本發(fā)明涉及低碳與清潔能源技術領域，具體是涉及一種以二氧化碳為工質(zhì)，利用地熱資源為能源，用于超臨界co2循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的蓄集地熱能的二氧化碳蓄能裝置。

背景技術：

氣候變化已成為影響人類生存和發(fā)展的問題之一，而大量的二氧化碳排放被認為是導致氣候變暖的主要原因，我國作為世界上最大的發(fā)展中國家，是以煤炭為主的一次能源和以火力發(fā)電為主的二次能源結(jié)構(gòu)，隨著經(jīng)濟總量的迅速增長，一次能源和二次能源的co2排放具有增長快、總量大的特點，為應對氣候變化發(fā)展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成為人們的共識，地熱資源利用與發(fā)電及超臨界二氧化碳發(fā)電等已受到廣泛關注。

地熱主要是地球內(nèi)部長壽命放射性同位素熱核反應產(chǎn)生的熱能。離地球表面5000米深，15℃以上的巖石和液體的總含熱量，據(jù)推算約為14.5×10^21kj，約相當于4948萬億噸標準煤的熱量。按照其儲存形式，地熱資源可分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和熔巖型5大類。我國將地熱資源按溫度劃分為高溫地熱（高于150℃）和中低溫地熱（低于150℃），高溫地熱主要用于發(fā)電，中低溫地熱通常直接用于采暖、工農(nóng)業(yè)加溫、水產(chǎn)養(yǎng)殖及醫(yī)療和洗浴等。

我國地熱資源分布廣泛，資源豐富。全國地熱可開采資源量為每年68億立方米，所含地熱量為973萬億千焦耳。據(jù)河北省地礦局計算，僅河北平原可采地熱資源量達4.93x10^20kj，相當于168147億噸標準煤。該區(qū)域地熱資源主要賦存于上第三系砂巖和古生界及中上元古界的古潛山碳酸鹽巖儲水層，主要分布在華北斷坳構(gòu)造沉降區(qū),熱儲層埋藏深度較淺，埋深3000m以淺地熱資源分布廣泛,出水口熱水溫度最高達96℃。雖說有各種梯級開發(fā)應用方案，但目前地熱資源開發(fā)利用類型單一，棄水溫度過高,地熱資源遠未得到充分利用，浪費嚴重。迫切需要新的技術方案實現(xiàn)地熱資源的可持續(xù)利用，發(fā)揮地熱資源在發(fā)展低碳經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)和節(jié)能減排中的作用。

為此，國內(nèi)外科技工作者進行了大量的研究，其中由中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司申請的中國專利cn204672103u提供的“一種利用地熱的二氧化碳捕集、發(fā)電與封存裝置”代表了先進技術水平，其將經(jīng)冷卻器冷卻的co2壓縮液化壓入地熱層，一部分二氧化碳永久封存在地下，一部分二氧化碳在地熱層中加熱增壓后通過管道輸送至地面，在二氧化碳膨脹機中轉(zhuǎn)化為機械能帶動二氧化碳發(fā)電機產(chǎn)生電力。但該方案存在以下問題：其一，將液化co2壓入地熱層再從另一處鉆井用管道引出，投資大、耗能大；其二，液化co2壓入地熱層，除風險大、且客觀上不可控、易發(fā)生安全事故外，壓入的co2還將酸化地質(zhì)并置換出地質(zhì)層大量的烴類如甲烷等，該烴類進入大氣生態(tài)圈，造成不可預期的環(huán)境危害。

而隨ccs（co2的捕集與封閉）技術應用發(fā)展起來的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)較傳統(tǒng)的熱能發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)熱效率、總重及占地面積、污染物排放等方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，現(xiàn)行的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)包括熱源、高速渦輪機、高速發(fā)電機、高速壓氣機、冷卻器等，而其高效換熱器是超臨界發(fā)電系統(tǒng)工程應用的基礎，客觀上要求用高效換熱器等壓加熱二氧化碳工質(zhì)，因此，現(xiàn)行超臨界二氧化碳試驗環(huán)路的熱交換大多使用印制電路板熱交換器（ｐｃｈｅ），它適用于高工作溫度和高工作壓力，并具有良好的擴展能力，能滿足用換熱器等壓加熱二氧化碳工質(zhì)的要求，但機構(gòu)復雜，投資大，一套獲取熱能的換熱裝置高達數(shù)千萬美元，嚴重影響了超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)的推廣應用。

為有效利用我國廣闊的可再生低碳地熱水能源，需要開發(fā)一種利用地熱水資源對超臨界co2流體蓄能的一種占地小，又不影響生態(tài)環(huán)境的運行穩(wěn)定、自耗能低、投資低、運行成本低的裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服上述背景技術的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，占地小，不影響生態(tài)環(huán)境的運行穩(wěn)定，自耗能低，投資低，運行成本低的蓄集地熱能的二氧化碳蓄能裝置，可直接利用中低溫地熱（低于150℃）和高溫地熱（高于150℃）將液態(tài)co2流體蓄集能量為高壓熱態(tài)超臨界co2流體供co2發(fā)電機組發(fā)電。

本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是，一種蓄集地熱能的二氧化碳蓄能裝置，包括co2流體蓄能機構(gòu)、逆止閥和調(diào)節(jié)閥；所述co2流體蓄能機構(gòu)包括熱交換器、進口管道和出口管道，所述進口管道設于熱交換器的進口端，所述出口管道設于熱交換器的出口端；所述逆止閥設于co2流體蓄能機構(gòu)的進口管道上，所述調(diào)節(jié)閥設于co2流體蓄能機構(gòu)的出口管道上，所述co2流體蓄能機構(gòu)固定在地熱水井口上部或臨近地熱水井的建構(gòu)筑物上；或co2流體蓄能機構(gòu)設于殼體內(nèi)，殼體一端設有地熱水進口管道，另一端設有地熱水出口管道，所述地熱水進口管道、地熱水出口管道與殼體內(nèi)連通，所述地熱水進口管道與co2流體蓄能機構(gòu)的出口管道設于同一端，所述地熱水出口管道與co2流體蓄能機構(gòu)的進口管道設于同一端，所述地熱水進口管道上設有地熱水進口管道閥，所述地熱水出口管道上設有地熱水出口管道閥。

進一步，所述熱交換器為螺旋繞管式熱交換器，工作介質(zhì)為co2流體。

進一步，所述熱交換器為列管式熱交換器，工作介質(zhì)為co2流體。

進一步，所述熱交換器為板式換熱器，工作介質(zhì)為co2流體。

進一步，所述熱交換器為排管式換熱器，工作介質(zhì)為co2流體。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：結(jié)構(gòu)簡單，占地小，不影響生態(tài)環(huán)境的運行穩(wěn)定，自耗能低，投資低，運行成本低，蓄能高效、應用安全，可有效地將co2經(jīng)逆止閥送入co2流體蓄能機構(gòu)的熱交換器中，直接以co2為工作介質(zhì)吸收蓄集地熱水井或殼體內(nèi)地熱水的高溫熱能，熱交換器中的co2蓄能轉(zhuǎn)化為高能量密度的高壓熱態(tài)超臨界co2流體，經(jīng)co2流體蓄能機構(gòu)出口的調(diào)節(jié)閥控制穩(wěn)定排出，可供應超臨界co2發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電；可直接利用中低溫地熱（低于150℃）和高溫地熱（高于150℃）將液態(tài)co2流體蓄集能量為高壓熱態(tài)超臨界co2流體供co2發(fā)電機組發(fā)電。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例1

參照圖1，本實施例包括支架1、co2流體蓄能機構(gòu)、逆止閥25、調(diào)節(jié)閥26；co2流體蓄能機構(gòu)包括熱交換器、進口管道和出口管道，進口管道設于熱交換器的進口端，出口管道設于熱交換器的出口端；逆止閥25設于co2流體蓄能機構(gòu)的進口管道上，調(diào)節(jié)閥26設于co2流體蓄能機構(gòu)的出口管道上，co2流體蓄能機構(gòu)的出口管道外設有保溫層，co2流體蓄能機構(gòu)通過支架1固定在地熱水井口上部或臨近地熱水井的建構(gòu)筑物上，熱交換器為螺旋繞管式熱交換器2a，工作介質(zhì)為co2流體。

實施例2

參照圖2，本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于：熱交換器為列管式熱交換器2b，工作介質(zhì)為co2流體。其余同實施例1。

實施例3

參照圖3，本實施例包括支架1、殼體21、co2流體蓄能機構(gòu)、逆止閥25、調(diào)節(jié)閥26；co2流體蓄能機構(gòu)包括熱交換器、進口管道和出口管道，進口管道設于熱交換器的進口端，出口管道設于熱交換器的出口端，熱交換器設于殼體21內(nèi)，支架1設于殼體21底部；逆止閥25設于co2流體蓄能機構(gòu)的進口管道上且設于殼體21外一端，調(diào)節(jié)閥26設于co2流體蓄能機構(gòu)的出口管道上且設于殼體21外另一端；殼體21一端設有地熱水進口管道，另一端設有地熱水出口管道，地熱水進口管道、地熱水出口管道與殼體21內(nèi)連通，地熱水進口管道與co2流體蓄能機構(gòu)的出口管道設于同一端，地熱水出口管道與co2流體蓄能機構(gòu)的進口管道設于同一端，地熱水進口管道上設有地熱水進口管道閥22，地熱水出口管道上設有地熱水出口管道閥23；熱交換器為板式換熱器2c，工作介質(zhì)為co2流體。

實施例4

參照圖4，本實施例與實施例3的區(qū)別僅在于：熱交換器為螺旋繞管式換熱器2d，工作介質(zhì)為co2流體。其余同實施例3。

實施例5

參照圖5，本實施例與實施例3的區(qū)別僅在于：熱交換器為排管式換熱器2e，工作介質(zhì)為co2流體。其余同實施例3。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，占地小，不影響生態(tài)環(huán)境的運行穩(wěn)定，自耗能低，投資低，運行成本低，蓄能高效、應用安全，可有效地將co2經(jīng)逆止閥25送入co2流體蓄能機構(gòu)的熱交換器中，直接以co2為工作介質(zhì)吸收蓄集地熱水井或殼體21內(nèi)地熱水的高溫熱能，熱交換器中的co2蓄能轉(zhuǎn)化為高能量密度的高壓熱態(tài)超臨界co2流體，經(jīng)co2流體蓄能機構(gòu)出口的調(diào)節(jié)閥26控制穩(wěn)定排出，可供應超臨界co2發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電；可直接利用中低溫地熱（低于150℃）和高溫地熱（高于150℃）將液態(tài)co2流體蓄集能量為高壓熱態(tài)超臨界co2流體供co2發(fā)電機組發(fā)電。

本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

說明書中未詳細描述的內(nèi)容為本領域技術人員公知的現(xiàn)有技術。