Петротермальна енергетична система

Реферат: Заявлене технічне рішення належить до геотермальної енергетики. Безпосереднє застосування: у петротермальних електростанціях. В петротермальний блок (1) додатково введено трубчастий елемент (1.4) з конфузорним каналом (1.4а), через який теплообмінний резервуар (1.2) пов'язаний з трубопроводом (3.1), при цьому конфузорний канал (1.4а) звужений в сторону переміщення газоподібного робочого тіла (5b) з донної зони випаровування (L) до гирла (1.1а), частина напірної труби (1.3) розміщена в конфузорному каналі (1.4а), а трубчастий елемент (1.4) герметично пов'язаний з теплообмінним резервуаром (1.2). Технічний результат: зниження теплових втрат газоподібного робочого тіла за рахунок введення трубчастого елемента з конфузорним каналом в петротермальний блок, що дозволяє збільшити товщину стінок теплообмінного резервуара в міру звуження конфузорного каналу до входу трубопроводу енергетичного блока, в наслідок чого збільшиться енергоємність і ефективність роботи петротермального блока. UA 114378 C2 (12) UA 114378 C2 UA 114378 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Заявлене технічне рішення належить до геотермальної енергетики, а саме до петротермальних електростанцій. З рівня техніки відома, вибрана в якості найближчого аналога, система для вилучення глибинного тепла зсередини стовбура свердловини, яка містить: обсадну трубу з герметичним дном, простягнуту вниз від поверхні землі; зовнішню трубу з герметичним водонепроникним дном, розміщену концентрично всередині обсадної труби свердловини і простягнуту вниз в обсадній трубі; внутрішню трубу, розміщену всередині зовнішньої труби і простягнуту вниз, в якій нижній кінець розміщений протилежно дну зовнішньої труби; систему для транспортування рідини в верхній кінець внутрішньої труби; систему газовідводу для відбору газу з верхнього кінця зовнішньої труби і перерозподілу газу в роботу; гідроізоляційний шар між обсадною і внутрішньою трубами. [1] Недоліками даного технічного рішення є: У наведеному аналогу газ у міру просування у внутрішній трубі остигає, в наслідок чого знижується тиск і відповідно швидкість його переміщення в систему газовідводу. Задача В основу заявленого технічного рішення поставлена наступна задача: створити конструкцію теплообмінного блока, в якій будуть знижені втрати тиску і швидкості в міру просування газоподібного робочого тіла до трубопроводу енергетичного блока. При виконанні поставленої задачі може бути отриманий технічний результат у вигляді: зниження теплових втрат газоподібного робочого тіла за рахунок введення трубчастого елемента з конфузорним каналом в петротермальний блок, що дозволяє збільшити товщину стінок теплообмінного резервуара в міру звуження конфузорного каналу до входу трубопроводу енергетичного блока, в наслідок чого збільшиться енергоємність і ефективність роботи петротермального блока. У петротермальній енергетичній системі, яка містить петротермальний блок (1), функціонально з'єднаний з блоком подачі (2) рідинного робочого тіла (5 а) і енергетичним блоком (3), при цьому петротермальний блок (1) містить свердловину (1.1) з гирлом (1.1а), в стовбурі якої виконано теплообмінній резервуар (1.2), всередині якого встановлено, з можливістю переміщення рідинного робочого тіла (5а) з блока подачі (2) в донну зону випаровуваності (L) теплообмінного резервуара (1.2), напірну трубу (1.3), герметично сполучену з системою трубопроводів (2.1) блока подачі (2), а енергетичний блок (3) з'єднаний з петротермальним блоком (1) трубопроводом (3.1), який пов'язаний з теплообмінних резервуаром (1.2) з можливістю переміщення в енергетичний блок (3) газоподібного робочого тіла (5b), перетвореного з рідинного робочого тіла (5а) в донній зоні випаровування (L), пропонується, в петротермальний блок (1) додатково ввести трубчастий елемент (1.4) з конфузорним каналом (1.4а), через який теплообмінний резервуар (1.2) пов'язаний з трубопроводом (3.1), при цьому конфузорний канал (1.4а) звужений в сторону переміщення газоподібного робочого тіла (5b) з донної зони випаровування (L) до гирла (1.1а), частину напірної труби (1.3) розмістити в конфузорному каналі (1.4а), а трубчастий елемент (1.4), виконати герметично пов'язаним з теплообмінних резервуаром (1.2). Перераховані вище ознаки, відмінні від прототипу, необхідні і достатні у всіх випадках, на які поширюється обсяг правової охорони винаходу. Крім того пропонується: конфузорний канал (1.4а) виконати ступінчастим; трубчастий елемент (1.4) занурити в теплообмінний резервуар (1.2) до зони випаровування (L) рідинного робочого тіла (5а); теплообмінний резервуар (1.2) виконати у вигляді обсадної колони (1.2b) з герметичним дном (1.2а); між трубчастим елементом (1.4) і обсадною колоною (1.2b) виконати герметично ізольований проміжок (1.6); свердловину (1.1) виконати ступінчастою, а обсадну колону (1.2b) теплообмінного резервуара (1.2) на верхньому ступені (1.1b) виконати з шаром теплоізоляції (1.7). При визначенні патентоспроможності пропонованого технічного рішення було виявлено, що його ознаки явно не виходять з рівня техніки, що забезпечує технічному рішенню відповідність критерію "винахідницький рівень". Заявлене технічне рішення пояснюється прикладом, виконання якого не є єдино можливим, але наочно демонструє можливість досягнення технічного результату запропонованою новою сукупністю суттєвих ознак. Суть заявленого технічного рішення представлена на кресленні, де показана функціональна схема петротермальної енергетичної системи. 1 UA 114378 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Короткий опис елементів креслення: 1 - петротермальний блок; 1.1 - свердловина; 1.1а - гирло; 1.1b - верхній ступінь; 1.2 - теплообмінний резервуар; 1.2а - обсадна колона; 1.2b - дно; 1.3 - напірна труба; 1.4 - трубчастий елемент; 1.4а - конфузорний канал; 1.5 - термостійкий пакер; 1.6 - герметизований проміжок; 1.7 - шар теплоізоляції; 1.8 - зовнішній шар; 1.9 - оголовок; 2 - блок подачі; 2.1 - трубопровід; 2.2 - гідронасос; 2.3 - джерело робочого тіла; 3 - енергетичний блок; 3.1 - трубопровід; 3.2 - теплообмінник; 3.3 - турбіна; 4 - навантаження; 5а - рідинне робоче тіло; 5b - газоподібне робоче тіло; 5с - конденсат робочого тіла; L - донна зона випаровування. Промислова придатність Петротермальна енергетична система представлена на прикладі петротермальної електростанції яка містить петротермальний блок (1), блок подачі (2) і енергетичний блок (3). Блок подачі (2) представлений у вигляді джерела робочого тіла (2.3), до якого підключений гідронасос (2.2), з'єднаний трубопроводом (2.1) з петротермальним блоком (1). Джерело робочого тіла (2.3) може бути комплексом, де готується рідинне робоче тіло (5а). Рідинне робоче тіло (5а) може бути підготовлено у вигляді низькокиплячої рідини. Енергетичний блок (3) підключений до навантаження (4) представлений у вигляді турбіни (3.3), з'єднаної з теплообмінником (3.2), який з'єднаний трубопроводом (3.1) з петротермальним блоком (1), з якого газоподібне робоче тіло (5b) надходить через теплообмінник (3.2) на турбіну (3.3). Скидання конденсату робочого тіла (5с) з турбіни (3.3) здійснюється в блок подачі (2), де він перетворюється в рідинне робоче тіло (5а). Петротермальний блок (1) представлений у вигляді закритого оголовком (1.9) теплообмінного резервуара (1.2), виконаного у вигляді обсадної колони (1.2b) з гідроізольованим дном (1.2а) в ступінчастій герметичній свердловині (1.1) з гирлом (1.1а). Обсадна колона (1.2b) з гідроізольованим дном (1.2а) цементована в зоні нагріву спеціальним пластичним розчином, який робить монолітною привибійну зону скельних порід. Від гирла (1.1а) до верхнього ступеня (1.1b) обсадна колона (1.2b) відокремлена від стінки свердловини (1.1) теплоізоляційним шаром (1.7) і зовнішньої стінкою (1.8). У обсадну колону (1.2b) занурений трубчастий елемент (1.4) з ступінчастим конфузорним каналом (1.4а). Верхня частина трубчастого елемента (1.4) закріплена звареним з'єднанням з оголовком (1.9) таким чином, що зазор (1.6) між трубчастим елементом (1.4) і стінкою обсадної колони (1.2b) герметично ізольований. На нижньому кінці трубчастого елемента (1.4) по зовнішньому діаметру встановлений термостійкий пакер (1.5), виконаний з графіту або азбесту (в залежності від температурних умов), що формує теплоізольований повітряний шар на ділянці обсадної колони (1.2b) від нижнього кінця трубчастого елемента (1.4) до рівня оголовка (1.9) свердловини (1.1), при цьому нижня частина трубчастого елемента (1.4) занурена до рівня донної зони випаровування (L). Трубчастий елемент (1.4) являє собою збірну металеву трубу змінного перерізу. Ця труба перед початком монтажу являє собою комплект трубчастих ланок різного діаметра, розмір яких вибраний з урахуванням висоти бурової вишки і зручності зварювальних робіт. 2 UA 114378 C2 5 10 15 20 25 30 Монтаж трубчастого елемента (1.4) починається з подачі нижньої ланки з максимальним діаметром в обсадну колону (1.2b) свердловини (1.1). Занурення цього елемента в обсадну колону (1.2b) проводиться до заданого рівня, після чого зварним з'єднанням кріпиться наступна ланка. Після кріплення чергової ланки процес занурення ланок в обсадну колону (1.2b) триває до кріплення останньої ланки, верхня частина якої кріпитися зварним з'єднанням до оголовка (1.9) свердловини (1.1). Через верхню частину трубчастого елемента (1.4) і конфузорний канал (1.4а) в донну зону випаровування (L) проводиться напірна труба (1.3), яка герметично фіксується у верхній частині трубчастого елемента (1.4) на оголовку (1.9) і після підключається до трубопроводу (2.1) блока подачі (2). Трубопровід (3.1) енергетичного блока (3) герметично кріпиться у верхній частині трубчастого елемента (1.4) на оголовку (1.9) і з'єднується з конфузорним каналом (1.4а). В результаті чого обсадна колона (1.2b) з гідроізольованим дном (1.2а) і занурений в неї трубчастий елемент (1.4) утворюють котел, що складається з двох зон: даної зони випаровування (L) обсадної колони (1.2b), де відбувається нагрів і перетворення рідинного робочого тіла (5 а), що надійшло з блока подачі (2) через напірну трубу (1.3), в газоподібне робоче тіло (5b); транспортної зони газоподібного робочого тіла (5b) - конфузорного каналу (1.4а), де потік газоподібного робочого тіла (5b) проходить по конфузорному каналу (1.4а) і концентрується на вході трубопроводу (3.1). Товщина стінок трубчастого елемента (1.4) збільшується в сторону гирла (1.1а) і з урахуванням герметизованого зазору (1.6), який виконує функцію теплоізоляційного шару, дозволяє збільшити теплоізоляційні властивості теплообмінного резервуара (1.2) в цілому, що знижує втрати тиску газоподібного робочого тіла (5b) за рахунок зменшення його теплових втрат. Крім того наявність додаткового теплоізоляційного шару (1.7) на верхньому ступені (1.1b), виконаного з поліуретану між зовнішньою стінкою (1.2с) і обсадною колоною (1.2b), дозволяє максимально знизити теплові втрати газоподібного робочого тіла (5b) перед транспортуванням його в енергетичний блок (3). Джерело інформації: 1. Патент США № US2015330670A1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 1. Петротермальна енергетична система, яка містить петротермальний блок (1), функціонально з'єднаний з блоком подачі (2) рідинного робочого тіла (5а) і енергетичним блоком (3), при цьому петротермальний блок (1) містить свердловину (1.1) з гирлом (1.1а), в стовбурі якої виконано теплообмінній резервуар (1.2), всередині якого встановлено, з можливістю переміщення рідинного робочого тіла (5а) з блока подачі (2) в донну зону випаровуваності (ΔL) теплообмінного резервуара (1.2), напірну трубу (1.3), герметично сполучену з системою трубопроводів (2.1) блока подачі (2), а енергетичний блок (3) з'єднаний з петротермальним блоком (1) трубопроводом (3.1), який пов'язаний з теплообмінним резервуаром (1.2) з можливістю переміщення в енергетичний блок (3) газоподібного робочого тіла (5b), перетвореного з рідинного робочого тіла (5а) в донній зоні випаровування (ΔL), яка відрізняється тим, що в петротермальний блок (1) додатково введено трубчастий елемент (1.4) з конфузорним каналом (1.4а), через який теплообмінний резервуар (1.2) пов'язаний з трубопроводом (3.1), при цьому конфузорний канал (1.4а) звужений в сторону переміщення газоподібного робочого тіла (5b) з донної зони випаровування (ΔL) до гирла (1.1а), частина напірної труби (1.3) розміщена в конфузорному каналі (1.4а), а трубчастий елемент (1.4) герметично пов'язаний з теплообмінним резервуаром (1.2). 2. Петротермальна енергетична система за п. 1, яка відрізняється тим, що конфузорний канал (1.4а) виконаний ступінчастим. 3. Петротермальна енергетична система за п. 1, яка відрізняється тим, що трубчастий елемент (1.4) занурений в теплообмінний резервуар (1.2) до зони випаровування (ΔL) рідинного робочого тіла (5а). 4. Петротермальна енергетична система за п. 1, яка відрізняється тим, що теплообмінний резервуар (1.2) виконаний у вигляді обсадної колони (1.2b) з герметичним дном (1.2а). 5. Петротермальна енергетична система за п. 4, яка відрізняється тим, що між трубчастим елементом (1.4) і обсадною колоною (1.2b) виконаний герметизований проміжок (1.6). 3 UA 114378 C2 6. Петротермальна енергетична система за п. 4, яка відрізняється тим, що свердловина (1.1) виконана ступінчастою, а обсадна колона (1.2b) теплообмінного резервуара (1.2) на верхньому ступені (1.1b) виконана з шаром теплоізоляції (1.7). Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4