CN111527292B - 地热能系统以及使用其产生电力的方法 - Google Patents

地热能系统以及使用其产生电力的方法 Download PDF

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Abstract

一种地热能系统（10）利用围绕轮轴（52）旋转的凯瑟琳轮（50）来产生电力。所述凯瑟琳轮（50）具有多个从轮轴（52）径向向外延伸的轮臂（60）。翅片部分（70）以偏置角度从径向部分（61）延伸到排放端（74）。第一工作流体，例如，超临界二氧化碳，流过轮臂（60）内的臂导管（66），第二工作流体，例如，简单的碳氢化合物，与第一工作流体混合，并且这两个工作流体都流过涡轮机（90）。涡轮机（90）配置在轮臂导管（66）内，随着组合工作流体的蒸发而转动。流体被排出后，第二工作流体可以冷凝和再循环，而第一工作流体可以排回到地热储层（14）中。所述地热能系统（10）通过使用地热能蒸发碳氢化合物，来高效和有效地产生电力。

Description

地热能系统以及使用其产生电力的方法
交叉引用相关申请：
本申请要求2018年12月13日提交的题为Geothermal Energy System And MethodOf Producing Power Using Same的美国临时专利申请号62/598,026的优先权；该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及地热能系统，尤其涉及一种包含凯瑟琳轮的地热能系统。
背景技术
在基于二氧化碳的增强型/工程地热系统(EGS)的配置的过去设计中，即，利用来自地热储层的超临界二氧化碳的地热能系统通常利用从二氧化碳经由热交换器传递到第二有机工作流体的热量。第二有机工作流体将通过膨胀器蒸发，来产生功率。然而，这些系统因机械部件浪费了大量能量。
如Donald W.Brown的美国专利号6,668,554中所述，“二元传热系统方法可用于实现优越的热力学效率，比直接膨胀涡轮机方法的热利用率高大约三倍，特别是当二氧化碳是循环的超临界流体时。”然而，这种说法只有在使用纯二氧化碳时才成立。由韩国仁川大学和韩国机械与材料研究所的学生进行的数值模拟进一步表明，即使使用回热器，仅使用超临界二氧化碳的斯特林循环也只能达到7.3％左右的效率。即使热源和冷凝温度分别设置为700℃和40℃。因此，可以得出结论，在利用如地热储层这样的热源来提高效率方面，直接使用单一种类的二氧化碳可能不利于膨胀机的动力循环设计。然而，另一方面，使用双循环的增强型地热系统的有机朗肯循环(ORC)，就像D.Brown提出的建议一样，可能不像看起来那样有效。根据来自澳大利亚的研究人员所做的模拟，E.Sauret和A.S.Rowlands发现，当分别在413K下使用R143a和正戊烷时，ORC的效率分别为9.51％和10.43％，这可能明显低于D.Brown估计的值。
根据最新的研究，膨胀机的腔室内产生涡旋膨胀机的轴功率的流体混合过程将有助于膨胀机的效率的提高，其原理是对于单个膨胀部件，等温膨胀过程比绝热膨胀更有效。推断这一原理可以进一步应用于其它膨胀机，例如，轴向燃气轮机、径向流入式涡轮机、凯瑟琳轮、欧拉涡轮机或其它类型的径向流出式反动涡轮机。正如Woo Young Kim和其他研究人员的文章所提到的，在压缩和膨胀过程中与不凝性气体混合的非挥发性液体能够有助于产生等温过程，该过程比单一种类膨胀表示的绝热膨胀过程具有更高的效率。因此，提出了一种流体混合过程，通过混合作为超临界CO2的地质流体和另一种工作流体(主要是在有机分级循环中使用的那些流体)，来满足提高基于CO2的地热发电系统的效率的目标。
发明内容
本发明涉及一种地热能系统，其包括围绕轮轴旋转以产生功率的凯瑟琳轮。发电机可以耦合到轮轴，当轮轴旋转时，生成电力。凯瑟琳轮具有从轮轴沿着径向向外延伸的多个轮臂。轮臂具有从轮轴沿着径向向外延伸的径向部分和以偏置角度从径向部分延伸到排放端的翅片部分。第一工作流体，例如，来自地热储层的二氧化碳，流过轮臂内的臂导管，第二工作流体，例如，简单的碳氢化合物，与第一工作流体混合，并且二者流过涡轮机。涡轮机配置在臂导管内，并且随着组合的工作流体的蒸发或膨胀而转动。旋转气体涡轮机向其先前的压缩机施加力，并迫使压缩机对流过臂导管的超临界二氧化碳做功，从而提高其密度和温度。能量可以由涡轮机产生并在系统中使用，或者可以有助于系统发电。
从轮臂的排放端排出蒸发的工作流体，以产生推力并推动轮臂围绕轮轴旋转。第一工作流体加热第二工作流体，从而有利于第二工作流体的蒸发。在示例性实施例中，第一工作流体是来自地热储层的二氧化碳，第二工作流体包括碳氢化合物。
一示例性地热能系统包括凯瑟琳轮，该凯瑟琳轮包括一个或多个围绕轮轴旋转并将流体排入到排放环中的轮臂。一示例性凯瑟琳轮包括围绕轮轴配置的多个轮臂，其中，多个轮臂中的每一个都包括从轮轴延伸出的径向部分和从径向部分以偏置角度延伸到排放端的翅片部分，由此来自排放端的排放推动轮臂围绕轮轴旋转。翅片部分可以从径向部分的长度轴线以大约90度的偏置角度延伸，以提供垂直于径向部分的长度的切向力。
在一示例性实施例中，涡轮机配置在轮臂导管或臂导管内。第一工作流体流过臂导管并进入涡轮机。将第二工作流体引入到涡轮机中，第一工作流体和第二工作流体在涡轮机中混合并蒸发，以形成蒸发的工作流体，该蒸发的工作流体从轮臂的排放端排出，推动和轮臂和凯瑟琳轮围绕轮轴旋转。在一示例性实施例中，发电机与凯瑟琳轮耦合，从而通过凯瑟琳轮或轮臂围绕轮轴的旋转而产生电力。在一示例性实施例中，分离器接收蒸发的工作流体，并收集所述碳氢化合物的冷凝液。然后，将收集的冷凝液雾化并注回到压缩机的腔室，在压缩二氧化碳的过程中，冷凝液被加热并部分蒸发。因此，碳氢化合物可以部分地收集压缩过程中产生的热量。每次压缩后，加热的碳氢化合物将被气体冷却器冷凝，将液态碳氢化合物注回到压缩机的腔室内进行雾化。当压缩完成后，所有的碳氢化合物将被分离并泵回到储罐。第一工作流体组分在压缩后可以通过回灌井被泵送回地热储层，或者可以排出或用于某个次要目的。第二工作流体可以从第二流体储液器再循环回到凯瑟琳轮。压缩过程中产生的热量将被碳氢化合物吸收，碳氢化合物将随时与外部热源进行热传递，例如，来自地热储层的热超临界流体。可以例如通过生产井从地热储层中抽取第一工作流体。第一工作流体可以包括二氧化碳，并且可以基本上由二氧化碳组成，其中，该流体是至少约90％的二氧化碳，或者甚至至少约95％的二氧化碳。另一种组分例如可以是微量气体或水蒸气。第二工作流体可以是碳氢化合物，并且在某些特殊情况下可以是无机流体。
在一示例性实施例中，第一工作流体加热第二工作流体。第一工作流体可以处于超临界状态，可以在轮臂中压缩和/或加热，并且可以在进入涡轮机之前加热到给定的温度和压力。当被引入臂导管或涡轮机时，第一工作流体组分可以是超临界CO2。第二工作流体可以包括碳氢化合物，例如，简单的碳氢化合物，包括但不限于例如甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷和癸烷。一种示例性碳氢化合物是丙烷，其可以在轮臂中蒸发至给定的蒸汽压力，例如，在连接到燃气轮机的蒸发器中蒸发并且随后冷凝回冷凝器中的流体中。第二工作流体的两相流的出现将在二氧化碳解压缩和膨胀期间将热量传递给二氧化碳。如此，将降低二氧化碳的多变指数，从而使该过程接近等温过程，由此有利于提高涡轮机和凯瑟琳轮的效率。第二工作流体可以流经第二流体输送导管至轮臂或涡轮机。第二流体输送导管可以在第二流体入口与臂导管耦合。第二流体入口可以被配置为距轮臂的轴端至少50％的轮臂长度。
在一示例性实施例中，例如，第一工作流体将在喷射器、喷射泵或文丘里管中与第二工作流体混合。工作流体的第二入口可以配置在所述部件的喉部上。第一工作流体在混合前的温度应不低于80℃，最高可达150℃以上。但应低于250℃。
在一示例性实施例中，冷凝器被配置为接收蒸发的工作流体，并且工作流体可以被冷凝并重新形成为第一和第二工作流体的组分。第一工作流体可以通过回灌井返回到地热储层。第二工作流体可以返回到第二流体储液器，并在整个过程中再循环。
在一示例性实施例中，压缩机用于进一步压缩第一工作流体。此外，当第一和/或第二工作流体流入或流过轮臂时，可以使用一个或多个加热器来加热第一和/或第二工作流体。在一示例性实施例中，加热器被配置为在第一和/或第二工作流体流过臂导管时，如在引入到涡轮机之前加热第一和/或第二工作流体。第一工作流体可以是二氧化碳，并且可以被加热到超临界二氧化碳，其温度范围能够在引入涡轮机之前沸腾第二工作流体。第一工作流体可以基本上由二氧化碳组成，具有不超过约5％的其他组分，优选不超过约2％的其他组分。
可以通过延伸到地热储层的生产井获得第一工作流体。生产井为使得第一工作流体流入到凯瑟琳轮的臂导管。如本文所述，第一工作流体可通过回灌井返回地热储层。
第二工作流体可以包括碳氢化合物，例如，丙烷、异丁烷和乙醇。这些碳氢化合物可能是低蒸汽压的饱和液体。对于异丁烷，蒸汽压可以是至少约0.57MPa、至少约1MPa、至少约1.5MPa、优选为1.88MPa。对于丙烷，蒸汽压可以是至少约2.0MPa，优选等于或大于2.11MPa。第二工作流体的蒸汽压力可以具有介于所提供的蒸汽压(包括蒸汽压)之间的任何范围，例如，从约0.75MPa到约2.0MPa。在一示例性实施例中，第二工作流体基本上由碳氢化合物组成，具有不超过约5％的其它组分，优选不超过约2％的其它组分。在一示例性实施例中，第二工作流体是丙烷。
可以沿着轮臂的长度的一定距离将第二工作流体引入至轮臂，例如，刚好在涡轮机之前或者进入涡轮机之时。第二工作流体可以流过第二流体输送导管，该第二流体输送导管在第二流体入口处与臂导管耦合。根据设计策略，第二流体入口可以被配置为距轮臂的轴端约50％或更大的轮臂长度。
本文描述的采用凯瑟琳轮的示例性能量系统可用于产生电力，例如，来自轮臂旋转的电力。第一工作流体和第二工作流体可以组合，并且可以流过配置在轮臂导管内的涡轮机，以推动混合的流体通过和流出轮臂导管。混合流体排放时产生的力推动轮臂围绕轮轴旋转。旋转轮轴可以推动发电机产生电力等。
在一示例性实施例中，对离开凯瑟琳轮的组合工作流体的第二工作流体组分的一部分进行冷凝，然后对液体第二流体雾化并注入后续压缩机。这抑制了显热的产生，降低了压缩功，降低了压缩过程中的多变指数，从而大大提高了系统的效率。
一示例性地热能系统规模符合效率及功率要求。因此，凯瑟琳轮的直径可以是约3m或更大、约6m或更大、约8m或更大、约10m或更大、甚至12m或更大以及在所提供的直径之间的并且包括所提供的直径的任何范围。
在一示例性实施例中，第二工作流体是异丁烷，并且第一工作流体，例如，二氧化碳，与第二工作流体，即异丁烷，的混合比是约3:1或更大、约5:1或更大、约6:1或更大以及在所提供的工作流体混合比之间的并包括所提供的工作流体混合比的任何范围。在一示例性实施例中，第二工作流体是丙烷，并且第一工作流体，例如，二氧化碳，与第二工作流体，即丙烷，的混合比是约4:1或更大、约5:1或更大、约6:1或更大以及在所提供的工作流体混合比之间的并包括所提供的工作流体混合比的任何范围。工作流体混合比是第一工作流体分子与第二工作流体的分子的比率。
提供本发明的发明内容，作为对本发明的一些实施例的一般介绍，而不是限制性的。本文提供了包括本发明的变型和替代配置的其他示例实施例。
附图说明
本文包括附图以提供对本发明的进一步理解，包含在本说明书内，并构成本说明书的一部分，示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1示出了示例性地热能源系统的透视图，该系统包括旋转以产生电力的凯瑟琳轮。
图2示出了示例性地热能系统的仰视图，该地热能系统包括旋转以产生电力的凯瑟琳轮。
图3示出了凯瑟琳轮和排放环的仰视图。
图4示出了轮臂的透视图，该轮臂具有用于第一工作流体的臂导管和第二流体输送导管，该第一工作流体包括从地热储层提取的二氧化碳，该第二流体输送导管用于将第二工作流体注入臂导管，以输送到涡轮机。
图5示出了示例性凯瑟琳轮的一部分的侧视图，该凯瑟琳轮具有加热器，该加热器被配置为当第一工作流体通过臂导管时加热该第一工作流体。
图6示出了包括凯瑟琳轮的示例性地热能系统的示意图。
图7示出了示例性涡轮机的截面图，该涡轮机具有在在单个单元中组合的混合室、扩散器和蒸发器，用于蒸发第一和第二工作流体。
图8示出了在径向部分具有De Laval喷嘴或收敛亚音速喷嘴的示例性轮臂。
在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的部分。附图表示本发明的一些实施例的说明，并且不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。此外，附图不一定按比例绘制，一些特征可能放大，以显示特定组件的细节。因此，在本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式使用本发明的代表性基础。
具体实施方式
如本文所使用的，术语“comprises”、“comprising”、“includes”、“including、“has”、“having”或其任何其他变体旨在覆盖非排他性的包含。例如，包括一系列元件的过程、方法、物品或设备不一定仅限于这些元件，而是可以包括未明确列出的或这些过程、方法、物品或设备固有的其他元件。此外，使用“a”或“an”来描述本文描述的元件和组件。这样做仅仅是为了方便和给出本发明范围的一般意义。该描述应被理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非显然其另有含义。
本文描述了本发明的某些示例性实施例，并在附图中示出。所描述的实施例仅用于说明本发明的目的，不应被解释为限制本发明的范围。本发明的其他实施例以及所描述的实施例的某些修改、组合和改进对于本领域的技术人员来说是显而易见的，并且所有这些替换实施例、组合、修改、改进都在本发明的范围内。
参考图1和图2，示例性地热能系统10包括凯瑟琳轮50，该凯瑟琳轮50围绕旋转轴线55旋转，以在与其耦合的发电机53中产生电力。凯瑟琳轮包括多个轮臂60，轮臂60包括用于第一工作流体流动的臂导管66，第一工作流体包括从与地下12下面的地热储层14耦合的生产井16提取的二氧化碳。第二工作流体，例如，碳氢化合物，通过第二流体输送导管38被引入臂导管66中，并且这两种工作流体然后通过涡轮机90。当这两种工作流体从轮臂的排放端流出时，这两种流体蒸发、膨胀并从涡轮机单元加速，以产生轮臂的推进力。轮臂具有从凯瑟琳轮的轮轴52径向延伸的径向部分61以及与径向部分成偏置角度的翅片部分70。第一工作流体从地热储层14流过生产井井道14，并且可以在输送到凯瑟琳轮的轮臂之前被压缩机42压缩。注意，第一工作流体，例如，超临界CO2，可以在输送到轮臂之前被加热。第二工作流体，例如，碳氢化合物，从第二流体容器流入第二流体输送导管38，该第二流体输送导管沿着每个轮臂延伸。从排放端流出的工作流体的力转动凯瑟琳轮，例如，通过一个或多个齿轮耦合到凯瑟琳轮轴52的发电机53产生电力。在排放环56中捕捉从凯瑟琳轮的排放端排出的气体，并通过分离器49将气体馈送到冷却器/冷凝器。第二工作流体通过回流管道36返回到第二工作流体容器34，并且第一工作流体通过第一工作流体排出导管28流到回灌井29。第一工作流体从回灌井29通过回灌井18流回地热储层。在真正的地热发电厂应用中，回灌井和生产井可能相距数百米。
参考图2和图3，轮臂60具有径向部分61和翅片部分70，径向部分61具有从轴端62到翅片端64的长度63，翅片部分70具有从径向端到排放端74的长度。排放端可以延伸到排放环56中，并且当轮臂在排放环内旋转时，动态密封件57可以围绕轮臂密封。对称地设计径向部分61，以便抵消由旋转的凯瑟琳轮50施加在如图7所示的嵌入式涡轮机单元上的离心力，并减小振动。增加的多个轮臂有助于降低振动和保持系统稳定。凯瑟琳轮50的直径51可以如本文所述的那样大。图3示出了凯瑟琳轮50的仰视图，该凯瑟琳轮50被配置为向排放环56中排放。轮臂60具有从轴端62延伸到排放翅片端64的径向部分。轮臂然后转向从径向端72延伸到排放端74的翅片部分70。排放端将流体排出到排放环56中。轮臂延伸到排放环中，并与环槽内的空间保持严格的气密性。因此，非常靠近臂的端部的管和喷嘴与排放环成连接容器，从该连接容器开始，从混合室一直到排放环将有连续的压降。
如图4所示，示例性轮臂60具有用于第一工作流体20的臂导管66和第二流体输送导管38，第一工作流体20包括从地热储层提取的二氧化碳，第二流体输送导管38用于将第二工作流体30通过第二流体入口39注入臂导管中，以输送至涡轮机90。这两种工作流体在涡轮机中蒸发，并加速离开轮臂的翅片部分70的排放端74。涡轮机位于轮臂的径向部分61的端部附近，正好在径向端部72或径向部分61和翅片部分70之间的弯曲部分71之前。在一示例性实施例中，超临界二氧化碳与第二工作流体的饱和液体混合。第二工作流体通过与超临界二氧化碳接触而沸腾，第二工作流体和超临界二氧化碳都膨胀和蒸发。这一步骤将由再加热辅助，由涡轮机产生压缩功，或由嵌入涡轮机的电动机驱动电加热器。组合的第一和第二工作流体的组合蒸汽驱动涡轮机，以增加第一工作流体的焓，从而增加后续组合工作流体的总焓。组合的工作流体从轮臂的排放端以剩余的高速排出推动凯瑟琳轮旋转，产生电力。
如图5所示，示例性凯瑟琳轮50具有加热器44，该加热器44被配置为当第一工作流体20通过臂导管66时加热第一工作流体20。
如图6所示，示例性地热能系统10包括凯瑟琳轮50，该凯瑟琳轮50绕轴线旋转或转动，以通过发电机40产生电能。包含二氧化碳的第一工作流体20的流通过与地热储层14连接的生产井16提取，并在压缩机42中压缩。然后，压缩的第一工作流体在混合室41中与第二工作流体30混合，混合室可包括加热装置43，以控制混合流体的温度。第二工作流体也可以用热交换器加热。阀156可以调节流入混合室41的第二工作流体的流量。混合的第二工作流体30和第一工作流体20在蒸发段145中蒸发或汽化，以产生蒸发的工作流体15然后流经涡轮机90并从轮臂60的排放端流出。两种流体从混合室41流经扩散器47和蒸发器80。注意，混合室、扩散器和蒸发器可以配置在单个单元或装置中。混合流体然后流向涡轮机，并随后从凯瑟琳轮50的排放端流出。如本文所述，涡轮机可以配置在凯瑟琳轮的轮臂中。旋转的凯瑟琳轮加速蒸发的工作流体，然后，在压缩机42中压缩这些流体，然后，在冷凝器48中冷却和/或冷凝这些流体，最后被分离器49分离。第二工作流体30’返回到第二工作流体储液器82，并通过系统再循环。第一工作流体20’通过回灌井18流回地热储层14。地热能系统10产生的电能可以储存在电能储存装置11中，例如，钒氧化还原流体电池或其它电池。发电机40，例如，涡轮机，也可以耦合到电能存储装置，以产生电力。可以由轮的转动产生电力。
如图7所示，示例性涡轮机90被配置为接收并蒸发第一工作流体20和第二工作流体30。第一工作流体20流过轮臂60的臂导管66并流入涡轮机90的入口92。涡轮机配置在臂导管66内。第二工作流体30流过第二流体输送导管38并流入涡轮机90。这两种工作流体混合并流过压缩室94，并在蒸发室96中蒸发，其中，蒸发的工作流体25加速离开涡轮机的排放端98。
如图8所示，由管段的收缩部分示出De Laval喷嘴120或收敛亚音速喷嘴。如果质量流率足够大，则凯瑟琳轮的臂导管的喷嘴可以是De Laval喷嘴。如果组合的工作流体的多级膨胀和冷却被认为是重要的优先事项，则非常狭窄的截面可以应用于设计。
对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以在本发明中进行各种修改、组合和变化。本文描述的特定实施例、特征和元件可以以任何合适的方式进行修改和/或组合。因此，本发明旨在覆盖本发明的修改、组合和变化，只要这些修改、组合和变化在所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (42)

1.一种地热能系统，包括：
a）凯瑟琳轮，其围绕轮轴旋转，包括：
i）多个轮臂，其围绕轮轴配置，其中，所述多个轮臂中的每一个包括：
径向部分，
翅片部分，
其中，所述径向部分从轴端径向向外延伸，并且其中，所述翅片部分从径向部分以偏置角度延伸到排放端；
臂导管，其在轮臂内延伸至所述排放端；
涡轮机，其配置在臂导管内；
其中，第一工作流体流过臂导管并进入所述涡轮机；
其中，第二工作流体被引入到所述涡轮机中，并且其中，所述第一工作流体和第二工作流体在涡轮机中混合并蒸发，以形成蒸发的工作流体，该蒸发的工作流体从轮臂的排放端排出，以推动轮臂和凯瑟琳轮围绕轮轴转动；
ii）其中，所述第一工作流体加热第二工作流体；
b）与所述凯瑟琳轮耦合的发电机，
其在凯瑟琳轮围绕轮轴旋转时产生电力；
c）冷凝器，其接收蒸发的工作流体并将工作流体分成所述第一工作流体和第二工作流体。
2.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述第一工作流体在流入所述涡轮机之前加热。
3.根据权利要求2所述的地热能系统，其中，所述第一工作流体在所述轮臂中加热。
4.根据权利要求2所述的地热能系统，其中，所述第一工作流体在被引入所述涡轮机之前加热到临界状态。
5.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述第二工作流体从所述冷凝器再循环回到所述凯瑟琳轮。
6.根据权利要求1所述的地热能系统，还包括：
a）从地热储层延伸的生产井，其使得第一工作流体流入到凯瑟琳轮的臂导管。
7.根据权利要求6所述的地热能系统，还包括回灌井，所述回灌井延伸到所述地热储层中，以使得所述第一工作流体流回到地热储层。
8.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述第二工作流体从所述冷凝器再循环至第二流体储液器。
9.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述蒸发的工作流体的第二工作流体冷凝成液体，并且其中，所述液体雾化并注入压缩机，以提高所述压缩机的效率。
10.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述第一工作流体包括二氧化碳。
11.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述第一工作流体基本上由二氧化碳组成。
12.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述第一工作流体在引入所述臂导管时是超临界CO2。
13.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述第二工作流体包括蒸汽压至少为0.75MPa的碳氢化合物。
14.根据权利要求13所述的地热能系统，其中，所述第二工作流体是丙烷。
15.根据权利要求14所述的地热能系统，其中，所述蒸发的工作流体具有至少4:1的第一工作流体与第二工作流体的工作流体混合比。
16.根据权利要求13所述的地热能系统，其中，所述第二工作流体是异丁烷。
17.根据权利要求16所述的地热能系统，其中，所述蒸发的工作流体具有至少3:1的第一工作流体与第二工作流体的工作流体混合比。
18.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述第二工作流体流过第二流体输送导管，并且其中，所述第二流体输送导管在第二流体入口处与所述臂导管耦合。
19.根据权利要求18所述的地热能系统，其中，所述第二流体入口被配置为距所述轮臂的轴端至少50%的轮臂长度。
20.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述凯瑟琳轮具有至少3m的直径。
21.根据权利要求1所述的地热能系统，其中，所述凯瑟琳轮具有至少10m的直径。
22.一种产生电能的方法，包括以下步骤：
a）提供地热能系统，包括：
i）凯瑟琳轮，其围绕轮轴旋转，包括：
多个轮臂，其围绕轮轴配置，其中，所述多个轮臂中的每一个包括：
径向部分，
翅片部分，
其中，所述径向部分从轴端径向向外延伸，并且其中，所述翅片部分从径向部分以偏置角度延伸到排放端；
臂导管，其在轮臂内延伸至所述排放端；
涡轮机，其配置在臂导管内；
ii）发电机，其与凯瑟琳轮耦合；
iii）压缩机；
iv）冷凝器单元，其具有分离器、收集器和气体冷却器；
b）使第一工作流体流过臂导管并进入所述涡轮机；
c）使第二工作流体流入所述涡轮机中，并且其中，所述第一工作流体和第二工作流体在涡轮机中混合并蒸发，以形成蒸发的工作流体，该蒸发的工作流体从轮臂的排放端排出，以推动轮臂和凯瑟琳轮围绕轮轴旋转；
其中，所述第一工作流体加热第二工作流体；
d）在冷凝器中冷凝蒸发的工作流体，以重新形成所述第一工作流体和第二工作流体；
e）当凯瑟琳轮围绕轮轴旋转时，通过发电机产生电力。
23.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述第一工作流体在流入所述涡轮机之前加热。
24.根据权利要求23所述的产生电能的方法，其中，所述第一工作流体在所述轮臂中加热。
25.根据权利要求23所述的产生电能的方法，其中，所述第一工作流体在被引入所述涡轮机之前加热到超临界状态。
26.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述第二工作流体从所述冷凝器再循环回到所述凯瑟琳轮。
27.根据权利要求22所述的产生电能的方法，还包括
a）从地热储层延伸的生产井，其使得第一工作流体流入到凯瑟琳轮的臂导管。
28.根据权利要求27所述的产生电能的方法，还包括回灌井，所述回灌井延伸到所述地热储层中，以使得所述第一工作流体回流到地热储层。
29.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述第二工作流体从所述冷凝器再循环至第二流体储液器。
30.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述蒸发的工作流体的第二工作流体被冷凝成液体，并且其中，所述液体雾化并注入压缩机，以提高所述压缩机的效率。
31.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述第一工作流体包括二氧化碳。
32.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述第一工作流体基本上由二氧化碳组成。
33.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述第一工作流体在被引入所述臂导管时是超临界CO2。
34.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述第二工作流体包括蒸汽压至少为0.75MPa的碳氢化合物。
35.根据权利要求34所述的产生电能的方法，其中，所述第二工作流体是丙烷。
36.根据权利要求35所述的产生电能的方法，其中，所述蒸发的工作流体具有至少4:1的第一工作流体与第二工作流体的工作流体混合比。
37.根据权利要求34所述的产生电能的方法，其中，所述第二工作流体是异丁烷。
38.根据权利要求35所述的产生电能的方法，其中，所述蒸发的工作流体具有至少3:1的第一工作流体与第二工作流体的工作流体混合比。
39.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述第二工作流体流过第二流体输送导管，并且其中，所述第二流体输送导管在第二流体入口处与所述臂导管耦合。
40.根据权利要求39所述的产生电能的方法，其中，所述第二流体入口被配置为距所述轮臂的轴端至少50%的轮臂长度。
41.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述凯瑟琳轮具有至少3m的直径。
42.根据权利要求22所述的产生电能的方法，其中，所述凯瑟琳轮具有至少10m的直径。
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