, а решту направляють в електрогенеруючий агрегат для видобутку електроенергії, яку використовують для власних потреб установки і зовнішнього споживання Виділення з термальної води паливного газу, використання його в догрівачі мережевої води і в електрогенеруючому агрегаті з метою вироблення електроенергії і використання видобутої електроенергії для задоволення власних потреб і підвищення економічної ефективності експлуатації низькопотенційних геотермальних родовищ робить її незалежною від ЗОВНІШНІХ енергоносіїв, що при ОЦІНЦІ перспективності геотермального родовища знімає обмеження, обумовлені необхідністю витрат ЗОВНІШНІХ енергоносіїв на його експлуатацію, і розширює реєстр перспективних геотермальних родовищ 61811 Крім задоволення внутрішніх потреб в енергоносіях, особливе значення має можливість вироблення товарної електроенергії Це має велике значення для вирішення проблеми децентралізації електрозабезпечення в Україні Друга поставлена задача вирішується тим, що геотермальна установка, яка містить в собі експлуатаційні та нагнітальну свердловини, гідроциклон, теплообмінник, водогрійний котел, мережевий та нагнітальний електронасоси, технологічні трубопроводи, запорно-регулюючу арматуру, освітлювальні, контрольно-вимірювальні прилади і систему автоматики ВІДПОВІДНО ДО винаходу додатково містить газовіддільник, який виділяє паливний газ з термальної води, електрогенеруючий агрегат, що складається з теплового двигуна, працюючого на виділенному паливному газі, та електрогенератора, колектор-розпроділювач газу, який розподіляє виділений газ між електрогенеруючим агрегатом та водогрійним котлом, працюючим на виділенному паливному газі, внутрішню електричну мережу, яка з'єднує електрогенеруючий агрегат з нагнітальним та мереженим електронасосами, системою автоматики, освітлювальними та контрольно-вимірювальними приладами, і силову зборку, яка розподіляє видобуту електроенергію між внутрішньою і зовнішньою електромережею місцевого значення Розташування в схемі геотермальної установки газовідділювача паливних газів, який дозволяє ВІДДІЛИТИ паливні гази від термальної води, електрогенеруючого агрегата, в якому відділений паливнй газ використовується для видобутку електроенергії, за рахунок якої задовольняються внутрішні потреби в електроенергії геотермальної установки, тобто електронасосів, контрольновимірювальних приладів, системи автоматики і освітлення, робить установку незалежною від зовнішнього електропостачання Використання решти виділеного паливного газу в водогрійному котлі для догрівання мережевої води робить установку незалежною від зовнішнього постачання палива Незалежність геотермальної установки від ЗОВНІШНІХ енергоносіїв значно підвищує її економічну ефективність, забезпечує и автономність, що при ОЦІНЦІ перспективності геотермального родовища знімає обмеження, обумовлені необхідністю витрат ЗОВНІШНІХ енергоносіїв на його експлуатацію, і розширює реєстр перспективних геотермальних родовищ Особливе значення має можливість забезпечення видобутою в запропонованій установці товарною електроенергією зовнішнього споживача Можливість забезпечити теплом і електроенергією розташовані поблизу населені пункти означає якісне перетворення автономної геотермальної теплофікаційної установки на автономну геотермальну теплофікаційну електростанцію місцевого значення, що сприяє вирішенню проблеми децентралізації електрозабезпечення в Україні Суть винаходів пояснюється кресленням, на якому зображена схема запропонованої геотермальної енерготехнолопчної установки Геотермальна енерготехнолопчна установка містить експлуатаційні свердловини 1, сепараторгазовідділювач 2, гідроциклон 3, теплообмінник 4, нагнітальной електронасос 5, нагнітальну свердловину 6, водогрійний котел (догрівач мережевої води) 7, мережевий електронасос 9, колекторрозподілювач для газу з системою регулювання 10, електрогенеруючий агрегат 11, до складу якого входять тепловий двигун 12, працюючий на паливному газі, електрогенератор з захисною системою 13, силову зборку 14, яка з'єднує установку з місцевою електромережею 15 На кресленні умовно зображений також споживач теплової енергії 8, який є ЗОВНІШНІМ відносно установки Працює геотермальна енерготехнолопчна установка таким чином Геотермальна вода, яка містить в собі паливний газ, з експлуатаційних свердловин 1 надходить в сепараторгазовідділювач 2, в якому паливний газ відокремлюється від термальної води і надходить на колектор-розподілювач газу 10, де системою регулювання розподіляється між електрогенеруючим агрегатом 11 і водогрійним котлом 7 Термальна вода після сепаратора-газовідділювача надходить в гідроциклон 3, в якому очищується від шламу, який виводиться з установки Очищена термальна вода після гідроциклону надходить в теплообмінник 4, де шляхом теплообміну частково передає свій тепловий потенціал мережевій воді, яка подається в теплообмінник мережевим електронасосом 9 Після теплообмінника охолоджена геотермальна вода нагнітальним насосом 5 подається в нагнітальну свердловину 6 Нагріта в теплообміннику 4 мережева вода надходить в водогрійний котел 7, в якому догрівається до необхідної для споживання температури за рахунок спалення газу, який надається в котел з колектора-розподілювача паливного газу 10, після чого надходить в зовнішню мережу теплопостачання 8 Охолоджена вода з мережі теплопостачання мережевим електронасосом 9 подається в теплообмінник 4 Продукти спалення газу з водогрійного котла виводяться в оточуюче середовище Решта паливного газу з колекторарозподілювача газу 10 подається в тепловий двигун 12 електрогенеруючого агрегата 11, в якому енергія паливного газу перетворюється в механічну енергію, яка використовується в електрогенераторі 13 для видобутку електроенергії Видобута електроенергія надходить на силову зборку 14, де розподіляється на внутрішню і зовнішню 15 електромережі По внутрішній електромережі електроенергія подається на мережевий і нагнітальний електронасоси 9 і 5, освітлювальні і контрольновимірювальні прилади і в систему автоматики, задовольняючи внутрішні потреби геотермальної установки в електроенергії, що робить її автономною відносно електропостачання Водогрійний котел 7 може працювати як у піковому режимі при тимчасовій необхідності збільшення теплового потенціалу мережевої води при достатньому тепловому потенціалі поступаючої з експлуатаційної свердловини геотермальної води, так і в базовому режимі при недостатньому тепловому потенціалі геотермальної води, що відкриває можливість використання геотермальних родовищ зі зниженим тепловим потенціалом Регулююча система установки здійснює оптимальний розподіл 61811 енергії між тепловою і елеісгричною Джерела інформації 1 Вимороков Б М Геотермальные электростанции М-Л Госэнергоиздат, 1966 -112с 2 Кремнев О А , Шурчков А В Принципиальные тепловые схемы получения электроэнергии и их термодинамический анализ // Вопросы использования тепла Земли для производства электроэнергии Материалы Всесоззн научно-технич, совещания (Тбилиси, декабрь 1975г) - М ЭНИН 1976 -С 40-60) 3 Поваров О А , Томаров Г В , Кошкин Н Л Условия и перспективы развития геотермальной энергетики в России Теплоэнергетика, №2, 1994г, С 15-22 4 Белодед В Д Эффективность использования низкопотенциальной геотермальной теплоты Комп'ютерна верстка М Клюкш 8 на тепловых электростанциях Обзор, УкрНТИ, 1992г, 43 с 5 Кутателадзе С С , Розенфельд Л М Патент №941517/24-6, февраль 1965г 6 Бритвин О В , Поваров О А , Клочков Е Ф и др Комбинированная электростанция с бинарным циклом, сертификат №6205 от 18 ноября 1996г, заявка №96122157 7 Патент Франции №2592143, класс F24, 1987г, 8 Патент Великобритании №1456457, класс F24, 1987 г, 9 Авторское свидетельство №536367, класс F24, 1986г 10 Шурчков А В Диссертация на соискание уч степени доктора техн наук, Киев, 1988 Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119