[发明专利]一种利用干热岩地热能的多性态二氧化碳发电系统及方法

权利要求书

1.一种利用干热岩地热能的多性态二氧化碳发电系统，其特征在于，包括驱动电机(1)、二氧化碳压缩机(2)、超临界二氧化碳注入井(3)、地下干热岩换热系统(4)、超临界二氧化碳生产井(5)、第一级二氧化碳透平(6)、第二级二氧化碳透平(7)、负载(8)及冷却器(11)；其中，

驱动电机(1)用于驱动二氧化碳压缩机(2)工作，二氧化碳压缩机(2)的二氧化碳出口连通至设置在地下干热岩中的地下干热岩换热系统(4)的二氧化碳入口，地下干热岩换热系统(4)二氧化碳出口连通至第一级二氧化碳透平(6)的二氧化碳入口，第一级二氧化碳透平(6)的二氧化碳出口分为两股，一股连通至冷却器(11)的二氧化碳入口，另一股连通至第二级二氧化碳透平(7)的二氧化碳入口，第二级二氧化碳透平(7)的二氧化碳出口以及冷却器(11)的二氧化碳出口均连通至二氧化碳压缩机(2)的二氧化碳入口；

第一级二氧化碳透平(6)的一端用于驱动负载(8)，另一端与第二级二氧化碳透平(7)同轴心连接：

第一级二氧化碳透平(6)的另一端通过离合器(12)与第二级二氧化碳透平(7)同轴心连接；第一级二氧化碳透平(6)的二氧化碳出口连通至第二级二氧化碳透平(7)的二氧化碳入口的管道上设置有第一阀门(9)，第一级二氧化碳透平(6)的二氧化碳出口连通至冷却器(11)的二氧化碳入口的管道上设置有第二阀门(10)。

2.一种利用干热岩地热能的多性态二氧化碳发电方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的一种利用干热岩地热能的多性态二氧化碳发电系统，包括：

二氧化碳压缩机(2)由驱动电机(1)驱动，二氧化碳压缩机(2)的二氧化碳进口低温低压的二氧化碳经过压缩，压力达到13MPa，温度达到80℃，处于超临界状态，然后，二氧化碳工质经由超临界二氧化碳注入井(4)输送至地下干热岩换热系统(4)中，进一步加热升温，达到接近200℃的高温状态，完成升温后的工质由超临界二氧化碳生产井(5)重新输送至地面，并进入第一级二氧化碳透平(6)中膨胀做功，压力降低至8MPa，温度降低至120℃；

负载(8)功率低于500kW时，第一阀门(9)关闭，第二阀门(10)开启，第一级二氧化碳透平(6)与第二级二氧化碳透平(7)轴分离，第一级二氧化碳透平(6)做功完成后的二氧化碳工质即进入冷却器(11)中与常温的空气进行换热，降温至二氧化碳压缩机(2)所需的进口温度，最终由管道输送至二氧化碳压缩机(2)中循环利用；

负载(8)功率在500kW-1000kW之间时，关闭第二阀门(10)，打开第一阀门(9)，离合器(12)将第一级二氧化碳透平(6)和第二级二氧化碳透平(7)啮合，第一级二氧化碳透平(6)出口的二氧化碳工质进入第二级二氧化碳透平(7)中，二氧化碳工质在低压力的状态下继续膨胀做功，压力进一步降低至4MPa，温度降低至40℃，第一级二氧化碳透平(6)与第二级二氧化碳透平(7)两级透平带动负载(8)转动发电，二氧化碳工质在第二级二氧化碳透平(7)中做功完成后已降温至二氧化碳压缩机(2)所需的40℃的进口温度，直接由管道输送至二氧化碳压缩机(2)中循环利用。

3.根据权利要求2所述的一种利用干热岩地热能的多性态二氧化碳发电方法，其特征在于，第一级二氧化碳透平(6)和第二级二氧化碳透平(7)通过离合器(12)轴连接。