ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к энергомашиностроению и может быть использована для теплоснабжения на основе геотермальных источников.
Известно геотермальное устройство с газовой турбиной (RU 2115868, от 20.07.1998 г.), содержащее геотермальную скважину, теплообменник для подогрева подпиточной воды за счет тепла геотермального теплоносителя, насос закачки, скважину закачки, котел-утилизатор, газовую турбину, электрогенератор, магистральный газопровод. Выход из турбины соединен с котлом-утилизатором, а выход теплообменника для подогрева подпиточной воды за счет тепла геотермального теплоносителя-трубопроводом с входом в котел-утилизатор по сетевой воде.
Известна схема тепло- и электроснабжения г. Альтхайма (Австрия), состоящая из добычной и нагнетательной скважин, теплообменников, циркуляционного насоса (А.Б. Алхасов. Геотермальная энергетика. Проблемы, ресурсы, технологии, Москва, Физматлит, 2008, с. 228).
Известна также система геотермального теплоснабжения, состоящая из добычной и нагнетательной скважин, теплообменников, вторичного контура в виде обогреваемой системы с насосом, нагнетательного насоса. (Плачкова С.Г., Плачков И.В., и др., «Энергетика: история, настоящее и будущее», 2012-2013, Книга 5. «Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире», Рис. 2.29 - прилагается, интернет-ссылка: http://energetika.in.ua/ru/books/book-5/part-1/section-2/2-8).
Недостатком всех этих решений является то, что схемы не предусматривают возможности равномерной работы циркуляционной системы при колебаниях динамического уровня рабочего флюида в добычной скважине, и приемистости - в нагнетательной.
В качестве прототипа выбрана геотермальная установка по патенту РФ №150989 (заявка №2014136002/28, опубл. 10.03.2015 г.), содержащая циркуляционную систему, состоящую из продуктивной скважины с погружным скважинным насосом для добычи термальной воды, емкости для разрыва струи, теплообменника, бак-гидроаккумулятора, нагнетательной скважины с наземным нагнетательным насосом, и вторичный контур.
Недостатком прототипа является то, что отсутствует возможность генерации электроэнергии для функционирования геотермальной установки без внешнего источника электрического питания.
Техническим результатом является создание геотермальной установки с циркуляционной системой, с возможностью генерации электрической энергии для обеспечения ее функционирования без использования внешнего источника электрического питания.
Технический результат достигается за счет схемы заявленной полезной модели, где параллельно теплообменнику установлен теплообменник-испаритель для превращения низкокипящей жидкости в пар, который приводит во вращение турбину, соединенную с генератором электрической энергии. При этом рядом с турбиной предусмотрен конденсатор для превращения отработанного пара из турбины в низкокипящую жидкость, которая с помощью насоса обратно поступает в теплообменник-испаритель.
Структурная схема установки представлена на фигуре. Термальная вода с температурой от 75 до 98°С из продуктивной скважины 1 вертикального типа поступает с помощью погружного скважинного насоса 2 в емкость для разрыва струи 3. Из емкости 3 термальная вода в объеме 70% циркуляционным насосом 4 подается на теплообменник 5 и в объеме 30% на установленный параллельно теплообменник-испаритель 6 с низкокипящей жидкостью. В теплообменнике-испарителе 6 низкокипящая жидкость преобразуется в пар, который вращает турбину 7, соединенную с генератором 8 для выработки электроэнергии.
К теплообменнику 5 с обратной стороны подключен сетевой насос 9 для обеспечения циркуляции воды во вторичном контуре 10, который доставляет тепловую энергию потребителю. После теплообменника 5 охлажденная до 50-55°С термальная вода в объеме 70% через бак-гидроаккумулятор 11 подается на наземный нагнетательный насос 12 для обратной закачки в нагнетательную скважину 13. Охлажденная до 55-60°С термальная вода в объеме 30% после теплообменника-испарителя также поступает в бак-гидроаккумулятор 11 и далее на наземный нагнетательный насос 12 для обратной закачки в нагнетательную скважину 13.
Из турбины 7 отработанный пар попадает в конденсатор 14, откуда, превращаясь в конденсат, в виде низкокипящей жидкости, перекачивается насосом 15 обратно в теплообменник-испаритель 6. В конденсаторе 14 охлаждение пара происходит холодной водой обратной ветви вторичного контура 10.
В зависимости от условий и срока эксплуатации в продуктивной скважине могут периодически наблюдаться колебания динамического уровня термальной воды. Для сглаживания таких колебаний между продуктивной скважиной и теплообменником установлена емкость для разрыва струи, размер которой рассчитывается от объема добываемой термальной воды.
Для подачи рабочей жидкости в теплообменник после емкости установлен циркуляционный насос. Для устранения кавитации насоса емкость для разрыва струи монтируют на определенной высоте, рассчитываемой в зависимости от величины кавитационного запаса применяемого насоса.
Бак-гидроаккумулятор, установленный после теплообменника, выполняет функции демпфирования давления при изменении режимов работы циркуляционного и нагнетательного насосов и представляет собой мембранный расширительный бак с предустановленным давлением регулирования и рассчитанной емкостью для обеспечения демпфирования колебаний.