水力發(fā)電及地熱能系統(tǒng)和方法
【專利說明】水力發(fā)電及地熱能系統(tǒng)和方法
[0001]相關申請的引用
[0002]本申請要求2012年4月27日提交的美國臨時申請序列號61/639，507的優(yōu)先權，其整體地通過參引并入本文。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]描述了一種系統(tǒng)，在一些實施方式中，該系統(tǒng)由從表面到地下的熱深區(qū)域的管或井孔、從該點到遠離該第一點的另一點的穿過熱深區(qū)域的另一管或井孔、以及從該遠端點到表面的第三管或井孔組成。當被連接時，所有三者均是同一系統(tǒng)的部分。
[0004]在該系統(tǒng)中，流體將大致通過重力在第一井孔或管中從表面向熱深區(qū)域流過，并且在此過程中將造成安裝在井孔或管內(nèi)的渦輪轉動從而產(chǎn)生電力，電力將通過電線返回到表面。
[0005]此后流體將通過第二井孔或管流入熱深區(qū)域。當例如該井孔或管大致滿時，在第一井孔或管中定位在渦輪下方的閥將關閉，將系統(tǒng)的該部分封閉。定位在第二井孔或管與第三返回管相遇的點處的另一閥也將關閉，將流體封閉。
[0006]第二井孔或管中的流體將被周圍的巖石加熱直到其達到超過沸騰的適當溫度。當已經(jīng)達到之后，第二閥將打開，使得由地下熱產(chǎn)生的蒸汽通過可以是隔絕的第三井孔或管上升到表面，蒸汽可被用于使另一渦輪轉動以產(chǎn)生更多的電能。
[0007]當該循環(huán)完成時，將按照上文所述重新開始。具有若干可使該系統(tǒng)更加有用并具有成本效益的實施方式，例如:
[0008]1.在一些案例中，最初用于其它目的而鉆的現(xiàn)存的井可被用于將流體發(fā)送到深處或使其返回或者兩者兼有，從而減少所要求的新的井孔或管以及系統(tǒng)的成本。
[0009]2.在一些案例中，該現(xiàn)存的井可以是豎直的和水平的，例如在一些壓裂井(fracking well)中。
[0010]3.在一些案例中，現(xiàn)存的壓裂流體可用作該系統(tǒng)中的輸入流體，并且可通過轉換成蒸汽而在質量上得以提高。
[0011]4.在一些案例中，輸入流體可以部分由C02組成。在深處的熱巖石是石灰石或相關巖石類型的情況下，將除去或降低co2，同時由于CO2與巖石之間的反應而擴大井孔或管的尺寸。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，系統(tǒng)包括流體連通通道，該流體連通通道包括:第一部分，該第一部分從地表面向地下熱區(qū)域延伸；第二部分，該第二部分與第一部分連接并且與地下熱區(qū)域熱連通；以及第三部分，該第三部分與第二部分連接并且延伸至地表面。該系統(tǒng)進一步包括第一渦輪發(fā)電機和第二渦輪發(fā)電機。第一渦輪發(fā)電機構造成將流體連通通道的第一部分中的大致在重力的影響下流動的流體的動能轉換成電能。第二渦輪發(fā)電機構造成將在流體連通通道的第三部分內(nèi)流動或者流出第三部分的蒸汽的動能轉換成電能。該系統(tǒng)還包括閥裝置，該閥裝置構造成用于操控，以將流體保持在流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分中從而產(chǎn)生蒸汽。
[0013]根據(jù)另一方面，方法包括能夠使流體大致在重力的影響下通過流體連通通道的第一部分朝向流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分流動。該方法還包括利用第一渦輪發(fā)電機將流動通過流體連通通道的第一部分的流體的動能轉換成電能。操控閥裝置從而將流體保持在流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分中一段時間。將流體從流體連通通道的第二部分中釋放，以蒸汽的形式流動通過流體連通通道的第三部分。該方法還包括利用第二渦輪發(fā)電機將在流體連通通道的第三部分內(nèi)流動或流出第三部分的蒸汽的動能轉換成電能。
[0014]另外的方面，特征和優(yōu)點將根據(jù)以下詳細的說明、附圖以及權利要求而顯而易見。
【附圖說明】
[0015]圖1是示出了水力發(fā)電及地熱系統(tǒng)的示例實施方式的示意圖。
[0016]圖2是示出了水力發(fā)電及地熱系統(tǒng)200的示例實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，水力發(fā)電及地熱系統(tǒng)100包括流體連通通道102，流體連通通道102具有:從地表面104向地下熱區(qū)域106 (例如熱干巖)延伸的第一部分102a ;與第一部分102a連接并且與地下熱區(qū)域106熱連通的第二部分102b ；以及與第二部分連接并延伸至地表面的第三部分102c。
[0018]第一渦輪發(fā)電機108a構造成將流體連通通道102的第一部分102a中的大致在重力的影響下流動的流體的動能轉換成電能。電能能夠經(jīng)由電線IlOa輸送至電分配面板112a，電分配面板112a在示出的實施方式中位于地表面上方。
[0019]第二渦輪發(fā)電機108b構造成將流體連通通道102的第三部分102c內(nèi)流動的蒸汽的動能轉換成電能。電能能夠經(jīng)由電線IlOb輸送至電分配面板112b，電分配面板112b在示出的實施方式中位于地表面上方。
[0020]在一些實施方式中，來自第一渦輪發(fā)電機和第二渦輪發(fā)電機的電能被輸送至電分配面板。
[0021]在示出的實施方式中包括第一閥114a和第二閥114b的閥裝置構造成用于操控以將流體保持在流體連通通道102的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分102b中從而產(chǎn)生蒸汽。
[0022]在示出的實施方式中，第一閥114a位于流體連通通道的與地下熱區(qū)熱連通的第二部分的一部分的上游，第二閥114b位于流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分的所述部分的下游。
[0023]另外，第一閥114a在流體連通通道的第一部分102a中位于第一渦輪發(fā)電機IlOa的下游，而第二閥114b在流體連通通道的第三部分102c中位于第二渦輪發(fā)電機108b的上游。
[0024]在一些實施方式中，第一閥114a和第二閥114b的操作是自動的，使得當?shù)谝婚y114a與第二閥114b之間的流體連通通道102中存在臨界量的流體時，第一閥114a和第二閥114b關閉。另外，在一些實施方式中，第二閥114b的操作是進一步自動的，使得在臨界狀態(tài)下，在第一閥和第二閥已經(jīng)關閉一段時間之后，第二閥114b打開，從而允許在第一閥114a與第二閥114b之間的流體連通通道102中已形成的蒸汽通過流體連通通道的第三部分102c向上流動。
[0025]如所示出的，流體連通通道的第二部分102c與地下熱區(qū)域106物理接觸。
[0026]在某些實施方式中，第二渦輪發(fā)電機108b能夠位于地表面104的上方。
[0027]示出的系統(tǒng)100包括位于流體連通通道的第三部分102c與流體連通通道的第一部分102a之間的蒸汽冷凝單元120 (蒸汽冷凝單元120能夠是利用余熱或者使得蒸汽冷凝的任何形式的單元)。
[0028]在一些實施方式中，地下熱區(qū)域是熱干巖。然而，地下熱區(qū)域可以是能夠向流體連通通道的第二部分102b中的流體提供充足熱量的任何區(qū)域，所述熱量造成流體至少部分地蒸發(fā)使得其隨后能夠通過流體連通通道的第三部分沿著向上的方向流動，以驅動第二渦輪發(fā)電機108b。
[0029]在典型的實施方式中，圖1的系統(tǒng)100能夠如下操作。
[0030]系統(tǒng)100能夠使流體大致在重力的影響下通過流體連通通道的第一部分朝向流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分流動。系統(tǒng)利用第一渦輪發(fā)電機將流動通過流體連通通道的第一部分的流體的動能轉換成電能。能夠操控(手動或自動)閥裝置以將流體保持在流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分中一段時間。另外，流體能夠被從流體連通通道的第二部分中釋放，以蒸汽的形式流動通過流體連通通道的第三部分；并且系統(tǒng)能夠利用第二渦輪發(fā)電機將在流體連通通道的第三部分內(nèi)流動或流出第三部分的蒸汽的動能轉換成電能。
[0031]如圖2所示，水力發(fā)電及地熱系統(tǒng)200包括具有第一部分102a和第二部分102b的流體連通通道102，第一部分102a從地表面向地下熱區(qū)域106 (例如，熱干巖)延伸，第二部分102b與第一部分連接并與地下熱區(qū)域106熱連通。
[0032]渦輪發(fā)電機108構造成將流體連通通道的第一部分中的大致在重力的影響下流動的流體的動能轉換成電能；并且將在流體連通通道的第一部分中流動的蒸汽的動能轉換成電能。
[0033]閥裝置(S卩，閥114)構造成用于操控以將流體保持在流體連通通道的與地下熱區(qū)域熱連通的第二部分中從而產(chǎn)生蒸汽。在示出的示例中，閥位于渦輪發(fā)電機114與流體連通通道102的與地下熱區(qū)域106熱連通的第二部分102b之間。
[0034]在一些實施方式中，閥114的操作是自動的，使得當流體連通通道102的第二部分102b中存在臨界量的流體時，閥114關閉。在一些實施方式中，閥114的操作是進一步自動的，使得在臨界狀態(tài)