[发明专利]复合型冷源干热岩热电发电系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于地热发电领域，具体地，涉及一种复合型冷源干热岩热电发电系统与方法。

技术背景

地热能是储存于地球内部的一种巨大的天然资源，储量大且清洁无污染，长期以来受到世界各国的关注。开发和利用地热资源可实现节能减排、保护环境，被认为是解决雾霾的一种有效手段。目前主要开发和利用的是热水型和蒸汽型地热资源，常应用于供暖、养殖和发电等领域。相比而言，干热岩的开发刚刚兴起，但其储量远远高于已经得到广泛应用的热水型和蒸汽型地热资源。发电被认为是干热岩最主要的应用领域。

干热岩发电主要是通过水力压裂形成人工热储，然后通过注入井注入水或二氧化碳等工质，与人工热储进行能量交换后，从生产井中产出高温水或蒸汽，送入常规地热发电装置发电。这种方法需要至少需要一口注入井和一口生产井，储层需要进行人工压裂，并且运行期间需要不断注入循环工质水或二氧化碳。该技术的建造成本和运行成本较高。

随着材料技术的进步，热电发电技术逐渐兴起。当在导体或半导体两端分别施加不同的温度时，由于塞贝克效应，在高温部分和低温部分之间就会产生电动势。利用这种现象，使用热电发电元件就能将热能直接转换为电能。这种热电发电技术在汽车尾气废热发电、工业余热发电、太阳能发电等新能源领域得到广泛应用。

针对传统干热岩发电存在的问题，考虑到干热岩长期、稳定的热源供给，结合热电发电技术，提出一种复合型冷源干热岩热电发电系统与方法，不但能节省大量建造成本和运行成本，而且还能保证稳定的电能供给。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种复合型冷源干热岩热电发电系统与方法。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

复合型冷源干热岩热电发电系统，包括：冷却介质存储装置、冷却介质地面流动管线、冷却介质注入装置、井下热电发电模块、冷却介质流入管线、冷却介质流出管线、负极导线和正极导线；其特征在于，所述的井下热电发电模块位于井筒内，井下热电发电模块部分处于干热岩储层范围内、部分处于干热岩上覆地层范围内；处于干热岩储层范围内的井下热电发电模块部分直接与裸露的干热岩储层接触，裸露的干热岩储层形成复合型冷源干热岩热电发电的高温热端；处于干热岩上覆地层范围内的井下热电发电模块部分直接与下套管固井方式完成的井筒部分接触，与冷却介质流动循环系统共同形成复合型冷源干热岩热电发电的低温冷端；冷却介质注入装置和冷却介质存储装置位于地面，冷却介质注入装置通过冷却介质地面流动管线与冷却介质存储装置相连；热电发电模块设有热电发电模块井下散热器，冷却介质注入装置与井下热电发电模块中的热电发电模块井下散热器的入口端通过冷却介质流入管线相连，井下热电发电模块中的热电发电模块井下散热器的出口端通过冷却介质流出管线与冷却介质存储装置相连；冷却介质注入装置将冷却介质增压后通过冷却介质流入管线进入井下热电发电模块中的热电发电模块井下散热器的入口端，流经热电发电模块井下散热器内部并在该处进行换热；换热后的冷却介质从热电发电模块井下散热器的出口端流出，通过冷却介质流出管线流回冷却介质存储装置；冷却介质存储装置、冷却介质地面流动管线、冷却介质注入装置、热电发电模块井下散热器、冷却介质流出管线构成闭合的冷却介质流动循环系统；所述的井下热电发电模块产生的电能通过正极导线和负极导线供给地面负载；井下热电发电模块、正极导线、地面负载和负极导线依次连接形成一个闭合电路。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、仅需一口钻穿干热岩储层的地热井。

2、无需建造人工热储。

3、利用布置在井下的热电模块实现干热岩储层就地发电。

4、热电发电系统冷端循环提取的热能可用于供暖、养殖、洗浴等除发电以外的应用。

附图说明

图1为复合型冷源干热岩热电发电系统的结构示意图；

图2为复合型冷源干热岩热电发电系统井下热电发电模块的结构示意图；

图3为复合型冷源干热岩热电发电系统井下热电发电模块的剖面结构展开示意图；