一种增强型地热与太阳能联合发电方法及发电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种地热与太阳能联合发电方法及发电系统，其包括以下内容：作为工质的CO2在增强型地热系统中吸收热量后温度升高，增强型地热系统输出不同温度的具有一定压力的超临界CO2；一部分超临界CO2进入基本负荷发电系统中，基本负荷发电系统将超临界CO2从增强型地热系统中吸收的一部分热量转化为电能，作为电站的基本负荷；另一部分超临界CO2进入太阳能发电系统中，太阳能发电系统通过能量品位匹配、优化回热级数、优化抽气压缩级数以及调节回热器流量的方法，利用太阳能将超临界CO2持续加热到一定温度后，高效地将热量转换为电能。

【技术实现步骤摘要】
一种增强型地热与太阳能联合发电方法及发电系统
本专利技术涉及一种发电方法及发电系统，特别是关于一种增强型地热与太阳能联合发电方法及发电系统。
技术介绍
增强型地热系统(EnhancedGeothermalSystems)或称工程地热系统(EngineeredGeothermalSystems)均简称为EGS。美国能源部给增强型地热系统下了一个概括性定义：增强型地热系统是为了从低渗透性和/或低孔隙率的热源提取具有一定经济数额的热能而创造的人工地下储水热交换系统。目前，在美国、日本、欧洲和澳大利亚等进行的增强型地热系统发电的实验或示范工程都采用水作为载热剂。水是高效的载热剂，但同时也是强烈的溶解剂，尤其是在高温下溶解情况更明显。岩石和矿物被水溶解后发生沉淀，会改变裂隙的渗透率或使裂隙发生局部堵塞，而使增强型地热系统的运行不稳。另一方面，当水在裂隙中循环流动时，难免扩散到岩石深处而流失，这一数量相当大，并成为影响增强型地热系统经济可靠性的一个重要因素。2000年美国研究人员提出了一个以CO2代替水作为增强型地热系统载热剂的新理念。以CO2作为增强型地热系统的载热剂，CO2在产出井出口处于超临界状态，可直接进入CO2超临界透平，在超临界透平出口也远离湿蒸汽区，无需采取以水为工质的预防汽轮机出口乏汽干度过低的措施。采用CO2作为增强型地热系统的载热剂，CO2在地下储层中的流失可获得CO2埋存的附加效益。目前，国外的几个增强型地热开发利用示范工程，都是以水作为载热剂，且普遍采用单层热储激发的开发方案，对热储的开发利用不足。地热电站的持续大规模开发利用，必然引起热储温度降低和使用寿命降低等问题，另一方面，优质的地热资源较少，一般的地热资源能量品位不高，热功转换效率低于15％。我国的用电量的峰谷差值约为最大负荷的30％～40％，如果全部依靠地热系统来满足高峰负荷，则储层的激发及注入井、产出井的投入都要加大。积极发展可再生能源已成为新时期国家能源战略的重要任务之一，在太阳能丰富的地区，利用太阳能发电是开发利用太阳能的重要途径。以水为工质的光热发电系统在太阳能利用方面占有绝对优势，但由于以水为工质的高温太阳能热发电系统中，水的膨胀比较大，需要多级膨胀，因此透平的尺寸较大，系统也复杂。采用以CO2为工质的太阳能高温透平发电系统，在透平中CO2的膨胀比不到水的1/2000，这意味着，用CO2为工质的太阳能发电系统将更加紧凑，简单。但太阳能受天气等因素的影响，太阳能发电系统的运行稳定性不佳，不能作为基本负荷保障，其开发利用受到限制。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够充分发挥太阳能和增强型地热各自的优势且发电效率高的增强型地热与太阳能联合发电方法及发电系统。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种增强型地热与太阳能联合发电方法，其具体包括以下内容：1)设置一包括增强型地热系统、基本负荷发电系统和太阳能发电系统的增强型地热与太阳能联合发电系统；2)作为工质的CO2在所述增强型地热系统中吸收热量后温度升高，所述增强型地热系统输出不同温度的具有一定压力的超临界CO2；3)一部分超临界CO2进入所述基本负荷发电系统中，所述基本负荷发电系统将超临界CO2从所述增强型地热系统中吸收的一部分热量转化为电能，作为电站的基本负荷；4)另一部分超临界CO2进入所述太阳能发电系统中，所述太阳能发电系统通过热储层传热流动计算、能量匹配方法以及CO2物性分析，优化回热级数、抽气压缩级数、各流道流量，利用太阳能将超临界CO2持续加热到一定温度后，通过超临界透平将热量转换为电能。所述步骤2)中，所述增强型地热系统输出不同温度的具有一定压力的超临界CO2，其具体包括以下内容：①设置一增强型地热系统，其包括第一热储层和第二热储层，在第一热储层设置有第一注入井和第一产出井，在第二热储层设置有第二注入井和第二产出井，第一热储层的温度低于第二热储层的温度；②经过加压的CO2通过第一注入井注入第一热储层，通过第二注入井注入第二热储层，CO2分别在第一热储层和第二热储层中吸收热量，温度升高；③由于CO2在第一热储层和第二热储层中温度升高产生的浮升力作用，CO2在第一产出井的出口压力高于第一注入井的注入压力，在第二产出井的出口压力高于在第二注入井的注入压力；④由于第二热储层温度高于第一热储层温度，如果采用同样的CO2注入压力，第二产出井的出口压力就会高于第一产出井的出口压力；通过调整第一注入井和第二注入井的注入压力，使第一产出井和第二产出井出口压力相同；压力相同而温度不同的CO2为基本负荷发电系统和太阳能发电系统提供热源。所述步骤3)中，利用基本负荷发电系统发电，其具体包括以下内容：①设置一基本负荷发电系统，其包括关于CO2的第一超临界透平、第二超临界透平、气体冷却器、第一压缩机和第二压缩机；第一超临界透平入口通过一第一阀门和管路与第一产出井出口连接，第二超临界透平入口通过一第二阀门和管路与第二产出井出口连接；第一超临界透平和第二超临界透平的出口通过管路均与气体冷却器入口连接，气体冷却器出口通过一第三阀门和管路与第一压缩机入口连接，同时通过一第四阀门和管路与第二压缩机入口连接，第一压缩机出口通过管路与第一注入井入口连接，第二压缩机出口通过管路与第二注入井入口连接；②第一产出井产出的CO2经第一阀门进入第一超临界透平，第二产出井产出的CO2经第二阀门进入第二超临界透平，CO2在两超临界透平中膨胀做功输出电能后，成为CO2乏汽；③CO2乏汽通过管路进入气体冷却器冷却，冷却后的CO2乏汽分别送入第一压缩机和第二压缩机，第一压缩机将CO2乏汽压缩到相应压力后，通过第一注入井注入第一热储层，第二压缩机将CO2乏汽压缩到相应的压力后，通过第二注入井注入第二热储层。所述第一阀门和第二阀门分别用于控制进入基本负荷发电系统的所在管路中CO2的流量，以保证基本负荷。所述第三阀门用于将所在管路中CO2的流量调节到与第一注入井相对应的注入流量，所述第四阀门用于将所在管路中CO2的流量调节到与第二注入井相对应的注入流量。所述步骤4)中，利用太阳能发电系统发电，其具体包括以下内容：①设置一太阳能发电系统，其包括第一回热器、第二回热器、第三回热器、第四回热器、塔式太阳能接收器、第三超临界透平、第三压缩机和第四压缩机；第一回热器的高压流体通道入口通过一第五阀门和管路与第一产出井出口连接，第一回热器的高压流体通道出口通过管路与第二回热器的高压流体通道入口连接，第二回热器的高压流体通道入口通过一第六阀门和管路与第二产出井出口连接；第二回热器的高压流体通道出口通过管路依次与第三回热器和第四回热器的高压流体通道入口连接，第四回热器的高压流体通道出口通过管路与塔式太阳能接收器入口连接，塔式太阳能接收器出口通过管路与第三超临界透平入口连接，第三超临界透平出口通过管路依次与第四回热器、第三回热器和第二回热器的低压流体通道入口连接；第二回热器的低压流体通道出口通过一第七阀门和管路与第三压缩机入口连接，并通过一第八阀门和管路与第一回热器的低压流体通道入口连接，第一回热器的低压流体通道出口通过一第九阀门和管路与第四压缩机入口连接，第三压缩机出口通过管路与第四回热器的高压流体通道入口连接，第四压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强型地热与太阳能联合发电方法，其具体包括以下内容：1)设置一包括增强型地热系统、基本负荷发电系统和太阳能发电系统的增强型地热与太阳能联合发电系统；2)作为工质的CO2在所述增强型地热系统中吸收热量后温度升高，所述增强型地热系统输出不同温度的具有一定压力的超临界CO2；3)一部分超临界CO2进入所述基本负荷发电系统中，所述基本负荷发电系统将超临界CO2从所述增强型地热系统中吸收的一部分热量转化为电能，作为电站的基本负荷；4)另一部分超临界CO2进入所述太阳能发电系统中，所述太阳能发电系统通过热储层传热流动计算、能量匹配方法以及CO2物性分析，优化回热级数、抽气压缩级数、各流道流量，利用太阳能将超临界CO2持续加热到一定温度后，通过超临界透平将热量转换为电能。

【技术特征摘要】
1.一种增强型地热与太阳能联合发电方法，其具体包括以下内容：1)设置一包括增强型地热系统、基本负荷发电系统和太阳能发电系统的增强型地热与太阳能联合发电系统；2)作为工质的CO2在所述增强型地热系统中吸收热量后温度升高，所述增强型地热系统输出不同温度的具有一定压力的超临界CO2；其具体包括以下内容：①设置一增强型地热系统，其包括第一热储层和第二热储层，在第一热储层设置有第一注入井和第一产出井，在第二热储层设置有第二注入井和第二产出井，第一热储层的温度低于第二热储层的温度；②经过加压的CO2通过第一注入井注入第一热储层，通过第二注入井注入第二热储层，CO2分别在第一热储层和第二热储层中吸收热量，温度升高；③由于CO2在第一热储层和第二热储层中温度升高产生的浮升力作用，CO2在第一产出井的出口压力高于第一注入井的注入压力，在第二产出井的出口压力高于在第二注入井的注入压力；④由于第二热储层温度高于第一热储层温度，如果采用同样的CO2注入压力，第二产出井的出口压力就会高于第一产出井的出口压力；通过调整第一注入井和第二注入井的注入压力，使第一产出井和第二产出井出口压力相同；压力相同而温度不同的CO2为基本负荷发电系统和太阳能发电系统提供热源；3)一部分超临界CO2进入所述基本负荷发电系统中，所述基本负荷发电系统将超临界CO2从所述增强型地热系统中吸收的一部分热量转化为电能，作为电站的基本负荷；4)另一部分超临界CO2进入所述太阳能发电系统中，所述太阳能发电系统通过热储层传热流动计算、能量匹配方法以及CO2物性分析，优化回热级数、抽气压缩级数、各流道流量，利用太阳能将超临界CO2持续加热到一定温度后，通过超临界透平将热量转换为电能。2.如权利要求1所述的一种增强型地热与太阳能联合发电方法，其特征在于：所述步骤3)中，利用基本负荷发电系统发电，其具体包括以下内容：①设置一基本负荷发电系统，其包括关于CO2的第一超临界透平、第二超临界透平、气体冷却器、第一压缩机和第二压缩机；第一超临界透平入口通过一第一阀门和管路与第一产出井出口连接，第二超临界透平入口通过一第二阀门和管路与第二产出井出口连接；第一超临界透平和第二超临界透平的出口通过管路均与气体冷却器入口连接，气体冷却器出口通过一第三阀门和管路与第一压缩机入口连接，同时通过一第四阀门和管路与第二压缩机入口连接，第一压缩机出口通过管路与第一注入井入口连接，第二压缩机出口通过管路与第二注入井入口连接；②第一产出井产出的CO2经第一阀门进入第一超临界透平，第二产出井产出的CO2经第二阀门进入第二超临界透平，CO2在两超临界透平中膨胀做功输出电能后，成为CO2乏汽；③CO2乏汽通过管路进入气体冷却器冷却，冷却后的CO2乏汽分别送入第一压缩机和第二压缩机，第一压缩机将CO2乏汽压缩到相应压力后，通过第一注入井注入第一热储层，第二压缩机将CO2乏汽压缩到相应的压力后，通过第二注入井注入第二热储层。3.如权利要求2所述的一种增强型地热与太阳能联合发电方法，其特征在于：所述第一阀门和第二阀门分别用于控制进入基本负荷发电系统的所在管路中CO2的流量，以保证基本负荷。4.如权利要求2所述的一种增强型地热与太阳能联合发电方法，其特征在于：所述第三阀门用于将所在管路中CO2的流量调节到与第一注入井相对应的注入流量，所述第四阀门用于将所在管路中CO2的流量调节到与第二注入井相对应的注入流量。5.如权利要求1所述的一种增强型地热与太阳能联合发电方法，其特征在于：所述步骤4)中，利用太阳能发电系统发电，其具体包括以下内容：①设置一太阳能发电系统，其包括第一回热器、第二回热器、第三回热器、第四回热器、塔式太阳能接收器、第三超临界透平、第三压缩机和第四压缩机；第一回热器的高压流体通道入口通过一第五阀门和管路与第一产出井出口连接，第一回热器的高压流体通道出口通过管路与第二回热器的高压流体通道入口连接，第二回热器的高压流体通道入口通过一第六阀门和管路与第二产出井出口连接；第二回热器的高压流体通道出口通过管路依次与第三回热器和第四回热器的高压流体通道入口连接，第四回热器的高压流体通道出口通过管路与塔式太阳能接收器入口连接，塔式太阳能接收器出口通过管路与第三超临界透平入口连接，第三超临界透平出口通过管路依次与第四回热器、第三回热器和第二回热器的低压流体通道入口连接；第二回热器的低压流体通道出口通过一第七阀门和管路与第三压缩机入口连接，并通过一第八阀门和管路与第一回热器的低压流体通道入口连接，第一回热器的低压流体通道出口通过一第九阀门和管路与第四压缩机入口连接，第三压缩机出口通过管路与第四回热器的高压流体通道入口连接，第四压缩机出口通过管路与第三回热器的高压流体通道入口连接；②第一产出井产出的CO2经第五阀门进入第一回热器的高压流体通道，与低压流体通道内的CO2乏汽换热后，在第一回热器出口处与第二产出井产出的CO2混合后进入第二回热器的高压流体通道，在第二回热器内与低压流体通道的CO2乏汽换热后，在第二回热器的出口处与第四压缩机压缩后输出的CO2流体混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜培学，张富珍，胥蕊娜，欧阳小龙，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11