[發明專利]一種地熱分支井恒溫差發電系統

有效

• 申請號: 202010037029.2
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111237146B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 林鐵軍;包驍敏;于浩;梁豪;張強;吳繼偉;王濤;劉朕;陳豪;曹金超
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: F03G4/00
• 分類號: F03G4/00;H02N11/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

本發明提供一種地熱分支井恒溫差發電系統，包括主井筒套管，主井筒套管貫穿上覆地層、高溫地熱巖層；主井筒套管側壁上分布有多個分支井，主井筒套管內設有主井筒集輸電纜；每個分支井內設有恒溫差發電筒組，恒溫差發電筒組通過接線分支井公接頭、主井筒電纜母接頭與主井筒集輸電纜連接；主井筒集輸電纜底部設有卡緊機構，卡緊機構座封在主井筒套管內壁上，使主井筒集輸電纜處于拉直狀態；頂部與地面集電送電控制中心連接；地面集電送電控制中心與外輸電網聯網。本發明設計簡單、可行，采用分支井可以最大限度地提高地熱資源的利用，提供穩定的電能供給，且每個分支井段互不影響，實現井下熱電發電。

技術領域

本發明屬于地熱發電技術領域，具體涉及一種地熱分支井恒溫差發電系統。

背景技術

地球內部儲藏著巨大熱能，約為全球油氣資源能量的5萬余倍。隨著傳統化石能源的日漸短缺，地熱資源作為一種儲量巨大、無污染、可再生的清潔能源，符合現代化工業社會的需求，對地熱資源開發利用研究越來越得到人們的重視，成為新能源開發和研究的熱點。

地熱資源的首要開發利用方式為鉆井。隨著鉆探設備能力、地熱開發深度和廣度的不斷發展，地熱井鉆探深度一般達千米以上，很多地區鉆探三四千米才能得到品位較高的地熱資源，建設成本較大。

地熱發電是地熱利用的最重要方式。地熱發電的方式主要為蒸汽型地熱發電和熱水型地熱發電兩大類，蒸汽型地熱發電方式簡單，但干蒸汽地熱資源十分有限，熱水型地熱發電需要耗費更多的電能，且投資較大。近年來溫差發電材料制造技術和工藝不斷提高，熱電發電技術逐漸興起。溫差發電材料是利用塞貝克效應原理進行發電，當在由N型半導體和P型半導體組成的熱電發電單元的兩側施加不同溫度時，在熱電發電單元之間就會產生電動勢，從而將熱能直接轉換為電能。溫差發電材料發電過程中，隨著溫差的增大，溫差發電裝置的輸出功率隨之增大。一般來講，地熱能熱流體或熱源溫度相對穩定，所以增大溫差最好的方式是降低溫差發電裝置冷端面溫度。

申請號為201610496310.6的中國專利申請公開了一種地層自身冷源型干熱巖熱電發電系統，熱電發電模塊與裸露的干熱巖儲層接觸的部分為高溫熱端，井下熱電發電模塊直接與井筒接觸的部分為低溫冷端，井下熱電發電模塊、正極導線、地面負載和負極導線依次連接形成閉合電路。此發明不會額外占用地面面積，但發電能力和發電效率不高。

申請號為201810524089.X的中國專利申請公開了一種U型管換熱閉式循環井下熱電發電系統，冷流體在井下分流器作用下，一部分冷流體被分流進入油套環空流動通道，該部分冷流體在上升過程中溫度會逐漸升高；另一部分冷流體繼續向下流動進入U型管換熱器中，吸收地層熱流體所傳遞的熱量后，溫度升高，變成循環熱流體流出地面。熱電發電模塊在溫度差的作用下產生電能，并通過駁接線纜將電能輸入電能外輸模塊。此發明能實現提供穩定的電能供給，但通過水冷的方式增大溫差需要耗費更多的電能，且投資較大。

申請號為201810524090.2的中國專利申請公開了一種雙井閉式循環井下熱電發電系統及方法，該系統不會影響產出流體的后續利用，但需要同時鉆穿相同地層的A井筒和B井筒，開發成本較大，且只能利用中低溫地熱資源，地熱資源利用率不太高。

為此，迫切需要一種能充分利用地熱資源，消耗電能小，發電效率高，提供穩定的電能供給的地熱發電系統。

發明內容

為了克服上述難題，本發明提供一種地熱多分支井恒溫差發電系統，本發明設計不需要注入流體作為溫差發電的冷端面，直接通過一種恒溫差發電系統使發電效率提高，采用螺旋發布的多分支井可以最大限度地提高地熱資源的利用，減少開發井數，降低開發成本，提供穩定的電能供給，設計簡單、可行，在現場操作也很簡單、方便，占地面積也很適宜。

具體技術方案為：

一種地熱分支井恒溫差發電系統，包括主井筒套管，主井筒套管貫穿上覆地層、高溫地熱巖層；