生产地热能的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于生产地热能的系统和方法。所述系统包括：a)气密的储冷器和用作储热器的、位于下方的且气密的岩石腔，其中，与储冷器相比，储热器中存在升高的温度以及任选地存在升高的压力；b)注入管线，通过该注入管线能够将储冷器中存在的液体能量交换介质输送到储热器中；c)上升管线，通过该上升管线能够使已变成为液体或超临界聚集态的能量交换介质从储热器返回到储冷器中，上升管线包括用于能量转换的装置。能量转换的装置。能量转换的装置。

【技术实现步骤摘要】
生产地热能的系统和方法


[0001]本专利技术涉及能量生产
，尤其涉及一种用于生产地热能的系统和方法。

技术介绍

[0002]近年来，已在全球范围内大力开发了利用地热能的技术。已测试了工艺中各个组件的新概念，并开辟了以前难以获得的新地热储热器。地热储层的新增产方法、基于新建模方法的工艺控制、作为热交换介质(能量交换介质)的CO2和超临界CO2以及新颖的闭环工艺是该领域的相关发展方向。
[0003]提取地热能的技术系统通常能够根据其系统组件加以区分。相关组件包括：(i)从中提取热量的储层的类型、深度和地质埋藏；(ii)开发热源所需的技术措施(钻井、可能刺激储层等)；(iii)所使用的热交换介质的类型(例如，水、二氧化碳、超临界二氧化碳)；(iv)系统设计为开路(介质与地质环境的直接相互作用(流动))或闭路(热传导具有技术限制(管壁)，而热交换介质不与热交换介质的地质环境直接接触)；(v)回路中热交换介质的温度和压力范围(取决于地质和技术条件)；以及(vi)用于能量转换的系统类型。
[0004]特别地，方法和系统是现有技术中已知的，其中，地下腔用于加热所供应的能量交换介质，然后将其返回到其用于生产能量的表面。特别地，为此目的使用了储孔系统，其包括“覆盖岩石”作为阻挡层，以防止能量交换介质垂直上升(参见例如US8316955B2)。
[0005]这里使用的岩石层是所谓的“敞开的”岩石腔，它们直接与能量交换介质相互作用，从而不能保证岩石腔的气密性或耐压性。因此，这样的开放系统具有以下缺点：所使用的能量交换介质的一部分丢失了，并且必须永久地提供大量的介质以确保连续运行。
[0006]尚未解决的问题是，合理地经济利用工业上使用的地下岩石腔，如废弃的储气设施、采矿坑道或打捞腔，尤其是废弃的盐矿。迄今为止，很少对盐结构中不再使用的地下空腔进行地热利用的可能性进行研究。
[0007]因此，在现有技术中，需要用于生产地热能的系统和方法，其允许将地下岩石腔用于能量生产，而不会像使用现有技术的开放式系统那样，从系统中大量损失所使用的能量交换介质。

技术实现思路

[0008]本专利技术的技术任务是提供一种系统或方法，其能够将地下岩石腔用于地热能生产，而不会损失大量的所使用的能量交换介质。
[0009]通过用于提取地热能的系统和方法，本文提出的本专利技术解决了技术任务。
[0010]本专利技术涉及一种用于生产地热能的系统，包括：
[0011]a.气密的储冷器和用作储热器的、位于下方的且气密的岩石腔，
[0012]其中，与所述储冷器相比，所述储热器中存在升高的温度以及任选地存在升高的压力，
[0013]b.注入管线，通过所述注入管线能够将所述储冷器中存在的液体能量交换介质供
给到所述储热器中，以及
[0014]c.上升管线，通过所述上升管线能够使能量交换介质从所述储热器返回到所述储冷器中，
[0015]其中，所述上升管线包括用于能量转换的装置。
[0016]在本专利技术的实施方式中，根据本专利技术的系统包括以下组件：
[0017]a.气密的储冷器和用作储热器的、位于下方的且气密的岩石腔，
[0018]其中，与所述储冷器相比，所述储热器中存在升高的温度以及任选地存在升高的压力，
[0019]b.注入管线，通过所述注入管线能够将所述储冷器中存在的液体能量交换介质输送到所述储热器中，以及
[0020]c.上升管线，通过所述上升管线能够使已变成为液体或超临界聚集态的能量交换介质从所述储热器返回到所述储冷器中，
[0021]其中，所述上升管线包括用于能量转换的装置。
[0022]根据本专利技术的系统使得能够经由能量交换介质获得地热能，该能量交换介质从地热中吸收能量并且经由能量转换装置释放该能量，从而产生例如电能。在该系统内，所述能量交换介质在准闭合回路中循环。根据本专利技术的系统包括用作储热器的、气密的岩石腔。密封性使得能量交换介质可以直接与周围的岩石相互作用，而无需储层的衬里或管道以防止能量交换介质逸出。所谓的半开放式系统中的这种设计结合了开放式系统中最佳传热的优点，并且与封闭式系统一样，在热交换介质(能量交换介质)方面的损失小。
[0023]在本专利技术的实施方式中，储热器中的温度高于储冷器中的温度。另外，储热器中的压力也可以高于储冷器中的压力。优选地，与储冷器相比，储热器中的温度和压力都增加。
[0024]在本专利技术的实施方式中，储冷器也是气密的岩石腔。储热器和储冷器两者均优选地是位于地下的且气密的岩石腔。
[0025]根据本专利技术的系统既不是实际打开的回路也不是完全闭合的回路，因为注入管线和上升管线优选地是带护套的且隔热的管，而所使用的储层允许岩石与能量交换介质之间的直接接触。根据本专利技术，应该将能量交换介质引入气密的密封岩石腔中(例如，引入废弃的盐矿的盐洞室或盐室中)。跨过腔的边界或壁或岩石表面进行热交换，即，储热器中的介质的加热和储冷器中的介质的冷却。能量交换介质然后被供给到能量转换系统，即能量转换装置。
[0026]在根据本专利技术的系统中，能量交换介质以液体形式存在于储冷器中。这是可能的，因为该系统的排列方式应该使储冷器具有能量交换介质的液体所需的相应温度和压力条件。在人造的地上储冷器的情况下，这可以通过主动调节温度和压力来实现。在由一个或多个岩石腔形成的地下储冷器的替代情况下，合适的温度是由周围的岩石确定。由于本专利技术涉及使用气密的岩石腔，因此在例如通过泵系统向储冷器中填充能量交换介质时能够设定合适的压力。
[0027]注入管线连接至储冷器的低点，优选地在其最低点。由此可以使储冷器中存在的液体能量交换介质借助重力向下流到储冷器之外。注入管线的下端连接到位于下方的地下储热器。因此，注入管线使能量交换介质能够借助重力从储冷器向下流入储热器。在注入管线内形成液柱，由此由于所述液体柱的流体静压，随着深度增加，在能量交换介质内产生更
高的压力。因此，这种增加的压力也存在于储热器中，能量交换介质可通过注入管路流入其中。优选地，在注入管线内的能量交换介质没有相关的温度升高，因为注入管线与周围的岩石层是热绝缘的，因此在它离开注入管线之前不能吸收任何相关量的地热能。
[0028]当进入非绝热的储热器时，能量交换介质能够经由与储热器的岩石表面直接接触来吸收环境的热能。这与由储热器的下层产生的压力的增加一起导致储热器内部的液体能量交换介质经历从液体到气态或超临界的相变。由于相变，能量交换介质的密度显著降低，并且储热器内部的介质膨胀。
[0029]因此，根据本专利技术的系统可以包括储热器，其温度与储冷器相比升高到这样的程度，使得在储热器中通过以液态形式存在于储冷器和注入管线中的能量交换介质的加热发生能量交换介质的相变。能量交换介质因此在储热器中变为超临界或气态。
[0030]在相变之后，加热的能量交换介质通过连接到储热器的上升管线排出，其中，上升管线与储热器之间的连接优选位于储热器的上部区域，理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于生产地热能的系统，包括：a.气密的储冷器和用作储热器的、位于下方的且气密的岩石腔，其中，与所述储冷器相比，所述储热器中存在升高的温度以及任选地存在升高的压力，b.注入管线，通过所述注入管线能够将所述储冷器中存在的液体能量交换介质供给到所述储热器中，以及c.上升管线，通过所述上升管线能够使已变成为液体或超临界聚集态的能量交换介质从所述储热器返回到所述储冷器中，其中，所述上升管线包括用于能量转换的装置。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述储热器并且优选所述储冷器是气密的、天然或人造的盐岩石腔，优选是废弃的盐坑道。3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述岩石直接与所述能量交换介质相互作用。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，例如通过引入上覆岩石，优选上覆盐岩石，能够调节所述岩石腔的表面积、孔隙率和/或渗透率。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述储冷器和所述用于能量转换的装置设置在地面之上。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述能量交换介质包括CO2。7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述注入管线在比所述上升管线更低的点处连接到所述储冷器和所述储热器。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述用于能量转换的所述装置是涡轮机，并且位于所述上升管线的上部中，优选地恰好在所述储冷器之前。9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述储冷器中的压力能够例如通过泵进行调节。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁，
申请(专利权)人：黑尔姆霍尔茨中心波茨坦德国国家地理研究中心GFZ国家勃兰登堡公共基金会，
类型：发明
国别省市：