[实用新型]一种超临界二氧化碳地热发电系统

说明书

本实用新型公开了一种超临界二氧化碳地热发电系统，包括闪蒸回路阀门、闪蒸罐、超临界二氧化碳回路阀门、透平、发电机、预冷器、压缩机、后置冷却器、化石燃料电厂烟气二氧化碳捕集处理装置、注入井、产出井等；本实用新型不仅能实现开发地热资源的目的，还能实现化石燃料电厂烟气中二氧化碳的地质封存，使得火电厂和地热开发联合发电实现二氧化碳零排放成为可能。

技术领域

本实用新型属于地热资源开发和二氧化碳封存技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳地热发电系统。

背景技术

地热能是指在当前和可预见的未来，在技术和经济可允许的条件下，可开发利用的地球内部热能，包括地壳岩石中的热流体和其伴生的有用组分。一般认为，地热能主要来源于两部分，一是融岩岩浆产生的热，另一个是由地壳内放射性元素的衰变产生的热能。

干热岩作为一种重要的地热资源类型，已逐渐成为国内外学者研究的热点。干热岩埋藏深(3000～10000m)、温度高(250～650℃)、压力高(＞20MPa)、不含水或含少量水、且渗透率很低。传统的干热岩地热开发采用水力压裂对地热储层进行改造，并向储层中注入大量的水作为载热工质，从地热储层中吸收热量。然而，实际应用表明，采用水作为载热工质会存在许多负面问题：(1)注入地下的水漏失严重，漏失率约为10～70％，从而造成水资源耗量大增；(2)当热源温度高于水的临界温度时，由于水与岩层的热化学作用会产生矿物质的溶解和沉淀，从而使得注入井和产出井之间产生短路或形成堵塞，而影响载热工质的吸热过程。

研究表明，采用超临界二氧化碳作为载热工质能够很好地解决上述问题。一方面，超临界二氧化碳向周围岩石孔隙中的缓慢渗漏，会引起矿物质的溶解沉淀和地层水蒸发盐析，使得围岩中的孔隙度和渗透率降低，导致超临界二氧化碳的渗漏速率逐渐降低；另一方面，通过渗漏流向围岩中的超临界二氧化碳能够迅速地与残余水反应并以碳酸盐的形式沉淀下来，从而形成永久性的二氧化碳地质封存。不难想象，如果能够将超临界二氧化碳地热发电与化石燃料电厂烟气中二氧化碳捕集和封存有效地结合起来，不仅能实现开发地热资源的目的，还能实现化石燃料电厂烟气中二氧化碳的地质封存，使得火电厂和地热开发联合发电实现二氧化碳零排放成为可能。

然而经调研，目前已公开的超临界二氧化碳地热发电技术鲜有同时耦合化石燃料电厂烟气中二氧化碳捕集和封存的，并且所公开的超临界二氧化碳地热发电技术中，尚存在以下问题未能解决：(1)所提出的超临界二氧化碳地热发电系统均是针对载热工质为超临界二氧化碳的，对于实际地热发电应用中，初期的载热工质为超临界二氧化碳和水蒸气混合物的情况无法适用；(2)所提出的超临界二氧化碳地热发电系统不能充分利用超临界二氧化碳作为载热工质本身所具有的独特物性特点，如临界点附近进行压缩，可大大减小压缩机功耗；超临界二氧化碳在地热储层中吸热，压力会显著升高，从而可以取消地热开发利用中的输送动力设备。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出了一种超临界二氧化碳地热发电系统,不仅能实现开发地热资源的目的，还能实现化石燃料电厂烟气中二氧化碳的地质封存，使得火电厂和地热开发联合发电实现二氧化碳零排放成为可能。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种超临界二氧化碳地热发电系统，包括闪蒸回路阀门1、闪蒸罐2、超临界二氧化碳回路阀门4、透平3、发电机5、预冷器6、压缩机7、后置冷却器8、化石燃料电厂烟气二氧化碳捕集处理装置9、注入井10和产出井11；所述注入井10和产出井11位于干热岩地热储层中，产出井11的高温载热工质出口依次通过闪蒸回路阀门1和闪蒸罐2与透平3相连通或直接通过超临界二氧化碳回路阀门4与透平3入口相连通，透平3的工质出口依次通过预冷器6、压缩机7和后置冷却器8与注入井10的进口相连通；此外，注入井10的进口还连通自化石燃料电厂烟气二氧化碳捕集处理装置9的出口，来自自化石燃料电厂烟气二氧化碳捕集处理装置9的二氧化碳进入注入井10中。