автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Теплофизика и теплопередача в системах геотермальной энергетики

российская академия наук институт высоких температур

На правах рукописи

алхасов алибек басирович

теплофизика и теплопередача в системах геотермальной энергетики

05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

Энс»ик,,Г|>|ЯР

Москва - 2003

Работа выполнена в Институте Проблем геотермии Дагестанского научного центра Российской академии наук.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, член-корреспондент РАН - Шпильрайн Э.Э. доктор технических наук, профессор - Поваров O.A.

доктор технических наук, профессор - - Виссарионов В.И.

Ведущая организация: ООО «НПЦ Подземгидроминерал» (г. Москва) Защита состоится « »__2003 г. в

часов на заседании

диссертационного совета Д 002.110.03 при Объединенном институте высоких температур РАН по адресу: 125412, г. Москва, Ижорская ул., д. 13/19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Объединенного института высоких температур РАН.

Автореферат разослан « д> <? 2003 г.

Председатель диссертационного совета Д 002.110.03 член-корреспондент РАН

В.М. Батенин

общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Основой современной энергетической политики стал поиск мер, направленных на повышение эффективности использования энергии, энергосбережение, сокращение или ослабление воздействия энергетических объектов на окружающую среду. Такая стратегия характерна для нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Одним из перспективных видов возобновляемой энергии является геотермальная энергия, где накоплен значительный опыт ее практического использования. Несмотря на накопленный опыт доля геотермальной энергии в топливно-энергетическом балансе России незначительна. Установленная мощность ГеоЭС составляет 73 МВТ, а мощность энергоустановок прямого использования тепла - 307 МВт. Скромные масштабы современной геотермальной энергетики явно не соответствуют богатой ресурсной базе.

Для обеспечения заметного вклада геотермальной энергии в топливно-энергетический баланс страны необходимо решить большой комплекс технологических, теплофизических, геомеханических, гидрохимических, гидрогеологических и других проблем, связанных с созданием и эксплуатацией рентабельных геотермальных энергетических систем. Со временем геотермальные энерготехнологические системы и комплексы должны играть существенную роль в развитии народного хозяйства.

Экономика геотермальной энергетики будет зависеть, прежде всего, от снижения стоимости и увеличения темпов проходки геотермальных скважин и от развития способов увеличения их производительности. Необходимо разработать эффективные технологии извлечения из недр геотермальной энергии и рациональные схемы ее использования.

Создание надежных методов гидродинамических, термодинамических и оптимизационных расчетов геотермальных систем является одним из важнейших звеньев в цепи взаимосвязанных проблем освоения тепловой энергии недр.

Целью работы является повышение термодинамической эффективности освоения геотермальной энергии и разработка новых эффективных технологических систем ее добычи, использования, преобразования и методов их расчета.

В соответствии с целевым направлением работы задачами исследования явились:

- анализ современного состояния освоения геотермальной энергии и вы* явление факторов сдерживающих ее дальнейшее развитие;

- разработка способов совместной эксплуатации термальных и слаботермальных вод одной скважиной;

- изучение влияния конструктивных и гидродинамических параметров геотермальной скважины на ее термодинамические характеристики для разработки рекомендаций по оптимизации добычи тепловой энергии; - -

- изучение эффективности использования горизонтальных технологий бурения в геотермальной энергетике и оптимизация конструктивных и эксплуатационных параметров горизонтальных скважин;

- изучение современного состояния использования низкопотенциальной геотермальной энергии и разработка технологических систем ее эффективного освоения;

- разработка технологических систем добычи и использования средне-потенциальной геотермальной энергии и методов их теплового расчета;

- анализ состояния применения термальных вод в сельском хозяйстве и разработка способов и рекомендаций по эффективному совместному использованию термальных и поверхностных вод в орошаемом земледелии;

- термодинамический анализ и выбор оптимальных низкокипящих теплоносителей для двухконтурных ГеоЭС;

- разработка эффективных технологических схем и оптимизация конструктивно-эксплуатационных параметров двухконтурных ГеоЭС;

- разработка эффективных способов использования струйных трансформаторов тепла при комплексной утилизации геотермальной энергии;

- разработка методов комплексной утилизации высокопараметрических термоминеральных ресурсов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- обоснована целесообразность добычи одной скважиной термальных минерализованных и слаботермальных пресных вод, разработаны конструкция совмещенной скважины и технологические схемы систем по совместно-раздельной добыче, предложены методы гидродинамического и теплового расчетов таких систем;

- предложены методы снижения тепловых потерь в стволе эксплуатационной скважины и методика определения ее теплофизических характеристик, разработана конструкция скважины с дополнительной теплоизолированной колонной и проведены исследования по оптимизации ее конструктивных параметров;

- обоснована высокая эффективность строительства горизонтальных скважин при освоении геотермальной энергии и разработана методика определения оптимальных параметров таких скважин;

- разработаны технологические схемы теплонасосных систем теплоснабжения (ТСТ) с низкопотенциальными термальными водами в качестве первичного источника теплоты, проведены исследования по оптимизации обратного термодинамического цикла и увеличению коэффициента преобразования энергии (КПЭ), разработана математическая модель теплопередачи в грунтовом теплообменнике ТСТ и получены соотношения для определения температуры промежуточного теплоносителя и радиуса теплового влияния теплообменника;

- предложены технологические схемы геотермальных циркуляционных систем (ГЦС) для добычи среднепотенциальных термальных вод с внутрисква-жинными теплообменниками и разработаны конструкции таких теплообменников, проведены модельные исследования процессов теплопередачи в теплообменниках и приведены расчетные соотношения для определения температурных напоров со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей по высоте теплообменников;

- разработаны технология совместного использования термальных минерализованных и поверхностных вод для орошения и математическая модель для определения оптимальных параметров (температуры и минерализации) поливных вод, способствующих увеличению урожайности сельскохозяйственных культур;

- предложены технологические схемы двухконтурных ГеоЭС, позволяющие повысить термодинамическую эффективность использования геотермальной энергии и проведены исследования по оптимизации термодинамического цикла, реализуемого во вторичном контуре ГеоЭС, и параметров первичного контура (ГЦС) из которых следует, что существует оптимальная температура испарения рабочего агента, соответствующая максимальной мощности турбины и оптимальный дебит ГЦС, соответствующий максимуму полезной мощности ГеоЭС;

- установлено, что наиболее перспективными являются ГеоЭС на сверхкритических параметрах низкокипящего рабочего агента;

- проведены исследования по изучению теплообмена и структуры двухфазного потока низкокипящего рабочего агента в внутрискважинном теплообменнике двухконтурной ГеоЭС, установлено, что теплообменник эффективен только для нагрева теплоносителя до температуры насыщения;

- разработаны технологические схемы комбинированных геотермально-парогазовой и геотермально-парогенераторной энергоустановок и показана их высокая эффективность при создании сверхкритических циклов;

- разработаны ряд технологических схем комплексной утилизации высокопараметрических термоминеральных ресурсов и показана высокая эффективность использования в технологических схемах струйных трансформаторов тепла (вихревых труб, струйных компрессоров).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Конструктивные параметры и технологические схемы систем по совместно-раздельной добыче, методы их гидродинамического и теплового расчетов.

2. Методы снижения тепловых потерь в стволе эксплуатируемой геотермальной скважины и методика определения ее теплофизических характеристик.

3. Технологические схемы ТСТ с низкопотенциальными термальными водами и грунтовыми теплообменниками в вертикальных скважинах, расчетные соотношения для определения параметров промежуточного теплоносителя и радиуса теплового влияния скважины-теплообменника.

4. Технологические схемы ГЦС с внутрискважинными теплообменниками, конструкции теплообменников и расчетные соотношения для определения их тепловых режимов.

5. Технология совместного использования термальных и поверхностных вод для получения поливных вод оптимальных параметров.

6. Результаты исследований по оптимизации термодинамического цикла, реализуемого во вторичном контуре ГеоЭС и параметров первичного контура, исследования по ГеоЭС на сверхкритических параметрах низкокипящего агента, технологические схемы двухконтурных и комбинированных ГеоЭС.

7. Способы комплексной утилизации геотермальной энергии с использованием пароэжекторных установок для получения холода и вихревых труб для технологической подготовки сопутствующих газов.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные технологические схемы систем добычи, использования и преобразования геотермальной энергии, способы повышения их энергетической эффективности и методы расчета при их практической реализации позволят повысить рентабельность и конкурентоспособность геотермальной отрасли по сравнению с традиционными энергетическими отраслями.

Реализация результатов работы. Разработки по совместно-разделной добыче, ТСТ с низкопотенциальными термальными водами, комплексной утилизации со струйными трансформаторами тепла, двухконтурным и комбинированным ГеоЭС приняты ОАО «Геотермнефтегаз» для внедрения при дальнейшем освоении геотермальной энергии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных итоговых научных сессиях ДНЦ РАН (г.Махачкала), Международном симпозиуме социалистических стран «Геотермические исследования и использование термальных вод в народном хозяйстве» (г.Сухуми, 1985), Всесоюзном научном семинаре «Использование-подземных вод на орошение» (г.Баку, 1986), I Всесоюзной конференции «Проблемы социальной экологии» (г.Львов, 1986), 9 теплофизической конференции СНГ (г. Махачкала, 1992), Международной конференции по сверхкритической экстракции (г. Махачкала, 1995), Международной конференции «Математические модели в геотермомеханике и технологии нефтегазодобычи» (г. Махачкала, 1995), Международном семинаре «Возобновляемые источники энергии: проблемы и перспективы» (г.Махачкала, 1997), Международной конференции «Достижения и современные проблемы развития науки в Дагестане» (г. Махач-

кала, 1999), Научно-практической конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Восточного Кавказа и прилегающей акватории Каспия» ( г. Махачкала, 2001).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 75 работ, из них 5 патентов Российской Федерации на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 218 наименований. Общий объем работы 276 страниц машинописного текста. Работа содержит 58 рисунков и 36 таблиц.

Работа выполнялась в рамках научных тем Института проблем геотермии ДНЦ РАН «Геотермальные ресурсы Восточного Предкавказья и разработка методов их комплексного освоения», «Использование геотермальной энергии для производства электроэнергии и тепла» и «Разработка эффективных технологий использования и преобразования геотермальной энергии».

содержание работы

В первой главе рассматривается современное состояние проблемы изучения и использования геотермальной энергии. Кратко изложен зарубежный и отечественный опыт использования геотермальной энергии, который преимущественно ориентируется на такие отрасли, как энергетика, коммунально-бытовые и промышленные нужды, и сельское хозяйство.

В 2000 г. ГеоЭС работают в 21 стране с суммарной установленной мощностью 7974 МВт, а мощность установок прямого использования геотермального тепла в 56 странах составляет 16210 МВт.

Отмечен большой вклад в развитии геотермальной энергетики Ахмедова Р.Б., Бондарекко С.С., Богуславского Э.Й., Гайдарова Г.М.. Дядькина Ю.Д., Кононова В.И., Курбанова М.К., Лабунцова Д.А., Маврицкого Б.Ф., Магомедо-ва K.M., Парийского Ю.М., Поварова O.A., Поляка Б.Г., Фролова Н.М., Чере-менского Г.А., Шпака A.A., Шпильрайна Э.Э и других исследователей.

Проведен анализ состояния разработки месторождений термальных вод Восточно-Предкавказского артезианского бассецра, из которого следует, что их эксплуатация ведется на достаточно низком уровне. Зачастую после потребителя термальные воды сбрасываются с температурой 50 - 70 °С. Полезно используется примерно одна пятая теплового потенциала термальной воды. Объемы добываемых вод значительно уступают утвержденным ГКЗ запасам. В среднем выведенные ресурсы по Северному Кавказу используются по количеству на 32 %, а по теплоте всего на 19 %.

Низкий уровень эксплуатации месторождений и огромная диспропорция между значительными запасами геотермальной энергии и ничтожной ее ис-

пользуемой частью объясняется некоторыми специфическими факторами, характеризующими эту энергию, а также технологией ее извлечения и использования. Такими факторами являются высокая стоимость строительства скважин, низкие транспортабельные качества геотермальной энергии, сравнительно слабая концентрация геотермальной энергии в горных породах и термальных водах, необходимость обратной закачки отработанных вод и значительные расходы на их подготовку, невозможность аккумулирования тепловой энергии на длительный период, коррозионно-агрессивные свойства, характеризующие термальные воды на больших глубинах и т.д.

Эти и другие факторы выдвигают научно-технические и технологические проблемы геотермальной энергетики, основными из которых являются: снижение капитальных вложений в бурение скважин с одновременным сокращением сроков их проходки и ввода в эксплуатацию; разработка конструкций скважин, позволяющих резко увеличить их дебит и приемистость и уменьшить тепловые потери по стволу скважины; широкое освоение технологии ГЦС; разработка эффективных методов борьбы с коррозией и солеотложениями; разработка экономичных двухконтурных систем геотермального энергоснабжения на основе дешевых коррозионно-стойких теплообменников; разработка и серийный выпуск модульного оборудования для строительства двухконтурных Гео-ЭС и оптимизация режимных и технологических параметров их эксплуатации; разработка эффективных технологий утилизации тепловой и сопутствующих видов энергий; разработка технологий утилизации гидроминеральных ресурсов; разработка эффективных технологий утилизации низкопотенциального геотермального тепла; выявление и подключение энергоемких экономически оправданных потребителей и т.д.

Реализация на практике перечисленных проблем позволит резко повысить отдачу существующего геотермального производства и решить значительные энергетические проблемы народного хозяйства, связанные с замещением традиционных органических топлив и обеспечением промышленности минерально-сырьевыми ресурсами.

Перспективность дальнейшего освоения подземных вод Восточно-Предкавказского артезианского бассейна (ВПАБ) не вызывает сомнения. В качестве крупных самостоятельных единиц в осадочном чехле ВПАБ выделяются три регионально выдержанных структурно-гидрогеотермических этажа, изолированных друг от друга мощными водонепроницаемыми толщами сарматских и майкопских глин: плиоценовый, миоценовый и мезозойский.

Низкопотенциальные воды плиоценового этажа перспективны для отопления, горячего водоснабжения и использования на различные технологические нужды. В этих условиях перед технической термодинамикой стоит сложная задача по эффективной утилизации тепла таких вод.

Освоение среднепотенциальных вод миоценового этажа связано с разработкой передовых технологий двухконтурных систем прямого использования тепла и изучением гидродинамических и тепловых процессов, протекающих в различных элементах систем при эксплуатации.

Наиболее перспективными для освоения являются высокопотенциальные рассольные воды мезозойского этажа с разработкой технологий комплексного извлечения всех видов энергий и минеральных солей, и оптимизацией термодинамических циклов, реализуемых в установках по утилизации.

Вторая глава посвящена совершенствованию способов добычи геотермальной энергии.

Сочетание благоприятных гидрогеотермических условий в регионе, при одновременном наличии проблемы пресных вод и наращивании объемов и темпов использования ресурсов геотермальной энергии, делает правомерным постановку задачи о целесообразности совмещения эксплуатации слаботермальных и термальных вод, с привлечением метода совместно-раздельной добычи. Разработана конструкция скважины для совместно-раздельной добычи таких вод. Скважина бурится с увеличенным диаметром на верхний пласт и обсаживается колонной труб большого диаметра. Далее скважина с меньшим диаметром бурится на нижний термальный пласт и также обсаживается колонной труб. В скважине пресная вода с верхнего пласта поднимается в межтрубном кольцевом пространстве, а термальная с нижнего пласта - по центральной колонне.

Важным фактором, приводящим к принципиальному позитивному изменению условий и характера использования термальных вод в результате совмещения добычи термальных и пресных вод, является передача тепла от минерализованных агрессивных термальных вод пресным "холодным" водам непосредственно в скважине. Устройство скважин по совместно-раздельной добыче избавляет от необходимости установки теплообменников на поверхности. В целях более эффективного использования тепла минерализованной термальной воды разработан ряд технологических схем ГЦС по совместно-раздельной добыче. На рис. 1 приведена принципиальная схема одной из них.

В такой ГЦС термальная вода с нижнего горизонта циркулирует по замкнутому контуру "пласт - добычная скважина - наземный трубопровод -насос - нагнетательная скважина - пласт" , а слаботермальная вода с верхнего пласта поднимается по межтрубному кольцевому пространству как добычной, так и нагнетательной скважин. При этом нагнетательная скважина является противоточным теплообменником типа "труба в трубе", где снимается остаточное тепло с закачиваемой воды. При глубоком бурении на термальные воды, очень часто на небольших глубинах, встречаются несколько горизонтов с пресной водой, изолированных водонепроницаемыми породами. В таком случае

Рис. I. Принципиальная схема ГЦС по совместно-раздельной добыче

оптимальной является геотехнологическая система, добывающая пресную воду из разных горизонтов, исключающая взаимодействие скважин и резкое снижение со временем расходов с верхних пластов. В первой скважине низкопотенциальная вода добывается из одного горизонта, во второй - из расположенного выше или ниже другого горизонта.

Для фонтанирующей скважины по совместно-раздельной добыче получены формулы, позволяющие определить массовые расходы с верхнего и нижнего пластов. Изучен процесс тепломассопереноса в ГЦС по совместно-раздельной добыче и предложены формулы для определения характера изменения температур добываемого и циркулирующего теплоносителей по высоте добычной и добычно-нагнетательной скважин.

Для определения температур Тид и Твд вод, поднимающихся из нижнего и верхнего пластов в добычной скважине, получены соотношения:

ТиЛ

г, - г

Г-—— В а

+ ГН, +Г{а3 +а4)

i J

r2a, - r,a2

r, -r2

Г{а3+а4)-^Л

-rz + T0 +

(1)

—

Я/ -a2

n ~r2

r-L в

a5rlr2 +rl + r2

А + Г/Г2а5Г(а3 +

*SJ

r,a, -r2a2 + r2a,-r,a2^ +a^ + Tg+ г(Я/ + flj + _ Z)_ r,-r2 r,-r2

-а5Г

(2)

к, +k2

где a, = er'z ; a2 =er*2 ; a3 =G,Cpl A = l-eB(H,~H) ; B = x/G,Cp,{R,+R2);

kjk2

G2Cp2 a4=—,—;

a, =

GicPi

к, +к2 к1 + / к, +к2 \ к, >

&2Ср2 С,Ср1 1 ,°2СР2 С>СР<} С2Ср2С1Ср1

П.2

б/, С^, Ср/, Ср2 - дебиты и теплоемкости воды соответственно из нижнего и верхнего пластов; к/ - коэффициент теплопередачи от воды нижнего пласта к воде верхнего пласта; к2 - коэффициент теплопередачи от воды верхнего пласта к горному массиву; Я/, Я- соответственно глубины залегания верхнего и нижнего пластов; То - температура нейтрального слоя; Г - геотермический градиент; Л/ - термическое сопротивление конструктивных элементов скважины; Я2 — термическое сопротивление горных пород.

В добычно-нагнетательной скважине распределение по стволу температуры Т„„ нагнетаемой воды и температуры Теи добываемой из верхнего пласта пресной воды определяются по формулам:

1 ин - ; 7 Г У Я ~ 1Л1)~

а3 -а4 + а7\а,а4 - а2а3)

-Г-

а5~а6

-А2+Т0+Г(Н,-2-А,)

а3 — а4 + а7 (сг ¡а4 — <т2а3)

т (7~а7(т1 X1 ~а7&2\а1 ~а2)/г т л. ГА \

вн --;—т-

а3 -а4 + а7{<т,а4 -и2а3)

(3)

.г^{1-а^,)-а6(1-а7сг2) 2+Тд+г{н1_2 а3-а4+ а7 [а,а4 - а2а3)

а2)

(4)

где а!

п. -е"1н1+а2г.

а, =е

а = °1СР> . А (кз+к4)Р3Ср3-к3С4Ср4 а С3Ср3-Р4Ср4

к^к^ к^

к3 к 3 + к4 + С3СР3 С4Ср4

1

кз

к3-к4

УС3СР3 °4Ср4

2 4к3к4 + 3

С4С2р4

где в4 - дебиты соответственно нагнетаемой воды и добываемой из верхнего пласта воды; к3 - коэффициент теплопередачи от нагнетаемой воды к добываемой воде; к4 - коэффициент теплопередачи от добываемой воды к горному массиву; Т„ - начальная температура нагнетаемой воды.

Далее проведены исследования по оптимизации режима эксплуатации систем по совместно-раздельной добыче.

11

Особенностью термальных скважин является наличие показателей, определяющих промышленную ценность их продукции. Главными из них являются дебит, температура воды и химический состав. На практике не всегда имеет место благоприятное сочетание этих факторов. Наиболее часто полученная вода удовлетворяет промышленно-производственным потребностям по температуре и дебиту, но не удовлетворяет по химическому составу. С увеличением минерализации термальных вод в перспективе и в связи с недостаточной эффективностью существующих методов доведения свойств этих вод до кондиции роль использования низкопотенциальных вод в качестве промежуточных теплоносителей возрастает, и они будут играть в геотермальной энергетике не меньшую роль, чем высокопотенциальные воды. В этих условиях наиболее эффективна технология совместно-раздельной добычи из разных горизонтов.

В качестве главного отчетного показателя геотермального производства в управлениях по добыче глубинного тепла Земли предусмотрен объем добываемой воды, который является одним из важных составляющих критериев использования геотермальной энергии. Однако этот показатель не полностью отвечает основной задаче и назначению новой отрасли - максимально эффективному извлечению и использованию глубинного тепла. В отчетных показателях недостаточно отражен второй главный элемент геотермальной энергии - температура, хотя он и фигурирует в подсчетных кондициях (температура воды в устье скважины). Такое положение приводит к сосредоточению основного внимания производства на увеличении и реализации объемов воды и нередко ведет к снижению эффективности теплоотбора.

Анализ имеющихся фактических данных по добыче, транспортировке и реализации термальных вод в промысловых управлениях показывает, что по температурному показателю работа термальных скважин и в целом геотермального производства находится на низком уровне. Отсутствие температурной составляющей в составе характеристических показателей не стимулирует производство на обеспечение и сохранение высокой температуры добываемых вод.

С целью контроля и повышения термодинамической эффективности теплоотбора предложен дополнительный показатель - коэффициент теплоотбора Кт , представляющий собой отношение температуры воды в устье скважины Ту к пластовой температуре Тт.

Кт=Ту/Тт (5)

Коэффициент Кт характеризует степень совершенства процесса извлечения геотермальной энергии с забоя скважины на поверхность и зависит от ряда факторов. Из уравнения для тепловых потерь в скважине для коэффициента теплоотбора получаем: 1

Тд +ГН1 В

С увеличением расхода и термических сопротивлений коэффициент те-плоотбора Кт возрастает и в пределе стремится к единице и, наоборот, при малых значениях расхода и термических сопротивлений величина Кт будет значительно меньше единицы. Практика эксплуатации геотермальных скважин на малых расходах с низким коэффициентом Кт наносит ущерб основной задаче геотермального производства - извлечению тепловой энергии пластов. Планируемое значение коэффициента Кт должно соответствовать расходу, определяемой величиной эксплуатационных запасов и эффективная эксплуатация в этом случае сводится к тому, чтобы не пускать скважину на режимах ниже этого расхода.

Другим эффективным средством повышения коэффициента теплоотбора Кт являются мероприятия по увеличению коэффициентов термических сопротивлений Л/ и Лг, которые определяются по соотношениям:

(7)

ас/, ,=/ 2Я, й, 2Я„ йс

где а - коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке трубы диаметром

- внутренний диаметр подъемных труб; Я,, Я„ - коэффициенты соответственно теплопроводности кольцевого слоя, заключенного между диаметром и г/, и горных пород; а - коэффициент температуропроводности горных пород; г - время эксплуатации скважины; с!с - диаметр скважины по долоту.

Для существующих геотермальных скважин, которые эксплуатируются с добычей воды по лифтовой колонне из насосно-компрессорных труб, спущенной внутри обсадной колонны, оптимальным решением увеличения Я/ является закачка воздуха между колоннами на максимально возможную глубину. Такая замена воды воздухом приводит к значительному увеличению коэффициента теплоотбора Кт, что будет способствовать повышению эффективности эксплуатации геотермальных скважин при малых расходах.

Исключая возможность снижения теплофизических параметров горных пород геологического разреза, в соответствии с (7) можно говорить об увеличении термического сопротивления только путем удлинения срока непрерывной эксплуатации скважины г и выбора оптимального ее диаметра. Проведенный расчетный анализ свидетельствует о том, что в начальный период Л? характеризуется малыми значениями, но быстро возрастает и затем практически стабилизируется на некотором уровне. Это время стабилизации на практике можно принять равным приблизительно 10 сут. Из этого следует, что периодические остановки скважины приводят к заметному снижению среднего значе-

ния за весь период эксплуатации и в итоге способствуют уменьшению коэффициента теплоотбора Кт.

Наибольшие потери тепла приходятся на верхнюю часть скважины, где температура горных пород значительно отличается от температуры пласта. Этот фактор должен учитываться при проектировании конструкций и строительстве новых геотермальных скважин. Для увеличения объемов добычи и снижения тепловых потерь разработана конструкция скважины с дополнительной теплоизолированной колонной. Такая скважина бурится с увеличенным диаметром на глубину Я/ и обсаживается колонной труб большего диаметра. Далее скважина с меньшим диаметром бурится до подошвы эксплуатируемого пласта и также обсаживается от устья до забоя колонной обсадных труб, которая служит для добычи термальной воды. Межтрубное кольцевое пространство скважины заполнено теплоизоляционным материалом ( гранулированная минеральная вата, керамзит, воздух и т.д.).

На основе известного решения для определения тепловых потерь получена формула для определения температуры в теплоизолированном интервале (0 <^<#/) скважины.

Т2 = Т0 + Г2 + - е-в<("<-^]+ - (8)

где В/ - численное значение комплексного параметра, соответствующее полному термическому сопротивлению верхнего теплоизолированного интервала скважины.

Чем больше диаметр и глубина наружной обсадной колонны, тем меньше потери тепла в стволе скважины. В то же время их увеличение приводит к возрастанию стоимости скважины. Проведены исследования по оптимизации диаметра и глубины наружной обсадной колонны скважины, исходя из минимума удельных приведенных затрат. При неизменной глубине Н отбора термальной воды с увеличением расхода скважины глубина погружения Я/ наружной теплоизолирующей колонны уменьшается, доходя до нескольких десятков метров, что свидетельствует о низкой эффективности таких конструкций при больших расходах. И наоборот, с увеличением глубины Я и постоянном расходе, глубина погружения Я/ наружной колонны увеличивается, достигая при малых расходах почти половины глубины скважины. В периоды года, когда теп-лопотребление на объектах резко снижается, и скважины эксплуатируются на малых дебитах, возрастает роль теплоизоляции.

Таким образом, строительство на геотермальных месторождениях скважин с большими диаметрами лифтовых колонн, со спуском дополнительных колонн еще большего диаметра для теплоизоляции верхних участков скважин, позволит отбирать потребное количество тепла меньшим количеством скважин при высоком сохранении конечной температуры на устье.

Термические сопротивления й/ и играют важную роль в динамике потока, соотношении подъемной силы и гидравлических сопротивлений, а также в формировании структуры и параметров многофазного потока в стволе скважины. Их определение по формулам (7) приводит к неудобствам при расчете и снижению точности величин Л; так как большинство параметров, входящих в формулы не всегда известны с достаточной точностью и помимо этого эти параметры могут изменяться по стволу скважины в зависимости от давления и температуры.

Для определения полного термического сопротивления скважины предложено соотношение:

Параметры, входящие в (9) - пластовая температура Тт , геотермический градиент Г, температура нейтрального слоя То, дебит скважины С, теплоемкость Ср и устьевая температура Ту бывают заранее известны. Предлагаемый метод автоматически учитывает сложный процесс теплообмена в естественных условиях, так как величина устьевой температуры является результатом суммарного воздействия всех факторов, участвующих в тепломассопереносе.

Особенностью геотермальной отрасли является ее низкая конкурентоспособность по сравнению с традиционными энергетическими отраслями. Резкое улучшение технико-экономических показателей геотермального производства можно достичь при получении больших расходов с единичных скважин. Одним из путей интенсификации добычи термальной воды является создание дополнительных каналов в пласте для значительного увеличения поверхности фильтрации и зоны дренирования. Это достигается созданием горизонтального ствола, который расходится на сотни метров по пласту. Такое вскрытие продуктивного пласта позволяет в десятки раз увеличить полезную протяженность ствола в пласте и многократно повысить производительность скважины.

Основными параметрами, влияющими на стоимость горизонтальной скважины, являются ее диаметр и протяженность горизонтального ствола в продуктивном пласте. С увеличением длины горизонтального ствола растет зона дренирования и дебит скважины, чтоприводит к необходимости увеличения диаметра скважины для пропуска такого дебита. Увеличение диаметра в свою очередь приводит к резкому возрастанию капитальных затрат на строительство скважины. В этих условиях возникает задача определения оптимальных значений диаметра скважины и длины горизонтального ствола.

Исходя из минимума удельных затрат получены уравнения, позволяющие определить оптимальные значения диаметра скважины и протяженности

Д, +Л

горизонтального ствола для одиночной скважины и для ГЦС из двух горизонтальных скважин. Увеличение диаметра приводит к возрастанию оптимальной длины горизонтального участка. Уменьшение мощности и проницаемости продуктивного пласта также приводит к увеличению оптимальной длины горизонтального участка. Оптимальные значения диаметров скважин и длин горизонтальных стволов зависят от горно-геологических условий (вертикальная и горизонтальная проницаемости пласта), мощности и глубины залегания пласта, свойств пластового флюида ( вязкости) и т.д.

Установлено, что оптимальные длины горизонтальных стволов в нагнетательных скважинах больше чем в добычных скважинах. Это объясняется тем, что с увеличением горизонтального ствола увеличивается зона дренирования, способствующая уменьшению фильтрационных потерь давления в контуре ГЦС. Уменьшение потерь давления приводит к увеличению полезной мощности энергоустановки и снижению удельных затрат. В зависимости от мощности, проницаемости и глубины залегания пласта оптимальная протяженность горизонтального ствола достигает от 300 до 700 м и более. Как следует из установленных выше фактов, дальнейшее освоение геотермальной энергии требует строительства ГЦС с горизонтальными скважинами, которые приведут к значительному увеличению дебита циркуляционной системы и резкому повышению технико-экономических показателей геотермального производства.

В третьей главе освещены разработки по повышению термодинамической эффективности использования геотермальной энергии.

Огромные ресурсы низкопотенциальных термальных вод Восточно-Предкавказского артезианского бассейна практически не используются на теплоэнергетические нужды. Основной причиной этого является то, что такие воды не обеспечивают технологических параметров теплоснабжения и горячего водоснабжения по температуре. По сравнению с средне- и высокопотенциальными термальными водами, низкопотенциальные воды имеют ряд преимуществ, таких как малые капитальные затраты, связанные с их добычей, низкая минерализация и соответственно отсутствие или сведение до минимума проблем, связанных с солеотложением и коррозией и наличие в регионе огромного количества готовых к эксплуатации скважин. В этих условиях наиболее перспективным направлением освоения низкопотенциальных вод является разработка и внедрение технологий ТСТ. Использование низкопотенциальных вод в качестве первичного источника тепла в теплонасосных установках (ТНУ) позволит устранить основной недостаток таких вод, обусловленный их низким исходным потенциалом, не обеспечивающим температурные параметры систем тепло- и горячего водоснабжения. ТНУ с низкопотенциальными водами позволят поднять температуру верхнего источника до 100 °С при коэффициенте пре-

образования /л, соответствующем энергетической эффективности использования электроэнергии для теплоснабжения.

На основе анализа термодинамических и физических свойств рабочих агентов, применяемых в ТНУ, установлено, что для получения высоких температур конденсации наиболее перспективным является озонобезопасный фреон - Ш42в. При высоких температурах конденсации возрастают необратимые потери от дросселирования. Для их снижения в ТНУ перед конденсатором целесообразно установить охладитель жидкого рабочего агента.

Проведены исследования по определению термодинамических и энергетических параметров циклов ТНУ. Использование термальных вод с температурой 30 - 50 °С в качестве первичного источника тепла позволит достичь температуру испарения Т0 =20 - 40 °С и получить температуру конденсации Тк = 100 °С и более. Включение в ТНУ охладителя наиболее эффективно при высоких температурах конденсации, где увеличение ц при температуре конденсации Тк - 100 °С доходит до 1,57 раза. Диапазону температур испарения рабочего агента от 0 до 40 °С соответствуют температуры конденсации от 80 до 110 °С, при которых еще эффективна эксплуатация ТНУ. Включение в технологическую схему охладителя позволит поднять соответствующие температуры конденсации от 100 до 130 °С. Для улучшения экономических показателей эксплуатации ТНУ необходимо в охладителе добиваться максимального снижения температуры рабочего агента.

Эффективность использования низкопотенциальной воды в ТСТ зависит от ее конечной температуры. Необходимо добиваться максимальной сработки температуры воды. Этого можно достичь как в одной ТНУ, так и в схеме с последовательным каскадным использованием воды в двух и более ТНУ. Достижение низкой конечной температуры термальной воды в одной ТНУ связано с еще более низкой температурой испарения, что приводит к снижению коэффициента преобразования и эффективности работы установки. При необходимости получения высоких температур конденсации экономическая эффективность такой установки становится минимальной. Последовательное направление термальной воды через испарители двух и более ТНУ позволит осуществить процесс испарения рабочего агента на разных температурных уровнях, что приведет к экономии электроэнергии за счет увеличения коэффициента преобразования от высокого значения на первой установке до низкого значения на последней установке. В зависимости от параметров первичного теплоносителя и требований к конечной температуре разработан ряд технологических схем ТСТ.

ТСТ с низкопотенциальными термальными водами позволят: вовлечь в хозяйственный оборот значительные ресурсы низкопотенциальных термальных вод; повысить температуру потребляемого теплоносителя до 100°С при экономически эффективном использовании установок; расширить возможные преде-

лы использования ТНУ в народном хозяйстве за счет увеличения температурного интервала потребляемой воды.

В ТНУ малой мощности можно использовать теплоту грунта земли. Разработана конструкция вертикального грунтового теплообменника, исследованы вопросы взаимного влияния теплового насоса и теплообменника и оптимизированы режимы эксплуатации всей установки. Грунтовым теплообменником является вертикальная скважина внутрь, которой спущена дополнительная колонна меньшего диаметра, теплоизолированная в ее верхней части. Промежуточный теплоноситель (вода) опускается по межтрубному кольцевому пространству теплообменника и отбирает тепло от окружающей горной породы, далее в нагретом состоянии поднимается по внутренней колонне.

Изучен процесс теплопередачи в грунтовом теплообменнике и получена формула для определения характера изменения температуры промежуточного теплоносителя по глубине грунтового теплообменника.

а.

-Т0+^\есс„ (Ш)

где Т - температура промежуточного теплоносителя; 2- вертикальная координата; к - линейный коэффициент теплопередачи от горной породы к промежуточному теплоносителю; Б — массовый расход промежуточного теплоносителя; Ср - теплоемкость промежуточного теплоносителя; Т(> - температура нейтрального слоя; Г - геотермический градиент; Т„ - температура промежуточного теплоносителя на входе в теплообменник.

Циркуляция промежуточного теплоносителя в вертикальном грунтовом теплообменнике влияет на тепловое поле вокруг скважины. Диаметр зоны нарушения термического режима зависит от диаметра скважины, интенсивности и длительности работы фунтового теплообменника, температуры и теплофизи-ческих свойств пород и промежуточного теплоносителя.

С помощью уравнения теплопроводности решена задача определения радиуса Л внутри, которого температура пород вокруг скважины отклонена от естественного распределения. В нашем случае, когда радиус возмущения Л много меньше длины скважины, рассмотрена радиальная задача и получена формула для определения Л.

Л = 2,405-{ат (11)

где а — коэффициент температуропроводности горных пород; т - время эксплуатации фунтового теплообменника.

Анализ расчетных исследований свидетельствуют о том, что с увеличением времени эксплуатации, значения коэффициента теплопередачи снижаются, так как основным в процессе теплопередачи становится термическое сопротивление горных пород. Теплообменник глубиной 100 м, находящийся в экс-

плуатации в течение 0,5 суток практически равнозначен по отбираемому теплу теплообменнику глубиной 200 м, эксплуатируемому в непрерывном режиме в течение всего отопительного сезона (150 суток).

На рис.2 представлены кривые зависимости теплосъема от массового расхода промежуточного теплоносителя. Оптимальным является расход G = 0,5-0,6 кг/с. Дальнейшее увеличение расхода практически не приводит к увеличению теплосъема с горной породы. Извлекаемая из грунтового теплообменника тепловая энергия линейно зависит от глубины теплообменника. При этом удельный съем тепла q с горной породы на 1 погонный метр глубины теплообменника составляет: для теплообменника глубиной 200 м и ее эксплуатации в течение 150 суток q = 33,6 вт/м; при глубине теплообменника 100 м и ее эксплуатации в течение 24 часов q = 60 вт/м.

Разработана технологическая схема ТСТ с двумя грунтовыми теплообменниками в вертикальных скважинах, работающих попеременно в циклическом режиме. Применение таких систем позволят решить проблемы, связанные с приобретением и доставкой энергоносителей в малые населенные пункты.

8 п 7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -

Q, квт

G, кг/с

—I-1' I-1-1-1-1-1-1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Рис.2. Зависимость теплосъема Q грунтового теплообменника от массового расхода G теплоносителя. 1 - #=100 м, г= 24 часа; 2- Н=200 м, т = 150 суток

В настоящее время в системах геотермального теплоснабжения используются главным образом слабоминерализованные термальные воды, не требующие, как правило, дополнительной водоподготовки и разработки специального оборудования. Однако запасы таких вод не велики и в ближайшее время могут оказаться близкими к исчерпанию.

Дальнейшее наращивание темпов освоения среднепотенциальной геотермальной энергии связано с добычей минерализованных термальных вод, составляющих большую часть существующих запасов. При утилизации теплового потенциала таких вод прибегают к двухконтурным системам. Практика эксплуатации геотермальных систем показывает, что применение во вторичном

контуре как кожухотрубных, так и пластинчатых теплообменников связано с большими трудностями, они часто выходят из строя, требуется периодическая их чистка от продуктов коррозии и солеотложений. Это приводит к значительным дополнительным затратам и частой остановке геотермальных скважин.

При строительстве новых геотермальных скважин перспективным является устройство в верхней части скважин внутрискважинных теплообменников типа "труба в трубе", что позволит решить проблемы, связанные с эксплуатацией обычных теплообменников. Внутрискважинные теплообменники проще в исполнении, надежны в эксплуатации, капитальные затраты, связанные с их обустройством, не превышают затрат по изготовлению обычных теплообменников. Для устройства теплообменника скважину на глубину 150-200 м бурят с увеличенным диаметром и обсаживают колонной труб большого диаметра. Далее скважину бурят с меньшим диаметром до подошвы эксплуатируемого пласта. В интервале с увеличенным диаметром спускают промежуточную колонну, не доходящую до подошвы теплообменника. Наружная колонна труб теплообменника одновременно выполняет функцию кондуктора, устанавливаемого для перекрытия неустойчивых верхних пород.

Разработаны технологические схемы и конструкция внутрискважинного теплообменника с теплоизолированной промежуточной колонной.

На рис.3 приведена схема ГЦС с внутрискважинными теплообменниками. Пресная вода проходит через теплообменник в нагнетательной скважине, где происходит ее нагрев до температуры 30-35°С за счет снятия остаточного тепла с закачиваемой термальной воды. Далее вода подводится к теплообменнику в добычной скважине, где происходит ее догрев до температуры 70-75°С.

Рис. 3. Схема ГЦС с внутрискважинными теплообменниками. 1,2- добычная и нагнетательная скважины; 3, 4- внутрискважинные теплообменники; 5 - бак-аккумулятор нагретой воды; 6 - насос контура ГЦС; 7 - сетевой насос;

8-водоносный пласт Для определения оптимальных размеров внутрискважинных теплообменников изучены их тепловые режимы в добычной и нагнетательной скважи-

нах, где процессы теплообмена происходят при двукратном противотоке. Получено аналитическое решение, позволяющее определить значения температур греющего и нагреваемого теплоносителей в различных точках по высоте теплообменников.

Температура термальной Г/ и пресной воды в среднем Т2 и наружном Т3 межтрубном пространстве в добычной скважине определяются по формулам:

ЬГ

(12)

Т, = С,ел'х + С2ех*х + С3е1зХ + Тг„ (х) - -

Т2=С,

1-Ъ.

. P,J

>V

+ С,

1- — . P,J

1--

ел*х +TJx)-

г/ у

Т3 = С,(l-X,W, -x]w2У'х +C2[l-X2W, -x\w2У2Х + + C3(l- x3w, - x23w2 y*x + Тгп (x)+

где Pj =

Gicpi

; p2 =

k,

G2Cp2

; p3 =

G2CP2

; P4 =

. p _ кз

> r5-

G2Cp3

G2Cp3

W2 =

Р,Рз

a = P2+P3-P,-P4-P5-

(13)

(14)

= P_llPlZPL P,P3

b = -P,P3 - P2P4 + P,P4 -P2P5- P3P5 + P,P5; с = P,P3P5; Л,,Л2,Л} - корни следующего характеристического уравнения:

Л3 + аЛ2 + ЬЛ + с = 0 Решение уравнения (15) имеет следующий вид

о в . , л. „ о2 , Jя У ob - I р а

'=1.2,3. р = —- + Ь;д = 2\-\ ~ — + с; у, =2yj- — cos—;

р I ОС 71 у23 =-2.1- — cos — ±— ; cos а = —

(15)

3 3

где

Далее определяем произвольные постоянные С, = D,/D; С2 = D2/D; С3 = D3/D

D = а цаца зз + a3,aj2a23 + a/3a2ia32 - at3a23a3i - ai2a2ia33-аца32а23; Di = b/022033 + b2a32ai3 + b3ai2a23 - Ьз01за22- Ь&^зз- bia32a23; D2 = Ь&цОзз + b3a2iai3 + bia23a3i - b2a3,aI3 - b,a2,a33 - b3ana23 ; D3 = Ьзаца22 + b¡021032 + b2a3lat2 - Ь,аз,а22 - b2ana32 - b&ian ;

а,3=е^- Ь, =Ти -Тгп(Ь) + ^-;

«22

= 7-^; а23=1-^ =

<¡31 =

«л =

' ' 2 р,

Я,ел'1; а32= + Л2(¥2 -

с Р,

Р,

Г:

Л,ел>1:

Г, + А?^2 "-¡гУ^' у

Температуры Т/, Т2 и Т3 в теплообменнике в нагнетательной скважине определяются по формулам:

Т, = С,ел'х + С2е^х + С3еХзХ + Тгп (х)- — -

Т2=С,

-\---ir 1-г'-

' 1

ги

+ С,

ч Р1)

е^'+С:

( I Л

Р,)

е1'3* + Тгп(х)~

с Р,

(16)

(17)

т3 = с,{1+х,\¥, -х^У" +с2{}+х2ш, -4^2 У21 +

+ С3(1 + Х^, -Л2Г2У* + Т,п(X)-(£-»/)Г, (18)

где а = -Р2-Р3+Р,+Р4+Р3; Ъ = -Р,Р3 - Р2Р4 + Р,Р4 -Р2Р5- Р3Р5 + Р,Р5; с = -Р,Р3Р5-

Для вычисления корней Л,,Л2,Лз характеристического уравнения и произвольных постоянных С/ , С; , С3 используются приведенные выше формулы. При этом

Ъ Г

ап = 1; ап = 1; а,3 =1; Ь,=Т,0-Т0+ —; а21 = 1 + Л,Иг1 -Л2^;

с

а22=1 + Л2Ш, -Л22\¥2; а23=1 + Х3\У, -Л231У2; Ъ2=Т30-Т0+ —

с

"31 =

]_

IР, 1

"зз= --Г,+Л3Ф2

Л3еХ}1\ Ь3=1¥,Г-

а32

V /

Л2ел

Г

СР1, СР2, Ср3 - теплоемкости термальной и пресной воды в среднем и наружном межтрубном пространстве теплообменника; й/ , - массовые расходы термальной и пресной воды; к/, к2, к3- коэффициенты теплопередачи от термальной воды к пресной нагреваемой воде, от нагретой пресной к нагреваемой воде

и от нагретой воды к горному массиву; Тп - температура нейтрального слоя; Т„ - температура горной породы; Г - геотермический градиент; I - глубина теплообменника; х - вертикальная координата, которая меняется от 0 до Ь.

На рис. 4 приведены кривые, показывающие характер изменения температур по высоте теплообменников.

О 40 80 120 160 200

Рис. 4. Распределение температур по высоте внутрискважинных теплообменников.

- добычная скважина;------нагнетательная скважина

Температура: I - ъ центральной колонне; 2 и 3 - в среднем и наружном межтрубье

В теплообменниках, по мере подъема нагретой воды, происходит частичный обратный возврат тепла от нее к нагреваемой воде, опускающейся по межтрубному пространству теплообменника. Установлено, что внутрисква-жинные теплообменники глубиной 200 м позволяют производить эффективный нагрев вторичного теплоносителя. Теплоизоляция промежуточных колонн и наружной колонны в добычной скважине приводит к сохранению более высокой конечной температуры.

Следующим направлением освоения геотермальной энергии является выявление крупных потребителей тепла и разработка технологий для ее эффективного использования. Имеются многочисленные исследования, свидетельствующие об однозначной зависимости роста урожайности сельскохозяйственных культур от температуры и минерализации поливной воды.

Разработана технология одновременного получения оптимальных температуры и минерализации поливной воды с использованием поверхностных и термальных вод. Одновременная оптимизация температуры и минерализации поливной воды будет способствовать еще большему увеличению урожайности сельскохозяйственных культур. Эта оценка вытекает из закона совокупности действия факторов жизни растения, согласно которому растение имеет наибольшую продуктивность, когда все факторы находятся в оптимуме. Предварительные оценочные расчеты показывают, что экономический эффект от исполь-

зования термальных вод в орошаемом земледелии намного выше эффекта их теплоэнергетического использования.

Реализация на практике предлагаемой технологии получения оптимальных параметров поливных вод позволит: вовлечь в орошаемое земледелие термальные воды с высокой минерализацией, которые ранее считались непригодными для орошения; сэкономить поверхностную воду, в объеме равном объему привлекаемой термальной воды, что очень важно в районах с ограниченными ресурсами пресных вод; увеличить орошаемые площади за счет использования термальных вод; существенно продлить время эксплуатации термальных скважин и улучшить эффективность использования выведенных геотермальных ресурсов, как по количеству, так и по теплоте; иметь еще одного крупномасштабного потребителя термальных вод.

В четвертой главе приведены исследования по преобразованию геотермальной энергии в электрическую энергию.

Относительная независимость от потребителей, экономичность умеренных мощностей и особая ценность электрической энергии обусловили приоритетное развитие ГеоЭС как генерального направления в освоении геотермальных ресурсов. Во многих странах достигнуты значительные успехи в этой области. Существующие ГеоЭС в основном используют природный пар, добываемый на месторождениях в районах, где наблюдается вулканическая деятельность.

Огромные запасы геотермальных ресурсов с температурой 100 - 200 °С сосредоточены в пластовых водонапорных системах осадочных бассейнов. Характерными особенностями термальных вод этих систем являются высокая минерализация, повышенное газосодержание, склонность к солеотложениям и высокая коррозионная агрессивность к конструкционным материалам. Электроэнергетическое освоение таких ресурсов обусловлено использованием технологии двухконтурных ГеоЭС на низкокипящих рабочих агентах. Применение ГеоЭС такого типа значительно увеличит число регионов, перспективных для развития геотермальной энергетики.

Наиболее важным моментом при строительстве двухконтурной ГеоЭС является выбор рабочего агента во вторичном контуре. Рабочий агент должен обладать благоприятными химическими, физическими и эксплуатационными свойствами при заданных условиях работы. При выборе низкокипящих рабочих тел определяющим является величина удельной выработки электроэнергии на 1 кг/с расхода первичного теплоносителя, поэтому эффективность преобразования теплоты в таких установках зависит, в первую очередь, от термодинамических и теплофизических свойств низкокипящих рабочих тел, характера их изменения при подводе и отводе теплоты.

Выполнен термодинамический анализ пригодности различных низкоки-пящих рабочих тел. В результате оптимизации цикла Ренкина с учетом получения максимальной мощности на 1 кг/с расхода термальной воды и указанных выше дополнительных факторов установлено, что наиболее перспективным из хорошо освоенных рабочих агентов является изобутан.

Выбор технологической схемы двухконтурной ГеоЭС зависит от многих факторов, основными из которых являются гидрогеолого-геотермические условия геотермального месторождения и физико-химические показатели качества, добываемой термальной воды. Экономика ГеоЭС в значительной степени зависит от типа и глубины залегания геотермальных ресурсов, состава и параметров энергоносителя на выходе из скважины, и глубины сработай его температуры, возможности комплексного использования.

В настоящее время существует большое разнообразие технологических схем ГеоЭС. Нами разработаны принципиально новые технологические схемы двухконтурных ГеоЭС. Схема одной из них приведена на рис. 5. В такой установке температуру отработанной термальной воды можно снизить до 40 °С и ниже. Массовый расход низкокипящего рабочего агента, поступающего в первичный внутрискважинный теплообменник 4, значительно больше расхода агента, циркулирующего в контуре паротурбинной установки (ПТУ). Рабочий агент, нагретый до температуры насыщения, на поверхности разделяется на два потока. Первый поток поступает в испаритель 5 и далее в турбину б и конденсатор 8, второй поток направляется в теплообменник 10, куда для нагрева, из конденсатора 8, также поступает охлаждающая вода, которая в последствии направляется к потребителю низкопотенциального тепла. Из теплообменника 10 рабочий агент поступает в детандер, где происходит сработка его потенциальной энергии до давления конденсации в цикле ПТУ. Далее оба потока рабочего агента поступают на всасывающую линию циркуляционного насоса 9 вторичного контура.

Снижение температуры термальной воды приводит к выпадению солей в теплопередающих аппаратах. В этих условиях наиболее слабым звеном в технологической схеме ГеоЭС является первичный теплообменник, служащий для нагрева рабочего агента до температуры насыщения и где температура первичного теплоносителя снижается до минимального значения. Использование внутрискважинного теплообменника позволит избежать солеотложения внутри теплообменника, так как выпадающие соли с потоком закачиваемой воды будут выноситься в призабойную зону нагнетательной скважины.

При создании ГеоЭС главной целью является получение максимальной полезной электрической мощности при оптимальных экономических показателях. Повышение мощности достигается увеличением расхода первичного теп-

доносителя, циркулирующего в контуре ГЦС, и оптимизацией термодинамического цикла вторичного контура.

Рис. 5. Технологическая схема двухконтурной ГеоЭС.

1,2 - добычная и нагнетательная скважины; 3 - насос контура ГЦС; 4 - внутри-скважинный теплообменник; 5 - испаритель; 6 - турбина; 7 - генератор; 8 - конденсатор; 9 - циркуляционный насос вторичного контура; 10 - теплообменник; 11 - детандер; 12 - подвод охлаждающей воды; 13 - отвод нагретой воды к потребителю; 14 - эксплуатируемый термоводоносный пласт

Проведены исследования по оптимизации термодинамического цикла, реализуемого во вторичном контуре ГеоЭС. Энергетические характеристики установки рассчитаны для большого диапазона температур добываемой воды и различных режимов ее работы.

Установлено, что существуют оптимальные параметры работы паросиловой установки, которые зависят от температуры воды, поступающей в первичный контур парогенератора-теплообменника. С увеличением температуры испарения рабочего агента Ts возрастает мощность N3, вырабатываемая турбиной на 1 кг/с расхода вторичного теплоносителя. При этом по мере увеличения Ts уменьшается количество ш испаряемого агента на 1 кг/с расхода термальной воды. В этих условиях, при заданной температуре термальной воды Тт, существует оптимальное значение Ts, соответствующее максимальному N3-

Оптимальная температура испарения рабочего агента 7У""" зависит от температуры термальной воды Тт , температуры конденсации Тк агента и наименьшего температурного напора AT в теплообменнике-испарителе. На основе расчетных данных с помощью встроенной функции ЛИНЕЙН ЭТ Excel полу-

чена зависимость для определения оптимальной температуры испарения изобу-тана, соответствующая максимальной мощности энергоустановки.

ТУ"™ = 2,17-0,35 АТ+0,6Тт +0,35ТК (19)

На рис. 6 представлены графики зависимости удельной мощности от температуры испарения вторичного теплоносителя. Существенное влияние на эффективность энергоустановки оказывает Тк. Снижение Тк до 10... 15 °С в периоды холодного времени года позволит достичь значительного сезонного увеличения мощности ГеоЭС.

50 N3, квт-с/кг

40

30 -20 -

10

50 60 70 80 90 100

Рис.6. Зависимость удельной мощности Ыэ турбины от температуры испарения Ts изобутана при температуре термальной воды Тт = 130 °С.

- Тк= 30 "С, АТ= 10 °С; 2. - 7>= 7 °С, ЛТ= 10 °С; 3. -Тк= 30 °С, ЛТ= 20 °С

Исследованы сверхкритические циклы и показана их высокая эффективность. Для высокотемпературных вод (Т„ = 180 °С и более) наиболее эффективным является сверхкритический изобутановый цикл, приближенный к так называемому «треугольному» циклу с давлением испарения Ри = 5,0 МПа. При сверхкритическом цикле вследствие минимальной разности температур между теплоносителем и рабочим телом происходит максимальная сработка температурного потенциала термальной воды.

Сравнение сверхкритического цикла с докритическим (Ри = 3,4 МПа) показывает, что мощность, вырабатываемая турбиной при сверхкритическом цикле, увеличивается на 30 %, а плотность потока вещества, поступающего на турбину, в 1,7 раза выше, что приведет к улучшению транспортных свойств теплоносителя и уменьшению размеров оборудования (подводящих Трубопроводов и турбины) паротурбинной установки. Кроме того, в сверхкритическом цикле температура отработанной термальной воды Т„ составляет 42 °С, тогда как в докритическом цикле - 55 °С.

Изучены возможности создания сверхкритических циклов и для низкотемпературных вод. В этом отношении наиболее перспективным является хла-дон R13B1 (Тк = 66,9 °С, Рк = 3,946 МПа, рк = 770 кг/м3). Использование термальной воды с температурой 120 °С для сверхкритического цикла (Ри = 5,0

27

МПа) на хладоне Я13В1 также позволяет увеличить мощность турбины до 24 % по сравнению с докритическим циклом с давлением Рв= 3,5 МПа.

При проектировании ГеоЭС необходимо также оптимизировать параметры ГЦС - дебит системы, число скважин и их диаметры, схему размещения скважин и расстояние между ними.

Необходимо отметить, что характерное для тепловой и атомной электроэнергетики быстрое удорожание продукции при уменьшении мощности установок на геотермальные электростанции не распространяется. Начиная с 10...30 МВт, дальнейший рост их мощности не приводит к значительному улучшению экономических показателей, поскольку требует увеличения числа скважин и удлинения наземных трубопроводов.

Для улучшения экономических показателей ГеоЭС необходимо создание ГЦС с высокопроизводительными скважинами увеличенного диаметра.

Рассмотрены варианты строительства ГЦС при изменяющемся числе добычных скважин (от одной до шести) и одной нагнетательной скважине. Если добычных скважин две и более, то нагнетательная скважина большего диаметра размещается в центре кольца, образованного равноудаленными добычными скважинами меньшего диаметра. Увеличение числа этих скважин приводит к росту дебита ГЦС, а нагнетательная скважина, диаметр которой увеличивается по мере роста числа добычных скважин, способствует уменьшению капитальных затрат на бурение.

Задача отыскания оптимальных параметров ГеоЭС сводится к определению минимума удельных капитальных затрат, являющихся функцией вектора Х{р,с1д,с1и), компоненты которого представляют собой массовый расход С и диаметры добычной йд и нагнетательной <1Н скважин. Кроме того, использованы относительные стоимостные показатели, то есть за единицу принимается

лшп»1 гпптт >тлт>^лплл тта/чтча плтплт1птлтт1Л11ПЛ ЛК-ППЧ/ТКТГ Т Г> 1Т1101 /ОТПЛИ* 11ГЛПт/ОТИШ. ниимино папиил^с паи!и ¿^/спагищ^лсл ^1\Ои/1\1ШШ V дишм^^^/.«

онной колонны 0,146 м. Это дает возможность найти оптимальные параметры технологической схемы преобразования геотермальной энергии в электрическую несмотря на рост и неустановившийся характер цен (при условии пропорционального их изменения на все работы и оборудование).

Проведены оптимизационные расчеты для разных геотермальных месторождений Северокавказского региона. Установлено, что оптимальной является технологическая схема ГеоЭС с тремя равноудаленными добычными скважинами от центральной нагнетательной скважины увеличенного диаметра. С увеличением количества скважин в кольцевой батарее диаметр и дебит одиночной добычной скважины уменьшаются. При этом диаметр нагнетательной скважины увеличивается, так как растет суммарный дебит ГЦС. С увеличением дебита ГЦС происходит возрастание полезной мощности ГеоЭС и достигает максимума при некотором оптимальном дебите (рис. 7). Дальнейшее увеличе-

ние дебита приводит к снижению полезной мощности, так как резко возрастают затраты энергии на закачку отработанной термальной воды обратно в пласт.

Одна из возможностей увеличения мощности ГеоЭС - создание дополнительных каналов в пласте для значительного увеличения поверхности фильтрации и зоны дренирования за счет горизонтального вскрытия пласта.

Проведен сравнительный анализ ГеоЭС для трех (1,2,3) технологических схем устройства ГЦС: 1 - одна добычная и одна нагнетательная вертикальные скважины; 2 - три добычные вертикальные скважины и одна, расположенная в центре, нагнетательная вертикальная скважина увеличенного диаметра; 3 - одна добычная и одна нагнетательная горизонтальные скважины. Оптимальным вариантом является строительство ГеоЭС с горизонтальными скважинами, где удельные капитальные затраты являются наименьшими.

30 -1 25 -20 -15 -10 -5 -

Ып, МВт

в, кг/с

—I-1-1-1-1-1

100 200 300 400 500 600 700

Рис.7. Изменение полезной мощности Ы„ ГеоЭС в зависимости от массового расхода О в контуре ГЦС (Кумухское месторождение) 1,2,3,4,5,6- соответственно число добычных скважин в ГЦС

Разработана математическая модель ГЦС для решения оптимизационной задачи и получена система уравнений для определения оптимальных технологических параметров.

3(7

Ап' В

+ —

<1

р )

в2а2+за0

Ап' В

-Г- + —Г

к

р )

■В0А,

В2А2+ЗА0

Ап" | В

<1? а

-В0А,=3

р ) Г 2

яС0Я2р,к

\

ы,"

Ы,аЫО 29

р ) 15А0Ап

С„т{п + 2)

2й.

(20)

(21) (22)

-^-/2-/1»!О ' а „

2сЦ

5Ап

а6.

/2 -/,10а"'-ь

с1пп

' А

2<1

+ ГзВ0

«Л

а/и 70

Л/2

а1п!0

Л+ в0

ы-

. ,, Лрр-р,)

где А0=ЫЭ- --;

А,=1п

тП+1

р,

/; = аЫ 10

В0 =

2лкИр?

А =

пА

8Я.Н

*2Р21

п-1-

' /з .

(24)

В =

8Яр(Н + Я) Л2Р;Рр

Ап

В

р )

л 4

п10а^-Ь + 10а"'-ь)+

/з =

В20А* +ЗА0

Ап'

г

р у

/4=/з-В0АГ, Ь =

Л^э - удельная мощность энергоустановки; Я - глубина скважины; р1 -плотности добываемой и закачиваемой воды; // - динамическая вязкость закачиваемой воды; & - проницаемость пласта; А - мощность пласта; Я;, - коэффициенты гидравлических потерь для нагнетательной и добычной скважин; Я - радиус батареи (расстояние между нагнетательной и добычными скважинами); а, Ь - постоянные коэффициенты; и - число добычных скважин в батарее;

- относительные капиталовложения в наземную систему; б - массовый дебит одной добычной скважины; с/,, с1р - диаметры нагнетательной и добычной скважин.

По полученной системе уравнений можно определить оптимальные значения О, Я, с/,, г//> и и, соответствующие минимуму удельных капитальных затрат.

Проведены расчетные исследования по изучению теплообмена и структуры двухфазного потока в внутрискважинном теплообменнике двухконтурной ГеоЭС. Получены распределения температуры, давления, паросодержания и зависимость границ фазового перехода по высоте теплообменника от начальных условий - давления на входе в теплообменник, температуры термальной воды и размеров теплообменника.

Установлено, что для нагрева и полного испарения рабочего агента необходимо значительно увеличивать глубину теплообменника. В этих условиях наиболее оптимальным является только нагрев вторичного теплоносителя в теплообменнике до температуры насыщения, с дальнейшим испарением его в на-

земном испарителе. Внутрискважинный теплообменник глубиной 200 м позволяет производить эффективный нагрев рабочего агента.

Разработана конструкция внутрискважинного теплообменника, которая монтируется из насосно-компрессорных труб диаметром 33,4 мм. Теплообменник собирается на поверхности из секций длиной 12 м и по мере наращивания спускается внутрь обсадной колонны большого диаметра, которая служит одновременно кожухом для теплообменника и кондуктором для скважины. В зависимости от тепловой мощности могут быть 1, 2, 3 и более ряда труб по кольцу. Строительство трехрядного теплообменника из четырех секций позволит производить нагрев и испарение рабочего агента в энергоустановке мощностью 1,5 МВт.

Разработаны геотермально-парогазовая и геотермально-парогенератор-ная установки для выработки электроэнергии и изучены бинарные циклы таких установок. Преимуществом таких установок является то, что в эксплуатацию по выработке электроэнергии можно вовлечь среднепотенциальные термальные воды. Бинарный цикл геотермально-парогазовой установки состоит из двух частей. В цикле Брайтона тепло выхлопных газов газовой турбины используется для испарения и перегрева низкокипящего рабочего агента в нижнем цикле Ренкина. Термальная вода в цикле Ренкина используется для нагрева рабочего агента то температуры испарения. Показана высокая эффективность таких установок при создании сверхкритических циклов.

Строительство геотермально-парогазовых установок на месторождениях термальных вод позволит: эффективно использовать среднепотенциальные термальные воды для выработки электроэнергии; эксплуатировать геотермальные скважины в течение всего года; осуществлять более глубокую сработку температуры термальной воды; реализовать в контуре ПТУ наиболее эффективные сверхкритические циклы на низкокипящих рабочих агентах.

В пятой главе рассматриваются методы комплексной утилизации высокопараметрических термоминеральных ресурсов.

Высокотермальные редкометальные воды мезозойского комплекса Вос-точно-Предкавказского артезианского бассейна являются комплексным полезным ископаемым многоцелевого использования. Освоение и расширение использования высокопараметрических вод глубокого залегания в народном хозяйстве будет в значительной мере способствовать увеличению гидроминерально-сырьевого и геотермального потенциала страны.

Воды этого комплекса весьма разнообразны по температуре, минерализации, солевому, газовому составу и содержанию ценных микроэлементов. Содержание растворенных газов органического происхождения в таких водах доходит от нескольких до десяти м3/м3 и более. Значительна и сопутствующая потенциальная энергия - избыточное гидростатическое давление на устьях

скважин в некоторых районах достигает десятков и более МПа. На базе утилизации этих вод могут быть развиты как геотермальная тепло- и электроэнергетика, так и ряд подотраслей редкометальной промышленности по добыче микроэлементов, минеральных солей и растворенных газов.

Обоснована необходимость утилизации растворенных газов органического происхождения при добыче термальных вод. Присутствие в термальных водах углеводородных газов существенно повышает их энергетический потенциал, и при газовом факторе около 10 м3/м3 энергетический эквивалент газа, в зависимости от глубины отбора, может достигать потенциала термальных вод. Указаны наиболее перспективные площади для извлечения таких газов.

Разработаны технологические схемы комплексной утилизации геотермальной энергии и растворенных газов с использованием вихревых труб для эффективной осушки газа. Изучен режим работы вихревой трубы и показана высокая эффективность ее использования в технологических схемах по утили- •

зации сопутствующих газов. С использованием газодинамических функций природного газа проведены исследования по определению характеристик вихревой трубы.

На многих эксплуатируемых и разведанных геотермальных месторождениях избыточные гидростатические давления на устьях скважин превышают 5-10 МПа и более. В настоящее время эксплуатация геотермальных месторождений ведется без обратной закачки в пласт, то есть технология ГЦС практически не применяется. В этих условиях возникает необходимость в преобразовании избыточной механической энергии геотермальных скважин в полезную работу с помощью турбодетандерных установок.

На рис.8 приведена технологическая схема комплексной утилизации продукции геотермального месторождения, которая позволит резко повысить эффективность использования выведенных ресурсов.

Привод компрессора теплового насоса осуществляется за счет механической энергии, вырабатываемой в турбодетандере. Из скважины 1 вода поступает на блок основных теплообменников 2, где ее тепловой потенциал передается вторичному теплоносителю. Отработанная вода с высоким избыточным давлением поступает в турбодетандер 3, где срабатывается потенциальная '

энергия. Из сепаратора 4 вода направляется в испаритель 12 теплового насоса, где происходит сработка остаточного низкопотенциального тепла. Отделенный в сепараторе газ попадает в теплообменник 5, в котором происходит его осушка ,

за счет охлаждения холодной водопроводной водой. Далее газ проходит через вихревую трубу б, где разделяется на два потока - холодный и горячий. Холодный поток газа проходит через холодильную камеру 8, а горячий поток направляется в теплообменник 7, где происходит нагрев воды для горячего водоснабжения.

и сопутствующих видов энергий. 1 - скважина; 2, 5, 7 - теплообменники; 3 - турбодетандер; 4 - сепаратор; 6 - вихревая труба; 8 - холодильник; 9 - газгольдер; 10- газораспределительный пункт; 11 - компрессор ТНУ; 12 - испаритель; 13 - конденсатор; 14- дроссельный клапан; 15 - трубопровод

холодного водоснабжения.

Эжекторы, как и вихревые трубы, относятся к струйным трансформаторам тепла и служат для сжатия и перемещения газа, пара и жидкости. Принцип действия эжектора основан на передаче энергии от одной среды, движущейся с большой скоростью (рабочая среда), другой среде (подсасываемая среда). Сжатие и перемещение подсасываемой среды достигается за счет передачи ей кинетической энергии рабочей среды в процессе их смешения.

Разработаны технологические схемы геотермально-пароэжекторных установок и на основе изучения режимов работы показана перспективность их использования при освоении геотермальной энергии. Рассчитаны основные термодинамические характеристики геотермально-пароэжекторной установки для двух низкокипящих рабочих агентов - аммиака и изобутана. Удельная хо-лодопроизводительность установки с аммиаком в 1,4 раза выше, чем при использовании изобутана, что свидетельствует о преимуществах аммиачных па-роэжекторных установок.

Наиболее перспективными являются комбинированные технологические схемы утилизации геотермальной энергии, где высокопотенциальная термальная вода в начале используется для получения электроэнергии на ГеоЭС, и далее вода с более низкой температурой (80 - 60 °С) направляется в пароэжектор-ную холодильную установку для выработки холода.

Необходимо отметить, что значительное число промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных предприятий остро нуждаются в вентиляции и холоде. В этих условиях возрастает роль геотермально-пароэжекторных холодильных установок. Использование в геотермальной отрасли пароэжектор-ных холодильных установок позволит: осуществлять более полную утилизацию теплового потенциала термальных вод с понижением температуры на

зз ...¿.и-,... „¡-л !

I С. Петербург *

« ОЭ ТОО акт '

сбросе до 40 °С и ниже; увеличить среднегодовое время эксплуатации геотермальных скважин путем использования их продукции не только для теплоснабжения, но и для хладоснабжения пищевой промышленности и кондиционирования воздуха в летние месяцы; повысить рентабельность геотермального производства.

На примере Тарумовского месторождения высокопараметрических вод обоснована и показана перспективность комплексного освоения гидротермо-минеральных ресурсов.

При вводе в эксплуатацию только одной скважины, с расходом 70 кг/с, можно получить 6 МВт электрической мощности на ГеоЭС, 0,5 МВТ на гидротурбине, 1 МВт в пароэжекторной холодильной установке и 2 МВт в ТНУ. При этом температура воды снижается от 190 до 60 на ГеоЭС, от 60 до 40 в пароэжекторной холодильной установке и от 40 до 33 °С в ТНУ.

Комплексная утилизация высокопараметрических промышленных вод позволит: эксплуатировать скважины в течение всего года с извлечением химических элементов и растворенных газов, при одновременном получении электроэнергии, тепла, холода и преобразовании избыточной потенциальной энергии в механическую энергию вращения турбины; производить максимальную утилизацию теплового потенциала воды с понижением ее температуры на сбросе до 30 °С; обеспечить потребности промышленности России в ценном редко-метальном сырье; значительно улучшить экономическую структуру региона за счет реализации избыточного редкометального сырья и получения дополнительных видов энергии для внутреннего пользования; превратить регион в демонстрационную зону высокой энергетической эффективности; создать дополнительные рабочие места и улучшить социальные условия жизни населения; резко повысить эффективность и рентабельность .использования гидрогеотермальных ресурсов и значительно сократить сроки окупаемости капитальных вложений.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ формируются основные выводы:

1. На основе критического анализа существующего состояния развития геотермальной энергетики разработаны новые технологические системы эффективного освоения низко-, средне- и высокопотенциальной геотермальной энергии и методы их гидродинамических, термодинамических и оптимизационных расчетов и расчетов их отдельных узлов.

2. Обоснована эффективность совместной добычи пресных низкопотенциальных и термальных минерализованных вод более глубоких горизонтов одной скважиной. Разработаны конструкция совмещенной скважины и ряд технологических схем систем по совместно-раздельной добыче в зависимости от состава вод и условий их залегания. Дана оценка факторов, способствующих улучшению технико-экономических показателей геотермального производства

при устройстве систем по совместно-раздельной добыче. Получены формулы ' для определения расходов вод, поднимающихся с верхнего и нижнего пластов,

' для неустановившегося упругого режима при заданном понижении уровня и

совместной работе пластов и скважины.

Исследованы процессы тепломассопереноса в системах по совместно-1 раздельной добыче и получены формулы для определения характера изменения

температур греющей и нагреваемой вод по высоте добычной и добычно-нагнетательной скважин. На основе исследования гидродинамического и теплового режимов предложены конструктивно-эксплуатационные мероприятия, ' способствующие снижению тепловых потерь в скважинах и улучшению усло-

! вий выноса тепловой энергии на поверхность.

3. На основе анализа эксплуатации термальных скважин и причин, приводящих к потере тепла по стволу, предложен комплекс мероприятий, способ" ствующих оптимизации отбора тепла. Наиболее эффективным методом увеличения выноса тепловой энергии к устью для существующих скважин является закачка воздуха в межтрубное пространство на максимально возможную глубину. Разработана конструкция скважины с дополнительной теплоизолирован! ной колонной и проведены исследования по оптимизации глубины погружения ^ теплоизоляции. Установлено, что с увеличением глубины скважины роль теп' ловой изоляции возрастает, особенно при эксплуатации на малых расходах. По-1 лучено соотношение для определения тепловых потерь в теплоизолированном ' интервале скважины.

^ Предложена методика определения теплофизических характеристик

1 геотермальной скважины, которая обеспечивает точность и простоту расчета.

' Для контроля и характеристики режима работы термальной скважины по выно-

^ су тепловой энергии предложен коэффициент теплоотбора Кт, представляющий

( собой отношение температуры воды на устье к пластовой температуре. Коэф-

' фициенты и формулы, позволяющие их рассчитать, предлагаются также для ха-

' рактеристики эксплуатации скважины в целом, разработки месторождения,

* деятельности управления и отрасли. Планирование таких коэффициентов и

' систематические мероприятия по их повышению позволят улучшить технико-

^ экономические показатели эффективности геотермального производства.

' 4. Обоснована высокая эффективность строительства горизонтальных

скважин при освоении геотермальной энергии и разработана методика опреде-' ления оптимальных параметров таких скважин. Из условия минимума удель-

' ных капитальных затрат получены уравнения, позволяющие определить опти-

^ мальные значения диаметра скважины и протяженности горизонтального ство-

1 ла для одиночной скважины и для ГЦС из двух горизонтальных скважин. Ус-

' тановлено, что оптимальные значения диаметров скважин и длин горизонталь-

ных стволов зависят от мощности и глубины залегания пласта и ее гидрогеотермических параметров.

5. Показана высокая эффективность ТСТ с низкопотенциальными термальными водами в качестве первичного источника теплоты и проведены исследования по оптимизации обратного термодинамического цикла и увеличению коэффициента преобразования теплового насоса. Разработан ряд технологических схем ТСТ, позволяющих наиболее эффективно использовать потенциал первичного источника тепла. Показано, что ТСТ с низкопотенциальными термальными водами позволяет повысить температуру потребляемого теплоносителя до 100 °С при экономически эффективном использовании установок и расширить возможные пределы их использования в народном хозяйстве за счет увеличения температурного интервала потребляемой воды.

Разработана конструкция вертикального грунтового теплообменника, исследованы вопросы взаимного влияния теплового насоса и теплообменника и оптимизированы режимы эксплуатации всей установки. Составлена математическая модель теплопередачи в грунтовом теплообменнике и получены зависимости для определения температуры промежуточного теплоносителя и радиуса теплового влияния теплообменника.

6. Для добычи среднепотенциальных термальных вод разработаны технологические схемы ГЦС с внутрискважинными теплообменниками и конструкции таких теплообменников. Исследованы процессы теплопередачи в теплообменниках в добычной и нагнетательной скважинах и получено аналитическое решение, позволяющее определить значения температур греющего и нагреваемого теплоносителей в различных точках по высоте теплообменников. Предложен комплекс мероприятий по эффективной эксплуатации ГЦС и снижению потерь тепла в теплообменниках.

7. Ка основе известных исследований зависимости урожайности отдельных сельскохозяйственных культур от температуры и минерализации поливной воды рассмотрена оптимизационная задача получения воды с заданными свойствами. Разработана технология совместного использования термальных минерализованных и поверхностных вод для орошения и получения оптимальных параметров (температуры и минерализации) поливных вод, способствующих увеличению урожайности. Из-за несовпадения во времени года потребностей в термальных водах на нужды теплоснабжения и мелиорации применение этих вод в весенне-летне-осенний периоды на орошение позволит существенно увеличить время эксплуатации термальных скважин, что повысит эффективность использования термальных вод.

8. Выполнен термодинамический анализ пригодности различных низко-кипящих рабочих тел для двухконтурных ГеоЭС и установлено, что наиболее перспективным из хорошо освоенных рабочих агентов является изобутан. Раз-

работай ряд технологических схем двухконтурных ГеоЭС, позволяющих максимально эффективно использовать тепловой потенциал термальной воды. Проведены исследования по оптимизации термодинамического цикла, реализуемого во вторичном контуре ГеоЭС и параметров первичного контура. Установлено, что существует оптимальная температура испарения низкокипящего рабочего агента, соответствующая максимуму мощности, вырабатываемой турбиной и оптимальный дебит ГЦС, соответствующий максимуму полезной мощности ГеоЭС. Показана высокая эффективность ГеоЭС на сверхкритических параметрах низкокипящего рабочего агента. На основе составления математической модели получена система уравнений для определения оптимальных параметров ГЦС.

Проведены исследования по изучению теплообмена и структуры двухфазного потока низкокипящего рабочего агента в внутрискважинном теплообменнике двухконтурной ГеоЭС и установлено, что теплообменник типа «труба в трубе» эффективен только для нагрева теплоносителя до температуры испарения. Для осуществления нагрева и испарения рабочего агента разработана конструкция внутрискважинного теплообменника, которая монтируется из на-сосно-компрессорных труб.

9. Разработаны технологические схемы комбинированных геотермально-парогазовой и геотермально-парогенераторной энергоустановок для выработки электроэнергии и изучены бинарные циклы таких установок. Строительство таких установок на месторождениях термальных вод позволит: эффективно использовать среднепотенциальные термальные воды для выработки электроэнергии, эксплуатировать геотермальные скважины в течение всего года и осуществлять более глубокую сработку температуры термальной воды. Показана высокая эффективность комбинированных установок при создании сверхкритических циклов.

10. Обоснована необходимость комплексной утилизации высокопараметрических термоминеральных ресурсов. Разработан ряд технологических схем комплексной утилизации геотермальной и сопутствующих видов энергий ( по извлечению и утилизации растворенных газов органического происхождения, преобразованию избыточной механической энергии, получению холода). Изучены режимы работы струйных трансформаторов тепла и показана их высокая эффективность при использовании в технологических схемах по комплексной утилизации - вихревых труб при осушке газа, эжекторных установок при утилизации низкопотенциального тепла и получении холода.

Результаты работы изложены в 75 публикациях, из которых основными являются следующие:

1. Алхасов А.Б. Температура на устье при совместной эксплуатации двух пластов в одной скважине / Поиски и освоение месторождений термальных вод Дагестана,- Тр. ИПГ Даг.ФАН СССР, вып. 1. Махачкала. 1984. с. 83 - 86.

2. Алхасов А.Б. Термическое сопротивление гидротермальной скважины, как функция устьевой температуры / Геофизические поля и геотермический режим складчатого обрамления Дагестанского клина. .- Тр. ИПГ Даг.ФАН СССР, вып. 3. Махачкала. 1985. с. 156-159.

3. Гайдаров Г.М., Курбанов М.К., Алхасов А.Б. Комплексная разработка артезианского водозабора и геотермального месторождения // Водоснабжение и санитарная техника. 1985. с. 18.

4. Алхасов А.Б. Эффект термолифта при совместной эксплуатации двух пластов в одной скважине /Ресурсы термальных вод Дагестана и оптимизация схем их комплексного освоения.- Тр. ИПГ Даг.ФАН СССР, вып.4. Махачка-ла.1985.с.67-72.

5. Гайдаров Г.М., Алхасов А.Б., Гаджиев Ш.А., Абуев З.Д. Пути совершенствования методики определения эффективности использования геотермальной энергии термоводоносных пластов / Экспресс-информация. М.: ВИЭМС. 1985. № 12. с.1-6.

6. Рамазанов О.М., Алхасов А.Б., Гаджиев Ш.А.,.,Рамазанов А.Ш. О комплексном использовании термальных вод в народном хозяйстве/ Тез. докл. первой всесоюзной конф. «Проблемы социальной экологии». Часть III. Львов, 1986, с. 129-130.

7. Алхасов А.Б. Гидродинамические расчеты при совместной эксплуатации двух пластов в одной скважине / Исследование геотермальных месторождений Прикаспийского региона.-Тр. ИПГ Даг.ФАН СССР, вып.5.Махачкала. 1986. с. 61-65.

8. Алхасов А.Б. Гайдаров Г.М., Гаджиев Ш.А Технологические аспекты снижения температурных потерь при добыче термальных вод / Технология освоения геотермальных ресурсов Восточного Предкавказья..- Тр. ИПГ Даг.ФАН СССР, вып. 8. Махачкала. 1987.С. 82 - 96.

9. Гайдаров Г.М., Алхасов А.Б.,Сулейманов И.Г. Перспективы и критерии использования термальных подземных вод для орошения / Состояние и перспективы использования подземных вод для орошения. М.: Наука. 1988. с. 115 -122.

10.., Алхасов А.Б. Экономическое прогнозирование некоторых тенденций развития геотермального производства / Альтернативы развития природоэкс-плуатирующих отраслей. М.: ВНИИСИ. 1988 № 12. с. 88 - 92.

11. Алхасов А.Б., Гайдаров Г.М., Гаджиев Ш.А. Перспективы и возможности совместной добычи пресных холодных и термальных подземных вод

/Геотермия.Т.2. Научно-технические основы геотермальной энергетики.-Тр. ИПГ Даг.ФАН СССР. Махачкала. 1988. с.65- 73.

12. Алхасов А.Б., Гайдаров Г.М. Оптимизация геометрических параметров теплоизолированной гидротермальной скважины /Геотермия.Т.З. Геофизика, геохимия и проблемы освоения геотермических аномалий. - Тр. ИПГ Даг.ФАН СССР. Махачкала. 1989. с. 146-152.

13. Гайдаров Г.М., Алхасов А.Б.,Гаджиев Ш.А.,Абуев З.Д. Извлечение тепловой энергии термальных вод // Разведка и охрана недр. 1990. № 8. с. 41 - 43.

14. Алхасов А.Б.,Магомедбеков Х.Г. Перспективы строительства ГеоТЭС на базе среднепотенциальных термальных вод / Геотермия. Геотермальная энергетика. Тр. ИПГ ДНЦ РАН. Махачкала. 1994. Ос. 17 - 35.

15. Гайдаров Г.М., Алхасов А.Б. Способ получения оросительной воды оптимальной минерализации / Патент RU 2028764 С1.1995. Бюл. № 5.

16. Алхасов А.Б.,Гайдаров Г.М.,Магомедбеков Х.Г. Паротурбинная установка для геотермальной электростанции / Патент RU 2035588 С1. 1995. Бюл. № 14.

17. Алхасов А.Б., Исрапшов М.И. Использование геотермальной энергии для подогрева подпиточной воды // Водоснабжение и санитарная техника. 1996. № 4. с. 25 -26.

18. Alkhasov A.B., Aliyev R.M., Magomedbekov Kh.G. Procpects of two-contour geothermal power plant construction // Renewable Energy. 1997. vol. 10, № 2/3, pp. 363-366.

19. Алхасов А.Б.,Рамазанов MM, Абасов Г.М. Использование геотермальной энергии в горячем водоснабжении // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. № 3. с. 24 -25.

20. Абдулагатов И.М., Алхасов А.Б. Преобразование геотермальной энергии в электрическую с использованием во вторичном контуре сверхкритического цикла // Теплоэнергетика. 1998. № 4. с. 53 - 56.

21. Alkhasov A.B., Aliyev R.M., Abdulagatov I.M. The using energy for heat and power supply / Proceedings 23 Workshop Geothermal Reservoir Engineering. Stanford. 1998. pp. 423 - 426.

22. Алхасов А.Б. Способ одновременно-раздельной эксплуатации двух термоводоносных пластов / Патент RU 2105251 С1. 1998. Бюл. № 5.

23. Алхасов А.Б. Паротурбинная установка для геотермальной электростанции / Патент RU 2110019 С1. 1998. Бюл. № 12.

24. Алхасов А.Б.,Исрапшов М.И. Теплонасосные системы геотермального теплоснабжения // Вестник ДНЦ РАН. 2000. № 8. с. 51 - 56.

25. Алхасов А.Б.,Раджабов Р.И. Теплообмен при совместной добыче термальных вод из двух горизонтов // Вестник ДНЦ РАН. 2000. № 8. с. 28 - 33.

135 8 4

26Alkhasov A.B., Aliyev R.M., Ramazanov M.M., Abasov G.M. Study of complex heat exchange with account for phase transitions in secondary contour of the geothermal power plant // Renewable Energy. 2000/ vol. 19. pp. 155 - 161.

27. Алхасов А.Б.Джаватов Д.К. Оптимизация технологических параметров геотермальной энергоустановки // Вестник ДГТУ. Технические науки. 2000. №4. с. 269 - 274.

28. Алхасов А.Б.,Раджабов Р.И. Геотермальная циркуляционная система с внутрискважинными теплообменниками // Вестник ДГТУ. Технические науки.

2000. №4. с. 28-32.

29. Алхасов А.Б.,Гайдаров Г.М. Технология освоения геотермальных ресурсов многопластовых гидрогеологических комплексов Восточного Предкавказья / Геология и минерально-сырьевые ресурсы Восточного Кавказа и прилегающей акватории Каспия. Махачкала. 2001. с. 18 - 19.

30. Алхасов А.Б., Чупалаев Ч.М. Экологически чистые, энергосберегающие технологии геотермального теплоснабжения на основе теплового насоса/ Материалы 16 науч. прак. конф. по охране природы Дагестана. Махачкала.

2001. с. 29-30.

31. Алхасов А.Б. Перспективы увеличения мощности двухконтурной Гео-ЭС // Теплоэнергетика. 2001. № 2. с. 11 - 13.

32. Магомедов K.M., Алхасов А.,Вердиев М.Г., Чупалаев Ч.М. Способ утилизации энергии геотермальных вод / Патент RU 2190812 С1.2002. Бюл. № 28.

33. Алхасов А.Б. Термодинамические циклы и оптимизация схем использования геотермальной энергии для электро- и теплоснабжения /Достижения и современные проблемы развития науки в Дагестане - Материалы межд. научн. конф., посвященной 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН. Естественные науки. Махачкала, 2002. с. 329 - 339.

34. Алхасов А.Е.,Раджабоб Р.И. Повышение эффективности использования геотермального тепла // Теплоэнергетика. 2003. № 3. с. 52-54.

Алхасов Алибек Басирович

ТЕПЛОФИЗИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В СИСТЕМАХ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Автореферат

Подписано в печать 10.07.03

Печать офсетная

Тираж 150 экз._

Уч.-изд.л. 2.5 Заказ № 45

Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 2.32 Бесплатно

ОИВТ РАН, 125412, Москва, Ижорская ул., 13/19

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ

И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ.

1.1. Использование геотермальной энергии за рубежом.

1.2. Отечественный опыт использования геотермальной энергии.

1.3. Анализ состояния и перспектив разработки геотермальных месторождений Восточно-Предкавказского артезианского бассейна.

ГЛАВА 2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ ДОБЫЧИ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ.

2.1. Совместно-раздельная добыча пресных низкопотенциальных и термальных минерализованных вод одной скважиной.

2.2. Исследование гидродинамического и теплового режимов в скважинах по совместно-раздельной добыче.

2.3. Разработка оптимальных конструкций геотермальных скважин для снижения потерь тепла при добыче теплоносителя.

2.4. Определение теплофизических характеристик геотермальных скважин по результатам гидротермических исследований.

2.5. Перспективы и эффективность использования горизонтальных технологий бурения в геотермальной энергетике.

• ГЛАВА 3. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ.

3.1. Теплонасосные системы низкопотенциального геотермального теплоснабжения.

3.2. Системы теплонасосного теплоснабжения с грунтовыми теплообменниками в вертикальных скважинах.

9 3.3. Технологические системы добычи и использования среднепотенциальных термальных вод с внутрискважинными теплообменниками. 133 3.4. Теплопередача в внутрискважинных теплообменниках.

3.5. Совместное использование термальных и поверхностных вод в орошаемом земледелии.

ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ.

4.1. Термодинамический анализ и выбор низкокипящих теплоносителей для двухконтурных ГеоЭС.

4.2. Разработка технологических схем двухконтурных ГеоЭС.

4.3. Оптимизация параметров двухконтурных ГеоЭС.

4.3.1. Оптимизация термодинамического цикла, реализуемого во вторичном контуре ГеоЭС.

4.3.2. Оптимизация технологических параметров первичного контура ГеоЭС.

4.4. Исследование теплообмена и структуры двухфазного потока в внутрискважинном теплообменнике двухконтурной ГеоЭС.

4.5. Комбинированные геотермально-парогазовые энергоустановки.

ГЛАВА 5. МЕТОДЫ КОМПЛЕКСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ ВЫСОКОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ТЕРМОМИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ.

5.1. Извлечение и использование газа, растворенного в термальных водах

5.2. Перспективы использования вихревых труб при утилизации растворенного газа.

5.3. Утилизация избыточной потенциальной энергии геотермальных скважин.

5.4. Перспективы использования пароэжекторных установок при утилизации геотермальной энергии.

5.5. Перспективы комплексного освоения высокопараметрических гидротермоминеральных ресурсов.

Актуальность проблемы. Основой современной энергетической политики стал поиск мер, направленных на повышение эффективности использования энергии, энергосбережение, сокращение или ослабление воздействия энергетических объектов на окружающую среду. Такая стратегия характерна для нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Одним из перспективных видом возобновляемой энергии является геотермальная энергия, где накоплен значительный опыт ее практического использования. Несмотря на накопленный опыт доля геотермальной энергии в топливно-энергетическом балансе России незначительна. Установленная мощность ГеоЭС составляет 73 МВТ, а мощность энергоустановок прямого использования тепла -307 МВт. Скромные масштабы современной геотермальной энергетики явно не соответствуют богатой ресурсной базе.

Для обеспечения заметного вклада геотермальной энергии в топливно-энергетический баланс страны необходимо решить большой комплекс технологических, теплофизических, геомеханических, гидрохимических, гидрогеологических и других проблем, связанных с созданием и эксплуатацией рентабельных геотермальных энергетических систем. Со временем геотермальные энерготехнологические системы и комплексы должны играть существенную роль в развитии народного хозяйства.

Экономика геотермальной энергетики будет зависеть, прежде всего, от снижения стоимости и увеличения темпов проходки геотермальных скважин и от развития способов увеличения их производительности. Необходимо разработать эффективные технологии извлечения из недр геотермальной энергии и рациональные схемы ее использования.

Создание надежных методов гидродинамических, термодинамических и оптимизационных расчетов геотермальных систем является одним из важнейших звеньев в цепи взаимосвязанных проблем освоения тепловой энергии недр.

Целью работы является решение важной народно-хозяйственной и научной проблемы - повышение термодинамической эффективности освоения геотермальной энергии и разработка новых эффективных технологических систем ее добычи и преобразования и методов их расчета.

В соответствии с целевым направлением работы задачами исследования явились:

- анализ современного состояния освоения геотермальной энергии и выявление факторов сдерживающих ее дальнейшее развитие;

- разработка способов повышения энергоотдачи путем совместной эксплуатации термальных и слаботермальных вод одной скважиной;

- изучение влияния конструктивных и гидродинамических параметров геотермальной скважины на ее термодинамические характеристики для разработки рекомендаций по оптимизации добычи тепловой энергии;

- изучение эффективности использования горизонтальных технологий бурения в геотермальной энергетике и оптимизация конструктивных и эксплуатационных параметров горизонтальных скважин;

- изучение современного состояния использования низкопотенциальной геотермальной энергии и разработка технологических систем ее эффективного освоения;

- разработка технологических систем добычи и использования средне-потенциальной геотермальной энергии и метода их теплового расчета;

- анализ состояния применения термальных вод в сельском хозяйстве и разработка способа и рекомендаций по эффективному совместному использованию термальных и поверхностных вод в орошаемом земледелии;

- термодинамический анализ и выбор наиболее оптимальных низкоки-пящих теплоносителей для двухконтурных ГеоЭС;

- разработка эффективных технологических схем и оптимизация конструктивно-эксплуатационных параметров двухконтурных ГеоЭС;

- разработка эффективных способов использования струйных трансформаторов тепла при комплексной утилизации геотермальной энергии;

- разработка методов комплексной утилизации высокопараметрических термоминеральных ресурсов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- обоснована целесообразность добычи одной скважиной термальных минерализованных и слаботермальных пресных вод, разработаны конструкция совмещенной скважины и технологические схемы систем по совместно-раздельной добыче, предложены методы гидродинамического и теплового расчетов таких систем;

- предложены методы снижения тепловых потерь в стволе эксплуатационной скважины и методика определения ее теплофизических характеристик, разработана конструкция скважины с дополнительной теплоизолированной колонной и проведены исследования по оптимизации ее конструктивных параметров;

- обоснована высокая эффективность строительства горизонтальных скважин при освоении геотермальной энергии и разработана методика определения оптимальных параметров таких скважин;

- разработаны технологические схемы теплонасосных систем теплоснабжения (ТСТ) с низкопотенциальными термальными водами в качестве первичного источника теплоты, проведены исследования по оптимизации обратного термодинамического цикла и увеличению коэффициента преобразования энергии (КПЭ), составлена математическая модель теплопередачи в грунтовом теплообменнике ТСТ и получены соотношения для определения температуры промежуточного теплоносителя и радиуса теплового влияния теплообменника;

- предложены технологические схемы геотермальных циркуляционных систем (ГЦС) для добычи среднепотенциальных термальных вод с внутрисква-жинными теплообменниками и разработаны конструкции таких теплообменников, исследованы процессы теплопередачи в теплообменниках и приведены расчетные соотношения для определения температурных напоров со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей по высоте теплообменников;

- разработаны технология совместного использования термальных минерализованных и поверхностных вод для орошения и математическая модель для определения оптимальных параметров (температуры и минерализации) поливных вод, способствующих увеличению урожайности сельскохозяйственных культур;

- предложены технологические схемы двухконтурных ГеоЭС, позволяющие повысить эффективность использования геотермальной энергии и проведены исследования по оптимизации термодинамического цикла, реализуемого во вторичном контуре ГеоЭС и параметров первичного контура (ГЦС) из которых следует, что существует оптимальная температура испарения низкоки-пящего рабочего агента, соответствующая максимуму мощности, вырабатываемой турбиной и оптимальный дебит ГЦС, соответствующий максимуму полезной мощности ГеоЭС;

- установлено, что наиболее перспективными являются ГеоЭС на сверхкритических параметрах низкокипящего рабочего агента;

- проведены исследования по изучению теплообмена и структуры двухфазного потока низкокипящего рабочего агента в внутрискважинном теплообменнике двухконтурной ГеоЭС, установлено, что теплообменник эффективен только для нагрева теплоносителя до температуры насыщения;

- разработаны технологические схемы комбинированных геотермально-парогазовой и геотермально-парогенераторной энергоустановок и показана их высокая эффективность при создании сверхкритических циклов;

- разработаны ряд технологических схем комплексной утилизации высокопараметрических термоминеральных ресурсов и показана высокая эффективность использования в технологических схемах струйных трансформаторов тепла (вихревых труб, струйных компрессоров).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Конструктивные параметры и технологические схемы систем по совместно-раздельной добыче, методы их гидродинамического и теплового расчетов.

2. Методы снижению тепловых потерь в стволе эксплуатируемой геотермальной скважины и методика определения ее теплофизических характеристик.

3. Технологические схемы ТСТ с низкопотенциальными термальными водами и грунтовыми теплообменниками в вертикальных скважинах, расчетные соотношения для определения параметров промежуточного теплоносителя и радиуса теплового влияния скважины-теплообменника.

4. Технологические схемы ГЦС с внутрискважинными теплообменниками, конструкции теплообменников и расчетные соотношения для определения их тепловых режимов.

5. Технология совместного использования термальных и поверхностных вод для получения поливных вод оптимальных параметров.

6. Результаты исследований по оптимизации термодинамического цикла, реализуемого во вторичном контуре ГеоЭС и параметров первичного контура, исследования по ГеоЭС на сверхкритических параметрах низкокипящего агента, технологические схемы двухконтурных и комбинированных ГеоЭС.

7. Способы комплексной утилизации геотермальной энергии с использованием пароэжекторных установок для получения холода и вихревых труб для технологической подготовки сопутствующих газов.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные технологические схемы систем добычи, использования и преобразования геотермальной энергии, способы повышения их энергетической эффективности и методы расчета при их практической реализации позволят повысить рентабельность и конкурентоспособность геотермальной отрасли по сравнению с традиционными энергетическими отраслями.

Реализация результатов работы. Разработки по совместно-разделной добыче, ТСТ с низкопотенциальными термальными водами, комплексной утилизации со струйными трансформаторами тепла, двухконтурным и комбинированным ГеоЭС приняты АО «Геотермнефтегаз» для внедрения при дальнейшем освоении геотермальной энергии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных итоговых научных сессиях ДНЦ РАН (г.Махачкала), Международном симпозиуме социалистических стран «Геотермические исследования и использование термальных вод в народном хозяйстве» (г.Сухуми, 1985), Всесоюзном научном семинаре «Использование подземных вод на орошение» (г.Баку, 1986), I Всесоюзной конференции «Проблемы социальной экологии» (г.Львов, 1986), 9 теплофизической конференции СНГ (г. Махачкала, 1992), Международной конференции по сверхкритической экстракции (г. Махачкала, 1995), Международной конференции «Математические модели в геотермомеханике и технологии нефтегазодобычи» (г. Махачкала, 1995), Международном семинаре «Возобновляемые источники энергии: проблемы и перспективы» (г.Махачкала, 1997), Международной конференции «Достижения и современные проблемы развития науки в Дагестане» (г. Махачкала, 1999), Научно-практической конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Восточного Кавказа и прилегающей акватории Каспия» ( г. Махачкала, 2001).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 75 работ, из них 5 патентов Российской Федерации на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 218 наименований. Общий объем работы 276 страниц машинописного текста. Работа содержит 58 рисунков и 36 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе критического анализа существующего состояния развития геотермальной энергетики разработаны новые технологические системы эффективного освоения низко-, средне- и высокопотенциальной геотермальной энергии и методы их гидродинамических, термодинамических и оптимизационных расчетов и расчетов их отдельных узлов.

2. Обоснована эффективность совместной добычи пресных низкопотенциальных и термальных минерализованных вод более глубоких горизонтов одной скважиной. Разработаны конструкция совмещенной скважины и ряд технологических схем систем по совместно-раздельной добыче в зависимости от состава вод и условий их залегания. Дана оценка факторов, способствующих улучшению технико-экономических показателей геотермального производства при устройстве систем по совместно-раздельной добыче. Получены формулы для определения расходов вод, поднимающихся с верхнего и нижнего пластов, для неустановившегося упругого режима при заданном понижении уровня и совместной работе пластов и скважины.

Исследованы процессы тепломассопереноса в системах по совместно-раздельной добыче и получены формулы для определения характера изменения температур греющей и нагреваемой вод по высоте добычной и добычно-нагнетательной скважин. На основе исследования гидродинамического и теплового режимов предложены конструктивно-эксплуатационные мероприятия, способствующие снижению тепловых потерь в скважинах и улучшению условий выноса тепловой энергии на поверхность.

3. На основе анализа эксплуатации термальных скважин и причин, приводящих к потере тепла по стволу, предложен комплекс мероприятий, способствующих оптимизации отбора тепла. Наиболее эффективным методом увеличения выноса тепловой энергии к устью для существующих скважин является закачка воздуха в межтрубное пространство на максимально возможную глубину. Разработана конструкция скважины с дополнительной теплоизолированной колонной и проведены исследования по оптимизации глубины погружения теплоизоляции. Установлено, что с увеличением глубины скважины роль тепловой изоляции возрастает, особенно при эксплуатации на малых расходах. Получено соотношение для определения тепловых потерь в теплоизолированном интервале скважины.

Предложена методика определения теплофизических характеристик геотермальной скважины, которая обеспечивает точность и простоту расчета. Для контроля и характеристики режима работы термальной скважины по выносу тепловой энергии предложен коэффициент теплоотбора Кт, представляющий собой отношение температуры воды на устье к пластовой температуре. Коэффициенты и формулы, позволяющие их рассчитать, предлагаются также для характеристики эксплуатации скважины в целом, разработки месторождения, деятельности управления и отрасли. Планирование таких коэффициентов и систематические мероприятия по их повышению позволят улучшить технико-экономические показатели эффективности геотермального производства.

4. Обоснована высокая эффективность строительства горизонтальных скважин при освоении геотермальной энергии и разработана методика определения оптимальных параметров таких скважин. Из условия минимума удельных капитальных затрат получены уравнения, позволяющие определить оптимальные значения диаметра скважины и протяженности горизонтального ствола для одиночной скважины и для ГЦС из двух горизонтальных скважин. Установлено, что оптимальные значения диаметров скважин и длин горизонтальных стволов зависят от мощности и глубины залегания пласта и ее гидрогеотермических параметров.

5. Показана высокая эффективность ТСТ с низкопотенциальными термальными водами в качестве первичного источника теплоты и проведены исследования по оптимизации обратного термодинамического цикла и увеличению коэффициента преобразования теплового насоса. Разработан ряд технологических схем ТСТ, позволяющих наиболее эффективно использовать потенциал первичного источника тепла. Показано, что ТСТ с низкопотенциальными термальными водами позволяет повысить температуру потребляемого теплоносителя до 100 °С при экономически эффективном использовании установок и расширить возможные пределы их использования в народном хозяйстве за счет увеличения температурного интервала потребляемой воды.

Разработана конструкция вертикального грунтового теплообменника, исследованы вопросы взаимного влияния теплового насоса и теплообменника и оптимизированы режимы эксплуатации всей установки. Составлена математическая модель теплопередачи в грунтовом теплообменнике и получены зависимости для определения температуры промежуточного теплоносителя и радиуса теплового влияния теплообменника.

6. Для добычи среднепотенциальных термальных вод разработаны технологические схемы ГЦС с внутрискважинными теплообменниками и конструкции таких теплообменников. Исследованы процессы теплопередачи в теплообменниках в добычной и нагнетательной скважинах и получено аналитическое решение, позволяющее определить значения температур греющего и нагреваемого теплоносителей в различных точках по высоте теплообменников. Предложен комплекс мероприятий по эффективной эксплуатации ГЦС и снижению потерь тепла в теплообменниках.

7. На основе известных исследований зависимости урожайности отдельных сельскохозяйственных культур от температуры и минерализации поливной воды рассмотрена оптимизационная задача получения воды с заданными свойствами. Разработана технология совместного использования термальных минерализованных и поверхностных вод для орошения и получения оптимальных параметров (температуры и минерализации) поливных вод, способствующих увеличению урожайности. Из-за несовпадения во времени года потребностей в термальных водах на нужды теплоснабжения и мелиорации применение этих вод в весенне-летне-осенний периоды на орошение позволит существенно увеличить время эксплуатации термальных скважин, что повысит эффективность использования термальных вод.

8. Выполнен термодинамический анализ пригодности различных низко-кипящих рабочих тел для двухконтурных ГеоЭС и установлено, что наиболее перспективным из хорошо освоенных рабочих агентов является изобутан. Разработан ряд технологических схем двухконтурных ГеоЭС, позволяющих максимально эффективно использовать тепловой потенциал термальной воды. Проведены исследования по оптимизации термодинамического цикла, реализуемого во вторичном контуре ГеоЭС и параметров первичного контура. Установлено, что существует оптимальная температура испарения низкокипящего рабочего агента, соответствующая максимуму мощности, вырабатываемой турбиной и оптимальный дебит ГЦС, соответствующий максимуму полезной мощности ГеоЭС. Показана высокая эффективность ГеоЭС на сверхкритических параметрах низкокипящего рабочего агента.

Проведены исследования по изучению теплообмена и структуры двухфазного потока низкокипящего рабочего агента в внутрискважинном теплообменнике двухконтурной ГеоЭС и установлено, что теплообменник типа «труба в трубе» эффективен только для нагрева теплоносителя до температуры испарения. Для осуществления нагрева и испарения рабочего агента разработана конструкция внутрискважинного теплообменника, которая монтируется из на-сосно-компрессорных труб.

9. Разработаны технологические схемы комбинированных геотермально-парогазовой и геотермально-парогенераторной энергоустановок для выработки электроэнергии и изучены бинарные циклы таких установок. Строительство таких установок на месторождениях термальных вод позволит: эффективно использовать среднепотенциальные термальные воды для выработки электроэнергии, эксплуатировать геотермальные скважины в течение всего года и осуществлять более глубокую сработку температуры термальной воды. Показана высокая эффективность комбинированных установок при создании сверхкритических циклов.

10. Обоснована необходимость комплексной утилизации высокопараметрических термоминеральных ресурсов. Разработан ряд технологических схем комплексной утилизации геотермальной и сопутствующих видов энергий ( по извлечению и утилизации растворенных газов органического происхождения, преобразованию избыточной механической энергии, получению холода). Изучены режимы работы струйных трансформаторов тепла и показана их высокая эффективность при использовании в технологических схемах по комплексной утилизации - вихревых труб при осушке газа, эжекторных установок при утилизации низкопотенциального тепла и получении холода.

257

1. Абдулагатов И.М., Алхасов А.Б. Преобразование геотермальной энергии в электрическую с использованием во вторичном контуре сверхкритического цикла // Теплоэнергетика. 1998. № 4. С. 53 56.

2. Аветисьянц А.А., Крылов В.Б. Опыт строительства циркуляционной системы на Ханкальском геотермальном меторождении /Физические процессы при разработке геотермальных месторождений. JL: ЛГИ, 1983. с. 85 — 88.

3. Автономная бивалентная система теплоснабжения/ Анисимов С.Б., Атаев М.М., Разумовский А.В., Шильдкрет В.М.// Водоснабжение и санитарная техника. 1990. № 5. С. 13-15.

4. Алексеев B.C., Хохлатов Э.М., Астрова Н.В. Низкопотенциальное тепло подземных вод // Гидрогеология. Инженерная геология Итоги науки и техники. М.: 1985. Т.10. 74 с.

5. Алиев P.M. Методы и технологические процессы геотермальной теплоэнергетики /Автореферат докт. дисс. М., 1993. 33 с.

6. Алишаев М.Г., Розенберг М.Д., Теслюк Е.В. Неизотермическая фильтрация при разработке нефтяных месторождений. М.: Недра, 1985. 271 с.

7. Алишаев М.Г. К расчету геотермальной котельной с противоточным теплообменником/Геотермия, вып. 1, М.: Наука, 1991, с. 26-31.

8. Алхасов А.Б. Гидродинамические расчеты при совместной эксплуатации двух пластов в одной скважине / Исследование геотермальных месторождений Прикаспийского региона / Сб. науч. тр. ИНГ Даг. ФАН СССР, вып. 5. Махачкала, 1985. с. 63-66.

9. Алхасов А.Б. Использование растворенного газа для повышения теплового потенциала термальной воды / Тезисы докл. 5 конференции молодых ученых Даг. ФАН СССР. Махачкала, 1985. с.15.

10. Алхасов А.Б. Термическое сопротивление гидротермальной скважины как функция устьевой температуры /Сб. науч. тр. ИПГ Даг. ФАН СССР, вып.З. Махачкала, 1985. с. 156-159.

11. Алхасов А.Б., Магомедбеков Х.Г. Перспективы строительства Гео-ТЭС на базе среднепотенциальных термальных вод // Геотермия. Геотермальная энергетика Сб . науч. тр.ИПГ ДНЦ РАН. Махачкала, 1994. С. 17-35.

12. Алхасов А.Б., Гайдаров Г.М., Магомедбеков Х.Г. Паротурбинная установка для геотермальной электростанции / Патент RU 2035588 С1 РФ // Открытия. Изобретения, 1995. № 14.

13. Алхасов А.Б., Исрапилов М.И. Использование геотермальной энергии для подогрева подпиточной воды // Водоснабжение и санитарная техника. 1996. №4. с. 25-26.

14. Алхасов А.Б. Способ одновременно-раздельной эксплуатации двух термоводоносных пластов/ Патент RU 2105351 С1 РФ// Открытия. Изобретения. 1998. №5.

15. Алхасов А.Б., Рамазанов М.М., Абасов Г.М. Использование геотермальной энергии в горячем водоснабжении // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. №3. с. 24-25

16. Алхасов А.Б. Паротурбинная установка для геотермальной электростанции / Патент RU 2110019 С1 РФ//Открытия. Изобретения, 1998. № 12.

17. Алхасов А.Б., Раджабов Р.И.Теплообмен при совместно-раздельной добыче термальных вод из двух горизонтов// Вестник ДНЦ РАН. 2000. №8. с. 28-33.

18. Алхасов А.Б., Исрапилов М.И. Теплонасосные системы геотермального теплоснабжения // Вестник ДНЦ РАН. 2000. № 6. С.51-56.

19. Алхасов А.Б. Перспективы увеличения мощности двухконтурной ГеоЭС // Теплоэнергетика. 2001. № 2. С. 11 13.

20. Андерсон Д.Г. Цикл паротурбинной установки для геотермальной электростанции. Геотермальная энергия / Под ред. А.Е.Святловского. М.: Мир, 1975. С.172- 184.

21. Ахмедов Р.Г., Дрындрожик Э.И. Геотермальное теплоснабжение. М.: Информэнерго. 1986. 56 с.

22. Бакриева Н.С., Исрапилов М.И., Юсупова М.Е. Нетрадиционные сырьевые ресурсы региона и их экономическая оценка. Махачкала: Дагестанское книжное издательство, 1988. 152 с.

23. Берман Э. Геотермальная энергия. М.: Мир, 1978. 416 с.

24. Билека Б.Д. К вопросу использования энергетических установок на низкокипящих рабочих телах для геотермальных месторождений Украины / Геотермальная энергетика геологические, экономические и энергетические аспекты. Симферополь, 2000. С. 17-18.

25. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. М.: Стройиздат, 1991.735 с.

26. Богуславский Э.И. Перспективы освоения геотермальных ресурсов СССР /Физические процессы при разработке геотермальных месторождений. Л.: ЛГИ, 1983. с. 52-60.

27. Бондаренко С.С., Куликов Г.В. Подземные промышленные воды. — М.: Недра,1984. 358 с.

28. Болдижар Т. Получение геотермальной энергии из водоносных горизонтов осадочных пород в Венгрии / Изучение и использование геотермальных ресурсов. М.: Мир, 1975. с. 122 143.

29. Братенков В.Н., Хаванов П.А., Вэскер Л.Я. Теплоснабжение малых населенных пунктов. М.: Стройиздат, 1988. 223 с.

30. Бутузов В.А. Опыт использования геотермальных вод для теплоснабжения объектов//Водоснабжение и санитарная техника. 1984 .№ 8. с.19 21.

31. Васильев В.А., Ильенко В.В. Разработка опытной модульной геотермальной электростанции для европейской части России // Теплоэнергетика. 1993. №4. С. 30-33.

32. Васильев В.А., Ильенко В.В. Результаты комплекса НИОКР по созданию двухконтурной Ставропольской ГеоТЭС// Теплоэнергетика. 1994. № 2. С.23-27.

33. Васильев В.А., Крайнов А.В., Геворков И.Г. Расчет параметров унифицированной геотермальной энергоустановки на водоаммиачной смеси // Теплоэнергетика. 1996. № 5. С. 27- 32.

34. Васильев Г.П. Использование низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли для теплохладоснабжения здания// Теплоэнергетика. 1994. № 2. С. 31-35.

35. Васильев Г.П. Теплонасосные системы теплоснабжения (ТСТ) для потребителей тепловой энергии в сельской местности// Теплоэнергетика. 1997. № 4. С. 24-27.

36. Везиришвили О.Ш. Выбор оптимальных мощностей теплонасосных установок и области их эффективного применения// Теплоэнергетика. 1982. № 4. С. 47-50.

37. Везиришвили О.Ш. Тепловые насосы и экономия топливно-энергетических ресурсов// Изв. вузов СССР. Энергетика. 1984.№ 7. С. 61-65.

38. Везиришвили О.Ш. Характеристики парокомпрессионных холодильных машин в режиме теплонасосных установок// Холодильная техника. 1984. № 8. С. 7-9.

39. Велиев В.А. Опыт эксплуатации системы геотермального теплохла-доснабжения с применением теплового насосаЛ Геотермия. М.: Наука, 1991. Вып. 1. С.31-35.

40. Верхне-Мутновская геотермальная электрическая станция / О.В. Бритвин, О.А. Поваров, Е.Ф. Клочков и др. // Теплоэнергетика. 1999. № 2. с. 2-9.

41. Волков Э.П. Прогноз развития нетрадиционной энергетики в начале XXI века по данным XV Конгресса Мирового энергетического совета // Теплоэнергетика. 1993 . № 6. С. 28 34.

42. Володко И.Ф. Использование подземных вод для орошения и водоснабжения. М.: Сельхозгиз, 1955. 328 с.

43. Гаджиев Ш.А., Абуев З.Д. Тенденции изменения экономических показателей использования георесурсов в связи с ростом глубин освоения/ Сб. науч. тр. ИПГ Даг. ФАН СССР. Махачкала, 1984, вып.1. с. 125-128.

44. Гайдаров Г.М., Исрапилов М.И. Термические и гидрохимические эффекты в гидротермальной скважине /Материалы по гидрогеохимии Дагестана- Тр. ИГ Даг. ФАН СССР. Махачкала, 1982. с. 152 155.

45. Гайдаров Г.М., Курбанов М.К., Алхасов А.Б. Комплексная разработка артезианского водозабора и геотермального месторождения .//Водоснабжение и санитарная техника. 1985. № 12. с. 18.

46. Гайдаров Г.М., Алхасов А.Б., Гаджиев Ш.А. Перспективы и возможности совместной добычи пресных холодных и термальных подземных вод

47. Геотермия. Научно-технические основы геотермальной энергетики / Сб. науч. тр. ИПГ Даг. ФАН СССР. Махачкала. 1988. с.65-73.

48. Гайдаров Г.М., Алхасов А.Б., Сулейманов И. А. Перспективы и критерии использования термальных подземных вод для орошения /Сб. науч. тр. «Состояние и перспективы использования подземных вод для орошения». М.: Наука, 1988. С.115-122.

49. Гайдаров Г.М., Алхасов А.Б. Способ получения оросительной воды оптимальной минерализации / Патент RU 2028764 С1.Открытия. Изобретения. 1995. Бюл. № 5.

50. Галин Н.М., Кириллов Л.П. Тепломассообмен ( в ядерной энергетике). М.: Энергоатомиздат, 1987. 376 с.

51. Геотермальное теплоснабжение /А.Г.Гаджиев, Ю.И. Султанов, П.Я.Ригер и др. М.: Недра, 1980. 208 с.

52. Геотермальная энергия / Под ред. А.Е. Святловского — М.: Мир, 1975.354 с.

53. Гендлер С.Г. О границах применимости различных физических моделей расчета процессов теплопереноса в подземных циркуляционных системах /Физические процессы при разработке геотермальных месторождений. Л.: ЛГИ, 1983. с. 17-22.

54. Гомелаури В.И., Везиришвили О.Ш. Опыт разработки и применения теплонасосных установок//Теплоэнергетика. 1978. № 4. С. 22-25.

55. Гомелаури В.И., Везиришвили О.Ш. Эффективность внедрения теп-лонасосных установок//Теплоэнергетика. 1986. № 11. С. 28-30.

56. Готовский М.А. Интенсификация конвективного теплообмена и самоорганизация вихревых структур //Теплоэнергетика. 1995. № 3. С. 55 — 59.

57. Григулецкий В.Г. Основные допущения и точность формул для расчета дебита горизонтальных скважин// Нефтяное хозяйство. 1992. № 12. С. 56.

58. Данильченко Н.В. Оазисное орошение подземными водами.М.: Колос, 1983. 96 с.

59. Дворов И.М. Геотермальная энергетика. М.: Наука, 1976. 192 с.

60. Дворов И.М., Дворов В.И. Освоение внутриземного тепла. М.: Наука, 1984. 161 с.

61. Двухконтурная ГеоТЭС на парогидротермах / Д.А. Лабунцов, Ф.Г. Саломзода, И.М. Пчелкин, С.Б. Василевский // Теплоэнергетика. 1992. № 4. с. 34-38.

62. Доброхотов В.И. К проблеме воздействия энергетики на окружающую среду // Теплоэнергетика 1995. № 2. С. 2 5.

63. Доброхотов В.И. Энергосбережение: проблемы и решения // Теплоэнергетика 2000 . № 1. С. 2 — 5.

64. Доброхотов В.И. Роль возобновляемых источников энергии в энергетической стратегии России // Теплоэнергетика 2001 . № 2. С. 2 3. .

65. Дрейцер Г.А. Проблемы создания компактных трубчатых теплооб-менных аппаратов //Теплоэнергетика 1995. № 3. С. 11-18.

66. Дядькин Ю.Д. Основы геотермальной технологии. Л.: Изд-во ЛГИ, 1987. 176 с.

67. Дядькин Ю.Д. Процессы тепломассопереноса в геотермальных системах /Тепломассоперенос в горных выработках и породных коллекторах. Л.: 1985. с. 3-7.

68. Дядькин Ю.Д., Гендлер С.Г. Процессы тепломассопереноса при извлечении геотермальной энергии. Л.: изд. ЛГИ, 1985. 93 с.

69. Дядькин Ю.Д. Использование тепла Земли. Л.: Изд-во ЛГИ, 1987.107 с.

70. Егоркина Л.В. Использование теплообменных вод АЭС и ТЭС для орошения и обогрева почвы // Гидротехника и мелиорация. 1984. № 7. С.80-82.

71. Зайцев Ю.В., Суслов О.Н. Тепломелиорация почв рисовых оросительных систем // Гидротехника и мелиорация. 1983. № 9. С.52-56.

72. Зоркин Л.Н., Стаднюк Е.В., Юрин Г.А. Углеводородное сырье из подземных вод // Газовая промышленность. 1981. № 2. с. 26-27.

73. Зубков В.А. Использование тепловых насосов в системах теплоснабжения//Теплоэнергетика. 1996. № 2. С. 17-20.

74. Извлечение тепловой энергии термальных вод / Г.М.Гайдаров, А.Б.Алхасов, Ш.А.Гаджиев, З.Д.Абуев // Разведка и охрана нед. 1990. № 8. с. 41-43.

75. Изучение и использование глубинного тепла Земли. М.: Наука, 1973.316с.

76. Изучение и использование геотермических ресурсов / Под ред. Э, Тонджорджи. М.: Мир, 1975. 342 с.

77. Исследование режимов совместной работы теплового насоса с вертикальным грунтовым теплообменником/ В.Я.Федянин, М.А. Утемесов, Л.Н.Федин, Д.Л. Горбунов // Теплоэнергетика. 1997. № 4. С. 21-23.

78. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М Л.: Энергия, 1965. 424 с.

79. Кабаков В.И. Развитие геотермальной энергетики в мире (заметки с Всемирного конгресса в Италии) // Теплоэнергетика. 1996. № 5. с. 76 77.

80. Калашников К.Г. Применение минерализованных вод для орошения сельскохозяйственных культур. Кишинев: Штиинца, 1983. 132 с.

81. Карклис Я.А., Кареле Л.П., Балоде Р.Т. Использование морской воды для орошения // Гидротехника и мелиорация. 1983. № 8. С.43-45.

82. Кениг Дж. Б. Состояние разработок геотермальных месторождений в мире / Геотермальная энергия. М.: Мир, 1975. с. 22 68.

83. Кириллин В.А. Энергетика. Главные проблемы. М.: Зна-ние.1990.128с.

84. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1968. 472 с.

85. Кирьяшкин В.М. Обобщение результатов гидрогеологических исследований площадей Северного Дагестана в связи с оценкой перспектив газоносности глубоких горизонтов / Геол. Фонды Дагнефти, отчет ВНИИгаза, М., 1976, 76 с.

86. Киссин И.Г. Восточно-Предкавказский артезианский бассейн. М.: Наука, 1964. 240 с.

87. Клименко Н.А., Веремеенко С.И. Регулирование температурного режима осушаемых почв // Мелиорация и водное хозяйство. 1988. № 12. С. 50-52.

88. Ковда В.А. Почвенный покров, его улучшение, использование и ох-• рана. М.: Наука, 1981.181с.

89. Кононов В.И. О современном состоянии геотермических исследований и использовании глубинного тепла Земли в СССР и за рубежом. М.: изд. ГРШ АН СССР, 1982. 25 с.

90. Кононов В.И., Поляк Б.Г. Прямое использование геотерморесурсов в России / Тепловое поле Земли и методы его изучения. М.: РУДН, 2000. с. 270-276.

91. Концентрат НМК, очищенный для химической очистки теплообмен-ной аппаратуры // Теплоэнергетика. 1989. № 7. 3 -я стр. обл.

92. Концебовский С.Я., Минкин E.JI. Оценка эффективности совместного использования поверхностных и подземных вод для орошения // Гидротехника и мелиорация. 1984. № 2. С.70-73.

93. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1974. 831 с.

94. Кокорин О .Я., Латык B.C., Мелик-Аракелян А.Т. Тепловые насосы для низкотемпературного теплоснабжения и комплексного теплохладоснабже-ния//Водоснабжение и санитарная техника. 1990. № 5. С.23-25.

95. Корчевский В.П. Применение тепловых насосов для отопления насосных станций// Водоснабжение исанитарная техника. 1987.№ 1. С. 15-16.

96. Красиков В.И., Виглин Е.С. Комплексные геотермальные системы теплоснабжения//Водоснабжение и санитарная техника. 1986. № 12. с. 17-19.

97. Корценштейн В.Н. Новые данные о ресурсах растворенных газов пластовых вод крупных водонапорных систем и их значение для оценки прогнозных запасов нефти и газа / Докл. АН СССР, т. 215, 1974, № 1,с. 178-180.

98. Корценштейн В.Н. Геопрессированные зоны (зоны АВПД) резерв энергетики будущего//Газовая промышленность. 1979. № I.e. 13-14.

99. Корценштейн В.Н. Растворенные газы подземной гидросферы Зем-ли.М.: Недра. 1984, 230 с.

100. Кремнев О. А., Журавленко В.Я., Шурчков А.В. Технико-экономическая оценка систем геотермального теплоснабжения / В кн.: Изучение и использование глубинного тепла земли. М.: Наука, 1973. с. 60-68.

101. Курбанов М.К. Северодагестанский артезианский бассейн. Махачкала: Дагиздат, 1961. 91 с.

102. Курбанов М.К., Ходжаян Г.П. Оценка состояния и рекомендации по использованию ликвидированного фонда нефтяных и газовых скважин для добычи термальных вод на территории Дагестана./ Фонды Ин-та геологии Даг. ФАН СССР. Махачкала, 1983. 108 с.

103. Курбанов М.К. Геотермальные и гидроминеральные ресурсы Восточного Кавказа и Предкавказья. М.: Наука, 2001. 260 с.

104. Кулиев С.М., Есьман Б.И., Габузов Г.Г. Температурный режим бурящихся скважин. М.: Недра, 1968. 186 с.

105. Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи. М.: Мир, 1983. 512 с.

106. Кухлинг X. Справочник по физике. М.: Мир, 1985. 520 с.

107. Лабунцов Д.А., Пчелкин И.М., Саломзода Ф.Г. Проблемы ГеоТЭС на парогидротермах // Теплоэнергетика. 1989. № 4. с. 27 34.

108. Лабунцов Д.А. Обобщенные зависимости для теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкостей // Теплоэнергетика 1960 . № 5. С. 76 — 81.

109. Лабунцов Д.А. Вопросы теплообмена при пузырьковом кипении жидкости //Теплоэнергетика. 1972. № 9. С. 14-19.

110. Легостаев В.М. Об использовании вод повышенной минерализации на орошение. М.: Изд-во Минсельхоза СССР, 1961. 99 с.

111. Липец А.У., Ямпольский А.Е. Принципы проектирования современных теплообменников //Теплоэнергетика. 1985. № 11. С. 23 28.

112. Локшин Б.А. Использование геотермальных вод для теплоснабжения. М.: Стройиздат, 1974. 152 с.

113. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Гостехиздат, 1952, 392 с.

114. Маврицкий Б.Ф. Термальные воды складчатых и платформенных областей СССР. М.: Наука, 1971. 242 с.

115. Магомедов К.М. Теоретические основы расчета геотермальных циркуляционных систем//Геотермия. М.: Наука, 1991. с. 18-26.

116. Магомедов К.М., Алиев P.M., Азизов Г.А. Сравнительный анализ расчета производительности горизонтальной скважины// Геотермия. Геотермальная энергетика / Сб. науч.тр.ИПГ ДНЦ РАН. Махачкала. 1994. с. 50-58.

117. Магомедов К.М. Теоретические основы геотермии. М.: Наука, 2001.277 с.

118. Мартыновский B.C., Мельцер Л.З. Энергетический анализ тепловых насосов//Тр. ОТИПиХП, Т. 6. Киев. 1955. С. 110-119.

119. Мартыновский B.C. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов. М.: Энергия, 1979. 285 с.

120. Макаренко Ф.А., Кононов В.И. Гидротермальные районы СССР и перспективы их освоения /Изучение и освоение глубинного тепла земли. М.: Наука, 1973. с. 74-84.

121. Мелиоративное земледелие / А.И.Голованов, А.Г.Балан, В.Е.Ермаков, И.Тефимов. М.: Агропромиздат, 1986. 328 с.

122. Мерзляков Э.И. Тепломассоперенос в геотермальных циркуляционных системах /Тепломассоперенос в горных выработках и породных коллекторах. JL: 1985. с. 13-16.

123. Методика тепловых расчетов геотермальных циркуляционных систем / А.Г. Егоров, М.А. Пудовкин, А.Н. Соломатин, В.А. Чугунов / Тепломассоперенос в горных выработках и породных коллекторах. JL: 1985. с. 8 — 12.

124. Методы изучения и оценка ресурсов глубоких подземных вод / Под ред. С.С. Бондаренко, Г.С.Вартаняна . М.: Недра, 1986. 479 с.

125. Монакова Т.И. Метод сопоставления эффективности систем теплоснабжения//Теплоэнергетика. 1986. № И. С.34-38.

126. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973.320 с.

127. Мутновский геотермальный энергетический комплекс на Камчатке/ О.В. Бритвин, О.А. Поваров, Е.Ф. Клочков и др. // Теплоэнергетика. 2001. № 2. с. 4-10.

128. Надеждин Е.В. Состояние развития нетрадиционных источников энергии за рубежом // Теплоэнергетика. 1987. № 9. с. 68 70.

129. Намиот А.Ю. Теплопередача при подъеме нефти в скважине// Тр. ВНИИ, вып. 8, 1956, с. 115-121.

130. Некрасова О.А., Синяк Ю.В. Исследование теплонасосных систем отопления// Теплоэнергетика. 1986. № 11. С. 30-34.

131. Никитин Б.А., Григулецкий В.Г. Стационарный приток нефти к одиночной горизонтальной скважине в анизотропном пласте // Нефтяное хозяйство. 1992. № 10. с.10-12.

132. Новосилецкий P.M. Водорастворенные углеводородные газы АВПД новый источник энергии // Геология нефти и газа. 1982. № 4. с. 53-57.

133. Омаров М.А., Шарафутдинов Ф.Г., Панич JI.H. Состояние и перспективы использования геотермальных ресурсов Дагестана / Тр. ИГ ДНЦ РАН, вып. 46. Махачкала, 1997. с. 47 52.

134. Оптимальный диаметр фонтанирующей термальной скважины / Г.М.Гайдаров, А.Б.Алхасов, Ш.А.Гаджиев, З.Д.Абуев / Тр. Института геологии Даг ФАН СССР. 1989. вып.39. с. 127 -132.

135. Оценка тепловых потерь в гидротермальной скважине // А.И. Нина-лалов, Г.А.Матаев, Д.Д.Латко, Г.М.Гайдаров // Разведка и охрана недр. 1966. №2. с. 49-51.

136. Основы гидрогеологии. Использование и охрана подземных вод / Н.А.Маринов, А.Б.Орадовская, Е.В.Пиннекер и др. Новосибирск: Наука,1983. 231 с.

137. Опыт комплексного использования подземных вод в странах мира с развитым орошаемым земледелием /С.И. Мирзаев, Н.Н.Ходжибаев, К.А.Кремлева, Н.Н.Камилов. Ташкент: ФАН, 1979. 136 с.

138. Ольховский Г.Г. Применение и перспективы развития энергетических ГТУ за рубежом //Теплоэнергетика 19984 . № 1. С. 66 71.

139. Поваров О.А., Томаров Г.В. Всемирный геотермальный кон-гресс//Теплоэнергетика, № 2, 2001. с. 74 77.

140. Поваров О.А., Томаров Г.В., Кошкин Н.А. Состояние и перспективы развития геотермальной энергетики в России // Теплоэнергетика. 1994. № 2. с. 15-22.

141. Поваров О.А., Лукашенко Ю.Л. Турбины и сепараторы для геотермальных электростанций // Теплоэнергетика. 1997. № 1. С. 41-47.

142. Перельштейн И.И., Парушин Е.Б. Термодинамические и теплофи-зические свойства рабочих веществ холодильных машин и тепловых насосов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 232 с.

143. Проблемы геотермальной энергетики Дагестана / Под ред. Х.И. Амирханова и С.Н. Ятрова. М., Недра, 1980. 208 с.

144. Проблемы создания отечественных мини-ТЭЦ /Т.А.Борк, В.П.Вершинский, И.П.Евтюхова и др.//Теплоэнергетика 1991 . № 10. С. 18-21.

145. Перспективы развития и инженерные проблемы геотермальной энергетики / Д.А.Лабунцов, В.А.Васильев, Э.И. Дрындрожик, Ф. Саломзода -Геотермия, вып.1, М., Наука, 1991, с. 4-10.

146. Поршаков Б.П., Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопередача ( в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности). М., Недра, 1987, 349 с.

147. Петин Ю.М., Накоряков В.Е. Тепловые насосы // Российский химический журнал. Том XLI. 1997. № 6. с. 107-111.

148. Проценко В.П. Тепловые насосы в капиталистических странах. Современное состояние и направления развития // Теплоэнергетика. 1988. № 3. с. 18-22.

149. Проценко В.П., Радченко В.А. Коэффициент преобразования паро-компрессионных тепловых насосов//Теплоэнергетика. 1988. № 8. С. 51-53.

150. Проценко В.П. Проблемы использования теплонасосных установок в системах централизованного теплоснабжения//Энергетическое хозяйство. 1994. №2. С. 29-34.

151. Применение возобновляемых источников энергии в системах энергоснабжения/ Денисенко Г.И., Шевченко В.Н., Стронский Л.Н., Супрун А.В.// Теплоэнергетика. 1987. № 9. С. 10-12.

152. Пояснительная записка к годовому отчету за 1997 г. по управлению «Дагбургеотермия». Махачкала, 1998. 76 с.

153. Проектирование водозаборов подземных вод / Под ред. Ф.М. Боче-вера. М.: Стройиздат, 1976. 292 с.

154. Расчет подземных циркуляционных систем извлечения теплоты из слабопроницаемых горных пород /Р.Б. Ахмедов, В.М. Ерошенко, Л.И. Зайчик и др.// Теплоэнергетика. 1986. № 2. с. 30 — 33.

155. Ресурсы термальных вод СССР / Б.Ф. Маврицкий, Г.К. Антоненко, Н.С. Отман, Л.Ф. Полуботко М.: Недра, 1975. 152 с.

156. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. М.: Энергоиздат, 1982.224 с.

157. Рамазанов А.Ш. Химико-технологические проблемы комплексного использования геотермальных вод Дагестана /Сб. науч. тр. 14111' Даг. ФАН СССР. Махачкала, 1987, вып. 7. с. 164-168.

158. Самоциркуляционная геотехнологическая система / М.Г. Алишаев, Г.М. Гайдаров, С.А.Каспаров и др. / Сб. тр. Всесоюз. конф. «Народохозяйст-венные и методические проблемы геотермии». Махачкала, 1984. с. 21 — 25.

159. Сергиенко С.И. Геотермический режим недр Восточного Предкавказья. М.: Наука, 1971. 152 с.

160. Смит Дж. Исследование и использование геотермальных ресурсов в Новой Зеландии / Изучение и использование геотермических ресурсов. М.: Мир, 1975. с. 192-225.

161. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. М.: Энергия, 1967. 336 с.

162. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами/ Под редак. М Абрамовица и И Стиган. М.: Наука, 1979. 832 с.

163. Султанов Ю.И., Завьялов С.Ф., Бадавов Г.Б. Возможности использования горючих газов на термоводозаборе Махачкала I — Тернаир // Геотермия, вып. 1. М.: Наука, 1991. с. 47-53.

164. Саламов А.А. Геотермические электростанции в энергетике мира. // Теплоэнергетика. 2000. № 1. С. 79 80.

165. Стырикович М.А. Высокие темпы повышения эффективности ПГУ на природном газе за рубежом // Теплоэнергетика 1994 . № 4. С. 72-75.

166. Стырикович М.А. Природный газ в централизованном электро- и теплоснабжении // Теплоэнергетика 1994 . № 5. С. 50 — 57.

167. Стырикович М.А., Шпильрайн Э.Э. Энергетика. Проблемы и перспективы. М.: Энергия. 1981. 192 с.

168. Способ утилизации энергии геотермальных вод / К.М.Магомедов, А.Б. Алхасов, М.Г. Вердиев, Ч.М. Чупалаев положительное решение по завке № 2001109641/06(010084) в Роспатент, 2002.

169. Тенищев Ю.С. Состояние и перспективы развития сырьевой базы по наращиванию эксплуатационных запасов термальных вод Кавказа /Физические процессы горного производства. Л.: ЛГИ, 1982. с. 58-61.

170. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент.: Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. М.: Энерго-атомиздат, 1988. 560 с.

171. Теплотехнический справочник / Под ред. В.Н. Юренева, П.Д. Лебедева, Т. 1. М.: Энергия, 1975. 744 с.

172. Теплотехнический справочник / Под ред. В.Н. Юренева, П.Д. Лебедева, Т. 2. М.: Энергия, 1976. 896 с.

173. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977. 736 с.

174. Теплофизические свойства горных пород/В.В. Бабаев, В.Ф. Будым-ка, Т.А. Сергеева, М.А. Домбровский. М.: Недра, 1987. 156 с.

175. Тепловой режим осадочных толщ / Х.И.Амирханов, В.В.Суетнов, Р.А.Левкович, Х.А.Гаирбеков. Махачкала, 1972, 230 с.

176. Таблицы газодинамических функций природного газа. М.: ЦАГИ, 1987, 116 с.

177. Тетельбаум С.Д. К выбору тепловой схемы ГеоТЭС // Теплоэнергетика. 1988. № 7. С. 60-62.

178. Таборек Д. Проектирование теплообменников. Теплообмен: Достижения, проблемы, перспективы. М.: Мир, 1981. 265 с.

179. Углеводородные газы пластовых вод нефтегазоносны-х бассейнов -возможный источник получения углеводородов /Л.М.Зоркин, В.Н.Корценш-тейн, Е.В.Стаднюк и др.// Докл. АН СССР, т.252, 1980, № 3, с. 681-683.

180. Угрехелидзе Г.П., Николаев В.А. Периодическая обработка поверхностей теплообмена ОЭДФК для предотвращения карбонатных отложений // Теплоэнергетика. 1993. № 4. С. 59 62.

181. Фарберов В.Г., Киссин В.А. Энергобиологические комплексы, утилизирующие сбросное тепло тепловых и атомных электростанций // Теплоэнергетика. 1994. № 2. С. 70-74.

182. Фролов Н.М. Гидрогеотермия. М.: Недра, 1976. 280 с.

183. Хайнрих Г., Найорк X., Нестлер В. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения. М.: Стройиздат, 1985. 256 с.

184. Холодильные машины /Н.Н. Кошкин, И.А. Сакун, Е.М. Бамбушек и др. JL: Машиностроение. 1985. 510 с.

185. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975. 534 с.

186. Чекалюк Э.Б. Термодинамика нефтяного пласта. М.: Недра, 1966.238 с.

187. Череменский Г.А. Геотермия. Л.: Недра, 1972. 265 с.

188. Чисхолм Д. Двухфазные течения в трубопроводах и теплообменниках.- М.: Недра, 1986. 204 с.

189. Шпильрайн Э.Э. О некоторых установках США, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии // Теплоэнергетика. 1989. № 5. с. 74 76.

190. Шпильрайн Э.Э., Кошкин Н.Л., Попель О.С. Нетрадиционная энергетика в рамках государственной научно-технической программы России «Экологически чичтая энергетика» // Теплоэнергетика. 1994. № 2. С. 2 14.

191. Шагоянц С.А. Подземные воды центральной и восточной частей Северного Кавказа. М.: Госгеолотехиздат, 1959. 306 с.

192. Шпак А.А. Особенности методики оценки эксплуатационных запасов термальных вод / Изучение и использование глубинного тепла Земли М.: Наука, 1973. с. 143- 149.

193. Щегляев А.В. Паровые турбины, т.1. М.: Энергоатомиздат,.1993.384 с.

194. Энергосберегающие и нетрадиционные технологии производства электроэнергии / А.И. Леонтьев, В.И. Доброхотов, И.А. Новожилов и др. // Теплоэнергетика 1999. № 4. С. 2 6.

195. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1988. 479 с.

196. Ягов В.В. Теплообмен при развитом пузырьковом кипении жидкостей // Теплоэнергетика 1988. № 2. С. 4 9.

197. Ягов В.В. Научное наследие Д.А. Лабунцова и современные представления о пузырьковом кипении // Теплоэнергетика 1995. № 3. С. 2 10.

198. Литовский Е.И., Пустовалов Ю.В., Янков B.C. Теплонасосные станции в энергетике// Теплоэнергетика. 1978. № 4. С. 13-19.

199. XV Конгресс Мирового энергетического совета // Теплоэнергетика 1993 .№6. С. 2-7.

200. Alkhasov А.В., Aliyev R.M., Magomedbekov Kh.G. Prospects of two-contour geothermal power plant construction // Renewable Energy. 1997. vol. 10, № 2/3. p.p. 363-366.

201. Alkhasov A.B., Aliyev R.M., Ramazanov M.M., Abasov G.M. Stady of complex heat exchange with account for phase transitions in secondary contour of the geothermal power plant//Renewable Energy. 19 (2000). p.p. 155-161.

202. Alkhasov A.B., Aliyev R.M., Abdulagatov I.M. The using energy for heat and power supply / Proceedings 23 Workshop Geothermal Reservoir Engineering. Stanford. 1998. p.p. 423-426.

203. Algar Philip. Will geothermal energy ever replace oil or is just so much hot air / Petrol Rev. 1979, 33 № 391. p.p. 24 26.

204. Lund J., Boyd T. Geothermal Direct-Use in the United States in 2000 // Geo-Heat Center Quarterly Bulletin. 2000. Vol. 21.№ 1. Klamath Falls, OR, p.p. 1-5.

205. Rafferty K. Design Issues in the Commercial Application of GSHP Systems in the U.S. // Geo-Heat Center Quarterly Bulletin. 2000. Vol. 21.№ 1. Klamath Falls, OR, p.p. 6-10.

206. Rafferty K. Scaling in Geothermal Heat Pump Systems// Geo-Heat Center Quarterly Bulletin. 2000. Vol. 21.№ 1. Klamath Falls, OR, p.p. 11-15.

207. Rybach L., Sanner B. Ground-Source Heat Pump Systems The European Expperience// Geo-Heat Center Quarterly Bulletin. 2000. Vol. 21.№ 1. Klamath Falls, OR, pp. 16-26.

208. Steward F.R. Optimum arraugement and use of heat pumps in recovery waste heat// Energy Conversion Mgmt. 1984. Vol. 24, № 2. pp.123-129.

209. Thermodynamic Properties of Isobutane Isopentane Mixtures from 240 to 600 К and Up to 20 Mpa / J.S. Gallagher, J.M.H. Levelt Sengers, G. Morrison G. and J.V. Sengers // Department of Energy Oakland, California, 1984. 175 p.

210. Van Pelt A. and Sengers J.V. Thermodynamic Properties of 1,1- Di-fluoroethane (R152a) in the Critical Region / the Journal of Supercritical Fluids, 1995, №8. pp. 81-99.

211. Waxman M., Gallagher J.S. Thermodynamic Properties of Isobutane for Temperatures from 250 to 600 К and Pressure from 0,1 to 40 Mpa// J. Chem. Eng. Data, 1983, vol. 28, pp. 224-241.