СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ВОД
METHOD OF RECYCLING ENERGY OF GEOTHERMAL WATER

Изобретение относится к области геотермальной энергетики и может быть использовано для получения электроэнергии путем утилизации тепловой и сопутствующих видов энергий из геотермальных ресурсов.
Запасы большинства геотермальных месторождений имеют низкие и средние температуры и это не позволяет обеспечить их конкурентоспособность с традиционными энергоносителями. Скважины эксплуатируются на различные теплоэнергетические нужды в прерывистом режиме только в холодное время года, а с весны до осени скважины простаивают из-за снижения или отсутствия потребности в тепловой энергии. Эффективное освоение геотермальных ресурсов обеспечивается при постоянной эксплуатации геотермальных скважин с дебитами, близкими к эксплуатационным запасам, чего можно достичь при преобразовании тепловой энергии термальных вод в электроэнергию. Большая часть выявленных геотермальных ресурсов относятся к среднетемпературным (80-110°С), использование таких ресурсов для выработки электроэнергии становится малоэффективным.
Известен способ утилизации энергии геотермальных вод (Патент RU 2190812 С1, Бюл. №28. 2002).
При таком способе происходит утилизация тепловой энергии, избыточной потенциальной энергии и химической энергии растворенных газов. Утилизация тепловой энергии геотермальных вод происходит путем ее передачи через промежуточные теплообменники вторичному теплоносителю, химической энергии растворенных газов посредством использования первичного и вторичного сепараторов, газгольдера и газораспределительного пункта, а избыточной потенциальной энергии с использованием детандера и компрессора на одном валу.
Недостатком такого способа является сезонная эксплуатация геотермальных скважин, приводящая к снижению отбора геотермальных ресурсов и ухудшению экономических показателей эксплуатации геотермального месторождения.
Целью настоящего изобретения является постоянная эксплуатация среднетемпературных геотермальных скважин и повышение термодинамической эффективности утилизации тепловой энергии термальных вод путем ее преобразования в электроэнергию.
Для достижения поставленной цели тепло термальной воды через первичный теплообменник передается низкокипящему рабочему агенту, циркулирующему во вторичном контуре бинарной ГеоЭС, для его нагрева до температуры испарения при соответствующем давлении. Использование всей термальной воды для такого нагрева позволяет наиболее эффективно использовать ее тепло и снижать температуру отработанной воды до довольно низкого значения (20-45°С), превышающего температуру конденсации рабочего агента на величину температурного напора в теплообменнике. Дальнейшее испарение и перегрев рабочего агента происходит в испарителе ГеоЭС за счет выхлопных газов газотурбинной электростанции, в камеру сгорания которой поступает газ, извлеченный из термальной воды, и из магистрального газопровода.
На приведенном чертеже изображена технологическая схема предлагаемого способа. Термальная вода из геотермальной скважины 1 направляется в теплообменник 2 бинарной ГеоЭС, где происходит нагрев низкокипящего рабочего агента до температуры испарения при соответствующем давлении. Далее отработанная вода поступает в детандер 7 для утилизации избыточной потенциальной энергии. Из детандера термальная вода с низким давлением поступает в сепаратор 9. Жидкая фаза энергоносителя 8 из сепаратора направляется на сброс или на обратную закачку в материнский пласт, а отсепарированный газ поступает в компрессор 10, привод которого осуществляется детандером 7. Из компрессора газ с высокими значениями давления и температуры направляется в теплообменник 11, куда противотоком также подводится нагреваемая пресная вода 13, которая в дальнейшем используется на различные потребительские нужды. Из теплообменника 11 охлажденный и осушенный газ поступает в газгольдер 14, а конденсат 12 уходит в сток. Из газгольдера газ поступает на газотурбинную электростанцию 15, куда также подводится газ из газопровода 16. Высокотемпературные выхлопные газы газотурбинной электростанции поступают в испаритель 3 бинарной ГеоЭС, где осуществляется испарение и перегрев низкокипящего рабочего агента, поступающего из теплообменника 2. Перегретый пар из испарителя последовательно проходит турбину 4, конденсатор 5 и циркуляционный насос 6 и далее поступает в теплообменник 2, и на этом цикл Ренкина, реализуемый в бинарной ГеоЭС, замыкается. Отработанные выхлопные газы из испарителя 3 направляются на сброс.