[发明专利]一种地热/海水半导体温差发电系统及方法

说明书

本发明提出了一种地热/海水半导体温差发电系统，包括：U型井沿竖直方向设置在预设的海域内，且U型井的井口露出海面，下部水平段位于地热储层内；高位海水库设置在靠近海岸区域；第一温差发电管和第二温差发电管，第一温差发电管穿设在U型井的水平段内，第一温差发电管通过与其对接的HDPE管与高位海水库相连通；第二温差发电管敷设在海底之上；第一温差发电单元，嵌设在第一温差发电管的管壁内，第一温差发电单元用于根据第一温差发电管的内外温差进行发电。通过将第一温差发电单元直接放置于地热储层中，温差发电管内的流动海水作为冷端，不仅能够快速有效的进行温差发电，极大地提高了发电效率。

技术领域

本发明涉及海域地热能利用技术领域，具体而言，涉及一种地热/海水半导体温差发电方法。

背景技术

地热能是来自地球深处的可再生洁净能源，作为一种几乎取之不尽的资源，可直接用于供热或发电。能够用于发电的基本属于中高温的地热能资源。地热按热储介质、构造成因、水热传输方式可划分成不同的类型。按热储介质可分为孔隙型地热资源、裂隙型地热资源和岩溶裂隙型地热资源；按构造成因可分为沉积盆地型地热资源和隆起山地型地热资源；按热传输方式可分为传导型地热资源和对流型地热资源。地热按温度分级，可分为高温地热资源(温度大于等于150℃)、中温地热资源(温度小于150℃且大于等于90℃)和低温地热资源(温度小于90℃)三级。

在中国，高温地热资源主要分布在西藏南部、云南西部、四川西部和台湾，中低温地热则遍布全国，储量巨大。有三个重大技术难题阻碍了地热发电的发展，即地热回灌、腐蚀和结垢。地热回灌技术要求复杂，且成本高。此外，还存在超采地下热水引起地面沉降，温排水有害元素对环境产生恶劣影响等问题。

地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，主要分为四种类型：干蒸汽地热发电、闪蒸地热发电、双循环(有机朗肯循环)地热发电和干热岩发电四种模式。目前我国的中低温地热发电厂陆续关停，原因是地热发电在技术上可行，但经济上不可行。

半导体温差发电作为一种独特的能量转换方式，具有其他能量转换方式没有的优点，适合用于对低位能源的回收利用，特别适合于小温差。半导体温差发电是一种新型的节能环保发电技术，可将地热能、太阳能、工业及生活余热废热、汽车尾气废热等低品位热能转化为电能。半导体温差发电技术的研究起源于20世纪40年代，其发电效率仅提高能源利用率1.5％～2％，远低于水电、火电、核电、风电、光电等发电方式；随着材料合成技术的发展，热电材料也由传统的选材目标转向各种新型热电材料，各国研究者不断寻找和开发具有较高优值的新型热电材料。2013年奥地利研究团队实现了温差发电材料的热电优值系数高达5到6。热电优值系数的跨越式提升，意味着温差发电的效率将有望成为一种新的商业发电技术。

与传统的发电方式相比，温差发电具有五个较突出的优点：第一，温差发电技术中没有机械运动部件，因而没有震动和噪音，结构紧凑；第二，对热源的适应性广，在有微小温差存在的条件下，就能将热能转化为电能，通过选用合适的半导体材料，温差发电技术可以在很宽的温度范围内(300～1400K)利用热能；第三，体积小，重量轻，便于携带和运输；第四，运行性能稳定，可靠性高，可长期免维护工作，工作寿命长；第五，安全无污染，温差发电技术在能量转变过程中，不会产生废弃物，近于对环境零排放。因此，温差发电技术的优势使得其在低品位能源利用上显示了巨大的潜力，涉及温差发电的技术也大量地涌现。

中国发明专利，申请号CN201811641277.7，公开了一种温差发电热激法开采海域水合物系统及方法，其方案是利用地热开采海域水合物的一种技术。以海水为冷端，水合物储层下方的地热为热端，进行温差发电，然后用温差装置发的电加热水合物储层，达到开采海域水合物的目的。该发明经历了地热能→温差发电→电加热水合物储层的多次转换，存在热能损失大、转换效率较低的缺点。