Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0192

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0192
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Название доклада
О проблеме снижения температурного потенциала околоскважинного объема недр при извлечении тепловой энергии
Докладчик
Григорьев Сергей Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель исследования: повышение энергетической безопасности автономных потребителей тепловой и электрической энергии на основе создания энергоисточников с использованием петротермальной тепловой энергии недр Земли, функционирующих с высокой эффективностью в течение 25 лет и более.
Задачей исследования является выявление основных закономерностей изменения температурного поля околоскважинных пород недр Земли при продолжительном извлечении тепловой энергии односкважинным способом съема.
Актуальность и новизна исследования
В последнее время всё больше внимания уделяют нетрадиционным источникам энергии. Одним из наиболее перспективных с точки зрения энергетики направлением является использование тепловой энергии, заключенной в твердых породах недр Земли (петротермальная энергия). В сравнении с паро-гидротермальными ресурсами такая энергия встречается в любой точке планеты независимо от ее географического расположения.
Во всем мире отмечается дефицит корректных экспериментальных данных, полученных при длительных сроках эксплуатации подобных систем. Ставятся вопросы об устойчивости этих систем, об их надежности при длительных сроках эксплуатации.
При извлечении глубинной теплоты недр Земли из рыхлых или твердых пород, происходит нарушение естественного температурного поля недр, что выражается в снижении с течением времени температурного потенциала объема пород в прискважинной зоне.
Без предварительной оценки снижения температурного потенциала в околоскважинном объеме недр не представляется возможным корректно определить количество тепловой энергии, которое возможно извлечь с использованием скважины, что в свою очередь не позволяет определить основные эксплуатационные характеристики системы съема (расход теплоносителя, температуру теплоносителя на выходе из системы съема и др.).
На сегодняшний день отсутствуют достоверные экспериментальные данные по снижению температурного потенциала околоскважинного объема недр. Таким образом, впервые проведенная оценка температурного влияния односкважинной системы на породы недр позволит проектировать и создавать системы извлечения тепловой энергии на основе как новых, так и существующих неиспользуемых скважин.
Описание исследования

Ввиду сложности проведения натурных исследований процесса захолаживания околоскважинных пород недр при использовании протяженной (более 3 км) односкважинной системы съема тепловой энергии Земли создан экспериментальный стенд с соблюдением геометрического, гидравлического и теплового подобия (см. рис. 1), включающий соединенные последовательно и отличающиеся теплопроводностью две модели пород недр Земли, причем каждая выполнена в виде двух цилиндров высотой 2500 мм, измерительный модуль и программное обеспечение экспериментального стенда, осуществляющее управление, синхронизацию и обмен данными с многофункциональными устройствами ввода/вывода аналоговых и цифровых сигналов.

Созданный экспериментальный стенд позволяет проводить следующие исследования:

- 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 изменения во времени радиуса температурного влияния односкважинной системы съема тепловой энергии недр в различных породах Земли;

- определение влияния скорости движения теплоносителя на процесс захолаживания пород недр Земли;

- определение влияния начальной температуры теплоносителя на интенсивность захолаживания различных типов пород недр Земли.

Результаты исследования

На основе проведенных экспериментальных исследований (с использованием созданного экспериментального стенда (см. рис. 1)) выявлено следующее:

- повышение скорости теплоносителя при его движении по односкважинной системе съема с 0,1 до 1,5 м/с раз приводит к повышению скорости распространения температурного фронта от односкважинной системы съема до 2,3 раз;

- неравномерность значения коэффициента теплопроводности недр по высоте односкважинной системы съема приводит к изменению температуры теплоносителя на выходе, так при снижении коэффициента теплопроводности в 2 раза по длине односкважинной системы съема температура теплоносителя снижается до 5 % и более;

- длительность процесса изменения и стабилизации температуры пород у наружной поверхности односкважинной системы съема и извлечения тепловой энергии увеличивается при движении от устья скважины к забою.

Рис. 1 - Внешний вид экспериментального стенда по моделированию процесса захолаживания околоскважинных пород недр Земли

Практическая значимость исследования
На основе полученных результатов исследований будут разработаны научно-технические и технологические решения, которые позволят:
- эффективно использовать существующие выведенные из эксплуатации скважины различного назначения для вырабатывания тепловой и электрической энергии;
- существенно повысить энергетическую и экологическую безопасность удаленных и автономных потребителей, распложенных на территории России;
- разработать математическую модель односкважинной системы съема и транспортировки глубинной теплоты Земли на поверхность с учетом реального процесса снижения температурного потенциала пород недр, что 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 длительного времени;
- разработать технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации односкважинной системы съема глубинной тепловой энергии недр Земли;
- разработать принципиальные тепловые схемы энергоисточников, обеспечивающих комбинированное тепло-, электро- и холодоснабжение потребителей в течение 25 лет и более, которые станут основой для создания надежных, экологически безопасных и экономически выгодных источников энергоснабжения удаленных и обособленных потребителей всех типов.