ПЕТРОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2022 года по МПК F24T10/30 F03G4/02 F01D15/10 E21B43/263 

Изобретение относится к энергетике, к средствам производства электрической и тепловой энергии с использованием геологических пластов, обладающих достаточным термальным потенциалом и высоким залеганием [F01D15/10, F01K9/00, F01K13/00, F01K25/00, F03G4/00, F03G7/04].

Из уровня техники известна ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ [WO2021123752 A1, опубл.: 24.06.2021], включающая устройство и способ рекуперации тепловой энергии от подземной газификации ископаемого топлива. Система рекуперации тепла приспособлена для циркуляции рабочей жидкости в области экзотермической реакции ископаемого топлива для передачи тепловой энергии в удаленное место для последующего преобразования в электричество.

Недостатком данного аналога является отсутствие в данном техническом решении защиты от геологических явлений, представляющих опасность для эксплуатации электростанции, а также для экологической обстановки в районе размещения электростанции.

Также из уровня техники известно Сочетание повышения нефтеотдачи с потребностями в энергии для добычи и переработки сырой нефти [US2020386212 A1, опубл.: 10.12.2020], в котором рассмотрены системы и способы использования текучей среды, добываемой из геотермального источника, для выработки электроэнергии и обеспечения энергией переработки нефти выше по потоку в рамках бинарной электростанции. Использование геотермально нагретого флюида продолжается в операции по увеличению нефтеотдачи. Тепловая энергия геотермально нагретой жидкости нагревает рабочую жидкость бинарной электростанции для работы турбины и для нагрева жидкого теплоносителя в составе установки для разделения газа и нефти. Повышение нефтеотдачи может сопровождаться операцией заводнения.

Недостатком данного аналога является отсутствие в данном техническом решении защиты от геологических явлений, представляющих опасность для эксплуатации электростанции, а также для экологической обстановки в районе размещения электростанции. Дополнительно возникают вопросы обеспечения технической безопасности при использовании высоких температур в процессе переработки нефти и газа.

Наиболее близким по технической сущности является ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЕОТЕРМИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ [US2015345482 A, опубл.: 03.12.2015], использующая метод ORC, в котором одним из аспектов является то, что для конденсации рабочего тела, выходящего из турбины, предусмотрены конденсатор с воздушным охлаждением и конденсатор с водяным охлаждением, которые подключены параллельно друг другу. Дополнительным аспектом осуществления некоторых вариантов способа эксплуатации геотермальной электростанции, является разделение рабочей жидкости, которая должна конденсироваться, и последующее отдельное преобразование частичных объемных потоков рабочей жидкости в воздух и охлаждаемый конденсат, с одной стороны, и конденсат с водяным охлаждением, с другой стороны. Наконец, дополнительным аспектом некоторых вариантов осуществления является способ модернизации традиционной геотермальной электростанции, дополнительно включающий конденсатор с водяным охлаждением, который подсоединен параллельно к конденсатору с воздушным охлаждением.

Основной технической проблемой прототипа является отсутствие в данном техническом решении защиты от геологических явлений, представляющих опасность для эксплуатации электростанции, а также отсутствие решений для экологической обстановки в районе размещения электростанции, особенно в части влияния на грунт под местом размещения электростанции и электропроводности пластов, через которые проходят теплопроводящие скважины.

Задачей изобретения модели является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня безопасности при эксплуатации петротермальной электростанции.

Указанный технический результат достигается за счет того, что петротермальная электростанция, содержащая резервуар для хранения теплоносителя, соединенный трубопроводом для подачи теплоносителя со скважиной для подачи теплоносителя пробуренной в нагревную полость, скважину для отвода теплоносителя, на выходе из которой смонтирована паровая турбина, соединенная с электрогенератором и теплообменником, отличающаяся тем, что в нагревной полости установлено устройство детонации взрывной смеси, подаваемой в нагревную полость вместе с теплоносителем, при этом скважина подачи и отвода теплоносителя выполнены с запасом прочности, обеспечивающим их устойчивость от разрушительного действия избыточного давления ударной волны при управляемом взрыве взрывной смеси с возможностью контролируемого сейсмического воздействия на геологические пласты, предупреждения накопления электропотенциала в пласте и улучшения микроциркуляции теплоносителя в нагревной полости, строительная конструкция здания электростанции, скважины для подачи теплоносителя и скважины для отвода теплоносителя выполнены термоизолированными и электроизолированными.

В частности, взрывная смесь выполнена нерастворимой в теплоносителе.

В частности, устройство детонации взрывной смеси выполнено многоразовым.

В частности, термоизоляция здания электростанции и скважин выполнена путем поддержания воздушной среды внутри них разреженной.

В частности, электроизоляция здания электростанции и скважин выполнена с помощью диэлектрических материалов.

В частности, диэлектрические материалы выполнены в виде идеальных диэлектриков.

На чертеже схематично изображена петротермальная электростанция, на которой обозначено: 1 - резервуар для хранения теплоносителя, 2 - трубопровод для подачи теплоносителя, 3 - клапан регулировки подачи теплоносителя, 4 - здание электростанции, 5 - скважина для подачи теплоносителя, 6 - скважина для отвода теплоносителя, 7 - нагревная полость, 8 - паровая турбина, 9 - электрогенератор, 10 - электрораспределительное оборудование, 11 - тепловой клапан, 12 - теплообменник, 13 - теплоотводной трубопровод, 14 - линия электропередач, 15 - устройство детонации взрывной смеси.

Осуществление изобретения.

Петротермальная электростанция предназначена для генерации электроэнергии и тепла, с использованием геологических пластов, обладающих достаточным термальным потенциалом и высоким залеганием.

Петротермальная электростанция содержит резервуар для хранения теплоносителя 1, который вместе с подсоединенным к нему трубопроводом для подачи теплоносителя 2, внутри которого размещен клапан регулировки подачи теплоносителя 3, размещены в здании электростанции 4 и подключены к скважине для подачи теплоносителя 5, выполненной из теплоизолирующих и диэлектрических материалов. Скважина для подачи теплоносителя 5 пробурена в нагревную полость 7. Из нагревной полости 7 проложена скважина для отвода теплоносителя 6, выполненная из теплоизолирующих и диэлектрических материалов. На выходе из скважины для отвода теплоносителя 6 смонтирована паровая турбина 8, соединенная с электрогенератором 9, который, в свою очередь, соединен с электрораспределительным оборудованием 10. Также паровая турбина 8 соединена с трубопроводом для подачи теплоносителя 2, в котором смонтирован тепловой клапан 11. Внутри трубопровода для подачи теплоносителя 2 со стороны паровой турбины 8, за тепловым клапаном 11 смонтирован теплообменник 12. Теплообменник 12 соединен с теплоотводным трубопроводом 13. Электрораспределительное оборудование 10, через линию электропередач 11 соединено с линиями электропередач 14. Внутри нагревной полости 7 размещено устройство детонации взрывной смеси 15, выполненное многоразовым.

Изобретение используют следующим образом.

Из резервуара для хранения теплоносителя 1, теплоноситель, представляющий из себя воду или специальный солевой раствор, подают в трубопровод для подачи теплоносителя 2, внутри которого размещен клапан регулировки подачи теплоносителя 3. Все основные агрегаты находятся в здании электростанции 4, в том числе и скважина для подачи теплоносителя 5. Через трубопровод для подачи теплоносителя 2, который соединен со скважиной для подачи теплоносителя 5, теплоноситель подают в нагревную полость 7. Из нагревной полости 7 через скважину для отвода теплоносителя 6, теплоноситель подают в виде пара на паровую турбину 8, соединенную с электрогенератором 9, где происходит генерация электроэнергии. Далее, через электрораспределительное оборудование 10, электроэнергию передают потребителю по линиям электропередач 14.

Теплоноситель в виде пара, после выхода с паровой турбины 8 подает в трубопровод для подачи теплоносителя 2. С помощью теплового клапана 11 регулируют подачу теплоносителя. Проходя по трубопроводу для подачи теплоносителя 2 парообразным теплоноситель нагревает воду в теплообменнике 12, которую по теплоотводному трубопроводом 13 передают потребителю и в систему теплоснабжения (на фигуре не показана) самой электростанции.

В нагревной полости 7 размещено устройство детонации взрывной смеси 15, подаваемой в нагревную полость вместе с теплоносителем, предназначенное для контролируемого сейсмического воздействия на геологические пласты, предупреждения накопления электропотенциала в пласте, и улучшения микроциркуляции теплоносителя в нагревной полости 7. Управление устройством детонации взрывной смеси 15 осуществляют из здания электростанции. При этом конструкция устройства детонации взрывной смеси 15 обеспечивает многократную детонацию взрывной смеси. Мощность подрыва взрывной смеси не должна разрушать скважины подачи и отвода теплоносителя.

Поскольку все агрегаты петротермальной электростанции находятся в здании электростанции 4, находящимся в непосредственном контакте с грунтом, существует высокая вероятность нагрева грунта, находящегося под зданием электростанции 4. Нарушение температурного баланса под зданием электростанции 4 может привести к оттаиванию вечной мерзлоты или плавлению некоторых видов геологических пород, находящихся под зданием электростанции 4, что приводит к риску развития аварийных ситуаций, таких как просадка, обводнение, и, как результат, смещение узлов и агрегатов внутри здания электростанции 4, разрыв трубопроводов и короткие замыкания в электрооборудовании. Для снижения риска развития аварийных ситуаций, связанных с нагревом грунта под зданием электростанции 4 требуется выполнение термоизоляции как самого здания, так и тех объемов внутри здания, где размещается оборудование. Необходимая термоизоляция проводится путем создания разреженной воздушной среды внутри помещений электростанции, использованию термоизолирующих материалов в конструкции здания электростанции 4. Также термоизоляция требуется для скважины подачи теплоносителя 5 и скважины для отвода теплоносителя 6, поскольку они находятся в прямом контакте с геологическими породами и могут оказывать тепловое воздействие. Термоизоляция скважин проводится при помощи материалов, не проводящих тепло, из которых изготавливаются конструкционные элементы скважин.

Также особую опасность для сооружений, в состав которых входят скважины, представляют электрогеологические явления, которые получили название «подземная гроза». Как правило, данные явления возникают в случае, когда скважины пересекают геологические слои с различной электропроводностью и имеющие высокую слоистость. Если в конструкции скважин присутствуют элементы с высокой электропроводностью, например, металлические трубы, это приводит тому, что происходит накопление электропотенциала в геологических слоях. В качестве основного источника создания электропотенциала рассматривают электрические процессы, происходящие в атмосфере. При незначительном микросейсмическом явлении, этот электропотенциал может высвобождаться. Это приводит к моментальному искровому разряду, который способен полностью разрушить сооружение, находящееся на выходе скважин. Избежать развития такого явления можно только выполнив скважину подачи теплоносителя 5 и скважину для отвода теплоносителя 6 из материалов, не проводящих электроток. Тем самым блокируется возможность передачи избыточного электропотенциала. Электроизоляцию от атмосферных электрических процессов может обеспечить здание электростанции 4, при условии его изготовления из материалов, не проводящих ток.

Технический результат - повышение уровня безопасности при эксплуатации петротермальной электростанции, устойчивой к оттаиванию грунта и разрушительным геологическим явлениям, таким как «подземная гроза», предназначенной для устойчивой генерации электроэнергии и тепла, с использованием геологических пластов, обладающих достаточным термальным потенциалом и высоким залеганием, достигается за счет использования термоизоляции и электроизоляции здания электростанции 4, скважины подачи теплоносителя 5 и скважины для отвода теплоносителя 6, что позволяет генерировать электроэнергию с использованием геологических пластов в максимально суровых природно-климатических условиях, при этом исключить нарушение существующих природно-климатических условий и создание аварийных ситуаций.

Изобретение относится к средствам производства электрической и тепловой энергии с использованием геологических пластов, обладающих достаточным термальным потенциалом и высоким залеганием. В нагревной полости установлено устройство детонации взрывной смеси, подаваемой в нагревную полость вместе с теплоносителем. Скважины подачи и отвода теплоносителя выполнены с запасом прочности, обеспечивающим их устойчивость от разрушительного действия избыточного давления ударной волны при управляемом взрыве взрывной смеси с возможностью контролируемого сейсмического воздействия на геологические пласты, предупреждения накопления электропотенциала в пласте и улучшения микроциркуляции теплоносителя в нагревной полости. Строительная конструкция здания электростанции, скважины для подачи теплоносителя и скважины для отвода теплоносителя выполнены термоизолированными и электроизолированными. Техническим результатом изобретения является повышение уровня безопасности при эксплуатации петротермальной электростанции. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Петротермальная электростанция, содержащая резервуар для хранения теплоносителя, соединенный трубопроводом для подачи теплоносителя со скважиной для подачи теплоносителя, пробуренной в нагревную полость, скважину для отвода теплоносителя, на выходе из которой смонтирована паровая турбина, соединенная с электрогенератором и теплообменником, отличающаяся тем, что в нагревной полости установлено устройство детонации взрывной смеси, подаваемой в нагревную полость вместе с теплоносителем, при этом скважины подачи и отвода теплоносителя выполнены с запасом прочности, обеспечивающим их устойчивость от разрушительного действия избыточного давления ударной волны при управляемом взрыве взрывной смеси с возможностью контролируемого сейсмического воздействия на геологические пласты, предупреждения накопления электропотенциала в пласте и улучшения микроциркуляции теплоносителя в нагревной полости, строительная конструкция здания электростанции, скважины для подачи теплоносителя и скважины для отвода теплоносителя выполнены термоизолированными и электроизолированными.

2. Петротермальная электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что взрывная смесь выполнена нерастворимой в теплоносителе.

3. Петротермальная электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что устройство детонации взрывной смеси выполнено многоразовым.

4. Петротермальная электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что термоизоляция здания электростанции и скважин выполнена путем поддержания воздушной среды внутри них разреженной.

5. Петротермальная электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что электроизоляция здания электростанции и скважин выполнена с помощью диэлектрических материалов.

6. Электроизоляция по п. 5, отличающаяся тем, что диэлектрические материалы выполнены в виде идеальных диэлектриков.