可持续利用的跨季节地热能开发系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种可持续利用的跨季节地热能开发系统，包括：地热井、井下外管、可切换地热井隔封、绝热套管、井下内管、多级板换、热泵、用户、循环水箱、可再生热源、梯级利用系统循环泵、跨季节不热系统循环泵、夏季供冷系统循环泵及多个阀门，其中，可切换地热井隔封设置在地热储层的低温区与高温区之间，通过对可切换地热井隔封进行切换，使可持续利用的跨季节地热能开发系统进入不同的能源开发模式。本实用新型专利技术应用范围广、长期运行经济性佳、环保效益显著，彻底解决地热单井供能小、长期使用热量衰减等问题，并提高了地热能利用的热源稳定性和经济最优性，在开发地热能的同时保护了地热资源的可持续性。

Cross season geothermal energy development system for sustainable utilization

The utility model provides a cross season geothermal energy development system for sustainable utilization, which includes: geothermal well, underground outer pipe, switchable geothermal well seal, heat insulation casing, underground inner pipe, multi-stage plate exchange, heat pump, user, circulating water tank, renewable heat source, cascade utilization system circulating pump, cross season non heating system circulating pump, summer cooling system circulating pump and a plurality of valves The switchable geothermal well seal is set between the low temperature area and the high temperature area of the geothermal reservoir. By switching the switchable geothermal well seal, the cross season geothermal energy development system with sustainable utilization can enter into different energy development modes. The utility model has the advantages of wide application range, good long-term operation economy and remarkable environmental protection benefits, completely solves the problems of small energy supply of single geothermal well and long-term use heat attenuation, improves the heat source stability and economic optimality of geothermal energy utilization, and protects the sustainability of geothermal resources while developing geothermal energy.

【技术实现步骤摘要】
可持续利用的跨季节地热能开发系统
本技术涉及能源
，特别涉及一种可持续利用的跨季节地热能开发系统。
技术介绍
可持续利用的跨季节地热能开发技术主要应用于地热能开发利用行业，包括地热能供热、制冷等领域，以及地热能与种植养殖业等结合的相关领域。当前，地热能开采供热主要利用对井和单井两种形式，单井利用主要以采热不采水的形式，这种受限于当地的地热条件，单井开采能力直接关系单井供能能力。目前扩大单井供能能力的措施主要有常规的地热能梯级利用、利用燃气锅炉、电锅炉等设备进调峰式多能互补等，其中地热能梯级利用和燃气锅炉、电锅炉等设备调峰式多能互补，需要增加系统投入和设备运行成本，直接影响经济性。目前相关技术中提出了一种利用中深层无干扰地岩热换热孔作冷热源的系统，该系统包括设置在地岩热换热孔中的制冷外管，制冷外管中设置有中层管，中层管中设置有中心管，制冷外管的底端处于冷源区域下表面位置，制冷外管的底端连接外衔接管，中层管的底端连接冷热转换器的顶端，冷热转换器的底端通过内衔接管连接制热换热管，中心管贯穿至制热换热管的底部，并在制热换热管底部相连通，制热换热管的底端连接稳定锥，所述冷热转换器的侧面开有与制冷外管相连通的出流孔，所述外衔接管与内衔接管之间有密封环且冷热转换器位于密封环的上部，所述制冷外管的顶端设置有各带阀门的三口分水器，一路连通回水口与中层管，一路连通制冷出水口与制冷外管，另一路连通制热出水口与中心管，从而在夏季形成回水口—中层管—冷热转换器—制冷外管—制冷出水口的冷源利用回路，在冬季形成回水口—中层管—冷热转换器—内衔接管—制热换热管—中心管—制热出水口的热源利用回路。然而，该系统具有如下的缺点：系统供能能力极大程度依赖于当地地热资源，无法扩大应用范围；冬季供能过程中地温逐渐下降，但是夏季仅针对0～1000米内土壤层注热，长期使用将导致单井供能能力逐年下降。目前相关技术中还提出了一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，该供热系统包括热源、吸收式热泵、热用户、太阳能集热器、地埋管、若干循环水泵以及各种连接管路和附件，来自热源的一次热网高温热水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵的低位热源，吸收式热泵蒸发器与地埋管相连，热媒从土壤中吸热到吸收式热泵蒸发器中放热；在采暖期太阳能集热器作为供热系统辅助热源与地埋管联合供热，在非采暖期太阳能集热器作为回灌热源，用以恢复地埋管周围土壤温度，维持土壤热能的收支平衡；二次热网的回水通过吸收式热泵被加热后通过二次热网送至热用户。然而，该系统具有如下缺点：该系统主要由热网供热，地热能和太阳能的能量仅作为辅助热源，并不是供能源头；系统利用的地热能仅涉及浅层地埋热管，无法推广至中深层地热利用系统，没有充分利用地热资源。
技术实现思路
本技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本技术的目的在于提出一种可持续利用的跨季节地热能开发系统，该系统应用范围广、长期运行经济性佳、环保效益显著，彻底解决地热单井供能小、长期使用热量衰减等问题，并提高了地热能利用的热源稳定性和经济最优性，在开发地热能的同时保护了地热资源的可持续性。为了实现上述目的，本技术提出了一种可持续利用的跨季节地热能开发系统，包括：地热井、井下外管、可切换地热井隔封、绝热套管、井下内管、多级板换、热泵、用户、循环水箱、可再生热源、梯级利用系统循环泵、跨季节不热系统循环泵、夏季供冷系统循环泵及多个阀门，所述多级板换、热泵、用户、循环水箱、可再生热源、梯级利用系统循环泵、跨季节不热系统循环泵、夏季供冷系统循环泵通过所述多个阀门选择性地连接，其中，所述可切换地热井隔封设置在地热储层的低温区与高温区之间，通过对所述可切换地热井隔封进行切换，使所述可持续利用的跨季节地热能开发系统进入不同的能源开发模式。另外，根据本技术上述的可持续利用的跨季节地热能开发系统还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述不同的能源开发模式至少包括：冬季多能互补供热模式、夏季供冷模式和跨季节储热模式。在一些示例中，在冬季时，所述可切换地热井隔封打开，在所述井下外管和绝热套管之间形成由井口至井底的通路，循环水可以在整个井内循环；在夏季时，所述可切换地热井隔封关闭，将所述地热井分隔为上下两层，循环水仅能在所述可切换地热井隔封至井口之间的区域循环。在一些示例中，在所述冬季多能互补供热模式下，利用所述循环水箱势能将循环水注入所述井下外管和绝热套管之间形成的换热空间内，经过充分换热提取地热储层热量，换热后的热水延所述井下内管被送至多级板换，经所述多级板换和热泵换热供给用户热量。在一些示例中，所述多级板换至少包括第一级板换和第二级板换，所述第一级板换一次侧换热后的尾水通过所述可再生热源加热，提高供水温度后在进入所述第二级板换和热泵的梯级利用循环中，经过所述第二级板换充分换热后的尾水循环至所述循环水箱，重新进入所述地热井进行循环换热。在一些示例中，在所述夏季供冷模式下，将地热储层的低温区作为所述用户供冷循环的冷源，所述用户的热量由所述井下内管注入，流经所述可切换地热井隔封，在所述绝热套管和所述井下外管之间进行换热，换热后的冷水再对所述用户供冷。在一些示例中，在所述跨季节储热模式下，所述可再生热源从所述井下内管注入，流经所述可切换地热井隔封，在所述绝热套管和所述井下外管之间进行换热，将热量换给地热储层低温区。在一些示例中，所述跨季节储热模式的开启时间和周期可以根据所述可再生热源的类型确定。在一些示例中，根据所述可再生热源的最高供热温度确定跨季节储热的覆盖区域的区域深度。在一些示例中，所述可再生热源至少包括太阳能、风能、生物质能中的一种。根据本技术的可持续利用的跨季节地热能开发系统，具有如下有益效果：(1)通过单井实现供热和供冷功能，实现了单井能力的极大限度开发，降低了初投资和运行成本，具有极佳的经济性。(2)采用井下换热技术，取热不取水，综合利用可再生热源，充分发挥地热能在内的可再生能源显著的环保效益。(3)引入可再生热源进行跨季节储热，并依据可再生能源的品质划分了低温区和高温区，提高了地温梯度的恢复能力，保护了地热能资源的长期可持续利用效果，保证了能源供给的安全稳定。(4)将可再生热源补充在梯级利用系统当中，通过多能互补将整体能源利用效率提高，从而提高了项目开发运行的经济效益。(5)可再生热源类型的多样性和切入点的自由性，极大地提升了地热能开发的可适用范围，使得地热能开发不再受单一的地热资源限制，有助于地热能的推广应用。本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本技术一个实施例的可持续利用的跨季节地热能开发系统的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可持续利用的跨季节地热能开发系统，其特征在于，包括：地热井、井下外管、可切换地热井隔封、绝热套管、井下内管、多级板换、热泵、用户、循环水箱、可再生热源、梯级利用系统循环泵、跨季节不热系统循环泵、夏季供冷系统循环泵及多个阀门，所述多级板换、热泵、用户、循环水箱、可再生热源、梯级利用系统循环泵、跨季节不热系统循环泵、夏季供冷系统循环泵通过所述多个阀门选择性地连接，其中，所述可切换地热井隔封设置在地热储层的低温区与高温区之间，通过对所述可切换地热井隔封进行切换，使所述可持续利用的跨季节地热能开发系统进入不同的能源开发模式。

【技术特征摘要】
1.一种可持续利用的跨季节地热能开发系统，其特征在于，包括：地热井、井下外管、可切换地热井隔封、绝热套管、井下内管、多级板换、热泵、用户、循环水箱、可再生热源、梯级利用系统循环泵、跨季节不热系统循环泵、夏季供冷系统循环泵及多个阀门，所述多级板换、热泵、用户、循环水箱、可再生热源、梯级利用系统循环泵、跨季节不热系统循环泵、夏季供冷系统循环泵通过所述多个阀门选择性地连接，其中，所述可切换地热井隔封设置在地热储层的低温区与高温区之间，通过对所述可切换地热井隔封进行切换，使所述可持续利用的跨季节地热能开发系统进入不同的能源开发模式。2.根据权利要求1所述的可持续利用的跨季节地热能开发系统，其特征在于，所述不同的能源开发模式至少包括：冬季多能互补供热模式、夏季供冷模式和跨季节储热模式。3.根据权利要求2所述的可持续利用的跨季节地热能开发系统，其特征在于，在冬季时，所述可切换地热井隔封打开，在所述井下外管和绝热套管之间形成由井口至井底的通路，循环水可以在整个井内循环；在夏季时，所述可切换地热井隔封关闭，将所述地热井分隔为上下两层，循环水仅能在所述可切换地热井隔封至井口之间的区域循环。4.根据权利要求2或3所述的可持续利用的跨季节地热能开发系统，其特征在于，在所述冬季多能互补供热模式下，利用所述循环水箱势能将循环水注入所述井下外管和绝热套管之间形成的换热空间内，经过充分换热提取地热储层热量，换热后的热水延所述井下内管被送至多级板换，经所述多级...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金龙，李晶，王含，郑新，张迪，王绪伟，周杲昕，张小铮，孙雨潇，
申请(专利权)人：国家电投集团科学技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11