一种用于干热岩地热开采的循环发电方法与流程

本发明涉及一种用于干热岩开采的发电方法，尤其涉及一种用于干热岩地热开采的循环发电方法。

背景技术：

在地下4000-5000米的深部进行干热岩地热开采时，传热介质的温度将会达到200℃以上。传热介质从深部地下输送到地面需要较长的路径，在传输期间，传热介质中能量的损失将会是一个巨大的浪费，同时也会造成地面发电成本的大幅上升，因此需要一种在地下传输过程中把传热介质中内能转化为电能的方法。而用于干热岩地热开采的循环发电方法通过利用传热介质不断吸收干热岩中的地热能量，再将传热介质中的内能转化为机械能和重力势能，同时带动发电机发。形成一套自动循环连续的能量转化传递系统，不断的提取干热岩中的能量转化为传动轴的机械能，再利用地下发电厂中与传动转轴相连的发电机把机械能转化成电能，实现干热岩地热的连续开采。由于传热介质在密闭的管道中循环，此方法不会产生污染。由于岩石具有较好的导热性，故利用此方法可以实现对地热资源的连续开采。发电厂设在地下可以减少对土地资源的浪费，和对地表原始生态环境的破坏。此方法工序较少，可以实现智能无人化地热发电。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用干热岩地热的发电方法，可以实现利用传热介质在一套完整的循环系统中开采干热岩地热，通过一系列能量转化并辅以特定设备完成自动循环连续发电的目的，从而实现干热岩地热的连续开采。

本发明拟解决干热岩地热开采所采取的技术方案是：

一种用于干热岩地热开采的循环发电方法，提高现有地热能开采的利用效率，同时不同的能量转化系统以进行能量转化完成自动循环连续开采干热岩地热能的目的。包括地热能提取系统、内能-机械能转化系统、传热介质水平回流通道、地下发电工厂、重力势能-机械能转化系统。首先传热介质经过地热能提取系统将地热能转化为传热介质的内能，传热介质在内能-机械能转化系统中汽化将内能转化为传动轴的机械能和传热介质的重力势能，传热介质在水平回流通道中液化通过重力势能-机械能转化系统将传热介质重力势能转化为传动轴的机械能，在地下发电厂中通过两根独立的传动轴带动电机发电。

作为进一步具体优化，所述地热能提取系统包括能量交换空间、单向导流阀，能量交换空间与传热介质上升管道和传热介质回流管道相通。

作为进一步具体优化，所述内能机械能转换系统包括传热介质上升管道、扇叶、传动轴，主要用于将传热介质内能转化为机械能和重力势能的作用。

作为进一步具体优化，所述传热介质水平回流通道包括水平管道、单向导流阀，主要用于液化传热介质的回流。

作为进一步具体优化，所述重力势能-机械能转化系统包括传热介质回流管道、扇叶、传动轴，主要用于将传热介质重力势能转化为机械能的作用。

作为进一步具体优化，所述地下发电工厂包括发电机、径向啮合齿轮、纵向啮合齿轮，主要用于将传动轴的机械能转化为电能的作用。

作为进一步具体优化，所述地热能提取系统，主要用于传热介质提取高温干热岩中的地热能。因为岩石具有较好的导热性，所以在地热能提取系统中，传热介质可以不断提取高温干热的能量，并在传热介质上升管道不断汽化转变成扇叶和传动轴的机械能与传热介质的重力势能；所述单向导流阀，主要起单向导流作用。防止经传热介质回流管道中回流的传热介质向传热介质回流管道方向流动，保证干热岩地热开采的能量循环系统连续运转。

作为进一步具体优化，所述内能-机械能转化系统，主要用于将传热介质内能转化为机械能和重力势能的作用，在地热能提取系统中，经过高温汽化的传热介质会经过传热介质上升管道上升，在此期间带动扇叶转动，同时带动传动轴转动，将传热介质的内能转化为转轴和扇叶的机械能和传热介质的重力势能，进一步在地下发电厂中通过两根独立的传动轴带动电机发电。

作为更进一步具体优化，所述传热介质水平回流通道，主要用于液化传热介质的回流。经理论计算和现场实际测量会得到一个传热介质的液化温度，在这个温度的高度设置传热介质水平回流通道。液化后的传热介质会沿着传热介质水平回流通道，在传热介质水平回流通道内将重力势能转化为机械能，进而在地下发电厂发电。所述单向导流阀，主要起单向导流作用。防止在传热介质水平回流通道内液化的传热介质向传热介质上升管道方向流动，保证干热岩地热开采的能量循环系统连续运转。

作为更进一步具体优化，所述重力势能-机械能转化系统，主要用于回收传热介质的重力势能，将传介质的重力势能转化机械能，在传热介质水平回流通道中，经过液化的传热介质会经过传热介质回流管道回流，在此期间带动扇叶转动，同时带动传动轴转动，将传热介质的重力势能转化为转轴和扇叶的机械能，进一步在地下发电厂中通过两根独立的传动轴带动电机发电。

作为更进一步具体优化，所述地下发电厂，主要用于将传热介质上升管道和传热介质回流管道中转轴的机械能转化为电能。通过在传热介质上升管道和传热介质回流管道中设置两个单独的转轴和一组扇叶，达到不断转化传热介质中能量的作用，而由于地热能提取系统的存在，传热介质中的内能又可以不断补充，从而达到连续开采深部干热岩地热的目的。

本发明的优点为：通过传热介质在封闭的能量转换系统中的不断循环，可以达到连续开采干热岩地热。建立了地下发电厂，可以实现在地下空间可以最大程度的利用地热能量，提高能量利用率，提高土地资源的利用率，减少对地表原生态环境的破坏。传热介质在封闭的地热能提取系统、内能-机械能转化系统、传热介质水平回流通道、地下发电工厂、重力势能-机械能转化系统中不断进行能量的交换，不需要外来人工干预，可以实现完全自动化、无人化的干热岩地热开采。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1是本发明用于干热岩地热开采的循环发电方法示意图；

图2是本发明地下发电工厂放大示意图；

图3是本发明传热介质水平回流通道放大示意图；

图4是本发明内能-机械能转化系统放大示意图；

图5是本发明重力势能-机械能转化系统放大示意图；

图6是图1的a-a剖面示意图；

图7是本发明地热能提取系统放大示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施案例对本发明进行详细说明。

参照图1至图6，本发明涉及一种用于干热岩地热开采的循环发电方法，包括地热能提取系统(5)内能-机械能转化系统(18)传热介质水平回流通道(3)地下发电工厂(2)重力势能-机械能转化系统(19)。

地热能提取系统(5)依次连接内能-机械能转化系统(18)、传热介质水平回流通道(3)和重力势能-机械能转化系统(19)最后传热介质再回流到地热能提取系统(5)中，内能-机械能转化系统(18)和重力势能-机械能转化系统(19)的转轴(9)(21)通过径向啮合齿轮(12)和纵向啮合齿轮(13)与地下发电工厂(2)的两台发电机(11)相连。

地热能提取系统(5)主要包括能量交换空间(20)，单向导流阀(17)，能量交换空间(20)与传热介质上升管道(4)和传热介质回流管道(6)相通。传热介质在能量交换空间(20)中完成干热岩地热能量的连续开采，在高温下不断汽化并沿着传热介质上升管道(4)不断上流。在传热介质水平回流通道(3)中不断液化的传热介质经传热介质回流管道(6)回流到能量交换空间(20)中，继续进行干热岩地热能量的连续开采，且由于单向导流阀(17)的存在，传热介质只能单向地不断在汽化和液化之间不断往复循环。

内能机械能转换系统(18)主要包括传热介质上升管道(4)、扇叶(10)、传动轴(9)。在能量交换空间(20)不断汽化的传热介质，沿着传热介质上升管道(4)不断上流，并推动扇叶(10)带着传动轴(9)不断转动，将传热介质的内能不断转化为机械能和重力势能。在地下发电厂(2)中转轴(9)通过径向啮合齿轮(12)和纵向啮合齿轮(13)与地下发电工厂(2)的发电机(11)相连，将机械能转化为电能。

传热介质水平回流通道(3)主要包括水平管道和单向导流阀(8)。经理论计算和现场实际测量会得到一个传热介质的液化温度，在这个温度的高度设置传热介质水平回流通道(3)。液化后的传热介质会沿着传热介质水平回流通道(3)，在传热介质水平回流通道内(3)将重力势能转化为机械能，进而在地下发电厂(2)发电。所述单向导流阀(8)，主要起单向导流作用。防止在传热介质水平回流通道内液化的传热介质向传热介质上升管道(4)方向流动，保证干热岩地热开采的能量循环系统连续运转。

重力势能-机械能转化系统(19)主要包括传热介质回流管道(6)、扇叶(10)、传动轴(21)。在传热介质水平回流通道(3)不断液化的传热介质，沿着传热介质回流管道(6)不断回流，并推动扇叶(10)带着传动轴(21)不断转动，将传热介质的重力势能不断转化为机械能。在地下发电厂(2)中转轴(21)通过径向啮合齿轮(12)和纵向啮合齿轮(13)与地下发电工厂(2)的发电机(11)相连，将机械能转化为电能。

地下发电工厂(2)包括发电机(11)、径向啮合齿轮(12)、纵向啮合齿轮(13)。主要用于将传热介质上升管道(4)和传热介质回流管道(6)中转轴(9)(21)的机械能转化为电能。通过在传热介质上升管道(4)和传热介质回流管道(6)中设置两个单独的转轴(9)(21)和一组扇叶(10)，达到不断转化传热介质中能量的作用，而由于地热能提取系统的存在，传热介质中的内能又可以不断补充，从而达到连续开采深部干热岩地热的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，由技术常识可知，凡未脱离本发明精神实质和范围的任何修改或者等同替换，其均应被本发明包含。