[发明专利]原位地热热电发电装置集成一体化系统

说明书

原位地热热电发电装置集成一体化系统，属于地热发电技术领域，由最外层的防护层、处于中间进行传热的高导热凝胶层和最内层的冷水循环管构成，在所述高导热凝胶层内嵌装有用于温差发电的多个热电器件模块，以所述热电器件模块为主体的发电装置与地面控制装置相连，在高导热凝胶层与冷水循环管之间留有水流通道。本发明的热电装置无任何机械转动部分，工作无噪声，将热能直接转化为电能，不产生机械能损耗，发电效率高；选用的热电材料制备工艺简单、结构稳定、体积小、重量轻、响应速度快；同一套装置，可根据不同热源，选取不同热电材料均能使用，使用范围广，在深地、地表温泉等不同品位热源处都能进行热电转换发电。

技术领域

本发明属于地热发电技术领域，具体涉及一种原位地热热电发电装置集成一体化系统。

背景技术

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。虽然地热发电探索由来已久，至2016年利用地热能发电的国家达25个，但整体开发效率并不高。截至2014年底，我国地热发电装机总容量仅为27.28MW，排名世界第18位，与世界地热发电大国的装机容量相距甚远。

传统地热发电需要先将热能转化为机械能再转化为电能，能量二次转化造成发电效能未得到充分利用，造成巨大资源浪费，迫切需要寻找一种高效率、低成本的新技术，以充分开发和利用地热资源。

发明内容

为了改进现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种原位地热热电发电装置集成一体化系统，可以将热能直接转化为电能，成本更低，效率更高。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

原位地热热电发电装置集成一体化系统，由最外层的防护层、处于中间进行传热的高导热凝胶层和最内层的冷水循环管构成，在所述高导热凝胶层内嵌装有用于温差发电的多个热电器件模块，以所述热电器件模块为主体的发电装置与地面控制装置相连，在高导热凝胶层与冷水循环管之间留有水流通道。

进一步的，所述防护层为水泥层。

进一步的，所述热电器件模块采用的材料包括：用于低温热源发电的Bi₂Te₃、Sb₂Te₃及其固溶体材料，适用温度小于450℃，用于中等温度热源发电的PbTe、Mg₂Si、SbTe、Bi(SiSb₂)材料，适用温度大于等于450℃、小于700℃，用于高温热源发电的CrSi₂、CoSb₃材料，适用温度大于等于700℃。

进一步的，所述的热电器件模块采用串联或并联形式连接，并封装成热电套管，最后嵌装在高导热凝胶层内，以便随时取出进行检修；冷水循环管从井下取出进行除垢作业。

进一步的，发电作业时，在防护层外侧与地层之间注入导热率为1.5～5W·K^-1m^-1的导热凝胶，注入量以装置上表面齐平为标准。

进一步的，发电作业时，在高导热凝胶层与冷水循环管之间，沿轴向每间隔0.5米设置一组温度传感器，每组传感器为2～3个，且沿圆周方向均匀分布；所述温度传感器与地热井口的控制系统相连，该控制系统通过总线连接至调节冷水流量的PLC控制单元，通过控制冷水流量来调节热电器件模块两侧的温差，温差范围调节在30℃～实际热源温度之间。

本发明的有益效果：

(1)本发明的热电装置无任何机械转动部分，工作无噪声，将热能直接转化为电能，不产生机械能损耗，发电效率高；选用的热电材料制备工艺简单、结构稳定、体积小、重量轻、响应速度快；同一套装置，可根据不同热源，选取不同热电材料均能使用，使用范围广，在深地、地表温泉等不同品位热源处都能进行热电转换发电。