[发明专利]一种基于二氧化碳闭式循环的干热岩发电系统

说明书

本发明公开了一种基于二氧化碳闭式循环的干热岩发电系统。该系统包括：地下的岩层取热子系统和地上的热能发电子系统，岩层取热子系统用于在单井中采用双管循环工艺使COsubgt;2/subgt;从岩层中取出热量并携带到地面，地上热能发电子系统用于对携带热量的COsubgt;2/subgt;膨胀机做功，将热能转化为电能。本发明拟通过干热岩单井闭式循环、热管换热器强化传热技术实现干热岩高效取热；优化超临界COsubgt;2/subgt;动力循环系统流程，借鉴补气增焓原理强化余热能回收能力，开发COsubgt;2/subgt;分流再热、分级做功技术，通过复叠式动力循环来提高热能利用效率，增强了循环系统对于大温差热源的适应性、弱化大流量场合的设备放大适应性问题和并强化空间紧凑性，为干热岩热功转化发电提供一种高效的动力循环系统。

技术领域

本发明涉及干热岩热功转换发电技术领域，特别是涉及一种基于二氧化碳闭式循环的干热岩发电系统。

背景技术

干热岩一般是指温度为150～550℃，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。而经过压裂后改善渗透性的干热岩系统又称之为增强型地热系统(EGS)，是一种取之不尽、用之不竭、被证明是对人类十分友好的洁净新能源。由于不受外界环境影响，干热岩开发利用对人类环境产生污染和破坏较小，被认为是替代常规化石燃料(煤、石油、天然气等)的一种具有较大潜力的能源形式。因此，合理开发利用干热岩资源，对于缓解能源局势的紧张、改善能源结构、倡导节能环保行动并最终实现低碳经济发展具有重要意义。

以CO₂代替水作为增强型地热系统载热剂的新理念，其优势在于：超临界CO₂在钻井、压裂等方面效果较好，有望在CO₂热储建造过程中发挥重要作用；在相同的岩石条件下受到更小的流动阻力、具有更大的渗透系数和传热性能，CO₂可能比水获得更多的热流量；产出井出口CO₂处于超临界状态，相比于水蒸汽朗肯循环，超临界CO₂可直接进入高温高压透平进行做功，出口工质状态为超临界状态并远离湿蒸汽区，不存在类似汽轮机出口乏汽干度低的现象，在热效率、材料耐腐性、系统简化等方面都有很大的优势。

现有技术中对于干热岩的取热过程均为开式过程，即CO₂从一口井(注入井)注入到干热岩压裂带中，并通过渗流方式与岩层直接接触换热来获取热量，并从另外一口井举升到达地面，如此过程可能存在以下不足之处：(1)CO₂在岩层中可能溶解携带大量烃类及各种杂质气体达到地面并进入大气生态圈，对地面环境会造成不利影响；(2)CO₂与地层中的水结合产生碳酸，会造成地质酸化，破坏当地地质结构，增加了塌陷等灾害风险；(3)含水CO₂达到地面以后可能会对管道设备产生一定的腐蚀破坏；(4)难免会有部分CO₂扩散到岩石深处而流失，不仅流量不足影响出力，还需要定期补充工质，进而影响整个增强型地热发电系统的稳定性和经济可靠性；(5)通过至少两口井实现CO₂的注入取热和地面回收，造成钻井完井费用较高进而影响开发经济性；(6)驱替式开采和多井筒流动，造成工质需要经历较长的流动通道，能耗损失增大，降低了系统的经济性；(7)目前地面系统采用较为常规的布雷顿或者郎肯循环，热源温度和流量变化频繁时，热源热阱不匹配会造成效率低下。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于二氧化碳闭式循环的干热岩发电系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于二氧化碳闭式循环的干热岩发电系统，包括：地下的岩层取热子系统和地上的热能发电子系统，所述岩层取热子系统用于在单井中采用双管循环工艺使CO₂从岩层中取出热量并携带到地面，所述地上热能发电子系统用于对携带热量的CO₂膨胀机做功，将热能转化为电能；

所述热能发电子系统包括：高压膨胀机、低压膨胀机、发电机、高温回热器、冷却器、增压单元和低温回热器；