ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ Российский патент 2023 года по МПК F24T10/20 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к установкам автономного электро- и теплоснабжения с использованием геотермальной энергии Земли и может быть использовано для энергоснабжения электрической и тепловой энергией.

Известна геотермальная установка энергоснабжения потребителей [RU 112749 U1, МПК F24J 3/08 (2006.01), опубл. 20.01.2012], содержащая дизельные генераторы и геотермальную бинарную ТЭЦ, состоящую из добычной скважины, соединенной трубопроводом с сепаратором геотермальной среды. Сепаратор соединен с трубопроводами для подвода отсепарированной воды к теплообменнику предварительного нагрева теплоносителя бинарной энергетической установки и к теплообменнику системы теплоснабжения, а также паропроводом для подвода отсепарированного пара к испарителю бинарной энергетической установки. Бинарная энергетическая установка, генерирующая электрическую энергию, состоит из паровой турбины с генератором, рекуператора, конденсатора, циркуляционного насоса, теплообменника предварительного нагрева теплоносителя и испарителя. На трубопроводе для подвода отсепарированной воды к теплообменнику системы теплоснабжения установлен трехходовой клапан для регулирования подачи геотермальной воды в контур теплообменника и теплосеть путем обеспечения возможности разделения отсепарированной воды на два регулируемых потока. Трехходовой клапан соединен одним трубопроводом с теплообменником предварительного нагрева бинарной энергетической установки, а вторым трубопроводом - с дополнительно установленным на трубопроводе для подвода отсепарированной воды к теплообменнику системы теплоснабжения узлом смешения, соединенным трубопроводом с теплообменником предварительного нагрева бинарной энергетической установки.

Такую геотермальную установку энергоснабжения потребителей можно использовать только при высоких параметрах воды в скважине, а отсутствие фильтров очистки воды приводит к тому, что в теплообменнике предварительного нагрева теплоносителя и в испарителе используется неподготовленная геотермальная вода.

Известна геотермальная установка энергоснабжения потребителей [RU 2330219 C1, МПК F24J3/08 (2006.01), опубл. 27.07.2008], выбранная в качестве прототипа, которая содержит контур съема тепла Земли, включающий циркуляционный насос, подъемную трубу и опускную, расположенную в скважине, и теплообменник, контур испарения и конденсации рабочего тела турбины, содержащий испаритель, насос, конденсатор, входом подключенный к турбине, соединенной с электрогенератором, подключенным к потребителю электроснабжения, контур охлаждения конденсатора с охладителем, теплообменником и насосом. Контур теплоснабжения потребителя содержит циркуляционные насосы, запорную, регулирующую и промежуточную задвижки, отводящий и подводящий трубопроводы, который подключен к выходу теплообменника контура съема тепла Земли, ко входу потребителя тепловой энергии и выходу запорной задвижки, вход которой соединен с выходом высокопотенциального теплообменника теплового насоса, вход которого подключен к выходу циркуляционного насоса контура теплоснабжения потребителей, входом соединенного с выходом потребителя тепловой энергии. Вход высокопотенциального теплообменника теплового насоса соединен с входом регулирующей задвижки, выход которой отводящим трубопроводом подключен к входу циркуляционного насоса и выходу задвижки контура съема тепла Земли. Выход циркуляционного насоса указанного контура соединен с опускной трубой. Вход низкопотенциального теплообменника теплового насоса соединен с одним концом цепи, образованной последовательно соединенными промежуточной задвижкой и циркуляционным насосом. Другой конец этой цепи включен на выходе теплообменника конденсатора контура испарения и конденсации рабочего тела турбины и на входе задвижки контура охлаждения конденсатора, выход которой подключен к входу охладителя, выходом соединенного с выходом низкопотенциального теплообменника теплового насоса и входом циркуляционного насоса контура охлаждения конденсатора, причем выход этого насоса подключен ко входу теплообменника конденсатора. Выход этого конденсатора включен на входе циркуляционного насоса контура испарения и конденсации рабочего тела турбины, входом соединенного с испарителем этого контура. Подъемная труба контура съема тепла Земли расположена внутри герметично закрытой опускной трубы. Внешняя поверхность подъемной трубы выполнена теплоизолированной и выходом соединена с входом теплообменника.

В этой геотермальной установке используется неподготовленная геотермальная вода, поскольку не предусмотрены фильтры очистки воды, что приводит к коррозии и загрязнению теплообменника, снижению эффективности теплообмена и срока эксплуатации установки. Кроме того, для работы конденсатора необходим источник холодной воды.

Техническим результатом изобретения является создание геотермальной установки энергоснабжения потребителей, обладающей повышенной надежностью работы.

Предложенная геотермальная установка энергоснабжения потребителей, также как в прототипе, содержит испаритель, четыре насоса, теплообменник, две задвижки, конденсатор, турбину, соединенную с электрогенератором и трубопроводы.

Согласно изобретению выход первого насоса, размещенного в скважине, трубопроводами через фильтр очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей соединен с испарителем, который связан с экономайзером, выход которого соединен с входом второго насоса, который через фильтр тонкой очистки соединен с трубопроводом, конец которого предназначен для погружения в инжекционную скважину. Выход второго насоса через первую задвижку подключен к первому входу подогревателя контура теплоснабжения, первый выход которого через вторую задвижку соединен с входом фильтра тонкой очистки. Испаритель трубопроводом соединен с турбиной, выход которой соединен с конденсатором воздушного охлаждения, выход которого соединен с третьим насосом, выход которого трубопроводом соединен с экономайзером. Второй выход подогревателя контура теплоснабжения служит для подачи нагретой воды потребителю тепловой энергии. Вход четвертого насоса предназначен для приема охлажденной воды от потребителя тепловой энергии. Выход четвертого насоса соответствующим трубопроводом соединен со вторым входом подогревателя контура теплоснабжения.

Предложенная конструкция позволяет повысить надежность работы геотермальной установки и обеспечить потребителей тепловой и электрической энергией.

Использование фильтра очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей и фильтра тонкой очистки отложений увеличивает срок эксплуатации теплообменного оборудования первого контура бинарного цикла, а также сокращает количество примесей, поступающих в инжекционную скважину. Установка не нуждается в наличии холодного источника водоснабжения для конденсации рабочего тела (хладагента) второго контура бинарного цикла, так как использован конденсатор воздушного охлаждения. Подогреватель контура теплоснабжения позволяет увеличить количество используемой тепловой энергии теплоносителя в первом контуре бинарного цикла.

При использовании предложенной геотермальной установки увеличивается срок эксплуатации экономайзера и испарителя, а геотермальный источник не загрязняется продуктами накипеобразования и коррозии за счет фильтрации воды из скважины. По сравнению с прототипом, установка может работать без наличия охладителя контура охлаждения конденсатора, поскольку для охлаждения используется воздух.

На фиг. 1 показана технологическая схема геотермальной установки энергоснабжения потребителей.

Геотермальная установка энергоснабжения потребителей содержит три технологически взаимосвязанных функциональных контура.

Первый контур бинарного цикла содержит расположенный в скважине 1 погружной насос 2, выход которого через фильтр очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей 3, трубопроводом соединен с испарителем 4 (И), который связан с экономайзером 5 (Э). Выход экономайзера 5 (Э) соединен с входом второго насоса 6, на выходе которого установлен фильтр тонкой очистки 7, после которого конец трубопровода погружен в инжекционную скважину 8.

Выход второго насоса 6 через первую задвижку 9 подключен к первому входу подогревателя контура теплоснабжения 10 (ПКТ), первый выход которого через вторую задвижку 11 соединен с входом фильтра тонкой очистки 7.

Второй контур бинарного цикла содержит последовательно связанные экономайзер 5 (Э) и испаритель 4 (И), который трубопроводом соединен с турбиной 12, которая соединена с электрогенератором 13. Выход турбины 12 соединен с конденсатором воздушного охлаждения 14, выход которого соединен с третьим насосом 15, выход которого подключен ко второму входу экономайзера 5 (Э).

Третий контур бинарного цикла содержит подогреватель контура теплоснабжения 10 (ПКТ), выход которого соединен с потребителем тепловой энергии 16, после которого установлен четвертый насос 17, выход которого трубопроводом соединен со входом подогревателя контура теплоснабжения 10 (ПКТ).

Перед пуском геотермальной установки энергоснабжения потребителей первый контур бинарного цикла заполняют теплоносителем – водой с высокой температурой из скважины 1, второй контур заполняют низкокипящей средой – хладагентом, например, фреоном, третий контур заполняют водой из контура теплоснабжения.

При работе погружного насоса 2 создают давление, необходимое для циркуляции в первом контуре бинарного цикла теплоносителя – воды с высокой температурой из скважины 1 из глубоких земных слоев. Теплоноситель по трубопроводу из скважины 1 поступает в фильтр очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей 3. После очистки, теплоноситель по трубопроводу поступает в испаритель 4 (И), где за счет его тепловой энергии происходит испарение хладагента во втором контуре бинарного цикла. Из испарителя 4 (И) теплоноситель по трубопроводу поступает в экономайзер 5 (Э), где в процессе теплообмена он нагревает хладагент до температуры насыщения. Далее, теплоноситель по трубопроводу поступает на вход второго насоса 6, после которого под необходимым давлением, его подают на фильтр тонкой очистки 7 для удаления примесей. После очистки, теплоноситель по трубопроводу направляют в инжекционную скважину 8.

Хладагент после нагрева до состояния насыщения в экономайзере 5 (Э) и преобразования в пар в испарителе 4 (И), по трубопроводу направляют в турбину 12, где происходит преобразование потенциальной энергии хладагента в механическое вращение вала турбины 12, которая соединена с электрогенератором 13, преобразующим механическую энергию вращения вала в электрическую энергию. После турбины 12 хладагент направляют в конденсатор воздушного охлаждения 14, после которого хладагент третьим насосом 15 подают на вход экономайзера 5 (Э), замыкая второй контур бинарного цикла.

Для обеспечения потребителя тепловой энергии 16, открывают первую задвижку 9, через которую теплоноситель поступает в подогреватель контура теплоснабжения 10 (ПКТ), где в процессе теплообмена, теплоноситель отдает свое тепло рабочему телу третьего контура бинарного цикла – воде. После этого, теплоноситель через открытую вторую задвижку 11 направляют в фильтр тонкой очистки 7, и оттуда - в инжекционную скважину 8. Нагретую в подогревателе контура теплоснабжения 10 (ПКТ) воду по трубопроводу подают потребителю тепловой энергии 16, а затем четвертым насосом 17 возвращают обратно в подогреватель контура теплоснабжения 10 (ПКТ), замыкая третий контур бинарного цикла.

При отсутствии необходимости в снабжении потребителя тепловой энергии 16, задвижки 9 и 11 закрывают, а четвертый насос 17 отключают.

Изобретение относится к возобновляемой энергетике, а именно к установкам автономного электро- и теплоснабжения с использованием геотермальной энергии. Геотермальная установка энергоснабжения потребителей содержит испаритель, четыре насоса, теплообменник, две задвижки, конденсатор, турбину, соединенную с электрогенератором. Выход первого насоса, размещенного в скважине, трубопроводами через фильтр очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей соединен с испарителем, который связан с экономайзером, выход которого соединен с входом второго насоса, который через фильтр тонкой очистки соединен с трубопроводом, конец которого предназначен для погружения в инжекционную скважину. Выход второго насоса через первую задвижку подключен к первому входу подогревателя контура теплоснабжения, первый выход которого через вторую задвижку соединен с входом фильтра тонкой очистки. Испаритель трубопроводом соединен с турбиной, выход которой соединен с конденсатором воздушного охлаждения, выход которого соединен с третьим насосом, выход которого трубопроводом соединен с экономайзером. Второй выход подогревателя контура теплоснабжения служит для подачи нагретой воды потребителю тепловой энергии. Вход четвертого насоса предназначен для приема охлажденной воды от потребителя тепловой энергии. Выход четвертого насоса соответствующим трубопроводом соединен со вторым входом подогревателя контура теплоснабжения. Технический результат: повышение надежности работы геотермальной установки. 1 ил.

Геотермальная установка энергоснабжения потребителей, содержащая испаритель, четыре насоса, теплообменник, две задвижки, конденсатор, турбину, соединенную с электрогенератором, и трубопроводы, отличающаяся тем, что выход первого насоса, размещенного в скважине, трубопроводами через фильтр очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей соединен с испарителем, который связан с экономайзером, выход которого соединен с входом второго насоса, который через фильтр тонкой очистки соединен с трубопроводом, конец которого предназначен для погружения в инжекционную скважину, причем выход второго насоса через первую задвижку подключен к первому входу подогревателя контура теплоснабжения, первый выход которого через вторую задвижку соединен с входом фильтра тонкой очистки, а испаритель трубопроводом соединен с турбиной, выход которой соединен с конденсатором воздушного охлаждения, выход которого соединен с третьим насосом, выход которого трубопроводом соединен с экономайзером, при этом второй выход подогревателя контура теплоснабжения служит для подачи нагретой воды потребителю тепловой энергии, вход четвертого насоса предназначен для приема охлажденной воды от потребителя тепловой энергии, а выход четвертого насоса соответствующим трубопроводом соединен со вторым входом подогревателя контура теплоснабжения.