[实用新型]蓄集地热能的二氧化碳蓄能装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及低碳与清洁能源技术领域，具体是涉及一种以二氧化碳为工质，利用地热资源为能源，用于超临界CO₂循环发电系统的蓄集地热能的二氧化碳蓄能装置。

背景技术

气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而大量的二氧化碳排放被认为是导致气候变暖的主要原因，我国作为世界上最大的发展中国家，是以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO₂ 排放具有增长快、总量大的特点，为应对气候变化发展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成为人们的共识，地热资源利用与发电及超临界二氧化碳发电等已受到广泛关注。

地热主要是地球内部长寿命放射性同位素热核反应产生的热能。离地球表面5000米深，15℃以上的岩石和液体的总含热量，据推算约为14.5×10^21KJ，约相当于4948万亿吨标准煤的热量。按照其储存形式，地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。我国将地热资源按温度划分为高温地热（高于150℃）和中低温地热（低于150℃），高温地热主要用于发电，中低温地热通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等。

我国地热资源分布广泛，资源丰富。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米，所含地热量为973万亿千焦耳。据河北省地矿局计算，仅河北平原可采地热资源量达4.93x10^20KJ，相当于 168147亿吨标准煤。该区域地热资源主要赋存于上第三系砂岩和古生界及中上元古界的古潜山碳酸盐岩储水层，主要分布在华北断坳构造沉降区, 热储层埋藏深度较浅，埋深 3000m 以浅地热资源分布广泛, 出水口热水温度最高达 96℃。虽说有各种梯级开发应用方案，但目前地热资源开发利用类型单一，弃水温度过高, 地热资源远未得到充分利用，浪费严重。迫切需要新的技术方案实现地热资源的可持续利用，发挥地热资源在发展低碳经济产业和节能减排中的作用。

为此，国内外科技工作者进行了大量的研究，其中由中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司申请的中国专利CN204672103U提供的“一种利用地热的二氧化碳捕集、发电与封存装置”代表了先进技术水平，其将经冷却器冷却的CO₂压缩液化压入地热层，一部分二氧化碳永久封存在地下，一部分二氧化碳在地热层中加热增压后通过管道输送至地面，在二氧化碳膨胀机中转化为机械能带动二氧化碳发电机产生电力。但该方案存在以下问题：其一，将液化CO₂压入地热层再从另一处钻井用管道引出，投资大、耗能大；其二，液化CO₂压入地热层，除风险大、且客观上不可控、易发生安全事故外，压入的CO₂还将酸化地质并置换出地质层大量的烃类如甲烷等，该烃类进入大气生态圈，造成不可预期的环境危害。

而随CCS（CO₂的捕集与封闭）技术应用发展起来的超临界二氧化碳发电系统较传统的热能发电系统的系统热效率、总重及占地面积、污染物排放等方面表现出显著的优势，现行的超临界二氧化碳发电系统包括热源、高速涡轮机、高速发电机、高速压气机、冷却器等，而其高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础，客观上要求用高效换热器等压加热二氧化碳工质，因此，现行超临界二氧化碳试验环路的热交换大多使用印制电路板热交换器（ＰＣＨＥ），它适用于高工作温度和高工作压力，并具有良好的扩展能力，能满足用换热器等压加热二氧化碳工质的要求，但机构复杂，投资大，一套获取热能的换热装置高达数千万美元，严重影响了超临界二氧化碳发电系统的推广应用。

为有效利用我国广阔的可再生低碳地热水能源，需要开发一种利用地热水资源对超临界CO₂流体蓄能的一种占地小，又不影响生态环境的运行稳定、自耗能低、投资低、运行成本低的装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种结构简单，占地小，不影响生态环境的运行稳定，自耗能低，投资低，运行成本低的蓄集地热能的二氧化碳蓄能装置，可直接利用中低温地热（低于150℃）和高温地热（高于150℃）将液态CO₂流体蓄集能量为高压热态超临界CO₂流体供CO₂发电机组发电。