Науковий вісник НГУ

Підхід до ранжування закритих шахт відносно ефективності використання їх геотермального потенціалу

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №2 2023

Останнє оновлення: 03 травня 2023

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 2113

Authors:

Д.В. Рудаков*, orcid.org/0000-0001-7878-8692, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

O.В. Інкін, orcid.org/0000-0003-3401-9386, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор кореспондент email: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2023, (2): 011 - 018

https://doi.org/10.33271/nvngu/2023-2/011

Abstract:

Мета. Розробка підходу до ранжування закритих шахт стосовно ефективності вилучення тепла із шахтних вод геотермальними системами, заснованого на застосуванні набору основних критеріїв, що дозволяють ураховувати в першому приближенні геологічні й гірничі умови, а також попередньо оцінювати ефективність експлуатації розташованих на них систем.

Методика. Запропонований підхід включає ранжування закритих шахт за п’ятьма основними показниками, що зазвичай доступні або легко розраховуються: коефіцієнт перетворення теплових насосів COP, енергетичний баланс, теплова потужність, прибуток від експлуатації та скорочення викидів CO₂. Енергетичний баланс, уведений авторами раніше, визначається як відношення виробленої теплової енергії до теплового еквіваленту електроенергії, необхідної для роботи системи. Ці показники інтегровані в комплексний показник, що використовується для порівняння очікуваної ефективності та створення списків пріоритетності встановлення промислових систем на шахтах.

Результати. Ранжування 27 закритих вугільних шахт Донбасу виконано за наявними даними з використанням п’яти зазначених параметрів окремо й комплексного показника, визначеного через осереднення значень усіх параметрів. Визначені найбільш перспективні ділянки для розміщення закритих, відкритих безповоротних і циркуляційних геотермальних систем із точки зору ефективності вилучення тепла. Це, переважно, стосується глибоких шахт у центральній частині Донбасу з підвищеним геотермальним градієнтом понад 0.03 °C/м.

Наукова новизна. Уперше для групи шахт було обґрунтований і протестований підхід до оцінки їх геотермального потенціалу й ранжування з точки зору ефективності використання теплової енергії на основі існуючих і уведених параметрів експлуатації. Розроблена методика дозволяє аналізувати й попередньо кількісно оцінювати доцільність роботи геотермальних установок різної конструкції.

Практична значимість. Запропонований підхід до ранжування колишніх ділянок із видобутку вугілля дозволяє сформувати списки пріоритетності вилучення низькопотенційної енергії із шахтної води, таким чином визначити геотермальний потенціал і найбільш перспективні ділянки для подальших детальних техніко-економічних обґрунтувань і експлуатації геотермальних систем різних типів.

Ключові слова: закриті шахти, шахтні води, геотермальні системи, вилучення тепла, ефективність експлуатації, ранжування

References.

1. Rudakov, D., Inkin, O., Dereviahina, N., & Sotskov, V. (2020). Effectiveness evaluation for geothermal heat recovery in closed mines of Donbas. E3S Web of Conferences 201, 01008. Ukrainian School of Mining Engineering, 1-10. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202020101008.

2. Sadovenko, I., Rudakov, D., & Inkin, O. (2014). Geotechnical schemes to the multi-purpose use of geothermal energy and resources of abandoned mines. Progressive Technologies of Coal, Coalbed Methane, and Ores Mining, 443-450. eBook ISBN 9780429226946.

3. LANUV NRW (2018). Landesamt für Natur, Umwelt, und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfahlen: Potenzialstudie warmes Grubenwasser – Fachbericht 90. Recklinghausen. Retrieved from https://www.lanuv.nrw.de/fileadmin/lanuvpubl/3_fachberichte/LANUV-Fachbericht_90_web.pdf.

4. Banks, D., Athresh, A., Al-Habaibeh, A., & Burnside, N. (2019). Water from abandoned mines as a heat source: practical experiences of open- and closed-loop strategies, United Kingdom. Sustainable Water Resources Management, 5, 29-50. https://doi.org/10.1007/s40899-017-0094-7.

5. Loredo, C., Roqueñí, N., & Ordóñez, A. (2016). Modelling flow and heat transfer in flooded mines for geothermal energy use: A review. International Journal of Coal Geology, 164, 115-122. https://doi.org/10.1016/j.coal.2016.04.013.

6. Burnside, N. M., Banks, D., & Boyce, A. J. (2016). Sustainability of thermal energy production at the flooded mine workings of the former Caphouse Colliery, Yorkshire, United Kingdom. International Journal of Coal Geology, 164, 85-91. https://doi.org/10.1016/j.coal.2016.03.006.

7. Ni, L., Dong, J., Yao, Y., Shen, C., Qv, D., & Zhang, X. (2015). A review of heat pump systems for heating and cooling of buildings in China in the last decade. Renewable Energy, 84, 30-45. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.06.043.

8. Gillespie, M.R., Cran, E.J., & Barron, H.F. (2013). Deep geothermal energy potential in Scotland British Geological Survey Geology and Landscape, Scotland Programme. Commissioned Report Cr/12/131. Retrieved from https://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/507992/1/00437996.pdf.

9. Bongole, K., Sun, Z., & Yao, J. (2021). Potential for geothermal heat mining by analysis of the numerical simulation parameters in proposing enhanced geothermal system at Bongor Basin, Chad. Simulation Modelling Practice and Theory, 107, 102218. https://doi.org/10.46690/ager.2021.02.06.

10. Bao, T., Cao, H., Qin, Y., Jiang, G., & Liu, Z.L. (2020). Critical insights into thermohaline stratification for geothermal energy recovery from flooded mines with mine water. Journal of Cleaner Production, 273, 122989. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122989.

11. Kucheryava, I. M., & Sorokina, N. L. (2020). Renewable energy in the world and Ukraine as of 2019 – beginning of 2020. Hidroenerhetyka Ukrainy, 1, 38-44.

12. Viessman Planungshandbuch (2011). Wärmepumpen. Viessman GmbH. Retrieved from https://www.yumpu.com/de/document/view/32529702/planungshandbuch-warmepumpen-pdf-viessmann.

13. Pivnyak, G., Samusia, V., Oksen, Y., & Radiuk, M. (2015). Efficiency increase of heat pump technology for waste heat recovery in coal mines. New Developments in Mining Engineering 2015: Theoretical and Practical Solutions of Mineral Resources Mining, 1-4. https://doi.org/10.1201/b19901-2.

14. Sadovenko, I., Inkin, O., Dereviahina, N., & Khryplyvets, Y. (2019). Actualization of prospects of thermal usage of groundwater of mines during liquidation. E3S Web of Conferences, 123, 01046. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912301046.

15. Marchenko, M., & Kharzhevskyi, V. (2020). Parametric optimization of hydrodynamic and thermal parameters of heat exchange equipment based on similarity theory and dimensional analysis. Herald of Khmelnytskyi National University, 5, 172-176. https://doi.org/10.31891/2307-5732-2020-289-5-172-176.

16. Dolinskyi, A. A., & Khalatov, A. A. (2016). Geothermal energy: production of electric and thermal energy. Visnyk NAN Ukrainy, 11, 76-78.

17. Gordienko, V., Gordienko, I., & Zavgorodnyaya, O. (2015). Thermal field of Donbas. Institute of geophysics of NAS of Ukraine, 37(1), 3-23. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v37i6.2015.111169.

18. Dzikovska, Y., & Gots, N. (2015). Method of determining the heat loss of the building according to the results of thermal vision research. Measuring technique and metrology, 76, 59-66.

19. Rudakov, D., & Westermann, S. (2021). Analytical modeling of mine water rebound: Three case studies in closed hard-coal mines in Germany. Mining of Mineral Deposits, 15(3), 22-30. https://doi.org/10.33271/mining15.03.022.

20. Fomin, V. O. (2015). Forecasting changes in the inflow of groundwater into a liquidated mine. Ugol Ukrainyi, 5, 20-24.

• < Попередня
• Наступна >