[發(fā)明專利]一種基于CO2

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010970807.3
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112065521A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂心力;耿昌佑;張偉;張家琪;余浩
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: F01K25/06
• 分類號: F01K25/06;F03G4/06;F24T10/20
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 劉丹舟

本發(fā)明涉及一種基于CO₂混合工質(zhì)的增壓吸熱跨臨界循環(huán)干熱巖地?zé)岚l(fā)電模型，包括地?zé)崴h(huán)、混合工質(zhì)循環(huán)及冷卻水循環(huán)，混合工質(zhì)循環(huán)中設(shè)置有井下同軸套管換熱器，創(chuàng)新體現(xiàn)在利用重力場實現(xiàn)增壓吸熱過程，使循環(huán)吸熱量增加，提高了循環(huán)發(fā)電量；采用CO₂和有機工質(zhì)組成的二元混合工質(zhì)，可以實現(xiàn)具有增壓吸熱及減溫放熱的跨臨界循環(huán)，能夠有效減少熱源及冷源換熱的不可逆性，提高循環(huán)效率。該循環(huán)采用的混合工質(zhì)包括(但不限于)CO₂/R32,CO₂/R161,CO₂/R1270,CO₂/R1234yf,CO₂/R134a,CO₂/R152a,CO₂/R1234ze。本模型主要針對干熱巖地?zé)豳Y源，但不限于此，所述發(fā)電系統(tǒng)也同樣適用于其他雙循環(huán)(binary cycle)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及地?zé)崮苻D(zhuǎn)換為機械能技術(shù)應(yīng)用，尤其是一種基于CO₂混合工質(zhì)的增壓吸熱跨臨界循環(huán)干熱巖地?zé)岚l(fā)電模型。

背景技術(shù)

目前，節(jié)能減排是國家扶持發(fā)展的重點對象，中低溫發(fā)電技術(shù)是研究的熱點之一，也是產(chǎn)業(yè)化推廣的方向。對中低溫地?zé)崮軄碚f，由于其能源品位較低因此其能源利用效率不高。如何更有效地利用中低溫地?zé)豳Y源成為了目前國際上一個主要的研究方向。

中低溫地?zé)豳Y源主要應(yīng)用于發(fā)電、工業(yè)加工、采暖、溫室和醫(yī)療等領(lǐng)域。在中低溫地?zé)岚l(fā)電方面，發(fā)電方式主要包括ORC(有機郎肯循環(huán))和TRC(跨臨界朗肯循環(huán))。在跨臨界朗肯循環(huán)的吸熱過程中，工質(zhì)經(jīng)歷的是增溫過程，相較于普通ORC來說，和熱源有著更好的匹配性。另外，CO₂具有良好的流動性和傳熱性能，被認為是地下采熱的理想工質(zhì)。CO₂的密度隨溫度變化較大，使用CO₂作為地?zé)峋畠?nèi)的采熱工質(zhì)會出現(xiàn)浮力驅(qū)動的熱虹吸現(xiàn)象(thermosiphoneffect)，并由此減少對泵功的消耗。

但完全依靠熱虹吸效應(yīng)驅(qū)動的CO₂純工質(zhì)一般僅能維持較小的循環(huán)流量，因此從地?zé)峋袔ё叩臒崃恳簿陀邢蕖Ａ硗猓驗镃O₂的臨界溫度較低，通常采用的CO₂發(fā)電循環(huán)是超臨界的布雷頓(Brayton)循環(huán)，循環(huán)受制于采用價格昂貴的緊湊型大面積換熱器，采用布雷頓循環(huán)時CO₂透平出口壓力往往在臨界壓力以上，循環(huán)效率也被進一步限制。因此，需要開發(fā)一種使用干熱巖地?zé)崃黧w發(fā)電的新型熱力循環(huán)及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于CO₂混合工質(zhì)的增壓吸熱跨臨界循環(huán)干熱巖地?zé)岚l(fā)電模型，是一種將地?zé)崮苻D(zhuǎn)換為機械能的新型熱力循環(huán)系統(tǒng)，創(chuàng)新體現(xiàn)在采用井下同軸套管換熱器利用重力場實現(xiàn)增壓吸熱過程，使循環(huán)吸熱量增加，從而提高循環(huán)發(fā)電量；以及采用CO₂和有機工質(zhì)組成的二元混合工質(zhì)，實現(xiàn)具有增壓吸熱及減溫放熱的跨臨界循環(huán)，進而有效減少熱源及冷源換熱的不可逆性，提高循環(huán)效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于CO₂混合工質(zhì)的增壓吸熱跨臨界循環(huán)干熱巖地?zé)岚l(fā)電模型，包括地?zé)崴h(huán)、混合工質(zhì)循環(huán)及冷卻水循環(huán)，混合工質(zhì)循環(huán)中設(shè)置有井下同軸套管換熱器，混合工質(zhì)循環(huán)采用CO₂和有機工質(zhì)組成的二元混合物為循環(huán)工質(zhì)，該循環(huán)工質(zhì)包括(但不限于)CO₂/R32,CO₂/R1270,CO₂/R161,CO₂/R1234yf,CO₂/R134a,CO₂/R152a,CO₂/R1234ze。