CN218151273U - 一种超临界co2作为循环工质的增强型地热发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超临界CO₂作为循环工质的增强型地热发电系统，该系统包括注入井、干热岩储层、生产井、加压泵、膨胀机、发电机、冷却塔及回热器。注入井连接干热岩储层，干热岩储层连接生产井，生产井连接膨胀机，膨胀机连接回热器第一热程入口，回热器第一热程出口连接冷却塔，冷却塔连接泵，泵连接回热器第二热程入口，回热器第二热程出口连接注入井，所述膨胀机外接发电机。该循环系统有碳封存效果，有利于碳中和，且不会破坏地下水环境，在提高了发电功率的同时保护了环境。

Description

一种超临界CO2作为循环工质的增强型地热发电系统

技术领域

本实用新型涉及地热应用领域，具体说是一种超临界CO₂作为循环工质的增强型地热发电系统。

背景技术

随着世界经济的不断增长, 能源的消耗也越来越大, 特别是电力需求，目前电力主要来自于火力发电、核电、水力发电、光伏发电、风电，火电对化石燃料的大量使用不仅带来了严重的环境污染和生态破坏, 而且资源量也日益减少。核电的放射性一直存在困扰，水利发电受地形限制，同时也对生态造成破坏，光伏和风电的稳定性不高，开发洁净可靠的可再生能源成了可持续发展的迫切需要, 作为替代能源之一的地热能源日益受到人们的重视，地热能指来自地壳深部储存于地下岩石和岩石孔隙裂缝的天然热能。地热电站没有燃料运输设备, 没有庞大的锅炉设备, 没有灰渣和烟气对环境的污染, 是比较清洁的能源, 而且发电成本较水电、火电都低。

地热发电目前在全球已广泛运用，传统的地热发电技术包括干蒸汽发电技术、闪蒸发电技术、双工质循环发电技术。干蒸汽发电技术对热源要求高，地热能必须是高于150℃的大型干蒸汽，热源比较稀有，开采难度较大，且目前发现的干蒸汽地热基本都被开发；闪蒸发电技术是将地下的高压热水吸入低压罐，使用产生的闪蒸蒸汽驱动汽轮机进行发电，要求地下热水温度至少180℃，抽取地下水需要进行回灌，回灌率无法达到百分之百，对地下环境造成一定的破坏，成本也相对较高，电站的回收周期进一步延长；双工质循环发电技术是通过地下热水加热另一种低沸点的有机工质，使有机工质气化进入膨胀机做功，带动发电机进行发电，一方面地下热水同样有着回灌问题，对地下环境存在一定的破坏，另一方面有机工质一般都是有毒、易燃易爆物质，存在一定安全风险。

发明内容

本实用新型提供了一种超临界CO₂作为循环工质的单循环系统下的增强型地热发电系统，循环系统有碳封存效果，有利于碳中和，且不会破坏地下水环境，在提高了发电功率的同时保护了环境。

本实用新型采用的技术方案是：一种超临界CO₂作为循环工质的增强型地热发电系统，其特征在于：所述系统包括注入井、干热岩储层、生产井、泵、膨胀机、发电机、冷却塔及回热器，所述注入井连接干热岩储层，干热岩储层连接生产井，生产井连接膨胀机，膨胀机连接回热器第一热程入口，回热器第一热程出口连接冷却塔，冷却塔连接泵，泵连接回热器第二热程入口，回热器第二热程出口连接注入井，所述膨胀机外接发电机。

进一步地，所述冷却塔为风冷塔。

进一步地，所述冷却塔为水冷塔。

进一步地，所述水冷塔换热水体接厂区生活用水。

进一步地，所述回热器为板式换热器或管壳换热器。

进一步地，所述泵为加压泵。

该技术方案中地热为干热岩，干热岩本身致密硬度大，想要提取其中热量必须对其进行压裂，建立增强型地热系统使去干热岩产生裂缝，普通水力压裂消耗大量水资源，且裂缝存在自动闭合问题，压裂效果不佳；超临界CO₂作为压裂液对干热岩进行储层改造，超临界CO₂化学具有高密度、低粘度、高扩散系数和低表面张力，更易于形成微裂缝和大量复杂的微裂缝网络，而且是无水压裂不会对使储层受损诱发地震，超临界CO₂溶解性更强可缓解裂缝堵塞问题，避免裂缝闭合，另外部分CO₂会在地下泄露封存，有利于碳中和。利用干热岩进行地热发电不会再抽取地热热水资源，避免了对地下环境的破坏；超临界CO₂作为循环工质不需要消耗水资源，而且超临界CO₂因为本身物质特性，随着温度不同密度差异变化大，会产生自虹吸现象，不需要在注入井下单独加泵进行注入；单纯依靠超临界CO₂的自虹吸效应，生产井出口的压力不会足够大，在注入井前设置加压泵，经注入井后自虹吸后会进一步提升工质在生产井处的压力，更多的膨胀做功，效率更高。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图中：注入井1、干热岩储层2、生产井3、回热器4、回热器第一热程入口4-1、回热器第一热程出口4-2、回热器第二热程入口4-3、回热器第二热程出口4-4、膨胀机5、发电机6、冷却塔7、加压泵8。

具体实施方式

以下结合附图和实施例作进一步说明。

图1所示：一种超临界CO₂作为循环工质的增强型地热发电系统，包括注入井1、干热岩储层2、生产井3、回热器4、膨胀机5、发电机6、冷却塔7及加压泵8。一定压力下的超临界CO₂通过注入井1进入系统，随着注入深度的增加温度升高，超临界CO₂密度变大，产生自虹吸效应，克服管道压损的同时，压力逐渐变大，之后超临界CO₂工质充满干热岩储层2的裂缝进行换热，由高温的干热岩储层2将超临界CO₂加热到一定的温度，相比传统水介质，超临界CO₂吸收更多的热量带至地上进行做功发电，由于压力较高通过生产井3向上循环，同样是由于在注入井1自虹吸产生的高压可以克服管道的压损，使超临界CO2在生产井3处的压力远大于注入时的压力，高压的超临界CO₂驱动膨胀机5做功，从而带动发电机6进行发电，实现系统发电能力，超临界CO₂经过膨胀做功后温度仍旧处于高的状态，经过回热器4第一热程后再进入冷却塔7进行冷却降温，冷却塔为水冷塔，水冷塔换热水体接厂区生活用水，降温之后的超临界CO₂通过加压泵8加压，由于超临界CO2的物质特性，相对低温的气体加压时加压泵所消耗功率相对较低，加压之后进入回热器4第二热程预热进入注入井1的超临界CO₂，更大的注入压力加上超临界CO₂本身的自虹吸效应，保证超临界CO₂进入膨胀机5的压力足够大，做出的膨胀功足够多，整体系统效率更高。

在上述实施例基础上，还可冷却塔为风冷塔。

在上述实施例基础上，还可回热器为板式换热器或管壳换热器。

Claims (6)

1.一种超临界CO₂作为循环工质的增强型地热发电系统，其特征在于：所述系统包括注入井、干热岩储层、生产井、泵、膨胀机、发电机、冷却塔及回热器，所述注入井连接干热岩储层，干热岩储层连接生产井，生产井连接膨胀机，膨胀机连接回热器第一热程入口，回热器第一热程出口连接冷却塔，冷却塔连接泵，泵连接回热器第二热程入口，回热器第二热程出口连接注入井，所述膨胀机外接发电机。

2.根据权利要求1所述的一种超临界CO₂作为循环工质的增强型地热发电系统，其特征是：所述冷却塔为风冷塔。

3.根据权利要求1所述的一种超临界CO₂作为循环工质的增强型地热发电系统，其特征是：所述冷却塔为水冷塔。

4.根据权利要求3所述的一种超临界CO₂作为循环工质的增强型地热发电系统，其特征是：所述水冷塔换热水体接厂区生活用水。

5.根据权利要求1所述的一种超临界CO₂作为循环工质的增强型地热发电系统，其特征是：所述回热器为板式换热器或管壳换热器。

6.根据权利要求1所述的一种超临界CO₂作为循环工质的增强型地热发电系统，其特征是：所述泵为加压泵。

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