Моделирование энергетических характеристик геотермальных систем

Abstract

Повышение энергоэффективности тепловых насосов, использующих геотермальное тепло, в настоящее время является одним из важнейших вопросов для дальнейшего развития и внедрения технологий применения возобновляемых источников энергии в системах теплоснабжения. Это требует детального изучения гидродинамического взаимодействия всех элементов геотермальной системы, состоящей из теплового насоса и геотермального источника энергии. В работе представлена математическая модель сильно неравновесной термодинамической системы почва - энергетический колодец- тепловой насос, описывающая энергетическое взаимодействие между ее частями. Показано, что стационарное состояние рассматриваемой геотермальной системы характеризуется безразмерным параметром коэффициентов теплопроводности почвы и вторичной жидкости (рассола в энергетическом колодце). Дана физическая интерпретация полученных результатов.

Підвищення енергоефективності теплових насосів, які використовують геотермальне тепло, в теперішній час є одним із найважливіших питань для подальшого розвитку і впровадження технологій застосування відновлювальних джерел енергії в системах теплопостачання. Це вимагає детального вивчення гідродинамічної взаємодії всіх елементів геотермальної системи, яка складається із теплового насосу і геотермального джерела енергії. В роботі представлена математична модель дуже нерівноважної термодинамічної системи грунт - енергетичний колодязь - тепловий насос, яка описує енергетичну взаємодію між її частинами. Показано, що стаціонарний стан геотермальної системи, яка розглядається, характеризується безрозмірним параметром коефіцієнтів теплопровідності грунту та вторинної рідини (розсолу в енергетичному колодязі). Надана фізична інтерпретація отриманих результатів.

Increasing energy efficiency of the ground source heat pump (GSHP) systems is an important task for further development and implementation of this renewable energy technology for industrial and domestic heating and cooling. Achieving the higher efficiency, in its turn, requires insight into thermodynamic interaction of all elements of GSHP systems. The presented in the paper mathematical model of a strongly non-equilibrium thermodynamic systems G-BHE-GSHP has been elaborated to describe the energy exchange between the ground, BHE and evaporator of GSHP. Based on this model a stationary problem of such system operation has been solved. n particular, it is shown that the stationary energy exchange processes in the G-U-tube BHE-HP system is characterized by a unique dimensionless parameter - the ratio of the thermal conductivity of the ground and brine. For a stationary case a one-parameter universal dependence of the amount of energy extracted from the ground using U-tube BHE, which is essentially non-linear in length, was obtained. The physical interpretation of the received results is provided.