水力发电及地热能系统和方法
【专利说明】水力发电及地热能系统和方法
[0001]相关申请的引用
[0002]本申请要求2012年4月27日提交的美国临时申请序列号61/639，507的优先权，其整体地通过参引并入本文。
【发明内容】
[0003]描述了一种系统，在一些实施方式中，该系统由从表面到地下的热深区域的管或井孔、从该点到远离该第一点的另一点的穿过热深区域的另一管或井孔、以及从该远端点到表面的第三管或井孔组成。当被连接时，所有三者均是同一系统的部分。
[0004]在该系统中，流体将大致通过重力在第一井孔或管中从表面向热深区域流过，并且在此过程中将造成安装在井孔或管内的涡轮转动从而产生电力，电力将通过电线返回到表面。
[0005]此后流体将通过第二井孔或管流入热深区域。当例如该井孔或管大致满时，在第一井孔或管中定位在涡轮下方的阀将关闭，将系统的该部分封闭。定位在第二井孔或管与第三返回管相遇的点处的另一阀也将关闭，将流体封闭。
[0006]第二井孔或管中的流体将被周围的岩石加热直到其达到超过沸腾的适当温度。当已经达到之后，第二阀将打开，使得由地下热产生的蒸汽通过可以是隔绝的第三井孔或管上升到表面，蒸汽可被用于使另一涡轮转动以产生更多的电能。
[0007]当该循环完成时，将按照上文所述重新开始。具有若干可使该系统更加有用并具有成本效益的实施方式，例如:
[0008]1.在一些案例中，最初用于其它目的而钻的现存的井可被用于将流体发送到深处或使其返回或者两者兼有，从而减少所要求的新的井孔或管以及系统的成本。
[0009]2.在一些案例中，该现存的井可以是竖直的和水平的，例如在一些压裂井(fracking well)中。
[0010]3.在一些案例中，现存的压裂流体可用作该系统中的输入流体，并且可通过转换成蒸汽而在质量上得以提高。
[0011]4.在一些案例中，输入流体可以部分由C02组成。在深处的热岩石是石灰石或相关岩石类型的情况下，将除去或降低co2，同时由于CO2与岩石之间的反应而扩大井孔或管的尺寸。
[0012]根据本发明的一个方面，系统包括流体连通通道，该流体连通通道包括:第一部分，该第一部分从地表面向地下热区域延伸；第二部分，该第二部分与第一部分连接并且与地下热区域热连通；以及第三部分，该第三部分与第二部分连接并且延伸至地表面。该系统进一步包括第一涡轮发电机和第二涡轮发电机。第一涡轮发电机构造成将流体连通通道的第一部分中的大致在重力的影响下流动的流体的动能转换成电能。第二涡轮发电机构造成将在流体连通通道的第三部分内流动或者流出第三部分的蒸汽的动能转换成电能。该系统还包括阀装置，该阀装置构造成用于操控，以将流体保持在流体连通通道的与地下热区域热连通的第二部分中从而产生蒸汽。
[0013]根据另一方面，方法包括能够使流体大致在重力的影响下通过流体连通通道的第一部分朝向流体连通通道的与地下热区域热连通的第二部分流动。该方法还包括利用第一涡轮发电机将流动通过流体连通通道的第一部分的流体的动能转换成电能。操控阀装置从而将流体保持在流体连通通道的与地下热区域热连通的第二部分中一段时间。将流体从流体连通通道的第二部分中释放，以蒸汽的形式流动通过流体连通通道的第三部分。该方法还包括利用第二涡轮发电机将在流体连通通道的第三部分内流动或流出第三部分的蒸汽的动能转换成电能。
[0014]另外的方面，特征和优点将根据以下详细的说明、附图以及权利要求而显而易见。
【附图说明】
[0015]图1是示出了水力发电及地热系统的示例实施方式的示意图。
[0016]图2是示出了水力发电及地热系统200的示例实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，水力发电及地热系统100包括流体连通通道102，流体连通通道102具有:从地表面104向地下热区域106 (例如热干岩)延伸的第一部分102a ;与第一部分102a连接并且与地下热区域106热连通的第二部分102b ；以及与第二部分连接并延伸至地表面的第三部分102c。
[0018]第一涡轮发电机108a构造成将流体连通通道102的第一部分102a中的大致在重力的影响下流动的流体的动能转换成电能。电能能够经由电线IlOa输送至电分配面板112a，电分配面板112a在示出的实施方式中位于地表面上方。
[0019]第二涡轮发电机108b构造成将流体连通通道102的第三部分102c内流动的蒸汽的动能转换成电能。电能能够经由电线IlOb输送至电分配面板112b，电分配面板112b在示出的实施方式中位于地表面上方。
[0020]在一些实施方式中，来自第一涡轮发电机和第二涡轮发电机的电能被输送至电分配面板。
[0021]在示出的实施方式中包括第一阀114a和第二阀114b的阀装置构造成用于操控以将流体保持在流体连通通道102的与地下热区域热连通的第二部分102b中从而产生蒸汽。
[0022]在示出的实施方式中，第一阀114a位于流体连通通道的与地下热区热连通的第二部分的一部分的上游，第二阀114b位于流体连通通道的与地下热区域热连通的第二部分的所述部分的下游。
[0023]另外，第一阀114a在流体连通通道的第一部分102a中位于第一涡轮发电机IlOa的下游，而第二阀114b在流体连通通道的第三部分102c中位于第二涡轮发电机108b的上游。
[0024]在一些实施方式中，第一阀114a和第二阀114b的操作是自动的，使得当第一阀114a与第二阀114b之间的流体连通通道102中存在临界量的流体时，第一阀114a和第二阀114b关闭。另外，在一些实施方式中，第二阀114b的操作是进一步自动的，使得在临界状态下，在第一阀和第二阀已经关闭一段时间之后，第二阀114b打开，从而允许在第一阀114a与第二阀114b之间的流体连通通道102中已形成的蒸汽通过流体连通通道的第三部分102c向上流动。
[0025]如所示出的，流体连通通道的第二部分102c与地下热区域106物理接触。
[0026]在某些实施方式中，第二涡轮发电机108b能够位于地表面104的上方。
[0027]示出的系统100包括位于流体连通通道的第三部分102c与流体连通通道的第一部分102a之间的蒸汽冷凝单元120 (蒸汽冷凝单元120能够是利用余热或者使得蒸汽冷凝的任何形式的单元)。
[0028]在一些实施方式中，地下热区域是热干岩。然而，地下热区域可以是能够向流体连通通道的第二部分102b中的流体提供充足热量的任何区域，所述热量造成流体至少部分地蒸发使得其随后能够通过流体连通通道的第三部分沿着向上的方向流动，以驱动第二涡轮发电机108b。
[0029]在典型的实施方式中，图1的系统100能够如下操作。
[0030]系统100能够使流体大致在重力的影响下通过流体连通通道的第一部分朝向流体连通通道的与地下热区域热连通的第二部分流动。系统利用第一涡轮发电机将流动通过流体连通通道的第一部分的流体的动能转换成电能。能够操控(手动或自动)阀装置以将流体保持在流体连通通道的与地下热区域热连通的第二部分中一段时间。另外，流体能够被从流体连通通道的第二部分中释放，以蒸汽的形式流动通过流体连通通道的第三部分；并且系统能够利用第二涡轮发电机将在流体连通通道的第三部分内流动或流出第三部分的蒸汽的动能转换成电能。
[0031]如图2所示，水力发电及地热系统200包括具有第一部分102a和第二部分102b的流体连通通道102，第一部分102a从地表面向地下热区域106 (例如，热干岩)延伸，第二部分102b与第一部分连接并与地下热区域106热连通。
[0032]涡轮发电机108构造成将流体连通通道的第一部分中的大致在重力的影响下流动的流体的动能转换成电能；并且将在流体连通通道的第一部分中流动的蒸汽的动能转换成电能。
[0033]阀装置(S卩，阀114)构造成用于操控以将流体保持在流体连通通道的与地下热区域热连通的第二部分中从而产生蒸汽。在示出的示例中，阀位于涡轮发电机114与流体连通通道102的与地下热区域106热连通的第二部分102b之间。
[0034]在一些实施方式中，阀114的操作是自动的，使得当流体连通通道102的第二部分102b中存在临界量的流体时，阀114关闭。在一些实施方式中，阀114的操作是进一步自动的，使得在临界状态