[發(fā)明專利]提高地熱能太陽能綜合熱電轉換效率的系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103306912A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設計）人: 張高佐;郝世超;戴軍;陶霞
• 申請（專利權）人: 上海盛合新能源科技有限公司
• 主分類號: F03G4/00
• 分類號: F03G4/00;F03G6/06;F01K25/10;F01D15/10
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

技術領域

本發(fā)明涉及一種提高地熱能太陽能綜合熱電轉換效率的系統(tǒng)，屬于地熱能、太陽能光熱發(fā)電裝置技術領域。

背景技術

世界經濟發(fā)展對能源的需求日益增加，同時人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境也日益惡化。人類已經開始考慮大力發(fā)展新能源，特別是可再生的清潔能源，來替代傳統(tǒng)能源。地熱能和太陽能作為一種新能源越來越受到人們重視，各國相繼制定鼓勵地熱能太陽能開發(fā)利用的政策，地熱能太陽能開發(fā)利用的技術、裝備也取得新的進展。地熱能太陽能發(fā)電是利用自然能量發(fā)電，由于不需要燃料以及相關聯(lián)的鍋爐，故不產生CO₂、NO_X、粉塵排放，屬可再生綠色清潔能源，而且發(fā)電成本比常規(guī)的火電和水電都低。

其中地熱發(fā)電是把地下熱能轉變?yōu)闄C械能，然后再把機械能轉變?yōu)殡娔艿纳a過程。能夠把地下熱能帶到地面并用于發(fā)電的載熱介質主要是天然蒸汽(干蒸汽和濕蒸汽)和地下熱水。

由于熱水和蒸汽的溫度、壓力以及它們的水、汽品質的不同，地熱發(fā)電的方式也不同。常用的地熱發(fā)電方式有以下幾種：

(1)直接蒸汽法。從地熱井取出的高溫蒸汽，首先經過凈化分離器，脫除井下帶來的各種雜質，清潔的蒸汽推動汽輪機作功，并使發(fā)電機發(fā)電。所用發(fā)電設備基本上同常規(guī)火電設備一樣。

(2)擴容發(fā)電方式。即地熱水經井口引出至熱水箱部分擴容后進入廠房擴容器，擴容后的二次蒸汽進入汽機作功發(fā)電。這種一次擴容系統(tǒng)，熱利用率僅為3％左右。將一級擴容器出口蒸汽引入汽機前幾級作功，一級擴容器后的地熱水進人二極擴容器，經二級擴容后進入汽輪機中間級作功，這就是兩次擴容地熱發(fā)電，其熱利用率可達6％左右。西藏羊八井地熱發(fā)電站屬此種發(fā)電方式的機組，單機容量為3000千瓦。

(3)雙工質循環(huán)地熱發(fā)電方式。當地熱參數較高，溫度在150℃以上時，采用擴容發(fā)電很合適。但參數較低時擴容發(fā)電就很困難，這種情況適宜采用雙工質發(fā)電方式。即用參數較低的地熱水去加熱低沸點的工質(如異丁烷、氟里昂等)，再用低沸點工質的蒸汽去沖動汽輪機。這種方式理論上效率較高，但技術難度大。目前國內進口的兩臺1000千瓦機組已投產發(fā)電。

(4)全流式地熱發(fā)電方式。將地熱介質全部引入全流發(fā)電機組。該方式理論上效率很高，可達90％，但實際結果較低。目前，該方式在國內、外仍處于試驗階段，尚未付諸工業(yè)應用。

地熱發(fā)電方式還有兩相全流法等。

地熱發(fā)電的原理與火力發(fā)電大致相同。由于地熱發(fā)電不消耗燃料，因而不需要龐大的燃料運輸、存儲設施，設備系統(tǒng)比火力發(fā)電簡單。地熱發(fā)電后排出的熱水只是降低了一些溫度，還可以用于取暖、醫(yī)療等。地熱電站不會排出污染環(huán)境的煙氣和灰塵。

我國地熱資源儲量豐富，分布面廣，已發(fā)現(xiàn)的熱沸泉2500處，地熱田270多個。地熱資源可開采量相當于4626.5億噸標準煤，地熱利用在我國具有廣闊前景。

地熱能的利用通常分為三種：

-用于發(fā)電的蒸汽或溫度極高的熱流體；

-可被直接利用的中低溫的熱流體；

-地源熱泵(GHPs)利用地表淺層的能源，為建筑物制冷/供暖。

地熱發(fā)電是地熱利用的最重要方式。高溫地熱流體應首先應用于發(fā)電。地熱發(fā)電和火力發(fā)電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變?yōu)闄C械能，然后帶動發(fā)電機發(fā)電。所不同的是，地熱發(fā)電不象火力發(fā)電那樣要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能。地熱發(fā)電的過程，就是把地下熱能首先轉變?yōu)闄C械能，然后再把機械能轉變?yōu)殡娔艿倪^程。要利用地下熱能，首先需要有“載熱體”把地下的熱能帶到地面上來。目前能夠被地熱電站利用的載熱體，主要是地下的天然蒸汽和熱水。

蒸汽型地熱發(fā)電是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽輪發(fā)電機組發(fā)電，但在引人發(fā)電機組前應把蒸汽中所含的巖屑和水滴分離出去。這種發(fā)電方式最為簡單，但干蒸汽地熱資源十分有限，且多存于較深的地層，開采技術難度大，故發(fā)展受到限制。

一、閃蒸發(fā)電

原理：當高壓熱水從熱水井中抽至地面，于壓力降低部分熱水會沸騰并“閃蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽輪機做功；而分離后的熱水可繼續(xù)利用后排出，當然最好是再回注入地層。

二、中低溫雙工質發(fā)電

地熱水首先流經熱交換器，將地熱能傳給另一種低沸點的工作流體，使之沸騰而產生蒸汽。蒸汽進人汽輪機做功后進人凝汽器，再通過熱交換器而完成發(fā)電循環(huán)。地熱水則從熱交換器回注人地層。這種系統(tǒng)特別適合于含鹽量大、腐蝕性強和不凝結氣體含量高的地熱資源。發(fā)展雙循環(huán)系統(tǒng)的關鍵技術是開發(fā)高效的熱交換器。