[发明专利]使用包括核站的混合型地热发电站发电的系统和方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明总体上涉及发电。具体而言，虽然本发明非排他性地涉及用于使用地热能产生电力的系统和方法。

背景技术论述

在越来越多地意识到需要对CO₂排放物进行控制的的情况下，已经看到了在清洁/绿色技术中的相当大的投资。最大的CO₂排放源之一是来自发电并且很多是来自用煤供能的厂站。当前存在众多相对于以化石燃料供能的厂站而言具有相当低的碳痕迹的发电技术。

一种这样的替代方案是核能，核能大约提供了世界能源的6%以及世界电力的13%-14%，其中美国、法国和日本一共占核能发电的50%。虽然核能是减少碳排放物的可持续能源，但它是极度有争议的。如最近的日本以及切尔诺贝利和三里岛的那些例子都已经展现了熔毁危害是一种一直存在的问题。

对于核电站的另一个担忧是产生核废料。一个典型的1000-MWe核反应堆每年产生大致20立方米（约27公吨）的乏核燃料（而如果再经过加工的话仅3立方米的玻璃化体积）。乏核燃料最初具有非常高的放射性而必须极其小心周密地进行处理。然而，这种放射性将随着时间的推移而减小。40年后，乏燃料的辐射通量与从操作中被移除时相比降低99.9%。这个0.1%仍然是危险放射性的。根据美国环境保护署标准，乏核燃料在10,000年的放射性衰变之后才会不再对公众健康和安全具有威胁。

在第一次被抽取时，乏燃料棒被存储在屏蔽水池（乏燃料池）中，该屏蔽水池通常是位于现场的。水不仅对这些仍在衰变的裂变产物提供冷却，并且还对持续的放射性提供屏蔽。在一段时期（美国核电站通常是5年）之后，此时较冷却的放射性降低的燃料通常被移至干藏设备或者干式储存桶，在此燃料被储存在钢和混凝土容器中。

除了熔毁和废料问题之外，还存在着有关安全性的顾虑。核反应堆和核废料场是恐怖份子的主要目标、引起熔毁就可以搞掉大的人口稠密区并且在宽广的范围上散步放射性材料。废料本身也是一个目标，因为它可以在脏弹等的制造中使用。

核能的一个替代方案是地热发电。从地热能发电需要的高温资源仅会来自深深的地下。热量必须通过流体循环带到地表。这种循环有时在地壳薄的地方自然存在：岩浆管将热量带近地表，并且温泉将热量带到地表。大多数地热电站是直到最近才在近地表可获得高温地热资源的地方建成的。双循环电站的发展以及钻探和抽采技术的改善使得增强型地热系统能够在更广阔的地理范围上得以使用。

增强型地热系统（EGS）是一种不需要自然对流水热资源的新型地热发电技术。直到最近，地热发电系统还是只开发了在自然发生的热量、水以及岩石渗透性足以允许从生产井中抽取能量的地方的资源。然而，在常规技术所能达到范围内的大多数地热能是干的且非渗透性岩石中的。EGS技术在这种干热岩石（HDR）中是通过液压储层改造来“增强”和/或产生地热资源的。

在自然裂缝和气孔不允许经济流速时，可以通过将高压冷水泵送到注入井下进入这种岩石中来增强渗透性。这种注入增加了自然破碎岩石中的流体压力，这会促进切变作用，从而使该破裂系统的渗透性增强。称为水剪切［3］的、在EGS中使用的这个过程实质上不同于油&气工业中使用的液压拉伸致裂。

水行进通过岩石中的裂缝，捕获岩石的热量直到它作为非常热的水而被迫离开第二井孔，通过使用蒸汽轮机或双发电站系统热量被转换成电力。此刻被冷却的所有的水被注回到大地以便在闭合环路中再次加热。类似于水热地热的EGS/HDR技术都是希望能够像化石燃料电厂一样全天24小时产生电能的基本负载资源。不同于水热，在世界任何地方HDR/EGS都可以是可行的，这取决于钻井深度的经济性限制。

在任何一种情况下，地热电站的热效率低，大概在10%至23%，这是因为地热流体与来自锅炉的蒸汽相比是处于低温的。通过热力学定律，在发电过程中这种低温限制了热力发动机抽取有用能量的效率。HDR井被预期为在流出温度下降约10℃并且该井变得不经济之前具有20年至30年的使用寿命。如果搁置50年至300年，温度将恢复。这个有限的使用寿命以及钻井等的费用使得这类发电站的使用在经济上是不可取的从而限制了它们的应用。

显然，有利的是提供一种用于发电的系统和方法，该系统和方法具有相对较低的碳痕迹并且改善了一些与上述现有技术相关的问题。

发明概述

发明的披露内容

因此，在本发明的一个方面提供了一种用于发电的系统，该系统包括：