利用廢棄油井地?zé)崮馨l(fā)電的研究.pdf

1、近年來，支撐人類文明高速發(fā)展的石化能源出現(xiàn)了前所未有的危機(jī)，除了其儲(chǔ)量的不斷減少外，燃燒過后產(chǎn)生的大量溫室氣體，也是造成全球氣候變暖的主要原因，尋找替代的清潔能源迫在眉睫。地?zé)崮芫褪且环N較為理想的清潔能源。地?zé)崮苁翘N(yùn)藏在地球內(nèi)部的巨大的天然熱能，其儲(chǔ)量豐富并且在使用過程中不會(huì)對(duì)地球環(huán)境造成破壞。隨著石油、煤炭等傳統(tǒng)資源的逐漸枯竭，地?zé)崮軐⒊蔀槲磥硇履茉吹囊粋€(gè)重要組成部分。地?zé)岚l(fā)電是利用工質(zhì)從地層中獲取熱能再通過汽輪機(jī)將地?zé)崮苻D(zhuǎn)化成電能。

2、然而鉆井所需的巨大成本限制了地?zé)岚l(fā)電的廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，隨著石油的開采，存在著許多廢棄的油井，其內(nèi)部?jī)?chǔ)存了大量的熱能。因此對(duì)現(xiàn)有的廢棄油井進(jìn)行改造，使之成為地?zé)峋?，既可?jié)約鉆井花費(fèi)，減少開發(fā)成本，又能解決廢棄油井對(duì)環(huán)境的污染及安全隱患等問題。利用廢棄油井地?zé)崮馨l(fā)電將成為一種廢棄油井綜合治理和有效利用地?zé)豳Y源的新途徑。
　　本文對(duì)利用廢棄油井地?zé)崮馨l(fā)電進(jìn)行了系統(tǒng)研究，考慮了地層傳熱的影響，建立了以瞬態(tài)地層導(dǎo)熱函數(shù)為基礎(chǔ)的理論模型。

3、選擇R600a為循環(huán)工質(zhì)，并利用同心圓管熱交換器從地層中獲取熱量，然后驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。對(duì)一口井深為6000m的廢棄油井進(jìn)行了模擬計(jì)算。研究結(jié)果表明:地層導(dǎo)熱對(duì)利用廢棄油井地?zé)崮馨l(fā)電系統(tǒng)的性能有很大的影響，工質(zhì)離開回收時(shí)的出口溫度隨發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)而不斷降低并最終達(dá)到穩(wěn)定。地層熱導(dǎo)率增大或工質(zhì)進(jìn)入注入井時(shí)的入口流速減小會(huì)縮短發(fā)電系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定所需的時(shí)間，地層體積比熱容對(duì)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間沒有明顯的影響。系統(tǒng)的總發(fā)電量取決于工質(zhì)

4、離開回收井時(shí)的出口溫度和獲取的總熱量，獲取的總熱量會(huì)隨著工質(zhì)進(jìn)入注入井時(shí)的入口流速增大而增大，但工質(zhì)離開回收井時(shí)的出口溫度會(huì)隨之降低;因此對(duì)于特定的地溫?zé)嵩?，存在一個(gè)最佳工質(zhì)進(jìn)入注入井時(shí)的入口流速使得系統(tǒng)的凈發(fā)電量達(dá)到最大。
　　通過考慮隔熱層不完全絕熱時(shí)注入井和回收井中工質(zhì)間的熱量傳遞，來進(jìn)一步完善理論分析模型，并分析了隔熱層對(duì)利用廢棄油井地?zé)崮馨l(fā)電系統(tǒng)性能的影響。研究結(jié)果表明:對(duì)于相同厚度的隔熱層，考慮注入井與回收井中工質(zhì)間的

5、熱量傳遞時(shí)，工質(zhì)的出口溫度與隔熱層完全絕熱時(shí)的出口溫度之差，隨工質(zhì)進(jìn)入注入井時(shí)的入口流速增大而減小，但隨地溫梯度或井深的增大而增大。工質(zhì)離開回收井時(shí)的出口溫度、工質(zhì)從地層中獲取的總熱量和系統(tǒng)的凈發(fā)電量都隨隔熱層厚度的增大而增大。0.03m厚的膨脹聚苯乙烯隔熱層可以有效地阻止注入井和回收井中工質(zhì)間的熱量傳遞。
　　最后，基于考慮了地層導(dǎo)熱影響的理論模型，對(duì)利用廢棄油井地?zé)崮馨l(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)進(jìn)行了評(píng)估。針對(duì)不同的地溫?zé)嵩?，分析了以多種不

6、同有機(jī)流體為循環(huán)工質(zhì)的利用廢棄油井地?zé)崮馨l(fā)電系統(tǒng)的性能。同時(shí)，對(duì)閃蒸發(fā)電系統(tǒng)(FPGS)與直接發(fā)電系統(tǒng)(DPGS)進(jìn)行了比較。模擬結(jié)果表明:從井深小于3000m的廢棄油井中獲取的地?zé)崮懿灰诉M(jìn)行發(fā)電利用。對(duì)于地溫梯度高于0.04K/m、井深大于3000m的廢棄油井，采用直接發(fā)電系統(tǒng)對(duì)離開回收井時(shí)處于超臨界狀態(tài)的工質(zhì)進(jìn)行利用的效率，要高于通過閃蒸發(fā)電系統(tǒng)對(duì)離開回收井時(shí)處于過冷狀態(tài)的工質(zhì)進(jìn)行利用的效率。R134a和R245fa相比于R600a