一种地热-太阳能串联耦合发电系统的制作方法

1.本实用新型属于清洁能源综合利用技术领域，特别的涉及一种地热-太阳能串联耦合发电系统。

背景技术：

2.我国地热资源丰富，高温地热资源主要集中在西藏、云南、四川一带。在丰富的高温地热资源支持下，西藏利用地热资源发电位居我国第一位，西藏自治区海拔高，大气层薄而清洁，透明度好，日照时间长、太阳辐射强。西藏自治区年太阳总辐射量在3500mj/m2~8200mj/m2之间，呈自西向东递减的分布规律，全区平均为5808.3mj/m2。西藏全年平均日照时数在1500~3400小时之间，以西部地区最高，如阿里地区可以达到3417小时。根据《太阳能资源评估方法》（qx/t 89-2018），西藏地热田区域所在地属于太阳能资源“最丰富带”。
3.随着国家高度重视新能源的开发与利用，西藏地区所具有的丰富的高温地热资源以及年总辐射量高、日照时间长的太阳能资源逐步被利用，然而地热资源虽稳定但品质较低，太阳能资源虽品质高但易受天气影响稳定性较差，整个利用过程难以充分发挥两种能源的优势，且也难以提升两种能源的利用效率。

技术实现要素：

4.本实用新型为解决上述提到的整个利用过程难以充分发挥两种能源的优势，且也难以提升两种能源的利用效率等技术问题，提出一种地热-太阳能串联耦合发电系统，包括地热供能单元、光热供能单元以及发电单元，其中：
5.地热供能单元的输入端与地热生产井连接，地热供能单元的输出端与地热回灌井连接；
6.发电单元包括预热器、蒸发器以及过热器，预热器以及蒸发器与地热供能单元连接，过热器与光热供能单元连接，发电单元用于将地热供能单元输出的第一热源以及光热供能单元输出的第二热源转换为电能。
7.在一种可选方案中，发电单元还包括复热器、orc工质泵、空冷凝汽器、膨胀机以及发电机，其中：
8.复热器的第一输入端与膨胀机的第一输出端连接，复热器的第二输入端与orc工质泵的输出端连接，复热器的第一输出端与预热器的第一输入端连接，复热器的第二输出端与空冷凝汽器的输入端连接；
9.orc工质泵的输入端与空冷凝汽器的输出端连接；
10.预热器的第一输出端与蒸发器的第一输入端连接；
11.蒸发器的第一输出端与过热器的第一输入端连接；
12.过热器的第一输出端与膨胀机的第一输入端连接；
13.膨胀机的第二输出端与发电机连接。
14.在一种可选方案中，地热供能单元包括汽水分离器以及地热水回罐泵，其中：
15.汽水分离器的输入端与地热生产井连接，汽水分离器的第一输出端与蒸发器的第二输入端连接，汽水分离器的第二输出端与蒸发器的第三输入端连接；
16.蒸发器的第二输出端与预热器的第二输入端连接；
17.预热器的第二输出端与地热水回罐泵的输入端连接；
18.地热水回罐泵的输出端与地热回灌井连接。
19.在一种可选方案中，地热回灌井与地热生产井之间连接有地热水循环泵。
20.在一种可选方案中，光热供能单元包括槽式集热器以及太阳能工质泵，其中：
21.槽式集热器的输出端与过热器的第二输入端连接，槽式集热器的输入端与太阳能工质泵的输出端连接；
22.过热器的第二输出端与太阳能工质泵的输入端连接。
23.在一种可选方案中，光热供能单元还包括储热换热器以及与储热换热器连接的储热模块，其中：
24.储热换热器的输入端与槽式集热器的输出端连接，储热换热器的输出端与太阳能工质泵的输出端连接。
25.在一种可选方案中，过热器的第一输出端设置有第一温度传感器。
26.在一种可选方案中，蒸发器的第一输出端设置有第二温度传感器。
27.在一种可选方案中，储热换热器的输入端与槽式集热器的输出端之间设置有第一电磁阀。
28.在一种可选方案中，储热换热器的输出端与太阳能工质泵的输出端之间设置有第二电磁阀。
29.本实用新型的有益效果：
30.（1）同时使用地热能和太阳能进行串联耦合发电，对地热能和太阳能进行梯级利用，充分发挥各能源的优势，提高整体的能源利用率，且还可有效控制成本；
31.（2）为地热和太阳能耦合发电提供了设计方案，是一种清洁能源新的利用方式，保障工业发展所需清洁能源供应的有效途径。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本实用新型实施例提供的一种地热-太阳能串联耦合发电系统的结构示意图；
34.图2为本实用新型实施例提供的又一种地热-太阳能串联耦合发电系统的结构示意图。
35.图中：预热器-101、蒸发器-102、过热器-103、复热器-104、orc工质泵-105、空冷凝汽器-106、膨胀机-107、发电机-108、汽水分离器-201、地热水回罐泵-202、槽式集热器-301、太阳能工质泵-302、储热换热器-303、储热模块-304、第一电磁阀-305、第二电磁阀-306。
具体实施方式
36.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。
37.在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本技术的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本技术也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征a、b、c，另一个实施例包含特征b、d，那么本技术也应视为包括含有a、b、c、d的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
38.下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本技术内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。
39.请参阅图1，图1示出了本实用新型实施例提供的一种地热-太阳能串联耦合发电系统的结构示意图。
40.如图1所示，该地热-太阳能串联耦合发电系统可包括地热供能单元、光热供能单元以及发电单元，其中：
41.地热供能单元的输入端可与地热生产井通过管路连接，以便于该地热生产井将由地热井自喷的地热水通过管路运输至地热供能单元；该地热供能单元的输出端可与地热回灌井通过管路连接，以便于该地热供能单元将地热水流入至该地热回灌井，并可由该地热回灌井将地热水传输至地热生产井，以使地热生产井、地热供能单元以及地热回灌井之间形成地热水循环，便于实现对地热能的利用。
42.发电单元可包括预热器、蒸发器以及过热器，该预热器以及蒸发器可与地热供能单元之间通过管路连接，该过热器可与光热供能单元之间通过管路连接。其中，在发电单元中可由蒸发器将预热器所运输的液态有机工质加热至饱和状态，并将该加热至饱和状态的液态有机工质运输至过热器，该预热器可用于对液态有机工质进行预热处理，该过热器可用于将加热至饱和状态的液态有机工质加热至过热态，以便于发电单元可基于该加热至过热态的液态有机工质将热能转换为电能，进而实现对地热能以及光热能的有效利用。可以理解的是，此处预热器可基于地热供能单元所运输的地热水对液态有机工质进行加热处理，并将该经过加热处理的液态有机工质运输至蒸发器，也即可理解为发电单元通过预热器获取地热供能单元所提供的第一热源。此处蒸发器可基于地热供能单元所运输的地热水对液态有机工质继续进行加热处理，并将该经过加热处理的液态有机工质运输至过热器，也即可理解为发电单元通过蒸发器获取地热供能单元所提供的第一热源。此处过热器在对蒸发器所运输的加热至饱和状态的液态有机工质加热至过热态的过程中，还可以但不局限于利用光热供能单元所运输的高温导热介质的热量对该液态有机工质进行加热，也即可理解为发电单元通过过热器获取光热供能单元所提供的第二热源，以便于由发电单元一并将与该地热供能单元对应的液态有机工质的热能以及与光热供能单元所对应的高温导热介质的热能转换为电能。
43.在本实用新型实施例中，地热供能单元还可基于蒸发器、预热器、地热生产井以及地热回灌井共同实现地热水循环，光热供能单元还可基于过热器实现导热介质循环，以提高对地热能以及光热能的利用效率。
44.作为本实用新型实施例的一种可选，可参阅图2示出的本实用新型实施例提供的又一种地热-太阳能串联耦合发电系统的结构示意图。
45.如图2所示，该地热-太阳能串联耦合发电系统的发电单元除了上述提到的预热器101、蒸发器102以及过热器103之外，还可包括复热器104、orc工质泵105、空冷凝汽器106、膨胀机107以及发电机108，其中：
46.复热器104的第一输入端与膨胀机107的第一输出端通过管路连接，复热器104的第二输入端与orc工质泵105的输出端通过管路连接，复热器104的第一输出端与预热器101的第一输入端通过管路连接，复热器104的第二输出端与空冷凝汽器106的输入端通过管路连接；
47.orc工质泵105的输入端与空冷凝汽器106的输出端通过管路连接；
48.预热器101的第一输出端与蒸发器102的第一输入端通过管路连接；
49.蒸发器102的第一输出端与过热器103的第一输入端通过管路连接；
50.过热器103的第一输出端与膨胀机107的第一输入端通过管路连接；
51.膨胀机107的第二输出端与发电机108通过管路连接。
52.具体地，本实施例中的发电单元在处于工作状态时，复热器104可将膨胀机107运输的气态有机工质的热量以及空冷凝汽器106经过orc工质泵105所运输的液态有机工质的热量进行交换，一方面可将气态有机工质通过管路运输至空冷凝汽器106，另一方面还可将液态有机工质通过管路运输至预热器101。其中，空冷凝汽器106可用于将气态有机工质冷凝为液态有机工质，orc工质泵105可用于为管道内有机工质的闭式循环提供动力，也即可不断将空冷凝汽器106出口的液态有机工质运输至复热器104，进而促使发电单元不断将热能转换为电能。接着，预热器101可对复热器104运输的液态有机工质进行初步预热，并将该加热的液态有机工质通过管路运输至蒸发器102，该预热过程中预热器101还可以但不局限于利用地热功能单元所运输的地热水的热量对该液态有机工质进行预热，以进一步控制投入成本，提高能源转换效率。接着，蒸发器102可用于将预热的液态有机工质加热至饱和态，并将该饱和态的液态有机工质通过管路运输至过热器103，该加热过程中蒸发器102还可以但不局限于利用地热功能单元所运输的地热水的热量对该液态有机工质继续加热，以进一步控制投入成本，提高能源转换效率。接着，过热器103可用于将饱和态的液态有机工质加热至过热态，并将过热态的有机工质通过管路运输至膨胀机107，该加热过程中过热器103还可以但不局限于利用光热供能单元所运输的导热介质的热量对该有机工质继续加热，以获取光热供能单元所提供的热源。接着，膨胀机107可用于将过热态的有机工质中的热能转换为机械能，并将该机械能运输至发电机108，以由该发电机108将机械能转换为电能，完成最终发电。
53.可以理解的是，上述提到的预热器101、蒸发器102、过热器、复热器104、orc工质泵105、空冷凝汽器106、膨胀机107以及发电机108均为本领域常见的部件，此处不过多赘述各个部件的参考型号以及工作原理，不限定于此。
54.作为本实用新型实施例的又一种可选，可继续参阅图2示出的本实用新型实施例
提供的又一种地热-太阳能串联耦合发电系统的结构示意图。
55.如图2所示，该地热-太阳能串联耦合发电系统的地热供能单元包括汽水分离器201以及地热水回罐泵202，其中：
56.汽水分离器201的输入端与地热生产井通过管路连接，汽水分离器201的第一输出端与蒸发器102的第二输入端通过管路连接，汽水分离器201的第二输出端与蒸发器102的第三输入端通过管路连接；
57.蒸发器102的第二输出端与预热器101的第二输入端通过管路连接；
58.预热器101的第二输出端与地热水回罐泵202的输入端通过管路连接；
59.地热水回罐泵202的输出端与地热回灌井通过管路连接。
60.具体地，本实施例中的地热供能单元在处于工作状态时，可将地热生产井的地热水通过管路运输至汽水分离器201，并由该汽水分离器201将地热水分离为饱和蒸汽地热水以及液态地热水。接着，汽水分离器201可分别将饱和蒸汽地热水以及液态地热水通过管路运输至蒸发器102，该饱和蒸汽地热水以及液态地热水可同时对由预热器101运输至该蒸发器102的液态有机工质进行加热，并以液态地热水的形态从该蒸发器102通过管路运输至预热器101。接着，运输至预热器101的液态地热水可对由复热器104运输至预热器101的液态有机工质进行预热，并通过地热水回罐泵202将液态加热水通过管路运输至地热回灌井，以便于由该地热回灌井将流入的液态地热水运输至地热回灌井，实现地热水的循环利用。
61.可以理解的是，地热回灌井与地热生产井之间可通过管路连接有地热水循环泵，以通过该地热水循环泵将地热回灌井的地热水运输至地热生产井中，实现地热水的循环利用。
62.作为本实用新型实施例的又一种可选，可继续参阅图2示出的本实用新型实施例提供的又一种地热-太阳能串联耦合发电系统的结构示意图。
63.如图2所示，该地热-太阳能串联耦合发电系统的光热供能单元包括槽式集热器301以及太阳能工质泵302，其中：
64.槽式集热器301的输出端与过热器103的第二输入端连接，槽式集热器301的输入端与太阳能工质泵302的输出端连接；
65.过热器103的第二输出端与太阳能工质泵302的输入端连接。
66.具体地，本实施例中的光热供能单元在处于工作状态时，可由槽式集热器301采集热量，并可以但不局限于通过集热装置将采集到的热量换热到导热介质内，并通过管路将导热介质运输至过热器103。此处，导热介质可以但不局限于为导热油。接着，过热器103可基于导热介质对由蒸发器102所运输的液态有机工质进行加热，并由太阳能工质泵302将导热介质进行加压处理，通过管路运输至槽式集热器301，以基于槽式集热器301再次对导热介质进行换热，实现光能的循环利用。
67.作为本实用新型实施例的又一种可选，为了储存光照充足时多余的热能，光热供能单元还包括储热换热器303以及与储热换热器303通过管路连接的储热模块304，其中：
68.储热换热器303的输入端与槽式集热器301的输出端连接，储热换热器303的输出端与太阳能工质泵302的输出端连接。
69.具体地，为了储存光照充足时多余的热能，还可在储热换热器303通过管路将导热介质运输至过热器103的过程中，基于储热换热器303获取槽式集热器301运输的导热介质，
并将该导热介质通过管路运输至储热模块304以进行存储，并可在光照不足时由储热换热器303将存储在储热模块304的导热介质运输至太阳能工质泵302的输出管路，以由该太阳能工质泵302将导热介质通过管路运输至槽式集热器301，保障能源的转换效率。
70.可以理解的是，储热换热器303的输入端与槽式集热器301的输出端之间设置有第一电磁阀305，以便于通过第一电磁阀305来控制储热换热器303获取槽式集热器301运输的导热介质。储热换热器303的输出端与太阳能工质泵302的输出端之间设置有第二电磁阀306，以便于通过第二电磁阀306来控制储热换热器303将存储在储热模块304的导热介质运输至太阳能工质泵302的输出管路。
71.作为本实用新型实施例的又一种可选，过热器103的第一输出端设置有第一温度传感器，以用于检测过热器103出口的有机工质温度；蒸发器102的第一输出端设置有第二温度传感器，以用于检测蒸发器102出口的有机工质温度。
72.可以理解的是，在地热供能单元中的地热水流量可随有机工质温度的变化而调整，调整的基准为保证蒸发器102出口的有机工质为饱和态。
73.还可以理解的是，在光热供能单元中导热介质的流向可以但不局限于根据过热器103出口的有机工质温度来进行调整。

技术特征：

1.一种地热-太阳能串联耦合发电系统，其特征在于，包括地热供能单元、光热供能单元以及发电单元，其中：所述地热供能单元的输入端与地热生产井连接，所述地热供能单元的输出端与地热回灌井连接；所述发电单元包括预热器、蒸发器以及过热器，所述预热器以及所述蒸发器与所述地热供能单元连接，所述过热器与所述光热供能单元连接，所述发电单元用于将所述地热供能单元输出的第一热源以及所述光热供能单元输出的第二热源转换为电能。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电单元还包括复热器、orc工质泵、空冷凝汽器、膨胀机以及发电机，其中：所述复热器的第一输入端与所述膨胀机的第一输出端连接，所述复热器的第二输入端与所述orc工质泵的输出端连接，所述复热器的第一输出端与所述预热器的第一输入端连接，所述复热器的第二输出端与所述空冷凝汽器的输入端连接；所述orc工质泵的输入端与所述空冷凝汽器的输出端连接；所述预热器的第一输出端与所述蒸发器的第一输入端连接；所述蒸发器的第一输出端与所述过热器的第一输入端连接；所述过热器的第一输出端与所述膨胀机的第一输入端连接；所述膨胀机的第二输出端与所述发电机连接。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地热供能单元包括汽水分离器以及地热水回罐泵，其中：所述汽水分离器的输入端与所述地热生产井连接，所述汽水分离器的第一输出端与所述蒸发器的第二输入端连接，所述汽水分离器的第二输出端与所述蒸发器的第三输入端连接；所述蒸发器的第二输出端与所述预热器的第二输入端连接；所述预热器的第二输出端与所述地热水回罐泵的输入端连接；所述地热水回罐泵的输出端与所述地热回灌井连接。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地热回灌井与所述地热生产井之间连接有地热水循环泵。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光热供能单元包括槽式集热器以及太阳能工质泵，其中：所述槽式集热器的输出端与所述过热器的第二输入端连接，所述槽式集热器的输入端与所述太阳能工质泵的输出端连接；所述过热器的第二输出端与所述太阳能工质泵的输入端连接。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光热供能单元还包括储热换热器以及与所述储热换热器连接的储热模块，其中：所述储热换热器的输入端与所述槽式集热器的输出端连接，所述储热换热器的输出端与所述太阳能工质泵的输出端连接。7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述过热器的第一输出端设置有第一温度传感器。8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述蒸发器的第一输出端设置有第二温度
传感器。9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述储热换热器的输入端与所述槽式集热器的输出端之间设置有第一电磁阀。10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述储热换热器的输出端与所述太阳能工质泵的输出端之间设置有第二电磁阀。

技术总结

本实用新型实施例提供了一种地热-太阳能串联耦合发电系统，包括地热供能单元、光热供能单元以及发电单元，其中：地热供能单元的输入端与地热生产井连接，地热供能单元的输出端与地热回灌井连接；发电单元包括预热器、蒸发器以及过热器，预热器以及蒸发器与地热供能单元连接，过热器与光热供能单元连接，发电单元用于将地热供能单元输出的第一热源以及光热供能单元输出的第二热源转换为电能。通过同时使用地热能和太阳能进行串联耦合发电，可对地热能和太阳能进行梯级利用，充分发挥各能源的优势，提高整体的能源利用率，且还可有效控制成本。成本。成本。