[发明专利]一种利用中深层低温地能实现低温差多级发电系统及方法

说明书

本发明涉及一种利用中深层低温地能实现低温差多级发电系统及方法，利用中深层低温地能实现低温差多级发电系统包括地源热循环传输系统、多级发电系统及余热利用系统，所述地源热循环传输系统的输出端和输入端之间设有热循环管路，所述热循环管路依次通过多级发电系统和余热利用系统进行热交换，多级发电系统以及余热利用系统串联布置，余热利用系统设置在多级发电系统的下游；相邻两级发电系统的导热介质入口温度的温差为5℃～25℃。本发明的利用中深层低温地能实现低温差多级发电系统，使每级发电系统之间的导热介质入口温度相差5℃～25℃，利用较低的温度差进行多级发电，使能耗密度相对密集，发电效率高。

技术领域

本发明涉及中深层地能利用相关技术领域，具体涉及一种利用中深层低温地能实现低温差多级发电系统及方法。

背景技术

目前世界上主要的发电形式是水力发电、火力发电和核能发电。全世界火力发电所占比重约为63％，水利发电所占比重约为20％，核能发电所占比重约为15％。美、俄、英、意、日、德、中国等国以火力发电为主。

火力发电一般是指利用可燃物(主要为煤炭和天然气)燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。火力发电采用朗肯循环，进入发电机的蒸汽温度为540℃至550℃，热效率(发电机组的发电量折算成热量与输入热量之比)可达到45％。卡琳娜循环是在朗肯循环基础上的一种“改进”，是将“纯”的循环介质(通常为水)变成了氨同水的“混合物”，循环对于热源温度降低到149℃-204℃，从而实现低温(一般指200℃以下)发电。

地热发电系统主要有3种类型：干蒸汽发电系统、扩容蒸汽发电系统、双循环式(中间介质法)发电系统。

干蒸汽就是从地下喷出的无热水的纯蒸汽。干蒸汽从蒸汽井中引出，经过分离器分离出固体杂质(≥10μm)后，就直接进入汽轮机做功，驱动发电机发电。干蒸汽电站所用发电设备基本上与常规火电设备相同。干蒸汽发电系统的工作原理就是从蒸汽井中直接导出160℃或更高的地热蒸汽(纯蒸汽)，经过分离器将杂志大于10μm的固体杂质分离后引入汽轮机，高压蒸汽在汽轮机中驱动汽轮机运转将热能转换为动能，通过发电机将动能转换为电能。蒸汽做功冷却后排放到冷凝器，蒸汽变回冷却水，沿管道将冷凝水导回深井，重新加热循环生产。

干蒸汽发电系统存在以下局限性：由于干蒸汽发电所需的蒸汽温度较高，所以地热埋藏深度较深，且干蒸汽地热资源十分有限，开采技术难度较大，开采中所用钻进泥浆需要能耐高温和高压，钻进成井较困难，目前利用较少。干蒸汽发电的热效率通常约为10～15％，厂内用电率约为12％。

扩容蒸汽发电系统是将地下高压热水吸入低压罐，形成闪蒸蒸汽，闪蒸蒸汽进入汽轮机做功带动发电机发电。扩容蒸汽发电系统的工作原理为，发电需要的地下热水或蒸汽一般都要再150℃以上，地热水导入闪蒸器，使其降压闪蒸并产生低压蒸汽，蒸汽送入汽轮机膨胀做功，带动发电机发电，做功冷却后的水导回地下重新加热循环生产。

扩容蒸汽发电系统存在以下局限性：适用于压力、温度较高的地热资源，要求地热井输出的汽水混合物的温度较高，地热能利用率低。扩容蒸汽发电系统需要排放尾水，因此存在一定的环境污染，如果不进行地热水回灌，会导致地热田的枯竭和产生地面塌陷及沉降问题。由于该系统直接以地下热水、蒸汽为工质，资源相对有限，常用提取手段热损失大，对于地下热水的温度、矿化度以及不凝气体含量等有较高的要求。扩容蒸汽发电的热效率很低，热效率仅为1.5～4％，厂内用电率约为16％。

双循环式(中间介质法)发电系统是利用地下热水来加热某种低汽化点工质，使其进入汽轮机工作的地热发电系统，又称中间介质法或低汽化点工质循环。它是为克服闪蒸地热发电系统的缺点而出现的一种循环系统。工作原理为：地下热水用深井泵抽到地面进入电站内的蒸发器，加热某一种低汽化点介质(如氟里昂11)，使之变为低汽化点介质蒸汽，然后通入汽轮机做功发电，汽轮机排出的乏汽经凝汽器冷凝成液体，用工质泵再打回蒸发器重新加热，循环使用。