[go: up one dir, main page]

EA038563B1 - Геотермальное энергетическое устройство - Google Patents

Геотермальное энергетическое устройство Download PDF

Info

Publication number
EA038563B1
EA038563B1 EA202091861A EA202091861A EA038563B1 EA 038563 B1 EA038563 B1 EA 038563B1 EA 202091861 A EA202091861 A EA 202091861A EA 202091861 A EA202091861 A EA 202091861A EA 038563 B1 EA038563 B1 EA 038563B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
turbine
energy device
steam
geothermal energy
valve
Prior art date
Application number
EA202091861A
Other languages
English (en)
Other versions
EA202091861A1 (ru
Inventor
Соломон Иорамашвили
Шалва Кочладзе
Давид Джинчарадзе
Original Assignee
Соломон Иорамашвили
Шалва Кочладзе
Беридзе, Энрико
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Соломон Иорамашвили, Шалва Кочладзе, Беридзе, Энрико filed Critical Соломон Иорамашвили
Publication of EA202091861A1 publication Critical patent/EA202091861A1/ru
Publication of EA038563B1 publication Critical patent/EA038563B1/ru

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/16Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K11/00Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
    • F01K11/02Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers the engines being turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K19/00Regenerating or otherwise treating steam exhausted from steam engine plant
    • F01K19/02Regenerating by compression
    • F01K19/08Regenerating by compression compression done by injection apparatus, jet blower, or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B3/00Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass
    • F22B3/04Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass by drop in pressure of high-pressure hot water within pressure-reducing chambers, e.g. in accumulators
    • F22B3/045Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass by drop in pressure of high-pressure hot water within pressure-reducing chambers, e.g. in accumulators the drop in pressure being achieved by compressors, e.g. with steam jet pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24TGEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00Geothermal collectors
    • F24T10/10Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F24T10/13Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

Техническим результатом предлагаемого геотермального энергетического устройства является повышение его коэффициента полезного действия (СЕ), упрощение и удешевление конструкции. Геотермальное энергетическое устройство содержит направленную вниз и направленную вверх трубы, которые заполнены жидким теплоносителем и помещены в ствол скважины; они соединены между собой посредством теплообменника в глубине ствола скважины. Направленная вниз труба снабжена несколькими механическими обратными клапанами; на той же трубе также установлен насос для подачи вниз теплоносителя (например, изобутана). Конец направленной вверх трубы на поверхности земли направлен в сторону паровой турбины конденсационного типа, снабжен управляемым (например, электромагнитным) клапаном и повернут к упомянутой турбине соплом Лаваля. Энергетическое устройство дополнительно содержит устройство управления частотой/продолжительностью запирания и отпирания упомянутого управляемого клапана.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к геотермальному энергетическому устройству с бинарным циклом принудительной конвекции для выработки различных видов энергии, в том числе электроэнергии. Его техническим результатом является увеличение коэффициента полезного действия (CE), упрощение конструкции и снижение затрат.
Предпосылки создания изобретения
Бинарный цикл - это термодинамический цикл с использованием двух рабочих тел, одно из которых характеризуется низким давлением насыщения в условиях высокой температуры, а другое - низкой температурой испарения. В нашем случае одно рабочее тело находится в недрах земли, в стволе скважины - это естественно существующая горячая вода (или горячий газ в том же, но сухом пространстве), а другое тело - это теплоноситель, например изобутен, который перекачивается под высоким давлением и помещается в замкнутый контур из восходящей и нисходящей труб. Что касается сущности цикла, его функция состоит в том, чтобы переносить геотермальную энергию из недр земли на поверхность для ее дальнейшего прямого использования и/или преобразования в механическую и/или электрическую энергию. Процесс движения энергии к поверхности осуществляется за счет теплообмена между рабочими телами.
Геотермальная энергия - это энергия естественного тепла Земли. Широко известно, что это тепло можно использовать посредством ствола скважины. Геотермический градиент (изменение температуры в зависимости от глубины) в скважине составляет в среднем 2,5-3°C на каждые 100 м. Это тепло выходит на поверхность земли в виде пара или горячей воды. Такое тепло можно использовать непосредственно для отопления домов и зданий и/или выработки энергии. Существует три типа геотермальных электростанций: установки сухого пара, установки горячего водяного пара и установки с бинарным циклом.
Несмотря на то, что геотермальные электростанции имеют много преимуществ (вырабатываемая энергия является возобновляемой, круглосуточной, зеленой, не требует каких-либо дополнительных затрат, кроме некоторых затрат на профилактику и обслуживание и т.д.), они все же характеризуются рядом недостатков, препятствующих широкому использованию этих типов электростанций.
В целом основным недостатком всех трех типов геотермальных электростанций является то, что они нуждаются в круговороте воды (как правило, возобновляемой подаче (заправке) в горизонте подземных вод. Для этой цели необходим дополнительный ствол скважины и соответствующая инфраструктура. Это значительно снижает рентабельность таких электростанций. Нередки случаи, когда чрезмерное закачивание использованной воды в грунт также вызывает остановку электростанции.
Недостатком геотермальных электростанций является выброс легковоспламеняющихся и/или токсичных газов и минералов из эксплуатационного туннеля на поверхность земли. Это, в свою очередь, приводит к дополнительным затратам на их утилизацию и нейтрализацию.
Основная проблема (особенно для геотермальных электростанций с бинарным циклом) - это необходимость крупномасштабной наземной инфраструктуры и, как следствие, сокращение земельных ресурсов. Это особенно важно для стран с нехваткой земли. В геотермальных электростанциях с бинарным циклом эта инфраструктура обеспечивает эффективный теплообмен между источником термальной воды, выходящей на поверхность земли, и теплоносителем (рабочим телом). Чем больше наземная инфраструктура, тем больше объем теплоносителя и, следовательно, выше мощность электростанции. Однако, кроме ограничений на использование земельных ресурсов для инфраструктуры электростанции, существуют и другие проблемы: объем теплоносителя ограничен потоком поднимающейся термальной воды и температурой этого ресурса на поверхности. По этой причине значительное увеличение количества теплоносителя, даже если будут преодолены трудности наземной инфраструктуры, не может гарантировать повышение мощности электростанции. Геотермальные ресурсы на Земле довольно многочисленны, и большинство характеристик заключается в том, что электростанции с бинарным циклом будут работать успешно, однако из-за этих проблем развитие геотермальной энергии не способно реализовать свой потенциал.
Геотермальная электростанция с бинарным циклом - это тип геотермальной электростанции, которая вырабатывает электроэнергию из относительно прохладных геотермальных резервуаров (в отличие от электростанций с сухим паром и горячим водяным паром, которые вырабатывают электричество путем направления сухого пара (с температурой 150°C и выше) и горячего водяного пара (с температурой 180°C и выше) на турбину. Поскольку температура воды на поверхности земли на геотермальных электростанциях с бинарным циклом недостаточно высока для получения водяного пара (в большинстве геотермальных источников она составляет менее 100°C), термальная вода с поверхности земли закачивается в так называемый теплообменник, в котором последний передает тепло второму (бинарному) теплоносителю. В условиях стандартного атмосферного давления температура кипения теплоносителя значительно ниже, чем у воды (теперь в качестве бинарного теплоносителя используется, например, изобутен или смесь изобутена и изопентана). Бинарный теплоноситель, который генерирует энергию при переходе из жидкой в газообразную фазу, направляется на турбину таких электростанций. Бинарный теплоноситель находится в замкнутом контуре. Из турбины пар теплоносителя возвращается в жидкий конденсат и перекачивается в теплообменник для запуска нового цикла. Что касается использованной геотермальной
- 1 038563 воды, она закачивается в водосодержащие породы через нисходящий ствол скважины.
Информация о работе геотермальной электростанции бинарного цикла размещена на сайте https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_cyde.
Геотермальные энергетические устройства и способы получения энергии приведены в источниках RU
2621440 C1; RU 84922 U1; RU 2000111435 A; RU 2011121001 A; RU 2009131111 A; RU 2008114536 А.
Известна также геотермальная электростанция, которая забирает тепло от геотермальной руды с помощью двух, восходящей и нисходящей, труб, вставленных в два ствола скважины; они соединены друг с другом посредством теплообменника таким образом, что жидкость по нисходящей трубе перемещается в восходящую, при этом на нисходящей трубе на поверхности земли установлен насос, а на восходящей трубе - турбина (WO 2015132404 A1).
Известны также двойной способ и устройство отбора геотермальной энергии, которое предусматривает устройство ствола скважины с двумя, восходящей и нисходящей, трубами. В каждом стволе скважины размещены две разные контурные трубы, которые соединены с водяной системой, проходящей через почву (см. US 3975912 A).
Известна также система отвода тепла от геотермальной руды и геотермальная электростанция, которая содержит две, восходящую и нисходящую, трубы, отводимые от поверхности земли; они соединены друг с другом посредством термоцилиндра таким образом, что жидкость, превращенная в пар из нисходящей трубы, проходит через термоцилиндр в восходящую трубу. На поверхности земли установлено устройство, которое отводит тепло от рабочего тела и переводит его в тепловую энергию (см. WO 2012114297 A2).
Наиболее близкой к представленному изобретению по существенным признакам является геотермальная система теплообмена, содержащая восходящую и нисходящую трубы, опущенные с поверхности земли в один ствол скважины; они соединены друг с другом бойлером (теплообменником) таким образом, что жидкость из нисходящей трубы проходит через бойлер в восходящую трубу. На поверхности земли на нисходящей трубе размещен насос с целью закачки жидкости в трубу, а турбина прикреплена к восходящей трубе, которая также соединена с теплообменниками для отвода тепла и конденсации от использованного пара. Следовательно, конденсат (жидкость) снова подается в насос (см. US 3470943).
Все указанные устройства и способы имеют в той или иной степени недостатки, описанные выше.
Цель изобретения
Целью и техническим результатом представленного изобретения является повышение коэффициента полезного действия (CE) геотермальной энергетической установки, упрощение конструкции и снижение затрат.
Раскрытие изобретения
Технический результат достигается за счет того, что заявленное геотермальное энергетическое устройство содержит по меньшей мере две, восходящую и нисходящую, трубы, заполненные жидким теплоносителем и выводимые с поверхности земли в замкнутый от земли ствол скважины; они соединены между собой посредством теплообменника в глубине ствола скважины. В дополнение к этому нисходящая труба оснащена одним или несколькими последовательными механическими, подающими вниз (односторонними) клапанами; на поверхности земли на ней установлен насос, закачивающий теплоноситель (конденсат его пара). Конец восходящей трубы на поверхности земли направлен к паровой турбине. Энергетическое устройство также содержит трубу, по которой передается пар теплоносителя и его конденсат из турбины в упомянутый насос.
Согласно формуле изобретения оно имеет следующие отличительные признаки:
конец восходящей трубы снабжен управляемым клапаном, но энергетическое устройство дополнительно содержит устройство, которое управляет продолжительностью/частотой запирания-отпирания упомянутого клапана;
пар теплоносителя, выбрасываемый из управляемого клапана, через сопло направляется в турбину;
упомянутое сопло выполнено в виде сопла Лаваля;
конец восходящей трубы снабжен электромагнитным или электромеханическим управляемым клапаном;
конец восходящей трубы направлен в сторону паровой турбины конденсационного типа;
в качестве теплоносителя используется низкотемпературное испаряющееся вещество, например изобутан или смесь изобутана и изопрена;
ствол скважины в одностороннем порядке закрывается только с поверхности земли.
Варианты осуществления изобретения
Сущность изобретения изложена в графических материалах, на которых представлены на фиг. 1 - принципиальная схема работы геотермального энергетического устройства;
на фиг. 2 - теплоноситель направлен в сторону паровой турбины; диаграмма изменения температуры, давления и скорости пара теплоносителя, а также компоновка управляемого клапана.
Представленное геотермальное энергетическое устройство содержит восходящую (3) и нисходящую (4) трубы, соединенные непрерывным (соединенным) контуром от поверхности земли (2) в ствол (1) скважины. На нисходящей трубе на поверхности земли установлен насос (5). Восходящая и нисходя- 2 038563 щая трубы в глубине ствола скважины соединены с теплообменником (6). Конец восходящей трубы на поверхности земли направлен на паровую турбину конденсационного типа (7), которая подключена к электрогенератору (8). Энергетическое устройство содержит конденсатор (9) отработанного пара паровой турбины, а также трубу для подвода конденсата к насосу. Конец восходящей трубы снабжен управляемым клапаном (10) с управляющим (в том числе, возможно, компьютерным) устройством (на фигурах не показано). Управляемый клапан может быть разных типов, в том числе электромагнитным или электромеханическим, и может иметь возможность управления с регулировкой длительности/частоты запирания-отпирания. Между указанным управляемым клапаном и паровой турбиной размещено паровое сопло (11), которое выполнено в виде сопла Лаваля. Нисходящая труба оснащена по меньшей мере одним (несколькими) обратным клапаном (12), который позволяет теплоносителю, закачиваемому в трубу, течь только в одном направлении (к теплообменнику). Для предотвращения утечки термальной воды и/или распыления попутных вредных газов в атмосферу ствол скважины закрывается защитной крышкой (13).
Геотермальное энергетическое устройство работает следующим образом.
Первоначально в запертом положении управляемого клапана (10) нисходящая (4) и восходящая (3) трубы заполняются теплоносителем - изобутаном. Это делается посредством насоса (5). В результате закачивания изобутан в трубах переходит в жидкое состояние и в систему закачивается максимальный объем изобутана. Г еотермальная энергия в глубине ствола скважины вызывает повышение температуры жидкого изобутана в трубах (3, 4) и теплообменнике (6) (однако, несмотря на повышение температуры, теплоноситель не испаряется в условиях высокого давления). После достижения определенных рабочих показателей давления и температуры (рабочие показатели зависят от конфигурации энергетического устройства, глубины расположения теплообменника, характеристик геотермального источника и т.д.), открывают управляемый клапан (10). В результате включают подачу энергии. При каждом открытии управляемого клапана с конца восходящей трубы распыляется пар жидкого изобутана (который имеет как потенциальную, так и кинетическую энергию); он распыляется в сопле (11) и поступает в паровую турбину (7). Из-за перемещения от управляемого клапана (10) в переходную зону сопла (11) Лаваля температура теплоносителя Т и давление Р резко падают, его состояние изменяется (из жидкого в газообразное), а скорость V его пара увеличивается в зоне ускорения сопла Лаваля. Следовательно, кинетическая энергия теплоносителя значительно увеличивается (пропорционально квадрату скорости), что вызывает эффективную работу паровой турбины (7) - вращение. Вращение турбины передается генератору (8), и вырабатывается электроэнергия. Из турбины (7) конденсационного типа отработанный пар теплоносителя проходит через конденсатор (9), возвращается в жидкое состояние, и жидкость возвращается в нисходящую трубу посредством насоса (5). Продолжительность/частота запирания-отпирания управляемого клапана (10) в упомянутом процессе регулируется (механически или автоматически, например, с помощью компьютера) таким образом, чтобы длительность/частота его запирания-отпирания соответствовала параметрам компонентов энергетического устройства (объему восходящих и нисходящих труб и теплообменника, следовательно, объему теплоносителя в системе; режиму и производительности насоса; характеристикам геотермального источника; конфигурации сопла и т.д.) с целью достижения максимально возможной кинетической энергии теплоносителя, упавшего на турбину. С помощью регулирования этого клапана эмпирически достигается оптимальный режим и установка геотермального энергетического устройства для максимального эффекта (хотя теоретический расчет такого режима вполне возможен). Такое регулируемое энергетическое устройство может быть откалибровано только после периодического ремонта или других работ по техническому обслуживанию.
В отличительной части пунктов формулы изобретения указаны существенные признаки и достигнутые результаты, имеющие следующую причинно-следственную связь.
В геотермальном энергетическом устройстве (например, в электростанции) принудительного конвективного цикла теплообмен происходит внутри ствола геотермальной скважины в недрах земли (см. фиг. 1), а не на поверхности земли. Для этой цели можно использовать как существующие стволы гидротермальной (с горячей водой) скважины (1), так и стволы петротермальной (так называемые сухие, пустые, например, отработанные нефтяные или природно-газовые) скважины.
В стволе геотермальной (петротермальной или гидротермальной) скважины, заделанном в месте выхода на поверхность земли (13), с поверхности земли (2) спускаются две трубы: нисходящая (4) и восходящая (3). В глубине ствола скважины эти две трубы соединены друг с другом посредством теплообменника (6) таким образом, что подвижный теплоноситель посредством насоса (5) переходит в нисходящую трубу; пройдя теплообменник, он переходит в поднимающуюся трубу. По всей длине нисходящей трубы установлено несколько механических обратных клапанов (12), которые проводят теплоноситель (в жидком состоянии) только в одном направлении. Теплообменник, нисходящая и восходящая трубы должны быть выполнены из термостойкого и устойчивого к давлению материала. Подвижный теплоноситель (рабочее тело) аналогичен рабочему телу, используемому в геотермальных электростанциях с бинарным циклом. Вышеописанная инфраструктура является подземной частью настоящего изобретения. С целью увеличения стимуляции фазового перехода бинарного теплоносителя, а также коэффициента полезного действия системы в надземной инфраструктуре восходящая труба соединяется с турбиной посредством так называемого импульсного ускорителя (фиг. 2), который состоит из управляемого (на
- 3 038563 пример, электромагнитного) клапана (10) и сопла (11) Лаваля. Управляемый клапан работает (пульсирует - открывается и закрывается) с некоторой частотой. Клапан должен пульсировать с такой продолжительностью/частотой, которая обеспечит резонансное увеличение кинетической энергии газа из сопла (пара теплоносителя). Известно, что кинетическая энергия прямо пропорциональна квадрату скорости E=0,5mv2. Следовательно, резонансное увеличение скорости теплоносителя приведет к резонансному увеличению кинетической энергии, что, в свою очередь, дает резкое повышение коэффициента полезного действия электростанции. Что касается самой резонансной частоты, то она определяется частотой колебаний газа (теплоносителя, бинарного рабочего тела), выходящего в сопло, что, в свою очередь, зависит от многих факторов, в том числе геометрии сопла и клапана, выбранного рабочего тела, разности между давлением (в восходящей трубе и турбинном отсеке), температуры рабочего тела в восходящей трубе, характеристик геотермального источника и т.д.
Тот факт, что выход распыленного газа из клапана имеет определенную частоту колебаний, и ее можно теоретически вычислить, подтверждается следующими источниками:
http://www.transformacni-technologie.cz/en_40.html, http://www.neftemagnat.ru/enc/.
Запертый управляемый клапан (10), насос (5) и механический обратный клапан (клапаны) (12) нисходящей трубы позволяют создавать такое давление, при котором теплоноситель остается жидким, несмотря на значительное превышение температуры кипения в теплообменнике (6) и восходящей трубе (3).
Следовательно, открытие управляемого клапана (10) из-за разности давлений между восходящей трубой и турбинным отсеком (где присутствует атмосферное давление) определяет фазовый переход теплоносителя (имитацию микровзрыва), создавая ударную волну. Резонансное увеличение кинетической энергии ударной волны описано выше.
Наземная инфраструктура, за исключением камеры теплообменника, импульсного ускорителя и сопутствующих конструкций, подобна существующей инфраструктуре геотермальных электростанций с бинарным циклом. Соответственно на поверхности земли (2) представлены насос (5) с целью закачки теплоносителя в нисходящую трубу (4), турбина (7), прикрепленная посредством импульсного ускорителя (фиг. 2) к восходящей трубе, необходимый конденсатор (9) для охлаждения теплоносителя из турбины (для перевода его в жидкое состояние) и генератор (8) для выработки электроэнергии.
Перенос процесса теплообмена под землю и добавление импульсного ускорителя к турбинному отсеку дает следующие преимущества:
1) реализован прямой доступ к неограниченному источнику энергии, что позволяет электростанции увеличивать свою мощность за счет увеличения объема теплоносителя;
2) размещение электростанций в стволах петротермальной скважины возможно даже в местах, где нет гидротермальных природных ресурсов;
3) нет необходимости в дополнительном бурении ствола скважины (наиболее дорогостоящей части геотермальной электростанции) для закачки воды в подземные горизонты и, следовательно, отпадает необходимость в расходах на закачку использованной воды в грунт;
4) отсутствуют потери гидротермальных ресурсов;
5) сероводород больше не распыляется в атмосферу, и нет необходимости создавать инфраструктуру для утилизации токсичных и легковоспламеняющихся минералов и газов;
6) за счет экономии наземной инфраструктуры, экономятся земельные ресурсы, необходимые для электростанции;
7) повышается коэффициент полезного действия геотермальных электростанций.
Изобретение устранит некоторые факторы, препятствующие широкому использованию геотермальной энергии. Следовательно, будет широко внедрена возобновляемая, неограниченная, круглосуточная, экологическая геотермальная электрическая и тепловая генерация с соответствующими экономическими, экологическими и социальными преимуществами.
Изобретение будет способствовать значительному увеличению производства возобновляемой, бесперебойной, круглосуточной, зеленой, экономичной электрической и тепловой энергии. Повышение доступности соответствующего продукта (электроэнергии и тепла) для широкого круга населения, а также для организации экономичных теплиц и холодильных хозяйств там, где это дорого.

Claims (5)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Геотермальное энергетическое устройство, содержащее нисходящую и восходящую трубы, размещенные в стволе скважины, односторонне закрытом только с поверхности земли, заполненные жидким теплоносителем и соединенные друг с другом посредством теплообменника в глубине ствола скважины, при этом нисходящая труба оснащена по меньшей мере одним или несколькими последовательными механическими обратными клапанами, и на нисходящей трубе на поверхности земли также установлен насос для подачи вниз теплоносителя и конденсата его пара, и конец восходящей трубы на поверхности земли соединен с паровой турбиной, которая, в свою очередь, соединена с указанным насосом посредством трубопровода и конденсатора пара для конденсации и подачи в насос отработанного пара, прошедшего через турбину, отличающееся тем, что конец восходящей трубы соединен с турбиной по-
    - 4 038563 средством импульсного ускорителя, состоящего из управляемого клапана, предназначенного для преобразования теплоносителя из жидкого в газообразное состояние, устройства управления, которое управляет продолжительностью и частотой открытия-закрытия клапана с целью генерирования колебаний пара теплоносителя на резонансной частоте, и сопла, направленного в турбину, которое ускоряет пар теплоносителя, который распыляется через клапан.
  2. 2. Геотермальное энергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что указанное сопло выполнено в виде сопла Лаваля.
  3. 3. Геотермальное энергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что клапан импульсного ускорителя на конце восходящей трубы выполнен в виде электромагнитного или электромеханического управляемого клапана.
  4. 4. Геотермальное энергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что турбина на конце восходящей трубы выполнена в виде паровой турбины конденсационного типа.
  5. 5. Геотермальное энергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве теплоносителя используется вещество с низкой температурой испарения, например изобутан или смесь изобутана и изопентана.
EA202091861A 2018-02-06 2019-01-25 Геотермальное энергетическое устройство EA038563B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GEAP201814694A GEP20196972B (en) 2018-02-06 2018-02-06 Geothermal energy device
PCT/GE2019/050001 WO2019155240A1 (en) 2018-02-06 2019-01-25 Geothermal energy device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA202091861A1 EA202091861A1 (ru) 2020-10-26
EA038563B1 true EA038563B1 (ru) 2021-09-15

Family

ID=65818548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA202091861A EA038563B1 (ru) 2018-02-06 2019-01-25 Геотермальное энергетическое устройство

Country Status (28)

Country Link
US (1) US11585527B2 (ru)
EP (1) EP3737839B1 (ru)
JP (1) JP7282805B2 (ru)
CN (1) CN112154256B (ru)
AU (1) AU2019219423A1 (ru)
CA (1) CA3090635A1 (ru)
CY (1) CY1125415T1 (ru)
DK (1) DK3737839T3 (ru)
EA (1) EA038563B1 (ru)
ES (1) ES2899700T3 (ru)
GE (1) GEP20196972B (ru)
HR (1) HRP20211760T1 (ru)
HU (1) HUE057128T2 (ru)
IL (1) IL276544A (ru)
LT (1) LT3737839T (ru)
MA (1) MA51572A (ru)
MD (1) MD3737839T2 (ru)
MX (1) MX2020008269A (ru)
PH (1) PH12020551188A1 (ru)
PL (1) PL3737839T3 (ru)
PT (1) PT3737839T (ru)
RS (1) RS62668B1 (ru)
SA (1) SA520412582B1 (ru)
SI (1) SI3737839T1 (ru)
SM (1) SMT202100653T1 (ru)
UA (1) UA127718C2 (ru)
WO (1) WO2019155240A1 (ru)
ZA (1) ZA202005089B (ru)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12312981B2 (en) 2021-04-02 2025-05-27 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11480074B1 (en) 2021-04-02 2022-10-25 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11592009B2 (en) 2021-04-02 2023-02-28 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11644015B2 (en) 2021-04-02 2023-05-09 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11493029B2 (en) 2021-04-02 2022-11-08 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11486370B2 (en) 2021-04-02 2022-11-01 Ice Thermal Harvesting, Llc Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations
US11421663B1 (en) 2021-04-02 2022-08-23 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation
US11326550B1 (en) 2021-04-02 2022-05-10 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11293414B1 (en) 2021-04-02 2022-04-05 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic rankine cycle operation
US11236735B1 (en) 2021-04-02 2022-02-01 Ice Thermal Harvesting, Llc Methods for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on wellhead fluid temperature
WO2023112085A1 (ja) * 2021-12-13 2023-06-22 株式会社 サイネット カンパニー 同軸循環型発電装置及び同軸循環型発電方法
CN115200239A (zh) * 2022-07-13 2022-10-18 北京京诚华宇建筑设计研究院有限公司 一种入口脉动式能量桩
WO2024079806A1 (ja) * 2022-10-11 2024-04-18 株式会社サイネットカンパニー 発電装置及び発電方法
US12534990B2 (en) 2022-12-29 2026-01-27 Ice Thermal Harvesting, Llc Power generation assemblies for hydraulic fracturing systems and methods
US12180861B1 (en) 2022-12-30 2024-12-31 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods to utilize heat carriers in conversion of thermal energy
CN120351653A (zh) * 2025-05-16 2025-07-22 北京华清荣昊新能源开发有限责任公司 一种地热能热量交换装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB318486A (en) * 1928-09-03 1930-06-19 Bbc Brown Boveri & Cie Improvements in and relating to governors for turbines and compressors
GB1255154A (en) * 1968-10-01 1971-12-01 British Internal Combust Eng Improvements in and relating to turbines driven by a pulsating flow of gases
WO2009014480A1 (en) * 2007-07-23 2009-01-29 Ultirec Method and arrangement for energy conversion of heat
DE202013101546U1 (de) * 2013-04-11 2013-05-15 Ming Lu Eine auf einem Wärmerohr basierende Erdwärmestromerzeugungsanlage
US20130152578A1 (en) * 2010-08-31 2013-06-20 Yellow Shark Holding Aps Power generation system
US20160363350A1 (en) * 2015-02-16 2016-12-15 Est. Inc. Boiling-water geothermal heat exchanger and boiling-water geothermal power generation equipment

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3470943A (en) 1967-04-21 1969-10-07 Allen T Van Huisen Geothermal exchange system
US3999787A (en) * 1972-04-17 1976-12-28 Fast Load Control Inc. Method of effecting fast turbine valving for improvement of power system stability
US3857244A (en) * 1973-11-02 1974-12-31 R Faucette Energy recovery and conversion system
US3975912A (en) 1974-11-25 1976-08-24 Clarence Kirk Greene Geothermal dual energy transfer method and apparatus
US4043129A (en) * 1976-05-05 1977-08-23 Magma Energy, Inc. High temperature geothermal energy system
US4358930A (en) * 1980-06-23 1982-11-16 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of optimizing performance of Rankine cycle power plants
US4551979A (en) * 1981-05-11 1985-11-12 Soma Kurtis Method and apparatus for a thermodynamic cycle by use of distillation
JPS63173806A (ja) * 1987-01-12 1988-07-18 Fuji Electric Co Ltd ト−タルフロ−タ−ビンの出力制御方法
JPS6434402U (ru) * 1987-08-25 1989-03-02
AT501418B1 (de) * 2005-03-11 2008-08-15 Delunamagma Ind Gmbh Injektor-geladene gasturbine mit atmosphärischer feststofffeuerung und rekuperativer abwärmenutzung
DE102007003801A1 (de) * 2007-01-25 2008-07-31 Compact Dynamics Gmbh Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Abgaswärme einer Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeuges, und Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Abgaswärme einer Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeuges
RU2008114536A (ru) 2007-04-11 2009-10-20 Николай Петрович Касаткин (BY) Способ получения механической энергии от теплоты земных недр
US8708046B2 (en) * 2007-11-16 2014-04-29 Conocophillips Company Closed loop energy production from geothermal reservoirs
RU2008111435A (ru) 2008-03-27 2009-10-10 ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "БРАВО Технолоджиз" (RU) Способ тепломассообмена
US20090277152A1 (en) * 2008-05-07 2009-11-12 Ronald Steven Sutherland Quasi-isobaric heat engine
FI20085775A0 (fi) 2008-08-15 2008-08-15 Are Oy Maalämpöjärjestelmä ja menetelmä
RU84922U1 (ru) 2009-03-24 2009-07-20 Учреждение Российской Академии Наук Объединенный Институт Высоких Температур Ран (Оивт Ран) Геотермальная энергоустановка
EP2649311B1 (en) * 2010-12-10 2018-04-18 Schwarck Structure, LLC Passive heat extraction and power generation
IT1404127B1 (it) 2011-02-25 2013-11-15 Bonfiglio Sistema per estrarre calore da rocce calde ed impianto geotermico
RU2011121001A (ru) 2011-05-25 2012-11-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ Устройство преобразования геотермальной энергии земли в электрическую энергию
US9074794B2 (en) * 2011-06-12 2015-07-07 Blade Energy Partners Ltd. Systems and methods for co-production of geothermal energy and fluids
JP5751987B2 (ja) 2011-08-25 2015-07-22 富士電機株式会社 スケール抑制方法及び地熱発電装置
CN103422919B (zh) * 2013-07-19 2015-03-11 高椿明 一种喷水注入式脉冲蒸汽发电系统及方法
WO2015132404A1 (en) 2014-03-07 2015-09-11 Vito Geothermal plant using hot dry rock fissured zone
US20150330670A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Richard L. Wynn, Jr. System and method for utilizing oil and gas wells for geothermal power generation
GB201518833D0 (en) * 2015-10-23 2015-12-09 Univ Newcastle Free piston engine power plant
RU2621440C1 (ru) 2015-12-15 2017-06-06 Левон Мурадович Мурадян Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию
GB2561837A (en) * 2017-04-24 2018-10-31 Hieta Tech Limited Turbine rotor, turbine, apparatus and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB318486A (en) * 1928-09-03 1930-06-19 Bbc Brown Boveri & Cie Improvements in and relating to governors for turbines and compressors
GB1255154A (en) * 1968-10-01 1971-12-01 British Internal Combust Eng Improvements in and relating to turbines driven by a pulsating flow of gases
WO2009014480A1 (en) * 2007-07-23 2009-01-29 Ultirec Method and arrangement for energy conversion of heat
US20130152578A1 (en) * 2010-08-31 2013-06-20 Yellow Shark Holding Aps Power generation system
DE202013101546U1 (de) * 2013-04-11 2013-05-15 Ming Lu Eine auf einem Wärmerohr basierende Erdwärmestromerzeugungsanlage
US20160363350A1 (en) * 2015-02-16 2016-12-15 Est. Inc. Boiling-water geothermal heat exchanger and boiling-water geothermal power generation equipment

Also Published As

Publication number Publication date
MD3737839T2 (ro) 2022-02-28
GEP20196972B (en) 2019-05-27
US20220049846A1 (en) 2022-02-17
AU2019219423A1 (en) 2020-09-10
EA202091861A1 (ru) 2020-10-26
BR112020016055A2 (pt) 2020-12-08
RS62668B1 (sr) 2021-12-31
CN112154256A (zh) 2020-12-29
PT3737839T (pt) 2021-11-29
LT3737839T (lt) 2022-02-10
IL276544A (en) 2020-09-30
MX2020008269A (es) 2020-09-21
ZA202005089B (en) 2021-08-25
ES2899700T3 (es) 2022-03-14
HUE057128T2 (hu) 2022-04-28
PH12020551188A1 (en) 2021-08-16
WO2019155240A1 (en) 2019-08-15
SI3737839T1 (sl) 2022-04-29
HRP20211760T1 (hr) 2022-02-18
DK3737839T3 (da) 2021-11-15
EP3737839B1 (en) 2021-08-18
CY1125415T1 (el) 2023-03-24
SA520412582B1 (ar) 2022-04-18
UA127718C2 (uk) 2023-12-13
US11585527B2 (en) 2023-02-21
SMT202100653T1 (it) 2022-01-10
EP3737839A1 (en) 2020-11-18
CN112154256B (zh) 2023-03-03
CA3090635A1 (en) 2019-08-15
PL3737839T3 (pl) 2022-01-10
JP2021512255A (ja) 2021-05-13
JP7282805B2 (ja) 2023-05-29
MA51572A (fr) 2020-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA038563B1 (ru) Геотермальное энергетическое устройство
US5515679A (en) Geothermal heat mining and utilization
US3757516A (en) Geothermal energy system
US8650875B2 (en) Direct exchange geothermal refrigerant power advanced generating system
US4054176A (en) Multiple-completion geothermal energy production systems
JP2020518767A (ja) 地中熱源および関連するプラントからの、非従来的な電力の生産のためのシステム
Dambly et al. The Organic Rankine Cycle for Geothermal Power Generation
CN104863654B (zh) 一种超临界二氧化碳地热开采装置及方法
CA3204575A1 (en) Systems and methods for heat management for cased wellbore compressed air storage
Milman et al. DEVELOPMENT OF TECHNOLOGIES FACILITATING THE TRANSITION TO RENEWABLE ENERGY SOURCES: OPPORTUNITIES FOR APPLICATION OF REACTIVE HYDRO-STEAM TURBINES FOR LOW-POTENTIAL HEAT RESOURCES.
Minea Using geothermal energy and industrial waste heat for power generation
Blanco Ilzarbe et al. Recent patents on geothermal power extraction devices
BR112020016055B1 (pt) Dispositivo de energia geotérmica
Chappidi et al. A Short Review on Wellbore Heat
Alkhasov et al. Harnessing the geothermal resources of sedimentary basins for electricity production
Kolahi et al. Wells in Energy Systems
Yang Geothermal Power and Heating
Kukurugyová et al. Comparison of working fluids for ORC geothermal power plant ĎURKOV
Panchal et al. A Kalina cycle for low and medium enthalpy abandoned oil
Anderson A vapor turbine geothermal power plant
JP2012518117A (ja) 流体および電気の自律的な産生システムおよび方法
CN118346552A (zh) 一种基于废弃煤矿再利用的深部地热资源多级原位发电的方法
KR101346124B1 (ko) 냉매엔진 및 그 제어방법
RU2511993C2 (ru) Геотермальная установка
NSHIMYUMUREMYI et al. Numerical Modeling of Vapor Parameters Distribution Along a Vertical Heat Pipe Using Carbon Dioxide (Co2), and its Application for Sustainable Geothermal Power Generation (Sgpg)