地熱發電站的製作方法

2023-08-11 05:30:21

專利名稱：地熱發電站的製作方法
技術領域：
本發明涉及地熱發電站。更具體地說，本發明涉及一種較現有地熱發電站水平提 供技術和商業優勢的地熱發電站，尤其是當地熱鑽孔位於大面積上的情況下。發明背景和現有技術地熱電力是利用地球內部存儲的熱產生的能量，或是收集採自地下的吸收熱。目 前最常見的地熱發電站類型是閃蒸和雙循環發電站。雙循環發電站經過比水具有低得多沸 點的二次流體傳遞適度熱的地熱水，該二次流體因此蒸發並驅動汽輪機。閃蒸型是最常見 的，其中高溫蒸汽直接從鑽井被提取，送入汽輪機，汽輪機驅動發電機。增強地熱系統(EGS) 是一種新的替代型地熱技術。增強地熱系統(EGS)典型地使用深入至熱巖層的井，以注入 水並使用返回的蒸汽來發電。目前的地熱發電站設計為集中式發電站，在距發電站最大距離約2公裡的範圍內 有許多井孔，地上蒸汽管道通常被布置為將蒸汽引致集中式發電站。所有地熱電力項目開 始於勘探階段，在這期間最有希望的位置被選定。此後在選定的地點開始鑽井階段，鑽井方 案被制定例如約為50兆瓦(MW)。生產井鑽井工作隨後展開，一個典型的生產井具有5兆瓦 或少於5兆瓦的電力。每個孔的鑽井通常需要花2-4個月的時間，然後鑽機被移至下一個位 置。在50兆瓦的情況下，鑽孔數可以是10，鑽完所有孔這可能需要花長達3年的時間。這 之後，開始評估/設計階段(1-2年)，然後是建設階段(1-3年)。只有在那之後，電力生產 才開始。在所有階段期間，那些已完成的鑽井被閒置，沒有來自於電力銷售上的收入產生。 從第一個井準備好到建設完成需要的時間通常是6年。一個5兆瓦的井的平均成本可能在 3-4百萬美元範圍內。因此，巨大的投資被閒置長達6年。根據以上，投資高，回報開始晚，負載平衡的冗餘和靈活性受到限制。更具體地說， 設計到運營的階段通常是6-10年，回報開始通常從第7-9年而且如果電力輸出大大減少時 冗餘是有限的。更進一步，工程繁瑣且昂貴，因為每個發電站是量身定製的，其複雜且昂貴。 而且，為了避免管內過多的壓力損失和蒸汽冷凝，井眼必須靠近集中式發電站。此外，大量 的發電設備和不可見的管道鋪設對環境造成了負面影響。鑑於上述提到的種種缺點，需要具有有益特性的地熱發電站。

發明內容
本發明滿足上述提到的要求，避免或減少上述弊端。更具體地說，本發明提供地熱發電站，其特徵在於包括被模塊化和適配化以適合 一個或多個容器(container)的機組，作為地熱容器機組，所述地熱容器機組按體積製作以適配成從一個鑽井或一個普通的孔提取地熱能 源，和每個地熱容器機組具有與其他地熱容器機組以及電力網絡電連接的裝置，由此提 供布置在網絡中的地熱發電站，提供負載平衡和冗餘。地熱發電站可以是閃蒸(flash)或雙循環發電站。
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在一個優選實施方式中，本發明是一個閃蒸/雙循環地熱發電站，包括，1.蒸汽/鹽水處理機組，可操作地連接到2.汽輪機/發電機機組，可操作地連接到3.冷凝機組，可操作地連接到4.冷卻塔機組，其區別在於所述機組被模塊化和適配化以適合一個或多個標準容器，作為地熱容器機組，所述地熱容器機組按一定體積製作以適合主要地從一個鑽井提取地熱能，和每個地熱容器機組具有與其他地熱容器機組以及電力網絡電連接的裝置，由此提 供布置在網絡中的地熱發電站，提供負載平衡和冗餘。優選地，每個模塊化和容器化的機組被放置於挨著或臨近各自的鑽孔(borehole) 平臺(井孔(wellbore)、井眼(drill bore)、鑽孔(drillhole))，避免蒸汽的傳輸和造成壓 力損失以及環境不利。優選地，用於相互連接地熱容器化機組的電纜埋於地下，以減少對環 境的影響。一個典型的容器化機組優選地按一定體積製作設置為5兆瓦的裝機容量，但是， 完全適合於從本地一個或多個井孔可獲取的容量。優選地，地熱發電站被安排在提供遠程監控的對等網絡中。遠程管理工具集中控 制和最大化電站產能。這包括預防性維護傳感器和軟體，以降低故障的風險。優選地，所 有機組包括額外的帶有葉片的汽輪機轉子，它們能被現場容易地用來替換受損的汽輪機轉 子。當有故障時，分散化的網絡提供完全的冗餘。可交付的電力從約5兆瓦到50兆瓦或以 上，相比從距離集中發電廠半徑約2公裡以內的傳統區域大得多區域收集地熱能。模塊化 設計使發電廠能大大升級，適應當地的需求。計算表明，使用2008年歐洲電力現貨市場平均價或者德國地熱綠色能源2009年 1月1日的饋入稅收(Feed-in Tariff)，電力生產商一般在4到6年內將收回全部的地上 投資。每兆瓦裝機價格在市場上具有很高的競爭力。交付時間從訂單日期起將只有約7-9 個月。進一步，隨著技術的改進，模塊化設計允許並促進更新和更高效的模塊化機組或部件 更換。由於地熱機組容易運輸並按一定體積製作為標準化的運輸容器，當井眼電力減少時， 這也適合。地熱發電項目中的額外的風險管理具有相當高的投資價值。


本發明通過若干附圖加以說明，其中圖1顯示一個單獨的地熱容器機組的部件；圖2顯示包含地熱電力系統的若干地熱機組；圖3a顯示一個傳統的地熱發電站的規劃；圖3b顯示根據本發明的具有先進技術水平的地熱電力系統的規劃；圖4顯示一個典型的地熱電力項目與根據本發明的具有先進技術水平的地熱電 力系統相比早6年的開始時間；圖5顯示根據本發明的具有先進技術水平的地熱電力系統與傳統地熱發電廠相 比的較早回報。
具體實施例方式首先參考圖1，顯示根據本發明的一個地熱電力系統，更具體地說，是根據本發明 的一個地熱容器機組。更具體地，圖1顯示包括蒸汽處理機組1 (包括用於閃蒸型系統的蒸 汽和水氣分離器和用於雙循環型系統的蒸發器)的閃蒸/雙循環地熱容器機組的內含物， 該蒸汽處理機組1可操作地連接到汽輪機/發電機組2、冷凝機組3和冷卻塔4。本發明的地熱發電站的每個部分可以包含現有技術，但是其組合體提供了令人驚 訝的技術和經濟效果。然而，隨著科技的進一步發展，新的和改進的技術被優先使用或代替 老的技術。圖2是一個規劃，進一步詳細說明本發明的地熱電力系統如何由若干個容器化機 組裝配而成。圖3a顯示當前的地熱發電站技術，示出了集中式發電站以及它是如何被連接到 周圍不足2公裡遠的每個鑽孔，這種連接包括地上蒸汽管道。圖3b顯示根據本發明的具有先進技術水平的地熱電力系統的規劃，示出了分布 在較大區域的地熱容器機組網絡。圖4顯示傳統地熱發電站項目的時間表和根據本發明的地熱電力統的時間表，展 示出多達6年之早的運營和收入。圖5顯示與傳統的地熱發電站相比根據本發明早期獲得的收入量(1和2之間的 區間)。(如果)這個計算中的區間為1500億千瓦時(GWh)，根據本發明，按照2008年歐洲 現貨市場能源價格(65歐元/兆瓦)，意味著97. 5百萬歐元的額外收入，如果使用當前德國 可再生能源的電力價格，將意味著300百萬歐元的額外收入。在圖5是10個地熱機組的情 況下，在啟動階段晚期期間，將收回所有的地上投資。
權利要求
地熱發電站，其特徵在於包括被模塊化和適配化以適合一個或多個容器的機組，作為地熱容器機組，所述地熱容器機組按一定體積製作以適配化成從至少一個鑽井提取地熱能，和每個地熱容器機組具有與其他地熱容器機組以及電力網絡電連接的裝置，由此提供布置在網絡中的地熱電力系統，提供負載平衡和冗餘。
2.根據權利要求1所述的地熱發電站，進一步包括 蒸汽/鹽水處理機組，可操作地連接到汽輪機/發電機機組，可操作地連接到 蒸汽冷凝機組，可操作地連接到 冷卻塔機組。
3.根據權利要求1所述的地熱發電站，其特徵在於包括多個地熱容器機組，每個機組被設置在地熱能被從中提取的鑽孔(井 孔、井眼、鑽孔)頂部或鄰近位置。
4.根據權利要求1所述的地熱發電站，其特徵在於它是被布置在對等網絡中，所述網絡包括地熱發電站運營商、電力網絡運 營商、供應商和電力公司。
全文摘要
地熱發電站，包括被模塊化和適配化以適合一個或多個容器的機組，作為地熱容器機組，所述地熱容器機組按一定體積製作以適於從一個鑽井提取地熱能源，每個地熱容器機組具有用於與其他地熱容器機組以及電力網絡電連接的裝置，由此提供布置在網絡中的地熱發電站，提供負載平衡和冗餘。
文檔編號F24J3/08GK101978162SQ200980109226
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月17日 優先權日2008年3月17日
發明者G·T·索莫茲森, S·託韋德, S·約翰松 申請人:綠色能源集團公司