METHODS OF HANDLING SPENT COOLANT IN GEOTHERMAL POWER PLANTS
The article is devoted to the actual problem of handling the natural coolant used in geothermal energy systems. The choice of the optimal method of disposing of the spent coolant in advance allows to establish environmentally safe operation of power plants, affects the design features of energy syst...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/447 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103732694908928 |
|---|---|
| author | Barylo , А. |
| author_facet | Barylo , А. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "А. Barylo ",
"institution": "Institute of Renewable Energy NAS Ukraine, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Barylo , А. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:19Z |
| description | The article is devoted to the actual problem of handling the natural coolant used in geothermal energy systems. The choice of the optimal method of disposing of the spent coolant in advance allows to establish environmentally safe operation of power plants, affects the design features of energy systems, and also determines the productivity of the energy system, its service life and technical and economic indicators. Based on the analysis of natural geothermal conditions of domestic geothermal deposits, depending on the location of the static level of the productive horizon, two types of hydrothermal deposits are distinguished. For each type, the mode of operation of the wells is given, the general principles of calculating the water extraction system are defined, and an effective method of disposal of the spent natural heat carrier is also proposed. Bible 18, fig. 3. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2024.1(76).101-108 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:39:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
101
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Геотермальна енергетика
УДК 621.577.2 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.1(76)101-108
СПОСОБИ ПОВОДЖЕННЯ З ВІДПРАЦЬОВАНИМ ТЕПЛОНОСІЄМ У ГЕОТЕРМАЛЬНИХ
ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВКАХ
Отримано 02 лют. 2024 р.; рекомендовано до публікації 22 бер. 2024 р.
Доступно онлайн 01 квіт. 2024 р.
Барило А. А.1
Автор для коресподенції: Барило Анастасія,
e-mail: abarilo@ukr.net
Анотація. Стаття присвячена актуальній проблемі поводження з відпрацьованим в геотермальних
енергетичних системах природним теплоносієм. Вибір оптимального способу утилізації відпрацьо-
ваного теплоносія насамперед дозволяє налагодити екологічно безпечну експлуатацію енергетичних
установок, впливає на конструктивні особливості енергетичних систем, а також визначає продук-
тивність енергетичної системи, строк її служби та техніко-економічні показники. На основі аналізу
природних геотермічних умов вітчизняних геотермальних родовищ залежно від розміщення стати-
чного рівня продуктивного горизонту відносно денної поверхні виділено два типи гідротермальних
родовищ. Для кожного типу наведено режим роботи свердловин, визначено загальні принципи розра-
хунку системи водовідбору, а також запропоновано ефективний спосіб утилізації відпрацьованого
природного теплоносія.
Бібл. 18, рис. 3.
Ключові слова: геотермальна енергетична установка; природний теплоносій; повернення теплоно-
сія в пласт.
METHODS OF HANDLING SPENT COOLANT IN GEOTHERMAL POWER PLANTS
Received Feb. 02, 2024; accepted Mar. 22, 2024
Available online Apr. 01, 2024
Barylo А.1
Author for correspondence: Barylo Anastasia,
e-mail: abarilo@ukr.net
Abstract. The article is devoted to the actual problem of handling the natural coolant used in geothermal energy
systems. The choice of the optimal method of disposing of the spent coolant in advance allows to establish envi-
ronmentally safe operation of power plants, affects the design features of energy systems, and also determines
the productivity of the energy system, its service life and technical and economic indicators. Based on the analysis
of natural geothermal conditions of domestic geothermal deposits, depending on the location of the static level
of the productive horizon, two types of hydrothermal deposits are distinguished. For each type, the mode of oper-
ation of the wells is given, the general principles of calculating the water extraction system are defined, and an
effective method of disposal of the spent natural heat carrier is also proposed.
Bible 18, fig. 3.
Keywords: geothermal power plant; natural heat carrier; return of the coolant to the reservoir.
1 Cand. of Tech. Sciences, professor.
https://orcid.org/0000-0001-7981-6464
1 Institute of Renewable Energy NAS Ukraine,
Kyiv, Ukraine
1 наук. співроб.
https://orcid.org/0000-0001-7981-6464
1 Інститут відновлюваної енергетики НАН
України, м. Київ, Україна
102
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Геотермальна енергетика
Вступ. Проблема поводження з відпрацьованим приро-
дним теплоносієм є ключовим питанням, що виникає
перед спеціалістами під час проєктування геотермаль-
них енергетичних установок. Вибір способу утилізації
відпрацьованого теплоносія пов’язаний не тільки з
конструктивними особливостями енергетичних систем,
а й з їх продуктивністю, терміном служби й техніко-еко-
номічними показниками системи в цілому [1].
На початкових етапах розвитку геотермальної енерге-
тики використаний в енергетичних системах теплоносій
після попереднього очищення скидався у поверхневі
водойми та річки. Для зменшення негативного впливу
на оточуюче середовище спеціалістами визначався
вміст у відпрацьованому теплоносії шкідливих речовин
та сполук, і розраховувалась швидкість їх розведення у
поверхневих водоймищах [2]. Зрозуміло, що такий спо-
сіб утилізації не міг повністю запобігти забрудненню мі-
сцевості.
Революційний прорив у цьому питанні зробили україн-
ські вчені О. А. Кремнев та А. Н. Щербань, які в 60-х ро-
ках минулого століття запропонували термін «геотерма-
льна циркуляційна система» [3], тобто система, в якій
природний теплоносій здійснює циркуляцію по замкну-
тому підземному контуру, а саме: після відбору з видо-
бувної свердловини і використання в енергетичній уста-
новці охолоджений теплоносій крізь поглинальну
свердловину повертається назад у продуктивний пласт,
фільтрується, нагрівається за рахунок теплообміну з
прогрітим скелетом порід продуктивного горизонту і
знову надходить до видобувної свердловини.
Українські вчені теоретично обґрунтували й практично
довели, що зворотне повернення відпрацьованого при-
родного теплоносія у продуктивний горизонт не тільки
вирішує проблему його утилізації, але й збільшує запаси
родовища та покращує експлуатаційні характеристики
енергетичної системи в цілому.
Додатковою перевагою цього способу утилізації є запо-
бігання притокам у продуктивний горизонт холодних
підземних вод із горизонтів, що залягають вище (рис. 1).
Такі процеси можливі внаслідок падіння пластового ти-
ску в експлуатаційному горизонті й активізації перетоку
через слабко проникний шар, що їх розділяє [4].
Пізніше, у 1990-х роках у зарубіжній літературі [5] з’яви-
вся термін «покращена геотермальна система» (англ.
«enhanced geothermal system», EGS), в якій також перед-
бачено закачування природного теплоносія, але це за-
качування здійснюється не з метою утилізації та збіль-
шення запасів родовища, а для покращення
фільтраційних властивостей та збільшення порового
простору існуючого продуктивного горизонту, а іноді –
штучного його створення шляхом подачі води під висо-
ким тиском. Тобто ці терміни не є ідентичними.
Закачування відпрацьованого теплоносія викликає не-
обхідність додаткових розрахунків, що пов’язані з охо-
лоджувальним впливом теплоносія на продуктивний
горизонт та експлуатаційні параметри видобувних све-
рдловин [6]. У світовій практиці цей спосіб поводження
з відпрацьованим теплоносієм отримав назву
«reinjection», тобто зворотне закачування, і наразі є
дуже поширеним.
Q=const
1
2
H1
H2
Q=const
1
2
H1
H2
Рис. 1. Перетікання через розділювальний шар внаслі-
док падіння пластового тиску
1 – верхній (холодний) водоносний горизонт; 2 – про-
дуктивний горизонт
Fig. 1. Flow through the separating layer due to a drop in
reservoir pressure
1 – upper (cold) aquifer; 2 – productive horizon
У зарубіжній літературі повних відомостей про обсяги і
способи утилізації геотермального теплоносія ми не
знайшли. Але в роботі [7] наводяться статистичні дані
щодо 126 діючих у світі (станом на 2015 рік) геотерма-
льних енергетичних установок, в яких використовується
зворотне закачування відпрацьованого теплоносія. За-
лежно від агрегатного стану природного теплоносія ав-
тори виділяють п’ять його категорій: 1) двофазний з пе-
реважанням пари; 2) двофазний з переважанням
високоентальпійної рідини; 3) двофазний з переважан-
ням середньоентальпійної рідини; 4) двофазний з пере-
важанням низькоентальпійної рідини; 5) гаряча вода.
На діаграмі наведено відсоткове відношення обсягів по-
вернутого у продуктивний горизонт відпрацьованого
природного теплоносія (т/год) до загальних обсягів ви-
добутого теплоносія (т/год) залежно від його категорії
(рис. 2).
Зрозуміло, що стовідсоткового повернення відпрацьо-
ваного теплоносія досягти неможливо, оскільки приро-
дний теплоносій завжди містить у собі якусь частину ро-
зчиненого природного газу, супутні вільні гази або воду
в стані пари. Як бачимо з діаграми, що більше рідка
складова у природному теплоносії, то більше відсоток
його повернення у продуктивний горизонт.
103
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Геотермальна енергетика
Зараз у країнах з розвинутою геотермальною енергети-
кою використовуються обидва методи утилізації [8], у
більшості країн закачування на законодавчому рівні не
вимагається, але побічно регламентується законами, які
регулюють вимоги до скиду поверхневих вод. У табл. 1
наведено стан законодавчої бази щодо закачування
відпрацьованого теплоносія в країнах з розвиненою ге-
отермальною енергетикою.
Рис. 2. Відсоток повернутих у продуктивний пласт обсягів
відпрацьованого теплоносія (створено за матеріалами [4])
Fig. 2. Percentage of volumes of spent coolant returned to the
productive layer (compiled according to [4])
Таблиця 1. Правова база щодо зворотного закачу-
вання в країнах світу [8]
Table 1. Legal framework regarding reinjection in the
world countries [8]
Країна Правова база щодо закачування
Ісландія
Закачування не вимагається, але ліцензії
на виробництво електричної енергії міс-
тять вимоги до максимального зни-
ження пластового тиску
Японія
Для ГеоЕС з потужністю меншою ніж
2 МВт закачування не вимагається
США
Закачування вимагається за законодав-
ством, але залежить від місцевих орга-
нів влади (штату)
Нова
Зеландія
Умови експлуатації родовищ встановлю-
ють
місцеві органи влади, існують вимоги до
скиду поверхневих вод
Філіппіни
Закачування не вимагається, але існує
заборона скиду в річки та поверхневі во-
дойми
Прикладом успішного застосування зворотного закачу-
вання є найбільше в світі геотермальне родовище в До-
лині Гейзерів (Каліфорнія, США). Експлуатація ГеоЕС тут
почалась у 1960 році, але до 1987 року виробництво
електричної енергії різко впало через значне зниження
пластових тисків у продуктивному горизонті. На той мо-
мент закачування становило 25 % кількості відібраного
природного теплоносія. Було прийнято рішення дода-
вати для закачування промислові стоки з прилеглих
міст, що дозволило довести обсяги закачування до 85 %
та розв’язати проблему [9].
В Україні порядок використання геотермальних ресур-
сів регламентується «Кодексом України «Про надра»»,
«Водним Кодексом України», «Інструкцією із застосу-
вання Класифікації запасів і ресурсів корисних копалин
державного фонду надр до родовищ теплоенергетич-
них підземних вод», згідно з якою геотермальне родо-
вище вважається підготовленим до експлуатації за
умови, що під час оцінки його запасів визначені способи
утилізації відпрацьованого теплоносія та оцінено мож-
ливий вплив розробки родовища та утилізації відпра-
цьованих вод на існуючі водогосподарські об’єкти та
довкілля в цілому з детальністю, що дає змогу проєкту-
вати необхідні природоохоронні заходи [10, 11].
Але на практиці повернення відпрацьованого теплоно-
сія в продуктивний горизонт стикається з багатьма тру-
днощами. Так, наприклад, єдина діюча до теперішнього
часу українська геотермальна установка Медведівська
(Крим, Джанкойський район) експлуатувалась у режимі
скидання відпрацьованих вод у затоку Сиваш, хоча екс-
перименти щодо визначення прийомистості продуктив-
ного горизонту були позитивними. Нові власники іншої
геотермальної установки – Косинської (Закарпатська
область) зовсім відмовились від енергетичного викори-
стання термальних вод і зосередились на бальнеологіч-
ному їх використані. Труднощі з поверненням супутніх
вод під час видобутку нафти й газу спостерігаються на
вітчизняних нафтогазових промислах.
Отже, дослідження процесів, що пов’язані з повернен-
ням відпрацьованого в геотермальних енергетичних си-
стемах природного теплоносія у продуктивний гори-
зонт, є дуже актуальними.
Мета дослідження: визначити ефективний режим ро-
боти системи водовідбору залежно від природних умов
геотермального родовища та запропонувати найопти-
мальніший метод утилізації відпрацьованого природ-
ного теплоносія.
Постановка завдання. Як було зазначено вище, найефе-
ктивнішим методом утилізації відпрацьованого приро-
дного теплоносія є повернення його до продуктивного
горизонту.
За своєю гідродинамічною суттю процеси відбору й за-
качування вод у проникний горизонт однакові та опису-
ються законом Дарсі [12]. Кількість відібраних (закача-
них) вод насамперед визначається фільтраційними
властивостями горизонту та величиною напірного граді-
єнта. Але на практиці процес повернення дуже зале-
жить від природних умов геотермального родовища.
Практично усі геотермальні родовища в Україні є
104
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Геотермальна енергетика
напірними [13−16], однак природний напір може бути
надлишковим, тоді статичний рівень горизонту розта-
шовується вище поверхні Землі, що призводить до са-
мовиливу свердловин, а може встановлюватися нижче
денної поверхні. Розглянемо, як ці процеси відбува-
ються у двох принципово різних типах геотермальних
родовищ.
Геотермальні родовища, в яких статичний рівень про-
дуктивного горизонту розташований нижче денної по-
верхні
Для родовищ, в яких статичний рівень продуктивного
горизонту розташований нижче поверхні Землі, відка-
чування підземних вод здійснюється за допомогою на-
сосного обладнання. Видобувна свердловина працює в
режимі заданої продуктивності (постійного дебіту чи
дебіту, що змінюється в часі за певною залежністю, на-
приклад, за графіком теплових навантажень спожи-
вача).
Для більш загального (базового) випадку, а саме гори-
зонтального напірного ізольованого у розрізі та необ-
меженого за простяганням продуктивного горизонту, за
умови, що
2
0,05...0,1
4
r
a t
≤ , тобто при великих значен-
нях а і t, природний теплоносій є однофазним, залеж-
ність між зниженням рівня і часом описується рівнян-
ням Тейса [17]:
2
2,25
4t
Q a tS ln
km r
= ; (1)
де St – зниження напору (рівня) в продуктивному гори-
зонті (або свердловині) під дією відкачування на мо-
мент часу t, м;
Q – дебіт відкачування, м3/доба;
t – розрахунковий період часу після початку відкачки,
доба;
k – коефіцієнт фільтрації горизонту, м/доба;
m – товщина продуктивного горизонту, м;
r – відстань від свердловини до точки розрахунку (якщо
розрахунки виконуються для самої свердловини, то r
дорівнює радіусу свердловини);
a – коефіцієнт п’єзопровідності продуктивного горизо-
нту, м2/доба.
Зауважимо, що рівняння (1) використовується для роз-
рахунку однофазного теплоносія без вмісту природного
газу чи водяної пари.
Отже, після початку відкачування у свердловині спосте-
рігається зниження рівня, яке в подальшому розповсю-
джується на пласт, що призводить до формування у пла-
сті навколо свердловини зони знижених тисків
(депресійної воронки). Розрахункова схема для цього
процесу наведена на рис. 3, а. Під дією відбору підзем-
них вод депресійна зона постійно зростає, але швид-
кість її розповсюдження у просторі пласта з часом зме-
ншується, і з певного моменту часу темп зниження рівня
в усіх точках, що розташовані в її межах, стає однако-
вим, тобто депресійна воронка в часі переміщується па-
ралельно собі.
На практиці зниження рівня у свердловині призводить
до збільшення витрат електричної енергії на обслугову-
вання занурювального насосу. Ба більше, рівень у свер-
дловині може знизитися до відмітки, коли насос просто
не зможе підняти підземну воду на поверхню. Тому
прогнозні розрахунки свердловини для цього типу гео-
термальних родовищ полягають у визначенні гранично
допустимого зниження рівня у свердловині (Sд), при
якому робота насосного обладнання буде можлива. За-
звичай це зниження визначається максимальною вели-
чиною можливого підйому води насосним обладнан-
ням, що серійно випускається. Крім того, гранично
допустиме зниження рівня може бути обмежене особ-
ливостями змін умов формування експлуатаційних за-
пасів у процесі відкачки, наприклад, підтягування до во-
дозабірної свердловини контуру некондиційних вод.
Далі добирається такій дебіт, при якому зниження рівня
у свердловині не перевищить гранично допустимого
зниження на кінцевий термін експлуатації геотермаль-
ної енергетичної установки, тобто Sд ˃St. Цей дебіт і буде
експлуатаційним.
Тепер розглянемо варіант, при якому весь обсяг добу-
тих підземних вод повертається назад в той самий во-
доносний горизонт (рис. 3, б). Для цього випадку рів-
няння (1) набуде такого вигляду [17]:
2 2
2,25 2,25
4 4
н
t
QQ a t atS ln ln
km r km R
= − ; (2)
Як бачимо (рис. 3, б), навколо нагнітальної свердло-
вини в результаті закачування відпрацьованого тепло-
носія формується поверхня підвищених тисків, що являє
собою перевернуту депресійну воронку. Коли поверхні
знижених та підвищених тисків досягнуть одна одної,
процес фільтрації стабілізується, зниження тиску у видо-
бувній свердловині припиниться, депресійна воронка
припинить своє розповсюдження. Як наслідок, зменшу-
ються витрати електричної енергії на видобуток приро-
дного теплоносія та подовжується термін експлуатації
енергетичної установки в цілому.
Для цього випадку дуже важливо правильно розраху-
вати відстань між видобувною і нагнітальною свердло-
винами. Відстань повинна бути мінімальною, щоби не
збільшувати капітальні витрати на прокладання трубоп-
роводів, але достатньою, щоб температурний фронт від
охолодженого відпрацьованого природного теплоносія
не досяг видобувної свердловини за весь час експлуата-
ції геотермальної енергетичної установки.
105
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Геотермальна енергетика
а б
Рис. 3. Розрахункова схема для геотермальних родовищ зі статичним рівнем нижче поверхні Землі
Fig. 3. Сalculation scheme for geothermal deposits with a static level below the earth surface
Другий член у рівнянні (2) характеризує підвищення рі-
вня у свердловині за рахунок впливу на її роботу про-
цесу закачування,
де Qн – дебіт нагнітальної свердловини;
R – відстань між видобувною і нагнітальною свердлови-
нами.
Статичний рівень у продуктивному горизонті розташо-
ваний вище денної поверхні
В умовах, коли статичний рівень розташований вище
поверхні Землі, свердловина фонтанує, тобто водопід-
йомне насосне обладнання для відкачування не потрі-
бне. В цьому разі зниження тиску у свердловині дорів-
нюватиме статичному рівню мінус гідравлічні витрати
напору на тертя у стовбурі свердловини. Притік підзем-
них вод до свердловини здійснюється за рахунок пруж-
них властивостей продуктивного горизонту. Поточне
зниження рівня у свердловини, згідно з законом Пас-
каля, дуже швидко компенсується за рахунок перероз-
поділу пластових тисків у продуктивному горизонті
(рис. 4). За таких умов видобувна свердловина працює
в режимі фіксованого зниження рівня [4, 17].
За умов фіксованого зниження рівня (S = const) дебіт
свердловини буде зменшуватися у часі, тому що з часом
напірний градієнт падає, а відстань між перепадами на-
порів зростає. Рішення задачі притоку підземних вод до
свердловини, яка працює в режимі постійного зни-
ження рівня, має такий вигляд [15]:
2
2
1,5
k m SQ
a t
ln
r
π
= ; (3)
Як бачимо, при постійному зниженні рівня (S) знамен-
ник у рівнянні (3) з часом зростає.
Якщо запасів продуктивного горизонту достатньо для
компенсації відбору підземних вод свердловиною, то
свердловина весь час працюватиме в режимі постій-
ного (фіксованого) зниження рівня. Якщо відбір буде
перевищувати живлення горизонту, тоді статичний рі-
вень поступово знижуватиметься доти, доки не досягне
денної поверхні. Водночас швидкість зниження рівня в
порівняні з першим типом родовищ, буде дуже малень-
кою, оскільки тиск перерозподіляється по всій площі
розповсюдження продуктивного горизонту. Це дозво-
ляє використовувати під час розрахунків залежності для
режиму постійного зниження рівня.
Прогнозні розрахунки свердловини для цього типу гео-
термальних родовищ полягають у визначенні її дебіту
на кінцевий строк експлуатації й порівнянні його з заяв-
леною потребою споживача. Оскільки споживача пере-
дусім цікавить продуктивність свердловини, а не зни-
ження, регулювання величиною необхідного дебіту
відбувається насамперед радіусом свердловини, а та-
кож за допомогою штуцера, що встановлюється на усті
свердловини і змінює його пропускну здатність.
Для здійснення закачування відпрацьованих вод у та-
кий горизонт треба, щоб тиск нагнітання перевищував
статичний тиск у продуктивному горизонті. На практиці,
це можуть бути дуже великі тиски, що викликають тех-
нічні труднощі й невиправдані енергетичні витрати.
Рис. 4. Розрахункова схема для геотермальних родовищ зі
статичним рівнем вище поверхні Землі
Fig. 4. Сalculation scheme for geothermal deposits with a static
level below the earth surface
106
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Геотермальна енергетика
Матеріал і результати досліджень
Для геотермальних родовищ, в яких статичний рівень ро-
зташований нижче поверхні Землі, найоптимальнішим
методом утилізації відпрацьованого в енергетичних уста-
новках теплоносія є зворотне його закачування у продук-
тивний горизонт. Це сприяє поповненню запасів родо-
вища, покращенню експлуатаційних характеристик та
економічних показників геотермальних проєктів.
Підземні води, що закачуються, за хімічним складом
такі самі, як і пластові води, змінюються лише їх термо-
баричні властивості. Як наслідок, для першого типу гео-
термальних родовищ труднощі із закачуванням приро-
дного теплоносія пов’язані тільки з якісною підготовкою
нагнітальної свердловини до закачування. Тобто сверд-
ловина повинна бути ретельно промита від бурового
розчину, фільтр встановлений чітко в інтервалі проник-
ної зони пласта, створені умови для вільного надхо-
дження відпрацьованих природних вод у продуктивний
горизонт шляхом проведення відомих заходів з підви-
щення прийомистості свердловин.
Для другого типу родовищ найдоцільнішою є двоста-
дійна експлуатація. На першому етапі відпрацьований
природний теплоносій, після відбору від нього теплової
енергії, закачується у найпридатніший вище розташова-
ний водоносний горизонт. При цьому до приймального
водоносного горизонту висуваються такі вимоги [18]:
водоносний горизонт не повинен використовуватися
для питного та технічного водопостачання;
водоносний горизонт має бути надійно ізольований від
вище розташованих горизонтів і поверхневих водойм.
Товщина водотривких шарів повинна бути не менше,
ніж радіус зони впливу водозабірного спорудження;
у гідродинамічному відношенні водоносний горизонт
має бути розташований у зоні застійного водного об-
міну;
параметри поглинальної здатності водоносного горизо-
нту повинні бути достатніми для організації закачування
відпрацьованого теплоносія в повному обсязі;
мінеральний, хімічний та газовий склад вод, що закачу-
ються, має бути максимально наближеним до складу
пластових вод продуктивного горизонту або сумісним з
ним, щоб не викликати солевідкладення.
Важливим питанням під час повернення пластових вод
у вище розташований водоносний горизонт є підтримка
необхідної концентрації водневих іонів (рН) у них та до-
ведення вмісту сульфат-іонів, карбонат-іонів та заліза в
окісній формі до визначених норм, які забезпечують су-
місність теплоносія з природними пластовими водами.
Головним ускладненням при поверненні теплоносія в
надра є випадання в осад гіпсу (СаSO4 2H2O), карбонатів
кальцію та магнію. А залізо, яке перебуває в розчине-
ному стані у вигляді бікарбонату закису заліза, при
виході води зі свердловини під час контакту з повітрям
випадає в осад у вигляді гідрооксиду заліза.
Тому хімічний склад супутніх пластових вод, що підляга-
ють поверненню в надра, повинен відповідати таким
вимогам:
- допустима концентрація водневих іонів (рН) − 5−7;
- гранична концентрація сульфат-іонів – 1500 мг/дм3;
- гранична концентрація заліза в окісній формі –
10 мг/дм3.
На другому етапі експлуатації родовища, коли динаміч-
ний рівень продуктивного горизонту знизиться нижче
денної поверхні, утилізацію природного теплоносія до-
цільно проводити у той самий продуктивний горизонт
за зазначеною вище методикою.
Висновки
Вибір способу утилізації відпрацьованих у геотермаль-
них енергетичних установках підземних термальних
вод дуже залежить від природних умов геотермального
родовища. Залежно від розташування статичного рівня
горизонту геотермальні родовища поділяються на ро-
довища зі статичним рівнем нижче поверхні Землі і
вище. Для першого типу родовищ найдоцільнішою є
утилізація відпрацьованого в енергетичних установках
теплоносія в той самий продуктивний горизонт. Це до-
зволить збільшити запаси родовища, покращити його
експлуатаційні характеристики та економічні показники
геотермального проєкту. Для другого типу родовищ
пропонується двостадійна експлуатація: на першій ста-
дії відпрацьований охолоджений природний теплоно-
сій після відбору від нього теплової енергії закачується
у найпридатніший вище розташований водоносний го-
ризонт; на другій стадії – повертається назад у продук-
тивний горизонт.
ПОСИЛАННЯ
1. Морозов Ю. П. Видобування геотермальної енергії.
Монографія. ІВЕ НАНУ. 2022. 246 с.
2. Забарный Г. Н., Шурчков А. В., Задорожная А. А. Про-
гнозная оценка эксплуатационных запасов первого
мраморного термоводоносного горизонта месторо-
ждения «Ерма-река» (Болгария). Препринт. ІТТФ
НАНУ.1997. 64 с.
3. Щербань А. Н., Цырульников А. С., Мерзляков Э. И.,
Рыженко И. А. Системы извлечения тепла земной коры
и методы их расчета. К.: Наук. думка. 1986. С. 240.
4. Дробноход Н. И., Боревский Б. В., Язвин Л. С. Оценка
эксплуатационных запасов подземных вод. К.:
Высш. школа. 1989. 403 с.
107
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Геотермальна енергетика
5. Shyi-Min Lu. A global review of enhanced geothermal
system (EGS). Renewable and Sustainable Energy
Reviews. 2017.
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-
MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_e
nhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e458
5156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-
geothermal-system-EGS.pdf
6. Морозов Ю. П. Определение расстояния между на-
гнетательной и подъемной скважинами геотермаль-
ных циркуляционных систем. Відновлювана енерге-
тика. 2010. № 2. С. 67–70.
7. Alexandre Rivera Diaz, Eylem Kaya, Sadiq J. Zarrouk.
Reinjection in geothermal fields: A worldwide review
update. Proceedings World Geothermal Congress 2015
Melbourne, Australia, 19-25 April 2015.
https://www.geothermal-
energy.org/pdf/IGAstandard/WGC/2015/23010.pdf
8. Skog G. Current Status and Future Outlook of
Geothermal Reinjection: A Review of the Ongoing
Debate. http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:
1318 180/FULLTEXT01.pdf
9. Khan M. A., Truschel J. The Geysers Geothermal Field,
an injection success story. 2010.
https://www.researchgate.net/publication/290039443
_The_Geysers_Geothermal_Field_an_injection_succes
s_story
10. Інструкція із застосування Класифікації запасів і ресу-
рсів корисних копалин державного фонду надр до
родовищ теплоенергетичних підземних вод. ДКЗ Ук-
раїни. 2007.
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0704-07#Text
11. Водний кодекс України. Верховна рада України.
213/95-ВР.
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/213/95-
%D0%B2%D1%80#Text
12. Мироненко В. А. Динамика подземных вод: Учебник
для вузов. М.: Горная книга (МГГУ). 2009. 519 с.
13. Morozov Y., Barylo A., Lysak O. Geothermal Energy
Country Update. Report from Ukraine. 2020 Proceed-
ings, World Geothermal Congress. 2020, Reykjavik, Ice-
land. https://www.geothe-rmal-energy.org/pdf/IG As-
tandard/WGC/2020/01060.pdf
14. Барило А. А. Аналіз гідрогеологічних і геотермічних
характеристик геотермальних об’єктів. Відновлю-
вана енергетика. 2020. № 1 (60). С. 74−86.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2020.1(60).74-86
15. Іванюта М. М. Атлас нафтових і газових родовищ Ук-
раїни: у 6 т. / гол. ред. М. М. Іванюта. Львів: «Центр
Європи». 1998.
16. Камзіст Ж. С., Шевченко О. Л. Гідрогеологія України:
Навч. посібник. К.: «ІНКОС». 2009. 614 с.
17. Бочевер Ф. М. Расчеты эксплуатационных запасов
подземных вод. М.: Недра. 1969. 368 с.
18. Патент № 70893. Україна. Процес повернення супут-
ньо-пластових вод в надра. / Л. А. Холдкова, І. Г. Чо-
ловський, Є. В. Солдатов, А. С. Тердовідов. Опубл.
15.10.2004; https://uapatents.com/2-70893-proces-
povernennya-suputno-plastovikh-vod-v-nadra.html
REFERENCES
1. Vydobuvannya heotermalʹnoyi enerhiyi: monohrafiya. Ex-
traction of geothermal energy. Monograph / Yu. P. Moro-
zov. Kyiv: IVE. 2022. 245 p.
2. Zabarnyiy G. N., Shurchkov A. V., Zadorozhnaya A. A.
Forecast assessment of operational reserves of the first
marble thermal aquifer of the Erma-River deposit (Bul-
garia). Preprint. ITTF NANU.1997. 64 p.
3. Scherban A. N., Tsyirulnikov A. S., Merzlyakov E. I., Ry-
izhenko I. A. Systems for extracting heat from the
earth's crust and methods for their calculation. K.:
Nauk. dumka. 1986. P. 240.
4. Drobnohod N. I., Borevskiy B. V., Yazvin L. S. Assessment
of operational groundwater reserves. - K.: Vyisshaya
shkola. 1989. 403 p.
5. Shyi-Min Lu. A global review of enhanced geothermal
system (EGS). Renewable and Sustainable Energy Re-
views. 2017. https://www.researchgate.net/pro-
file/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_re-
view_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc
8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-en-
hanced-geothermal-system-EGS.pdf
6. Morozov Yu. P. Determining the distance between injec-
tion and lift wells of geothermal circulation systems. VId-
novlyuvana energetika. 2010. No 2. P. 67–70.
7. Alexandre Rivera Diaz, Eylem Kaya, Sadiq J. Zar-
rouk. Reinjection in geothermal fields: A worldwide re-
view update. Proceedings World Geothermal Congress
2015 Melbourne, Australia, 19-25 April 2015.
https://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstand-
ard/WGC/2015/23010.pdf
8. Skog G. Current Status and Future Outlook of Geother-
mal Reinjection: A Review of the Ongoing Debate.
http://www.diva-por-
tal.org/smash/get/diva2:1318180/FULLTEXT01.pdf
9. Khan M. A., Truschel J. The Geysers Geothermal Field,
an injection success story. 2010. https://www.re-
searchgate.net/publication/290039443_The_Gey-
sers_Geothermal_Field_an_injection_success_story
10. Instructions for applying the Classification of Mineral
Reserves and Resources of the State Subsoil Fund to
thermal energy underground water deposits. DKZ
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-geothermal-system-EGS.pdf
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-geothermal-system-EGS.pdf
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-geothermal-system-EGS.pdf
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-geothermal-system-EGS.pdf
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-geothermal-system-EGS.pdf
http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2
https://www.researchgate.net/publication/290039443_The_Geysers_Geothermal_Field_an_injection_success_story
https://www.researchgate.net/publication/290039443_The_Geysers_Geothermal_Field_an_injection_success_story
https://www.researchgate.net/publication/290039443_The_Geysers_Geothermal_Field_an_injection_success_story
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0704-07#Text
https://www.geothe-rmal-energy.org/pdf/IG%20Astandard/WGC/20
https://www.geothe-rmal-energy.org/pdf/IG%20Astandard/WGC/20
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2020.1(60).74-86
https://uapatents.com/2004/10/15
https://uapatents.com/2-70893-proces-povernennya-suputno-plastovikh-vod-v-nadra.html
https://uapatents.com/2-70893-proces-povernennya-suputno-plastovikh-vod-v-nadra.html
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-geothermal-system-EGS.pdf
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-geothermal-system-EGS.pdf
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-geothermal-system-EGS.pdf
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-geothermal-system-EGS.pdf
https://www.researchgate.net/profile/Shyi-MinLu/publication/318032275_A_global_review_of_enhanced_geothermal_system_EGS/links/5cc8d40e4585156cd7bdbde1/A-global-review-of-enhanced-geothermal-system-EGS.pdf
https://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstandard/WGC/2015/23010.pdf
https://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstandard/WGC/2015/23010.pdf
https://www.researchgate.net/publication/290039443_The_Geysers_Geothermal_Field_an_injection_success_story
https://www.researchgate.net/publication/290039443_The_Geysers_Geothermal_Field_an_injection_success_story
https://www.researchgate.net/publication/290039443_The_Geysers_Geothermal_Field_an_injection_success_story
108
Відновлювана енергетика. №1/2024 | Геотермальна енергетика
UkraYini. 2007. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/
z0704-07#
11. Water Code of Ukraine. Verkhovna Rada of Ukraine.
213/95-VR. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/213/
95-vr#Tex
12. Mironenko V. A. Dynamics of groundwater: Textbook for
universities. M.: Gornaya kniga (MGGU). 2009. 519 p.
13. Morozov Y., Barylo A., Lysak O. Geothermal Energy
Country Update. Report from Ukraine. 2020 Proceed-
ings, World Geothermal Congress. 2020, Reykjavik, Ice-
land. https://www.geothe-rmal-energy.org/pdf/IG As-
tandard/WGC/2020/01060.pdf
14. Barilo A. A. Analysis of hydrogeological and geothermal
characteristics of geothermal objects. Vidnovlyuvana
energetika. 2020. № 1 (60). P. 74
15. Ivanyuta M. M. Atlas of oil and gas fields of Ukraine: in
6 volumes. / gol. red. M. M. Ivanyuta. Lviv: «Tsentr
Evropi». 1998.
16. Kamzist Zh.S., Shevchenko O.L. Hydrogeology of
Ukraine. Tutorial. K.: «INKOS». 2009. 614 p.
17. Bochever F. M. Calculations of operational groundwater
reserves. M.: Nedra. 1969. 368 p.
18. Patent № 70893. Ukraine. The process of return of ac-
companying formation waters to the subsoil.
L. A. Holdkova, I. G. Cholovskiy, E. V. Soldatov,
A. S. TerdovIdov. – Opubl. 15.10.2004;
https://uapatents.com/2-70893-proces-povernennya-
suputno-plastovikh-vod-v-nadra.html
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/%20z0704-07
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/%20z0704-07
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/213/95-vr#Tex
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/213/95-vr#Tex
https://www.geothe-rmal-energy.org/pdf/IG%20Astandard/WGC/2020/01060.pdf
https://www.geothe-rmal-energy.org/pdf/IG%20Astandard/WGC/2020/01060.pdf
|
| id | veorgua-article-447 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:12:53Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/17/741cc51aad4e7e9dfdd722e6eb549117.pdf |
| spelling | veorgua-article-4472026-07-18T06:32:19Z METHODS OF HANDLING SPENT COOLANT IN GEOTHERMAL POWER PLANTS СПОСОБИ ПОВОДЖЕННЯ З ВІДПРАЦЬОВАНИМ ТЕПЛОНОСІЄМ У ГЕОТЕРМАЛЬНИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВКАХ Barylo , А. geothermal power plant; natural heat carrier; return of the coolant to the reservoir. геотермальна енергетична установка; природний теплоносій; повернення теплоносія в пласт. The article is devoted to the actual problem of handling the natural coolant used in geothermal energy systems. The choice of the optimal method of disposing of the spent coolant in advance allows to establish environmentally safe operation of power plants, affects the design features of energy systems, and also determines the productivity of the energy system, its service life and technical and economic indicators. Based on the analysis of natural geothermal conditions of domestic geothermal deposits, depending on the location of the static level of the productive horizon, two types of hydrothermal deposits are distinguished. For each type, the mode of operation of the wells is given, the general principles of calculating the water extraction system are defined, and an effective method of disposal of the spent natural heat carrier is also proposed. Bible 18, fig. 3. Стаття присвячена актуальній проблемі поводження з відпрацьованим в геотермальних енергетичних системах природним теплоносієм. Вибір оптимального способу утилізації відпрацьованого теплоносія насамперед дозволяє налагодити екологічно безпечну експлуатацію енергетичних установок, впливає на конструктивні особливості енергетичних систем, а також визначає продуктивність енергетичної системи, строк її служби та техніко-економічні показники. На основі аналізу природних геотермічних умов вітчизняних геотермальних родовищ залежно від розміщення статичного рівня продуктивного горизонту відносно денної поверхні виділено два типи гідротермальних родовищ. Для кожного типу наведено режим роботи свердловин, визначено загальні принципи розрахунку системи водовідбору, а також запропоновано ефективний спосіб утилізації відпрацьованого природного теплоносія. Бібл. 18, рис. 3. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2024-04-05 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/447 10.36296/1819-8058.2024.1(76).101-108 Vidnovluvana energetika ; No. 1(76) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 101-108 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 1(76) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 101-108 Відновлювана енергетика; № 1(76) (2024): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 101-108 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2024.1(76) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/447/356 Copyright (c) 2024 А. Barylo https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | geothermal power plant natural heat carrier return of the coolant to the reservoir. Barylo , А. METHODS OF HANDLING SPENT COOLANT IN GEOTHERMAL POWER PLANTS |
| title | METHODS OF HANDLING SPENT COOLANT IN GEOTHERMAL POWER PLANTS |
| title_alt | СПОСОБИ ПОВОДЖЕННЯ З ВІДПРАЦЬОВАНИМ ТЕПЛОНОСІЄМ У ГЕОТЕРМАЛЬНИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВКАХ |
| title_full | METHODS OF HANDLING SPENT COOLANT IN GEOTHERMAL POWER PLANTS |
| title_fullStr | METHODS OF HANDLING SPENT COOLANT IN GEOTHERMAL POWER PLANTS |
| title_full_unstemmed | METHODS OF HANDLING SPENT COOLANT IN GEOTHERMAL POWER PLANTS |
| title_short | METHODS OF HANDLING SPENT COOLANT IN GEOTHERMAL POWER PLANTS |
| title_sort | methods of handling spent coolant in geothermal power plants |
| topic | geothermal power plant natural heat carrier return of the coolant to the reservoir. |
| topic_facet | geothermal power plant natural heat carrier return of the coolant to the reservoir. геотермальна енергетична установка природний теплоносій повернення теплоносія в пласт. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/447 |
| work_keys_str_mv | AT baryloa methodsofhandlingspentcoolantingeothermalpowerplants AT baryloa sposobipovodžennâzvídpracʹovanimteplonosíêmugeotermalʹnihenergetičnihustanovkah |