alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2021.09.057-063alternative-2105Research ArticleВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКАRENEWABLE ENERGY. GEOTHERMAL ENERGYВлияние расположения местных сопротивлений на устойчивость транспортировки пароводяной смеси при освоении геотермальных ресурсовInfluence of the location of local resistances on the stability of the transportation of steam-water mixture during the development of geothermal resourcesВарламоваН. Н.VarlamovaN. N.

Варламова Наталья Николаевна, младший научный сотрудник

ул. Тургенева, д. 51, г. Хабаровск, Россия, 680000, тел.: (4212) 32-79-27

Varlamova Natalia Nikolaevna, Junior Re-searcher, Mining institute if the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Khabarovsk, Russia, 680000, tel.: (4212) 32-79-27

adm@igd.khv.ruШулюпинА. Н.ShulyupinA. N.

Шулюпин Александр Николаевич, доктор технических наук, в.и.о. директора

ул. Тургенева, д. 51, г. Хабаровск, Россия, 680000, тел.: (4212) 32-79-27

Shulyupin Aleksandr Nikolaevich, Doctor of Technical Sciences, Interim Director. Mining institute if the Far Eastern Branch of the Rus-sian Academy of Sciences

Khabarovsk, Russia, 680000, tel.: (4212) 32-79-27

Институт горного дела Дальневосточного отделения РАН – обособленное подразделение Хабаровского Федерального исследовательского центра Дальневосточного отделения РАНРоссияMining Institute of Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences – a separate division of the Federal Khabarovsk research center, Far Eastern Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202102042022025-275763Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20222022Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2105

С помощью новой математической модели для гидравлического расчета трубопроводов, транспортирующих пароводяной геотермальный теплоноситель, которая учитывает влияние гравитационных сил на параметры течения, проведено исследование влияния расположения местных сопротивлений на устойчивость потока. Расчет был проведен по программе SWIP-S для трубопровода с характеристиками, близкими к типовым значениям на Мутновском геотермальном месторождении, где расположены крупнейшие в России геотермальные электростанции. Трубопровод разбивался на 4 участка, рассматривалось 4 варианта с размещением всех местных сопротивлений на первом (от начала), втором, третьем и четвертом участках. Рассчитывался перепад давления и индекс устойчивости потока, определяемый как частная производная перепада давления на отдельном участке трубопровода по массовому расходу. Выявлено незначительное влияние расположения местных сопротивлений по трассе трубопровода на его суммарный индекс устойчивости, а также на суммарный перепад давления. Исходя из расчетов параметров трубопровода по участкам, учитывая существенные различия локального индекса устойчивости, даны практические рекомендации по расположению местных сопротивлений: в случае высокого риска возникновения неустойчивости у устья скважины, в том числе при низких расходах геотермального флюида, рекомендовано располагать их в начале трассы, т.е. вблизи скважины. Аналогичные рекомендации даны при необходимости уменьшения суммарного перепада давления, учитывая, что данный параметр будет резко возрастать на участке, где сосредоточены местные сопротивления.

Using a new mathematical model for the hydraulic calculation of pipelines transporting a steam-water geothermal heat carrier, which takes into account the influence of gravity forces on the flow parameters, a study was made of the influence of the location of local resistances on the flow stability. The calculation was carried out using the SWIP-S program for a pipeline with characteristics close to typical values at the Mutnovsky geothermal field, where the larg-est geothermal power plants in Russia are located. The pipeline was divided into 4 sections, 4 options were consid-ered with the placement of all local resistances on the first (from the beginning), second, third and fourth sections The flow stability index was calculated, defined as the partial derivative of the pressure drop in a separate section of the pipeline by mass flow. The pressure drop was also calculated. An insignificant effect of the location of local re-sistances along the pipeline route on its total stability index, as well as on the total pressure drop, was revealed. Based on the calculations of the parameters of pipeline by sections, taking into account the significant differences in the lo-cal index of stability, practical recommendations are given on the location of local resistances: in the case of a high risk of instability at the wellhead, including at low flow rates of geothermal fluid, it is recommended to place them at the beginning of the route, i.e. near the well. Similar recommendations are given if it is necessary to reduce the total pressure drop, given that this parameter will sharply increase in the area where local resistances are focused.

геотермальная энергиягеотермальный теплоносительпароводяная смесьтрубопроводперепад давленияместные сопротивленияgeothermal energygeothermal heat carriersteam-water mixturepipelinepressure droplocal resistancesИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта № 20-05-00161ReferencesMichalski A., Klitzsch N. First field application of temperature sensor modules for groundwater flow detection near borehole heat exchanger / A. Michalski, N. Klitzsch // Geothermal Energy. – 2019. – V. 7. – № 37. DOI: 10.1186/s40517-019-0152-5.Michalski A., Klitzsch N. First field application of temperature sensor modules for groundwater flow detection near borehole heat exchanger / A. Michalski, N. Klitzsch // Geothermal Energy. – 2019. – V. 7. – № 37. DOI: 10.1186/s40517-019-0152-5.Iry S., Rafee R. Transient numerical simulation of the coaxial borehole heat exchanger with the different diameters ratio / S. Iry, R Rafee // Geothermics. – 2019. – V. 77. – P. 158–165. DOI: 10.1016/j.geothermics.2018.09.009.Iry S., Rafee R. Transient numerical simulation of the coaxial borehole heat exchanger with the different diameters ratio / S. Iry, R Rafee // Geothermics. – 2019. – V. 77. – P. 158–165. DOI: 10.1016/j.geothermics.2018.09.009.Christopher S.B., Nigel J.C., Stuart S.E., Dan G. Numerical modelling of deep coaxial borehole heat ex-changers in the Cheshire Basin, UK / S.B. Christopher [et al.] // Computers & Geosciences. – 2021. – V. 152. – № 104752. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2021.104752.Christopher S.B., Nigel J.C., Stuart S.E., Dan G. Numerical modelling of deep coaxial borehole heat ex-changers in the Cheshire Basin, UK / S.B. Christopher [et al.] // Computers & Geosciences. – 2021. – V. 152. – № 104752. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2021.104752.Chen Y., Huang L., EGS Collab Team. Optimal design of 3D borehole seismic arrays for microearthquake monitoring in anisotropic media during stimulations in the EGS collab project / Y. Chen, L. Huang, EGS Collab Team // Geothermics, – 2019. – V. 79, P. 61–66. DOI: 10.1016/j.geothermics.2019.01.009.Chen Y., Huang L., EGS Collab Team. Optimal design of 3D borehole seismic arrays for microearthquake monitoring in anisotropic media during stimula-tions in the EGS collab project / Y. Chen, L. Huang, EGS Collab Team // Geothermics, – 2019. – V. 79, P. 61–66. DOI: 10.1016/j.geothermics.2019.01.009.Zhang J., Xie J., Liu X. Numerical evaluation of heat extraction for EGS with tree-shaped wells / J. Zhang, J. Xie, X. Liu // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2019. – V. 134. – P. 296–310. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.12.171.Zhang J., Xie J., Liu X. Numerical evaluation of heat extraction for EGS with tree-shaped wells / J. Zhang, J. Xie, X. Liu // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2019. – V. 134. – P. 296–310. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.12.171.Xianbiao B., Kunqing J., Yujiang H. Performance analysis of shallow depth hydrothermal enhanced geothermal system for electricity generation / B. Xianbiao, J. Kunqing, H. Yujiang // Geothermics. – 2020. V. 86. – № 101847. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2020.101847.Xianbiao B., Kunqing J., Yujiang H. Performance analysis of shallow depth hydrothermal enhanced geothermal system for electricity generation / B. Xianbiao, J. Kunqing, H. Yujiang // Geothermics. – 2020. V. 86. – № 101847. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2020.101847.Bertani, R. Geothermal power generation in the world 2010–2014 update report / R. Bertani // Geother-mics. – 2016. Vol. 60. – P. 31–43.Bertani, R. Geothermal power generation in the world 2010–2014 update report / R. Bertani // Geothermics. – 2016. Vol. 60. – P. 31–43.Smith, J.H., Collection and transmission of geothermal fluids / J.H. Smith // Geothermal energy: review of research and development / Edited by H. Christopher, H. Armstead. – Paris: UNESCO, 1973. – P. 97–105.Smith, J.H., Collection and transmission of geothermal fluids / J.H. Smith // Geothermal energy: review of research and development / Edited by H. Christopher, H. Armstead. – Paris: UNESCO, 1973. – P. 97–105.Rizaldy, Zarrouk S.J. Pressure drop in large diameter geothermal two-phase pipelines / Rizaldy, S.J. Zarrouk // Proceedings 38th New Zealand Geothermal Workshop, New Zealand, 2016. – P. 1–5.Rizaldy, Zarrouk S.J. Pressure drop in large diameter geothermal two-phase pipelines / Rizaldy, S.J. Zarrouk // Proceedings 38th New Zealand Geothermal Workshop, New Zealand, 2016. – P. 1–5.Garcia-Gutierrez A. Thermal Efficiency of the Los Humeros Geothermal Field Fluid Transportation Network / A. Garcia-Gutierrez [et al.] // Proceedings World Geothermal Congress 2015. – № 25007.Garcia-Gutierrez A. Thermal Efficiency of the Los Humeros Geothermal Field Fluid Transportation Network / A. Garcia-Gutierrez [et al.] // Proceedings World Geothermal Congress 2015. – № 25007.Cheik H.S., Ali H.A. Prefeasibility design of single flash in Asal geothermal power plant 2x25 MW, Djibouti. / H.S. Cheik, H.A. Ali // Proceedings World Geo-thermal Congress 2015. – № 25030.Cheik H.S., Ali H.A. Prefeasibility design of single flash in Asal geothermal power plant 2x25 MW, Djibouti. / H.S. Cheik, H.A. Ali // Proceedings World Geo-thermal Congress 2015. – № 25030.Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А., Варла-мова Н.Н. Влияние геометрии трассы трубопровода на устойчивость пароводяного течения при эксплуатации ГеоЭС / А.Н. Шулюпин, А.А. Чермошенцева, Н.Н. Варламова // Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки. – 2020. – Т. 32. – № 3. – С. 143–153.Shulyupin A.N., Chermoshentseva A.A., Varla-mova N.N. Vliyanie geometrii trassy truboprovoda na ustoichivost' parovodyanogo techeniya pri ehkspluatatsii GeOEHS / A.N. Shulyupin, A.A. Chermoshentseva, N.N. Varlamova // Vestnik KRAUNTS. Fiziko-matematicheskie nauki. – 2020. – T. 32. – № 3. – S. 143–153.Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А., Варламова Н.Н. Новые вызовы при освоении месторождений парогидротерм с транспортировкой пароводяной смеси / А.Н. Шулюпин, А.А. Чермошенцева, Н.Н. Варламова // ГИАБ. – 2019. № 2. С. 43–49. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-02-0-43-49.Shulyupin A.N., Chermoshentseva A.A., Varla-mova N.N. Novye vyzovy pri osvoenii mestorozhdenii parogidroterm s transportirovkoi parovodyanoi smesi / A.N. Shulyupin, A.A. Chermoshentseva, N.N. Varlamova // GIAB. – 2019. № 2. S. 43–49. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-02-0-43-49.Dang Z., Yang Z., Yang X., Ishii M. Experimental study on void fraction, pressure drop and flow regime analysis in a large ID piping system / Z. Dang // International Journal of Multiphase Flow. – 2019. – V. 111. –P. 31–41. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2018.10.006.Dang Z., Yang Z., Yang X., Ishii M. Experimental study on void fraction, pressure drop and flow regime analysis in a large ID piping system / Z. Dang // International Journal of Multiphase Flow. – 2019. – V. 111. –P. 31–41. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2018.10.006.Свид. 2020660438 Российская Федерация. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. SWIP-S / А.Н. Шулюпин, А.А. Чермошенцева, И.И. Чернев, Н.Н. Варламова; правообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук обособленное подразделение Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук. – № 2020619195; заявл. 18.08.2020; зарегистр. 03.09.2020; опубл. 03.09.2020,1 с.Svid. 2020660438 Rossiiskaya Federatsiya. Svidetel'stvo o gosudarstvennoi registratsii programmy dlya EHVM. SWIP-S / A.N. Shulyupin, A.A. Chermoshentseva, I.I. Chernev, N.N. Varlamova; pravoobladatel' Federal'noe gosudarstvennoe byudzhetnoe uchrezhdenie nauki Khabarovskii Federal'nyi issledovatel'skii tsentr Dal'nevostochnogo otdeleniya Rossiiskoi akademii nauk obosoblennoe podrazdelenie Institut gornogo dela Dal'nevostochnogo otdeleniya Rossiiskoi akademii nauk. – № 2020619195; zayavl. 18.08.2020; zaregistr. 03.09.2020; opubl. 03.09.2020,1 s.Шулюпин А.Н., Варламова Н.Н. Определение истинного объемного паросодержания при гидравлическом расчете трубопроводов пароводяной гео-термальной смеси / А.Н. Шулюпин, Н.Н. Варламова // Теплоэнергетика. – 2021. – № 5. – С. 72–77. DOI: 10.1134/S0040363621050106.Shulyupin A.N., Varlamova N.N. Opredelenie istinnogo ob"emnogo parosoderzhaniya pri gidravlicheskom raschete truboprovodov parovodyanoi geotermal'noi smesi / A.N. Shulyupin, N.N. Varlamova // Teploehnergetika. – 2021. – № 5. – S. 72–77. DOI: 10.1134/S0040363621050106.Шулюпин А.Н. Устойчивость режима работы пароводяной скважины / А.Н. Шулюпин. – Хаба-ровск: ООО «Амурпринт», 2018. – 136 с.Shulyupin A.N. Ustoichivost' rezhima raboty parovodyanoi skvazhiny / A.N. Shulyupin. – Khabarovsk: OOO «AmurprinT», 2018. – 136 s.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.