一种基于固体热传导的高效地热利用系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于固体热传导的高效地热利用系统，包括传热井、地下集热段、地面热交换装置和固态传热杆，传热井设置在地层中，其上端向上延伸至地面处，其下端向下延伸至地热储层中，传热井位于所述地热储层中的部分形成地下集热段，以收集地热储层中的地热能量，地面热交换装置设置在地面，固态传热杆设置在传热井中，其一端与地面热交换装置连接，另一端向下延伸至地下集热段中，将地下集热段收集的地热储层中的地热能量传导到地面热交换装置中。本实用新型专利技术提供了一种基于固体热传导的高效地热利用系统，利用固体介质实现地热传输，其核心部件固体传热杆系统和相关的集热隔热系统有高效，环保，应用范围广等优点。

An efficient geothermal utilization system based on solid heat conduction

【技术实现步骤摘要】
一种基于固体热传导的高效地热利用系统
本技术涉及地热资源利用领域。更具体地说，本技术涉及一种基于固体热传导的高效地热利用系统。
技术介绍
地热资源是重要的可再生资源之一。从地热利用温度范围的不同，主要分为两种：一种为中低温地热，温度范围通常为150℃以下，中低温地热资源通常分布于浅层地下或地表。一种为高温地热，温度范围为150℃至360℃。高温地热资源通常分布于深层地下，如干热岩层，高温蒸汽等(其深度可达5000米到7000米，甚至更深)。中低温地热通过地源热泵将地热资源传导至地上，实现为建筑供暖，热水器供热。高温地热通过蒸汽涡轮实现发电。本技术的地热利用系统适用于全域的中低温地热和高温地热利用。常规地热利用系统中的传热介质通常为液体、蒸汽或者液体和蒸汽的混合体。高温液体，蒸汽通过管道将地热能从地下带到地上。常规地热利用方法中，一部分地热能不可避免地转化为传输介质的能量而损失耗散。另外，液体、蒸汽在管道中传输会有摩阻、管道腐蚀、结垢等一系列问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于固体热传导的高效地热利用系统，利用固体介质实现地热能量传输，其核心部件固体传热杆有高效，环保，应用范围广等优点。为了实现根据本技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于固体热传导的高效地热利用系统，包括传热井、地下集热段、地面热交换装置和固态传热杆，所述传热井设置在地层中，其上端向上延伸至地面处，其下端向下延伸至地热储层中，所述传热井位于所述地热储层中的部分形成所述地下集热段，以收集地热储层中的地热能量，所述地面热交换装置设置在地面，所述固态传热杆设置在所述传热井中，其一端与所述地面热交换装置连接，另一端向下延伸至所述地下集热段中，以将所述地下集热段收集的地热储层中的地热能量传导到所述地面热交换装置中。优选的是，所述的一种基于固体热传导的高效地热利用系统中，所述地下集热段包括外层套管和导热界面材料，所述外层套管设置在地热储层中，所述传热井内设有套管，其上端向上延伸至地面处，其下端与所述外层套管连通，所述固态传热杆位于所述地下集热段的部分和所述外层套管的内壁之间填充有所述导热界面材料，以使所述固态传热杆位于所述地下集热段的部分通过导热界面材料与地热储层充分接触并吸收地热热能。优选的是，所述的一种基于固体热传导的高效地热利用系统中，所述固态传热杆为单根导热杆或多根导热杆组成的导热杆束，所述导热杆束的一端与所述地面热交换装置连接，其另一端穿过所述套管并延伸至地热储层中。优选的是，所述的一种基于固体热传导的高效地热利用系统中，所述导热杆束位于所述套管(41)内的部分，其外套设有隔热层。优选的是，所述的一种基于固体热传导的高效地热利用系统中，所述导热杆可采用金属、合金、碳纳米管、石墨烯、金刚石、碳材料或硅材料制成，或者采用其他材料热导率大于200W.m-1.K-1的材料制成。优选的是，所述的一种基于固体热传导的高效地热利用系统中，所述套管可采用玻璃纤维复合材料或钢管制成。优选的是，所述的一种基于固体热传导的高效地热利用系统中，还包括压力控制装置，所述压力控制装置和所述套管的内部连通，以调节所述套管内部的压力。优选的是，所述的一种基于固体热传导的高效地热利用系统中，还包括至少一段斜井集热段或水平井集热段，所述斜井集热段或水平井集热段设置在地热储层中，其一端与所述传热井连接。本技术利用固体介质传输地热，避免流体在传输过程中的能量损耗，以及管道腐蚀、结垢引起的一系列问题；同时避免由于介质交换带来的地下环境破坏和污染。由于本技术中不再需要将地面上的传热介质打入到地下或者把底下的介质抽取到地面，其一是不会破坏地面或地下的环境，同时不使用介质泵，可以减少建设和营运的成本，同时也减少了噪音的产生。本技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本技术一实施例所述的地热利用系统的结构示意图；图2为本技术一实施例所述的固态传热杆的横截面示意图；图3为本技术另一实施例所述的固态传热杆的横截面示意图；图4为本技术另一实施例所述的地热利用系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。需要说明的是，在本技术的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。如图1所示，本技术的实施例提供一种基于固体热传导的高效地热利用系统，包括传热井1、地下集热段2、地面热交换装置3和固态传热杆4，所述传热井1设置在地层中，其上端向上延伸至地面处，其下端向下延伸至地热储层中，所述传热井1位于所述地热储层中的部分形成所述地下集热段2，以收集地热储层中的地热能量，所述地面热交换装置3设置在地面，所述固态传热杆4设置在所述传热井1中，其一端与所述地面热交换装置3连接，另一端向下延伸至所述地下集热段2中，以将所述地下集热段2收集的地热储层中的地热能量传导到所述地面热交换装置3中。上述技术方案中，地热利用系统包括传热井1、地下集热段2、地面热交换装置3和固态传热杆4，传热井1设置在地层中，将地下集热段2作为传热井1的延伸设置在地热储层中，对于中低温地热储层一般存在于浅层地下土层或水层，高温地热储层通常位于地下干热岩层或地下热蒸汽富集区，地面热交换装置3设置在传热井1上端开口处，并将固态传热杆4的一端与地面热交换装置3连接，传热杆4的另一端延伸至地下集热段2中，地面热交换装置3均为现有技术可实现的；通过固态传热杆4位于地下集热段2的部分收集地热储层中的地热能量，并通过固态传热杆4位于传热井1的部分将地热能量传递至地面热交换装置3，地面热交换装置3也可采用现有的热交换装置，将地热用于供暖或热力发电。所述的一种基于固体热传导的高效地热利用系统中，所述地下集热段2包括用于导热的外层套管21和导热界面材料22，所述外层套管21设置在地热储层中，所述传热井1内设有套管41，其上端向上延伸至地面处，其下端与所述外层套管21连通，所述固态传热杆4位于所述地下集热段2的部分和所述外层套管21的内壁之间填充有所述导热界面材料22，以使所述固态传热杆4位于所述地下集热段2的部分通过导热界面材料22与地热储层充分接触并高效吸收地热热能。在另一种技术方案中，地下集热段2包括外层套管21和导热界面材料22，外层套管21采用导热性能良好的材料制作，其设置在地热储层中,固态传热杆4位于所述地下集热段2的部分和所述外层套管21的内壁之间填充有导热界面材料2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于固体热传导的高效地热利用系统，其特征在于，包括传热井(1)、地下集热段(2)、地面热交换装置(3)和固态传热杆(4)，所述传热井(1)设置在地层中，其上端向上延伸至地面处，其下端向下延伸至地热储层中，所述传热井(1)位于所述地热储层中的部分形成所述地下集热段(2)，以收集地热储层中的地热能量，所述地面热交换装置(3)设置在地面,所述固态传热杆(4)设置在所述传热井(1)中，其一端与所述地面热交换装置(3)连接，另一端向下延伸至所述地下集热段(2)中，以将所述地下集热段(2)收集的地热储层中的地热能量传导到所述地面热交换装置(3)中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于固体热传导的高效地热利用系统，其特征在于，包括传热井(1)、地下集热段(2)、地面热交换装置(3)和固态传热杆(4)，所述传热井(1)设置在地层中，其上端向上延伸至地面处，其下端向下延伸至地热储层中，所述传热井(1)位于所述地热储层中的部分形成所述地下集热段(2)，以收集地热储层中的地热能量，所述地面热交换装置(3)设置在地面,所述固态传热杆(4)设置在所述传热井(1)中，其一端与所述地面热交换装置(3)连接，另一端向下延伸至所述地下集热段(2)中，以将所述地下集热段(2)收集的地热储层中的地热能量传导到所述地面热交换装置(3)中。


2.如权利要求1所述的一种基于固体热传导的高效地热利用系统，其特征在于，所述地下集热段(2)包括外层套管(21)和导热界面材料(22)，所述外层套管(21)设置在地热储层中，所述传热井(1)内设有套管(41)，其上端向上延伸至地面处，其下端与所述外层套管(21)连通，所述固态传热杆(4)位于所述地下集热段(2)的部分和所述外层套管(21)的内壁之间填充有所述导热界面材料(22)，以使所述固态传热杆(4)位于所述地下集热段(2)的部分通过导热界面材料(22)与地热储层接触并吸收地热热能。


3.如权利要求2所述的一种基于固体热传...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春田，赵瑶，
申请(专利权)人：华赢管道监测技术服务湖北有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42