LV15234B - Method for extraction of geothermal energy in closed system - Google Patents

Description

Izgudrojuma apraksts [001] Izgudrojums attiecas uz ģeotermālās siltumenerģijas ieguvi un var tikt izmantots siltuma, aukstuma, elektrības vai šo energoresursu kombinācijas ražošanai. Piedāvātais inovatīvais risinājums paredz efektīvu un videi draudzīgu ģeotermālās enerģijas iegūšanu, samazinot CO2 izmešu daudzumu, kas rodas kā rūpnieciskās ražošanas un fosilā kurināmā sadedzināšanas blakusprodukts tradicionālajā elektroenerģijas un siltuma ražošanā.DISCLOSURE OF THE INVENTION The invention relates to the production of geothermal heat and can be used to produce heat, cold, electricity or a combination of these energy resources. The proposed innovative solution provides for efficient and environmentally friendly production of geothermal energy by reducing the amount of CO2 emitted as a by-product of industrial production and combustion of fossil fuels in conventional power and heat generation.

Zināmā tehnikas līmeņa analīze [002] Apzinoties globālās klimata pārmaiņas un meklējot risinājumu vajadzībai samazināt ekonomikas atkarību no importētiem fosilās enerģijas resursiem, tiek pētīti un attīstīti atjaunojamās enerģijas avoti, t.sk.ģeotermālā enerģija. Lai gan ģeotermālās enerģijas kā atjaunojamā energoresursa potenciāls ir milzīgs, šobrīd ģeotermālā enerģija tiek iegūta un izmantota ierobežotā daudzumā sekojošu iemeslu dēļ:Analysis of the Prior Art Conscious of global climate change and seeking a solution to the need to reduce the economy's dependence on imported fossil energy resources, renewable energy sources, including geothermal, are being researched and developed. Although the potential of geothermal energy as a renewable energy source is enormous, geothermal energy is currently being produced and used in limited quantities for the following reasons:

• zināmo sistēmu augstās izmaksas un zemā efektivitāte, • neprognozējama seismiskā ietekme, • ierobežotas pieslēgšanas iespējas pie esošas siltuma un elektrības ražošanas infrastruktūras.• high costs and low efficiency of known systems; • unpredictable seismic effects; • limited connectivity to existing heat and power infrastructure.

[003] Patents LV 14875 В (PCT pieteikuma numurs WO2015159188 A2) apraksta metodi urbuma izveidošanai un ģeotermālā siltuma iegūšanai slēgtai cirkulācijas sistēmai “caurule caurulē”, kurā kā siltumnesējs cirkulē ūdens bāzes šķidrums, tieši nesaskaroties ar pazemes iežiem un ūdeņiem. Izgudrojums paredz ekoloģiski nekaitīgu pazemes siltuma iegūšanu no sausajiem iežiem ar maksimālu siltumapmaiņas efektivitāti, bez dabisko šķidrumu, sāļu vai gāzu nonākšanas virszemē. Tiek piedāvāta urbuma izveidošanas un aizpildīšanas metode ģeotermālās enerģijas ieguves vietai, kuras tehniskais uzdevums ir paaugstināt efektivitāti zemes dzīļu siltuma pārnešanai uz siltumnesēja šķidrumu (piemēram, ūdeni) slēgtā koncentriski izvietotu cauruļu sistēmā („caurule caurulē”). Tomēr, lai izmantotu šādu ģeotermālo tehnoloģiju elektrības un siltuma ražošanai, ir nepieciešama ļoti augsta sākotnējā ūdens bāzes siltumnesēja temperatūra, kas iegūstama vairāku kilometru dziļumā. Tik dziļu urbumu veidošana prasa lielas investīcijas un sadārdzina enerģijas iegūšanu.[003] Patent LV 14875 (PCT Application No. WO2015159188 A2) describes a method for creating a well and obtaining geothermal heat in a closed-loop "pipe-to-pipe" circulation system, in which water-based liquid circulates as a heat carrier without direct contact with underground rocks and water. The present invention provides for the environmentally friendly production of underground heat from dry rocks with maximum heat exchange efficiency, without the transfer of natural liquids, salts or gases to the surface. A method of creating and filling a well for a geothermal energy production site is proposed with the technical task of increasing the efficiency of the transfer of heat from subterranean depths to a heat carrier fluid (such as water) in a closed, concentric pipe system. However, using such geothermal technology to generate electricity and heat requires a very high initial water-based heat carrier temperature, which can be obtained at depths of several kilometers. Making such deep holes requires a lot of investment and increases the cost of obtaining energy.

[004] Lai samazinātu siltumnesēja uzsildīšanai nepieciešamo temperatūru un siltuma daudzumu, līdz ar to ģeotermālā urbuma dziļumu un tā izmaksas, tiek piedāvāts aizstāt ūdens bāzes siltumnesēju ar neūdens bāzes siltumnesēju, kurš maina agregātstāvokli no šķidruma uz gāzi zemākās temperatūrās, kas sasniedzamas mazākā dziļumā. Citas neūdens bāzes siltumnesēju priekšrocības, salīdzinot ar ūdens bāzes siltumnesējiem, ir sekojošas (D.Reay and P.Kew, Heat Pipes. Theory, Design and Applications. Fifth edition):In order to reduce the temperature and amount of heat required to heat the heat carrier, and thus the depth and cost of the geothermal well, it is proposed to replace the water-based heat carrier with a non-aqueous heat carrier that changes from liquid to gas at lower temperatures. Other advantages of non-aqueous based heat carriers over water based heat carriers are as follows (D.Reay and P.Kew, Theory, Design and Applications. Fifth edition):

1) sašķidrināta neūdens bāzes siltumnesēja blīvums ir mazāks kā ūdens bāzes siltumnesējam, tāpēc vajadzīga mazāka jauda tā pārsūknēšanai slēgtā ģeotermālā sistēmā “caurule caurulē”;(1) the density of a non-aqueous non-aqueous heat carrier is less than that of a water-based heat carrier and therefore requires less power to pump it in a closed-tube geothermal system;

2) zem spiediena sašķidrināts neūdens bāzes siltumnesējs var atrasties šādā agregātstāvoklī nesasalstot līdz temperatūrai, kas daudz zemāka par 0 °C, nodrošinot lielāku temperatūras starpību ar ģeotermālās sistēmas sildvirsmu. Saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu, situms, ko pievada darba ķermenim (sistēmai), tiek izmantots tā iekšējās enerģijas palielināšanai un darba iegūšanai Siltuma plūsma starp cieta ķermeņa virsmu un šķidrumu vai gāzi ir aprēķināma pēc Ņūtona vienādojuma un ir tieši proporcionāla starpībai starp sildvirsmas un šķidruma vai gāzes temperatūrām;2) The pressurized liquefied nonaqueous base heat carrier may be in this state without freezing to a temperature much lower than 0 ° C, providing a greater temperature difference with the geothermal heating surface. According to the first law of thermodynamics, a blow applied to a work body (system) is used to increase its internal energy and obtain work. The heat flux between a solid surface and a liquid or gas is calculated by Newton's equation and is directly proportional to the difference between gas temperatures;

3) šķidruma iztvaikošanas fāžu pārejas temperatūra ir atkarīga no spiediena, pie kura notiek process, un pastāv sakarība - jo lielāks spiediens, jo augstāka fāžu pārejas temperatūra;3) the transition temperature of the liquid evaporation phase depends on the pressure at which the process takes place and there is a relationship - the higher the pressure, the higher the phase transition temperature;

4) mainoties neūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvoklim no šķidruma uz gāzi, pieaug tā spiediens un līdz ar to siltumnesējs pārvietojas no pazemes uz virszemi bez papildu sūknēšanas.4) As the non-aqueous base fluid carrier changes its fluid-to-gas state, its pressure increases and the fluid moves from underground to surface without additional pumping.

[005] Neūdens bāzes siltumnesēju sistēmu priekšrocības apstiprina ASV Ohaijo štata Kolumbusas universitātes Sandia National Laboratories 2011 .gadā veiktais pētījums par neūdens bāzes siltumnesēju, tsk.superkritiskā CO2 Braitona ciklu. Šo siltumnesēju sistēmas ir mazākas, vienkāršākas un efektīvākas, salīdzinot ar ūdens bāzes siltumnesēju sistēmām. Neūdens bāzes siltumnesēja uzsildīšanai ir piemēroti dažādi siltuma avoti, ieskaitot fosilā kurināmā sadedzināšanu, kodolenerģiju, solāro enerģiju, kā arī ģeotermālo enerģiju (skat. http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/ll/utsr/pdf/wed/Wright%20SCQ2%20Power %20Cycle%20Summarv%20UTSR%202011 %20v2a.pdf).[005] The advantages of non-aqueous based heat carrier systems are confirmed by a 2011 study by Sandia National Laboratories of Columbus University in Ohio, USA on a non-aqueous based heat carrier, including the supercritical CO2 Brighton cycle. These heat carrier systems are smaller, simpler and more efficient compared to water based heat carrier systems. A variety of heat sources, including fossil fuel combustion, nuclear power, solar power, and geothermal power, are suitable for heating a non-aqueous base heat carrier (see http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/ll/utsr/pdf/wed / Wright% 20SCQ2% 20Power% 20Cycle% 20Summarv% 20UTSR% 202011% 20v2a.pdf).

[006] Iekārtu sistēma neūdens bāzes siltumnesēja tvaika pārvēršanai elektrības, siltuma, aukstuma enerģijā vai to kombinācijā ir aprakstīta patentā US8833475 B2, kurš paredz sašķidrināta CO2 iesūknēšanu, uzglabāšanu un uzsildīšanu dabīgos pazemes rezervuāros atklātā ģeotermālā sistēmā. Tomēr šai sistēmai ir iespējami būtiski trūkumi. Pirmkārt, pietiekami lieli dabīgi pazemes rezervuāri atrodami tikai atsevišķās ģeogrāfiskās vietās. Otrkārt, saskaroties ar dabīgajiem pazemes ūdeņiem, CO2 var reaģēt ar tiem, pārvēršoties par ogļskābi, kas ar laiku зAn apparatus system for converting non-aqueous heat carrier vapor into electricity, heat, cold energy or a combination thereof is described in US8833475 B2, which provides for the injection, storage and heating of liquefied CO2 in natural underground reservoirs in an open geothermal system. However, there are potential shortcomings with this system. First, natural underground reservoirs of sufficient size can only be found in certain geographical locations. Second, when exposed to natural groundwater, CO2 can react with it to convert to carbonic acid, which over time

saēd pazemes iežus un rada zemes iegruvumu risku. Treškārt, sašķidrinātais CO2 labi šķīst ūdenī un kopā ar ūdens plūsmu nonāk apkārtējā vidē, radot piesārņojumu. Ceturtkārt, CO2 mijiedarbība ar pazemes iežiem, sāļiem un ūdeņiem rada piesārņojumu siltumnesēja plūsmā, kas noved pie bojājumiem virszemes enerģijas konvertācijas iekārtās, sadārdzinot to apkopi un ekspluatāciju.eat underground rocks and risk landslides. Third, liquefied CO2 is highly soluble in water and enters the environment along with the flow of water, causing pollution. Fourth, the interaction of CO2 with underground rocks, salts and water causes pollution in the heat carrier stream, leading to damage to the surface energy conversion equipment, making maintenance and operation more expensive.

Izgudrojuma mērķis un tā būtība [007] Piedāvātā metodes ģeotermālās enerģijas iegūšanai slēgtā sistēmā būtība ir formulēta 1. pretenzijā, bet izmantotās slēgtās sistēmas tehniskā risinājuma varianti metodes realizācijai ir definēti no 2. līdz 5. pretenzijai. Izgudrojums paredz papildināt patentā LV 14875 В aprakstīto ģeotermālā urbuma izveidošanas un siltuma iegūšanas metodi slēgtā ģeotermālā sistēmā ar enerģijas konvertācijas sistēmu, aizstājot ūdens bāzes siltumnesēju ar neūdens bāzes siltumnesēju. Neūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļu maiņas rezultātā iegūto spiedienu un temperatūru var izmantot efektīvai elektroenerģijas, siltuma, aukstuma vai to kombinācijas ražošanai.OBJECTIVE AND SUMMARY OF THE INVENTION The proposed method of obtaining a geothermal energy in a closed system is formulated in claim 1, but the technical solution of the closed system used to implement the method is defined in claims 2 to 5. The invention is intended to supplement the method of generating and producing heat in a closed geothermal system described in patent LV 14875 В with an energy conversion system by replacing a water-based heat carrier with a non-water based heat carrier. The pressure and temperature resulting from the change in the state of the non-aqueous heat carrier can be used to efficiently generate electricity, heat, cold or a combination thereof.

Sistēmas apraksts piedāvātās metodes realizācijai [008] Ģeotermalas enerģijas ražošanas sistēma darbojas slēgtā cikla. Visi sistēmas mezgli, caurules un enerģijas konvertācijas iekārtas tiek savstarpēji hermētiski savienoti, lai nepieļautu šķidra vai gāzveida siltumnesēja saskari ar pazemes iežiem, ūdeņiem un apkārtējo vidi. Viens un tas pats ne-ūdens bāzes siltumnesēja apjoms cirkulē un daudzkārtīgi maina agregātstāvokļus no šķidruma uz gāzi un atpakaļ slēgtā koncentriski izvietotu cauruļu sistēmā. Pazemes daļā notiek siltumnesēja uzsildīšana, virszemes daļā notiek iegūtā ģeotermālā siltuma un spiediena konvertācija elektroenerģijas, siltuma, aukstuma vai to kombinācijas ražošanai.Description of the system for implementing the proposed method The geothermal power generation system operates in a closed loop. All system units, pipes and energy conversion equipment are hermetically sealed to prevent liquid or gaseous heat carrier from contacting with underground rocks, water and the environment. The same volume of non-water-based heat carrier circulates and changes many times from liquid to gas and back in a closed system of concentric tubes. In the underground part the heat carrier is heated, in the above part the resulting geothermal heat and pressure are converted to produce electricity, heat, cold or a combination thereof.

[009] Sistēmas pazemes daļa nodrošina efektīvu ģeotermālās siltuma plūsmas izmantošanu neūdens bāzes siltumnesēja uzsildīšanai slēgtā cirkulācijas sistēmā „caurule caurulē”:[009] The underground portion of the system provides efficient use of a geothermal heat flow to heat a non-aqueous base heat carrier in a closed pipe-to-pipe system:

- tiek izveidoti viens vai vairāki vertikāli urbumi līdz dziļumam, kurā sasniegta optimālā temperatūra ne-ūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņai no šķidruma uz gāzi;- providing one or more vertical wells to a depth at which the optimum temperature for changing the non-water based heat carrier state from a liquid to a gas is achieved;

- sasniedzot nepieciešamo temperatūru, urbumi tiek novirzīti 0 - 90° leņķī pret vertikāli un izveidoti pēc patentā LV 14875 В aprakstītās tehnoloģijas, palielinot urbuma ģeotermālo siltuma plūsmu uztverošās kontaktvirsmas laukumu un paaugstinot siltumapmaiņas procesa efektivitāti;- when the required temperature is reached, the boreholes are deflected at an angle of 0 - 90 ° to the vertical and formed according to the technology described in patent LV 14875 В, increasing the contact surface area of the borehole geothermal heat flow and increasing the efficiency of the heat exchange process;

- ārējā caurulē tiek ievietotas viena vai vairākas mazāka diametra caurules ar noslēgtiem galiem un kalibrētām atverēm šķidrā ne-ūdens bāzes siltumnesēja ievadīšanai pazemē.- one or more smaller diameter tubes with sealed ends and calibrated orifices for insertion of a liquid non-aqueous heat carrier underground are inserted into the outer tube.

- pa vienu vai vairākām iekšējām caurulēm no virszemes iekārtām tiek palaista šķidrā ne-ūdens bāzes siltumnesēja plūsma, kas pa kalibrētām atverēm nonāk kontaktā ar ārējās caurules iekšējo sildvirsmu, sasilst un maina agregātstāvokli no šķidruma uz gāzi.- one or more internal tubes from the surface unit launch a liquid non-aqueous heat carrier stream which, through calibrated openings, contacts the outer heating surface of the inner tube, warms up and changes the liquid state to the gas state.

- pa ārējo cauruli, kura pazemē ir noslēgta un virszemē savienota ar enerģijas konvertēšanas iekārtu sistēmu, tiek palaista atpakaļgaitas siltumnesēja plūsma gāzveida agregātstāvoklī.- an external conduit, which is closed underground and connected above ground to a system of energy conversion equipment, starts the reverse flow of the heat carrier in a gaseous state.

[010] Sistēmas virszemes daļa ir spējīga darboties bez arejiem enerģijas avotiem, pati pilnība nodrošinot darba procesam nepieciešamos energoresursus. Virszemes daļa ietver :[010] The above-ground portion of the system is capable of operating without external power sources, itself providing the energy resources required for the work process itself. The above-ground part includes:

- vienu vai vairākus gāzu ģeneratorus elektrības ražošanai, kur griezes momentu rada ne-ūdens bāzes siltumnesēja atpakaļgaitas gāzveida plūsmas spiediens,- one or more gas generators for power generation, where the torque is produced by the non-water based heat carrier reverse gas flow pressure,

- vienu vai vairākus siltummaiņus siltuma ražošanai, kuros pēc gāzu ģeneratora tiek pazemināta siltumnesēja gāzes temperatūra un spiediens,- one or more heat exchangers for the production of heat in which the temperature and pressure of the heat carrier gas are lowered after the gas generator,

- vienu vai vairākus siltummaiņus-iztvaicētājus aukstuma ražošanai pirms kompresora, lai iegūtu optimālu temperatūru gāzes sašķidrināšanai,- one or more evaporator heat exchangers for pre-compressor cooling to obtain the optimum temperature for liquefaction of the gas,

- vienu vai vairākus kompresorus gāzes saspiešanai līdz šķidram agregātstāvoklim un spiediena paaugstināšanai cirkulācijas sistēmā,- one or more compressors for compressing the gas to a liquid state and increasing the pressure in the circulating system,

- vienu vai vairākus siltummaiņus-kondensatorus saspiestā šķidruma temperatūras samazināšanai pēc kompresora,- one or more condenser heat exchangers for reducing the temperature of the compressed fluid after the compressor,

- vienu vai vairākas augstspiediena tvertnes sašķidrinātā neūdens bāzes siltumnesēja uzglabāšanai pirms atkārtotas palaišanas vienā vai vairākās pazemes cirkulācijas sistēmas turpgaitas caurulēs,- one or more high-pressure storage tanks for liquefied non-aqueous liquid carrier prior to restart in one or more feed pipes of the underground circulation system,

- vienu vai vairākus kontroles un vadības blokus,- one or more control-command units,

- vienu vai vairākus drošības vārstus spiediena samazināšanai sistēmā.- one or more safety valves to relieve pressure in the system.

[011] Izgudrojuma darbības shēma ir attēlota aprakstam pievienotajos zīmējumos: Fig.l ir parādīts kopējais sistēmas garengriezums virszemē un pazemē, Fig.2 ir parādīts sistēmas šķērsgriezums Sl zemes slāņos A, kur nav sasniegta optimālā temperatūra neūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņai no šķidruma uz gāzi, bet Fig.3 ir parādīts sistēmas šķērsgriezumu S2 zemes slāņos zemes slāņos C, kur ir sasniegta optimālā temperatūra ne-ūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņai no šķidruma uz gāzi. Sistēmas pazemes daļa sadalās sekojošos posmos: А - vertikālais urbums, lai sasniegtu optimālo ģeotermālās temperatūras dziļumu, В - urbuma pagrieziena rādiusa daļa, C - urbuma novirzītā daļa, kurā notiek ne-ūdens bāzes siltumnesēja uzsildīšana un agregātstāvokļa maiņa.[011] The scheme of the invention is illustrated in the accompanying drawings: Fig. 1 shows the total longitudinal section of the system above and below the ground, Fig. 2 shows the system cross section S1 in the earth layers A where the optimum temperature for the non-aqueous medium carrier and Fig. 3 shows a system cross-section S2 of the earth layers of the earth layers C, where the optimum temperature for changing the non-water based heat carrier state from liquid to gas is achieved. The underground part of the system is divided into the following stages: А - vertical borehole to achieve optimal geothermal temperature depth, В - borehole turning radius, C - diverted borehole where non-water based heat carrier heating and state change occurs.

[012] Sistēma ietver sekojošus elementus: Г - vertikālais urbums; 1 - novirzītais urbums; 2 ārējā atpakaļgaitas caurule; 3 - ārējās caurules izolācija; 4, 5 - iekšējās turpgaitas caurules ar izolāciju un kalibrētām atverēm; 6 - paaugstinātas siltuma vadītspējas materiāls; 7 - turpgaitas šķidrā siltumnesēja plūsma; 8 - atpakaļgaitas gāzveida siltumnesēja plūsma; 9 - iekšējās caurules distanced, kas nodrošina attālumu starp turpgaitas un atpakaļgaitas caurulēm; 10 kalibrētās atveres turpgaitas caurulē; 11 - zemes slāņi, kur nav sasniegta optimālā temperatūra ne-ūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņai no šķidruma uz gāzi; 12 - zemes slāņi, kur ir sasniegta optimālā temperatūra ne-ūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņai no šķidruma uz gāzi; 13 - drošības vārsts; 14 - gāzu turbīna ar elektrības ģeneratoru; 15 siltummainis gāzes temperatūras un spiediena samazināšanai; 16 - siltummainis (iztvaikotājs) aukstuma iegūšanai; 17 - kompresors; 18 - siltummainis (kondensators) sašķidrināta siltumnesēja temperatūras samazināšanai; 19‘ - caurule, kas savieno kompresoru ar siltummaini-kondensatoru (18); 19” - caurule, kas savieno siltummaini ar augstspiediena tvertni (20); 20 - augstspiediena tvertne; 21,22 - ventiļi sašķidrinātās turpgaitas plūsmas regulēšanai; 23 - caurule uz siltummaini-iztvaikotāju; 24 - termoventilis, 25 - kompresors pēc aukstuma siltummaiņa-iztvaikotāja (16); 26 - caurule, kas savieno kompresoru (25) ar cauruli (19’); 27 - ārējās caurules noslēgbloks; 28 - vadības bloks; 29 - zemes virsma; 30 ģeotermālā siltuma plūsma.[012] The system comprises the following elements: Г - vertical bore; 1 - diverted bore; 2 external return pipe; 3 - outer pipe insulation; 4, 5 - internal flow pipes with insulation and calibrated openings; 6 - material of high thermal conductivity; 7 - flow of the flow of liquid heat carrier; 8 - flow of reverse gaseous heat carrier; 9 - inner tubes distanced, providing distance between forward and reverse pipes; 10 calibrated openings in the flow pipe; 11 - Earth layers where the optimum temperature for changing the non-water based heat carrier fluid from gas to gas is not reached; 12 - Earth layers where the optimum temperature for the non-water based heat carrier fluid state change from liquid to gas is achieved; 13 - safety valve; 14 - gas turbine with electric generator; 15 heat exchanger to reduce gas temperature and pressure; 16 - heat exchanger (evaporator) for obtaining cold; 17 - compressor; 18 - heat exchanger (condenser) for reducing the temperature of the liquid heat carrier; 19 '- a tube connecting the compressor to the heat exchanger-capacitor (18); 19 ”- pipe connecting heat exchanger to high pressure tank (20); 20 - high pressure tank; 21.22 - valves for controlling the flow of liquefied gas; 23 - tube to heat exchanger-evaporator; 24 - thermal valve, 25 - compressor after cold heat exchanger-evaporator (16); 26 - a tube connecting the compressor (25) to the tube (19 '); 27 - outer tube closure block; 28 - control unit; 29 - land surface; 30 geothermal heat flow.

[013] Sistēma darbojas pēc sekojošas shēmas:[013] The system operates according to the following scheme:

1) augstspiediena tvertnē (20) zem spiediena tiek iepildīts sašķidrināts ne-ūdens bāzes siltumnesējs.1) A pressurized liquid non-aqueous heat carrier is charged to the high pressure vessel (20).

2) caur ventili (21) pa cirkulācijas cauruli (4) tiek palaista sašķidrinātā ne-ūdens bāzes siltumnesēja turpgaitas plūsma (7) uz pazemi līdz daļai C, kurā caurulē (4) izvietotas kalibrētas atveres (10) siltumnesēja novadīšanai uz ārējās caurules (2) iekšējo sildvirsmu.2) launching, via the valve (21), a flow (7) of liquefied non-water based heat carrier through the circulation pipe (4) to a subsurface C, in which the calibrated openings (10) for discharging heat carrier to the outer pipe (2) are located. ) the internal heating surface.

3) nonākot uz ārējās caurules (2) iekšējās sildvirsmas, ne-ūdens bāzes siltumnesējs uzsilst un maina agregātstāvokli no šķidruma uz gāzi. Tā rezultātā caurulē (2) pieaug spiediens un temperatūra. Tā kā caurules (2) galā ir noslēgbloks (27), gāzveida siltumnesēja plūsma (8) ir spiesta atgriezties virszemē.3) Upon reaching the inner heating surface of the outer tube (2), the non-water based heat carrier heats up and changes its state from liquid to gas. As a result, pressure and temperature in the pipe (2) increase. Since the pipe (2) has a sealing block (27) at its end, the flow of gaseous heat carrier (8) is forced back to the surface.

4) lai palielinātu sistēmas jaudu un maksimāli izmantotu siltumnesēja agregātstāvokļu maiņas rezultātā iegūto siltumu, caurules posmā A pa cauruli (5) tiek papildus ievadīts šķidrais ne-ūdens bāzes siltumnesējs, kura daudzumu kontrolē ventilis (22).4) In order to increase the capacity of the system and to maximize the heat generated by the change of the state of the heat carrier, a liquid non-aqueous heat carrier, the amount of which is controlled by a valve (22), is additionally fed through the pipe (5).

5) no caurules (2) posma A, kur gāzes siltumnesēja spiediens un temperatūra ir sasnieguši maksimumu, plūsma (8) nonāk gāzu ģeneratorā (14), kurā rada griezes momentu elektroenerģijas ražošanai.5) from stage A of the pipe (2), where the pressure and temperature of the gas heat carrier have reached a maximum, the flow (8) enters the gas generator (14), where it generates a torque for the production of electricity.

6) siltummainis (15), kurā gāzes siltumnesēja plūsma (8) nonāk pēc gāzu ģeneratora (14), samazina tās temperatūru un spiedienu, novadot iegūto siltumu komerciāliem patērētājiem vai ne-ūdens bāzes siltumnesēja uzsildīšanai papildus cirkulācijas cilpā.6) a heat exchanger (15) in which the gas heat carrier stream (8) flows downstream of the gas generator (14), reducing its temperature and pressure by transferring the resulting heat to commercial consumers or to heating the non-water based heat carrier in an additional circulation loop.

7) siltummainis-iztvaicētājs (16) pirms kompresora (17) strādā kā saldēšanas iekārta, radot aukstumu, lai absorbētu atlikušo siltumu no gāzes siltumnesēja plūsmas (8) un iegūtu optimālu temperatūru gāzes sašķidrināšanai. Kā aukstuma aģents saldēšanas ciklā tiek izmantots tas pats ne-ūdens bāzes siltumnesējs, kas šķidrā veidā cirkulē sistēmā, no caurules (19”) nonāk caurulē (23) un caur termoventili (24) iztvaiko siltummainī-iztvaikotājā (16), radot aukstumu. Aukstuma aģenta tvaikus kompresors (25) saspiež, atgriežot tos šķidrā stāvoklī pa cauruli (26) caurulē (19’) un tālāk siltummainī-kondensatorā (18).7) The heat exchanger-evaporator (16) acts as a refrigeration unit before the compressor (17), generating cold to absorb residual heat from the gas heat carrier stream (8) and obtain an optimal temperature for gas liquefaction. The same non-water-based heat transfer medium used in the refrigeration cycle, which is circulated in liquid form, is used as a refrigerant, passes from pipe (19 ”) into pipe (23) and evaporates through thermo-valve (24) to heat exchanger-evaporator (16). The refrigerant vapor compressor (25) is compressed by returning them to the liquid state through the conduit (26) into the conduit (19 ') and further into the heat exchanger condenser (18).

8) kompresors (17) gāzes siltumnesēja plūsmu saspiež līdz šķidram agregātstāvoklim, kā rezultātā paaugstinās siltumnesēja temperatūra un spiediens augstspiediena tvertnē (20) pirms atkārtotas palaišanas vienā vai vairākās pazemes cirkulācijas sistēmas turpgaitas caurulēs (4, 5).8) the compressor (17) compresses the gas heat carrier stream to a liquid state resulting in increased heat carrier temperature and pressure in the high pressure tank (20) before being restarted in one or more feed pipes (4, 5) of the underground circulation system.

9) siltummainis-kondensators (18), kur pēc saspiešanas kompresorā (17) šķidrais siltumnesējs ar paaugstināto temperatūru nonāk pa cauruli (19’), samazina šķidrā siltumnesēja temperatūru pirms tā nonākšanas augstspiediena tvertnē (20) pa cauruli (19”).9) a heat exchanger-condenser (18), wherein, after being compressed in the compressor (17), the elevated temperature fluid carrier enters the conduit (19 '), decreasing the temperature of the liquid carrier before it enters the high pressure vessel (20) by conduit (19').

10) siltumnesēja plūsmas spiediena kontrole notiek caur drošības ventiļiem (13).10) pressure control of the heat carrier flow through the safety valves (13).

11) slēgtās ģeotermālās sistēmas enerģijas ražošanas cikla kontrole notiek caur vadības bloku (28).11) control of the energy production cycle of the closed geothermal system takes place through a control unit (28).

[014] Šai izgudrojuma aprakstīta pazemes siltuma iegūšanas metode nodrošina efektīvu un inovatīvu risinājumu videi draudzīgas atjaunojamās enerģijas ražošanai. Slēgtā ģeotermālās cirkulācijas cilpa.....„caurule caurulē” kombinācijā ar......ne-ūdens.....bāzes siltumnesēja termodinamiskajām, hidrodinamiskajām un ķīmiskajām īpašībām veido sistēmu, kas minimāli iejaucas dabā, nerada kaitējumu apkārtējai videi, ir kompakti izvietojama jebkurā ģeogrāfiskā vietā un pieslēdzama pie esošiem infrastruktūras tīkliem. Šī risinājuma ieviešana enerģijas ražošanā ļaus ievērojami samazināt fosilā kurināmā izmantošanu un CO₂ izmešu daudzumu.[014] The method of obtaining underground heat described in this invention provides an efficient and innovative solution for the production of environmentally friendly renewable energy. The closed loop of the geothermal circulation ..... "pipe-in-pipe" in combination with ...... non-water ..... basic heat carrier thermodynamic, hydrodynamic and chemical properties, creates a system that minimally interferes with the environment without damaging the environment, can be compactly located in any geographical location and connected to existing infrastructure networks. The introduction of this solution for energy production will significantly reduce the use of fossil fuels and reduce CO ₂ emissions.

Claims (5)

PretenzijasClaims 1. Ģeotermālās enerģijas iegūšanas metode siltuma, aukstuma, elektrības vai to kombinācijas ražošanai, kas raksturīga ar to, ka viens vai vairāki dziļurbumi, kuros cirkulē neūdens bāzes siltumnesējs un daudzkārtīgi maina agregātstāvokļus no šķidruma uz gāzi un atpakaļ slēgtā koncentriski izvietotu cauruļu sistēmā, pie kam pazemes telpa starp ārējās caurules virsmu un iežiem tiek aizpildīta ar materiālu, kura siltumvadītspēja ir paaugstināta, salīdzinot ar pamatieža siltumvadītspēju.1. A process for the production of geothermal energy for the production of heat, cold, electricity, or a combination thereof, characterized in that one or more boreholes in which a non-aqueous base heat carrier circulates and change fluid states from fluid to gas and back in a concentric tube system the underground space between the surface of the outer pipe and the rocks is filled with material that has a higher thermal conductivity compared to that of the bedrock. 2. Metode saskaņā ar 1. pretenziju, kurā tiek izmantoti ģeotermālie dziļurbumi sekojošos veidos:The method of claim 1, wherein geothermal boreholes are used in the following ways: a) viens vai vairāki urbumi tiek izveidoti perpendikulāri pret zemes virsmu zemes slāņos, kur nav sasniegta optimālā temperatūra neūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņai no šķidruma uz gāzi, un tiek novirzīti 0 līdz 90° leņķī pret vertikāli zemes slāņos, kur ir sasniegta optimālā temperatūra neūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņai no šķidruma uz gāzi;(a) One or more wells are formed perpendicular to the surface of the earth in layers where the optimum temperature for changing the liquid state to the non-aqueous medium carrier state has not been reached and are offset from 0 to 90 ° vertically in the earth layers where the optimum temperature changing the state of the heat carrier from a liquid to a gas; b) viens vai vairāki urbumi tiek izveidoti leņķī pret zemes virsmu zemes slāņos, kur nav sasniegta optimālā temperatūra neūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņai no šķidruma uz gāzi, un tiek novirzīti 0 līdz 90° leņķī pret sākotnējo urbumu zemes slāņos, kur ir sasniegta optimālā temperatūra neūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņai no šķidruma uz gāzi;b) one or more wells are formed at an angle to the surface of the earth's layers where the optimum temperature for changing the liquid state to the non-aqueous medium carrier state has not been reached and are deflected at 0 to 90 ° from the initial well in the earth's layers liquid-gas base state change of heat carrier; c) koncentriski izvietotas cirkulācijas caurules tiek ievietotas esošos urbumos, kur ir sasniegta optimālā temperatūra neūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņai no šķidruma uz gāzi.(c) Concentric circulating pipes are inserted into existing wells where the optimum temperature for changing the liquid state to the non-aqueous medium carrier state has been reached. 3. Metode saskaņā ar 1. vai 2. pretenziju, turklāt slēgtajā cauruļu sistēmā cirkulē un maina agregātstāvokli neūdens bāzes siltumnesējs sekojošā veidā:The method according to claim 1 or 2, further comprising circulating and changing the physical state of the non-aqueous base heat carrier in the closed pipe system as follows: a) pa vienu vai vairākām iekšējām caurulēm no virszemes iekārtām tiek palaista turpgaitas siltumnesēja plūsma šķidrā agregātstāvoklī, kuru pa kalibrētām atverēm novada uz ārējās caurules iekšējo sildvirsmu,(a) one or more internal tubes from above-ground equipment shall initiate the flow of the incoming heat carrier in a liquid state which is led to the inner heating surface of the outer tube through calibrated openings; b) saskaroties ar ārējās caurules iekšējo sildvirsmu, siltumnesēja plūsma maina agregātstāvokli no šķidruma uz gāzi,(b) when in contact with the inner heating surface of the outer tube, the heat carrier flux changes the state from liquid to gas; c) pa ārējo cauruli, kas pazemē ir noslēgta un virszemē ir savienota ar enerģijas konvertēšanas sistēmu, tiek palaista atpakaļgaitas siltumnesēja plūsma gāzveida agregātstāvoklī.(c) a return gas flow in the gaseous state is started from the outer tube, which is closed underground and connected to the energy conversion system above ground. 4. Metode saskaņā ar jebkuru iepriekšējo pretenziju, turklāt vienam vai vairākiem dziļurbumiem tiek pieslēgta virszemē izvietota slēgta enerģijas konvertēšanas sistēma, kura satur sekojošas savstarpēji hermētiski savienotas iekārtas:A method according to any one of the preceding claims, further comprising connecting one or more boreholes to an above-ground closed energy conversion system comprising the following hermetically connected devices: a) vienu vai vairākus gāzu ģeneratorus elektrības ražošanai, kuros griezes momentu rada neūdens bāzes siltumnesēja atpakaļgaitas gāzveida plūsmas spiediens,(a) one or more gas generators for power generation, the torque of which is generated by the non-aqueous back pressure of the carrier gas, b) vienu vai vairākus siltummaiņus, kuri pēc gāzu ģeneratora pazemina siltumnesēja plūsmas temperatūru un spiedienu un var tikt izmantoti siltuma ražošanai,(b) one or more heat exchangers which lower the temperature and pressure of the heat carrier stream after the gas generator and can be used to produce heat; c) jebkuras citas enerģijas konvertēšanas iekārtas, kas veic lietderīgu darbu siltumnesēja plūsmas spiediena un/vai temperatūras ietekmē.(c) any other energy conversion equipment which performs the useful function of the pressure and / or temperature of the heat transfer medium. 5. Metode saskaņā ar jebkuru iepriekšējo pretenziju, turklāt slēgtas cirkulācijas sistēmas virszemes daļa satur sekojošas savstarpēji hermētiski savienotas neūdens bāzes siltumnesēja agregātstāvokļa maiņas iekārtas:The method according to any one of the preceding claims, wherein the above-ground portion of the closed circulation system comprises the following mutually hermetically connected non-aqueous base heat carrier state change units: a) vienu vai vairākus siltummaiņus-iztvaicētājus aukstuma ražošanai pirms kompresora, lai iegūtu optimālu temperatūru gāzes sašķidrināšanai,(a) one or more evaporator heat exchangers for pre-compressor cooling to obtain the optimum temperature for liquefaction of the gas; b) vienu vai vairākus kompresorus gāzes saspiešanai līdz šķidram agregātstāvoklim un spiediena paaugstināšanai cirkulācijas sistēmā,(b) one or more compressors for compressing the gas to a liquid state and increasing the pressure in the circulating system; c) vienu vai vairākus siltummaiņus-kondensatorus saspiestā šķidruma temperatūras samazināšanai pēc kompresora, kas var tikt izmantoti siltuma ražošanai,(c) one or more condenser (s) for reducing the temperature of the compressed fluid downstream of the compressor, which may be used to produce heat; d) jebkuras citas iekārtas, kas maina siltumnesēja plūsmas spiedienu, temperatūru un/vai agregātstāvokli,(d) any other equipment which alters the pressure, temperature and / or condition of the heat transfer medium, e) vienu vai vairākas augstspiediena tvertnes sašķidrinātā neūdens bāzes siltumnesēja uzglabāšanai pirms atkārtotas palaišanas vienā vai vairākās pazemes cirkulācijas sistēmas turpgaitas caurulēs.(e) one or more high-pressure storage tanks for liquefied non-aqueous base heat transfer medium prior to being restarted in one or more feed pipes of the underground circulation system.