[發(fā)明專利]復合型冷源干熱巖熱電發(fā)電系統(tǒng)與方法

有效

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• 申請日: 2016-06-29
• 公開（公告）號: CN105958870B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設計）人: 劉均榮;李博宇;羅道玉;王月英;杜鵬;史偉新;曹世杰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 北京思格頌知識產權代理有限公司11635
• 代理人: 潘珺

技術領域

本發(fā)明屬于地熱發(fā)電領域，具體地，涉及一種復合型冷源干熱巖熱電發(fā)電系統(tǒng)與方法。

技術背景

地熱能是儲存于地球內部的一種巨大的天然資源，儲量大且清潔無污染，長期以來受到世界各國的關注。開發(fā)和利用地熱資源可實現(xiàn)節(jié)能減排、保護環(huán)境，被認為是解決霧霾的一種有效手段。目前主要開發(fā)和利用的是熱水型和蒸汽型地熱資源，常應用于供暖、養(yǎng)殖和發(fā)電等領域。相比而言，干熱巖的開發(fā)剛剛興起，但其儲量遠遠高于已經得到廣泛應用的熱水型和蒸汽型地熱資源。發(fā)電被認為是干熱巖最主要的應用領域。

干熱巖發(fā)電主要是通過水力壓裂形成人工熱儲，然后通過注入井注入水或二氧化碳等工質，與人工熱儲進行能量交換后，從生產井中產出高溫水或蒸汽，送入常規(guī)地熱發(fā)電裝置發(fā)電。這種方法需要至少需要一口注入井和一口生產井，儲層需要進行人工壓裂，并且運行期間需要不斷注入循環(huán)工質水或二氧化碳。該技術的建造成本和運行成本較高。

隨著材料技術的進步，熱電發(fā)電技術逐漸興起。當在導體或半導體兩端分別施加不同的溫度時，由于塞貝克效應，在高溫部分和低溫部分之間就會產生電動勢。利用這種現(xiàn)象，使用熱電發(fā)電元件就能將熱能直接轉換為電能。這種熱電發(fā)電技術在汽車尾氣廢熱發(fā)電、工業(yè)余熱發(fā)電、太陽能發(fā)電等新能源領域得到廣泛應用。

針對傳統(tǒng)干熱巖發(fā)電存在的問題，考慮到干熱巖長期、穩(wěn)定的熱源供給，結合熱電發(fā)電技術，提出一種復合型冷源干熱巖熱電發(fā)電系統(tǒng)與方法，不但能節(jié)省大量建造成本和運行成本，而且還能保證穩(wěn)定的電能供給。

發(fā)明內容

為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供了一種復合型冷源干熱巖熱電發(fā)電系統(tǒng)與方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案：

復合型冷源干熱巖熱電發(fā)電系統(tǒng)，包括：冷卻介質存儲裝置、冷卻介質地面流動管線、冷卻介質注入裝置、井下熱電發(fā)電模塊、冷卻介質流入管線、冷卻介質流出管線、負極導線和正極導線；其特征在于，所述的井下熱電發(fā)電模塊位于井筒內，井下熱電發(fā)電模塊部分處于干熱巖儲層范圍內、部分處于干熱巖上覆地層范圍內；處于干熱巖儲層范圍內的井下熱電發(fā)電模塊部分直接與裸露的干熱巖儲層接觸，裸露的干熱巖儲層形成復合型冷源干熱巖熱電發(fā)電的高溫熱端；處于干熱巖上覆地層范圍內的井下熱電發(fā)電模塊部分直接與下套管固井方式完成的井筒部分接觸，與冷卻介質流動循環(huán)系統(tǒng)共同形成復合型冷源干熱巖熱電發(fā)電的低溫冷端；冷卻介質注入裝置和冷卻介質存儲裝置位于地面，冷卻介質注入裝置通過冷卻介質地面流動管線與冷卻介質存儲裝置相連；熱電發(fā)電模塊設有熱電發(fā)電模塊井下散熱器，冷卻介質注入裝置與井下熱電發(fā)電模塊中的熱電發(fā)電模塊井下散熱器的入口端通過冷卻介質流入管線相連，井下熱電發(fā)電模塊中的熱電發(fā)電模塊井下散熱器的出口端通過冷卻介質流出管線與冷卻介質存儲裝置相連；冷卻介質注入裝置將冷卻介質增壓后通過冷卻介質流入管線進入井下熱電發(fā)電模塊中的熱電發(fā)電模塊井下散熱器的入口端，流經熱電發(fā)電模塊井下散熱器內部并在該處進行換熱；換熱后的冷卻介質從熱電發(fā)電模塊井下散熱器的出口端流出，通過冷卻介質流出管線流回冷卻介質存儲裝置；冷卻介質存儲裝置、冷卻介質地面流動管線、冷卻介質注入裝置、熱電發(fā)電模塊井下散熱器、冷卻介質流出管線構成閉合的冷卻介質流動循環(huán)系統(tǒng)；所述的井下熱電發(fā)電模塊產生的電能通過正極導線和負極導線供給地面負載；井下熱電發(fā)電模塊、正極導線、地面負載和負極導線依次連接形成一個閉合電路。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果在于：

1、僅需一口鉆穿干熱巖儲層的地熱井。

2、無需建造人工熱儲。

3、利用布置在井下的熱電模塊實現(xiàn)干熱巖儲層就地發(fā)電。

4、熱電發(fā)電系統(tǒng)冷端循環(huán)提取的熱能可用于供暖、養(yǎng)殖、洗浴等除發(fā)電以外的應用。

附圖說明

圖1為復合型冷源干熱巖熱電發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為復合型冷源干熱巖熱電發(fā)電系統(tǒng)井下熱電發(fā)電模塊的結構示意圖；

圖3為復合型冷源干熱巖熱電發(fā)電系統(tǒng)井下熱電發(fā)電模塊的剖面結構展開示意圖；