[發明專利]一種利用干熱巖地熱能的多性態二氧化碳發電系統及方法

有效

• 申請號: 201711308942.6
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108150369B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 張荻;王雨琦;謝永慧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F03G4/00
• 分類號: F03G4/00;F01K25/10;F01K7/02;F01K7/16;F01K7/32;F01D15/10;F04D25/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

一種利用干熱巖地熱能的多性態二氧化碳發電系統及方法，其中，二氧化碳壓縮機由驅動電機驅動，壓縮工質至超臨界狀態并由超臨界二氧化碳注入井輸送至地下干熱巖換熱系統中升溫，然后由超臨界二氧化碳生產井輸送至地面的第一級二氧化碳透平中膨脹做功，負載較小時，第一級透平做功完成后進入冷卻器降溫并重新輸送至二氧化碳壓縮機中循環利用，負載較大時，進入第二級二氧化碳透平中繼續膨脹做功，兩級透平同時帶動負載轉動發電，并在出口直接輸送至二氧化碳壓縮機中循環利用。本發明利用儲量豐富的干熱巖地熱能，以多性態二氧化碳為工質，具有環保，成本低的優勢，同時能夠多級利用能量，實現高發電效率以及緊湊的系統結構，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于地熱能發電技術領域，具體涉及一種利用干熱巖地熱能的多性態二氧化碳發電系統及方法。

背景技術

干熱巖是一種新興地熱能源，其溫度一般大于200℃，屬于致密不透水的高溫巖體。干熱巖地熱資源分布區域主要在青藏高原南部，這一地區占中國大陸地區干熱巖總資源量的20.5％，資源量巨大且溫度最高，近年，在青海共和盆地3705米深處已成功鉆獲236℃的高溫干熱巖體。目前，對干熱巖地熱能的應用主要是發電，其基本原理是：通過深井將高壓水注入地下2000-6000米的巖層，使其滲透進入巖層中人工壓裂造出的縫隙并吸收地熱能；通過另一個專用深井(相距約200-600米左右)將巖石裂隙中的高溫水、汽提取到地面；取出的水、汽溫度可達150-200℃，通過換熱裝置及地面動力循環用于發電；冷卻后的水再次通過高壓泵注入地下換熱系統循環使用。利用干熱巖發電技術可大幅降低溫室效應和酸雨對環境的影響，且不受季節、氣候制約，同時，干熱巖發電的成本僅為風力發電的一半，只有太陽能發電的十分之一。

近年來，將二氧化碳工質應用于布雷頓循環的研究受到廣泛關注，二氧化碳的臨界壓力為7.38MPa，臨界溫度為31.1℃，在壓力達到兆帕級，溫度高于臨界溫度的狀態下具有密度大、粘度小的優良物性，可以使二氧化碳布雷頓循環核心部件透平及壓縮機結構緊湊、效率高，因此，將其應用于動力循環具有良好的工程應用前景。在二氧化碳布雷頓循環中，各種性態的二氧化碳工質均具有接近液體的密度以及接近氣體的粘性，因此，應用多性態二氧化碳的多級透平機械能夠保持緊湊的結構與較高的效率。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的局限性，提供了一種利用干熱巖地熱能的多性態二氧化碳發電系統及方法，主要利用儲量豐富、溫度200℃左右的干熱巖地熱能，環保且成本低，同時以多性態二氧化碳為工質，系統緊湊，氣動效率高，多級利用能量，具有廣闊的應用前景。

本發明采用如下技術方案來實現：

一種利用干熱巖地熱能的多性態二氧化碳發電系統，包括驅動電機、二氧化碳壓縮機、超臨界二氧化碳注入井、地下干熱巖換熱系統、超臨界二氧化碳生產井、第一級二氧化碳透平、第二級二氧化碳透平、負載及冷卻器；其中，驅動電機用于驅動二氧化碳壓縮機工作，二氧化碳壓縮機的二氧化碳出口連通至設置在地下干熱巖中的地下干熱巖換熱系統的二氧化碳入口，地下干熱巖換熱系統二氧化碳出口連通至第一級二氧化碳透平的二氧化碳入口，第一級二氧化碳透平的二氧化碳出口分為兩股，一股連通至冷卻器的二氧化碳入口，另一股連通至第二級二氧化碳透平的二氧化碳入口，第二級二氧化碳透平的二氧化碳出口以及冷卻器的二氧化碳出口均連通至二氧化碳壓縮機的二氧化碳入口；第一級二氧化碳透平的一端用于驅動負載，另一端與第二級二氧化碳透平同軸心連接。

本發明進一步的改進在于：第一級二氧化碳透平的另一端通過離合器與第二級二氧化碳透平同軸心連接。

本發明進一步的改進在于：第一級二氧化碳透平的二氧化碳出口連通至第二級二氧化碳透平的二氧化碳入口的管道上設置有第一閥門，第一級二氧化碳透平的二氧化碳出口連通至冷卻器的二氧化碳入口的管道上設置有第二閥門。