ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2162991

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Имя изобретателя: ШНЕЛЛ Джеймс (US) 
Имя патентообладателя: ШНЕЛЛ Джеймс (US)
Адрес для переписки: 103062, Москва, ул. Покровка, д.27, строение 1 АГ, Кооперативное агенство интеллектуальной собственности "ИНТЭЛС", Дьяконовой О.М.
Дата начала действия патента: 1996.06.07 

Система предназначена для выработки электроэнергии посредством преобразования геотермальной энергии. Преобразование осуществляется посредством эндотермических реакций в забое скважины для захвата и хранения глубинного тепла Земли и экзотермических реакций в устье скважины для освобождения тепла, хранимого в продуктах эндотермических реакций. В одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретения эндотермическая реакция является реакцией разложения воды. Для активации эндотермической реакции, а также для получения и разделения результирующих продуктов используют каталитическое устройство, в котором каждый тип продукта избирательно диффундирует в соответствующий отдельный канал. Продукты эндотермической реакции подвергаются экзотермической реакции в турбине внутреннего сгорания, а продукты экзотермической реакции немедленно конденсируют в холодильнике. В одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретения холодильник конденсирует водяной пар в жидкую воду для возвращения в скважину, обеспечивая таким образом получение замкнутого цикла. Изобретение позволяет обеспечить эффективное преобразование геотермальной энергии в электрическую.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к выработке электроэнергии путем использования глубинного тепла Земли, а более конкретно к использованию глубинного тепла Земли для получения продуктов эндотермической реакции посредством каталитического устройства или электрохимической реакции посредством термопары.

В стандартных системах для преобразования геотермальной энергии в электрическую используют нагрев воды или другой жидкости до испарения в земной коре; после этого для выработки электроэнергии пар подают в турбину. Как правило, глубинное тепло Земли подводят к поверхности через посредство скважин, которые углублены в пористые породы, содержащие водяной пар или соляной раствор, которые циркулируют в земной коре на достаточных глубинах, чтобы улавливать значительное количество теплоты. Пример такой системы описан в патенте США N 3786858 (1974 год).

Однако современные паровые турбины работают эффективнее всего при очень высоких температурах, значительно превышающих температуры, достигаемые в пористой породе, содержащей водяной пар или соляной раствор, которые, как правило, используют для выработки электроэнергии посредством геотермальной электростанции. Достижимая для практических целей глубинная теплота Земли имеет недостаточную концентрацию. По этой причине паровые турбины, приводимые в действие посредством геотермальной энергии, являются менее эффективными. В процессе эксплуатации они также ограничены тем, что глубинная теплота, извлеченная из земной коры, не может быть использована впоследствии. Эта теплота должна быть использована немедленно или потеряна.

Кроме того, соляной раствор или водяной пар теряет значительное количество своей теплоты (как правило, 25% или 30%) по мере его доставки к поверхности. Соляной раствор или водяной пар из геотермальных пористых пород, как правило, сопровождается сероводородом и другими нежелательными газами, которые должны быть перехвачены прежде, чем они попадут в атмосферу. Поскольку температура соляного раствора или водяного пара относительно мала, для выработки достаточной величины электроэнергии к поверхности необходимо транспортировать большое их количество. Следовательно, возникает необходимость в скважинах большого диаметра, стоимость бурения которых велика. Кроме того, соляной раствор или водяной пар, который подают к поверхности, часто является высокоминерализованным и агрессивным. Если его непосредственно применяют в турбине, то, чтобы выдерживать такие условия, такая турбина должна быть модифицирована, причем в соответствии с этим дополнительно уменьшается эффективность системы. В альтернативном варианте соляной раствор или водяной пар посредством теплообменника в бинарной генерирующей системе может быть использован для доведения до кипения другой жидкости. Благодаря наличию теплообменника, в этом варианте также имеются дополнительные потери эффективности.

Другой проблемой, которая может быть вызвана наличием минералов в соляном растворе и водяном пару, является образование накипи в скважинах, которая может накапливаться со временем и должна периодически удаляться. Соляной раствор имеет проблемы утилизации после того, как он был использован, если его не подвергают повторной закачке в пористую породу, которая требует дорогостоящего нагнетания насосом и может вызывать загрязнение пористой породы. Даже если соляной раствор подвергают повторной закачке, то некоторые из солей могут выпадать из раствора, когда соляной раствор охлаждают перед повторной закачкой. Эти соли, которые могут быть радиоактивными или опасными в других отношениях, должны быть надежно удалены и утилизированы.

Самым большим ограничением является то, что существует очень мало пористых пород, которые имеют достаточный объем и достаточно нагреты, чтобы обеспечивать перспективу применения геотермальной энергии с экономической точки зрения.

В настоящее время проводят исследование возможности бурения в горячей сухой горной породе и закачки воды для создания геотермальной пористой породы, которая затем может быть присоединена для выработки электроэнергии. Однако такие системы имеют такие же проблемы, что и обычные геотермальные системы, и более дороги. Системы предшествующего уровня техники, в которых используют горячую сухую горную породу, требуют бурения двух скважин (нагнетательной скважины для закачки воды с целью создания пористой породы и отдельную эксплуатационную скважину для непрерывной подачи пара к поверхности). Применение только одной скважины для закачки воды и отвода водяного пара не будет эффективным, поскольку либо слишком много энергии будет потеряно, когда закачиваемая вода проходит через поднимающийся водяной пар, или водяной пар будет извлекаться только периодически (с перерывами), так что тепловая энергия не будет подаваться к генератору постоянно.

Закачка воды в горную породу требует энергии, которая представляет значительную долю энергии, которую эта система может вырабатывать, снижая, таким образом, эффективность системы. Некоторое количество воды, которое закачивают, также теряется в трещинах в горной породе и не возвращается в эксплуатационную скважину. Чем больше давление, которое прикладывают для приведения в движение воды из нагнетательной скважины в эксплуатационную скважину, тем больше теряется воды. Более высокое давление в нагнетательной скважине заставляет трещины расширяться (увеличиваться), как делает более холодная вода, что вызывает сжатие горной породы. Расширение необходимо в эксплуатационной скважине, где оно ускоряет освобождение энергии в горной породе. Испытания показали, что кратковременное запирание эксплуатационной скважины улучшает ее общую эффективность благодаря увеличению в ней расширения.

На ранней стадии развития геотермальной технологии выработки электроэнергии преобладающим способом, используемым для выработки электроэнергии, было сжигание углеводородов и преобразование результирующей теплоты в электроэнергию. До последнего десятилетия большую часть электроэнергии вырабатывали сжиганием угля для получения водяного пара. С недавнего времени приблизительно половину всей новой вырабатываемой электрической мощности получают посредством турбин внутреннего сгорания, в которых сжигают нефть или природный газ, используя их мощность для выработки электроэнергии посредством прямого соединения с генератором. В системе, в которой применяют "комбинированный цикл", теплоту отработавших газов турбины внутреннего сгорания используют для получения водяного пара, который затем посредством паровой турбины преобразуют в дополнительную электроэнергию. Однако турбина внутреннего сгорания использует значительное количество энергии, которую она вырабатывает, для сжатия воздуха, который вводят для поддержания ее работы. Каждый из вышеуказанных процессов сжигания оставляет значительные количества окислов азота, которые создают загрязнение атмосферы и предпосылку для выпадения кислотного дождя. Они также образуют двуокись углерода, внося таким образом вклад в глобальное потепление. Если в качестве топлива используют уголь или нефть, то в атмосферу выделяется также двуокись серы (сернистый газ), которая может дополнительно приводить к кислотному дождю, а также выделяются частицы пыли. В процессе сжигания угля образуется также зола, которая должна быть должным образом утилизирована. Кроме того, все эти процессы истощают ограниченные природные ресурсы.

Другие технологии, применяемые для выработки электроэнергии, включают в себя выработку электроэнергии на атомных электростанциях, гидроэлектростанциях, а также при использовании энергии Солнца и Ветра. Выработка электроэнергии на гидроэлектростанции, а также при использовании энергии Солнца или Ветра имеет временные и пространственные ограничения в зависимости от областей, в которых они являются эффективными, вызывая в соответствии с этим необходимость создания эффективных улавливающих систем и воздействуя на окружающую среду. Кроме того, выработка электроэнергии при использовании энергии Солнца и Ветра значительно дороже обычной технологии.

Много вырабатываемой в настоящее время энергии получают посредством конденсационных паровых турбин. Топливо сжигают в камере сгорания и отработавшие газы освобождают в атмосферу, в то время как теплота обеспечивает получение перегретого пара. Пар проходит через генератор паровой турбины для выработки электроэнергии и конденсируется в конце цикла. Падение давления вследствие конденсации на выходном конце турбины дает возможность турбине вращаться более свободно, но коэффициент полезного действия всего процесса еще составляет менее 40%, отчасти вследствие необходимости преобразования теплоты сгорания в энергию водяного пара. Значительное количество энергии также теряется вместе с отработавшими газами процесса сгорания.

Постоянно увеличивающаяся доля новой генерируемой мощности, вводимой в последние годы, осуществляется благодаря турбинам внутреннего сгорания. Турбины внутреннего сгорания используют энергию, освобождаемую при сжигании топлива, для вращения вала турбины, который затем вращает электрогенератор. Такая турбина требует для сжигания большого объема воздуха, который необходимо фильтровать, а часто нагревать или охлаждать. Это также приводит к введению в турбину загрязняющих веществ и к потреблению энергии. Отработавший газ, который освобождается в атмосферу, несет значительное количество энергии, а также загрязнений. Кроме того, турбина внутреннего сгорания использует значительное количество энергии для сжатия притока воздуха, однако только 16% (или менее) составляет кислород, используемый в процессе сжигания.

Только недавно на турбинах внутреннего сгорания достигли коэффициентов полезного действия, приближающихся по числовому значению к 40%, при работе в "простом цикле". Коэффициенты полезного действия, приближающиеся по числовому значению к 50%, могут быть достигнуты посредством турбин внутреннего сгорания, работающих в "комбинированном цикле", в котором тепло отработавших газов из турбины внутреннего сгорания преобразуют в энергию водяного пара, которую затем используют для приведения в действие генератора паровой турбины. Однако этот водяной пар не является перегретым паром, который обычно используют для приведения в действие генераторов паровых турбин. Следовательно, паровой цикл системы с комбинированным циклом является менее эффективным, чем в простой паровой турбине.

Как паровая турбина, так и турбина внутреннего сгорания (в простом или комбинированном цикле) приводят к загрязнениям окружающей среды, получаемым при выделении в атмосферу продуктов или побочных продуктов сгорания. Они теряют эффективность вследствие выделения с отработавшими газами из камеры сгорания значительного количества энергии вместе. Парогенератор и генератор турбины внутреннего сгорания комбинированного цикла теряют эффективность вследствие преобразования тепла в давление водяного пара.

Настоящее изобретение обеспечивает систему для эффективного преобразования геотермальной энергии в электрическую, в которой одно или более веществ транспортируют по скважине на глубину, на которой глубинная теплота Земли (будь она теплотой пористых пород, содержащих соляной раствор или водяной пар, или горячей сухой горной породы) достаточна, чтобы вызвать термическую реакцию, например эндотермическую реакцию, или электрохимическую реакцию, таких веществ. Затем продукты реакции транспортируют раздельно к поверхности, где продукты подвергают воздействию обратной (экзотермической) реакции, а энергию этой экзотермической реакции преобразуют в электрическую энергию посредством паровой турбины или турбины внутреннего сгорания или комбинации паровой турбины и турбины внутреннего сгорания. В некоторых случаях в турбине (турбинах) может быть использован тепловыделяющий элемент.

Термическая реакция, например эндотермическая реакция в забое скважины, может протекать медленно при относительно низкой температуре, причем продукты выделяют и улавливают в большой области. Экзотермическая реакция будет протекать быстро и достигать высокой температуры, эффективно концентрируя, таким образом, глубинную теплоту Земли, делая выработку электроэнергии более эффективной. В первом варианте осуществления настоящего изобретения используют каталитическое устройство, имеющее один или более каналов, например труб или пористых стержней, для улавливания одного или более продуктов эндотермической реакции и для транспортировки таких продуктов (продукта) отдельно от других продуктов (продукта). Эти каналы образованы в керамическом материале, проницаемом продуктами, причем керамический материал окружен тонкопленочным или сетчатым катализатором, например цеолитом. Хотя закачиваемая вода автоматически подвергается эндотермической реакции под воздействием тепла в забое скважины, применение катализатора на поверхности каталитического устройства требуется для ускорения этой реакции. Трубы или каналы имеют форму поперечного сечения, которая обеспечивает эффективность улавливания соответствующих продуктов, для которых они предназначены.

Один канал или набор каналов выполнен из материала, который проницаем для одного из продуктов эндотермической реакции, но не проницаем или отталкивает (например, химически, посредством более высокого давления) другой продукт (продукты) эндотермической реакции и реагент (реагенты). Другой канал или набор каналов принимает оставшийся продукт (продукты). Трубы будут установлены так, чтобы ускорять разделение продуктов путем их раздельного поглощения, когда они образуются на поверхности катализатора. В простейшем виде каталитическое устройство представляет собой канал (содержащий катализатор), который является проницаемым только одним из продуктов эндотермической реакции. Другой продукт и оставшиеся реагенты, если они имеются, будут извлечены из забоя скважины посредством отдельного канала.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения катализатор является проницаемым для всех продуктов эндотермической реакции. Селективный (выбирающий) материал, который является проницаемым только для одного продукта, окружает трубы или пористые каналы, которые ближе всего расположены к поверхности катализатора так, чтобы такой продукт извлекался из катализатора. Самая внутренняя труба (или пористый канал) улавливает оставшийся продукт. Например, если требуемой эндотермической реакцией является разложение воды, катализатором может быть приемлемый переходный металл, например палладий. Материал катализатора в виде тонкой пленки или сетки окружает пористый керамический материал, в котором образованы каналы для продуктов. В первом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ряд внешних каналов поглощают водород, а внутренний канал поглощает кислород. Внутренний канал может быть простым отверстием в пористом керамическом материале, через который диффундирует кислород. Ряд каналов, предназначенных исключительно для приема водорода, может быть выполнен, например, из палладия или других материалов, которые являются достаточно пористыми, чтобы пропускать водород, но не кислород.

Когда соответствующие трубы поглощают соответствующие продукты, эндотермическая реакция, осуществляемая с помощью катализатора, будет эффективно уменьшать общее число молекул на внешней стороне каталитического устройства. Поскольку пористое каталитическое устройство эффективно удаляет продукты эндотермической реакции из пористой породы, повышенное давление в пористой породе не будет препятствовать эндотермической реакции. На самом деле, повышенное давление в забое скважины ускоряет эндотермическую реакцию. Оптимальная конструкция конкретного каталитического устройства будет зависеть от природы эндотермической реакции, ее реагента (реагентов) и продуктов, типа используемого катализатора и условий, в которых эта реакция имеет место.

Каталитическое устройство, соответствующее настоящему изобретению, будет активировать эндотермическую реакцию и одновременно улавливать и разделять продукты такой реакции. Система, соответствующая настоящему изобретению, предпочтительно содержит механизм для улавливания продуктов эндотермической реакции для транспортировки их к устью скважины. Устройство, соответствующее настоящему изобретению, будет улавливать продукты и в то же самое время разделять их для того, чтобы предотвращать нежелательные реакции между продуктами или продукта с каким-либо другим материалом. Устройство, соответствующее настоящему изобретению, будет также заставлять повышенные давления в скважине ускорять эндотермическую реакцию. Повышенные давления не противодействуют реакции, поскольку пористые каналы принимают продукты реакции.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения, вместо применения каталитического устройства для катализирования эндотермической реакции, для порождения эндотермической реакции может быть использована любая из нескольких реакций. Предпочтительной эндотермической реакцией является разложение воды на водород и кислород. В процессе последующей экзотермической реакции будет получена чистая вода, которая может быть снова закачана в скважину для другого цикла. Однако температура, которая обычно необходима для термического разложения воды, отсутствует в земной коре на глубине, которая в настоящее время практически может быть достигнута. Таким образом, разложение воды может быть получено в результате последовательности реакций, имеющих достаточно низкие энергии активации (например, 4H2O + 2SO2 + 2I2 ---> 2H2SO4 + 4HI и 2H2SO4 ---> 2SO2 + 2H2O + O2 и 4HI ---> 2I2 + 2H2, которые в общем обеспечивают реакцию 2H2O ---> O2 + 2H2) для обеспечения возможности разложения воды в условиях, получаемых в скважине. После этого продукты разложения улавливают и раздельно транспортируют к поверхности, где они могут храниться (раздельно) до использования в экзотермической реакции. Продукт экзотермической реакции затем возвращают в скважину в процессе замкнутого цикла.

Другой реакцией, которая может быть использована, является реакция "водяного газа", например, реакция CH4 + H2O ---> CO + 3H2, которая самопроизвольно протекает при температуре 800oC. Однако для завершения экзотермической реакции большинство таких реакций может потребовать кислорода из атмосферы, и (требуют они кислорода или нет) они в процессе последующей экзотермической реакции могут давать двуокись углерода, окислы азота и некоторые другие нежелательные продукты. Кроме того, эффективность устройства может быть потеряна вследствие необходимости применения теплообменников или других средств для обработки некоторых продуктов реакции.

Второй вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой систему (для эффективной выработки электроэнергии) с термопарой, в которой один спай термопары расположен в скважине на глубине, на которой глубинного тепла достаточно для создания разности температур относительно температуры другого спая термопары. Разность температур будет заставлять термопару вырабатывать электроэнергию. В простейшем варианте осуществления настоящего изобретения один спай термопары расположен в скважине, другой спай установлен при относительно низкой температуре вне скважины на поверхности, а результирующую электроэнергию подают непосредственно покупателю или потребителю электроэнергии.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения один спай термопары расположен в скважине, другой спай установлен при относительно низкой температуре вне скважины на поверхности, а результирующую энергию используют для диссоциации химического соединения (например, воды) на продукты эндотермической реакции (например, водород и кислород) посредством электролиза. Такой электролиз может быть проведен в скважине, причем в этом случае продукты посредством трубопроводов транспортируют на поверхность, или электролиз может быть проведен вне скважины, на поверхности. После этого продукты (например, водород и кислород) эндотермической реакции используют в качестве топлива, как описано выше, для выработки электроэнергии.

Во втором предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения термопару используют вместе с каналами, описанными выше, но без катализатора. Один спай термопары расположен в скважине на внешней стороне каналов, а другой - внутри каналов. Первый спай, расположенный на внешней стороне каналов, больше подвержен воздействию глубинного тепла Земли, чем второй спай. Спай, расположенный внутри канала, холоднее, чем спай вне канала, поскольку давление внутри канала намного ниже, чем давление вне канала, приводя к тому, что внутри канала устанавливается более низкая температура. Поскольку второй спай, расположенный внутри канала, находится при более низкой температуре, чем спай вне канала, вследствие разности температур термопара будет генерировать электроэнергию. Эту электроэнергию используют для разложения химического соединения (например, воды) на продукты эндотермической реакции (например, кислород и водород) в процессе электролиза, после чего их транспортируют по трубопроводам вверх из скважины и применяют в качестве топлива для выработки электроэнергии, как было описано выше. Однако очевидно, что в пределах объема настоящего изобретения находятся и другие приемлемые реакции для получения реагентов экзотермической реакции, проводимой для выработки электроэнергии.

Системы, генерирующие электроэнергию, соответствующие настоящему изобретению, обладают определенными преимуществами по сравнению с известными генерирующими системами. Основным преимуществом перед геотермальными системами известного уровня техники является то, что система, соответствующая настоящему изобретению, посредством эндотермической реакции абсорбирует большее количество теплоты на единицу объема, чем может быть захвачено нагреваемым соляным раствором или водяным паром. Например, путем разложения данной массы воды захватывается в пять-шесть раз большее количество теплоты, чем это может быть сделано такой же массой пара. Кроме того, при экзотермической реакции могут быть достигнуты более высокие температуры и по этой причине - более эффективная выработка электроэнергии.

Кроме того, поскольку в соответствии с настоящим изобретением соляной раствор не требуется, применение геотермальной энергии для выработки электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением не ограничено местами заложения скважин, имеющими экономически ценные подземные пористые породы, содержащие нагретый соляной раствор. Кроме того, эффективность не теряется в связи с необходимостью применения теплообменников для предотвращения осаждения минералов в генерирующем устройстве. Поскольку продукты эндотермической реакции содержатся раздельно, энергия, абсорбированная в забое скважины, не теряется в процессе транспортировки энергии к поверхности. Такие продукты реакций не будут агрессивными для оборудования. Отсутствуют токсичные газы, которые могли бы выделяться в атмосферу. Продукты эндотермической реакции переносят энергию в намного меньшем объеме, и по этой причине ствол скважины, который необходимо пробурить, имеет намного меньший диаметр и, таким образом, менее дорог в производстве. Кроме того, вместо двух требуется только одна скважина, поскольку закачиваемая вода не будет вступать в химическую реакцию с продуктами эндотермической реакции, которые извлекают из скважины по отдельным трубопроводам. Закачку воды будут осуществлять в "эксплуатационную" скважину. В результате этого будет сэкономлено много энергии, затрачиваемой на нагнетание посредством насоса, используемой в настоящее время для принудительной подачи воды из нагнетательной скважины через трещины, потери воды в горной породе будут меньше, а производительность скважины должна увеличиться, как показано в результате испытаний существующих геотермальных эксплуатационных скважин.

Кроме того, не будут нарастать минеральные осаждения и возникать связанные с ними проблемы в скважине. Не будет требоваться повторная закачка или утилизация соляного раствора. В известном смысле эндотермическая реакция представляет собой (в общем виде) разложение воды, при этом не выделяется загрязняющих веществ, освобождаемых в атмосферу, и отсутствуют бесполезные расходы ограниченных источников. Продукты эндотермической реакции могут складироваться и использоваться тогда, когда появляется необходимость в электроэнергии. Если продукты эндотермической реакции выходят из земли при высоком давлении, то они могут храниться и использоваться при высоком давлении, исключая необходимость сжатия их перед экзотермической реакцией (операция, которая требует значительной энергии в турбинах внутреннего сгорания), или если экзотермическая реакция не требует сжатия, то избыточное давление из скважины может быть использовано для выработки дополнительной энергии.

Предпочтительное устройство для проведения экзотермической реакции представляет собой комбинацию турбины внутреннего сгорания, в которую подают топливо в виде двух или более реагентов, которые вступают во взаимодействие в процессе экзотермической реакции (продукт (продукты) которой могут конденсироваться), и холодильника. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения такими реагентами являются водород и кислород, которые получают в процессе эндотермической реакции, обеспечиваемой в забое скважины. Водород действует как топливо и при смешивании с кислородом сгорает, образуя водяной пар. После конечного мощного каскада, в котором посредством турбины внутреннего сгорания реализуют экзотермическую реакцию, продукт (продукты) экзотермической реакции конденсируют, уменьшая таким образом величину противодавления, действующего на турбину внутреннего сгорания, и увеличивая ее эффективность. В предпочтительную комбинированную турбину будут подавать топливо в виде водорода и кислорода, которые будут сжигать для получения водяного пара и конденсировать на выходном конце турбины. Такая комбинированная турбина может быть использована как часть системы, соответствующей настоящему изобретению, или работать независимо на других источниках топлива. В альтернативном варианте, в системе, соответствующей настоящему изобретению, может быть использована также либо стандартная турбина внутреннего сгорания, или котел в комбинации с паровой турбиной, или тепловыделяющим элементом.

Комбинированные турбины, соответствующие настоящему изобретению, обладают несколькими преимуществами. Благодаря конденсации продукта (продуктов) экзотермической реакции, комбинированная турбина уменьшит противодавление отработавших газов из турбины внутреннего сгорания и увеличит перепад давления на конечных стадиях внутреннего сгорания турбины. Предпочтительно, чтобы мощная секция комбинированной турбины имела, как правило, больше мощных каскадов, чем мощные секции турбин внутреннего сгорания предшествующего уровня техники, обеспечивая таким образом получение большей энергии от экзотермической реакции, увеличение эффективности турбины и одновременное упрощение конденсации водяного пара на выходе турбины. Кроме того, комбинированная турбина не будет требовать теплообменника для получения водяного пара, увеличивая в соответствии с этим свою эффективность. В определенном смысле конденсация обеспечивает создание "замкнутого цикла" (то есть все продукты конденсируют или захватывают иным способом), в котором можно сделать продуктивным использование какой-либо энергии, которая иначе теряется с отработавшими газами, и дополнительно увеличить эффективность. Комбинированная турбина не выделяет загрязняющих веществ в атмосферу. Кроме того, если комбинированную турбину полностью обеспечивают топливом из захваченных источников (как в предпочтительном варианте воплощения, в котором используют водород и кислород), то предотвращают попадание в нее грязи и других примесей, как в большинстве турбин внутреннего сгорания предшествующего уровня техники (что вызывает износ и потребность в регулярных операциях очистки), и экономится энергия, которую в турбинах внутреннего сгорания предшествующего уровня техники используют для конденсации, фильтрации, а также для нагрева или охлаждения приточного воздуха. Кроме того, в отличие от систем, в которых для выработки электроэнергии используют энергию солнца или воды, комбинированная турбина, соответствующая настоящему изобретению, может (в зависимости от объема хранения реагентов) работать по требованию в качестве пикового агрегата или в качестве агрегата с базисной нагрузкой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, поясняющее все эти признаки. Эти варианты осуществления поясняют новую и неочевидную систему для геотермальной выработки электроэнергии, соответствующую настоящему изобретению, со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые приведены только с целью иллюстрации. На этих сопроводительных чертежах аналогичными ссылочными номерами указаны аналогичные элементы.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Фиг. 1 - схематическое изображение разреза эндотермической системы предпочтительного варианта осуществления, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг. 1a - увеличенное изображение разреза забоя скважины системы, показанной на фиг. 1.

Фиг. 2 - схематическое изображение разреза системы другого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее альтернативное средство удаления воды в горячей сухой горной породе.

Фиг. 2a - увеличенное изображение разреза забоя скважины системы, показанной на фиг. 2.

Фиг. 3 - увеличенное схематическое изображение забоя скважины дополнительного варианта осуществления системы, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг. 4 - увеличенное схематическое изображение разреза забоя скважины еще одного варианта осуществления системы, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг. 5 - увеличенное схематическое изображение разреза трубы, показанной в качестве примера, используемой в соединении камер, иллюстрируемых на фиг. 4.

Фиг. 6 - увеличенное поперечное сечение по линии 6-6, показанной на фиг. 1, иллюстрирующее элементы каталитического устройства системы.

Фиг. 7 - увеличенное поперечное сечение по линии 7-7, показанной на фиг. 3, иллюстрирующее альтернативный вариант осуществления каталитического устройства системы.

Фиг. 8 - схематическое изображение разреза электролизной системы предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 8a - увеличенное поперечное сечение забоя скважины системы, показанной на фиг. 8.

Фиг. 9 - схематическое изображение разреза электролизной системы другого варианта осуществления, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг. 10 - схематическое изображение разреза электролизной системы еще одного варианта осуществления, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг. 11 - схематическое изображение разреза электролизной системы дополнительного варианта осуществления, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг. 12 - схематическое изображение комбинированной турбины, используемой в системе, соответствующей настоящему изобретению.

Надписи к чертежам

К фиг. 1, 2, 3, 8, 9 и 10:

1 - электростанция

К фиг. 5:

1 - вход
2 - насос
3 - вентиль
4 - выход

К фиг. 12:

1 - из скважины 12
2 - к скважине 12е

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение обеспечивает системы и способы захвата и применения глубинного тепла Земли при использовании термического процесса. В течение предпочтительного термического процесса получают продукты, которые являются реагентами экзотермической реакции. После этого, в результате экзотермической реакции продуктов термического процесса может вырабатываться электроэнергия. В этой заявке описано два предпочтительных термических процесса.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ГЕНЕРИРУЮЩАЯ СИСТЕМА С КАТАЛИЧЕСКИМ УСТРОЙСТВОМ

На фиг. 1 иллюстрируется геотермальная генерирующая система 10, соответствующая настоящему изобретению. С системой 10, соответствующей настоящему изобретению, для преобразования глубинного тепла Земли в электроэнергию может быть эффективно использована жизнеспособная формация горячей сухой горной породы. Система 10, соответствующая настоящему изобретению, исключает проблемы загрязнения окружающей среды, менее дорога и обладает значительно более высокой производительностью. Система 10 содержит скважину 12, соединенную со складским резервуаром 14, указанным на фиг. 1 обозначением S1, для хранения реагентов, которые должны быть использованы для эндотермической реакции, которая имеет место в забое скважины 12 в зоне 50 разлома горячей сухой горной породы. Предполагается, что система 10, соответствующая настоящему изобретению, может быть также использована в других местах земной коры, например, в пористых породах, где глубинного тепла Земли достаточно много для активации требуемой эндотермической реакции. Каталитическое устройство 22, которое катализирует требуемую эндотермическую реакцию, установлено в нижней секции скважины 12, причем пористые каналы или камеры 24 и 26 (показанные на фиг. 6) каталитического устройства 22 соединены со стандартными трубопроводами 25 и 27, соответственно, которые проходят вверх через скважину 12. Стандартные трубопроводы 25 и 27 транспортируют продукты эндотермической реакции в забое скважины 12 к земной поверхности, где эти продукты могут храниться в складских резервуарах 18 (S3) и 16 (S2), соответственно, или быть поданы непосредственно на электростанцию 20 для преобразования в электроэнергию. Продукты эндотермической реакции в соответствии с настоящим изобретением раздельно транспортируют по пористым каналам 24 и 26, а затем по трубопроводам 25 и 27 к комбинированной турбине, соответствующей настоящему изобретению. В одном варианте осуществления настоящего изобретения энергию из этих продуктов освобождают в процессе экзотермической реакции, как более подробно будет описано ниже. В свою очередь, эту энергию преобразуют в электроэнергию.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реагентом или химическим соединением, хранимым в складском резервуаре 14, является вода, которая в забое скважины 12 разлагается на водород и кислород. Складской резервуар 14 поддерживает в скважине 12 столб воды. Вследствие высокого давления окружающей среды в забое скважины 12, создаваемого столбом воды в скважине 12, повышенное давление заставляет продукты эндотермической реакции проходить через каталитическое устройство 22 в пористые каналы или камеры 24 и 26 и вверх по трубопроводам 25 и 27.

Отдельный трубопровод 11, соединенный со складским резервуаром 14, также проходит вниз к забою скважины 12, где вода из водовода 11 может быть выпущена из скважины 12 в зону 50 разлома через однопутевой гидрораспределетель 5 в скважине 12. Для создания зоны 50 разлома в горячую сухую горную породу для расширения трещин и обеспечения доступа большего объема горной породы для среды циркуляции закачивают воду. Поскольку часть воды теряется в трещинах горной породы, время от времени необходимо пополнять зону разлома водой через однопутевой гидрораспределитель 5. В предпочтительном варианте осуществления вода, закачиваемая в зону 50 разлома, поступает из отдельного водовода 11, а не из столба воды в скважине 12, поскольку воду, закачиваемую в зоны 50 разлома, проще регулировать, используя водовод 11, чем воду в скважине 12. Манометр 6 и термометр 7 на внешней части скважины 12, как показано на фиг. 1 и фиг. 1a, измеряют давление и температуру зоны 50 разлома так, чтобы уведомлять оператора, когда необходимо закачивать в зону 50 разлома больше воды. В таком случае водовод 11 для приведения в движения воды соединяют с насосом (не показан) на поверхности.

В соответствии с фиг. 1 эндотермическая реакция имеет место в горизонтальной секции скважины 12, которая окружена зонами 50 разлома. Вместо создания горизонтальной секции скважина может быть пробурена под углом вниз (не показано). Тепло, выделяемое из зон 50 разлома, повышает температуру обсадной колонны 12, которая, соответственно, увеличивает температуру воды в скважине 12. В этой среде каталитическое устройство 22 обеспечивает возможность возбуждения эндотермической реакции и разделения продуктов эндотермической реакции.

Вместо использования одной непрерывной секции, как показано на фиг. 1, каталитическое устройство 22 может быть разделено на множество последовательно соединенных секций, которые соединены вместе посредством сравнительно гибких труб (не показано). Такое устройство предпочтительно, поскольку гибкие трубы, например, стандартные трубы, будут дешевле, чем непрерывная секция каталитического устройства 22, которая по существу выполнена из керамики. Гибкость также предпочтительна вследствие необходимости направленного бурения для обеспечения доступа зон 50 разлома. Для соединения гибких труб к каждой секции каталитического устройства могут быть использованы насадки (не показаны), причем трубы будут расположены в тех областях, где отсутствуют зоны 50 разлома. Гибкие трубы, например трубопровод, должны быть непроницаемыми для продуктов эндотермической реакции и способны выдерживать температуры до 800oC.

На фиг. 6 показано поперечное сечение забоя скважины 12 для обеспечения более детальной иллюстрации предпочтительного варианта воплощения каталитического устройства 22. Каталитическое устройство 22 поддерживают в скважине 12 посредством множества стержней 34, чтобы дать

возможность реагентам эндотермической реакции циркулировать вокруг каталитического устройства 22. Стержни 34 могут быть также выступами или любым другим опорным приспособлением, как вполне очевидно квалифицированному в этой области техники специалисту. Как показано на фиг. 6, каталитическое устройство 22 содержит пористый керамический материала 32, имеющий пористый канал 26, расположенный по существу в центре керамического материала 32. Керамический материал 32 выбирают таким, чтобы он имел структуру, которая была бы относительно проницаемой для продуктов эндотермической реакции, но в то же самое время не активировала бы преобразование реагентов в керамическом материале 32.

Пористый канал 26 в керамическом материале 32 по существу окружен рядом пористых каналов 24. Пористые каналы 24 и 26 могут быть трубками или каналами и иметь круглое поперечное сечение или другую конфигурацию, которая более эффективна для улавливания продуктов реакции. Пористый канал 26 может быть ограничен отверстием по существу в середине керамического материала. Пористый канал 24 выполнен из материала, который является пористым (проницаемым) только относительно одного из продуктов эндотермической реакции. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, в котором обеспечивают разложение воды, пористый канал 24 выполнен из приемлемого переходного металла, например палладия, который является пористым (проницаемым) для водорода, но не для кислорода. Пористый канал 26 отмечен на фиг. 6 буквой A, что указывает на то, что пористый канал 26 принимает продукт A эндотермической реакции, а пористые каналы 24 отмечены буквой B, что указывает на то, что пористые каналы 24 принимают продукт B эндотермической реакции. В предпочтительном варианте осуществления способа продукт A может относиться, например, к кислороду, а продукт B - к водороду.

Для ускорения серии реакций с целью получения водорода и кислорода в забое скважины 12 на каталитическом устройстве 22 предусмотрен тонкопленочный или сетчатый катализатор 28. Таким образом, вода в забое скважины 12 реагирует с катализатором 28 на поверхности каталитического устройства 22. Керамический материал предназначен для того, чтобы быть проницаемым для продуктов эндотермической реакции так, чтобы эти продукты диффундировали в соответствующие пористые каналы 24 и 26. Пористые каналы 24 и 26 образованы в керамическом материале 32 для того, чтобы ускорять разделение продуктов путем поглощения их, когда они образуются на катализаторе 28.

Как показано на фиг. 6, каждый пористый канал 24 выполнен из селективного материала 30, который имеет свойство быть пористым (проницаемым) только по отношению к продукту B. Таким образом, продукт B эндотермической реакции проходит через керамический материал 32 и улавливается рядом пористых каналов 24 после того, как продукт B диффундирует через селективный (выбирающий) материал 30. Поскольку селективный материал 30 специально предназначен для блокирования прохождения продукта A, когда продукт A диффундирует через керамический материал 32, продукт A маневрирует вокруг местоположений селективного материала 30 и через проходы между рядом пористых каналов 24 до тех пор, пока продукт A не диффундирует в пористый канал 26. В результате этого продукты A и B эндотермической реакции разделяются, поступая в соответствующие им каналы 26 и 24. Некоторая часть продукта B может фактически диффундировать через пористые каналы 24 и фактически пройти в пористый канал 26, где это количество продукта B вступает в химическую реакцию с продуктом A. Эта реакция не оказывает какого-либо значительного вредного воздействия на систему. Например, в случае разложения воды пористый канал 26 наполняется кислородом и небольшим количеством водяного пара, который может на поверхности дегидратироваться из кислорода.

Другой вариант осуществления системы 10, соответствующей настоящему изобретению, иллюстрируется на фиг. 3, где используют другое каталитическое устройство 22. Вопреки варианту осуществления, иллюстрируемому на фиг. 3, горизонтальная секция скважины 12 может быть направлена вниз под углом (не показано). Как показано на фиг. 3, каталитическое устройство 22 имеет патрубок 36 с открытым торцом, выходящим из конца каталитического устройства 22. Патрубок 36 с открытым торцом проходит через каталитическое устройство 22 и соединен со стандартным трубопроводом 27, желательно через насадку (не показана). Этот вариант осуществления настоящего изобретения подробно иллюстрируется на схематическом поперечном сечении, показанном на фиг. 7. Так же, как и в случае варианта осуществления, показанного на фиг. 6, каталитическое устройство 22 поддерживается в середине скважины 12 посредством множества опорных стержней или выступов 34. Каталитическое устройство 22 содержит полый канал, выполненный из катализатора 28, и трубу 36, проходящую по существу в центре катализатора 28.

В предпочтительном случае разложения воды, катализатор 28 выполнен из палладия, который абсорбирует водород в полый канал. Кислород не способен диффундировать через палладиевую трубу и продолжает медленно проходить к концу скважины, где кислород фактически входит в открытый торец удлиненной трубы 36, как будет входить вода, озон и перекись водорода. Кислород, озон и перекись водорода будут проще стремиться к концу скважины 12, если горизонтальная секция скважины 12, иллюстрируемая на фиг. 3, наклонена вниз. Кислород, воду, озон и перекись водорода через удлиненную трубу 36, а затем по стандартному трубопроводу 27, откачивают назад вверх к поверхности. Перед подачей к турбине для осуществления экзотермической реакции, кислород и озон будут отделены, а перекись водорода может быть отделена от смеси. Такое отделение может быть выполнено с помощью известных средств, хорошо известных специалистам в этой области техники. Водород, который диффундирует через палладиевый катализатор 28, поднимается к поверхности через полую часть катализатора 28 и затем по стандартному трубопроводу 25 вследствие высокого давления в забое скважины 12.

Из фиг. 3 следует, что каталитическое устройство 22 выполняет две главные функции: оно обеспечивает получение и разделение продуктов эндотермической реакции, и оно удаляет эти продукты из пористой породы так, чтобы повышенное давление в пористой породе не препятствовало проведению эндотермической реакции. Эндотермическую реакцию может катализировать несколько веществ. Однако продукты реакции склонны легко воссоединяться в реагенте (реагентах) в условиях, которые существуют в скважине. Кроме того, продукты эндотермической реакции могут быть достаточно химически активными, особенно при повышенных температурах, для химического взаимодействия со стенками скважины или иначе реагировать нежелательным образом, как только они покидают поверхность катализатора. По этой причине продукты реакции должны улавливаться и разделяться. Кроме того, когда эндотермическая реакция обеспечивает больше молей продукта, чем она потребляет молей реагентов, реакция будет тормозиться высоким давлением окружающей среды, которое существует в скважине 12. В процессе эксплуатации скважины 12 столб воды создаст очень высокое давление в нижней части столба воды. Поскольку каждые 10 м добавляют 1 атмосферу давления, скважина, пробуренная на глубину трех километров, создаст в забое скважины 12 давление 300 атмосфер. Противодействие давления будет главным препятствием реакции в забое скважины, которая при значительной глубине и при повышенной температуре будет заставлять давление значительно увеличиваться. Однако, поскольку каналы или камеры 24 и 26 проницаемы для продуктов эндотермической реакции, очень высокое давление заставит продукты проходить через соответствующие каналы 24 и 26 и в соответствии с этим эффективно уменьшит число молекул на внешней поверхности каталитического устройства 22. Таким образом, повышенное давление в забое скважины 12 ускоряет эндотермическую реакцию.

Кроме того, повышенное давление в забое скважины 12 заставляет продукты эндотермической реакции подниматься к земной поверхности через пористые каналы 24 и 26 и затем по трубопроводам 25 и 27. Таким образом, для транспортировки продуктов реакции к электростанции 20 не требуется насосов, хотя такие устройства, как насосы, могут быть использованы.

На фиг. 4 иллюстрируется другое средство для активации эндотермической реакции в забое скважины 12. Поскольку температура, которая обычно необходима для разложения воды, обычно не достигается в земной коре на глубине, которая в настоящее время может быть достигнута практическими средствами, система 10, иллюстрируемая на фиг. 4, непосредственно не разлагает воду на водород и кислород. Вместо этого система, показанная на фиг. 4, осуществляет разложение воды в результате реализации последовательности эндотермических реакций, имеющих достаточно низкие уровни энергии активации для получения требуемых продуктов реакции. В зависимости от условий (главным образом от температуры и давления), существующих в точке эндотермической реакции, может быть использована любая из нескольких реакций.

В одной такой последовательности реакций в качестве первой реакции используют реакцию

2H2O + SO2 + I2 ---> H2SO4 + 2HI,

а продукты этой первой реакции затем разлагают в отдельных реакционных камерах следующим образом

2H2SO4 ---> 2SO2 + 2H2O + O2 и

2HI --- I2 + H2.

Таким образом, общая эндотермическая реакция требует не только воды, но также двуокиси серы и йода. По этой причине в этом варианте осуществления настоящего изобретения к забою скважины 12 в первую реакционную камеру 60 по отдельным трубам 62, 64 и 68, соответственно, транспортируют воду, двуокись серы и йод.

В первой реакционной камере 60 получают кислую сернокислую соль, которую транспортируют по трубе 70 ко второй реакционной камере 68, где кислую сернокислую соль разрушают в воде, двуокиси серы и кислороде. Воду и двуокись серы рециклируют назад в первую реакционную камеру 60 по трубам 74 и 72, соответственно. Результирующий кислород из второй реакционной камеры 68 транспортируют назад вверх к поверхности по трубе 76. В первой реакционной камере 60 получают также йодистый водород, который транспортируют по трубе 80 к третьей реакционной камере 78, где йодистый водород разлагается на йод и водород. Йод рециклируют назад в первую реакционную камеру 60 по трубе 82, а водород транспортируют к поверхности по трубе 84. Скорость последовательности реакций может регулироваться посредством вентилей (не показаны) в трубах, подающих различные химические соединения к соответствующим реакционным камерам, причем вентилями управляют с поверхности. Хотя водород и кислород являются единственными конечными продуктами, которые транспортируют к поверхности, остальные конечные продукты, вода, двуокись серы и йод являются реагентами, непрерывно потребляемыми в процессе осуществления последовательных реакций и вновь подаваемыми в первую реакционную камеру 60 для получения водорода и кислорода. Хотя в результате первой реакции получают серную кислоту, эта кислота немедленно разлагается в процессе последующей реакции. Кроме того, поскольку реакции, которые имеют место во второй реакционной камере 68 и третьей реакционной камере 78, требуют очень высокой температуры, вторая и третья реакционные камеры 68, 78 должны быть расположены в секциях скважины 12, которые находятся в зоне 50 разлома.

На фиг. 5 приведена дополнительная иллюстрация механизма транспортировки химического соединения из одной реакционной камеры в другую. На фиг. 5 показан насос 90 и вентиль 92, связанные с транспортной трубой 94, где насос 90 и вентиль 92 используют, например, для регулирования подачи газа внутри, например, транспортной трубы 94, к соответствующей реакционной камере. Хотя был показан насос, он показан только в качестве примера, а в зависимости от различных используемых давлений могут понадобиться насосы (не показаны) для облегчения транспортировки газов. Для транспортировки газообразных кислорода и водорода по трубам 76 и 84 насосы не нужны, поскольку повышенные давления в забое скважины 12 должны заставлять кислород и водород подниматься к поверхности.

Другой реакцией, которая может быть использована, является реакция "водяного газа"

CH4 + H2O ---> CO + 3H2.

которая самопроизвольно протекает при температуре 800oC. Однако большинство таких реакций может потребовать кислорода из атмосферного воздуха для завершения экзотермической реакции и (требуют они воздуха или нет) в процессе последующей экзотермической реакции могут давать двуокись углерода, окислы азота и некоторые другие нежелательные продукты. Кроме того, эффективность может быть потеряна вследствие необходимости применения теплообменников или других средств для обработки некоторых продуктов реакции.

Основным преимуществом эндотермических реакций в системе 10, соответствующей настоящему изобретению, по сравнению с реакциями в геотермальных системах известного уровня техники является то, что система 10 посредством эндотермической реакции абсорбирует большее количество теплоты на единицу объема, чем может быть захвачено нагреваемым соляным раствором или водяным паром. Например, при разложении данной массы воды захватывается в пять-шесть раз больше теплоты, чем такой же массой водяного пара. Вследствие большей концентрации теплоты в системе, соответствующей настоящему изобретению, получают более высокие температуры, что улучшает эффективность экзотермической реакции в турбине и последующей выработки электроэнергии.

Кроме того, настоящее изобретение требует только одной скважины в противоположность системам предшествующего уровня техники, которые требуют две скважины. Реагенты эндотермической реакции могут транспортироваться в той же скважине, что и продукты эндотермической реакции, поскольку отсутствует опасность того, что реагенты и продукты будут взаимодействовать. Это контрастирует с системами предшествующего уровня техники, в которых закачиваемая вода не может быть транспортирована в той же скважине, что и поднимающийся водяной пар, поскольку водяной пар будет отдавать (то есть терять) тепло воде, уменьшая в соответствии с этим эффективность системы предшествующего уровня техники. Кроме того, одна скважина, используемая в системе, соответствующей настоящему изобретению, менее дорога для бурения, поскольку продукты эндотермической реакции несут энергию в сравнительно намного меньшем объеме, чем пар или соляной раствор, используемые в геотермальных системах предшествующего уровня техники. Например, в системах предшествующего уровня техники для захвата водяного пара или соляного раствора из пористой породы область поперечного сечения эксплуатационной скважины может составлять 36 дюймов (914,4 мм). Поскольку система 10, соответствующая настоящему изобретению, требует приблизительно одну шестую пространства, область поперечного сечения скважины системы 10, соответствующей настоящему изобретению, может потребовать, например, только 12 дюймов (304,8 мм), из которых 6 дюймов (152,4 мм) необходимо для закачки воды и 6 дюймов (152,4 мм) - для транспортировки водорода и кислорода.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ГЕНЕРИРУЮЩАЯ СИСТЕМА С ТЕРМОПАРОЙ

На фиг. 8 иллюстрируется другой вариант осуществления геотермальной генерирующей системы 10, соответствующей настоящему изобретению. Скважина 12 по существу аналогична той, которая показана на фиг. 1, за исключением того, что каталитическое устройство 22 заменено устройством, соединенным с трубопроводами 25, 27 и содержащим термопару 120. Часть скважины 12, содержащая термопару или электрохимическое устройство 120, может быть горизонтальной или проходящей вниз под углом (не показано). Трубопроводы 25 и 27 соединены с пористыми каналами или камерами 24 и 26 внутри термопары 120. Каналы 24, 26 поддерживают в скважине посредством множества стержней или выступов (не показано) для обеспечения возможности циркуляции вокруг внешней части каналов 24, 26.

Электрохимическое устройство 120 генерирует электрический ток, который может быть использован для выработки электроэнергии или для получения продуктов электролиза, которые могут храниться и использоваться для выработки электроэнергии. Таким образом, электрохимическое устройство 120 является устройством для преобразования тепловой энергии в скважине 12 в электрическую энергию. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения электрохимическое устройство 120 является термопарой 120, которая установлена в нижней секции скважины 12, причем один спай 124 (горячий спай) расположен на внешней стороне пористых каналов 24, 26, используемых для транспортировки продукта и по этой причине находятся при более высокой температуре, чем другой спай 128 (холодный спай) термопары 120, который расположен внутри одного из каналов 24, 26. На фиг. 8a показан спай 128, расположенный внутри канала 24. Эти два спая 124, 128 соединены между собой шиной или токонесущим средством 130. Результирующий электрический ток подают в две отдельные зоны поверхности каналов 24, 26, создавая анод 134 (канал 24), в котором в процессе электролиза (электрохимической реакции) получают один из продуктов (например, водород), и катод 138 (канал 26), в котором в процессе электролиза получают другой продукт электрохимической реакции (например, кислород). Реагент (реагенты) электрохимической реакции (химическое соединение, поддающееся электролизу) хранят в складском резервуаре 14 и подают из устья скважины 12 к термопаре 120. Примером электролиза химического соединения, поддающегося электролизу, является разложение воды на водород и кислород, которые будут продуктами электролиза. Очевидно, что для преобразования тепловой энергии в электрическую могут быть использованы другие типы электрохимических устройств.

Спаи 124 и 128 термопары 120 соответственно соединены с анодом 134 и катодом 132 посредством шин или токонесущих средств 142 и 144. Канал 24, содержащий анод 134, желательно делать из материала, который проницаем продуктом электрохимической реакции, получаемым на аноде 134 (например, из палладия, если продуктом является водород), а канал 26, содержащий катод 138, желательно делать из материала, который проницаем для продукта электрохимической реакции, получаемым на катоде. Каналы 24 и 26 предпочтительно не проницаемы для химического соединения, подвергающегося электролизу (например, для воды), так что, когда на поверхности канала 24 или 26 образуется продукт электрохимической реакции, повышенное давление в скважине 12 заставляет его проходить в соответствующий канал 24 или 26. Когда этот продукт проходит в каналы 24 или 26, падение давления вызывает падение температуры продукта (в канале 24 или 26), который охлаждает спай 128 термопары 120, который находится в канале 24 или 26. Давление внутри каналов 24 и 26 будет тем не менее достаточно высоким, чтобы толкать продукты к устью скважины 12.

Продукты электролиза транспортируют раздельно по пористым каналам 24 и 26 и по трубопроводам 25, 27, например, к складским резервуарам 18 и 16 или к электростанции 20, для выработки электроэнергии. Как и в описанных выше вариантах осуществления настоящего изобретения, энергия продуктов электрохимической реакции освобождается в процессе экзотермической реакции и преобразуется в электрическую энергию. В генерирующей системе 10 может быть использована вода непосредственно из воды, циркулирующей в скважине 12.

Каналы 24 и 26 имеют полукруглое поперечное сечение, как показано на фиг. 8a, и образуют между собой стенку 146, которая не проницаема для продуктов электрохимической реакции. Эти два канала 24 и 26 вместе имеют круглое поперечное сечение в скважине 12. Круглое совокупное поперечное сечение этих двух каналов выгодно минимизирует размер скважины 12, которую необходимо пробурить. По этой причине для данного размера скважины 12 каналы 24 и 26 полукруглого сечения максимально занимают внутренний объем. Этот объем, в свою очередь, максимизирует перепад давления между областью внутри каналов 24, 26 и областью вне их. Перепад давления желателен, поскольку он заставляет соответствующий продукт проходить в канал 24 или 26, в котором охлаждается спай 128 термопары 120, который находится в канале 24 или 26. Давление в канале 24 или 26 остается достаточно высоким, чтобы приводить в движение продукты электрохимической реакции по направлению к земной поверхности. Хотя на фиг. 8a показана двойная стенка, образованная стенками двух каналов 24 и 26, очевидно, что вместо двойной стенки может быть также использована одна стенка, которая не проницаема для обоих продуктов.

Однако каналы 24, 26 помимо полукруглой могут иметь любую форму поперечного сечения. Например, каналы 24, 26 могут быть круглыми (не показано). Внутренний объем каналов 24, 26 будет составлять половину объема, занимаемого каналами, имеющими полукруглую форму поперечного сечения, варианта осуществления, показанного на фиг. 8a. Таким образом, перепад давления между областью внутри каналов 24, 26 и областью вне их будет меньше, чем перепад давления в варианте воплощения с каналами 24, 26, имеющими полукруглую форму поперечного сечения.

На фиг. 9 иллюстрируется другой вариант осуществления системы 10, соответствующей настоящему изобретению. В этом варианте осуществления система 10 не зависит от более низкой температуры внутри одного из каналов или камер 24, 26 для охлаждения одного спая 128 термопары 120. Вместо этого спай 128 расположен на поверхности вне скважины 12, где его содержат при низкой температуре, и соединен посредством двух шин, одной шиной 152 - с горячим спаем 124 термопары 120, расположенным вне каналов 24 и 26 в забое скважины 12, а другой шиной 154 - с анодом 134 на поверхности одного из каналов 24 и 26 в забое скважины 12 (аналогично тому, как показано на фиг. 8a). На катоде 138 и аноде 134 в процессе электролиза будут выделяться соответствующие продукты электрохимической реакции (например, водород и кислород), и эти продукты будут улавливаться.

На фиг. 10 показан еще один вариант осуществления системы 10, соответствующей настоящему изобретению. В этом варианте осуществления спай термопары 120, являющийся горячим спаем 124 (аналогичным тому, который показан на фиг. 8a), расположен в забое скважины 12 и соединен шиной 152 со спаем 128 термопары 120, являющимся холодным спаем, который должен содержаться при более низкой температуре и который расположен вне скважины 12 на поверхности. Эти два спая 124, 128 соответственно соединены посредством шин 162 и 164 с катодом 138 и анодом 134 вне скважины 12 на поверхности, где улавливают продукты электролиза и используют их в качестве топлива для выработки электроэнергии. В этом альтернативном варианте скважина 12 не содержит каких-либо каналов.

На фиг. 11 иллюстрируется дополнительный вариант осуществления системы 10, соответствующей настоящему изобретению. В этом варианте осуществления спай 124 (аналогичный спаю, показанному на фиг. 8a) термопары 120, который должен содержаться при высокой температуре, также расположен в забое скважины 12 и соединен шиной 152 со спаем 128 термопары 120, который должен содержаться при более низкой температуре и который расположен вне скважины 12 на поверхности. Электроэнергия, вырабатываемая термопарой 120, поступает по проводам 172 и 174 к покупателю или потребителю электроэнергии. В этом случае отпадает необходимость в реагентах электрохимической реакции, каналах и в турбине внутреннего сгорания или в другом генерирующем устройстве, описываемом ниже. Однако необходимо отметить, что другие термические процессы, которые могут давать реагенты, например, реагенты экзотермической реакции для генерации энергии, как известно квалифицированным в этой области техники специалистам, также находятся в пределах объема настоящего изобретения.

КОМБИНИРОВАННАЯ ТУРБИНА

На фиг. 12 иллюстрируется принципиальная схема комбинированной турбины 240, в которой осуществляют экзотермическую реакцию для освобождения глубинного тепла Земли. Комбинированная турбина 240 содержит ступень 241 компрессора турбины, ступень 243 топливной форсунки и камеры сгорания турбины, мощный каскад 245 турбины и холодильник 242. Ступени 241, 243 и 245 и холодильник 242 предпочтительно имеют конструкцию, которая известна квалифицированным специалистам в этой области техники. Комбинированная турбина 240 посредством вала 244 генератора соединена с генератором 246, в котором механическая энергия вращения вала 244 генератора преобразуется в электроэнергию.

Ступень 241 компрессора турбины принимает реагент A экзотермической реакции, который является продуктом A эндотермической (или электрохимической) реакции, из складского резервуара 16 или непосредственно из скважины 12 через трубопровод 27 (фиг. 1). В зависимости от типа реагента A экзотермической реакции (продукта A эндотермической или электрохимической реакции), реагент A не обязательно нужно подвергать сжатию и, таким образом, ступень 241 компрессора может не потребоваться. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реагентом A экзотермической реакции является кислород. Поскольку кислород, поступающий из скважины 12, уже находится под давлением, благодаря давлению в скважине 12, этот кислород должен быть сжат достаточно, чтобы нуждаться в прохождении ступени 241 компрессора. Ступень 243 топливной форсунки и камеры сгорания турбины принимает реагент B экзотермической реакции, который является продуктом B эндотермической (или электрохимической) реакции, из складского резервуара 18 (или непосредственно из скважины 12) по трубопроводу 25 (фиг. 1). В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реагентом B экзотермической реакции является водород.

В ступени 243 реагент B экзотермической реакции, то есть водород, действует как топливо и сгорает при смешивании с реагентом A экзотермической реакции, то есть кислородом, образуя большое количество теплоты и водяного пара. Результирующую энергию, освобождающуюся в процессе экзотермической реакции, используют для вращения лопаток (турбины) в мощном каскаде 245, которые, в свою очередь, вращают вал 244 генератора. После того как продукт экзотермической реакции (водяной пар) проходит через мощный каскад 245 турбины, этот продукт экзотермической реакции немедленно конденсируется в холодильнике 242, где парообразный продукт экзотермической реакции превращается в жидкость. Эффективность турбины 240 улучшают посредством конденсации продукта экзотермической реакции для удаления противодавления из турбины 240. Конденсация продукта экзотермической реакции может быть осуществлена средствами, известными квалифицированным специалистам в этой области техники. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения водяной пар конденсируют (превращают) в воду, которую подают в складской резервуар 14 для реагента эндотермической (электрохимической) реакции с целью повторной закачки в скважину 12.

Путем сочетания комбинированной турбины 240 с холодильником 242 получают более высокую эффективность комбинированной турбины, соответствующей настоящему изобретению, чем у турбин внутреннего сгорания предшествующего уровня техники, когда паровую турбину также используют вместе с турбиной внутреннего сгорания и холодильником. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения эффективность увеличивается, поскольку комбинированная турбина не требует теплообменника для преобразования в водяной пар теплоты продукта экзотермической реакции. В системах предшествующего уровня техники комбинированная турбина, соответствующая настоящему изобретению, не может быть использована, поскольку продукт экзотермической реакции является не поддающимся конденсации загрязняющим веществом в противоположность поддающемуся конденсации водяному пару, получаемому в комбинированной турбине 240, соответствующей настоящему изобретению.

Кроме того, конденсация позволяет получить замкнутую систему, в которой весь продукт экзотермической реакции конденсируется или улавливается иным образом и создается возможность продуктивного использования энергии (которая в системах предшествующего уровня техники теряется с отработавшими газами), дополнительно увеличивая, таким образом, эффективность. В противоположность системам предшествующего уровня техники комбинированная турбина 240, соответствующая настоящему изобретению, не выделяет загрязняющих веществ в атмосферу. Помимо этого, поскольку в комбинированной турбине 240 предпочтительного варианта осуществления в качестве топлива используют водород и кислород, которые являются контролируемыми источниками, предотвращают попадание грязи и других примесей, которые в большинство турбин внутреннего сгорания попадают из атмосферы. Поскольку настоящее изобретение относится к продуктам эндотермической (или электрохимической) реакции для транспортировки глубинного тепла Земли, в противоположность системам предшествующего уровня техники, в которых извлеченные водяной пар или соляной раствор приходится использовать немедленно, эти продукты могут храниться для применения позднее через некоторое время. В соответствии с этим, комбинированная турбина 240, соответствующая настоящему изобретению, имеет дополнительную эксплуатационную гибкость работы в качестве пикового агрегата, включаемого и выключаемого по требованию, или в качестве агрегата с базисной нагрузкой, который работает при постоянной скорости.

В альтернативном варианте система 10, соответствующая настоящему изобретению, может быть использована с обычной турбиной внутреннего сгорания или котлом с паровой турбиной, а продукты эндотермической (или электрохимической) реакции могут быть использованы в тепловыделяющем элементе.

Кроме того, очевидно, что продукты эндотермической (или электролитической) реакции, например, водород и кислород, полезны сами по себе и настоящее изобретение может быть использовано для получения этих продуктов и хранения их на поверхности скважины 12 для применения их иначе, чем для выработки электроэнергии.

Помимо этого, настоящее изобретение может быть использовано в других внешних условиях, чем в геотермальной скважине 12, и пригодно для применения в любых внешних условиях, природных или искусственных, имеющих приемлемые температуру и давление.

Выше приведено описание наилучшего варианта осуществления настоящего изобретения, а также способа его воплощения и применения, при использовании столь всеобъемлющих, четких и точных терминов, доступных для понимания любым квалифицированным специалистом в этой области техники, для которого оно предназначено, с целью его воплощения и применения. Однако настоящее изобретение может быть модифицировано и быть воплощено в виде конструкций, которые отличаются от описанных выше, но полностью им эквивалентны. Следовательно, настоящее изобретение не ограничено описанными характерными вариантами его осуществления. Наоборот, настоящее изобретение охватывает все модификации и альтернативные конструкции, соответствующие объему и сущности изобретения, которые в общем виде описаны в формуле изобретения, приведенной ниже, в которой, в частности, четко сформулированы притязания на объект изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система для захвата глубинного тепла земли и освобождения тепла в процессе экзотермических реакций для преобразования в электрическую энергию, содержащая скважину, имеющую устье и забой, причем указанная скважина пробурена на достаточную глубину для захвата энергии из глубинного тепла Земли, когда исходные реагенты вводят в указанную скважину, чтобы вызвать реакции указанных реагентов; устройство, расположенное в забое указанной скважины, причем указанное устройство захватывает глубинное тепло Земли для получения и разделения выходных продуктов; первый и второй трубопроводы для транспортировки указанных выходных продуктов к устью указанной скважины; и средство, соединенное с указанными первым и вторым трубопроводами и предназначенное для использования выходных продуктов, для порождения экзотермических реакций для выработки электроэнергии.

2. Система по п. 1, в которой указанная скважина соединена с первым складским резервуаром для хранения указанных исходных реагентов.

3. Система по п.1, дополнительно содержащая второй складской резервуар, соединенный с указанным первым трубопроводом, для хранения первого выходного продукта.

4. Система по п.1, дополнительно содержащая третий складской резервуар, соединенный с указанным вторым трубопроводом, для хранения второго выходного продукта.

5. Система по п.1, в которой указанное средство, соединенное с указанными первым и вторым трубопроводами, содержит турбину внутреннего сгорания, соединенную с холодильником.

6. Система по п.5, в которой указанная турбина дополнительно содержит компрессор, соединенный с входом указанной турбины.

7. Система по п.5, в которой выход указанного холодильника соединен с первым складским резервуаром для хранения указанных реагентов.

8. Система по п.1, в которой скважина пробурена до зоны разлома горячей сухой горной породы.

9. Система по п.1, в которой выходные продукты являются продуктами эндотермической реакции, полученными посредством эндотермических реакций.

10. Система по п.9, в которой эндотермическая реакция является реакцией разложения воды.

11. Система по п.9, в которой устройство является каталитическим устройством.

12. Система по п.11, в которой указанное каталитическое устройство содержит катализатор, который является проницаемым как для первого, так и для второго продуктов эндотермических реакций, первый пористый канал в указанном катализаторе, предназначенный для приема указанного первого продукта, второй пористый канал в указанном катализаторе, предназначенный для приема указанного второго продукта, и селективный материал, окружающий указанный второй пористый канал, причем указанный селективный материал является проницаемым только для указанного второго продукта.

13. Система по п.12, в которой указанный первый пористый канал соединен с указанным первым трубопроводом для транспортировки указанного первого продукта к устью указанной скважины, а указанный второй пористый канал соединен со вторым трубопроводом для транспортировки указанного второго продукта к устью указанной скважины.

14. Система по п.11, в которой указанное каталитическое устройство содержит катализатор, проницаемый только для первого продукта эндотермических реакций, первый пористый канал в указанном катализаторе, предназначенный для приема указанного первого продукта, по меньшей мере, один второй пористый канал, соединенный с указанным катализатором и предназначенный для приема второго продукта эндотермических реакций, и селективный материал, окружающий указанный второй пористый канал, причем указанный селективный материал проницаем только для указанного второго продукта.

15. Система по п.11, в которой указанное каталитическое устройство содержит катализатор, проницаемый только для первого продукта указанной эндотермической реакции, и возвратный канал, выступающий из торца указанного каталитического устройства, предназначенный для извлечения оставшихся продуктов указанной эндотермической реакции, причем указанный возвратный канал непроницаем для указанного первого продукта.

16. Система по п.1, в которой выходные продукты являются продуктами электрохимической реакции, полученными посредством электрохимических реакций.

17. Система по п.16, в которой электрохимической реакцией является реакция разложения воды.

18. Система по п. 16, в которой устройство является электрохимическим устройством.

19. Система по п.18, в которой устройство является термопарой.

20. Система по п.19, в которой указанная термопара содержит первый пористый канал для приема первого продукта, второй пористый канал для приема второго продукта и соединенный с указанным первым пористым каналом, селективный материал, окружающий указанный второй пористый канал, причем указанный селективный материал является проницаемым только для второго продукта, холодный спай, расположенный внутри и соединенный посредством первой шины с поверхностью одного из указанных первого и второго пористых каналов, горячий спай, расположенный вне указанных пористых каналов и соединенный посредством второй шины с поверхностью другого одного из указанных первого и второго пористых каналов, причем указанный холодный спай и указанный горячий спай соединены посредством третьей шины.

21. Система по п.20, в которой холодный спай соединен посредством первой шины с поверхностью первого пористого канала для образования анода, а горячий спай соединен посредством второй шины с поверхностью второго пористого канала для образования катода, причем указанные спаи обеспечивают подачу тока к указанным первой и второй шинам.

22. Система по п.20, в которой первый и второй пористые каналы имеют полукруглую форму поперечного сечения с плоскими участками стенки, которые соединены вместе.

23. Система по п.19, в которой указанная термопара содержит первый пористый канал при приема первого продукта, второй пористый канал для приема второго продукта и соединенный с указанным первым пористым каналом, который проницаем только для первого продукта, и горячий спай, расположенный вне указанных пористых каналов, причем указанный горячий спай имеет первую шину, которая соединена с поверхностью указанного второго пористого канала, и вторую шину, которая соединена с холодным спаем, расположенным в устье скважины, при этом указанный первый пористый канал имеет поверхность, которая соединена с холодным спаем, расположенным в устье скважины.

24. Система по п.23, в которой указанный первый пористый канал соединен с первым трубопроводом для транспортировки указанного первого продукта к устью указанной скважины, а указанный второй пористый канал соединен со вторым трубопроводом для транспортировки указанного второго продукта к устью указанной скважины.

25. Система по п.19, в которой указанная термопара имеет горячий спай, содержащий первое токонесущее средство, которое соединено с катодом, и второе токонесущее средство, которое соединено с холодным спаем, причем указанный холодный спай соединен посредством третьего токонесущего средства с анодом, а указанный катод, анод и холодный спай расположены в устье скважины.

26. Система по п.1, в которой указанное средство, соединенное с указанным первым и вторым трубопроводами, содержит тепловыделяющий элемент.

27. Система для захвата глубинного тепла Земли при использовании эндотермических реакций и освобождения тепла в процессе экзотермических реакций, содержащая скважину, имеющую устье и забой, пробуренную на достаточную глубину для захвата глубинного тепла Земли в процессе эндотермических реакций, когда реагенты вводят в указанную скважину; первую камеру, расположенную в забое указанной скважины для приема множества реагентов, где указанные реагенты обеспечивают получение первого продукта и второго продукта; вторую камеру, расположенную в забое указанной скважины для приема указанного первого продукта из указанной первой камеры, причем указанный первый продукт разлагается, обеспечивая получение третьего, четвертого и пятого продуктов, указанные третий и четвертый продукты транспортируют к указанной первой камере, а указанный пятый продукт транспортируют к устью указанной скважины; и третью камеру, расположенную в забое указанной скважины для приема указанного второго продукта из указанной первой камеры, причем указанный второй продукт разлагается, обеспечивая получение шестого и седьмого продуктов, указанный шестой продукт транспортируют к указанной первой камере, а указанный седьмой продукт транспортируют к устью указанной скважины.

28. Система по п.27, дополнительно содержащая турбину для приема указанных пятого и седьмого продуктов для порождения экзотермических реакций для выработки электроэнергии.

29. Система по п.28, в которой указанные пятый и седьмой продукты являются кислородом и водородом.

30. Система по п. 27, в которой указанная турбина содержит турбину внутреннего сгорания, соединенную с холодильником.

31. Каталитическое устройство для получения продуктов эндотермической реакции, содержащее катализатор для активации эндотермической реакции, причем указанный катализатор проницаем по меньшей мере для одного из продуктов эндотермической реакции; первый и второй пористые каналы, находящиеся в контакте с указанным катализатором для получения и разделения первого и второго продуктов эндотермической реакции; и селективный материал, окружающий указанный второй пористый канал, причем указанный селективный материал проницаем только для второго продукта.

32. Устройство по п. 31, в котором указанные первый и второй пористые каналы расположены в указанном катализаторе.

33. Устройство по п.31, в котором указанный первый пористый канал расположен в указанном катализаторе, а указанный второй пористый канал расположен на периметре указанного катализатора.

34. Термопара, предназначенная для выработки электроэнергии посредством глубинного тепла Земли из скважины, имеющей устье и забой, и использующая электроэнергию для осуществления электрохимического процесса, содержащая первый спай, содержащийся при первой температуре и расположенный в забое указанной скважины; второй спай, содержащийся при второй температуре, которая меньше указанной первой температуры; токонесущее средство, соединенное с указанным первым и вторым спаями; в которой указанный второй спай расположен в первом канале в забое указанной скважины, указанное токонесущее средство содержит шину, соединяющую указанный первый спай с катодом, и другую шину, соединяющую указанный второй спай с анодом, причем указанные катод и анод обеспечивают осуществление указанного электрохимического процесса.

35. Термопара по п.34, в которой указанный анод образован на поверхности указанного первого канала.

36. Термопара по п.34, в которой указанный катод образован на поверхности второго канала в забое указанной скважины.

37. Термопара по п.36, в которой указанные первый и второй каналы имеют полукруглую форму поперечного сечения с плоскими участками стенки, которые соединены вместе.

38. Термопара по п.37, в которой указанный первый и второй каналы являются пористыми и проницаемыми для приема первого продукта и второго продукта электролиза, соответственно, причем указанный первый пористый канал проницаем только для первого продукта.

39. Термопара по п.34, в которой указанный второй спай расположен в устье указанной скважины, а указанное токонесущее средство содержит первую шину, соединяющую указанный первый спай с указанным вторым спаем, вторую шину, соединяющую указанный первый спай с катодом, и третью шину, соединяющую указанный второй спай с анодом.

40. Термопара по п.39, в которой указанный анод образован на поверхности первого канала в забое указанной скважины, а указанный катод образован на поверхности второго канала в забое указанной скважины.

41. Термопара по п.39, в которой указанные анод и катод расположены в устье указанной скважины.

42. Комбинированная турбина для использования в геотермальной системе (для выработки электроэнергии), в которой глубинное тепло Земли обеспечивает получение первого и второго продуктов в забое скважины на глубине, на которой указанного глубинного тепла Земли достаточно, чтобы вызывать эндотермическую реакцию, содержащая турбину внутреннего сгорания для раздельного приема указанных первого и второго продуктов из забоя указанной скважины, приводимую в действие посредством энергии, освобождаемой в результате экзотермической реакции между указанными первым и вторым продуктами; и холодильник, соединенный с указанной турбиной внутреннего сгорания для конденсации продукта указанной экзотермической реакции для уменьшения противодавления на выходе указанной турбины внутреннего сгорания.

43. Комбинированная турбина по п.42, в которой указанная турбина внутреннего сгорания содержит компрессор, соединенный с входом указанной турбины внутреннего сгорания.

44. Комбинированная турбина по п. 42, в которой продукты принимаются указанной турбиной, преобразующей водород и кислород в водяной пар.

45. Комбинированная турбина по п.42, в которой указанный холодильник преобразует указанный водяной пар в жидкую воду и возвращает эту жидкую воду в систему.

46. Способ захвата глубинного тепла Земли для выработки электроэнергии, предусматривающий введение реагента в скважину, причем указанная скважина имеет достаточную глубину, чтобы захватывать глубинное тепло Земли посредством термических реакций; осуществление термической реакции в указанной скважине при использовании указанного реагента; и возвращение продуктов указанной термической реакции к поверхности указанной скважины, причем указанные продукты генерируют электроэнергию в процессе экзотермических реакций.

47. Способ по п.46, в котором продукты являются продуктами эндотермической реакции, полученными посредством эндотермических реакций.

48. Способ по п.46, в котором продукты являются продуктами электрохимического процесса, полученными посредством электролиза.

49. Система для захвата и применения глубинного тепла Земли при использовании эндотермических реакций и освобождения этого тепла в процессе экзотермических реакций для выработки электроэнергии, содержащая скважину, имеющую устье и забой, причем указанная скважина пробурена на достаточную глубину для захвата достаточного глубинного тепла Земли, чтобы активировать указанные эндотермические реакции; каталитическое устройство, расположенное в забое указанной скважины, причем указанное каталитическое устройство предназначено для получения и разделения продуктов указанных эндотермических реакций; средство для подачи воды из устья указанной скважины к указанному каталитическому устройству; первую камеру в указанном каталитическом устройстве, имеющую стенки, которые по существу проницаемы для первого продукта указанной эндотермической реакции и по существу непроницаемы для второго продукта указанной эндотермической реакции; вторую камеру в указанном каталитическом устройстве, имеющую стенки, которые по существу проницаемы для указанного второго продукта указанной эндотермической реакции; первый и второй трубопроводы, соответственно соединенные с указанными первой и второй камерами, для транспортировки продуктов эндотермической реакции к устью указанной скважины, причем высокое давление в указанной скважине на глубине указанного каталитического устройства используют для принудительной подачи указанных продуктов через указанное каталитическое устройство и по указанным первому и второму трубопроводам к устью указанной скважины; и комбинированную турбину, соединенную с указанными первым и вторым трубопроводами для использования указанных продуктов эндотермических реакций для порождения экзотермических реакций для выработки электроэнергии.

50. Система для захвата глубинного тепла Земли при использовании эндотермических реакций, содержащая скважину, имеющую устье и забой, причем указанная скважина пробурена на достаточную глубину для захвата глубинного тепла Земли посредством эндотермических реакций при подаче реагентов в указанную скважину; каталитическое устройство, расположенное в забое указанной скважины, причем указанное каталитическое устройство предназначено для получения и разделения продуктов указанных эндотермических реакций; трубопровод для транспортировки продуктов эндотермической реакции к устью указанной скважины; и средство, соединенное с указанным трубопроводом для применения продуктов эндотермической реакции.

51. Система для захвата и применения глубинного тепла Земли при использовании электролиза и освобождения тепла в процессе экзотермических реакций для выработки электроэнергии, содержащая скважину, имеющую устье и забой, причем указанная скважина пробурена на достаточную глубину для захвата достаточного глубинного тепла Земли, чтобы активировать процесс указанного электролиза; термопару, расположенную в забое указанной скважины, причем указанная термопара предназначена для получения и разделения продуктов указанного электролиза; средство для подачи воды из устья указанной скважины к указанной термопаре; первую камеру в указанной термопаре, имеющую стенки, которые по существу проницаемы для первого продукта указанного электролиза и по существу непроницаемы для второго продукта указанного электролиза; вторую камеру в указанной термопаре, имеющую стенки, которые по существу проницаемы для указанного второго продукта указанного электролиза; первый и второй трубопроводы, соответственно соединенные с указанными первой и второй камерами, для транспортировки указанных продуктов электролиза к устью указанной скважины, причем высокое давление в указанной скважине на глубине указанной термопары используют для принудительной подачи указанных продуктов через указанную термопару и по указанным первому и второму трубопроводам к устью указанной скважины; и комбинированную турбину, соединенную с указанными первым и вторым трубопроводами для использования указанных продуктов электролиза для порождения указанных экзотермических реакций для выработки электроэнергии.

52. Система для захвата глубинного тепла Земли при использовании эндотермического процесса, содержащая скважину, имеющую устье и забой, причем указанная скважина пробурена на достаточную глубину для захвата глубинного тепла Земли посредством электрохимического процесса при подаче в забой указанной скважины по меньшей мере одного химического соединения, поддающегося электрохимическому разложению; термопару, по меньшей мере частично расположенную в указанной скважине, причем указанная термопара предназначена для получения и разделения продуктов электролиза указанного химического соединения, поддающегося электрохимическому разложению; меньшей мере один трубопровод для транспортировки продуктов электрохимического процесса к устью указанной скважины; и средство, соединенные с указанным трубопроводом, для применения указанных продуктов электрохимического процесса.

53. Система для захвата глубинного тепла Земли для выработки электроэнергии, содержащая скважину, имеющую устье и забой, причем указанная скважина пробурена на достаточную глубину для захвата глубинного тепла Земли; термопару, по меньшей мере, частично расположенную в указанной скважине, причем указанная термопара предназначена для выработки электроэнергии из указанного глубинного тепла Земли; и средство, соединенное с указанным электрохимическим устройством (термопарой) для подачи электроэнергии.

54. Система по п.53, в которой указанное электрохимическое устройство содержит анод и катод, соединенные для выработки указанной электроэнергии.

55. Система по п.54, в которой указанное средство содержит электрические шины, соединенные с анодом и катодом, для передачи электроэнергии.

Версия для печати
Дата публикации 10.01.2007гг


вверх