Районная система распределения энергии и способ получения механической работы и нагревания теплоносителей районной теплосети - RU2019137382A

1. Районная система распределения энергии, содержащая

геотермальную энергетическую станцию (50), содержащую:

первый контур, содержащий:

питающий трубопровод (11) для потока геотермально нагретой воды, поступающего из источника (10) геотермального тепла;

бойлер (51), содержащий теплообменник (52а, 52b, 52с), выполненный с возможностью отбора тепла от поступающего потока геотермально нагретой воды для осуществления перегрева рабочей среды второго контура геотермальной энергетической станции (50);

возвратный трубопровод (12) для обратного потока охлажденной воды из бойлера (51) в источник (10) геотермального тепла;

причем второй контур содержит:

бойлер (51) выполненный с возможностью перегрева рабочей среды второго контура;

детандер (53), соединенный с бойлером (51) и выполненный с возможностью расширения перегретой рабочей среды и преобразования расширения в механическую работу; и

конденсатор (55), выполненный с возможностью преобразования расширенной рабочей среды в жидкую фазу и нагревания теплоносителя районной теплосети (20);

при этом районная теплосеть (20) содержит:

районный подающий трубопровод (22) и районный обратный трубопровод (23), причем районный подающий трубопровод (22) выполнен с возможностью прохождения по нему теплоносителя, имеющего первую температуру, а районный обратный трубопровод (23) выполнен с возможностью прохождения по нему теплоносителя, имеющего вторую температуру, причем вторая температура ниже первой температуры;

множество местных отопительных систем (200; 250), каждая из которых имеет вход (25), соединенный с районным подающим трубопроводом (22), и выход (26), соединенный с районным обратным трубопроводом (23), причем каждая местная отопительная система (200; 250) выполнена с возможностью обеспечения здания (40) горячей водой и/или комфортным отоплением, и при этом каждая из местных отопительных систем (200; 250) содержит:

теплообменник (251) потребителя тепловой энергии, выполненный с возможностью выборочного соединения с районным подающим трубопроводом (22) через клапан (252) потребителя тепловой энергии для обеспечения возможности теплоносителю из районного подающего трубопровода (22) поступать в теплообменник (251) потребителя тепловой энергии, выполненный с возможностью выборочного соединения с районным подающим трубопроводом (22) через насос (253) потребителя тепловой энергии для накачки теплоносителя из районного подающего трубопровода (22) в теплообменник (251) потребителя тепловой энергии, и соединенный с районным обратным трубопроводом (23) для обеспечения возможности возврата теплоносителя из теплообменника (251) потребителя тепловой энергии в районный обратный трубопровод (23), при этом теплообменник (251) потребителя тепловой энергии выполнен с возможностью передачи тепловой энергии от теплоносителя к среде, окружающей теплообменник (251) потребителя тепловой энергии, так чтобы теплоноситель, возвращаемый в районный обратный трубопровод (23), имел температуру ниже первой температуры, а предпочтительно - температуру, равную второй температуре;

устройство (254) определения разности давлений, выполненное с возможностью определения локальной разности давлений, Δp₁ между районным подающим трубопроводом (22) и районным обратным трубопроводом (23); и

контроллер (255), выполненный с возможностью, на основе локальной разности давлений, выборочного управления использованием либо клапана (252) потребителя тепловой энергии, либо насоса (253) потребителя тепловой энергии; и

при этом конденсатор (55) выполнен с возможностью нагревания теплоносителя районного подающего трубопровода (22) до температуры 5-30°С.

2. Районная система распределения энергии по п. 1, отличающаяся тем, что источник (10) геотермального тепла представляет собой глубокий источник геотермального тепла.

3. Районная система распределения энергии по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что детандер (53) представляет собой газовую турбину.

4. Районная система распределения энергии по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что детандер (53) выполнен с возможностью осуществления расширения перегретой рабочей среды, чтобы на выходе получить температуру 10-40°С.

5. Районная система распределения энергии по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что бойлер (51) выполнен с возможностью перегрева рабочей среды в жидком состоянии, поступающей из конденсатора (55).

6. Районная система распределения энергии по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что геотермальная энергетическая станция (50) дополнительно содержит генератор (54), выполненный с возможностью преобразования механической работы в электрическую энергию.

7. Районная система распределения энергии по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что источник (10) геотермального тепла выполнен с возможностью геотермального нагрева охлажденной воды, возвращаемой по возвратному трубопроводу (12), до температуры 100-250°С.

8. Районная система распределения энергии по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что первый контур дополнительно содержит всасывающий насос (13), выполненный с возможностью всасывания геотермально нагретой воды из источника (10) геотермального тепла в питающий трубопровод (11) и нагнетания геотермально нагретой воды так, чтобы в питающем трубопроводе (11) вода находилась в жидкой фазе.

9. Районная система распределения энергии по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что бойлер (51) выполнен с возможностью отбора тепла от поступающего потока геотермально нагретой воды так, чтобы охлажденная вода в возвратном трубопроводе (12) имела температуру 10-40°С,

10. Районная система распределения энергии по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что районный подающий трубопровод (22) вместе с районным обратным трубопроводом (23) имеют коэффициент теплопередачи, превышающий 2,5 Вт/мК, когда указанные трубопроводы расположены в грунте параллельно друг другу.

11. Районная система распределения энергии по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что:

контроллер (255) выполнен с возможностью выборочного использования клапана (252) потребителя тепловой энергии, когда локальная разность давлений указывает на то, что локальное давление теплоносителя в районном подающем трубопроводе (22) больше локального давления теплоносителя в районном обратном трубопроводе (23),

контроллер (255) выполнен с возможностью выборочного использования насоса (253) потребителя тепловой энергии, когда первая локальная разность давлений указывает на то, что первое локальное давление теплоносителя в районном подающем трубопроводе (22) меньше или равно первому локальному давлению теплоносителя в районном обратном трубопроводе (23).

12. Районная система распределения энергии по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что каждая из множества местных отопительных систем (200; 250) выполнена с возможностью отбора тепла от теплоносителя, поступающего в местную отопительную систему (200; 250) через вход (25), и последующего возврата охлажденного теплоносителя в районный обратный трубопровод (23) через выход (26), причем каждая из множества местных отопительных систем (200; 250) выполнена с возможностью возврата местного теплоносителя, имеющего температуру в диапазоне -5-15°С.

13. Районная система распределения энергии по любому из пп. 1-12, отличающаяся тем, что размеры районного подающего трубопровода (22) и районного обратного трубопровода (23) выбраны для работы с давлениями до 0,6 МПа, 1 МПа или 1,6 МПа.