[发明专利]一种地热能源装置

说明书

本发明公布了一种地热能源装置，其技术效果为增加了有效系数、简化并降低了建设成本。所述地热能源装置包括上行和下行两条管道，其中填充了加热剂流体，位于矿井中；两条管道在矿井中通过热交换器连接。所述下行管道上设置了若干机械止回阀；所述下行管道上还安装了将加热剂（如异丁烯）往下送的泵。所述上行管道位于地上的一端朝向冷凝式汽轮机设置，并设置有控制阀（比如机电控制阀），且通过拉瓦尔喷嘴与所述汽轮机连接。所述地热能源装置还包括用于控制所述控制阀开合的频率/时长的设备。

技术领域

本发明涉及一种封闭对流双循环地热能源装置，用于生产包括电能在内的各种能量。其主要的技术效果是增加了有效系数，简化了建设过程并降低了成本。

背景技术

双循环，即一种利用两种工作流体的热动力循环，其中一种液体在高压环境中，饱和压力较低，而另外一种，蒸发温度较低。本发明使用的两种流体，一种是地下深处的矿井里自然存在的热水（或者干燥的矿井中的热气），另一种是加热剂，如异丁烯，高压泵入上行和下行管道的闭路循环中。循环的本质是将地下深处的地热能提取到地上，以实现直接使用和/或进一步的转化成机械能和/或电能。能量转移到地上是通过工作流体之间的热交换进行的。

地热能是地球自然热量所产生的能量。众所周知，这种热能可以通过打井的方式使用。矿井中的地温梯度（根据深度发生的温度变化）为每100米平均2.5-3℃。所述热能以蒸汽或热水的形式来到地上。所述热能可以通过给房子和建筑供暖以及/或者产生能量直接使用。有三种地热电站：蒸汽型、热水型和双循环型。

尽管地热电站拥有许多优势（能源可再生、24/7不间断、“绿色”、仅需一些预防性和维护支出无需额外的成本等），仍然有些缺点，使得地热电站并未得到广泛的推广。

一般情况下，三种类型的地热电站共有的缺点是，需要水循环（一般来说，用过的水需要重新注入地下水面中（回灌）。那么就需要额外的矿井以及配套设施。这就使得这种电站的成本效益显著降低了。过度将用过的水重新注入干燥的地皮还经常会导致电站停止运转）。

地热电站的缺陷还在于从开采通道中释放了易燃和/或者有毒气体到地上来。这也带来了利用和中和这些气体的成本。

主要的问题是（尤其是双循环地热电站）需要大规模建设地上设施，并因而减少陆地资源。对于缺少陆地资源的国家尤为重要。双循环地热电站中，所述地上设施让流出地表的热水资源可以和加热剂（流体）进行有效的热交换。地上的设施越大，加热剂的量越大，电站的产量就越大。然而，除了电站的地上设施占用陆地面积的限制，还有其他问题：加热剂的体积受上升的热水的流量以及地上的热水资源的温度的限制。因此，即使地上的设施的难题解决了，大量增加加热剂，也未必能够保证电站的产量提升。地球上的地热资源非常丰富，且大部分的特点表明，双循环电站能够成功运转，但是，由于这些问题的存在，地热电站未能发挥出自己的潜力。

双循环地热电站是一种地热电站，通过温度相对较低的地热池（而不是像蒸汽型和热水型电站，通过将150℃以上的干燥的蒸汽和180℃以上的热水蒸汽送入涡轮机）发电。由于地上双循环地热电站中的水温不高，为了得到水蒸气（大部分的地热资源温度都是100℃以下的），地上的热水会被送入所谓的热交换器，其中后者将热量传送到双循环加热剂。在标准气压下，加热剂的沸腾温度比水的沸腾温度低很多（如今使用的加热剂为异丁烯或异丁烯和异戊烷的混合物）。在液态到气态的转化过程中产生能量的加热剂，被送入该电站的汽轮机中。加热剂处于闭路循环中。从汽轮机中出来后，加热剂回到了液态，被打入热交换机进行新一轮的能量转化。而使用过的热水通过下行井眼打入含水岩石中。

关于双循环地热电站的运转的信息在下面的这个网址中：https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_cycle。

地热能源装置和发电方式在下列资源中有叙述：RU2621440C1; RU84922U1;RU2000111435A; RU2011121001A; RU2009131111A; RU2008114536A。