ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2291255

ТЕПЛОВОДОСНАБЖАЮЩАЯ СКВАЖИНА

ТЕПЛОВОДОСНАБЖАЮЩАЯ СКВАЖИНА

Имя изобретателя: Елисеев Александр Дмитриевич 
Имя патентообладателя: Елисеев Александр Дмитриевич
Адрес для переписки: 664081, г.Иркутск, ул. Депутатская,86,кв.1, А.Д.Елисееву
Дата начала действия патента: 2005.01.11 

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам для получения тепла, образующегося иначе, чем в результате сгорания топлива. Обеспечивает создание экономичности доступного устройства, позволяющего вырабатывать тепловую энергию в горячей воде или паре с использованием поверхностных и(или) не глубоко расположенных подземных природных вод с более широким их распространением, а также последующего ее отпуска. Тепловодоснабжающая скважина содержит источник воды, зону стока и тепловодопотребитель. При этом в горной местности со склоном горы Тепловодоснабжающая скважина пробурена направленной или наклонной. Забоем последней пересечен склон горы. Он (забой) сопряжен с дневной поверхностью. При этом тепловодоснабжающая скважина служит водоводом. За источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или подземная водоносная зона или зоны, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами. За зону стока принято пересечение скважины со склоном горы - дневной поверхностью либо пересечение скважины с нижерасположенной штольней. При этом в скважине установлен вихревой теплогенератор дискового типа под ее динамический уровень. Напор воды достаточен для выработки тепловой энергии. А тепловодопотребитель подключен в зоне стока скважины через ее обвязку.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам для получения тепла, образующегося иначе, чем в результате сгорания топлива. Оно может быть использовано для производства тепловой энергии и организации теплоснабжения потребителей в местностях, в которых имеются необходимые условия для работы тепловодоснабжающей скважины, в том числе для децентрализованного теплоснабжения автономных, удаленных от централизованных инженерных коммуникаций потребителей. Тепловодоснабжающая скважина позволяет снабжать как холодной водой, так и вырабатываемой с использованием ее тепловой энергии в паре или в горячей воде без подвода для этого энергии извне. Теплоснабжающая скважина может работать с использованием низкотемпературных поверхностных, подземных вод, как правило расположенных в верхних интервалах земных недр, либо при их сочетании. Предлагаемая тепловодоснабжающая скважина может расширить номенклатуру нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ).

Известна водоснабжающая скважина (Башкатов Д.Н. и др. Справочник по бурению скважин на воду. Под редакцией Д.Н.Башкатова. М.: Недра, 1979, с.488-540 [1]), содержащая буровую скважину, которой перебурена выявленная, опробованная, освоенная и сообщающаяся со скважиной водонасосная зона - источник питания, установленный в ней погружной насос, в случае неартезианской скважины, обвязку устья скважины. Это наиболее распространенное техническое решение по осуществлению водоснабжения с использованием подземных вод. Для его осуществления требуется энергия извне для питания электродвигателя погружного насоса. Такая водоснабжающая скважина не позволяет получить горячую воду и быть возобновляемым источником тепловой энергии.

Директивными документами развития топливно-энергетического (ТЭК) России и мира предусматривается необходимость сокращения потребления органического топлива (нефть, нефтепродукты, газ, уголь) в качестве котельно-печного топлива. Одновременно предусматривается увеличить масштабы использования в народном хозяйстве возобновляемых источников энергии, в т.ч. гидравлической и геотермальной.

Очевидна перспектива использования для теплоснабжения глубинного тепла Земли (Гаджиев А.Г. и др. Геотермальное теплоснабжение. М.: Энергоатомиздат, 1984 г. [2]). При этом строят теплоснабжающую скважину, обустраивают ее, организуют извлечение тепловой энергии в горячей воде (редко в паре), транспортируют тепло к потребителю, используют его для теплоснабжения, утилизируют отработки и сбрасывают. Для реализации тепла геотермальных скважин разработаны оригинальные технические решения, например, по (Алхасов А.Б. Патент РФ №2105251 С1 РФ. Способ одновременно-раздельной эксплуатации двух термоводоносных пластов. Бюл. №5, 1998 г. [3]). Решение позволяет организовать геотермальное теплоснабжение с использованием двух глубинных горячеводоносных зон.

Трудности вовлечения в топливно-экономический баланс страны глубинного тепла Земли с использованием указанных аналогов заключаются в ряде причин, в том числе следующих: неравномерностью распределения геотермальных, экономически доступных горячих подземных вод по территории страны, например, их доля по Восточной Сибири и Дальнему востоку составляет всего 17% [2]; высокая затратность, включающая геологоразведку, строительство, обустройство, организацию контроля и очистки, работ по организации добычи, эксплуатации, утилизации и сбросу. Следует отметить также, что располагаются термальные воды на большой глубине, как правило, глубже 2000 м.

Поэтому заслуживают внимания методы экономически доступного получения горячей подземной воды или пара.

*) Для информации.

Известен вихревой теплогенератор (улиточного типа) по патенту РФ на изобретение №2045715 "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей", М.кл. F 25 B 29/00, опубл. 10.10.95, бюл. №28 (Патент РФ на изобретение №2045715 "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей". Авт. Потапов Ю.С. F 25 В 29/00, опубл. 10.10.95, бюл. №28, [4]), который содержит корпус с цилиндрической частью, ускоритель движения жидкости в виде циклона, соединенного с цилиндрической частью корпуса, в основании цилиндрической части смонтировано тормозное устройство. За тормозным устройством в цилиндрической части корпуса установлено дно с выходным отверстием, сообщающимся с выходным патрубком, а выходной патрубок соединен с циклоном с помощью перепускного патрубка. Тормозное устройство выполнено из двух радиально расположенных ребер, закрепленных на центральной втулке, а в перепускном патрубке после зоны его соединения с циклоном установлено дополнительное тормозное устройство рекомендованных размеров. Для управления работой теплогенератор снабжен запорными вентилями.

В известном теплогенераторе направляемый в него поток воды в циклоне закручивается до высокой угловой скорости и резко тормозится, при этом повышается его температура, преимущественно за счет протекания кавитационных процессов. За счет многочисленности циклов прокачки воды через вихревую трубу температура ее может быть повышена до температуры кипения и даже выше. При этом циркуляция воды в теплогенераторе устанавливается 1 автоматически. Для организации процесса генерирования тепла с использованием устройства вода должна прокачиваться с избыточным давлением, составляющим 4,5÷6,0 кгс/см2 .

Решения по указанному патенту доведены до технической реализации, и был разработан типоразмерный ряд вихревых теплогенераторов улиточного типа (Потапов Ю.С., Фоминский Л.П., Потапов С.Ю. Энергия вращения. "Российская академия естественных наук. Молдавский центр" "Неосферные технологии", г.Кишинев, 2001 г. [5]), преобразующих кинетическую энергию жидкости в тепловую и нашедших широкое применение в т.ч. в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Они полностью укомплектованы для эксплуатации принадлежностями с автоматической системой управления, и могут быть подключены как к новой, так и к уже существующей системе отопления. Установлено также, что энергоэффективность вихревых теплогенераторов в 1,5-2,0 раза выше в сравнении с традиционными тепловыми устройствами, в т.ч. электроводяными нагревательными (Егоров Е.К., Кушниренко Г.И. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии и перспективы их использования в Амурской области. В сб. энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов. Сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием т.II, г.Благовещенск, 2003 г., с.388 [6]). Улиточные вихревые теплогенераторы, не позволяют выработать тепловую энергию в паре.

Последующее развитие вихревые теплогенераторы улиточного типа получили в решениях по патентам РФ (Патент РФ на изобретение №2162571 «Устройство для нагрева жидкости». Автор Потапов Ю.С., Сапчин Л.Г., Толмачев Г.Ф., М.кл. F 24 D 3/02, F 24 H 4/02, опубл. 27.01.2001 г., Патент РФ на изобретение №2165054. Способ получения тепла. Автор Потапов Ю.С., Фоминский Л.П., Толмачев Г.Ф., М.кл. F 24 J 3/00, опубл. 10.04.2001 г. [7, 8]).

Но тепловые мощности улиточных вихревых теплогенераторов ограничены.

Для производства тепловой энергии как в горячей воде, так и в паре разработаны вихревые дисковые (дезинтеграторные) теплогенераторы высокого уровня единичной мощности источника тепла, отличающиеся высокой энергоэффективностью и теплопроизводителъностью [5]. Нагревание жидкости в них происходит не за счет прямого превращения электрической энергии в тепловую, а путем преобразования механической энергии движущейся жидкости в тепловую энергию. В этих установках механическая энергия привода (электродвигателя) передается на активатор, имеющий радиальные лопатки. Жидкость внутри полости активаторной камеры скручивается, приобретая запас кинетической энергии и, будучи заторможенной на неподвижных лопатках корпуса, нагревается. Другим фактором преобразования механической энергии активатора в тепловую энергию воды является явление кавитации.

Кавитация - образование и лавинообразный рост газовых пузырьков пара, размером порядка 10-9 мм, в результате трения или изменения абсолютной скорости потока при обычной температуре окружающей среды. Если давление в какой-либо точке жидкости становится равным давлению насыщенного пара этой жидкости, то жидкость в этом месте испаряется и образуется паровой пузырек. Образовавшиеся пузырьки порождают микропотоки, которые двигаются вместе с основным потоком. Когда давление окружающей среды становится больше давления насыщенного пара жидкости, кавитационный пузырек с силой схлапывается. Такое схлапывание пузырьков приводит к выделению энергии. Дисковые гидродинамические теплогенераторы, практически, мгновенно нагревают жидкость, могут превращать ее в пар и подают её в системы отопления или теплоснабжения технологических процессов, вентиляции или горячего теплоснабжения. Экспериментально показано, что применение дисковых (дезинтеграторных) вихревых теплогенераторов позволяет: решить проблему локального обеспечения тепловой энергией высокотемпературных процессов в замкнутых циклах; полностью исключить потери низкопотенциального тепла; оперативно обеспечить потребность отопления и горячего водоснабжения в ЖКХ.

Преимуществами вихревых теплогенераторов являются следующие: простота конструкции и обслуживания, малые габариты и масса; малые сроки их окупаемости; высокий КПД, высокий ресурс и надежность; не требуется химводоподготовка; выполняются функции одновременно и теплогенератора и насоса; отсутствуют потери низкопотенциальной энергии, в то время как в традиционных системах эта энергия, как правило, сбрасывается; отсутствуют выбросы в атмосферу; возможность организации гибкого регулирования с использованием баков-аккумуляторов тепла и ночных тарифов на электроэнергию.

Отмеченные преимущества позволяют выделить их важность и перспективы использования в системах производства тепловой энергии, в т.ч. в системах гидравлических потоков, обладающих требуемыми энергетическими параметрами, например, по аналогии с гидроэлектростанциями (ГЭС) - определенным напором и расходом.

Наиболее близким техническим решением предлагаемой тепловодоснабжающей скважине и принятой за прототип является «Система тепловодоснабжения» по а.с. SU №1762080 А1, М.кл. F 24 D 3/08, авт. В.И.Кабаков, Э.И.Дрындрожик и И.Т.Аладьев, опубл. 15.09.92 г., бюл. №34 [9].

Устройство, принятое в качестве прототипа - система тепловодоснабжения содержит источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, установленный в водоводе теплогенератор, тепловодопотребитель и тепловой насос.

Конкретизация приведенных обобщенных названий составных частей прототипа может быть проинтерпретирована следующим: источник воды - это продуктивный пласт геотермального теплоносителя; питательная емкость - сепаратор; сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока (скважинной закачки) - трубопровод от сепаратора до скважины закачки; установленный в водоводе теплогенератор - теплообменник воды.

Устройство расположено на дневной поверхности, функционирует - вырабатывает тепло и воду горячего теплоснабжения без какого-либо потребления энергии из вне. Применение в системе теплового насоса позволяет повысить его теплопроизводительность.

Следует отметить, что устройство, принятое за прототип, работает на дневной поверхности благодаря высоким параметрам геотермального теплоносителя. За счет высокой его температуры нагревается вода в теплообменнике, а за счет его высокого давления обеспечивается работа насоса (инжектора), которым вода поднимается из скважины и под необходимым давлением подается тепловодопотребителю. Кроме того, за счет этого давления струйным насосом прокачивается рассол через высокотемпературную сторону теплообменника воды.

В этом заключается недостаток прототипа, так как геотермальные теплоносители распространены неравномерно и имеются не везде. И, даже при их наличии, залегают, как правило, глубоко, а важным показателем эффективности их использования (бурения и последующей эксплуатации) является экономическая целесообразность.

Целью предлагаемого изобретения является создание экономически доступного устройства, позволяющего вырабатывать тепловую энергию в горячей воде или паре с использованием поверхностных и(или) не глубоко расположенных подземных природных вод с более широким их распространением, а также последующего ее отпуска.

Для достижения указанного технического результата предлагаемая тепловодоснабжающая скважина включающая источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, установленный в водоводе теплогенератор и тепловодопотребитель, в горной местности со склоном горы пробурена направленная или наклонная скважина, служащая водоводом, таким образом, что ее забоем пересечен склон горы и он сопряжен с дневной поверхностью, при этом за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина или подземная водоносная зона или зоны или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, за зону стока принято пересечение скважины со склоном горы - дневной поверхностью либо пересечение скважины с нижерасположенной штольней, в качестве теплогенератора принят вихревой теплогенератор, который установлен под динамический уровень и напор воды, достаточные для его работы, а тепловодопотребитель подключен в зоне стока скважины через ее обвязку.

Скважина в верхней своей части соединена с источником воды, которая поступает в нее, наполняя. Ввиду того, что в нижней своей части скважина имеет зону стока, по ее каналу устанавливается поток воды. В потоке воды устанавливают вихревой теплогенератор. В динамическом режиме в скважине устанавливается динамический уровень, который формирует рабочий напор. Для обеспечения работы вихревого теплогенератора его устанавливают так, чтобы параметры (давление и расход), проходящей через него воды соответствовали их рабочему диапазону. На выход скважины после вихревого теплогенератора поступает вода с требуемой температурой, которая направляется к тепловодопотребителю.

Учитывая многообразие условий предлагаемой тепловодоснабжающей скважины, ниже приведены рекомендуемые технико-технологические решения по ее реализации.

В тепловодоснабжающей скважине для получения пара в качестве вырабатываемого энергоресурса может быть использован вихревой теплогенератор дискового (дезинтеграторного) типа. При этом он может быть выполнен в виде теплоагрегата, включающего вышерасположенную гидротурбину, соединенную с валом дезинтегратора. Вода, движущаяся от ее источника с требуемыми параметрами, поступает в гидротурбину и приводит во вращение ее вал. После гидротурбины вода поступает в активаторную камеру дезинтегратора, на выходе которой образуется требуемый энергоресурс - пар, который поступает в скважину и далее к потребителю.

Для попеременного получения на выходе тепловодоснабжающей скважины либо тепловой энергии, например горячей воды, либо холодной воды с использованием погружного вихревого теплогенератора она может быть снабжена дистанционно включаемой обводной (вихревой теплогенератор) линией.

Одновременно, при этом отключается вихревой теплогенератор. При осуществлении такого перехода обвязка скважины в зоне стока содержит, по крайней мере, два выходных коллектора с возможностью регулирования режима в них и отключения. Один из коллекторов предназначен для обеспечения горячего водоснабжения, а другой - холодного.

Источником воды в тепловодоснабжающей скважине может быть перебуренная ей водоносная зона, вскрытая, опробованная, освоенная по установленной технологии и сообщенная со скважиной. Это может быть либо одна водоносная зона, разобщенная с другими, либо определенное их сочетание.

Критериями этому являются мощности и расходы водяного потока и предупреждение об его истощении известными методами [1].

**) Для информации.

Следует отметить, что, собственно, выявление, опробование, освоение водоносной скважины включают комплекс работ, направленных на обеспечение надежного водоснабжения в течение определенного периода времени. В частности, это и: определение местоположения границ водоносной зоны; запасы и дебит воды разведанной водоносной зоны; качество воды в ней и возможность ее использования для конкретных целей; необходимая техника и технология перебуривания водоносной зоны; вариант и техника оборудования с целью успешной последующей эксплуатации, в т.ч. фильтровая или бесфильтровая; формирование конуса питания и т.д. Здесь эти вопросы не рассматриваются т.к. известны и отработаны [1].

В тепловодоснабжающей скважине наряду с подземным источником воды может быть использован дополнительно и поверхностный источник воды - поверхностный водоем. Критерии определения доли каждого из них при работе скважины могут быть разные, в зависимости от цели существования скважины, но определяющими, как правило - обеспечение требуемого напора и расхода водяного потока при условии предупреждения истощения подземной водоносной зоны.

В тепловодоснабжающей скважине для последующей рациональной ее работы целесообразно в качестве источников ее питания оставить только те из водоносных зон, статические уровни которых выше динамического уровня воды в скважине при ее работе. Водоносные зоны, статические уровни которых ниже динамического уровня воды в скважине, для повышения энергоэффективности ее работы должны быть от нее изолированы, например, путем тампонирования или перекрытием с использованием труб. При этом вода из скважины под напором не будет перетекать в такие зоны и будет использоваться более эффективно.

В случае, если динамический уровень в работающей скважине выше статических уровней других, нижележащих водоносных зон, исходя из возможности получения максимальной тепловой мощности и гидротеплопотенциала в данном геологическом разрезе, целесообразна организация одновременно-раздельной эксплуатации двух или более водоносных зон. При этом сооружаются (бурятся) несколько тепловодоснабжающих скважин, источниками питания в которых являются - для каждой - своя водоносная зона. Суммарное значение тепловой энергии, выработанной такими скважинами, будет бо'льшим, чем количество тепловой энергии, выработанной одной скважиной с приведенными выше условиями использования перебуренных ею водоносных зон.

При наличии в тепловодоснабжающей скважине нарушенных интервалов (трещины, зоны тектонических нарушений и др.), через которые вода может "уходить" из скважины, последние устраняются. Достигается гидроизоляция нарушенных интервалов скважины, например, тампонированием с использованием тампонажных материалов на основе цемента, или синтетических материалов, либо их перекрытием с использованием труб (металлических, керамических, асбестовых, пластмассовых и др.). Решение позволяет исключить как потери холодной воды до вихревого теплогенератора, так и потери горячей воды после него.

В тепловодоснабжающей скважине интервал после установки вихревого теплогенератора выполнен теплоизолированным. Такое решение касается как извлекаемых (подъемных) теплогенераторов, так и установленных в нижерасположенной специальной камере и направлено оно на снижение теплопотерь. Объясняется это тем, что температуры пород для случая установки вихревого теплогенератора в скважине, как правило, находится в диапазоне (+1÷25)°С, а в специальных обогреваемых камер - (+18°С). Обязательность требования предусмотрена Правилами (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ. Утв. Минэнерго России №229 от 19.06.03 г. Зарегистр. Минюстом России №4799 от 20.06.03 г. М.: Энергосервис, 2003 г., [10]) п.п.4.9.11 и 4.9.12 - для теплоисточников и Правилами (Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. Утв. Минэнерго России №115 от 24.03.03 г. Зарегистр. Мингостом России №4358 от 02.04.03 г. М.: Энергосервис, 2003 г., [11]) п.п.9.12 и 9.13 - для тепловых энергоустановок.

Тепловодоснабжающая скважина может быть снабжена дистанционно управляемым клапаном, который предназначен для прекращения подачи воды в скважину в необходимых случаях и этим уменьшить нецелесообразный ее расход. Такими необходимыми случаями могут быть: перерывы в тепловодоснабжении, ремонт тепловодоснабжающей скважины или ее узлов и др. Таким решением достигается эффект ресурсосбережения.

В тепловодоснабжающей скважине вихревой теплогенератор (дискового типа) может быть выполнен в виде единого блока (гидротурбина-дезинтегратор) - теплоагрегата. Такой теплоагрегат может быть выполнен съемным, снабженным скважинным фиксатором с уплотнителями для его установки в скважине, а также головкой, установленной на теплогенераторе, взаимодействующей с управляемой с поверхности электромагнитной муфтой, спускаемой в скважину на грузонесущем кабеле. Для его извлечения из скважины также для установки может быть использован специальный ловитель (овершот), спускаемый в скважину на тросике (Козловский Е.А. и др. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин: в 2-х томах / Под общей ред. Проф. Е.А.Козловского, - том 1 (с.364-368), том 2 (с.56-85) - М.: Недра. 1984 г., [12]). В бурении скважин такие спускоподъемные устройства для установки в скважине и периодического извлечения из нее съемных механизмов и устройств применяются широко.

В тепловодоснабжающей скважине вихревой теплогенератор или теплогенераторы в зоне стока могут быть установлены в укрытии, например в специальной камере - горной выработке. Такое укрытие целесообразно сооружать в пересеченной местности. Количество и типы вихревых теплогенераторов, которые могут быть установлены в тепловой камере, определяются требованиями к теплоресурсу (горячая вода, пар, холодная вода), объему теплопотребления (количеством потребителей), а также возможностями теплоисточника. При этом каждый вихревой теплогенератор может быть включен в отдельный трубопровод потребителя с возможностью регулирования расхода энергоресурса и его отключения. Трубопроводы потребителей в зоне стока соединены с выходом буровой скважины. Теплогенераторы и трубопроводы после них должны быть теплоизолированы согласно п.п.4.9.11; 4.9.12 [10] и п.п.9.12; 9.13 [11].

Теплопроводы потребительских линий тепловодоснабжающей скважины в зоне стока могут быть оборудованы манометрами, термометрами и приборами учета тепловой энергии, как на источнике тепловой энергии, согласно п.6.1.28 [11] и 1.9.3 [10], соответственно.

Тепловодоснабжающая скважина, в питании которой участвует подземная водоносная зона, должна потреблять из нее воду с расходом, желательно не превышающим значения, которое могло бы привести к истощению водоносной зоны. Как правило, при проектировании допускается частичное осушение пласта в процессе эксплуатации (Гордеев П.В. и др. Гидрогеология. М.: Высшая школа. 1990 г., [13, с.286]). Следует иметь в виду, что с истощением связаны как экологические [13], так и экономические последствия (Голуб А.А. и др. Экономика природных ресурсов. М.: Аспект Пресс, 2001, с.78-100 [14]).

Тепловодоснабжающая скважина может являться центром питания потребителей в зоне ее сооружения. А несколько таких тепловодоснабжающих скважин, получающих питание как от этого же источника вода, а также от других, например, расположенных на другой глубине, представляют сеть таких центров питания в каком-либо районе и не имеют поверхностных магистралей теплоснабжения в сравнении с традиционным подходом. При такой организации теплоснабжения может быть достигнута экономия за счет уменьшения затрат на сооружение магистралей, на их последующую эксплуатацию, а также за счет убытков от характерной (для настоящего времени) разукомплектации сетей (разворовывания).

При наличии в геологическом разрезе района нескольких разобщенных водоносных зон, расположенных на разных глубинах, для достижения максимума выработки тепловой энергии в данном районе могут быть использованы в качестве теплоснабжающих дополнительная скважина или несколько их, источниками воды которых являются перебуренные ими не сообщающиеся между собой водоносные зоны или их сочетания. Как известно, различно расположенные по глубине и разобщенные водоносные зоны имеют каждый из них свой статический уровень. Как правило, нижерасположенные водоносные зоны имеют и нижерасположенный свой статический уровень (хотя бывают случаи, когда нижерасположенная водоносная зона имеет более высокое положение статического уровня, чем вышерасположенная водоносная зона. В случае сообщения таких водоносных зон скважиной в ней устанавливается переток из нижерасположенной зоны в вышерасположенную. Но такие случаи редки). В общем случае при положении динамического уровня в работающей тепловодоснабжающей скважине выше статических уровней других водопроявляющих зон вода из скважины частично будет перетекать в эти водоносные зоны. Энергоэффективность работы скважины при этом будет иметь ху'дшее значение, в сравнении со случаем если бы этого не наблюдалось. При этом водоносные зоны будут взаимодействовать так, что суммарный их дебит будет меньше чем сумма их дебитов по отдельности.

В таких случаях для эффективного пользования воды других водоносных горизонтов с более низкими статическими уровнями целесообразным является бурение других скважин, имеющих сообщение с этими (другими) водоносными зонами и установка в них вихревых теплогенераторов. При этом предполагается одновременно-раздельная эксплуатация двух или более водоносных зон.

Для такого случая, иногда, целесообразно соединение в зоне стока выходов нескольких буровых скважин, например, для получения требуемых параметров в объединенном трубопроводе [t (°С), или Р (МПа), или Q (м3/с)].

 

На фиг.1-7 приведены схемы предлагаемой тепловодоснабжающей скважины.

ТЕПЛОВОДОСНАБЖАЮЩАЯ СКВАЖИНА

На фиг.1 приведена упрощенная схема тепловодоснабжающей скважины

На фиг.2 приведена упрощенная схема питания тепловодоснабжающей скважины, образованной поверхностным водоемом природного или искусственного происхождения; на фиг.3 приведена упрощенная схема питания тепловодоснабжающей скважины от подземной водоносной зоны;

На фиг.4 представлена упрощенная схема питания тепловодоснабжающей скважины от двух подземных водоносных зон; на фиг.5 приведена упрощенная схема питания тепловодоснабжающей скважины от поверхностного водоема при затампонированной поглощающей зоне;

На фиг.6 приведена схема тепловодоснабжающей скважины, аналогичная условиям на фиг.5 при питании ее от водоносной зоны (поверхностный водоем перекрыт). На фиг.7 приведена упрощенная схема тепловодоснабжающей скважины со съемным (извлекаемым) вихревым теплогенератором.

На фиг.1-7 приведены следующие обозначения: 1 - буровая скважина направленная; 2 - буровая скважина наклонная; 3 - поверхностный водоем - природный или искусственный (источник воды - река, озеро, болото, водохранилище и др.); 4 - перфорированная обсадная труба; 5 - перфорационные отверстия; 6 - седло; 7 - сердечник; 8 - тросик; 9 - блок-баланс; 10 - камера - горная выработка; 11 - коллектор выходной; 12 - задвижка; 13 - линия горячей воды; 13а - датчик температуры; 14 - линия холодной воды; 14а - датчик температуры; 15 - линия пара; 15а - датчик температуры; 16 - вихревой теплогенератор дискового (дезинтегрального) типа, в т.ч. 17 - гидротурбина и 18 - дезинтегратор; 19а; 19б; 19в - расходомеры горячей воды, холодной воды и пара, соответственно; 20а; 20б; 20в - манометры в линиях горячей воды, холодной воды и пара, соответственно; 21 - перфорированное кольцо; 22 - обсадная труба большего диаметра; 23 - перфорированная внутренняя труба со шламовым карманом; 24 - кольцевой объем; 25 - фильтр; 25' - вторая подземная водоносная зона; 25'' - подземная водоносная зона; 26 - затампонированный объем подземной водоносной зоны в интервале ее контакта со скважиной; 27 - ступенчато расширенный интервал скважины; 28 - гидротурбина; 29 - скважинный дезинтегратор вихревого теплогенератора; 30 - соединение выходного вала гидротурбины с ведомым валом дезинтегратора; 31 - рычаги фиксатора; 32 - уплотнитель корпуса гидротурбины; 33, 34, 35 - входные отверстия гидротурбины, перепускные - гидротурбина-дезинтегратор и выходные из дезинтегратора, соответственно; 36 - головка теплогенератора; 37 - кронштейн; 38 - теплоизоляция.

Для организации тепловодоснабжения пробурена скважина 1 для случая пересеченной со склоном горы (фиг.1). При этом устье скважины находится в зоне поверхностного водоема, а забой наклонной (направленной) скважины "пересекает" склон горы и сопрягается при этом с дневной поверхностью. (Ввиду аналогии вариант пересечения скважиной штольни не приводится и не рассматривается).

В горной местности находится водоем (озеро 3). С его поверхности пробурена направленная скважина 1. Идентичным этому решению является пробуренная наклонная скважина 2 (альтернатива). Скважина 1 пробурена до встречи с дневной поверхностью (пересекает поверхность горного рельефа - склон горы в нижней своей части). В зоне встречи скважины с дневной поверхностью оборудовано укрытие, в частности специальная камера 10. В верхней своей части буровая скважина 1 оборудована обсадной трубой 4 с перфорационными отверстиями 5 в интервале по глубине поверхностного водоема. Со стороны устья скважины установлено также седло 6, блок 9 и спускаемый в скважину на тросике 8 сердечник 7, взаимодействующий с седлом и перекрывающий скважину. В камере 10 выход скважины соединен с трубопроводами потребителей, включающими задвижку, манометр, расходомер, вихревой теплогенератор (за исключением холодноводного трубопровода) термометр, прибор учета отпускаемой тепловой энергии (за исключением холодноводного трубопровода). В частности: отвод трубопровода горячей воды 13 включает: задвижку 12, манометр 20а, расходомер 19а, вихревой теплогенератор улиточного типа и манометр 14а, отвод трубопровода холодной воды 14 включает: задвижку 12, манометр 20б, расходомер 19б, датчик температуры 14а. Отвод трубопровода горячей воды или пара 15 включает задвижку 12, манометр 20б, расходомер 19в, вихревой теплогенератор дискового (дезинтеграторного типа), включающий гидротурбину 17 и дезинтегратор 15, манометр 14а. Давление (гидродинамическое воздействие) на вихревые теплогенераторы, установленные в камеры, формируется гидростатическим давлением жидкости Нн, а расход - за счет потока воды, поступающего в скважину 1 из поверхностного водоема 3 через перфорационные отверстия 5 в обсадной трубе 4. В процессе бурения скважины было выполнено ее опробование, согласно которому дебит ее составил 25 м3/ч, а положение границ водоносной зоны на глубине 31-37 м от устья скважины. Положение динамического уровня скважины (в процессе ее работы) - 6 м.

Более детально схема питания тепловодоснабжающей скважины, образованной поверхностным водоемом природного или искусственного происхождения, приведен на фиг.2. Буровая скважина 1, пробуренная с поверхности водоема 3, оборудована обсадной перфорированной трубой (с отверстиями) 4 в интервале по глубине водоема. Снаружи обсадной трубы 4 установлено с возможностью поворота перфорированное кольцо 21 (с отверстиями). При этом в положении кольца 21 "открыто", отверстия в нем и в обсадной колонне совпадают, а в положении "закрыто" - не совпадают. При открытом положении в работающей скважине устанавливается динамический уровень и принимает значение, равное Нд=9 м, при этом напор составляет номинальное значение Нн.

При питании тепловодоснабжающей скважины по второму варианту (фиг.3) от подземной водоносной зоны с использованием фильтра буровая скважина может оборудоваться обсадной трубой большего диаметра, перфорированной в интервале подземной водоносной зоны 22, снаружи которой устанавливается фильтр 25, например проволочная навивка на трубе по всему интервалу перфорирования. Имеется внутренняя труба со шламовым карманом 23. Поступающая из водоносной зоны вода через фильтр 25 и перфорационные отверстия в обсадной трубе 22, в которой она "проходит" также очистку отстоем, накапливается в кольцевом объеме 24 и далее через перфорационные отверстия в обсадной трубе меньшего диаметра 23 поступает в скважину для совершения работы. При опробывании водоносной зоны установлено, что она имеет дебит 25 м3/ч положения границ водоносной зоны 31-37 м от устья скважины. Статический уровень воды водоносной зоны Нс составляет 26 м, а динамический Нд (в процессе ее работы) - 39 м. При этом номинальный напор, воздействующий на вихревой теплогенератор, составляет значение Нн, представляющее собой напор, создаваемый столбом воды от положения динамического уровня до места установки вихревого теплогенератора.

При упрощенной схеме питания от двух подземных водоносных зон (фиг.4), здесь 25' - вторая подземная водоносная зона, принцип работы идентичен предыдущему случаю. Следует отметить, работать такая схема питания будет эффективно в т.ч. с точки зрения энергоэкономичности, если статические уровни и кровли подземной водоносной зоны 25'' и второй подземной водоносной зоны 25' находятся ниже динамического уровня Нд работающей скважины. Номинальный напор при этом составляет Нн. При бурении скважины ее опробыванием водоносных зон установлено, что дебит подземной водоносной зоны 25'' составляет 13 м3/ч, а второй подземной зоны 25' - 12 м3 /ч, то есть их суммарный дебит составляет 25 м3/ч. Hc1=5 м, Нс2=19 м, а положение границ водоносной зоны 25'' в скважине 9-11 м, и второй подземной зоны 25' - 24-27 м. Положение динамического уровня при работе скважины Нд=39 м. Положение номинального уровня - Нн.

Для случая, когда статический уровень перебуреной скважиной водоносной зоны 25'' ниже, чем динамический уровень воды в скважине Нд (а положение Нд выше кровли водоносной зоны), поясняется рациональная организация схемы ее питания фиг.5. При этом питание водой осуществляется и от поверхностного источника 3. При Нд в работающей скважине больше, чем Нст нижележащей водоносной зоны, часть воды из скважины будет перетекать в водоносную зону 25''. Это ухудшает работу скважины и подтверждает целесообразность ее изоляции, например тампонирования. На фиг.5 показано затампонированное околоскважинное пространство 27 скважины в интервале водоносной зоны. Нд при этом составил 9 м.

Для приведенных условий геологического разреза целесообразно бурение дополнительной скважины исходя из условия выработки максимума тепловой энергии в геологическом разрезе, что интерпретировано на фиг.6. Для этого поверхностный источник воды 3 перекрыт переводом перфорационного кольца 21 в положение "закрыто". При этом водоносная зона 25'' сообщается с работающей скважиной путем вскрытия, опробования и организации ее эксплуатации по принятой технологии. Нс=18 м, Нд=29 м, положение кровли и подошвы водоносной зоны 25'' в скважине составляет 33-38 м. Естественно, что теплоснабжающая скважина при этом имеет дополнительный, отдельный, включая и зону стока, ствол скважины. На графике это обстоятельство полностью условно не показано. Организация питания в одном разрезе скважин от каждой отдельной водоносной зоны при нежелательном различии статических и динамических уровней этих зон в скважине, позволяет получить максимум выработки энергии в разрезе.

В случае неудобства сооружения укрытия (камеры) в зоне стока скважин, а удобно только подключение водопровода потребителя, для такого случая возможно использование съемного вихревого теплогенератора, например, дискового (дезинтеграторного) типа, что поясняется фиг.7.

По аналогии с фиг.1 имеется водоем 3 (озеро), с поверхности которого пробурена направленная 1 (наклонная 2 - альтернатива) скважина до дневной поверхности, в зоне контакта которых сооружено укрытие - камера. В ней установлен трубопровод потребителя горячей 13 и холодной воды 14 или пара 15, с манометром 20, расходомером 19 и термометром 15а, соответственно, а также задвижками. Скважина 1 и трубопровод после вихревого теплогенератора теплоизолированы изоляцией 38. Вода из поверхностного водоема 3 через перфорационные отверстия 5 в обсадной трубе скважины поступает в нее, создает поток в ней с параметрами необходимыми для работы вихревого теплогенератора, достаточные, в частности уровень и напор воды. Съемный вихревой теплогенератор, например, дискового типа устанавливается в скважине. В зоне установки вихревого теплогенератора скважина выполнена ступенчато расширенной для фиксирования в ней скважинного устройства. Гидротурбина 28 и дезинтегратор объединены в единый теплоагрегат. Гидротурбина 28, 29 снабжена специальными рычагами 31 для ее фиксации в скважине. На входе гидротурбины имеются входные отверстия 33, а также уплотнитель 32. С выхода гидротурбины вода поступает в дезинтегратор 34, где нагревается до требуемого уровня. С выхода дезинтегратора 35 она поступает в скважину и далее к потребителю. Теплоагрегат в верхней своей части оборудован головкой 36, которая кронштейнами 27 крепится к гидротурбине. Головка 36 выполнена специальной конструкции для автоматической установки с использованием овершота (по аналогии с технологией, применяемой в бурении [12]) теплоагрегата в скважине, либо спускаемого на кабеле электромагнитного захвата. Вал гидротурбины соединен с валом активатора дезинтегратора 30. Нд в работающей скважине составляет 9 м, а дебит (расход воды через скважину) - 25 м3/ч.

Нагревание жидкости в дезинтеграторе осуществляется путем преобразования механической энергии движущейся жидкости в тепловую энергию. В этих установках механическая энергия, передаваемая от ротора гидротурбины ротору дезинтегратора, передается на активатор [5], имеющий радиальные лопатки. Жидкость внутри полости активатора скручивается, приобретая запас кинетической энергии и, будучи заторможенной на неподвижных лопатках корпуса, нагревается.

Следует отметить, что во всех схемах работы тепловодоснабжающей скважины выдерживаются (не менее необходимого) требуемые динамические уровни и напоры для работы вихревых теплогенераторов, от 4,5 до 6 кг/см2 или, переходя к водяным напорам - Нн - от 45 до 60 м.

Работает предлагаемая тепловодоснабжающая скважина (фиг.1) следующим образом. Вентили 12 потребительских трубопроводов в камере 10 (укрытии) закрыты. Тросиком 8 посредством блока 9 сердечник 7 поднимается и извлекается из скважины. При этом сечение скважины в седле освобождается. Вода из поверхностного водоема 3 через перфорационные отверстия 5 поступает в скважину и заполняет ее. Для получения холодной воды, тепловой энергии в горячей воде или паре открывают вентили 12 соответствующего трубопровода потребителя. При этом в скважине 1 устанавливается определенное динамическое состояние, характеризуемое положением динамического уровня в скважине Нд и расходом воды через скважину от поверхностного источника. В данном примере при дебите поверхностного источника, составляющем 25 м3/ч через трубопровод 13 и улиточный вихревой теплогенератор направлено 12 м3/ч, а через водопровод 14 холодного водоснабжения - 13 м3/ч. Необходимость выработки тепловой энергии в паре отсутствовала - трубопровод 15 был перекрыт. При этом номинальный напор Нн=50 м, им сформировано давление потока в вихревой теплогенератор, составляющее 5 кг/см, необходимое для нормальной его работы. При атмосферном давлении по этому каналу поступила горячая вода из камеры в водопроводную сеть. Следует отметить что давление у потребителя в горячей или холодной воде будет складываться из давления энергоресурса у камеры (в данном случае давление холодной воды - 5 кг/см 2, а горячей воды - близко атмосферному (кг/см2 ), т.к. при работе вихревого теплогенератора требуется 5 кг/см 2, создаваемого столбом воды в скважине, и давления, определяемого превышением положения камеры над положением потребителя. Приборы, которыми оборудованы трубопроводы, позволяют контролировать режим работы скважины, отпуска энергоресурсов, а также выполнять целенаправленно операции по их оптимизации. При этом тепловая мощность в теплопроводе горячей воды составила 2600 ккал/ч, или 4,2 кВт при температуре 98°С. Таким образом, при работе предлагаемой тепловодоснабжающей скважины на ее выходе вырабатывается тепловая энергия с тепловой мощностью 3600 ккал/ч или 4,2 кВт при температуре горячей воды 98°С. Это, фактически, полученное значение совпадает с результатами, полученными в [5].

Интересно сравнить полученные данные с результатами оценочного расчета тепловой энергии, которая может быть получена традиционным нагревом, например, с использованием нагревательных элементов при их нагревании электроэнергией, вырабатываемой гидроэлектростанцией. Ниже такой расчет приведен, он включает следующее. Известно, что гидравлическая мощность потока Nг (кВт) воды определяется из следующего выражения (Малинин Н.К. Теоретические основы гидроэнергетики. М.: Энергоатомиздат, 1985 г. [15]):

Nг=Рн·Q1,

где Рн - давление воды, воспринимаемое гидротурбиной, Па;

Q1 - расход воды через гидротурбину, м3/с.

В свою очередь:

Рн=Р·g·Н,

где Р - плотность воды, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

Н - высота столба воды, действующего на гидротурбину, м.

Коэффициент полезного действия гидроагрегата:

и может составлять от 0,92 до 0,96.

Подставляя значения рассматриваемого примера, получено следующее:

Рн (50 м)=9,8 м/с2·103 кг/м3 ·50 м=490·103 кг/м с2.

Nг (50 м)=490·103 кг/м с2 6,945·10 -3 м3/с=3403 Вт=3,4 кВт.

Таким образом, поток воды, проходящий через вихревой теплогенератор и вырабатывающий тепловую энергию с тепловой мощностью 4,2 кВт, способен выработать электрическую мощность 3,4 кВт, которая в свою очередь с учетом (даже при его значении, равном 0,96), не позволяет получить значения электрической мощности, равное = 3,4 кВт·0,96=3,26 кВт. То есть, даже при 100%-ном превращении выработанной на ГЭС гидроэлектроэнергии в тепло при использовании традиционных электротеплопреобразователей - ТЭНов, не достигается уровня выработки тепловой энергии вихревым теплоагрегатом, аналогичным по мощности потоку воды.

Последующие графики позволяют интерпретировать различные схемы организации питания тепловодоснабжающей скважины.

Вода из поверхностного источника 3 (фиг.2) поступает в скважину 1 через перфорационные отверстия в кольце 21 и в обсадной трубе 4, в которой по мере ее заполнения формируется рабочий поток воды, устанавливается динамический уровень Нд. При этом в вихревой теплогенератор поступает вода под номинальным напором столба воды Нн, который должен быть не менее требуемого для работы конкретного типа вихревого теплогенератора. Далее выработанное тепло поступает к потребителям.

В остальном и для последующих случаев порядок работы тепловодоснабжающей скважины и ее элементов аналогичен предыдущему случаю.

На фиг.3 вода из водоносной зоны 25'' через фильтр 25 и отверстия в колонне 22 поступает в кольцевой канал 24, в котором очищается путем осаждения из нее включений и далее, через отверстия в трубе 23 поступает в скважину. Формируя поток воды в скважине, в ней устанавливается динамический уровень Нд и напор Нн, воздействующий на вихревой теплогенератор и достаточный для нормальной его работы. Вихревой теплогенератор вырабатывает тепловую энергию, которая направляется в последующем потребителю.

На фиг.4 потоки воды от первой водоносной зоны 25'' и второй водоносной зоны 25' поступают в скважину, формируя поток воды в ней, а также динамический уровень Нд и напор Нн, воздействующий на вихревой теплогенератор, значение которого, а также расход воды достаточны для нормальной его работы. Выработанное тепло в горячей воде или паре направляются потребителю.

На фиг.5 вода из поверхностного источника 3 через перфорационные отверстия кольца 21 и обсадной трубы 4 поступает в скважину 1. При этом водоносная зона 25'' перекрыта тампонированием (затампонированный интервал 26). Это сделано для исключения ухода в нее воды из скважины от вышерасположенного поверхностного источника и обеспечения энергоэффективности и экономичности ее работы.

В скважине формируется поток воды, динамический уровень Нд, напор Нн, достаточный для нормальной работы вихревого теплогенератора. Вырабатываемое им тепло в горячей воде или паре направляется потребителю.

На фиг.6 в условиях геологического разреза, аналогичного предыдущему примеру, за исключением того, что поверхностный водоем воды изолирован от скважины, последняя получает питание только от водоносной зоны 25''. Вода из водоносной зоны через характерные элементы вскрытия и освоения водоснабжающей скважины поступает в нее. В скважине вода формирует поток сверху - вниз, в ней устанавливается динамический уровень Нд, напор, воздействующий на вихревой теплогенератор Нн и достаточный для нормальной его работы. Вихревой теплогенератор вырабатывает тепло либо в горячей воде, либо в паре, которое направляется потребителям.

Раздельная выработка тепловой энергии водоносными зонами в условиях, когда статический уровень нижележащей зоны выше динамического уровня воды в тепловодоснабжающей скважине, а последний - выше кровли водоносной зоны, позволяет получить суммарный максимум вырабатываемой тепловой энергии в данном геологическом разрезе.

Фиг.7 поясняется съем и установка съемного скважинного вихревого теплогенератора (в данном случае дискового типа). Для установки такого (агрегатированного) вихревого теплогенератора последний снабжен головкой 36. Для подъема и спуска скважинного теплоагрегата используется либо спускаемый на кабеле электромагнитный захват, либо специальный овершот, спускаемый в скважину на тросике (технология спуска - подъема в скважину заимствована из технологии геологоразведочного бурения [12]). В остальном последовательность описания получения тепла аналогична тепловодоснабжающей скважине, что и на фиг.1, приведенной выше.

Следует отметить, что в предлагаемой тепловодоснабжающей скважине рассмотрены вопросы, связанные с выработкой теплоносителя в скважине при прямоточном нагреве жидкости (без замкнутого контура) в вихревом теплогенераторе, вопросы использования его в системах теплоснабжения, в том числе организации его циркуляции, утилизации отработанных вод и их сброс не рассматривались, т.к. такая задача не ставилась. В той или иной мере они освещены, например, в [2].

Следует также отметить, что для случаев использования в качестве источников воды для работы предлагаемой тепловодоснабжающей скважины природных источников (река, озеро, болото, подземная водоносная зона), при соблюдении условия, когда расход воды при ее работе не превышает естественного восполнения, истощения запасов воды не происходит, условия ее работы сохраняются постоянно и тепловодоснабжающая скважина может работать бесконечно долго.

Преимуществами предлагаемой тепловодоснабжающей скважины по сравнению с прототипом являются следущие:

1. Она позволяет непосредственно преобразовывать формируемые в природных скважинных условиях напор и расход воды, из поверхностных водоемов природного или искусственного происхождения в тепловую энергию, либо в горячую воду, либо в пар без использования для этого какой-либо энергии извне и является новым нетрадиционным возобновляемым источником энергии (НВИЭ). При этом энергоэффективность заложенного в его работе процесса выше в сравнении с преобразованием, предусматривающим выработку аналогичного по мощности гидропотока гидроэлектроэнергии и последующее преобразование ее в тепловую энергию по классическим технологиям (схемам).

2. Она позволяет расширить условия применения гидроэнергии для выработки тепла, которые в настоящее время территориально ограничены нешироким рядом и географическим положением экономически целесообразных геотермальных месторождений.

Наряду с использованием вод рек, предлагаемая тепловодоснабжающая скважина может работать и от вод озер, болот, водохранилищ, подземных вод, при наличии других, необходимых для этого условий. Несомненно, что география применения тепловодоснабжающей скважины шире, чем у прототипа.

3. Перспективно использование таких тепловодоснабжающих скважин для организации децентрализованного тепловодоснабжения, в частности, удаленных поселков и домов; туристических баз; домов отдыха; лагерей альпинистов, геологов, археологов, строителей, метеорологов; буровых установок; лесозаготовительных пунктов; стойбищ отгонного животноводства и поливного растениеводства; пограничных застав и объектов военного назначения; кемпингов и др. Возможна организация теплоснабжения таких децентрализованных потребителей и с использованием автоматизированных устройств и систем. При этом наличие условий для работы тепловодоснабжающей скважины может стать важным фактором при выборе места базирования потребителя.

4. Схема тепловодоснабжения рассредоточенных потребителей с использованием предлагаемой тепловодоснабжающей скважины, предусматривающая несколько таких скважин, каждая из которых расположена непосредственно у потребителя и является центрами их питания со своими распределительными тепловыми сетями, не требует сооружения магистральных теплоснабжающих водопроводных «лучей». Преимущество такого решения (безмагистрального теплообеспечения) позволяет исключить:

- их сооружение и связанные с этим и последующим обслуживанием затраты;

- потери тепловой энергии, которые могут составлять существенную (8-12%) долю;

- хищения компонентов магистралей, например окожушки и др.

5. Она может эксплуатироваться круглогодично в условиях резко континентального климата, в том числе при низких температурах окружающего воздуха, так как рабочее тело - вода находится в скважине, расположенной в земных недрах с постоянной положительной температурой.

6. Применение предлагаемой тепловодоснабжающей скважины позволит расширить номенклатуру новых нетрадиционных возобновляемых источников энергии НВИЭ, средств "малой" энергетики, использующих нетрадиционные, и в первую очередь, возобновляемые ресурсы - подземные воды в естественных условиях их существования. Это позволит в определенной степени уменьшить затраты и проблемы, связанные с "северным завозом". При этом достигается эффект энергосбережения в сравнении с применением традиционных источников энергии и схем теплоснабжения.

Следует отметить, что вопросы развития НВИЭ отнесены к важным задачам энергетической политики нашей страны (Дьяков А.Ф. Нетрадиционная энергетика в России: проблемы и перспективы. - Энергетик, 2002 г., №8 (с.4) [16]), при этом одной из важнейших составляющих развития "малой" энергетики и расширения ее технологий является энергетическая безопасность страны (Дьяков А.Ф. Некоторые аспекты обеспечения энергетической безопасности страны и развития малой энергетики. - Энергетик, 2003 г., №4 (с.4-6) [17]).

О перспективе НВИЭ с использованием подземных вод может говорить тот факт, что объем подземных вод в 10 раз больше объема поверхностных вод суши (озера, водохранилища, реки, болота, почвенные воды) (Большая советская энциклопедия. Главный редактор А.М.Прохоров, 3-е издание, т.6. М.: Советская энциклопедия, 1971 г., с.500 [18]), преимущественно используемых в настоящее время в гидроэнергетике.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Башкатов Д.Н. и др. Справочник по бурению скважин на воду. Под редакцией Д.Н.Башкатова. М.: Недра, 1979 г., с.488-540.

2. Гаджиев А.Г. и др. Геотермальное теплоснабжение. М.: Энергоатомиздат, 1984 г.

3. Алхасов А.Б. Патент РФ №2105351 С1 РФ. Способ одновременно-раздельной эксплуатации двух термоводоносных пластов. Бюл. №5, 1998 г.

4. Патент РФ на изобретение №2045715 "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей". Авт. Потапов Ю.С. F 25 В 29/00, опубл. 10.10.95, бюл. №28.

5. Потапов Ю.С, Фоминский Л.П., Потапов СЮ. Энергия вращения. "Российская академия естественных наук. Молдавский центр" "Неосферные технологии", г.Кишинев, 2001 г.

6. Егоров Е.К., Кушниренко Г.И. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии и перспективы их использования в Амурской области. В сб. энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов. Сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием т.II, г.Благовещенск, 2003 г, стр.388.

7. Патент РФ на изобретение №2162571 "Устройство для нагрева жидкости". Автор Потапов Ю.С., Сапчин Л.Г., Толмачев Г.Ф., М.кл. F 24 D 3/02, F 24 H 4/02, опубл. 27.01.2001 г.

8. Патент РФ на изобретение №2165054. Способ получения тепла. Автор Потапов Ю.С, Фоминский Л.П., Толмачев Г.Ф. М. кл. F 24 J 3/00, опубл. 10.04.2001 г.

9. А.с. на изобретение SU №1762080А1, М.кл. F 24 D 3/08, авт. В.И.Кабаков, Э.И.Дрындрожник и И.Т.Аладьев, опубл. 15.09.92 г., бюл. №34.

10. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ. Утв. Минэнерго России №229 от 19.06.03 г. Зарегистр. Минюстом России №4799 от 20.06.03 г, М.: Энергосервис, 2003 г.

11. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. Утв. Минэнерго России №115 от 24.03.03 г. Зарегистр. Мингостом России №4358 от 02.04.03 г. М.: Энергосервис, 2003 г.

12. Козловский Е.А. и др. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин: в 2-х томах / Под общей ред. проф. Е.А.Козловского, - том 1 (с.364-368), том 2 (с.56-85) - М.: Недра. 1984 г.

13. Гордеев П.В. и др. Гидрогеология. М.: Высшая школа. 1990 г.

14. Голуб А.А. и др. Экономика природных ресурсов. М.: Аспект Пресс, 2001. с.78-100.

15. Малинин Н.К. Теоретические основы гидроэнергетики. М.: Энергоатомиздат, 1985 г.

16. Дьяков А.Ф. Нетрадиционная энергетика в России: проблемы и перспективы. - Энергетик, 2002 г., №8 (с.4).

17. Дьяков А.Ф. Некоторые аспекты обеспечения энергетической безопасности страны и развития малой энергетики. - Энергетик, 2003 г., №4 (с.4-6).

18. Большая советская энциклопедия. Главный редактор А.М. Прохоров, 3-е издание, т.6. М.: Советская энциклопедия, 1971 г., с.500.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Тепловодоснабжающая скважина, содержащая источник воды, зону стока и тепловодопотребитель, отличающаяся тем, что в горной местности со склоном горы тепловодоснабжающая скважина пробурена направленной или наклонной и таким образом, что ее забоем пересечен склон горы и он сопряжен с дневной поверхностью, при этом тепловодоснабжающая скважина служит водоводом, за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или подземная водоносная зона или зоны, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, а за зону стока принято пересечение скважины со склоном горы - дневной поверхностью либо пересечение скважины с нижерасположенной штольней, при этом в скважине установлен вихревой теплогенератор дискового типа под ее динамический уровень, напор воды достаточен для выработки тепловой энергии, а тепловодопотребитель подключен в зоне стока скважины через ее обвязку.

Версия для печати
Дата публикации 29.01.2007гг


вверх