干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统技术方案

本实用新型专利技术提供干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统，所述的系统包括地面系统、地下系统、管道和换热工质，所述地面系统和地下系统通过管道进行连通，所述换热工质通过管道进入地下系统进行取热，取热后的换热工质进入地面系统，地面系统对换热工质进行分离、发电、调控和综合利用。本实用新型专利技术提供的干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统有利于大规模开发地热能源，本实用新型专利技术提供的地热综合利用系统性能稳定、高效运行。

【技术实现步骤摘要】
干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统
本技术涉及地热领域，尤其涉及干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统。
技术介绍
上世纪七十年代初，美国LosAlamos国家实验室在NewMexico州Fenton山率先以压裂连通工质的方式建设增强型地热系统发电试验场。随后，英国、法国、日本、澳大利亚、瑞典、德国、冰岛、瑞士、菲律宾等国家相继建立多个地热能示范电站或野外试验场，这些试验场存在不能形成有效的规模化人工热储，注入的工质部分流失，裂隙易封堵，高温偏韧性环境岩石不易破裂等问题。因此，这些地热以电站的规模不大，运行时间不长，经济效益不高。国内目前还没有建成干热岩地热能发电站，干热岩地热能前景十分广阔，提升开采技术和稳定的地热利用系统，有利于实现能源结构的转型升级，进入地热能时代。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的实施例提供了一种可成规模开发、性能稳定、能长时间运行的干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统。本技术的实施例提供一种干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统，所述换热系统包括地下系统、地面系统、管道和换热工质，所述管道连接地下系统和地面系统，所述换热工质从地面系统装入，经地下系统取热后，所述地面系统回收利用换热工质，所述地下系统包括开挖通道和地下结构，所述开挖通道设置在地下结构内，所述地下结构包括热储蒸发段和绝热段，所述热储蒸发段是地下温度大于110℃的高温干热岩区域的顶部，所述绝热段是从地面到热储蒸发段的地下部分，所述开挖通道包括输入开挖通道、工质吸热开挖通道和输出开挖通道，所述输入开挖通道连通地面和工质吸热开挖通道一端，所述工质吸热开挖通道设置在热储蒸发段，所述输出开挖通道连通工质吸热开挖通道另一端和地面，所述工质吸热开挖通道包括左工质吸热开挖通道、水平工质吸热开挖通道和右工质吸热开挖通道，所述左工质吸热开挖通道连接输入开挖通道和水平工质吸热开挖通道，所述水平工质吸热开挖通道近乎水平的设置在热储蒸发段连接左工质吸热开挖通道和右工质吸热开挖通道，所述右工质吸热开挖通道连接水平工质吸热开挖通道与输出开挖通道，所述左工质吸热开挖通道与水平工质吸热开挖通道形成一定的夹角A，所述右工质吸热开挖通道与水平工质吸热开挖通道形成一定的夹角B，当夹角A和B的角度在30度至90度之间。进一步地，所述管道包括相互连通的地下管道和地面管道，所述地下管道安装在开挖通道内，所述地下管道包括设在热储蒸发段的吸热管、设在绝热段的输入管和输出管，所述输入管安装在输入开挖通道内，所述吸热管道安装在工质吸热开挖通道中，所述输出管道安装在输出开挖通道内，所述吸热管连通输入管和输出管，所述换热工质从地面系统装入，经地面管道进入输入管，所述输入管将换热工质传送至位于热储蒸发段的吸热管内吸收热能，吸收热能后的换热工质由输出管进入地面系统，所述地面系统回收利用换热工质。进一步地，所述工质吸热开挖通道经过破裂改造，热储蒸发段温度大于110℃，所述工质吸热开挖通道周围设有一定数量和长度的破裂。进一步地，所述破裂的性质以张裂隙为主，破裂与工质吸热开挖通道之间的夹角大于20度。进一步地，所述地下管道的截面直径小于开挖通道的截面直径，所述地下管道的截面直径大于开挖通道截面直径的三分之二且小于开挖通道截面直径的六分之五。进一步地，所述开挖通道与地下管道之间存在空隙，在所述开挖通道接近地面的两端分别设置有安全调节阀，所述安全调节阀密封开挖通道与地下管道之间的空隙，防止异物进入开挖通道内以及方便开挖通道内的监测及地下管道的检修。进一步地，所述吸热管与输入管和输出管连接的两端分别设有介质调节阀，所述介质调节阀密封吸热管和开挖通道之间的空间，通过介质调节阀向吸热管和开挖通道之间的改造热储空间注入换热介质，所述换热介质在破裂改造的吸热管和开挖通道之间的改造热储空间中流动，增强热储热能的传导性，所述换热介质增强改造热储内热能的传导性，保证吸热管具有持续稳定的工质换热能力。进一步地，所述换热介质是二氧化碳。进一步地，所述地面系统包括分离单元、发电单元、调控与冷却单元和余热综合利用单元，所述地面系统通过地面管道进行连接，所述地面管道包括工质输入管、第一连接管、第二连接管、第一分离管道、第二分离管道、回收调控管道、调控输出管道和回收冷却管，所述调控与冷却单元包括相互隔绝的冷却部和调控部，所述冷却部和调控部之间设有一阀门，当所述阀门打开，所述换热工质可从冷却部通过阀门流向调控部，当所述阀门关闭，所述冷却部和调控部是相互隔绝的两个部分，所述工质输入管向冷却部输送换热工质，所述第一连接管连接冷却部与输入管，所述换热工质通过第一连接管进入输入管，经输入管进入吸热管进行取热，所述第二连接管连接分离单元与输出管，取热后的换热工质经输出管离开地下系统，通过第二连接管进入分离单元，所述第一分离管道连接分离单元和调控部，所述第二分离管道连接分离单元和发电单元，所述分离单元将取热后的换热工质进行相态分离、净化处理并进行流量和温度测试数据采集，换热工质被分离后，液态的换热工质通过第一分离管道进入调控部进行调节，气态的换热工质通过第二分离管道进入发电单元进行发电，所述发电单元根据分离单元采集的流量和温度测试数据选用合适的发电系统，所述发电系统利用分离后的高温气态换热工质进行发电，发电单元产生的电能，输出到用户或电网，由电网进行进一步分配，回收调控管道连接发电单元和调控部，气态部分的换热工质发电后液化，发电后液化的换热工质通过回收调控管道进入到调控部，所述调控输出管道连接调控部和余热回收综合利用单元，所述调控与冷却单元根据余热回收综合利用单元的需求，调节调控部的换热工质温度，被调控后的换热工质通过调控输出管道进入所述余热回收综合利用单元进行余热回收综合利用，所述回收冷却管连接所述余热回收综合利用单元和冷却部，所述换热工质被综合利用后减少，通过所述回收冷却管输送到所述冷却部，在所述冷却部加入新的换热工质后进入下一个循环。本技术的一种干热岩地热能发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统开挖通道、热储改造和和管道换热，可取得较高的换热效率，通过地下系统和地面系统的有机结合，提供了一种性能稳定，取热效果好，综合利用率高的大规模地热能开发利用系统。附图说明图1是本技术一种干热岩地热能发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统的一示意图。图2是本技术干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统的地下系统一示意图。图3是本技术干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统的地下系统另一示意图。图4是本技术干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统的地面系统的一示意图。图5是本技术干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统的地下系统的一局部示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本技术提供的干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统的一实施例示意图，所述干热岩地热能发电的挖掘、热储改造与管道换热系统包括地下系统10、地面系统20、管道30和换热工质(图未示)，所述管道30包括地下管道31本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统，其特征在于：所述换热系统包括地下系统、地面系统、管道和换热工质，所述管道连接地下系统和地面系统，所述换热工质从地面系统装入，经地下系统取热后，所述地面系统回收利用换热工质，所述地下系统包括开挖通道和地下结构，所述开挖通道设置在地下结构内，所述地下结构包括热储蒸发段和绝热段，所述热储蒸发段是地下温度大于110℃的高温干热岩区域的顶部，所述绝热段是从地面到热储蒸发段的地下部分，所述开挖通道包括输入开挖通道、工质吸热开挖通道和输出开挖通道，所述输入开挖通道连通地面和工质吸热开挖通道一端，所述工质吸热开挖通道设置在热储蒸发段，所述输出开挖通道连通工质吸热开挖通道另一端和地面，所述工质吸热开挖通道包括左工质吸热开挖通道、水平工质吸热开挖通道和右工质吸热开挖通道，所述左工质吸热开挖通道连接输入开挖通道和水平工质吸热开挖通道，所述水平工质吸热开挖通道近乎水平的设置在热储蒸发段连接左工质吸热开挖通道和右工质吸热开挖通道，所述右工质吸热开挖通道连接水平工质吸热开挖通道与输出开挖通道，所述左工质吸热开挖通道与水平工质吸热开挖通道形成一定的夹角A，所述右工质吸热开挖通道与水平工质吸热开挖通道形成一定的夹角B，当夹角A和B的角度在30度至90度之间。...

【技术特征摘要】
1.一种干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统，其特征在于：所述换热系统包括地下系统、地面系统、管道和换热工质，所述管道连接地下系统和地面系统，所述换热工质从地面系统装入，经地下系统取热后，所述地面系统回收利用换热工质，所述地下系统包括开挖通道和地下结构，所述开挖通道设置在地下结构内，所述地下结构包括热储蒸发段和绝热段，所述热储蒸发段是地下温度大于110℃的高温干热岩区域的顶部，所述绝热段是从地面到热储蒸发段的地下部分，所述开挖通道包括输入开挖通道、工质吸热开挖通道和输出开挖通道，所述输入开挖通道连通地面和工质吸热开挖通道一端，所述工质吸热开挖通道设置在热储蒸发段，所述输出开挖通道连通工质吸热开挖通道另一端和地面，所述工质吸热开挖通道包括左工质吸热开挖通道、水平工质吸热开挖通道和右工质吸热开挖通道，所述左工质吸热开挖通道连接输入开挖通道和水平工质吸热开挖通道，所述水平工质吸热开挖通道近乎水平的设置在热储蒸发段连接左工质吸热开挖通道和右工质吸热开挖通道，所述右工质吸热开挖通道连接水平工质吸热开挖通道与输出开挖通道，所述左工质吸热开挖通道与水平工质吸热开挖通道形成一定的夹角A，所述右工质吸热开挖通道与水平工质吸热开挖通道形成一定的夹角B，当夹角A和B的角度在30度至90度之间。2.如权利要求1所述的干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统，其特征在于：所述管道包括相互连通的地下管道和地面管道，所述地下管道安装在开挖通道内，所述地下管道包括设在热储蒸发段的吸热管、设在绝热段的输入管和输出管，所述输入管安装在输入开挖通道内，所述吸热管道安装在工质吸热开挖通道中，所述输出管道安装在输出开挖通道内，所述吸热管连通输入管和输出管，所述换热工质从地面系统装入，经地面管道进入输入管，所述输入管将换热工质传送至位于热储蒸发段的吸热管内吸收热能，吸收热能后的换热工质由输出管进入地面系统，所述地面系统回收利用换热工质。3.如权利要求2所述的干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统，其特征在于：所述工质吸热开挖通道经过破裂改造，热储蒸发段温度大于110℃，所述工质吸热开挖通道周围设有一定数量和长度的破裂。4.如权利要求3所述的干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统，其特征在于：所述破裂的性质以张裂隙为主，破裂与工质吸热开挖通道之间的夹角大于20度。5.如权利要求4所述的干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统，其特征在于：所述地下管道的截面直径小于开挖通道的截面直径，所述地下管道的截面直径大于开挖通道截面直径的三分之二且小于开挖通道截面直径的六分之五。6.如权利要求5所述的干热岩发电及综合利用的挖掘、热储改造与管道换热系统，其特征在于：所述开挖通道与地下管道之间存在空隙，在所述开挖通道接近地...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德威，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北,42