一种中低温地热超临界二氧化碳光热发电系统的制作方法

1.本实用新型属于新能源、地热利用领域，特别涉及一种耦合地热及太阳能的超临界二氧化碳发电系统，具体的说，涉及一种将二氧化碳为发电工质，利用地热和太阳能提供热量发电的方法。


背景技术：

2.地球上可开发的地热能总量超过目前全球化石能源的总和。中低温地热资源相比于“干热岩”其储量更大、分布更广、埋深更浅、更加适合开发利用。超临界二氧化碳是温度和压力高于临界值（t= 30.98℃、p=7.38mpa）的二氧化碳流体。中低温地热井口温度和约为80℃～140℃之间，尤其适合使用超临界二氧化碳而不是水作为传热介质和工作介质，本实用新型降低了传统地热发电系统对热源温度的最低要求，增强了中低温地热发电的可行性，并且地热能和太阳能优势互补，提高了系统总体热效率。
3.传统的地热发电系统多利用地热蒸汽推动蒸汽轮机发电，发电效率较低，且管路和设备腐蚀严重，结垢层降低了管路和设备传热效率从而影响整个发电系统的运行，利用超临界二氧化碳作为工作介质，能够从根本上解决上述问题。
4.另外二氧化碳在地下岩层高温环境中部分生成碳酸盐并沉淀到岩层间隙中，实现了二氧化碳的地质封存减排功能，对“碳中和”目标的实现将起到积极助力。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种超临界二氧化碳发电系统耦合了中低温地热能和高温太阳能热，是一种多能互补的可再生能源发电系统，同时本系统提供了一种中低温地热能利用新方法，减少了二氧化碳的排放，是实现碳中和的有效方法。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种中低温地热超临界二氧化碳光热发电系统，包括地热能系统、高温塔式太阳能光热系统和超临界二氧化碳循环系统；所述的高温塔式太阳能光热系统和地热能系统为超临界二氧化碳循环系统发电提供热量；所述超临界二氧化碳循环系统为超临界二氧化碳布雷顿循环，其循环回路包括同轴设置的二氧化碳涡轮机、压缩机二和压缩机一以及分离器、回热器和颗粒换热器，压缩机一和地热能系统回注井口连通，地热能系统出口井和分离器连通。
8.本实用新型技术方案的进一步改进在于：高温塔式太阳能光热系统包括定日镜群、吸热塔以及吸热器，所述吸热器和储热器以及颗粒换热器之间形成回路。
9.本实用新型技术方案的进一步改进在于：在吸热器和颗粒换热器之间设置有阀门v1，在吸热器和储热器之间设置有阀门v2 。
10.本实用新型技术方案的进一步改进在于：储热器和颗粒换热器之间形成一个回路，回路之间设置有阀门v3。
11.本实用新型技术方案的进一步改进在于：沿着二氧化碳流体的流动方向，分离器
和回热器相连通，回热器和压缩机二连通，压缩机二的出气口和回热器的热侧入口连通，回热器的热侧出口和颗粒换热器的入口连通，颗粒换热器和二氧化碳涡轮机连通。
12.本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述颗粒换热器为流化床颗粒换热器。
13.本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述吸热塔为颗粒塔式太阳能。
14.本实用新型技术方案的进一步改进在于：中低温地热超临界二氧化碳发电系统中工作介质运行在二氧化碳临界点7.38mpa,30.98℃之上。
15.由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术效果如下：
16.本系统采用超临界二氧化碳布雷顿循环且耦合了太阳能与地热能，是真正的可再生能源发电系统。提高了中低温地热能的利用率，是实现碳中和的有效途径。降低了传统地热发电系统对热源温度的最低要求，有力增强了中低温地热发电的可行性；并且地热能和太阳能优势互补，提高了热效率，具有良好的经济性。
17.本技术系统实现了电站的连续运行，固体颗粒在吸热塔中吸收太阳能热，并可将多余的热量储存在储热器中，系统在无太阳光照情况下，利用存储的热量加热二氧化碳实现了机组的连续运行。
18.本实用新型采用二氧化碳作为工作介质，有效避免了地热发电中的设备管道结垢和腐蚀难题。本系统还具有永久性的二氧化碳地质封存功能。系统运行初期可将化工厂或电厂碳捕捉装置收集的二氧化碳注入地下岩层中，容纳并封存了部分二氧化碳，进而实现了碳减排。
附图说明
19.图1是本实用新型一种中低温地热超临界二氧化碳光热发电系统的原理示意图；
20.其中，1、二氧化碳涡轮机，2、冷却器，3、压缩机二，4、压缩机一,5、发电机，6、颗粒换热器，7、回热器，8、储热器，9、分离器，10、定日镜，11、吸热器，12、地热储层。
具体实施方式
21.下面结合具体实施方式对本实用新型技术方案进行详细说明。
22.如图1所示，一种中低温地热超临界二氧化碳光热发电系统，包括地热能系统、高温塔式太阳能光热系统和超临界二氧化碳循环系统；超临界二氧化碳循环系统为超临界二氧化碳布雷顿循环，其循环回路包括同轴设置的二氧化碳涡轮机1、压缩机二3和压缩机一4以及分离器9、回热器7和颗粒换热器6，压缩机一4和地热能系统回注井口连通，地热能系统出口井和分离器9连通。沿着二氧化碳流体的流动方向，分离器9和回热器7相连通，回热器7和压缩机二3连通，压缩机二3的出气口和回热器7的热侧入口连通，回热器7的热侧出口和颗粒换热器6的入口连通，颗粒换热器6和二氧化碳涡轮机1连通。
23.高温塔式太阳能光热系统包括定日镜群10、吸热塔12以及吸热器11，吸热器11和储热器8以及颗粒换热器6之间形成回路。在吸热器11和颗粒换热器6之间设置有阀门v1，在吸热器11和储热器8之间设置有阀门v2 ；储热器8和颗粒换热器6之间形成一个回路，回路之间设置有阀门v3。
24.颗粒换热器6为流化床颗粒换热器，吸热器11为多管颗粒太阳能吸热器。
25.中低温地热超临界二氧化碳发电系统中工作介质运行在二氧化碳临界点
7.38mpa,30.98℃之上。
26.正常运行时，超临界态二氧化碳（温度约40℃）通过回注井口进入地热储岩层12中，吸收中低温地热能后温度提升为80℃～140℃；并通过出口井流出，进入分离器9将超临界二氧化碳中的水蒸汽和水分离并排出，超临界二氧化碳随后经管道输送进入回热器7，流体随后进入压缩机二3中继续加压升温至约25mpa，320℃左右，然后输送至回热器7的热侧入口，进而通过回热器7的热侧出口进入颗粒换热器6进行加热，由压缩机二3输送到回热器7的二氧化碳流体与后续的二氧化碳流体进入回热器7时进行热交换，二氧化碳流体在颗粒换热器6中被塔式太阳能系统来的高温固体颗粒进一步加热升温，当温度大于600℃后进入超临界二氧化碳涡轮机入口，在涡轮机中膨胀做功并带动电动机发电。
27.膨胀做功后的二氧化碳经二氧化碳涡轮机1出口排出，温度下降为440℃，压力约为8mpa，经冷却器2冷却后当温度下降为40℃以下时，开始进入压缩机一4入口，加压升温后通过回注井口回注到地下岩层中吸收地热能。
28.太阳能集热形式为利用多组独立的定日镜群，将太阳光能聚集到塔顶的颗粒吸热器中转化为热能。
29.高温固体颗粒经塔顶吸热器吸收太阳能后温度升高至大于600℃，正常运行时，闸板门v1，v2开启，v3关闭，颗粒经阀门闸板门v2，进入储热器中，而后经管道进入颗粒换热器6中加热二氧化碳流体；多余的热量随时以高温颗粒形式储存在储热器8中；在无太阳光照时，闸板门v1，v2均关闭，闸板门v3开启，利用储热器8中的高温颗粒储存的热量加热二氧化碳流体，实现了系统的连续运行发电。
30.本实用新型的系统运行初期超临界二氧化碳注入地下岩层中时，岩石间隙容纳并部分转化为碳酸盐从而封存了二氧化碳，随着系统运行，二氧化碳补充量将逐渐减少；本系统具有永久性的二氧化碳地质封存功能，从而实现了碳减排。