Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научно-технических решений, направленных на создание эффективных энергоисточников на основе использования глубинной тепловой энергии недр

Номер контракта: 14.577.21.0192

Руководитель: Волков Александр Викторович

Должность руководителя: ведущий научный сотрудник

Докладчик: Григорьев Сергей Владимирович, старший научный сотрудник

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
петротермальная энергия, захолаживание пород недр, геотермальная энергия, возобновляемые источники энергии, теплота, автономные потребители, грунтовая циркуляционная система, геотермический градиент, стабильность геотермальной системы, теплонасосная установка

Цель проекта:
Задача выполнения ПНИЭР: Повышение энергетической безопасности автономных потребителей тепловой и электрической энергии на основе создания энергоисточников с использованием петротермальной тепловой энергии недр Земли, функционирующих с высокой эффективностью на протяжении 25 лет и более. Цели выполнения ПНИЭР: 1. Повышение продолжительности использования энергоисточника на основе глубинной тепловой энергии недр Земли до 25 лет и более для тепло-, электро- и холодоснабжения автономных потребителей. 2. Оптимизация режимов функционирования односкважинной системы съема глубинной тепловой энергии недр Земли на макете системы для геотермических градиентов от 1 до 6°C/100 м.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Исследование процесса захолаживания околоскважинных пород недр, при извлечении глубинной тепловой энергии недр Земли на экспериментальном стенде, в том числе:
а) определение интенсивности изменения температуры массива различных пород недр около наружной поверхности односкважинной системы съема глубинной тепловой энергии недр Земли;
б) определение интенсивности изменения температуры массива различных пород недр в различных частях зоны температурного влияния скважины;
в) определение радиуса температурного влияния односкважинной системы съема тепловой энергии недр в различных породах Земли;
г) определение влияния скорости движения теплоносителя на процесс захолаживания пород недр Земли;
д) определение влияния начальной температуры теплоносителя на интенсивность захолаживания различных типов пород недр Земли.
2. Впервые будут исследованы на масштабном макете односкважинной системы съема и извлечения тепловой энергии недр режимы работы системы с учетом данных, полученных при исследовании захолаживания околоскважинных пород недр, что позволит повысить эффективность функционирования односкважинной системы съема.
3. Математическая модель односкважинной системы съема и транспортировки глубинной теплоты Земли на поверхность и программа для ЭВМ на основе полученных результатов экспериментальных исследований с учетом реального процесса снижения температурного потенциала пород недр позволит выполнять корректные расчеты при проектировании источников тепло- и электроснабжения на основе использования петротермальной энергии, а следовательно и создавать такого рода источники энергии функционирующие на протяжении 25 лет и более.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Экспериментальный стенд по моделированию процесса захолаживания околоскважинных пород недр Земли будет обеспечивать:
- определение интенсивности изменения температуры массива различных пород недр около наружной поверхности односкважинной системы съема глубинной тепловой энергии недр Земли;
- определение интенсивности изменения температуры массива различных пород недр в различных частях зоны температурного влияния скважины;
- определение радиуса температурного влияния односкважинной системы съема тепловой энергии недр в различных породах Земли;
- оценку влияния скорости движения теплоносителя на процесс захолаживания пород Земли;
- определение влияния начальной температуры теплоносителя на интенсивность захолаживания различных типов пород.
Макет односкважинной системы съема глубинной тепловой энергии недр Земли будет обеспечивать:
- возможность исследования влияния неравномерности геотермического градиента по длине односкважинной системы съема на ее эффективность;
- определение влияния переменного и постоянного диаметров кольцевого зазора на эффективность односкважинной системы.
Математическая модель работы односкважинной системы съема и транспортировки глубинной тепловой энергии недр Земли на поверхность с учетом реального процесса снижения температурного потенциала пород недр на основе полученных результатов экспериментальных исследований, позволит моделировать работу системы съема во всем диапазоне характерных геотермических градиентов для территории России.
Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации односкважинной системы съема глубинной тепловой энергии недр Земли с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики будут учитывать особенности автономных потребителей России, должна быть предусмотрена возможность создания односкважинной системы съема и транспортировки глубинной тепловой энергии недр на основе существующих скважин.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Программа для ЭВМ, которая будет создана на основе разработанной математической модели односкважинной системы съема и транспортировки глубинной тепловой энергии Земли на поверхность с учетом реального процесса захолаживания, позволит проводить максимально приближенное к действительности моделирование и расчет основных параметров односкважинной системы, что будет востребовано проектными организациями для выполнения корректных расчетов при проектировании источников тепло- и электроснабжения на основе использования глубинной теплоты недр Земли, а так же эксплуатирующими и энергоснабжающими компаниями при проведении технико-экономической оценки и определении инвестиционной привлекательности перспектив использования такого рода энергоисточников.
Разработанные на основе результатов проведенных экспериментальных исследований принципиальные тепловые схемы энергоисточников, обеспечивающих комбинированное тепло-, электро- и холодоснабжение потребителей в течение 25 лет и более станут основой для создания надежных, экологически безопасных и экономически выгодных источников энергоснабжения удаленных и обособленных потребителей всех типов.

Текущие результаты проекта:
1. Проведенный аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы и других материалов, затрагивающих проблему эффективного длительного извлечения и использования тепловой энергии недр Земли выявил необходимость исследования процесса захолаживания околоскважинных пород недр.
2. Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный стенд по моделированию процесса захолаживания околоскважинных пород недр Земли, позволяющий проводить следующие виды исследований:
а) определение интенсивности изменения температуры массива различных пород недр около наружной поверхности односкважинной системы съема глубинной тепловой энергии недр Земли;
б) определение интенсивности изменения температуры массива различных пород недр в различных частях зоны температурного влияния скважины.
в) определение радиуса температурного влияния односкважинной системы съема тепловой энергии недр в различных породах Земли;
г) определение влияния скорости движения теплоносителя на процесс захолаживания пород недр Земли;
д) определение влияния начальной температуры теплоносителя на интенсивность захолаживания различных типов пород недр Земли.
3. Проведены исследования основных свойств (теплопроводность, теплоемкость и др.) материалов для моделирования различного состава недр Земли.
4. В результате проведенных предварительных расчетных исследований режимов работы односкважинной системы съема и транспортировки глубинной тепловой энергии недр Земли впервые составлены номограммы и расчетные уравнения, позволяющие определять основные термодинамические характеристики односкважинной системы, в том числе оптимальную скорость движения теплоносителя.