[发明专利]一种干热岩技术耦合热泵的供暖系统

说明书

本发明涉及干热岩热能利用技术领域，尤其是一种高效率干热岩技术耦合热泵的供暖系统，解决了干热岩采暖系统的采暖效率低下以及地源热泵长期运行效率下降的问题，包括设置在地下的干热岩地热系统和设置在地表的热泵系统，干热岩地热系统连接有板式热交换器组，板式热交换器组连接有热泵系统，热泵系统连接有终端加热系统。本发明从长期来看，本发明供热系统可常年运行且整体系统换热效率高于传统地源热泵，其性价比更高且运行更稳定、持久。

技术领域

本发明涉及干热岩热能利用技术领域，尤其是一种高效率干热岩技术耦合热泵的供暖系统。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，能源与环境问题越来越成为人类关注的主题，其中，干热岩作为一种深埋于地下的清洁能源，其蕴藏的热量十分丰富，但一直未得到大规模的开发利用。

目前，国内中深层地热能开采技术并不成熟，尚未发现关于利用人工压裂提取干热岩热能的技术的报导。国际上则普遍采用单循环法获取地热能，其存在着地热能获取率和利用率低等缺陷。同时，深部干热岩能不但投资大、风险高，而且发电能力低，大大限制了干热岩热能的开采。

在国内一些高纬度寒冷地区（例如沈阳、北京等）冬季供暖需要消耗大量热能，利用常规的化石燃料污染严重，电能性价比低，使得地源热泵被广泛推广应用。然而，这些地区的地源热泵系统常年的热开采，造成了地层温度逐年下降、地层压力逐年下降以及热提取效率逐年降低等严峻问题。

随着干热岩的不断开发和利用，专利CN201520986148.7公开了一种U型管式干热岩换热器，专利CN107062352A公开了一种干热岩采暖系统，专利CN106885385A公开了一种单井干热岩热能提取系统，均不同程度的实现了干热岩热能的提取及应用。

但上述专利均未真正有效解决干热岩采暖系统中采暖效率低下的问题，此外地源热泵也存在效率逐年下降的问题。

发明内容

本发明为了解决干热岩采暖系统的采暖效率低下和地源热泵效率逐年下降的问题，将干热岩开采技术与热泵技术有效结合，提供了一种高效率干热岩技术耦合热泵的供暖系统。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种高效率干热岩技术耦合热泵的供暖系统，包括设置在地下的干热岩地热系统和设置在地表的热泵系统，干热岩地热系统连接有板式热交换器组，板式热交换器组连接有热泵系统，热泵系统连接有终端加热系统。

干热岩地热系统包括注水井和抽水井，注水井和抽水井均为水平井，注水井连接有板式热交换器组，注水井内间隔设置有多条相互平行且垂直于注水井的水力压裂分段裂缝，抽水井在水力压裂分段裂缝长度范围内对称设置，抽水井连接有循环泵，循环泵连接有板式热交换器组。

热泵系统包括蒸发器，压缩机，膨胀阀和冷凝器，冷水经由板式热交换器组加热后流经蒸发器和压缩机被进一步加热，再流经冷凝器将热量释放给终端加热系统，经冷凝器流出的水通过膨胀阀进行降温后循环至板式热交换器组。

注水井设置在距地表垂直深度为1500～2500米范围的热储层内，注水井的长度为1800～2200米。

水力压裂分段裂缝通过压裂支撑剂进行支撑。压裂支撑剂是一种陶瓷颗粒产品，具有很高的压裂强度，用陶粒支撑材料随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使热气畅通。

本发明的工作原理是：

1）通过注水井向地下注入5℃冷水至1500～2500米范围的热储层，此范围地层的温度处于45℃~75℃；

2）冷水流过支撑剂支撑的水力压裂分段裂缝进行加热，再通过抽水井抽出；

3）抽出的热水通过循环泵驱动流经板式热交换器组；