DE3627680A1

DE3627680A1 - METHOD FOR OBTAINING EARTH HEAT

Info

Publication number: DE3627680A1
Application number: DE19863627680
Authority: DE
Inventors: Franz Johann Stellet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-08-14
Filing date: 1986-08-14
Publication date: 1988-02-18

Abstract

The invention relates to a method for obtaining terrestrial heat. Known methods require two boreholes which are connected in the interior of the earth by a common cavity. Water is forced in through one pipe, while hot water or steam is extracted by means of the other pipe. In this case, wash-outs occur inside the earth, and there are corresponding instances of contamination of the outflowing hot water or steam. The invention avoids these disadvantages by forming a closed circulating system for water and steam in which the steam is fed for the purpose of obtaining energy and later condensed in order to be brought by means of a pump to the pressure required for forcing it in. A heating-up container, which is connected to the interior of the earth by thermal conduction, is located in the interior of the earth inside the pipework system.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.The invention relates to a method in the preamble of claim 1 designated Art.

Ein derartiges Verfahren ist allgemein als Hot-Dry-Rock-Verfahren bekannt. Hierfür ist kennzeichnend, daß zwei Bohrungen neben einander niedergebracht werden, von denen durch die tiefere Wasser in den Untergrund gepreßt wird. Das Wasser erfährt dadurch eine Aufheizung und gelangt durch die andere Bohrung in erhitztem Zustand an die Oberfläche. Die Wärmeübertragung vollzieht sich in einem Hohlraum, aus welchem das erhitzte Wasser bzw. der Dampf abgeleitet wird. Diese Betriebsweise ist an ein Erdreich gebunden, welche gegenüber dem unter hohem Druck eingepreßten Wasser eine hinreichende Erosionsfestigkeit besitzt. Dennoch nimmt das aufsteigende Wasser bzw. der aufsteigende Dampf abge tragene Partikel des inneren Hohlraums mit, so daß als weiterer Nachteil Einschränkungen bei der oberirdischen Wärmeverwertung bestehen. Vielfach befinden sich auch energietechnisch sehr wirkungsvoll ausnützbare Wärmevorkommen in Gesteinsschichten, die besonders erosionsempfindlich sind. Für eine Wärmegewinnung in derartigen Erdschichten eignet sich das genannte Verfahren mithin nicht. Schließlich nimmt das erhitzte Wasser bzw. der erhitzte Dampf entsprechend der in zunehmender Erdtiefe ansteigenden Radioaktivität neben seinen sonstigen Verunreinigungen eine radioaktive Belastung auf, die der uneingeschränkten Wärme ausnutzung ebenfalls entgegensteht.Such a process is commonly known as a hot dry rock process known. It is characteristic of this that two holes next to be brought down to each other, of which by the deeper Water is pressed into the ground. The water experiences this heats up and gets through the other hole in heated Condition on the surface. The heat transfer takes place in a cavity from which the heated water or steam is derived. This mode of operation is on a soil bound, which is pressed in under high pressure Water has sufficient erosion resistance. Yet the rising water or steam increases carried particles of the inner cavity, so that as a further Disadvantage Restrictions in heat recovery above ground consist. In many cases, they are also very energy-wise effectively usable heat deposits in rock layers that are particularly sensitive to erosion. For heat recovery in The above-mentioned method is therefore suitable for such layers of earth Not. Finally, the heated water or the heated Steam corresponding to the increasing depth of earth Radioactivity besides its other contaminants radioactive exposure to that of unrestricted heat exploitation also stands in the way.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ein leitend beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß es auch in erosionsgefährdeten Erdschichten angewendet werden kann, ohne daß der gebildete Dampf bzw. das gebildete Heißwasser konta miniert werden. The invention has for its object a method of continue to develop in such a way that it can also be used in layers of earth at risk of erosion, without the steam or hot water formed contact be mined.

Diese Aufgabenstellung löst die Erfindung durch den Vorschlag gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1, für den die Vorschläge der Unteransprüche 2 bis 9 vorteilhafte Weiterent wicklungen vorsehen.The invention solves this problem with the proposal according to the characterizing part of claim 1, for which the Proposals of subclaims 2 to 9 advantageous further provide windings.

Durch das nach außen geschlossene Kreislaufsystem wird hierbei gewährleistet, daß das eingespeiste Wasser mit dem Erdreich über haupt nicht in unmittelbarer Berührung gelangt. Somit sind weder Auswaschungen desselben zu besorgen, noch kommt es zu einer übermäßig radioaktiven Kontamination des erzeugten Wassers bzw. des erzeugten Dampfes. Das auch oberirdisch geschlossene Kreis laufsystem gewährleistet hierbei im übrigen, daß keine uner wünschte Radioaktivität nach außen gelangt. Der Verarbeitungsprozeß hat zwar in vielen Fällen nur eine maßvolle Ausgangstemperatur, jedoch erreicht man durch die Kondensation des Dampfes im Anschluß an seine Verarbeitung eine auch wirtschaftlich befriedigende Energiegewinnung.Due to the closed circulation system ensures that the water fed in with the soil did not come into direct contact at all. So neither To wash out the same, there is still one excessive radioactive contamination of the water produced or of the steam generated. The closed circle above ground The running system also ensures that no other desired radioactivity came out. The Processing process has in many cases only a moderate Initial temperature, however, is achieved through condensation of steam after its processing one too economically satisfactory energy generation.

Das geschlossene Kreislaufsystem läßt sich in unterschiedlicher Weise verwirklichen. Von besonderem Vorteil ist es, hierfür eine Kondensations-Dampf-Turbine zu verwenden, wie sie zum bekannten Stand der Technik zählt. Eine auch in zeitlicher Hinsicht gleich mäßige Betriebsweise einer derartigen Dampfturbine wird dadurch gewährleistet, daß für den Betrieb der Dampf bzw. das hoch erhitzte Wasser einem Dampfkessel zugeführt werden, der den Druck und die Temperatur des Dampfes zeitlich homogenisiert. Im Anschluß an diesen Dampfkessel findet zunächst in einer für Dampfturbinen üblichen Weise eine Behandlung in einer Verdichter stufe statt.The closed circulatory system can be different Realize wise. It is particularly advantageous to use one To use condensation steam turbine as known to State of the art counts. One also the same in terms of time moderate operation of such a steam turbine is thereby ensures that for the operation of the steam or the high Heated water can be fed to a steam boiler, reducing the pressure and the temperature of the steam homogenized over time. in the Connection to this steam boiler first takes place in a for Steam turbines usually treat in a compressor stage instead.

Das eingepreßte Wasser des Wasser-Dampf-Kreislaufsystems wird zweckmäßig nach seiner Einleitung in die Tiefenlage der Dampfer zeugung über ein Einwegventil einem im Querschnitt vergrößerten Aufheizbehälter zugeführt. Dieser Auffangbehälter besitzt vorteilhaft eine vergrößerte spezifische Oberfläche, indem er beispielsweise eine gewellte Wand aufweist. The injected water of the water-steam cycle system expedient after its introduction into the deep position of the steamer generation via a one-way valve an enlarged in cross section Heating tank supplied. This container has advantageous by increasing the specific surface area for example, has a corrugated wall.

Auf diese Weise läßt sich besonders viel Wärme auf den Aufheiz behälter übertragen. Die Erdwärme teilt sich dem Aufheizbehälter dabei thermisch leitend mit. Auch für den Austritt aus dem letzteren ist zweckmäßig ein Einwegeventil vorgesehen. Der Einpreßdruck muß den Heißwasser- bzw. Dampfdruck im Aufheiz behälter überwinden. Dies ist besonders dann von großer Bedeutung, wenn im Aufheizbehälter unmittelbar Wasser durch die Aufnahme der Erdwärme verdampft wird. Die erwähnten Ventile lassen sich vorteilhaft auch noch elektrisch ansteuern, so daß die Betriebsweise von einem oberirdischen Leitstand aus steuerbar ist.In this way, a lot of heat can be heated up container transferred. The geothermal energy is shared by the heating tank Thereby thermally conductive with. Also for leaving the the latter is expediently provided with a one-way valve. The Injection pressure must be the hot water or steam pressure in the heating overcome containers. This is especially great then Meaning if there is water in the heating tank directly through the Absorption of geothermal heat is evaporated. The valves mentioned can advantageously also be controlled electrically, so that the operation can be controlled from an above-ground control center is.

Für die Bildung des gewünschten Dampfzustandes ist vorteilhaft vor dem Dampfkessel eine weitere Pumpe zur Drucksteigerung ange ordnet. Diese Pumpe sowie auch die Wassereinpreßpumpe und der Verdichter erlangen ihren Antrieb in bekannter Weise von der Turbinenwelle unmittelbar.It is advantageous for the formation of the desired vapor state in front of the steam boiler another pump to increase the pressure arranges. This pump as well as the water injection pump and the Compressors get their drive in a known manner from the Turbine shaft immediately.

Ein erhöhtes Maß an Betriebssicherheit wird dadurch erreicht, daß für den Überdruck des Dampfkessels eine Ableitung in das Wasser einpreßsystem gewählt wird.An increased level of operational safety is achieved in that for the overpressure of the steam boiler, a discharge into the water press-in system is selected.

Im Interesse einer möglichst weitgehenden Ausnutzung der Erdwärme muß einerseits eine möglichst große Wärmeübergangsfläche beim Aufheizbehälter geschaffen werden, was, wie schon erwähnt, beispielsweise durch wellige Wandungen verwirklichbar ist. Darüber hinaus ist es wesentlich, daß der Wärmeübergang vom Erd reich auf den Aufheizbehälter möglichst intensiv verläuft. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Erdwärme innerhalb der Bohrung von einer Flüssigkeit, insbesondere Öl, auf den Aufheiz behälter übertragen wird. Diese Flüssigkeit muß derart gewählt werden, daß sie bei einer höheren Temperatur als Wasser verdampft bzw. siedet. Sie verbleibt zweckmäßig ständig in der Bohrung und wird notfalls durch im Umlauf geführtes Wasser mittels des Leitungssystems und des Aufheizbehälters gekühlt.In the interest of utilizing geothermal energy as far as possible On the one hand, the largest possible heat transfer surface must be used Heating containers are created, which, as already mentioned, can be realized, for example, by undulating walls. In addition, it is essential that the heat transfer from the earth richly on the heating container as intensely as possible. This can be achieved in that the geothermal energy within the Drilling a liquid, especially oil, onto the heater container is transferred. This liquid must be chosen in this way that it evaporates at a higher temperature than water or boils. It expediently remains in the bore and is if necessary by circulating water using the Pipe system and the heating tank cooled.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigtTo further illustrate the invention, reference is made to the Embodiment representing drawings reference. It shows

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung des erfindungsgemäßen Ver fahrens, während Fig. 1 shows an overall representation of the United method, while

Fig. 2 den Aufheizbehälter in vergrößerter Darstellung wiedergibt. Fig. 2 shows the heating tank in an enlarged view.

Das Bohrloch 1 ist gemäß Fig. 1 in mehreren Stufen bis auf die erforderliche Tiefe niedergebracht. Die stufenweise Verringerung des Bohrlochdurchmessers sowie auch die Bohrlochauskleidung 2 sind nach dem Stand der Technik üblich.The borehole 1 is brought down to the required depth in several stages according to FIG. 1. The gradual reduction in the borehole diameter and also the borehole lining 2 are customary in the prior art.

In das Bohrloch 1 führt das Wasserzuflußrohr 10, an dessen unterem Ende sich das Einwegventil 13 befindet. Letzteres erlaubt den Eintritt des Speisewassers in den Aufheizbehälter 12. Aus diesem führt das Dampfauslaßrohr 11 nach oben. Auch letzteres ist über ein Einwegventil 13 an den Aufheizbehälter 12 angeschlossen. Die Durchlaßrichtung ist dabei derart, daß Dampf bzw. heißes Wasser lediglich durch dieses Ventil austreten können. Beide Ein wegventile 13 erfahren eine elektrische Steuerung in einer zeichnerisch nicht näher wiedergegebenen oberirdischen Steuer anlage. Man erkennt indes die Kabel 14, die zu den Stell gliedern der Ventile führen.The water inlet pipe 10 leads into the borehole 1 , at the lower end of which the one-way valve 13 is located. The latter allows the feed water to enter the heating tank 12 . From this, the steam outlet pipe 11 leads upwards. The latter is also connected to the heating container 12 via a one-way valve 13 . The direction of passage is such that steam or hot water can only escape through this valve. Both one-way valves 13 experience electrical control in an above-ground control system not shown in the drawing. One can see the cables 14 , which lead to the actuators of the valves.

Der in der beschriebenen Weise aufwärts strömende Dampf bzw. das aufwärts strömende Heißwasser erfahren in der Pumpe 20 eine Drucksteigerung, um anschließend im Dampfkessel 21 bezüglich Druck und Temperatur ausgeglichen und ggf. auch weiter erhitzt zu werden. Ein Sicherheitsventil 22 führt zu einer Überdruckleitung 23 vom Dampfkessel 21 in das Rückführungssystem. Der für den Betrieb der Turbine 25 vorgesehene Dampf erfährt in üblicher Weise in der Verdichtungsstufe 24 eine Nachverdichtung, bevor er der Turbine 25 zuströmt. Letzterer treibt den Generator 26 an. The steam flowing upwards or the hot water flowing upward experiences an increase in pressure in the pump 20 , in order to then be compensated for in the steam boiler 21 with respect to pressure and temperature and possibly also to be heated further. A safety valve 22 leads to an overpressure line 23 from the steam boiler 21 into the return system. The steam provided for the operation of the turbine 25 undergoes post-compression in the compression stage 24 before it flows to the turbine 25 . The latter drives the generator 26 .

An dessen Dampfrückführung 27 schließt sich der Kondensator 28 an dem die Wassereinpreßpumpe 29 folgt. Mit letzterer wird das kondensierte Wasser in das Wasserzuflußrohr 10 eingepreßt, wobei der Druck ausreichend gewählt wird, um einen Zufluß zum Aufheiz behälter 12 zu gewährleisten.At its steam return 27 , the condenser 28 closes, followed by the water injection pump 29 . With the latter, the condensed water is pressed into the water inlet pipe 10 , the pressure being selected sufficiently to ensure an inflow to the heating tank 12 .

Der Aufheizbehälter 12 ist in zeichnerisch nicht wiedergegebener Weise zum Zwecke der Wärmeübertragung von einer bei sehr hoher Temperatur siedende Flüssigkeit, insbesondere mit Öl, umgeben. Die Siedetemperatur dieser Flüssigkeit wird von der Erdwärme nicht erreicht, so daß diese Flüssigkeit mithin in der Tiefe des Bohrlochs verbleiben kann. Dessen Auskleidung schützt nicht nur die Gefäße des Kreislaufsystems, sondern verhindert zugleich ein Eindringen der genannten Flüssigkeit in das umgebende Erdreich.The heating container 12 is surrounded in a manner not shown in the drawing for the purpose of heat transfer by a liquid boiling at a very high temperature, in particular with oil. The boiling temperature of this liquid is not reached by geothermal energy, so that this liquid can therefore remain in the depth of the borehole. Its lining not only protects the vessels of the circulatory system, but also prevents the above-mentioned liquid from penetrating into the surrounding soil.

Claims

1. A process for the production of final heat, in which water is pressed in through an earth borehole, which has been brought back down to an earth temperature sufficient for the generation of heat, which is subject to heat exchange with the earth, while the steam is processed for energy production is characterized by
that the water and the steam are led into a common, closed circuit system within which the steam undergoes condensation after its processing, and
that the condensed water is brought to its injection pressure by means of a pump.

2. The method according to claim 1, characterized, that the closed circulatory system by a Condensation steam turbine is realized for its Operation of the steam in a steam boiler regarding its Pressure and its temperature generated homogeneously over time is, and being the steam first in a compressor level is treated.

3. The method according to claims 1 to 2, characterized, that the water in a pipe system for the Water-steam cycle in the depth of the steam generation via a one-way valve ver in cross section flows into the largest heating tank to which the geothermal energy flows is transferred thermally conductive, and for its output another one-way valve is provided.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized, that the water ver through the transfer of geothermal energy is steaming.

5. The method according to claims 3 and 4, characterized, that the valves are subject to electrical control.

6. The method according to claims 2 to 5, characterized, that the steam flowing upwards or that upwards flowing water before entering the boiler experience further pressure increase by means of a pump.

7. The method according to claims 2 to 6, characterized, that the pumps and the compressor drive from the Preserved turbine shaft.

8. The method according to claims 2 to 7, characterized, that for the overpressure of the boiler a reflux in the water supply system is provided.

9. The method according to claims 2 to 8, characterized, that the geothermal heat to the heating tank by means of an Well remaining, essentially higher than water boiling liquid, especially oil, is transmitted.