ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА

Предлагаемая полезная модель геотермальной энергоустановки относится к энергетическим установкам, работающим на основе использования в качестве первичного источника геотермальной энергии.
Известны геотермальные энергоустановки, работающие на пароводяной смеси с паровой турбиной (А.Б.Алхасов. Геотермальная энергетика. М. Физматлит. 2008, С.224, Рис.10.1б). Геотермальная энергоустановка, подключенная к геотермальной скважине, содержит последовательно соединенные между собой сепаратор, в котором разделяются жидкая и паровая фазы флюида, и пароводяную турбину с электрическим генератором, в которой отсепарированный водяной пар срабатывает свою энергию. Отработанный в турбине пар конденсируется в конденсаторе и затем нагнетательным насосом закачивается в обратную скважину.
Основным недостатком таких геотермальных энергоустановок является низкий коэффициент утилизации тепловой энергии геотермального флюида, обусловленный использованием при выработке энергии лишь тепловой энергии водяного пара.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является геотермальная энергоустановка, подключенная к геотермальной скважине и содержащая последовательно соединенные между собой в замкнутом контуре основной теплообменник, паровую турбину на низкокипящем рабочем теле, теплообменник-конденсатор и циркуляционный насос (А.Б.Алхасов. Геотермальная энергетика. М. Физматлит. 2008, С.224, Рис.10.1в).
В этой геотермальной энергоустановке к низкокипящему рабочему телу тепло передается от пароводяной геотермальной смеси без ее сепарации, что принципиально позволяет увеличить коэффициент утилизации тепловой энергии геотермального флюида. Вместе с тем отбор тепла от геотермального флюида в установке ограничен допустимым снижением его температуры до температуры начала солеотложения на внутренних поверхностях теплообменника из геотермального флюида.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу повышения коэффициента утилизации тепловой энергии геотермального флюида в геотермальной энергоустановке.
Поставленная техническая задача решается тем, что в геотермальной энергоустановке, подключенной к геотермальной скважине, содержащей последовательно соединенные между собой в замкнутом контуре основной теплообменник, паровую турбину на низкокипящем рабочем теле, теплообменник-конденсатор и циркуляционный насос, причем энергоустановка дополнительно содержит сепаратор, установленный на выходе из геотермальной скважины, пароводяную турбину, вход которой соединен с паровым выходом сепаратора и дополнительный теплообменник, установленный на выходе пароводяной турбины, а в контуре низкокипящего рабочего тела за циркуляционным насосом, при этом основной теплообменник установлен на жидкостном выходе сепаратора, а по контуру низкокипящего рабочего тела за дополнительным теплообменником
Предлагаемая геотермальная энергоустановка, позволяет повысить коэффициент утилизации тепловой энергии геотермального флюида за счет более рационального использования тепловой энергии флюида, в частности, за счет более глубокого охлаждения в дополнительном теплообменнике практически не содержащего растворенных солей конденсата водяного пара, выходящего из пароводяной турбины.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, показанной на фиг.1.
Геотермальная энергоустановка, подключенная к геотермальной скважине 1, содержит последовательно соединенные между собой в замкнутом контуре основной теплообменник 2, паровую турбину 3 на низкокипящем рабочем теле, теплообменник-конденсатор 4 и циркуляционный насос 5, а также сепаратор 6, установленный на выходе из геотермальной скважины 1, пароводяную турбину 7, вход которой соединен с паровым выходом сепаратора 6, и дополнительный теплообменник 8, установленный на выходе пароводяной турбины 7, а в контуре низкокипящего рабочего тела за циркуляционным насосом 5, при этом основной теплообменник 2 установлен на жидкостном выходе сепаратора 6, а по контуру низкокипящего рабочего тела за дополнительным теплообменником 8.
Геотермальная энергоустановка работает следующим образом.
Пароводяная геотермальная смесь из скважины 1 поступает в сепаратор 6, где из смеси отделяется водяной пар. Водяной пар направляется в пароводяную турбину 7, а отсепарированная жидкость в основной теплообменник 2. В теплообменнике 2 низкокипящее рабочее тело нагревается отсепарированной геотермальной жидкостью и в виде пара поступает в паровую турбину 3. Из турбины 3 охлажденный пар направляется в теплообменник-конденсатор 4, где конденсируется и циркуляционным насосом 5 направляется в дополнительный теплообменник 8, в котором предварительно нагревается водяным паром, выходящим из пароводяной турбины 7, и далее вновь поступает в основной теплообменник 2, завершая цикл. Охлажденная в основном теплообменнике 2 геотермальная жидкость и охлажденный в дополнительном теплообменнике 8 водяной конденсат выводятся из энергоустановки и, как правило, закачиваются специальным насосом в подземный пласт, чем предотвращается загрязнение окружающей среды.
Следует отметить, что при известных параметрах геотермального теплоносителя температуре, давлении, расходе на устье скважины термодинамические параметры энергетического цикла оптимизируются с целью обеспечения максимальной энергетической эффективности энергоустановки или получения максимального значения коэффициента утилизации тепловой энергии геотермального флюида. Такими параметрами являются противодавление на выходе пароводяной турбины 7, давление на входе в паровую турбину 3 и расход низкокипящего рабочего тела.
Заявляемое техническое решение прошло проверку на основе математического моделирования работы геотермальных энергоустановок при различных параметрах геотермального флюида на устье скважины и в различных климатических условиях, определяющих температуру охлаждения низкокипящего рабочего тела в теплообменнике-конденсаторе.
Полученные результаты моделирования показали преимущества предлагаемой схемы энергоустановки, позволяющей на 10…15% повысить коэффициент утилизации тепловой энергии геотермального флюида по сравнению со схемами геотермальных энергоустановок, выбранных в качестве аналога и прототипа.