[发明专利]用于从地热获取有用能量的方法和装置

说明书

一种用于从地热获取有用能量的方法，其中，在被引入到地下深井内的、具有外管(2)和内管(3)的同轴管(3)中，在标准条件下为液态的热媒(8)被引入外管(2)中，并且朝同轴管(1)的深井中的端部区段(4)的方向流动，其中，外管(2)和内管(3)在同轴管(1)的深井中的端部区段(4)中彼此连接，其中，热媒(8)通过吸收地热而被加热，并且在端部区段(4)的区域中经历相变，并且以气态形式进入内管(3)中并在其中向上流动，直到流动到同轴管的位于地表面的上端部，其中，利用流动的气态热媒(8)驱动用于产生电能的流体发电机(14)。通过该方法，将气态热媒的流体的通过地热生成的动能非常有效地并且利用较小的成本转化以获取可用的能量。

本发明涉及一种用于从地热获取有用能量的方法和装置。

利用地热来获取能量从很久就已知了。第一个用于获取电能的地热发电厂于20世纪初已经投入运行。目前，特别是在寻找碳中和以及无CO₂排放的能量获取方式的背景下，为了获取能量，人们努力在地热的应用中将地热可以使用得更好并且更全面。

特别地，存在用于借助表层地热(在直至400m的深度中)或深层地热(在大于400m的深度中)来产生热能和/或电能的地热设备和方法。在已知的方法中，利用地热在较深的深度中将水加热。被加热的水，也称为地热水，被运输到地表，然后将水吸收的地热用于产生有用能量。

对于深层地热，分为液热系统和石油热系统。在液热系统中，储存在深层中的水被抽出并被传送到地表，水中储存的热量被用于获取能量。在石油热系统中，通过将水输送到深层岩并且与深层岩进行热交换而吸收储存在深层岩中的地热，并且将由此加热的水输送到地表，以便在地表获取能量。液热系统形成开放系统，其中将位于深层的物质(水)提取，并且作为替换通常将替代物从地表引导到那里并沉积。也可以将在深层取出的水送回。因此，在此特别存在将污染物引入深层水的风险。还可以使用地热换热器来实现石油热系统，其中将水在闭合回路中引导，该地热换热器通过地热换热器的壁透过式地接收储存在深层岩中的地热。

除了在液热系统中存在的问题，即可能将杂质和污染物引入到位于深层的热水储存区域中，已知的系统还存在通常仅能以较低的效率实现特别是电能的产生的缺点。为了利用在已知的系统中用作热媒的水来驱动发电机，水必须以至少80℃的温度到达地表。只有在水从地表以蒸汽形式排出时，水才可以直接用于驱动例如蒸汽涡轮机。这可以或者说仅通过钻出非常深的孔(平均每深入100m，温度升高3℃，使得在普通的位置中只有在非常深的地方才能达到100℃的温度)，或者通过在特殊位置的区域钻孔实现，由于例如火山活动或地磁的特别异常情况的，在这些区域，较小的深度也已经达到特别高的温度。

在这里，本发明旨在解决上述问题并且说明一种方法以及一种装置，利用该方法和装置在普通的位置和较小的孔深度下也可以利用地热产生电能。

首先通过具有权利要求1的特征的用于从地热获取有用能量的方法来解决该任务并且达到所设定的目标。在权利要求2至8中说明了根据本发明的方法的有利的改进方案。此外，利用本发明提出一种具有权利要求9的特征的用于从地热获取有用能量的装置来作为上述任务的解决方案。在权利要求10至15中描述了根据本发明的装置的有利的改进方案。

在根据本发明的方法中，将同轴管引入并且置入到土地中的深井中。钻出深井和将同轴管引入到深井中可以是被归入该方法的步骤。然而，该方法也可以在没有这些步骤的情况下执行，即该方法为对单独进行的钻孔和插入同轴管的补充并且与此分开。同轴管具有外管和内管，并且凭借端部区段沉入深井中，通常凭借该端部区段直到到达深井的底部。在该端部区段的区域中，同轴管的外管和内管彼此以流体技术的方式连接，也就是说在那里，在外管中被引入的热媒在那里可以转入到内管中。在实施所述方法时，将在标准状况(SATP条件)下为液态的热媒引入到外管中，并且朝同轴管的沉入深井的端部区段的方向流动。标准状况由国际理论和应用化学联合会(IUPAC)确定，温度为25℃，同时压强为1000mbar。在本申请的下文中，1000mbar的压强也被称为常压。