干热岩发电与压缩二氧化碳储能耦合系统的制作方法

本发明涉及一种干热岩发电与压缩二氧化碳储能的耦合系统，属于地热资源利用领域。

背景技术：

1、地热能是一种储量丰富，分布较广，稳定可靠的可再生能源，具有清洁低碳、安全灵活等特点。是助力实现“双碳”目标的重要途径之一。数据统计，我国陆地3～10km深处的深部地热资源量可折合为856万亿吨标煤。按照2％可开采资源量计算，相当于17万亿吨标煤。目前，地热能的开采率不到1％，主要用于供暖、旅游、洗浴、疗养、水产养殖和地热发电。

2、在地热发电中，现有技术主要依靠膨胀机进行做功发电，利用地下废弃矿井、岩洞等进行二氧化碳气体存储和热量吸收。由于地热资源温度和产量受地下热量分布不均、地热水循环变化等因素影响，其产出会随时间而出现波动，并对发电过程中的电网稳定性和可靠性产生一定影响，实际应用中需要其它渠道的能源供给来稳定电网正常运行。于是，设计一种基于干热岩发电的耦合系统，避免对外界能源的依赖，改善干热岩发电过程，就成为本发明想要解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题和不足，本发明旨在提供一种利用蓄热器进行储能，利用多级膨胀机进行辅助做功发电，并与干热岩发电系统充分耦合的耦合系统，以提高干热岩发电系统的能源利用效率，保证电网运行稳定性，避免发电过程对外界能源供给的依赖。

2、本发明是通过以下技术方案来实现的：

3、干热岩发电与压缩二氧化碳储能耦合系统，包括干热岩发电系统，干热岩发电系统包括膨胀机、生产井和回灌井，生产井与膨胀机入口连通，回灌井与膨胀机出口连通，膨胀机通过做功带动外界发电机发电。还包括与干热岩发电系统耦合的压缩二氧化碳储能系统，压缩二氧化碳储能系统包括相互依次串联的至少一组储能膨胀发电系统、低压储气罐、至少一组储能冷却系统、空气冷却器、高压储液罐和膨胀泵，以及依次串联在膨胀机与回灌井之间管路上的工质泵和预热器。储能膨胀发电系统的加热管路连接在工质泵与膨胀机之间的管路上，储能膨胀发电系统通过二氧化碳气体做功带动外界发电机辅助发电。

4、所述压缩二氧化碳储能系统还包括相互串联的蓄热泵和蓄热器，蓄热泵连接在蓄热器的入口管路上。预热器的预热管路与储能冷却系统的冷却管路相串联。蓄热泵和蓄热器并联在储能冷却系统的冷却管路上。

5、所述储能膨胀发电系统包括相互串联的一个加热器和一个储能膨胀机，加热器和储能膨胀机串联在低压储气罐和膨胀泵之间。

6、所述储能冷却系统包括相互串联的一个压缩机和一个冷却器，压缩机和冷却器串联在低压储气罐和空气冷却器之间。

7、本发明所述干热岩发电与压缩二氧化碳储能耦合系统的有益效果包括：

8、1、通过闭环状体的压缩二氧化碳储能系统与干热岩发电系统相互耦合，提高了干热岩发电系统的能源利用效率，保证了电网运行的稳定性，避免了发电过程对外界能源的依赖；

9、2、利用多级加热器对干热岩发电系统排出的气体二氧化碳进行多级能量回收，提升驱动多级储能膨胀机的气体温度，大大提高了多级储能膨胀机的工作效率，完成能量回收和辅助发电过程的同时，保证了电网运行的平稳性；

10、3、通过对压缩二氧化碳储能系统中多级储能冷却系统排出的热量进行存储，并对干热岩发电系统回灌过程中的液体二氧化碳进行预热，提升了二氧化碳的回灌温度，降低了回灌井中的能源消耗，缩短了回灌升温时间；

11、4、利用闭环结构的蓄热器对多级储能冷却系统排出的多余热量进行存储，避免了压缩二氧化碳储能系统中多余能量的浪费，进一步提升了压缩二氧化碳储能系统的能源利用效率；

12、5、利用空气冷却器对液体二氧化碳温度做进一步地降低处理，可大大降低高压储液罐的生产成本和运行成本，使生产和运行过程更科学、更合理。

技术特征：

1.干热岩发电与压缩二氧化碳储能耦合系统，包括干热岩发电系统，所述干热岩发电系统包括膨胀机、生产井和回灌井；所述生产井与膨胀机入口连通；所述回灌井与膨胀机出口连通；所述膨胀机通过做功带动外界发电机发电，其特征在于，还包括与干热岩发电系统耦合的压缩二氧化碳储能系统，所述压缩二氧化碳储能系统包括相互依次串联的至少一组储能膨胀发电系统、低压储气罐、至少一组储能冷却系统、空气冷却器、高压储液罐和膨胀泵，以及依次串联在膨胀机与回灌井之间管路上的工质泵和预热器；所述储能膨胀发电系统的加热管路连接在工质泵与膨胀机之间的管路上，储能膨胀发电系统通过二氧化碳气体做功带动外界发电机辅助发电。

2.根据权利要求1所述的干热岩发电与压缩二氧化碳储能耦合系统，其特征在于，所述压缩二氧化碳储能系统还包括相互串联的蓄热泵和蓄热器，蓄热泵连接在蓄热器的入口管路上；所述预热器的预热管路与储能冷却系统的冷却管路相串联；所述蓄热泵和蓄热器并联在储能冷却系统的冷却管路上。

3.根据权利要求1或2所述的干热岩发电与压缩二氧化碳储能耦合系统，其特征在于，所述储能膨胀发电系统包括相互串联的一个加热器和一个储能膨胀机，加热器和储能膨胀机串联在低压储气罐和膨胀泵之间。

4.根据权利要求1或2所述的干热岩发电与压缩二氧化碳储能耦合系统，其特征在于，所述储能冷却系统包括相互串联的一个压缩机和一个冷却器，压缩机和冷却器串联在低压储气罐和空气冷却器之间。

技术总结
本发明公开了一种干热岩发电与压缩二氧化碳储能耦合系统，包括相互耦合的干热岩发电系统和压缩二氧化碳储能系统，压缩二氧化碳储能系统包括相互依次串联的至少一组储能膨胀发电系统、低压储气罐、至少一组储能冷却系统、空气冷却器、高压储液罐和膨胀泵，以及依次串联在膨胀机与回灌井之间管路上的工质泵和预热器。储能膨胀发电系统的加热管路连接在工质泵与膨胀机之间的管路上。其结构提高了干热岩发电系统的能源利用效率，同时，压缩二氧化碳储能系统的辅助发电过程，保证了电网运行的稳定性，避免了发电过程对外界能源的依赖。

技术研发人员：冯庆达,石生超,赵文强,牛兆轩,马润生,王正伟,罗仲全,周军
受保护的技术使用者：国网青海省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29