WO2025021161A1 - 一种地热能利用系统 - Google Patents
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Definitions
- An embodiment of the present application provides a geothermal energy utilization system, including a cold working fluid tank, a geothermal well, a hot working fluid storage device, a steam generator, a high-pressure processor and a steam turbine generator.
- the cold working fluid tank is used to store cold working fluid.
- the cold working fluid tank is connected to the geothermal well, and the cold working fluid in the cold working fluid tank is output to the geothermal well for heat exchange to form the first hot working fluid.
- the geothermal well is connected to the thermal working medium storage device, and the first thermal working medium in the geothermal well is output to the thermal working medium storage device.
- the heat medium storage device is connected to the steam generator, and the first heat medium in the heat medium storage device is output to the steam generator for heat exchange, so that the liquid water in the steam generator evaporates into steam.
- the high pressure processor is communicated with the steam turbine generator so that the steam in the high pressure processor is output to the steam turbine generator to drive the steam turbine generator to generate electricity.
- the steam in the steam turbine generator drives the steam turbine generator to generate electricity to form liquid water
- the second water output port of the steam turbine generator is connected to the first water input port of the steam generating element to allow the water in the steam turbine generator to be output to the steam generating element.
- the geothermal energy utilization system provided in the embodiment of the present application also includes a heat exchange component, which is used to provide heat energy to external equipment.
- the heat exchange component includes at least two heat exchangers, and the heat exchanger includes a second heating element and a heating element.
- the second heating element is used to increase the temperature of the heating element, and the second heating elements of each heat exchanger are connected in sequence.
- the first heating element is connected to the second heating element so that the second hot working medium is output from the first heating element to the second heating element for heat exchange to form a cold working medium.
- the second heating element is connected to the cold working medium tank so that the cold working medium is output from the second heating element to the cold working medium tank.
- mechanical wheels, steel strands and blocks are arranged in the thermal mass sealing well.
- the object is in contact with the inner wall of the thermal mass sealing well, one end of the steel strand is connected to the object, and the other end of the steel strand is connected to the mechanical wheel.
- the mechanical wheel rotates to wrap the steel strand around the mechanical wheel.
- the mechanical wheel is connected to the mechanical generator.
- the object drives the mechanical wheel to rotate through the steel strand, thereby driving the mechanical generator to generate electricity.
- the first thermal working medium in the geothermal well is output to the thermal mass sealing well, and the object is squeezed and raised; after the first thermal working medium in the thermal mass sealing well is output, the object falls due to the action of gravity.
- check valves are installed at both the working fluid inlet and the working fluid outlet of the thermal mass sealing well.
- a geothermal energy utilization system includes a cold working fluid tank, a geothermal well, a hot working fluid storage device, a steam generator, a high-pressure processor and a steam turbine generator.
- the cold working fluid is output from the cold working fluid tank to the geothermal well to form a first hot working fluid after heat exchange.
- the first hot working fluid is output from the geothermal well to the hot working fluid storage device, and then output from the hot working fluid storage device to the steam generator, so that the water in the steam generator evaporates into steam.
- the steam is pressurized by the high-pressure processor and then output to the steam turbine generator for power generation.
- Geothermal energy is converted into mechanical energy, and then the mechanical energy is converted into electrical energy to achieve geothermal power generation.
- the speed of the generator can be increased by pressurizing the steam, thereby effectively improving the power generation efficiency.
- a heat exchange component is also provided in the embodiment of the present application.
- the first hot working fluid is converted into a second hot working fluid after heat exchange in the steam generator.
- the second hot working fluid enters the heat exchange component Heat is exchanged again for external heating, which further improves the energy utilization efficiency of geothermal energy and reduces the loss of heat energy.
- FIG1 is a schematic structural diagram of a geothermal energy utilization system provided in an embodiment of the present application.
- FIG2 is a schematic diagram of the structure of the heat exchanger in FIG1 ;
- FIG4 is a schematic structural diagram of a geothermal energy utilization system provided by another embodiment of the present application.
- FIG. 5 is a schematic diagram of the structure of the thermal mass sealing well in FIG. 4 .
- geothermal wells are built to obtain high-pressure hot water from deep underground, which is converted into steam to generate electricity using geothermal heat.
- this method has low power generation efficiency and poor applicability, and the geothermal energy loss during the power generation process is large, resulting in low utilization of geothermal energy.
- the geothermal energy utilization system of the embodiment of the present application also includes a heat exchange component, the first thermal working fluid is heat exchanged in the steam generator to form a second thermal working fluid, the second thermal working fluid is output to the component for heat exchange, and heat energy is provided to the external equipment, so as to realize the secondary utilization of geothermal energy, reduce heat energy loss, and improve energy utilization.
- the cold working medium tank 110 is used to store cold working medium.
- the cold working medium tank 110 is connected to the geothermal well 120, and the cold working medium in the cold working medium tank 110 is output to the geothermal well 120 for heat exchange to form a first hot working medium.
- the thermal medium storage device 130 is in communication with the steam generator 140 , and the first thermal medium in the thermal medium storage device 130 is output to the steam generator 140 for heat exchange, so that the liquid water in the steam generator 140 evaporates into steam.
- the steam generator 140 is in communication with the high pressure processor 150 , and outputs the steam in the steam generator 140 to the high pressure processor 150 for pressurization.
- the geothermal well 120 can be transformed from an abandoned oil well with usable geothermal energy, thereby reducing the construction cost of the geothermal energy utilization system.
- the geothermal energy utilization system of the embodiment of the present application includes multiple geothermal wells 120, and the cold working fluid tank 110 is connected to each geothermal well 120.
- the cold working fluid is extracted from the cold working fluid tank 110 and output to each geothermal well 120 through a cold working fluid pump.
- the first hot working fluid may need to be transported to the steam generator 140 over a long distance.
- Each geothermal well 120 is connected to the same hot working fluid storage device 130. The location distance between the geothermal well 120 and the hot working fluid storage device 130 is relatively close.
- geothermal energy is converted into mechanical energy through the steam generator 140 and the high-pressure processor 150, and the steam turbine generator 160 converts the mechanical energy into electrical energy, thereby achieving the effect of using geothermal energy to generate electricity.
- the steam generated in the steam generator 140 is pressurized by the high-pressure processor 150 and then output to the steam turbine generator 160 to drive the steam turbine generator 160 to generate electricity, which can increase the speed of the steam turbine, thereby improving the power generation efficiency.
- the cold medium is transported to the cold medium tank 110 to achieve recycling and reduce the cost of geothermal energy utilization.
- the loss of geothermal energy is reduced and the energy utilization rate is improved.
- the thermal working medium storage device 130 may be a thermal mass sealing well 132 , and the thermal mass sealing well 132 may be transformed from an abandoned oil well to reduce the construction cost of the geothermal energy utilization system.
- a mechanical wheel 1321 , a steel strand 1322 and a block 1323 are disposed in the thermal mass sealing well 132 of the embodiment of the present application.
- the mechanical wheel 1321 is connected to the mechanical generator 180.
- the block 1323 drives the mechanical wheel 1321 to rotate through the steel strand 1322, thereby driving the mechanical generator 180 to generate electricity.
- the mechanical wheel 1321 can be connected to a motor, and the motor can drive the mechanical wheel 1321 to rotate.
- the motor can drive the mechanical wheel 1321 to rotate.
- the object 1323 moves upward, the steel strand 1322 is in a relaxed state and is not subjected to tension.
- the mechanical wheel 1321 gathers the steel strand 1322 so that the steel strand 1322 is wrapped around the mechanical wheel 1321.
- the object 1323 is lowered by gravity, the object 1323 applies tension to the steel strand 1322, and the steel strand 1322 drives the mechanical wheel 1321 to rotate in the opposite direction of the gathered steel strand 1322.
- the mechanical wheel 1321 rotates to drive the mechanical generator 180 to generate electricity. In this way, the gravitational potential energy is converted into electrical energy, and the energy utilization rate is improved.
- the mechanical generator 180 can power the electrical equipment inside the geothermal energy utilization system 100 while supplying power to external equipment, thereby reducing the long-distance transmission of electrical energy and improving the local consumption rate of electrical energy.
- the working fluid input port 1324 and the working fluid output port 1325 of the thermal mass sealing well 132 of the embodiment of the present application are located at the bottom of the thermal mass sealing well 132 .
- the object 1323 falls under the action of gravity, and the gravitational potential energy is converted into kinetic energy, which drives the mechanical wheel 1321 to rotate, thereby driving the mechanical generator 180 to generate electricity and converting the kinetic energy into electrical energy.
- the storage and utilization of gravitational potential energy can be realized, and the energy utilization rate and power generation efficiency of the geothermal energy utilization system 100 can be further improved.
- installing a check valve 1326 can effectively prevent the first thermal medium in the thermal mass sealing well 132 from flowing back due to its own gravity and the pressure of the object 1323, thereby causing damage to the geothermal energy utilization system 100, while ensuring the function of the thermal mass sealing well 132 to store the first thermal medium.
- the devices or elements referred to or implied must have a specific orientation, be constructed and operated in a specific orientation, and therefore cannot be understood as limiting the embodiments of the present application.
- the meaning of "multiple" is two or more, unless otherwise precisely and specifically specified.
- the size of the serial numbers of the above-mentioned processes does not mean the order of execution.
- the execution order of each process should be determined by its function and internal logic, and should not constitute any limitation on the implementation process of the embodiments of the present application.
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Abstract
本申请实施例提供一种地热能利用系统,包括冷工质罐、地热井、热工质存储装置、蒸汽发生器、高压处理器和汽轮发电机;冷工质罐与地热井连通,且将冷工质罐中的冷工质输出至地热井中进行热交换形成第一热工质;地热井与热工质存储装置连通,且将地热井中的第一热工质输出至热工质存储装置中;热工质存储装置与蒸汽发生器连通,热工质存储装置中的第一热工质输出至蒸汽发生器中,以使蒸汽发生器中的水蒸发为蒸汽;蒸汽发生器与高压处理器连通,且将蒸汽发生器中的蒸汽输出至高压处理器中;高压处理器与汽轮发电机连通,以使高压处理器中的蒸汽输出至汽轮发电机中驱动其发电。本申请实施例的地热能利用系统,提高了地热能的利用效率,适用范围广。
Description
本申请要求于2023年07月26日提交中国专利局、申请号为202310927986.6、申请名称为“一种地热能利用系统”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
本申请涉及新能源利用技术领域,尤其涉及一种地热能利用系统。
近年来,随着科技水平的不断提升,人类对可再生资源有了新的认识,地热作为新发掘的可再生资源之一,具有稳定性、连续性和高利用性。使用地热资源进行发电时几乎不受天气的影响,可以向电网进行不断输电,地热能贮存在地下深处具有渗透能力的地层之中,随着深度的增加,地下的温度也在增加。
目前大多数地热发电厂都通过从地下深处获取高压热水,并将其转化为蒸汽驱动发电机发电,蒸汽冷却后凝结成水,并注入地下再次使用。
但是,此种地热发电方式对地下水的温度要求高,适用性较差,且发电过程中能量损失较多,发电效率低。
发明内容
本申请实施例提供一种地热能利用系统,用以解决现有技术利用地热发电效率低,能量损失较多的问题。
本申请实施例提供一种地热能利用系统,包括冷工质罐、地热井、热工质存储装置、蒸汽发生器、高压处理器和汽轮发电机。
冷工质罐用于存储冷工质,冷工质罐与地热井连通,且将冷工质罐中的冷工质输出至地热井中进行热交换形成第一热工质。
地热井与热工质存储装置连通,且将地热井中的第一热工质输出至热工质存储装置中。
热工质存储装置与蒸汽发生器连通,热工质存储装置中的第一热工质输出至蒸汽发生器中进行热交换,以使蒸汽发生器中的液态水蒸发为蒸汽。
蒸汽发生器与高压处理器连通,且将蒸汽发生器中的蒸汽输出至高压处理器中进行加压。
高压处理器与汽轮发电机连通,以使高压处理器中的蒸汽输出至汽轮发电机中驱动汽轮发电机发电。
在一种可能实现的方式中,本申请实施例提供的地热能利用系统,蒸汽发生器包括第一加热件和蒸汽发生件,第一加热件用于提高蒸汽发生件的温度,以使蒸汽发生件中的液态水蒸发为蒸汽。
第一加热件与热工质存储装置连通,以使第一热工质从热工质存储装置中输出至第一加热件中,第一热工质在第一加热件中进行热交换形成第二热工质。
蒸汽发生件的第一蒸汽输出口与高压处理器连通,以使蒸汽发生件中的蒸汽输出至高压处理器中。
在一种可能实现的方式中,本申请实施例提供的地热能利用系统,汽轮发电机中的蒸汽驱动汽轮发电机发电后形成液态水,汽轮发电机的第二水输出口与蒸汽发生件的第一水输入口连通,以使汽轮发电机中的水输出至蒸汽发生件中。
在一种可能实现的方式中,本申请实施例提供的地热能利用系统,还包括换热组件,换热组件用于为外部设备提供热能,换热组件包括至少两个换热器,换热器包括第二加热件和采暖件,第二加热件用于提高采暖件的温度,各换热器的第二加热件依次连通。
第一加热件与第二加热件连通,以使第二热工质从第一加热件输出至第二加热件中进行热交换形成冷工质,第二加热件与冷工质罐连通,以使冷工质从第二加热件输出至冷工质罐中。
在一种可能实现的方式中,本申请实施例提供的地热能利用系统,高压处理器与汽轮发电机的第二蒸汽输入口连通,且将蒸汽输出至汽轮发电集中驱动汽轮发电机发电,汽轮发电机的第二蒸汽输出口与采暖件的第三蒸汽输入口连通,以使驱动汽轮发电机发电后剩余的蒸汽输出至采暖件中,采暖件的第三水输出口与蒸汽发生件的第一水输入口连通,采暖件中的蒸汽冷却为液态水后输出至蒸汽发生件中。
在一种可能实现的方式中,本申请实施例提供的地热能利用系统,热工质存储装置为热工质罐。
在一种可能实现的方式中,本申请实施例提供的地热能利用系统,热工质存储装置为热质密封井。
在一种可能实现的方式中,本申请实施例提供的地热能利用系统,热质密封井内设置机械轮、钢绞线和物块。
物块与热质密封井内侧壁抵接,钢绞线的一端与物块连接,钢绞线的另一端与机械轮连接,物块上升时机械轮转动使钢绞线缠绕在机械轮周侧。
机械轮与机械发电机相连,物块下降时,物块通过钢绞线带动机械轮转动,从而驱动机械发电机发电。
在一种可能实现的方式中,本申请实施例提供的地热能利用系统,热质密封井的工质输入口和工质输出口位于热质密封井的底部。
地热井中的第一热工质输出至热质密封井中,物块受挤压上升;热质密封井中的第一热工质输出后,物块受重力作用下降。
在一种可能实现的方式中,本申请实施例提供的地热能利用系统,热质密封井的工质输入口和工质输出口处均安装有止逆阀。
本申请实施例提供的一种地热能利用系统,包括冷工质罐、地热井、热工质存储装置,蒸汽发生器、高压处理器和汽轮发电机。冷工质自冷工质罐输出至地热井经热交换后形成第一热工质,第一热工质自地热井输出至热工质存储装置,再由热工质存储装置输出至蒸汽发生器,使蒸汽发生器中的水蒸发为蒸汽,蒸汽经高压处理器加压后输出至汽轮发电机发电,通过将地热能转化为机械能,再将机械能转化为电能实现地热能发电。通过将蒸汽加压可以提高发电机的转速,从而有效提高发电效率。此外本申请实施例还设置了换热组件,第一热工质在蒸汽发生器中进行热交换后形成第二热工质,第二热工质进入换热组件
中再次进行热交换为外部供暖,进一步提高了地热能的能量利用效率,降低热能的损失。
为了更清楚地说明本申请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,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,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获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的地热能利用系统的结构示意图;
图2为图1中换热器的结构示意图;
图3为图1中蒸汽发生器、换热组件、高压处理器及汽轮发电机的连通结构示意图;
图4为本申请另一实施例提供的地热能利用系统的结构示意图;
图5为图4中热质密封井的结构示意图。
附图标记说明:
100-地热能利用系统;
110-冷工质罐;
120-地热井;
130-热工质存储装置;131-热工质罐;132-热质密封井;1321-机械轮;1322-钢绞线;
1323-物块;1324-工质输入口;1325-工质输出口;1326-止逆阀;
140-蒸汽发生器;141-第一加热件;142-蒸汽发生件;1421-第一蒸汽输出口;1422-第
一水输入口;
150-高压处理器;
160-汽轮发电机;161-第二水输出口;162-第二蒸汽输入口;163-第二蒸汽输出口;
170-换热组件;171-换热器;1711-第二加热件;1712-采暖件;1712a-第三蒸汽输入口;
1712b-第三水输出口;
180-机械发电机。
100-地热能利用系统;
110-冷工质罐;
120-地热井;
130-热工质存储装置;131-热工质罐;132-热质密封井;1321-机械轮;1322-钢绞线;
1323-物块;1324-工质输入口;1325-工质输出口;1326-止逆阀;
140-蒸汽发生器;141-第一加热件;142-蒸汽发生件;1421-第一蒸汽输出口;1422-第
一水输入口;
150-高压处理器;
160-汽轮发电机;161-第二水输出口;162-第二蒸汽输入口;163-第二蒸汽输出口;
170-换热组件;171-换热器;1711-第二加热件;1712-采暖件;1712a-第三蒸汽输入口;
1712b-第三水输出口;
180-机械发电机。
通过上述附图,已示出本申请明确的实施例,后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围,而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
正如背景技术所展现的,在现有技术中,通过打造地热井,从地下深处获取高压热水,将高压热水转化为蒸汽,从而利用地热进行发电,但是以此种方式发电的发电效率较低,适用性差,且发电过程中地热能损耗较大,地热能的利用率低。
针对上述技术问题,本申请实施例提供一种地热能利用系统,包括冷工质罐、地热井、
热工质存储装置、蒸汽发生器、高压处理器和汽轮发电机。冷工质罐中的冷工质首先输出至地热井中进行热交换形成第一热工质,第一热工质输出至热工质存储装置中,再由热工质存储装置中输出至蒸汽发生器中,使蒸汽发生器中的水受热蒸发为蒸汽,蒸汽输出至高压处理器中进行加压,获得的高压蒸汽输出至汽轮发电机中驱动汽轮机转动发电。通过设置热工质存储装置存储第一热工质,可以减少在工质传输过程中热能的损耗,对蒸汽加压,可以提高汽轮机的转速,从而提高发电的效率。此外,本申请实施例的地热能利用系统还包括换热组件,第一热工质在蒸汽发生器中进行热交换后形成第二热工质,第二热工质输出至组件中进行热交换,为外部设备提供热能,实现对地热能的二次利用,减少热能损失,提高了能量利用率。
下面以具体实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细的说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图,对本申请的实施例进行描述:
参见图1所示,本申请实施例的地热能利用系统100,包括冷工质罐110、地热井120、热工质存储装置130、蒸汽发生器140、高压处理器150和汽轮发电机160。
冷工质罐110用于存储冷工质,冷工质罐110与地热井120连通,且将冷工质罐110中的冷工质输出至地热井120中进行热交换形成第一热工质。
地热井120与热工质存储装置130连通,且将地热井120中的第一热工质输出至热工质存储装置130中。
热工质存储装置130与蒸汽发生器140连通,热工质存储装置130中的第一热工质输出至蒸汽发生器140中进行热交换,以使蒸汽发生器140中的液态水蒸发为蒸汽。
蒸汽发生器140与高压处理器150连通,且将蒸汽发生器140中的蒸汽输出至高压处理器150中进行加压。
高压处理器150与汽轮发电机160连通,以使高压处理器150中的蒸汽输出至汽轮发电机160中驱动汽轮发电机160发电。
需要说明的是,冷工质罐110中存储的冷工质可以为水、熔盐、纳米流体等不同流体,地热能贮存在地下深处具有渗透能力的地层之中,随着深度的增加,地下的温度也在增加,因此需要根据地热井120所处的深度以及地下的温度不同选用熔点、沸点不同的冷工质,提高该地热能利用系统的适用性。此外,工质的输送过程根据冷工质罐110、地热井120、热工质存储装置130以及蒸汽发生器140之间的位置关系,选择是否需要在输送管道处安装冷工质泵或热工质泵辅助输送,本申请实施例对此不做限制。
在具体实现时,地热井120可以由有可利用地热能的废弃油井改造,从而降低地热能利用系统的建设成本。本申请实施例的地热能利用系统包含多个地热井120,冷工质罐110与各地热井120连通,通过冷工质泵将冷工质从冷工质罐110中抽出并输出至各地热井120中。第一热工质可能需要经过长距离输送至蒸汽发生器140中,各地热井120均与同一热工质存储装置130连通,地热井120与热工质存储装置130的位置距离相对较近,将各地热井120中的第一热工质均输出至热工质存储装置130中后,由热工质存储装置130输送至蒸汽发生器140,可以减少第一热工质长距离传输过程中在输送管道内的热能损失,提高地热能的利用率。
具体的,可以在地热井120的输出第一热工质的管道处设置温控阀门,冷工质罐110
中的冷工质输出至地热井120内后,冷工质温度逐渐升高形成第一热工质,当温控阀门检测到地热井120内的工质大于或等于预设温度时,温控阀门开启,第一热工质输出至热工质存储装置130中。由此可以保障输出至蒸汽发生器140中的第一热工质的温度,确保发电的效率。
此外,由于地热井120中的温度是恒定不变,工质在地热井120中进行一段时间的热交换后,温度不再发生变化,地热井120输出第一热工质的管道处的阀门还可以选用定时阀门,冷工质输出至地热井120后,定时阀门开始计时,经过预设时长后阀门自动开启,通过此种方式控制第一热工质的温度,以提高能量利用率和发电效率。
在本申请实施例中,通过蒸汽发生器140和高压处理器150将地热能转化为机械能,汽轮发电机160将机械能转化为电能,实现了利用地热能发电的效果。通过高压处理器150将蒸汽发生器140中产生的蒸汽加压后,输出至汽轮发电机160中驱动汽轮发电机160发电,可以提高汽轮机的转速,从而提高发电效率。
在一些可实现的方式中,参见图1和图3所示,本申请实施例的蒸汽发生器140包括第一加热件141和蒸汽发生件142,第一加热件141用于提高蒸汽发生件142的温度,以使蒸汽发生件142中的液态水蒸发为蒸汽。
第一加热件141与热工质存储装置130连通,以使第一热工质从热工质存储装置130中输出至第一加热件141中,第一热工质在第一加热件141中进行热交换形成第二热工质。
蒸汽发生件142的第一蒸汽输出口1421与高压处理器150连通,以使蒸汽发生件142中的蒸汽输出至高压处理器150中。
在本申请实施例中,蒸汽发生器140包括第一加热件141和蒸汽发生件142,蒸汽发生件142中存放有液态水,第一热工质输入第一加热件141后,通过第一加热件141加热蒸汽发生件142中的水,水受热蒸发为蒸汽,同时还可以提高蒸汽发生件142中已有蒸汽的温度,将第一热工质的部分热能传递到蒸汽中,实现对地热能的第一次利用,第一热工质温度降低形成第二热工质。
在具体实现时,在蒸汽发生件142中产生蒸汽后,通过第一蒸汽输出口1421将蒸汽输送至高压处理器中进行加压处理,使蒸汽更加适合用于发电,提高蒸汽发电效率。
在一些可实现的方式中,参见图1和图3所示,本申请实施例的汽轮发电机160中的蒸汽驱动汽轮发电机160发电后形成液态水,汽轮发电机160的第二水输出口161与蒸汽发生件142的第一水输入口1422连通,以使汽轮发电机160中的水输出至蒸汽发生件142中。
需要说明的是,汽轮发电机160的下端设置由第二水输出口161,当高压蒸汽驱动汽轮发电机160发电后,部分蒸汽冷却为液态水,液态水经第二水输出口161和第一水输入口1422进入蒸汽发生件142中,等待第一加热件141加热再次形成蒸汽,实现水资源的循环利用,有利于节约资源,降低地热能利用系统100的发电成本。
在一些可实现的方式中,参见图1、图2和图3所示,本申请实施例的地热能利用系统100还包括换热组件170,换热组件170用于为外部设备提供热能,换热组件170包括至少两个换热器171,换热器171包括第二加热件1711和采暖件1712,第二加热件1711用于提高采暖件1712的温度,各换热器171的第二加热件1711依次连通。
第一加热件141与第二加热件1711连通,以使第二热工质从第一加热件141输出至第二加热件1711中进行热交换形成冷工质,第二加热件1711与冷工质罐110连通,以使冷工质从第二加热件1711输出至冷工质罐110中。
在本申请实施例中,换热组件170可以实现对地热能的二次利用。换热组件170由至少两个换热器171组成,换热器171包括第二加热件1711和采暖件1712两个部分,采暖件1712中存放有液态水。第二热工质自第一加热件141输出后,依次流经各换热器171的第二加热件1711,从而将第二热工质中的热能传递给各换热器171的采暖件1712中的液态水,使水的温度升高,第二热工质的温度不断降低,最终形成冷工质后,再将该冷工质输送至冷工质罐110中,实现循环利用,降低地热能利用成本,同时通过对第二热工质热能的利用,减少地热能损失,提高能量利用率。
在具体实现时,采暖件1712与外部设备相连,如散热器、地板辐射供暖等,将温度较高的水输送至外部设备中,为用户提供热能,并将温度降低的水回收再次加热循环利用。
在一些可实现的方式中,参见图1和图3所示,本申请实施例的高压处理器150与汽轮发电机160的第二蒸汽输入口162连通,且将蒸汽输出至汽轮发电机160中驱动汽轮发电机160发电,汽轮发电机160的第二蒸汽输出口163与采暖件1712的第三蒸汽输入口1712a连通,以使驱动汽轮发电机160发电后剩余的蒸汽输出至采暖件1712中,采暖件1712的第三水输出口1712b与蒸汽发生件142的第一水输入口1422连通,采暖件1712中的蒸汽冷却为液态水后输出至蒸汽发生件142中。
需要说明的是,高压蒸汽进入汽轮发电机160驱动汽轮发电机160发电后,部分蒸汽冷却为液态水,部分仍为气态,此时的蒸汽仍具有一定的热能。将剩余的蒸汽通过第二蒸汽输出口163和第三蒸汽输入口1712a输送至采暖件1712中,与采暖件1712中的水进行热交换,蒸汽冷却为液态水,此时采暖件1712中的液态水增多,可以通过第三水输出口1712b将多余的液态水输出,通过第一水输入口1422输入至蒸汽发生件142中,从而实现对蒸汽发生器140中的水的循环利用,节省地热能利用的成本。同时通过充分利用蒸汽中残留的热能,进一步提高了地热能利用系统100的地热能利用率,减少能量损失。
在一些可实现的方式中,参见图1所示,本申请实施例的热工质存储装置130为热工质罐131。
在具体实现时,热工质存储装置130可以为热工质罐131,热工质罐131采用保温材质,且容量较大,能够同时容纳多个地热井120中形成的第一热工质,在地热能利用系统中起到过渡作用,减少长距离输送第一热工质造成的热能损失。
在一些可实现的方式中,参见图4所示,本申请实施例的热工质存储装置130为热质密封井132。
在具体实现时,热工质存储装置130可以为热质密封井132,热质密封井132可以由废弃油井改造,以降低地热能利用系统的建设成本。
在一些可实现的方式中,参见图4和图5所示,本申请实施例的热质密封井132内设置机械轮1321、钢绞线1322和物块1323。
物块1323与热质密封井132内侧壁抵接,钢绞线1322的一端与物块1323连接,钢绞线1322的另一端与机械轮1321连接,物块1323上升时机械轮1321转动使钢绞线1322缠绕在机械轮1321周侧。
机械轮1321与机械发电机180相连,物块1323下降时,物块1323通过钢绞线1322带动机械轮1321转动,从而驱动机械发电机180发电。
需要说明的是,物块1323可以根据第一热工质的温度选用熔点高于第一热工质温度的材质。物块1323的外侧壁与热质密封井132的内侧壁紧密贴合,以确保当第一热工质输入热质密封井132时,第一热工质无法从物块1323与热质密封井132之间的间隙流出,第一热工质始终位于物块1323之下。物块1323外侧壁与热质密封井132的内侧壁均为光滑平面,以保障物块1323可以在热质密封井132内顺畅滑动。
在具体实现时,机械轮1321可以与电机连接,电机可驱动机械轮1321转动,当物块1323向上移动时,钢绞线1322呈松弛状态,不受拉力作用,机械轮1321将钢绞线1322收束起来,使钢绞线1322缠绕在机械轮1321的周侧;当物块1323受重力作用下降时,物块1323对钢绞线1322施加拉力,钢绞线1322带动机械轮1321向收束钢绞线1322的反方向转动,机械轮1321转动以驱动机械发电机180发电。由此实现将重力势能转化为电能,提高能量利用率。机械发电机180为外部设备供电的同时可以为地热能利用系统100内部的用电设备供电,减少电能的长距离外输,提高电能的就地消纳率。
在一些可实现的方式中,参见图4和图5所示,本申请实施例的热质密封井132的工质输入口1324和工质输出口1325位于热质密封井132的底部。
地热井120中的第一热工质输出至热质密封井132中,物块1323受挤压上升;热质密封井132中的第一热工质输出后,物块1323受重力作用下降。
在本申请实施例中,将工质输入口1324与工质输出口1325均设置在热质密封井132的底部,可以确保第一热工质均位于物块1323的下方,避免第一热工质对物块1323施加向下的压力。第一热工质所受重力对其做功,使第一热工质自热质密封井132底部进入热质密封井132中,对物块1323施加向上的力,使物块1323向上移动,产生重力势能,第一热工质输出后,物块1323受重力作用下降,重力势能转化为动能,带动机械轮1321转动,从而驱动机械发电机180发电,将动能转化为电能。由此,可以实现对重力势能的储能和利用,进一步提高地热能利用系统100的能量利用率和发电效率。
在一些可实现的方式中,参见图5所示,本申请实施例的热质密封井132的工质输入口1324和工质输出口1325处均安装有止逆阀1326。
在本申请实施例中,安装止逆阀1326可以有效避免热质密封井132中的第一热工质因受自身重力和物块1323压力的作用发生逆流,造成地热能利用系统100的损坏,同时保障热质密封井132储存第一热工质的功能。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
在本申请实施例或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请实施例的限制。在本申请实施例的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非是另有精确具体地规定。
本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后
次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请实施例,例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本文中的术语“多个”是指两个或两个以上。
可以理解的是,在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分,并不用来限制本申请的实施例的范围。
可以理解的是,在本申请的实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本申请的实施例的实施过程构成任何限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施例后,将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。
Claims (10)
- 一种地热能利用系统,其特征在于,包括冷工质罐、地热井、热工质存储装置、蒸汽发生器、高压处理器和汽轮发电机;所述冷工质罐用于存储冷工质,所述冷工质罐与所述地热井连通,且将所述冷工质罐中的所述冷工质输出至所述地热井中进行热交换形成第一热工质;所述地热井与所述热工质存储装置连通,且将所述地热井中的所述第一热工质输出至所述热工质存储装置中;所述热工质存储装置与所述蒸汽发生器连通,所述热工质存储装置中的所述第一热工质输出至所述蒸汽发生器中进行热交换,以使所述蒸汽发生器中的液态水蒸发为蒸汽;所述蒸汽发生器与所述高压处理器连通,且将所述蒸汽发生器中的蒸汽输出至所述高压处理器中进行加压;所述高压处理器与所述汽轮发电机连通,以使所述高压处理器中的蒸汽输出至所述汽轮发电机中驱动所述汽轮发电机发电。
- 根据权利要求1所述的地热能利用系统,其特征在于,所述蒸汽发生器包括第一加热件和蒸汽发生件,所述第一加热件用于提高所述蒸汽发生件的温度,以使所述蒸汽发生件中的液态水蒸发为蒸汽;所述第一加热件与所述热工质存储装置连通,以使所述第一热工质从所述热工质存储装置中输出至所述第一加热件中,所述第一热工质在所述第一加热件中进行热交换形成第二热工质;所述蒸汽发生件的第一蒸汽输出口与所述高压处理器连通,以使所述蒸汽发生件中的蒸汽输出至所述高压处理器中。
- 根据权利要求2所述的地热能利用系统,其特征在于,所述汽轮发电机中的蒸汽驱动所述汽轮发电机发电后形成液态水,所述汽轮发电机的第二水输出口与所述蒸汽发生件的第一水输入口连通,以使所述汽轮发电机中的水输出至所述蒸汽发生件中。
- 根据权利要求3所述的地热能利用系统,其特征在于,还包括换热组件,所述换热组件用于为外部设备提供热能,所述换热组件包括至少两个换热器,所述换热器包括第二加热件和采暖件,第二加热件用于提高采暖件的温度,各换热器的第二加热件依次连通;所述第一加热件与所述第二加热件连通,以使所述第二热工质从所述第一加热件输出至所述第二加热件中进行热交换形成所述冷工质,所述第二加热件与所述冷工质罐连通,以使所述冷工质从所述第二加热件输出至所述冷工质罐中。
- 根据权利要求4所述的地热能利用系统,其特征在于,所述高压处理器与所述汽轮发电机的第二蒸汽输入口连通,且将蒸汽输出至所述汽轮发电机中驱动所述汽轮发电机发电,所述汽轮发电机的第二蒸汽输出口与所述采暖件的第三蒸汽输入口连通,以使所述汽轮发电机发电后剩余的蒸汽输出至所述采暖件中,所述采暖件的第三水输出口与所述蒸汽发生件的所述第一水输入口连通,所述采暖件中的蒸汽冷却为液态水后输出至所述蒸汽发生件中。
- 根据权利要求1至5任一项所述的地热能利用系统,其特征在于,所述热工质存储装置为热工质罐。
- 根据权利要求1至5任一项所述的地热能利用系统,其特征在于,所述热工质存储装置为热质密封井。
- 根据权利要求7所述的地热能利用系统,其特征在于,所述热质密封井内设置机械轮、钢绞线和物块;所述物块与所述热质密封井内侧壁抵接,所述钢绞线的一端与所述物块连接,所述钢绞线的另一端与所述机械轮连接,所述物块上升时所述机械轮转动使所述钢绞线缠绕在所述机械轮周侧;所述机械轮与机械发电机相连,所述物块下降时,所述物块通过所述钢绞线带动所述机械轮转动,从而驱动所述机械发电机发电。
- 根据权利要求8所述的地热能利用系统,其特征在于,所述热质密封井的工质输入口和工质输出口位于所述热质密封井的底部;所述地热井中的所述第一热工质输出至所述热质密封井中,所述物块受挤压上升;所述热质密封井中的所述第一热工质输出后,所述物块受重力作用下降。
- 根据权利要求9所述的地热能利用系统,其特征在于,所述热质密封井的工质输入口和工质输出口处均安装有止逆阀。
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