[发明专利]一种利用海底地热能的超临界二氧化碳发电系统

说明书

本发明一种利用海底地热能的超临界二氧化碳发电系统，该发电系统中超临界二氧化碳压缩机和超临界二氧化碳透平等均布置在充满低温高压海水的海底，海底热岩层换热器设置在海底热岩层内；驱动电机用于带动超临界二氧化碳压缩机旋转，超临界二氧化碳压缩机出口穿过海底隔水岩层，与处于海底热岩层的海底热岩层换热器入口相连通，海底热岩层换热器出口穿出海底热岩层和海底隔水层，与超临界二氧化碳透平入口连通，超临界二氧化碳透平旋转做功驱动发电机，超临界二氧化碳透平出口与冷却器入口相连，冷却器出口连通超临界二氧化碳压缩机。本发明利用海底地热能作为系统热源，将海水作为冷源并提供环境压力，具有清洁环保、结构紧凑、成本低廉的优点。

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，特别涉及一种利用海底地热能的超临界二氧化碳发电系统。

背景技术

当今世界的发展速度与日俱增，能源日趋紧缺，以煤炭发电技术为主的能源供给方式显然已经不符合环保可持续发展的需求。地热能作为无污染的洁净能源脱颖而出，它是由地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变产生的，其储量巨大，远远超过人类所需。据推算统计，在离地球表面5000米深处，蕴藏着约为1.45×10²⁶焦耳的热量，与4948万亿吨标准煤的热量相当。从一定层面上来说，地热能是取之不竭的可再生能源。

当前人类只对陆地上的地热资源进行了一定规模的开发，然而地球表面的71％被海洋覆盖，面积高达到36110万平方公里，因此海底赋存着更为丰富的地热资源。以加利福尼亚湾恩塞纳达港口为例，仅在离岸不到100米的200米深处，其温度已经达到了102℃。初步估计该海底拥有约10万兆瓦潜力的地热能，平均温度可达330℃。

对于二氧化碳而言，当压力大于7.4MPa，温度高于31.1℃时，便进入超临界态，此时，二氧化碳在一定的运行参数范围内密度较大且无相变；特别的，临界点附近比热容变化剧烈，具有良好的传质性能，携热能力强，可使布雷顿循环核心旋转机械设备兼具高紧凑度和高效的优势。因此，超临界二氧化碳是构成布雷顿循环的优良工质，具有良好的工程应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的局限性，提供了一种利用海底地热能的超临界二氧化碳发电系统，利用富足的海底地热能为热源，无污染且成本低廉；利用海底低温高压的海水作为冷源并提供较高的环境压力，提高系统成本和稳定性；同时将超临界二氧化碳作为布雷顿循环系统的工质，系统结构简单、体积小、结构紧凑、效率高，具有广阔的应用前景。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种利用海底地热能的超临界二氧化碳发电系统，包括驱动电机、超临界二氧化碳压缩机、海底热岩层换热器、超临界二氧化碳透平、发电机和冷却器；其中，

驱动电机、超临界二氧化碳压缩机、超临界二氧化碳透平、发电机和冷却器均布置在充满低温高压海水的海底，海底下方依次为海底隔水岩层和海底热岩层，海底热岩层换热器设置在海底热岩层内；

驱动电机用于带动超临界二氧化碳压缩机旋转，超临界二氧化碳压缩机出口穿过海底隔水岩层，与处于海底热岩层的海底热岩层换热器入口相连通，海底热岩层换热器出口穿出海底热岩层和海底隔水层，与超临界二氧化碳透平入口连通，超临界二氧化碳透平旋转做功驱动发电机，超临界二氧化碳透平出口与冷却器入口相连，冷却器出口连通超临界二氧化碳压缩机。

本发明进一步的改进在于，该发电系统布置在500m～3000m的海底。

本发明进一步的改进在于，该海底深度范围的海水压力为4.9MPa～29.4MPa，温度为1℃～10℃，所处的海底热岩层温度在100℃～350℃之间。

本发明进一步的改进在于，超临界二氧化碳压缩机采用单级或双级的离心式压缩机，其入口压力范围为7.5MPa～10MPa，入口温度范围为31.5℃～40℃，转速在30000rpm～80000rpm之间。