TW201402943A

TW201402943A - 用於開採能源的單井、自流地熱系統

Info

Publication number: TW201402943A
Application number: TW102102951A
Authority: TW
Inventors: B Ryland Wiggs
Original assignee: Deep Well Power Llc
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-01-16
Also published as: WO2013112900A3; WO2013112900A2; US9394771B2; US20130192816A1

Abstract

本發明提供一種再生性能源、單井、一次自流、地熱熱量/電力產生系統，該系統使用熱交換器或渦輪機/發電機獲取自然產生之地下地熱熱量以加熱水及/或產生機械力/電力。可(諸如)使用真空絕緣使界定工作流體流動路徑之地下結構絕緣以增加系統效率且確保實質上自生之工作流體流動。

Description

用於開採能源的單井、自流地熱系統

【相關申請案之交互引用】

本申請案主張以下各案之權利：2012年3月19日申請之美國臨時專利申請案第61/612,615號；2012年7月5日申請之美國臨時專利申請案第61/668,238號；2012年9月21日申請之美國臨時專利申請案第61/703,986號；2012年10月17日申請之美國臨時專利申請案第61/714,784號；2012年1月27日申請之美國臨時專利申請案第61/591,551號；及2012年6月8日申請之美國臨時專利申請案第61/657,223號。

本發明大體上係關於地熱能源開採系統。

地熱能源開採系統(諸如地熱電力產生系統)被認為是具有相對低之碳排放量之再生性能源。傳統地熱電力系統大體上可歸類在如下三種習知類型中之一種類型中：

(1)乾蒸汽發電廠，該乾蒸汽發電廠捕獲並利用自地下岩石中之天然裂縫離開之蒸汽，其中較深處之水已經由地下熱能煮沸成蒸汽，以用通常產生電力之渦輪機驅動電力產生渦輪機。然而，乾蒸汽發電廠的使用通常限制於具有適用於此使用之自然產生條件之區域，且因此存在相對少之乾蒸汽發電廠設備。

(2)二次蒸汽地熱發電廠，其中(經由大機械水泵)在高壓下將高溫且高壓水(通常處於約180℃或高於180℃之水溫下)自通常較深的井人工泵送至地表。到達地表後，將所有或部分非常熱且高壓之水快速蒸發成蒸汽，該蒸汽可用於驅動渦輪機及/或發電機。

對一些二次蒸汽廠設備而言，將井鑽入天然富鹽水盆地，其中類似於一些由於自然地將油向上推並推出井外之深處壓力而不需要泵之油井，藉由深處之富鹽水的自然產生之高壓將富鹽水推至地表並推出井外。然而，在此等二次蒸汽廠系統中，原始地下水位之消耗係一個嚴重的環境問題，因為大量的地下水可能不能冷凝並返回到盆地，從而迫使使用大型回注泵來促使剩餘之冷凝物向下返回單獨的返回井。

二次蒸汽廠亦使用輸送線，該等輸送線易受由於富鹽水產生之礦物結垢影響，此情況係可能需要頻繁且昂貴的除垢操作之極其重要的問題。

更進一步地，僅存在有限量的具有適於對水充分增壓以產生可行量的電力的條件的地理位置，且在此等位置中之一些位置中安裝及操作二次蒸汽廠在經濟上係不可行的。為使電力產生在經濟上可行，離開井之熱水的溫度可能需要為180℃或更高，且進入自然產生必需之熱量及壓力之地下位置通常係代價高的。進一步地，使用大水泵將水泵送至井中及/或泵送出井外導致井之電力產生能力的大量寄生負荷。

舉例而言，儘管藉由鑽出足夠深之井而進入自然產生必需之溫度的區域可能係有可能的，但此等極其深的井將通常需要約8千米深，因為據說地殼中之溫度自地表每英里深增加約22℃-27℃。在世界上存在發現接近地表之熔融岩漿之區域，且此等區域被稱為地熱「熱點」。然而，此等「熱點」相對稀有且試圖尋找此等「熱點」以由二次蒸汽廠系統所使用。為在經濟上可行，此等「熱點」通常需要在距地球表面約3千米內提供充分加熱之水/富鹽水。

為向渦輪機及發電機提供經濟上可行之工作流體壓差(該渦輪機及發電機位於地熱熱源與在此等系統中使用之冷卻器/冷凝器之間)，必須藉由通常僅在極其深處出現之顯著溫階過度加熱水。當水柱受極端深度影響時，每英尺深度水壓增加約0.433磅每平方英吋(「psi」)。極深處之高壓防止極其熱之水在循環進入非常深之井且循環出非常深之井時沸騰。因此，在其他設備中，對二次蒸汽電力產生廠而言必需至少一個(且通常兩個)大的、耗電的、水循環泵。同樣，如前所述，富鹽水輸送線的內壁上的礦物結垢造成嚴重的維護費用問題，因為，除非移除連續的水垢積累，否則設計富鹽水流動受到限制且設計流率及相應電力產生位準降低。

(3)二元循環發電廠可在低於習知二次蒸汽廠之溫度範圍下操作，但二元循環發電廠最終亦驅動通常驅動發電機之電力產生渦輪機。在二元循環發電廠中，由地熱或廢熱 (諸如來自核或化石燃料電廠等之廢熱)加熱之熱水或蒸汽由泵經由第一一次水迴路輸送至熱交換器。熱交換器將多數熱量傳遞至用於產生電力之二次閉合迴路。

習知二元地熱電力系統使用至少一個水迴路(通常在井的底部具有開口迴路)，該至少一個水迴路使水在地熱熱源內循環以獲得熱量。然後，在地上熱交換器中，彼熱量與單獨地上冷凍劑迴路交換以產生電力。多數習知地熱電力系統被分類為二元系統，且多數習知地熱電力系統通常需要至少兩個一次熱交換迴路及至少兩個(且通常為至少三個)流體循環泵。

在通常被稱為增強型地熱系統(EGS)的系統中，相隔足夠距離鑽出至少兩個單獨的井。然後，將特定流體(通常含有危險化學品)及/或增壓氣體強制泵送至該等井之至少一個井中，以便使地下熱岩破裂(類似於石油及天然氣行業中之「水力壓裂」)。隨後，泵使一次水/富鹽水工作流體循環至每一各別井中並循環出每一各別井，其中至少一個井及泵用作返回水/富鹽水井及泵(因此，由水提取熱量且在水內提取熱量以冷卻熱交換器的水可向下泵送回地下地質中以重新獲得熱量)，且其中至少另一井及泵用作供應水/富鹽水井及泵，因此可將地熱加熱之水/富鹽水向上泵送至地表以用於循環穿過熱交換器，該熱交換器將熱量傳遞至二次工作流體電力產生迴路。

在傳統二元系統或EGS設計之表面處，加熱之水經由熱交換器(通常為板對板熱交換器或管式熱交換器內之管等)傳送，其中水/富鹽水內之熱量由較冷的二次工作流體(諸如冷凍劑(例如，R-134A)、丙烷等)吸收並移除，該較冷的二次工作流體具有實質上小於水之沸點。熱量自熱的一次工作流體(水/富鹽水)自然地流動至較冷的二次工作流體(冷凍劑)內，因為熱量自然流動至低溫區(傅里葉定律)。

儘管一次工作流體水/富鹽水非常熱(通常，但並非總是，遠遠超過水的沸點)，即使當離開井之水/富鹽水溫度超過水的沸點時，一次工作流體亦不會沸騰，此係因為通過在有效深度下循環所獲取的一次工作流體的非常高的壓力。隨著液體工作流體之壓力增加，工作流體之沸點亦增加，正如熟習此項技術者很好地瞭解。

由冷凍劑二次工作流體自一次工作流體提取之地熱供應熱量同時使冷凍劑/二次工作流體蒸發且增壓，該冷凍劑/二次工作流體隨後可用於致動渦輪機及/或發電機以產生電力。然後，引導離開渦輪機/發電機之較低壓冷凍劑穿過冷凝器(通常為空氣冷卻或水冷卻的)，在該冷凝器中，二次工作流體相位變回液體，且隨後(經由液體冷凍劑泵)將二次工作流體強制泵送回具有地熱加熱之水之熱交換器中以重複該過程。

然而，在二元地熱電力系統或EGS地熱電力系統中，一或多個一次工作流體水/富鹽水循環泵所需之電力消耗為減少由系統產生之有效量之電力的大量寄生電負荷。二次地上電力產生迴路中之液體泵之寄生電力損耗亦為不利因素。

除上述外，存在其他分支類型之地熱電力產生系統。舉例而言，一些系統使用在熱(完全或部分熔融的)岩漿(在650℃範圍中)中、在火山中或在熱乾岩中或在間歇泉等中可得的熱量。

因此，當前二元地熱電力產生廠需要稍微獨特的產生環境以便在經濟上可行，該等二元地熱電力產生廠通常需要至少兩個獨立流體迴路(通常具有系統操作所需之至少兩個至三個人造的且電力寄生液體泵)，且對於經濟可行性大體上必需之地熱「熱點」並非普遍可用的。利用廢熱源之二元系統愈來愈普遍，但通常需要核燃料或化石燃料來作為一次熱源，核燃料及化石燃料兩者呈現很好瞭解之環境缺陷。

EGS設計可在以下方面呈現額外環境缺陷：當使深井之間的熱乾岩破裂時產生地震活動；當岩石破裂化學品滲入含水層時造成地下水污染；釋放大量二氧化碳排放物(有時幾乎與燃煤發電廠產生的一般多)；及經由冷凝效應持續丟失在地表處及/或在深井之最低開口迴路部分中之大量水(從而耗盡否則可用的天然水供應)。

儘管存在其他已知可再生且大體上對環境安全之替代能源(諸如太陽能及風能)，但此等替代能源取決於不可控制之條件，諸如足夠的陽光或風的可獲得性。因此，此等更環保之替代方案對日常的、持續的能源生產而言係不可靠的。即使水力電力生產亦取決於充足的降雨以維持最佳設計條件。

在本文中揭示對環境安全的、經濟上可行的、地熱電力產生系統的實施例。該等系統的好處包括：在世界上的幾乎任意地方使用而用不考慮地熱熱點之可獲得性的能力；消除地下水位消耗；消除與水力壓裂相關聯之問題，諸如地震及地下水污染；消除輸送線結垢及相關維護問題；及消除二氧化碳排放問題。進一步地，本文中所揭示之地熱電力系統可顯著降低或消除與在系統操作期間使用之液體泵相關聯的寄生電力損耗，從而增加操作效率、降低系統操作及維護成本及改良地熱電力系統之整體環境影響及經濟可行性。

本文中所揭示之一次設計中之一個一次設計(該一次設計實質上促成地熱電力系統之最大電力產生能力及經濟可行性)為環繞輸送線的所選部分的高真空絕緣的戰略性使用，該等輸送線引導工作流體穿過系統。在本文中將真空絕緣界定為具有至少部分真空壓力的空間。本文中所揭示之地熱電力系統實施例中之一些實施例可另外包括真空空間內之氣體吸收材料，諸如氣體吸收顆粒。更進一步地，一些實施例可包括安置於真空空間中之一層輻射絕緣材料。氣體吸收顆粒及/或輻射絕緣之內含物可改良或幫助維持空間內之部分真空壓力，從而在地下地熱條件下提供更有效之真空絕緣。

已知二元設計及EGS設計通常具有地上部分，該地上部分包括：(1)在熱交換器內循環之閉合迴路二次工作流體，該熱交換器與地熱加熱之一次工作流體熱接觸；(2)電力產生渦輪機/發電機；(3)二次工作流體冷凝器；及(4)通常用於迫使二次工作流體返回至熱交換器中之二次工作流體液體泵。因為熟習此項技術者很好地瞭解此等地上二次工作流體迴路之設計及操作，故將不在本文中很詳細地展示二元/EGS設計之此部分。

如在本文中所使用，術語「地下」係指在地面及/或水之表面下的區域。同樣，當在本文中引用「線」時，線可交替地界定為「管線」等。

另外，如在本文中所使用，術語「能源開採機」界定為電力發電機、熱交換器及其他能源開採裝置。通常，此能源開採機將定位在地面及水中之一者之表面上，且通常應為液體壓力驅動渦輪機/發電機、蒸汽驅動渦輪機/發電機、工作流體膨脹渦輪機/發電機、超臨界渦輪機/發電機及熱交換器(熟習此項技術者很好地瞭解所有上述各物)中之至少一者。

作為對圍繞習知可再生性能源以及習知地熱電力產生設施的問題的一個可選方案，Wiggs在2010年12月8日申請的美國專利申請案第12/963,611號中揭示一種使用冷凍劑工作流體利用深井內之地熱熱能的構件，其中在給定井套管內之第一絕緣線將冷卻的冷凍劑返回至井的下方熱部，且其中在同一井套管內之第二絕緣線自井的下方熱部將地熱加熱之冷凍劑向上供應並向井外供應至渦輪發電機，穿過冷凝器並返回井中以重複循環。然而，後續詳細電腦分析及實際小規模領域測試已揭示：儘管在Wiggs之611申請案中揭示之系統將工作，但該兩個單獨絕緣工作流體輸送線佔用大量井套管內提供之空間，從而限制工作流體之流動速率，且因此限制系統可達到之電力輸出量。因此，根據本發明之某些態樣，提供地熱電力系統，該地熱電力系統最大化給定井內之工作流體流動速率及套管尺寸以便最大化可得電力產生。根據本發明之其他態樣，提供地熱電力系統，該地熱電力系統可將水用作系統之閉合迴路、地下部分中之工作流體，從而避免與一些習知冷凍劑相關聯之損耗及有害環境影響。

通常地熱電力系統之電力產生位準隨著工作流體流動速率及/或井深度增加而增加，其中所有其他因數均等。在通常較冷的工作流體沿井向下行進時，增加之井深度可有利地增加工作流體壓力，且亦可增加可用地熱熱量的量，該可用地熱熱量通常在隨著工作流體越來越近地靠近地核而更大的深度處可用。根據本發明之某些態樣，提供地熱電力系統，該地熱電力系統可提供以下中之一或多者：(1)最大化一個單一深井之完全密封套管內之工作流體流動速率；(2)最大化對井中之工作流體起作用之重力壓力位準；及(3)最大化工作流體自周圍地質吸收可能最熱之熱量的能力，上述所有同時具有成本效益且環保。

亦應注意，在缺少任意渦輪機/發電機的情況下，本文中所揭示之系統可用作僅提供加熱的工作流體的熱獲取系統。加熱的工作流體可在任意家庭、商業或工業過程中使用。在輔助過程自工作流體接收熱量後，可僅將隨後冷卻的工作流體返回至井(藉由重力及/或泵)，其中工作流體可重新獲取地熱熱量且重複該過程。

進一步地，可將本文中所揭示之地熱電力系統中使用的井套管緊密密封以提供用於工作流體的閉合迴路，從而使套管內表面與工作流體線外表面之間的井套管的各個部分能用於循環工作流體。

1‧‧‧系統

2‧‧‧單箭頭/工作流體

3‧‧‧雙箭頭

4‧‧‧液體儲存槽

5‧‧‧截止閥

6‧‧‧地上液體工作流體輸送線

7‧‧‧液體泵

8‧‧‧井

9‧‧‧井套管

9a‧‧‧上套管內表面

9b‧‧‧下套管內表面

10‧‧‧絕緣

10a‧‧‧外表面

11‧‧‧液體工作流體供應線

11a‧‧‧上線段

11b‧‧‧第一線段/下線段

11c‧‧‧第二線段

12‧‧‧渦輪機/發電機

13‧‧‧工作流體返回路徑

14‧‧‧地下地質

15‧‧‧入口開口

16‧‧‧支腿

17‧‧‧撐臂

18‧‧‧中間接頭

19‧‧‧地表

20‧‧‧蒸發腔室

21‧‧‧蒸汽驅動渦輪機/發電機

22‧‧‧第一熱交換器

23‧‧‧離開蒸汽線

24‧‧‧汽相冷凍劑/雙波浪箭頭

25‧‧‧二元系統冷凍劑蒸汽驅動渦輪機/發電機

26‧‧‧二元系統冷凝器

27‧‧‧二元系統液體冷凍劑泵

28‧‧‧二元系統液體冷凍劑輸送返回線

29‧‧‧第二可選熱交換器

30‧‧‧冷凝器

31‧‧‧工作流體輸送線

32‧‧‧二次線

33‧‧‧空空間

34‧‧‧輻射熱量傳遞絕緣

35‧‧‧氣體吸收顆粒

36‧‧‧隔件

37‧‧‧出入插塞

38‧‧‧密封蓋

39‧‧‧螺紋端

40‧‧‧中間接頭

41‧‧‧預製絕緣套

42‧‧‧第三熱交換器

43‧‧‧冷凝物排出線

44‧‧‧冷凝物線液體泵

49‧‧‧第一環形空間

50‧‧‧第二環形空間

51‧‧‧底部

52‧‧‧導熱填充材料

53‧‧‧液相冷凍劑/單波浪箭頭

54‧‧‧工作流體供應路徑

55‧‧‧絕緣層

102‧‧‧工作流體

106‧‧‧地上液相工作流體輸送線

107‧‧‧液體泵

109‧‧‧套管

109a‧‧‧上套管段

109b‧‧‧下套管段

109c‧‧‧未絕緣井套管段

110‧‧‧絕緣層

110a‧‧‧第一絕緣層

110b‧‧‧第二絕緣層

110c‧‧‧第三絕緣層

112‧‧‧渦輪機/發電機

113b‧‧‧較小內部區域工作流體返回路徑

114‧‧‧地下地質

117‧‧‧撐臂

119‧‧‧地表

151‧‧‧底部

154‧‧‧工作流體供應路徑

154a‧‧‧工作流體供應路徑

154b‧‧‧工作流體供應路徑

155‧‧‧孔

156‧‧‧系統

157‧‧‧工作流體返回線

157a‧‧‧較大上返回線段

157b‧‧‧較小下返回線段

160‧‧‧套管頂部

161‧‧‧位準

173‧‧‧管道段

201‧‧‧中心工作流體

202‧‧‧地熱加熱工作流體

206‧‧‧地上液相工作流體輸送線

207‧‧‧液體泵

209‧‧‧井套管

209a‧‧‧上套管段

209b‧‧‧下套管段

210‧‧‧絕緣層

212‧‧‧第一渦輪機/發電機

214‧‧‧周圍地質

217‧‧‧撐臂

219‧‧‧地表

251‧‧‧底部

256‧‧‧地熱熱量/電力產生及能源開採系統

257‧‧‧交叉工作流體流動路徑段

262‧‧‧輸送線

262a‧‧‧中心線上腔室

262b‧‧‧中心線下腔室

263‧‧‧成角下部遠端

270‧‧‧密封塊

271a‧‧‧上套管腔室

271b‧‧‧下套管腔室

272‧‧‧第一流動通路

273‧‧‧第二流動通路

302‧‧‧箭頭/液相工作流體

309‧‧‧套管

309a‧‧‧套管上腔室

309b‧‧‧套管下腔室

310‧‧‧絕緣層

314‧‧‧周圍溫熱/熱地質

357‧‧‧交叉流動段

362‧‧‧中心線

362a‧‧‧中心線上腔室

362b‧‧‧中心線下腔室

364‧‧‧中心線插塞

365‧‧‧第一分支線

366‧‧‧第二分支線

367‧‧‧套管插塞

371a‧‧‧套管上腔室

371b‧‧‧套管下腔室

402‧‧‧方向性單箭頭/液體工作流體

403‧‧‧方向性雙箭頭/汽相工作流體

406‧‧‧液相工作流體輸送線

407‧‧‧液體泵

409‧‧‧井套管

430‧‧‧冷凝器

431‧‧‧蒸汽輸送線

470‧‧‧水面

472‧‧‧水體

為更透徹理解本發明，可參考在附隨圖式上更詳細圖示之實施例，其中：第1圖為單井自流地熱能源開採系統的側視圖，在該系統中，冷卻液相工作流體經由井套管之內壁與大部分絕緣之液體工作流體供應線之外壁之間的空間/區域流動至深井之底部，且其中在工作流體沿井向下行進時獲取地熱熱量後，工作流體隨後經由工作流體離開井之大部分絕緣之供應線向上輸送並輸送至井外，然後在工作流體行進穿過冷凝器且重新進入井前行進穿過渦輪機/發電機及熱交換器以重複該過程。

第2圖為井套管段內之真空絕緣工作流體線的側視圖。

第3圖為具有液體流設計之地熱能源開採系統之側視圖，其中冷卻液相工作流體經由中心定位的、大部分絕緣之線第一流動路徑流動至井套管之底部；其中液體工作流體離開井套管之底部遠端處/附近之中心線，該井套管之遠端完全絕緣，但僅絕緣至一點，該點在工作流體自中心定位線到線之外壁與套管之內壁之間的空間中的排放的上方；且其中工作流體隨後經由絕緣液體工作流體返回線之間的空間/區域向上輸送並輸送至井外；且其中井套管自身之上部與工作流體離開井時周圍地質之溫度小於工作流體之設計溫度的水平面絕緣且井套管自身之上部在此水平面上方絕緣。

第4圖為具有液體流設計之地熱能源開採系統之側視圖，其中工作流體最初向下流動穿過外部的、未絕緣的、上套管部，(在交叉段中)橫渡至中心定位在井套管內之線之底部，且隨後排放出中心線至套管之底部，其中工作流體反轉方向以開始向上行進，隨後(在交叉段中)橫渡回中心線中，且隨後向上流動穿過中心線之絕緣部以離開井。

第5圖為地熱熱量/電力系統之套管內之工作流體交叉設計的側視圖。

第6圖為定位在水體之水面下的冷凝器的側視圖。

應理解，圖式不需要縮放，且所揭示之實施例有時用圖解法及局部視圖圖示。在某些情況下，可能已省略對理解本發明而言不必要或使其他細節難以理解之細節。當然，應理解，本發明不侷限於本文中所圖示之特定實施例。

下列詳細描述並非意欲為限制意義的，且僅用於圖示本標的物之一般原理之目的。結合附隨圖式參考下列詳細描述可更容易理解本發明之各種特徵及優點。

現詳細參考圖式，其中相同元件符號代表相同部件或元件，第1圖為用於電力產生、熱量獲取及能源開採中之至少一者的單井自流地熱系統1的側視圖(未按比例繪製)。系統1可具有儲存在液體儲存槽4中之液相工作流體(未圖示工作流體，但在工作流體之液相中由單箭頭2指示工作流體的方向性流動，且在工作流體的蒸汽相中由雙箭頭3指示該方向性流動)。對穿過如第1圖中所示之井8的工作流體流動方向2而言，有利的工作流體2可為水、水溶液(諸如水及鹽)、冷凍劑，諸如R-134A、CO₂等。

槽4可儲存在初始系統1啟動期間足夠系統1使用的一定體積的工作流體2，且槽4可在系統1因維修而關閉期間儲存液相工作流體2。可將兩個截止閥5安置於地上液體工作流體輸送線6(定位在地表19上)中，分別處於槽4的上游及下游。可選擇性地關閉閥5以使槽4中之液體工作流體2絕緣。儘管未在本文中圖示，但可將額外閥(類似於截止閥5)放置在系統1的任意組件(諸如液體驅動渦輪發電機12)的周圍以有助於系統1的維護。

當截止閥5如第1圖中所示為打開的時，液體工作流體2可藉由重力流動至可選液體泵7。泵7可強化系統啟動及/或補充系統1中之工作流體2的自然流動速率。然而，因系統1內之大部分或全部工作流體2流動將受自然重力的影響，故若提供單一泵7，則單一泵7可能具有比通常在習知電力產生系統中使用的液體泵的容量相對小的容量，該等習知電力產生系統需要相對大之泵以循環液體工作流體。

在離開可選液體泵7後，液體工作流體2可進入安置於井8中之井套管9。井套管9可界定上套管內表面9a及下套管內表面9b。在圖示之實施例中，上套管內表面9a界定上套管橫截面面積，該上套管橫截面面積較由下套管內表面9b界定之下套管橫截面面積而言相對較大。舉例而言，上套管內表面9a及下套管內表面9b兩者可為大體圓柱形的，且上套管內表面9a可具有比下套管內表面9b的直徑大的直徑。

在部分絕緣10之供應線11之外壁與套管9a及套管9b之內壁/表面之間的否則空的環形空間內，提供工作流體2返回路徑13以將較冷工作流體2自槽4向下傳遞至井8中。提供工作流體2供應路徑54以將地熱加熱之工作流體2自井8之底部51向上傳遞且傳遞至井8外至定位在地表19上之液體驅動渦輪機/發電機12。如在第1圖中所示，在第一可選渦輪機/發電機12之下游提供工作流體輸送線31以傳遞呈液體形式2及蒸汽形式3中之一種形式的工作流體穿過定位在地表19上的系統1的其他組件。絕緣層10環繞安置於套管9內之液體工作流體2供應線11之區段的大部分以及定位在套管9上方的整個液體工作流體2供應線11，該液體工作流體2供應線11導向且離開第一液體驅動渦輪機/發電機12(以及未在第1圖中圖示之任意額外電力產生組件)。另外，絕緣層55可環繞整個蒸汽工作流體輸送線31。絕緣層10、絕緣層55可包括下文結合第2圖更全面描述之真空絕緣。申請人已發現：真空絕緣的效率可為其他已知形式之絕緣的效率的約5倍至10倍。任意真空絕緣線段(例如在第2圖中圖示為上線段11a及圖示為下線段11b)之間的聯接器(諸如螺紋連接/螺旋連接在一起40之螺紋端39，如第2圖中所示)可視情況用真空及固態絕緣10材料中之一者絕緣10。

在本文中將安置於套管9內之該段供應線11圖示為具有統一內部尺寸及橫截面面積。或者，此段供應線11可具有隨著在地表19下之深度增加而減少之內部橫截面面積，從而在工作流體2向上流動穿過供應線11之內部並流動至井8外時降低對液相工作流體2之不利摩擦影響。在下文中在第3圖中圖示隨著深度降低尺寸之供應線11的實例。

如第1圖中所示，流體供應線11可中心地定位在套管9內(儘管井套管9內之準確中心位置並非強制性的)，以使得在操作期間，離開槽4(及可選泵7)之液體工作流體2可流動穿過上套管內表面9a與絕緣10之外表面10a之間的第一環形空間49(亦看作工作流體返回路徑13)。然後，液相工作流體2自第一環形空間49流動至下套管內表面9b與供應線11之外表面11a之間的第二環形空間50(亦還包含工作流體返回路徑13)中。第二環形空間50的一部分(亦為工作流體供應路徑54)可在下套管內表面9b與絕緣10之外表面10a之間延伸。自上環形空間49至下環形空間50之工作流體流動2可完全歸因於重力或可由可選泵7強化。

在液相工作流體2向下行進至井8中時，液相工作流體2自相鄰地下地質14吸收熱量。此情況係歸因於熱量自然轉移至低溫區(傅里葉定律)的事實，且歸因於地核極其熱(根據一些報道，地核可能比太陽表面更熱)的事實。因此，一般而言，井8愈深，相鄰地質14可能更熱。當液體工作流體2首先進入井8時，液體工作流體2處於其最冷狀態，且因此處於最稠密及最重狀態。在液體工作流體2沿井8向下行進且獲得熱量時，工作流體2之分子自然膨脹(此係歸因於增加之熱能正被吸收)，變得較不稠密、更輕且更有浮力。因此，在井8之底部51處，液體工作流體2最熱且最不稠密。因此，通過本發明，進入井8之更稠密的液體工作流體2將自然地將較不稠密之液體工作流體2向上推且推至井8外。

工作流體視情況可為水、冷凍劑(諸如R-134A或二氧化碳)等。在某些申請案中，申請人已發現：對於降低成本及增加環境安全因素而言，水可能係有利的。進一步地，在接近地表19自然產生之溫度及壓力下，水可能相對容易經由冷凝器30冷凝變回液相工作流體2。

在操作期間，行進至井8中且行進至井8外之液體工作流體2的連續供應將獲得井8內之熱量，但工作流體2可能未達到環繞井8之最低部的地質14的溫度，除非流動停止一段時間。然而，測試已顯示：在井8內之給定工作流體2流動速率下可獲得穩態地熱熱量傳遞位準以產生相對恆定且可靠的電力產生源。因此，取決於井8內之實際工作流體2流動速率及環繞井8之實際地質14溫度條件(例如，正常溫度梯度或地熱熱點等)，實際現場測試已顯示：僅使工作流體供應線11之上部絕緣10可能係足夠的。確切而言，可能僅供應線11之處於低於離開井8之液體工作流體2之設計穩態溫度的溫度下的部分需要絕緣10。此絕緣10通常係昂貴的，且因此僅將供應線11有效地絕緣10至所需程度降低系統成本。

接近井8之底部51，將供應線11圖示為具有入口開口15及具有支腿16。可在供應線11之最低部分處形成入口開口15，且支腿16支撐供應線11以使得入口開口15可在套管9之底部上方隔開，從而允許工作流體2充分流動至供應線11中。井8之最低底部51可包括固體的、密封基底，諸如鋼板等。可在套管9內提供臂17或其他支撐結構以在所要位置支撐供應線11。

在部分地熱系統(在第3圖中圖示的部分地熱系統156)的替代實施例中，儘管井(第1圖中之井8)內之工作流體2之流動方向在第3圖中與本文第1圖中所示的方向反向，但若第3圖中的工作流體2流動方向與本文第1圖中所示之相同，則本文中所示之供應線11可整個延伸至下套管段9b之密封底部51，以使得套管9底部9b直接支撐供應線11的重量。在與本文第1圖中所示的方向相反的井(第1圖中之井8)內的工作流體2的此反向流動方向中，供應線11之下部可經穿孔而具有孔(在第3圖中圖示為孔155)及/或狹槽等，該等孔及/或狹槽等具有足以允許至供應線11中之所要工作流體2流動速率的合計橫截面面積。

熟習鑽孔技術者很好地瞭解：當形成非常深之井(第1圖中之井8)時，可使用尺寸逐漸減小的井套管段(通常由鋼壁套管9組成)。因此，在第1圖之示例性實施例中，井套管9包括以較大上套管9a部分及較小下套管9b部分形式呈現的段。儘管第1圖僅圖示兩個此等段9a、9b，但應注意的是，可使用兩個以上具有不同尺寸的套管段。與通常在石油與天然氣井中使用的穿孔套管對比，以及與用於二次蒸汽或傳統二元地熱系統之穿孔及/或開口底部迴路套管井對比，本發明之井套管9(包括套管底部51)可與環繞地下地層/地質14完全隔離。

井8可為現存井或新鑽井。當現存井8內安裝有維持實質上良好之完整性之套管9時，現存井套管9可能僅需要清潔。另外，在安裝供應線11及絕緣10前可能需要將現存井8之底部51堵塞封閉。若現存井套管9之完整性有問題，則可在安裝供應線11前在本來存在的套管9之內部形成及/或插入新套管9。無論如何，在需要地熱熱量傳遞之位置處，在原有套管9之內壁與任意新套管之外壁之間的任意空環形空間可充滿導熱填充52材料，諸如水及/或導熱灌漿，正如在地熱熱量傳遞有利的區域中，在井8之內壁與套管9之外壁之間的任意空空間可充滿導熱填充52材料一般。

撐臂17可自供應線11延伸至套管9之上部9a與下部9b之間的中間接頭18以幫助支撐供應線11之重量。第1圖中所示之撐臂17之位置及形式僅為示例性的，因為可使用其他支撐結構來在井8內任意位置處支撐供應線11。

進入井8且沿井8向下行進之較冷的、較稠密的且較重的液相工作流體2的重力可克服井8之頂部與底部之間的重力的進口壓力(該進口壓力離開井8之較熱、較不稠密的且較輕工作流體相關)，從而將地熱加熱的且較不稠密的液相工作流體2向上推動穿過供應線11並推出井8外。當水用作工作流體2時，對地表19以下每英吋深度而言，進口壓力為約0.433 psi。然而，因離開井8之加熱液相工作流體2已膨脹且與進入井8之較冷液相工作流體2相比較不稠密，故在井8內之工作流體2迴路中存在密度及重量差異。井8 之頂部處之較冷的、較稠密的且較重的工作流體2與在井8之底部處的較熱、較不稠密的且較輕的工作流體之間的密度及重量差異足以超過供應線11內之進口壓力，從而推動較熱、較不稠密的且較輕的工作流體2穿過供應線11且向上推動並推動至井8外。

呈現在地表19處或附近的較冷、較重的工作流體2與較熱、較輕的工作流體2之間產生的任意額外壓差可藉由多個設計渦輪機/發電機中的一個捕獲，諸如藉由液體驅動渦輪機/發電機12捕獲，因為液相熱工作流體2首先離開井8。因此，除了所有利用額外膨脹及/或蒸汽驅動渦輪機/發電機21來經由工作流體之天然可再生地熱熱量之獲得產生額外電力之外，系統1可利用重力來產生機械力及/或電力。如熟習此項技術者將很好地瞭解，可視情況利用通過壓力及膨脹兩者操作之單一渦輪機/發電機(儘管未在本文中圖示)代替在本文中僅作為實例圖示之液體驅動渦輪機/發電機12及蒸汽驅動渦輪機/發電機21。在此情況下，可將單一壓力及膨脹渦輪機/發電機放置在本文在第1圖中圖示的液體驅動渦輪機/發電機12及蒸汽驅動渦輪機/發電機21中之至少一者的位置。

因此，不同於習知二元系統及EGS系統，地熱系統1使用重力及地熱熱量兩者來產生機械力及/或電力。可不用泵或用泵7獲得產生此電力所需之工作流體2流動，該流動具有相較工作流體流動速率而言相對小的量(且因此具有相應小的操作效率不利寄生電力損耗)。

若進入及離開井8之液相工作流體2之間的壓差不足以保證可選液體驅動渦輪機/發電機12的使用，則將根本不在系統1中安裝液體驅動渦輪機/發電機12。在此情況下，工作流體2獲取的地熱熱量將在蒸汽驅動渦輪機21及/或任意習知地上地熱/EGS電力產生設備中產生電力。然而，即使在缺少液體驅動渦輪機/發電機12的情況下，經由習知地熱電力系統設計消除所有或許多所需的寄生泵送量的能力亦為極其有利的且具有成本效益的。儘管在非常深(諸如約三千米或更深)之井8中，預期額外壓差亦將足以操作液體驅動渦輪機/發電機12。

在離開可選液體驅動渦輪機/發電機12後，仍為液相之工作流體2然後可進入可選蒸發腔室20。蒸發腔室20可包括增大的容器，該增大的容器具有足以誘導離開井8之熱液體工作流體回應於自然壓力降低而二次蒸發成汽相工作流體3的容積。熱汽相工作流體3可離開蒸發腔室20且隨後進入可選蒸汽驅動渦輪機/發電機21中，在該可選蒸汽驅動渦輪機/發電機21中經由熱蒸汽3之力產生機械力/電力。或者，若未提供蒸發腔室20，則可使用工作流體膨脹渦輪機/發電機(該工作流體膨脹渦輪機/發電機為熟習此項技術者很好地瞭解)代替蒸發腔室20及蒸汽驅動渦輪機/發電機21。

應注意，儘管第1圖圖示僅一個液體驅動渦輪機/發電機12及僅一個蒸汽驅動渦輪機/發電機21，但可使用分佈式輸送線提供多個此類各別的渦輪機/發電機12、21。多個渦輪機/發電機12、21的使用可允許維修渦輪機/發電機12、渦輪機/發電機21中之一個渦輪機/發電機而不需要關閉整個系統1。就此點而言，每一渦輪機/發電機12、21可具有特意增大的電力產生能力，以使得在僅操作渦輪機/發電機12、渦輪機/發電機21中之一個渦輪機/發電機時(諸如當其他渦輪機/發電機12或21正在維修時)，系統1中之操作壓力可經由操作的渦輪機/發電機12或渦輪機/發電機21增加以最小化整個系統1的有效電力輸出由於維修之渦輪機/發電機12、渦輪機/發電機21(作為實例)的任意減小。儘管在本文中未以圖式精確圖示，但為維修任意單獨渦輪機/發電機12、21作準備，可在每一各別渦輪機/發電機12、21前及後置放關斷閥(該等閥可類似於上文描述之截止閥5)。

在離開蒸汽驅動渦輪機/發電機21後，仍然是熱的(但壓力及溫度降低)的汽相工作流體3然後可行進穿過第一熱交換器22。可提供第一熱交換器22作為板式熱交換器、管式熱交換器中之管或任意其他習知熱交換器設計。熟習此項技術者很好地瞭解所有此等可選熱交換器22設計，且因此，未在本文中詳細圖示此等可選熱交換器22設計。行進穿過第一熱交換器22之汽相工作流體3可將熱量傳遞至二元地熱系統之習知二次工作流體迴路，或傳遞至利用熱量之一些其他二次電力產生構件。未非常詳細地圖示習知二元地熱系統之整個習知二次工作流體設計(儘管經由組件23、組件25、組件24、組件26、組件28、組件53、組件27、組件53及組件28在本文中圖示一些基本實施例，如在下文中更全面地解釋)，因為該設計為熟習此項技術者很好地瞭解。

習知二元系統之工作流體(通常為冷凍劑)可經由二元系統蒸汽離開線23離開熱交換器22，該工作流體在第一可選熱交換器22中經汽化及加壓。在二元系統閉合迴路中，由雙波浪箭頭24圖示蒸汽冷凍劑方向性流動。二元系統具有離開蒸汽線23，該離開蒸汽線23可操作地連接至二元系統冷凍劑蒸汽驅動渦輪機/發電機25，其中冷凍劑工作流體24仍處於汽相。然後，汽相冷凍劑24行進穿過二元系統冷凝器26，在該二元系統冷凝器26中，冷凍劑24冷卻並冷凝成液相冷凍劑53(由單波浪箭頭53圖示)。經由二元系統液體冷凍劑泵27將現為液相之冷凍劑53泵送回一次熱交換器22中以重新獲得熱量、逐漸汽化並加壓且重複二元系統之電力產生循環。

若進入及離開井8之工作流體2之間的壓差不足以操作液體驅動渦輪機12，且未提供蒸汽或膨脹渦輪機21，則可交替地或視情況將地熱加熱之液相工作流體2直接導向熱交換器22以用於傳統二元系統電力產生。藉由僅以二元系統之方式使用系統1之地表19以下的組件，消除多數或全部來自傳統二元系統地下水/富鹽水泵之寄生電力損耗，從而減少環境影響及增加用於電力產生之此等二元系統的可行性。

再次返回一次地熱系統1，汽相工作流體3離開第一可選熱交換器22後可具有進一步降低之溫度及壓力，且可將汽相工作流體3導向第二可選熱交換器29，其中可再次將剩餘(但現處於低位準)之熱量傳遞至額外可選電力產生構件(諸如二次閉合迴路二元系統等)及僅加熱應用(諸如供應用於熱水之熱量的用途等)中之至少一者中。

在離開第二可選熱交換器29後，汽相工作流體3可流動至冷凝器30中。地表19上方冷凝器30可經空氣冷卻、水冷卻或以上之組合。位於地表19上方之空氣冷卻冷凝器30及水冷卻冷凝器30兩者皆為熟習此項技術者很好地瞭解。冷凝器30將一次系統1之汽相工作流體3冷卻變回液相工作流體2。離開冷凝器30之液相工作流體2可流動穿過上游截止閥5且流動至槽4中，其中工作流體2流動及電力產生/熱量產生過程可持續重複。

一次系統1可自一或多個電力渦輪機/發電機(諸如，作為實例在本文中圖示之12電力渦輪機/發電機及21電力渦輪機/發電機)產生機械力及/或電力，且一次系統1亦可單獨地或與電力產生聯合來產生熱量以用於任意用途(諸如加熱熱水等)。示例性電力發電機包括液體驅動渦輪機/發電機12、蒸汽驅動渦輪機/發電機21及膨脹渦輪機/發電機(如前所解釋)、超臨界渦輪機/發電機等，上述所有渦輪機/發電機為熟習此項技術者所很好地瞭解。若要利用膨脹渦輪機/發電機，則將膨脹渦輪機/發電機用作代替本文中所示之兩個實體蒸發腔室20及蒸汽驅動渦輪機/發電機21的一個實體，且膨脹渦輪機/發電機將位於在本文中圖示的蒸發腔室20之位置，以便確保任意離開的冷凝液相工作流體2將經由重力自然地流動回到可選儲存槽4及井套管9中之一者中。此時，即使在離開至少一個渦輪機/發電機(諸如作為實例在本文中圖示之液體驅動渦輪機/發電機12及蒸汽驅動渦輪機/發電機21)後，任意剩餘充足的熱量亦可用於在第一可選熱交換器 22中以向第一二元系統提供電力，以及(當仍剩餘足夠之熱量時)該熱量亦可用於第二可選熱交換器29中以至少向第二二元系統等提供電力或提供熱量以用於加熱用途等。視情況，一次系統1可同時自一個以上電力產生源(諸如經由液體驅動渦輪機/發電機12、經由蒸汽驅動渦輪機/發電機21及經由用於供應熱量以用於加熱用途及操作二元系統之地表上方組件中之至少一者的至少一個熱交換器22)產生可用能源/功。在本文中，作為實例，如所解釋的，基礎地表19上方二元系統由本文中所示之基礎元件構成，該等基本元件由二元系統蒸汽線23、二元系統冷凍劑驅動渦輪機/發電機25、二元系統冷凝器26、二元系統液體冷凍劑泵27以及輸送液相冷凍劑53之二元系統液體冷凍劑輸送返回線28及輸送蒸汽相冷凍劑24之二元系統蒸汽冷凍劑輸送線23組成。

一次系統1亦可藉由操作一或多個所選電力發電機(亦即，液體驅動渦輪機/發電機12、蒸汽驅動渦輪機/發電機21、用於向第一二元系統提供電力之第一可選熱交換器22、用於向第二二元系統提供電力之第二可選熱交換器29等)持續產生預定量之機械力及/或電力，同時在高電力需求及/或峰值電力需求週期期間，保持佔用一個以上或全部相關聯電力發電機的選擇權，從而在所選峰值需求時刻最優化較佳電力輸出位準。

測試已顯示：藉由同時使多個潛在電力產生元件(諸如，液體驅動渦輪機/發電機12、蒸汽驅動渦輪機/發電機21及熱交換器22)對第一二元系統起作用來最大化系統1之電力輸出能力將降低環繞井8之地質14之否則較高的溫度，從而導致在延長的運行時間內總體電力輸出能力的某種降低。然而，若僅在電力需求之臨時峰值週期期間最大化電力輸出，則在缺少預期標準及更標準化穩態電力輸出設計之任意顯著總體電力輸出降低的情況下，環繞井8之地質14之溫度將有時間恢復以在下一臨時峰值週期期間使用。

同樣，儘管系統1之電力輸出直接取決於周圍地質14內之溫階(亦即，溫度愈高，電力輸出能力愈強)，且系統1之電力輸出直接取決於井8深度(亦即，井8愈深，壓力愈大且電力輸出能力愈強)，但系統1之電力輸出亦直接取決於工作流體2之質量流動速率。因此，截止閥5中至少一個閥可作為流量控制閥來操作以僅部分地關閉工作流體2之整個設計流動速率，從而提供額外手段以在任意給定時間調整所要電力輸出位準。

因此，儘管習知二元及EGS設計以及二次蒸汽地熱電力產生設計都意在僅產生相對穩態的電力產生(通常最大可能程度地產生)，但由自流地熱電力產生系統1在本文中所揭示之示例性設計合併可選設計改良，該設計改良允許在峰值電力使用時間期間藉由佔用一個以上電力產生構件及/或調整液相工作流體2之流動速率而自給定單井8產生額外電力。

更進一步地，儘管上文所揭示之系統1合併多個地熱電力產生系統1的優點，但本文中所示之液體驅動渦輪機/發電機12、蒸發腔室20及蒸汽驅動渦輪機/發電機21可全部可能組合成至少一個電力產生渦輪機/發電機(未在本文中圖示)，諸如超臨界渦輪機/發電機等。超臨界渦輪機/發電機(使用超臨界工作流體2時尤其有利)以及多個其他類型之渦輪機/發電機為熟習此項技術者很好地瞭解，因此，並未在本文中詳細說明。

此外，額外第三可選熱交換器42可與電力產生系統1相關聯。如在第1圖中所示，可將第三熱交換器42安置於離開冷凝器30(但在可選液體泵7前)之工作流體輸送線段6中。第三熱交換器42可與另一地表19上方二元系統(如上文所大體描述)及加熱構件(用於熱水加熱用途等)中之至少一者相關聯。此外，只要經濟地保證將充足熱量維持在液相工作流體2中，亦可視情況將額外熱交換器(未圖示)安置於地上液相工作流體2輸送線6部分/段中，該部分/段位於第三可選熱交換器42與液體泵7之間(儘管未在本文中圖示，但甚至可視情況利用儲存槽4自身將熱量交換至另一流體)。由於視情況自一個單井8產生更多有用功的能力，且亦由於進入井8之液體工作流體2經冷卻至可能合理的最大程度(該冷卻幫助增加進入及離開井8之工作流體之間的重力壓差，且因此增加液相工作流體2壓力以經由液體驅動渦輪機/發電機12產生更多機械力及/或電力，全部工作流體來自單井8)，第三或更多熱交換器42或至少儘可能多的熱交換器(諸如，作為實例在本文中圖示之22熱交換器、29熱交換器及42熱交換器)的內含物係有利的。

可選冷凝物排出線43圖示為與蒸汽驅動渦輪機/發電機21、第一熱交換器22及第二熱交換器29流體連通。冷凝物排出線43之下游端在冷凝器30與第三可選熱交換器42之間一點處與地上液相工作流體輸送線6流體連通。冷凝物排出線43可輸送液體工作流體，該液體工作流體在渦輪機/發電機21、第一熱交換器22及/或第二熱交換器29中自汽相冷凝成液相。然而，冷凝物排出線43中之液相流體2將仍比離開冷凝器30之液相工作流體2更熱，從而向至少第三熱交換器42提供產生額外的有用熱量傳遞相關功的機會。必要時，可安裝可選的且相對小的冷凝物線液體泵44以用於幫助冷凝液體工作流體2在進入可選第三熱交換器42及液體儲存槽4中之至少一者前移動穿過冷凝物排出線43及移動至一次地上液相工作流體輸送線6中。

使用及/或產生汽相工作流體3之電力產生設備及熱交換器設備(諸如渦輪機/發電機21、熱交換器22及熱交換器29，其中自蒸汽工作流體3至液體工作流體2之相變可在工作流體進入系統1之冷凝器30前發生)可定位在至少等於冷凝器30及液體儲存槽4中之至少一者的海拔或高於該海拔的海拔處，以促進液相工作流體2至冷凝器30及液體儲存槽4中之至少一者中的重力流動。

若一次系統1不包括渦輪機/發電機12、渦輪機/發電機21以用於產生電力，則如所解釋的，可或使用系統1以僅產生及提供經加熱工作流體2(工作流體2可視情況由冷凍劑、水及水與其他元素(諸如鹽等)的混合物中之至少一者組成)。在自至少一個熱交換器22、29及42等中之工作流體2移除有用熱量後，現經冷卻的工作流體2可在重力下或在有利時憑藉相對小之泵7之可選幫助簡單地重新循環到儲存槽4及井8中之至少一者中，從而自地下地質14重新獲取地熱熱量及重複該過程。

第2圖為未按比例繪製之放大井套管段9之側視圖，在該放大井套管段9內定位由二次線32環繞之液相工作流體供應線11。在供應線11之外表面與二次線32之內表面之間的空空間33內產生至少部分真空壓力，從而在供應線11周圍提供真空絕緣。可將輻射熱量傳遞絕緣34層(諸如分層的且纖維分離的反射箔等)安置於供應線11周圍。可將氣體吸收顆粒35安置於空間33內，且可提供隔件36以維持供應線11與二次線32的間隔關係。

傳統地熱電力產生系統不包括高效率、地下絕緣及/或真空絕緣、流體輸送管道裝設(諸如，如上所述至少經由部分真空絕緣空間33)，很可能是由於周圍地下地質14將變暖且充分絕緣井套管9之認知(其中可以習知方式使用井套管9內部及自身的套管9管道來將地熱加熱之液體工作流體2輸送至地表)，以及由於傳統地熱電力產生設計不需要及/或利用自然產生之重力的事實(因為傳統設計意在僅利用熱量達到電力產生目的)。在傳統二元系統設計及/或EGS系統設計中，通常將液體水泵(諸如在第1圖中圖示為7之可選液體工作流體泵，但通常尺寸更大)用於使水/富鹽水循環至地下地質14中且循環回地下地質14外，以便獲取自然產生之地熱熱量，正如熟習此項技術者很好地瞭解。

進一步地，如上所述，存在經由任意習知地熱電力系統設計達到最佳結果的兩個主要因素。亦即，熱量及工作流體流動速率。熱量愈高，電力產生能力愈強，且流動速率愈高，電力產生能力愈強。因為最高的合適地熱熱量位準為特佳的有用能源/功產生因素，故真空絕緣空間33之應用及利用在本文中的揭示具有特佳的重要性。分析已表明，經由使用真空絕緣33，地熱加熱之供應工作流體2在向上行進及行進至井(第1圖中的井8)外時可丟失不超過工作流體2熱量之約6%(且有時小於1%)。對於工作流體2流動速率，經由在本文中揭示的設計(該設計將井套管9內之僅一個單獨一次工作流體輸送線11之內部用於工作流體供應流動路徑54(在本文中圖示為向上至井外之供應路徑54，該井在第1圖中圖示為井8))，且藉由將套管9之內壁與二次管道32(提供真空絕緣33)之外壁之間的否則空的環形空間用作工作流體返回流動路徑13(在本文中圖示為至井(第1圖的井8)的返回路徑13)，最大化在套管9(在套管9內為工作流體2提供供應路徑54及返回路徑13)內可用的空間。

亦如本文中所揭示，通常忽視達到最佳結果之第三主要因素，亦即，如本文中所揭示，可與熱量及流動速率結合以自給定井(第1圖中井8)得到較高電力產生效率的重力。進一步地，因為高品質地熱熱量為最佳的有用能源/功產生因素，故地熱電力/熱量產生系統(第1圖中的系統1)內之真空空間絕緣33之利用的揭示係極其重要的。

所揭示系統(第1圖中的系統1)可視情況藉由提供真空空間絕緣33、輻射熱量傳遞絕緣34及隔件36來絕緣供應線11以保持供應線11及二次線32不與彼此熱接觸，上述所有絕緣同時需要在供應線11與二次線32之間的至少與約僅四分之一英吋一般小之間隙。另外，真空空間33內之氣體吸收顆粒35之提供將在獲得最佳的合適真空絕緣33結果方面具有額外可選益處，因為氫氣等可遷移至一些類型之鋼中。

可將強真空泵(未在本文中圖示，但為熟習此項技術者所很好地瞭解)有效地耦接至出入插塞37以推動在真空空間33內之初始真空，在此後，可將插塞37密封關閉。此後，由供應線11及周圍二次線32(已經由密封蓋38等將該二次線32緊固/焊接至供應線11)組成之整個管道段加熱至足以激活氣體吸收顆粒35之溫度，以自真空空間33內移除至少一部分之任意剩餘氣體。

為增加液相工作流體2之流動速率，供應線11可具有螺紋端39(與將佔據額外空間的更傳統的聯接器/套環相反)，從而降低穿過套管9之最大流動速率。此處，將兩個各別供應線11段(第一線段11b及第二線段11c(該段11b及段11c具有相同尺寸))圖示為螺紋連接在一起以形成在井套管9段之中部中的中間接頭40。

因為為熟習此項技術者所很好瞭解的鑽機通常需要約兩英尺的夾緊區域以將任意管道(諸如管道11、管道32)、套管(諸如套管9)等降低至井(第1圖中的井8)中，所以環繞供應線段(供應線段11b及供應線段11c)之二次線32 段在每一各別端可比各別供應線段(供應線段11b及供應線段11c)短約1英尺。此情況使得每供應線段(供應線段11b及供應線段11c)存在未被真空絕緣33環繞的約兩英尺長的暴露區域(該等段(供應線段11b及供應線段11c)通常各為約30英尺至40英尺長)。為克服供應線段之此否則暴露的兩英尺長的部分，在將供應線段接合至其他供應線段11c前，可將由熱絕緣材料形成的預製絕緣套41置放在供應線段中之一個供應線段(例如供應線段11b)的螺紋端39周圍。因此，當附接兩個供應線段(供應線段11b及供應線段11c)時，定位絕緣套41以便有效地環繞否則熱暴露的區域。

因為絕緣套41為相對短之段(通常約僅兩英尺長)，故絕緣套41可視情況由高品質固態絕緣材料或類似於本文中所揭示之真空空間33之真空絕緣製造。儘管真空絕緣33可能比任意其他絕緣構件更有效，但真空絕緣33亦可能更昂貴。因此，取決於總體井套管深度以內之供應線11的長度，在將各別絕緣價值及熱量傳遞損失與成本差異比較的同時，可考慮待利用的該類型之絕緣套41的經濟意義。

在供應線11周圍提供之真空絕緣33亦可幫助防止離開供應線11之經加熱液相工作流體2與進入井套管9之上部之經冷卻液相工作流體2之間的熱量傳遞。儘管提供真空空間絕緣33更昂貴，但真空空間絕緣33的效率為非常良好的固態或任意其他已知類型的絕緣材料的約5倍至10倍。

因此，因為系統操作取決於進入且向下行進穿過井(第1圖中的井8)之上部、同時保持相對冷的經冷卻液相工作流體2(地下地質14周圍的溫度在接近地表時相對冷，該地表在約20米深度處保持在約平均數地表空氣溫度下)，且系統操作取決於在真空絕緣33供應線11內保持儘可能熱的離開井(第1圖中的井8)的地熱加熱、液相工作流體2，以便影響重力壓差以降低或消除人工泵送電力需求，且以便向額外機械力/電力產生提供重力壓差源，故主題揭示之真空空間絕緣33有利地改良整個系統(諸如，第1圖中的系統1)的效能。進一步地，如所解釋，緊密環繞液體工作流體供應線11(具有在供應線11與二次線32之間的內部否則空的區域內的真空空間33)的二次線32的本文所揭示真空絕緣33設計有利地最大化可能在給定井套管9直徑內之液體工作流體2供應及返回流動速率區域(與在一個單井套管中安裝兩個單獨、空間消耗、返回及供應流體輸送線(如由Wiggs在Wiggs之前述'611申請案中所揭示)截然相反)。

第3圖為未按比例繪製的地熱熱量/電力產生及能源開採系統156中之至少一者的一部分的側視圖，該部分大部分在地表119以下。在系統156中使用的工作流體102具有大體上與上文論述的第1圖之系統1的方向相反的工作流體流動方向102。大量分析已表明，當使用一些工作流體時(尤其是當以(例如)超臨界形式使用時)，第3圖中圖示之流動方向102可針對給定井深度提高電力產生能力。大量分析已表明，非常適合此流動方向102之工作流體102可為超臨界工作流體(通常，在超臨界形式下，工作流體處於液體狀態，但表現的像氣體)及/或二氧化碳(CO₂)工作流體102，且尤其是當二氧化碳在井(第1圖中的井8)套管109內時處於超臨界狀態。

如在第3圖中圖示之部分系統156包括具有較大上套管段109a及較小下套管段109b之井套管109，因為，如在第1圖中所解釋，深井利用接近頂部之較大尺寸套管109a且利用隨著鑽井深度增加而尺寸變小的套管109b(通常為便於鑽井目的)。

套管段109a、套管段109b將工作流體102向上輸送並輸送至套管109外至渦輪機/發電機112(在本文中圖示為多個渦輪機/發電機選項之實例)。儘管僅圖示兩個不同尺寸之套管段109a、109b，但套管109可視情況具有一個套管109尺寸或兩個以上不同尺寸的套管段，其中(當存在多個段時)定位套管段，以使得該等套管段隨著地表119下的深度增加而變小。套管段109a、109b用以經由工作流體供應路徑154將工作流體102向上輸送並輸送至井(第1圖中的井8)外，工作流體供應路徑154由套管109之內壁與工作流體返回線157及環繞工作流體返回線157之任意絕緣110b之外壁中之至少一者的外壁之間的否則空的環形空間組成。

可將返回線157中心安置在井套管109內。返回線157亦可具有不同尺寸之段。在(例如)第3圖圖示之實施例中，返回線157可包括安置於上套管段109a內之較大上返回線段157a及安置於下套管段109b內之較小下返回線段157b。上返回線段157a的內徑及外徑可比下返回線段157b更大。在可行的情況下，由於在井(第1圖中的井8)之上部已具有較大套管尺寸109a(用於鑽井目的)，此可增加較大上套管段109a內之工作流體102返回線157a之尺寸(儘管尺寸並未增加到足以減少經由工作流體供應線供應路徑154向上且至較大套管109a段外之最小必要工作流體102設計流動速率)，以便降低返回線157壁摩擦對工作流體102之不利影響。對於工作流體102供應路徑154通常也為同樣的情況，以使得為較大井套管109a內之較大工作流體2供應路徑154a提供較大內部區域及直徑，同時為較小井套管109b內之較小工作流體路徑154b提供較小但仍充足的內部直徑及區域，以便同樣地降低工作流體供應路徑154內之工作流體102壁摩擦之否則不利的影響。

在較小井套管109b尺寸之限制內，將針對最佳合適工作流體102流動速率設計井(第1圖中的井8)之下部內之較小返回線157b內之較小內部區域工作流體返回路徑113b之尺寸以及井(第1圖中的井8)之下部內之較小套管109b內之較小工作流體供應路徑154b之尺寸。

即使在第1圖中，返回及供應工作流體流動之方向與本文在第3圖中所示之方向相反，關於用於降低第1圖中之工作流體壁摩擦之設計，同一摩擦降低設計將適用。

第一絕緣層110a可使較大套管109a之外壁及內壁中之至少一者的上部與較小套管109b之上部之外壁及內壁中之至少一者絕緣110。更確切而言，可將套管109向下絕緣110至一點，在該點處，周圍地質114具有等於或超過離開套管109之工作流體102的所要溫度的溫度，從而防止自離開套管109之上部之地熱加熱工作流體102至環繞套管109之該等上部的相對較冷地下地質114的不利熱量傳遞。就此而言，當有利時，亦可用此第一絕緣層110a使較小套管109b之上部絕緣110。

第一絕緣層110a亦可自套管109a向上延伸至至少第一渦輪機/發電機(在本文中圖示為液體驅動渦輪機/發電機112)，且第一絕緣層110a可延伸至任意額外電力產生元件(諸如在(例如)第1圖中圖示為蒸汽驅動渦輪機/發電機21的蒸汽驅動渦輪機/發電機)上。

絕緣110(無論是第一絕緣層110a還是第二絕緣層110b)可為良好固態絕緣及真空絕緣(如在第2圖中更充分描述為真空絕緣33)中之至少一者。如果利用超臨界工作流體102(諸如超臨界二氧化碳等)，則在本文中圖示為渦輪機/發電機112之渦輪機/發電機可為超臨界渦輪機/發電機(該超臨界渦輪機/發電機通常為熟習此項技術者所很好地瞭解)且該渦輪機/發電機可放置在在第1圖中圖示蒸汽驅動渦輪機/發電機21之位置。在此位置中，超臨界渦輪機/發電機位於一海拔，該海拔至少等於或大於冷凝器(在第1圖中圖示為冷凝器30)及液體儲存槽(在第1圖中圖示為液體儲存槽4)中之至少一者的海拔，以使得任意液相工作流體102可經由重力落入冷凝器(第1圖中的冷凝器30)及液體儲存槽(第1圖中的液體儲存槽4)中之至少一者中。

撐臂117可在套管109及返回線157之間延伸以支撐返回線157。儘管在第3圖中圖示兩個撐臂117，但必要時可利用至少一個及兩個以上撐臂117。

如所解釋的，在返回線157之外表面(及絕緣110之外壁(若有的話))與套管109之內表面(及絕緣110之外壁(若任意絕緣110視情況處於套管109之內壁上))之間的實質上環形區域在本文中可形成供應通路/路徑154，經由供應通路/路徑154，地熱加熱的液相工作流體102向上流動且流動至套管109及井(第1圖中的井8)外至渦輪機/發電機112。

工作流體返回線157之外表面的一部分亦可由絕緣層110b環繞。在所圖示實施例中，絕緣層110b環繞較大尺寸返回線157a及較小尺寸返回線157b之上部兩者，以便幫助防止較冷返回工作流體102與較熱供應工作流體102之間的不需要的且不利的熱量傳遞。

在操作中，將較冷、較稠密且較重液相工作流體102經由地上液相工作流體輸送線106輸送至井(第1圖中的井8)，該線106在本文中亦圖示為將工作流體102輸送穿過可選液體泵107且隨後穿過否則密封的套管頂部160。然後藉由重力(在系統啟動時憑藉可選幫助，及否則在認為有利時來自液體工作流體泵107的重力)輸送工作流體102一直沿整個流體返回線157向下至套管109之最低密封底部151。在套管109之底部151，藉由沿工作流體返回線157向下行進之液體工作流體102上之重力壓力強迫工作流體102穿過孔155排至返回線157外。在將工作流體102經由接近套管109之底部151之孔155推出至返回線157外後，隨後立刻將工作流體102向上推入下部較小工作流體供應路徑154b中。

隨著工作流體102向上行進穿過供應路徑154，工作流體102與至少一個未絕緣井套管段109c接觸，其中工作流體自周圍地質114獲得地熱熱量。隨後藉由較冷且較重返回工作流體102之重力強迫加熱的、較不稠密的且較輕的工作流體102且向上傳輸該工作流體102並傳輸至上井套管109a及井(第1圖中的井8)外。

最小的、下返回線段157b可靜置在較小井套管109b之密封下端151上以支撐返回線157之至少一些重量。在此配置中，如上所述，行進穿過返回線157之工作流體102可經由形成在下返回線段157b中之孔155離開下返回線段157b。可選擇孔155之數目及尺寸以提供離開返回線157的充足工作流體流動速率。儘管在第3圖中圖示孔155，但可在返回線段157b之最低部中形成狹槽或其他形狀之孔隙以便達到相同結果。

上套管段109a及上返回線段157a(包含工作流體供應路徑154)可經由穿過地表119上方管道段173等之工作流體流動與位於地表119上方之電力產生系統組件(諸如至少一個渦輪機/發電機112、泵107)流體連通並與結合本文中所揭示之其他實施例以及如在第1圖中所揭示之至少一或多個其他實施例描述之其他組件流體連通。在如本文中所示離開渦輪機/發電機112後，工作流體102可行進穿過如在第1圖中所示及所描述之全部其他必要的且可選地表119上方實施例，此過程包括工作流體102至汽相(第1圖中的汽相3)之相變化，且在液相工作流體102流動至返回線157以重複此過程前，經由液相工作流體102向後行進穿過地上輸送線106至可選泵107中且穿過可選泵107結束此過程。

儘管井套管109內之工作流體102之流動方向102與第1圖中圖示之方向相反，但在一些情況下，第3圖中圖示之工作流體流動102設計可能係有利的，因為將最大化至井(第1圖中的井8)中之深度(在此深度下，工作流體102將維持在較冷、較稠密且較重的狀態下)的量，從而提供可轉換成更有用的機械能及/或電能之更多重力壓差。然而，此配置可能需要環繞上套管段109a之絕緣層110a及可能在下套管段109b之上部上的絕緣層110a，除了返回線157之某些部分外，所有配置具有絕緣層110b。因此，第3圖之部分系統156的可行性可能取決於第一絕緣層110a之成本是否被增加的重力及壓力差充分補償，該增加的重力及壓力差可用以產生電力及/或有用功。

同樣，藉由將最冷的合適液體工作流體102傳送至下套管段109b之下端，系統156將在充足流動速率下更可靠地將地熱加熱之工作流體102向上推動穿過套管供應路徑154。

另外，為進一步消除地熱加熱工作流體102經由孔155行進回到返回線157中的可能性，可將第三絕緣層110c置放在下套管段109b之下部(包括下套管段109b之底部151)周圍(較佳地，置放在下部外或內，儘管在本文中作為實例圖示在外部上)。第三絕緣層110c可向上延伸至位準161，該位準161至少等於或稍微高於最高孔155。藉由提供第三絕緣層110c，液相工作流體102將並未由相對熱的周圍地質114顯著加熱，直至液體工作流體102處於最高孔155上方，在該點處，工作流體102將已經在向上方向上行進。因此，相對熱的液相工作流體102將容易上升，而不是向下下沈穿過相對冷且可能較高壓力的工作流體102，該工作流體102正離開在井(第1圖中的井8)之底部處/附近的套管109b的底部處/附近的返回線157。

如先前實施例一般，可在無電力產生設備的情況下使用系統156以僅在地表119上方提供用於任意家庭、商業或工業用途之經加熱工作流體102。

第4圖為未按比例繪製的地熱熱量/電力產生及能源開採系統256的地表219下方部分的替代實施例的側視圖。在無需在該等實施例中使用的一些絕緣層的情況下，系統256採用交叉工作流體流動路徑段257，該交叉工作流體流動路徑段257結合上文關於第1圖及第3圖之實施例描述的一些益處。

更確切而言，井套管209可包括上套管段209a及下套管段209b。類似於先前實施例，上套管段209a可比下套管段209b長。可將中心工作流體201(由單箭頭201指示)輸送線262安置於實質上井套管209的中心。

交叉流動段257與套管209及中心線262相關聯。交叉流動段257可包括密封塊270，該密封塊270將套管209分離成上套管腔室271a及下套管腔室272b且將中心線262 分離成中心線上腔室262a及中心線下腔室262b。交叉流動段257可進一步包括一或多個第一流動通路272及一或多個第二流動通路273，該一或多個第一流動通路272經配置以在上套管腔室271a與中心線下腔室262b之間流體連通，該一或多個第二流動通路273經配置以在中心線上腔室262a與下套管腔室271b之間流體連通。因此，交叉流動段257可引導冷卻工作流體自上套管腔室271a向下行進至中心線下腔室262b中，而同時引導地熱加熱工作流體202自下套管腔室271b向上行進至中心線上腔室262a中。中心線上腔室262a轉而提供工作流體202供應線，該供應線與渦輪機/發電機212或其他有用功開採機流體連通。

絕緣層210可環繞中心線上腔室262a，而中心線下腔室262b可能並非絕緣的(如在本文中所示)。或者，儘管未在本文中圖示，但若需要，絕緣層210可延伸以同樣環繞中心線下腔室262b之適當部分，以幫助有利地維持工作流體202在行進穿過周圍地質214之最低最熱區域時的重量及重力壓力。絕緣可由真空空間絕緣(諸如第2圖中之真空空間絕緣33)組成。絕緣層210圖示為向上延伸至至少一個第一渦輪機/發電機212，且絕緣層210可持續延伸至任意額外電力/功產生元件(諸如，(例如)第1圖中之蒸汽驅動渦輪機/發電機21及第1圖中之至少一個熱交換器22)上。可以真空絕緣的形式提供絕緣層210，如上文在第1圖中更全面描述為33的絕緣層。

在操作中，來自地上液相工作流體輸送線206的最初向下流動穿過可選液體泵207至井套管209中的工作流體202可首先行進穿過上套管腔室271a，上套管腔室271a大體上界定為套管上部209a之內表面與上中心線262a之外表面(環繞中心線上腔室262a)及任意絕緣210的外表面(環繞上中心線262a)中之一者之間的否則空的環形空間。隨後，交叉流動段257可將工作流體自套管上腔室271a引導至中心線下腔室262b。然後，工作流體202可經由成角下部遠端263(或者，可替代地，經由在第3圖中圖示為155之孔等)離開中心線下腔室262b至下套管腔室271b中，該下套管腔室271b位於套管209之底部251附近。隨後，工作流體202逆轉方向且(藉由較重較冷工作流體202之重力壓力)強迫工作流體202向上流動穿過下套管腔室271b，朝向交叉流動段257返回，在向上流動至交叉段257期間，工作流體202暴露至來自周圍地質214之地熱熱量且獲得該地熱熱量。一旦向上行進且現已加熱之工作流體202到達交叉流動段257，工作流體202即流動穿過第二流動通路273且經引導進入絕緣210中心線上腔室262a中。隨後，經加熱工作流體202繼續向上流動穿過中心線上腔室262a，直至工作流體離開井(第1圖中的井8)至渦輪機/發電機212或其他功/熱量開採機中(如在第1圖中之地表19上方實施例中更全面圖示)。

大量分析已表明，非常適合此主題交叉流動段257設計之利用的工作流體202可為R-134A工作流體102等。同樣，儘管僅圖示一個交叉流動段257，但當有利時可在貫穿套管209之任意位置中利用一個以上之此交叉流動段257。

第4圖之部分系統256的一個優勢為降低絕緣201需求。在此實施例中，僅中心線上腔室262a需要絕緣，從而實質上降低施工及安裝成本，此降低歸因於與第3圖之實施例相比降低之絕緣需求。不考慮如在本文中所示之絕緣210的降低，傳送至中心線下腔室262b之工作流體202仍相對冷，且因此工作流體202提供重力重量/壓力優勢。

中心線262可具有成角下端263以幫助確保所有設計工作流體202流動速率未降低，同時仍允許下端263的一部分接觸套管底部251，從而幫助支撐中心線262。作為進一步替代方案，類似於第3圖之實施例，可在下套管段209b之下部周圍提供額外絕緣層(未圖示)以幫助確保經加熱工作流體202未進入中心線262且未降低操作效率。

在本文中以透視方式圖示可選液體泵207，因為部分系統256可包括地熱電力產生系統之地上位準219組件(諸如在第1圖中所示)。另外，圖示撐臂217以幫助支撐中心線262的重量。儘管僅圖示一組撐臂217，但必要時可使用多個撐臂，且可視情況將多個撐臂定位於交叉流動段257上方及/或下方。

如先前實施例一般，可在無電力產生設備的情況下使用部分系統256以僅在地表219上方提供用於任意家庭、商業或工業用途之經加熱流體。

第5圖圖示未按比例繪製的、交叉流動段357之替代實施例，可使用該交叉流動段357代替上文結合第4圖描述之交叉流動段257。交叉流動段357實質上幫助使工作流體 (具有由箭頭302指示的流動方向)在朝向井(第1圖中的井9)的最熱部分向下行進時維持較冷、且因此較稠密且較重的狀態，該最熱部分由周圍溫熱/熱地質314加熱。通過此操作，交叉流動段357幫助最大化較冷/較稠密且較重液相工作流體302與較熱/較不稠密且較輕的液相工作流體302之間的由重力引起的壓差，從而增加可由系統(諸如第1圖中之不包含本文所示之交叉工作流體流動段357的系統1)產生之機械力及/或電力的量。

交叉流動段357可包括中心線插塞364，該中心線插塞364將中心線362分成中心線上腔室362a及中心線下腔室362b且防止中心線上腔室362a與中心線下腔室362b之間的直接工作流體302連通。交叉流動段357亦可包括套管插塞367，該套管插塞同樣將套管309分成套管上腔室309a及套管下腔室309b，同時防止自套管上腔室371a至套管下腔室371b之直接工作流體302流體連通。第一分支線365延伸穿過套管插塞367且在套管上腔室371a與中心線下腔室362b之間流體連通。第二分支線366延伸穿過套管插塞367且在套管下腔室371b與中心線上腔室362a之間流體連通。在所圖示之實施例中，套管插塞367實質上與中心線插塞364對齊。然而，在其他實施例中，插塞364、367可偏移。

在一個操作中，工作流體302將遵循由第5圖中之箭頭302指示之流動路徑(儘管在另一操作中，當有利時工作流體302之流動路徑可視情況與本文所示之路徑反向)。此時，較冷、較稠密且較重液相工作流體302進入套管上腔室371a且朝向交叉流動段357向下流動。套管插塞367進一步阻塞穿過井套管309的流動，同時第一分支線365將工作流體302引導至中心線下腔室362b中。儘管未在本文中圖示，但如在第3圖中所示，來自中心線下腔室362b之工作流體302可離開中心線362之下端且排入套管下腔室371b中。儘管未在第5圖中明確圖示，但工作流體可衝擊井套管309之底部(第4圖中的底部251)且逆轉方向以向上流動穿過套管下腔室371b直至工作流體到達套管插塞367。但套管插塞367未引導工作流體302穿過第二分支線366及進入中心線上腔室362a中，而是再次進一步阻塞穿過井套管309的流動。隨後，工作流體302繼續流動穿過中心線上腔室362a以在工作流體至地上渦輪機/發電機或其他組件期間離開套管309，該地上渦輪機/發電機或其他組件有利地使用地熱加熱的工作流體(諸如在第1圖中所圖示及描述)。藉由作用在較冷/較稠密且較重工作流體302上之重力提供推動工作流體302向上穿過套管下腔室371b、隨後穿過第一分支線366及向上至中心線上腔室362a中之力。

藉由提供中心線插塞364以將中心線362分成兩個部分362a、362b代替使用兩個單獨的偏置線，可使用支撐構件(諸如第4圖之撐臂217)來支撐套管309內之整個中心線362而不需要用於單獨的上中心線及下中心線之單獨支撐構件。然而，應理解，可使用其他配置(諸如整體作為一個其他實例之單獨的線)以在不偏離本發明之範疇的情況下提供上中心線部分362a及下中心線部分362b。

在有利時，在交叉流動段357上方及下方之中心線362可視情況被絕緣層310環繞。中心線插塞364可包括上側絕緣層310、下側絕緣層310及可選側絕緣層310，且套管插塞367亦可包括上側絕緣層310、下側絕緣層310及可選側絕緣層310以幫助防止在交叉流動段357自身內之較冷工作流體302與較熱工作流體302之間的自然熱量傳遞。可提供圖示為環繞中心線362的一部分的絕緣310作為真空空間絕緣，諸如在第2圖中之真空空間絕緣33，如在上文更全面描述。環繞套管插塞367及中心線插塞364之絕緣310可視情況由良好固態絕緣310材料組成。

第6圖圖示未按比例繪製的、部分地熱熱量/電力產生及能源開採系統之替代實施例，在該系統中，冷凝器430位於水面470下，從而消除對電力消耗及寄生冷凝器風扇(此風扇為熟習此項技術者很好地瞭解)的需要。與有時更熱之外部空氣相比，水體472(諸如，湖、河，海等)通常係相對冷的。因此，將冷凝器430放置在水面470下將對於在不需要地表上冷凝器的情況下使汽相工作流體(由方向性雙箭頭403圖示)自然冷卻及冷凝成液相工作流體(由方向性單箭頭402圖示)有用。典型地表上冷凝器(諸如第1圖之冷凝器30)需要風扇(以循環空氣)及/或泵(以循環水)來冷卻冷凝器，從而引進對總體系統(諸如第1圖中之系統1)操作效率不利之電力消耗負荷。

第6圖之冷凝器430可藉由具有行進穿過蒸汽輸送線431之汽相工作流體操作，蒸汽輸送線431之一部分位於水面470上方。因為蒸汽輸送線431在水面470下橫穿，故熱汽相工作流體403與水472經由在水面470下之輸送線431的壁以熱量傳遞關係相互作用，以使得輸送線431自身對於將蒸汽工作流體403冷凝成液相工作流體402有用。然後，液相工作流體402向下行進穿過液相工作流體輸送線406至可選液體泵407中(如為熟習此項技術者所很好地瞭解的液體泵407，可簡單地設計液體泵407以在水面470上方或下方操作)，且液相工作流體隨後向下行進至井套管409中，該套管409在水床472下延伸且延伸至井(第1圖中的井8)中。

儘管未在本文中圖示，但冷凝器430可為成角的、呈之字形的、螺旋形的或其他形狀中之至少一者，且冷凝器430亦可分佈成多個較小蒸汽輸送線段(該等較小蒸汽輸送線段在進入液相工作流體輸送線/管線406前重新組合)，以幫助自較熱汽相工作流體403至周圍較冷水472中之有效熱量傳遞。

儘管冷凝液體工作流體402僅以透視方式圖示為進入井套管409，但與在上文中於第1圖中作為實例所示之其他實施例一般，井套管自身將具有中心定位之工作流體輸送線(在上文中作為實例在第1圖中圖示為供應線11)。

應理解，前述描述提供用於電力產生及熱量獲取中之至少一者的單井、自流地熱系統的實例。然而，預計本發明之其他實施方式可在細節上與前述實例不同。對本發明或本發明之實例的全部參考意在參考在彼點討論之特定實例，且更加通常地並非意在暗示對本發明之範疇之任意限制。除非另有說明，否則關於某些特徵之所有語言區別及輕視意在表明缺乏對該等特徵之偏好，但不排除此等特徵全部來自本發明之範疇。此外，除非在本文中另有說明或除非上下文以其他方式清楚地否認，否則可以任意合適順序執行本文中描述之所有方法。