[發明專利]一種高效清潔利用地熱熱能的簡捷取熱系統

在審

• 申請號: 202011503799.8
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112377378A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 郭東奇;黃運波;馬曉峰;劉沖;高嵩;杜珺;杜洪巖;薛岑;王義軍;曹曉鵬;王卓;王樹瑩
• 申請（專利權）人: 中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司;中國能源建設集團有限公司工程研究院;山西意迪光華電力勘測設計有限公司
• 主分類號: F03G4/00
• 分類號: F03G4/00;F01K25/10;F24T10/13;F28D1/053
• 代理公司: 山西華炬律師事務所 14106
• 代理人: 陳奇

本發明公開了一種高效清潔利用地熱熱能的簡捷取熱系統，解決了現有地熱取熱中存在的設備龐大，施工成本高昂，容易發生污染地下水的問題。采用取熱不取水的總思路，摒棄抽取地下熱水的傳統方式，將超臨界CO₂與熱水換熱的換熱器，設置在地下熱水井中，將地下熱水的熱能在地下直接換熱到超臨界CO₂工質中，通過超臨界CO₂循環泵，將獲能的超臨界CO₂工質泵到地面進行發電或換熱，再將做功后的超臨界CO₂回送到地下換熱器中，進行再次獲取熱能，如此循環往復，實現地下熱能的高效利用，在整個過程中，地下熱水不需抽取到地面，并與換熱介質隔絕，實現了清潔利用，保護了地表結構。

技術領域

本發明涉及一種地熱能利用系統，特別涉及一種可高效率清潔利用地熱能的簡單塊捷的取熱系統及取熱方法。

背景技術

超臨界CO₂循環系統（Supercritical Carbon Dioxide Cycle）是一種利用超臨界CO₂作為工質的發電系統，該系統采用超臨界壓力狀態的CO₂作為循環工質，在換熱器中吸收熱量，然后轉換成高溫熱能的超臨界CO₂，進入渦輪機膨脹做功，從而帶動發電機進行發電，完成做功的超臨界CO₂，通過冷卻器和循環泵重新再回到換熱器中吸收熱量，之后再進入渦輪機膨脹做功，如此循環，完成發電任務；超臨界CO₂循環系統中的換熱器，一般選擇地熱換熱器，當地熱換熱器所提供的換熱溫度達到攝氏100度以上時，才適合超臨界CO₂循環系統完成發電任務，當地熱水溫度較低時，需要對一次換熱后的超臨界CO₂進行二次換熱，使超臨界CO₂達到發電要求。

CO₂常溫常壓下為氣態，在常溫一定壓力下可凝結成液體，壓力撤銷后，迅速蒸發（升華），帶走大量的熱量；當CO₂的溫度和壓力均超過臨界值時，被稱為超臨界CO₂，CO₂在超臨界條件下放熱存在一個相當大的溫度滑移，有利于將熱水加熱到一個更高的溫度，超臨界CO₂與熱水換熱的換熱器正在被推廣應用。

地熱熱能是一種清潔可再生能源，在綠色低碳城市化建設中，越來越被廣泛地開發利用，例如：利用地熱能進行發電，以及利用地熱能進行采暖；地熱能一般以地下熱水的形式存在，通常采用抽取地下熱水到地面的方式，進行地熱的利用，為了使地表結構不被破壞，一般將熱能利用后的地下水再回灌到地下，為了使回灌水不影響抽取熱水的熱能利用，一般在地面需要打兩口彼此獨立的井，一眼井用于抽取地下熱水，另一眼井用于利用熱能后水的回灌，這種地熱能的利用方法存在以下缺陷：（1）將地下水抽取到地面的熱能利用方式存在配備抽取和回灌設備，施工成本高，設備體積龐大，在抽取過程中地下熱水的熱能損失比較大；（2）在抽取和回灌過程中容易造成地下水被污染，抽取的水量大于回灌的水量，存在地面結構被破壞的隱患。

發明內容

本發明提供了一種高效清潔利用地熱熱能的簡捷取熱系統，解決了現有地熱取熱中存在的設備龐大，施工成本高昂，容易發生污染地下水的技術問題。

本發明是通過以下技術方案解決以上技術問題的：

本發明的總體構思是：采用取熱不取水的總思路，摒棄抽取地下熱水的傳統方式，將超臨界CO₂與熱水換熱的換熱器，設置在地下熱水井中，將地下熱水的熱能在地下直接換熱到超臨界CO₂工質中，通過超臨界CO₂循環泵，將獲能的超臨界CO₂工質泵到地面進行發電或換熱，再將做功后的超臨界CO₂回送到地下換熱器中，進行再次獲取熱能，如此循環往復，實現地下熱能的高效利用，在整個過程中，地下熱水不需抽取到地面，并與換熱介質隔絕，實現了清潔利用，保護了地表結構。