本项创新涉及一种地热能高效提取系统及其操作方法。该系统的核心组件为重力热管,由蒸发段、绝热段、冷凝段和回流段构成,其中蒸发段与绝热段相对,且各段之间协同工作以实现地热能的高效提取。系统还包括板式换热器,以优化热能转换效率。
背景技术
地热资源目前有浅层地源热能和地下深部地热能。浅层地源热能,即地源热泵(Ground Source HeatPump),是指在地面以下几百至几千米深处的位置,一般温度不会超过25℃,该部分热能目前主要用于家用取暖;另一部分是地下深部地热能,该部分热能埋藏在距离地表3~10千米干热岩内,岩层温度150~650℃,层内几乎没有水或者蒸汽,存在于一定孔隙率以及较小的渗透率的岩石中。温度梯度大于50℃/km的地热资源被认为具有开发利用价值,目前该热能主要应用于取热发电。
据有关部门考察,地球内部目前储存的地热能总能量超过地球煤炭总资源的1.7亿倍。我国的干热岩总储量能达到千万亿吨标准煤。据统计2016年全国能源使用消耗表观为41.8亿吨标准煤,如果能够对少量的干热岩资源进行开发利用,代替一次性化石能源,能够大大地减缓能源压力,同时减少化石能源带来的环境污染,促进社会经济稳定持续发展。我国干热岩资源储量巨大,如果按照可利用资源量占总资源的储量计算,是传统水热地热资源的168倍。我国干热岩型地热系统分布广泛,类型多样,有隆起山地型,主要分布在西南地区的藏南、滇西等区;有沉积盆地型,主要分布在中东部的中新生代裂谷及断陷盆地中。
传统的干热岩热能开采系统,对地下深处的高温岩石进行人工压裂,使这些裂缝连接成系统性通道,形成人工热储。在该开采系统中,冷流体通过通道入口到裂缝与高温岩石进行热量交换,经过升温的流体通过出口将热量取出。地面设备将热量利用之后,高温流体重新变成低温流体进行取热的循环,从而实现深层地热能的开采和利用。这种热能开采的方式意味着需要大量的泵功将流体灌入和排出,同时由于裂缝的不规则性,热媒流体在地下循环过程中会存在大量流失的现象,水也会不可避免地和岩石接触发生一些非热反应,影响整个采热过程。
实现思路