【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及地熱能開發及利用，尤其是涉及一種基于多分支井筒的中深層地熱換熱系統。
技術介紹
1、地熱能作為一種可持續能源，長久以來因其環境友好和可再生特性受到重視。傳統地熱能技術通常依賴于自然地熱資源，如地下熱水和蒸汽，通過鉆探井來獲取地下的熱能。然而，這種方式在技術和經濟上存在諸多限制和挑戰。首先，傳統地熱發電依賴于地熱資源豐富的特定地理位置，這限制了其應用范圍和發展潛力。其次，鉆探和開采過程中可能導致地下水污染、地表沉降等環境問題。再次，高昂的鉆探成本和維護成本也是制約其廣泛應用的重要因素。此外，地熱能的開發和利用涉及地熱井的鉆探、熱能的提取和轉換以及熱能的最終應用等復雜技術，不僅需要高水平的技術知識和設備，還需要持續進行技術創新來應對開發過程中遇到的各種問題。另，由于地熱井的產能可能會隨著時間的推移而遞減，特別是在地熱井沒有得到充分管理和恢復的情況下該問題更加嚴重，因而地熱能的可持續開發需要有效的地熱資源管理和利用策略，以確保地熱資源不會因為過度開采而迅速枯竭。進一步地，地熱能的能量轉換效率受到地熱資源的溫度、地熱液的流量等多種因素的限制，在一些地熱資源較為貧乏的地區，即使能夠開采到地熱能，低溫度也可能導致地熱能的能量轉換效率不高，影響地熱能的經濟效益和實用性。
2、傳統地熱系統主要依賴單一井筒與地下熱源巖石進行熱交換，由于井筒與巖石接觸的總面積直接決定了熱能的提取速率，這類系統的一個主要缺點是熱交換面積有限，導致熱量提取效率較低。由于井筒長度和直徑的限制，這類系統的能量產出往往較為有限，特別是在地層條件不理
3、在傳統地熱系統中，工作流體通常與地層流體混合，這可能導致地層壓力改變和資源浪費。此外，由于地層的滲透性，工作流體可能會滲漏到周圍的地層中，導致熱量損失和系統熱量提取效率降低。
4、傳統地熱系統通常需要依賴外部泵送設備來維持工作流體的循環，不僅增加了設備和能源等方面的成本，還需要定期進行設備的維護和更換，增加了系統的運行復雜性和不確定性。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種基于多分支井筒的中深層地熱換熱系統，以緩解傳統地熱系統中存在的上述問題。
2、本專利技術實施例提供了一種基于多分支井筒的中深層地熱換熱系統，包括主井筒子系統和分支井筒子系統以及位于地面以上的地表換熱子系統；利用工作流體的熱虹吸驅動所述工作流體在所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統中進行循環；所述主井筒子系統包括豎直設置的第一主井筒、第二主井筒、第三主井筒和第四主井筒；所述第一主井筒的上端與所述第二主井筒的上端通過所述地表換熱子系統連通，所述第三主井筒的上端與所述第四主井筒的上端通過所述地表換熱子系統連通，通過所述地表換熱子系統對從所述第二主井筒流向所述第一主井筒的工作流體以及從所述第四主井筒流向所述第三主井筒的工作流體進行換熱；所述第一主井筒的下端、所述第二主井筒的下端、所述第三主井筒的下端和所述第四主井筒的下端均沿豎直方向伸入地面以下的地熱層；所述分支井筒子系統位于所述地熱層內部；所述分支井筒子系統包括水平設置的多個分支井筒；所述多個分支井筒包括至少一個第一分支井筒和至少一個第二分支井筒，每個所述第一分支井筒的左端與所述第一主井筒的下端連通，每個所述第一分支井筒的右端與所述第四主井筒的下端連通；每個所述第二分支井筒的左端與所述第二主井筒的下端連通，每個所述第二分支井筒的右端與所述第三主井筒的下端連通。
3、作為一種可能的實現，所述分支井筒子系統還包括水平設置的第一副井筒；所述第一副井筒的左端與所述第一主井筒的下端連通，所述第一副井筒的右端與所述第四主井筒的下端連通；每個所述第一分支井筒的左端和右端分別與所述第一副井筒側壁上的不同位置連通。
4、作為一種可能的實現，所述分支井筒子系統還包括水平設置的第二副井筒；所述第二副井筒的左端與所述第二主井筒連通，所述第二副井筒的右端與所述第三主井筒的下端連通；每個所述第二分支井筒的左端和右端分別與所述第二副井筒側壁上的不同位置連通。
5、作為一種可能的實現，所述第一主井筒的下端、所述第二主井筒的下端、所述第三主井筒的下端和所述第四主井筒的下端各自與地面之間的垂直距離不小于2000m。
6、作為一種可能的實現，所述第一主井筒的下端、所述第二主井筒的下端、所述第三主井筒的下端和所述第四主井筒的下端各自與地面之間的垂直距離不大于5000m。
7、作為一種可能的實現，所述地表換熱子系統包括第一換熱器和第二換熱器；所述第一主井筒的上端與所述第二主井筒的上端通過所述第一換熱器連通，通過所述第一換熱器對從所述第二主井筒流向所述第一主井筒的工作流體進行換熱；所述第三主井筒的上端與所述第四主井筒的上端通過所述第二換熱器連通，通過所述第二換熱器對從所述第四主井筒流向所述第三主井筒的工作流體進行換熱。
8、作為一種可能的實現，還包括數據采集子系統和調節子系統；所述數據采集子系統用于采集所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統各自的工況數據；所述調節子系統用于調節所述工作流體在所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統中的循環過程。
9、作為一種可能的實現，還包括控制子系統，分別與所述數據采集子系統和所述調節子系統連接，用于基于所述工況數據控制所述調節子系統調節所述工作流體在所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統中的循環過程。
10、作為一種可能的實現，所述工況數據包括溫度數據、壓力數據和流量數據；所述數據采集子系統包括溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器；所述溫度傳感器用于采集所述溫度數據；所述壓力傳感器用于采集所述壓力數據；所述流量傳感器用于采集所述流量數據；所述控制子系統還用于基于所述中深層地熱換熱系統的管道參數以及所述工作流體的流動參數確定所述中深層地熱換熱系統的壓力損失。
11、作為一種可能的實現，所述調節子系統包括可變速泵和流量控制閥；所述控制子系統還用于基于所述溫度數據、所述壓力數據和所述流量數據以及所述壓力損失控制所述可變速泵和所述流量控制閥各自的工作狀態，以通過所述可變速泵和所述流量控制閥調節所述工作流體在所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統中的循環過程。
12、本專利技術實施例提供的一種基于多分支井筒的中深層地熱換熱系統，通過引入多個分支井筒，相比于傳統地熱系統顯著增加了井筒與地下熱源巖石接觸的總面積，從而顯著提升了熱能的提取效率；由于工作流體是在封閉的井筒中進行循環的，因而有效避免了傳統系統中工作流體與地層流體混合所導致的滲透損失和環境污染風險；且工作流體是在封閉的井筒中與地下熱巖進行熱交換后溫度升高并返回地面的，熱損失較低，還能夠保持工作流體的溫度和化學性質的穩定性，從而提高了熱能的提取效率和系統的長期穩定性；通過利用工作流體的熱虹吸驅動工作流體的循環，消除了對外部泵送設備的依賴，且熱虹吸效應在系統啟動后幾分鐘內即可建立并能持續維持系統的穩定運行，系統即使在長時間停機后也能夠快速恢復運行；由本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于多分支井筒的中深層地熱換熱系統，其特征在于，包括主井筒子系統和分支井筒子系統以及位于地面以上的地表換熱子系統；利用工作流體的熱虹吸驅動所述工作流體在所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統中進行循環；
2.根據權利要求1所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述分支井筒子系統還包括水平設置的第一副井筒；所述第一副井筒的左端與所述第一主井筒的下端連通，所述第一副井筒的右端與所述第四主井筒的下端連通；每個所述第一分支井筒的左端和右端分別與所述第一副井筒側壁上的不同位置連通。
3.根據權利要求1所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述分支井筒子系統還包括水平設置的第二副井筒；所述第二副井筒的左端與所述第二主井筒連通，所述第二副井筒的右端與所述第三主井筒的下端連通；每個所述第二分支井筒的左端和右端分別與所述第二副井筒側壁上的不同位置連通。
4.根據權利要求1所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述第一主井筒的下端、所述第二主井筒的下端、所述第三主井筒的下端和所述第四主井筒的下端各自與地面之間的垂直距離不小于2000m。
5.根據
6.根據權利要求1所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述地表換熱子系統包括第一換熱器和第二換熱器；所述第一主井筒的上端與所述第二主井筒的上端通過所述第一換熱器連通，通過所述第一換熱器對從所述第二主井筒流向所述第一主井筒的工作流體進行換熱；所述第三主井筒的上端與所述第四主井筒的上端通過所述第二換熱器連通，通過所述第二換熱器對從所述第四主井筒流向所述第三主井筒的工作流體進行換熱。
7.根據權利要求1所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，還包括數據采集子系統和調節子系統；所述數據采集子系統用于采集所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統各自的工況數據；所述調節子系統用于調節所述工作流體在所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統中的循環過程。
8.根據權利要求7所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，還包括控制子系統，分別與所述數據采集子系統和所述調節子系統連接，用于基于所述工況數據控制所述調節子系統調節所述工作流體在所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統中的循環過程。
9.根據權利要求8所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述工況數據包括溫度數據、壓力數據和流量數據；所述數據采集子系統包括溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器；所述溫度傳感器用于采集所述溫度數據；所述壓力傳感器用于采集所述壓力數據；所述流量傳感器用于采集所述流量數據；所述控制子系統還用于基于所述中深層地熱換熱系統的管道參數以及所述工作流體的流動參數確定所述中深層地熱換熱系統的壓力損失。
10.根據權利要求9所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述調節子系統包括可變速泵和流量控制閥；所述控制子系統還用于基于所述溫度數據、所述壓力數據和所述流量數據以及所述壓力損失控制所述可變速泵和所述流量控制閥各自的工作狀態，以通過所述可變速泵和所述流量控制閥調節所述工作流體在所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統中的循環過程。
...【技術特征摘要】
1.一種基于多分支井筒的中深層地熱換熱系統，其特征在于，包括主井筒子系統和分支井筒子系統以及位于地面以上的地表換熱子系統；利用工作流體的熱虹吸驅動所述工作流體在所述主井筒子系統和所述分支井筒子系統中進行循環；
2.根據權利要求1所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述分支井筒子系統還包括水平設置的第一副井筒；所述第一副井筒的左端與所述第一主井筒的下端連通，所述第一副井筒的右端與所述第四主井筒的下端連通；每個所述第一分支井筒的左端和右端分別與所述第一副井筒側壁上的不同位置連通。
3.根據權利要求1所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述分支井筒子系統還包括水平設置的第二副井筒；所述第二副井筒的左端與所述第二主井筒連通，所述第二副井筒的右端與所述第三主井筒的下端連通；每個所述第二分支井筒的左端和右端分別與所述第二副井筒側壁上的不同位置連通。
4.根據權利要求1所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述第一主井筒的下端、所述第二主井筒的下端、所述第三主井筒的下端和所述第四主井筒的下端各自與地面之間的垂直距離不小于2000m。
5.根據權利要求4所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述第一主井筒的下端、所述第二主井筒的下端、所述第三主井筒的下端和所述第四主井筒的下端各自與地面之間的垂直距離不大于5000m。
6.根據權利要求1所述的中深層地熱換熱系統，其特征在于，所述地表換熱子系統包括第一換熱器和第二換熱器；所述第一主井筒的上端與所述第二主井筒的上端通過所述第一換熱器連通，通過所述第一換熱器對從所述第二主井筒流向所述第一主井筒的工...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐偉，李驥，喬鏢，張廣秋，李振瑋，
申請(專利權)人：中國建筑科學研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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