RU2003114753A

RU2003114753A - Способ и система для обмена земной энергией между земными телами и энергообменником, использующим природную тепловую энергию, прежде всего для получения электрического тока

Info

Publication number: RU2003114753A
Application number: RU2003114753/06A
Authority: RU
Inventors: Ханс ХИЛЬДЕБРАНД
Original assignee: Хита Аг
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2004-11-10

Claims

1. Способ обмена энергией между земными телами и энергообменником (2, 2а), который используется прежде всего для выработки электроэнергии и соединен в контуре циркуляции теплоносителя линией (10) прямого потока, по которой в него поступает водяной пар, и линией (14) обратного потока, по которой из него выходит оборотная вода, с использующим земную тепловую энергию теплообменником (18), который расположен под земной поверхностью и доходит до глубины, на которой в нем за счет тепловой энергии земного тела образуется водяной пар, отличающийся тем, что линии прямого и обратного потока ведут в одну общую скважину (22), в которой имеется по меньшей мере одна теплоизолированная труба (20, 20а, 20b) прямого потока, окруженная разделительной трубой (24), с внешней стороны которой в радиальном направлении находится область (28) обратного потока для оборотной воды, в которой находится по меньшей мере одна труба (30) обратного потока, соединенная с линией (14) обратного потока, при этом по меньшей мере нижняя область скважины заполнена пористым наполнителем (38) и соединена с нижним входным отверстием (46, 46а) трубы (20, 20а, 20b) прямого потока по меньшей мере у дна скважины (22) через одно или несколько сквозных отверстий (44, 44а), выполненных в разделительной трубе (24).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для запуска процесса циркуляции оборотной воды и образования пара используют по меньшей мере один циркуляционный насос (92, 94).

3. Способ по п.3, отличающийся тем, что для запуска процесса циркуляции оборотной воды находящийся в трубе (20, 20а, 20b) прямого потока столб воды вытесняют из нее средой, создающей в трубе повышенное давление, до тех пор, пока образующийся в скважине водяной пар с определенными параметрами не попадет в энергообменник (2, 2а).

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что среду, создающую повышенное давление, подают в верхнюю область трубы (20, 20b) прямого потока.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что среду, создающую повышенное давление, подают в верхнюю область трубы (30) обратного потока.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что среду, создающую повышенное давление, предварительно нагревают.

7. Способ по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что в качестве среды, создающей повышенное давление, используют сжатый воздух.

8. Способ по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что в качестве среды, создающей повышенное давление, используют водяной пар, который получают предпочтительно путем непрерывного испарения столба воды, находящейся в трубе (20b) прямого потока, с помощью погружного нагревателя (68).

9. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве среды, создающей повышенное давление, используют напорную воду.

10. Способ по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что оборотную воду (64), которую при запуске процесса циркуляции вытесняют из трубы (20, 20а, 20b) прямого потока, собирают в отдельной емкости (62), предпочтительно обрабатывают и используют для пополнения контура циркуляции оборотной воды.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что в трубу (30) обратного потока оборотную воду подают с температурой меньше 100°С, предпочтительно с температурой 20-30°С.

12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что в теплообменник (2, 2а) водяной пар подают с температурой больше 100°С, предпочтительно с температурой 350-370°С.

13. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что давление образующегося водяного пара уравновешивают путем вытеснения вниз и увеличения температуры и давления расположенного выше пара в области (28) обратного потока столба воды, из которой в области (20, 20а, 20b, 24) прямого потока, например на глубине 7500-12000 м, образуется водяной пар с давлением, например, 50-60 бар, который проходит к энергообменнику (2, 2а) предпочтительно через теплоизолированную область (20, 20а, 20b, 24) прямого потока.

14. Система для осуществления способа по любому из пп.1-13, в которой энергообменник (2, 2а) соединен линией (10) прямого потока и линией (14) обратного потока контура циркуляции оборотной воды с использующим земную тепловую энергию теплообменником (18), который имеет по меньшей мере одну расположенную в скважине (22) теплоизолированную трубу (20, 20а, 20b) прямого потока, окруженную в скважине (22) разделительной трубой (24), с внешней стороны которой в радиальном направлении находится область (28) обратного потока для оборотной воды, в которой находится по меньшей мере одна труба (30) обратного потока, соединенная с линией (14) обратного потока, при этом по меньшей мере нижняя область скважины заполнена пористым наполнителем (38) и соединена с нижним входным отверстием (46, 46а) трубы (20, 20а, 20b) прямого потока по меньшей мере у дна скважины (22) через одно или несколько сквозных отверстий (44, 44а), выполненных в разделительной трубе (24).

15. Система по п.14, отличающаяся тем, что в линии (14) обратного потока и/или в линии (10) прямого потока установлен циркуляционный насос (92, 94).

16. Система по п.14, отличающаяся наличием регулируемых запорных клапанов (12, 16), установленных на линии (10) прямого потока и на линии (14) обратного потока, и соединяемого с ней устройства (50а, 50b, 50с), которое предназначено для заполнения системы средой повышенного давления, под действием которого из трубы (20, 20а, 20b) прямого потока вытесняется оборотная вода, и для запуска процесса образования пара и его перемещения по системе, при этом такое устройство соединено либо с линией (10) прямого потока в точке, расположенной между запорным клапаном (12) и использующим тепловую земную энергию теплообменником (18), либо с линией (14) обратного потока в точке, расположенной между запорным клапаном (16) и использующим тепловую земную энергию теплообменником (18).

17. Система по п.16, отличающаяся тем, что устройство, которое предназначено для заполнения системы средой повышенного давления, представляет собой нагнетательный насос (50а, 50b).

18. Система по п.16, отличающаяся тем, что устройство, которое предназначено для заполнения системы средой, создающей в ней повышенное давление, представляет собой погружной нагреватель (50с), который можно опустить в трубу прямого потока.

19. Система по любому из пп.14-18, отличающаяся наличием расположенного на земной поверхности устройства для слива оборотной воды из трубы (20, 20а, 20b) прямого потока.

20. Система по п.19, отличающаяся тем, что устройство для слива оборотной воды содержит сливной клапан (56а), установленный в линии (14) обратного потока между использующим земную тепловую энергию теплообменником (18) и запорным клапаном (16).

21. Система по п.19, отличающаяся тем, что устройство для слива оборотной воды имеет сливной клапан (56b), установленный в линии (10) прямого потока между использующим земную тепловую энергию теплообменником (18) и запорным клапаном (12).

22. Система по любому из пп.19-21, отличающаяся тем, что устройство для слива оборотной воды содержит емкость (62) для сбора сливаемой из системы оборотной воды, соединенную подводящим трубопроводом с линией (14) обратного потока.

23. Система по любому из пп.14-22, отличающаяся наличием подводящего трубопровода (41) с запорным клапаном (43), через который вода подается в линию (14) обратного потока.

24. Система по любому из пп.14-23, отличающаяся тем, что в разделительной трубе (24) расположена по меньшей мере еще одна труба (20а) прямого потока, которая сообщается с расположенным в земле концом первой трубы (20) прямого потока и соединяется на земной поверхности (34) с другим концом первой трубы (20) прямого потока через запорный клапан (48) и которая имеет сливной клапан (56), предназначенный для слива оборотной воды, вытесняемой из первой трубы (20) прямого потока через вторую трубу (20а) прямого потока устройством (50), предназначенным для заполнения системы средой, создающей в ней повышенное давление.

25. Система по любому из пп.14-24, отличающаяся тем, что пространство между трубами (20, 20а, 20b) прямого потока и разделительной трубой (24) заполнено теплоизолирующим материалом (42).

26. Система по любому из пп.14-25, отличающаяся тем, что по меньшей мере две, предпочтительно несколько, труб (30) обратного потока расположены вокруг разделительной трубы (24) в кольцевой области (60) между разделительной трубой (24) и стенкой (26) скважины.

27. Система по любому из пп.14-26, отличающаяся тем, что верхняя, расположенная от земной поверхности (34) на глубине предпочтительно от 1000 до 2500 м область (32) скважины, в которой расположена труба (30) обратного потока, выполнена герметичной, а нижняя область скважины заполнена насыпанным на дно (36) скважины пористым наполнителем (38), при этом в стенке трубы (30) обратного потока выполнены сквозные отверстия (40), расположенные в заполненной пористым наполнителем нижней области скважины.

28. Система по любому из пп.14-27, отличающаяся тем, что труба (20, 20а, 20b) прямого потока заканчивается на расстоянии, предпочтительно равном 400 м от дна (36) скважины, а разделительная труба (24) имеет расположенные в этой зоне сквозные отверстия (44).

29. Система по любому из пп.14-28, отличающаяся тем, что скважина (22) имеет глубину Т 2500-12000 м.

30. Система по любому из пп.14-29, отличающаяся тем, что скважина (22) имеет по меньшей мере один боковой отвод (58, 58а, 58b), конец которого сообщается со скважиной (22) предпочтительно в зоне расположения сквозных отверстий (44, 44а) разделительной трубы (24).

31. Система по п.30, отличающаяся тем, что боковой отвод (58а) проходит по существу вдоль скважины (22).

32. Система по п.30, отличающаяся тем, что боковой отвод (58b) проходит по существу в радиальном направлении скважины (22).

33. Система по любому из пп.14-32, отличающаяся тем, что энергообменник (2) имеет предпочтительно многоступенчатую турбину (4), соединенную с электрическим генератором (6), за которой предпочтительно расположено устройство (8), потребляющее тепловую энергию.

34. Система по любому из пп.14-32, отличающаяся тем, что энергообменник (2а) соединяет проходящий под землей контур циркуляции оборотной воды с другим контуром (96) циркуляции, в котором предпочтительно установлена многоступенчатая турбина с электрическим генератором.

35. Система по п.33 или 24, отличающаяся тем, что турбина (4) работает по циклу Ренкина на органическом рабочем теле.