專利名稱：注水蓄能式風能與地熱能利用系統的制作方法
技術領域：
注水蓄能式風能與地熱能利用系統技術領域[0001]本實用新型涉及風能和地熱能利用系統，屬于可再生能源利用領域。
背景技術：
[0002]地熱能和風能作為清潔的可再生能源，其開發利用技術也日趨成熟。風力發電、地 熱發電以及地熱能的熱利用在我國都已開展。但是由于地熱能和風能各自具有一些不利于 開發利用的自然屬性，使二者的應用，尤其是發電應用受到很大限制。[0003]我國的風力發電已經獲得很大發展，截至2010年底，全國風電裝機容量已經達到 3107萬千瓦。但是2010年風力發電設備的年累計利用小時數平均僅為2097小時，遠低于 當年4660小時的發電設備平均利用小時數。我國風能分布的特點是冬季風力大、西部地區 風力大，而電網用電負荷特點是夏季負荷大、東部發達地區負荷大。風電功率分布與電網用 電需求分布在地域和時間上的不匹配，對風電機組的并網和電力輸送造成了困難，也導致 大量的風電能量被浪費。要解決這一問題必須進行風電能量的有效儲存。目前，最經濟有 效的風能儲存方式是抽水蓄能，但是必須匹配高水位水庫才能實施，難以廣泛應用。近年來 多有討論的蓄電池風能儲存方式，不但成本高昂，而且存在著一些不確定因素，例如蓄電池 壽命問題帶來的成本不確定性、大量蓄電池帶來的環境污染風險等。[0004]地熱能的大規模利用依賴于抽取地下熱水和熱蒸汽。當地下熱水、熱蒸汽的抽取 量大于自然補充量時，會發生地下熱水、熱蒸汽枯竭，導致地熱能難以持續利用。而我國大 多數地區地下熱水、熱蒸汽可持續抽取的最大流量很小，而且很難估算，這限制了大規模地 熱利用項目的實施。同時，地層深部溫度較高的地下熱水，具有較高的礦化度，有的還含有 重金屬離子，如果排放到地表，會造成地表水的污染。因此，地熱資源目前僅能夠在少數具 有優質淺層高溫地下水的地區得到有效利用。[0005]相對于我國廣大的國土面積，我國境內的淺層優質地熱資源稀少。大量存在的是 淺層低溫地熱資源。這些低溫地熱資源的利用難以達到好的經濟效益，難以廣泛開展。而 深層高溫地熱資源雖然廣泛存在，但是限于上述的熱水、熱蒸汽枯竭問題，和地表水污染問 題，也難以開展廣泛利用。[0006]這些限制因素是由風能與地熱能的自然屬性決定的，單純依靠發展風能利用技術 或地熱能利用技術很難克服。[0007]基于上述問題而提出的本實用新型，其目的是提供一種風能和地熱能利用系統， 同時達到風能的儲存和地熱能的持續利用的目的。發明內容[0008]本實用新型提供一種注水蓄能式風能地熱能利用系統，能夠有效地實現風能的儲 存和地熱能的持續利用。[0009]本實用新型的技術方案是[0010]一種注水蓄能式風能與地熱能利用系統，其特點是利用風能驅動注水泵向地層注水，保持或恢復地下熱水或熱蒸汽的液位或壓力。選擇適合用注水的方法保持地下水液位或流體壓力的地層(I)，進行地熱資源利用，即，建設熱水井或熱蒸汽井(2)，將地層(I)中的熱水或熱蒸汽引出至地表，由地熱資源利用系統(3)對這些熱水或熱蒸汽進行熱能利用。熱利用后的熱水或熱蒸汽成為低熱量地下水。同時向該地層進行風力注水，即，建設注水井(4)和風力驅動裝置￠)，使用風力驅動裝置(6)驅動注水泵(5)，經由注水井(4)將經過熱利用后的低熱量地下水加壓注入到同一地層(I)。除經過熱利用后的低熱量地下水外，需要時可以向該地層注入其它來源的水作為補充。注入的水吸收地層熱量，重新形成熱水或熱蒸汽，補充被抽取的熱水或熱蒸汽。[0011]所述地熱資源利用系統(3)的地熱利用方式，可以為各種地熱利用方式，包括發電、采暖、大棚供暖、魚塘保溫等。[0012]所述風力驅動裝置出)，可以是風力發電機帶動的電動機，也可以是風力直接帶動的機械驅動裝置。[0013]所述風力注水，可以根據風力條件間斷進行，即僅在風力條件適合風力驅動裝置運行時，才進行風力注水。風力條件不適合風力驅動裝置運行時，停止風力注水。[0014]所述抽取地層熱水或熱蒸汽進行地熱資源利用，不需要與所述風力注水同步進行。不論是否正在進行風力注水，均可抽取地層熱水或熱蒸汽進行地熱資源利用。[0015]本實用新型可以同時達到持續利用地熱資源，以及儲存與釋放利用風能資源的效果。從而可以提高風能資源的利用效率，并擴展地熱資源的可開采范圍。[0016]不斷注入和抽取的地下水或蒸汽，作為攜帶地熱能量的工質，在熱源地層和地面之間形成循環，由此避免了 地下熱水或熱蒸汽資源的耗盡，可以實現持續的地熱資源利用。[0017]向地層注水的過程，在補充攜熱工質的同時，也使地層的流體壓力得以提高或保持。地層流體壓力的提高或保持，實現了部分風能的儲存。并且以地層流體壓力形式存儲的風能，在抽取熱水或熱蒸汽時將得以釋放利用。[0018]對于熱水井，地層流體壓力的提高或保持將體現為井筒內自然液位的提高或保持。由此，抽取熱水時所需的提升距離較小，節省了抽水能耗。當地層流體壓力足夠抵消地層深度造成的井筒液柱壓力時，地下熱水可以涌出井口，形成自嗔熱水井，完全免除抽水能耗。這種抽水能耗的節省，使系統的凈輸出能量得以提高。這種系統凈輸出能量的提高，來自于以地層流體壓力形式儲存起來的風能的釋放。[0019]對于熱蒸汽井，地層流體壓力的提高或保持將體現為井口蒸汽壓力的提高或保持。對各種熱蒸汽利用方式來說，更高壓力的蒸汽都能夠提供更多的能量輸出。這種能量輸出的提高，也來自于以地層流體壓力形式儲存起來的風能的釋放。[0020]地層具有大量儲水的能力，并且由抽取熱水或熱蒸汽造成的地層流體壓力下降是緩慢的。因此，利用地層流體壓力存儲部分風能，可以實現隨時存儲、緩慢釋放。利用風能向地層注水，可以根據風力情況間斷進行，而抽取地層熱水或熱蒸汽的過程可以是連續的， 或者根據用電需要隨時抽取。[0021]這樣，就同時達到了持續利用地熱資源，并儲存與釋放利用風能資源的效果。而且風能的儲存和釋放利用過程均不需要額外的設施或設備。[0022]本技術方案還可以用于開采深層地熱資源。本技術方案解決了地層熱水或熱蒸汽的補充問題，以及深層高礦化度地下水的排放污染問題。應用本技術方案可以使大量存在的深層高溫地熱資源得以有效開發。這將極大地擴展地熱資源的可開發量，使地熱資源的 開發擺脫稀少的淺層高溫地熱資源的限制，使東部經濟發達地區地層深處的地熱資源得以 開發，實現連續穩定的、靠近用能地區的能源供應。
[0023]附圖是本實用新型的系統構成示意圖。[0024]圖中(I)地層、⑵熱水井或熱蒸汽井、(3)地熱資源利用系統、⑷注水井、(5) 注水泵、(6)風力驅動裝置具體實施方式
[0025]本實用新型的具體實施方式
是[0026]首先選擇適合用注水的方法保持地下水液位或流體壓力的地層。該地層可以是 經過勘探，證明圈閉良好且滲透率較高的地層，也可以從油田開采地層中，選擇經過注水開 采、注水-采油循環良好的廢棄油田地層。任何地層都有一定的儲水能力，向地層中注水， 可以提高地層中流體的壓力。尤其是當較高滲透率的巖層被低滲透率的巖層所圈閉時，可 以形成較好的儲水空間。向這種儲水空間注水，可以更有效地提高地層流體壓力。石油行 業廣泛地利用向地層注水的方法，通過提高圈閉地層的流體壓力來輔助開采石油。多年的 原油注水開采實踐已經證明了向地層注水來恢復或保持地層流體壓力的有效性。[0027]按本實用新型的技術方案，建設熱水井或熱蒸汽井，將地層中的熱水或熱蒸汽引 出至地表，進行適當的地熱利用。熱利用后的熱水或熱蒸汽成為低熱量地下水。同時向該 地層進行風力注水，即，建設注水井和風力驅動裝置，使用風力驅動裝置驅動注水泵，經由 注水井將經過熱利用后的低熱量地下水加壓注入到同一地層。除經過熱利用后的低熱量地 下水外，需要時可以向該地層注入其它來源的水作為補充。注入的水吸收地層熱量，重新形 成熱水或熱蒸汽，補充被抽取的熱水或熱蒸汽。[0028]所述地熱利用，可以為各種利用方式，包括發電、采暖、大棚供暖、魚塘保溫等。所 述風力驅動裝置，可以是風力發電機和電動機，也可以是風力直接帶動的機械驅動裝置，例 如由風力渦輪帶動的傳動機構。[0029]所述風力注水，可以根據風力條件間斷進行，即僅在風力條件適合風力驅動裝置 運行時，才進行風力注水。風力條件不適合風力驅動裝置運行時，停止風力注水。[0030]所述抽取地層熱水或熱蒸汽進行地熱資源利用，不需要與所述風力注水同步進 行。不論是否正在進行風力注水，均可抽取地層熱水或熱蒸汽進行地熱資源利用。由于地 層具有大量儲水的能力，地層流體壓力的上升和下降是緩慢變化的。根據石油開采行業的 經驗，在每天數千立方米的注水量或采油量之下，一個圈閉地層的流體壓力變化，一般是以 數月或數年為周期的。因此暫停風力注水不會引起地層流體壓力的劇烈變化。以地層流體 壓力形式儲存風能，足以抵消風能的晝夜變化，條件理想時也可以抵消風能的季節變化。本 技術實施方式足以保證地熱資源的連續穩定開采。
權利要求1.一種注水蓄能式風能與地熱能利用系統，其特點是利用風能驅動注水泵向地層注水，保持或恢復地下熱水或熱蒸汽的液位或壓力。
專利摘要本實用新型公開了一種注水蓄能式風能與地熱能利用系統，屬于可再生能源利用領域。針對風能存儲的困難，以及地熱能因地下熱水或熱蒸汽枯竭問題而難以持續利用的困難，本實用新型選擇適宜地層(1)，建設熱水井或熱蒸汽井(2)，將地層(1)中的熱水或熱蒸汽引至地表，由地熱資源利用系統(3)對這些熱水或熱蒸汽進行熱能利用。熱利用后的熱水或熱蒸汽成為低熱量地下水。同時使用風力驅動裝置(6)驅動注水泵(5)，經由注水井(4)將經過熱利用后的低熱量地下水加壓注入到同一地層(1)。需要時還可以向該地層注入其它來源的水作為補充。本實用新型可以同時實現風能的儲存和地熱能的持續利用的目的，也可以用于實現深層地熱資源的開發。
文檔編號F03D9/02GK202832981SQ20122031705
公開日2013年3月27日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者何江 申請人:何江