199970. lajstromszámú szabadalom • Eljárás geotermikus energia kinyerésére
1 HU 199970 B 2 A találmány tárgya eljárás geotermikus energia kinyerésére. Jól ismert, hogy a Föld felszíne alatt viszonylag kis mélységekben igen forró rétegek találhatók. Ezek legismertebb, gyakorlati hasznosítás szempontjából azonban legkevésbé hozzáférhető képviselői a vulkanikus képződmények. A vulkanikus képződmények közül a hőforrásokat hasznosítják, ezek előfordulása azonban ritka. Korábban már javasoltak eljárást mesterséges hőforrások kialakítására úgy, hogy a fúrással és robbantással széttört forró rétegeken vizet szivattyúznak keresztül. Noha ez az eljárás kivitelezhető, nem elég hatékony, mert két, egymástól térben elválasztott fúrólyukat kell kialakítani, amelyek egyike a viszonylag hideg viz betáplálására, a másik pedig a forró rétegen keresztülhaladt viz elvezetésére szolgál. A viz keringtetése jelentős energiabefektetést igényel, mert a vizet nemcsak a forró rétegen, hanem a rétegbe nyúló, viszonylag hosszú csővezetéken is keresztül kell áramoltatni. A vázolt nehézségek csökkentésére dolgozták ki azt a megoldást, ahol egyetlen fúrólyukban egymáshoz viszonyítva koncentrikus elrendezésben két csövet helyeznek el. Az egyik cső a hideg viz bevezetésére, a másik pedig a viz elvezetésére szolgál. Ezzel a megoldással kétségtelenül kiküszöbölhető a két fúrólyuk kialakítása, komolyabb problémák adódnak azonban abból, hogy a fúrólyuk alján rendkívül nagy hőátadási hatásfokot kell biztosítani; ebben az eljárásban ugyanis a hőenergiát csupán a csőrendszer aljának közvetlen környezetében lévő, viszonylag kis kiterjedésű forró rétegből lehet kinyerni. Így ha a forró rétegen az egy fúrólyukat alkalmazó megoldás szei’int vizet áramoltatnak keresztül, a geotermikus energiát csak kis összhatásfokkal lehet kinyerni. Itt is problémát jelent, hogy a víz keringtetése energiaigényes. A fenti nehézségek kiküszöbölésére javasolták passzív höcső alkalmazását geotermikus energia kinyerésére. A 3 911 683. sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint erre a célra méreteiben - pontosabban hosszában - lépcsőzetesen növekvő, hagyományos hőcsővet használnak fel. A hőcsövek nagy termikus hatásfoka közismert, a méretnövelésböl adódó gyakorlati nehézségeket azonban nem ismertették. Feltéve, hogy a méretnövelés hatására a termikus hatásfok nem csökken, az igy kialakított elrendezés a legjobb esetben nem biztosit semmiféle előnyt a korábbi megoldásokhoz viszonyítva. Roszszabb esetben ez az elrendezés hatástalan, ami az adott szélsőségesen nagy hossz/átmérö arányok következtében fellépő veszteségeknek tulajdonítható. A találmány tárgya eljárás geotermikus energia kinyerésére, amelynek során a földfelszíntől egy viszonylag forró geológiai rétegbe nyúló fúrólyukba két, egymással koncentrikusan elhelyezett csőből kialakított zárt csövet - a belső cső a munkafolyadék visszavezetésére alkalmas és viszonylag kis átmérőjű - illesztünk, úgy, hogy a zárt cső egyik vége u felszínen vagy annak közelében, másik vége pedig a kívánt rétegben helyezkedjék el. A zárt cső felszíni vagy ahhoz közel eső végéhez hőcserélőt csatlakoztatunk, amellyel a munkafolyadékból kinyerjük az energiát. A találmány értelmében a zárt csövet a munkafolyadék bevezetése előtt legalább részlegesen evakuáljuk. Egy előnyös módszer szerint az eljárásban olyan eszközöket (például szivattyúkat) használunk, amelyek elősegítik a munkafolyadék gravitációs visszaáramlását. Az egymásba helyezett két csövet előnyösen a két csőtől távközzel elválasztott harmadik - legkülső - csővel vesszük körül annak érdekében, hogy csökkentsük a hő átáramlását a viszonylag forró rétegek fölött elhelyezkedő hideg rétegekbe. Ha három csövet alkalmazunk, előnyösen úgy járunk el, hogy a fúrólyukba először a harmadik - legkülső - csövet helyezzük be, majd ebbe behelyezzük a zárt csövet alkotó két további csövet úgy, hogy a zárt cső a harmadik cső aljától a viszonylag forró rétegbe nyúlik. Egy további előnyös megoldás szerint a harmadik cső egyébként nyitott végét a zárt cső körül lezárjuk ott, ahol a zárt cső a forró rétegbe hatol. Ennek érdekében a harmadik csőbe hézagkitöltó anyagot vagy cementet injektálhatunk. A zárt cső hófelvevó képességének növelése céljából a cső viszonylag forró rétegbe nyúló részén (az alsó rész környezetében) hőfelvételt fokozó szakaszt alakíthatunk ki. így például a zárt cső belső felületén az utolsó 1 km-es csőszakaszon a munkafolyadék és annak gőze szempontjából porózus, zsugorított rézből készült szövedéket helyezhetünk el. A munkafolyadék felé irányuló hőátadás további javítása céljából a fúrólyuk alján a viszonylag forró réteget előzetesen feltörhetjük, és a zárt cső behelyezése előtt oda folyadékot, például vizet vezethetünk. A fúrólyuk kialakítása a találmány szerinti eljárás egyik részművelete lehet, ez azonban el is maradhat, mert a találmány egyik lényeges előnye éppen az, hogy az eljárás már meglévő fúrólyukak - például olaj, gáz vagy egyéb természetes nyersanyagforrások feltárására végzett fúrásokból származó fúrólyukak - esetében is alkalmazható. Rendkívül jelentős, hogy a találmány szerinti eljárás az egyébként hasznavehetetlen fúrólyukak hasznosítását is lehetővé teszi, mert 6okkal több eredménytelen feltárásból származó fúrólyuk van annál, mint ahány sikeresen feltárt olaj- vagy gázkút üzemel. Feltéve, hogy a geotermikus jellemzők megfelelőek, és a fúrólyuk alkalmas átmérőjű - ami a legtöbb esetben adott -, energiaforrásként 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
