CN110207409B - 用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***的控制方法 - Google Patents
用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***，包括中低温地热发电装置，中低温地热发电装置分别通过地热生产井管路、地热回灌井管路与地热生产井、地热回灌井相连，中低温地热发电装置通过上网电路与电网相连。本发明可利用供电低谷时段的多余电力，通过高温热泵制热并将热量存储在地热井中，在用电高峰时段开启中低温地热发电，以提高中低温地热发电功率并增加电网在用电高峰时段的供电能力，且不需要单独设置储热***及地埋管或热源塔。本发明可以在不同电价时段控制实现发电、储热、供热等不同功能，以最大化利用地热资源。
Description
技术领域
本发明属于中深层地热利用技术领域，涉及一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***及控制方法。
背景技术
电力作为重要能源之一，它的快速发展促进了我国经济的发展，同时经济的发展也会影响电力行业。电网用电高峰时的电力短缺现象时有发生，经济发展水平越高的地方，此问题愈发明显。
针对用电峰谷差问题，一般采用装机容量较大的火电机组通过变负荷运行来解决峰谷差大的问题。但对于火电机组，如果长时间的在低负荷工况下运行，机组的经济性会下降很多，并且会排放出更多的污染物，造成了严重的环境问题。若采用水力发电站进行调峰，则面临水资源分布不均、长远距离输电损耗大等问题。而其他如压缩空气储能等方式则存在能量密度低、体积大、成本高等问题。针对上述问题，可采用一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***，来解决电网调峰问题。
地热能是来自地球深处的可再生能源，近年来，我国地热能的开发利用发展加快，成效显著。地热能的利用主要分为两种方式，第一类是热能直接利用,包括地源热泵、地热水直接供热等；第二类是地热发电。
地热发电是以地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，其基本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。地热发电***主要有3种：高温干蒸汽发电***、扩容闪蒸发电***和双工质循环发电***。
与传统发电方式相比，地热发电利用可再生的地热资源，运行过程中无污染、无排放，对于发展低碳经济、实现可持续发展具有积极的作用。而与风力发电、太阳能光伏发电等可再生能源发电相比，地热发电非常稳定，几乎不受外界环境变化的影响，可以作为电网调峰的有效手段。
由于高温地热发电非常依赖于实际地质条件，而我国已探明的地热资源以中低温地热资源为主，因此近年来关于中低温地热发电的研究得到了较快增长。中低温地热发电较多采用扩容闪蒸发电***，或有机朗肯循环、卡琳娜循环等双工质循环发电***，热源温度对发电***整体性能的影响很大。天津大学牛成坷于2014年发表了硕士论文《吸收升温Kalina发电循环的模拟及实验研究》，其中研究了热源温度对卡琳娜循环发电***的影响，经模拟计算，当热源温度从90℃升至140℃时，***净发电功率从800kW左右上升至2700kW左右，提高了237.5％。天津商业大学张密于2015年发表了硕士论文《地热能有机朗肯循环发电***运行参数的分析及仿真》，其中研究了热源温度对有机朗肯循环发电***的影响，经模拟计算，在相同过热度下，当热源温度从100℃升至120℃时，***净输出功率从300kW左右上升至740kW左右，提高了约146.7％。
通过以上研究可以看出，热源温度对中低温地热发电***的影响是较为显著的，提高热源温度可以有效提高地热发电功率。因此，若将供电低谷时段的多余电力用于制热并储存在地热生产井中，在用电高峰时段开启中低温地热发电***，不仅可以提高热源温度、提高地热发电功率，也可增加用电高峰时段电网的供电能力，保障供电稳定性。
通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相同的公开专利文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***。该***利用供电低谷时段的多余电力，通过高温热泵制热并将热量存储在中深层地热井中，在用电高峰时段开启中低温地热发电，以提高中低温地热发电功率，并增加电网在用电高峰时段的供电能力，此外还可以对外供热。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***，其特征在于：包括中低温地热发电装置，所述中低温地热发电装置分别通过地热生产井管路、地热回灌井管路与地热生产井、地热回灌井相连，所述中低温地热发电装置通过上网电路与电网相连。
而且，所述地热生产井内设置有生产井内换热器，所述生产井内换热器通过热泵生产井侧管路与高温热泵相连。
而且，所述地热回灌井内设置有回灌井内换热器，所述回灌井内换热器通过热泵回灌井侧管路与高温热泵相连。
而且，所述回灌井内换热器及生产井内换热器为U型管式或同轴套管式封闭式换热器。
而且，所述高温热泵设置有对外供热接口。
一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
1)通过人工控制或增设自动控制***判断深井地热发电、储热及供热***的用电时段；
2)根据步骤1)中用电时段判断结果进行对应控制操作：
i：若用电时段属于用电低谷时段，关闭中低温地热发电装置，开启高温热泵，关闭对外供热接口，开启生产井内换热器，以地热回灌井中的流体作为热源，加热地热生产井中的水或蒸汽，高温热泵工况应根据地热生产井和地热回灌井内的温度进行匹配调控，以最大化提高加热效果。若生产井内温度已达到设计要求，则可以根据实际对外供热需要，关闭生产井内换热器，开启对外供热接口，为其他建筑等末端供热；
ii：若用电时段属于用电高峰时段，开启中低温地热发电装置，以地热生产井中的水或蒸汽作为热源进行发电，尾水排至地热回灌井中，并将电力输送至电网，直至用电高峰时段结束，中低温地热发电装置应根据地热生产井内的温度进行匹配调控，以最大化提高发电功率。若有对外供热需求，则关闭生产井内换热器，开启对外供热接口，开启高温热泵为其他建筑等末端供热；
iii：若用电时段属于用电平常时段，根据实时电价及井内参数，计算发电、储热或供热的经济性，以此决定是否开启发电、储热或对外供热。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明可利用供电低谷时段的多余电力，通过高温热泵制热并将热量存储在地热井中，在用电高峰时段开启中低温地热发电，以提高中低温地热发电功率并增加电网在用电高峰时段的供电能力。
2、本发明直接将热量储存在地热井中，不需要单独设置储热***，节省了投资及占地空间。
3、本发明中的高温热泵直接利用地热回灌井中的流体作为热源，不需要单独建设地埋管或热源塔，节省了投资及占地空间。此外，由于地热尾水温度一般高于室外温度，热泵***效率更高。
4、本发明可以在不同电价时段控制实现发电、储热、供热等不同功能，以最大化利用地热资源。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的控制流程图。
附图标记说明
1-中低温地热发电装置、2-地热生产井、3-地热回灌井、4-地热生产井管路、5-地热回灌井管路、6-高温热泵、7-生产井内换热器、8-回灌井内换热器、9-热泵生产井侧管路、10-热泵回灌井侧管路、11-电网、12-上网电路、13-供电电路、14-对外供热接口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
参见图1可见本***的实施例，一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***的结构示意图。
一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***，其创新之处在于：包括中低温地热发电装置1，中低温地热发电装置分别通过地热生产井管路4、地热回灌井管路5与地热生产井2、地热回灌井3相连，中低温地热发电装置通过上网电路12与电网11相连。中低温热地热发电装置可采用有机朗肯循环、卡琳娜循环、扩容闪蒸发电***等发电技术。
中低温热地热发电装置使用的热源为地热生产井，地热生产井通过地热生产井管路将地热流体泵送到中低温热地热发电装置中进行发电，地热流体可以为蒸汽或地热水或汽水混合物，发电后的尾水通过地热发电回灌井管路5回灌至地热回灌井中。
地热回灌井中设置有回灌井内换热器8，回灌井内换热器与地热回灌井中的流体换热，并通过热泵回灌井侧管路10将热量传输至高温热泵6，高温热泵制热后将热量通过热泵生产井侧管路9传输至生产井内换热器7，并加热地热生产井中的流体。
高温热泵通过供电电路13与电网相连并获取电能，高温热泵回灌井侧循环工质为水，生产井侧循环工质可为水或蒸汽，高温热泵设置有对外供热接口14。
热泵回灌井内换热器和热泵生产井内换热器可为U型管式、同轴套管式或其他井下换热器形式，且应为封闭式换热器，不应与地热生产井和地热回灌井中的流体发生物质交换，以避免损坏高温热泵。
生产井内换热器在生产井取水段以外的部分应采用保温处理，以避免热量损失，为实现保温可采用低导热系数的材料制作对应段的井下换热器，或外敷保温材料、外涂保温涂料。
如图2所示，一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***的控制方法，其创新之处在于：该控制方法包括以下步骤：
1)通过人工控制或增设自动控制***判断深井地热发电、储热及供热***的用电时段；
2)根据步骤1)中用电时段判断结果进行对应控制操作：
i：若用电时段属于用电低谷时段，关闭中低温地热发电装置，开启高温热泵，关闭对外供热接口，开启生产井内换热器，以地热回灌井中的流体作为热源，加热地热生产井中的水或蒸汽，高温热泵工况应根据地热生产井和地热回灌井内的温度进行匹配调控，以最大化提高加热效果。若生产井内温度已达到设计要求，则可以根据实际对外供热需要，关闭生产井内换热器，开启对外供热接口，为其他建筑等末端供热；
ii：若用电时段属于用电高峰时段，开启中低温地热发电装置，以地热生产井中的水或蒸汽作为热源进行发电，尾水排至地热回灌井中，并将电力输送至电网，直至用电高峰时段结束，中低温地热发电装置应根据地热生产井内的温度进行匹配调控，以最大化提高发电功率。若有对外供热需求，则关闭生产井内换热器，开启对外供热接口，开启高温热泵为其他建筑等末端供热；
iii：若用电时段属于用电平常时段，根据实时电价及井内参数，计算发电、储热或供热的经济性，以此决定是否开启发电、储热或对外供热。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (5)
1.一种用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***的控制方法，其特征在于：所述***包括中低温地热发电装置，所述中低温地热发电装置分别通过地热生产井管路、地热回灌井管路与地热生产井、地热回灌井相连，所述中低温地热发电装置通过上网电路与电网相连；
所述控制方法包括以下步骤：
1)通过人工控制或增设自动控制***判断深井地热发电、储热及供热***的用电时段；
2)根据步骤1)中用电时段判断结果进行对应控制操作：
i：若用电时段属于用电低谷时段，关闭中低温地热发电装置，开启高温热泵，关闭对外供热接口，开启生产井内换热器，以地热回灌井中的流体作为热源，加热地热生产井中的水或蒸汽，高温热泵工况应根据地热生产井和地热回灌井内的温度进行匹配调控，以最大化提高加热效果，若生产井内温度已达到设计要求，则可以根据实际对外供热需要，关闭生产井内换热器，开启对外供热接口，为其他建筑等末端供热；
ii：若用电时段属于用电高峰时段，开启中低温地热发电装置，以地热生产井中的水或蒸汽作为热源进行发电，尾水排至地热回灌井中，并将电力输送至电网，直至用电高峰时段结束，中低温地热发电装置应根据地热生产井内的温度进行匹配调控，以最大化提高发电功率，若有对外供热需求，则关闭生产井内换热器，开启对外供热接口，开启高温热泵为其他建筑等末端供热；
iii：若用电时段属于用电平常时段，根据实时电价及井内参数，计算发电、储热或供热的经济性，以此决定是否开启发电、储热或对外供热。
2.根据权利要求1所述的用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***的控制方法，其特征在于：所述地热生产井内设置有生产井内换热器，所述生产井内换热器通过热泵生产井侧管路与高温热泵相连。
3.根据权利要求1所述的用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***的控制方法，其特征在于：所述地热回灌井内设置有回灌井内换热器，所述回灌井内换热器通过热泵回灌井侧管路与高温热泵相连。
4.根据权利要求2或3所述的用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***的控制方法，其特征在于：所述回灌井内换热器及生产井内换热器为U型管式或同轴套管式封闭式换热器。
5.根据权利要求2或3所述的用于电网调峰的深井地热发电、储热及供热***的控制方法，其特征在于：所述高温热泵设置有对外供热接口。
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