一种用地热发电的热电发电机组的制作方法

本发明属于地热发电
技术领域：
，具体的说，涉及一种用地热发电的热电发电机组。
背景技术：
：我国地热资源如此丰富，但是发电站仅有四座，这是因为传统地热发电、尤其是中低温区地热发电的技术非常复杂。首先要抽取储存足量的热水，通过降压扩容法降低容器压力而使热水沸腾变为蒸汽，进而推动汽轮机发电。或者采取中间介质法，由于氯乙烷或氟里昂等物质常压下沸点较低，利用热水加热这些中间介质推动汽轮机发电。传统地热发电模式实际上是一个将热能转化为机械能，机械能再转化为电能的过程。然而，这种发电模式具有诸多缺陷，极大地限制了其大规模应用的可能性。首先，由于传统地热发电是利用汽轮机将热能转化为机械能再转化为电能，因而发电效率极为低下，不到5％。此外，汽轮机的使用，以及降压扩容法或者采取中间介质法的运行极大地增加了前期的投入和后期的维护费用。同时系统运行对于环境的依赖程度极高，过程十分复杂、技术要求过高，运行的稳定性极低，而且还会对周围环境造成巨大的噪声污染。这些因素使得地热发电难以吸收到商业投资，造成了地热资源未能得到有效开发的尴尬局面。面对地热资源开发不足这一困境，在东部地区开展中低温地热发电项目建设成为一种可靠的选择，通过逐步培育市场与企业，积极发展中低温地热发电。然而传统地热发电模式的高难度和低效率明显不能达到大规模应用的目的，因此我们迫切需要寻找一种高效率、低成本的新技术，以充分开发和利用地热资源。发明名称201410642098.0，公开了一种地热发电装置，其将热水抽出，在集水箱箱壁上安装半导体温差发电器，并采用水冷半导体水冷发电器的方法实现发电，其优点是可靠性高，能适用于中小型地热发电站，其存在的不足是，热能的利用率低。因此，有必要提出一种发电装置，能够高效的利用地热资源，将热能转换为电能，保证发电量，避免采用汽轮机发电时，汽轮机在运转过程中发出的噪声，提高热能利用率。技术实现要素：为了克服
背景技术：
中的问题，本发明提出一种发电量效率高、资金投入与维护费用低下，运行简单，噪音污染低、环境要求低、稳定性高的发电机组。为了实现上述目的，本发明是按照以下技术方案实现的：一种用地热发电的热电发电机组包括汲水管4、吸水泵5、扩容器6、排水泵7、排水管8，所述的汲水管4放置于盛放热水的地热层，吸水泵5安装于汲水管4上，排水泵7安装于排水管8上，所述的扩容器6包括散热器1、热电器件2、储水系统3，所述的热电器件2与另一热电器件2之间串联连接，且热电器件2均匀地安装在储水系统3的外壁上，热电器件2的外壁上装设有散热器1，扩容器6一端与吸水泵5相连，另一端与排水管8相连。一种用地热发电的热电发电机组的另一种实施例，其包括热电器件2、储水系统3、扩容器6、冷水注入管14、温水排出管15，所述的冷水注入管14的一端与扩容器6一端相连接，扩容器6另一端与温水排出管15相连接，所述的扩容器6包括热电器件2、储水系统3，所述的热电器件2与热电器件2之间串联连接，热电器件2均匀地安装在储水系统3的外壁上，扩容器6设置于温泉池17内，温泉池17位于地热井16内。进一步的，所述的储水系统3为内部中空的正六面圆柱体。进一步的，所述的热电器件2由100对及以上热电材料通过导电片10串联组成，并使用陶瓷基底11封装。优选的，所述的地热发电的热电发电机组包括至少一个以上的扩容器6，且前一级扩容器6的出水口与下一级扩容器6的注水口连接。进一步的，所述的热电器件2与加速器相连。本发明的有益效果：(1).与传统的火力发电相比，地热资源可以再生、环境友好，且我国的资源丰富、应用前景巨大。(2).与传统的地热发电相比，本发明的转化率高出10％至15％，并且无需涡轮机组，减少前期投入与后期的维护成本。(3).与太阳能、风能、潮汐发电等各种新能源相比，受自然环境的影响较小，能够24小时持续的运行，不中断，发电稳定，适应并网。附图说明图1为实施例1的结构示意图；图2为热电器件组合结构示意图；图3为扩容器结构示意图ⅰ；图4为扩容器结构示意图ⅱ；图5为热电器件结构示意图；图6为实施例2的结构示意图；图7为实施例2的扩容器结构示意图。图中，1-散热器、2-热电器件、3-储水系统、4-汲水管、5-吸水泵、6-扩容器、7-排水泵、8-排水管、9-电线、10-导电片、11-陶瓷基底、12-p极热电材料、13-n极热电材料、14-冷水注入管、15-温水排出管、16-地热井、17-温泉池。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚、明白，下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。我国地热资源：我国地热资源丰富，水热型地热资源总量相当于1.25万亿吨标准煤，中国干热岩资源总量初步评估折合达856万亿吨标准煤。中国水热型资源每年可采量(折合标准煤)18.65亿t，以中低温为主，高温为辅。高温水热型资源主要分布在西藏、云南、四川和台湾地区，每年可采资源量(折合标准煤)0.18亿t。中低温水热型资源主要分布于华北、苏北、松辽、江汉、汾渭等大、中型盆地，每年可开采量(折合标准煤)18.28亿t；其余山地丘陵区中低温地热资源(折合标准煤)0.19亿t。如图1-7所示，为本发明的实施例结构示意图：实施例1一种用地热发电的热电发电机组，其包括汲水管4、吸水泵5、扩容器6、排水泵7、排水管8，所述的汲水管4一端放置于盛放热水的地热井16内，吸水泵5安装于汲水管4上，扩容器6一端与汲水管4相连，另一端与排水管8相连，排水泵7安装于排水管8上，所述的扩容器6包括散热器1、热电器件2、储水系统3，所述的内部热电器件2与另一的热电器件2串联连接，且热电器件2均匀地安装在储水系统3的壁上，，热电器件2的外壁上装设有散热器1，使用时，温泉水通过储水系统3内部的孔流通。为了维持热电器件2两面的温差，在热电器件2外部设置有散热器1，保持外壁温度近似于环境温度，内部的热源和外部的环境，造成热电器件2内部存在30℃至50℃的温差，在这个范围内热电器件2可以实现24小时不间断高效、持续供电，极大地提高了地热发电的效率。设置的散热器1一方面可以保护热电器件2免受外部的机械破坏，另一方面，可以增大热电器件2的热端与冷端之间的温差，保证热电器件2持续高效的发电。进一步的，地热温泉中的水含有大量的矿物，具有腐蚀性，因此使用的储水系统3具有优良的耐腐蚀性能，所述的储水系统3为内部中空的正六面圆柱体，储水系统3的内部空腔可以流通大量的温泉水，为使储水系统3外壁与热电器件2之间的热阻减小，热量能均匀传递，在储水系统3外壁和热电器件2之间涂抹有导热硅脂。储水系统3具有高导热率，这是由于储水系统3必须高效地把热能传递给热电器件2。进一步的，所述的热电器件2由100对以上热电材料通过导电片10串联组成，并使用陶瓷基底11封装起来。本实施例，拥有的热电器件2研发技术能将数对到数百对的热电材料2通过特制的导电片10高效串联起来，达到统一发电、提高效率的目的。热电器件2中导电片10为厚度约0.1mm的铜铝合金，铜铝合金具有低电阻、高热导、耐氧化、抗腐蚀的特性，可有效传递热电块材间的电流。热电器件2设有两基底11，两基底11上均设有导电片10，导电片10之间通过p极热电材料12或n极热电材料13相连，入口端与出口端导电片10上安装有电线9。由于长时间运行，温泉池环境存在氧化、潮解的因素，将对热电器件2产生影响，从单晶上切割下的热电块材不适合直接运用，必须通过特殊的封装技术制作成标准的热电器件2才能应用。使用中将串联的热电器件2粘贴在高热导、绝缘的陶瓷基底11上，根据热电器件2的形状设计陶瓷基底11的形状，使用机械泵与分子泵抽真空，利用同样的陶瓷材料将热电材料2封装起来，实现器件的真空封装。借助封装技术和陶瓷基底11可以实现无氧、绝缘封装，防止了氧化、漏电现象的发生。热电器件2可以将热能转换为电能，随着发电的进行，热能会逐渐的损耗，导致水温的降低，导致内外温差降低，而热电器件2需要较高的温差，才能有较高的效率。因此当温度降低时，通过增大开度，可加大热水流量，可使水温升高。具体实施为，所述的扩容器6的注水口设置有温控系统，温控系统包括温度传感器、流量控制器及电动调节阀、控制器，温度传感器设置一个阈值，当温度传感器检测到的温度低于设置的阈值温度值时，温度传感器发出信号给控制器，控制器发出信号给电动调节阀，电动调节阀增大其开度，使水温上升，从而提高储水系统3内的水温。同时，考虑到从出水口流出的热水温度仍然远高于环境温度，设计了多于1个扩容器6循环利用不同温度的热水，极大地提高了发电总量和地热资源的利用率。具体实施为，所述的地热发电的热电发电机组至少包括一组以上的扩容器6，且前一级扩容器6的出水口与下一级扩容器6的进水口串联连接。由于热源在向外发射能量时温度是逐渐递减的，为了提高对热源的利用效率，还可以通过设计的多层器件，逐级利用不同温度协同发电。多层器件为2组及2组以上的热电器件2有机结合构成。两组器件就是以单层的热电器件2为基底，单层热电器件2在陶瓷片上再串联热电器件2，通过电线将两层热电器件2串联起来，实现协同发电的目的。两层以上热电器件2结构的构成与两层器件相似，在此不再赘述。加速器和放射性核素可产生性质各异的射线，这些射线可对热电材料2尤其是单晶材料进行性能的调控，从而增加热电材料的热电性能，提高转化效率，使得加速器在热电材料2研究中发挥着独特的重要作用。目前利用同位素ge-76替换天然丰度的ge-73.6，合成了ba8ga16ge30笼状热电材料2，发现同位素效应加剧了材料电声子耦合效应。具体实施为，所述的热电器件2与加速器相连。本实施例1的工作过程：在中低温的热电发电厂中，将水注入岩体中，使用汲水泵4将岩体内的水抽出，使热水通过扩容器6，并在热水流过扩容器6内的储水系统3时，热量通过热电器件2转换为电能，热电器件2串联后将电能收集并传输出去，流过一级扩容器6后的热水，流经下一级的扩容器6继续发电，直至热水的温度降低至环境温度5-10℃时即可排放，最后从扩容器6排出的热水从排水泵7排出到温泉池17中用于持续发电。实施例2本发明公开另一种结构的用地热发电的热电发电机组，其包括热电器件2、储水系统3、扩容器6、电线9、导电片10、基底11、p极热电材料12、n极热电材料13、冷水注入管14、温水排出管15。所述的冷水注入管14的一端与扩容器6一端相连接，扩容器6另一端与温水排出管15相连接，所述的扩容器6包括热电器件2、储水系统3，所述的热电器件2与另一热电器件2之间串联连接，热电器件2均匀地安装在储水系统3的外壁上，扩容器6设置于温泉池17内，温泉池17位于地热井16内。进一步的，地热温泉中的水含有大量的矿物，具有腐蚀性，为使储水系统3外壁与热电器件2之间的热阻减小，热量能均匀传递，在储水系统3外壁和热电器件2之间涂抹有导热硅脂。为保证高效地实现增大温差的效果，储水系统3具有高导热率，基底11具有优秀的导热能力。进一步的，所述的热电器件2由100对以上热电材料2通过导电片10串联组成，并使用陶瓷基11底封装起来。本组所拥有的热电器件2研发技术能将数对到数百对的热电块材通过特制的导电片10高效串联起来，达到统一发电、提高效率的目的。热电器件2中导电片10为厚度约0.1mm的铜铝合金，铜铝合金具有低电阻、高热导、耐氧化、抗腐蚀的特性，可有效传递热电块材间的电流。串联方式为：热电器件2设有两基底11，两基底11上均设有导电片10，导电片10之间通过p极热电材料12或n极热电材料13相连，入口端与出口端导电片10上安装有电线9。由于长时间运行，温泉池内环境下的氧化、潮解会对热电器件2产生影响，从单晶上切割下的热电块材2不适合直接运用，必须通过特殊的封装技术制作成标准的热电器件2才能应用于实践。将串联的热电器件2粘贴在高热导、绝缘的陶瓷基底11上，根据热电器件2的形状设计陶瓷基底11的形状，使用机械泵与分子泵抽真空，利用同样的陶瓷材料将热电材料2封装起来，实现器件的真空封装。借助封装技术和陶瓷基底11可以实现无氧、绝缘封装，防止氧化、漏电现象的发生。此外，考虑到不同应用环境对器件形制规格的要求不同，我们能够制备形状、尺寸多样化的器件，达到因地制宜的目的。由于热源在向外发射能量时温度是逐渐递减的，为了提高对于热源的利用效率，我们还开发出多层的器件，逐级利用不同温度来协同发电。热电器件2可以将热能转换为电能，随着发电的进行，热能会逐渐的损耗，导致水温的降低，导致内外温差降低，而热电器件2需要较高的温差方能有较高的效率。因此当温度降低时需要加大冷水流量，可使温差变大。进一步的，所述的扩容器6的注水口设置有温控系统，温控系统包括温度传感器、流量控制器及电动调节阀、控制器，温度传感器设置一个阈值，当温度传感器检测到的温度高于设置的阈值温度值时，温度传感器发出信号给控制器，控制器发出信号给电动调节阀，电动调节阀增大其开度，使储水系统3中的水温下降，从而达到增大温差的目的。同时，考虑到从出水口流出的热水稳定仍然远高于环境温度，设计了多于1个扩容器循环利用不同温度的热水，极大地提高了发电总量和地热资源的利用率。具体实施为，所述的地热发电的热电发电机组包括至少一组以上的扩容器6，且前一级扩容器6的出水口与下一级扩容器6的进水口串联连接。加速器和放射性核素可产生性质各异的射线，这些射线可对热电材料尤其是单晶材料进行性能的调控，从而增加材料的热电性能，提高转化效率，使得加速器在热电材料研究中发挥着独特的重要作用。目前我们利用同位素ge-76替换天然丰度的ge-73.6，合成了ba8ga16ge30笼状热电材料，发现同位素效应加剧了材料电声子耦合效应。具体实施为，所述的热电器件2与加速器相连。本发明实施例2的工作过程：将扩容器6置于地下地热井16温泉池17中，从地上引入冷水，这样储水系统3中将充满冷水，而此时温度控制系统中的温度传感器器设置一个温度上限，当水温高于此阈值时，温度控制器发出控制信号给控制器，控制器发送信号给电动调节阀，加大电动调节阀的开度，以达到稳定扩容器6中水温的目的。而由于冷水入口和出口之间有高度差，使得可以在水泵消耗能量较小的情况下就可以驱动冷水完成从入口到出口的水循环。将此类安装方式为外面为热端，里面为冷端的形式。串联的扩容器6可以使扩容器6外壁更充分的接触热源，有利于充分利用地热资源。表一：表二：如表一、表二所示，为地热发电站参数和非技术成本，考虑技术创新的成熟度和非规模化状况下，经核算电站总成本约为12亿，按目前的电价，总投资将在20年内回收成本。热电器件2的使用寿命超过30年，至少将获得后续10年的经济效益。表三表四热电器件硫族铅化物硫族铜化物硫族铋化物转换效率12％～15％10％～12％9％～11％电导率(/ω·m)6.1×1045.7×1048.5×104热电优质2.051.631.81表五如表3-表5所示，相较于传统地热发电模式，用地热发电的热电发电机组具有诸多优势。系统运行时，需持续抽取热水注入扩容器6的储水系统3中，或持续注入冷水，借助温差，扩容器6上的热电器件2，可实现24小时不间断发电。这种发电模式省去了汽轮机转动诸多环节，直接将热能转化为电能，极大地提高了发电效率，提高了约10％至15％。同时由于无需涡轮机组，降低了机械能损耗，大大减小了前期投入与后期维护费用，整个过程运行简单、工程难度低，对环境的依赖程度小，不会造成噪声污染，可持续发电，具有极高的稳定性。本发明的地热发电系统是将地热发电与热电材料有机结合，利用高性能的热电发电装置充分开发地热资源。同时基于热电材料的特质，热电地热发电系统无需汽轮机中间介质的工作，可实现热能到电能的直接转化，减小了工艺难度、提高了发电效率，具有极大的应用潜力和发展前景。本发明具有与传统的火力发电相比，地热资源可以再生、环境友好，且我国的资源丰富、应用前进巨大。与传统的地热发电相比，本发明的转化率高出10％至15％，并且无需涡轮机组，减少前期投入与后期的维护成本。与太阳能、风能、潮汐发电各种新能源相比，受自然环境的影响较小，能够24小时持续的运行，不中断，发电稳定，适应并网。本发明中扩容器的设计与组装技术工艺简单、成本较低、输出功率高，具有极大的发展潜力和应用价值，是热电地热发电中不可或缺的一环。最后说明的是，以上所述为本发明的优选实施方式，尽管通过上述优选实施例，已经对本发明进行了详细的说明，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种改变，而不偏离本发明的权利要求书所要求的的范围。当前第1页12