【技术实现步骤摘要】
基于翅片套管开发热干岩地热能的S-CO2发电系统及方法
本专利技术涉及热干岩地热开采领域,具体涉及基于翅片套管开发热干岩地热能的S‐CO2(超临界CO2)发电系统及方法。
技术介绍
地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源,具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点,是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。地热能分为浅层地热资源,水热型地热资源和热干岩资源,目前浅层和水热型地热资源均已得到了广泛利用,而占我国地热储能95%以上的热干岩资源还未得到开采利用。水热型地热资源存在着水位下降或是资源枯竭的问题,浅层地热资源总量小品位低,而热干岩资源是以固体形态存在的高温岩石,温度达到200℃以上,资源均匀稳定,可采总量折合17万亿吨标准煤,可以满足我国4400年的能源需求,有着巨大的利用潜力。美国、日本、德国、法国等8个国家从上个世纪70年代开始采用增强型地热系统开发利用热干岩。增强型地热系统的开发主要分为四个阶段,资源勘查与选址、人工储层的建造、地热田的建立、地热田的开采与检测。其中人工储层的建造需要先利用水力压裂高温岩体制造出具有高渗透性的裂缝体系,然后从注入井注入高压水至地下裂缝体系,从生产井抽取产生的地热蒸汽或地热水进行生产。人工储层的建立面临着流动短路、岩石溶解、岩层渗漏等诸多问题,给热干岩的开采带来了巨大的挑战。由于技术原因和经济效益不佳,目前仅有法国和德国的增强型地热系统还在运行,其余均已终止试验。传统的增强型地热系统依靠水为媒介从地下取能,系统复杂,管路繁多,可靠性低,亟需一种简单可靠的热干岩开采系统来实现热干岩的大规模利用。CO2在31.1℃ ...
【技术保护点】
基于翅片套管开发热干岩地热能的S‑CO2发电系统及方法,其特征在于:包括:翅片套管,为同轴套管,分为内外两层即外层管和内回流管,外层管提供S‑CO2流至井底吸收地热能的通道,外层管分为外层下降管段和外层强化换热管段;外层下降管段,提供循环工质从井口到热干岩层的流动通道;外层强化换热管段,位于热干岩层,外表面有沿圆周和竖直方向均匀分布的强化换热翅片,可显著提升翅片套管的换热面积,工质主要在外层强化换热管段吸热升温;内回流管,提供循环工质从井底到井口的流动通道;气轮机,位于井口处,与内回流管出口相连接,将S‑CO2的热能转化为机械能,带动发电机发电;工质检测单元,位于气轮机出口,检测CO2中的杂质含量,适时投入阻垢剂或防腐剂并更换部分变质CO2;回热器,位于工质检测单元之后,预热压缩机出口的S‑CO2流体;冷凝器,位于回热器之后,将CO2充分降温,以减少压缩功;压缩机,位于冷凝器之后,将CO2压缩至超临界态,并提供循环动力,控制CO2的流量和压力。
【技术特征摘要】
1.基于翅片套管开发热干岩地热能的S-CO2发电系统及方法,其特征在于:包括:翅片套管,为同轴套管,分为内外两层即外层管和内回流管,外层管提供S-CO2流至井底吸收地热能的通道,外层管分为外层下降管段和外层强化换热管段;外层下降管段,提供循环工质从井口到热干岩层的流动通道;外层强化换热管段,位于热干岩层,外表面有沿圆周和竖直方向均匀分布的强化换热翅片,可显著提升翅片套管的换热面积,工质主要在外层强化换热管段吸热升温;内回流管,提供循环工质从井底到井口的流动通道;气轮机,位于井口处,与内回流管出口相连接,将S-CO2的热能转化为机械能,带动发电机发电;工质检测单元,位于气轮机出口,检测CO2中的杂质含量,适时投入阻垢剂或防腐剂并更换部分变质CO2;回热器,位于工质检测单元之后,预热压缩机出口的S-CO2流体;冷凝器,位于回热器之后,将CO2充分降温,以减少压缩功;压缩机,位于冷凝器之后,将CO2压缩至超临界态,并提供循环动力,控制CO2的流量和压力。2.根据权利要求1所述的以S-CO2为工质通过翅片套管从热干岩取热的发电系统,其特征在于:所述翅片套管采用S-CO2作为取热循环工质,CO2作为循环工质具有流动性好、传热效率高、性质稳定、腐蚀结垢倾向低、传热系数大、比热容大的优点;CO2在31.1℃和7.38MPa的条件下即可转变为超临界态,通过循环泵对CO2加压8MPa以上,即能保证CO2在循环过程中全程保持超临界态,流动状态更稳定,换热传热效率更高。3.根据权利要求1所述的以S-CO2为工质通过翅片套管从热干岩取热的发电系统,其特征在于:所述外层下降管段从井口一直到热干岩层,根据地质条件选用石油套管钢或不锈钢;外层下降管段长度占外层管总长度的70%以上,温度变化缓慢,无需外加翅片便能保证充分换热;外层强化换热管段位于热干岩层之中,根据地质条件选用铝硅合金或铜合金类耐腐蚀、强度大、导热优良的金属材料,通过热传导方式与热干岩换热;外层强化换热管段的长度能够满足设计流量与温度下的换热需求。4.根据权利要求1所述的以S-CO2为工质通过翅片套管从热干岩取热的发电系统,其特征在于:所述外层强化换热管段外表面沿圆周与竖直方向均匀分布着翅片,翅片能够增加换热面积,使用导热优良的耐高温水泥将外层强化换热管段固定在地热井中;翅片根部与外层强化换热管段外表面相连,通过热传导方式吸收热干岩中的热量;翅片选用板翅或针翅,采用焊接方式固定在外表面;板翅固定在竖直方向上,以免影响固井水泥的流动;翅片选用铝硅合金类耐腐蚀导热性能优良的金属材料。5.根据权利要求1所述的以S-CO2为工质通过翅片套管从热干岩取热的发电系统,其特征在于:所述外层强化换...
【专利技术属性】
技术研发人员:邓世丰,梁志远,赵钦新,王云刚,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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