[发明专利]一种利用智能地热采灌系统进行智能地热采灌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地热利用领域，尤其是涉及一种地热回灌系统和方法。

背景技术

地球是一个巨大的热库，每天由地球内部向地表传递的能量相当于全人类一天使用能量的2.5倍。在当今人们日益关注全球气候变化和各种环境污染问题的形势下，地热能作为一种清洁能源而倍受关注。截止到2010年，已知世界上已经有78个国家开展地热资源直接利用。

然而地热开采的过程中存在诸多问题，地热发电厂所释放的非凝结性气体和重金属已经影响了周围的环境，地热田由于大量开采地热流体已经导致了地面沉降和热储压力下降。总结而言，地热利用产生的问题一是由于排放弃水所产生的环境问题；二是由于大量开采地热造成热储压力下降，导致地热田生产能力下降。

为了解决上述问题，目前常用的技术为地热回灌技术。地热回灌在开始的时候是作为一种处理地热尾水的方法。因为政府不允许将使用过的地热水排放到地表或农田中。但是后来的理论研究的实地实验显示，地热回灌能够提高地热能的开采量，维持热储的压力时，地热回灌才被重视起来。

然而回灌技术难点较多，对于不同相态的地热系统，回灌的位置是不同的，此外，回灌井的深度难以确定，回灌井太浅，可能造成浅层地下水受到污染；如果太深，可能不会达到维持热储压力的效果。地热回灌过程中需要考虑的问题主要包括回灌费用、热储温度、热储压力、回灌水的温度、二氧化硅结垢、砂岩回灌、回灌井位置、地热流体的化学成分变化、地热流体的回收和地面沉降问题。

因此，建立高效环保的回灌系统成为了迫切需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明由此提供了一种智能地热采灌系统，包括多个开采井、多个回灌井以及中央处理器，所述多个开采井分别与一个集水器连接，所述多个回灌井分别与一个分水器连接，所述集水器与所述分水器之间设置有换热器，所述开采井与所述回灌井内部均设置有水位、水温自动监测仪，所述水位、水温自动监测仪通过数据采集装置连接所述中央处理器，所述数据采集装置包括与所述水位、水温自动监测仪连接的数据无线传输装置以及与所述中央处理器连接的数据接收装置。

进一步地，所述开采井通过送水管与所述集水器连接，所述回灌井通过回灌管道与所述分水器连接，所述送水管的末端上设置有水泵，所述回灌管道上设置有流量自动控制装置；地热水从所述集水器进入到所述换热器中与其中的冷却水进行换热后进入分水器中；在所述水泵下方设置有所述水位、水温自动监测仪，所述水位、水温自动监测仪通过数据传输线缆连接到井外的数据无线传输装置上，数据无线传输装置将所述水位、水温自动监测仪采集到的开采井参数传输到数据接收装置上，所述数据接收装置进一步将所述开采井参数传输给中央处理器；在每个回灌管道的出口的下方也都设置有水位、水温自动监测仪，回灌井中的回灌水参数被采集后通过回灌井的数据无线传输装置传输到所述数据接收装置上，并进而传输到所述中央处理器上。

进一步地，所述水泵的进口处设置有一级过滤装置，该一级过滤装置为粗滤装置；在所述集水器和换热器之间的出水管道上，设置有二级过滤装置，该过滤装置为精滤装置；所述出水管道设置在集水器的上部，高于所述集水器的进水管。

进一步地，在所述集水器的中上部还设置有过滤网，用于隔离所述进水管和出水管，所述集水器和所述分水器的下部都配置有排污口。

此外，本发明还提供了一种操作上述方案所述的智能地热采灌系统的方法，包括如下步骤：

步骤1，所述中央处理器设定所述换热器进口处的冷却水温度TL1，调整所述冷却水循环速度以维持该温度TL1，同时监测所述换热器出口处的冷却水温度TL2；

步骤2，所述中央处理器根据管径计算出冷却水的循环质量流率QL，根据进口处的冷却水温度TL1和出口处的冷却水温度TL2，以及冷却水的循环质量流率QL，计算出单位时间内换热器所需交换的热量RL，采用如下公式：

RL＝(TL2-TL1)*QL*C,其中C为水的比热；

步骤3，所述中央处理器监测所述换热器进口处的地热水温度TD1和换热器进口处的地热水温度TD2，并计算地热水的单位质量流率QD；采用如下步骤：首先计算单位时间内换热器能够获得的热量RD：RD＝(TD1-TD2)*QD*C,其中C为水的比热；其次使RD＝RL，则可以求出QD＝(TL2-TL1)*QL/(TD1-TD2)；通过QD计算出所述集水器的抽取速度，控制所述集水器的抽水泵的转速以维持该抽取速度。

特别地，上述方法还包括以下步骤：