Система и способ производства электроэнергии с применением гибридной геотермальной электростанции, содержащей атомную электростанцию

Авторы патента:

G21D5/04 - установки, в которых реактор и двигатель конструктивно не объединены

F24J3/08 - геотермального тепла (устройства для использования геотермальной энергии с целью получения механической энергии F03G 4/00)

Владельцы патента RU 2599786:

ХАЙН Гарри (AU)

Изобретение относится к производству электроэнергии. Система содержит геотермальную систему, содержащую электростанцию (101), и насосную станцию (102), атомную электростанцию (103). Насосную станцию (102) применяют для нагнетания текучей среды из резервуара (104) через нагнетательную скважину (105) в подстилающей породе (106) (также называемой зоной горячей сухой породы HDR) и извлекают через второй ствол скважины (откачной скважины), обычно соединенной с электростанцией (101). В данном примере, однако, нагнетательная скважина связана с откачной скважиной (107). При нагнетании текучей среды в подстилающую породу происходит падение температуры за счет теплопередачи в текучую среду. Для устранения такого падения температуры применена атомная электростанция (103), при этом атомная электростанция (103) содержит распадающиеся компоненты (109₁, 109₂, 109₃) реактора, расположенного в ряде стволов (108₁, 108₂, и 108₃) скважин, в зоне HDR. Технический результат - повышение срока использования системы. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 2 ил.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к производству электроэнергии. В частности, кроме прочего, настоящее изобретение относится к системам и способам производства электроэнергии с применением геотермальной энергии.

Описание уровня техники

Возросшая необходимость регулирования уровня выбросов CO₂ обуславливает вложение значительных денежных средств в развитие чистой/экологической технологии. Одним из наибольших источников выбросов CO₂ является выработка электроэнергии, а особенно станции по производству электроэнергии из угля. В настоящее время существует целый ряд технологий производства электроэнергии, которые создают меньший "углеродный след" по сравнению со станциями по производству электроэнергии на основе ископаемого топлива. Одним из таких альтернативных решений является атомная энергия, атомная энергия обеспечивает приблизительно 6% мировых запасов энергии и 13-14% мировых запасов электричества, США, Франция и Япония вместе производят приблизительно 50% электричества, вырабатываемого атомными электростанциями. Хотя атомная энергия является устойчивым источником энергии, который обеспечивает снижение выбросов углерода, она является крайне противоречивой. Примерами могут служить недавние события на атомных станциях в Японии, а также в Чернобыле и Три Майл Айленд, которые продемонстрировали всю опасность аварий на атомных электростанциях.

Другой проблемой, связанной с атомными электростанциями, является производство ядерных отходов. Обычный атомный реактор мощностью 1000-МВтэ каждый год вырабатывает приблизительно 20 кубических метров (приблизительно 27 тонн) отработавшего ядерного топлива (однако только 3 кубических метра остекленного объема в случае регенерации). Отработавшее ядерное топливо изначально высокорадиоактивно, и поэтому работать с ним нужно в условиях высокой осторожности и предусмотрительности. Однако со временем его радиоактивность снижается. После 40 лет интенсивность потока излучения на 99,9% ниже, интенсивности потока излучения на момент изъятия отработавшего топлива из работы. Тем не менее, на 0,1% оно является опасно радиоактивным. После 10000 лет радиоактивного распада, в соответствии со стандартами Управления по охране окружающей среды США, отработавшее ядерное топливо не представляет никакой опасности для здоровья и безопасности людей.

После первого извлечения стержни отработавшего топлива хранят в экранированном резервуаре с водой (бассейны отработавшего ядерного топлива), расположенном обычно на месте. Вода обеспечивает как охлаждение еще распадающихся продуктов распада, так и защиту от продолжающегося радиоактивного излучения. После некоторого промежутка времени (как правило, пять лет для станций США), уже более холодное, менее радиоактивное топливо, как правило, перемещают в воздухо-охлаждаемое хранилище или хранилище с сухими контейнерами, где топливо хранят в стальных и бетонных контейнерах.

В дополнение к проблемам плавления активной зоны и производства отходов также существуют проблемы, связанные с безопасностью. Атомные реакторы и хранилища отходов является главными целями для террористов, поскольку представляется возможность распространить радиоактивные материалы, возникающие в результате плавления активной зоны реактора, на большом радиусе заселенной территории. Сами отходы также являются целью, поскольку их можно применять в производстве "грязных" бомб и т.п.

Альтернативным подходом для атомной энергии является производство электроэнергии на основе геотермальной энергии. Для получения электричества из геотермальной энергии необходимы высокотемпературные ресурсы, которые могут поступать только их недр земли. Тепло должно передаваться на поверхность посредством жидкостной циркуляции. Такая циркуляция иногда существует в природе, там, где кора тонкая: по магмопроводящим каналам тепло доходит до зоны рядом с поверхностью, и горячие источники переносят тепло на поверхность. До недавнего времени большинство геотермальных электростанций возводили исключительно там, где высокотемпературные геотермальные ресурсы находятся рядом с поверхностью. Разработка электростанций бинарного типа и усовершенствования технологий бурения и откачивания способна обеспечить размещение усовершенствованных геотермальных систем в более широком географическом диапазоне.

Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) представляют собой новый тип геотермальных энергетических технологий, для которых не нужны природные гидротермальные конвективные энергетические ресурсы. До недавнего времени в геотермальных энергетических системах применяли ресурсы, в которых естественная теплопроницаемость, водопроницаемость и проницаемость породы является достаточной для вывода энергии из эксплуатационных скважин. Однако значительная доля геотермальной энергии, которую можно добыть посредством традиционных способов, находится в сухой и непроницаемой породе. EGS технологии "улучшают" и/или создают геотермальные ресурсы в этой горячей сухой породе (HDR) посредством гидравлической интенсификации.

Когда из-за естественных трещин и пор не удается достичь экономически выгодной пропускной способности, проницаемость можно повысить посредством накачивания холодной воды под высоким давлением вниз по нагнетательной скважине в породу. Нагнетание увеличивает давление текучей среды в разрушенной естественным образом породе, мобилизуя тем самым сдвигающие усилия, улучшая проницаемость трещиноватой системы. Такой процесс, называемый гидрорасщеплением [3] и применяемый в EGS, по существу отличается от гидравлического разрыва при растяжении, применяемого в нефтегазовой промышленности.

Вода движется через трещины в породе, захватывая тепло породы до момента ее вытеснения из второго ствола скважины в виде очень горячей воды, которая преобразуется в электричество посредством или паровой турбины или системы электростанций бинарного типа. Всю воду, уже охлажденную, нагнетают обратно в грунт для повторного нагрева в замкнутом контуре. Технологии EGS/HDR, например гидротермальные, геотермальные, считаются базисными ресурсами, которые производят электроэнергию 24 часа в сутки, как электростанции, работающие на основе ископаемого топлива. В отличие от гидротермальной технологии, HDR/EGS можно осуществлять в любой точке мира, в зависимости от пределов рентабельности глубины бурения.

В любом случае тепловой КПД геотермальных электростанций ниже, приблизительно 10-23%, поскольку температура геотермальных текучих сред ниже по сравнению с температурой пара из паровых котлов. В соответствии с законами термодинамики такая низкая температура ограничивает КПД тепловых двигателей при выделении полезной энергии в ходе выработки электричества. Считается, что срок службы HDR скважины составляет 20-30 лет до момента падения температуры истечения приблизительно на 10°C, после чего скважина становится нерентабельной. Для восстановления температуры необходимо от 50 до 300 лет. В виду такого ограниченного срока службы и затрат на бурение и т.п. эксплуатация таких электростанций является нежелательной с экономической точки зрения, ограничивая их работу.

Очевидно, что предпочтительным является предоставление системы и способа производства электроэнергии, характеризующегося относительно низким "углеродным следом", и который устраняет некоторые проблемы, связанные с описанным выше уровнем техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описание изобретения

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения представлена система производства электроэнергии, причем система содержит:

геотермальную систему, содержащую по меньшей мере один шахтный ствол для нагнетания и по меньшей мере один шахтный ствол для откачивания, и где шахтный ствол для откачивания соединен с шахтным стволом для нагнетания;

атомную систему, содержащую по меньшей мере один реактор, причем реактор расположен удаленно от атомной электростанции; и

при этом шахтные стволы для нагнетания и шахтные стволы для откачивания проходят на заданную глубину, и по меньшей мере один реактор расположен в области, образованной между основанием шахтного ствола для нагнетания и шахтного ствола для откачивания.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения представлен способ производства электроэнергии, причем указанный способ включает этапы:

бурения шахтного ствола для нагнетания на заданную глубину;

бурения шахтного ствола для откачивания на заданную глубину таким образом, чтобы шахтный ствол для откачивания был соединен с шахтным стволом для нагнетания;

размещение активной зоны реактора в области, образованной между основанием шахтного ствола для нагнетания и шахтного ствола для откачивания;

накачивание текучей среды в шахтный ствол для нагнетания под низким давлением;

откачивание пара под высоким давлением из шахтного ствола для откачивания; и

поддержание посредством применения активной зоны реактора практически постоянного перепада температур в области между шахтным стволом для нагнетания и шахтным стволом для откачивания, способствуя превращению текучей среды в поток пара высокого давления.

Соответственно, геотермальная система содержит электростанцию и насосную станцию. Предпочтительно шахтный ствол для нагнетания и шахтный ствол для откачивания бурят на глубину от 4400 м до 5000 м. Шахтный ствол для нагнетания и шахтный ствол для откачивания могут быть соединены с образованием практически U-образного трубопровода между электростанцией и насосной станцией.

Соответственно, текучую среду накачивают в верхнюю часть нагнетательной скважины при относительно низком давлении. Текучая среда может подаваться при давлении нагнетания приблизительно 30-40 фунт/кв. дюйм. Давление текучей среды в основании трубопровода может составлять 5000-6000 фунт/кв. дюйм, а температура может составлять 450°C-500°C. Давление текучей среды по длине откачной скважины может меняться до давления от 6000 до 3000 фунт/кв. дюйм, и может меняться при температуре от 500°C до 200°C. Предпочтительно текучая среда извлекается из откачной скважины в виде потока пара высокого давления. Поток пара высокого давления извлекают из откачной скважины при давлении от 2500 до 3300 фунт/кв. дюйм. Соответственно, поток пара высокого давления применяют для приведения в действие одной или нескольких турбин, расположенных на электростанции. Электростанция также может содержать один или несколько конденсаторов для конденсирования потока пара обратно в текучую среду для повторного нагнетания назад в нагнетательную скважину.

Геотермальная система может содержать дополнительный шахтный ствол для откачивания и шахтный ствол для нагнетания, расположенные между электростанцией и насосной станцией для увеличения мощности производства станции. В системе можно применять любую соответствующую текучую среду, обладающую требуемой температурой испарения. Предпочтительно по шахтным стволам проходит вода.

Соответственно, атомный реактор расположен в области, образованной между шахтным стволом/стволами для нагнетания и шахтным стволом/стволами для откачивания. Предпочтительно реактор расположен внутри шахтного ствола на глубине 3000 м - 4400 м. Реактор может работать таким образом, что тепло, производимое распадающимся компонентом, применяют для нагрева окружающей области. Предпочтительно распадающийся материал находится в форме набора урановых стержней, которые применяются в большинстве стандартных атомных реакторов.

Соответственно, шахтный ствол, в котором находится реактор, может содержать ряд зарядов взрывчатого вещества, находящихся в отдельных точках по его длине. Предпочтительно заряды взрывчатого вещества расположены таким образом, что при взрыве они запечатывают шахтный ствол. Система также может предусматривать дополнительные методики обеспечения безотказной работы при выходе из строя отдельных элементов, такие как заполнение шахтного ствола защитным материалом на заданную глубину.

Атомная система может содержать несколько реакторов, расположенных в области между шахтным стволом/стволами для нагнетания и шахтным стволом/стволами для откачивания. Атомную систему также можно применять для производства электроэнергии непосредственно из реактора/(-ов). В таких случаях могут предоставлять ряд вспомогательных шахтных стволов для нагрева воды до состояния пара с применением реакторов традиционным способом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Для обеспечения четкого понимания и описания практического эффекта будут представлены ссылки на прилагаемые графические материалы, которые показывают предпочтительные варианты осуществления изобретения, и на которых:

на фиг.1 схематически показана система производства электроэнергии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и

на фиг.2 представлено схематическое изображение одной возможной конструкции активной зоны реактора для применения в системе производства электроэнергии.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно фиг.1 показана одна компоновка системы 100 производства электроэнергии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Как видно, система является гибридной геотермальной системой и содержит геотермальную систему, содержащую электростанцию 101, и насосную станцию 102, атомную электростанцию 103.

Геотермальная система в данном случае работает аналогично большинству стандартных усовершенствованных геотермальных систем. Более конкретно, насосную станцию 102 применяют для нагнетания текучей среды из резервуара 104 через нагнетательную скважину 105 в подстилающей породе 106 (также называемой зоной горячей сухой породы HDR). Глубина нагнетательной скважины обычно находится в диапазоне от 4000 м до 5000 м. В большинстве усовершенствованных геотермальных систем, однако, текучую среду, нагнетаемую в кристаллическую подстилающую породу 106, извлекают через второй ствол скважины (откачной скважины), обычно соединенной с электростанцией 101. В данном примере, однако, нагнетательная скважина связана с откачной скважиной 107.

Преимущество такой конструкции заключается в том, что в ней не нужно применять гидроразрыв, который происходит в случае большинства усовершенствованных геотермальных систем, что может приводить к проявлениям сейсмичности. Как показано, текучую среду (например, воду) накачивают в верхнюю часть нагнетательной скважины при относительно низком давлении, например приблизительно 30 фунт/кв. дюйм, до основания шахтного ствола, находящегося на расстоянии приблизительно 5000 м. На такой глубине давление и температура воды существенно увеличиваются, например давление воды может составлять приблизительно 6000 фунт/кв. дюйм при температуре приблизительно 500°C.

Непрерывное нагнетание текучей среды и давление, прикладываемое к воде, направляют ее вверх к откачной скважине 107. При подъеме текучей среды по откачной скважине 107 и температура, и давление падают, в этом случае давление воды падает до приблизительно 3500 фунт/кв. дюйм приблизительно на 3000 м при температуре 450°C, в этой точке вода начинает переходить в газообразное состояние (т.е. начинает превращаться в пар). Воду извлекают из откачной скважины в виде пара высокого давления (приблизительно 3000 фунт/кв. дюйм), который затем применяют для приведения в действие турбин электростанции 101 для производства электричества. Хотя геотермальная система была описана с применением одного шахтного ствола для нагнетания и шахтного ствола для откачивания, безусловно специалисту в данной области техники должно быть понятно, что дополнительные шахтные стволы также можно применять для увеличения мощности производства станции.

Как было описано выше, одной из проблем, связанных с геотермальными системами, является их КПД. Общий КПД системы уменьшается при извлечении тепла из зоны HDR. Для устранения такого падения температуры в настоящем изобретении применена атомная электростанция 103. В отличие от традиционной атомной электростанции реактор/реакторы станции 103 выполнены в ряде стволов 108₁, 108₂, и 108₃ скважин. Более конкретно распадающиеся компоненты 109₁, 109₂, 109₃ реактора расположены в зоне HDR. Специалистам в данной области техники, безусловно, понятно, что хотя в данном примере использовано только три шахтных ствола для реакторов, применять можно больше шахтных стволов в зависимости от размера станции и требуемой выработки электричества.

Вместо тепла, вырабатываемого в ходе распада стержней реактора, применяемых для непосредственного нагрева воды до состояния пара для производства электроэнергии, реакторы применяют для нагрева окружающей подстилающей породы 106. Увеличение температуры подстилающей породы в состоянии повысить общий КПД геотермальной системы, поскольку выделенный пар остается более высокой температуры в течение более длительного периода времени, обеспечивая лучшую эксплуатацию струи перед рассеиванием слишком большого количества энергии. Кроме того, при условии, что реакторы необходимы для непосредственного нагрева подстилающей породы, они могут работать при более высоких температурах, чем принято в случае обычного реактора. Это происходит, в основном, за счет тепловой массы породы, которую реакторам необходимо нагреть, т.е. для породы необходимо большее количество потребляемой энергии для обеспечения увеличения температуры на несколько градусов.

Одно преимущество такой конструкции заключается в том, что она может эффективно продлевать срок службы геотермальной станции, т.е. падение температуры компенсируется подачей тепла от атомной электростанции. Также опасности, связанные с реактором, сведены к минимуму. Поскольку распадающийся материал активной зоны расположен в пласте земной коры, в котором материалы уже радиоактивны, опасность радиоактивного загрязнения минимальна. Более того, с учетом глубины расположения реактора, в случае плавления его активной зоны, результирующий взрыв будет иметь минимальное воздействие, поскольку он происходит глубоко под землей. В случае плавления активной зоны систему можно оснастить дополнительными средствами безопасности. Например, каждый из стволов скважин, содержащий реакторы, может иметь ряд зарядов взрывчатого вещества, находящихся в отдельных точках по его длине. В случае плавления активной зоны или другой аналогичной аварии взрывчатое вещество можно активировать для разрушения релевантного ствола скважины над реактором. Дополнительно, часть ствола скважины может быть заполнена защитным материалом, т.е. соответствующим слоем цемента или другого подходящего материала, такого как материал synroc и т.п. Дополнительно, когда топливные стержни уже отработали, нет необходимости удалять их из шахтного ствола, шахтный ствол можно просто запечатать с отходами в слое земной коры, который уже является радиоактивным.

Как видно из приведенного выше описания, представляется возможным использовать стандартные конструкции, а именно ряд топливных и регулирующих стержней со средой замедлителя, распределенной между ними для повышения КПД геотермальной системы производства электроэнергии посредством рассевания тепла, полученного из реактора в окружающей подстилающей породе. С учетом расстояния между активной зоной реактора и регулирующими стержнями некоторую сложность может представлять регулирование протекание реакции для обеспечения эффективного применения топлива (т.е. обеспечения продолжительной работы реактора перед необходимым запечатыванием активной зоны реактора). Следовательно, заявитель предусмотрел ряд альтернативных конструкций реактора для улучшения применения топлива и теплопередачи. Более конкретно, заявитель предусмотрел применение высокотемпературных реакторов (VHTR).

Один тип конструкции VHTR, которая рассматривается как подходящая для применения в настоящем изобретении, представляет собой реактор с засыпкой из шариковых тепловыделяющих элементов. Такой тип реактора считается пассивно безопасным, то есть, устраняет необходимость избыточных, активно безопасных систем. Поскольку эти реакторы предназначены для работы при высоких температурах, их можно охлаждать посредством естественной циркуляции, а также они могут выдерживать условия экстренных ситуаций, которые могут возникать повышение температуры реактора до 1600°C. Вдобавок, конструкция таких реакторов обеспечивает более высокий тепловой КПД, чем КПД более традиционных реакторов.

Как правило, большинство реактор с засыпкой из шариковых тепловыделяющих элементов содержат активную зону с рядом сферических топливных элементов (шариковых тепловыделяющих элементов). Шариковые тепловыделяющие элементы выполнены из пиролитического графита (действующего как замедлитель), и они содержат тысячи микрочастиц топлива, называемых частицами TRISO. Эти TRISO частицы топлива состоят из распадающегося материла -урана, тория или плутония, окруженного покрытым керамическим слоем карбида кремния, для придания структурной целостности и удержания продуктов распада. В стандартных реакторах с засыпкой из шариковых тепловыделяющих элементов активная зона заключена в цементный кожух, в котором циркулирует охлаждающий газ. Кроме того, отработавшее топливо, как правило, отводят из основания активной зоны, нагнетая новое топливо в верхнюю часть активной зоны. В данном случае удаление отработавшего топлива невозможно, и циркуляция охлаждающего газа не нужна, поскольку тепло из реактора используют для повышения температуры окружающей подстилающей породы. Следовательно, конструкция реактора с засыпкой из шариковых тепловыделяющих элементов для системы согласно настоящему изобретению нуждается в некоторой доработке.

Одна возможная конструкция активной зоны 200 реактора с засыпкой из шариковых тепловыделяющих элементов для применения в усовершенствованной геотермальной системе производства электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением показана на фиг.2. Как видно, активная зона содержит кожух 201, при этом в данном примере кожух выполнен из материала synroc или другого подходящего кожух. Кожух в данном случае является в целом цилиндрическим, и его размеры подходят для установки в ствол 108 скважины, в которой находится реактор. Основание кожуха 201 запечатано, верхний конец кожуха открыт, обеспечивая вставку шариковых тепловыделяющих элементов 205 для заправки реактора. В описанном примере верхний конец кожуха запечатан при помощи крышки 202, запечатывающей активную зону.

Крышка в данном случае содержит отверстие 203 для подключения составного шланга 204. Вдобавок к отверстию 203 крышка также содержит проушины для прикрепления тросов для обеспечения позиционирования активной зоны 200 реактора на соответствующей глубине в стволе 108 скважины. Составной шланг в данном случае применяют для протягивания ряда приборов, в том числе сенсорного оборудования для отслеживания работы реактора, например температуры, уровней радиации и т.д. Через составной шланг могут проходить каналы охлаждения для поддержания работы реактора на оптимальных уровнях для потребления топлива и теплопередачи. Специалисту в области техники также будет понятно, что составной шланг 204 может быть выполнен из соответствующего теплостойкого материала, способного выдерживать температуры свыше 500°C и обладающего достаточным сопротивлением на разрыв для выдерживания сдвигающих усилий и т.д., которым он может подвергаться внутри ствола скважины.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что пока охлаждающая жидкость может быть введена в активную зону реактора для оптимизации срока эксплуатации активной зоны реактора, это не крайне необходимо. В данном случае активная зона реактора способна работать при высоких температурах в течение продолжительного периода времени, при условии, что нагреть необходимо значительную тепловую массу.

Хотя приведенное выше описание активной зоны реактора предусматривает наполнение реактора распадающимися материалами до введения в ствол скважины, вероятность воздействия и возможного плавления активной зоны несколько увеличена. Соответственно, активная зона 200 реактора может быть опущена на безопасное расстояние в стволе 108 скважины перед добавлением топлива по составному шлангу или другому подобному трубопроводу для наполнения.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что нет необходимости удалять активную зону из ствола скважины после ее расположения на заданной глубине. После того, как запас топлива исчерпывается, ствол 108 скважины можно запечатать, и пробурить новую скважину для размещения новой активной зоны. Следовательно, радиоактивные остатки не выходят на поверхность со всеми отходами, содержащимися в зоне горячей сухой породы, которая сама является радиоактивной.

В других вариантах осуществления изобретения реакторы также можно применять для производства электричества традиционным способом вдобавок к электричеству, вырабатываемому геотермальной станцией. В таких случаях крышка или реактор могут быть установлены на теплообменнике, который при установке крышки способен удерживаться в активной зоне реактора, а задние концы теплообменника можно соединить с впускным и выпускным трубопроводами текучей среды. Следует понимать, что приведенные выше варианты осуществления представлены только в качестве примера настоящего изобретения, и что дополнительные изменения и усовершенствования, очевидные специалистам в данной области техники, подпадают под объем настоящего изобретения, описанного в настоящем документе.

1. Система производства электроэнергии, содержащая:
геотермальную систему, содержащую электростанцию, по меньшей мере один шахтный ствол для нагнетания, проходящий на заданную глубину для обеспечения нагнетания текучей среды в зону горячей сухой породы (HDR), и по меньшей мере один шахтный ствол для откачивания, проходящий на заданную глубину для обеспечения откачивания текучей среды из зоны HDR для применения электростанцией для производства электроэнергии; и
атомную систему, содержащую атомную электростанцию и по меньшей мере один реактор, причем реактор расположен удаленно от атомной электростанции, при этом по меньшей мере один реактор расположен в области зоны HDR между шахтным стволом для нагнетания и шахтным стволом для откачивания для нагрева породы в области зоны HDR.

2. Система производства электроэнергии по п.1, отличающаяся тем, что геотермальная система содержит насосную станцию.

3. Система производства электроэнергии по п.1, отличающаяся тем, что шахтный ствол для нагнетания и шахтный ствол для откачивания пробурены на глубину от 4400 м до 5000 м.

4. Система производства электроэнергии по п.2, отличающаяся тем, что шахтный ствол для нагнетания и шахтный ствол для откачивания соединены.

5. Система производства электроэнергии по п.4, отличающаяся тем, что шахтный ствол для нагнетания и шахтный ствол для откачивания соединены с образованием практически U-образного трубопровода между электростанцией и насосной станцией.

6. Система производства электроэнергии по п.1, отличающаяся тем, что текучая среда накачана в верхнюю часть шахтного ствола для нагнетания при низком давлении.

7. Система производства электроэнергии по п.6, отличающаяся тем, что текучая среда подана посредством насосной станции в шахтный ствол для нагнетания при давлении 30-40 фунт/кв. дюйм.

8. Система производства электроэнергии по п.1, отличающаяся тем, что текучая среда откачана из шахтного ствола для откачивания в виде потока пара высокого давления.

9. Система производства электроэнергии по п.8, отличающаяся тем, что давление текучей среды по длине шахтного ствола для откачивания изменяется в диапазоне давлений от 3000 до 6000 фунт/кв. дюйм.

10. Система производства электроэнергии по п.9, отличающаяся тем, что поток пара извлекается из шахтного ствола для откачивания при давлении от 2500 до 3300 фунт/кв. дюйм.

11. Система производства электроэнергии по п.10, отличающаяся тем, что поток пара высокого давления применяется для приведения в действие одной или нескольких турбин, расположенных на электростанции.

12. Система производства электроэнергии по п.11, отличающаяся тем, что электростанция дополнительно содержит один или несколько конденсаторов для конденсирования потока пара обратно в текучую среду для повторного нагнетания назад в шахтный ствол для нагнетания.

13. Система производства электроэнергии по п.1, отличающаяся тем, что геотермальная система содержит дополнительный шахтный ствол для нагнетания и шахтный ствол для откачивания, расположенные между электростанцией и насосной станцией.

14. Система производства электроэнергии по п.1, отличающаяся тем, что атомный реактор расположен в шахтном стволе на глубине от 3000 м до 4400 м.

15. Система производства электроэнергии по п.14, отличающаяся тем, что питание реактора осуществляется посредством набора урановых стержней.

16. Система производства электроэнергии по п.14, отличающаяся тем, что шахтный ствол, в котором находится реактор, содержит ряд зарядов взрывчатого вещества, находящихся в отдельных точках по его длине.

17. Система производства электроэнергии по п.16, отличающаяся тем, что взрыв зарядов взрывчатого вещества запечатывает шахтный ствол.

18. Система производства электроэнергии по п.1, отличающаяся тем, что атомная система содержит ряд реакторов, расположенных в области между шахтным стволом для нагнетания и шахтным стволом для откачивания.

19. Система производства электроэнергии по п.18, отличающаяся тем, что каждый реактор из ряда реакторов является высокотемпературным реактором.

20. Система производства электроэнергии по п.19, отличающаяся тем, что каждый реактор из ряда реакторов является реактором с засыпкой из шариковых тепловыделяющих элементов.

21. Система производства электроэнергии по п.20, отличающаяся тем, что каждый из реакторов содержит активную зону реактора, соединенную с атомной электростанцией посредством составного шланга.

22. Система производства электроэнергии по п.21, отличающаяся тем, что по меньшей мере один датчик соединен с активной зоной реактора посредством составного шланга.

23. Система производства электроэнергии по п.20, отличающаяся тем, что составной шланг обеспечивает поступление охлаждающей жидкости в активную зону реактора.

24. Способ производства электроэнергии, который включает этапы:
бурения на заданную глубину шахтного ствола для нагнетания для обеспечения нагнетания текучей среды в зону горячей сухой породы (HDR);
бурения на заданную глубину шахтного ствола для откачивания для обеспечения откачивания текучей среды из зоны HDR для применения электростанцией для производства электроэнергии;
размещения активной зоны реактора в области зоны HDR между шахтным стволом для нагнетания и шахтным стволом для откачивания для нагрева породы в области зоны HDR;
накачивания текучей среды в шахтный ствол для нагнетания под низким давлением;
откачивания пара под высоким давлением из шахтного ствола для откачивания; и
поддержания посредством применения активной зоны реактора практически постоянного перепада температур в области зоны HDR между шахтным стволом для нагнетания и шахтным стволом для откачивания, способствуя превращению текучей среды в поток пара высокого давления, и
производства электроэнергии посредством электростанции с применением пара, извлеченного из шахтного ствола для откачивания.

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам на основе высокотемпературного газоохлаждаемого реактора. Система генерации пара содержит множество ядерных паропроизводящих систем, цилиндр (21) высокого давления, цилиндр (22) низкого давления, конденсатор (23), насос (24) для конденсата, нагреватель (25) низкого давления, деаэратор (26), водяной насос (27) и нагреватель (28) высокого давления, которые последовательно соединены непрерывной цепью для формирования замкнутого парового контура.

Космическая ядерная энергетическая установка // 2129740

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к космическим ядерным энергетическим установкам. .

Ядерная энергетическая установка // 2075124

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для повышения безопасности энергетических установок с канальными ядерными реакторами.

Способ утилизации энергии геотермальных вод // 2596293

Изобретение относится к энергетике. Способ утилизации энергии геотермальных вод включает геотермальную скважину, промежуточные теплообменники, детандер с компрессором на одном валу, сепаратор и газгольдер.

Способ извлечения геотермальной энергии из добытой продукции действующей нефтяной скважины // 2592913

Изобретение относится к средствам извлечения геотермальной энергии из продукции нефтегазовых скважин и может использоваться в качестве альтернативных источников энергии.

Геотермальная теплонасосная система // 2591362

Предлагается устройство, содержащее теплонасосное оборудование и систему сбора низкопотенциальной теплоты грунта, состоящую из двух и более зон, параллельно подключенных к теплонасосному оборудованию, каждая из которых, в свою очередь, включает один и более вертикальных герметичных грунтовых теплообменников коаксиального типа с внутренней трубой, покрытой теплоизолирующим слоем пористого материала с замкнутыми порами.

Аккумулятор тепловой энергии, содержащий камеру расширения // 2586425

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в подземных аккумуляторах тепловой энергии. Подземный аккумулятор содержит колодец и по меньшей мере один туннель, соединенные друг с другом с обеспечением сообщения по текучей среде.

Системы и способы обеспечения устойчивого экономического развития путем интегрированной выработки возобновляемой энергии полного спектра // 2562336

В одном варианте выполнения изобретения предложен способ подачи электроэнергии при помощи источника возобновляемой энергии, включающий: обеспечение первого источника возобновляемой энергии, причем первый источник возобновляемой энергии является непостоянным или не обеспечивает достаточного количества энергии; подачу энергии от первого источника возобновляемой энергии на электролизер с целью формирования энергоносителя посредством электролиза; избирательное реверсирование электролизера, позволяющее использовать его в качестве топливного элемента; и подачу энергоносителя на электролизер для выработки энергии, причем первый источник возобновляемой энергии, электролизер или энергоноситель получает дополнительное тепло от первого источника тепла; и первый источник тепла выбран из группы, состоящей из геотермального и солнечного источника тепла.

Подземный контур в системе низкотемпературной энергии и способ ее получения // 2561840

(57) Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для создания системы низкотемпературной энергии в подземном контуре. Подземный контур используется, например, для передачи тепловой энергии, извлеченной из окружающей среды, к тепловому насосу или подобному устройству.

Теплопроводный цилиндр, установленный с u-образным стержневым трубопроводом и кольцевым трубопроводом // 2561785

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для передачи тепла. Теплопроводный цилиндр, предназначенный для установки в накопителе тепла, снабжен множеством U-образных трубопроводов и выполнен так, что теплоизоляция находится между концом для впуска текучей среды и концом для выпуска текучей среды каждого из множества U-образных трубопроводов, причем две или более радиально размещенные секции U-образного трубопровода установлены внутри теплопроводного цилиндра, и отделены друг от друга, и имеют внутренние проходы, которые не сообщаются друг с другом внутри теплопроводного цилиндра.

Транспортный обогреваемый трубопровод // 2555088

Изобретение относится к трубопроводному транспорту. К наружной поверхности обогреваемого трубопровода плотно прилегает коллектор с теплоносителем.

Транспортный трубопровод // 2553527

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при транспортировке различных жидких и газообразных продуктов (пар, вода, углеводороды и др.) на предприятиях АПК, в коммунальном хозяйстве, нефтяной, химической и др.

Способ добычи и использования концентрированных геотермальных рассолов // 2535873

Изобретение относится к технологиям добычи и применения глубокозалегающих подземных пластовых рассолов, обладающих, как правило, не только гидроминеральным потенциалом, в особенности промышленными концентрациями полезных компонентов для прямого использования или последующей переработки в товарные продукты, но и тепловым потенциалом, пригодным для использования по энергетическому назначению.

Коаксиальный геотермальный зонд и способ его монтажа под землей // 2615884

Изобретение относится к коаксиальному геотермальному зонду и способу его монтажа под землей, а также к способу эксплуатации геотермального зонда. Коаксиальный геотермальный зонд содержит центральную колонковую трубу (11) и выполненную с возможностью расширения трубчатую оболочку, которая ограничивает кольцевой зазор (15), проходящий от колонковой трубы наружу, причем колонковая труба (11) и кольцевой зазор (15) выполнены с обеспечением протекания по ним текучей среды-теплоносителя. Трубчатая оболочка образована рукавной оболочкой (14), выполненной с возможностью расширения под действием повышенного внутреннего давления, которая охватывает колонковую трубу (11) в уложенном складками состоянии и после введения в скважину (1) под геотермальный зонд под действием подводимой с избыточным давлением текучей среды принимает стабильную окончательную форму и во встроенном состоянии зонда (10) непосредственно примыкает к стенкам (2) скважины (1) под геотермальный зонд. Изобретение направлено на повышение отбора тепловой энергии из окружающего грунта. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для превращения геотермальной энергии в электрическую энергию // 2621440

Изобретение относится к области превращения геотермальной энергии в электрическую энергию, когда источником тепловой энергии являются постмагматические тепловые поля. Устройство включает скважину с обсадной трубой, нижняя часть которой закрыта крышкой и является паровым котлом, который входным и выходным трубопроводами, оснащенными обратными клапанами давления, соединен с паровой турбиной, которая кинематически связана с электромашинным генератором тока. Открытый торец выходного трубопровода осесимметричен обсадной трубе, через крышку парового котла опускается до дна котла, образуя одноконтурное внутреннее пространство, а регулятор подачи рабочей жидкости установлен на входном трубопроводе и обеспечивает подачу такого количества рабочей жидкости, чтобы в нижнюю часть парового котла рабочая жидкость не поступала и она служила как перегреватель пара. Изобретение позволяет осуществить превращение геотермальной энергии в электрическую энергию независимо от наличия подземных водных источников. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ комбинированного использования альтернативных источников энергии // 2622779

Изобретение относится к способам совместного использования солнечной энергии для системы горячего водоснабжения, солнечной и петротермальной энергии с помощью абсорбционного теплового насоса и инверторного парокомпрессорного теплового насоса для систем кондиционирования воздуха в теплый период и отопления в холодный период. Способ комбинированного использования альтернативных источников энергии для отопления, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения помещений на основе гибридного солнечного коллектора, бивалентного водонагревателя, преобразователя электрической энергии, электрического аккумулятора, абсорбционного теплового насоса, инверторного парокомпрессорного теплового насоса с теплосъемными трубами и петротермальной скважины, при этом в петротермальной скважине на глубине ниже слоя годовых колебаний температуры методом гидравлического разрыва пласта создают трещины, в которые для создания аккумулятора тепла закачивают вещество с температурой фазового перехода 20-43°C; электрическая энергия, вырабатываемая гибридным солнечным коллектором, поступает в преобразователь электрической энергии и используется инверторным парокомпрессорным тепловым насосом для кондиционирования и отопления помещения, бивалентным водонагревателем для подогрева воды при недостаточной тепловой мощности гибридного теплового коллектора, избыточная электрическая энергия накапливается в электрическом аккумуляторе и используется для «дежурного» освещения; в теплое время теплохладоноситель инверторного парокомпрессорного теплового насоса подается в помещение для кондиционирования воздуха и обратно на инверторный парокомпрессорный тепловой насос, откуда полученное тепло посредством теплосъемных труб инверторного парокомпрессорного теплового насоса закачивается в аккумулятор тепла, в холодное время инверторный парокомпрессорный тепловой насос посредством теплохладоносителя теплосъемных труб подает тепло из аккумулятора тепла в помещение для отопления; тепло теплоносителя гибридного солнечного коллектора поступает в бивалентный водонагреватель для подогрева воды в системе горячего водоснабжения и в абсорбционный тепловой насос для выработки холода в системе кондиционирования воздуха в помещении, и после отдачи тепла теплоноситель из абсорбционного теплового насоса и бивалентного водонагревателя возвращается на нагрев в гибридный солнечный коллектор. Техническим результатом является высокая аккумулирующая способность системы и круглогодичное использование солнечной и петротермальной энергии: для системы горячего водоснабжения; для системы кондиционирования воздуха с помощью абсорбционного и инверторного парокомпрессорного тепловых насосов в теплый период; для системы отопления с помощью инверторного парокомпрессорного теплового насоса в холодный период; увеличение на 30-50% выработки электроэнергии за счет отвода тепла от коллектора. 1 ил., 1 табл.

Устройство для реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала источника теплоты // 2626525

Изобретение относится к области энергетики и направлено на энергосбережение путем рационального использования возобновляемых источников тепла и естественного перепада температуры в окружающей среде. Устройство для реализации адсорбционного цикла повышения температурного потенциала возобновляемого источника теплоты включает адсорбер, теплообменник, находящийся в контакте с гранулами адсорбента, вакуумный кран, емкость с жидким хладагентом и теплообменник, частично погруженный в жидкий хладагент. Емкость с жидким хладагентом и теплообменником является конденсатором и испарителем. В качестве адсорбента используют композитный адсорбент паров метанола, представляющий собой пористую матрицу, выбранную из ряда: силикагель, оксид алюминия, вермикулит, поры которой содержат галогенид или нитрат металлов из ряда: кальций, магний, литий, никель или кобальт в количестве не менее 17 мас.%, в качестве хладагента-адсорбтива используют спирты. Технический результат заключается в повышении температурного потенциала возобновляемого источника теплоты в замкнутом адсорбционном цикле. 3.з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Подземная реакторная система // 2627594

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен способ получения топлива из органического материала в подземном реакторе (варианты) и подземный реактор для применения в вышеуказанном способе (варианты). Подземный реактор включает первый трубопровод для нагнетания органического материала под землю и его преобразования в топливо, второй трубопровод для поднятия преобразованного органического материала и теплообменник для выделения тепла для снабжения энергией оборудования, где жидкий теплоноситель содержит пьезотепловые или пьезоэлектрические частицы. В другом варианте подземный реактор также содержит насос для удерживания зоны реакции при требуемой температуре. Способ включает отправление органического материала под землю через первый трубопровод, приложение к органическому материалу в зоне реакции давления и температуры для преобразования органического материала в топливо, подъем топлива через второй трубопровод и циркуляцию жидкого теплоносителя. В другом варианте способ также включает использование теплообменника для выделения тепла с целью применения для снабжения энергией оборудования. Изобретение обеспечивает получение топлива за счёт подземной температуры и давления. 4 н. и 91 з.п. ф-лы, 23 ил., 5 табл., 13 пр.

Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла // 2641439

Изобретение относится к способам извлечения и использования геотермального тепла. Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла включает бурение скважин с использованием буровой колонны. Бурение скважин для установки зондов осуществляют без переноса бурового станка с одного места и под углом 20-45 градусов к горизонту. В грунт устанавливают железобетонное кольцо диаметром 1,5 м, его верхний торец заглубляют на 0,3-0,4 м от поверхности. На этом же уровне устраивают кольцевую площадку шириной 0,5 м. Дно кольца заливают бетонной стяжкой. Сверху на железобетонное кольцо устанавливают колодезную опору бурового станка, определяют наклон оси бурения, монтируют буровой станок на колодезной опоре, в процессе бурения используют бетонное кольцо в качестве зумпфа, а после окончания бурения - в качестве кессонной камеры геотермального коллектора. При достижении заданной глубины бурения в колонну бурильных труб опускается на жестком тросе извлекатель съемного пилота. После извлечения пилота в колонну бурильных труб, выполняющих роль обсадной трубы, опускают подготовленный геотермальный зонд, колонну бурильных труб свинчивают с вращателем буровой установки и приподнимают на 0,5 м. Технический результат заключается в уменьшении количества операций, в частности подъема бурового снаряда, обсаживания ствола скважины обсадной трубой, выкапывания дополнительного приямка или зумпфа для циркуляции бурового раствора, переноса бурового станка на новое место бурения. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Мини-тэц, работающая на возобновляемых источниках энергии // 2643877

Изобретение относится к сооружениям в области теплоэнергетики и может быть использовано в системах автономного комплексного энергоснабжения населенных пунктов, промышленных предприятий и иных объектов от возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Мини-ТЭЦ, работающая на ВИЭ, оснащена однотипными либо гибридными первичными преобразовательными установками с энергоресурсом на выходе в виде нагретого и сжатого воздуха, сезонными грунтовыми аэродинамическими нагревателями - накопителями тепловой энергии, а также мощными вторичными тепломеханическими преобразователями с системой утилизации тепловых сбросов и без паросилового звена. Первичные преобразователи возобновляемой энергии в тепловую (например, солнечные коллекторы) и (или) в энергию сжатого воздуха (ветро- и гидроустановки с воздухонагнетателями) позволяют использовать простейшие по конструкции и энергоемкие теплоаккумуляторы с непосредственным теплообменом либо с аэродинамическим преобразованием энергии (как в известных аэродинамических сушильных камерах). Грунтовые аэродинамические нагреватели - накопители тепловой энергии обеспечивают длительную, вплоть до сезонных интервалов времени с недостаточным поступлением природной энергии, и бесперебойную работу мини-ТЭЦ. При этом стоимость сооружения таких теплоаккумуляторов минимальна, они практически не нуждаются в обслуживании, а на занимаемой ими территории могут быть размещены первичные преобразователи. Мощные тепломеханические преобразователи без паросилового звена обеспечивают работу мини-ТЭЦ в более широком диапазоне рабочих температур с максимальным отбором теплового ресурса, а это позволяет уменьшить габариты аккумулятора и потери тепла. Изобретение позволяет решить проблемы энергоснабжения многих объектов, сбережения энергоресурсов и защиты окружающей среды. 1 ил.

Внешний грунтовый горизонтальный контур для теплонасосной установки // 2645812

Изобретение относится к теплонасосным установкам, использующим низкотемпературное тепло грунта для автономного отопления и горячего водоснабжения помещений. Внешний грунтовый контур для теплонасосной установки содержит помещенный в грунт горизонтальный трубчатый теплообменник, соединенный трубопроводами с теплообменником-испарителем теплового насоса с циркулирующим в нем низкотемпературным теплоносителем-рассолом, а также аккумулятор тепловой энергии, предназначенный для подогрева грунта. Аккумулятор помещен в грунт в непосредственной близости от горизонтального трубчатого теплообменника и выполнен в виде двух емкостей, соединенных трубопроводами в единый контур, по которому циркулирует жидкий теплоноситель. В первой емкости происходит нагрев жидкого теплоносителя от помещенного в первую емкость нагревателя, а жидкий теплоноситель из первой емкости по подающим трубопроводам поступает во вторую емкость и снова возвращается по обратным трубопроводам в первую емкость. При этом происходит передача части тепловой энергии жидкого теплоносителя окружающему грунту через стенки подающих и обратных трубопроводов и через стенки первой и второй емкостей. Техническим результатом является обеспечение эффективности работы ТНУ компрессионного типа с горизонтальным грунтовым внешним контуром за счет восстановления теплового баланса грунта в зоне теплообменника внешнего грунтового контура. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.