[发明专利]地热和太阳能联合发电系统及地热和太阳能联合发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及地热和太阳能联合发电系统，还涉及地热和太阳能联合发电方法。

背景技术

现有的以二氧化碳为工质的地热和太阳能联合发电系统通过采用抽气压缩回热提高系统的热效率，其原因在于：二氧化碳的比热容随着压力的变化有较大的差异，例如，在200摄氏度内，15MPa的二氧化碳和8MPa的二氧化碳的比热容相差较大。这样，采用简单回热循环时，高压低温二氧化碳和低压高温二氧化碳在换热器中的热容(质量流量和比热容的乘积)相差较大，则传热温差会加大，系统的传热不可逆性加大。采用从低压乏汽中抽气压缩后回热和部分冷却的方法，可以降低高压侧的热容以使之与低压侧的二氧化碳的热容相匹配，减少传热温差，从而使得透平出口的乏汽中的热量通过回热得到尽可能的利用。

但是抽气压缩回热的实现需要压缩机在高温高压下高效运行。具体而言，在超临界流体布雷顿循环中，抽气压缩回热用的压缩机的工作环境非常恶劣，虽然压比不大，但二氧化碳的绝热指数大，二氧化碳的压缩终态的温度可能高达200摄氏度，运行压力也在20MPa以上，这给压缩机的设计和制造带来了许多问题。

目前，在高温高压下高效运行的压缩机还未商业化，从而导致利用抽气压缩回热来提高现有的地热和太阳能联合发电系统的热效率的方法还停留在实验室阶段。即便以后制造出在高温高压下高效运行的压缩机，也会极大地增加地热和太阳能联合发电系统的制造难度、制造成本和运行成本。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：二氧化碳经过注入井的注入过程，热储层中的吸热过程以及产出井的产出过程以后，相比于注入井，二氧化碳在产出井井口的温度和压力皆高于注入井的注入温度和压力。也就是说，随着温度的变化，二氧化碳的密度变化比较大，这使得增强型地热系统不仅对二氧化碳起到了一个热源的加热作用，而且起到了一个压缩机的压缩作用。在相同注入压力和透平出口压力下，产出井产出的二氧化碳的温度和压力随着热储层深度的增加而提高。

因此，可以利用增强型地热系统的加热和压缩作用，来取代太阳能热发电系统中的压缩机(即背景技术部分提及的在高温高压下高效运行的压缩机)。由于太阳能热发电中需要不同品位的热源，因此可以对热储层进行分层激发，由此不仅可以充分地利用注入和产出井，而且可以获得不同品位的热源。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有制造成本低、热效率高的优点的地热和太阳能联合发电系统。

本发明还提出一种利用所述地热和太阳能联合发电系统实施的地热和太阳能联合发电方法。

根据本发明第一方面实施例的地热和太阳能联合发电系统包括：至少三个热储层，所述至少三个热储层沿上下方向间隔开地设置；至少三个注入井和至少三个产出井，所述至少三个注入井的出气口与所述至少三个热储层一一对应地相连以便向所述至少三个热储层注入二氧化碳，所述至少三个产出井的进气口与所述至少三个热储层一一对应地相连以便输出二氧化碳；至少三个地热透平，所述至少三个地热透平的进气口一一对应地与所述至少三个产出井的出气口连通；气体冷却器，所述气体冷却器的进气口与所述至少三个地热透平的第一出气口连通，所述气体冷却器的出气口与所述至少三个注入井的进气口连通；第一回热器和第二回热器，所述第一回热器的高压气体进口与所述至少三个产出井中的位于最上方的一个的出气口连通，所述第一回热器的低压气体出口与所述气体冷却器连通，所述第二回热器的高压气体进口与所述至少三个地热透平中的一个的第二出气口和所述第一回热器的高压气体出口连通，所述第二回热器的低压气体出口与所述第一回热器的低压气体进口连通，其中所述至少三个地热透平中的所述一个的进气口与所述至少三个产出井中的除了位于最上方的一个之外的一个产出井的出气口连通；太阳能接收器，所述太阳能接收器的进气口与所述第二回热器的高压气体出口连通；和太阳能透平，所述太阳能透平的进气口与所述太阳能接收器的出气口连通，所述太阳能透平的出气口与所述第二回热器的低压气体进口连通。

根据本发明实施例的地热和太阳能联合发电系统具有制造成本低、热效率高的优点。

另外，根据本发明上述实施例的地热和太阳能联合发电系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述地热和太阳能联合发电系统进一步包括至少三个压缩机，所述至少三个压缩机的进气口与所述气体冷却器的出气口连通，所述至少三个压缩机的出气口一一对应地与所述至少三个注入井的进气口连通。