一种增强型超长重力热管地热开发系统技术方案

本发明专利技术公开了一种增强型超长重力热管地热开发系统，涉及地热能开发领域，本系统通过将高热导率物质和相变材料形成的高热导率相变复合材料填入具有足够裂隙或者孔隙的地下岩体中，提高地下岩体的热导率，形成地下强化换热系统，地下强化换热系统能够快速的将离热管远处热量传递至热管蒸发段进行换热，增大了热管的采热范围，提高了采热率，同时利用相变材料在高温条件下相变为液体，能够完全与地下岩体及热管外壁进行接触，不存在接触热阻。其次，在热管绝热段采用热管内保温管、绝热段真空管、以及热管外保温物质进行保温处理，减少了热量的损失，提高了系统的热产出。提高了系统的热产出。提高了系统的热产出。

【技术实现步骤摘要】
一种增强型超长重力热管地热开发系统


[0001]本专利技术涉及地热能开发领域，具体涉及一种增强型超长重力热管地热开发系统。

技术介绍

[0002]地热能以其无污染、不受天气和气候影响等优点，已受到世界各国的广泛关注。而其中，深层地热以其储量巨大被认为是地热能的未来。目前深层地热开采系统主要有增强型地热系统和单井地下换热系统，增强型地热系统已提出近50年，但由于存在的主要问题：钻井成本高、压裂效果不稳定、循环工质损失、井内结垢等问题使得其一直未形成商业化运行；单井同轴地下换热系统仍处于发展阶段，目前已经经过试验的几个单井地下换热系统有：瑞典的韦吉斯、韦斯巴德以及德国的超级C项目，但是结果显示此种换热系统采热效果不佳，且此种地下换热系统在运行过程中需消耗额外泵功。
[0003]热管利用管内工质的相变，可以将热量迅速地从高温段传输到低温段。热管具有较高的传热率、优良的等温性等特征，是目前最有效的传热设备之一。专利ZL201710343194.9及ZL201910328413.5等公开了可进行深部地热开采的超长重力热管，突破了积液、气液卷携等瓶颈，但由于管外为低导热的地下岩体，管外岩体的低导热性较大程度限制了该热管采热系统性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种增强型超长重力热管地热开发系统，能够提高热管蒸发段区域岩石的热导率，提高热量的传递速率，增大热管的采热范围，从而提高热管的采热率，同时在热管绝热段采用保温措施减少热量的损失，进而提高系统整体的热产出。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种增强型超长重力热管地热开发系统，其用于具有近井裂隙的地热井，包括:
[0007]地热井地下强化换热单元，其用于向所述裂隙填入相变材料与高热导率物质制成的相变复合材料；
[0008]重力热管单元，其用于与所述地热井地下强化换热单元进行换热并通过内设的若干循环管道将换热获取的热量投入应用；以及，
[0009]保温单元，其用于保证所述系统内部的热量流失。
[0010]如上所述的增强型超长重力热管地热开发系统，进一步地，所述裂隙包括主干裂隙和次生裂隙。
[0011]如上所述的增强型超长重力热管地热开发系统，进一步地，所述重力热管单元包括重力热管、地面应用、储液池以及循环工质，所述重力热管、所述地面应用和所述储液池构成闭合的循环回路，所述重力热管至少部分深入地面以下并与所述地热井衔接，依靠裂隙中填充的所述相变复合材料形成良好热路径，将离重力热管远处热量快速传递到热管处进行换热，所述循环工质在所述重力热管的蒸发段吸收热量汽化，气体状态的循环工质通
过重力热管的绝热段并经蒸汽调节阀进入所述地面应用，所述循环工质释放热量后液化进入所述储液池，液态的循环工质经分流阀及液体调节阀进入所述重力热管。
[0012]如上所述的增强型超长重力热管地热开发系统，进一步地，所述保温单元包括热管外保温、热管管体保温、热管内保温，其中，
[0013]所述热管外保温包括在所述重力热管的管外圆周区域回填热导率低于设定值的物质，或，在所述重力热管的管壁包裹热导率低于设定值的物质；
[0014]所述热管管体保温采用热导率低于设定值的管体；
[0015]所述热管管内保温采用热导率低于设定值的材料制成的保温管置于所述重力热管内。
[0016]如上所述的增强型超长重力热管地热开发系统，进一步地，所述相变复合材料包括有机相变材料、无机相变材料及共晶体相变材料。
[0017]如上所述的增强型超长重力热管地热开发系统，进一步地，所述高热导率物质包括石墨烯、碳纳米管、铜。
[0018]如上所述的增强型超长重力热管地热开发系统，进一步地，所述高热导率物质的形状包括颗粒状、粉末状。
[0019]如上所述的增强型超长重力热管地热开发系统，进一步地，所述地热井至少为一口。
[0020]如上所述的增强型超长重力热管地热开发系统，进一步地，与所述地热井对应的重力热管至少为一根。
[0021]如上所述的增强型超长重力热管地热开发系统，进一步地，所述重力热管采用等径或变径。
[0022]如上所述的增强型超长重力热管地热开发系统，进一步地，所述系统用于干热岩型地热资源开采，或，任意地层的地热资源开采。
[0023]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0024](1)本专利技术借助具有主干裂隙和次生裂隙的近井裂隙，形成树枝状或血管状路径，往近井裂隙中填入相变材料与高热导率物质制成的高热导率相变复合材料，能够有效提高岩石的热导率，增加超长重力热管的采热范围，提高岩体中热量的传递速率，有助于提高系统整体的采热率。
[0025](2)借助相变材料在高温下相变为液态的特性，能够完全与岩体及热管外壁相接触，不存在接触热阻。
[0026](3)利用绝热段的保温措施，能够最大程度地减少热量损失，从而增加了系统的热产出。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为实施例中采用的增强型超长重力热管地热开发系统示意图；
[0029]图2为实施例中一侧近井裂隙的具体形状。
[0030]附图标记说明：1、近井裂隙；2、相变复合材料；3、地热井；4、循环工质；5、储液池；6、地面应用；7、分流阀；8、液体调节阀；9、气体调节阀；10、超长重力热管；11、真空管；12、热管内部保温管；13、热管外部保温。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0032]实施例：
[0033]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本专利技术实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0034]在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强型超长重力热管地热开发系统，其特征在于，用于具有近井裂隙的地热井，包括:地热井地下强化换热单元，其用于向所述裂隙填入相变材料与高热导率物质制成的相变复合材料；重力热管单元，其用于与所述地热井地下强化换热单元进行换热并通过内设的若干循环管道将换热获取的热量投入应用；以及，保温单元，其用于保证所述系统内部的热量流失。2.根据权利要求1所述的增强型超长重力热管地热开发系统，其特征在于，所述裂隙包括主干裂隙和次生裂隙。3.根据权利要求1所述的增强型超长重力热管地热开发系统，其特征在于，所述重力热管单元包括重力热管、地面应用、储液池以及循环工质，所述重力热管、所述地面应用和所述储液池构成闭合的循环回路，所述重力热管置于具有强化换热单元的地热井中，依靠裂隙中填充的所述相变复合材料形成良好热路径，将离重力热管远处热量快速传递到热管处进行换热，所述循环工质在所述重力热管的蒸发段吸收热量汽化，气体状态的循环工质通过重力热管的绝热段并经蒸汽调节阀进入所述地面应用，所述循环工质释放热量后液化进入所述储液池，液态的循环工质经分流阀及液体调节阀进入所述重力热管。4.根据权利要求1所述的增强型超长重力热管地热开发系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋方明，李志斌，黄文博，陈娟雯，岑继文，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：