[发明专利]从热源产生电力的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种从热源产生电力(power)的方法和系统，具体涉及一种从地 热热源产生电力的方法和系统。

本发明主要开发用于从地热热源产生电力，并将在下文中参照该应用进行描 述。但是，可以理解本发明并不限于该具体的应用领域。

背景技术

在本说明书中，所有对于现有技术的讨论并不承认该现有技术在本领域中是 广泛已知的或者形成了常规技术的一部分。

对于矿物燃料消耗和降低温室气体的逐渐关注产生了对于最大化电力产生效 率和可再生能源的研究和发展。一种可再生能源是地热能源，它得自储存在地球深 处的热能。当提高电力产生效率成为所有能源的常规考虑时，对于地热电力工厂就 产生了特别的兴趣。

从地热能源产生电力基本上涉及从贮池(reservoir)提取地热流体(fluid) 并将存储在所述地热流体中的热能转换为机械功，然后转换为电。常规地热电力循 环一般可分成非冷凝直接蒸汽循环、冷凝直接蒸汽循环(单闪点(flash)和双闪 点)、二元循环和结合(combined)循环。所有的循环(除了冷凝直接蒸汽循环) 使用工作流体与地热热源交换热量，并驱动涡轮产生电力。冷凝直接蒸汽循环局限 于干蒸汽地热贮池，如热水和水干岩贮池，它相比于其它地热贮池是非常稀缺的。

但是，这些常规电力循环都初始设计成由矿物燃料大规模生成电力，其中对 于热交换来说可得到更高温度的源。因此，在这些常规电力循环中，工作流体的蒸 发和冷凝都在恒定温度进行。在地热源的环境中，这导致在热力学循环的热加入或 者注入过程中，工作流体和地热热源之间产生较大的温度错配。例如，在二元循环 中，主热交换器中的工作流体和地热流体之间的温度差可高达80-100℃。根据热 力学，热交换过程中的较大温度差可提高电力循环中的熵，从而降低热交换过程的 效率，特别是关于有效能(有效性)的第二定律效率，导致用于发电的能量回收较 差。

为了解决该问题，加里娜(Kalina)循环利用了氨和水的多组分共沸物作为 其工作流体，并使用了其它吸收和蒸馏设备以在循环的低温末端重新形成所述混合 物。所述多组分工作流体在蒸发过程中具有可变的相变温度，这样工作流体的蒸发 就会一定温度范围内进行。因此，所述混合物的温度可更匹配所述地热流体的温度， 从而提高回收的热能的量，并使循环中的熵最小，从而相比基于矿物燃料的发电提 高低温应用的热交换过程的效率，例如地热热源。

加里娜循环的不足在于加入到循环中的吸收和蒸馏设备进一步提高了系统的 复杂性，并且相比其它类型的电厂明显提高了设备安装成本。此外，加里娜循环对 于氨-水混合物的压力和组成具有高的选择性，从而限制了循环在整个地热贮池温 度的可能范围内的运行，以及将下限有效地设定在深处地热热源可进行商业化的最 小温度。

发明内容

本发明一方面提供了一种从热源产生电力的方法，所述方法包括：

压缩工作流体以提高其温度；

在所述工作流体和所述热源之间交换热量，以使所述工作流体过热；

膨胀所述过热的工作流体以驱动涡轮，从而降低其温度；

冷凝所述工作流体以进一步降低其温度；以及

将所述工作流体返回到所述压缩步骤，

所述方法还包括再生所述工作流体的热量的步骤，其中，在所述压缩步骤和 所述热交换步骤之间流动的工作流体与在所述膨胀步骤和所述冷凝步骤之间流动 的工作流体进行热交换，

在所述工作流体的饱和曲线(dome)上方的超临界区域内以热力学循环进行所 述步骤，所述热量再生步骤在等焓条件下进行以引起连续热交换。

本发明另一方面提供了一种从热源产生电力的系统，所述系统包括：

用于压缩工作流体以提高其温度的压缩机；

流体连接到所述压缩机和所述热源的第一热交换器，以在所述工作流体和所 述热源之间进行热交换，从而使所述工作流体过热；

流体连接到所述第一热交换器以膨胀所述过热的工作流体、从而降低其温度 的涡轮；

冷凝所述工作流体以降低其温度的第二热交换器，所述第二热交换器可流体 连接到所述涡轮和所述压缩机上；以及