[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

说明书

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，其中，二氧化碳压缩机由驱动电机驱动，压缩工质至超临界状态并由超临界二氧化碳注入井输送至地下干热岩换热系统中升温，然后由超临界二氧化碳生产井输送至地面的第一级二氧化碳透平中膨胀做功，负载较小时，第一级透平做功完成后进入冷却器降温并重新输送至二氧化碳压缩机中循环利用，负载较大时，进入第二级二氧化碳透平中继续膨胀做功，两级透平同时带动负载转动发电，并在出口直接输送至二氧化碳压缩机中循环利用。本发明利用储量丰富的干热岩地热能，以多性态二氧化碳为工质，具有环保，成本低的优势，同时能够多级利用能量，实现高发电效率以及紧凑的系统结构，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于地热能发电技术领域，具体涉及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。

背景技术

干热岩是一种新兴地热能源，其温度一般大于200℃，属于致密不透水的高温岩体。干热岩地热资源分布区域主要在青藏高原南部，这一地区占中国大陆地区干热岩总资源量的20.5％，资源量巨大且温度最高，近年，在青海共和盆地3705米深处已成功钻获236℃的高温干热岩体。目前，对干热岩地热能的应用主要是发电，其基本原理是：通过深井将高压水注入地下2000-6000米的岩层，使其渗透进入岩层中人工压裂造出的缝隙并吸收地热能；通过另一个专用深井(相距约200-600米左右)将岩石裂隙中的高温水、汽提取到地面；取出的水、汽温度可达150-200℃，通过换热装置及地面动力循环用于发电；冷却后的水再次通过高压泵注入地下换热系统循环使用。利用干热岩发电技术可大幅降低温室效应和酸雨对环境的影响，且不受季节、气候制约，同时，干热岩发电的成本仅为风力发电的一半，只有太阳能发电的十分之一。

近年来，将二氧化碳工质应用于布雷顿循环的研究受到广泛关注，二氧化碳的临界压力为7.38MPa，临界温度为31.1℃，在压力达到兆帕级，温度高于临界温度的状态下具有密度大、粘度小的优良物性，可以使二氧化碳布雷顿循环核心部件透平及压缩机结构紧凑、效率高，因此，将其应用于动力循环具有良好的工程应用前景。在二氧化碳布雷顿循环中，各种性态的二氧化碳工质均具有接近液体的密度以及接近气体的粘性，因此，应用多性态二氧化碳的多级透平机械能够保持紧凑的结构与较高的效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的局限性，提供了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，主要利用储量丰富、温度200℃左右的干热岩地热能，环保且成本低，同时以多性态二氧化碳为工质，系统紧凑，气动效率高，多级利用能量，具有广阔的应用前景。

本发明采用如下技术方案来实现：

一种利用干热岩地热能的多性态二氧化碳发电系统，包括驱动电机、二氧化碳压缩机、超临界二氧化碳注入井、地下干热岩换热系统、超临界二氧化碳生产井、第一级二氧化碳透平、第二级二氧化碳透平、负载及冷却器；其中，驱动电机用于驱动二氧化碳压缩机工作，二氧化碳压缩机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的二氧化碳入口，地下干热岩换热系统二氧化碳出口连通至第一级二氧化碳透平的二氧化碳入口，第一级二氧化碳透平的二氧化碳出口分为两股，一股连通至冷却器的二氧化碳入口，另一股连通至第二级二氧化碳透平的二氧化碳入口，第二级二氧化碳透平的二氧化碳出口以及冷却器的二氧化碳出口均连通至二氧化碳压缩机的二氧化碳入口；第一级二氧化碳透平的一端用于驱动负载，另一端与第二级二氧化碳透平同轴心连接。

本发明进一步的改进在于：第一级二氧化碳透平的另一端通过离合器与第二级二氧化碳透平同轴心连接。

本发明进一步的改进在于：第一级二氧化碳透平的二氧化碳出口连通至第二级二氧化碳透平的二氧化碳入口的管道上设置有第一阀门，第一级二氧化碳透平的二氧化碳出口连通至冷却器的二氧化碳入口的管道上设置有第二阀门。