[发明专利]U型管换热闭式循环井下热电发电系统及方法

说明书

本发明涉及一种U型管换热闭式循环井下热电发电系统及方法。系统包括井筒、流体循环模块和电能外输模块。井筒包括套管、油管、热电发电模块、冷流体注入管和U型管换热器。套管位于生产层的部分上设有射孔段。套管内壁与热电发电模块外壁之间的空间形成油套环空流动通道。油管内部空间形成油管流动通道。冷流体注入管设置在油套环空流动通道内或油管流动通道内。流体循环模块包括冷流体注入管线、冷流体注入泵、冷流体流出管线、冷流体储存容器、冷流体流入管线、热流体利用模块、油套环空返出流体流动管线和油管返出流体流动管线。本发明能实现取热发电不取水、提供稳定的电能供给，且不会影响换热流体的后续利用。

技术领域

本发明属于地热发电技术领域，具体涉及一种U型管换热闭式循环井下热电发电系统及方法。

背景技术

地热能是一种来自地球深处的可再生性能源。全球地热潜在资源，约相当于现在全球能源消耗总量的45万倍。作为一种新的清洁的绿色能源，在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。

地热发电是地热利用的最重要方式。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。蒸汽型地热发电是把干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电，在引入发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限。热水型地热发电是地热发电的主要方式，分为闪蒸系统发电和双循环系统发电，其中闪蒸系统发电是利用压力降低过程中将部分热水沸腾并“闪蒸”成蒸汽后送至汽轮机发电，而双循环系统发电则是将地热能传给另一种低沸点的工作介质使之沸腾而产生蒸汽后送至汽轮机发电。这些方法都需要将热储层流体提取到地面后再进行发电，热储层流体大量开采会带来潜在的地层下沉、井筒结垢等问题，在一定程度上制约了地热发电的发展。

随着近年来半导体材料制造技术和工艺的进步，热电发电技术逐渐兴起。该技术利用半导体材料的塞贝克效应原理进行发电，当在由N-型半导体和P-型半导体组成的热电发电单元的两侧施加不同温度时，在热电发电单元之间就会产生电动势，从而将热能直接转换为电能。一些研究表明，即使热电发电单元两侧之间仅有10摄氏度的温差，在热电发电单元规模达到数百米长度的情况下，能产生足够多的电能。

发明内容

针对中低温热储的生产特点和现有发电方法的技术限制，本发明结合热电发电技术，提出一种U型管换热闭式循环井下热电发电系统与方法，该系统及方法不但能实现取热发电不取水、提供稳定的电能供给，而且还不会影响换热流体的后续利用。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明涉及一种U型管换热闭式循环井下热电发电系统，包括：井筒、流体循环模块和电能外输模块。

具体地说，所述井筒包括自上向下依次钻穿生产层上覆地层和生产层的套管、嵌入设置在套管内的油管、设置在油管外壁上的热电发电模块、冷流体注入管和嵌入设置在位于生产层范围内的套管中的U型管换热器；所述套管位于生产层的部分上设有射孔段；所述油管的顶部与套管的顶部平齐，底部位于生产层上覆地层与生产层的交界处；所述油管的下端外侧通过穿越封隔器坐封在套管内壁上，油管的底部内侧设有贯穿式油管堵头；所述热电发电模块设置在位于穿越封隔器上方的油管上，且热电发电模块通过驳接线缆与电能外输模块相连；所述套管内壁与热电发电模块外壁之间的空间形成油套环空流动通道；所述油管内部空间形成油管流动通道。