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工程科学与技术 2020年第3期52卷 1-9页

作者：谢和平李存宝孙立成廖家禧杨伟马举昌李碧雄深圳大学广东省深地科学与地热能开发利用重点实验室深地科学与绿色能源研究院土木与交通工程学院广东深圳518060 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院四川成都610065 河南省农业厅中药材生产技术服务中心河南郑州450000 四川大学建筑与环境学院四川成都610065

随着探月工程规模的不断扩大,仅仅依靠太阳能电池或小型放射性同位素电源将难以为月基活动提供充足持续的能源供应,研发月球原位能源供给技术是各类月基活动的关键基础。月球表面昼夜温差极大且当月壤月岩埋深超过1 m时,月壤月岩层的温... 详细信息

随着探月工程规模的不断扩大,仅仅依靠太阳能电池或小型放射性同位素电源将难以为月基活动提供充足持续的能源供应,研发月球原位能源供给技术是各类月基活动的关键基础。月球表面昼夜温差极大且当月壤月岩埋深超过1 m时,月壤月岩层的温度基本恒定。本文基于月壤和月岩恒温层与月球表面存在巨大温差的特性,提出了利用该温差进行发电的月基原位能源支撑技术构想,设计了月球温差热电材料热伏发电技术和月球温差磁悬浮发电技术及实施构想。月球温差热电材料热伏发电系统直接利用热电材料实现昼夜连续工作的热电转换,该装置设计有由热管相连的3层均热板,解决月壤表层导热性差带来的换热不足问题,将月表辐射能(白天)以及月壤的热能(夜晚)连续转化为电能,几乎可以满足所有空间能源系统的需求。月球温差磁悬浮发电系统利用热管将月壤中的热量传入发生器,将循环工质加热蒸发,在磁悬浮透平发电机中做功发电,循环工质在表面换热器中与太空进行辐射换热而冷凝,经工质泵加压后回流到发生器再次吸收热管热量进行循环发电,从而将月球表面与月球月岩恒温层之间的温差转换为电能。两类月基温差发电技术具有无机械摩擦、效率高、寿命长、质量轻的优点,可为探月活动原位能源供给提供相关技术支撑。

关键词：月球原位能源供给极大温差热伏发电磁浮发电

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SAGD中低温流体热伏发电的数值模拟研究

SAGD中低温流体热伏发电的数值模拟研究

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作者：姜宇中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)是一种稠油热采技术,采油过程中会产生大量的中低温流体,余热回收潜力巨大。随着全球对能源利用效率和环境保护的日益重视,余热回收利用成为降低能耗、提高效率的解决方案之一。因此,开展相应的分析、设计和... 详细信息

蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)是一种稠油热采技术,采油过程中会产生大量的中低温流体,余热回收潜力巨大。随着全球对能源利用效率和环境保护的日益重视,余热回收利用成为降低能耗、提高效率的解决方案之一。因此,开展相应的分析、设计和研究具有重要的经济价值和环境效益。热伏发电(TEG)技术以简单可靠的方式进行热电能量转换,能够将热能直接转换为电能。此外,TEG具有可扩展、体积小、无排放物、无活动部件、安静、环保等优势。基于上述分析,本文提出采用热伏发电技术回收SAGD中低温流体的余热利用方案,实现在井口的分布式发电,所发电力可以用于井口的原油输送等。本论文根据TEG实验装置建立了相应的热伏发电数值模型,采用不同边界条件进行了数值模拟,发现采用定流边界的模拟结果与实验数据拟合度较高。在此基础上,进行了不同芯片数量的模拟计算,并用实验数据验证了有关数值模拟结果。针对温度≥170 ℃且易于直接利用的分离水和采出液,提出了采用热伏发电技术直接进行发电的余热回收利用方案;对于不方便直接收集使用的SAGD烟气余热,为充分利用油田现有的基础设施,且不影响原系统或设备的操作与运行,提出了在烟囱外壁缠绕螺旋管式换热器和安装同心管式换热器两种余热回收方案:先用换热器换出170 ℃的流体,再采用热伏发电技术进行发电。针对SAGD的采出液余热利用,建立了相应的热伏发电数值模型,并对输出功率和热电转换效率进行模拟计算,得到了热流体的流量为0.13 kg/s、温度分别为280和180 ℃条件下的有关模拟数据,六层共144块芯片的TEG装置可分别输出1679.64和632.88 W的电量,热电效率分别为9.52%和2.19%,单井发电功率为16.9-28.2 k W。对于螺旋管换热系统,研究结果表明,在其它条件相同的情况下,冷水吸收的热量随缠绕匝数增加、螺旋管直径和管壁厚度的减小而增加,螺旋管材换热性能由高到低依次为铜、铝、铁、钢。对于同心管式换热系统,换热效率随套管半径的增大而降低,随冷水流速增加先增大再减小,在1 kg/s时换热效率可达最大值91.1%。

关键词： SAGD流体余热热伏发电余热利用数值模拟

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废弃井油热电联产条件下产能的影响因素研究

废弃井油热电联产条件下产能的影响因素研究

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作者：科塔（Mohammed Kaita）中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

地热能是能源领域中最具开发前景的能源之一,世界范围内有大量的地热能可以作为能源加以利用。通常情况下,油井无法达到经济化生产价值时,它们通常就被废弃了。但是,越来越多的人们发现,废弃的油井具有开发地热能的潜力。采用常规方法... 详细信息

地热能是能源领域中最具开发前景的能源之一,世界范围内有大量的地热能可以作为能源加以利用。通常情况下,油井无法达到经济化生产价值时,它们通常就被废弃了。但是,越来越多的人们发现,废弃的油井具有开发地热能的潜力。采用常规方法开采原油(一次和二次开采方法)后,油藏中很大一部分原油无法流动。提高采收率(EOR)技术是进一步开采不可回收剩余油的关键。许多废弃油藏的剩余油饱和度在30%以上。本文研究了利用注空气原位燃烧的方法从废弃油层中同时开采石油和地热能的可行性。通过注入空气将原油氧化并加热储层,储层中流体温度提高,并通过油井产出至地面。对剩余油原位燃烧技术的研究比较多,但利用其产生的高温热能进行有效发电的研究比较少。通过注入空气将原油氧化并加热储层,注气燃烧后油藏温度可达300 C左右。本文设计、研发了一种井下油热电联产技术,利用一种新型的同心套管,在井下油管外壁安装热伏发电装置(TEG),在环空注入冷水(20 C),冷水和原位燃烧产生的高温高压流体在TEG模块两侧建立温差,将热能直接转化为电能。本研究首先模拟了均质多孔介质中的原位燃烧,研究了注气速度(500、1500、2500、3500 m/s)对油藏温度和产液量的影响,注气速度越高,油藏温度越高,同时产液量也越高,通过对比前人的结果,对模拟结果进行了验证。温度和流量是影响热伏发电功率的关键参数,将原位燃烧的模拟结果作为初始条件耦合到热伏发电系统的模拟中,一个热伏发电系统可包含多个热伏发电模块,一个热伏发电模块包含6个热伏发电片,呈六边形垂直分布在油管外侧,高度为4 cm左右。模拟结果表明,热伏发电模块的输出功率随井底温度的增加而升高,井底温度为200°C时,一个热伏发电模块可产生18.2 W功率输出,在1 m范围内可安装25个热伏发电模块,总功率最高可达455 W,10 m范围的热伏发电系统最高可输出功率4.55 k W,100 m范围的热伏发电系统最高可输出功率45.5 k W。燃烧前缘到达井下换热器附近后,流体温度和相应的发电量显著提高。综上所述,利用原位燃烧技术进行油热电联产具有重要意义和巨大的经济效益。

关键词：原位燃烧地热发电废弃油井热伏发电

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提高热伏发电效率的数值模拟研究

提高热伏发电效率的数值模拟研究

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作者：朱昱昊中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

我国是世界上中低温地热资源非常丰富的国家之一,然而,地热资源的利用比例却很低,尤其是地热发电。地热和石油都富集于沉积盆地之中,油田通常也是地热田,油田区的地质资料十分丰富,并且有大量的探井、生产井以及废弃井可以改造成地热井... 详细信息

我国是世界上中低温地热资源非常丰富的国家之一,然而,地热资源的利用比例却很低,尤其是地热发电。地热和石油都富集于沉积盆地之中,油田通常也是地热田,油田区的地质资料十分丰富,并且有大量的探井、生产井以及废弃井可以改造成地热井,降低地热钻井成本,十分有利于油田伴生地热的开发利用。热伏发电(TEG)技术可以将热能直接转换成电能,本文以数值模拟方法研究了热伏发电技术的效率提升方式。利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立了TEG芯片的数值模型,分别在定温边界和定流量边界条件下研究了 TEG芯片的传热性能、内阻、输出功率、电压等性能指标,并与实验结果进行对比,定流量边界模拟结果与实验结果拟合较好。对TEG芯片的电压和输出功率进行了敏感性分析,研究了碲化铋粒子横截面积、厚度以及填充比对TEG芯片性能的影响。数值模拟结果表明,碲化铋粒子厚度、填充比相同时,TEG芯片电压随粒子横截面积的增大迅速降低,最高输出功率随粒子横截面积的增大缓慢降低;碲化铋粒子横截面积、填充比相同时,TEG芯片内阻随厚度增加而增大,但其电压几乎不变,输出功率随着厚度的增加而降低;碲化铋粒子横截面积、厚度相同时,填充比越高,TEG芯片内阻越高,电压和功率均随着填充比升高而升高,且线性相关。在TEG芯片模型的基础上,建立了热伏发电(TEG)系统的物理模型和数值模型,对3种不同的TEG系统进行了实验测试和数值模拟研究,并将实验数据与数值模拟结果进行了对比。对热伏发电(TEG)技术在油田伴生地热中的开发利用进行了可行性分析,讨论了油田伴生地热开发利用的优缺点、油田伴生地热发电的影响因素等,以华北油田XLJ1井为研究对象,依据现有技术水平计算了油田伴生地热的可发电功率。

关键词：油田伴生地热地热发电热伏发电数值模拟

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CPGS国内外研究现状及发电应用进展

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能源与环保 2024年第2期46卷 171-177页

作者：魏菊艳付美龙刘玉龙长江大学石油工程学院湖北武汉430100

CPGS结合了CO_(2)地质封存和深部地热开发2种技术的优势,在实现地热能开采的同时,也对CO_(2)进行了地质封存,从而实现了温室气体减排和可再生能源利用技术的结合,CO_(2)的排放在最大限度上减少。介绍了增强型地热系统和CO_(2)羽流地热系... 详细信息

CPGS结合了CO_(2)地质封存和深部地热开发2种技术的优势,在实现地热能开采的同时,也对CO_(2)进行了地质封存,从而实现了温室气体减排和可再生能源利用技术的结合,CO_(2)的排放在最大限度上减少。介绍了增强型地热系统和CO_(2)羽流地热系统,对比分析了水和CO_(2)作为传热工质的优缺点,同时详细地介绍了CO_(2)羽流地热系统的国内外研究现状以及研究需要改进之处。最后介绍了3种CO_(2)羽流地热系统发电应用技术,即热伏发电、有机朗肯循环发电技术、基于以太阳能为辅助热源的CPGS-sCO_(2)布雷顿联合循环发电技术。

关键词： CO 2羽流地热系统增强型地热系统地热能热伏发电有机朗肯循环

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