地熱源與遠距離供熱網(wǎng)的熱工連接的制作方法
【專利說明】地熱源與遠距離供熱網(wǎng)的熱工連接
[0001] 本發(fā)明設及一種用于為遠距離供熱站供給熱量的方法W及具有地熱源的遠距離 供熱網(wǎng)裝置。
[0002] 遠距離供熱迄今主要基于化石能源的燃燒?，F(xiàn)有大多數(shù)供熱網(wǎng)利用用于發(fā)電的燃 燒化石燃料的發(fā)電廠的廢熱。通過熱電聯(lián)產(chǎn)（KWK)使得燃料所含的能量幾乎完全被利用。 備選地，遠距離供熱網(wǎng)例如與廢棄物燃燒熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠連接。
[0003] 出于環(huán)境保護和氣候保護的原因，為了減少(?的排放，在當前和W后還會進一步 加強減少化石能源的燃燒。電越來越多地由一次能源例如借助風力發(fā)電或者通過太陽能發(fā) 電制造。在運種情況下沒有產(chǎn)生可供利用的廢熱。
[0004] 因為目前有很多供熱網(wǎng)，所W必須對運些供熱網(wǎng)繼續(xù)供熱。不過運些熱量也應該 盡可能地僅來自于可再生能源?，F(xiàn)有的城市遠距離供熱網(wǎng)部分具有超過800km的供熱管路 和每年4T剛!的發(fā)熱量。W此為私人住宅、商業(yè)和工業(yè)設施W及不同的公共用戶運樣的使用 者供熱。2012年仍有約90%的遠距離供熱是借助燃燒化石能源的熱電廠制造的。 陽0化]和發(fā)電一樣，為了在熱量制造上也轉變?yōu)榭稍偕茉矗仨殦?jù)此將現(xiàn)有的遠距離 供熱網(wǎng)連接到新的可再生的熱源上：迄今為止運例如通過生物質的燃燒實現(xiàn)，其缺點之一 在于，現(xiàn)有的生物質的燃燒值是很小的。對此備選地有電阻供熱的應用，不過其效率也是很 低的。
[0006] 對于遠距離供熱網(wǎng)的另外一種備選的熱源是地熱源。按照不同的地質條件和地理 條件，不用到達熱水源的深井其溫度就足夠為遠距離供熱網(wǎng)供熱。在圖1中示出一個遠距 離的剖切截面圖，例如是在德國的阿爾卑斯山脈腳下會出現(xiàn)的遠距離。在此，能流通熱水的 石灰?guī)r層位于地表之下直至4000m。在1000 m和2000m之間海平面之下的深處中熱水的溫 度可為65°C左右。該溫度完全足夠用于例如在溫泉中溫泉水的材料性的利用。但是對于熱 學的利用還必須提高該溫度。迄今為止在此額外所需的熱能借助所謂的補充加熱提供。例 如，利用天然氣燃燒的熱量，不過運在將來也是要避免的。
[0007] 本發(fā)明要解決的技術問題在于，根據(jù)在生態(tài)方面的需求提供一種改進的解決方 案，其不會導致C〇2的排放并且單純基于可再生能源。業(yè)已證明值得期待的是，能夠主要利 用本地的地熱源對現(xiàn)有的遠距離供熱網(wǎng)進行供應。
[0008] 本發(fā)明所基于的技術問題通過按照權利要求1所述的方法W及通過按照權利要 求9所述的裝置解決。本發(fā)明的有利設計方案是從屬權利要求的內容。
[0009] 按照本發(fā)明的用于為遠距離供熱站提供熱量的方法包括下述步驟：首先為了提供 熱量，從地熱源中輸送出熱水，所述地熱源的熱量處于第一溫度水平。然后準備和運行高溫 熱累，W及將地熱源和高溫熱累熱工連接或者說在熱力技術上連接。之后引導熱水通過高 溫熱累的蒸發(fā)器并且將熱水的第一溫度水平的熱量熱傳導到高溫熱累的蒸發(fā)器上。最后還 包括通過高溫熱累的冷凝器提供處于更高的第二溫度水平的熱量。
[0010] 將遠距離供熱和地熱源結合并且通過高溫熱累適當連接的運種方法的優(yōu)點在于， 確保脫碳的供熱。所述地熱源即作為用于熱累的蒸發(fā)器的熱源使用。于是在熱累的冷凝器 中就能為遠距離供熱網(wǎng)中的耗熱用戶的供應提供處于更高溫度水平的熱量。耗熱用戶例 如可W是城市或者城市區(qū)域，它們除了公共用戶主要可W包括住宅和私人用戶W及工業(yè)用 戶。
[0011] 按照本發(fā)明的方法確保了地熱源熱量的升值。
[0012] 優(yōu)選地，在所述方法中使用高溫壓縮熱累作為高溫熱累。其除了用于蒸發(fā)器的熱 源W外僅需要用于運行壓縮機的電能源。運優(yōu)選地借助來自可再生能源的電流，例如借助 來自光電設備或者風力發(fā)電設備的電流。
[0013] 根據(jù)地點和鉆井深度，地熱源經(jīng)常不具有用于遠距離供熱的足夠高的溫度。恰恰 不能在有大量用戶的城市附近或者直接在城區(qū)內根據(jù)地理位置遷就于任意遠的源和任意 深的鉆井。通常可供使用的地熱源的熱量的溫度水平為60°c至95°C之間，運在夏季可能足 夠用于遠距離供熱，但是在溫帶地區(qū)的冬季中運是不夠的。所W，必要的遠距離供熱起始溫 度至少為l〇〇°C，通常優(yōu)選在130°C左右。
[0014] 更高的第二溫度水平典型地為至少100°C，尤其為最小110°C。例如，更高的第二 溫度水平為最小120°C或者優(yōu)選地為最小130°C。
[0015] 在本發(fā)明的一種有利的設計方案中，在該方法中在高溫熱累中使用由氣化酬族制 成的工作介質。優(yōu)選地僅使用無毒的工作介質，尤其對環(huán)境友好的、安全的工作介質。優(yōu)選 地，在高溫熱累中使用的工作介質的臨界溫度在140°C之上，尤其在150°C之上并且在優(yōu)選 160°C之上。環(huán)境友好的無毒的和安全的工作介質的突出特點通常在于非常特殊的熱力學 特性、例如較高的臨界溫度。所使用的工作介質的較高的臨界溫度的優(yōu)點在于，可W進行亞 臨界熱累過程和可W進行近似等溫的熱量釋放。
[0016] 按照本發(fā)明的有利實施形式規(guī)定，熱水首先通過第一熱交換器引導并且被冷卻的 熱水通過回灌管路再引導至巖層。在第一熱交換器上連接有熱傳遞循環(huán)，熱傳遞介質、優(yōu)選 水在熱傳遞循環(huán)中傳遞熱量。從該熱交換器通過兩個管路將處于只略低于地熱源溫度的溫 度水平的熱量一方面?zhèn)鲗е琳舭l(fā)器并且另一方面?zhèn)鲗е粮邷責崂鄣睦淠?。借助高溫熱?使熱傳遞介質處于為遠距離供熱網(wǎng)所需的起始溫度。例如，在熱傳遞介質再次到達第一熱 交換器之前，遠距離供熱回流W及熱累的蒸發(fā)器的回流可W再匯集并且混合。到遠距離供 熱網(wǎng)的熱傳遞介質的回流溫度通常為45°C或者更低。根據(jù)地熱源的溫度，蒸發(fā)器之后的回 流溫度明顯更高，并且因此在熱傳遞介質通過第一熱交換器再次吸收地熱源的熱量之前， 可W在和遠距離供熱回流混合的情況下使混合溫度提高。
[0017] 按照本發(fā)明的另一特別有利的實施形式規(guī)定，在該方法中使用至少一個熱存儲器 用于吸收和存儲熱水的第一溫度水平的熱量或者高溫熱累的冷凝器的更高的第二溫度水 平的熱量。為此，至少一個熱存儲器和第一熱交換器布置在地熱源上或者布置在熱累的冷 凝器之后，W使熱累能調取地熱源溫度水平的熱存儲器或者遠距離供熱網(wǎng)能調取熱累輸出 溫度水平的熱存儲器。該方法的優(yōu)點在于，用電和用熱需求或者電和熱的提供能在時間上 脫禪。一方面在電網(wǎng)中的電流供應超過需要的情況下、例如在由于更多地使用可再生能源 會出現(xiàn)的情況下，多余的電流可W用于使熱存儲器處于更高的第二溫度水平：電熱轉化原 理。備選地，在用電需求升高的情況下可W在一段時間內不運行熱累，方法是遠距離供熱網(wǎng) 調取存儲器。在該時間段，源于地熱源的熱量被預存在其它的熱存儲器中，熱累可W在之后 的時間點動用該熱存儲器（需求側管理）。
[001引在例如由于地質條件只存在非常低的熱水溫度的地方，例如可朗尋兩個熱累禪連 W使地熱源升值。優(yōu)選地，所述熱累串聯(lián)連接，W便由此產(chǎn)生足夠高的溫度。
[0019] 按照本發(fā)明的用于提供溫度水平至少為l〇〇°C的用于遠距離供熱網(wǎng)的熱量的裝置 包括至少一個熱水輸送設備和高溫熱累。尤其地，提供溫度水平最小為l〇〇°C的熱量，例如 最小為120°C和優(yōu)選最小為130°C。高溫熱累與地熱源和遠距離供熱網(wǎng)的布置的優(yōu)點在于， 確保了脫碳的供熱并且減小了C〇2排放W及對進口化石能源載體的依賴。
[0020] 典型地，所述高溫熱累是高溫壓縮熱累。
[0021] 有利的是，高溫熱累包括工作介質，所述工作介質是氣化酬族或系列。典型地，在 高溫熱累中的工作介質具有的臨界溫度在140°c之上，尤其在150°C之上并且優(yōu)選在160°C 之上。優(yōu)選地，高溫熱累中包括對環(huán)境友好的、無毒的、安全的工作介質。
[0022] 高溫熱累的壓縮機典型地W來自可再生能源、例如光伏設備或