[發明專利]一種干熱巖技術耦合熱泵的供暖系統

有效

• 申請號: 201711248267.2
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108167917B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 郭亮亮;張永波;安曉紅;石小虎;高曉麗
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: F24D12/02
• 分類號: F24D12/02;F25B30/06;F24T10/20
• 代理公司: 14110 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 任林芳

本發明涉及干熱巖熱能利用技術領域，尤其是一種高效率干熱巖技術耦合熱泵的供暖系統，解決了干熱巖采暖系統的采暖效率低下以及地源熱泵長期運行效率下降的問題，包括設置在地下的干熱巖地熱系統和設置在地表的熱泵系統，干熱巖地熱系統連接有板式熱交換器組，板式熱交換器組連接有熱泵系統，熱泵系統連接有終端加熱系統。本發明從長期來看，本發明供熱系統可常年運行且整體系統換熱效率高于傳統地源熱泵，其性價比更高且運行更穩定、持久。

技術領域

本發明涉及干熱巖熱能利用技術領域，尤其是一種高效率干熱巖技術耦合熱泵的供暖系統。

背景技術

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，能源與環境問題越來越成為人類關注的主題，其中，干熱巖作為一種深埋于地下的清潔能源，其蘊藏的熱量十分豐富，但一直未得到大規模的開發利用。

目前，國內中深層地熱能開采技術并不成熟，尚未發現關于利用人工壓裂提取干熱巖熱能的技術的報導。國際上則普遍采用單循環法獲取地熱能，其存在著地熱能獲取率和利用率低等缺陷。同時，深部干熱巖能不但投資大、風險高，而且發電能力低，大大限制了干熱巖熱能的開采。

在國內一些高緯度寒冷地區（例如沈陽、北京等）冬季供暖需要消耗大量熱能，利用常規的化石燃料污染嚴重，電能性價比低，使得地源熱泵被廣泛推廣應用。然而，這些地區的地源熱泵系統常年的熱開采，造成了地層溫度逐年下降、地層壓力逐年下降以及熱提取效率逐年降低等嚴峻問題。

隨著干熱巖的不斷開發和利用，專利CN201520986148.7公開了一種U型管式干熱巖換熱器，專利CN107062352A公開了一種干熱巖采暖系統，專利CN106885385A公開了一種單井干熱巖熱能提取系統，均不同程度的實現了干熱巖熱能的提取及應用。

但上述專利均未真正有效解決干熱巖采暖系統中采暖效率低下的問題，此外地源熱泵也存在效率逐年下降的問題。

發明內容

本發明為了解決干熱巖采暖系統的采暖效率低下和地源熱泵效率逐年下降的問題，將干熱巖開采技術與熱泵技術有效結合，提供了一種高效率干熱巖技術耦合熱泵的供暖系統。

本發明是通過如下技術方案實現的：一種高效率干熱巖技術耦合熱泵的供暖系統，包括設置在地下的干熱巖地熱系統和設置在地表的熱泵系統，干熱巖地熱系統連接有板式熱交換器組，板式熱交換器組連接有熱泵系統，熱泵系統連接有終端加熱系統。

干熱巖地熱系統包括注水井和抽水井，注水井和抽水井均為水平井，注水井連接有板式熱交換器組，注水井內間隔設置有多條相互平行且垂直于注水井的水力壓裂分段裂縫，抽水井在水力壓裂分段裂縫長度范圍內對稱設置，抽水井連接有循環泵，循環泵連接有板式熱交換器組。

熱泵系統包括蒸發器，壓縮機，膨脹閥和冷凝器，冷水經由板式熱交換器組加熱后流經蒸發器和壓縮機被進一步加熱，再流經冷凝器將熱量釋放給終端加熱系統，經冷凝器流出的水通過膨脹閥進行降溫后循環至板式熱交換器組。

注水井設置在距地表垂直深度為1500～2500米范圍的熱儲層內，注水井的長度為1800～2200米。

水力壓裂分段裂縫通過壓裂支撐劑進行支撐。壓裂支撐劑是一種陶瓷顆粒產品，具有很高的壓裂強度，用陶粒支撐材料隨同高壓溶液進入地層充填在巖層裂隙中，起到支撐裂隙不因應力釋放而閉合的作用，從而保持高導流能力，使熱氣暢通。

本發明的工作原理是：

1）通過注水井向地下注入5℃冷水至1500～2500米范圍的熱儲層，此范圍地層的溫度處于45℃~75℃；

2）冷水流過支撐劑支撐的水力壓裂分段裂縫進行加熱，再通過抽水井抽出；

3）抽出的熱水通過循環泵驅動流經板式熱交換器組；