一种地能干热岩树状多点换热综合利用系统技术方案

一种地能干热岩树状多点换热综合利用系统，属于清洁能源技术领域，解决地能干热岩热量提取效率低、地下换热流体流失率高和地热能提取过程实时监控的技术问题，解决方案为：它包括换热系统、监控系统、供暖系统与发电系统，通过换热系统将低温换热介质与具有高温地热能的干热岩层换热，换热后的高温换热介质分别与供暖系统与发电系统的进液口连通，供暖系统与发电系统的出液口分别与换热系统连通，监控系统监控换热系统的换热过程；本实用新型专利技术换热管降低了换热介质资源浪费的同时提高了换热效率，主井与副井呈树状分布，有利于高效集约化的干热岩地热能换热，监控系统对换热过程实时监控，实现热源的可调节供给。

A comprehensive utilization system of multi-point heat exchange for ground energy and hot rock

A multi point heat transfer comprehensive utilization system for geothermal rock trees, which belongs to the field of clean energy technology, solves the technical problems of low heat extraction efficiency, high loss rate of underground heat transfer fluid and real-time monitoring of geothermal energy extraction process. The electric system will heat the heat transfer medium with the dry hot rock with high temperature geothermal energy through the heat exchange system. The heat transfer medium after the heat exchange is connected with the inlet of the heating system and the power generation system respectively. The heating system and the power generation system are connected with the heat transfer system respectively, and the monitoring system monitors the heat exchange system of the heat exchange system. The heat transfer tube of the utility model reduces the waste of the heat transfer medium and improves the heat exchange efficiency. The main shaft and the auxiliary shaft are tree like distribution, which is beneficial to the heat energy exchange of the high and intensive dry hot rock, the monitoring system monitors the heat exchange process in real time and realizes the adjustable supply of the heat source.

【技术实现步骤摘要】
一种地能干热岩树状多点换热综合利用系统
本技术属于清洁能源
，特别涉及一种地能干热岩树状多点换热综合利用系统。
技术介绍
地热资源与其他新能源如太阳能、风能和生物质能等相比，具有分布广、受外界影响小（如昼夜、风速、温差）、碳排放量及维护成本低等特点，地热资源主要分为水热型和干热岩型，干热岩型地热是指存储于深度3-10km高温岩体或岩浆中的热量，储层温度可达100～650℃。目前世界各国主要利用的水热型中低温地热仅占探明地热资源的极小一部分，而中高温干热岩地热资源在地球上的蕴藏量丰富且温度高。据国家有关部门最新数据显示，我国大陆3~10千米深处干热岩资源总量相当于860万亿吨标煤；若能开采出2％，就相当于2010年全国一次性能耗总量（32.5亿吨标煤）的5300倍。所以，中高温干热岩地热的开发极有可能为我国节能减排和新一轮能源结构调整做出重大贡献，合理地开采储层深部地热能不仅可能起到节能减排和能源调整作用，更可为偏远地区能源需求提供保障。中高温地热资源开发具有很大的技术挑战。因此，美国科学家提出采用增强型地热系统的方式进行开发，现有技术中干热岩地热利用要求在地下形成广泛的岩石裂隙，通过水流经裂隙实现与干热岩的热交换。换句话说，要造出地下热储水库。目前，主要有人工高压裂隙、天然裂隙、天然裂隙-断层三种模式，其中研究最多的是人工高压裂隙模式，即通过人工高压注液到井底，高压水流使岩层中原有的微小裂隙强行张开或受水冷缩产生新的裂隙，水在这些裂隙间流通，完成注液井和生产井所组成的水循环系统热交换过程。由于干热岩具有渗透率低、孔隙率低、储层位置深等特性，造成地热利用效率低，即地层热提取效率低和地下换热流体流失率高。总体来说，干热岩钻井技术已不成问题，储层压裂不可控性造成的泄露问题和渗流通道的高效流动是制约干热岩开发的主要问题。到目前为止，还没有一种可以高效又安全的干热岩地热开采方式，常常使用热源泵采集热源用于供暖与发电，能源消耗大，而且未能对地热能提取过程实时进行监控。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的不足，解决地能干热岩热量提取效率低、地下换热流体流失率高和地热能提取过程实时监控的技术问题，本技术提供一种地能干热岩树状多点换热综合利用系统。本技术通过以下技术方案予以实现。一种地能干热岩树状多点换热综合利用系统，它包括换热系统、监控系统、供暖系统与发电系统，所述换热系统包括换热管组、换热井和分离板，所述换热管组包括换热管、换热封装套管、数据线集线管、注液管、抽液管、抽液泵、注液控制阀、抽液控制阀和包覆层；所述换热井包括主井和副井；所述监控系统包括控制模块、数据采集系统、数据传输系统、数据处理模块与显示模块，其特征在于：通过换热系统将低温换热介质与具有高温地热能的干热岩层换热，换热后的高温换热介质分别与供暖系统与发电系统的进液口连通，供暖系统与发电系统的出液口分别与换热系统连通，监控系统监控换热系统的换热过程；所述换热系统中：由碳纤维和钛镍金属丝混纺编制成空心换热管单体，内径由大到小的多根换热管单体由内向外套设在一起形成换热管，相临两层换热管单体之间设置有缝隙；所述换热封装套管侧壁设置有空腔，换热管封装于换热封装套管的空腔中，若干根封装后的换热封装套管环抱呈圆柱体，形成换热管组，换热管组外包裹有包覆层，所述换热封装套管侧壁的空腔内还设置有数据线集线管，数据线集线管与换热封装套管一体成型，数据线集线管内壁设置有隔热涂层，数据线设置于数据线集线管内组成数据传输系统；换热封装套管内壁设置有注液管和抽液管，注液管与换热封装套管一体成型，所述注液管延伸至换热封装套管底部，所述抽液管设置于换热封装套管内壁的顶部，每根抽液管上均设置有抽液控制阀，若干抽液管汇集成主抽液管，主抽液管出水口上设置有抽液泵，注液管上设置有注液控制阀，所述控制模块控制抽液泵、注液控制阀与抽液控制阀开启或关闭；所述主井竖直设置于地表内，主井底部设置有分离板，主井下底面与若干副井连通，所述副井由竖井或斜井或水平井或上述不同形态的井任意组合形成，竖井、斜井与水平井首尾相接，根据地热能实际储量分别设置每一副井中水平井的角度与深度；换热管组设置于主井内，换热管组经分离板分离后，换热管分别延伸至相应副井中；所述主井与副井内壁均设置有护井套管；所述监控系统中：数据采集系统设置于换热系统中，数据采集系统将采集的数据通过数据传输系统传送至数据处理模块，数据处理模块信号输出端分别与显示模块和控制模块电气连接；所述数据采集系统包括温度传感器、流速传感器与真空度检测器，沿换热封装套管内壁每隔100~150米分别设置有若干温度传感器，沿换热封装套管外壁每隔300~500米亦分别设置有若干温度传感器；在换热封装套管内壁的上部、中部以及抽液口和注液口处分别设置有流速传感器；在换热封装套管侧壁的空腔中，每隔100~150米分别设置有若干真空度检测器；温度传感器、流速传感器与真空度检测器分别与所述数据线连通。进一步地，所述分离板包括分离板基座、分离切片与导向板，分离切片竖直设置于分离板基座上表面上，分离切片刃口向上，分离板基座上位于分离切片之间设置有换热管通过孔，导向板设置于换热管通过孔下方。进一步地，所述护井套管的材质为钢管。进一步地，所述钛镍金属丝中钛与镍的质量比为：WTi%：WNi%=（44~46）%：（54~56）%。进一步地，所述换热介质或者为水，或者为乙醇，或者为丙酮，或者为三氯三氟乙烷。本技术与现有技术相比具有以下有益效果。地能干热岩树状多点换热综合利用系统的利用方法，按以下步骤依次进行：a、换热系统的制备及数据采集系统与数据传输系统的封装：换热管单体的制备：根据待开采区域地热能实际情况，调整纯钛与纯镍的比例，熔炼纯钛与纯镍制得钛镍金属丝，利用钛镍合金记忆金属的全程记忆效应，将碳纤维和钛镍金属丝混纺编制成不同直径规格的若干根换热管单体；换热管的制备与封装：将5~10根直径由小至大的换热管单体套设在一起，制得换热管；将换热管放置于换热封装套管侧壁的空腔内，将温度传感器、流速传感器与真空度检测器分别对应设置于换热封装套管的内壁、外壁与空腔内，将数据线分别与温度传感器、流速传感器与真空度检测器电气连接后设置于数据线集线管内，最后将换热管封装，换热封装套管空腔内呈真空态，并将换热封装套管下端面密封；其次，根据需要钻的副井的孔数将若干封装好的换热管与换热封装套管环抱呈圆柱体，形成换热管组；最后，在换热管组外包裹包覆层，留待后步使用；b、地热能探测及钻井：采用地热能探测设备对地表下干热岩层地热能储量进行探测，选择地热能储量大的区域，采用石油钻井设备在选出的区域上钻主井121，钻井深度为1500米~2000米，然后根据地热能出热量位置在主井下方钻不同角度、不同深度的若干副井，副井深度为2000米~6000米，在钻好的主井与副井的内壁中设置护井套管，在主井底部放置分离板，分离板上的换热管通过孔与副井口部重合，留待后步使用；c、将上步封装好的换热管组放置于主井内，换热管组持续向下运动，经分离板上的分离切片切分后，包覆层破裂，换热管穿过换热管通过孔后在导向板作用下延伸至副井中；设置于换热封装套管外壁的温度传感器通过数据传输系统将采集的温度信号传输至数据处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地能干热岩树状多点换热综合利用系统，它包括换热系统（1）、监控系统（2）、供暖系统（3）与发电系统（4），所述换热系统（1）包括换热管组（11）、换热井（12）和分离板（13），所述换热管组（11）包括换热管（111）、换热封装套管（112）、数据线集线管（113）、注液管（114）、抽液管（115）、抽液泵（116）、注液控制阀（117）、抽液控制阀（118）和包覆层（119）；所述换热井（12）包括主井（121）和副井（122）；所述监控系统（2）包括控制模块（21）、数据采集系统（22）、数据传输系统（23）、数据处理模块（24）与显示模块（25），其特征在于：通过换热系统（1）将低温换热介质与具有高温地热能的干热岩层换热，换热后的高温换热介质分别与供暖系统（3）与发电系统（4）的进液口连通，供暖系统（3）与发电系统（4）的出液口分别与换热系统（1）连通，监控系统（2）监控换热系统的换热过程；所述换热系统（1）中：由碳纤维和钛镍金属丝混纺编制成空心换热管单体，内径由大到小的多根换热管单体由内向外套设在一起形成换热管（111），相临两层换热管单体之间设置有缝隙；所述换热封装套管（112）侧壁设置有空腔，换热管（111）封装于换热封装套管（112）的空腔中，若干根封装后的换热封装套管（112）环抱呈圆柱体，形成换热管组（11），换热管组（11）外包裹有包覆层（119），所述换热封装套管（112）侧壁的空腔内还设置有数据线集线管（113），数据线集线管（113）与换热封装套管（112）一体成型，数据线集线管（113）内壁设置有隔热涂层，数据线设置于数据线集线管（113）内组成数据传输系统（23）；换热封装套管（112）内壁设置有注液管（114）和抽液管（115），注液管（114）与换热封装套管（112）一体成型，所述注液管（114）延伸至换热封装套管（112）底部，所述抽液管（115）设置于换热封装套管（112）内壁的顶部，每根抽液管（115）上均设置有抽液控制阀（118），若干抽液管（115）汇集成主抽液管，主抽液管出水口上设置有抽液泵（116），注液管（114）上设置有注液控制阀（117），所述控制模块（26）控制抽液泵（116）、注液控制阀（117）与抽液控制阀（118）开启或关闭；所述主井（121）竖直设置于地表内，主井（121）底部设置有分离板（13），主井（121）下底面与若干副井（122）连通，所述副井（122）由竖井（1221）或斜井（1222）或水平井（1223）或上述不同形态的井任意组合形成，竖井（1221）、斜井（1222）与水平井（1223）首尾相接，根据地热能实际储量分别设置每一副井（122）中水平井（1223）的角度与深度；换热管组（11）设置于主井（121）内，换热管组（11）经分离板（13）分离后，换热管（111）分别延伸至相应副井（122）中；所述主井（121）与副井（122）内壁均设置有护井套管（123）；所述监控系统（2）中：数据采集系统（22）设置于换热系统（1）中，数据采集系统（22）将采集的数据通过数据传输系统（23）传送至数据处理模块（24），数据处理模块（24）信号输出端分别与显示模块（25）和控制模块（26）电气连接；所述数据采集系统（22）包括温度传感器（221）、流速传感器（222）与真空度检测器（223），沿换热封装套管（112）内壁每隔100~150米分别设置有若干温度传感器（221），沿换热封装套管（112）外壁每隔300~500米亦分别设置有若干温度传感器（221）；在换热封装套管（112）内壁的上部、中部以及抽液口和注液口处分别设置有流速传感器（222）；在换热封装套管（112）侧壁的空腔中，每隔100~150米分别设置有若干真空度检测器（223）；温度传感器（221）、流速传感器（222）与真空度检测器（223）分别与所述数据线连通。...

【技术特征摘要】
1.一种地能干热岩树状多点换热综合利用系统，它包括换热系统（1）、监控系统（2）、供暖系统（3）与发电系统（4），所述换热系统（1）包括换热管组（11）、换热井（12）和分离板（13），所述换热管组（11）包括换热管（111）、换热封装套管（112）、数据线集线管（113）、注液管（114）、抽液管（115）、抽液泵（116）、注液控制阀（117）、抽液控制阀（118）和包覆层（119）；所述换热井（12）包括主井（121）和副井（122）；所述监控系统（2）包括控制模块（21）、数据采集系统（22）、数据传输系统（23）、数据处理模块（24）与显示模块（25），其特征在于：通过换热系统（1）将低温换热介质与具有高温地热能的干热岩层换热，换热后的高温换热介质分别与供暖系统（3）与发电系统（4）的进液口连通，供暖系统（3）与发电系统（4）的出液口分别与换热系统（1）连通，监控系统（2）监控换热系统的换热过程；所述换热系统（1）中：由碳纤维和钛镍金属丝混纺编制成空心换热管单体，内径由大到小的多根换热管单体由内向外套设在一起形成换热管（111），相临两层换热管单体之间设置有缝隙；所述换热封装套管（112）侧壁设置有空腔，换热管（111）封装于换热封装套管（112）的空腔中，若干根封装后的换热封装套管（112）环抱呈圆柱体，形成换热管组（11），换热管组（11）外包裹有包覆层（119），所述换热封装套管（112）侧壁的空腔内还设置有数据线集线管（113），数据线集线管（113）与换热封装套管（112）一体成型，数据线集线管（113）内壁设置有隔热涂层，数据线设置于数据线集线管（113）内组成数据传输系统（23）；换热封装套管（112）内壁设置有注液管（114）和抽液管（115），注液管（114）与换热封装套管（112）一体成型，所述注液管（114）延伸至换热封装套管（112）底部，所述抽液管（115）设置于换热封装套管（112）内壁的顶部，每根抽液管（115）上均设置有抽液控制阀（118），若干抽液管（115）汇集成主抽液管，主抽液管出水口上设置有抽液泵（116），注液管（114）上设置有注液控制阀（117），所述控制模块（26）控制抽液泵（116）、注液控制阀（117）与抽液控制阀（118）开启或关闭；所述主井（121）竖直设置于地表内，主井（121）底部设置有分离板（13），主井（121）下底面与...

【专利技术属性】
技术研发人员：米光明，白建盛，崔建平，张雨，石星，
申请(专利权)人：山西泰杰地能干热岩有限公司，
类型：新型
国别省市：山西,14