專利名稱：注水蓄能式風(fēng)能與地?zé)崮芾孟到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
注水蓄能式風(fēng)能與地?zé)崮芾孟到y(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及風(fēng)能和地?zé)崮芾孟到y(tǒng)，屬于可再生能源利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]地?zé)崮芎惋L(fēng)能作為清潔的可再生能源，其開發(fā)利用技術(shù)也日趨成熟。風(fēng)力發(fā)電、地 熱發(fā)電以及地?zé)崮艿臒崂迷谖覈家验_展。但是由于地?zé)崮芎惋L(fēng)能各自具有一些不利于 開發(fā)利用的自然屬性，使二者的應(yīng)用，尤其是發(fā)電應(yīng)用受到很大限制。[0003]我國的風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)獲得很大發(fā)展，截至2010年底，全國風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到 3107萬千瓦。但是2010年風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的年累計(jì)利用小時(shí)數(shù)平均僅為2097小時(shí)，遠(yuǎn)低于 當(dāng)年4660小時(shí)的發(fā)電設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)。我國風(fēng)能分布的特點(diǎn)是冬季風(fēng)力大、西部地區(qū) 風(fēng)力大，而電網(wǎng)用電負(fù)荷特點(diǎn)是夏季負(fù)荷大、東部發(fā)達(dá)地區(qū)負(fù)荷大。風(fēng)電功率分布與電網(wǎng)用 電需求分布在地域和時(shí)間上的不匹配，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)和電力輸送造成了困難，也導(dǎo)致 大量的風(fēng)電能量被浪費(fèi)。要解決這一問題必須進(jìn)行風(fēng)電能量的有效儲(chǔ)存。目前，最經(jīng)濟(jì)有 效的風(fēng)能儲(chǔ)存方式是抽水蓄能，但是必須匹配高水位水庫才能實(shí)施，難以廣泛應(yīng)用。近年來 多有討論的蓄電池風(fēng)能儲(chǔ)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(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)等。[0004]地?zé)崮艿拇笠?guī)模利用依賴于抽取地下熱水和熱蒸汽。當(dāng)?shù)叵聼崴?、熱蒸汽的抽?量大于自然補(bǔ)充量時(shí)，會(huì)發(fā)生地下熱水、熱蒸汽枯竭，導(dǎo)致地?zé)崮茈y以持續(xù)利用。而我國大 多數(shù)地區(qū)地下熱水、熱蒸汽可持續(xù)抽取的最大流量很小，而且很難估算，這限制了大規(guī)模地 熱利用項(xiàng)目的實(shí)施。同時(shí)，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(huì)造成地表水的污染。因此，地?zé)豳Y源目前僅能夠在少數(shù)具 有優(yōu)質(zhì)淺層高溫地下水的地區(qū)得到有效利用。[0005]相對(duì)于我國廣大的國土面積，我國境內(nèi)的淺層優(yōu)質(zhì)地?zé)豳Y源稀少。大量存在的是 淺層低溫地?zé)豳Y源。這些低溫地?zé)豳Y源的利用難以達(dá)到好的經(jīng)濟(jì)效益，難以廣泛開展。而 深層高溫地?zé)豳Y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(fēng)能與地?zé)崮艿淖匀粚傩詻Q定的，單純依靠發(fā)展風(fēng)能利用技術(shù) 或地?zé)崮芾眉夹g(shù)很難克服。[0007]基于上述問題而提出的本實(shí)用新型，其目的是提供一種風(fēng)能和地?zé)崮芾孟到y(tǒng)， 同時(shí)達(dá)到風(fēng)能的儲(chǔ)存和地?zé)崮艿某掷m(xù)利用的目的。發(fā)明內(nèi)容[0008]本實(shí)用新型提供一種注水蓄能式風(fēng)能地?zé)崮芾孟到y(tǒng)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的儲(chǔ) 存和地?zé)崮艿某掷m(xù)利用。[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是[0010]一種注水蓄能式風(fēng)能與地?zé)崮芾孟到y(tǒng)，其特點(diǎn)是利用風(fēng)能驅(qū)動(dòng)注水泵向地層注水，保持或恢復(fù)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(jìn)行地?zé)豳Y源利用，即，建設(shè)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?zé)豳Y源利用系統(tǒng)(3)對(duì)這些熱水或熱蒸汽進(jìn)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(shí)向該地層進(jìn)行風(fēng)力注水，即，建設(shè)注水井(4)和風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置￠)，使用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置(6)驅(qū)動(dòng)注水泵(5)，經(jīng)由注水井(4)將經(jīng)過熱利用后的低熱量地下水加壓注入到同一地層(I)。除經(jīng)過熱利用后的低熱量地下水外，需要時(shí)可以向該地層注入其它來源的水作為補(bǔ)充。注入的水吸收地層熱量，重新形成熱水或熱蒸汽，補(bǔ)充被抽取的熱水或熱蒸汽。[0011]所述地?zé)豳Y源利用系統(tǒng)(3)的地?zé)崂梅绞?，可以為各種地?zé)崂梅绞?，包括發(fā)電、采暖、大棚供暖、魚塘保溫等。[0012]所述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置出)，可以是風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，也可以是風(fēng)力直接帶動(dòng)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置。[0013]所述風(fēng)力注水，可以根據(jù)風(fēng)力條件間斷進(jìn)行，即僅在風(fēng)力條件適合風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行時(shí)，才進(jìn)行風(fēng)力注水。風(fēng)力條件不適合風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行時(shí)，停止風(fēng)力注水。[0014]所述抽取地層熱水或熱蒸汽進(jìn)行地?zé)豳Y源利用，不需要與所述風(fēng)力注水同步進(jìn)行。不論是否正在進(jìn)行風(fēng)力注水，均可抽取地層熱水或熱蒸汽進(jìn)行地?zé)豳Y源利用。[0015]本實(shí)用新型可以同時(shí)達(dá)到持續(xù)利用地?zé)豳Y源，以及儲(chǔ)存與釋放利用風(fēng)能資源的效果。從而可以提高風(fēng)能資源的利用效率，并擴(kuò)展地?zé)豳Y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?zé)崮芰康墓べ|(zhì)，在熱源地層和地面之間形成循環(huán)，由此避免了 地下熱水或熱蒸汽資源的耗盡，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的地?zé)豳Y源利用。[0017]向地層注水的過程，在補(bǔ)充攜熱工質(zhì)的同時(shí)，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(shí)現(xiàn)了部分風(fēng)能的儲(chǔ)存。并且以地層流體壓力形式存儲(chǔ)的風(fēng)能，在抽取熱水或熱蒸汽時(shí)將得以釋放利用。[0018]對(duì)于熱水井，地層流體壓力的提高或保持將體現(xiàn)為井筒內(nèi)自然液位的提高或保持。由此，抽取熱水時(shí)所需的提升距離較小，節(jié)省了抽水能耗。當(dāng)?shù)貙恿黧w壓力足夠抵消地層深度造成的井筒液柱壓力時(shí)，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(jié)省，使系統(tǒng)的凈輸出能量得以提高。這種系統(tǒng)凈輸出能量的提高，來自于以地層流體壓力形式儲(chǔ)存起來的風(fēng)能的釋放。[0019]對(duì)于熱蒸汽井，地層流體壓力的提高或保持將體現(xiàn)為井口蒸汽壓力的提高或保持。對(duì)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(chǔ)存起來的風(fēng)能的釋放。[0020]地層具有大量儲(chǔ)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(chǔ)部分風(fēng)能，可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)存儲(chǔ)、緩慢釋放。利用風(fēng)能向地層注水，可以根據(jù)風(fēng)力情況間斷進(jìn)行，而抽取地層熱水或熱蒸汽的過程可以是連續(xù)的， 或者根據(jù)用電需要隨時(shí)抽取。[0021]這樣，就同時(shí)達(dá)到了持續(xù)利用地?zé)豳Y源，并儲(chǔ)存與釋放利用風(fēng)能資源的效果。而且風(fēng)能的儲(chǔ)存和釋放利用過程均不需要額外的設(shè)施或設(shè)備。[0022]本技術(shù)方案還可以用于開采深層地?zé)豳Y源。本技術(shù)方案解決了地層熱水或熱蒸汽的補(bǔ)充問題，以及深層高礦化度地下水的排放污染問題。應(yīng)用本技術(shù)方案可以使大量存在的深層高溫地?zé)豳Y源得以有效開發(fā)。這將極大地?cái)U(kuò)展地?zé)豳Y源的可開發(fā)量，使地?zé)豳Y源的 開發(fā)擺脫稀少的淺層高溫地?zé)豳Y源的限制，使東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)地層深處的地?zé)豳Y源得以 開發(fā)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的、靠近用能地區(qū)的能源供應(yīng)。


[0023]附圖是本實(shí)用新型的系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。[0024]圖中(I)地層、⑵熱水井或熱蒸汽井、(3)地?zé)豳Y源利用系統(tǒng)、⑷注水井、(5) 注水泵、(6)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置具體實(shí)施方式
[0025]本實(shí)用新型的具體實(shí)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(jīng)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(jīng)過注水開 采、注水-采油循環(huán)良好的廢棄油田地層。任何地層都有一定的儲(chǔ)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(dāng)較高滲透率的巖層被低滲透率的巖層所圈閉時(shí)，可 以形成較好的儲(chǔ)水空間。向這種儲(chǔ)水空間注水，可以更有效地提高地層流體壓力。石油行 業(yè)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(shí)踐已經(jīng)證明了向地層注水來恢復(fù)或保持地層流體壓力的有效性。[0027]按本實(shí)用新型的技術(shù)方案，建設(shè)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(jìn)行適當(dāng)?shù)牡責(zé)崂?。熱利用后的熱水或熱蒸汽成為低熱量地下水。同時(shí)向該 地層進(jìn)行風(fēng)力注水，即，建設(shè)注水井和風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置，使用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)注水泵，經(jīng)由 注水井將經(jīng)過熱利用后的低熱量地下水加壓注入到同一地層。除經(jīng)過熱利用后的低熱量地 下水外，需要時(shí)可以向該地層注入其它來源的水作為補(bǔ)充。注入的水吸收地層熱量，重新形 成熱水或熱蒸汽，補(bǔ)充被抽取的熱水或熱蒸汽。[0028]所述地?zé)崂?，可以為各種利用方式，包括發(fā)電、采暖、大棚供暖、魚塘保溫等。所 述風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置，可以是風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，也可以是風(fēng)力直接帶動(dòng)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置，例 如由風(fēng)力渦輪帶動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。[0029]所述風(fēng)力注水，可以根據(jù)風(fēng)力條件間斷進(jìn)行，即僅在風(fēng)力條件適合風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置 運(yùn)行時(shí)，才進(jìn)行風(fēng)力注水。風(fēng)力條件不適合風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行時(shí)，停止風(fēng)力注水。[0030]所述抽取地層熱水或熱蒸汽進(jìn)行地?zé)豳Y源利用，不需要與所述風(fēng)力注水同步進(jìn) 行。不論是否正在進(jìn)行風(fēng)力注水，均可抽取地層熱水或熱蒸汽進(jìn)行地?zé)豳Y源利用。由于地 層具有大量儲(chǔ)水的能力，地層流體壓力的上升和下降是緩慢變化的。根據(jù)石油開采行業(yè)的 經(jīng)驗(yàn)，在每天數(shù)千立方米的注水量或采油量之下，一個(gè)圈閉地層的流體壓力變化，一般是以 數(shù)月或數(shù)年為周期的。因此暫停風(fēng)力注水不會(huì)引起地層流體壓力的劇烈變化。以地層流體 壓力形式儲(chǔ)存風(fēng)能，足以抵消風(fēng)能的晝夜變化，條件理想時(shí)也可以抵消風(fēng)能的季節(jié)變化。本 技術(shù)實(shí)施方式足以保證地?zé)豳Y源的連續(xù)穩(wěn)定開采。
權(quán)利要求1.一種注水蓄能式風(fēng)能與地?zé)崮芾孟到y(tǒng)，其特點(diǎn)是利用風(fēng)能驅(qū)動(dòng)注水泵向地層注水，保持或恢復(fù)地下熱水或熱蒸汽的液位或壓力。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種注水蓄能式風(fēng)能與地?zé)崮芾孟到y(tǒng)，屬于可再生能源利用領(lǐng)域。針對(duì)風(fēng)能存儲(chǔ)的困難，以及地?zé)崮芤虻叵聼崴驘嵴羝萁邌栴}而難以持續(xù)利用的困難，本實(shí)用新型選擇適宜地層(1)，建設(shè)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?zé)豳Y源利用系統(tǒng)(3)對(duì)這些熱水或熱蒸汽進(jìn)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(shí)使用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)裝置(6)驅(qū)動(dòng)注水泵(5)，經(jīng)由注水井(4)將經(jīng)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(shí)還可以向該地層注入其它來源的水作為補(bǔ)充。本實(shí)用新型可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的儲(chǔ)存和地?zé)崮艿某掷m(xù)利用的目的，也可以用于實(shí)現(xiàn)深層地?zé)豳Y源的開發(fā)。
文檔編號(hào)F03D9/02GK202832981SQ20122031705
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者何江 申請(qǐng)人:何江