本發(fā)明屬于低碳與清潔能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

氣候變化已成為影響人類生存和發(fā)展的問題之一，而大量的二氧化碳排放被認(rèn)為是導(dǎo)致氣候變暖的主要原因，我國作為世界上最大的發(fā)展中國家，以煤炭為主的一次能源和以火力發(fā)電為主的二次能源結(jié)構(gòu)，隨著經(jīng)濟(jì)總量的迅速增長，一次能源和二次能源的co2排放具有增長快、總量大的特點(diǎn)，為應(yīng)對氣候變化發(fā)展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成為人們的共識，地?zé)豳Y源利用與發(fā)電、太陽能發(fā)電及超臨界二氧化碳發(fā)電等已受到廣泛關(guān)注。

地?zé)嶂饕堑厍騼?nèi)部長壽命放射性同位素?zé)岷朔磻?yīng)產(chǎn)生的熱能。離地球表面5000米深，15℃以上的巖石和液體的總含熱量，據(jù)推算約為14.5×10²¹kj，約相當(dāng)于4948萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱量。按照其儲存形式，地?zé)豳Y源可分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和熔巖型5大類。我國將地?zé)豳Y源按溫度劃分為高溫地?zé)?高于150℃)和中低溫地?zé)?低于150℃)，高溫地?zé)嶂饕糜诎l(fā)電，中低溫地?zé)嵬ǔＶ苯佑糜诓膳?、工農(nóng)業(yè)加溫、水產(chǎn)養(yǎng)殖及醫(yī)療和洗浴等。

我國地?zé)豳Y源分布廣泛,資源豐富。全國地?zé)峥砷_采資源量為每年68億立方米，所含地?zé)崃繛?73萬億千焦耳。據(jù)河北省地礦局計(jì)算,僅河北平原可采地?zé)豳Y源量達(dá)4.93x10²⁰kj，相當(dāng)于168147億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。該區(qū)域地?zé)豳Y源主要賦存于上第三系砂巖和古生界及中上元古界的古潛山碳酸鹽巖儲水層,主要分布在華北斷坳構(gòu)造沉降區(qū),熱儲層埋藏深度較淺,埋深3000m以淺地?zé)豳Y源分布廣泛,出水口熱水溫度最高達(dá)96℃。雖說有各種梯級開發(fā)應(yīng)用方案，但目前地?zé)豳Y源開發(fā)利用類型單一,棄水溫度過高,地?zé)豳Y源遠(yuǎn)未得到充分利用,浪費(fèi)嚴(yán)重。迫切需要新的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的可持續(xù)利用,發(fā)揮地?zé)豳Y源在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)和節(jié)能減排中的作用。

為此，國內(nèi)外科技工作者進(jìn)行了大量的研究，其中由中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司申請的中國專利cn204672103u提供的“一種利用地?zé)岬亩趸疾都l(fā)電與封存裝置”代表了先進(jìn)技術(shù)水平，其將經(jīng)冷卻器冷卻的co2壓縮液化壓入地?zé)釋?，一部分二氧化碳永久封存在地下，一部分二氧化碳在地?zé)釋又屑訜嵩鰤汉笸ㄟ^管道輸送至地面，在二氧化碳膨脹機(jī)中轉(zhuǎn)化為機(jī)械能帶動二氧化碳發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。但該方案存在如下主要問題：其一，將液化co2壓入地?zé)釋釉購牧硪惶庛@井用管道引出，投資大、耗能大；其二，液化co2壓入地?zé)釋?，除風(fēng)險(xiǎn)大、且客觀上不可控、易發(fā)生安全事故外，壓入的co2還將酸化地質(zhì)并置換出地質(zhì)層大量的烴類如甲烷等進(jìn)入大氣生態(tài)圈，造成不可預(yù)期的環(huán)境危害。

而隨ccs技術(shù)(carboncaptureandstorage,碳捕獲與封存)應(yīng)用發(fā)展起來的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)較傳統(tǒng)的熱能發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)熱效率、總重及占地面積、污染物排放等方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，但在應(yīng)用上尚存在諸多的瓶頸，其一，現(xiàn)有的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)其高效換熱器是超臨界發(fā)電系統(tǒng)工程應(yīng)用的基礎(chǔ)，客觀上要求用高效換熱器等壓加熱二氧化碳工質(zhì)，因此，現(xiàn)行超臨界二氧化碳試驗(yàn)環(huán)路的熱交換大多使用印制電路板熱交換器(pche,printedcircuitheatexchangers)，它適用于高工作溫度和高工作壓力，并具有良好的擴(kuò)展能力，能滿足用換熱器等壓加熱二氧化碳工質(zhì)的要求，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，投資大；其二，現(xiàn)行的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)包括熱源、高速渦輪機(jī)、高速發(fā)電機(jī)、高速壓氣機(jī)、冷卻器等，其循環(huán)過程為超臨界二氧化碳經(jīng)壓縮機(jī)升壓——用換熱器等壓加熱二氧化碳工質(zhì)——工質(zhì)進(jìn)入渦輪機(jī)推動渦輪做功帶動電機(jī)發(fā)電——工質(zhì)進(jìn)入冷卻器——再進(jìn)入壓縮機(jī)形成閉式循環(huán)，系統(tǒng)投資大；其三，現(xiàn)行的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)要求壓縮機(jī)參數(shù)處于近臨界點(diǎn)，降低換熱端差，其壓縮機(jī)壓縮過程中壓縮功仍占渦輪輸出功的30％以上，實(shí)際運(yùn)用的壓縮過程中壓縮功仍占到渦輪輸出功的40％到50％，即系統(tǒng)的壓縮機(jī)自耗能仍偏高；再者，其系統(tǒng)循環(huán)的高效率需建立在冷凝器出口即壓氣機(jī)吸入口(循環(huán)起點(diǎn))的二氧化碳仍處于32℃、7.4mpa超臨界狀態(tài)的臨界點(diǎn)上，超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)控制難度大，仍需要開展控制研究。顯然，現(xiàn)有的超臨界co2循環(huán)發(fā)電技術(shù)裝備并不太適合我國國情。

在利用太陽能發(fā)電方面，以水為工質(zhì)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)已成熟應(yīng)用，以co2為工質(zhì)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)國內(nèi)外的技術(shù)工作者亦進(jìn)行了大量的研究，采用的較為成熟的太陽能集熱系統(tǒng)方案為槽式太陽能集熱器、塔式太陽能集熱器、碟式太陽能集熱器之一或其組合，但上述方案存在三個基本問題難以解決，其一，占用場地大，投資大，且太陽能集熱系統(tǒng)的建設(shè)對場址的選擇要求高，一般的場址不能滿足建設(shè)太陽能集熱系統(tǒng)的要求，而且，現(xiàn)有的太陽能集熱系統(tǒng)的大空間場對生態(tài)影響大，連飛鳥都不能及；其二，只能白天發(fā)電，晚上即停，為此，有研究者提供了白天以熔鹽等材料蓄熱留給晚上發(fā)電的技術(shù)方案，但以大量的熔鹽等材料蓄集熱能方案先不論投資大小及可行性，對于環(huán)境和人員素質(zhì)來說必然存在安全隱患和環(huán)境污染隱患；其三是隨白天的日照強(qiáng)度及太陽光移動供給超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)的渦輪機(jī)的超臨界二氧化碳的溫度和壓力變化，導(dǎo)致輸出電能及電壓、電流波動大，過大過頻的輸出電能及電壓、電流的波動將極不利于生活用電和生產(chǎn)用電。現(xiàn)有的各類利用太陽能發(fā)電方法與我國的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)狀況大多極不匹配。

鑒于此，迫切需要開發(fā)一種適應(yīng)于我國廣闊地域基本環(huán)境和經(jīng)濟(jì)狀況，能有效利用地?zé)豳Y源尤其是易得的地?zé)崴茉春?或太陽能能源的清潔發(fā)電技術(shù)與裝備系統(tǒng)。

申請?zhí)枮?01410758251.6的專利申請文獻(xiàn)公開了一種增強(qiáng)型地?zé)崤c太陽能聯(lián)合發(fā)電方法與發(fā)電系統(tǒng)，它包括增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)、基本負(fù)荷發(fā)電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電系統(tǒng)，作為工質(zhì)的co2在所述增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)中吸收熱量后溫度升高，所述增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)輸出不同溫度的具有一定壓力的超臨界co2，一部分超臨界co2進(jìn)入所述基本負(fù)荷發(fā)電系統(tǒng)中，將一部分熱量轉(zhuǎn)化為電能，作為電站的基本負(fù)荷，另一部分超臨界co2進(jìn)入所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，利用太陽能將超臨界co2持續(xù)加熱到一定溫度后，通過超臨界透平將熱量轉(zhuǎn)換為電能。該發(fā)電系統(tǒng)雖然同時利用了地?zé)岷吞柲?，但是該系統(tǒng)是將地?zé)崮芎吞柲芊珠_進(jìn)行發(fā)電，且其是采用將液態(tài)co2注入熱儲層中吸熱，系統(tǒng)龐大，耗能大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用場地大，造價(jià)高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是提供一種利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資大、耗能高的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)，包括液化co2儲存罐、高壓泵/壓縮機(jī)、地?zé)崮躢o2蓄能裝置、太陽能co2蓄能裝置、穩(wěn)流調(diào)節(jié)器、渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、回?zé)崞?、冷卻機(jī)、co2壓縮機(jī)；所述液化co2儲存罐的出口連接所述高壓泵/壓縮機(jī)的進(jìn)口,所述高壓泵/壓縮機(jī)的出口連接所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置的co2流體入口,所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置用于使低壓液態(tài)co2流體吸收50～150℃地?zé)崴臒崃亢筠D(zhuǎn)化為熱態(tài)超臨界co2流體；所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置的co2流體出口連接所述太陽能co2蓄能裝置的低溫端進(jìn)口,所述太陽能co2蓄能裝置包括吸收100～300℃日光熱能的集光co2蓄能裝置和吸收300～1000℃高溫?zé)崮艿耐哥R聚能裝置，用于使所述熱態(tài)超臨界co2流體吸收太陽能熱能轉(zhuǎn)化為不同溫度、不同壓力、不同熱能密度的高壓熱態(tài)超臨界co2流體；所述太陽能co2蓄能裝置的高壓co2流體出口連接所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)器的進(jìn)口，所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)器用于將所述不同溫度、不同壓力、不同熱能密度的高壓熱態(tài)超臨界co2流體轉(zhuǎn)化為等壓超臨界co2流體；所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)器的出口連接所述渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)的進(jìn)口,所述渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)與所述發(fā)電機(jī)軸連接；所述渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)的低壓co2流體出口依次連接所述冷卻機(jī)、co2壓縮機(jī)、液化co2儲存罐。

優(yōu)選地，所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置包括一臺或并聯(lián)設(shè)置的多臺臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置、一臺或并聯(lián)設(shè)置的多臺井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置、并聯(lián)設(shè)置的一臺或多臺臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置和一臺或多臺井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置。

優(yōu)選地，所述臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置包括第一支架和固定于第一支架上的臺式co2蓄能機(jī)構(gòu)，所述臺式co2蓄能機(jī)構(gòu)包括臺式殼體、設(shè)于臺式殼體兩端的第一地?zé)崴M(jìn)口管道和第一地?zé)崴隹诠艿?、設(shè)于第一地?zé)崴M(jìn)口管道上的第一地?zé)崴M(jìn)口管道閥、設(shè)于第一地?zé)崴隹诠艿郎系牡谝坏責(zé)崴隹诠艿篱y、設(shè)于臺式殼體內(nèi)的第一熱交換器、設(shè)于第一熱交換器進(jìn)口管道上的第一逆止閥、設(shè)于第一熱交換器出口管道上的第一調(diào)節(jié)閥，所述第一地?zé)崴M(jìn)口管道通過地?zé)岜眠B通地?zé)崴?/p>

優(yōu)選地，所述井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置包括第二支架、懸置于地?zé)崴畠?nèi)的第二熱交換器、設(shè)于第二熱交換器進(jìn)口管道上的第二逆止閥、設(shè)于第二熱交換出口管道上的第二調(diào)節(jié)閥。

優(yōu)選地，所述集光co2蓄能裝置包括第三支架、設(shè)于第三支架上的中溫蓄能機(jī)構(gòu)、設(shè)于第三支架周圍的若干反射機(jī)構(gòu)、設(shè)于中溫蓄能機(jī)構(gòu)進(jìn)口管道上的第三逆止閥、設(shè)于中溫蓄能機(jī)構(gòu)出口管道上的第三調(diào)節(jié)閥和第一安全閥，所述反射機(jī)構(gòu)用于將太陽光能聚集至所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)的集光面上；所述透鏡聚能裝置包括第四支架、設(shè)于第四支架上的高溫蓄能機(jī)構(gòu)、設(shè)于第四支架周圍的若干凸透鏡機(jī)構(gòu)、設(shè)于高溫蓄能機(jī)構(gòu)進(jìn)口管道上的第四逆止閥、設(shè)于高溫蓄能機(jī)構(gòu)出口管道上的第四調(diào)節(jié)閥和第二安全閥，所述凸透鏡機(jī)構(gòu)用于將太陽光能聚焦至所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)的聚光面上；所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)的出口管道連通所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)的進(jìn)口管道。

優(yōu)選地，所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)包括設(shè)于蓄熱材料中的第三熱交換器，所述反射機(jī)構(gòu)包括鏡面反射片，所述第三熱交換器的集光面與所述鏡面反射片相對，所述第三熱交換器的非集光面包覆有隔熱材料；所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)包括設(shè)于蓄熱材料中的第四交換器，所述凸透鏡機(jī)構(gòu)包括凸透鏡，所述第四交換器的聚光面與所述凸透鏡相對，所述第四交換器的非聚光面包覆有發(fā)熱材料。

優(yōu)選地，所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)器包括第五支架、固定于第五支架上的調(diào)節(jié)器殼體、設(shè)于調(diào)節(jié)器殼體內(nèi)的導(dǎo)流混合機(jī)構(gòu)、分別設(shè)于調(diào)節(jié)器殼體進(jìn)料端和出料端的調(diào)節(jié)器進(jìn)口管道和調(diào)節(jié)器出口管道、設(shè)于調(diào)節(jié)器進(jìn)口管道上的第五逆止閥、連接調(diào)節(jié)器進(jìn)口管道的分配器、連接分配器的逆止閥進(jìn)口管道、設(shè)于逆止閥進(jìn)口管道上的第一溫壓感應(yīng)器和流量計(jì)、設(shè)于調(diào)節(jié)器出口管道上的第五調(diào)節(jié)閥和第二溫壓感應(yīng)器、連接調(diào)節(jié)器出口管道的調(diào)節(jié)閥出口管道。

優(yōu)選地，所述渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)和所述冷卻機(jī)之間設(shè)有回?zé)崞鳎鰷u輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)的低壓co2流體出口連接所述回?zé)崞鞯牡蛪毫黧w進(jìn)口,所述回?zé)崞鞯牡蛪毫黧w出口連接所述冷卻機(jī)的進(jìn)口,所述冷卻機(jī)的出口連接所述co2壓縮機(jī)的進(jìn)口,所述co2壓縮機(jī)的出口連接所述回?zé)崞鞯母邏毫黧w進(jìn)口、所述液化co2儲存罐的進(jìn)口，所述回?zé)崞鞯母邏毫黧w出口連接所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置的co2流體入口。

本發(fā)明還提出一種利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)，包括以下步驟：

s1，液態(tài)co2泵送：

以高壓泵/壓縮機(jī)將液態(tài)co2儲存罐中的低壓液態(tài)co2流體連續(xù)壓入地?zé)崮躢o2蓄能裝置；

s2，一級蓄能：

所述低壓液態(tài)co2流體進(jìn)入所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置內(nèi)與50～150℃地?zé)崴M(jìn)行熱交換，所述低壓液態(tài)co2流體吸收地?zé)崴疅崃亢筠D(zhuǎn)化為熱態(tài)超臨界co2流體；

s3，二、三級蓄能：

使所述熱態(tài)超臨界co2流體先進(jìn)入集光co2蓄能裝置吸收蓄集100～300℃的日光熱能，然后進(jìn)入透鏡聚能裝置中吸收蓄集300～1000℃的高溫?zé)崮?，轉(zhuǎn)換為高蓄能密度的高壓熱態(tài)co2流體；

s4，穩(wěn)流與發(fā)電：

將多組所述高壓熱態(tài)co2流體送入穩(wěn)流調(diào)節(jié)器調(diào)整為等壓超臨界co2流體，等壓超臨界co2流體穩(wěn)定供給渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)做功驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，所述渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)做功釋能后排出低壓co2流體；

s5，循環(huán)：

將經(jīng)步驟s4排出的低壓co2流體依次通過冷卻器和co2壓縮機(jī)進(jìn)行冷卻壓縮后，送入液化co2儲存罐進(jìn)行存儲供循環(huán)使用。

優(yōu)選地，所述步驟s5包括：使所述低壓co2流體通過回?zé)崞鞯牡蛪毫黧w通道后依次進(jìn)入冷卻機(jī)和co2壓縮機(jī)，經(jīng)冷卻壓縮后的高壓低溫co2流體一部分進(jìn)入回?zé)崞鞯母邏毫黧w通道對低壓流體通道內(nèi)的低壓液態(tài)co2流體進(jìn)行預(yù)冷后流入所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置內(nèi)，另一部分送回所述液態(tài)co2儲存罐中循環(huán)使用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果：

一、本發(fā)明充分利用了我國豐富的地?zé)豳Y源和廣闊多樣化的地形地貌日照條件，選用我國廣闊地域易得的地?zé)崮苡绕涫堑責(zé)崴吞柲転槟茉?，以co2作為工作介質(zhì)，通過地?zé)崮躢o2蓄能裝置實(shí)現(xiàn)對地?zé)崴臒崮芪?，通過太陽能co2蓄能裝置實(shí)現(xiàn)對太陽能的采集，不僅實(shí)現(xiàn)了地?zé)崴疅崮芎吞柲艿牡屯顿Y、低成本利用，而且整個裝備系統(tǒng)工藝流程簡單，設(shè)備系統(tǒng)占地小。

二、本發(fā)明所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置是采用co2工質(zhì)的熱交換器對地?zé)崴械臒崮苓M(jìn)行熱交換，而現(xiàn)有的利用co2作為工質(zhì)進(jìn)行發(fā)電的裝置是將液化co2壓入地?zé)釋釉購牧硪惶庛@井用管道引出，具有投資大、能耗高的問題，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且減少了利用過程中的能量消耗，運(yùn)行費(fèi)用低；而且通過與太陽能co2蓄能裝置的聯(lián)合使用，整個設(shè)備操控簡單可靠，具有良好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

三、現(xiàn)有的利用地?zé)岚l(fā)電的技術(shù)主要是利用100℃～150℃的中溫地?zé)豳Y源和大于150℃的高溫地?zé)豳Y源進(jìn)行發(fā)電，而還沒有出現(xiàn)對低于100℃的低溫地?zé)豳Y源進(jìn)行發(fā)電利用的技術(shù)，本發(fā)明則通過低壓co2流體對低溫地?zé)釤崮苓M(jìn)行吸收，再通過太陽能co2蓄能裝置進(jìn)行進(jìn)一步地升溫，不僅實(shí)現(xiàn)了對低溫地?zé)豳Y源的開發(fā)利用，而且所述太陽能co2蓄能裝置先后采用集光co2蓄能裝置和透鏡聚能裝置獲取太陽能產(chǎn)生的高溫能源，實(shí)現(xiàn)了低溫(50℃～100℃)—中溫(100℃～300℃)—高溫(300℃～1000℃)的三級蓄能，獲得超臨界co2循環(huán)高效率發(fā)電所需的高溫能源條件，熱能利用率高，產(chǎn)能高。

四、本發(fā)明通過穩(wěn)流調(diào)節(jié)器將若干套三級co2蓄能裝置或若干套地?zé)崮躢o2蓄能裝置產(chǎn)生的不同溫度、不同壓力、不同能量密度的超臨界co2流體調(diào)整為等壓熱態(tài)超臨界co2流體，以等壓熱態(tài)超臨界co2流體穩(wěn)定供給渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)做功驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，保證了發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行工況和電能輸出穩(wěn)定可靠。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)中臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)中井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖1提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)中太陽能co2蓄能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例三提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明的附圖標(biāo)號說明：

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提出一種利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)中臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)中井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖1提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)中太陽能co2蓄能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

請參閱圖1至圖4，利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)主要采用地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a、太陽能co2蓄能裝置3b、穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4,還包括液化co2儲存罐1、高壓泵/壓縮機(jī)2、渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)5、發(fā)電機(jī)6、回?zé)崞?、冷卻機(jī)8、co2壓縮機(jī)9；所述液化co2儲存罐1的出口連接所述高壓泵/壓縮機(jī)2的進(jìn)口,所述高壓泵/壓縮機(jī)2的出口連接所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a的co2流體入口,所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a用于使低壓液態(tài)co2流體吸收50～150℃地?zé)崴臒崃亢筠D(zhuǎn)化為熱態(tài)超臨界co2流體；

所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a的co2流體出口連接所述太陽能co2蓄能裝置3b的低溫端進(jìn)口,所述太陽能co2蓄能裝置3b包括吸收100～300℃日光熱能的集光co2蓄能裝置3b1和吸收300～1000℃高溫?zé)崮艿耐哥R聚能裝置3b2，用于使所述熱態(tài)超臨界co2流體吸收太陽能熱能轉(zhuǎn)化為不同溫度、不同壓力、不同熱能密度的高壓熱態(tài)超臨界co2流體；

所述太陽能co2蓄能裝置3b的高壓co2流體出口連接所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4的進(jìn)口，所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4用于將所述不同溫度、不同壓力、不同熱能密度的高壓熱態(tài)超臨界co2流體轉(zhuǎn)化為等壓超臨界co2流體；所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4的出口連接所述渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)5的進(jìn)口,所述渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)5與所述發(fā)電機(jī)6軸連接；

所述渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)5的低壓co2流體出口依次連接所述冷卻機(jī)8、co2壓縮機(jī)9、液化co2儲存罐1。

本發(fā)明先以高壓泵/壓縮機(jī)2將液化co2儲存罐1中的液態(tài)co2壓送入地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a中；然后在地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a中，液態(tài)co2與50～100℃的地?zé)崴M(jìn)行熱交換，液態(tài)co2直接吸收地?zé)崴疅崮?，降溫后的地?zé)崴闪硪谎鄣責(zé)峋毓嗟降叵?；液態(tài)co2吸收地?zé)崴?0℃～100℃熱能轉(zhuǎn)化為熱態(tài)超臨界co2流體后，再送入太陽能co2蓄能裝置3b中，先經(jīng)太陽能co2蓄能裝置3b的集光co2蓄能裝置3b1吸收蓄集100℃～300℃的日光熱能后，再進(jìn)入透鏡聚能裝置3b2繼續(xù)吸收凸透鏡聚焦陽光產(chǎn)生的300℃～1000℃高溫?zé)崮?，轉(zhuǎn)化為高蓄能密度的高壓熱態(tài)超臨界co2流體；然后，將透鏡聚能裝置3b2產(chǎn)生的波動的和/或不同溫度不同熱能密度的高壓熱態(tài)co2流體送入穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4，經(jīng)穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4調(diào)整為等壓超臨界co2流體，等壓超臨界co2流體穩(wěn)定供給渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)5作功驅(qū)動發(fā)電機(jī)6發(fā)電，產(chǎn)生的電力經(jīng)供配電裝置調(diào)控供生活/生產(chǎn)之用或供電網(wǎng)外賣；渦輪機(jī)或活塞式膨脹機(jī)5作功釋能后排出低壓co2流體經(jīng)回?zé)崞?回收余熱后，經(jīng)冷卻器8冷卻和co2壓縮機(jī)9壓縮后，送入液化co2儲存罐1中供循環(huán)蓄能發(fā)電。

一方面，本發(fā)明充分利用了我國豐富的地?zé)豳Y源和廣闊多樣化的地形地貌日照條件，選用我國廣闊地域易得的地?zé)崮苡绕涫堑責(zé)崴吞柲転槟茉?，以co2作為工作介質(zhì)，通過地?zé)崮躢o2蓄能裝置實(shí)現(xiàn)對地?zé)崴臒崮芪?，通過太陽能co2蓄能裝置實(shí)現(xiàn)對太陽能的采集，不僅實(shí)現(xiàn)了地?zé)崴疅崮芎吞柲艿牡屯顿Y、低成本利用，而且整個裝備系統(tǒng)工藝流程簡單，設(shè)備系統(tǒng)占地小。

另一方面，本發(fā)明所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置是采用co2工質(zhì)的熱交換器對地?zé)崴械臒崮苓M(jìn)行熱交換，而現(xiàn)有的利用co2作為工質(zhì)進(jìn)行發(fā)電的裝置是將液化co2壓入地?zé)釋釉購牧硪惶庛@井用管道引出，具有投資大、能耗高的問題，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且減少了利用過程中的能量消耗，運(yùn)行費(fèi)用低；而且通過與太陽能co2蓄能裝置的聯(lián)合使用，整個設(shè)備操控簡單可靠，具有良好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

再一方面，現(xiàn)有的利用地?zé)岚l(fā)電的技術(shù)主要是利用100℃～150℃的中溫地?zé)豳Y源和大于150℃的高溫地?zé)豳Y源進(jìn)行發(fā)電，而還沒有出現(xiàn)對低于100℃的低溫地?zé)豳Y源進(jìn)行發(fā)電利用的技術(shù)，本發(fā)明則通過低壓co2流體對低溫地?zé)釤崮苓M(jìn)行吸收，再通過太陽能co2蓄能裝置進(jìn)行進(jìn)一步地升溫，不僅實(shí)現(xiàn)了對低溫地?zé)豳Y源的開發(fā)利用，而且所述太陽能co2蓄能裝置先后采用集光co2蓄能裝置和透鏡聚能裝置獲取太陽能產(chǎn)生的高溫能源，實(shí)現(xiàn)了低溫(50℃～100℃)—中溫(100℃～300℃)—高溫(300℃～1000℃)的三級蓄能，獲得超臨界co2循環(huán)高效率發(fā)電所需的高溫能源條件，熱能利用率高，產(chǎn)能高。

由此，通過本清潔發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用，可有效減少燃煤應(yīng)用，還可有效降減日益增長的煤電生產(chǎn)對環(huán)境的巨大污染，有益于ccs技術(shù)的推廣應(yīng)用和全球應(yīng)對氣候變化的碳減排行動，可避免co2的深層地質(zhì)封存和深海封存對地球環(huán)境造成的不可預(yù)期的影響，如液化co2將地質(zhì)層甲烷和深海水合物甲烷大規(guī)模置換進(jìn)入地球大氣圈可能造成的災(zāi)難性風(fēng)險(xiǎn)。

還一方面，本發(fā)明通過穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4將若干套三級co2蓄能裝置或若干套地?zé)崮躢o2蓄能裝置產(chǎn)生的不同溫度、不同壓力、不同能量密度的超臨界co2流體調(diào)整為等壓熱態(tài)超臨界co2流體，以等壓熱態(tài)超臨界co2流體穩(wěn)定供給渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)5做功驅(qū)動發(fā)電機(jī)6發(fā)電，保證了發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行工況和電能輸出穩(wěn)定可靠。

進(jìn)一步地，所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a包括一臺或并聯(lián)設(shè)置的多臺臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置、一臺或并聯(lián)設(shè)置的多臺井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置、并聯(lián)設(shè)置的一臺或多臺臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置和一臺或多臺井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置。

所述臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置和井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置的數(shù)量可根據(jù)具體地地理?xiàng)l件靈活配置選用。

進(jìn)一步地，所述臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a，包括第一支架3a2和固定于第一支架3a2上的臺式co2蓄能機(jī)構(gòu)3a3，所述臺式co2蓄能機(jī)構(gòu)3a3包括臺式殼體3a31、設(shè)于臺式殼體3a31兩端的第一地?zé)崴M(jìn)口管道和第一地?zé)崴隹诠艿?、設(shè)于第一地?zé)崴M(jìn)口管道上的第一地?zé)崴M(jìn)口管道閥3a32、設(shè)于第一地?zé)崴隹诠艿郎系牡谝坏責(zé)崴隹诠艿篱y3a33、設(shè)于臺式殼體3a31內(nèi)的第一熱交換器3a34、設(shè)于第一熱交換器3a34進(jìn)口管道上的第一逆止閥3a35、設(shè)于第一熱交換器3a34出口管道上的的第一調(diào)節(jié)閥3a36，所述第一地?zé)崴M(jìn)口管道通過地?zé)岜?a1連通地?zé)崴?。所述第一逆止閥3a35和第一調(diào)節(jié)閥3a36固定于所述臺式殼體3a31外。

進(jìn)一步地，所述井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a’，包括第二支架3a’4、懸置于地?zé)崴畠?nèi)的第二熱交換器3a’1、設(shè)于第二熱交換器3a’1進(jìn)口管道上的第二逆止閥3a’2、設(shè)于第二熱交換器3a’1出口管道上的第二調(diào)節(jié)閥3a’3。

其中，所述第一熱交換器3a34、所述第二熱交換器3a’1為箱式熱交換器和/或板式熱交換器和/或盤式/螺旋繞管式空心管熱交換器和/列管式熱交換器，工作介質(zhì)為co2流體。

進(jìn)一步地，所述集光co2蓄能裝置3b1包括第三支架3b11、設(shè)于第三支架3b11上的中溫蓄能機(jī)構(gòu)3b12、設(shè)于第三支架3b11周圍的若干反射機(jī)構(gòu)3b13、設(shè)于中溫蓄能機(jī)構(gòu)3b12進(jìn)口管道上的第三逆止閥3b14、設(shè)于中溫蓄能機(jī)構(gòu)3b12出口管道上的第三調(diào)節(jié)閥3b15和第一安全閥3b16，所述反射機(jī)構(gòu)3b13用于將太陽光能聚集至所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)3b12的集光面上；所述透鏡聚能裝置3b2包括第四支架3b21、設(shè)于第四支架3b21上的高溫蓄能機(jī)構(gòu)3b22、設(shè)于第四支架3b21周圍的若干凸透鏡機(jī)構(gòu)3b23、設(shè)于高溫蓄能機(jī)構(gòu)3b22進(jìn)口管道上的第四逆止閥3b24、設(shè)于高溫蓄能機(jī)構(gòu)3b22出口管道上的第四調(diào)節(jié)閥3b25和第二安全閥3b26，所述凸透鏡機(jī)構(gòu)3b23用于將太陽光能聚焦至所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)3b22的聚光面上；所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)3b22的進(jìn)口管道連接所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)3b12的出口管道。

其中，所述集光co2蓄能裝置3b1和所述透鏡聚能裝置3b2可以集中于一處放置，或者分開放置。

更進(jìn)一步地，所述中溫蓄能機(jī)構(gòu)3b12包括設(shè)于蓄熱材料中的第三熱交換器，所述反射機(jī)構(gòu)3b13包括鏡面反射片，所述第三熱交換器的集光面與所述鏡面反射片相對，所述第三熱交換器的非集光面包覆有隔熱材料；所述高溫蓄能機(jī)構(gòu)3b22包括設(shè)于蓄熱材料中的第四交換器，所述凸透鏡機(jī)構(gòu)3b23包括凸透鏡，所述第四交換器的聚光面與所述凸透鏡相對，所述第四交換器的非聚光面包覆有發(fā)熱材料。

所述集光co2蓄能裝置3b1的出口與透鏡聚能裝置3b2的進(jìn)口相連，所述集光co2蓄能裝置3b1中，采用若干個鏡面反射片將太陽光能聚集至第三熱交換器的集光面；所述的透鏡聚能裝置3b2中，采用若干個凸透鏡機(jī)構(gòu)將太陽光能聚焦至第四熱交換器的聚光面，由此實(shí)現(xiàn)中溫?zé)崮芎透邷責(zé)崮艿男罴?；所述的集光co2蓄能裝置和透鏡聚能裝置構(gòu)成一套太陽能co2蓄能裝置，太陽能co2蓄能裝置及其集光co2蓄能裝置和透鏡聚能裝置可并聯(lián)使用，且所述太陽能co2蓄能裝置可以為一個或多個。

進(jìn)一步地，所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4包括第五支架45、固定于第五支架45上的調(diào)節(jié)器殼體41、設(shè)于調(diào)節(jié)器殼體41內(nèi)的導(dǎo)流混合機(jī)構(gòu)42、分別設(shè)于調(diào)節(jié)器殼體41進(jìn)料端和出料端的調(diào)節(jié)器進(jìn)口管道43和調(diào)節(jié)器出口管道44、設(shè)于調(diào)節(jié)器進(jìn)口管道43上的第五逆止閥434、連接調(diào)節(jié)器進(jìn)口管道43的分配器433、連接分配器433的逆止閥進(jìn)口管道435、設(shè)于逆止閥進(jìn)口管道435上的第一溫壓感應(yīng)器431和流量計(jì)432、設(shè)于調(diào)節(jié)器出口管道44上的第五調(diào)節(jié)閥441和第二溫壓感應(yīng)器442、連接調(diào)節(jié)器出口管道44的調(diào)節(jié)閥出口管道443。

由于所述太陽能co2蓄能裝置3b包括是通過多個集光裝置和聚光裝置進(jìn)行太陽能蓄集，因此從所述太陽能co2蓄能裝置3b流體出口排出的高壓熱態(tài)co2流體溫度是波動的變化的，是具有不同溫度和不同熱能密度，通過所述穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4能夠?qū)⒃摬▌拥牟煌瑴囟鹊牟煌瑹崮苊芏鹊母邏簾釕B(tài)co2流體調(diào)整為穩(wěn)定的等壓超臨界co2流體，保障了發(fā)電的穩(wěn)定性。

本發(fā)明還提出一種利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電方法，包括以下步驟：

s1，液態(tài)co2泵送：

以高壓泵/壓縮機(jī)將液態(tài)co2儲存罐中的低壓液態(tài)co2流體連續(xù)壓入地?zé)崮躢o2蓄能裝置；

s2，一級蓄能：

所述低壓液態(tài)co2流體進(jìn)入所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置內(nèi)與50～150℃地?zé)崴M(jìn)行熱交換，所述低壓液態(tài)co2流體吸收地?zé)崴疅崃亢筠D(zhuǎn)化為熱態(tài)超臨界co2流體；

s3，二、三級蓄能：

使所述熱態(tài)超臨界co2流體先進(jìn)入集光co2蓄能裝置吸收蓄集100～300℃的日光熱能，然后進(jìn)入透鏡聚能裝置中吸收蓄集300～1000℃的高溫?zé)崮埽D(zhuǎn)換為高蓄能密度的高壓熱態(tài)co2流體；

s4，穩(wěn)流與發(fā)電：

將多組所述高壓熱態(tài)co2流體送入穩(wěn)流調(diào)節(jié)器調(diào)整為等壓超臨界co2流體，等壓超臨界co2流體穩(wěn)定供給渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)做功驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，所述渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)做功釋能后排出低壓co2流體；

s5，循環(huán)：

將經(jīng)步驟s4排出的低壓co2流體依次通過冷卻器和co2壓縮機(jī)進(jìn)行冷卻壓縮后，送入液化co2儲存罐進(jìn)行存儲供循環(huán)使用。

進(jìn)一步地，所述步驟s5包括：使所述低壓co2流體通過回?zé)崞鞯牡蛪毫黧w通道后依次進(jìn)入冷卻機(jī)和co2壓縮機(jī)，經(jīng)冷卻壓縮后的高壓低溫co2流體一部分進(jìn)入回?zé)崞鞯母邏毫黧w通道對低壓流體通道內(nèi)的低壓液態(tài)co2流體進(jìn)行預(yù)冷后流入所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a內(nèi)，另一部分送回所述液態(tài)co2儲存罐中循環(huán)使用。

由此使得，所述渦輪機(jī)/活塞式膨脹機(jī)排出的低壓co2流體可以先進(jìn)入回?zé)崞?進(jìn)行預(yù)冷，不僅避免了高溫可能發(fā)生的汽化，減輕了冷卻機(jī)吸收有害過熱，改善了co2壓縮機(jī)的工作條件，同時一部分冷卻后的co2流體與該低壓co2流體進(jìn)行熱交換，使得冷卻的co2流體又可以吸收熱量重新輸至所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a中蓄能發(fā)電，避免了熱能的損失，實(shí)現(xiàn)了熱能的充分利用。

不限定地，本發(fā)明在正常發(fā)電的過程中，可以關(guān)閉液態(tài)co2儲存罐1和高壓泵/壓縮機(jī)2。

進(jìn)一步地，所述步驟s2中，所述低壓液態(tài)co2流體進(jìn)入所述地?zé)崮躢o2蓄能裝置進(jìn)行低溫蓄能包括如下方式：s21，通過地?zé)岜脤⒌責(zé)崴械牡責(zé)崴萌肱_式地?zé)崮躢o2蓄能裝置中與所述低壓液態(tài)co2流體進(jìn)行熱交換；s22，將所述低壓液態(tài)co2流體送入井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置中直接與地?zé)崴械牡責(zé)崴M(jìn)行熱交換；s23，方式s21和方式s22聯(lián)合使用。

實(shí)施例二

圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

請參閱圖5，本實(shí)施例二與實(shí)施例一的不同之處在于：

本實(shí)施例二采用一臺臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a，所述高壓泵/壓縮機(jī)2的出口與臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a的co2流體進(jìn)口相連通，所述臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a的co2流體出口與兩個太陽能co2蓄能裝置3b/3b’的低溫端進(jìn)口相連通，所述太陽能co2蓄能裝置3b的高壓co2流體出口、另一太陽能co2蓄能裝置3b’的高壓co2流體出口分別與穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4的進(jìn)口相連通。

實(shí)施例三

圖6為本發(fā)明實(shí)施例三提出的利用地?zé)崮芎吞柲艿那鍧嵃l(fā)電裝備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

請參閱圖6，本實(shí)施例三與實(shí)施例一的不同之處在于：

本實(shí)施例三采用一臺臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a和一臺井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a’并聯(lián)組成，所述高壓泵/壓縮機(jī)2的出口分別與臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a的co2流體進(jìn)口和井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a’的co2流體進(jìn)口相連通，所述臺式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a的co2流體出口與所述太陽能co2蓄能裝置3b的低溫端進(jìn)口相連通，所述井式地?zé)崮躢o2蓄能裝置3a’的co2流體出口與另一太陽能co2蓄能裝置3b’的低溫端進(jìn)口相連通，所述太陽能co2蓄能裝置3b的高壓co2流體出口、另一太陽能co2蓄能裝置3b’的高壓co2流體出口分別與穩(wěn)流調(diào)節(jié)器4的進(jìn)口相連通。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思下，利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。