一种自驱动型地热电池的制作方法

本发明涉及地热发电，具体涉及一种自驱动型地热电池。

背景技术：

1、地热是丰富的清洁能源，但温度品位相对较低，通过合理的方式将中低温热能转化为电能是提高地热利用效率的重要手段。

2、目前主要热电转化的主要手段是将地下热储层的热量通过换热器取到地上再通过转动部件发电，这势必就会导致取热过程中的热量损失及热能到电能二次转换的能量损失，所以发电效率极低，一般不超过20%。原位发电是地热高效利用有前途的技术手段，但仍需依靠外部转动部件或外部冷却系统，效率很低且易造成资源浪费。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中地热发电能量损失大、发电效率低的缺陷，从而提供一种损耗低、发电效率高的自驱动型地热电池系统。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种自驱动型地热电池，包括：热管，包括蒸发段和冷凝段，所述蒸发段位于地下的热储层，所述冷凝段设置于地下的地表层，所述蒸发段和所述冷凝段连通并且所述冷凝段位于所述蒸发段的上方；所述热管内储有换热工质，所述换热工质的沸点低于所述热储层的热源温度，所述换热工质在所述蒸发段内受热蒸发，并流至所述冷凝段冷凝后回落至所述蒸发段；热伏发电装置，包括正极热伏层和负极热伏层，所述正极热伏层贴设于所述蒸发段的外壁，所述负极热伏层与所述正极热伏层连接，且所述负极热伏层与所述热储层贴合，所述正极热伏层和所述负极热伏层通过导线与外部设备连接。

3、作为一种自驱动型地热电池的优选的技术方案，所述热伏发电装置还包括第一导热层，所述第一导热层设置于所述正极热伏层与所述蒸发段之间或者所述第一导热层设置于所述负极热伏层与所述热储层之间。

4、作为一种自驱动型地热电池的优选的技术方案，所述第一导热层为导热凝胶。

5、作为一种自驱动型地热电池的优选的技术方案，所述热储层的热源温度高出所述换热工质的沸点至少20℃。

6、作为一种自驱动型地热电池的优选的技术方案，所述自驱动型地热电池还包括余热回收装置，所述余热回收装置设置于所述冷凝段，以回收所述冷凝段的热量。

7、作为一种自驱动型地热电池的优选的技术方案，所述余热回收装置包括：负极热伏材料层，贴设于所述冷凝段的外壁；正极热伏材料层，与所述负极热伏材料层连接并且所述正极热伏材料层与所述地表层贴合，所述正极热伏材料层和所述负极热伏材料层通过导线与外部设备连接。

8、作为一种自驱动型地热电池的优选的技术方案，所述余热回收装置还包括第二导热层，所述第二导热层设置于所述负极热伏材料层与所述冷凝段之间或者所述第二导热层设置于所述正极热伏材料层与所述地表层之间。

9、作为一种自驱动型地热电池的优选的技术方案，所述冷凝段竖直设置，所述蒸发段水平设置。

10、作为一种自驱动型地热电池的优选的技术方案，所述蒸发段设置有多个并且呈上下平行设置，多个所述蒸发段均与所述冷凝段连接；和/或，所述冷凝段设置有多个并且呈竖直平行设置，多个所述冷凝段均与所述蒸发段连接。

11、作为一种自驱动型地热电池的优选的技术方案，所述冷凝段和所述蒸发段整体呈l型或倒t型。

12、本发明具有以下优点：

13、1、本发明的自驱动型地热电池，因换热工质的沸点低于热储层的热源温度，因此可在热伏发电装置的正极热伏层形成冷源，在热伏发电装置的负极热伏层形成热源，使得在热伏发电装置的正负极两侧形成热伏发电所需温差，并通过导线直接将电能传输至外部设备，实现热伏发电，这种方式无需借助换热器及转动部件转换成电能，其能量损失少、发电效率高，也避免了因压裂岩体提取热能导致的诱发地震、地层塌陷等风险；而在热管内，由于换热工质的沸点低于热储层的热源温度，换热工质在蒸发段内受热沸腾形成蒸汽，蒸汽向上流入冷凝段，由于冷凝段位于地表层，温度较低，使得蒸汽遇冷冷凝成液态并回落至蒸发段内再次加热沸腾，如此就形成内部换热工质由热量驱动自循环的地热热伏发电系统，整个系统不依靠外部冷却系统，仅靠热源驱动，相当于一个封闭的自驱动型地热电池，能够持续将地热能转换成电能为外部设备持续供电，整体结构更简单、节省水资源；此外，当换热工质沸腾后其温度不再增加，而热储层热源温度稳定性好，由此可在热伏发电装置两侧形成恒定温差，即整个热伏发电装置相当于一个恒定功率蓄电池，持续为外部设备供电，恒定温差发电也确保了热伏发电装置的使用寿命。

14、2、本发明的自驱动型地热电池，热伏发电装置还包括第一导热层，第一导热层设置于正极热伏层与蒸发段之间或者第一导热层设置于负极热伏层与热储层之间。设置的第一导热层能够增强传热、降低热传递过程的热量损失，从而提高热储层与蒸发段内的换热工质之间的温差，进而确保发电效率。

15、3、本发明的自驱动型地热电池，还包括余热回收装置，余热回收装置设置于冷凝段，以回收冷凝段的热量，充分提高能源利用、避免能源浪费。

16、4、本发明的自驱动型地热电池，余热回收装置包括负极热伏材料层和正极热伏材料层，其中，负极热伏材料层贴设于冷凝段的外壁，负极热伏材料层与正极热伏材料层连接并且正极热伏材料层与地表层贴合，正极热伏材料层和负极热伏材料层通过导线与外部设备连接。此设置，冷凝段作为热源端与负极热伏材料层接触，地表层作为冷源端与正极热伏材料层接触，从而使得余热回收装置两侧形成温差，实现利用冷凝段的余热进行热伏发电，辅助冷凝段内的蒸汽冷凝形成液态自循环至蒸发段内，不需要设置额外的换热器进行冷却，因此，本实施例在热管的蒸发段设置热伏发电装置以及在热管的冷凝段设置余热回收装置，从而实现对热管的加热段（蒸发段）和冷却段（冷凝段）的热能的利用，提升发电效率及能源利用率。

17、5、本发明的自驱动型地热电池，冷凝段竖直设置，蒸发段水平设置。竖直设置的冷凝段，使得冷凝段的温度随着地表层呈梯度下降，以便于对蒸汽实现逐渐冷凝，水平设置的蒸发段有助于温度保持在一个相对稳定的状态，以使热伏温差相对恒定。

18、6、本发明的自驱动型地热电池，余热回收装置还包括第二导热层，第二导热层设置于负极热伏材料层与冷凝段之间或者第二导热层设置于正极热伏材料层与地表层之间。设置的第二导热层能够增强传热、降低热传递过程的热量损失，从而提高地表层与冷凝段内的换热工质之间的温差，进而确保发电效率。

19、7、本发明的自驱动型地热电池，热储层的热源温度高出换热工质的沸点至少20℃，以确保热储层的热源温度与换热工质之间具有足够的温差，为热伏发电提供条件。

技术特征：

1.一种自驱动型地热电池，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的自驱动型地热电池，其特征在于，所述热伏发电装置（2）还包括第一导热层（23），所述第一导热层（23）设置于所述正极热伏层（21）与所述蒸发段（11）之间或者所述第一导热层（23）设置于所述负极热伏层（22）与所述热储层（10）之间。

3.根据权利要求2所述的自驱动型地热电池，其特征在于，所述第一导热层（23）为导热凝胶。

4.根据权利要求1所述的自驱动型地热电池，其特征在于，所述热储层（10）的热源温度高出所述换热工质的沸点至少20℃。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的自驱动型地热电池，其特征在于，还包括余热回收装置（3），所述余热回收装置（3）设置于所述冷凝段（12），以回收所述冷凝段（12）的热量。

6.根据权利要求5所述的自驱动型地热电池，其特征在于，所述余热回收装置（3）包括：

7.根据权利要求6所述的自驱动型地热电池，其特征在于，所述余热回收装置（3）还包括第二导热层（33），所述第二导热层（33）设置于所述负极热伏材料层（31）与所述冷凝段（12）之间或者所述第二导热层（33）设置于所述正极热伏材料层（32）与所述地表层（20）之间。

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的自驱动型地热电池，其特征在于，所述冷凝段（12）竖直设置，所述蒸发段（11）水平设置。

9.根据权利要求8所述的自驱动型地热电池，其特征在于，所述蒸发段（11）设置有多个并且呈上下平行设置，多个所述蒸发段（11）均与所述冷凝段（12）连接；

10.根据权利要求8所述的自驱动型地热电池，其特征在于，所述冷凝段（12）和所述蒸发段（11）整体呈l型或倒t型。

技术总结
本发明涉及地热发电技术领域，具体涉及一种自驱动型地热电池，包括热管和热伏发电装置，热管包括蒸发段和冷凝段，蒸发段位于地下的热储层，冷凝段位于地下的地表层，蒸发段和冷凝段连通且冷凝段位于蒸发段的上方，热管内储有换热工质，其沸点低于热储层的热源温度，热伏发电装置包括正极热伏层和负极热伏层，正极热伏层贴设于蒸发段的外壁，负极热伏层与正极热伏层连接，负极热伏层与热储层贴合，正极热伏层和负极热伏层通过导线与外部设备连接。本发明的自驱动型地热电池结构简单、不需要压裂岩体、不占用地上面积、不依靠转子部件及多余的冷却系统，仅依靠地下的干热岩体即可长期高效、安全发电，运行维护成本极低，适合大规模推广使用。

技术研发人员：尹洪梅,尹立坤,杨立明,王子威,范翼帆
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13