[发明专利]岩溶热储二氧化碳U型热管发电系统

说明书

本发明公开了一种岩溶热储二氧化碳U型热管发电系统，包括注入井、水平井、采出井、膨胀机、发电机和冷凝器；注入井、水平井和采出井依次相连构成以二氧化碳为循环取热工质的U型热管，注入井和采出井的上部位于致密岩石中，注入井和采出井的下部以及水平井位于岩溶热储层中，采出井出口与膨胀机蒸汽进口相连，膨胀机与发电机同轴连接，驱动发电机发电，膨胀机乏汽出口经冷凝器供暖后接入注入井。本发明采用二氧化碳作为循环取热工质，通过注采井内CO₂的密度差自动运行，无需工质循环泵，U型热管既发电又供暖或产生活热水，可全年连续高效运行。

技术领域

本发明涉及地热开发利用技术领域，具体涉及一种利用U型热管提取岩溶热储地热能进行发电的系统。

背景技术

我国火电占比过高，急需提高可再生能源发电占比以优化电网结构。地热能清洁稳定，是可再生能源发电的首选能源。我国地热能储量丰富，开发利用规模大，尤以岩溶地热开发利用程度高。但岩溶地热主要用于供暖，发电的较少。主要原因有两个，一是岩溶地热水温较低，一般不超过150℃，热电转换效率低，吨水发电量少，不论是采用有机朗肯还是闪蒸循环发电，都需要较大的冷热水和工质循环量，导致发电系统泵耗大；二是，地热水发电，需要大功率的电潜泵将地热水抽出进行换热，然后再回灌地下，导致地热水采灌系统功耗过大。如果不用抽取地下热水，不用回灌，且发电工质能够自动循环不消耗泵功，发电系统效率可大幅提高。

发明内容

为解决地热水注采系统和发电系统泵耗大的问题，本发明提出了一种岩溶热储二氧化碳U型热管发电系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种岩溶热储二氧化碳U型热管发电系统，包括注入井、水平井、采出井、膨胀机、发电机和冷凝器；

注入井、水平井和采出井依次相连构成以二氧化碳为循环取热工质的U型热管，注入井和采出井的上部位于致密岩石中，注入井和采出井的下部以及水平井位于岩溶热储层中，采出井出口与膨胀机蒸汽进口相连，膨胀机与发电机同轴连接，驱动发电机发电，膨胀机乏汽出口经冷凝器供暖后接入注入井。

作为本发明的一种改进，所述二氧化碳循环取热工质靠密度差自动运行，无需工质循环泵，提高了系统发电效率。

作为本发明的一种改进，所述水平井的布置方向与热储层中含水层的水流方向垂直，通过含水层水平向流动以及竖直向的自然对流强化换热，大幅提高U型热管的取热量。

作为本发明的一种改进，所述冷凝器采用水作为冷却工质，回收的冷凝热采暖季用于供暖或者生活热水，非采暖季用于生活热水，大幅提高了整个系统的热利用率。

作为本发明的一种改进，所述注入井在致密岩石的井段采用高导热水泥固井，以便更多的岩石热量传导进井筒。

作为本发明的一种改进，所述采出井在致密岩石的井段采用保温水泥固井，以防止工质的热量散失到岩石中。

作为本发明的一种改进，所述注入井和采出井在岩溶热储层的井段、以及水平井均不固井，直接让地热水和井管接触，形成自然对流，提高U型热管的取热量。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

(1)采用CO₂作为循环取热工质，无需工质循环泵，靠密度差自动运行，没有泵耗，可大幅提高系统发电效率。

(2)既发电又供暖或产生活热水，冷凝器采用水作为冷却工质，回收的冷凝热采暖季用于供暖或者生活热水，非采暖季用于生活热水，大幅提高了整个系统的热利用率。

附图说明

图1是本发明的岩溶热储二氧化碳U型热管发电系统的原理图。