一种原位地热发电系统的制作方法

本发明涉及地热能发电技术领域，涉及一种利用地热能进行发电的系统，尤其涉及一种直接利用地热能进行发电的原位地热发电系统。

背景技术：

工业化进程向前推进，伴随着能源消耗飞速增长，能源危机和环境污染问题日益严峻，在可预见的将来，能源问题将会愈加突出，世界各国都在探求可再生能源的开发与利用。地热能来自地球深处的可再生性热能，主要源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地球内部温度高达7000℃，热力传至较接近地面的地壳时，仍具有相当可观的能量。相比于其他能源，地热能资源因其储量丰富、清洁环保、可再生等优点。因此，利用地热能进行发电，是清洁能源发展的一个重要方向。

现有技术中，利用地热能需要通过将地热能以某些特定载体传输至地表，再在此基础上进行进一步转换利用。例如，可通过水循环的方式，将被地热能加热后的热水抽取出地面后，通过水吸收地热能，再利用热水的热能进行发电。可以想象，此类方案只能间接利用地热能，需要通过载体将地热能传输到地面以上，而此过程中会造成极大的损耗，并且存在能源提取难度大、能量损耗高、发电效率低等问题。受限于上述问题，目前地热发电量占比很小，发电方式亟待突破。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种原位地热发电系统，直接利用地热能进行原位发电，具有无须进行能源提取、能量损耗低和发电效率高等优点。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种原位地热发电系统，包括：

热管，所述热管垂直埋设于地下，所述热管的上端延伸至地表或者水体，所述热管的下端位于地热源上；所述热管内形成循环腔体，所述循环腔体内设置有循环工质，所述循环工质可在液态工质和汽态工质之间转换；

热电温差发电装置和磁悬浮发电装置，所述热电温差发电装置位于所述热管下端的管壁外侧，所述磁悬浮发电装置位于所述热管中部的管壁内侧，所述热电温差发电装置和所述磁悬浮发电装置通过电能输出端口向外输出电能。

与现有技术现比，本技术方案的有益效果是：本系统直接设置于地热源处，将热管深埋于地下，热管的下端位于地热源处，一方面，位于热管下段的热电温差发电装置能够直接将地热能转化为电能，另一方面，循环工质可在液态工质和汽态工质之间转换，循环工质从液态工质吸热转化为汽态工质后，向上的汽态工质会驱动位于热管中部的磁悬浮发电装置，将地热能转化为机械能再进一步转化为电能。通过本系统直接利用地热能进行发电，具有能量损耗低和发电效率高等优点。

进一步地，所述热电温差发电装置包括多个热电发电器件，多个所述热电发电器件沿周向设置于所述热管的管壁外侧；

所述热电发电器件的相对两面分别设置有热端和冷端，所述热电发电器贴设于所述热管的管壁外侧，所述热电发电器件的冷端位于靠近所述热管的一侧，所述热电发电器件的热端位于远离所述热管的一侧。

采用上述方案的有益效果是：通过周向设置在热管管壁外侧的多个热电发电器件组成热电温差发电装置，最大限度提高热电发电器件与地热源的接触面积，能够提高地热能的利用率。

进一步地，所述热管的管壁内侧设置有散热片，所述散热片位于与所述热电发电器件的冷端相对应的位置，，所述散热片用于将热量从所述热电发电器件的冷端传递至循环腔体内。

采用上述方案的有益效果是：不仅有助于在热电发电器件的冷端和热端之间形成合理温差，还能保证将液态工质快速蒸发汽化形成向上运动的汽态工质。

进一步地，多个所述热电发电器件之间形成串联结构、并联结构或者串并联结构；

当多个所述热电发电器件之间形成串联结构时，在相邻的两个热电发电器件中，前一个热电发电器件的正极连接端与后一个热电发电器件的负极连接端相连，第一个热电发电器件的负极连接端形成热电温差发电装置的负极，最后一个热电发电器件的正极连接端形成热电温差发电装置的正极；

当多个所述热电发电器件之间形成并联结构时，多个热电发电器件的正极连接端相连形成热电温差发电装置的正极，多个热电发电器件的负极连接端相连形成热电温差发电装置的负极；

当多个所述热电发电器件之间形成串并联结构时，若干个热电发电器件相互串联组成串联热电发电模组，在串联热电发电模组内，相邻的两个热电发电器件中，前一个热电发电器件的正极连接端与后一个热电发电器件的负极连接端相连，第一个热电发电器件的负极连接端形成串联热电发电模组的负极连接端，最后一个热电发电器件的正极连接端形成串联热电发电模组的正极连接端；多个串联热电发电模组的正极连接端相连形成热电温差发电装置的正极，多个串联热电发电模组的负极连接端相连形成热电温差发电装置的负极。

采用上述方案的有益效果是：视实际情况而定，将热电温差发电装置内的多个热电发电器件形成串联结构、并联结构或者串并联结构，以便更好地输出电能。

进一步地，所述磁悬浮发电装置包括磁悬浮径向轴承、发电机定子线圈、叶轮外永磁体、叶轮叶片和磁悬浮轴向轴承；所述叶轮外永磁体通过所述磁悬浮径向轴承和所述磁悬浮轴向轴承设置于所述发电机定子线圈内部；

位于热管下端的液态工质吸热后汽化后形成向上运动的汽态工质，汽态工质驱动所述叶轮叶片，所述叶轮叶片带动所述叶轮外永磁体在所述发电机定子线圈内旋转，所述发电机定子线圈切割所述叶轮外永磁体的磁感应线产生电流。

采用上述方案的有益效果是：一方面，消除磁悬浮发电装置内部的摩擦力，从而提高发电效率；另一方面，利用发电机定子线圈切割叶轮外永磁体的磁感应线产生电流，将机械能转化为电能。

进一步地，所述热管内设置有多个传热片，所述传热片设置于所述热管的上段，多个所述传热片沿周向设置，所述传热片用于使循环工质从汽态工质冷凝成液态工质。

采用上述方案的有益效果是：汽态工质经过叶轮叶片后，通过传热片吸收汽态工质的热量，从而有助于将汽态工质冷凝为液态工质。

进一步地，所述传热片为t型传热组件；

所述t型传热组件包括第一传热片和第二传热片，所述第一传热片的一端设置于所述第二传热片的中部，所述第一传热片的另一端设置于所述热管的管壁内侧；

相邻的两个t型传热组件的第二传热片之间设置有间隙。

采用上述方案的有益效果是：将传热片设置为t型传热组件，一方面，能够提高冷凝效率，另一方面，还能保证液态工质能够顺利落入热管的下端。

进一步地，所述热管上端还设置有一外延冷却管，所述外延冷却管延伸至地表或者水体以上。

采用上述方案的有益效果是：通过在热管的上方设置有延伸至地表或者水体以上的外延冷却管，能够更好地确保汽态工质能够更充分地冷凝为液态工质。

进一步地，所述外延冷却管上设置有多个外部散热组件，多个所述外部散热组件沿周向设置于所述外延冷却管的管壁外侧，所述外部散热组件朝着远离所述外延冷却管的中心的方向向外延伸。

采用上述方案的有益效果是：在外延冷却管的管壁外侧设置有外部散热组件，能够进一步保证冷凝效果。

进一步地，所述热管的下端设置有护头。

采用上述方案的有益效果是：通过设置有护头能够在安装下管的过程中保护设备顺利下井而不受损坏。

附图说明

图1是本发明一种原位地热发电系统的整体示意图。

图2是本发明一种原位地热发电系统中的循环工质流向图。

图3是本发明一种原位地热发电系统中的高温发电段的结构示意图。

图4是本发明一种原位地热发电系统中热电发电器件的串联结构电路示意图。

图5是本发明一种原位地热发电系统中热电发电器件的并联结构电路示意图。

图6是本发明一种原位地热发电系统中热电发电器件的串并联结构电路示意图。

图7是本发明一种原位地热发电系统中中温绝热段的结构示意图。

图8是本发明一种原位地热发电系统中常温冷却段的结构示意图。

图9是本发明一种原位地热发电系统中空气冷凝段的结构示意图。

图中，各标号所代表的部件列表如下：

热管1、热电温差发电装置2、磁悬浮发电装置3、传热片4、外延冷却管5、外部散热组件6、护头7；

高温岩石层101、中温岩石层102、常温土壤层103、水体层104；

热电发电器件201、散热片202；

磁悬浮径向轴承301、发电机定子线圈302、叶轮外永磁体303、叶轮叶片304、磁悬浮轴向轴承305。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

相比于其他能源，地热能因其储量丰富、清洁环保、可再生等优点而具有很好的应用前景，地热发电是清洁能源发展的一个重要方向。现有技术在利用地热能时，受限于深部能源提取难度大、能量损耗高、发电效率低等问题，地热发电量在发电总量中的占比仍很小。解决上述问题，将突破地热能应用的瓶颈，使得地热能得到更加充分的应用。

为了解决这一问题，本发明提供了一种原位地热发电系统，包括热管、热电温差发电装置和磁悬浮发电装置。所述热管由管壁围设形成，所述热管通过管壁形成所述循环腔体；所述热管的下端设置有护头。其中，本系统直接设置于地热源处，所述热管埋设于地下，使得热管的下端位于地下的高温岩石层；优选地，所述热管垂直埋设于地下，保证液态工质能够受到重力的作用，沿着管壁落至热管的下端；所述热电温差发电装置设置于所述热管的管壁外侧，所述磁悬浮发电装置设置于所述热管的管壁内侧。本发明的最大创新点在于直接利用热管、热电温差发电装置和磁悬浮发电装置等进行原位发电，将本系统安装于地下或海底的地热源处，即可将地热能直接转换为电能输出地面，无须如现有技术般先将能源用各种形式提取出来，有效避免能量损耗。

所述热管的上端延伸至地表或者水体，所述热管的下端位于地下的高温岩石层；所述热管内形成循环腔体，所述循环腔体内设置有循环工质，所述循环工质可在液态工质和汽态工质之间转换：当循环工质吸热时，会从液态工质相变为汽态工质；当循环工质散热时，会从汽态工质相变为液态工质。

本发明中用于发电的装置有两个，一是热电温差发电装置，二是磁悬浮发电装置。所述热电温差发电装置位于所述热管的下端，所述磁悬浮发电装置位于所述热管的中部，所述热电温差发电装置和所述磁悬浮发电装置通过电能输出端口向外输出电能。一方面，热管的下端所处的位置温度较高，热电温差发电装置可直接将地热能转化为电能；另一方面，热管下端的液态工质受热汽化后转化为向上运动的汽态工质，驱动磁悬浮发电装置发电，将地热能转化为机械能再转化为电能。通过上述技术方案，利用热管高效传热和气体工质高速流动的特性进行温差发电和磁悬浮发电相结合，具有能量损耗低和发电效率高等优点。

热管为管状结构，其下端的四周侧壁均能同时接触到高温岩石层。为了提高地热能的利用率，所述热电温差发电装置包括多个热电发电器件，多个所述热电发电器件沿周向设置于所述热管的管壁外侧。热电发电器件利用温差进行发电，因此，所述热电发电器件的相对两面分别设置有热端和冷端，所述热电发电器贴设于所述热管的管壁外侧，所述热电发电器件的冷端位于靠近所述热管的一侧，所述热电发电器件的热端位于远离所述热管的一侧。在本系统中，所述热电发电器件贴设于所述热管的管壁外侧，因此，热电发电器件的热端位于远离热管的一侧；相对地，热电发电器件的冷端位于靠近热管的一侧，地热源处的热量经过热电发电器件和管壁传导至热管的内部后，会被循环腔体内的循环工质吸收走。通过多个热电发电器件组成热电温差发电装置，并将多个热电发电器件沿周向设置于热管的管壁外侧，使得热管周边每一处与高温岩石层接触的地方都有对应的热电发电器件，提高热电发电器件的覆盖面积，从而能够提高地热能的利用率。

热电发电器件通过温差来进行发电，因此，保证热电发电器件的冷端和热端之间存在一个合理的温差，对于发电效率相当重要。为此，本发明创造性地在所述热电发电器件的冷端处设置有散热片，所述散热片用于将热量从所述热电发电器件的冷端传递至循环腔体内。在热电发电器件的冷端处设置有散热片，热能在从热电发电器件经热管传递至循环腔体内的过程，热电发电器件离地热源最近，热电发电器件的热端温度较高；热能从热电发电器件的热端经管壁传入，再通过散热片传递至循环腔体内，从而进行降温。在热电发电器件的冷端处设置有设置有散热片，一方面，能够迅速将冷端的热量散发出去，降低冷端的温度，使得热电发电器件的冷端和热端形成合理的温差，以提高热电发电器件的效率；另一方面，还能提升导热效果，保证位于热管下端的液态工质快速蒸发形成向上运动的汽态工质。

为了更好地将输出电能，可视实际情况而定，将多个所述热电发电器件之间形成串联结构、并联结构或者串并联结构。当多个所述热电发电器件之间形成串联结构时，在相邻的两个热电发电器件中，前一个热电发电器件的正极连接端与后一个热电发电器件的负极连接端相连，第一个热电发电器件的负极连接端形成热电温差发电装置的负极，最后一个热电发电器件的正极连接端形成热电温差发电装置的正极；当多个所述热电发电器件之间形成并联结构时，多个热电发电器件的正极连接端相连形成热电温差发电装置的正极，多个热电发电器件的负极连接端相连形成热电温差发电装置的负极；当多个所述热电发电器件之间形成串并联结构时，若干个热电发电器件相互串联组成串联热电发电模组，在串联热电发电模组内，相邻的两个热电发电器件中，前一个热电发电器件的正极连接端与后一个热电发电器件的负极连接端相连，第一个热电发电器件的负极连接端形成串联热电发电模组的负极连接端，最后一个热电发电器件的正极连接端形成串联热电发电模组的正极连接端；多个串联热电发电模组的正极连接端相连形成热电温差发电装置的正极，多个串联热电发电模组的负极连接端相连形成热电温差发电装置的负极。

本发明中的磁悬浮发电装置包括磁悬浮径向轴承、发电机定子线圈、叶轮外永磁体、叶轮叶片和磁悬浮轴向轴承；所述叶轮外永磁体通过所述磁悬浮径向轴承和所述磁悬浮轴向轴承设置于所述发电机定子线圈内。位于热管下端的液态工质吸热后汽化后形成向上运动的汽态工质，汽态工质驱动所述叶轮叶片，所述叶轮叶片带动所述叶轮外永磁体在所述发电机定子线圈内旋转，所述发电机定子线圈切割所述叶轮外永磁体的磁感应线产生电流。通过磁悬浮径向轴承和磁悬浮轴向轴承，将叶轮外永磁体设置于发电机定子线圈内，能够消除磁悬浮发电装置内部的摩擦力，提高发电效率；另外，通过汽态工质驱动叶轮叶片，再带动叶轮外永磁体在发电机定子线圈内旋转，利用发电机定子线圈切割叶轮外永磁体的磁感应线产生电流，从而将机械能转化为电能。

为了使得循环工质能够更好地从汽态工质相变成液态工质，所述热管内设置有多个传热片，多个所述传热片沿周向设置；具体地，所述传热片设置于所述热管的上段。汽态工质驱动磁悬浮发电装置发电后，其温度仍较高，仍处于上升的运动状态。磁悬浮发电装置位于热管的中部，而在热管的上段设置有多个传热片，通过传热片充分吸收汽态工质的热量，汽态工质放热后会冷凝，相变为液态工质重新并进入到热管的下端，如此循环往复。

具体地，所述传热片为t型传热组件；所述t型传热组件包括第一传热片和第二传热片，所述第一传热片的一端设置于所述第二传热片的中部，所述第一传热片的另一端设置于所述热管的管壁内侧；相邻的两个t型传热组件的第二传热片之间存在间隙。将传热片设置为t型传热组件，一方面，能够提高汽态工质与传热片的接触面积，从而提高冷凝效率；另一方面，汽态工质无法直接抵达热管的管壁内侧，而是被第二传热片所遮挡，而液态工质则在第二传热片和热管的管壁内侧之间下落，从而将汽态工质通道和液态工质通道分隔开来，保证液态工质能够顺利落入热管的下端。

为了汽态工质能够充分冷凝，保证系统的正常运行，所述热管上端的上方还设置有一外延冷却管，所述外延冷却管延伸至地表或者水体以上。另外，所述外延冷却管上设置有多个外部散热组件，多个所述外部散热组件沿周向设置于所述外延冷却管的管壁外侧，所述外部散热组件朝着远离所述外延冷却管的中心的方向向外延伸。通过在热管的上方设置有延伸至地表或者水体以上的外延冷却管，能够更好地确保汽态工质能够更充分地冷凝为液态工质；而在外延冷却管的管壁外侧设置有外部散热组件，能够进一步保证冷凝效果。

以下结合附图对本发明的原位地热发电系统的基本原理和组成结构进行详细说明。

如图1所示，本发明所涉及的地质圈层结构自下而上包括高温岩石层101、中温岩石层102和常温土壤层103；在某些应用场景中，还包括水体层104。热管1埋设于地下，其中，热管1的下端位于地热源附近，即在高温岩石层101内，热管1的上端延伸至地表或者水体。用于发电的热电温差发电装置2位于热管1下端的管壁外侧，磁悬浮发电装置3设置于热管1中部的管壁内侧；另外，从地质圈层结构上看，热电温差发电装置2位于高温岩石层101，磁悬浮发电装置3位于中温岩石层102。

按温度的高低分，本系统至少可分为三个不同的工作段，分别是高温发电段、中温绝热段和常温冷却段。其中，高温发电段即为位于高温岩石层101的系统，中温绝热段即为位于中温岩石层102的系统，而常温冷却段则为位于常温土壤层103以上的系统。具体地，高温发电段的温度范围为200℃以上、中温绝热段的温度范围为50-200℃、常温冷却段的温度范围为50℃以下。

如图1和图2所示，液态工质在热管1的下端受热后汽化成汽态工质，汽态工质顺着循环腔体向上运动；汽态工质驱动磁悬浮发电装置3运转后，继续向上运动，来到常温冷却段；此时环境温度较低，高温的汽态工质在热管1的管壁内侧附近遇冷，放热冷凝成液态工质；此后，液态工质受重力作用，顺着热管1的管壁内侧下落，重新进入热管1的下端，再次进行汽化-冷凝的循环往复过程。

如图2所示，热管1的下端设置有护头7，所述护头7为半球状的金属结构，以便现场安装下管时保护设备顺利下井而不受损坏，其内部可安装温度传感器，以进行温度探测。

如图3所示，在高温发电段，本系统的结构从外至内包括保护层、热电发电器件201、热管1和散热片202。高温发电段的核心部件为热电发电器件201，热电发电器件201贴设于热管1的管壁外侧，为了避免热电发电器件201直接接触地热源，热电发电器件201外还设置有保护层，即热电发电器件201位于保护层和热管1之间；利用热管1内外温差，热电发电器件201直接将地热能转化为电能。位于外部的保护层能够在施工下管时起保护热电发电器件201的作用，同时也避免热电发电器件201和相关线路直接接触高温岩石层101。具体地，该保护层采用具有良好的导热性材料制成，确保高温岩石层101中的热能能可靠地传至热电发电器件201的热端。具体地，所述保护层的材料可为铜；需要说明的是，在实施本发明的技术方案时，可根据实际情况选择不同的材料作为保护层，只要所采用的材料具有强度高、导热系数好等特性即可，上述实施例仅仅为举例说明，并不是将保护层的材料进行限定或者局限。热电发电器件201的冷端设置有散热片202，以增加散热面积，保证液态工质快速蒸发，相变转化为汽态工质。

根据热电温差发电装置2的电路连接方式不同，可分为串联结构、并联结构或者串并联结构等三种电路连接方式。

如图4所示，串联结构由若干个热电发电器件201通过电路串联方式构成，相邻两个热电发电器件201的正极连接端和负极连接端相互短接。为了便于理解，将热电发电器件201编号为1、2、3、…、n，1号热电发电器件201的正极连接端作为热电温差发电装置2的正极，负极连接端连接2号热电发电器件201的正极连接端，n号热电发电器件201的负极作为热电温差发电装置2的负极，正极连接n-1号热电发电器件201的负极连接；对于其他的热电发电器件201，相邻两个热电发电器件201的正极连接端与负极连接端短路连接。

如图5所示，并联结构由若干个热电发电器件201通过并联电路构成，所有的热电发电器件201的正极连接端相互短接，连接后的端子作为整个热电温差发电装置2的正极；所有热电发电器件201的负极连接端短路相连，连接后的端子作为整个热电温差发电装置2的负极。

如图6所示，串并联结构由若干个热电发电器件201通过电路串并联方法构成。首先，若干个热电发电器件201按照串联热电发电器件201的连接方式构成串联热电发电模组；在串联热电发电模组内，在相邻的两个热电发电器件201中，前一个热电发电器件201的正极连接端与后一个热电发电器件201的负极连接端相连。然后，多个串联热电发电模组的正极连接端相互短接，构成热电温差发电装置2的正极，多个串联热电发电模组的负极连接端相互短接，构成热电温差发电装置2的负极。

如图1和图7所示，在中温绝热段中，利用来自高温发电段中的自下而上运动的汽态工质驱动磁悬浮发电装置3发电。该部分的核心是磁悬浮发电装置3，由磁悬浮径向轴承301、发电机定子线圈302、叶轮外永磁体303、叶轮叶片304和磁悬浮轴向轴承305等组成，利用汽态工质驱动叶轮叶片304，即实现热能至机械能转换，叶轮叶片304带动叶轮外永磁体303在发电机定子线圈302，发电机定子线圈302切割磁力线，进而产生电流。具体地，处于中温绝热段的热管1的管壁外侧设置有保温绝热层，通过保湿绝热层避免热管与外界进行热量交换。更具体地，所述保温绝热层的材质不限，只需要通过起到隔绝热量传递的作用即可。

磁悬浮径向轴承301和磁悬浮轴向轴承305起到减少转子的轴承旋转摩擦作用，以保证利用机械能较低的汽态工质同样能够驱动叶轮叶片304旋转。具体地，磁悬浮发电装置3的转子垂直旋转于热管1中，在磁悬浮发电装置3工作的过程中，转子悬浮于热管1的中部高速旋转。一方面，由于重力的作用，需要在转子上加载一个向上的力才能使得转子在垂直方向上保持受力平衡。在本发明中，利用磁悬浮轴向轴承305的磁力与转子重力相抵消，不用通过直接接触便可防止转子落下。另一方面，转子在转动的过程中必须保持在热管1的中心位置，不能出现偏移，而在本发明中，利用磁悬浮径向轴承301的磁力，即可不用通过直接接触便保证转子处于热管1的中心。

如图8所示，常温冷却段的功能是将通过磁悬浮发电装置3的汽态工质冷却为液态工质，热管1内形成有循环腔体，循环腔体的中央为汽态工质通道，汽态工质在汽态工质通道中向上运动；而循环腔体的周边到热管1的管壁内侧之间则为液态工质通道，液态工质在液态工质通道中向下运动。

在热管1的管壁内侧设置传热片4，传热片4为t型传热组件。一方面，利用凸出的传热片4增加换热面积，提高冷却效果，保证充分冷凝；另一方面，利用传热片4之间的缝隙通过少量汽体以增大换热面积的同时，还可以减小汽态工质对位于靠近热管1的管壁内侧液态工质的冲击，使得汽态工质和液态工质不会相互影响。

常温冷却段位于常温土壤层103以上，还可能经过水体层104，然而，经过常温土壤层103和水体层104后，仍可能会因为环境温度不够低而限制冷凝效果。

如图1和图2所示，优选地，为了解决上述问题，在热管1的上端还设置有空气冷凝段，所述空气冷凝段设置于地表或者水体以上，在地表、水体等的基础上，再结合通过温度较低的空气进行热交换来实现进一步降温，以确保汽态工质的充分冷凝。

如图1、图2和图9所示，热管1向外延出一个外延冷却管5即可形成空气冷凝段，其中，外延冷却管5与热管1为一体成型结构。空气冷凝段的外部设置有多个外部散热组件6，多个所述外部散热组件6沿周向设置，所述外部散热组件6朝着远离所述外延冷却管5的中心的方向向外延伸，以增大跟周围空气的热交换面积。空气冷凝段的内部仍设置传热片4，但是由于该段汽态工质的温度较常温冷却段低，传热片4之间的缝隙适当增大。

综上所述，本发明提供一种原位地热发电系统，包括热管、热电温差发电装置和磁悬浮发电装置；所述热管埋设于地下，所述热管的上端延伸至地表或者水体，所述热管的下端位于地热源上；所述热管内形成循环腔体，所述循环腔体内设置有循环工质，所述循环工质可在液态工质和汽态工质之间相互转化；所述热电温差发电装置位于所述热管的下端，所述磁悬浮发电装置位于所述热管的中部，所述热电温差发电装置和所述磁悬浮发电装置通过电能输出端口向外输出电能。与现有技术现比，本技术方案的有益效果是：本系统直接设置于地热源处，将热管深埋于地下，热管的下端位于地热源处，一方面，位于热管下段的热电温差发电装置能够直接将地热能转化为电能，另一方面，液态工质吸热转化为汽态工质后，向上的汽态工质会驱动位于热管中部的磁悬浮发电装置，将地热能转化为机械能再进一步转化为电能。通过本系统直接利用地热能进行发电，具有能量损耗低和发电效率高等优点。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。