一种发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及一种发电系统。


背景技术：

2.地热发电能源和抽水蓄能能源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐，在现有技术中，常规地热发电站回灌的水量少于抽出的水量导致出水压力降低，甚至导致地面沉降，为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种发电系统。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的在于提供一种发电系统，可以解决现有技术中地热储层中的水量减少，会导致生产井的出水压力降低的问题。
4.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
5.本技术实施例提供了一种发电系统，包括：
6.地热发电系统和地质力学抽水蓄能系统；
7.所述地热发电系统包括地热抽热管路、第一换热器、蒸汽发电设备和循环管路，所述第一换热器包括第一换热管和第二换热管，所述地热抽热管路的输出端与所述第一换热管的输入端连通，所述第一换热管的输出端与水箱连通，所述地热抽热管路内设有第一抽水泵；
8.所述地质力学抽水蓄能系统包括地下水抽水管路、第二换热器和水力发电装置，所述第二换热器包括第三换热管和第四换热管，所述地下水抽水管路的输出端与所述第三换热管的输入端连通，所述第三换热管的输出端与所述水箱连通；所述地下水抽水管路上开设有第一支路口，所述第一支路口位于所述地下水抽水管路的输入端与所述地下水抽水管路的输出端之间，所述地下水抽水管路的第一支路口通过管路与所述水力发电装置的进水口连通；
9.所述循环管路包括第一管路、第二管路和第三管路，所述循环管路内设有可在液态和气态之间转换的有机工质，所述第一管路的输入端与所述第四换热管的输出端连通，所述第一管路的输出端与所述第二换热管的输入端连通，所述第二换热管的输出端与所述第二管路的输入端连通，所述第二管路的输出端与所述蒸汽发电设备的蒸汽输入口连通，所述蒸汽发电设备的蒸汽输出口与所述第三管路的输入端连通，所述第三管路的输出端与所述第四换热管的输入端连通。
10.本技术实施例中，地热抽热管路的水流入第一换热器和循环管路且最后流入水箱，通过有机工质的液态和气态之间转换，带动蒸汽发电设备发电，地下水抽水管路的水流经第二换热器在流入水箱，水力发电装置在水流的带动下发电。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例描
述中所需要使用的附图作简单地介绍。
12.图1为地热发电耦合地质力学抽水蓄能系统的结构示意图。
具体实施方式
13.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
14.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。
15.本实用新型实施例提供了一种发电系统，请参考图1是本实用新型实施例提供的一种发电系统，包括：
16.地热发电系统和地质力学抽水蓄能系统；
17.所述地热发电系统包括地热抽热管路、第一换热器70、蒸汽发电设备和循环管路，所述第一换热器70包括第一换热管和第二换热管，所述地热抽热管路的输出端与所述第一换热管的输入端连通，所述第一换热管的输出端与水箱90连通，所述地热抽热管路内设有第一抽水泵；
18.所述地质力学抽水蓄能系统包括地下水抽水管路、第二换热器60和水力发电装置，所述第二换热器60包括第三换热管和第四换热管，所述地下水抽水管路的输出端与所述第三换热管的输入端连通，所述第三换热管的输出端与所述水箱90连通；所述地下水抽水管路上开设有第一支路口，所述第一支路口位于所述地下水抽水管路的输入端与所述地下水抽水管路的输出端之间，所述地下水抽水管路的第一支路口通过管路与所述水力发电装置的进水口连通；
19.所述循环管路包括第一管路a、第二管路b和第三管路c，所述循环管路内设有可在液态和气态之间转换的有机工质，所述第一管路a的输入端与所述第四换热管的输出端连通，所述第一管路a的输出端与所述第二换热管的输入端连通，所述第二换热管的输出端与所述第二管路b的输入端连通，所述第二管路b的输出端与所述蒸汽发电设备的蒸汽输入口连通，所述蒸汽发电设备的蒸汽输出口与所述第三管路c的输入端连通，所述第三管路c的输出端与所述第四换热管的输入端连通。
20.第一抽水泵可以是相关技术中常见的具有利用大气压强的一种设备，例如，所述第一抽水泵可以为抽水机。第一换热器可以是相关技术中常见的具有热流体的部分热量传递给冷流体的一种设备，例如，所述第一换热器可以为换热器。第二换热器可以是相关技术中常见的具有将蒸汽设备排出的气体冷凝成水的一种设备，例如，所述第二换热器可以为凝汽器。第一支路口可以是相关技术中常见的具有可以分支出去的线路，例如，所述第一支路口可以为支路口。第一管路可以是相关技术中常见的具有输送气体、液体或带固体颗粒的流体的管道，例如，所述第一管路可以为第一管道。第二管路可以是相关技术中常见的具
有输送气体、液体或带固体颗粒的流体的管道，例如，所述第二管路可以为第二管道。第三管路可以是相关技术中常见的具有输送气体、液体或带固体颗粒的流体的管道，例如，所述第三管路可以为第三管道。其中，地热储层10、页岩层20、抽水蓄能生产井40、水轮机50、地热生产井30、凝汽器60、换热器70、汽轮机80、水轮机配套的发电机140、汽轮机配套的发电机150、水库90、回注井直井段100、回注井的地热储层水平段110、回注井的页岩层水平段120、阀门130和并网点160，采用地热双工质发电技术路线的地热能发电站通过在地热生产井30处设置一个抽水泵，抽取从地下的地热储层10中的热水，且热水从地热抽热管路流入换热器70进行热交换使有机朗肯循环发电系统中的低沸点有机工质汽化，再从换热器70流出的蒸汽带动汽轮机配套的发电机150发电，且经过换热器70的热水流入水库90，再通过回注井直井段100重新流入回注井的地热储层水平段110；地质力学抽水蓄能系统通过抽水蓄能生产井40，从页岩层20中采出高压水，且高压水通过地下水抽水管路推动水轮机50，带动水轮机配套的发电机140发电，高压水通过地下水抽水管路推动水轮机50后流入凝汽器60，冷却有机朗肯循环发电系统中的有机工质，使其液化后流出凝汽器60流入水库90；通过地热生产井30从地下的地热储层10取热水，热水通过换热器70流出蒸汽，蒸汽流入汽轮机80，蒸汽再从汽轮机80流出，流入凝汽器60，在凝汽器60中重新液化流入换热器70，完成在发电系统中的循环，其中，地热双工质发电技术是以氨水溶液为工质的双工质发电系统，该系统循环利用350～550k的地热水资源，基础循环工质为58％的氨水溶液，以热效率为评价准则。有机朗肯循环发电系统采用的工质为氯乙烷、环己烷、正戊烷等低沸点有机物的任一种，不同于常规抽水蓄能电站需在地面上建设两座不同海拔高度的水库90，地质力学抽水蓄能电站仅需一座地面上的水库90，水库90作为缓冲地带，水库90中的水可持续进行沉淀、除杂、卤化物等有价值物质提取等处理。
21.该实施方式中，地热发电系统与地质力学抽水蓄能系统，适用于页岩层与地热储层共存，特别是页岩层在地热储层上方或下方的地质条件，充分利用页岩层与地热储层共存的地质条件，在同一块地建设地热能电站与地质力学抽水蓄能电站，节省了土地；通过地热发电系统与地质力学抽水蓄能系统的耦合，增强了地热发电系统的调峰能力，地热发电站随运行时间增长，尽管采出的地热流体不断回灌，地热储层中的储水量仍会下降，导致采出热水的水压下降。地质力学抽水蓄能电站将大量地表水注入地热储层上方或下方的页岩层，有助于增大地下地质构造的应力，从而提高采出地热发电站采出热水的水压。从地热储层采出的流体中往往含有悬浮物、气泡、盐分等杂质，回灌时易导致回灌井堵塞。将地质力学抽水蓄能系统的地表水库作为缓冲池，从地热储层采出的热水在换热后流入水库，再从水库中层取较为清洁的水进行回灌，可以有效缓解回灌井堵塞的问题。水库容量大，便于进行充分的沉淀、除杂、卤化物等有价值物质提取等处理。
22.可选地，地热抽热管路的输入端位于地下的地热储层10，所述地下水抽水管路的输入端位于地下的页岩层20。
23.请参考图1，地热储层10通俗讲为热储、储热层是指能够富集和储存地热能，并使载热流体作对流运动的地质体，通过地热生产井30将热水或蒸汽从深井中抽出，以产生基本负荷或灵活的电力。
24.该实施方式中，通过在地热储层和页岩层分别布置地热抽热管路和地下水抽水管路，可以更方便的取水。
25.可选地，水箱的输出端与地热出热管路连通。
26.请参考图1，水箱可以是相关技术中常见的具有储水功能的一种容器，例如，所述水箱可以为水库。水箱不仅可以是水库，亦可为湖泊都具有储存于供应的功能。通过地热生产井30从地热储层10采出的流体中往往含有悬浮物、气泡、盐分等杂质，回灌时容易导致回灌井堵塞。将地质力学抽水蓄能系统的地表水库作为缓冲池，从地热储层10采出的热水在流入换热器，从换热器流入水库，再从水库中层深度取较为清洁的水进行回灌，可以有效缓解回灌井堵塞的问题。
27.该实施方式中，水库容量大且可以作为缓冲地带，便于进行充分的沉淀、除杂、卤化物等有价值物质提取等处理。
28.可选地，地质力学抽水蓄能系统还包括控制器和阀门，所述地热发电系统还包括地下水出水管路，所述水箱的输出端与所述地下水出水管路的输入端连接，所述地下水出水管路位于所述页岩层。
29.请参考图1，地质力学抽水蓄能系统通过抽水蓄能生产井40，从页岩层20中采出高压水，高压水流推动水轮机50，带动水轮机配套的发电机发电；通过抽水蓄能生产井40，从页岩层20中采出高压水，高压水流流出50水轮机后流入60凝汽器，冷却有机朗肯循环发电系统中的有机工质，在有机工质的作用下使其液化，液化后流出凝汽器60，再流入水库90，在水库90中加入明矾或者六水合三氯化铁等混凝剂，水库90中的水可持续进行沉淀、除杂、卤化物等有价值物质提取等处理，此时将地质力学抽水蓄能系统的地表水库作为缓冲池，从地热储层10采出的热水在换热器70换热后后流入水库90，再从水库90中层取较为清洁的水通过回注井直井段进行回灌，回灌到地下的地热储层10，可以有效缓解回灌井堵塞的问题。电动控制器设置在地面上的地质力学抽水蓄能电站内，阀门设置在水库90的输出端与地下水出水管路的输入端连接处，地下水出水管路深入到页岩层。
30.该实施方式中，在水库的水作为一个缓冲地带，在水库中加入明矾或者其他物质达到沉淀、除杂和提取有价值的卤化物，从水库流出的水通过回注井直井段流入地下的地热储层，可以有效缓解回灌井堵塞的问题且在地面设置一个电动控制器，可以更好的控制阀门的开启和关闭。
31.可选地，地下水出水管路内设有第二抽水泵，所述第二抽水泵的出水端与所述页岩层连通，所述地质力学抽水蓄能系统与所述第二抽水泵的电源接口电连接，所述控制器与所述第二抽水泵的控制接口电连接。
32.请参考图1，第二抽水泵可以是相关技术中常见的具有利用大气压强的一种设备，例如，所述第二抽水泵可以为高压泵。高压泵设置在地下水出水管路内，高压泵的出水端与页岩层20连通，地质力学抽水蓄能系统与高压泵的电源接口连接，地面上的控制器与与高压泵接口电连接。
33.该实施方式中，通过在地下水出水管路内设置高压泵设备，高压泵的出水段与页岩层连通，控制器设置在地面处，可以更好的控制高压泵的开启和关闭。
34.可选地，在电网处于第一工作时段时，所述控制器控制所述阀门开启，所述第二抽水泵从所述水箱中抽水至所述页岩层；
35.在电网处于第二工作时段时，所述控制器控制所述阀门关闭，所述地下水抽水管路从所述页岩层取水。
36.请参考图1，第一工作时段可以是相关技术中常见的具有在某一状态下持续的时间，例如，所述第一工作时段可以为负荷低谷时段。第二工作时段可以是相关技术中常见的具有在某一状态下持续的时间，例如，所述第二工作时段可以为负荷高峰时段。电网每天划分为三个时段，每段以8h为宜。各供电公司可按该原则，根据各自季节和峰谷负荷出现的时间不同，具体的划定各个时段。地区划分区别，华北电网执行的情况是：高峰段9h，低谷段7h，平均段为8h。广西电网执行的情况是：每日的高峰时段为7：00～1：00，19：00～23：00；平常时段为11：00～19：00；低谷时段为23：00～次日7：00。东北电网峰谷时段划分为：高峰时段：8：00～11：00，11：00～21：00；低谷时段：22：00～次日5：00；其余时间为正常时段。水库90的出水端与地下水出水管路连通，地下水出水管路与回注井地热储层水平段110输出端连通，回注井直井段100从水库90的中间深度取水，并且送入地下。在页岩层20深度处，引出页岩层水平段120，引出处安装有阀门130，在电网负荷低谷时段，开启回注井的页岩层水平段12的阀门13，利用地热发电系统所发的富余电能，将水压入页岩层20，提高页岩层20的应力，实现储能；在电网负荷高峰时段，关闭回注井的页岩层水平段12的阀门13，并通过抽水蓄能生产井40从页岩层20采出高压水，进行发电。在地热储层10深度处，引出地热储层水平段110，余下的水流入地热储层10，待重新形成高温地下水，其中，一个支路是从水库90的输入端通过回注井直井段100与回注井的页岩层水平段120的输出端连通；另一支路是从水库90的输入端通过回注井直井段100与回注井的地热储层水平段110的输出端连通。该实施方式中，通过以上的运行模式，地质力学抽水蓄能发电系统可以更好的实现对地热发电系统的调峰作用。
37.可选地，蒸汽发电设备包括汽轮机和汽轮机配套的发电机，所述第二管路的输出端与所述汽轮机的输入端连通，所述汽轮机的输出端与所述第三管路的输入端连通，所述汽轮机动力输出端与所述第一发电机的动力输入端法兰连接，以带动所述汽轮机配套的发电机发电。
38.请参考图1，通过地热生产井30从地下的地热储层10取热水，热水流经换热器70，使有机朗肯循环发电系统中的有机工质汽化，汽化的有机工质推动汽轮机80，带动汽轮机配套的发电机150发电。有机朗肯循环发电系统中的有机工质推动汽轮机80后，从汽轮机80流出，流入凝汽器60，重新液化，如此完成在发电系统中的循环，地热水在流入换热器70，流入换热器70的水流入水库90。有机工质以蒸汽为动力，穿过汽轮机80时有机工质中的动能转换成机械能，汽轮机80的接口与第一发电机150的接口法兰连接，此时，汽轮机80的机械能可以驱动第一发电机150运转，以将机械能转换成电能，带动汽轮机配套的发电机150发电。
39.该实施方式中，通过有机朗肯循环发电系统中的有机工质的作用下，以蒸汽为动力，穿过汽轮机，把蒸汽的动能转换成机械能，汽轮机接口与汽轮机配套的发电机的接口法兰连接，此时把机械能转换成电能，可以更好的带动汽轮机配套的发电机发电。
40.可选地，水力发电装置包括水轮机和水轮机配套的发电机，所述地下水抽水管路的输出端与所述水轮机的输入端连通，所述水轮机的输出端与所述第三换热管的输入端连通，所述水轮机的动力输出端与所述第二发电机的动力输入端法兰连接，以带动所述水轮机配套的发电机发电。
41.请参考图1，通过抽水蓄能生产井40从页岩层20中采出高压水，高压水流推动水轮
机50，此时水能转换成机械能，水轮机50的接口与第二发电机140的接口法兰连接，此时，水轮机50的机械能可以驱动第二发电机140运转，以将机械能转换成电能，带动水轮机配套的发电机140发电。高压水流出水轮机50后，流入凝汽器60，冷却有机朗肯循环发电系统中的有机工质，使其液化，继而流出凝汽器60，流入水库90。
42.该实施方式中，通过冷却有机朗肯循环发电系统中的有机工质，高压水流穿过水轮机，把水流动的的动能转换成机械能，水轮机接口与水轮机配套的发电机的接口法兰连接，此时把机械能转换成电能，可以更好的带动水轮机配套的发电机发电。
43.可选地，汽轮机配套的发电机和所述水轮机配套的发电机分别与电网电连接。
44.请参考图1，通过地热生产井30，从地热储层10中采出热水，热水流经换热器70，使有机朗肯循环发电系统中的有机工质汽化，汽化的有机工质推动汽轮机80，带动汽轮机配套的发电机150发电，与并电网160电连接；通过抽水蓄能生产井40，从页岩层20中采出高压水，水流推动水轮机50，带动水轮机配套的发电机140发电，与并电网160电连接。
45.该实施方式中，地热发电系统和抽水蓄能发电系统所发电能均送入电网，且地热发电系统持续发电，并根据电网的调度指令，在其出力调节范围内实时调节出力。
46.可选地，第一换热管路与所述第二管热管路相互缠绕设置，且所述第一换热管路和所述第二换热管路中的介质的流向相反；
47.第三换热管路与所述第四管热管路相互缠绕设置，且所述第三换热管路与所述第四管热管路中的介质的流向相反。
48.第一换热管路可以是相关技术中常见的具有两介质之间热量交换的设备管路，例如，所述第一换热管路可以为第一换热管路。第二换热管路可以是相关技术中常见的具有两介质之间热量交换的设备管路，例如，所述第二换热管路可以为第二换热管路。第三换热管路可以是相关技术中常见的具有两介质之间热量交换的设备管路，例如，所述第三换热管路可以为第三换热管路。第四换热管路可以是相关技术中常见的具有两介质之间热量交换的设备管路，例如，所述第四换热管路可以为第四换热管路。第一换热管路和第二管热管路相互缠绕在一起，流体从第一换热管路从第二管热管路流出，第三换热管路和第四管热管路相互缠绕在一起，流体从第四换热管路从第三管热管路流出。
49.该实施方式中，换热器内的换热管路有结构简单，可以更好的用于气到气、气到液和液到液之间的换热过程。
50.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种发电系统，其特征在于，包括：地热发电系统和地质力学抽水蓄能系统；所述地热发电系统包括地热抽热管路、第一换热器、蒸汽发电设备和循环管路，所述第一换热器包括第一换热管和第二换热管，所述地热抽热管路的输出端与所述第一换热管的输入端连通，所述第一换热管的输出端与水箱连通，所述地热抽热管路内设有第一抽水泵；所述地质力学抽水蓄能系统包括地下水抽水管路、第二换热器和水力发电装置，所述第二换热器包括第三换热管和第四换热管，所述地下水抽水管路的输出端与所述第三换热管的输入端连通，所述第三换热管的输出端与所述水箱连通；所述地下水抽水管路上开设有第一支路口，所述第一支路口位于所述地下水抽水管路的输入端与所述地下水抽水管路的输出端之间，所述地下水抽水管路的第一支路口通过管路与所述水力发电装置的进水口连通；所述循环管路包括第一管路、第二管路和第三管路，所述循环管路内设有可在液态和气态之间转换的有机工质，所述第一管路的输入端与所述第四换热管的输出端连通，所述第一管路的输出端与所述第二换热管的输入端连通，所述第二换热管的输出端与所述第二管路的输入端连通，所述第二管路的输出端与所述蒸汽发电设备的蒸汽输入口连通，所述蒸汽发电设备的蒸汽输出口与所述第三管路的输入端连通，所述第三管路的输出端与所述第四换热管的输入端连通。2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述地热抽热管路的输入端位于地下的地热储层，所述地下水抽水管路的输入端位于地下的页岩层。3.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述水箱的输出端与地热出热管路连通。4.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述地质力学抽水蓄能系统还包括控制器和阀门，所述地热发电系统还包括地下水出水管路，所述水箱的输出端与所述地下水出水管路的输入端连接，所述地下水出水管路位于所述页岩层。5.根据权利要求4所述的发电系统，其特征在于，所述地下水出水管路内设有第二抽水泵，所述第二抽水泵的出水端与所述页岩层连通，所述地质力学抽水蓄能系统与所述第二抽水泵的电源接口电连接，所述控制器与所述第二抽水泵的控制接口电连接。6.根据权利要求5所述的发电系统，其特征在于，在电网处于第一工作时段时，所述控制器控制所述阀门开启，所述第二抽水泵从所述水箱中抽水至所述页岩层；在电网处于第二工作时段时，所述控制器控制所述阀门关闭，所述地下水抽水管路从所述页岩层取水。7.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述蒸汽发电设备包括汽轮机和汽轮机配套的发电机，所述第二管路的输出端与所述汽轮机的输入端连通，所述汽轮机的输出端与所述第三管路的输入端连通，所述汽轮机动力输出端与第一发电机的动力输入端法兰连接，以带动所述汽轮机配套的发电机发电。8.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，所述水力发电装置包括水轮机和水轮机配套的发电机，所述地下水抽水管路的输出端与所述水轮机的输入端连通，所述水轮机的输出端与所述第三换热管的输入端连通，所述水轮机的动力输出端与第二发电机的动力输入端法兰连接，以带动所述水轮机配套的发电机发电。9.根据权利要求8所述的发电系统，其特征在于，所述汽轮机配套的发电机和所述水轮
机配套的发电机分别与电网电连接。10.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述第一换热管路与所述第二换热管路相互缠绕设置，且所述第一换热管路和所述第二换热管路中的介质的流向相反；所述第三换热管路与所述第四换热管路相互缠绕设置，且所述第三换热管路与所述第四换热管路中的介质的流向相反。

技术总结
本实用新型提供一种发电系统，包括：地热发电系统和地质力学抽水蓄能系统；地热发电系统包括地热抽热管路、第一换热器、蒸汽发电设备和循环管路，地质力学抽水蓄能系统包括地下水抽水管路、第二换热器和水力发电装置，地热抽热管路的水流入第一换热器和循环管路且最后流入水箱，在有机工质的液态和气态之间转换下，带动蒸汽发电设备发电，地下水抽水管路的水流经第二换热器在流入水箱，水力发电装置在水流的带动下发电。本申请实施例提供的方案，可以解决在现有技术中，地热储层中的水量减少，会导致生产井的出水压力降低的问题。会导致生产井的出水压力降低的问题。会导致生产井的出水压力降低的问题。


技术研发人员：侯孟婧 李博 戴剑锋
受保护的技术使用者：电力规划设计总院
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/28