利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统及方法，公开的系统包括液态CO

Equipment, system and method for realizing carbon dioxide cycle power generation by utilizing geothermal energy

The invention provides an equipment system and a method for realizing carbon dioxide cycle power generation by utilizing ground heat energy, and the disclosed system comprises a liquid CO

【技术实现步骤摘要】
利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统及方法
本专利技术涉及低碳与能源利用设备的
，具体涉及一种利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统及方法。
技术介绍
气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因。我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源作为能源结构。随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO2排放具有增长快、总量大的特点，为应对气候变化发展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成为人们的共识，地热资源利用发电及超临界二氧化碳发电等已受到广泛关注。地热主要是地球内部长寿命放射性同位素热核反应产生的热能。离地球表面5000米深，15℃以上的岩石和液体的总含热量，据推算约为14.5×1021KJ，约相当于4948万亿吨标准煤的热量。按照其储存形式，地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。我国将地热资源按温度划分为高温地热(高于150℃)和中低温地热(低于150℃)，高温地热主要用于发电，中低温地热通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等。我国地热资源分布广泛，资源丰富。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米，所含地热量为973万亿千焦耳。据河北省地矿局计算，仅河北平原可采地热资源量达4.93×1020KJ，相当于168147亿吨标准煤。该区域地热资源主要赋存于上第三系砂岩和古生界及中上元古界的古潜山碳酸盐岩储水层，主要分布在华北断坳构造沉降区，热储层埋藏深度较浅，埋深3000m以浅地热资源分布广泛，出水口热水温度最高达96℃。虽说有各种梯级开发应用方案，但目前地热资源开发利用类型单一，废弃的地热水温度高，地热资源远未得到充分利用，浪费严重。迫切需要新的技术方案实现地热资源的可持续利用，发挥地热资源在发展低碳经济产业和节能减排中的作用。为此，国内外科技工作者进行了大量的研究，其中由中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司申请的中国专利CN204672103U提供的“一种利用地热的二氧化碳捕集、发电与封存装置”代表了先进技术水平，其将经冷却器冷却的CO2压缩液化压入地热层，一部分二氧化碳永久封存在地下，一部分二氧化碳在地热层中加热增压后通过管道输送至地面，在二氧化碳膨胀机中转化为机械能带动二氧化碳发电机产生电力。但该方案存在如下主要问题：其一，将液化CO2压入地热层再从另一处钻井用管道引出，投资大、耗能大；其二，液化CO2压入地热层，除风险大、且客观上不可控、易发生安全事故外，压入的CO2还将酸化地质并置换出地质层大量的烃类如甲烷等进入大气生态圈，造成不可预期的环境危害。而随CCS技术应用发展起来的超临界二氧化碳发电系统较传统的热能发电系统的系统热效率、总重及占地面积、污染物排放等方面表现出显著的优势，但在应用上尚存在诸多的瓶颈，其一，现有的超临界二氧化碳发电系统其高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础，客观上要求用高效换热器等压加热二氧化碳工质，因此，现行超临界二氧化碳试验环路的热交换大多使用印制电路板热交换器(PCHE)，它适用于高工作温度和高工作压力，并具有良好的扩展能力，能满足用换热器等压加热二氧化碳工质的要求，但其机构复杂，投资大；其二，现行的超临界二氧化碳发电系统包括热源、高速涡轮机、高速发电机、高速压气机、冷却器等，其循环过程为超临界二氧化碳经压缩机升压——用换热器等压加热二氧化碳工质——工质进入涡轮机推动涡轮做功带动电机发电——工质进入冷却器——再进入压缩机形成闭式循环，系统投资大；其三，现行的超临界二氧化碳布雷顿循环要求压缩机参数处于近临界点，降低换热端差，其压缩机压缩过程中压缩功仍占涡轮输出功的30％以上，实际运用的压缩过程中压缩功仍占到涡轮输出功的40％到50％，即系统的压缩机自耗能仍偏高；再者，其系统循环的高效率需建立在冷凝器出口即压气机吸入口(循环起点)的二氧化碳仍处于32℃、7.4MPa超临界状态的临界点上，超临界二氧化碳发电系统运行状态控制难度大，仍需要开展控制研究。现有的超临界CO2循环发电技术装备并不太适合我国国情。CN103743580B公开一种增强型地热系统开发试验装置，包括二氧化碳钢瓶、二氧化碳超临界输送装置、模拟干热岩反应器、二氧化碳透平机、高压变频柱塞泵、PLC数据采集系统，二氧化碳钢瓶的二氧化碳经过二氧化碳流量调节阀和压力调节阀进入二氧化碳超临界输送装置增至高压进入模拟干热岩反应器进行升温，升温后的高温高压二氧化碳CO2流进入二氧化碳透平机，二氧化碳透平机带动发电机或动力机器进行能量转化；二氧化碳透平机出来的较低品位的二氧化碳进入换热器，经过热交换之后的二氧化碳被高压变频柱塞泵送回模拟干热岩反应器进行循环利用。该装置以二氧化碳作为干热岩热传导流，采用模拟干热岩反应器进行热交换，作为一个地热能开发模拟系统，对于实际地热的利用具有一定的意义，但在实际运用过程中仍存在不足。鉴于此，迫切需要开发一种适应于我国广阔地域基本环境和经济状况，能有效利用地热资源尤其是易得的不同温度的地热能为能源的CO2循环发电的装备系统及方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术有必要提供一种利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统及方法，以捕集的二氧化碳为工质，利用不同温度的地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统，以及利用不同温度的地热能实现二氧化碳循环发电的方法，自耗能低、投资低、安全度高、环境友好、运行成本低。一方面，本专利技术的目的在于提供一种利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统，包括液态CO2储罐、高压泵/压缩机、地热能CO2蓄能装置、地热生产井、稳流调节器、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、冷却器和CO2压缩机；所述液态CO2储罐的出口与高压泵/压缩机的进口相连通，所述高压泵/压缩机的出口与地热能CO2蓄能装置的进口相连通，所述地热能CO2蓄能装置的出口与稳流调节器的进口相连通，所述稳流调节器的出口与涡轮机/活塞式膨胀机的进口相连通，所述涡轮机/活塞式膨胀机与发电机轴连接，所述涡轮机/活塞式膨胀机的出口与冷却器的进口相连通，所述冷却器的出口与CO2压缩机的进口相连通，所述CO2压缩机的出口分别与地热能CO2蓄能装置的进口、液态CO2储罐的进口相连通；所述地热能CO2蓄能装置，用于将低温CO2流体直接与不同温度的地热水进行热交换转化为不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO2流体；所述稳流调节器，用于将不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO2流体转化为等压超临界CO2流体；所述不同温度的地热水来自地热生产井中70～300℃的地热水，所述地热能即为70～300℃的地热水中的热能；所述稳流调节器包括稳流调节器本体、导流混合机构、进口管路和出口管路；所述导流混合机构设置在稳流调节器本体内，所述进口管路和出口管路均设置在稳流调节器本体外侧上；所述进口管路与地热能CO2蓄能装置的出口连接；所述出口管路与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接。进一步地，本专利技术的目的在于提供一种利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统，其中，所述地热能CO2蓄能装置包括并联设置的两台以上台式地热能CO2蓄能装置、并联设置的两台以上井式地热能CO2蓄能装置、并联设置的一台以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于，包括液态CO

【技术特征摘要】
1.一种利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于，包括液态CO2储罐、高压泵/压缩机、地热能CO2蓄能装置、地热生产井、稳流调节器、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、冷却器和CO2压缩机；所述液态CO2储罐的出口与高压泵/压缩机的进口相连通，所述高压泵/压缩机的出口与地热能CO2蓄能装置的进口相连通，所述地热能CO2蓄能装置的出口与稳流调节器的进口相连通，所述稳流调节器的出口与涡轮机/活塞式膨胀机的进口相连通，所述涡轮机/活塞式膨胀机与发电机轴连接，所述涡轮机/活塞式膨胀机的出口与冷却器的进口相连通，所述冷却器的出口与CO2压缩机的进口相连通，所述CO2压缩机的出口分别与地热能CO2蓄能装置的进口、液态CO2储罐的进口相连通；所述地热能CO2蓄能装置，用于将低压液态CO2流体直接与不同温度的地热水进行热交换转化为不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO2流体；所述稳流调节器，用于将不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO2流体转化为等压超临界CO2流体；所述不同温度的地热水来自地热生产井中70～300℃的地热水，所述地热能即为70～300℃的地热水中的热能；所述稳流调节器包括稳流调节器本体、导流混合机构、进口管路和出口管路；所述导流混合机构设置在稳流调节器本体内，所述进口管路和出口管路均设置在稳流调节器本体外侧上；所述进口管路与地热能CO2蓄能装置的出口连接；所述出口管路与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接。2.根据权利要求1所述的利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于，所述地热能CO2蓄能装置包括并联设置的两台以上台式地热能CO2蓄能装置、并联设置的两台以上井式地热能CO2蓄能装置、并联设置的一台以上台式地热能CO2蓄能装置和一台以上井式地热能CO2蓄能装置。3.根据权利要求2所述的利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于，所述井式地热能CO2蓄能装置包括第一CO2流体蓄能机构、支架三、第一逆止阀、第一调节阀，所述第一CO2流体蓄能机构通过支架三悬挂设置在地热生产井内，所述第一逆止阀与第一CO2流体蓄能机构的进口相连接；所述第一调节阀与第一CO2流体蓄能机构的出口相连接；所述第一逆止阀、第一调节阀分别设置在地热生产井外侧，所述第一CO2流体蓄能机构为第一热交换器，第一热交换器内的工作介质为CO2流体。4.根据权利要求2所述的利用地热能实现二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于，所述台式地热能CO2蓄能装置包括装置本体、第二CO2流体蓄能机构、地热水进口管道、地热水进口管道阀、地热水出口管道、地热水出口管道阀、第二逆止阀、第二调节阀，所述第二CO2流体蓄能机构设置在装置本体内，所述第二逆止阀与第二CO2流体蓄能机构的进口管道相连接；所述第二调节阀与第二CO2流体蓄能机构的出口管道相连接；所述第二逆止阀、第二调节阀、地热水进口管道阀、地热水出口管道阀分别设置在装置本体外侧，所述地热水进口管道阀设置在装置本体外的地热水进口管道上；所述地热水出水口管道阀设置在装置本体外的地热水出口管道上；所述第二逆止阀与地热水出口管道阀设置在装置本体同一侧；所述第二调节阀与地热水进口管道阀设置在装置本体同一侧；所述第二CO2流体蓄能机构为第二热交换器，第二热交换器内的工作介质为CO2流体；所述地热水进口管道与地热泵的出口连接；所述地热泵的入口与地热生产井连...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹小林，
申请(专利权)人：长沙紫宸科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43