CN106917728A - 利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，包括液化CO2储存罐、高压泵/压缩机、地热能CO2蓄能装置、太阳能CO2蓄能装置、稳流调节器、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、回热器、冷却机、CO2压缩机。本发明选用我国广阔地域易得的地热能尤其是地热水和太阳能为能源，以CO2作为工作介质，通过地热能CO2蓄能装置实现对地热水的热能吸收，通过太阳能CO2蓄能装置实现对太阳能的采集，不仅实现了地热水热能和太阳能的低投资、低成本利用，而且整个装备系统工艺流程简单，设备系统占地小。

Description

利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统及方法
技术领域
本发明属于低碳与清洁能源技术领域，具体涉及一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统及方法。
背景技术
气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而大量的二氧化碳排放被认为是导致气候变暖的主要原因，我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO2排放具有增长快、总量大的特点，为应对气候变化发展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成为人们的共识，地热资源利用与发电、太阳能发电及超临界二氧化碳发电等已受到广泛关注。
地热主要是地球内部长寿命放射性同位素热核反应产生的热能。离地球表面5000米深，15℃以上的岩石和液体的总含热量，据推算约为14.5×1021KJ，约相当于4948万亿吨标准煤的热量。按照其储存形式，地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。我国将地热资源按温度划分为高温地热(高于150℃)和中低温地热(低于150℃)，高温地热主要用于发电，中低温地热通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等。
我国地热资源分布广泛,资源丰富。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米，所含地热量为973万亿千焦耳。据河北省地矿局计算,仅河北平原可采地热资源量达4.93x1020KJ，相当于168147亿吨标准煤。该区域地热资源主要赋存于上第三系砂岩和古生界及中上元古界的古潜山碳酸盐岩储水层,主要分布在华北断坳构造沉降区,热储层埋藏深度较浅,埋深3000m以浅地热资源分布广泛,出水口热水温度最高达96℃。虽说有各种梯级开发应用方案，但目前地热资源开发利用类型单一,弃水温度过高,地热资源远未得到充分利用,浪费严重。迫切需要新的技术方案实现地热资源的可持续利用,发挥地热资源在发展低碳经济产业和节能减排中的作用。
为此，国内外科技工作者进行了大量的研究，其中由中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司申请的中国专利CN204672103U提供的“一种利用地热的二氧化碳捕集、发电与封存装置”代表了先进技术水平，其将经冷却器冷却的CO2压缩液化压入地热层，一部分二氧化碳永久封存在地下，一部分二氧化碳在地热层中加热增压后通过管道输送至地面，在二氧化碳膨胀机中转化为机械能带动二氧化碳发电机产生电力。但该方案存在如下主要问题：其一，将液化CO2压入地热层再从另一处钻井用管道引出，投资大、耗能大；其二，液化CO2压入地热层，除风险大、且客观上不可控、易发生安全事故外，压入的CO2还将酸化地质并置换出地质层大量的烃类如甲烷等进入大气生态圈，造成不可预期的环境危害。
而随CCS技术(Carbon Capture and Storage,碳捕获与封存)应用发展起来的超临界二氧化碳发电系统较传统的热能发电系统的系统热效率、总重及占地面积、污染物排放等方面表现出显著的优势，但在应用上尚存在诸多的瓶颈，其一，现有的超临界二氧化碳发电系统其高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础，客观上要求用高效换热器等压加热二氧化碳工质，因此，现行超临界二氧化碳试验环路的热交换大多使用印制电路板热交换器(PCHE,Printed Circuit Heat Exchangers)，它适用于高工作温度和高工作压力，并具有良好的扩展能力，能满足用换热器等压加热二氧化碳工质的要求，但机构复杂，投资大；其二，现行的超临界二氧化碳发电系统包括热源、高速涡轮机、高速发电机、高速压气机、冷却器等，其循环过程为超临界二氧化碳经压缩机升压——用换热器等压加热二氧化碳工质——工质进入涡轮机推动涡轮做功带动电机发电——工质进入冷却器——再进入压缩机形成闭式循环，系统投资大；其三，现行的超临界二氧化碳布雷顿循环要求压缩机参数处于近临界点，降低换热端差，其压缩机压缩过程中压缩功仍占涡轮输出功的30％以上，实际运用的压缩过程中压缩功仍占到涡轮输出功的40％到50％，即系统的压缩机自耗能仍偏高；再者，其系统循环的高效率需建立在冷凝器出口即压气机吸入口(循环起点)的二氧化碳仍处于32℃、7.4MPa超临界状态的临界点上，超临界二氧化碳发电系统运行状态控制难度大，仍需要开展控制研究。显然，现有的超临界CO2循环发电技术装备并不太适合我国国情。
在利用太阳能发电方面，以水为工质的太阳能发电系统已成熟应用，以CO2为工质的太阳能发电系统国内外的技术工作者亦进行了大量的研究，采用的较为成熟的太阳能集热系统方案为槽式太阳能集热器、塔式太阳能集热器、碟式太阳能集热器之一或其组合，但上述方案存在三个基本问题难以解决，其一，占用场地大，投资大，且太阳能集热系统的建设对场址的选择要求高，一般的场址不能满足建设太阳能集热系统的要求，而且，现有的太阳能集热系统的大空间场对生态影响大，连飞鸟都不能及；其二，只能白天发电，晚上即停，为此，有研究者提供了白天以熔盐等材料蓄热留给晚上发电的技术方案，但以大量的熔盐等材料蓄集热能方案先不论投资大小及可行性，对于环境和人员素质来说必然存在安全隐患和环境污染隐患；其三是随白天的日照强度及太阳光移动供给超临界二氧化碳发电系统的涡轮机的超临界二氧化碳的温度和压力变化，导致输出电能及电压、电流波动大，过大过频的输出电能及电压、电流的波动将极不利于生活用电和生产用电。现有的各类利用太阳能发电方法与我国的环境与经济状况大多极不匹配。
鉴于此，迫切需要开发一种适应于我国广阔地域基本环境和经济状况，能有效利用地热资源尤其是易得的地热水能源和/或太阳能能源的清洁发电技术与装备系统。
申请号为201410758251.6的专利申请文献公开了一种增强型地热与太阳能联合发电方法与发电系统，它包括增强型地热系统、基本负荷发电系统和太阳能发电系统，作为工质的CO2在所述增强型地热系统中吸收热量后温度升高，所述增强型地热系统输出不同温度的具有一定压力的超临界CO2，一部分超临界CO2进入所述基本负荷发电系统中，将一部分热量转化为电能，作为电站的基本负荷，另一部分超临界CO2进入所述太阳能发电系统中，利用太阳能将超临界CO2持续加热到一定温度后，通过超临界透平将热量转换为电能。该发电系统虽然同时利用了地热和太阳能，但是该系统是将地热能和太阳能分开进行发电，且其是采用将液态CO2注入热储层中吸热，系统庞大，耗能大，结构复杂，占用场地大，造价高。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，旨在解决现有的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统结构复杂、投资大、耗能高的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，包括液化CO2储存罐、高压泵/压缩机、地热能CO2蓄能装置、太阳能CO2蓄能装置、稳流调节器、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、回热器、冷却机、CO2压缩机；所述液化CO2储存罐的出口连接所述高压泵/压缩机的进口,所述高压泵/压缩机的出口连接所述地热能CO2蓄能装置的CO2流体入口,所述地热能CO2蓄能装置用于使低压液态CO2流体吸收50～150℃地热水的热量后转化为热态超临界CO2流体；所述地热能CO2蓄能装置的CO2流体出口连接所述太阳能CO2蓄能装置的低温端进口,所述太阳能CO2蓄能装置包括吸收100～300℃日光热能的集光CO2蓄能装置和吸收300～1000℃高温热能的透镜聚能装置，用于使所述热态超临界CO2流体吸收太阳能热能转化为不同温度、不同压力、不同热能密度的高压热态超临界CO2流体；所述太阳能CO2蓄能装置的高压CO2流体出口连接所述稳流调节器的进口，所述稳流调节器用于将所述不同温度、不同压力、不同热能密度的高压热态超临界CO2流体转化为等压超临界CO2流体；所述稳流调节器的出口连接所述涡轮机/活塞式膨胀机的进口,所述涡轮机/活塞式膨胀机与所述发电机轴连接；所述涡轮机/活塞式膨胀机的低压CO2流体出口依次连接所述冷却机、CO2压缩机、液化CO2储存罐。
优选地，所述地热能CO2蓄能装置包括一台或并联设置的多台台式地热能CO2蓄能装置、一台或并联设置的多台井式地热能CO2蓄能装置、并联设置的一台或多台台式地热能CO2蓄能装置和一台或多台井式地热能CO2蓄能装置。
优选地，所述台式地热能CO2蓄能装置包括第一支架和固定于第一支架上的台式CO2蓄能机构，所述台式CO2蓄能机构包括台式壳体、设于台式壳体两端的第一地热水进口管道和第一地热水出口管道、设于第一地热水进口管道上的第一地热水进口管道阀、设于第一地热水出口管道上的第一地热水出口管道阀、设于台式壳体内的第一热交换器、设于第一热交换器进口管道上的第一逆止阀、设于第一热交换器出口管道上的第一调节阀，所述第一地热水进口管道通过地热泵连通地热水井。
优选地，所述井式地热能CO2蓄能装置包括第二支架、悬置于地热水井内的第二热交换器、设于第二热交换器进口管道上的第二逆止阀、设于第二热交换出口管道上的第二调节阀。
优选地，所述集光CO2蓄能装置包括第三支架、设于第三支架上的中温蓄能机构、设于第三支架周围的若干反射机构、设于中温蓄能机构进口管道上的第三逆止阀、设于中温蓄能机构出口管道上的第三调节阀和第一安全阀，所述反射机构用于将太阳光能聚集至所述中温蓄能机构的集光面上；所述透镜聚能装置包括第四支架、设于第四支架上的高温蓄能机构、设于第四支架周围的若干凸透镜机构、设于高温蓄能机构进口管道上的第四逆止阀、设于高温蓄能机构出口管道上的第四调节阀和第二安全阀，所述凸透镜机构用于将太阳光能聚焦至所述高温蓄能机构的聚光面上；所述中温蓄能机构的出口管道连通所述高温蓄能机构的进口管道。
优选地，所述中温蓄能机构包括设于蓄热材料中的第三热交换器，所述反射机构包括镜面反射片，所述第三热交换器的集光面与所述镜面反射片相对，所述第三热交换器的非集光面包覆有隔热材料；所述高温蓄能机构包括设于蓄热材料中的第四交换器，所述凸透镜机构包括凸透镜，所述第四交换器的聚光面与所述凸透镜相对，所述第四交换器的非聚光面包覆有发热材料。
优选地，所述稳流调节器包括第五支架、固定于第五支架上的调节器壳体、设于调节器壳体内的导流混合机构、分别设于调节器壳体进料端和出料端的调节器进口管道和调节器出口管道、设于调节器进口管道上的第五逆止阀、连接调节器进口管道的分配器、连接分配器的逆止阀进口管道、设于逆止阀进口管道上的第一温压感应器和流量计、设于调节器出口管道上的第五调节阀和第二温压感应器、连接调节器出口管道的调节阀出口管道。
优选地，所述涡轮机/活塞式膨胀机和所述冷却机之间设有回热器，所述涡轮机/活塞式膨胀机的低压CO2流体出口连接所述回热器的低压流体进口,所述回热器的低压流体出口连接所述冷却机的进口,所述冷却机的出口连接所述CO2压缩机的进口,所述CO2压缩机的出口连接所述回热器的高压流体进口、所述液化CO2储存罐的进口，所述回热器的高压流体出口连接所述地热能CO2蓄能装置的CO2流体入口。
本发明还提出一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，包括以下步骤：
S1，液态CO2泵送：
以高压泵/压缩机将液态CO2储存罐中的低压液态CO2流体连续压入地热能CO2蓄能装置；
S2，一级蓄能：
所述低压液态CO2流体进入所述地热能CO2蓄能装置内与50～150℃地热水进行热交换，所述低压液态CO2流体吸收地热水热量后转化为热态超临界CO2流体；
S3，二、三级蓄能：
使所述热态超临界CO2流体先进入集光CO2蓄能装置吸收蓄集100～300℃的日光热能，然后进入透镜聚能装置中吸收蓄集300～1000℃的高温热能，转换为高蓄能密度的高压热态CO2流体；
S4，稳流与发电：
将多组所述高压热态CO2流体送入稳流调节器调整为等压超临界CO2流体，等压超临界CO2流体稳定供给涡轮机/活塞式膨胀机做功驱动发电机发电，所述涡轮机/活塞式膨胀机做功释能后排出低压CO2流体；
S5，循环：
将经步骤S4排出的低压CO2流体依次通过冷却器和CO2压缩机进行冷却压缩后，送入液化CO2储存罐进行存储供循环使用。
优选地，所述步骤S5包括：使所述低压CO2流体通过回热器的低压流体通道后依次进入冷却机和CO2压缩机，经冷却压缩后的高压低温CO2流体一部分进入回热器的高压流体通道对低压流体通道内的低压液态CO2流体进行预冷后流入所述地热能CO2蓄能装置内，另一部分送回所述液态CO2储存罐中循环使用。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：
一、本发明充分利用了我国丰富的地热资源和广阔多样化的地形地貌日照条件，选用我国广阔地域易得的地热能尤其是地热水和太阳能为能源，以CO2作为工作介质，通过地热能CO2蓄能装置实现对地热水的热能吸收，通过太阳能CO2蓄能装置实现对太阳能的采集，不仅实现了地热水热能和太阳能的低投资、低成本利用，而且整个装备系统工艺流程简单，设备系统占地小。
二、本发明所述地热能CO2蓄能装置是采用CO2工质的热交换器对地热水中的热能进行热交换，而现有的利用CO2作为工质进行发电的装置是将液化CO2压入地热层再从另一处钻井用管道引出，具有投资大、能耗高的问题，与现有技术相比，本发明不仅结构简单，而且减少了利用过程中的能量消耗，运行费用低；而且通过与太阳能CO2蓄能装置的联合使用，整个设备操控简单可靠，具有良好的实用性和经济性。
三、现有的利用地热发电的技术主要是利用100℃～150℃的中温地热资源和大于150℃的高温地热资源进行发电，而还没有出现对低于100℃的低温地热资源进行发电利用的技术，本发明则通过低压CO2流体对低温地热热能进行吸收，再通过太阳能CO2蓄能装置进行进一步地升温，不仅实现了对低温地热资源的开发利用，而且所述太阳能CO2蓄能装置先后采用集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置获取太阳能产生的高温能源，实现了低温(50℃～100℃)—中温(100℃～300℃)—高温(300℃～1000℃)的三级蓄能，获得超临界CO2循环高效率发电所需的高温能源条件，热能利用率高，产能高。
四、本发明通过稳流调节器将若干套三级CO2蓄能装置或若干套地热能CO2蓄能装置产生的不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO2流体调整为等压热态超临界CO2流体，以等压热态超临界CO2流体稳定供给涡轮机/活塞式膨胀机做功驱动发电机发电，保证了发电系统运行工况和电能输出稳定可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统结构示意图。
图2为图1提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统中台式地热能CO2蓄能装置的结构示意图。
图3为图1提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统中井式地热能CO2蓄能装置的结构示意图。
图4为图1提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统中太阳能CO2蓄能装置的结构示意图。
图5为本发明实施例二提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统的结构示意图。
图6为本发明实施例三提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统的结构示意图。
本发明的附图标号说明：
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提出一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统。
图1为本发明实施例一提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统结构示意图。图2为图1提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统中台式地热能CO2蓄能装置的结构示意图。图3为图1提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统中井式地热能CO2蓄能装置的结构示意图。图4为图1提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统中太阳能CO2蓄能装置的结构示意图。
请参阅图1至图4，利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统主要采用地热能CO2蓄能装置3A、太阳能CO2蓄能装置3B、稳流调节器4,还包括液化CO2储存罐1、高压泵/压缩机2、涡轮机/活塞式膨胀机5、发电机6、回热器7、冷却机8、CO2压缩机9；所述液化CO2储存罐1的出口连接所述高压泵/压缩机2的进口,所述高压泵/压缩机2的出口连接所述地热能CO2蓄能装置3A的CO2流体入口,所述地热能CO2蓄能装置3A用于使低压液态CO2流体吸收50～150℃地热水的热量后转化为热态超临界CO2流体；
所述地热能CO2蓄能装置3A的CO2流体出口连接所述太阳能CO2蓄能装置3B的低温端进口,所述太阳能CO2蓄能装置3B包括吸收100～300℃日光热能的集光CO2蓄能装置3B1和吸收300～1000℃高温热能的透镜聚能装置3B2，用于使所述热态超临界CO2流体吸收太阳能热能转化为不同温度、不同压力、不同热能密度的高压热态超临界CO2流体；
所述太阳能CO2蓄能装置3B的高压CO2流体出口连接所述稳流调节器4的进口，所述稳流调节器4用于将所述不同温度、不同压力、不同热能密度的高压热态超临界CO2流体转化为等压超临界CO2流体；所述稳流调节器4的出口连接所述涡轮机/活塞式膨胀机5的进口,所述涡轮机/活塞式膨胀机5与所述发电机6轴连接；
所述涡轮机/活塞式膨胀机5的低压CO2流体出口依次连接所述冷却机8、CO2压缩机9、液化CO2储存罐1。
本发明先以高压泵/压缩机2将液化CO2储存罐1中的液态CO2压送入地热能CO2蓄能装置3A中；然后在地热能CO2蓄能装置3A中，液态CO2与50～100℃的地热水进行热交换，液态CO2直接吸收地热水热能，降温后的地热水由另一眼地热井回灌到地下；液态CO2吸收地热水50℃～100℃热能转化为热态超临界CO2流体后，再送入太阳能CO2蓄能装置3B中，先经太阳能CO2蓄能装置3B的集光CO2蓄能装置3B1吸收蓄集100℃～300℃的日光热能后，再进入透镜聚能装置3B2继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO2流体；然后，将透镜聚能装置3B2产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO2流体送入稳流调节器4，经稳流调节器4调整为等压超临界CO2流体，等压超临界CO2流体稳定供给涡轮机/活塞式膨胀机5作功驱动发电机6发电，产生的电力经供配电装置调控供生活/生产之用或供电网外卖；涡轮机或活塞式膨胀机5作功释能后排出低压CO2流体经回热器7回收余热后，经冷却器8冷却和CO2压缩机9压缩后，送入液化CO2储存罐1中供循环蓄能发电。
一方面，本发明充分利用了我国丰富的地热资源和广阔多样化的地形地貌日照条件，选用我国广阔地域易得的地热能尤其是地热水和太阳能为能源，以CO2作为工作介质，通过地热能CO2蓄能装置实现对地热水的热能吸收，通过太阳能CO2蓄能装置实现对太阳能的采集，不仅实现了地热水热能和太阳能的低投资、低成本利用，而且整个装备系统工艺流程简单，设备系统占地小。
另一方面，本发明所述地热能CO2蓄能装置是采用CO2工质的热交换器对地热水中的热能进行热交换，而现有的利用CO2作为工质进行发电的装置是将液化CO2压入地热层再从另一处钻井用管道引出，具有投资大、能耗高的问题，与现有技术相比，本发明不仅结构简单，而且减少了利用过程中的能量消耗，运行费用低；而且通过与太阳能CO2蓄能装置的联合使用，整个设备操控简单可靠，具有良好的实用性和经济性。
再一方面，现有的利用地热发电的技术主要是利用100℃～150℃的中温地热资源和大于150℃的高温地热资源进行发电，而还没有出现对低于100℃的低温地热资源进行发电利用的技术，本发明则通过低压CO2流体对低温地热热能进行吸收，再通过太阳能CO2蓄能装置进行进一步地升温，不仅实现了对低温地热资源的开发利用，而且所述太阳能CO2蓄能装置先后采用集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置获取太阳能产生的高温能源，实现了低温(50℃～100℃)—中温(100℃～300℃)—高温(300℃～1000℃)的三级蓄能，获得超临界CO2循环高效率发电所需的高温能源条件，热能利用率高，产能高。
由此，通过本清洁发电技术的推广应用，可有效减少燃煤应用，还可有效降减日益增长的煤电生产对环境的巨大污染，有益于CCS技术的推广应用和全球应对气候变化的碳减排行动，可避免CO2的深层地质封存和深海封存对地球环境造成的不可预期的影响，如液化CO2将地质层甲烷和深海水合物甲烷大规模置换进入地球大气圈可能造成的灾难性风险。
还一方面，本发明通过稳流调节器4将若干套三级CO2蓄能装置或若干套地热能CO2蓄能装置产生的不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO2流体调整为等压热态超临界CO2流体，以等压热态超临界CO2流体稳定供给涡轮机/活塞式膨胀机5做功驱动发电机6发电，保证了发电系统运行工况和电能输出稳定可靠。
进一步地，所述地热能CO2蓄能装置3A包括一台或并联设置的多台台式地热能CO2蓄能装置、一台或并联设置的多台井式地热能CO2蓄能装置、并联设置的一台或多台台式地热能CO2蓄能装置和一台或多台井式地热能CO2蓄能装置。
所述台式地热能CO2蓄能装置和井式地热能CO2蓄能装置的数量可根据具体地地理条件灵活配置选用。
进一步地，所述台式地热能CO2蓄能装置3A，包括第一支架3A2和固定于第一支架3A2上的台式CO2蓄能机构3A3，所述台式CO2蓄能机构3A3包括台式壳体3A31、设于台式壳体3A31两端的第一地热水进口管道和第一地热水出口管道、设于第一地热水进口管道上的第一地热水进口管道阀3A32、设于第一地热水出口管道上的第一地热水出口管道阀3A33、设于台式壳体3A31内的第一热交换器3A34、设于第一热交换器3A34进口管道上的第一逆止阀3A35、设于第一热交换器3A34出口管道上的的第一调节阀3A36，所述第一地热水进口管道通过地热泵3A1连通地热水井。所述第一逆止阀3A35和第一调节阀3A36固定于所述台式壳体3A31外。
进一步地，所述井式地热能CO2蓄能装置3A’，包括第二支架3A’4、悬置于地热水井内的第二热交换器3A’1、设于第二热交换器3A’1进口管道上的第二逆止阀3A’2、设于第二热交换器3A’1出口管道上的第二调节阀3A’3。
其中，所述第一热交换器3A34、所述第二热交换器3A’1为箱式热交换器和/或板式热交换器和/或盘式/螺旋绕管式空心管热交换器和/列管式热交换器，工作介质为CO2流体。
进一步地，所述集光CO2蓄能装置3B1包括第三支架3B11、设于第三支架3B11上的中温蓄能机构3B12、设于第三支架3B11周围的若干反射机构3B13、设于中温蓄能机构3B12进口管道上的第三逆止阀3B14、设于中温蓄能机构3B12出口管道上的第三调节阀3B15和第一安全阀3B16，所述反射机构3B13用于将太阳光能聚集至所述中温蓄能机构3B12的集光面上；所述透镜聚能装置3B2包括第四支架3B21、设于第四支架3B21上的高温蓄能机构3B22、设于第四支架3B21周围的若干凸透镜机构3B23、设于高温蓄能机构3B22进口管道上的第四逆止阀3B24、设于高温蓄能机构3B22出口管道上的第四调节阀3B25和第二安全阀3B26，所述凸透镜机构3B23用于将太阳光能聚焦至所述高温蓄能机构3B22的聚光面上；所述高温蓄能机构3B22的进口管道连接所述中温蓄能机构3B12的出口管道。
其中，所述集光CO2蓄能装置3B1和所述透镜聚能装置3B2可以集中于一处放置，或者分开放置。
更进一步地，所述中温蓄能机构3B12包括设于蓄热材料中的第三热交换器，所述反射机构3B13包括镜面反射片，所述第三热交换器的集光面与所述镜面反射片相对，所述第三热交换器的非集光面包覆有隔热材料；所述高温蓄能机构3B22包括设于蓄热材料中的第四交换器，所述凸透镜机构3B23包括凸透镜，所述第四交换器的聚光面与所述凸透镜相对，所述第四交换器的非聚光面包覆有发热材料。
所述集光CO2蓄能装置3B1的出口与透镜聚能装置3B2的进口相连，所述集光CO2蓄能装置3B1中，采用若干个镜面反射片将太阳光能聚集至第三热交换器的集光面；所述的透镜聚能装置3B2中，采用若干个凸透镜机构将太阳光能聚焦至第四热交换器的聚光面，由此实现中温热能和高温热能的蓄集；所述的集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置构成一套太阳能CO2蓄能装置，太阳能CO2蓄能装置及其集光CO2蓄能装置和透镜聚能装置可并联使用，且所述太阳能CO2蓄能装置可以为一个或多个。
进一步地，所述稳流调节器4包括第五支架45、固定于第五支架45上的调节器壳体41、设于调节器壳体41内的导流混合机构42、分别设于调节器壳体41进料端和出料端的调节器进口管道43和调节器出口管道44、设于调节器进口管道43上的第五逆止阀434、连接调节器进口管道43的分配器433、连接分配器433的逆止阀进口管道435、设于逆止阀进口管道435上的第一温压感应器431和流量计432、设于调节器出口管道44上的第五调节阀441和第二温压感应器442、连接调节器出口管道44的调节阀出口管道443。
由于所述太阳能CO2蓄能装置3B包括是通过多个集光装置和聚光装置进行太阳能蓄集，因此从所述太阳能CO2蓄能装置3B流体出口排出的高压热态CO2流体温度是波动的变化的，是具有不同温度和不同热能密度，通过所述稳流调节器4能够将该波动的不同温度的不同热能密度的高压热态CO2流体调整为稳定的等压超临界CO2流体，保障了发电的稳定性。
本发明还提出一种利用地热能和太阳能的清洁发电方法，包括以下步骤：
S1，液态CO2泵送：
以高压泵/压缩机将液态CO2储存罐中的低压液态CO2流体连续压入地热能CO2蓄能装置；
S2，一级蓄能：
所述低压液态CO2流体进入所述地热能CO2蓄能装置内与50～150℃地热水进行热交换，所述低压液态CO2流体吸收地热水热量后转化为热态超临界CO2流体；
S3，二、三级蓄能：
使所述热态超临界CO2流体先进入集光CO2蓄能装置吸收蓄集100～300℃的日光热能，然后进入透镜聚能装置中吸收蓄集300～1000℃的高温热能，转换为高蓄能密度的高压热态CO2流体；
S4，稳流与发电：
将多组所述高压热态CO2流体送入稳流调节器调整为等压超临界CO2流体，等压超临界CO2流体稳定供给涡轮机/活塞式膨胀机做功驱动发电机发电，所述涡轮机/活塞式膨胀机做功释能后排出低压CO2流体；
S5，循环：
将经步骤S4排出的低压CO2流体依次通过冷却器和CO2压缩机进行冷却压缩后，送入液化CO2储存罐进行存储供循环使用。
进一步地，所述步骤S5包括：使所述低压CO2流体通过回热器的低压流体通道后依次进入冷却机和CO2压缩机，经冷却压缩后的高压低温CO2流体一部分进入回热器的高压流体通道对低压流体通道内的低压液态CO2流体进行预冷后流入所述地热能CO2蓄能装置3A内，另一部分送回所述液态CO2储存罐中循环使用。
由此使得，所述涡轮机/活塞式膨胀机排出的低压CO2流体可以先进入回热器7进行预冷，不仅避免了高温可能发生的汽化，减轻了冷却机吸收有害过热，改善了CO2压缩机的工作条件，同时一部分冷却后的CO2流体与该低压CO2流体进行热交换，使得冷却的CO2流体又可以吸收热量重新输至所述地热能CO2蓄能装置3A中蓄能发电，避免了热能的损失，实现了热能的充分利用。
不限定地，本发明在正常发电的过程中，可以关闭液态CO2储存罐1和高压泵/压缩机2。
进一步地，所述步骤S2中，所述低压液态CO2流体进入所述地热能CO2蓄能装置进行低温蓄能包括如下方式：S21，通过地热泵将地热水井中的地热水泵入台式地热能CO2蓄能装置中与所述低压液态CO2流体进行热交换；S22，将所述低压液态CO2流体送入井式地热能CO2蓄能装置中直接与地热水井中的地热水进行热交换；S23，方式S21和方式S22联合使用。
实施例二
图5为本发明实施例二提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统的结构示意图。
请参阅图5，本实施例二与实施例一的不同之处在于：
本实施例二采用一台台式地热能CO2蓄能装置3A，所述高压泵/压缩机2的出口与台式地热能CO2蓄能装置3A的CO2流体进口相连通，所述台式地热能CO2蓄能装置3A的CO2流体出口与两个太阳能CO2蓄能装置3B/3B’的低温端进口相连通，所述太阳能CO2蓄能装置3B的高压CO2流体出口、另一太阳能CO2蓄能装置3B’的高压CO2流体出口分别与稳流调节器4的进口相连通。
实施例三
图6为本发明实施例三提出的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统的结构示意图
请参阅图6，本实施例三与实施例一的不同之处在于：
本实施例三采用一台台式地热能CO2蓄能装置3A和一台井式地热能CO2蓄能装置3A’并联组成，所述高压泵/压缩机2的出口分别与台式地热能CO2蓄能装置3A的CO2流体进口和井式地热能CO2蓄能装置3A’的CO2流体进口相连通，所述台式地热能CO2蓄能装置3A的CO2流体出口与所述太阳能CO2蓄能装置3B的低温端进口相连通，所述井式地热能CO2蓄能装置3A’的CO2流体出口与另一太阳能CO2蓄能装置3B’的低温端进口相连通，所述太阳能CO2蓄能装置3B的高压CO2流体出口、另一太阳能CO2蓄能装置3B’的高压CO2流体出口分别与稳流调节器4的进口相连通。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，包括液化CO2储存罐、高压泵/压缩机、地热能CO2蓄能装置、太阳能CO2蓄能装置、稳流调节器、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、回热器、冷却机、CO2压缩机；
所述液化CO2储存罐的出口连接所述高压泵/压缩机的进口,所述高压泵/压缩机的出口连接所述地热能CO2蓄能装置的CO2流体入口,所述地热能CO2蓄能装置用于使低压液态CO2流体吸收50～150℃地热水的热量后转化为热态超临界CO2流体；
所述地热能CO2蓄能装置的CO2流体出口连接所述太阳能CO2蓄能装置的低温端进口,所述太阳能CO2蓄能装置包括吸收100～300℃日光热能的集光CO2蓄能装置和吸收300～1000℃高温热能的透镜聚能装置，用于使所述热态超临界CO2流体吸收太阳能热能转化为不同温度、不同压力、不同热能密度的高压热态超临界CO2流体；
所述太阳能CO2蓄能装置的高压CO2流体出口连接所述稳流调节器的进口，所述稳流调节器用于将所述不同温度、不同压力、不同热能密度的高压热态超临界CO2流体转化为等压超临界CO2流体；所述稳流调节器的出口连接所述涡轮机/活塞式膨胀机的进口,所述涡轮机/活塞式膨胀机与所述发电机轴连接；
所述涡轮机/活塞式膨胀机的低压CO2流体出口依次连接所述冷却机、CO2压缩机、液化CO2储存罐。
2.如权利要求1所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述地热能CO2蓄能装置包括一台或并联设置的多台台式地热能CO2蓄能装置、一台或并联设置的多台井式地热能CO2蓄能装置、并联设置的一台或多台台式地热能CO2蓄能装置和一台或多台井式地热能CO2蓄能装置。
3.如权利要求2所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述台式地热能CO2蓄能装置包括第一支架和固定于第一支架上的台式CO2蓄能机构，所述台式CO2蓄能机构包括台式壳体、设于台式壳体两端的第一地热水进口管道和第一地热水出口管道、设于第一地热水进口管道上的第一地热水进口管道阀、设于第一地热水出口管道上的第一地热水出口管道阀、设于台式壳体内的第一热交换器、设于第一热交换器进口管道上的第一逆止阀、设于第一热交换器出口管道上的第一调节阀，所述第一地热水进口管道通过地热泵连通地热水井。
4.如权利要求2所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述井式地热能CO2蓄能装置包括第二支架、悬置于地热水井内的第二热交换器、设于第二热交换器进口管道上的第二逆止阀、设于第二热交换出口管道上的第二调节阀。
5.如权利要求1所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述集光CO2蓄能装置包括第三支架、设于第三支架上的中温蓄能机构、设于第三支架周围的若干反射机构、设于中温蓄能机构进口管道上的第三逆止阀、设于中温蓄能机构出口管道上的第三调节阀和第一安全阀，所述反射机构用于将太阳光能聚集至所述中温蓄能机构的集光面上；
所述透镜聚能装置包括第四支架、设于第四支架上的高温蓄能机构、设于第四支架周围的若干凸透镜机构、设于高温蓄能机构进口管道上的第四逆止阀、设于高温蓄能机构出口管道上的第四调节阀和第二安全阀，所述凸透镜机构用于将太阳光能聚焦至所述高温蓄能机构的聚光面上；
所述中温蓄能机构的出口管道连通所述高温蓄能机构的进口管道。
6.如权利要求5所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述中温蓄能机构包括设于蓄热材料中的第三热交换器，所述反射机构包括镜面反射片，所述第三热交换器的集光面与所述镜面反射片相对，所述第三热交换器的非集光面包覆有隔热材料；所述高温蓄能机构包括设于蓄热材料中的第四交换器，所述凸透镜机构包括凸透镜，所述第四交换器的聚光面与所述凸透镜相对，所述第四交换器的非聚光面包覆有发热材料。
7.如权利要求1所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述稳流调节器包括第五支架、固定于第五支架上的调节器壳体、设于调节器壳体内的导流混合机构、分别设于调节器壳体进料端和出料端的调节器进口管道和调节器出口管道、设于调节器进口管道上的第五逆止阀、连接调节器进口管道的分配器、连接分配器的逆止阀进口管道、设于逆止阀进口管道上的第一温压感应器和流量计、设于调节器出口管道上的第五调节阀和第二温压感应器、连接调节器出口管道的调节阀出口管道。
8.如权利要求1所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述涡轮机/活塞式膨胀机和所述冷却机之间设有回热器，所述涡轮机/活塞式膨胀机的低压CO2流体出口连接所述回热器的低压流体进口,所述回热器的低压流体出口连接所述冷却机的进口,所述冷却机的出口连接所述CO2压缩机的进口,所述CO2压缩机的出口连接所述回热器的高压流体进口、所述液化CO2储存罐的进口，所述回热器的高压流体出口连接所述地热能CO2蓄能装置的CO2流体入口。
9.一种利用地热能和太阳能的清洁发电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，液态CO2泵送：
以高压泵/压缩机将液态CO2储存罐中的低压液态CO2流体连续压入地热能CO2蓄能装置；
S2，一级蓄能：
所述低压液态CO2流体进入所述地热能CO2蓄能装置内与50～150℃地热水进行热交换，所述低压液态CO2流体吸收地热水热量后转化为热态超临界CO2流体；
S3，二、三级蓄能：
使所述热态超临界CO2流体先进入集光CO2蓄能装置吸收蓄集100～300℃的日光热能，然后进入透镜聚能装置中吸收蓄集300～1000℃的高温热能，转换为高蓄能密度的高压热态CO2流体；
S4，稳流与发电：
将多组所述高压热态CO2流体送入稳流调节器调整为等压超临界CO2流体，等压超临界CO2流体稳定供给涡轮机/活塞式膨胀机做功驱动发电机发电，所述涡轮机/活塞式膨胀机做功释能后排出低压CO2流体；
S5，循环：
将经步骤S4排出的低压CO2流体依次通过冷却器和CO2压缩机进行冷却压缩后，送入液化CO2储存罐进行存储供循环使用。
10.如权利要求9所述的利用地热能和太阳能的清洁发电装备系统，其特征在于，所述步骤S5包括：
使所述低压CO2流体通过回热器的低压流体通道后依次进入冷却机和CO2压缩机，经冷却压缩后的高压低温CO2流体一部分进入回热器的高压流体通道对低压流体通道内的低压液态CO2流体进行预冷后流入所述地热能CO2蓄能装置内，另一部分送回所述液态CO2储存罐中循环使用。
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