[發明專利]一種增強型超長重力熱管地熱開發系統

在審

• 申請號: 202111114527.3
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113865128A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 蔣方明;李志斌;黃文博;陳娟雯;岑繼文
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: F24T10/40
• 分類號: F24T10/40;F28D15/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 勞劍東;莫瑤江

本發明公開了一種增強型超長重力熱管地熱開發系統，涉及地熱能開發領域，本系統通過將高熱導率物質和相變材料形成的高熱導率相變復合材料填入具有足夠裂隙或者孔隙的地下巖體中，提高地下巖體的熱導率，形成地下強化換熱系統，地下強化換熱系統能夠快速的將離熱管遠處熱量傳遞至熱管蒸發段進行換熱，增大了熱管的采熱范圍，提高了采熱率，同時利用相變材料在高溫條件下相變為液體，能夠完全與地下巖體及熱管外壁進行接觸，不存在接觸熱阻。其次，在熱管絕熱段采用熱管內保溫管、絕熱段真空管、以及熱管外保溫物質進行保溫處理，減少了熱量的損失，提高了系統的熱產出。

技術領域

本發明涉及地熱能開發領域，具體涉及一種增強型超長重力熱管地熱開發系統。

背景技術

地熱能以其無污染、不受天氣和氣候影響等優點，已受到世界各國的廣泛關注。而其中，深層地熱以其儲量巨大被認為是地熱能的未來。目前深層地熱開采系統主要有增強型地熱系統和單井地下換熱系統，增強型地熱系統已提出近50年，但由于存在的主要問題：鉆井成本高、壓裂效果不穩定、循環工質損失、井內結垢等問題使得其一直未形成商業化運行；單井同軸地下換熱系統仍處于發展階段，目前已經經過試驗的幾個單井地下換熱系統有：瑞典的韋吉斯、韋斯巴德以及德國的超級C項目，但是結果顯示此種換熱系統采熱效果不佳，且此種地下換熱系統在運行過程中需消耗額外泵功。

熱管利用管內工質的相變，可以將熱量迅速地從高溫段傳輸到低溫段。熱管具有較高的傳熱率、優良的等溫性等特征，是目前最有效的傳熱設備之一。專利ZL201710343194.9及ZL201910328413.5等公開了可進行深部地熱開采的超長重力熱管，突破了積液、氣液卷攜等瓶頸，但由于管外為低導熱的地下巖體，管外巖體的低導熱性較大程度限制了該熱管采熱系統性能。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明提供一種增強型超長重力熱管地熱開發系統，能夠提高熱管蒸發段區域巖石的熱導率，提高熱量的傳遞速率，增大熱管的采熱范圍，從而提高熱管的采熱率，同時在熱管絕熱段采用保溫措施減少熱量的損失，進而提高系統整體的熱產出。

為了實現上述發明目的，本發明的技術方案如下：

一種增強型超長重力熱管地熱開發系統，其用于具有近井裂隙的地熱井，包括:

地熱井地下強化換熱單元，其用于向所述裂隙填入相變材料與高熱導率物質制成的相變復合材料；

重力熱管單元，其用于與所述地熱井地下強化換熱單元進行換熱并通過內設的若干循環管道將換熱獲取的熱量投入應用；以及，

保溫單元，其用于保證所述系統內部的熱量流失。

如上所述的增強型超長重力熱管地熱開發系統，進一步地，所述裂隙包括主干裂隙和次生裂隙。

如上所述的增強型超長重力熱管地熱開發系統，進一步地，所述重力熱管單元包括重力熱管、地面應用、儲液池以及循環工質，所述重力熱管、所述地面應用和所述儲液池構成閉合的循環回路，所述重力熱管至少部分深入地面以下并與所述地熱井銜接，依靠裂隙中填充的所述相變復合材料形成良好熱路徑，將離重力熱管遠處熱量快速傳遞到熱管處進行換熱，所述循環工質在所述重力熱管的蒸發段吸收熱量汽化，氣體狀態的循環工質通過重力熱管的絕熱段并經蒸汽調節閥進入所述地面應用，所述循環工質釋放熱量后液化進入所述儲液池，液態的循環工質經分流閥及液體調節閥進入所述重力熱管。

如上所述的增強型超長重力熱管地熱開發系統，進一步地，所述保溫單元包括熱管外保溫、熱管管體保溫、熱管內保溫，其中，

所述熱管外保溫包括在所述重力熱管的管外圓周區域回填熱導率低于設定值的物質，或，在所述重力熱管的管壁包裹熱導率低于設定值的物質；

所述熱管管體保溫采用熱導率低于設定值的管體；

所述熱管管內保溫采用熱導率低于設定值的材料制成的保溫管置于所述重力熱管內。