发电方法技术

本发明专利技术公开一种用于发电的方法。该方法包括：将含水进料流注入盐层中以溶解其中所含的盐，然后从盐层中提取包含所述溶解的盐的咸水流。该方法还包括：通过穿过渗透动力单元将所述咸水流中存在的潜在渗透能量转换成电能，渗透动力单元包括允许水通过但不允许盐通过的半透膜，其中所述咸水流经过半透膜的一侧，低盐度流经过所述膜的另一侧。该方法还包括：使用源自所述低盐度流的输出流作为含水进料流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发电方法
本专利技术涉及用于发电的方法。具体而言，本专利技术涉及由在盐层的水溶采矿中使用的流体流发电，以及用于在水溶采矿过程中收集能量的设备。
技术介绍
目前，许多努力都是针对不依赖于化石燃料的新型和可再生能源。一个这样的研究领域是被称为压力延迟渗透(PRO)的工艺。在这个工艺中，使用半透膜将较低浓度的溶液与较高浓度的溶液分离。该膜通过渗透作用使溶剂从较低浓度的溶液(具有低渗透压)流到较高浓度的溶液(具有高渗透压)，并且由于有限空间的体积增加而导致溶剂所扩散到的膜侧上的压力增加。该压力可用来发电。少数PRO工厂在世界各地运作，这些工厂通常使用盐度差作为渗透的驱动力，通常使用来自河流或湖泊的淡水作为较低浓度溶液的进料流，并且使用海水作为较高浓度的溶液。由HeIfer等人所写的J.MembraneSci.453(2014)337-358是描述PRO的评论文章。在这些中试规模的工厂中，已经发现该过程由于所达到的功率密度低，所以是不经济的。已经有人提出，大约5W/m2的膜功率密度代表这样一个发电水平，高于该水平PRO可能在经济上是可行的。在实验室之外，通常不可能在河流/海水混合方案中使用现有的膜技术达到这种功率密度水平。已经进行了许多尝试以利用在渗透过程中在地下地层中发现的能量。WO2013/164541描述了通过直接渗透发电的方法，其中更高浓度的溶液是“生产用水”，而更低浓度的溶液是淡水或海水。生产用水是在烃生产过程中与烃流分离之后获得的水。WO2013/164541还提到，从地下地层获得的卤水流(brinestream)可用作较高浓度的溶液。提供更有效的渗透发电过程是有利的。虽然转向可再生能源是期望的，但是显然，至少目前化石燃料可能仍然是能源混合的重要部分。因此，仍然需要用于储存此类燃料的储存设施。鉴于最近在美利坚合众国和其它地方发现和广泛开采来自页岩地层的天然气，对于储存天然气尤其如此。一种已知的天然气储存方法是在地下盐层中例如在地下盐丘或岩盐层中创建大型洞穴。这些洞穴是由称为水溶采矿的过程产生的。通常，水溶采矿包括将大量(新鲜)水向下注入到地下盐层中。然后，由水来溶解盐，并将得到的高浓度咸水(highlysaline)或饱和卤水(saturatedbrine)返回到表面。水溶采矿的洞穴随着时间推移逐渐地缩小，水溶采矿过程可周期性地重复以保持洞穴。应当理解的是，除了产生天然气储存洞穴之外，水溶采矿还有其它应用。例如，水溶采矿可用作提取水溶性矿物质的方法，以用于下游应用。提供更有效的溶解开采过程是有利的。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术提供用于发电的方法，该方法包括以下步骤：-将含水进料流注入盐层中以溶解其中所含的盐，然后从盐层中提取包含所述溶解的盐的咸水流(salinestream)；和-通过穿过渗透动力单元将所述咸水流中存在的潜在渗透能量转换成电能，渗透动力单元包括允许水通过但不允许盐通过的半透膜，其中所述咸水流通过所述半透膜的一侧，低盐度流通过所述膜的另一侧；以及-使用源自所述低盐度流的输出流作为含水进料流。在另一个方面中，本专利技术涉及发电系统，该发电系统包括：液压系统，适于连接到盐层，所述液压系统被布置成向盐层提供含水进料流，并从盐层中提取咸水流；和渗透动力单元，被布置成使用含水进料流和所述咸水流之间的盐度差通过压力延迟渗透(PRO)发电。附图说明图1示出本专利技术的一个实施例的示意图，其中通过对盐层进行水溶采矿所产生的咸水首先通过渗透动力单元。图2示出图1的变形，其中使用多个渗透单元。图3示出图2的变形，其中具有替代性的输入流。图4示出图3的变形，其中具有替代性的输出流。图5示出图1的渗透动力单元6。图6示出使用图1的方法的处理单元。具体实施方式本专利技术的方法可提供改进的水溶采矿(solution-mining)过程和/或改进的发电过程。本专利技术的方法使用水溶采矿过程的输入流和输出流之间的盐度差，以通过渗透发电过程从水溶采矿过程产生的咸水流中提取潜在渗透能量。水溶采矿过程的输入流(可称为含水进料流或低盐度进料流)，在进入盐层之前通过渗透动力单元。水溶采矿过程的输出流是咸水流，在离开盐层之后通过渗透动力单元。渗透发电使用高盐度流和低盐度流之间的盐度差。水溶采矿过程的输入流可用作或源自低盐度流。水溶采矿过程的输出流可用作高盐度流或形成高盐度流的来源。以这种方式，水溶采矿过程的输入流可流过包含在渗透动力单元内的半透膜的一侧，而水溶采矿过程的输出流流过另一侧。在若干方面，使用水溶采矿过程的输入流和输出流之间的盐度差可能是有利的。由渗透动力单元产生的动力(电力)可全部或部分地用于对水溶采矿过程提供动力。消除或减少水溶采矿过程对外部电能供应的依赖可有助于在更远的位置和/或更多的移动水溶采矿装置进行水溶采矿。在某些情况下，渗透动力单元可产生可在其它地方使用的多余能量。例如与海水相比，由水溶采矿产生的咸水流提供增加的盐浓度。渗透动力单元的高盐度输入流中增加的盐浓度可允许在压力延迟渗透(PRO)期间增加功率密度。除了由水溶采矿过程的输入流和输出流之间的大的渗透压差提供的增加的功率密度之外，来自水溶采矿的咸水流也可比海水或其它现有技术的高盐度源，具有更低的渗透膜被污染的风险和/或减少所需的预处理量，这是因为来自盐层的咸水流通常与更广泛的环境隔离。因此，将水溶采矿过程和渗透动力单元相结合可产生更有效的渗透发电过程。水溶采矿过程和渗透发电过程都需要加压的流体流。水溶采矿过程需要注入到盐层中的低盐度进料流和从盐层提取的高盐度输出流的环流。渗透发电过程需要膜的低盐度侧和高盐度侧之间的压力差。将渗透发电过程与水溶采矿过程相结合可减少或消除对用于渗透发电过程的进料流加压的需要，因为所述进料流已经作为水溶采矿过程的一部分被加压，从而提高发电过程的效率。而且，在渗透发电过程中溶剂穿过膜的转移导致从盐层中提取的咸水流的稀释。这可以有助于废物流的处理，其中例如，出于环境考虑，将防止高盐度流返回到邻近的水体。因此，将水溶采矿过程和渗透动力单元相结合，可以更容易地处理水溶采矿废物。最终，与单独执行这些过程时相比，本专利技术结合水溶采矿过程和渗透发电过程的方式可减少消耗的淡水总量。本专利技术的方法可使用水溶采矿过程。水溶采矿过程的输入是含水进料流。应当理解，含水进料流的性质必须使得来自盐层的盐溶解到进料流中。含水进料流可注入盐层中以溶解其中包含的盐。水溶采矿过程的输出是包含从盐层中溶解的盐的咸水流。本专利技术的方法可使用在渗透发电步骤中从盐层中获得的咸水流。在执行发电步骤之前，咸水流通常经受任何必要的预处理步骤。例如，用于移除固体材料的过滤可能是必要的，其它常规方法也可能是必要的，这取决于流的确切性质。咸水流的盐含量可以是至多达到饱和度的任何含量。优选地，盐含量为至少10重量％，优选为至少15重量％，优选为至少20重量％，特别是至少25重量％。应当理解，由水溶采矿产生的咸水流可包含多种溶解的盐，其中氯化钠占优势，并且该“盐含量”指的是总盐含量。此类流中存在的盐的确切性质并不重要。类似地，术语高(较高)盐度和低(较低)盐度在本文中用于指具有相应“盐含量”的流，此类流中存在的盐的确切性质并不重要。盐层可以是盐丘或岩盐层。该盐层可能在地下。可经由一个或多个钻孔进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于发电的方法，包括以下步骤：‑将含水进料流注入盐层中以溶解其中所含的盐，然后从所述盐层中提取包含溶解的盐的咸水流；和‑通过穿过渗透动力单元，将所述咸水流中存在的潜在渗透能量转换成电能，所述渗透动力单元包括允许水通过但不允许盐通过的半透膜，其中所述咸水流经过所述半透膜的一侧，低盐度流经过所述膜的另一侧；以及‑使用源自所述低盐度流的输出流作为所述含水进料流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.24 GB 1605068.4;2016.03.04 US 62/303,6331.一种用于发电的方法，包括以下步骤：-将含水进料流注入盐层中以溶解其中所含的盐，然后从所述盐层中提取包含溶解的盐的咸水流；和-通过穿过渗透动力单元，将所述咸水流中存在的潜在渗透能量转换成电能，所述渗透动力单元包括允许水通过但不允许盐通过的半透膜，其中所述咸水流经过所述半透膜的一侧，低盐度流经过所述膜的另一侧；以及-使用源自所述低盐度流的输出流作为所述含水进料流。2.如权利要求1所述的方法，其中所述盐层是盐丘或岩盐层。3.如权利要求1或2所述的方法，其中注入所述含水进料流和提取所述咸水流的步骤用于产生或保持所述盐层中的盐洞，以用于储存天然气。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中注入所述含水进料流和提取所述咸水流的步骤用于生产用于工业、市政或家庭用途的盐。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中由所述渗透动力单元产生的电能中的至少一些用于为注入所述含水进料流和提取所述咸水流的方法提供动力。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述渗透动力单元包含多于一个的渗透单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·S·尼森，
申请(专利权)人：应用仿生学有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK