包括在太阳能增强材料回收中用于能量存储/释放的相变和/或反应材料，以及相关的系统和方法技术方案

所公开的技术包括将太阳能转换成热能并传送用于在过程中使用的热。典型的方法包括将太阳能传递至工作流体，并将能量从工作流体转移至安置在加热井内的加热元件。加热井包含热能存储物质(TESS)。控制器控制与TESS热连通的加热元件。在一些实施方式中，TESS释放并吸收作为潜热的热，这减少了加热井与加热井周围地层之间热交换中的温度变化。在这样的实施方式中，TESS安置在加热元件和加热井的外套管之间。除加热井之外，所公开的技术可应用于涉及热传送的其他过程。

Phase change and/or reactive materials for energy storage/release in solar energy enhancement material recovery, and related systems and methods

The technologies disclosed include converting solar energy into heat energy and transmitting heat for use in the process. Typical methods include transferring solar energy to the workflow and transferring energy from the workflow to the heating elements placed in the heating well. The heating well contains the heat storage material (TESS). The controller controls the heating element connected with the TESS heat. In some embodiments, TESS releases and absorbs latent heat, which reduces temperature variations in the heat exchange between the heating well and the formation around the heating well. In such a way of implementation, the TESS is positioned between the heating element and the outer casing of the heating well. In addition to heating wells, the disclosed technology can be applied to other processes involving heat transfer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括在太阳能增强材料回收中用于能量存储/释放的相变和/或反应材料，以及相关的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年11月13日提交的美国临时申请第62/255,247的优先权，其通过引用并入本文中。
本专利技术技术通常涉及用于太阳能提高石油采收率的相变和/或反应材料以及相关的系统和方法。
技术介绍
蒸馏是一种包括加热油页岩的不断发展的工业方法。油页岩是含有油母岩质(kerogen)的细粒沉积岩。作为蒸馏过程的一部分，油母岩质可在地上或地下进行加热。在高温下，油页岩中的油母岩质发生化学反应并转化为烃气体和液体。烃气体和液体是蒸馏过程中具有价值的产物。用于蒸馏的系统和方法可在非原位或原位下进行。在非原位过程中，在油页岩开采后，油页岩通常在地面上的容器中进行加热及处理。在原位过程中，油页岩通常在地下进行加热，加热过程的产物通过生产井来提取。对于非原位和原位蒸馏过程来说，两者都需要大量的热能。非原位蒸馏过程通常需要所得气体和油中所含热能的约25％，而原位蒸馏过程通常需要所得气体和油中所含热能的约50％。图1提供了根据现有技术的原位蒸馏过程的概况。加热井1010a-b将多年的热量传送至含油母岩质(kerogen-bearing)的地层1020a-b(统称为“地层”)。加热井1010a-b可将地层1020a-b加热第一段时间(例如，几年)。加热之后，生产井1030将转化/释放的烃产物传送至地面。虽然图1中未示出，但可以使用垂直井和水平井。加热井中的热源可以为电能(位于井中的电加热元件，由地面处的发电机提供电能)或直热(在井内循环的传热液体或气体，由地面上的设备进行加热)。而且，虽然图1中未示出，但是加热井1010a-b最初可以将地层加热数年，并在一段时间后，加热井1010a-b可转化为生产井。原位过程面临与加热地层1020a-b相关的一些挑战。例如，非均匀地加热地层1020a-b的加热井可能导致不良的反应，包括过度的焦化或所产生的烃分子的平均质量的不良偏移。不一致的空间热通量(spatialheatflux)可能导致“冷点”和“热点”，其中在“冷点”处转化反应未完成，在“热点”处由于过热而发生不良反应。类似地，产生时变热通量(time-varyingheatflux)的能源可能会导致较慢的加热时间，这会延迟或减少烃的产生和/或导致断断续续的不良反应。在加热井中使用加热元件面临若干挑战。例如，如图2所示，电加热元件2010可具有沿着元件的长度而变化的电阻。电加热元件2010可在加热井1010a内扭曲、转动或弯曲。沿着电加热元件2010的长度的变化电阻以及加热元件中的变形可能引发不均匀加热，进而导致热点(hotspots)。此外，避免热点对于用于原位过程的电加热元件的设计提出了特别的挑战。大多数用作电导体的金属合金随着温度升高呈现出增大的电阻。例如，当局部较高的热能值在加热井中产生热点时，这些热点可能由于增大的电阻而引发进一步的热不均匀性，并因此导致更大的局部热损耗。然而，这个缺点并不限于电加热器。许多类型的加热元件例如流体加热元件(例如，导管(conduit)内的加热的工作流体)也可能因为流体轴承导管(fluid-bearingconduit)与井筒之间不断变化的热接触而产生热点和冷点。与蒸馏过程相关联的另一个挑战是确定具有成本效益并且不会对环境有害的能源。图3中示出了一个典型的太阳能系统。太阳能系统3000包括将入射的太阳能辐射集中到相应的接收器3010(例如，具有工作流体的管道)上的多个太阳能收集器3020。太阳能收集器3020具有高度反射的(例如，镜像的)表面，该表面将入射的太阳能辐射重新引导并聚焦到接收器3010上。接收器3010接收被加压的且被引导至和通过接收器3010的流体(例如，来自源3030的水)。水转化为蒸汽，其用于直接加热油层，或转化为用于石油采收和/或其他过程的电能。如图3所示，接收器3010和太阳能收集器3020可排列成行。在特定的实施方式中，这些行以大致东-西构型进行排列，使得太阳能收集器3020通常面向赤道。太阳能系统3000可包括驱动器(未示出)以改变太阳能收集器3020的角度，以适应太阳的每日或季节差异。继续参考图3，太阳能收集器3020和接收器3010可容纳在外壳3040中。外壳3040可包括壁和顶部，该壁和顶部可提供受保护的内部区域与外部区域之间的边界。特别地，外壳3040可保护太阳能收集器3020免受可能存在于外部区域中的风、灰尘、污物(dirt)、污染物(contaminants)和/或其他潜在地破坏性的或模糊的环境元素的影响。同时，外壳3040可包括透射表面，例如，在外壳3040的壁和/或顶部处，以允许太阳能辐射进入内部区域及太阳能收集器3020。例如，在特定的实施方式中，外壳3040的绝大多数表面区域(包括壁和顶部)由玻璃或其他合适的透射和/或透明材料(例如，塑料或聚合物)制造而成。尽管太阳能可具有成本效益并且不会对环境有害，但其作为能量源却面临挑战。例如，太阳能并不是在任何时候都是可用的，并且可能因地区、时间、天气和季节而改变。而且，尽管以上参考图1-3所描述的布置适合于从油页岩回收燃料并收集太阳能，以用于石油采收过程(oilrecoveryprocesses)，但专利技术人已经确定了可显著改进系统及方法性能的若干技术，如下面进一步详细讨论的。在阅读以下具体实施例后，现有或之前系统的其他限制对于本领域技术人员将是显而易见的。附图说明图1是根据现有技术配置的原位蒸馏过程的部分示意性等轴测图。图2是图1中所示的原位蒸馏过程中所使用的加热井的一部分的横截面图。图3是根据现有技术用于收集太阳能的太阳能收集器的部分示意性等轴测图。图4是示出环境的部分示意性框图，在该环境中本技术的实施方式进行操作以对加热井加热。图5A-5C示出了根据本技术的实施方式的包含用于加热地层的热能存储物质的加热井的部分示意性横截面侧视图。图6A-6C示出了根据本技术的实施方式配置的加热井的部分示意性横截面俯视图。图7A是根据本技术的实施方式配置的具有热能存储物质的加热井的部分示意性横截面侧视图。图7B示出了图7A中所示的加热井的相应温度曲线(temperatureprofile)。图8A是根据本技术的实施方式的具有经历化学反应的热能存储物质的加热井的部分示意性横截面俯视图。图8B示出了图8A中所示的加热井的相应温度曲线(temperatureprofile)。图9是示出根据本技术的实施方式配置的系统的模拟结果的图。具体实施例本技术通常涉及通过将热能存储物质(TESS)插入热传送系统(例如，加热井)中并使用热传送系统来加热TESS而获得的相对等温加热过程。尽管将热输入TESS的速率可能变化很大(例如，由于太阳能的可用性的变化)，该过程可继续在等温条件下将热传送给地层。本技术还涉及非等温加热过程。在非等温实施方式中，热传送系统可包括在一定温度范围内熔化的TESS，例如熔盐。大多数熔盐由无机盐的混合物制备而成，其固体溶液构成在一定温度范围内，而不是单一温度下，熔化的新材料。这可能是相当窄的温度范围，尤其是在低共熔混合物的情况下。然而，例如，如果混合物不完全是低共熔混合物，或者如果存在污染物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将热传送至地下位置的方法，包括：通过多个太阳能收集器将太阳能传递至工作流体；引导所述工作流体通过循环以至少部分地将能量从所述工作流体传递至地下加热井，其中所述循环至少部分地延伸穿过所述地下加热井，并且其中所述地下加热井包含安置在所述工作流体与所述地下加热井的外套管之间的热能存储物质(TESS)；并且控制所述工作流体的流动以使所述TESS在至少一个相变温度下经历至少部分相变或在至少一个化学变化温度下经历部分化学变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.13 US 62/255,2471.一种用于将热传送至地下位置的方法，包括：通过多个太阳能收集器将太阳能传递至工作流体；引导所述工作流体通过循环以至少部分地将能量从所述工作流体传递至地下加热井，其中所述循环至少部分地延伸穿过所述地下加热井，并且其中所述地下加热井包含安置在所述工作流体与所述地下加热井的外套管之间的热能存储物质(TESS)；并且控制所述工作流体的流动以使所述TESS在至少一个相变温度下经历至少部分相变或在至少一个化学变化温度下经历部分化学变化。2.根据权利要求1所述的方法，其中将足够量的TESS安置在所述工作流体与所述地下加热井的所述外套管之间，以减少所述地下加热井的所述外套管与所述地下加热井周围一部分地层之间的热交换中的温度变化。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制所述工作流体的流动使得所述TESS的所述温度在所述至少一个相变温度的20摄氏度内或在所述至少一个化学变化温度的20摄氏度内。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：接收来自非太阳能能源的能量；和将来自所述非太阳能能源的能量传递至所述工作流体，其中至少部分地基于太阳能和非太阳能的相对可用性来执行从所述非太阳能能源传递能量，并且其中所述非太阳能能源是以下中的至少一个：风、在非高峰时期来自电网的电能、来自电网的电能、天然气或其任何组合。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：接收来自非太阳能能源的能量；和将来自所述非太阳能能源的能量传递至所述工作流体。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述TESS具有高于250摄氏度的相变温度。7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述工作流体已经通过所述地下加热井的至少一部分之后，引导所述工作流体通过热量回收单元；和将来自回收的工作流体的热能传递至原位过程中。8.一种热传递的方法，包括：收集太阳能；将所述太阳能转换成电能；和将至少一些所述电能传递至导管内的电加热元件，其中所述导管运送热能存储物质(TESS)，并且其中所述TESS安置在所述电加热元件与所述导管的套管之间。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述电加热元件是第一电加热元件，并且其中所述方法进一步包括：将至少一些所述电能传递至所述导管内的第二电加热元件，其中所述第二电加热元件与所述第一电加热元件间隔开并且与所述第一电加热元件并联电连接，其中所述第一电加热元件具有第一区，该第一区具有第一电阻，以及其中所述第二电加热元件具有第二区，该第二区具有与所述第一电阻不同的第二电阻；和增加提供至所述第一电加热元件或第二电加热元件中的至少一个的功率，以加热与所述第一电加热元件或第二电加热元件中的至少一个热连通的TESS。10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：接收来自非太阳能能源的能量；和将来自非太阳能能源的能量传递至所述第一电加热元件或第二电加热元件中的至少一个。11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：增加或减少提供至所述第一电加热元件或第二电加热元件中的至少一个的电功率，以将所述TESS的温度控制在所述TESS的相变温度的3摄氏度内。12.根据权利要求8所述的方法，其中所述导管至少部分地延伸穿过加热井，并且其中所述加热井位于含有油母岩质的地层中。13.根据权利要求8所述的方法，其中所述导管位于化学处理设备中，并且其中将所述太阳能转换为电能是通过光伏(PV)电池单元进行的。14.根据权利要求8所述的方法，其中所述TESS具有熔化温度范围或化学变化温度范围。15.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：通过控制运送颗粒状固体TESS材料进入所述导管的加压流动空气流将所述TESS传送至所述导管中。16.一种加热系统，包括：多个太阳能聚光器，其被设置以将太阳能聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·塞特尔·奥唐纳，池阿基·特雷诺，丹尼尔·帕尔默，
申请(专利权)人：玻点太阳能有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US