CZ20031092A3

CZ20031092A3 - Způsob výměny energie a systém k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ20031092A3
Application number: CZ20031092A
Authority: CZ
Inventors: Hans Hildebrand
Original assignee: Hita Ag
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2004-03-17
Also published as: NO20031749L; JP2004510920A; ZA200302769B; BR0114761B1; US7059131B2; BR0114761A; RU2269728C2; BG107747A; NO20031749D0; RS49844B; HRP20030401B1; US20040035110A1; ATE264486T1; ES2219564T3; CN1469983A; SK4762003A3; IL155280A; SK286380B6; KR20030040545A; PL361795A1

Description

Způsob výměny energie a systém k prováděni tohoto způsobu

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká způsobu podle úvodu 5 patentového nároku 1 a systému k provádění tohoto způsobu podle úvodu patentového nároku 14.

Dosavadní stav techniky

Protože teplota se v zemské kůře zvyšuje se zvětšující se hloubkou, je možné s dostatečně hlubokými vrty o hloubce, například, 2000 m vytvářet horkou páru, prostřednictvím které může být provozována, například, geotermální elektrárna nebo systém dálkového vytápění. Způsob tohoto typu je z ekonomického hlediska velmi zajímavý. V 15 postupu, který je známý jako metoda horké suché horniny (viz například Brockhaus Ecyclopedia, svazek 8, 19. vydání), F.A.

Brockhaus GmbH, Mannheim, 1989, strany 337 až 338), je hlubinné teplo z horkých suchých hornin využito tak, že dva vrty o postačující hloubce jsou vyhloubeny ve vzdálenosti vzájemně od sebe a voda je hnána dolů skrz jeden vrt do uměle rozšířených trhlin a je čerpána opět k povrchu skrz druhý vrt jako přehřátá voda nebo jako páry. Nejsnáze se provozují geotermální elektrárny podle tohoto principu suché páry, přičemž přehřátá pára může být přiváděna přímo k lopatkám 25 turbíny pro pohánění generátorů. Podstatnými nevýhodami metody horké suché horniny jsou potřeba dvou samostatných vrtných děr, umělé rozšiřování trhlin v hlubinné hornině a požadavek na oblast s dostatečně horkou horninou.

Systémy pro získávání zemní energie z menších hloubek, než je tomu u postupu zmiňovaného v úvodu, jsou • · · ♦ podobně známé v mnoha podobách. Takové systémy využívají zemní energii z hloubek 100 až 2000 m a výše tak, že například cirkulační voda proudí ze zpětné průtokové trubky výměníku energie skrz porézní výplň až ke dnu vrtné díry, současně je zahřívána a je přiváděna opět do výměníku energie prostřednictvím čerpadla do přívodní průtokové trubky. Prostřednictvím systémů tohoto typu, ale není možné získávat horkou páru.

Cílem předkládaného vynálezu je navrhnout způsob a 10 systém pro získávání horké páry z hlubinné horniny, u kterých budou odstraněny nevýhody zmiňovaných známých postupů a systémů.

Podstata vynálezu

Uvedených cílů předkládaného vynálezu je dosaženo prostřednictvím:

a) způsobu definovaného v patentovém nároku 1; a

b) systému definovaného v patentovém nároku 14.

Protože zpětná průtoková trubka a oddělovací trubka jsou umístěny společně s v nich vytvořenou přívodní trubkou, v jedné vrtné díře, jsou prováděné vrtné práce omezeny přibližně na polovinu ve srovnání s postupem horké suché horniny. Protože přívodní průtoková oblast a zpětná průtoková oblast jsou vzájemně spolu spojeny ve spodní oblasti vrtné díry prostřednictvím jednoho nebo více průchozích otvorů v oddělovací trubce a nakonec spodní oblast zpětného průtoku obsahuje porézní výplň, je umožněn uzavřený systém, do kterého neproniká v podstatě žádná okolní voda a který pracuje v podstatě se specifickým množstvím vody, neseným v cirkulačním oběhu s tím důsledkem, že znečištění tohoto cirkulačního systému je významně omezeno. Tudíž v podstatě žádná voda nemusí být dodávána do systému a na druhou stranu v podstatě žádná voda není ztracena do okolního prostředí po spuštění systému, s tím důsledkem, že je podstatně sníženo znečištění okolního prostředí. Protože voda rovněž nemusí být dodávána z okolního prostředí, je vyloučeno znečištění nebo zanášení výměníku pro zemní energii. Navíc po spuštění systému probíhá demineralizace cirkulační (oběhové) vody v důsledku opakovaného odpařování, s tím výsledkem, že riziko poškození trubek korozí je podstatně sníženo. Po určité době provozu může být cirkulační voda čištěna takovým způsobem, že další čištění je potřebné stále v delších časových intervalech. To dále značně přispívá ke snižování celkových nákladů a ke spolehlivosti provozu.

Ve spouštěcí fázi může být prospěšné dodávat čerstvou vodu a shromažďovat a demineralizovat ve sběrné nádrži cirkulační vodu, která je obsažena v systému a je

0 vytlačována. Další výhodou je to, že je dosaženo zlepšene tepelné výměny prostřednictvím porézní výplně ve zpětné průtokové oblasti, takže není potřebné vytvářet umělé trhliny v hlubinné hornině. Ještě další výhodou je to, že systém podle předkládaného vynálezu nemusí splňovat jakékoliv 2 5 speciální požadavky, pokud se týká geologického složeni, s tím důsledkem, že zde dále také neexistují žádná speciální omezení, pokud se týká umístění takovéhoto systému.

Výhodná zdokonalení či provedení způsobu podle vynálezu jsou definována v závislých patentových nárocích 2 30 až 13 a výhodná zdokonalení či provedení systému podle vynálezu jsou definována v závislých patentových nárocích 15 až 35 .

Obecně předtím, než je systém uveden do provozu, výměník pro zemní energii obsahuje cirkulační vodu, například proplachovací vodu nebo vodu, která pronikla ze zemního tělesa. Tlak vodního sloupce, převažující v přívodní průtokové trubce nebo v přívodních průtokových trubkách brání odebírání páry z výměníku pro zemní energii, dokud tento tlak vodního sloupce ve spodní oblasti přívodní průtokové trubky nebo přívodních průtokových trubek je vyšší než tlak páry.

Podle nároku 2 alespoň jedno cirkulační (oběhové) čerpadlo může sloužit pro spuštění způsobu, protože dokonce nízké tlakové rozdíly jsou postačující pro uvedení sloupců vody ve zpětném toku a v přívodním toku do pohybu, s tím důsledkem, že cirkulační voda v přívodním toku se postupně zahřívá a nakonec se mění na vytváření páry.

Pro spuštění způsobu nebo systému podle nároků 3 až 9 je vodní sloupec v přívodní průtokové trubce nebo v přívodních průtokových trubkách vytlačován prostřednictvím připojitelného zařízení tlakového média. Vytváření páry, které potom začíná ve spodní oblasti vrtné díry, pohání cirkulační proces, ve kterém cirkulační voda proudí od výměníku energie přes zpětné průtokové vedení a zpětnou průtokovou trubku nebo zpětné průtokové trubky do spodní oblasti vrtné díry, načež pára, která vzniká, prochází přes přívodní průtokovou trubku nebo přívodní průtokové trubky a přívodní průtokové vedení do výměníku energie a zde s uvolněním energie se zpět mění na cirkulační vodu.

• · · ·

Tlakové médium, které má být zavedeno během spouštění, může být zavedeno podle nároku 4 v horní oblasti přívodní průtokové trubky nebo podle nároku 5 v horní oblasti zpětné průtokové trubky. Je výhodné podle nároku 6, když je zaváděné tlakové médium předehřáto, aby se tak urychlilo spouštění systému. Podle nároku 7 může být použitým tlakovým médiem stlačený vzduch. Podle nároku 8 je rovněž výhodné použít jako tlakového média páru, která je výhodně získána ponořením ponorného ohřívače do přívodní průtokové trubky. Podle nároku 9 je obzvláště výhodné použít jako tlakového média vodu.

V principu během spouštění systému může být cirkulační voda, která má být vytlačována z výměníku pro zemní energii, dodávána k zemnímu tělesu prostřednictvím vhodných průchozích otvorů. S tím spojené geologické a ekologické nevýhody mohou být vyloučeny prostřednictvím zdokonalení podle nároku 10. Přesněji tedy může být shromažďována vypouštěná cirkulační voda, čištěna a demineralizována a, pokud je to žádoucí, dále používána.

Dobré podmínky pro způsob podle vynálezu jsou podle nároku 11 dosaženy tehdy, když se práce provádějí s teplotou zpět přitékající cirkulační vody nižší než 100 °C a výhodně v rozmezí od 20 °C do 30 °C. Podle nároku 12 by přívodní teplota páry do výměníku energie měla být alespoň 10 °C, výhodně 350 °C až 370 °C. Další výhodné podmínky jsou definovány v nároku 13.

Podle nároku 15 může systém obsahovat ve zpětném průtokovém vedení a/nebo v přívodním průtokovém vedení cirkulační (oběhové) čerpadlo, které může sloužit zejména pro spouštění systému, ale rovněž pro podporu běžného provozu.

Ve zdokonalení podle nároku 16 je rovněž výhodné spouštět systém prostřednictvím tlakového média. Podle nároku 17 může být systém pro vytváření tlakového média zkonstruován jako tlakové čerpadlo. Zdokonalení podle nároku 18 je obzvláště výhodné, přičemž použitým zařízením tlakového média je ponorný ohřívač, který při ponoření do přívodní průtokové trubky odpařuje cirkulační vodu a tudíž vytváří tlakové médium.

Podle nároku 19 je cirkulační voda, která má být 10 vypuštěna z přívodní průtokové trubky během spouštění způsobu nebo systému, vypouštěna prostřednictvím vhodného prostředku nad zemský povrch. Nároky 20 a 21 popisují takové vhodné vypouštěcí prostředky. Jak již bylo zmiňováno výše, podle nároku 22 je obzvláště výhodným řešením shromažďovat cirkulační vodu, která má být vypuštěna, ve sběrné nádrži, aby byla bez znečišťujících látek, což vede k řešení chránícímu životní prostředí nebo systém. Podle nároku 23 může být shromažďovaná a čištěná cirkulační voda opětovně dodávána do systému.

Zdokonalení podle nároku 24 je obzvláště výhodné pro spouštění systému. Po uzavření uzavíracích ventilů ve zpětném průtokovém a přívodním průtokovém vedení a uzavíracího ventilu mezi první přívodní průtokovou trubkou a zbývajícími přívodními průtokovými trubkami, je prostřednictvím zapojení

5 zařízení tlakového média do první přívodní průtokové trubky cirkulační voda nejprve tlačena dolů v uvedené přívodní průtokové trubce, odpovídající objem vody je vytlačován z potrubního systému skrz zbývající přívodní průtokové trubky přes vypouštěcí ventil. Poté, co je první přívodní průtoková

0 trubka tímto způsobem odvodněna, aplikovaný tlak plynu rovněž způsobuje odvodnění zbývajících přívodních průtokových trubek. Následně je zařízení tlakového média odpojeno a cirkulační proces poháněný energií páry je uveden do pohybu prostřednictvím uzavření vypouštěcího ventilu a otevřením uzavíracích ventilů ve zpětném průtokovém a přívodním průtokovém vedení a uzavíracího ventilu mezi první přívodní průtokovou trubkou a zbývajícími přívodními průtokovými trubkami.

Zdokonalení podle nároku 25 snižuje tepelné ztráty v θ přívodním průtokovém potrubí a může následně zvyšovat účinnost celého systému.

V principu si lze představit, že ve zpětné průtokové oblasti je uspořádána pouze jedna zpětná průtoková trubka.

Podstatně lepší výsledky ale mohou být dosaženy prostřednictvím konstrukce podle nároku 26, protože potom všechny oblasti vrtné díry mohou být pokryty rovnoměrně a mohou být využity pro získávání energie. Výhodné uspořádání množství trubek v přívodním toku a/nebo zpětném toku spočívá v tom, že systém může být provozován s množstvím rychlostí v závislosti na připojování a odpojování jednotlivých trubek.

Další zlepšení účinnosti je dosaženo prostřednictvím zdokonalení podle nároku 27 tím, že je zabráněno výměně tepla mezi cirkulační vodou a zemním tělesem v horní části vrtné díry, kde je zemní teplota nižší než teplota cirkulační vody, zatímco je dosaženo zvýšené výměny tepla ve spodní části vrtné díry, kde zemní teplota je vyšší než teplota cirkulační vody. Navíc je v důsledku toho zabráněno pronikání znečištěné vody z horní zemské vrstvy do vrtné díry.

Zdokonalení systému podle nároku 28 je obzvláště výhodné, protože je dosaženo sníženého odporu pro průtok v důsledku přítomnosti průchozích otvorů ve spodní oblasti oddělovací trubky a protože přívodní průtokové trubky nejsou vytvořeny v uvedené oblasti.

Potřebná hloubka vrtné díry závisí na teplotním profilu v zemské kůře. V oblastech bez zdůrazněných geotermálním anomálií jsou podle nároku 29 vhodné hloubky vrtné díry, například, od 2500 do 12000 m. Možné a θ představitelné jsou ale dokonce i větší hloubky.

Další zlepšení výměny tepla mezi cirkulační vodou a zemním tělesem je dosaženo prostřednictvím tvorby bočních vychylovacích vrtů ve zdokonalení podle nároku 30. Takovými vychylovacími vrty mohou být slepé vrty, ale mnohem výhodnější jsou kontinuální vrty, které opět končí ve vrtné díře. Důsledkem je, že teplo přenášející povrch a následně výkon výměníku pro zemní energii mohou být značně zvětšeny. Pokud takové vychylovací vrty procházejí v podstatě ve směru vrtné díry, jako ve zdokonalení podle nároku 31, je snazší jejich vytváření. V uspořádání radiálním k- vrtné díře, podle zdokonalení definovaného v nároku 32, jsou vychylovací vrty umístěny v zónách s vyšší teplotou a tudíž umožňují dosáhnout vyšší energie páry s menším přenosovým povrchem.

Výměníkem tepla, plněným vytvářenou párou, může být podle nároku 33 přímý spotřebič energie nebo podle nároku 34 rovněž tepelný výměník, který zahřívá další obvod. Posledně uvedené řešení umožňuje zejména mít uzavřený cirkulační proces, ve kterém neprobíhá žádný tlakový pokles a tudíž q žádné vysrážení jakýchkoliv minerálů v cirkulační vodě, s tím důsledkem, že může být předcházeno zanášení. Zdokonalení, ve •4 4 4 4 4

4 4444 kterém je vytvářen elektrický proud, je obzvláště výhodné. Takový systém může být dále vylepšen, když je navíc vytvářeno topné teplo, s tím důsledkem, že teplota zpět proudící cirkulační vody je dále snižována a účinnost systému je dále zvyšována. Výhodně je podle nároku 35 turbína, sloužící pro pohon generátoru proudu, provozována prostřednictvím ORC procesu, to jest organicky řazených cyklů.

V popisu níže jsou podrobněji popsána příkladná provedení předkládaného vynálezu ve spojení s odkazy na připojené výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

Obr.l znázorňuje schematickou ilustraci systému podle vynálezu ve vertikálním řezu;

Obr. 2 znázorňuje schematickou ilustraci potrubního systému u systému podle vynálezu v horizontálním řezu rovinou II-II na obr. 1 a ve zvětšeném měřítku;

2Q Obr.3 znázorňuje schematickou ilustraci potrubního systému u systému podle vynálezu v horizontálním řezu rovinou III-III na obr. 1 a ve zvětšeném měřítku;

Obr.4 znázorňuje schematickou ilustraci modifikovaného systému podle vynálezu ve vertikálním řezu;

Obr. 5 znázorňuje schematickou ilustraci modifikovaného systému vedení pro systém podle obr. 4 ve vertikálním řezu;

• 9 9 9

• · · • 9 · • 9 · ·

9 9 • · ·

Obr. 6 znázorňuje schematickou ilustraci sběrné nádrže pro cirkulační vodu ve vertikálním řezu;

Obr. 7 znázorňuje schematickou ilustraci zařízení tlakového média ve vertikálním řezu;

Obr. 8 znázorňuje schematickou ilustraci systému podle vynálezu s cirkulačními čerpadly ve vertikálním řezu; a

Obr. 9 znázorňuje detail výměníku pro zemní teplo s radiálně procházejícími vychylovacími vrty ve vertikálním řezu.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje systém pro využití zemní energie, například pro zásobování výměníku 2. energie. Výměník 2. energie sestává výhodně z mnohostupňové turbíny 4., která pohání generátor 6. proudu, a ze spotřebiče 8. energie, který je spojen s odvodním potrubím turbíny 4. a který může tvořit, například, vytápěcí tepelnou síť. Výměník 2 energie je spojen, přes přívodní průtokové vedení 10 s regulovatelným uzavíracím ventilem 12 a přes zpětné průtokové vedení 14 s regulovatelným uzavíratelným ventilem 16, s výměníkem 18 pro zemní energii, který obsahuje alespoň dvě tepelně izolované, přívodní průtokové trubky 20 a 20a ve vrtné díře 22 . Přívodní průtokové trubky 20 a 20a jsou obklopeny oddělovací trubkou 2 4, která má k sobě přiléhající, radiálně z vnějšku až ke stěně 26 vrtné díry oblast 28 zpětného toku, ve které jsou uspořádány zpětné průtokové trubky 30. Oblast vrtné díry, která přijímá vratné zpětné trubky 30., je utěsněna v horní oblasti 32 do vzdálenosti T._t o velikosti výhodně 2000 až 2500

9· 9999

9 m pod zemský povrch 34 a je vytvořena s porézní výplní 38, například se štěrkem, ve spodní oblasti až ke snu 36 vrtné díry. Stěny zpětných průtokových trubek 30 mají v oblasti porézní výplně 38 průchozí otvory 40 pro zlepšenou tepelnou výměny, protože voda a/nebo pára, vystupující ze zpětných průtokových trubek 30 do porézní výplně, je dále zahřívána a může proudit zpět do zpětných průtokových trubek 30. Se zpětným průtokovým vedením 14 je spojeno napájecí vedení 41 s uzavíracím ventilem 4 3, aby se tak přidávala voda do cirkulačního procesu podle požadavků, například v případě prosakování nebo odpařování cirkulační vody.

Pro zvýšení účinnosti systému je oblast mezi přívodními průtokovými trubkami 20 nebo 20a a oddělovací trubkou 24 vyplněna izolačním materiálem 42 . Přívodní 15 průtokové trubky 20 a 20a končí ve vzdálenosti T₃ o velikosti výhodně 400 m nad dnem 36 vrtné díry, a oddělovací trubka 2 4 je v oblasti níže pod tím vytvořena s průchozími otvory 44. Přívodní průtokové trubky 20 a 20a jsou vzájemně spolu propojeny v oblasti svých dolních vstupních ústí 46 a 46a.

U zemského povrchu 34 je první přívodní průtoková trubka 20 spojena s přívodním průtokovým vedením 10.· Druhá přívodní průtoková trubka 20a je spojena s přívodním průtokovým vedením 10 přes regulovatelný uzavírací ventil 48.

Připojitelné zařízení 50 tlakového média je zde zkonstruováno 25 jako instalace tlakového čerpadla a sestává z alespoň jednoho tlakového čerpadla 52 a z regulovatelného připojovacího ventilu 21. Tato instalace tlakového čerpadla je spojena s první přívodní průtokovou trubkou 20 a uzavíracím ventilem

12. Tlakové čerpadlo 52 je zkonstruováno jako hydraulické 30 čerpadlo pro výhodně horkou vodu a, pokud je to vhodné, jako ······ · 9 ·· ···

kompresor pro stlačený vzduch. Vypouštěcí vedení 55., mající vypouštěcí ventil 56, je umístěno v oblasti přívodního průtokového vedení 10 mezi druhou přívodní průtokovou trubkou 20a a uzavíracím ventilem 48.

Předtím, než je systém podle obr. 1 uveden do provozu, výměník 18 pro zemní energii obsahuje, obecně, cirkulační vodu. V důsledku zapojení mezi zpětné průtokové trubky 30 a přívodní průtokové trubky 20 a 20a ve spodní oblasti vrtné díry 22 je hladina vody v přívodních průtokových trubkách 20 a 20a v podstatě ve stejné výšce jako hladina vody ve zpětných průtokových trubkách 30 . Sloupec vody, přítomný v přívodních průtokových trubkách 20 a 20a a ve zpětných průtokových trubkách 30, brání vypouštění horké páry. Pro spuštění systému podle obr. 1, je zařízení 50 tlakového média, totiž instalace připojitelného tlakového čerpadla 52., připojena k první přívodní průtokové trubce 20 v důsledku otevření připojovacího ventilu 54 , zatímco uzavírací ventil 48 mezi přívodními průtokovými trubkami 20 a 20a a uzavírací ventily 12 a 16 přívodního průtokového vedení 10 respektive zpětného průtokového vedení 14 jsou uzavřeny.

Stará cirkulační voda je tím vypuštěna z přívodní průtokové trubky 20 skrz druhou průtokovou trubku 20a a přes otevřený vypouštěcí ventil 56. Poté, co proběhlo nahrazení staré cirkulační vody horkou vodou, a po odvodnění přívodních průtokových trubek 20 a 20a prostřednictvím stlačeného vzduchu, začíná vytváření páry ve výměníku 18 pro zemní energii. Zařízení 50 tlakového média, totiž instalace tlakového čerpadla 52., je odděleno od přívodního toku v důsledku uzavření připojovacího ventilu 54 , přičemž uzavírací ventil 48 je otevřený a vypouštěcí ventil 56 je uzavřený.

• 9 ····

Otevřením uzavíracího ventilu 16 ve zpětném průtokovém vedení 14 je stejně tolik cirkulační vody dodáno do výměníku 18 pro zemní energii jako je páry vypuštěno z výměníku 18 pro zemní energii skrz přívodní průtokové vedení 10 po otevření uzavíracího ventilu 12. Cirkulační proces pohánění energií páry je následně uveden do pohybu, teplota, tlak a/nebo množství páry v přívodním průtokovém vedení 10 je výhodně regulováno prostřednictvím regulovatelného uzavíracího ventilu 12 . Pokud je odebráno velké množství páry, teplota páry klesá, přičemž obráceně teplota páry stoupá, když je odebráno malé množství páry.

Pro zlepšení tepelné výměny může být vrtná díra 22 vytvořena v oblasti pod vzdáleností T_lř která může mít velikost například až alespoň 500 m od zemského povrchu, s 15 bočními vychylovacími vrty 58, které, jak je znázorněno, jsou zkonstruovány jako slepé vrty nebo, jak je naznačeno čerchovanou čarou, výhodně jako průchozí vrty 58a. Tyto vrty podobně obsahují trubku 59, pokud je to vhodné s otvory 59a ve stěně, a jsou vytvořeny s porézní výplní 38a. takové vychylovaci vrty 58a mohou začínat v hloubce 500 až 4000 m od zemského povrchu a mohou ústit opět v hloubce 2500 až 12000 m do vrtné díry 20., přičemž slouží pro zvětšení povrchů pro přenos tepla. Pouze jeden takový vychylovací vrt může být přítomen, ale výhodně může být přítomno množství 2 5 vychylovacích vrtu uspořádaných tak, aby byly rozloženy kolem vrtné díry.

Obr. 2 znázorňuje schematickou ilustraci systému podle obr. 1 v horizontálním řezu vedeném rovinou II-II z obr. 1 v hloubce, například, 1000 až 12000 m pod zemským povrchem 34 . Vrtná díra má průměr D o velikosti například 150

•Φ ···· • · · • · ·	• • · •	• ·· •	v ·	···· • •
• •	• •
• · ·	•	•	•	•	• ·
• · ·	··♦	• · ·		• ·	* ·

až 500 mm. Oblast uvnitř oddělovací trubky 24 mezi přívodními průtokovými trubkami 20 a 20a je vyplněna izolačním materiálem 42. V prstencové oblasti 60 vrtné díry 22 mezi oddělovací trubkou 24 a stěnou 26 vrtné díry jsou uspořádány, například, čtyři zpětné průtokové trubky 30 rozmístěné (rovnoměrně) po obvodu. Dutina prstencové oblasti 60 mezi zpětnými průtokovými trubkami 30 je vyplněna porézní výplní 38. Stěna zpětných průtokových trubek 30 je vytvořena s průchozími otvory 40.

Obr. 3 znázorňuje schematickou ilustraci systému podle obr. 1 v horizontálním řezu vedeném rovinou III-III z obr. 1 v hloubce vymezené vzdáleností T₃, například až 400 m nad dnem 36 vrtné díry. Oddělovací trubka 24 je vytvořena s průchozími otvory 44 a je zde bez přívodních průtokových trubek a bez izolačního materiálu, přičemž slouží jako sběrný prostor pro páru.

Spuštění systému, to jest řekněme vytváření páry, začíná při teplotě nad 100 °C. provozní teplota výměníku 2. energie je vyšší než 100 °C a je výhodně 350 °C až 370 °C v přívodním průtokovém vedení 10. V mnohostupňové parní turbíně 4. výměníku 2. energie je pára ochlazována na méně než 100 °C a kondenzuje ve formě cirkulační vody, která je dodávána do spotřebiče 8. energie, jako je například tepelný výměník. V tepelném výměníku je přívodní rok 8a spotřebního obvodu ohřátý na přibližně 90 °C a po předání tepla proudí nyní již jako zpětný tok 8b s teplotou přibližně 20 °C zpět do tepelného výměníku. Výsledkem toho je, že cirkulační voda opouští tepelný výměník či spotřebič 8. energie a následně výměník 2 energie s teplotou kolem 25 °C až 30 °C a je ·· ··*· • · · · • · · • ·· · · · · ·· · · · • · · · * » · · · • · · * · • ·· ·· · · dodávána do zpětných průtokových trubek 30 přes zpětné průtokové vedení 14.

Obr. 4 znázorňuje systém podle obr. 1, ve kterém je ale vytvořena pouze jedna přívodní průtoková trubka 20.

Oblast 28 zpětného toku je spojena s dolním vstupním ústím 4 6 přívodní průtokové trubky 20 ve spodní oblasti vrtné díry 22 přes jeden nebo více průchozích otvorů 44a v oddělovací trubce 24 . Alternativně je celá spodní oblast vrtné díry 22 zkonstruována tak, jak je ilustrováno na obr. 1 a obr. 3. Zpětné průtokové trubky 30 jsou kombinovány do zpětného průtokového vedení 14, které je v oblasti mezi výměníkem 18 pro zemní energii a uzavíracím ventilem 16 výhodně vytvořeno s vypouštěcím ventilem 56a do vypouštěcího vedení 55. Navíc je napájecí vedení 41 s uzavíracím ventilem 43 pro přívod čerstvé vody nebo recirkulační vody spojeno se zpětným průtokovým vedením 14 . Připojitelné zařízení 50a tlakového média, které je opět zkonstruováno jako instalace tlakového čerpadla, sestávající z alespoň jednoho tlakového čerpadla 52a a z připojovacího ventilu 54a, je připojeno k přívodnímu průtokovému vedení 10 v oblasti mezi výměníkem 18 pro zemní energii a uzavíracím ventilem 12.

Pro spuštění systému, znázorněného na obr. 4, je uzavírací ventil 12 přívodního průtokového vedení 10 uzavřený a uzavírací ventil 16 zpětného průtokového vedeni 14 je uzavřený, přičemž zařízení 50a tlakového média, to jest tlakové čerpadlo 52a, je připojeno prostřednictvím otevření připojovacího ventilu 54a. Cirkulační voda v přívodní průtokové trubce 20 je tlačena dolů a je vypouštěna skrz zpětné průtokové trubky 30 přes vypouštěcí ventil 56a nad zemským povrchem 34 . Poté, co proběhlo odvodnění přívodní ·· ···« průtokové trubky 20 a její naplnění horkou vodou, začíná vytváření páry ve výměníku 18 pro zemní energii. Zařízení 50a tlakového média, to jest tlakové čerpadlo 52a, je odděleno od přívodního průtokového vedení 10 prostřednictvím uzavření připojovacího ventilu 54a, přičemž vypouštěcí ventil 56a je uzavřen. Otevřením uzavíracího ventilu 16 ve zpětném průtokovém vedení 14 a uzavíracího ventilu 12 v přívodním průtokovém vedení 10 je cirkulační proces uveden do pohybu prostřednictvím energie páry.

Obr. 5 znázorňuje nadzemní systém vedení u systému podle obr. 4, u kterého ale připojitelné zařízení 50b tlakového média není spojeno s přívodním průtokovým vedením 10, jako je tomu v příkladu podle obr. 1 a obr. 3, ale ke zpětnému průtokovému vedení 14 v oblasti mezi výměníkem 18 pro zemní energii a uzavíracím ventilem 16. Vypouštěcí vedení 55 s vypouštěcím ventilem 56b je spojeno s přívodním průtokovém vedením 10 v oblasti mezi výměníkem 18 pro zemní energii a uzavíracím ventilem 12. V tomto případě pro spuštění systému s uzavíracími ventily 12, 16 v přívodním průtokovém vedení 10 respektive ve zpětném průtokovém vedení 14 uzavřenými, je alespoň jedna zpětná průtoková trubka 30 a přívodní průtoková trubka 20 odvodněna nebo naplněna horkou vodou prostřednictvím zařízení 50b tlakového média, to jest prostřednictvím tlakového čerpadla 52b, s odpovídajícím připojovacím ventilem 54b otevřeným, přičemž vytlačovaná cirkulační voda prochází přes otevřený vypouštěcí ventil 56b a vypouštěcí vedení 55. Jakmile je tato operace dokončena, vypouštěcí ventil 56b a připojovací ventil 54b musí být uzavřeny. Prostřednictvím otevření uzavíracího ventilu 12 přívodního průtokového vedení 10 může být vznikající pára

• · · · • · odváděna do výměníku 2 energie. Cirkulační voda, potřebná pro vytváření páry, je zpřístupněna otevřením uzavíracího ventilu 16 přes zpětné průtokové vedení 14 a zpětné průtokové trubky 30, pokud je to vhodné s dočasně vloženým tlakovým čerpadlem (není znázorněno), a/nebo od zemního tělesa ve spodní oblasti vrtné díry a/nebo přes napájecí vedení 41 připojené ke zpětnému průtokovému vedení 14 přes uzavírací ventil 43.

V takovýchto systémech cirkulační voda, vytlačovaná z výměníku 18 pro zemní energii přes vypouštěcí ventil 5 6, 56a,

56b a vypouštěcí vedení 55 během spouštění systému, výhodně není vypouštěna do okolního prostředí, ale podle příkladného provedení ilustrovaného na obr. 6, je shromažďována ve sběrné nádrži 62 . Zde může být cirkulační voda 64 čištěna, například zbavována kalu 66, a může být demineralizována a, pokud je to 15 žádoucí, přiváděná znovu do cirkulačního procesu pres napájecí vedení 41 a uzavírací ventil 4 3. Sběrná nádrž 62 může rovněž obecně sloužit pro úpravu, jako je čištění, demineralizace, a tak dále, cirkulační vody, pokud by výsledky měření naznačovaly, že cirkulační voda je příliš

0 težce znečistěná pro cirkulační proces. Znečištěni životního prostředí vypouštěnou, nanejvýš znečištěnou cirkulační vodou je tímto vyloučeno. Vzhledem k tomuto čištění a, pokud je to potřebné, úpravě vypouštěné cirkulační vody, může být do cirkulačního procesu přiváděna optimálně nastavená voda, v 2 5 o důsledků cehoz je systém na jednu stranu sám chráněn před poškozením, zejména před korozí, a na druhou stranu zemské těleso, obklopující výměník 18 pro zemní energii, je chráněno před poškozením způsobeným nečistotami.

Obr. 7 znázorňuje další příkladné provedení zařízení 30

50c tlakového média, které namísto přivádění nebo vytváření

4444

4444 tlakového média, jako je stlačený vzduch nebo tlaková voda, jako u instalací tlakového čerpadla podle příkladných provedení ilustrovaných na obr. 1 až obr. 4, odpařuje cirkulační vodu 64 v přívodní průtokové trubce 2Ob a využívá páru jako tlakové médium pro vytlačování cirkulační vody 64 z přívodní průtokové trubky 20b. Toto zařízení tlakového média obsahuje ponorný ohřívač 68, který je ponořen do cirkulační vody 64 v přívodní průtokové trubce 20b a který je veden a vystředěn v této přívodní průtokové trubce prostřednictvím bočních vodicích prvků 7 0. Ponorný ohřívač 68 je zavěšen na ocelovém lanu 7 2, které je vedeno přes tlakovou pojistku 74 v uzavíracím víku 76 přívodní průtokové trubky 20b ven a přes vychylovací válec 78 je vedeno k navijáku 80. Podobným způsobem je přes tlakovou pojistku vyvedeno ven elektrické napájecí vedení 82 ponorného ohřívače 68 k navijáku 86 přes vychylovací válec 8 4 . Uvedené dva navijáky 80 a 86 jsou poháněny v opačných směrech prostřednictvím společného hnacího motoru 88 a společného převodu 90. Ponorný ohřívač 68 může sledovat hladinu vody cirkulační vody prostřednictvím navijáků 8 0, 86 podle postupného odpařování a postupného posouvání cirkulační vody, dokud nezačne vytváření páry ve výměníku pro zemní energii a není uveden do pohybu cirkulační proces. Ponorný ohřívač 68 může být potom uveden zpět do počáteční polohy, prostřednictvím navijáků 80., 8 6.

5

Obr. 8 znázorňuje nadzemní systém vedeni pro systém podle obr. 5, ve kterém ale namísto připojitelného zařízení

50b tlakového média podle obr. 5 je uspořádáno cirkulační čerpadlo 92 ve zpětném průtokovém vedení 14 a, pokud je potřeba, také cirkulační čerpadlo 94 v přívodním průtokovém 30 vedení 10 . Vypouštěcí vedení 55 s vypouštěcím ventilem 56b je

V « v V W V zejmena za ke zpětnému opět připojeno k přívodnímu průtokovému vedení 10 cirkulačním čerpadlem 94 . Navíc je opět připojeno průtokovému vedení 14 připojeno napájecí vedení 41 s uzavíracím ventilem 4 3. Výměník 2a energie je uzavřeným 5 systémem, který spojuje systém s druhým obvodem 96 s přívodním tokem 96 a se zpětným tokem 96b. který vede k jednomu nebo k více spotřebičům energie, jako jsou turbíny (například pro generátory proudu), vytápěcí uspořádání a podobně. V tomto případě mohou být vypuštěny uzavírací 10 ventily 12., 16 v přívodním průtokovém vedení respektive ve zpětném průtokovém vedení 14 . Pro spuštění systému jsou spuštěna cirkulační čerpadla a cirkulační voda je cirkulována systémem, dokud se nezahřeje takovým způsobem, že během vypouštění části množství cirkulační vody přes vypouštěcí 15 vedení 55 a během tlakového poklesu s tím spojeného vznikne pára v obvodu a obvod začne pracovat automaticky, takže cirkulační čerpadla 92, 94 mohou být vypnuta.

Obr. 9 znázorňuje nejspodnější oblast vrtné díry 22, podobně jako příklad na obr. 1, kde ale boční vychylovací 58b neprocházejí ve směru vrtne díry 22., ale v podstatě radiálně vzhledem k ní. Vychylovací vrty 58b vystupují radiálně od vrtné díry 22 nad dnem 36 vrtné díry, tvoří smyčku 98 a opět vstupují do vrtné díry 22 v blízkosti dna 36 vrtné díry.

Vychylovací vrt 58b je opět vyložen trubkou 59 mající otvory 2 5

59a a je vytvořen s porézní výplní 38a. Prostřednictvím tohoto uspořádání je dosaženo velkého povrchu pro výměnu tepla v zemské hloubce, kde je vysoká teplota.

Claims

1. Způsob výměny energie mezi zemskými tělesy a výměníkem (2, 2a) energie, zejména pro výrobu proudu, přičemž výměník (2, 2a) energie je spojen v cirkulačním procesu přes přívodní 5 průtokové vedení (10) pro páru a zpětné průtokové vedení (14) pro vodu s výměníkem (18) pro zemní energii, který zasahuje do páru vytvářející hloubky zemského tělesa, vyznačující se tím, že pro přívodní tok a pro zpětný tok v zemském tělese se použije společné vrtné díry (22), ve které se alespoň jedna tepelně izolovaná, přívodní průtoková trubka (20, 20a, 20b) obklopí oddělovací trubkou (24), ke které radiálně z vnějšku přiléhá oblast (28) zpětného toku pro cirkulační vodu, která obsahuje alespoň jednu zpětnou průtokovou trubku (30), spojenou se zpětným průtokovým vedením (14), a alespoň ve spodní oblasti porézní výplň (38) a která je spojena s dolním vstupním ústím (46, 46a) přívodní průtokové trubky (20, 20a, 20b) alespoň u dna vrtné díry (22) přes jeden nebo více průchozích otvorů (44, 44a) v oddělovací trubce (24).

2 0 tlakového media je zkonstruováno jako ponorný ohřívač (68) spustitelný do přívodní průtokové trubky.

2 5 spusteni cirkulačního procesu se prostřednictvím tlakového média vytlačuje vodní sloupec umístěný v přívodní průtokové trubce (20, 20a, 20b), dokud není získána pára a není přítomna s předem stanovenými jmenovitými hodnotami ve výměníku (2, 2a) energie.

• · · ·

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že tlakové médium se zavádí v horní oblasti přívodní průtokové trubky (20, 20b).

5. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že tlakové médium se zavádí v horní oblasti zpětné průtokové trubky (30) .

6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se použije předehřátého tlakového média.

7. Způsob podle jednoho z nároků 3 až 6, vyznačující se tím, že použitým tlakovým médiem je stlačený vzduch.

8. Způsob podle jednoho z nároků 3 až 6, vyznačující se tím, že použitým tlakovým médiem je pára, která se vytváří výhodně prostřednictvím kontinuálního odpařování vodního sloupce v přívodní průtokové trubce (20b) prostřednictvím ponorného ohřívače (68).

9.

Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že použitým tlakovým médiem je tlaková voda.

10. Způsob podle jednoho z nároků 3 až 6, vyznačující se tím, že cirkulační voda (64), která vystupuje z přívodní průtokové trubky (20, 20a, 20b) z cirkulačního procesu během spuštění cirkulačního procesu se shromažďuje ve sběrné nádrži (62) a výhodné se upravuje a používá se pro doplňovaní cirkulačního procesu podle požadavků.

11. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že do zpětné průtokové trubky (30) se přivádí cirkulační voda mající teplotu nižší než 100 °C, výhodně v rozmezí od 20 °C do 30 °C.

12. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že do výměníku (2, 2a) se přivádí pára s teplotou alespoň 100 °C, výhodně v rozmezí od 350 °C do 370 °C.

13. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, ze tlak páry, která se vyvíjí, se kompenzuje tím, ze sloupec vody, umístěný na párou v oblasti (28) zpětného toku se tlačí dolů, aby se zvýšila teplota a tlak, takže v oblasti přívodního toku, tvořené přívodními průtokovými trubkami (20, 20a, 20b) a oddělovací trubkou (24), například v hloubce 7500 až 12000 m, se vytvoří pára s tlakem, například, 50 až 60 bar, která proudí přes výhodě tepelně izolovanou oblast přívodního toku, tvořenou přívodními průtokovými trubkami (20, 20a, 20b) a oddělovací trubkou (24), k výměníku (2, 2a) energie.

14. Systém k provádění způsobu podle jednoho z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že výměník (2, 2a) energie je spojen přes přívodní průtokové vedení (10) a zpětné průtokové vedení (14) pro cirkulační vodu s výměníkem (18) pro zemní energii,

15. Systém podle nároku 14, vyznačující se tím, že ve zpětném průtokovém vedení (14) a/nebo v přívodním průtokovém vedení (10) je uspořádáno cirkulační čerpadlo (92, 94).

16. Systém podle nároku 14, vyznačující se tím, že přívodní 5 průtokové vedení (10) a zpětné průtokové vedení (14) jsou vytvořena v každém případě s regulovatelným uzavíracím ventilem (12, 16) a buď s přívodním průtokovým vedením (10) mezi uzavíratelným ventilem (12) a výměníkem (18) pro zemní energii nebo se zpětným průtokovým vedením (14) mezi uzavíracím ventilem (16) a výměníkem (18) pro zemní energii je spojeno připojitelné zařízení (50a, 50b, 50c) tlakového média pro vytváření tlakového média pro vytlačování cirkulační vody z přívodní průtokové trubky (20, 20a, 20b) a následně pro spuštění vytváření páry a vedení páry.

17. Systém podle nároku 16, vyznačující se tím, že zařízení tlakového média je zkonstruováno jako tlakové čerpadlo (52a, 52b) .

18. Systém podle nároku 16, vyznačující se tím, že zařízení

19. Systém podle jednoho z nároků 14 až 18, vyznačující se tím, že nad zemským povrchem (34) jsou uspořádány vypouštěcí prostředky pro vypouštění cirkulační vody z přívodní průtokové trubky (20, 20a, 20b).

20. Systém podle nároku 19, vyznačující se tím, že vypouštěcí prostředky mají vypouštěcí ventil (56a) uspořádaný ve zpětném průtokovém vedení (14) mezi výměníkem (18) pro

20 který má alespoň jednu tepelně izolovanou, přívodní průtokovou trubku (20, 20a, 20b) ve vrtné díře (22) přičemž přívodní průtoková trubka (20, 20a, 20b) je obklopena ve vrtné díře (22) oddělovací trubkou (24), ke které přiléhá radiálně z vnějšku oblast (28) zpětného toku pro cirkulační

20 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že cirkulační proces a následně vytváření páry se uvedenou do pohybu prostřednictvím alespoň jednoho cirkulačního čerpadla (92, 94) .

21. Systém podle nároku 19, vyznačující se tím, že vypouštěcí prostředky mají vypouštěcí ventil (56b) uspořádaný v přívodním průtokovém vedení (10) mezi výměníkem (18) pro zemní energii a uzavíracím ventilem (12).

22. Systém podle jednoho z nároků 19 až 21, vyznačující se tím, že vypouštěcí prostředky mají sběrnou nádrž (62), která obsahuje výhodně napájecí vedení (41) spojené se zpětným průtokovým vedením (14).

]_q

23. Systém podle jednoho z nároků 14 až 22, vyznačující se tím, že přívodní vedení (41) pro vodu je uspořádáno na zpětném průtokovém vedení (14) přes uzavírací ventil (43).

24. Systém podle jednoho z nároků 14 až 23, vyznačující se tím, že oddělovací trubka (24) mé v sobě uspořádanou alespoň jednu další přívodní průtokovou trubku (20a), která je propojena na straně uvnitř země s první přívodní průtokovou trubkou (20) a která je spojena s první přívodní průtokovou trubkou (20) na zemském povrchu (34) přes uzavírací ventil (48) a má vypouštěcí ventil (56ú pro vypouštění cirkulační vody vytlačitelne pres první přívodní průtokovou trubku (20) a skrz druhou přívodní průtokovou trubku (20a) prostřednictvím zařízení (50) tlakového média.

25 tím, že oblast mezi přívodní průtokovou trubkou (20, 20a,

20b) a oddělovací trubkou (24) je vyplněna izolačním materiálem (42).

25. Systém podle jednoho z nároků 14 až 24, vyznačující se

25 vodu, která obsahuje alespoň jednu zpětnou průtokovou trubku (30), spojenou se zpětným průtokovým vedením (14), a alespoň ve spodní oblasti porézní výplň (38) a která je spojena s dolním vstupním ústím (46, 46a) přívodní průtokové trubky (20, 20a, 20b) alespoň u dna vrtné díry (22) přes jeden nebo

3Q více průchozích otvorů (44, 44a) v oddělovací trubce (24).

26. Systém podle jednoho z nároků 14 až 25, vyznačující se tím, že alespoň dvě, výhodně mnoho, zpětných vratných trubek (30) rozmístěných kolem oddělovací trubky (24) je uspořádáno v prstencové oblasti (60) mezi oddělovací trubkou (24) a stěnou (26) vrtné díry.

27. Systém podle jednoho z nároků 14 až 26, vyznačující se tím, že oblast vrtné díry, přijímající zpětnou průtokovou trubku (30), je zkonstruována pro utěsnění v horní oblasti (32), výhodně od 1000 do 2500 m od zemského povrchu (34), a je vytvořena s porézní výplní (38) ve spodní oblasti až ke dnu (36) vrtné díry, přičemž stěna zpětné průtokové trubky (30) je vytvořena s průchozími otvory (40) v oblasti porézní výplně (38).

28. Systém podle jednoho z nároků 14 až 27, vyznačující se tím, že přívodní průtoková trubka (20, 20a, 20b) končí výhodně 400 m nad dnem (30) vrtné díry a oddělovací trubka (24) je vytvořena s průchozími otvory (44) v této oblasti.

29. Systém podle jednoho z nároků 14 až 28, vyznačující se tím, že vrtná díra (22) má hloubku T od 2500 do 12000 m.

30. Systém podle jednoho z nároků 14 až 29, vyznačující se tím, že vrtná díra (22) má alespoň jeden boční vychylovací vrt (58, 58a, 58b), který výhodně opět ústí do vrtné díry (22) v oblasti průchozích otvorů (44, 44a) oddělovací trubky (24) .

30 zemní energii a uzavíracím ventilem (16).

• · ·· · ·

31. Systém podle nároku 30, vyznačující se tím, že vychylovací vrt (58a) prochází v podstatě ve směru vrtné díry (22) .

32. Systém podle nároku 30, vyznačující se tím, že vychylovací vrt (58b) prochází v podstatě radiálně vzhledem k vrtné díře (22).

33. Systém podle jednoho z nároků 14 až 32, vyznačující se tím, že výměník (2) energie má výhodně mnohostupňovou turbínu (4), která je spojena s generátorem (6) proudu, přičemž za turbínou (4) výhodně následuje další spotřebič (8) energie.

34. Systém podle jednoho z nároků 14 až 32, vyznačující se tím, že výměník (2a) energie spojuje zemní cirkulační proces s druhým cirkulačním procesem v cirkulačním obvodu (96), který výhodně obsahuje mnohostupňovou turbínu s generátorem proudu.

35. Systém podle nároku 33 nebo 34, vyznačující se tím, že turbína (4) je zkonstruována pro provoz podle ORC procesu.