水力發(fā)電及地?zé)崮芟到y(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】水力發(fā)電及地?zé)崮芟到y(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年4月27日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/639，507的優(yōu)先權(quán)，其整體地通過(guò)參引并入本文。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]描述了一種系統(tǒng)，在一些實(shí)施方式中，該系統(tǒng)由從表面到地下的熱深區(qū)域的管或井孔、從該點(diǎn)到遠(yuǎn)離該第一點(diǎn)的另一點(diǎn)的穿過(guò)熱深區(qū)域的另一管或井孔、以及從該遠(yuǎn)端點(diǎn)到表面的第三管或井孔組成。當(dāng)被連接時(shí)，所有三者均是同一系統(tǒng)的部分。
[0004]在該系統(tǒng)中，流體將大致通過(guò)重力在第一井孔或管中從表面向熱深區(qū)域流過(guò)，并且在此過(guò)程中將造成安裝在井孔或管內(nèi)的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而產(chǎn)生電力，電力將通過(guò)電線返回到表面。
[0005]此后流體將通過(guò)第二井孔或管流入熱深區(qū)域。當(dāng)例如該井孔或管大致滿時(shí)，在第一井孔或管中定位在渦輪下方的閥將關(guān)閉，將系統(tǒng)的該部分封閉。定位在第二井孔或管與第三返回管相遇的點(diǎn)處的另一閥也將關(guān)閉，將流體封閉。
[0006]第二井孔或管中的流體將被周圍的巖石加熱直到其達(dá)到超過(guò)沸騰的適當(dāng)溫度。當(dāng)已經(jīng)達(dá)到之后，第二閥將打開，使得由地下熱產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)可以是隔絕的第三井孔或管上升到表面，蒸汽可被用于使另一渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生更多的電能。
[0007]當(dāng)該循環(huán)完成時(shí)，將按照上文所述重新開始。具有若干可使該系統(tǒng)更加有用并具有成本效益的實(shí)施方式，例如:
[0008]1.在一些案例中，最初用于其它目的而鉆的現(xiàn)存的井可被用于將流體發(fā)送到深處或使其返回或者兩者兼有，從而減少所要求的新的井孔或管以及系統(tǒng)的成本。
[0009]2.在一些案例中，該現(xiàn)存的井可以是豎直的和水平的，例如在一些壓裂井(fracking well)中。
[0010]3.在一些案例中，現(xiàn)存的壓裂流體可用作該系統(tǒng)中的輸入流體，并且可通過(guò)轉(zhuǎn)換成蒸汽而在質(zhì)量上得以提高。
[0011]4.在一些案例中，輸入流體可以部分由C02組成。在深處的熱巖石是石灰石或相關(guān)巖石類型的情況下，將除去或降低co2，同時(shí)由于CO2與巖石之間的反應(yīng)而擴(kuò)大井孔或管的尺寸。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，系統(tǒng)包括流體連通通道，該流體連通通道包括:第一部分，該第一部分從地表面向地下熱區(qū)域延伸；第二部分，該第二部分與第一部分連接并且與地下熱區(qū)域熱連通；以及第三部分，該第三部分與第二部分連接并且延伸至地表面。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括第一渦輪發(fā)電機(jī)和第二渦輪發(fā)電機(jī)。第一渦輪發(fā)電機(jī)構(gòu)造成將流體連通通道的第一部分中的大致在重力的影響下流動(dòng)的流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。第二渦輪發(fā)電機(jī)構(gòu)造成將在流體連通通道的第三部分內(nèi)流動(dòng)或者流出第三部分的蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。該系統(tǒng)還包括閥裝置，該閥裝置構(gòu)造成用于操控，以將流體保持在流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分中從而產(chǎn)生蒸汽。
[0013]根據(jù)另一方面，方法包括能夠使流體大致在重力的影響下通過(guò)流體連通通道的第一部分朝向流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分流動(dòng)。該方法還包括利用第一渦輪發(fā)電機(jī)將流動(dòng)通過(guò)流體連通通道的第一部分的流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。操控閥裝置從而將流體保持在流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分中一段時(shí)間。將流體從流體連通通道的第二部分中釋放，以蒸汽的形式流動(dòng)通過(guò)流體連通通道的第三部分。該方法還包括利用第二渦輪發(fā)電機(jī)將在流體連通通道的第三部分內(nèi)流動(dòng)或流出第三部分的蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。
[0014]另外的方面，特征和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)以下詳細(xì)的說(shuō)明、附圖以及權(quán)利要求而顯而易見。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是示出了水力發(fā)電及地?zé)嵯到y(tǒng)的示例實(shí)施方式的示意圖。
[0016]圖2是示出了水力發(fā)電及地?zé)嵯到y(tǒng)200的示例實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，水力發(fā)電及地?zé)嵯到y(tǒng)100包括流體連通通道102，流體連通通道102具有:從地表面104向地下熱區(qū)域106 (例如熱干巖)延伸的第一部分102a ;與第一部分102a連接并且與地下熱區(qū)域106熱連通的第二部分102b ；以及與第二部分連接并延伸至地表面的第三部分102c。
[0018]第一渦輪發(fā)電機(jī)108a構(gòu)造成將流體連通通道102的第一部分102a中的大致在重力的影響下流動(dòng)的流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。電能能夠經(jīng)由電線IlOa輸送至電分配面板112a，電分配面板112a在示出的實(shí)施方式中位于地表面上方。
[0019]第二渦輪發(fā)電機(jī)108b構(gòu)造成將流體連通通道102的第三部分102c內(nèi)流動(dòng)的蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。電能能夠經(jīng)由電線IlOb輸送至電分配面板112b，電分配面板112b在示出的實(shí)施方式中位于地表面上方。
[0020]在一些實(shí)施方式中，來(lái)自第一渦輪發(fā)電機(jī)和第二渦輪發(fā)電機(jī)的電能被輸送至電分配面板。
[0021]在示出的實(shí)施方式中包括第一閥114a和第二閥114b的閥裝置構(gòu)造成用于操控以將流體保持在流體連通通道102的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分102b中從而產(chǎn)生蒸汽。
[0022]在示出的實(shí)施方式中，第一閥114a位于流體連通通道的與地下熱區(qū)熱連通的第二部分的一部分的上游，第二閥114b位于流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分的所述部分的下游。
[0023]另外，第一閥114a在流體連通通道的第一部分102a中位于第一渦輪發(fā)電機(jī)IlOa的下游，而第二閥114b在流體連通通道的第三部分102c中位于第二渦輪發(fā)電機(jī)108b的上游。
[0024]在一些實(shí)施方式中，第一閥114a和第二閥114b的操作是自動(dòng)的，使得當(dāng)?shù)谝婚y114a與第二閥114b之間的流體連通通道102中存在臨界量的流體時(shí)，第一閥114a和第二閥114b關(guān)閉。另外，在一些實(shí)施方式中，第二閥114b的操作是進(jìn)一步自動(dòng)的，使得在臨界狀態(tài)下，在第一閥和第二閥已經(jīng)關(guān)閉一段時(shí)間之后，第二閥114b打開，從而允許在第一閥114a與第二閥114b之間的流體連通通道102中已形成的蒸汽通過(guò)流體連通通道的第三部分102c向上流動(dòng)。
[0025]如所示出的，流體連通通道的第二部分102c與地下熱區(qū)域106物理接觸。
[0026]在某些實(shí)施方式中，第二渦輪發(fā)電機(jī)108b能夠位于地表面104的上方。
[0027]示出的系統(tǒng)100包括位于流體連通通道的第三部分102c與流體連通通道的第一部分102a之間的蒸汽冷凝單元120 (蒸汽冷凝單元120能夠是利用余熱或者使得蒸汽冷凝的任何形式的單元)。
[0028]在一些實(shí)施方式中，地下熱區(qū)域是熱干巖。然而，地下熱區(qū)域可以是能夠向流體連通通道的第二部分102b中的流體提供充足熱量的任何區(qū)域，所述熱量造成流體至少部分地蒸發(fā)使得其隨后能夠通過(guò)流體連通通道的第三部分沿著向上的方向流動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)第二渦輪發(fā)電機(jī)108b。
[0029]在典型的實(shí)施方式中，圖1的系統(tǒng)100能夠如下操作。
[0030]系統(tǒng)100能夠使流體大致在重力的影響下通過(guò)流體連通通道的第一部分朝向流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分流動(dòng)。系統(tǒng)利用第一渦輪發(fā)電機(jī)將流動(dòng)通過(guò)流體連通通道的第一部分的流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。能夠操控(手動(dòng)或自動(dòng))閥裝置以將流體保持在流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分中一段時(shí)間。另外，流體能夠被從流體連通通道的第二部分中釋放，以蒸汽的形式流動(dòng)通過(guò)流體連通通道的第三部分；并且系統(tǒng)能夠利用第二渦輪發(fā)電機(jī)將在流體連通通道的第三部分內(nèi)流動(dòng)或流出第三部分的蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。
[0031]如圖2所示，水力發(fā)電及地?zé)嵯到y(tǒng)200包括具有第一部分102a和第二部分102b的流體連通通道102，第一部分102a從地表面向地下熱區(qū)域106 (例如，熱干巖)延伸，第二部分102b與第一部分連接并與地下熱區(qū)域106熱連通。
[0032]渦輪發(fā)電機(jī)108構(gòu)造成將流體連通通道的第一部分中的大致在重力的影響下流動(dòng)的流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能；并且將在流體連通通道的第一部分中流動(dòng)的蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。
[0033]閥裝置(S卩，閥114)構(gòu)造成用于操控以將流體保持在流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分中從而產(chǎn)生蒸汽。在示出的示例中，閥位于渦輪發(fā)電機(jī)114與流體連通通道102的與地下熱區(qū)域106熱連通的第二部分102b之間。
[0034]在一些實(shí)施方式中，閥114的操作是自動(dòng)的，使得當(dāng)流體連通通道102的第二部分102b中存在臨界量的流體時(shí)，閥114關(guān)閉。在一些實(shí)施方式中，閥114的操作是進(jìn)一步自動(dòng)的，使得在臨界狀態(tài)