一种海岛地热电淡冰联供系统

1.本发明涉及利用特殊工作流体发电技术领域，具体涉及一种海岛地热电淡冰联供系统。


背景技术：

2.针对当前海水淡化中存在的造水成本高、浓海水排放问题，从长远角度看，大力发展可再生能源用于海水淡化，并进行电淡联产，将是一种重要途径。基于此，国内外学者已经积极寻求新能源进行海水淡化，如利用太阳能和风能进行海水淡化，但是太阳能海水淡化需要的太阳能集热器面积较大，这就决定了这种技术的规模比较小、造价比较高，而且由于太阳能的不稳定性，造成系统不能连续稳定运行。利用风能进行海水淡化同样也存在装置不能连续稳定运行的问题，同时还存在建设维护费用较大的缺点。地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。研究表明，受深部地幔上隆的热影响，海岛地区大地热流值比大陆地区大地热流值更大一些，地热资源更加丰富。而且，海岛地区冰块和电力需求旺盛，生产的电力和冰块可以就地消纳，无需长距离运输。保障能源供应是我国实现海洋强国战略不可或缺的关键环节，具有重要的国防、经济和环境意义。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的不足，本发明提供一种海岛地热能电淡冰联供系统，通过地热流体与二氧化碳接触换热获取超临界状态的二氧化碳流体，利用超临界状态的二氧化碳流体在第一膨胀机作功进而带动第一发电机发电，而在喷射制冰单元中，二氧化碳跨临界制冷循环并为第一膨胀机提供循环使用的二氧化碳，剩余的地热流体热量还能用于另一有机朗肯循环单元的有机工质加热，过热状态的有机工质气体进入第二膨胀机作功进而带动第二发电机发电并实现制淡单元以实现制取淡水，实现低品位的热能梯级高效利用，提高能源利用效率，降低成本，有利于低品位热能的回收利用，为我国的节能减排做出贡献。
4.为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以实现：
5.一种海岛地热能电淡冰联供系统，其特征在于，包括：第一有机朗肯循环单元、第二有机朗肯循环单元，所述第一有机朗肯循环单元包括喷射制冰单元、第一膨胀机和第一发电机，所述第二有机朗肯循环单元包括：第二膨胀机、制淡单元和第二发电机，其中，
6.所述第一有机朗肯循环单元利用地热流体与二氧化碳接触换热获取超临界状态的二氧化碳流体，所述超临界状态的二氧化碳流体进入所述第一膨胀机作功进而带动所述第一发电机发电，其中，所述第一膨胀机的乏汽引射所述喷射制冰单元中的二氧化碳以实现制冰且部分二氧化碳用于与地热流体换热；
7.所述第二有机朗肯循环单元利用地热流体加热有机工质形成有机工质气体，所述有机工质气体进入所述第二膨胀机作功进而带动所述第二发电机发电，其中，利用所述第一膨胀机的冷凝器和地热流体的热量驱动所述制淡单元以实现制取淡水。
8.如上所述的海岛地热能电淡冰联供系统，进一步地，还包括生产井、二氧化碳加热器和二氧化碳分离器，所述喷射制冰单元包括制冰蒸发器、喷射器、加压泵、节流阀和补充阀，其中，所述生产井采集地热流体并输送到所述二氧化碳加热器，在二氧化碳加热器中，地热流体将所述喷射制冰单元输送过来的二氧化碳加热成超临界状态并输送到所述二氧化碳分离器，经所述二氧化碳分离器分离的二氧化碳进入所述第一膨胀机作功，带动所述第一发电机发电，所述第一膨胀机的乏汽引射所述制冰蒸发器中的二氧化碳，以实现制冰，引射混合的二氧化碳经所述节流阀分成两路，一路进入所述制冰蒸发器，另一路经所述加压泵进入二氧化碳加热器。
9.如上所述的海岛地热能电淡冰联供系统，进一步地，二氧化碳与地热流体在混合加热过程中，部分二氧化碳溶于地热流体并随着地热流体回注至回灌井。
10.如上所述的海岛地热能电淡冰联供系统，进一步地，所述二氧化碳加热器的第一入口与所述生产井连接，所述二氧化碳加热器的第一出口与所述二氧化碳分离器的进口端连接，所述二氧化碳分离器的第一出口连接至所述第一膨胀机的进口端，所述第一膨胀机的出口端与所述喷射器的第一入口，所述喷射器的出口端经所述节流阀连接至所述制冰蒸发器的进口端，所述喷射器的出口端经所述节流阀、所述加压泵连接至所述二氧化碳加热器的第二入口，所述制冰蒸发器的的出口端接至所述喷射器的第二入口，所述补充阀设置在带有所述加压泵的管道上。
11.如上所述的海岛地热能电淡冰联供系统，进一步地，还包括发生器、回热器、回灌井、工质泵和冷凝器，所述制淡单元包括喷淋室、凝气室、浓海水储罐、浓海水储罐、冷海水罐和淡水储罐，其中，所述二氧化碳加热器和所述二氧化碳分离器的底部流出的地热流体混合后进入所述发生器，所述发生器利用地热流体的热量将所述第二有机朗肯循环单元的有机工质加热成有机工质气体，所述有机工质气体进入所述第二膨胀机作功进而带动所述第二发电机发电，所述冷海水罐中存储的海水进入所述凝气室，将从所述喷淋室流过的水蒸气冷凝成液态水，然后进入所述冷凝器中，在所述冷凝器中回收所述第二膨胀机的乏汽的热量后再进入所述回热器，在所述回热器中回收发生器排出的地热流体剩余的热量，最后进入所述喷淋室进行喷淋，蒸发出水蒸气在所述凝气室内被冷却为液态水进入所述淡水储罐，蒸发后的海水进入所述浓海水储罐，所述回热器排出的地热水回注至所述回灌井。
12.如上所述的海岛地热能电淡冰联供系统，进一步地，所述发生器的第一入口与所述二氧化碳分离器的第二出口连接，所述发生器的第一出口与所述回热器的第一入口，所述第二膨胀机、所述冷凝器、所述工质泵和发生器依次连接，所述回热器的出口端连接至所述喷淋室的进口端，所述喷淋室的第一出口与所述凝气室的第一入口连接，所述冷海水罐的出口端连接至所述凝气室的第二入口，所述凝气室的第一出口连接至所述冷凝器的进口端，所述冷凝器的出口端连接至所述回热器的进口端，所述喷淋室的第二出口连接至所述浓海水储罐，所述凝气室的第二出口连接至所述淡水储罐。
13.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
14.(1)采用直接接触混合式加热方式，将地热流体的热量传递给二氧化碳，具有传热效果、无传热温差、投资小等优点。
15.(2)利用二氧化碳可溶于地热流体的特性，实现二氧化碳的地下物理封存。
16.(3)充分回收有机朗肯循环冷凝器和地热尾水的热量进行海水淡化，可实现地热
资源的深度梯级利用。
17.(4)海岛地区电力、淡水和冰块需求旺盛，该系统具有良好的适应性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，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。
19.图1为本发明实施例的海岛地热电淡冰联供系统的结构示意图。
20.附图标记说明：1、发电机；2、二氧化碳膨胀机；3、制冰蒸发器；4、喷射器；5、二氧化碳分离器；6、二氧化碳加热器；7、加压泵；8、节流阀；9、补充阀；10、生产井；11、低压级膨胀机；12、发生器；13、回热器；14、回灌井；15、工质泵；16、冷凝器；17、喷淋室；18、凝气室；19、浓海水储罐；20、冷海水罐；21、淡水储罐。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅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做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。
22.实施例：
23.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必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，以便这里描述的本发明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。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
24.在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.参见图1，图1为本发明实施例的海岛地热电淡冰联供系统的结构示意图。本发明提供一种海岛地热能电淡冰联供系统，针对太阳能、地热能、海洋温差能等领域，通过地热流体与二氧化碳接触换热获取超临界状态的二氧化碳流体，利用超临界状态的二氧化碳流体在第一膨胀机作功进而带动第一发电机发电，而在喷射制冰单元中，二氧化碳跨临界制冷循环并为第一膨胀机提供循环使用的二氧化碳，剩余的地热流体热量还能用于另一有机朗肯循环单元的有机工质加热，过热状态的有机工质气体进入第二膨胀机作功进而带动第二发电机发电并实现制淡单元以实现制取淡水，实现低品位的热能梯级高效利用，提高能
源利用效率，降低成本，有利于低品位热能的回收利用，为我国的节能减排做出贡献。
26.一种海岛地热能电淡冰联供系统，其特征在于，包括：第一有机朗肯循环单元、第二有机朗肯循环单元，所述第一有机朗肯循环单元包括喷射制冰单元、第一膨胀机和第一发电机，所述第二有机朗肯循环单元包括：第二膨胀机、制淡单元和第二发电机，其中，所述第一有机朗肯循环单元利用地热流体与二氧化碳接触换热获取超临界状态的二氧化碳流体，所述超临界状态的二氧化碳流体进入所述第一膨胀机作功进而带动所述第一发电机发电，其中，所述第一膨胀机的乏汽引射所述喷射制冰单元中的二氧化碳以实现制冰且部分二氧化碳用于与地热流体换热；所述第二有机朗肯循环单元利用地热流体加热有机工质形成有机工质气体，所述有机工质气体进入所述第二膨胀机作功进而带动所述第二发电机发电，其中，利用所述第一膨胀机的冷凝器16和地热流体的热量驱动所述制淡单元以实现制取淡水。
27.上述实施例中，还包括生产井10、二氧化碳加热器6和二氧化碳分离器5，所述喷射制冰单元包括制冰蒸发器3、喷射器4、加压泵7、节流阀8和补充阀9，所述二氧化碳加热器6 的第一入口与所述生产井10连接，所述二氧化碳加热器6的第一出口与所述二氧化碳分离器 5的进口端连接，所述二氧化碳分离器5的第一出口连接至所述第一膨胀机的进口端，所述第一膨胀机的出口端与所述喷射器4的第一入口，所述喷射器4的出口端经所述节流阀8连接至所述制冰蒸发器3的进口端，所述喷射器4的出口端经所述节流阀8、所述加压泵7连接至所述二氧化碳加热器6的第二入口，所述制冰蒸发器3的的出口端接至所述喷射器4的第二入口，二氧化碳与地热流体在混合加热过程中会溶于地热流体一定比例的二氧化碳，并随着地热流体回注至回灌井，实现一定程度的二氧化碳的物理封存，所述补充阀9设置在带有所述加压泵7的管道上。
28.上述实施例中，还包括发生器12、回热器13、回灌井14、工质泵15和冷凝器16，所述制淡单元包括喷淋室17、凝气室18、浓海水储罐19、浓海水储罐19、冷海水罐20和淡水储罐21，其中，所述发生器12的第一入口与所述二氧化碳分离器5的第二出口连接，所述发生器12的第一出口与所述回热器13的第一入口，所述第二膨胀机、所述冷凝器16、所述工质泵15和发生器12依次连接，所述回热器13的出口端连接至所述喷淋室17的进口端，所述喷淋室17的第一出口与所述凝气室18的第一入口连接，所述冷海水罐20的出口端连接至所述凝气室18的第二入口，所述凝气室18的第一出口连接至所述冷凝器16的进口端，所述冷凝器16的出口端连接至所述回热器13的进口端，所述喷淋室17的第二出口连接至所述浓海水储罐19，所述凝气室18的第二出口连接至所述淡水储罐21。
29.本发明的一个完整工作流程可以包括：
30.经二氧化碳加压泵7增压的二氧化碳与从生产井10开采的地热流体在接触式二氧化碳加热器6直接混合加热，被加热成超临界状态，进入二氧化碳分离器5，分离出的二氧化碳进入二氧化碳膨胀机2作功，带动发电机1输出电力。利用超临界二氧化碳发电系统的二氧化碳膨胀机2的乏汽引射制冰蒸发器3中二氧化碳，实现制冰，引射混合的二氧化碳经节流阀 8分成两路，一路进入制冰蒸发器3，一路经二氧化碳加压泵7进入接触式二氧化碳加热器6。二氧化碳与地热流体在混合加热过程中会溶于地热流体一定比例的二氧化碳，并随着地热流体回注至回灌井，实现一定程度的二氧化碳的物理封存，在二氧化碳加压泵7前设置了二氧化碳补充阀9。
31.接触式二氧化碳加热器6和二氧化碳分离器5底部流出的地热流体混合后进入发生器12，将有机工质加热成过热状态，有机工质进入低压级膨胀机11作功，带动发电机1发电。冷海水罐20中的冷海水进入凝气室18，将从喷淋室17流过的水蒸气冷凝成液态水，然后进入冷凝器16中，回收低压级膨胀机11乏汽的热量，再进入回热器13，回收发生器12排出的地热尾水的热量，最后进入喷淋室17进行喷淋，蒸发出水蒸气在凝气室内被冷却为液态水进入淡水储罐21，蒸发后的海水进入浓海水储罐19，回热器13排出的地热水回注至回灌井14。
32.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
33.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种海岛地热能电淡冰联供系统，其特征在于，包括：第一有机朗肯循环单元、第二有机朗肯循环单元，所述第一有机朗肯循环单元包括喷射制冰单元、第一膨胀机和第一发电机，所述第二有机朗肯循环单元包括：第二膨胀机、制淡单元和第二发电机，其中，所述第一有机朗肯循环单元利用地热流体与二氧化碳接触换热获取超临界状态的二氧化碳流体，所述超临界状态的二氧化碳流体进入所述第一膨胀机作功进而带动所述第一发电机发电，其中，所述第一膨胀机的乏汽引射所述喷射制冰单元中的二氧化碳以实现制冰且部分二氧化碳用于与地热流体换热；所述第二有机朗肯循环单元利用地热流体加热有机工质形成有机工质气体，所述有机工质气体进入所述第二膨胀机作功进而带动所述第二发电机发电，其中，利用所述第一膨胀机的冷凝器和地热流体的热量驱动所述制淡单元以实现制取淡水。2.根据权利要求1所述的海岛地热能电淡冰联供系统，其特征在于，还包括生产井、二氧化碳加热器和二氧化碳分离器，所述喷射制冰单元包括制冰蒸发器、喷射器、加压泵、节流阀和补充阀，其中，所述生产井采集地热流体并输送到所述二氧化碳加热器，在二氧化碳加热器中，地热流体将所述喷射制冰单元输送过来的二氧化碳加热成超临界状态并输送到所述二氧化碳分离器，经所述二氧化碳分离器分离的二氧化碳进入所述第一膨胀机作功，带动所述第一发电机发电，所述第一膨胀机的乏汽引射所述制冰蒸发器中的二氧化碳，以实现制冰，引射混合的二氧化碳经所述节流阀分成两路，一路进入所述制冰蒸发器，另一路经所述加压泵进入二氧化碳加热器。3.根据权利要求2所述的海岛地热能电淡冰联供系统，其特征在于，二氧化碳与地热流体在混合加热过程中，部分二氧化碳溶于地热流体并随着地热流体回注至回灌井。4.根据权利要求2所述的海岛地热能电淡冰联供系统，其特征在于，所述二氧化碳加热器的第一入口与所述生产井连接，所述二氧化碳加热器的第一出口与所述二氧化碳分离器的进口端连接，所述二氧化碳分离器的第一出口连接至所述第一膨胀机的进口端，所述第一膨胀机的出口端与所述喷射器的第一入口，所述喷射器的出口端经所述节流阀连接至所述制冰蒸发器的进口端，所述喷射器的出口端经所述节流阀、所述加压泵连接至所述二氧化碳加热器的第二入口，所述制冰蒸发器的的出口端接至所述喷射器的第二入口，所述补充阀设置在带有所述加压泵的管道上。5.根据权利要求2所述的海岛地热能电淡冰联供系统，其特征在于，还包括发生器、回热器、回灌井、工质泵和冷凝器，所述制淡单元包括喷淋室、凝气室、浓海水储罐、浓海水储罐、冷海水罐和淡水储罐，其中，所述二氧化碳加热器和所述二氧化碳分离器的底部流出的地热流体混合后进入所述发生器，所述发生器利用地热流体的热量将所述第二有机朗肯循环单元的有机工质加热成有机工质气体，所述有机工质气体进入所述第二膨胀机作功进而带动所述第二发电机发电，所述冷海水罐中存储的海水进入所述凝气室，将从所述喷淋室流过的水蒸气冷凝成液态水，然后进入所述冷凝器中，在所述冷凝器中回收所述第二膨胀机的乏汽的热量后再进入所述回热器，在所述回热器中回收发生器排出的地热流体剩余的热量，最后进入所述喷淋室进行喷淋，蒸发出水蒸气在所述凝气室内被冷却为液态水进入所述淡水储罐，蒸发后的海水进入所述浓海水储罐，所述回热器排出的地热水回注至所述回灌井。6.根据权利要求5所述的海岛地热能电淡冰联供系统，其特征在于，所述发生器的第一
入口与所述二氧化碳分离器的第二出口连接，所述发生器的第一出口与所述回热器的第一入口，所述第二膨胀机、所述冷凝器、所述工质泵和发生器依次连接，所述回热器的出口端连接至所述喷淋室的进口端，所述喷淋室的第一出口与所述凝气室的第一入口连接，所述冷海水罐的出口端连接至所述凝气室的第二入口，所述凝气室的第一出口连接至所述冷凝器的进口端，所述冷凝器的出口端连接至所述回热器的进口端，所述喷淋室的第二出口连接至所述浓海水储罐，所述凝气室的第二出口连接至所述淡水储罐。

技术总结
本发明公开了一种海岛地热电淡冰联供系统，涉及利用特殊工作流体发电技术领域，其通过地热流体与二氧化碳接触换热获取超临界状态的二氧化碳流体，利用超临界状态的二氧化碳流体在第一膨胀机作功进而带动第一发电机发电，而在喷射制冰单元中，二氧化碳跨临界制冷循环并为第一膨胀机提供循环使用的二氧化碳，剩余的地热流体热量还能用于另一有机朗肯循环单元的有机工质加热，过热状态的有机工质气体进入第二膨胀机作功进而带动第二发电机发电并实现制淡单元以实现制取淡水，实现低品位的热能梯级高效利用，提高能源利用效率，降低成本，有利于低品位热能的回收利用，为我国的节能减排做出贡献。节能减排做出贡献。节能减排做出贡献。


技术研发人员：王令宝 郭志鹏 卜宪标 李华山 龚宇烈
受保护的技术使用者：中国科学院广州能源研究所
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2023/6/28