[发明专利]一种高效清洁利用地热热能的简捷取热方法

说明书

本发明公开了一种高效清洁利用地热热能的简捷取热方法，解决了现有地热取热中存在的设备庞大，施工成本高昂，容易发生污染地下水的问题。采用取热不取水的总思路，摒弃抽取地下热水的传统方式，将超临界CO₂与热水换热的换热器，设置在地下热水井中，将地下热水的热能在地下直接换热到超临界CO₂工质中，通过超临界CO₂循环泵，将获能的超临界CO₂工质泵到地面进行发电或换热，再将做功后的超临界CO₂回送到地下换热器中，进行再次获取热能，如此循环往复，实现地下热能的高效利用，在整个过程中，地下热水不需抽取到地面，并与换热介质隔绝，实现了清洁利用，保护了地表结构。

技术领域

本发明涉及一种地热能利用系统，特别涉及一种可高效率清洁利用地热能的简单块捷的取热系统及取热方法。

背景技术

超临界CO₂循环系统（Supercritical Carbon Dioxide Cycle）是一种利用超临界CO₂作为工质的发电系统，该系统采用超临界压力状态的CO₂作为循环工质，在换热器中吸收热量，然后转换成高温热能的超临界CO₂，进入涡轮机膨胀做功，从而带动发电机进行发电，完成做功的超临界CO₂，通过冷却器和循环泵重新再回到换热器中吸收热量，之后再进入涡轮机膨胀做功，如此循环，完成发电任务；超临界CO₂循环系统中的换热器，一般选择地热换热器，当地热换热器所提供的换热温度达到摄氏100度以上时，才适合超临界CO₂循环系统完成发电任务，当地热水温度较低时，需要对一次换热后的超临界CO₂进行二次换热，使超临界CO₂达到发电要求。

CO₂常温常压下为气态，在常温一定压力下可凝结成液体，压力撤销后，迅速蒸发（升华），带走大量的热量；当CO₂的温度和压力均超过临界值时，被称为超临界CO₂，CO₂在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移，有利于将热水加热到一个更高的温度，超临界CO₂与热水换热的换热器正在被推广应用。

地热热能是一种清洁可再生能源，在绿色低碳城市化建设中，越来越被广泛地开发利用，例如：利用地热能进行发电，以及利用地热能进行采暖；地热能一般以地下热水的形式存在，通常采用抽取地下热水到地面的方式，进行地热的利用，为了使地表结构不被破坏，一般将热能利用后的地下水再回灌到地下，为了使回灌水不影响抽取热水的热能利用，一般在地面需要打两口彼此独立的井，一眼井用于抽取地下热水，另一眼井用于利用热能后水的回灌，这种地热能的利用方法存在以下缺陷：（1）将地下水抽取到地面的热能利用方式存在配备抽取和回灌设备，施工成本高，设备体积庞大，在抽取过程中地下热水的热能损失比较大；（2）在抽取和回灌过程中容易造成地下水被污染，抽取的水量大于回灌的水量，存在地面结构被破坏的隐患。

发明内容

本发明提供了一种高效清洁利用地热热能的简捷取热方法，解决了现有地热取热中存在的设备庞大，施工成本高昂，容易发生污染地下水的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：采用取热不取水的总思路，摒弃抽取地下热水的传统方式，将超临界CO₂与热水换热的换热器，设置在地下热水井中，将地下热水的热能在地下直接换热到超临界CO₂工质中，通过超临界CO₂循环泵，将获能的超临界CO₂工质泵到地面进行发电或换热，再将做功后的超临界CO₂回送到地下换热器中，进行再次获取热能，如此循环往复，实现地下热能的高效利用，在整个过程中，地下热水不需抽取到地面，并与换热介质隔绝，实现了清洁利用，保护了地表结构。