利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，包括液化CO

Clean power generation equipment, system and method using geothermal energy and solar energy

The invention discloses a clean power generation equipment system utilizing geothermal energy and solar energy, comprising a liquefied CO

【技术实现步骤摘要】
利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统及方法
本专利技术属于低碳与清洁能源
，具体涉及一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统及方法。
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，而大量的二氧化碳排放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，地热资源利用与发电、太阳能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4.93x1020KJ，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,弃水温度过高,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(CarbonCaptureandStorage,碳捕获与封存)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,PrintedCircuitHeatExchangers)，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。显然，现有的超临界CO2循环发电技术装备并不太适合我国国情。在利用太阳能发电方面，以水为工质的太阳能发电系统已成熟应用，以CO2为工质的太阳能发电系统国内外的技术工作者亦进行了大量的研究，采用的较为成熟的太阳能集热系统方案为槽式太阳能集热器、塔式太阳能集热器、碟式太阳能集热器之一或其组合，但上述方案存在三个基本问题难以解决，其一，占用场地大，投资大，且太阳能集热系统的建设对场址的选择要求高，一般的场址不能满足建设太阳能集热系统的要求，而且，现有的太阳能集热系统的大空间场对生态影响大，连飞鸟都不能及；其二，只能白天发电，晚上即停，为此，有研究者提供了白天以熔盐等材料蓄热留给晚上发电的技术方案，但以大量的熔盐等材料蓄集热能方案先不论投资大小及可行性，对于环境和人员素质来说必然存在安全隐患和环境污染隐患；其三是随白天的日照强度及太阳光移动供给超临界二氧化碳发电系统的涡轮机的超临界二氧化碳的温度和压力变化，导致输出电能及电压、电流波动大，过大过频的输出电能及电压、电流的波动将极不利于生活用电和生产用电。现有的各类利用太阳能发电方法与我国的环境与经济状况大多极不匹配。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地热水能源和/或太阳能能源的清洁发电技术与装备系统。申请号为201410758251.6的专利申请文献公开了一种增强型地热与太阳能联合发电方法与发电系统，它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，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CO2，一部分超临界CO2进入所述基本负荷发电系统中，将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进入所述太阳能发电系统中，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。该发电系统虽然同时利用了地热和太阳能，但是该系统是将地热能和太阳能分开进行发电，且其是采用将液态CO2注入热储层中吸热，系统庞大，耗能大，结构复杂，占用场地大，造价高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，旨在解决现有的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统结构复杂、投资大、耗能高的问题。为实现上述目的，本专利技术提出一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，包括液化CO2储存罐、高压泵/压缩机、地热能CO2蓄能装置、太阳能CO2蓄能装置、稳流调节器、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、回热器、冷却机、CO2压缩机；所述液化CO2储存罐的出口连接所述高压泵/压缩机的进口,所述高压泵/压缩机的出口连接所述地热能CO2蓄能装置的CO2流体入口,所述地热能CO2蓄能装置用于使低压液态CO2流体吸收50～150℃地热水的热量后转化为热态超临界CO2流体；所述地热能CO2蓄能装置的CO2流体出口连接所述太阳能CO2蓄能装置的低温端进口,所述太阳能CO2蓄能装置包括吸收100～30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，包括液化CO

【技术特征摘要】
1.一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，包括液化CO2储存罐、高压泵/压缩机、地热能CO2蓄能装置、太阳能CO2蓄能装置、稳流调节器、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、回热器、冷却机、CO2压缩机；所述液化CO2储存罐的出口连接所述高压泵/压缩机的进口,所述高压泵/压缩机的出口连接所述地热能CO2蓄能装置的CO2流体入口,所述地热能CO2蓄能装置用于使低压液态CO2流体吸收50～150℃地热水的热量后转化为热态超临界CO2流体；所述地热能CO2蓄能装置的CO2流体出口连接所述太阳能CO2蓄能装置的低温端进口,所述太阳能CO2蓄能装置包括吸收100～300℃日光热能的集光CO2蓄能装置和吸收300～1000℃高温热能的透镜聚能装置，用于使所述热态超临界CO2流体吸收太阳能热能转化为不同温度、不同压力、不同热能密度的高压热态超临界CO2流体；所述太阳能CO2蓄能装置的高压CO2流体出口连接所述稳流调节器的进口，所述稳流调节器用于将所述不同温度、不同压力、不同热能密度的高压热态超临界CO2流体转化为等压超临界CO2流体；所述稳流调节器的出口连接所述涡轮机/活塞式膨胀机的进口,所述涡轮机/活塞式膨胀机与所述发电机轴连接；所述涡轮机/活塞式膨胀机的低压CO2流体出口依次连接所述冷却机、CO2压缩机、液化CO2储存罐。2.如权利要求1所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述地热能CO2蓄能装置包括一台或并联设置的多台台式地热能CO2蓄能装置、一台或并联设置的多台井式地热能CO2蓄能装置、并联设置的一台或多台台式地热能CO2蓄能装置和一台或多台井式地热能CO2蓄能装置。3.如权利要求2所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述台式地热能CO2蓄能装置包括第一支架和固定于第一支架上的台式CO2蓄能机构，所述台式CO2蓄能机构包括台式壳体、设于台式壳体两端的第一地热水进口管道和第一地热水出口管道、设于第一地热水进口管道上的第一地热水进口管道阀、设于第一地热水出口管道上的第一地热水出口管道阀、设于台式壳体内的第一热交换器、设于第一热交换器进口管道上的第一逆止阀、设于第一热交换器出口管道上的第一调节阀，所述第一地热水进口管道通过地热泵连通地热水井。4.如权利要求2所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述井式地热能CO2蓄能装置包括第二支架、悬置于地热水井内的第二热交换器、设于第二热交换器进口管道上的第二逆止阀、设于第二热交换出口管道上的第二调节阀。5.如权利要求1所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述集光CO2蓄能装置包括第三支架、设于第三支架上的中温蓄能机构、设于第三支架周围的若干反射机构、设于中温蓄能机构进口管道上的第三逆止阀、设于中温蓄能机构出口管道上的第三调节阀和第一安全阀，所述反射机构用于将太阳光能聚集至所述中温蓄能机构的集光面上；所述透镜聚能装置包括第四支架、设于第四支架上的高温蓄能机构、设于第四支架周围的若干凸透镜机构、设于高温蓄能机构进口管道上的第四逆止阀、设于高温蓄能机构出口管道上的第四调节阀和第二安全阀...

【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