[发明专利]基于翅片套管开发热干岩地热能的S‑CO2发电系统及方法

摘要

本发明公开了基于翅片套管开发热干岩地热能的S‑CO2发电系统及方法，翅片套管为同轴套管，由外层下降管段、外层强化换热管段、内回流管、S‑CO2气轮机、发电机、压缩机等组成。本发明的创新点是利用S‑CO2在翅片套管内的闭路循环，将地热能从热干岩层传递至气轮机；翅片套管和气轮机均采用S‑CO2作为循环工质，消除了换热器端差；热干岩段外加翅片，增大传热面积，提高单井出力。S‑CO2从取热套管外层流至取热井底部汇集到内层，在下降过程吸收干热岩中的地热能不断升温，再从内层回流至地面，通过S‑CO2气轮机和发电机将地热能转化为高品位的电能。S‑CO2经过工质检测单元检测和压缩机加压后开始新的循环，实现了热干岩地热能的可持续开采。

主权项

基于翅片套管开发热干岩地热能的S‑CO2发电系统及方法，其特征在于：包括：翅片套管，为同轴套管，分为内外两层即外层管和内回流管，外层管提供S‑CO2流至井底吸收地热能的通道，外层管分为外层下降管段和外层强化换热管段；外层下降管段，提供循环工质从井口到热干岩层的流动通道；外层强化换热管段，位于热干岩层，外表面有沿圆周和竖直方向均匀分布的强化换热翅片，可显著提升翅片套管的换热面积，工质主要在外层强化换热管段吸热升温；内回流管，提供循环工质从井底到井口的流动通道；气轮机，位于井口处，与内回流管出口相连接，将S‑CO2的热能转化为机械能，带动发电机发电；工质检测单元，位于气轮机出口，检测CO2中的杂质含量，适时投入阻垢剂或防腐剂并更换部分变质CO2；回热器，位于工质检测单元之后，预热压缩机出口的S‑CO2流体；冷凝器，位于回热器之后，将CO2充分降温，以减少压缩功；压缩机，位于冷凝器之后，将CO2压缩至超临界态，并提供循环动力，控制CO2的流量和压力。