地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)及地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，還涉及地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的以二氧化碳為工質(zhì)的地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)通過采用抽氣壓縮回熱提高系統(tǒng)的熱效率，其原因在于:二氧化碳的比熱容隨著壓力的變化有較大的差異，例如，在200攝氏度內(nèi)，15MPa的二氧化碳和8MPa的二氧化碳的比熱容相差較大。這樣，采用簡單回熱循環(huán)時，高壓低溫二氧化碳和低壓高溫二氧化碳在換熱器中的熱容(質(zhì)量流量和比熱容的乘積)相差較大，則傳熱溫差會加大，系統(tǒng)的傳熱不可逆性加大。采用從低壓乏汽中抽氣壓縮后回熱和部分冷卻的方法，可以降低高壓側(cè)的熱容以使之與低壓側(cè)的二氧化碳的熱容相匹配，減少傳熱溫差，從而使得透平出口的乏汽中的熱量通過回熱得到盡可能的利用。
[0003]但是抽氣壓縮回熱的實現(xiàn)需要壓縮機在高溫高壓下高效運行。具體而言，在超臨界流體布雷頓循環(huán)中，抽氣壓縮回熱用的壓縮機的工作環(huán)境非常惡劣，雖然壓比不大，但二氧化碳的絕熱指數(shù)大，二氧化碳的壓縮終態(tài)的溫度可能高達200攝氏度，運行壓力也在20MPa以上，這給壓縮機的設(shè)計和制造帶來了許多問題。
[0004]目前，在高溫高壓下高效運行的壓縮機還未商業(yè)化，從而導致利用抽氣壓縮回熱來提高現(xiàn)有的地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的熱效率的方法還停留在實驗室階段。即便以后制造出在高溫高壓下高效運行的壓縮機，也會極大地增加地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的制造難度、制造成本和運行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請是基于發(fā)明人對以下事實和問題的發(fā)現(xiàn)和認識作出的:二氧化碳經(jīng)過注入井的注入過程，熱儲層中的吸熱過程以及產(chǎn)出井的產(chǎn)出過程以后，相比于注入井，二氧化碳在產(chǎn)出井井口的溫度和壓力皆高于注入井的注入溫度和壓力。也就是說，隨著溫度的變化，二氧化碳的密度變化比較大，這使得增強型地熱系統(tǒng)不僅對二氧化碳起到了一個熱源的加熱作用，而且起到了一個壓縮機的壓縮作用。在相同注入壓力和透平出口壓力下，產(chǎn)出井產(chǎn)出的二氧化碳的溫度和壓力隨著熱儲層深度的增加而提高。
[0006]因此，可以利用增強型地熱系統(tǒng)的加熱和壓縮作用，來取代太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮機(即【背景技術(shù)】部分提及的在高溫高壓下高效運行的壓縮機)。由于太陽能熱發(fā)電中需要不同品位的熱源，因此可以對熱儲層進行分層激發(fā)，由此不僅可以充分地利用注入和產(chǎn)出井，而且可以獲得不同品位的熱源。
[0007]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種具有制造成本低、熱效率高的優(yōu)點的地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明還提出一種利用所述地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)實施的地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電方法。
[0009]根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)包括:至少三個熱儲層，所述至少三個熱儲層沿上下方向間隔開地設(shè)置；至少三個注入井和至少三個產(chǎn)出井，所述至少三個注入井的出氣口與所述至少三個熱儲層——對應地相連以便向所述至少三個熱儲層注入二氧化碳，所述至少三個產(chǎn)出井的進氣口與所述至少三個熱儲層一一對應地相連以便輸出二氧化碳；至少三個地熱透平，所述至少三個地熱透平的進氣口——對應地與所述至少三個產(chǎn)出井的出氣口連通；氣體冷卻器，所述氣體冷卻器的進氣口與所述至少三個地熱透平的第一出氣口連通，所述氣體冷卻器的出氣口與所述至少三個注入井的進氣口連通；第一回熱器和第二回熱器，所述第一回熱器的高壓氣體進口與所述至少三個產(chǎn)出井中的位于最上方的一個的出氣口連通，所述第一回熱器的低壓氣體出口與所述氣體冷卻器連通，所述第二回熱器的高壓氣體進口與所述至少三個地熱透平中的一個的第二出氣口和所述第一回熱器的高壓氣體出口連通，所述第二回熱器的低壓氣體出口與所述第一回熱器的低壓氣體進口連通，其中所述至少三個地熱透平中的所述一個的進氣口與所述至少三個產(chǎn)出井中的除了位于最上方的一個之外的一個產(chǎn)出井的出氣口連通；太陽能接收器，所述太陽能接收器的進氣口與所述第二回熱器的高壓氣體出口連通；和太陽能透平，所述太陽能透平的進氣口與所述太陽能接收器的出氣口連通，所述太陽能透平的出氣口與所述第二回熱器的低壓氣體進口連通。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實施例的地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)具有制造成本低、熱效率高的優(yōu)點。
[0011]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)進一步包括至少三個壓縮機，所述至少三個壓縮機的進氣口與所述氣體冷卻器的出氣口連通，所述至少三個壓縮機的出氣口——對應地與所述至少三個注入井的進氣口連通。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述至少三個注入井包括上注入井、中注入井和下注入井，所述至少三個產(chǎn)出井包括至少一個上產(chǎn)出井、至少一個中產(chǎn)出井和至少一個下產(chǎn)出井，所述至少三個熱儲層包括與所述上注入井的出氣口和所述上產(chǎn)出井的進氣口相連的上熱儲層、與所述中注入井的出氣口和所述中產(chǎn)出井的進氣口相連的中熱儲層以及與所述下注入井的出氣口和所述下產(chǎn)出井的進氣口相連的下熱儲層，所述至少三個地熱透平包括第一地熱透平、第二地熱透平和第三地熱透平，所述第一地熱透平的進氣口與所述上產(chǎn)出井的出氣口連通，所述第二地熱透平的進氣口與所述中產(chǎn)出井的出氣口連通，所述第三地熱透平的進氣口與所述上產(chǎn)出井的出氣口連通。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一地熱透平的進氣口通過第一流量調(diào)節(jié)閥與所述上產(chǎn)出井的出氣口連通，所述第一回熱器的高壓氣體進口通過第二流量調(diào)節(jié)閥與所述上產(chǎn)出井的出氣口連通。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二回熱器的高壓氣體進口與所述第二地熱透平的第二出氣口連通，所述地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)進一步包括:第三回熱器，所述第三回熱器的高壓氣體進口與所述第三地熱透平的第二出氣口和所述第二回熱器的高壓氣體出口連通，所述第三回熱器的高壓氣體出口與所述太陽能接收器的進氣口連通，所述第三回熱器的低壓氣體進口與所述太陽能透平的出氣口連通，所述第三回熱器的低壓氣體出口與所述第二回熱器的低壓氣體進口連通。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二地熱透平的第二出氣口通過第三流量調(diào)節(jié)閥與所述第二回熱器的高壓氣體進口連通，所述第三地熱透平的第二出氣口通過第四流量調(diào)節(jié)閥與所述第三回熱器的高壓氣體進口連通。
[0017]根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的利用根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)實施的地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電方法，所述地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電方法包括以下步驟:提供所述至少三個熱儲層；通過所述至少三個注入井一一對應地向所述至少三個熱儲層內(nèi)注入二氧化碳，以便利用所述至少三個熱儲層對二氧化碳進行加熱；通過所述至少三個產(chǎn)出井一一對應地向所述至少三個地熱透平輸送被加熱的二氧化碳，二氧化碳在所述至少三個地熱透平中膨脹做功以便產(chǎn)生電能和第一二氧化碳乏汽；利用所述氣體冷卻器冷卻所述第一二氧化碳乏汽，然后通過所述至少三個注入井一一對應地向所述至少三個熱儲層內(nèi)注入所述第一二氧化碳；和在用電高峰時，通過所述至少三個產(chǎn)出井中的位于最上方的一個將一部分被加熱的二氧化碳輸送到所述第一回熱器內(nèi)，二氧化碳在所述第一回熱器內(nèi)被第二二氧化碳乏汽加熱，當所述至少三個地熱透平中的所述一個內(nèi)的二氧化碳膨脹到壓力等于所述至少三個產(chǎn)出井中的位于最上方的一個產(chǎn)出的二氧化碳的壓力時，所述至少三個地熱透平中的所述一個內(nèi)的二氧化碳的一部分被輸送到所述第二回熱器并在所述第二回熱器內(nèi)與來自所述第一回熱器的被加熱的二氧化碳一起被所述第二二氧化碳乏汽加熱，余下的二氧化碳繼續(xù)膨脹做功；然后所述第二回熱器內(nèi)的被加熱的二氧化碳進入到所述太陽能接收器內(nèi)并吸收太陽能以便達到運行溫度，最后達到運行溫度的二氧化碳進入到所述太陽能透平中并膨脹做功以便產(chǎn)生電能和所述第二二氧化碳乏汽。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電方法進一步包括利用所述至少三個壓縮機將冷卻后的所述第一二氧化碳乏汽壓縮到相應的預定壓力，然后通過所述至少三個注入井一一對應地向所述至少三個熱儲層內(nèi)注入相應的具有預定壓力的所述第一二氧化碳。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，注入到所述中注入井的二氧化碳的壓力大于注入到所述上注入井的二氧化碳的壓力且小于注入到所述下注入井的二氧化碳的壓力，注入到所述中注入井的二氧化碳的溫度大于注入到所述上注入井的二氧化碳的溫度且小于注入到所述下注入井的二氧化碳的溫度，注入到所述中注入井的二氧化碳的流量大于注入到所述上注入井的二氧化碳的流量且小于注入到所述下注入井的二氧化碳的流量，所述中產(chǎn)出井產(chǎn)出的二氧化碳的溫度大于所述上產(chǎn)出井產(chǎn)出的二氧化碳的溫度且小于所述下產(chǎn)出井產(chǎn)出的二氧化碳的溫度，所述中產(chǎn)出井產(chǎn)出的二氧化碳的壓力大于所述上產(chǎn)出井產(chǎn)出的二氧化碳的壓力且小于所述下產(chǎn)出井產(chǎn)出的二氧化碳的壓力。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述地熱和太陽能聯(lián)合發(fā)電方法進一步包括:當所述第三地熱透平內(nèi)的二氧化碳膨脹到壓力等于所述上產(chǎn)出井產(chǎn)出的二氧化碳的壓力時，所述第三地熱透平內(nèi)的二氧化碳的一部分被輸送到所述第三回熱器并在所述第三回熱器內(nèi)與來自所述第二回熱器的被加熱的二氧化碳一起被所述第二二氧化碳乏汽加熱，余下的二氧化碳繼續(xù)膨脹做功；和所述第三回熱器內(nèi)的被加熱的二氧化碳進入到所述太陽能接收器內(nèi)并吸收太陽能以便達到運行溫度。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一回熱器的高壓氣體出口處的二氧化碳的溫度等于從所述第二地熱透平輸送到所述第二回熱器的二氧化碳的溫度，所述第二回熱器的高壓氣體出口處的二氧化碳的溫度等于從所述第三地熱透平輸送到所述第三回熱器的