利用廢棄油井地熱能發(fā)電的研究.pdf

1、近年來，支撐人類文明高速發(fā)展的石化能源出現(xiàn)了前所未有的危機，除了其儲量的不斷減少外，燃燒過后產(chǎn)生的大量溫室氣體，也是造成全球氣候變暖的主要原因，尋找替代的清潔能源迫在眉睫。地熱能就是一種較為理想的清潔能源。地熱能是蘊藏在地球內(nèi)部的巨大的天然熱能，其儲量豐富并且在使用過程中不會對地球環(huán)境造成破壞。隨著石油、煤炭等傳統(tǒng)資源的逐漸枯竭，地熱能將成為未來新能源的一個重要組成部分。地熱發(fā)電是利用工質(zhì)從地層中獲取熱能再通過汽輪機將地熱能轉(zhuǎn)化成電能。

2、然而鉆井所需的巨大成本限制了地熱發(fā)電的廣泛應用。與此同時，隨著石油的開采，存在著許多廢棄的油井，其內(nèi)部儲存了大量的熱能。因此對現(xiàn)有的廢棄油井進行改造，使之成為地熱井，既可節(jié)約鉆井花費，減少開發(fā)成本，又能解決廢棄油井對環(huán)境的污染及安全隱患等問題。利用廢棄油井地熱能發(fā)電將成為一種廢棄油井綜合治理和有效利用地熱資源的新途徑。
　　本文對利用廢棄油井地熱能發(fā)電進行了系統(tǒng)研究，考慮了地層傳熱的影響，建立了以瞬態(tài)地層導熱函數(shù)為基礎的理論模型。

3、選擇R600a為循環(huán)工質(zhì)，并利用同心圓管熱交換器從地層中獲取熱量，然后驅(qū)動汽輪機進行發(fā)電。對一口井深為6000m的廢棄油井進行了模擬計算。研究結果表明:地層導熱對利用廢棄油井地熱能發(fā)電系統(tǒng)的性能有很大的影響，工質(zhì)離開回收時的出口溫度隨發(fā)電系統(tǒng)運行時間的增長而不斷降低并最終達到穩(wěn)定。地層熱導率增大或工質(zhì)進入注入井時的入口流速減小會縮短發(fā)電系統(tǒng)到達穩(wěn)定所需的時間，地層體積比熱容對系統(tǒng)達到穩(wěn)定所需的時間沒有明顯的影響。系統(tǒng)的總發(fā)電量取決于工質(zhì)

4、離開回收井時的出口溫度和獲取的總熱量，獲取的總熱量會隨著工質(zhì)進入注入井時的入口流速增大而增大，但工質(zhì)離開回收井時的出口溫度會隨之降低;因此對于特定的地溫熱源，存在一個最佳工質(zhì)進入注入井時的入口流速使得系統(tǒng)的凈發(fā)電量達到最大。
　　通過考慮隔熱層不完全絕熱時注入井和回收井中工質(zhì)間的熱量傳遞，來進一步完善理論分析模型，并分析了隔熱層對利用廢棄油井地熱能發(fā)電系統(tǒng)性能的影響。研究結果表明:對于相同厚度的隔熱層，考慮注入井與回收井中工質(zhì)間的

5、熱量傳遞時，工質(zhì)的出口溫度與隔熱層完全絕熱時的出口溫度之差，隨工質(zhì)進入注入井時的入口流速增大而減小，但隨地溫梯度或井深的增大而增大。工質(zhì)離開回收井時的出口溫度、工質(zhì)從地層中獲取的總熱量和系統(tǒng)的凈發(fā)電量都隨隔熱層厚度的增大而增大。0.03m厚的膨脹聚苯乙烯隔熱層可以有效地阻止注入井和回收井中工質(zhì)間的熱量傳遞。
　　最后，基于考慮了地層導熱影響的理論模型，對利用廢棄油井地熱能發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)進行了評估。針對不同的地溫熱源，分析了以多種不

6、同有機流體為循環(huán)工質(zhì)的利用廢棄油井地熱能發(fā)電系統(tǒng)的性能。同時，對閃蒸發(fā)電系統(tǒng)(FPGS)與直接發(fā)電系統(tǒng)(DPGS)進行了比較。模擬結果表明:從井深小于3000m的廢棄油井中獲取的地熱能不宜進行發(fā)電利用。對于地溫梯度高于0.04K/m、井深大于3000m的廢棄油井，采用直接發(fā)電系統(tǒng)對離開回收井時處于超臨界狀態(tài)的工質(zhì)進行利用的效率，要高于通過閃蒸發(fā)電系統(tǒng)對離開回收井時處于過冷狀態(tài)的工質(zhì)進行利用的效率。R134a和R245fa相比于R600a