原位地热热电发电装置集成一体化系统制造方法及图纸

原位地热热电发电装置集成一体化系统，属于地热发电技术领域，由最外层的防护层、处于中间进行传热的高导热凝胶层和最内层的冷水循环管构成，在所述高导热凝胶层内嵌装有用于温差发电的多个热电器件模块，以所述热电器件模块为主体的发电装置与地面控制装置相连，在高导热凝胶层与冷水循环管之间留有水流通道。本发明专利技术的热电装置无任何机械转动部分，工作无噪声，将热能直接转化为电能，不产生机械能损耗，发电效率高；选用的热电材料制备工艺简单、结构稳定、体积小、重量轻、响应速度快；同一套装置，可根据不同热源，选取不同热电材料均能使用，使用范围广，在深地、地表温泉等不同品位热源处都能进行热电转换发电。

【技术实现步骤摘要】
原位地热热电发电装置集成一体化系统
本专利技术属于地热发电
，具体涉及一种原位地热热电发电装置集成一体化系统。
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。虽然地热发电探索由来已久，至2016年利用地热能发电的国家达25个，但整体开发效率并不高。截至2014年底，我国地热发电装机总容量仅为27.28MW，排名世界第18位，与世界地热发电大国的装机容量相距甚远。传统地热发电需要先将热能转化为机械能再转化为电能，能量二次转化造成发电效能未得到充分利用，造成巨大资源浪费，迫切需要寻找一种高效率、低成本的新技术，以充分开发和利用地热资源。
技术实现思路
为了改进现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种原位地热热电发电装置集成一体化系统，可以将热能直接转化为电能，成本更低，效率更高。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：原位地热热电发电装置集成一体化系统，由最外层的防护层、处于中间进行传热的高导热凝胶层和最内层的冷水循环管构成，在所述高导热凝胶层内嵌装有用于温差发电的多个热电器件模块，以所述热电器件模块为主体的发电装置与地面控制装置相连，在高导热凝胶层与冷水循环管之间留有水流通道。进一步的，所述防护层为水泥层。进一步的，所述热电器件模块采用的材料包括：用于低温热源发电的Bi2Te3、Sb2Te3及其固溶体材料，适用温度小于450℃，用于中等温度热源发电的PbTe、Mg2Si、SbTe、Bi(SiSb2)材料，适用温度大于等于450℃、小于700℃，用于高温热源发电的CrSi2、CoSb3材料，适用温度大于等于700℃。进一步的，所述的热电器件模块采用串联或并联形式连接，并封装成热电套管，最后嵌装在高导热凝胶层内，以便随时取出进行检修；冷水循环管也可以从井下取出进行除垢作业。进一步的，发电作业时，在防护层外侧与地层之间注入导热率为1.5～5W·K-1m-1的导热凝胶，注入量以装置上表面齐平为标准。进一步的，发电作业时，在高导热凝胶层与冷水循环管之间，沿轴向每间隔0.5米设置一组温度传感器，每组传感器为2～3个，且沿圆周方向均匀分布；所述温度传感器与地热井口的控制系统相连，该控制系统通过总线连接至调节冷水流量的PLC控制单元，通过控制冷水流量来调节热电器件模块两侧的温差，温差范围调节在30℃～实际热源温度之间。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的热电装置无任何机械转动部分，工作无噪声，将热能直接转化为电能，不产生机械能损耗，发电效率高；选用的热电材料制备工艺简单、结构稳定、体积小、重量轻、响应速度快；同一套装置，可根据不同热源，选取不同热电材料均能使用，使用范围广，在深地、地表温泉等不同品位热源处都能进行热电转换发电。(2)作业时，通过在水泥层外注入的导热凝胶，可以将高温区的热量吸收后，传导至品质相对较差的低温区，从而使整个装置外围的温度维持稳定，为恒定温差做了有力保障，并通过科学计算的温度传感器数量及设置位置，能精确控制温差，再结合控制系统以及补偿系统对冷水流量进行调控，进一步确保恒定温差，使得整个装置保持稳定工作状态。(3)每个热电模块即为一个完整的热电发电系统，运行相对独立，单个热电模块发生故障不影响其它模块正常运行，因而整体工作状态稳定，维护成本低。(4)与其它地热热电发电装置相比，本专利技术装置体积小，结构简单紧凑，显著提高了装置的稳定性，能够全天候运行，寿命长，且绿色环保、不破坏生态环境。附图说明图1是本系统的剖面图；图2是本系统的整体结构图；图3是本系统在地热井中的应用示意图；图中，1、水泥层，2、热电器件模块，3、高导热凝胶层，4、冷水循环管，5、水流通道(出水口)，6、入水口。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例如图1和图2所示，原位地热热电发电装置集成一体化系统，由最外层起防护作用的水泥层1、处于中间进行传热并保护热电器件模块的高导热凝胶层3和最内层的冷水循环管4构成，在所述高导热凝胶层3内嵌装有用于温差发电的多个热电器件模块2，以所述热电模块2为主体的发电装置与地面控制装置相连，在高导热凝胶层3与冷水循环管4之间留有水流通道5，发电作业时，冷水由入水口6流入，从水流通道5流出，形成水循环系统，并通过控制水的流量来调节热电模块2两侧的温差。所述热电器件模块采用的热电材料为Bi2Te3，适用温度小于450℃，响应速度快，可实现精确温控(在±0.1℃之内)，每个热电器件根据具体情况进行串并联后，封装成热电套管，最后嵌装在高导热凝胶层内，能够随时取出进行检修；所述冷水循环管可以从井下取出进行除垢作业。在需要发电作业前，在水泥层外侧与地层之间注入导热率为3.5W·K-1m-1的导热凝胶，注入量以装置上表面齐平为标准；另外，在高导热凝胶层与冷水循环管之间，沿轴向每间隔0.5米设置一组温度传感器，每组传感器为2个，且沿圆周方向均匀分布；所述温度传感器与地热井口的控制系统相连，该控制系统通过总线连接至调节冷水流量的PLC控制单元，通过控制冷水流量来调节热电器件模块两侧的温差，温差范围调节在30℃～400℃之间。如图3所示，本专利技术装置由于本身是一体化整体结构，因而，除了可以固定于地热环境中发电外，还可用在具有温差条件的地面环境中，如温泉环境；为了方便起见，将每个一体化整体结构称为一个短节，在制造生产时，由于每个短节的长度无法过长，比如不能超过二十米，否则会由于过长或者质量过重而无法运输，而地热井一般几百米至上千米，因而，将该一体化整体结构装置设于井下时，需要将每个短节互相连接且密封，并将每块热电器件模块电流输出端连接至地面的储电设备中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
原位地热热电发电装置集成一体化系统，其特征在于：由最外层的防护层、处于中间进行传热的高导热凝胶层和最内层的冷水循环管构成，在所述高导热凝胶层内嵌装有用于温差发电的多个热电器件模块，以所述热电器件模块为主体的发电装置与地面控制装置相连，在高导热凝胶层与冷水循环管之间留有水流通道。

【技术特征摘要】
1.原位地热热电发电装置集成一体化系统，其特征在于：由最外层的防护层、处于中间进行传热的高导热凝胶层和最内层的冷水循环管构成，在所述高导热凝胶层内嵌装有用于温差发电的多个热电器件模块，以所述热电器件模块为主体的发电装置与地面控制装置相连，在高导热凝胶层与冷水循环管之间留有水流通道。2.如权利要求1所述的原位地热热电发电装置集成一体化系统，其特征在于：所述防护层为水泥层。3.如权利要求1所述的原位地热热电发电装置集成一体化系统，其特征在于：所述热电器件模块采用的材料包括用于低温热源发电的Bi2Te3、Sb2Te3及其固溶体材料，适用温度小于450℃；用于中等温度热源发电的PbTe、Mg2Si、SbTe、Bi(SiSb2)材料，适用温度大于等于450℃、小于700℃；用于高温热源发电的CrSi2、CoSb3材料，适用温度大于等于...

【专利技术属性】
技术研发人员：昂然，尹聪，王正上，任利，谢凌志，邓建辉，谢和平，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51