使用包括核站的混合型地?zé)岚l(fā)電站發(fā)電的系統(tǒng)和方法發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總體上涉及發(fā)電。具體而言，雖然本發(fā)明非排他性地涉及用于使用地?zé)崮墚a(chǎn)生電力的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：
論述在越來越多地意識到需要對CO2排放物進(jìn)行控制的的情況下，已經(jīng)看到了在清潔/綠色技術(shù)中的相當(dāng)大的投資。最大的CO2排放源之一是來自發(fā)電并且很多是來自用煤供能的廠站。當(dāng)前存在眾多相對于以化石燃料供能的廠站而言具有相當(dāng)?shù)偷奶己圹E的發(fā)電技術(shù)。一種這樣的替代方案是核能，核能大約提供了世界能源的6%以及世界電力的13%-14%，其中美國、法國和日本一共占核能發(fā)電的50%。雖然核能是減少碳排放物的可持續(xù)能源，但它是極度有爭議的。如最近的日本以及切爾諾貝利和三里島的那些例子都已經(jīng)展現(xiàn)了熔毀危害是一種一直存在的問題。對于核電站的另一個擔(dān)憂是產(chǎn)生核廢料。一個典型的1000-MWe核反應(yīng)堆每年產(chǎn)生大致20立方米（約27公噸）的乏核燃料（而如果再經(jīng)過加工的話僅3立方米的玻璃化體積）。乏核燃料最初具有非常高的放射性而必須極其小心周密地進(jìn)行處理。然而，這種放射性將隨著時間的推移而減小。40年后，乏燃料的輻射通量與從操作中被移除時相比降低99.9%。這個0.1%仍然是危險(xiǎn)放射性的。根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署標(biāo)準(zhǔn)，乏核燃料在 10,000年的放射性衰變之后才會不再對公眾健康和安全具有威脅。在第一次被抽取時，乏燃料棒被存儲在屏蔽水池（乏燃料池）中，該屏蔽水池通常是位于現(xiàn)場的。水不僅對這些仍在衰變的裂變產(chǎn)物提供冷卻，并且還對持續(xù)的放射性提供屏蔽。在一段時期（美國核電站通常是5年）之后，此時較冷卻的放射性降低的燃料通常被移至干藏設(shè)備或者干式儲存桶，在此燃料被儲存在鋼和混凝土容器中。除了熔毀和廢料問題之外，還存在著有關(guān)安全性的顧慮。核反應(yīng)堆和核廢料場是恐怖份子的主要目標(biāo)、引起熔毀就可以搞掉大的人口稠密區(qū)并且在寬廣的范圍上散步放射性材料。廢料本身也是一個目標(biāo)，因?yàn)樗梢栽谂K彈等的制造中使用。核能的一個替代方案是地?zé)岚l(fā)電。從地?zé)崮馨l(fā)電需要的高溫資源僅會來自深深的地下。熱量必須通過流體循環(huán)帶到地表。這種循環(huán)有時在地殼薄的地方自然存在：巖漿管將熱量帶近地表，并且溫泉將熱量帶到地表。大多數(shù)地?zé)犭娬臼侵钡阶罱旁诮乇砜色@得高溫地?zé)豳Y源的地方建成的。雙循環(huán)電站的發(fā)展以及鉆探和抽采技術(shù)的改善使得增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)能夠在更廣闊的地理范圍上得以使用。增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）是一種不需要自然對流水熱資源的新型地?zé)岚l(fā)電技術(shù)。直到最近，地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)還是只開發(fā)了在自然發(fā)生的熱量、水以及巖石滲透性足以允許從生產(chǎn)井中抽取能量的地方的資源。然而，在常規(guī)技術(shù)所能達(dá)到范圍內(nèi)的大多數(shù)地?zé)崮苁歉傻那曳菨B透性巖石中的。EGS技術(shù)在這種干熱巖石（HDR）中是通過液壓儲層改造來“增強(qiáng)”和/或產(chǎn)生地?zé)豳Y源的。在自然裂縫和氣孔不允許經(jīng)濟(jì)流速時，可以通過將高壓冷水泵送到注入井下進(jìn)入這種巖石中來增強(qiáng)滲透性。這種注入增加了自然破碎巖石中的流體壓力，這會促進(jìn)切變作用，從而使該破裂系統(tǒng)的滲透性增強(qiáng)。稱為水剪切［3］的、在EGS中使用的這個過程實(shí)質(zhì)上不同于油&氣工業(yè)中使用的液壓拉伸致裂。水行進(jìn)通過巖石中的裂縫，捕獲巖石的熱量直到它作為非常熱的水而被迫離開第二井孔，通過使用蒸汽輪機(jī)或雙發(fā)電站系統(tǒng)熱量被轉(zhuǎn)換成電力。此刻被冷卻的所有的水被注回到大地以便在閉合環(huán)路中再次加熱。類似于水熱地?zé)岬腅GS/HDR技術(shù)都是希望能夠像化石燃料電廠一樣全天24小時產(chǎn)生電能的基本負(fù)載資源。不同于水熱，在世界任何地方HDR/EGS都可以是可行的，這取決于鉆井深度的經(jīng)濟(jì)性限制。在任何一種情況下，地?zé)犭娬镜臒嵝实?，大概?0%至23%，這是因?yàn)榈責(zé)崃黧w與來自鍋爐的蒸汽相比是處于低溫的。通過熱力學(xué)定律，在發(fā)電過程中這種低溫限制了熱力發(fā)動機(jī)抽取有用能量的效率。HDR井被預(yù)期為在流出溫度下降約10℃并且該井變得不經(jīng)濟(jì)之前具有20年至30年的使用壽命。如果擱置50年至300年，溫度將恢復(fù)。這個有限的使用壽命以及鉆井等的費(fèi)用使得這類發(fā)電站的使用在經(jīng)濟(jì)上是不可取的從而限制了它們的應(yīng)用。顯然，有利的是提供一種用于發(fā)電的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法具有相對較低的碳痕跡并且改善了一些與上述現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題。發(fā)明概述發(fā)明的披露內(nèi)容因此，在本發(fā)明的一個方面提供了一種用于發(fā)電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：一個地?zé)嵯到y(tǒng)，該地?zé)嵯到y(tǒng)包括至少一個注入豎井和至少一個抽取豎井并且其中該抽取豎井是連接到該注入豎井上的；一個核系統(tǒng)，該核系統(tǒng)包括至少一個反應(yīng)堆，該反應(yīng)堆被定位遠(yuǎn)離該核站；并且其中，該注入豎井和抽取豎井都延伸了一個預(yù)定深度并且該至少一個反應(yīng)堆被定位在注入豎井基部與抽取豎井基部之間的限定的區(qū)域中。在本發(fā)明的又另一個方面，提供了一種用于產(chǎn)生電力的方法，所述方法包括以下步驟：將一個注入豎井鉆到一個預(yù)定深度；將一個抽取豎井鉆到一個預(yù)定深度，使得該抽取豎井連接至該注入豎井；將一個反應(yīng)堆堆芯定位在該注入豎井基部與抽取豎井基部之間限定的區(qū)域中；將流體以低壓泵送到該注入豎井中；從該抽取豎井中抽取處于高壓的蒸汽；并且使用該反應(yīng)堆堆芯來將該注入豎井與抽取豎井之間的區(qū)域內(nèi)的溫度差值保持基本恒定以促進(jìn)該流體轉(zhuǎn)換成高壓蒸汽流。適合地，該地?zé)嵯到y(tǒng)包括一個發(fā)電站和一個泵送站。優(yōu)選該注入豎井和抽取豎井是鉆至4400m與5000m之間的深度的。該注入豎井和抽取豎井可以是連接的，從而使得它們在發(fā)電站與泵送站之間形成一個基本U形的導(dǎo)管。適合地，流體以相對較低的壓力被泵送到該注入井的頂部中。流體可以在約30psi至40psi之間的井口壓力下被送入。導(dǎo)管基部處的流體上的 壓力可以在5000psi至6000psi之間并且溫度可以在450℃至500℃之間。流體沿該抽取井長度上的壓力可以是在6000psi至3000psi之間的壓力上變化的并且溫度可以在500℃至200℃之間變化。優(yōu)選的是，流體作為高壓蒸汽流從該抽取井中噴射出。高壓蒸汽流是以2500psi至3300psi之間的壓力從該抽取井中噴射出的。適當(dāng)?shù)?，該高壓蒸汽流被用來?qū)動該發(fā)電站中容納的一個或多個渦輪機(jī)。該發(fā)電站還可以包含一個或多個凝結(jié)器，該一個或多個凝結(jié)器用于將蒸汽流凝結(jié)回一種流體，以用于再次注入回到該注入井中。該地?zé)嵯到y(tǒng)可以包括定位在發(fā)電站與泵送站之間的額外的注入豎井和抽取豎井以增加電站發(fā)電能力。在該系統(tǒng)中可以使用任何具有適當(dāng)蒸發(fā)溫度的合適流體。優(yōu)選是水經(jīng)過這些豎井。適合地，核反應(yīng)堆被定位在這個/這些注入豎井與抽取豎井之間限定的區(qū)域中。優(yōu)選反應(yīng)堆在豎井中被定位在3000m至4400m的深度。反應(yīng)堆可以運(yùn)行而使得由可裂變成分產(chǎn)生的熱量被用于加熱周圍區(qū)域。優(yōu)選可裂變材料是以一組鈾棒的形式的，與多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)核反應(yīng)堆中使用的一樣。合適地，容納反應(yīng)堆的豎井可以包括位于沿其長度的多個離散點(diǎn)處的一系列爆炸裝藥。優(yōu)選這些爆炸裝藥被定位為使得當(dāng)被觸發(fā)時它們使得該豎井密封。該系統(tǒng)還可以包括額外的失效保護(hù)措施，例如，使用屏蔽材料來將豎井填充到預(yù)定深度。核系統(tǒng)可以包括定位在這個/這些注入豎井與抽取豎井之間區(qū)域中的多個反應(yīng)堆。該核系統(tǒng)還可以被用來直接從一個或多個反應(yīng)堆發(fā)電。在這種情況下，可以提供若干個輔助豎井來以常規(guī)方式使用這些反應(yīng)堆將水加熱成蒸汽。附圖簡要內(nèi)容為使得本發(fā)明更易于理解并且付諸于實(shí)踐，現(xiàn)在將參照展示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖，并且在附圖中：圖1是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的一種發(fā)電系統(tǒng)的示意圖；并且圖2是描繪一種使用在發(fā)電系統(tǒng)中的反應(yīng)堆堆芯的一種可能構(gòu)造的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例的說明參照圖1，在此展示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)100的一種安排。如所示出的，該系統(tǒng)是混合型地?zé)嵯到y(tǒng)并且包括一個地?zé)嵯到y(tǒng)，該地?zé)嵯到y(tǒng)包括一個發(fā)電站101和泵送站102、以及一個核站103。該地?zé)嵯到y(tǒng)在此情況下是以類似于多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的方式來運(yùn)行的。更加確切地說，該泵送站102被用來使來自儲液器104的流體經(jīng)一個注入井105而注入到巖床106（還稱作干熱巖石HDR帶）中。注入井的深度范圍通常是從4000m至5000m變化的。然而，在多數(shù)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)下，注入到結(jié)晶性巖床106中的流體是經(jīng)由一個次級井口（抽取井）來抽出的，該次級井口通常與發(fā)電站101相連。然而，在當(dāng)前實(shí)例中，該注入井被連接到該抽取井107。這種構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)是，它消除了如在多數(shù)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)情況下存在的對于液壓致裂的需要，這種液壓致裂可以導(dǎo)致地震事件。如所示出的，流體（例如水）以相對較低的壓力（例如約30psi）泵送進(jìn)入該注入井的頂部到達(dá)豎井的基部，該注入井的頂部與豎井的基底相距約5000m。在這個深度，水的壓力和溫度激增，例如，水的壓力可以約為6000psi并且處于大致500℃的溫度。流體的連續(xù)注入以及施加在水上的壓力迫使水沿該抽取井107上升。隨著流體經(jīng)該抽取井107上升，溫度和壓力均下降，在這種情況下，在3000m附近水的壓力降至約3500psi并且溫度降至450℃，水在這個點(diǎn)進(jìn)入其氣態(tài)（即，變成蒸汽）。水作為高壓（約3000psi）蒸汽從該抽取井中被射出，該高壓蒸汽流然后被用來驅(qū)動發(fā)電站101的渦輪機(jī)以產(chǎn)生電力。雖然該地?zé)嵯到y(tǒng)已經(jīng)被描述為使用一個單一的注入和抽取豎井，當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到還可以使用額外的豎井來增加該站的發(fā)電能力。如以上指出的，與地?zé)嵯到y(tǒng)相關(guān)聯(lián)的問題之一是這些地?zé)嵯到y(tǒng)的效率。系統(tǒng)的整體效率會隨著熱量被從HDR帶中抽取出而下降。為了應(yīng)對這種溫度的下降，本發(fā)明使用了核站103。不同于常規(guī)核站，核站103的這個/這些反應(yīng)堆被構(gòu)造在一系列的井口1081、1082以及1083中。更確切地說是反應(yīng)堆的這些可裂變的部件1091、1092、1093被定位在HDR帶中。當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，雖然當(dāng)前實(shí)例僅使用三個反應(yīng)堆豎井，但根據(jù)該站的尺寸以及希望的電力輸出可以使用更多的豎井。由這些反應(yīng)堆棒裂變產(chǎn)生的熱量不是被用來將水直接加熱成用于發(fā)電的蒸汽，而是這些反應(yīng)堆被用來加熱周圍巖床106。巖床溫度的增加可以改善地?zé)嵯到y(tǒng)的整體效率，因?yàn)楸怀槿〉恼羝谳^高溫度下保持的時間越長，就越能夠在大量能量被耗散之前更多地利用氣流。另外，在要求這些反應(yīng)堆直接加熱巖床的情況下，這些反應(yīng)堆與常規(guī)反應(yīng)堆情況下的通常情況相比將以更高的溫度運(yùn)行。這主要是由于這些反應(yīng)堆必須加熱的巖石的熱質(zhì)量，即巖石需要更多的能量輸入來使溫度產(chǎn)生幾度的升高。這種構(gòu)造的一個優(yōu)點(diǎn)是它可以有效地增加地?zé)嵴镜膲勖?，即通過注入來自核站的熱量來與溫降起相反的作用。此外，與反應(yīng)堆相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)被最小化。當(dāng)核心的可裂變材料被定位在地殼中已然存在放射性材料的一個 地層中時，放射性污染的危險(xiǎn)是最小的。此外，如果該深度的反應(yīng)堆是處于熔毀狀態(tài)，因該反應(yīng)堆被深深地包含在地下，則產(chǎn)生的爆炸將具有最小的影響。在熔毀的情況下，該系統(tǒng)可以配備有另外的安全防護(hù)。例如，這些包含反應(yīng)堆的井口中的每一個都可以具有沿其長度放置在多個分散點(diǎn)的一系列爆炸裝藥。在熔毀或其他的這樣的失效情況下，爆炸物將爆發(fā)以便使相關(guān)的井口塌落在反應(yīng)堆上。此外，井口的一部分然后可以用屏蔽材料填充，即一層適當(dāng)?shù)幕炷粱蛘咂渌m合材料，如合成巖石等。另外，當(dāng)這些燃料棒變乏后，不需要將它們從豎井中移出，可以簡單地密封該豎井以便使廢料被包含在地殼中已然是放射性的一層中。如從以上討論中可以看出，可以使用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造，即其間分布有慢化劑介質(zhì)的一系列燃料棒和控制棒，以便通過將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量消散到周圍巖床來改善地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的效率。給出的這種反應(yīng)堆堆芯與對其進(jìn)行控制的控制部分之間距離在一定程度上對于保持對反應(yīng)的控制來確保有效的燃料使用（即，在需要對反應(yīng)堆堆芯進(jìn)行密封之前確保反應(yīng)堆延長的運(yùn)行）會是困難的。因此，本申請人已經(jīng)考慮若干替代的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)來改善燃料使用和熱量傳送。更確切地說，本申請人已經(jīng)考慮使用非常高溫度的反應(yīng)堆（VHTR）。被認(rèn)為適合用于本發(fā)明的一種類型的VHTR設(shè)計(jì)是球形床反應(yīng)堆。這種類型的反應(yīng)堆宣稱是被動安全的，即，它去除了對于冗余的主動安全系統(tǒng)的需要。因?yàn)檫@些反應(yīng)堆被設(shè)計(jì)成用于應(yīng)對高溫，這些反應(yīng)堆可以通過自然循環(huán)來冷卻并且在可能使反應(yīng)堆的溫度升至1,600℃的意外情況下仍然存留。另外，這類反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)允許熱效率高于多數(shù)常規(guī)反應(yīng)堆的熱效率。通常，多數(shù)球形床反應(yīng)堆包括一個堆芯，該堆芯包含多個球形燃料元件（卵石）。這些卵石是由熱解石墨（該熱解石墨擔(dān)當(dāng)慢化劑）制成，并且這些卵石包含數(shù)千個稱作TRISO顆粒的微型燃料顆粒。這些TRISO燃料顆粒由裂變材料鈾、釷或钚構(gòu)成，該裂變材料出于結(jié)構(gòu)整體性以及封閉裂變產(chǎn)物是由一層涂覆的硅碳化物陶瓷層包裹的。在標(biāo)準(zhǔn)卵石反應(yīng)堆中，堆芯被封裝在混凝土殼體中，然后在該殼體中循環(huán)一種冷卻氣體。此外，乏燃料通常是從堆芯的底部取出并將新燃料注入到堆芯的頂部中。在當(dāng)前情況下，乏燃料是不可能被移除的，并且當(dāng)反應(yīng)堆的熱量被用來使周圍巖床溫度上升時也不需要冷卻氣體循環(huán)。因此，用于當(dāng)前系統(tǒng)的球形床反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)已經(jīng)需要做出某些修改。圖2中示出用于本發(fā)明的增強(qiáng)型地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的卵石反應(yīng)堆堆芯200的一種可能的構(gòu)造。如所示出的，該堆芯包括一個殼體201，該殼體在這個實(shí)例中是由合成巖石或其他適合材料構(gòu)成。殼體在這種情況下總體上是圓柱形的并且尺寸被確定為配合在容納反應(yīng)堆的井口108中。殼體201的基部被密封，殼體的上部末端是開放的以用來允許插入這些卵石205以便為該反應(yīng)堆加燃料。在所描繪的實(shí)例中，殼體的上部末端是通過使用一個用來密封該堆芯的蓋板202來密封的。蓋板在這種情況下包括一個孔口203以用于連接一個臍帶形件204。除了孔口203之外，蓋板還包括多個用于附接系鏈的凸片，以便允許反應(yīng)堆堆芯200在井口108中定位在適當(dāng)?shù)纳疃?。該臍帶形件在這種情況下被用來攜帶大量服務(wù)器件，包括用來監(jiān)測反應(yīng)堆的運(yùn)行（例如溫度、輻射水平等）的傳感器設(shè)備。該臍帶形件還可以攜帶多條冷卻管線，以便保持反應(yīng)堆在對于燃料消耗和熱量傳送最佳的水平下運(yùn)行。當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，臍帶形件204將由一種適當(dāng)?shù)哪蜔岵牧闲纬?，該耐熱材料能夠承受超過500℃的溫度并且具有足夠的拉伸強(qiáng)度來抵抗在井口中它可能暴露于的剪切力等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，雖然可以將一種冷卻劑引入反應(yīng)堆堆芯中以便優(yōu)化反應(yīng)堆堆芯的運(yùn)行壽命，但這不是嚴(yán)格必需的。在當(dāng)前情況下，反應(yīng)堆堆芯能夠在需要加熱大量熱質(zhì)量情況下以較高溫度長時期運(yùn)行。然而對反應(yīng)堆堆芯的以上論述預(yù)期了在插入井口中之前對反應(yīng)堆填充可裂變材料，但在某些程度上增加了暴露和可能熔毀的可能性。因此，反應(yīng)堆堆芯200可以在井口108中被降低一個安全距離，然后才通過臍帶形件或其他這樣的填充管加入燃料。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該認(rèn)識到，一旦堆芯被定位在所需要的深度就不再需要從井口移除該堆芯。一旦燃料被廢棄，井口108就可以被密封并且鉆一個新的井口來接收新的堆芯。因此，不會有放射性碎片被帶回到地表，所有廢料都被包含在其自身是固有放射性的干熱巖石帶中。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，這些反應(yīng)堆還可以被用于以常規(guī)方式發(fā)電，以便補(bǔ)充地?zé)犭娬井a(chǎn)生的電力。在這類情況中，蓋板或反應(yīng)堆可以裝配有熱交換器，當(dāng)裝好該蓋板時，熱交換器被保持在反應(yīng)堆堆芯中，該交換器的尾端然后可以連接到流體入口管線和流體出口管線上。應(yīng)該理解，上述實(shí)施例僅是以本發(fā)明的例證的方式提供的，并且相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)清楚的是對于本發(fā)明的進(jìn)一步的修改和改進(jìn)將認(rèn)為是落入在此描述的本發(fā)明的廣義的范圍和界限之內(nèi)的。