GEOTHERMAL ENERGY SUPPLY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL FACILITIES USING ABSORPTION HEAT PUMPS
In geothermal heat supply systems, absorption heat pumps have significant advantages over vapor-compression heat pumps, since they use only thermal energy for operation, while the specific consumption of electrical energy for their own needs is 1–2 % of the installed heat output and have a wider ope...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/404 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103640338432000 |
|---|---|
| author | Chalaev, D. M. Morozov, Yu. P. |
| author_facet | Chalaev, D. M. Morozov, Yu. P. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "D. M. Chalaev",
"institution": "Institute of Renewable Energy NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine."
},
{
"author": "Yu. P. Morozov",
"institution": "Institute of Renewable Energy NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine."
}
] |
| author_sort | Chalaev, D. M. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:18Z |
| description | In geothermal heat supply systems, absorption heat pumps have significant advantages over vapor-compression heat pumps, since they use only thermal energy for operation, while the specific consumption of electrical energy for their own needs is 1–2 % of the installed heat output and have a wider operating temperature range. An important factor in the use of absorption heat pumps is also a significant range of power adjustment of the unit, which ranges from 25 % to 100 % of the rated power.
The use of absorption thermotransformers in geothermal heat supply systems makes it possible to increase the depth of operation of the temperature potential of the geothermal fluid, which expands the area of its use in the agricultural industry and helps to extend the cost-effective distance of geothermal heat transportation.
The proposed technological scheme of grain drying with heating and dehydration of the drying agent using an absorption heat pump and the use of geothermal energy for its operation makes it possible to reduce the energy consumption for moisture extraction by 1.6 times. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2023.2(73).81-91 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:39:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
81
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
УДК 504.43; 621.577.2 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.2(73)81-91
СИСТЕМИ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ ОБ’ЄКТІВ СІЛЬСКОГО ГОСПОДАРСТВА
ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ АБСОРБЦІЙНИХ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ
Отримано 16 трав. 2023; рекомендовано до публікації 22 чер. 2023
Доступно онлайн 30 чер. 2023
Д. М. Чалаєв1, Ю. П. Морозов2
Автор для кореспонденції: Юрій Морозов,
e-mail: geotherm@ukr.net
У системах геотермального теплопостачання абсорб-
ційні теплові насоси мають значні переваги перед паро-
компресійними тепловими насосами, тому що для своєї роботи вони використовують лише теплову
енергію, при цьому питомі витрати електричної енергії на власні потреби становлять 1–2 % встано-
вленої теплової потужності та мають ширший діапазон робочих температур. Важливим фактором
застосування абсорбційних теплових насосів є також значний діапазон регулювання потужності агре-
гату, який коливається від 25 до 100 % номінальної потужності.
Застосування абсорбційних термотрансформаторів у системах геотермального теплопостачання
дозволяє збільшити глибину спрацьовування температурного потенціалу геотермального флюїду, що
розширює сферу його використання в аграрній промисловості та сприяє подовженню рентабельної від-
стані транспортування геотермального тепла.
Запропонована технологічна схема сушіння зерна з нагрівом і зневодненням сушильного агента за до-
помогою абсорбційного теплового насоса і з використанням геотермальної енергії для його роботи дає
змогу в 1,6 раза зменшити витрати енергії на вилучення вологи.
Ключові слова: геотермальний теплоносій, абсорбційні теплові насоси, супутній паливний газ, геотер-
мальне теплопостачання, сушіння сільськогосподарських виробів, геотермальний флюїд, витрати ене-
ргії, струменевий занурюваний насос.
GEOTHERMAL ENERGY SUPPLY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL FACILITIES USING ABSORPTION
HEAT PUMPS
Received 16 May. 2023; accepted 22 Jun. 2023
Available online 31 Jun. 2023
D. M. Chalaev1, Yu. P. Morozov2
Author for correspondence: Yurii Morozov,
e-mail: geotherm@ukr.net
In geothermal heat supply systems, absorption heat pumps
have significant advantages over vapor-compression heat
pumps, since they use only thermal energy for operation, while the specific consumption of electrical energy for
their own needs is 1–2 % of the installed heat output and have a wider operating temperature range. An
important factor in the use of absorption heat pumps is also a significant range of power adjustment of the
unit, which ranges from 25 % to 100 % of the rated power.
The use of absorption thermotransformers in geothermal heat supply systems makes it possible to increase the
depth of operation of the temperature potential of the geothermal fluid, which expands the area of its use in
the agricultural industry and helps to extend the cost-effective distance of geothermal heat transportation.
The proposed technological scheme of grain drying with heating and dehydration of the drying agent using an
absorption heat pump and the use of geothermal energy for its operation makes it possible to reduce the energy
consumption for moisture extraction by 1.6 times.
1 д-р техн. наук.
http://orcid.org/0000-0002-5154-4257
2 д-р техн. наук.
http://orcid.org/0000-0003-1632-9735
1, 2 Інститут відновлюваної енергетики НАН
України, м. Київ, Україна.
1 Doctor of Tech. Sciences.
http://orcid.org/0000-0002-5154-4257
2 Doctor of Tech. Sciences.
http://orcid.org/0000-0003-1632-9735
1, 2 Institute of Renewable Energy NAS of
Ukraine, Kyiv, Ukraine.
82
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
Keywords: geothermal heat carrier, absorption heat pumps, associated fuel gas, geothermal heat supply,
drying of agricultural products, geothermal fluid, energy consumption, submersible jet pump.
Перелік використаних позначень та скорочень:
АТТ – абсорбційний термотрансформатор
АТН – абсорбційний тепловий насос
COP – коефіцієнт перетворення теплоти
ГВП – гаряче водопостачання
Q – теплопродуктивність, кВт
q – питоме теплове навантаження, кДж/кг
cp – питома теплоємність, кДж/кг·К
f – кратність циркуляції розчину абсорбенту
i – ентальпія, кДж/кг
t – температура, °C
Δt – перепад температур, °C
ξ – концентрації розчину абсорбенту, %
ρ – густина, кг/м3
Нижні індекси:
а – абсорбер
в – випарник
г – генератор
к – конденсатор
то – теплообмінник
гр – грійний
ср – середній
НКТ – насосно-компресорна труба
Вступ. У сучасних економічних умовах України для дося-
гнення енергонезалежності необхідно активно залучати
до енергообігу відновлювані джерела енергії, зокрема
геотермальні енергоресурси. Використання енергетич-
ного потенціалу розвіданих запасів геотермальної ене-
ргії в Україні дозволяє вже сьогодні вирішувати про-
блему автономного децентралізованого енергопоста-
чання в ряді окремих регіонів, в яких розташовані родо-
вища геотермальної енергії [1].
Масштаби освоєння геотермальних ресурсів на конкре-
тному родовищі залежить від багатьох чинників, таких
як геологія місцевості, температурний потенціал і якість
геотермального флюїду (мінералізація, хімічний склад
та корозійна активність щодо конструктивних матеріа-
лів). Важливе значення має також інфраструктура в рай-
оні будівництва геотермального теплоенергетичного
комплексу та відстань до перспективних споживачів
енергії. З огляду на вищенаведене головним напрямом
застосування геотермальної енергії в Україні може стати
мала енергетика, в межах якої можливе створення ло-
кальних геотермальних енергетичних комплексів для
забезпечення тепловою та електричною енергією насе-
лених пунктів та об’єктів сільського господарства, розта-
шованих у районі геотермальних родовищ.
Вибір варіанта технологічної схеми й галузі застосу-
вання геотермальної енергії в сільському господарстві
та агропромисловому секторі визначається насамперед
температурним потенціалом геотермального флюїду та
дебітом свердловин. Аналіз даних літератури та позити-
вний досвід розробок, що були виконані в Інституті від-
новлюваної енергетики НАН України, дали змогу визна-
чити найперспективніші напрями для розвитку і впрова-
дження геотермальної енергетики, а також встановити
ефективні технології використання геотермальної енер-
гії різного температурного потенціалу [2–8].
За температури термальної води 20–35 °С її можна за-
стосувати для теплопостачання господарств із розве-
дення риби. Геотермальну воду використовують для пі-
дігріву прісної води за допомогою теплообмінника або
для змішування з прісною водою та отримання необхід-
них температур у водоймищах, при яких забезпечується
максимальна продуктивність процесу вирощування
риби [9].
За температури від 35 до 50 °C геотермальну теплову
енергію раціонально використовувати для обігріву ґру-
нту при вирощуванні сільськогосподарської продукції
на відкритому повітрі та в теплицях. Забезпечення пос-
тійної температури ґрунту в міжсезоння сприяє продов-
женню вегетаційного періоду та підвищенню врожай-
ності рослин [10].
Найширший спектр застосування в технологіях вироб-
ництва та переробки сільгосппродукції мають геотерма-
льні ресурси з температурами від 60 до 90 °C [9]. Геотер-
мальна енергія в цьому діапазоні температур викорис-
товується для теплопостачання тепличних господарств з
вирощування зелені, овочів, грибів, полуниці, квітів та
ін. Ще один затребуваний напрям використання геотер-
мальної енергії цього температурного потенціалу – су-
шіння зерна, овочів, фруктів, ягід, грибів.
Геотермальні ресурси з температурним потенціалом
90–120 °C можна використовувати в технологічних про-
цесах переробки харчової продукції, таких як бланшу-
вання, випарювання та дистиляція, стерилізація та пас-
теризація. Крім цього, геотермальний флюїд у діапазоні
цих температур може бути застосований для виробниц-
тва штучного холоду за допомогою абсорбційних холо-
дильних машин, а також для вироблення електричної
енергії за допомогою бінарних енергетичних установок
з ORC-модулями [11, 12].
За даними Всесвітнього геотермального конгресу 2020
року (WGC 2020) технології використання геотермальної
енергії в аграрній промисловості активно поширюються й
сьогодні застосовуються більш ніж у 30 країнах світу [13].
Постановка завдання. На більшості геотермальних родо-
вищ України температура термальних вод не перевищує
60–70 °С, що знижує ефективність та обмежує сферу її ви-
користання в технологіях переробки аграрної продукції. У
зв'язку з цим цікаво дослідити можливість підвищення
ефективності роботи геотермального джерела за допомо-
гою абсорбційних теплових насосів та оптимізувати схеми
їхньої прив'язки до різних технологічних процесів.
83
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
У системах геотермального теплопостачання абсорбційні
теплові насоси мають значні переваги перед пароком-
пресійними тепловими насосами, оскільки для своєї ро-
боти вони використовують лише теплову енергію (питомі
витрати електричної енергії на власні потреби становлять
1–2 % встановленої теплової потужності) та мають шир-
ший діапазон робочих температур. Важливим фактором
застосування абсорбційних теплових насосів є також зна-
чний діапазон регулювання потужності агрегату, який ко-
ливається від 25 до 100 % номінальної потужності.
Абсорбційні теплові насоси поділяються на два основні
типи: знижувальні (абсорбційні термотрансформатори
першого типу) та підвищувальні (абсорбційні термо-
трансформатори другого типу).
Температурні умови роботи абсорбційних термотрансфор-
маторів першого типу (АТТ-І) визначаються параметрами
трьох незалежних джерел теплоти, якими є температура
грійного джерела, температура низькопотенціального
джерела, а також необхідна температура нагріву теплоно-
сія. Схематично цикл роботи АТТ-І показано на рис. 1, а. Хо-
лодоагент кипить у випарнику при низькому тиску і, відпо-
відно, при низькій температурі, сприймаючи низькопотен-
ціальну теплоту. Пара холодоагенту, що при цьому утво-
рюється, надходить в абсорбер і поглинається концентро-
ваним розчином абсорбенту з виділенням теплоти сорбції.
Розведений в результаті поглинання холодоагенту розчин
абсорбенту подається насосом в генератор, де при підве-
денні високотемпературної теплоти від грійного джерела
холодоагент десорбується і концентрація розчину віднов-
люється. Десорбований пароподібний холодоагент надхо-
дить під високим тиском у конденсатор і зріджується з ви-
діленням теплоти конденсації. Рідкий холодоагент і конце-
нтрований розчин абсорбенту повертаються, відповідно, у
випарник та абсорбер, після чого цикл повторюється.
а б
Рис. 1. Цикли абсорбційних теплових насосів знижувального (a) та підвищувального (б) типів:
В – випарник; К – конденсатор; А – абсорбер; Г – генератор; Т/О – теплообмінник розчинів
Fig. 1. Cycles of an absorption heat pumps to reduce (a) and increase (b) the temperature of useful heat:
B – evaporator; K – condenser; A – absorber; Г – generator; Т/О – solution heat exchanger
Енергетична ефективність термотрансформатора пер-
шого типу характеризується тепловим коефіцієнтом
(coefficient of performance, COP), що визначається як від-
ношення теплопродуктивності (суми теплоти абсорбції й
теплоти конденсації) до витрати теплової енергії в гене-
раторі. Теплопродуктивність АТТ-1 в 1,6–1,7 раза вища за
теплоту, отриману від високотемпературного джерела.
A K
ATT I
Г
Q QCOP
Q−
+
=
Температурні умови роботи абсорбційних термотранс-
форматорів другого типу (АТТ-ІІ) визначаються парамет-
рами трьох джерел теплоти, якими є температура грій-
ного джерела, температура оточуючого середовища
(охолоджвальної води або повітря), а також температура
нагріву теплоносія. Цикл АТТ-ІІ наведено на рис. 1, б. На
відміну від циклу АТТ-І у цьому разі генератор і конденса-
тор функціонують при низькому тиску й температурі, а
абсорбер і випарник – при високому. В процесі роботи
термотрансформатора до генератора та випарника під-
водиться середньотемпературна теплота, а високотем-
пературна теплота виробляється в абсорбері. Основною
перевагою АТТ другого типу є можливість, використову-
ючи лише середньопотенціальну теплову енергію, пере-
творювати її на теплоту підвищеного потенціалу. На
високотемпературний рівень переноситься близько 50 %
теплової потужності середньопотенціального джерела
енергії, а решта теплоти викидається в атмосферу при тем-
пературі оточуючого середовища.
A
ATT II
Г B
QCOP
Q Q− =
+
Результати дослідження
1. Комбіновані системи геотермального теплопо-
стачання з підвищувальним абсорбційним термот-
рансформатором
Для досягнення високої ефективності використання гео-
термального джерела енергії в технологіях переробки
аграрної продукції необхідно максимально повно утилі-
зувати тепловий потенціал термальних вод та забезпе-
чити гнучкий температурний графік теплопостачання
споживача. Для вирішення цього завдання нами розро-
блено технологічну схему комбінованої системи тепло-
постачання з підвищувальним абсорбційним термо-
трансформатором.
Принципова схема АТТ-II та деякі конструктивні особли-
вості апаратів представлено на рис. 2.
84
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
Рис. 2. Принципова схема комбінованої системи теплопостачання з абсорбційним підвищувальним термо-
трансформатором: 1 – геотермальна видобувна свердловина; 2 – насос; 3 – бак відстійник-деаератор; 4 – забір
питної води на ГВП; 5 – теплообмінник ГВП; 6 – нагнітальна свердловина; 7 – випарник АТТ; 8 – підігрівач кон-
денсату АТТ; 9 – генератор АТТ; 10 – конденсатор АТТ; 11 – повітряний охолоджувач (або градирня); 12 – теп-
лообмінник розчинів АТТ; 13 – абсорбер АТТ; 14 – споживач тепла; 15 – теплообмінник; 16 – запірно-регулюва-
льна арматура; 17 – циркуляційна помпа; 18 – напірний насос
Fig. 2. Schematic diagram of a combined heat supply system with an increase type absorption thermotransformer: 1 –
geothermal production well; 2 – pump; 3 – sump-deaerator tank; 4 – water for hot water supply; 5 – hot water heat ex-
changer; 6 – injection well; 7 – evaporator of ATT; 8 – condensate heater of ATT; 9 – generator of ATT; 10 – condenser of
ATT; 11 – air cooler (or cooling tower); 12 – heat exchanger of ATT solutions; 13 – absorber of ATT; 14 – heat consumer;
15 – heat exchanger; 16 – shut-off and control valves; 17 – circulation pump; 18 – pressure pump
Експлуатація комбінованої геотермальної системи тепло-
постачання може здійснюватися у декількох режимах:
1. Забезпечення ГВП за рахунок термальної енергії.
2. Забезпечення ГВП та теплопостачання за рахунок ге-
отермальної енергії.
3. Забезпечення ГВП за рахунок геотермальної енергії,
а системи теплопостачання при комбінованому на-
гріві мережевої води в геотермальному теплообмін-
нику та в абсорбері АТТ.
4. Нагрів мережевої води системи теплопостачання ви-
ключно в АТТ, при покритті теплового навантаження
ГВП за рахунок теплоти термальної води, що відпра-
цьована у випарнику АТТ.
При роботі в режимі ГВП термальна вода з видобувної
свердловини 1 насосом 2 подається до баку відстійника-
деаератора 3, де частково очищується від мінеральних
сполук та розчинених газів, і потім циркуляційним насо-
сом 17 подається в теплообмінник 5, де нагріває воду з
системи гарячого водопостачання. З теплообмінника тер-
мальна вода напірним насосом 18 крізь напірну сверд-
ловину 6 закачується у водоносний горизонт.
У комбінованому режимі експлуатації до системи тепло-
постачання долучається абсорбційний термотрансфор-
матор та контур охолодження конденсатора АТТ на базі
повітряного охолоджувача рідини. Циркуляція тепло-
носія і матеріальних потоків робочого тіла відбувається
так. Термальна вода з температурою 70 °С насосом 17 по-
дається паралельними потоками в трубний простір випа-
рника АТТ 7 і генератора АТТ 9, де віддає теплову енергію
киплячому холодоагенту і розчину абсорбенту. Одноча-
сно пара холодоагенту з випарника надходить в абсор-
бер і поглинається міцним розчином абсорбенту з виді-
ленням теплоти сорбції при 115 °С, яка передається теп-
лоносію контуру споживача 14. Пара холодоагенту з гене-
ратора поступає в конденсатор 10, де зріджується при
охолодженні водою з водообертового циклу, і за допо-
могою циркуляційної помпи повертається до випарника.
На виході з трубного простору випарника охолоджена до
65 °С термальна вода розділяється на два потоки. Пер-
ший прямує до теплообмінника 5, а потім на вхід насосу
18. Другий потік проходить підігрівач конденсату 8 і теж
прямує до насосу 18. Термальна вода, що виходить з тру-
бного простору випарника відразу прямує на вхід насосу
18. Таким чином, за рахунок використання теплоти відп-
рацьованої в генераторі АТТ термальної води в теплооб-
міннику 5 системи ГВП та в нагрівачі конденсату 8, уда-
ється підвищити коефіцієнт перетворення теплоти в тер-
мотрансформаторі, а також знизити витрати геотермаль-
ного флюїду за рахунок послідовного спрацьовування
його температурного потенціалу.
85
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
Розрахунок термодинамічного циклу абсорбційного
підвищувального термотрансформатора на базі робо-
чої пари LiBr·H2O - H2O
Для виконання теплових розрахунків циклів АТТ необхі-
дно мати інформацію щодо умов експлуатації теплового
насоса та дані щодо теплофізичних властивостей дже-
рела геотермальної теплоти. Однією з головних вимог
розрахунку дійсних енергетичних показників теплона-
сосного циклу є необхідність прийняття температурних
напорів між матеріальними потоками в апаратах АТТ та
величин незворотних втрат в апаратах залежно від їх
конструктивного виконання та застосованої робочої
пари. Розрахунки термодинамічних циклів слід викону-
вати з використанням I-ξ та Р-Т-ξ діаграм робочої пари.
Виходячи з температурних параметрів геотермального
флюїду та прийнятих температурних напорів визнача-
ємо параметри реперних точок дійсного теплонасос-
ного циклу (рис. 3):
а) Температура кипіння холодоагенту у випарнику дорі-
внює
1 2
1 2
в в
в
t tt t∆+
= − (1)
де 1вt та 2вt – температура входу термальної води у ви-
парник та виходу з нього;
вt∆ – перепад температур між киплячим холодоаген-
том і середньою температурою термальної води у випа-
рнику.
б) Вищу температуру міцного розчину визначаємо за І-ξ
діаграмою робочої пари відповідно до температури й
тиску в конденсаторі.
в) Ентальпію пари над розчином у генераторі визнача-
ємо за I-ξ діаграмою при середній концентрації розчину
й тиску конденсації
2
а г
ср
ξ ξξ +
= (3)
г) Температуру міцного розчину на виході з теплообмін-
ника визначаємо за умови різниці температур на гаря-
чому кінці теплообмінника
4 1 тоt t t∆= − (4)
д) Параметри слабкого розчину на виході з теплообмін-
ника визначаємо з теплового балансу теплообмінника
( ) ( ) ( )2 4 6 51f i i f i i⋅ − = − ⋅ − (5)
де f – кратність циркуляції розчину, яка визначається кі-
лькістю слабкого розчину, що відноситься до 1 кг пари,
яка поступає в абсорбер з випарника.
г
г а
f ξ
ξ ξ
=
−
(6)
Перетворивши рівняння, отримаємо:
( ) ( )6 5
4 2
1f i i
i f i
f
− ⋅ −
= ⋅ − (7)
Використовуючи дані про параметри ключових точок
циклу, розраховуємо питомі теплові навантаження на
апарати АТН.
Теплове навантаження на випарник:
1 1oq i i′= − (8)
Теплове навантаження на абсорбер:
( ) ( )6 1 21aq f i i f i′= − ⋅ + − ⋅ (9)
Теплове навантаження на конденсатор:
1 3kq i i′= − (10)
Теплове навантаження на генератор:
( ) ( )5 3 41hq f i i f i′= − ⋅ + − ⋅ (11)
Для оцінки точності отриманих результатів перевіряємо
збіжність теплового балансу системи
o h a kq q q q+ = + (12)
Визначаємо величину коефіцієнта перетворення теп-
лоти в цих режимах роботи АТН
o
o h
qCOP
q q
=
+
(15)
Розраховуємо питомі витрати термальної води.
Витрати термальної води у випарнику:
0
0
гр
qw
t c∆ ρ
=
⋅ ⋅
(16)
Витрати термальної води в генераторі:
h
h
гр p
qw
t c∆ ρ
=
⋅ ⋅
(17)
Загальні витрати термальної води:
0w hw w w= + (18)
Продуктивність АТТ по гарячий воді:
a
г
p
qw
t c∆ ρ
=
⋅ ⋅
(19)
Робочий процес абсорбційного підвищувального тепло-
вого насоса в p–T-діаграмі водного розчину броміду лі-
тію при температурі грійного теплоносія 80 °С і темпера-
турі охолоджувальної води 32 °С наведено на рис. 3.
Ключові точки циклу: 1 – стан холодоагенту (води) у ви-
парнику, 2 – стан слабкого розчину абсорбенту (водного
розчину бромистого літію) на виході з абсорбера, 3 –
стан холодоагенту в конденсаторі, 4 – стан слабкого ро-
зчину абсорбенту на виході з теплообмінника розчинів,
5 – стан слабкого розчину абсорбенту на вході в генера-
тор, 6 – стан міцного розчину абсорбенту на виході з ге-
нератора, 7 – стан міцного розчину абсорбенту на ви-
ході з теплообмінника розчинів, 8 – стан міцного роз-
чину абсорбенту на вході в абсорбер.
86
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
Рис. 3. Термодинамічний цикл абсорбційного термотрансформатора підвищувального типу в діаграмі «тиск-
температура» для водного розчину бромистого літію
Fig. 3. Thermodynamic cycle of the second type absorption thermotransformer on the "pressure-temperature" diagram
for an aqueous solution of lithium bromide
Тепловий розрахунок теплонасосного циклу (таблиця)
показує, що при зазначених робочих температурах по-
тенціал теплоносія можливо підвищити до 125 °С, що
дозволить ефективно використовувати його для
виробництва електричної енергії за допомогою бінар-
них енергетичних установок з ORC-модулями. Коефіці-
єнт перетворення теплоти в цих режимах роботи абсор-
бційного теплового насоса становить COP = 0,485.
Таблиця. Розрахункові параметри вузлових точок циклу АТТ-II
Table. Calculated parameters of the nodal points of the ATT-II cycle
Стан речовини та позначення реперних точок Температура,
°С
Тиск,
мм. рт. ст.
Концентра-
ція, %
Ентальпія,
кДж/кг
Холодоагент у випарнику, т. 1 78 320 - 745
Холодоагент у конденсаторі, т. 3 30 32 - 553
Слабкий розчин, що виходить
з абсорбера, т. 2 125 315 58 431
Слабкий розчин, що виходить з теплообмінника, т. 4 84 315 58 359
Стан речовини та позначення реперних точок Температура,
°С
Тиск,
мм. рт. ст.
Концентра-
ція, %
Ентальпія,
кДж/кг
Міцний розчин, що виходить
з генератора, т. 6 74 34 62 331
Міцний розчин, що виходить з теплообмінника, т. 7 115 34 62 408
Пара холодоагенту, що рівновзважена рідині
у випарнику 78 320 - 3064
Пара холодоагенту, що рівновзважена рідині в генера-
торі при середній концентрації розчину 74 34 - 3072
2. Системи геотермального енергопостачання з ви-
користанням газонасичених термальних вод
Комплексне теплоелектропостачання з використан-
ням газонасичених термальних вод
Підземні термальні води більшості нафтогазових і газокон-
денсаційних родовищ України містять у собі розчинені ву-
глеводневі гази. Родовища газонасичених термальних вод
розташовані переважно в нафтогазовидобувних регіонах
Закарпаття і Дніпровсько-Донецької западини (ДДЗ).
87
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
Ступінь насичення термальної води газом характеризу-
ється величиною газового фактора, що визначається як від-
ношення кількості газу при атмосферному тиску й темпе-
ратурі 0 °С у кубічних метрах до одного кубічного метра тер-
мальної води, в якій міститься цей газ. Промислове зна-
чення газового фактора настає при величині 0,5–1 для ма-
лопотужних установок, 1–3 – для середніх і 3–10 – для по-
тужніших енергогенерувальних установок.
Через наявність у термальній воді великої кількості роз-
чиненого природного газу, основним компонентом
якого є метан, виникає необхідність застосування
нестандартних технологій використання цього виду
енергетичних ресурсів. Газонасичена термальна вода
має подвійне енергетичне значення: її теплова енергія
може слугувати для теплопостачання різного призна-
чення, а відокремлений від води газ – для генерації елек-
тричної енергії за допомогою когенераційних установок
або для роботи абсорбційних теплових насосів.
На рис. 4 наведена технологічна схема вилучення розчи-
нених у геотермальному флюїді паливних газів та вико-
ристання газу в когенераційних установках ДвГА-500 ви-
робництва ПО «Первомайськдизельмаш», Україна [14].
Рис. 4. Технологічна схема комплексної системи теплоелектропостачання з використанням газонасичених
термальних вод: 1 – видобувна свердловина; 2 – парогазорідинний сепаратор; 3 – циркуляційний насос; 4 – кон-
денсатор-охолоджувач; 5 – компресор; 6 – градирня; 7 – апарат повітряного охолодження; 8 – адсорбер-десор-
бер; 9 – когенераційна установка ДвГА-500; 10 – резервуар; 11 – споживач теплоти теплоутилізатора; 12 –
економайзер; 13 – теплообмінник охолодження двигуна; 14 – запірна арматура; 15 – теплообмінник; 16 – гря-
зьовик; 17 – збірник конденсату; 18 – теплообмінник; 19 – енергомодуль Powerbox ORC; 20-21 – теплообмін-
ники; 22 – напірний насос; 23 – фільтр; 24–25 – насоси; 26 – приймальна свердловина
Fig. 4. Technological scheme of the integrated heat and power supply system using gas-saturated thermal waters: 1 –
production well; 2 – vapor-gas separator; 3 – circulation pump; 4 – condenser-cooler; 5 – compressor; 6 – cooling tower;
7 – air cooler; 8 – adsorber-desorber; 9 – cogeneration unit DVGA-500; 10 – reservoir; 11 – consumer of heat recovery
unit heat; 12 – economizer; 13 – engine cooling heat exchanger; 14 – shutoff valves; 15 – heat exchanger; 16 – mud-box;
17 – condensate tank; 18 – heat exchanger; 19 – Powerbox ORC power module; 20-21 – heat exchangers; 22 – pressure
pump; 23 – filter; 24-25 – pumps; 26 – receiving well
Робочі процеси в цій системі проходять у такий спосіб:
геотермальний флюїд з високою газонасиченістю та те-
мпературою за допомогою помпи, яка розміщена в све-
рдловині 1, подається на зрошувальний пристрій газорі-
динного сепаратора 2, де під тиском 0,2 МПа розділя-
ється на парогазову і рідку фази. Парогазова фаза, про-
ходячи крізь касети сепаратора, збирається у верхній ча-
стині апарата, а рідинна стікає донизу, де за рахунок гра-
вітаційних сил з неї випадає осад мінеральних часток,
які виникають при зміні тиску і температури в процесі
транспортування геотермального флюїду з водоносного
пласта на поверхню. Дегазований і очищений від твер-
дих мінеральних домішок геотермальний флюїд цирку-
ляційним насосом 3 подається в теплообмінники 18, 20,
21, де охолоджується, віддаючи теплоту споживачам те-
плової енергії різного температурного рівня, а потім на-
пірною помпою 22 при температурі не нижче ніж 45 °С
крізь фільтр 23 закачується в приймальну свердловину
26 геотермального циркуляційного контуру. Таким чи-
ном, ступеневе охолодження геотермального флюїду
забезпечує максимально глибоке використання темпе-
ратурного потенціалу геотермального флюїду, а кінцева
температура охолодження запобігає кристалізації і від-
кладенню мінеральних речовин на внутрішній поверхні
теплообмінних апаратів і трубопроводів геотермаль-
ного циркуляційного контуру, а також кольматації підзе-
много колектора.
Парогазова суміш з парогазорідинного сепаратора 2
прямує до конденсатора-охолоджувача 4, де охоло-
джується до 35 °С. У результаті охолодження парогазо-
вої суміші конденсується волога, яка теплообмінною
поверхнею стікає в піддон апарата і збирається в збір-
нику конденсату 17. Охолодження парогазової суміші
відбувається за допомогою водообігового контуру, до
складу якого входять теплообмінна поверхня конден-
сатора-охолоджувача, апарат повітряного охоло-
дження 7, градирня 6 та циркуляційний насос 25. Зале-
жно від пори року (зима-літо) охолодження обігової
води може здійснюватись як виключно в апараті пові-
тряного охолодження, так і ступінчасто, з підключен-
ням до градирні.
88
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
Частково зневоднена парогазова суміш за допомогою
компресора 5 подається в один з двох адсорберів-десор-
берів, де, проходячи крізь шар сорбенту, позбавляється
остаточної вологи, а зневоднений газ подається в газовий
резервуар 10 і з нього – на живлення газових двигунів ко-
генераційних установок 9, які оснащенні газовими двигу-
нами-генераторами ДвГА-500 та теплоутилізаторами ви-
кидних газів. Теплота адсорбції, що виділяється при пог-
линанні вологи сорбентом, відводиться в оточуюче сере-
довище за допомогою водообігового контуру.
Наявність двох адсорберів-десорберів забезпечує без-
перебійне постачання осушеного паливного газу при
почерговій роботі апаратів: один у режимі адсорбції,
другий у режимі регенерації. Десорбція сорбенту здійс-
нюється при його нагріванні теплоносієм, який пода-
ється з економайзера 12 або теплообмінника 15. Водяна
пара, що вилучається при десорбції, відводиться в ото-
чуюче середовище. Процес десорбції змінюється про-
цесом охолодження сорбенту, який здійснюється за ра-
хунок подачі в теплообмінну поверхню десорбера води
з водообігового конура. Економайзер 12 вбудований в
теплоутилізатор викидних газів когенераційної устано-
вки. Друга частина теплоутилізатора використовується
для нагріву теплоносія до температури 85 °С, який вико-
ристовується споживачем теплової енергії 11.
Теплота охолодження двигунів ДвГА-500, яка відводиться
з водяних радіаторів, також використовується для тепло-
постачання за допомогою теплообмінника 13. Витрати
води на охолодження одного двигуна становлять
26 м3/год, температурний графік використання охолодже-
ної води 85–75 °С, теплове навантаження – 0,3 МВт. Елек-
трична потужність когенераційної установки на базі двох
газових двигунів ДвГА-500 становитиме 1 МВт. Теплова по-
тужність при повній утилізації тепла – 1,44 МВт.
У теплу пору року при значному скороченні потреб спо-
живачів теплової енергії й сталому споживанні електро-
енергії та паливного газу залишок невикористаної теп-
лової енергії геотермального флюїду можливо утилізу-
вати за допомогою органічного циклу Ренкіна (ОRС) з
використанням енергомодулів «Opcon Powerbox ORC»
[15]. Потужність енергомодуля «Opcon Powerbox ORC»
типу 150 практично повністю забезпечить власні пот-
реби комплексної системи теплоенергопостачання в
електричній енергії для приводу циркуляційних насосів
і системи автоматики. Охолодження конденсатора ене-
ргомодуля здійснюється за рахунок обігової води, що
охолоджується в градирні.
Теплопостачання з використанням газонасичених тер-
мальних вод
При використанні газонасичених термальних вод ви-
ключно для вироблення теплової енергії доцільне за-
стосування абсорбційних термотрансформаторів з пря-
мим газовим обігрівом генератора. Схема установки ге-
отермального теплопостачання з використанням абсор-
бційних термотрансформаторів та утилізацією фізичної
теплоти геотермального флюїду представлена на рис. 5.
Рис. 5. Технологічна схема системи теплопостачання з використанням газонасичених термальних вод:
1 – підйомна свердловина, 2 – газовий сепаратор, 3 – випарник, 4 – помпа, 5 – приймальна свердловина, 6 – аб-
сорбер, 7 – циркуляційний насос, 8 – розподільчий пристрій, 9 – рекуперативний теплообмінник, 10 – генера-
тор, 11 – газовий пальник, 12 – вентилятор, 13 – конденсатор, 14 – економайзер, 15 – споживач теплової ене-
ргії, 16 – циркуляційний насос, 17 – експлуатаційна колона;18 – НКТ; 19 – камера змішування з дифузором; 20 –
робоча насадка; 21 – пакер
Fig. 5. Technological scheme of the heat supply system using gas-saturated thermal waters:
1 – production well, 2 – gas separator, 3 – evaporator, 4 – pump, 5 – receiving well, 6 – absorber, 7 – circulation pump, 8
– distribution device, 9 – recuperative heat exchanger, 10 – generator, 11 – gas burner , 12 – fan, 13 – condenser, 14 –
economizer, 15 – heat energy reducer, 16 – circulation pump; 17 - operational column; 18 – tubing; 19 – mixing chamber
with diffuser; 20 – working nozzle; 21 – packer
89
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
Термальна вода та супутній газ із підйомної свердло-
вини 1 подається в газовий сепаратор 2, де з рідини ві-
докремлюється газова складова, що використовується
як паливо для обігріву генератора 10 абсорбційного тер-
мотрансформатора. Очищена від газу термальна вода
подається в трубний простір випарника 3, де віддає те-
пло киплячому на зовнішній поверхні труб холодоаге-
нту, а потім за допомогою помпи 4 закачується в прий-
мальну свердловину 5.
Пара холодоагенту, що утворюється у випарнику за ра-
хунок різниці парціальних тисків холодоагенту у випар-
нику й абсорбері, прямує в паровий простір абсорбера
6, де поглинається розчином сорбенту, який зрошує те-
плообмінну поверхню. Теплота абсорбції, яка виділя-
ється, відводиться теплоносієм, що циркулює всередині
теплообмінної поверхні. Слабкий (розбавлений) розчин
сорбенту стікає в піддон абсорбера, звідки циркуляцій-
ним насосом 7, подається на розподільчий пристрій 8,
де розділяється на два потоки, перший з яких через ре-
куперативний теплообмінник 9 подається в генератор
10, де відновлює свою концентрацію за рахунок теплоти
згоряння газової складової, що поступає в газовий паль-
ник 11, який розташований в жарових трубах генера-
тора. Необхідне для процесу горіння повітря подається
в топку генератора вентилятором 12. Пара холодоаге-
нту, що утворюється в генераторі при кипінні сорбенту,
направляється в конденсатор 13, де зріджується, відда-
ючи теплоту конденсації теплоносію, який після конде-
нсатора прямує в економайзер 14, де остаточно догрі-
вається й направляється споживачу 15. Циркуляція теп-
лоносія в замкнутому контурі здійснюється за
допомогою насоса 16. Дебіт термальної води та супут-
нього газу забезпечується за допомогою струменевого
насосу, що містить такі елементи: 18 – НКТ; 19 – камера
змішування з дифузором; 20 – робоча насадка; 21 – па-
кер. У такий спосіб теплопостачання споживача здійс-
нюється від абсорбційного термотрансформатора,
який, споживаючи низькопотенціальні газонасичені те-
рмальні води, дає змогу отримати теплоносій з темпе-
ратурою 95 °С і коефіцієнтом перетворення теплоти
COPT = 1,7–1,8. У літню пору року абсорбційний термот-
рансформатор може бути використаний у системах шту-
чного водоохолодження та кондиціювання повітря з хо-
лодильним коефіцієнтом COPX = 0,7.
3. Технологічна схема зерносушарки із зневодненням
сушильного агента і використанням абсорбційного
теплового насоса
Відомо, що в умовах України щорічно зібраний врожай
зернових для доведення до стандартних умов збері-
гання необхідно піддавати технологічній обробці, тобто
сушінню. Зазвичай це процес конвекційного сушіння,
під час якого витрачаються значні паливно-енергетичні
ресурси. Висока енергоємність процесу конвекційного
сушіння пов’язана з викидом в атмосферу відпрацьова-
ного насиченого парою води сушильного агента, тому
утилізація теплоти вологого сушильного агента у випар-
никах теплових насосів дає змогу значно підвищити
енергоефективність процесу.
На рис. 6 представлена технологічна схема конвекційної
зерносушарки, що працює з використанням абсорбцій-
ного теплового насоса й геотермальної енергії.
Рис. 6. Технологічна схема двокорпусної конвекційної зерносушарки з використанням геотермальної енергії та
абсорбційного теплового насоса: ХА – холодоагент; СА – сушильний агент; 1 – вентилятор 1-ї зони; 2 – кало-
рифер 1-ї зони; 3 – сушильна шахта 1-ї зони; 4–рекуперативний теплообмінник сушильного агента; 5 – волого-
відокремлювач; 6 – сушильна шахта 2-ї зони; 7 – шлюз для вивантаження сухого зерна; 8 – калорифер 2-ї зони;
9 – вентилятор 2-ї зони; 10 – випарник; 11 – генератор; 12 – конденсатор; 13 – регенеративний теплообмін-
ник; 14 – абсорбер; 15 – циркуляційний насос; 16 – розподільно-регулювальний пристрій; 17 – запірний вентиль;
18 – вентилятор; 19 – калорифер; 20 – друга сушильна шахта
Fig. 6. Technological scheme of a double-case convective grain dryer using geothermal energy and an absorption heat
pump: XA – refrigerant; CA – drying agent; 1 – 1st zone fan; 2 – 1st zone heater; 3 – 1st zone drying chamber; 4 – recu-
perative heat exchanger of the drying agent; 5 – moisture separator; 6 – 2nd zone drying chamber; 7 – lock for unloading
dry grain; 8 – 2nd zone heater; 9 – 2nd zone fan; 10 – evaporator; 11 – generator; 12 – condenser; 13 – regenerative
heat exchanger; 14 – absorber; 15 – circulation pump; 16 – distribution and control device; 17 – shut-off valve; 18 – fan;
19 – heater; 20 – second drying chamber
Зерносушарка складається з двох окремих по зерну техно-
логічних ліній, що пов’язані між собою одним джерелом
теплої енергії, яким є абсорбційний тепловий насос (АТН).
Абсорбційний тепловий насос, споживаючи теплову
90
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
енергію на рівні 95–100 °С і утилізуючи теплоту вологого
відпрацьованого сушильного агента, трансформує цю ене-
ргію в теплоту проміжного потенціалу з температурою 55–
60 °С і коефіцієнтом перетворення η = 1,6–1,7.
Перша технологічна лінія призначена для сушіння посі-
вного зерна і працює в технологічному режимі з рецир-
куляцією сушильного агента і його зневодненням у ви-
парнику АТН до вологовмісту d = 11–12 г/кг сухого пові-
тря, що зазвичай нижче, ніж вологовміст атмосферного
повітря. Процес сушки в сушильній шахті проводиться
при температурі 40–45 °С із застосуванням теплової ене-
ргії, яка виробляється в абсорбері АТН.
Друга технологічна лінія призначена для сушіння рядового
зерна, що проводиться на звичайному сушильному обла-
днанні з відводом відпрацьованого вологого сушильного
агента в оточуюче середовище і використанням теплоти
конденсації холодоагенту в конденсаторі АТН для нагріву
сушильного агента в калорифері сушарки.
Робота сушарки здійснюється в такий спосіб:
Сушильний агент у першій технологічній лінії вентилято-
ром подається в калорифер 2, де нагрівається до 45 °С
за рахунок теплоти слабкого розчину, який подається в
калорифер з абсорбера 14. Нагрітий сушильний агент
надходить у сушильну шахту 3, де в результаті теплово-
логісної обробки зерна зволожується, і потім прямує до
регенеративного теплообмінника 4. У регенеративному
теплообміннику сушильний агент охолоджується і пос-
тупає в вологовідокремлювач 5, де волога конденсу-
ється на поверхні труб, усередині яких циркулює холо-
доагент з випарника АТН 10. Потік зневодненого су-
шильного агента за допомогою вентилятора 9 другої
зони сушильної шахти прямує до калорифера 8, де на-
грівається за рахунок частки теплоти абсорбції, яка під-
водиться до калорифера у вигляді частки потоку слаб-
кого розчину, що подається циркуляційним насосом 15.
Нагрітий у калорифері зневоднений сушильний агент
подається в другу зону сушильної шахти, де в результаті
оптимальних тепловологісних параметрів сушильного
агента забезпечується необхідна кінцева вологість та ви-
сока якість посівного зерна.
Робочі процеси в другій технологічній лінії проходять
звичайним чином, за винятком того, що як теплоносій у
калорифері 19 використовується теплота конденсації,
що відводиться з конденсатора 12 абсорбційного тепло-
вого насосу.
Робочі процеси в абсорбційному тепловому насосі:
У вологовідокремлювачі 5 холодоагент утилізує теплоту
конденсації пари вологи, що вилучається з сушильного
агента. Нагрітий рідкий холодоагент прямує до паро-
вого простору випарника, де кипить і охолоджується до
температури, яка визначається парціальним тиском
пари холодоагенту в абсорбері 14, де пара поглинається
розчином сорбенту. В процесі сорбції абсорбент змінює
свою концентрацію й нагрівається на 5–6 °С. Теплота аб-
сорбції відводиться для нагріву сушильного агента в ка-
лориферах 2 та 8, а для відновлення концентрації роз-
чину частина слабкого розчину сорбенту крізь теплооб-
мінник розчинів 13 відводиться до генератора 11. Під
впливом зовнішнього джерела енергії (термальної
води), слабкий розчин сорбенту кипить, пара холодо-
агенту зріджується у конденсаторі 12 і віддає теплоту
конденсації проміжному теплоносію, який використову-
ється для нагріву сушильного агента в калорифері 18, а,
відновивши початкову концентрацію, розчин через
регенеративний теплообмінник 13 прямує на змішу-
вання з потоками слабкого розчину, які надходять з ка-
лориферів 2 та 8, і знов поступає на зрошення в абсор-
бер. Таким чином цикл замикається.
Реалізація такої схеми виключає використання зовніш-
ньої первинної енергії в процесі тепловологісної обро-
бки сушильного агента і здійснюється за рахунок абсор-
бційного теплового насоса, холодопродуктивності якого
цілком достатньо для зневоднення сушильного агента у
вологовідокремлювачі, а теплоти абсорбції й конденса-
ції вистачає для забезпечення теплом калориферів обох
технологічних ліній сушарки. Енергія зовнішнього дже-
рела (геотермальна енергія) в цій схемі використову-
ється лише в генераторі АТН для відновлення початко-
вої концентрації сорбенту. Витрата теплоти в сушильній
установці становить 2,8 МДж на 1 кг вилученої вологи,
що в 1,6 раза менше порівняно з традиційними конвек-
ційними сушарками. Споживання електроенергії на вну-
трішні потреби теплового насоса незначні й не переви-
щують 0,025 кВт на 1 кВт теплової потужності.
Головною відмінністю запропонованої схеми роботи зер-
носушарки є можливість збалансування та оптимального
використання в процесі тепловологісної обробки сушиль-
ного агента теплового і холодильного потенціалу усіх ма-
теріальних потоків, що циркулюють в абсорбційному теп-
лонасосному агрегаті. Це забезпечується за рахунок розді-
лення процесів тепломасопереносу в абсорбері та випар-
нику АТН шляхом винесення теплообмінної поверхні випа-
рника у вологовідокремлювач, а теплообмінної поверхні
абсорбера – в калорифери першої зони.
Висновки
1. Ефективним методом збільшення ККД установок геотер-
мального енергопостачання є підвищення температурно-
го потенціалу геотермального флюїду за допомогою теп-
лоспоживаючих абсорбційних термотрансформаторів.
2. Застосування абсорбційних термотрансформаторів у
системах геотермального теплопостачання дозволяє
збільшити глибину спрацьовування температурного по-
тенціалу геотермального флюїду, що розширює сферу
його використання в аграрній промисловості та сприяє
подовженню рентабельної відстані транспортування ге-
отермального тепла.
3. Запропонована технологічна схема сушіння зерна з
нагрівом і зневодненням сушильного агента за допомо-
гою абсорбційного теплового насоса і використанням
геотермальної енергії для його роботи дає змогу в 1,6
раза зменшити витрати енергії на вилучення вологи.
ПОСИЛАННЯ
1. Атлас енергетичного потенціалу відновлюваних
джерел енергії України. За заг. ред. С. О. Кудрі. Київ:
Інститут відновлюваної енергетики НАН України.
2020. 82 с. ISBN 978-966-999-034-1.
2. Морозов Ю. П. Добыча геотермальных ресурсов и
аккумулирование теплоты в подземных горизонтах:
монография / Ю. П. Морозов; ІВЕ НАН України. – К.:
НВП «Вид-во «Наукова думка» НАН України». 2017.
200 с. – ISBN 978-966-00-1553-1.
3. Морозов Ю. П., Барило А. А. Обґрунтування мето-
дики визначення теплового потенціалу геотермічних
пластових покладів. Відновлювана енергетика. 2021.
№ 1 (64). C. 81–86. https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2021.1(64).81-86
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2021.1(64).81-86
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2021.1(64).81-86
91
Відновлювана енергетика. №2/2023 | Геотермальна енергетика
4. Морозов Ю. П., Чалаєв Д. М., Ніколаєвська Н. В., До-
бровольський М. П. Оцінка ефективності викорис-
тання теплового потенціалу довкілля та верхніх ша-
рів Землі України. Відновлювана енергетика. 2019.
№ 4 (63). С. 80–88. https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2020.4(63).80-88
5. Морозов Ю. П., Барило А. А., Чалаєв Д. М., Добро-
вольський М. П. Енергетична ефективність викорис-
тання перших від поверхні водоносних горизонтів
для тепло- і хладопостачання. Відновлювана енерге-
тика. 2019. № 2. С. 70–78.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).70-78
6. Морозов Ю. П., Чалаев Д. М., Величко В. В. Децентра-
лизованное теплоснабжение с помощью геотерма-
льных тепловых насосов. Альтернативная
энергетика и экология (ISJAEE). 2017; (4–6): 70–79.
https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.04-06.070-079
7. Zurian O. Barilo А. Impact of the natural temperature
regime of the upper layers of Earth on efficiency of a
hydrothermal heat pump system. Journal of Geology,
Geography and Geoecology. 2022. Vol. 31. No. 3.
P. 575–584. https://doi.org/10.15421/112254
8. Снежкин Ю. Ф., Чалаев Д. М., Шаврин В. С., Шапарь Р. А.,
Хавин А. А. Комплексное использование геотермаль-
ной энергии в агропромышленном секторе. Тематич-
ний збірник статей у 2-х томах / за ред. Ю. Ф. Снєжкіна,
Р. О. Шапар. Київ: Тропеа. 2021. Т. 2. С. 185–189.
ISBN 978-617-7894-28-4
9. T. L. Boyd, J. W. Lund. Geothermal Heating of Green-
houses and Aquaculture Facilities. Proceedings of the
International Geothermal Conference, Reykjavik, 14-17
September 2003, 14–19.
10. G. Bakos, D. Fidanidis, N.Tsagas. Greenhouse heating
using geothermal energy. Geothermics, Volume 28, Is-
sue 6, December 1999, Pages 759–765. https://doi.org
/10.1016/S0375-6505(99)00041-3
11. M. T. Islam, M. N. Nabi, M. A. Arefin, K. Mostakim, Fazlur
Rashid, N.M.S. Hassan and others. Trends and prospects
of geothermal energy as an alternative source of power:
A comprehensive review. Heliyon. Vol. 8. Issue 12.
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11 836
12. S. Zarrouk, H. Moon. Efficiency of geothermal power
plants: A worldwide review. Geothermics 51 (2014) 142–
153. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2013. 11.001
13. J. W. Lund, A. N. Toth. Direct utilization of geothermal
energy 2020 worldwide review. Geothermics, Volume
90, February 2021, 101915. https://doi.org/10.1016/
j.geothermics.2020.101915
14. http://dieselmash.com.ua/produktsiya/dvigatel-gener-
atory/kogeneratsionnye-ustanovki.html
15. http://www.fj-opcon.com/en/Product/detail/id/2
REFERENCE
1. Atlas enerhetychnoho potentsialu vidnovlyuvanykh
dzherel enerhiyi Ukrayiny [Atlas of Energy Potential of
Renewable Energy Sources of Ukraine]. Za zah. red.
S. O. Kudri. Kyiv: Instytut vidnovlyuvanoyi enerhetyky
NAN Ukrayiny. 2020. 82 s. ISBN 978-966-999-034-1.
2. Morozov Yu.P. Dobycha geotermal'nykh resursov i akkumu-
lirovaniye teploty v podzemnykh gorizontakh [Extraction of
geothermal resources and accumulation of heat in under-
ground horizons]: monohrafiya / Yu. P. Morozov; IVE NAN
Ukrayiny. K.: NVP «Vyd-vo «Naukova dumka» NAN
Ukrayiny», 2017. 200 s. ISBN 978-966-00-1553-1.
3. Morozov Yu. P., Barylo A. A. Obgruntuvannya metodyky
vyznachennya teplovoho potentsialu heotermichnykh
plastovykh pokladiv [Substantiation of the method of
determination of thermal potential of geothermal layer
deposits]. Vidnovliuvana enerhetyka. 2021. № 1 (64).
C. 81–86. https://doi.org/10.36296/18198058.2021.1(6
4).81-86
4. Morozov Yu. P., Chalaev D. M., Nikolaievska N. V.,
Dobrovolskyi M. P. Otsinka efektyvnosti vykorystannya
teplovoho potentsialu dovkillya ta verkhnikh shariv
Zemli Ukrayiny [Evaluation of the efficiency of using the
thermal potential of the environment and the top layers
of the land of Ukraine]. Vidnovliuvana enerhetyka.
2019. №4 (63). C. 80–88.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2020.4(63).80-88
5. Morozov Yu. P., Barylo А. A., Chalaev D. M.,
Dobrovolskyi M. P. Enerhetychna efektyvnistʹ
vykorystannya pershykh vid poverkhni vodonosnykh
horyzontiv dlya teplo- ta khladopostachannya [Energy
efficiency of the shallow aquifers utilization for the
district heating and cooling]. Vidnovliuvana enerhetyka.
2019. № 2. С. 70–78. https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2019.2(57).70-78
6. Morozov Yu. P., Chalaev D. M., Velichko V. V. Detsen-
tralizovannoye teplosnabzheniye s pomoshch'yu ge-
otermal'nykh teplovykh nasosov [Decentralized heating
with geothermal heat pumps]. Al'ternativnaya ener-
getika i ekologiya (ISJAEE). 2017;(4-6):70–79.
https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.04-06.070-079
7. Zurian O. Barilo А. Impact of the natural temperature
regime of the upper layers of Earth on efficiency of a
hydrothermal heat pump system. Journal of Geology,
Geography and Geoecology. 2022. Vol. 31. No. 3.
P. 575–584. https://doi.org/10.15421/112254
8. Snezhkin Yu. F., Chalaev D. M., Shavrin V. S., Shapar R.
A., Khavin A. A. Kompleksnoye ispol'zovaniye geoter-
mal'noy energii v agropromyshlennom sektore [Com-
prehensive use of geothermal energy in the agro-indus-
trial sector]. Tematychnyy zbirnyk statey u 2-kh tomakh
/ za red. Yu. F. Snyezhkina, R. O. Shapar. Kyiv: Tropea.
2021. T. 2. C. 185-189. ISBN 978-617-7894-28-4
9. T. L. Boyd, J. W. Lund. Geothermal Heating of Green-
houses and Aquaculture Facilities. Proceedings of the
International Geothermal Conference, Reykjavik, 14-17
September 2003, 14–19.
10. G. Bakos, D. Fidanidis, N.Tsagas. Greenhouse heating
using geothermal energy. Geothermics, Volume 28, Is-
sue 6, December 1999, Pages 759–765.
https://doi.org/10.1016/S0375-6505(99)00041-3
11. M. T. Islam, M. N. Nabi, M. A. Arefin, K. Mostakim, Fazlur
Rashid, N.M.S. Hassan and others. Trends and prospects
of geothermal energy as an alternative source of power:
A comprehensive review. Heliyon. Vol. 8. Issue 12.
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e1 1836
12. S. Zarrouk, H. Moon. Efficiency of geothermal power
plants: A worldwide review. Geothermics 51 (2014) 142 –
153. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2013.11. 001
13. J. W. Lund, A. N. Toth. Direct utilization of geothermal
energy 2020 worldwide review. Geothermics. Volume
90. February 2021. 101915. https://doi.org/10.1016/
j.geothermics.2020.101915
14. http://dieselmash.com.ua/produktsiya/dvigatel-gener-
atory/kogeneratsionnye-ustanovki.html
15. http://www.fj-opcon.com/en/Product/detail/id/2
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2020.4(63).80-88
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2020.4(63).80-88
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).70-78
https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.04-06.070-079
https://doi.org/10.15421/112254
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11%20836
https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2013.%2011.001
https://www.sciencedirect.com/journal/geothermics
https://www.sciencedirect.com/journal/geothermics/vol/90/suppl/C
https://www.sciencedirect.com/journal/geothermics/vol/90/suppl/C
https://doi.org/10.1016/%20j.geothermics.2020.101915
https://doi.org/10.1016/%20j.geothermics.2020.101915
http://dieselmash.com.ua/produktsiya/dvigatel-generatory/kogeneratsionnye-ustanovki.html
http://dieselmash.com.ua/produktsiya/dvigatel-generatory/kogeneratsionnye-ustanovki.html
http://www.fj-opcon.com/en/Product/detail/id/2
https://doi.org/10.36296/18198058.2021.1(6%204).81-86
https://doi.org/10.36296/18198058.2021.1(6%204).81-86
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2020.4(63).80-88
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).70-78
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).70-78
https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.04-06.070-079
https://doi.org/10.15421/112254
https://doi.org/10.1016/S0375-6505(99)00041-3
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e1%201836
https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2013.11.%20001
https://www.sciencedirect.com/journal/geothermics
https://www.sciencedirect.com/journal/geothermics/vol/90/suppl/C
https://www.sciencedirect.com/journal/geothermics/vol/90/suppl/C
https://doi.org/10.1016/%20j.geothermics.2020.101915
https://doi.org/10.1016/%20j.geothermics.2020.101915
http://dieselmash.com.ua/produktsiya/dvigatel-generatory/kogeneratsionnye-ustanovki.html
http://dieselmash.com.ua/produktsiya/dvigatel-generatory/kogeneratsionnye-ustanovki.html
http://www.fj-opcon.com/en/Product/detail/id/2
|
| id | veorgua-article-404 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:11:25Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/ee/9722169b2cf319d5d43342399b8ff2ee.pdf |
| spelling | veorgua-article-4042026-07-18T06:32:18Z GEOTHERMAL ENERGY SUPPLY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL FACILITIES USING ABSORPTION HEAT PUMPS СИСТЕМИ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ ОБ’ЄКТІВ СІЛЬСКОГО ГОСПОДАРСТВА ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ АБСОРБЦІЙНИХ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ Chalaev, D. M. Morozov, Yu. P. geothermal heat carrier, absorption heat pumps, associated fuel gas, geothermal heat supply, drying of agricultural products, geothermal fluid, energy consumption, submersible jet pump. геотермальний теплоносій, абсорбційні теплові насоси, супутній паливний газ, геотермальне теплопостачання, сушіння сільськогосподарських виробів, геотермальний флюїд, витрати енер-гії, струменевий занурюваний насос. In geothermal heat supply systems, absorption heat pumps have significant advantages over vapor-compression heat pumps, since they use only thermal energy for operation, while the specific consumption of electrical energy for their own needs is 1–2 % of the installed heat output and have a wider operating temperature range. An important factor in the use of absorption heat pumps is also a significant range of power adjustment of the unit, which ranges from 25 % to 100 % of the rated power. The use of absorption thermotransformers in geothermal heat supply systems makes it possible to increase the depth of operation of the temperature potential of the geothermal fluid, which expands the area of its use in the agricultural industry and helps to extend the cost-effective distance of geothermal heat transportation. The proposed technological scheme of grain drying with heating and dehydration of the drying agent using an absorption heat pump and the use of geothermal energy for its operation makes it possible to reduce the energy consumption for moisture extraction by 1.6 times. У системах геотермального теплопостачання абсорбційні теплові насоси мають значні переваги перед парокомпресійними тепловими насосами, тому що для своєї роботи вони використовують лише теплову енергію, при цьому питомі витрати електричної енергії на власні потреби становлять 1–2 % встановленої теплової потужності та мають ширший діапазон робочих температур. Важливим фактором застосування абсорбційних теплових насосів є також значний діапазон регулювання потужності агрегату, який коливається від 25 до 100 % номінальної потужності. Застосування абсорбційних термотрансформаторів у системах геотермального теплопостачання дозволяє збільшити глибину спрацьовування температурного потенціалу геотермального флюїду, що розширює сферу його використання в аграрній промисловості та сприяє подовженню рентабельної від-стані транспортування геотермального тепла. Запропонована технологічна схема сушіння зерна з нагрівом і зневодненням сушильного агента за допомогою абсорбційного теплового насоса і з використанням геотермальної енергії для його роботи дає змогу в 1,6 раза зменшити витрати енергії на вилучення вологи. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2023-07-17 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/404 10.36296/1819-8058.2023.2(73).81-91 Vidnovluvana energetika ; No. 2(73) (2023): Scientific and applied Journal renewable energy ; 81-91 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2(73) (2023): Scientific and applied Journal renewable energy ; 81-91 Відновлювана енергетика; № 2(73) (2023): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 81-91 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2023.2(73) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/404/315 Copyright (c) 2023 D. M. Chalaev, Yu. P. Morozov https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | geothermal heat carrier absorption heat pumps associated fuel gas geothermal heat supply drying of agricultural products geothermal fluid energy consumption submersible jet pump. Chalaev, D. M. Morozov, Yu. P. GEOTHERMAL ENERGY SUPPLY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL FACILITIES USING ABSORPTION HEAT PUMPS |
| title | GEOTHERMAL ENERGY SUPPLY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL FACILITIES USING ABSORPTION HEAT PUMPS |
| title_alt | СИСТЕМИ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ ОБ’ЄКТІВ СІЛЬСКОГО ГОСПОДАРСТВА ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ АБСОРБЦІЙНИХ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ |
| title_full | GEOTHERMAL ENERGY SUPPLY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL FACILITIES USING ABSORPTION HEAT PUMPS |
| title_fullStr | GEOTHERMAL ENERGY SUPPLY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL FACILITIES USING ABSORPTION HEAT PUMPS |
| title_full_unstemmed | GEOTHERMAL ENERGY SUPPLY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL FACILITIES USING ABSORPTION HEAT PUMPS |
| title_short | GEOTHERMAL ENERGY SUPPLY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL FACILITIES USING ABSORPTION HEAT PUMPS |
| title_sort | geothermal energy supply systems for agricultural facilities using absorption heat pumps |
| topic | geothermal heat carrier absorption heat pumps associated fuel gas geothermal heat supply drying of agricultural products geothermal fluid energy consumption submersible jet pump. |
| topic_facet | geothermal heat carrier absorption heat pumps associated fuel gas geothermal heat supply drying of agricultural products geothermal fluid energy consumption submersible jet pump. геотермальний теплоносій абсорбційні теплові насоси супутній паливний газ геотермальне теплопостачання сушіння сільськогосподарських виробів геотермальний флюїд витрати енер-гії струменевий занурюваний насос. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/404 |
| work_keys_str_mv | AT chalaevdm geothermalenergysupplysystemsforagriculturalfacilitiesusingabsorptionheatpumps AT morozovyup geothermalenergysupplysystemsforagriculturalfacilitiesusingabsorptionheatpumps AT chalaevdm sistemigeotermalʹnogoenergopostačannâobêktívsílʹskogogospodarstvaízzastosuvannâmabsorbcíjnihteplovihnasosív AT morozovyup sistemigeotermalʹnogoenergopostačannâobêktívsílʹskogogospodarstvaízzastosuvannâmabsorbcíjnihteplovihnasosív |