Алгоритм управления технологическим процессом извлечения петротермальной энергии Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СООБЩЕНИЯ REPORTS

УДК 621.311 DOI: 10.17213/0321-2653-2015-2-101-103

АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЕТРОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ

ALGORITHM CONTROL PROCESS EXTRACTION PETROTHERMAL ENERGY

© 2015 г. Н.И. Стоянов, Р.А. Гейбатов, А.А. Смирнова

Стоянов Николай Иванович - д-р техн. наук, доцент; зав. Stoyanov Nikolay Ivanovich - Doctor of Technical Sciences,

кафедрой «Теплогазоснабжение и экспертиза недвижимо- assistant professor, head of department «Heat and Gas supply

сти», Институт строительства, транспорта и машинострое- and Property Survey», Institute of construction, transport and

ния, Северо-Кавказский федеральный университет, г. Став- machine engineering, North-Caucasus Federal University,

рополь, Россия. Stavropol, Russia.

Гейбатов Руслан Аликович - аспирант, кафедра «Теплога- Geybatov Ruslan Alikovich - post-graduate student, department

зоснабжение и экспертиза недвижимости», Институт строи- «Heat and Gas supply and Property Survey», Institute of con-

тельства, транспорта и машиностроения, Северо-Кав- struction, transport and machine engineering, North-Caucasus

казский федеральный университет, г. Ставрополь, Россия. Federal University, Stavropol, Russia.

Смирнова Анастасия Александровна - аспирант, кафедра Smirnova Anastasia Aleksandrovna - post-graduate student,

«Теплогазоснабжение и экспертиза недвижимости», Институт department «Heat and Gas supply and Property Survey», Insti-

строительства, транспорта и машиностроения, Северо-Кав- tute of construction, transport and machine engineering, North-

казский федеральный университет, г. Ставрополь, Россия. Caucasus Federal University, Stavropol, Russia.

Для повышения теплопроизводительности и оптимизации использования петротермальной энергии, извлекаемой по способу «труба в трубе», необходимо процесс извлечения данного вида энергии автоматизировать. Управление рассматриваемым технологическим процессом можно осуществить при помощи комплекса современного оборудования, а именно: вычислительного блока, датчиков, регуляторов. Так как потребители могут быть различными, будь то производственные или коммунально-бытовые, то и потребности в энергии у них различны, например отопление, горячее водоснабжение, вентиляция, холодоснабжение. Соответственно и регулирование должно ориентироваться на задаваемые параметры и быть количественным, качественным или количественно-качественным.

Ключевые слова: петротермальная энергия; алгоритм управления; тип регулирования.

To increase the heat productivity and optimization use of petro thermal energy, extracted by "pipe in pipe " technology, it is expected to automatize the extracting process for considered type of energy. The considered technologic process management can be achieved with the help of modern equipment complex which includes a computing device, sensors and regulators. As the consumers differ according to their productive or communally domestic purposes, their energy needs also are different, namely: heat supply, hot water supply, ventilation and cold supply. Accordingly, the regulation is supposed to be oriented on set up parameters and be in a good agreement with characteristics in number as well as qualitatively or both of them.

Keywords: petrothermal energy; logic control; type of control.

Рассматриваемый способ использования петро- опущенной в обсадную трубу трубе и передает тепло

термальной энергии (рис. 1) заключается в том, что потребителю при помощи теплового насоса. Скважи-

охлажденный теплоноситель подается в обсадную на предназначается для круглогодичного использова-

трубу, а нагретый - поднимается по концентрично ния: в холодный период - на производственные нуж-

ды и коммунально-бытовые (отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение); в теплый период - на производственные нужды, коммунально-бытовые (ГВС) и холодоснабжение [1 - 7].

V-

I

у—

dz

V А"

V

\(

Рис. 1. Общая схема скважины: 1 - наружная опускная труба; 2 - внутренняя подъемная труба; 4, °С, - температура грунта на глубине скважины zk, м; , °С, - температура

теплоносителя на глубине zk, м; ^ - температура на поверх-о , tW2í¡ - температура теплоносителя на входе в

скважину и на выходе из скважины, °С

ности; tw

Управление технологическим процессом (рис. 2) извлечения петротермальной энергии может представлять собой систему, состоящую из вычислительного блока (для расчетов требуемых параметров), блока управления регуляторов петротермальной скважины (которые передают команды на регуляторы) и самих регуляторов, а также различных датчиков, в частности температуры. Датчики передают импульсы на вычислительный блок, который рассчитывает необходимые параметры, такие как теплопроизводи-тельность, температура теплоносителя на выходе из скважины и прочие. После чего вычислительный блок передает команду блоку управления регуляторов, который в свою очередь - регуляторам.

Регулирование работы по извлечению петротер-мальной скважины может быть как количественным (регулирование по количеству закачиваемого теплоносителя), качественным (регулирование по температуре закачиваемого теплоносителя), так и количественно-качественным (регулирование по количеству и температуре закачиваемого теплоносителя), пример по условной скважине с температурным градиентом 0,04 оС/км приведен на рис. 3 - 4.

Вычислительный блок

Ввод и считывание данных, необходимых для расчетов

Расчет основных параметров

£

Вывод рассчитанных параметров и передача команд на блоки управления

Рис. 2. Алгоритм управления

О

50 40

& 30

&

Ос Щ

Н

20 10 0

4 6 Расход, кг/с

-♦-Время работы скважины 12 месяцев; теплопроводность грунта 1 Вт/(м*град.С) -•-Время работы скважины 12 месяцев; теплопроводность грунта 1,5 Вт/(м*град.С) —»—Время работы скважины 12 месяцев; теплопроводность грунта 2,5 Вт/(м*град.С)

Рис. 3. Зависимость температуры теплоносителя на выходе из скважины от расхода закачиваемого в скважину теплоносителя

900

tg 800

а 700

| 600 й

S 500

О

¡2 400 | 300

§ 200

§ 100

0

1 0

Щ

н

10

15

20

25

30 35

Температура tw оС

4 Время работы скважины 12 месяцев, теплопроводность грунта 2,5 Вт/(м2-°С)

Рис. 4. Зависимость тепловой мощности петротермальной скважины от температуры закачиваемого в скважину теплоносителя

Само по себе регулирование необходимо, конечно же, связать с потребностями потребителей петро-термальной энергии.

t

w2.0

t

"1.0

t

0

1

z

2

5

Литература

1. Стоянов Н.И., Гейбатов Р.А. Математическое моделирование температурного поля петротермальной скважины // Вестн. Сев.-Кавк. гос. техн. ун-та. 2012. № 4 (33). С. 85 - 89.

2. Гейбатов Р.А. Процессы теплообмена в петротермальной скважине и в массиве грунта вокруг скважины // Альтернативная энергетика и экология. 213. № 02/2 (120). С. 68 - 72.

3. Гейбатов Р.А., Стоянов Н.И., Гейвандов И.А. Методика решения дифференциальных уравнений описывающих тепловые потоки и распределение температур в массиве грунта вокруг петротермальной скважины // Вестн. Сев.-Кавк. федерального ун-та. 2013. № 3(36). С. 97 - 101.

4. Гейбатов Р.А. Экспериментальное исследование физической модели петротермальной скважины // Альтерна-

тивная энергетика и экология. 2013. № 08 (130). С. 79 -83.

5. Стоянов Н.И., Воронин А.И., Гейбатов Р.А. Комплексное использование петротермальной энергии с помощью абсорбционных тепловых насосов // Вестн. Сев.-Кавк. федерального ун-та. 2013. № 4(37). С. 47 - 51.

6. Стоянов Н.И., Гейвандов И.А., Гейбатов Р.А., Смирнов С.С., Смирнова А.В. Теоретические основы и технологии извлечения и использования глубинного петро-термального тепла для комплексного энергоснабжения удаленных и обособленных потребителей: монография / СКФУ, Ставрополь, 2013. 148 с.

7. Патент 2288413 Российская Федерация, С1, МПК F24J 3/08. Способ извлечения геотермального тепла / Н.И. Стоянов, А.И. Воронин, И.А. Гейвандов. 2005113114/06; Заявл. 29.04.05; Опубл. 27.11.06, Бюл. № 33. Патентообладатель ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет».

References

1. Stoyanov N.I., Gejbatov R.A. Matematicheskoe modelirovanie temperaturnogo polya petrotermal'noj skvazhiny [Mathematic simulation of petro-thermal well temperature field]. Vestnik Severo-Kavkazskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo univer-siteta, 2012, no. 4 (33), pp. 85 - 89.

2. Gejbatov R. A. Processy teploobmena v petrotermal'noj skvazhine i v massive grunta vokrug skvazhiny [Heat exchange processes in a petro-thermal well and in surrounding soil]. Al'ternativnaya 'energetika i 'ekologiya, 2013, no. 02/2 (120), pp. 68 - 72.

3. Gejbatov R.A., Stoyanov N.I., Gejvandov I.A. Metodika resheniya differencial'nyh uravnenij opisyvayuschih teplovye potoki i raspredelenie temperatur v massive grunta vokrug petrotermal'noj skvazhiny [Methods of differential equations describing heat currents and temperature distribution in soil around a petro-thermal well]. Vestnik Severo-Kavkazskogo federal'nogo univer-siteta, 2013, no. 3(36), pp. 97- - 101.

4. Gejbatov R.A. 'Eksperimental'noe issledovanie fizicheskoj modeli petrotermal'noj skvazhiny [Methods of differential equations describing heat currents and temperature distribution in soil around a petro-thermal well]. Al'ternativnaya 'energetika i 'ekologiya,, 2013, no. 08 (130), pp. 79 - 83.

5. Stoyanov N.I., Voronin A. I., Gejbatov R. A. Kompleksnoe ispol'zovanie petrotermal'noj 'energii s pomosch'yu absorbcionnyh teplovyh nasosov [Complex usage of petro-thermal energy with the help of absorption heat pumps]. Vestnik Severo-Kavkazskogo federal'nogo universiteta, 2013, no. 4(37), pp. 47 - 51.

6. Stoyanov N.I., Gejvandov I.A., Gejbatov R.A., Smirnov S. S., Smirnova A.V. Teoreticheskie osnovy i tehnologii izvlecheniya i ispol'zovaniya glubinnogo petrotermal'nogo tepla dlya kompleksnogo 'energosnabzheniya udalennyh i obosoblennyh potre-bitelej: monografiya [Theoretical basis and extracting and using technology of petro-thermal heat for complex energy supply to remote and isolated consumers: monograph]. Stavropol', 2013, 148 p.

7. Stoyanov N. I., Voronin A. I., Gejvandov I. A. Sposob izvlecheniya geotermal'nogo tepla. Patent, no. 2288413, 2006.

Поступила в редакцию 5 декабря 2014 г.