CN114562823A - 基于井下微波加热的地下含水层储热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于井下微波加热的地下含水层储热系统，包括设置在地上用于提供流体的流体源、供电设备和控制地下井中流体流动状态的泵；地面下设置有注入井和采出井，所述注入井与所述采出井的井底都位于地下含水层中，根据地下含水层流体流向选定注入井和采出井位置。该系统具有的优点如下：（1）本系统可以实现井下注入流体瞬时加热，相比于传统井下加热方法，本系统加热所需时间更短，加热能耗更少。（2）本发明井下流体加热主要依靠所设计的井下微波加热装置，该装置能够有效地将地下含水层及井下注入流体加热到目标温度。（3）本发明可以实现地下热储循环利用，并且能够提升地下含水层温度。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于井下微波加热的地下含水层储热系统。
背景技术
地下含水层储热是一种利用地下含水层作为介质，将热能以热水的形式存储于地下含水层中的储能系统。它通过注采井向含水层中灌入或抽取地下水，实现热能储存和回收。地下含水层储能可以弥补能源供需在空间/时间上分布的不平衡，能够综合利用多种可再生能源形式，减少对矿物燃料的依赖，为节能减排和环境保护提供了一个很好的解决途径。
在现有的地下含水层储热系统中，大多数是利用地层本身的热量对注入地层流体进行加热，或者是利用电阻加热将电能转化为热能加热注入流体。两种加热方式都是通过传统的热传导方式对注入流体进行加热，前者如果地层温度不够高，会导致流体温度加热不到目标温度；后者能耗过大失去了原本节能的意义。本发明所设计的井下微波加热，能够使注入流体加热更快，且能耗更小。
现有的大部分地上新能源发电系统，如光伏发电、风力发电等，无法实现地上剩余电能储存且能量波动很不稳定。本发明可以将地上发电系统所产生的不稳定电能通过能量转换的方法变为稳定的热能储存在地下，利用地下含水层进行热量储存，从而实现将不稳定的能量转化为稳定的能量。
目前大部分井下加热装置都存在能耗过大问题，地下储热中首先要解决的问题就是如何利用最小的能耗将注入地层中的流体和地下含水层加热到目标温度。本发明采用井下微波加热的方法，利用微波加热技术，对井下注入流体及地下含水层进行加热，不需要消耗过多的能量即可将井下注入流体及地下含水层加热到目标温度，实现地下储热。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于井下微波加热的地下含水层储热系统，该基于井下微波加热的地下含水层储热系统可以很好地解决上述问题。
为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种基于井下微波加热的地下含水层储热系统，该基于井下微波加热的地下含水层储热系统包括设置在地上用于提供流体的流体源、供电设备和控制地下井中流体流动状态的泵；地面下设置有注入井和采出井，所述注入井与所述采出井的井底都位于地下含水层中，根据地下含水层流体流向选定注入井和采出井位置；注入井井底装配用于给注入井井内流体和地下含水层加热的微波加热装置，所述微波加热装置由用于产生微波能的磁控管、用于传递微波能的波导管、用于保护内部元件的聚丙烯真空管、用于产生微波的微波发生器以及用于稳定装置的配重组成；注入井中设置有给微波加热装置供电的电缆，控制微波加热装置井下位置的井下吊装设备及用于实时监测井下温度的温度传感器；采出井内壁设置绝热材料，降低采出井井内流体通过上覆地层时发生热量流失。
该基于井下微波加热的地下含水层储热系统具有的优点如下：
（1）本系统可以实现井下注入流体瞬时加热，相比于传统井下加热方法，本系统加热所需时间更短，加热能耗更少。
（2）本发明井下流体加热主要依靠所设计的井下微波加热装置，该装置能够有效地将地下含水层及井下注入流体加热到目标温度。
（3）本发明可以实现地下热储循环利用，并且能够提升地下含水层温度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的基于井下微波加热的地下含水层储热系统的结构示意图。
其中：1：流体源；2：控制装置及供电设备；3：注入井；4：井下吊装设备；5：电缆；6：温度传感器；7：地下含水层；8：磁控管；9：波导管；10：聚丙烯真空管；11：微波发生器；12：泵；13：采出井井内流体；14：采出井；15：绝热材料；16：上覆地层；17：地下含水层流体流向；18：配重；19：注入井井内流体。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
根据本申请的一个实施例，该基于井下微波加热的地下含水层储热系统如图1所示，包括地上设置有提供流体的流体源1，井下微波加热装置的控制装置及供电设备2和控制地下井中流体流动状态的泵12。地下设置有注入井3和采出井14，注入井3与采出井14的井底都位于地下含水层7中，根据地下含水层流体流向17选定注入井3和采出井14位置。注入井3井底装配用于给注入井井内流体19和地下含水层7加热的微波加热装置，微波加热装置由用于产生微波能的磁控管8、用于传递微波能的波导管9、用于保护内部元件的聚丙烯真空管10、用于产生微波的微波发生器11以及用于稳定装置的配重18组成。注入井3中设置有给微波加热装置供电的电缆5，控制微波加热装置井下位置的井下吊装设备4，以及用于实时监测井下温度的温度传感器6。采出井14内壁设置绝热材料15，降低采出井井内流体13通过上覆地层16时发生热量流失。
根据本申请的一个实施例，该基于井下微波加热的地下含水层储热系统的控制装置和供电设备2可以将地上不稳定能量转化成稳定电能，向注入井3中微波加热装置提供电能，并且可以实时控制微波加热装置的开启和关闭。
根据本申请的一个实施例，该基于井下微波加热的地下含水层储热系统的采出井14内壁设置的绝热材料15宜选用热阻较大的材料，保证采出的地下流体温度较高。
根据本申请的一个实施例，该基于井下微波加热的地下含水层储热系统的泵12能实现以恒定速度向注入井3注入流体，以恒定速度经采出井14将地下含水层流体采出。
根据本申请的一个实施例，该基于井下微波加热的地下含水层储热系统使用时的具体步骤如下：
第一步：利用井下吊装设备4将微波加热装置放入注入井3井底，开启地上的泵12，将流体源1中的流体通过注入井3注入地下含水层7。
第二步：利用地上的控制装置和供电设备2开启微波加热装置，通过电缆5会给微波加热装置供电，此时微波加热装置中的磁控管8会产生微波能，微波能通过波导管9传递给微波发生器11，微波发生器11会向四周发出微波。注入井井内流体19通过微波加热装置时，受到微波加热提升温度，地下含水层7以及地下含水层中的流体都会受到微波加热的影响提升温度。同时，温度传感器6会向地面及时反馈井下流体的实时温度，以防微波将井下流体温度加热过高出现意外情况。
第三步：经过微波能加热后，注入流体携带热量储存于地下含水层7中，地下含水层7受到微波影响出现温度上升，由此可以将热能储存于地下含水层中。
第四步：当地上需要使用地下储存的热量时，泵12可以通过采出井14将地下含水层7中的流体采出利用。采出流体经过地面利用后温度降低，可以重新注回流体源1中重复利用，通过注入井3再次加热后注入地下含水层7中实现循环利用。
根据本申请的一个实施例，该基于井下微波加热的地下含水层储热系统能够利用微波加热，将地下含水层及井下注入流体迅速加热到目标温度，达到地下储热的目的，同时能够将地上电能转化为地下热能并将其储存在地下含水层中，井下微波加热装置可以提升加热效率，并且聚丙烯真空管能够不隔绝微波传导，但会隔绝真空管外部向内部的热传递，保护磁控管、波导管、微波发生器不受井下外部温度升高影响，使井下微波加热装置运行更加稳定，且利用吊装设备和配重将微波加热装置在井下稳定，吊装设备还可以将微波加热装置从井下回收，便于维修更换，利用温度传感器，可以实时监测井下流体温度，以便控制微波加热装置的运行功率，防止发生不必要的损耗。
以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。
Claims (5)
1.一种基于井下微波加热的地下含水层储热系统，其特征在于：包括设置在地上用于提供流体的流体源、供电设备和控制地下井中流体流动状态的泵；
地面下设置有注入井和采出井，所述注入井与所述采出井的井底都位于地下含水层中，根据地下含水层流体流向选定注入井和采出井位置；
注入井井底装配用于给注入井井内流体和地下含水层加热的微波加热装置，所述微波加热装置由用于产生微波能的磁控管、用于传递微波能的波导管、用于保护内部元件的聚丙烯真空管、用于产生微波的微波发生器以及用于稳定装置的配重组成；
注入井中设置有给微波加热装置供电的电缆，控制微波加热装置井下位置的井下吊装设备及用于实时监测井下温度的温度传感器；
采出井内壁设置绝热材料，降低采出井井内流体通过上覆地层时发生热量流失。
2.根据权利要求1所述的基于井下微波加热的地下含水层储热系统，其特征在于：还包括设置在地面上的井下微波加热装置的控制装置。
3.根据权利要求1所述的基于井下微波加热的地下含水层储热系统，其特征在于：制装置和供电设备将地上不稳定能量转化成稳定电能，向注入井中微波加热装置提供电能，并且实时控制微波加热装置的开启和关闭。
4.根据权利要求1所述的基于井下微波加热的地下含水层储热系统，其特征在于：采出井内壁设置的绝热材料选用热阻大的材料。
5.根据权利要求1所述的基于井下微波加热的地下含水层储热系统，其特征在于：泵能实现以恒定速度向注入井注入流体，以恒定速度经采出井将地下含水层流体采出。
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