生产地热能的系统和方法与流程

[0001]
本发明涉及能量生产技术领域，尤其涉及一种用于生产地热能的系统和方法。


背景技术：

[0002]
近年来，已在全球范围内大力开发了利用地热能的技术。已测试了工艺中各个组件的新概念，并开辟了以前难以获得的新地热储热器。地热储层的新增产方法、基于新建模方法的工艺控制、作为热交换介质(能量交换介质)的co2和超临界co2以及新颖的闭环工艺是该领域的相关发展方向。
[0003]
提取地热能的技术系统通常能够根据其系统组件加以区分。相关组件包括：(i)从中提取热量的储层的类型、深度和地质埋藏；(ii)开发热源所需的技术措施(钻井、可能刺激储层等)；(iii)所使用的热交换介质的类型(例如，水、二氧化碳、超临界二氧化碳)；(iv)系统设计为开路(介质与地质环境的直接相互作用(流动))或闭路(热传导具有技术限制(管壁)，而热交换介质不与热交换介质的地质环境直接接触)；(v)回路中热交换介质的温度和压力范围(取决于地质和技术条件)；以及(vi)用于能量转换的系统类型。
[0004]
特别地，方法和系统是现有技术中已知的，其中，地下腔用于加热所供应的能量交换介质，然后将其返回到其用于生产能量的表面。特别地，为此目的使用了储孔系统，其包括“覆盖岩石”作为阻挡层，以防止能量交换介质垂直上升(参见例如us8316955b2)。
[0005]
这里使用的岩石层是所谓的“敞开的”岩石腔，它们直接与能量交换介质相互作用，从而不能保证岩石腔的气密性或耐压性。因此，这样的开放系统具有以下缺点：所使用的能量交换介质的一部分丢失了，并且必须永久地提供大量的介质以确保连续运行。
[0006]
尚未解决的问题是，合理地经济利用工业上使用的地下岩石腔，如废弃的储气设施、采矿坑道或打捞腔，尤其是废弃的盐矿。迄今为止，很少对盐结构中不再使用的地下空腔进行地热利用的可能性进行研究。
[0007]
因此，在现有技术中，需要用于生产地热能的系统和方法，其允许将地下岩石腔用于能量生产，而不会像使用现有技术的开放式系统那样，从系统中大量损失所使用的能量交换介质。


技术实现要素：

[0008]
本发明的技术任务是提供一种系统或方法，其能够将地下岩石腔用于地热能生产，而不会损失大量的所使用的能量交换介质。
[0009]
通过用于提取地热能的系统和方法，本文提出的本发明解决了技术任务。
[0010]
本发明涉及一种用于生产地热能的系统，包括：
[0011]
a.气密的储冷器和用作储热器的、位于下方的且气密的岩石腔，
[0012]
其中，与所述储冷器相比，所述储热器中存在升高的温度以及任选地存在升高的压力，
[0013]
b.注入管线，通过所述注入管线能够将所述储冷器中存在的液体能量交换介质供
给到所述储热器中，以及
[0014]
c.上升管线，通过所述上升管线能够使能量交换介质从所述储热器返回到所述储冷器中，
[0015]
其中，所述上升管线包括用于能量转换的装置。
[0016]
在本发明的实施方式中，根据本发明的系统包括以下组件：
[0017]
a.气密的储冷器和用作储热器的、位于下方的且气密的岩石腔，
[0018]
其中，与所述储冷器相比，所述储热器中存在升高的温度以及任选地存在升高的压力，
[0019]
b.注入管线，通过所述注入管线能够将所述储冷器中存在的液体能量交换介质输送到所述储热器中，以及
[0020]
c.上升管线，通过所述上升管线能够使已变成为液体或超临界聚集态的能量交换介质从所述储热器返回到所述储冷器中，
[0021]
其中，所述上升管线包括用于能量转换的装置。
[0022]
根据本发明的系统使得能够经由能量交换介质获得地热能，该能量交换介质从地热中吸收能量并且经由能量转换装置释放该能量，从而产生例如电能。在该系统内，所述能量交换介质在准闭合回路中循环。根据本发明的系统包括用作储热器的、气密的岩石腔。密封性使得能量交换介质可以直接与周围的岩石相互作用，而无需储层的衬里或管道以防止能量交换介质逸出。所谓的半开放式系统中的这种设计结合了开放式系统中最佳传热的优点，并且与封闭式系统一样，在热交换介质(能量交换介质)方面的损失小。
[0023]
在本发明的实施方式中，储热器中的温度高于储冷器中的温度。另外，储热器中的压力也可以高于储冷器中的压力。优选地，与储冷器相比，储热器中的温度和压力都增加。
[0024]
在本发明的实施方式中，储冷器也是气密的岩石腔。储热器和储冷器两者均优选地是位于地下的且气密的岩石腔。
[0025]
根据本发明的系统既不是实际打开的回路也不是完全闭合的回路，因为注入管线和上升管线优选地是带护套的且隔热的管，而所使用的储层允许岩石与能量交换介质之间的直接接触。根据本发明，应该将能量交换介质引入气密的密封岩石腔中(例如，引入废弃的盐矿的盐洞室或盐室中)。跨过腔的边界或壁或岩石表面进行热交换，即，储热器中的介质的加热和储冷器中的介质的冷却。能量交换介质然后被供给到能量转换系统，即能量转换装置。
[0026]
在根据本发明的系统中，能量交换介质以液体形式存在于储冷器中。这是可能的，因为该系统的排列方式应该使储冷器具有能量交换介质的液体所需的相应温度和压力条件。在人造的地上储冷器的情况下，这可以通过主动调节温度和压力来实现。在由一个或多个岩石腔形成的地下储冷器的替代情况下，合适的温度是由周围的岩石确定。由于本发明涉及使用气密的岩石腔，因此在例如通过泵系统向储冷器中填充能量交换介质时能够设定合适的压力。
[0027]
注入管线连接至储冷器的低点，优选地在其最低点。由此可以使储冷器中存在的液体能量交换介质借助重力向下流到储冷器之外。注入管线的下端连接到位于下方的地下储热器。因此，注入管线使能量交换介质能够借助重力从储冷器向下流入储热器。在注入管线内形成液柱，由此由于所述液体柱的流体静压，随着深度增加，在能量交换介质内产生更
高的压力。因此，这种增加的压力也存在于储热器中，能量交换介质可通过注入管路流入其中。优选地，在注入管线内的能量交换介质没有相关的温度升高，因为注入管线与周围的岩石层是热绝缘的，因此在它离开注入管线之前不能吸收任何相关量的地热能。
[0028]
当进入非绝热的储热器时，能量交换介质能够经由与储热器的岩石表面直接接触来吸收环境的热能。这与由储热器的下层产生的压力的增加一起导致储热器内部的液体能量交换介质经历从液体到气态或超临界的相变。由于相变，能量交换介质的密度显著降低，并且储热器内部的介质膨胀。
[0029]
因此，根据本发明的系统可以包括储热器，其温度与储冷器相比升高到这样的程度，使得在储热器中通过以液态形式存在于储冷器和注入管线中的能量交换介质的加热发生能量交换介质的相变。能量交换介质因此在储热器中变为超临界或气态。
[0030]
在相变之后，加热的能量交换介质通过连接到储热器的上升管线排出，其中，上升管线与储热器之间的连接优选位于储热器的上部区域，理想情况下位于储热器的最高点。这使得在相变之后系统内的能量交换介质能够从储热器中排出。在上升管线中，从储热器排出的能量交换介质优选为气态和/或超临界的。
[0031]
能量交换介质的上升优选由于温度升高和密度较低而纯粹是平流的，而不需要外部能量或额外的泵送功率。加热的上升能量交换介质代表上升管线内的恒定流体流，可以通过能量转换装置从中提取吸收的地热能。特别地，上升的气态或超临界的能量交换介质的流体流可以通过涡轮机，该涡轮机由它驱动并从能量交换介质提取能量以用于其利用。
[0032]
优选地，能量转换装置包括涡轮机，该涡轮机定位在上升管线的上部中，靠近立管向储冷器的过渡。因此，在通过该装置或通过涡轮机之后，能量交换介质可以直接排出到储冷器中，其中，由于较低的温度以及可能较低的或设定的压力，再次发生向液体区域的相变。
[0033]
因此，本发明的系统使得能够建立包含在系统中的能量交换介质的循环，其中，能量交换介质吸收储热器中的地热能，该地热能在上升通过上升管线之后再次通过能量交换介质从能量交换介质中提取出来。
[0034]
在涡轮机或用于能量转换的装置中或在随后的储冷器中，发生气态或超临界的能量交换介质的相变回到液态，因为此处能量交换介质被冷却。在通过装置/涡轮机抽出能量之后，在储冷器中发生最终冷却到初始状态。如果储冷器位于地下岩石腔中，则由于周围岩石层的冷却能力而无需外部能量输入，这是可能的。
[0035]
该系统是半开放式的，即，它允许储层的岩石层和能量交换介质之间直接进行热交换，但同时又是气密的，这是该系统的决定性优势，因为系统内相变所需的能量交换可以非常有效地进行，但同时能量交换介质的损失也很小，因此系统几乎可以自主运行。
[0036]
本发明的整个系统是气密的，使得能量交换介质即使在压力增加的情况下也不能从系统中逸出，或者只能以可以忽略的量逸出。特别地，系统的岩石腔是气密的，其中存在能量交换介质与岩石壁之间优选的直接接触。这同样适用于岩石腔或储层与系统的管道(注入管线和上升管线)之间的连接。
[0037]
在本发明的上下文中，储热器并且优选地储冷器分别是气密的天然或人造岩石腔，如废弃的储气设施、采矿坑道或盐洞腔，优选为废弃的盐坑道。在实施方式中，储热器并且优选地储冷器是气密的天然或人造盐岩石腔，优选为废弃的盐坑道。可以使用整个隧道
系统或这些系统的一部分。
[0038]
根据本发明的系统或方法的决定性优势是可以随后使用已经存在的岩石腔。地热能的生产是经济上合理的和社会上所希望的随后使用已经存在的岩石腔的理想选择，从而可以进一步利用现有的岩石腔结构和基础设施，而不是重新创建它们。
[0039]
优选地，储冷器中和注入管线中的温度低于能量交换介质的临界点的温度。即使在进入储热器之前，这也可以防止相变到注入管线内的超临界范围。使用co2作为能量交换介质的主要组分可以很好地解释这一点。温度低于31℃(临界点温度)的液态co2不能通过在不同时升高温度的情况下增加压力而转化为超临界co2，而是保持液态。
[0040]
通过其与制冷剂和储热器的直接接触，能够实现从岩石到能量交换介质的有效热传导。储层的岩石与能量交换介质之间的相互作用是本发明的优点，因为这避免了将热传导到中间层的中间步骤，因此与没有周围岩石与能量交换介质之间的直接相互作用的封闭系统的热交换相比，可以显著更有效地进行热交换。在储层岩石具有良好的导热性的情况下，与岩石的直接相互作用是特别有利的。
[0041]
导热系数是一种材料特性，它决定了由于热传导而流经材料的热量。导热率表明了材料导热的程度以及材料适合热传导的程度。导热系数值越高，热传导到接触材料或介质的效果越好。在si体系中，热导率的单位为瓦特/米和开尔文。
[0042]
优选在本发明的上下文中使用的并且可以包围根据本发明的系统的储器的盐岩石具有特别好的导热率，其在5w/m*k的范围内。该值明显高于沙子和粘土岩石的值，这就是为什么在本发明的范围内盐岩石中的腔对于地热能产生特别有利的原因。
[0043]
在根据本发明的系统的实施方式中，例如通过引入上覆岩石，优选上覆盐岩石，能够调节一个或多个岩石腔的表面积、孔隙率和/或渗透率。
[0044]
本发明的一个很大的优点是，当使用岩石腔时，特别是在诸如废弃的盐隧道等的坑道系统中，决定岩石与能量交换介质之间的热交换表面的因素，如岩石的表面积、孔隙率和渗透率，可以被调节厚度以使本发明的工艺特别有效。例如，可以通过用上覆盐或岩石碎屑填充腔来增加腔的表面积。这种回填的岩石既可被引入腔中，也可以通过将其从腔的壁中移除而生成。腔内的此类上覆岩石或巨石极大地增加了介质与储层中岩石之间的有效交换面积，从而实现了更有效的热传导。
[0045]
在本发明的实施方式中，储冷器以及必要时的能量转换装置可以位于地面之上。如果可获得合适的地下储热器，但没有等效的地下储冷器，则本发明的该实施方式是有利的。在本发明的范围内可以使用单个储热器。此外，出于此目的，必须建立地上的储冷器，如冷却箱或冷却塔，其中，加热的能量交换介质在上升到地面并流过能量转换装置后可以被冷却并且转变成液态。这使得能够更灵活地使用根据本发明的方法。因此，本发明也可以用于具有高地下热势的单个储层(例如，盐洞室)的位置。
[0046]
例如，在根据本发明的系统中，储热器可以比储冷器低500米(m)，优选1000m。其他深度和尺寸也是可能的。具体尺寸和条件，尤其是要设定的温度和压力，取决于所用岩石腔的局部规格。储热器和储冷器之间的高度差应尽可能大，以使系统高效。然而，在本发明的范围内，该系统在储层之间可以仅包括非常小的高度差。在这种情况下，如果由于地热环境而在储层之间存在较大的温差，则可能是有利的。重要的是，压力和温度条件应使储冷器中的能量交换介质为液态，而储热器中的能量交换介质为气态或超临界。
[0047]
在根据本发明的系统的框架内，能量交换介质可以选自包括co2、氨、cfc或它们的混合物的组，优选为co2，并且任选地与诸如氦、氩或氪等添加剂混合。能量交换介质可以包括或由co2、氨、cfc或其混合物组成。另外，这种能量交换介质可以包括诸如氦，氩和/或氪等添加剂。
[0048]
在本发明的实施方式中，能量交换介质可以(取决于系统的实施和工作环境)包含co2、o2、he、ar、kr、丁烷、环己烷、氨、cfc和/或sf6的混合物。
[0049]
也可以将气体混合物用作能量交换介质，其适合于主要的地热条件，使得满足以下条件：能量交换介质在储冷器中为液态，而在储热器中变为气态或超临界态。本领域技术人员知道如何生产合适的气体混合物，其还可能包括合适的添加剂。
[0050]
传热系统最好使用二氧化碳，并使用其相变。使用添加剂可以提高循环效率。优化了传热和热传导，使其适应地热条件。为了提高热力学性能，根据系统的实施情况和工作环境，可以/考虑使用co2与o2、he、ar、kr、丁烷、环己烷、氨、cfc和/或sf6的混合物。
[0051]
在所述系统的优选实施方式中，能量交换介质包括co2。在本发明的其他实施方式中，能量交换介质主要由co2组成，因此co2是能量交换介质的主要组分。
[0052]
优选将co2作为能量交换介质的一部分，因为可以通过在低于30℃的中等环境温度下增加压力将其转化为液态。在这种条件下，储热器中的温度即使略有升高也可能导致相变，因此当将co2用作能量交换介质的(主要)组分时，根据本发明的系统即使在相对较低的温度(可能远低于100℃)下也可以实现有利的运行。与只能在高温下有效运行的水基工作流体相比，这是一个明显的优势。
[0053]
在本发明的实施方式中，根据本发明的系统包括在从注入管线到储热器的过渡处的阀，优选为节流阀或控制阀。借助于这种阀，可以调节能量交换介质进入储热器的流量。在注入管线到储热器的过渡点处的阀允许能量交换介质向储热器的流动得以控制。这确保了可以有效地进行根据本发明的方法。另外，阀允许工艺周期性地而不是连续地运行。这意味着能量交换介质不会连续流入储热器中。相反，能量交换介质进入储热器的阶段与储热器存在中的能量交换介质被加热并经历相变而没有能量交换介质同时进入储热器的阶段交替。相应的系统可以描述为“呼吸系统”。能量交换介质进入储热器的通道可能适合于储热器中存在的压力和温度条件。
[0054]
能量交换介质的流量可以通过调节阀进行调节，使得从储热器中吸取的热量与盐岩石所提供的热量一样多。因此，可以在储热器中实现恒定的温度。如果能量需求暂时很高，则可以调节(打开)节流阀，使得能量交换介质进入储热器的流量更大，并且提取的能量要比储热器提供的能量更多。这导致储热器逐渐冷却。然后可以将节流阀完全关闭，使得不再带走更多的能量，并且储热器可以再次被加热。因此，在“呼吸系统”中，可以在短时间内提取大量能量，但是之后，必须关闭系统或以低工作介质流量运行系统，以使储热器再次被加热。
[0055]
在根据本发明的系统中，注入管线可以在与上升管线相比较低的点处连接至储冷器和储热器。如果将注入管线在储冷器的下部点连接到储冷器，以使其中包含的液体能量交换介质可以借助重力流向储热器，则这对于该工艺的有效运行是有利的。在储热器中，将到来的液体能量交换介质进入储热器的下部也是有利的。其结果是，它可以吸收能量并且进入的液体能量交换介质发生相变，该相变要么是气态的要么是超临界的，并且由于储热
器中较低的密度而向上上升。因此，有利的是，如果上升管线位于上部区域或储热器的升高点处，能量交换介质在相变后通过上升管线从储热器中排出，使得在此处可以仅通过气态或超临界的能量交换介质的上升且无需额外的辅助地而发生排放。当进入储冷器时，再次有利的是，如果气态或液体能量交换介质在其将热能释放到较冷的环境并液化之前进入上部区域。以此方式避免了进入的热能交换介质必须穿过已经存在于储冷器中的液体能交换介质。
[0056]
在本发明的实施方式中，能量转换设备包括涡轮机，如两相涡轮机。当在立管中上升的能量交换介质既可以是气态也可以是超临界态时，使用两相涡轮机是特别有利，因为这样的涡轮机可以同时与不同聚集态的流体同时运行。
[0057]
根据本发明，用于能量转换的装置，例如涡轮机，可以位于上升管线的上部，优选位于储冷器之前。这是有利的，因为当能量通过能量转换装置或涡轮机时，能量是从能量交换介质中提取的，这就是为什么有利的是，介质随后可以直接从立管直接逸出到储冷器中，从而在上升管线中不发生流体流动的干扰。
[0058]
如果根据本发明的系统中的注入管线和/或上升管线是热绝缘的，则是有利的。这确保了，在离开储冷器之后且在进入储热器之前，能量交换介质不会从环境中吸收任何相关量的热能，从而在注入管线内不会发生相变。在上升管线的情况下，有利的是将这种热量隔离，因为这也确保了上升的、加热的气态或超临界的能量交换介质在通过能量转换装置之前不会向环境释放大量能量。因此，通过隔热的立管提高了系统的效率。
[0059]
另外，上升管线可具有与注入管线相比较大的横截面积。与注入管线相比横截面面积增加的上升管线的使用确保了可以在储热器中的相变之后以足够的数量和足够快的速度从储热器中移除能量交换介质。在相变之后，能量交换介质的密度降低，随之而来的是体积的增加。因此，如果这些大体积可以通过大体积的管道排出，则是有利的。
[0060]
为了在相变后在立管中以较低的密度传输与在注入管线中以较高密度的液体形式传输相同质量的介质，最好选择较大的立管管径，因为这为更庞大的上升介质会产生更多的空间。两个管道的横截面积应与两种输送的介质的密度比相同。
[0061]
在该系统的实施方式中，可以例如通过泵或涡轮机来调节储冷器中的压力。在实施方式中，作为能量交换介质的co2不应在涡轮机出口膨胀至低于60巴。有利的是，可以在系统内进行压力调节，尤其是在以较低的温度为主的储冷器中，在以co2作为能量交换介质(最好低于31℃)的情况下。借助于泵或泵系统，可以实现有针对性的压力增加，使得即使在相对较低的温度下也可以确保能量交换介质的液体聚集态。
[0062]
在本发明的实施方式中，储冷器中的压力将压力保持在能量交换介质的临界点，例如对于作为能量交换介质的co2而言低于73.75巴。
[0063]
在本发明的实施方式中，填充有能量交换介质的注入管线中和储热器中的压力由于所述管与储冷器相比较低的位置而增加。在实施方式中，液体能量交换介质可以经由注入管线在储冷器的低位连接点从储冷器流入注入管线并且经由此流入储热器中，这意味着在充满液体的注入管线中建立起了液体静压，该液体静压导致与储冷器相比增加的压力。液体静压，也称为重压或重力压力，是由于重力的影响而在静止流体即液体或气体中建立的压力。与用词“水”的含义相反，该术语还用于其他液体，甚至用于气体，因此在本系统的上下文中适用于液体能量交换介质。
[0064]
在实施方式中，在注入管线的下端和储热器中的压力高于能量交换介质的临界点的压力，例如，对于作为能量交换介质的co2而言高于73.75巴。在使用co2作为能量交换介质的本发明的实施方式中，在储热器内发生向气态或超临界范围的相变。通过这样调节系统，使储热器中的压力超过73.75巴，可以确保在温度升高到高于31℃时，发生向超临界范围的相变。
[0065]
此外，在本发明的实施方式中，储冷器中的温度低于能量交换介质的临界点处的温度，使得储冷器中的能量交换介质为液态，并且储热器中的温度高于能量交换介质的临界点处的温度，使得储热器中的能量交换介质是气态或超临界的。
[0066]
例如，在将co2作为能量交换介质的情况下，储冷器中的温度可以低于31℃，并且储热器中的温度可以高于31℃。
[0067]
如果储冷器中的温度低于临界点的温度，则可能是有利的，因为这确保了能量交换介质处于液态，而不论那里的压力如何，只要温度不低到使能量交换介质固化即可。
[0068]
此外，本发明涉及一种生产地热能的方法，包括：
[0069]
a.将液体能量交换介质从储冷器供给到用作储热器的、位于下方的岩石腔中，其中，所述储热器中存在更高的温度以及任选地存在更高的压力，
[0070]
b.在所述储热器中使所述能量交换介质转变成其气态或超临界态，
[0071]
c.使气态或超临界的能量交换介质从所述储热器返回到所述储冷器中，其中，从加热的能量交换介质中提取能量，并且
[0072]
所述储冷器中的气态或超临界的能量交换介质变成为液体聚集态。
[0073]
从加热的能量交换介质中提取能量可以借助于地热能和电厂建设领域的专家所熟知的合适能量转换设备来完成。例如，涡轮机可以用于该目的，但是也可以用于能量提取的其他常用装置。
[0074]
根据本发明的方法的一种变型，由于与储冷器相比更低的位置，通过重力将液体能量交换介质供给到所述储热器中。优选地，在不供应外部能量的情况下供应能量交换介质。
[0075]
在该方法的变型中，加热的能量交换介质平流地返回到储冷器，优选地在没有外部能量供应的情况下。在本发明的实施方式中，由于能量交换介质变成气态或超临界态的相变，由于在相变之后介质的密度较低而发生了不提供外部能量的本发明上升。
[0076]
根据本发明方法的一种变型，能量交换介质变成其气态或超临界聚集态的转变通过在储热器中加热而发生。
[0077]
在该方法的实施方式中，气态或超临界的能量交换介质向其液体聚集态的转变通过冷却以及可选地在储冷器中的压力损失来实现。
[0078]
在根据本发明方法的范围内，储热器中的较高温度优选由周围的地热产生。另外，在该工艺的范围内，储冷器的较低温度可由周围的岩石温度产生。
[0079]
在本发明的实施方式中，由于与储冷器相比较低的位置，储热器中的较高压力是由于能量交换介质的液体静压而产生的。
[0080]
本发明方法的所有特定的附加特征也可以在本发明系统内实现，并且由此针对本发明的方法和系统而被公开。反之亦然，在发明系统的上下文中，专利说明书中公开的特征也是如此。
附图说明
[0081]
图1是利用co2作为能量交换介质以及地下涡轮机和冷凝物存储器对盐矿进行地热利用的示意图。
[0082]
图2是借助co2作为能量交换介质以及地上涡轮机对盐矿进行地热利用的示意图。
[0083]
图3是借助co2作为能量交换介质以及地下涡轮机和作为储热器和冷凝物存储器的盐腔对盐矿进行地热利用的示意图。
[0084]
图4是引入了co2工作流体回路的二氧化碳的压力-温度相图。
具体实施方式
[0085]
本发明涉及一种用于生产地热能的系统，包括气密的储冷器和用作储热器的、位于下部的耐压岩石腔。在本发明的实施方式中，储冷器以及可能的用于能量转换的装置可以位于地面之上。
[0086]
在本发明的上下文中，“地热能”被理解为是由地球的热量所释放的能量。地热能是储存在地球上的热能，其可被提取和利用，并且是可再生能源之一。它可以直接使用，例如，用于热能市场中的加热和冷却(热泵加热)，以及用于发电或用于热电联产系统。“地热能”是指对地热状况的地学研究和地热能的工程利用。在本发明的意义上，用于生产地热能的工艺或系统因此是将地球释放的热能转换成可用能量(例如，电流)的过程或系统。
[0087]
本发明涉及使用气密的储冷器和作为岩石腔的、气密的储热器。在本发明的上下文中，术语“气密的”应理解为是指这样的系统，特别是所使用的储冷器和储热器可被加压，而不会从所述系统以及所述储冷器和储热器中逸出大量被引入的能量交换介质。因此，在本发明的实施方式中，不仅所述储冷器和所述储热器是气密的，而且注入管线和上升管线都是气密的。通常不会达到完全的气密性。然而，气密是指在给所述系统加注并产生一定的压力(例如，在储冷器中)后，该压力在相关的较长时间段(例如，几小时，最好是几天或几周)内保持恒定或升高，以至于所述系统或工艺可以在这段时间内运行而无需重新调整压力。另一方面，非气密/开放系统不能承受能量交换介质的增加压力，因为在这种系统中没有密封的存储器，因此当填充额外量的能量交换介质时，已经存在的介质可能例如会逸出到存储器的相邻区域，因此不会超出环境条件而增加压力。
[0088]
在本发明的范围内，储热器和任选的储冷器可以各自是气密的天然或人造岩石腔，如废弃的储气设施、采矿坑道或打捞腔，优选地在盐或粘土(如在废弃的盐坑道)中。适于作为根据本发明的储层的边界的气密的岩石是专家已知的，并且可以由专家识别。
[0089]
在本发明的范围内，任何类型的气密的岩石腔都可以用作储层。在实践中，这些经常会是被废弃的地下储气层、采矿隧道或其他已经存在于地下且不再用于其他目的的打捞腔。另外，在本发明的范围内，有可能产生新的地下空腔以用作储层。优选使用已经存在的岩石腔，因为这可以使构建相应系统的成本保持较低，并且还可以确保连接使用人工创建的腔，例如，采矿隧道和储气设施。由于随后的使用，这些岩石腔得以维护和保养，从而可以防止因破旧、报废的采矿隧道或储气设施而造成的损坏。
[0090]
在本发明的范围内，地下的废弃的储气设施或地下存储设施也可以用作存储器。地下存储设施是位于地球表面以下的天然或人工腔中的存储器。该术语主要用于天然气的地下储气设施，也用于氢气和石油存储设施，并越来越多地用于二氧化碳存储。孔存储器是
储气的一种特定形式，并且包含可以像海绵一样吸收气体和液体的多孔岩石。这种情况并不少见：利用已经开发或勘探的地质构造，尤其是耗尽的天然气储气层，其仍然可以进入或可以通过井再次进入。因此，孔存储设施通常是“回收的”天然存储器。这种存储器在顶部被孔隙率很低的岩石层(例如，粘土岩石)密封(所谓的密封)。
[0091]
储气设施的另一种类型是所谓的洞室存储设施，其也可以在本发明的范围内用作存储器。洞室存储器是在盐丘中人工创建的腔，是通过钻井和提取盐水而创建的。它们呈圆柱形，直径可达100m，高度介于50至500m之间，位于地球表面以下几百米处，在德国，其中一些深度达2,500m。盐的岩石物理特性通常可以保证岩石盐洞室的自然密封性，并且，如在采矿中形成的岩石洞室增加额外的衬里可以是不必要的。这些洞室可以充满天然气、原油、石油产品、压缩空气或其他气体，如氢气，因此也适合作为本发明范围内的存储器。
[0092]
特别适合在本发明范围内使用的是被无孔的、不可渗透的岩石层包围的岩石腔，因此即使储层承受增加的压力，能量交换介质也不能以工艺相关的量以液态、气态或超临界形式从系统中逸出。
[0093]
另外，由岩石层界定的或包含岩石(例如具有良好导热性的上覆岩石)的岩石腔也是合适的。具有良好导热性的岩石是特别优选的，因为在本发明的上下文中，能量交换介质优选地直接与存储器的岩石相互作用，并且由于岩石的良好的导热性，在储热器的情况下可以容易且有效地将其传递到所述介质上，并且在岩石腔用作储冷器的情况下，能量交换介质的热量可以被周围的岩石快速吸收和消散以进行冷却。
[0094]
岩石和能量交换介质之间的直接相互作用在这里被理解为是指存储腔不被人造鞘包围，而是被周围的岩石直接界定，从而发生能量交换介质与岩石之间的直接接触(直接相互作用)。本文中，术语“相互作用”优选是指两种物质(岩石和能量交换介质)之间的接触，而不是指导致材料改变的化学相互作用，这不是由改变的压力或温度条件引起的。
[0095]
盐岩石中的腔，如特别是盐隧道中的腔，特别适合作为本发明范围内的存储器，特别是当将co2用作能量交换介质的主要组分时。根据目前的知识水平，co2和盐岩石之间几乎没有化学或物理反应，因此，不期望藉由能量交换介质co2的通过而使相邻岩石发生变化。此外，盐岩石是气密的，因此可以承受能量交换介质压力的增加。另外，盐岩石具有高的热导率(约5w/m*k)，并且由于上述原因，因此特别适合作为本发明范围内的储热器和储冷器的周围岩石。
[0096]
盐岩石是蒸发的或沉积的岩石，它们是在地质历史中自然形成的，主要是由浓缩海水中的沉淀作用而形成的以及变成化石的。盐岩石可以特别包括卤石、硬石膏、石膏和天然氯化钾(sylvin)。除了其他蒸发性矿物(如硬石膏，石膏或天然氯化钾)以及粘土矿物的少量混合物外，岩石盐仅由矿物卤石(氯化钠、nacl)组成。在矿物学文献中，词语“岩石盐”也被用作“卤石”的同义词。岩石盐是全球估计生产的食品级盐的70％的原料。盐丘是地质盐结构的最广为人知的形式，其空腔可用于本发明。盐结构尤其包括由变形的盐岩石组成的地质构造，如盐丘和盐枕。盐结构仅出现在地壳的上层(最深15km)，并且可以到达地球表面。
[0097]
在本发明的上下文中，(地下)岩石腔和(地上)人造或人造腔(如冷却箱或任何其他合适的制造的膨胀容器)都可以用作储冷器。可以特别地位于地面上方的相应的制造的膨胀容器可以通过空气或水或其他常见的冷却剂来冷却。在地上膨胀容器用作储冷器的情
况下，能量转换装置通常也位于地上。
[0098]
在本发明的实施方式中，储冷器是被气密的岩石壁包围的地下岩石腔。通常，这种地下储冷器将位于较浅的深度，以使周围的岩石不会太热。然而，在本发明的范围内，地下储冷器的深度并不重要，只要储热器位于比储冷器更深的位置即可。储冷器中的优选温度低于能量交换介质的临界点的温度。对于co2，储冷器中的温度最好低于31℃。环境温度低于31、30、29、28、27、26、25、24、23、22、21、20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0、-1、-2、-3、-4、-5、-10、-15、-20、-25、-30、-35、-40、-45、-50℃的地下耐压岩石腔特别适合用作储冷器。
[0099]
在本发明的上下文中，地下岩石腔用作储热器。优选的是，该岩石腔没有衬里，从而在能量交换介质和储热器的岩石壁之间发生直接接触。因此，重要的是，储热器，就像储冷器一样，也是气密的，因此，即使在由于储热器和能量交换介质的相关相变中的温度和压力增加而产生的压力升高的情况下，也不会有大量相关的能量交换介质从系统中逸出。
[0100]
储热器与储冷器相比较低的位置是本发明的决定性优势。因此，可能的是，在重力的帮助下，储冷器中呈液体能量交换介质可以通过注入管道流向下部储热器的方向。较深/较低的位置是指储层到地球表面的距离，并且是指与储冷器相比下层储热器更大的距离。可替代地，可以将更深的位置看作是储热器与储冷器相比更靠近地球重心。
[0101]
在根据本发明的系统的实施方式中，例如通过引入上覆岩石，优选上覆盐岩石，能够调节一个或多个岩石腔的表面积、孔隙率和/或渗透率。
[0102]
岩石腔形成储热器并且可选地形成储冷器的表面是与能量交换介质相互作用的岩石表面。该表面越大，介质与岩石之间的传热越有效或更快。
[0103]
孔隙率是无量纲的度量，表示空隙体积与物质或物质混合物的总体积之比。孔隙率的增加与岩石表面积的增加有关，因此有利于能量交换介质与岩石之间的有效热交换。在此应注意的是，只有在给出相应的渗透率的情况下，孔才可用。只有开放的孔网络，即高渗透率，才能增加有效的可用岩石表面。另一方面，介质无法达到的封闭的孔空间则没有积极作用。因此，必须同时考虑两个参数。在本发明的情况下，使用上覆岩石或类似物以增加有效的接触表面是有意义的。例如在储热器或储冷器的交替肋中向上驱动的这种上覆岩石的特征在于高渗透率和孔隙率。与能量交换介质形成的更高的接触表面，以及与储层腔的壁/底部的连接，大大改善了热交换。
[0104]
因此，即使储层位于低孔隙率且低渗透率，即气密的岩石中，该措施也提供了增加热传导的可能性。
[0105]
在本发明的上下文中，上覆岩石被定义为可以在储层内使用以提供合适的表面和/或合适的热交换特性的任何类型的岩石。可以将该上覆岩石从外部引入储层中，以增加储层内的岩石表面。可替代地，这种岩石可以从储层壁上剥离或以其他方式去除，这也将增加储层的表面积。作为上覆岩石，也可以从外部引入与自然限制用作储层的岩石洞穴不同的岩石。在此，上覆盐或上覆盐岩石由于其高可用性、可成形性和导热性而适合。
[0106]
在本发明的上下文中，术语“注入管线”是指在储冷器和储热器之间的任何类型的耐压连接，通过该连接可以将存在于储冷器中的液体能量交换介质供应给储热器。这可以是在储层之间的岩石层中的耐压钻孔，而无需钻孔的衬里。优选地，注入管线衬有隔热套，使得能量流入介质在流入储热器期间不发生温度变化。
[0107]
在本发明的实施方式形式中，注入管线是储冷器和储热器之间的管道连接或多个管道连接，其优选是绝热的。注入管线还应设计为气密的，以防止能量交换介质在从储冷器传输到储热器时逸出。这也是有利的，如果由于储冷器和储热器之间的高度差以及注入管线中液柱内的能量交换介质所产生的流体静压，而导致压力随着深度的增加而增加，或者导致在注入管线的下端的压力增加。此外，注入管线优选地应被设计为使得能量交换介质可以由于重力而从储冷器流至储热器，而无需供应外部能量。
[0108]
与注入管线类似，在本发明的上下文中，“上升管线”应理解为储热器和储冷器之间的连接，通过该连接可以建立流体连接，并且可以通过该连接使加热的能量交换介质在储热器中发生相变后上升到气态或超临界态。对于上升管线优选的是，若存在绝热，使得上升的能量交换介质在到达能量转换装置之前向环境释放尽可能少的吸收热能。因此，在本发明的范围内，隔热管接头适合作为上升管线。
[0109]
根据本发明，上升管线还包括用于能量转换的装置。在本发明的意义上，这意味着在上升管线的区域中布置有用于能量转换的装置，使得从储热器通过上升管线以气态或超临界方式上升的能量交换介质穿过用于能量转换的装置，从而从能量交换介质中提取能量并使之可用。优选的是，用于能量转换的装置布置在上升管线的上部区域中，即，在上升管线进入储冷器之前不远处。此外，上升管线可以是热绝缘的，以使得上升的气态或超临界能量交换介质在通过能量转换装置之前不会相应地冷却，或者释放先前在储热器中吸收的能量。
[0110]
能量转换装置可以特别地包括涡轮机，但是该装置不限于此。在本发明的实施方式中，能量转换装置包括一个或多个活塞缸装置。此外，能量转换装置可以包括一个或多个设计成反向作为电动机运行的螺旋、螺杆或旋转压缩机。在一种配置中，上升管线包括多于一个的能量转换装置，例如，多个可并联运行的涡轮机，直接运行的多个泵或压缩机，而其他的则例如通过发电机电气地运行。
[0111]
涡轮机(“陀螺仪”)是一种流体能量机器，其将流体(液体和气体，在这种情况下还特别是超临界co2或超临界的能量交换介质)的动能转换成旋转或旋转能。涡轮机将流动的流体(例如液体或气体)的内部能量的下降转换成机械动力，即扭矩乘以转速，并通过其轴输出。涡轮机属于涡轮机类，其机械地可用的功率可高达1.5吉瓦(200万马力)或更高。涡轮叶片周围的层流(尽可能没有涡流)从流体流中除去了一部分内部能量(由动能、位置和压力能组成)，该流体流被转移到涡轮机叶片上。因此，安装在涡轮机轴上的转子叶片被设置为旋转，并且可用功率被传递到联接的工作机械(诸如发电机)上。从驱动机器的恒定转矩可确保涡轮机的恒定速度，否则必须通过控制器将其保持恒定。涡轮机是地热发电厂不可或缺的一部分，例如作为蒸汽涡轮机或较低温度下的orc涡轮机。涡轮机也可以是多级的，并允许以不同的温度(闪蒸蒸汽)供入工作流体。以这种方式，可以更好地利用可用的温度分布，并增加工厂的总产量。
[0112]
在本发明的实施方式中，本发明利用适于将两相流体流(液体和气体)中的能量转换成机械能(如由旋转涡轮轴提供的机械能)的两相涡轮机，其中，液体和气体可以是两个分离的化学组分或单一化学组分的汽相和液相。
[0113]
在本发明的上下文中，可以使用各种能量交换介质。优选的能量交换介质选自包含co2、氨、cfc和这些物质的混合物。此外，能量交换介质可以与其他添加剂(例如氦气、氩
气或氪气)混合。
[0114]
co2或二氧化碳是碳和氧的化学化合物，分子式为co2，在大气条件下为不可燃的酸性无色气体。在低于-78.5℃的常压下，二氧化碳以固体形式存在，被称为干冰。当它被加热时，它不会熔化而是升华，即它直接进入气态聚集态。因此，在这些条件下，它没有熔点，也没有沸点。
[0115]
固态、液态和气态三相处于热力学平衡的三相点为-56.6℃和5.19巴的压力。临界温度为31.0℃，临界压力为73.8巴，临界密度为0.468g/cm3。低于临界温度，可以通过增加压力将二氧化碳压缩为无色液体。为此，在室温下需要约60巴的压力。
[0116]
在所述系统的优选实施方式中，能量交换介质包括co2。在本发明的其他变型中，能量交换介质主要由co2组成，因此co2是能量交换介质的主要组分。
[0117]
超临界二氧化碳(也被称为超临界二氧化碳或scco2)是处于高于其临界温度和压力的液态二氧化碳。超临界态的二氧化碳的性质介于气态的性质与液态的性质之间。因此，它们与标准条件下的性能明显不同。超临界二氧化碳的密度与液态的一样，但与气态的粘度相同。当压力和温度高于二氧化碳的临界点pc时，即在高于304.13k(30.980℃)的温度和高于7.375mpa(73.75巴)的压力下，会形成超临界co2。临界摩尔体积为94cm3·
mol-1
。图4是引入了co2工作流体回路的二氧化碳的压力-温度相图(p-t相图)(第1-4点)。温度-压力相图(点1-4)中绘制的co2工作流体回路对应于以下的实施例1-3。点1-3也显示在图1-3中。在第4点(在co2涡轮机前面)，co2的焓为446.8kj/kg，而在第1点(在燃气轮机后面)，co2的焓为254.6kj/kg。这意味着涡轮机理论上可以以100％的效率产生192kj/kg的co2。为了产生1kwh的电能，需要流量为19kg的co2。此co2质量对应于在冷凝存储器中的液态为约24升的体积和在储热器中的超临界态为约47升的体积。在热力学中，临界点是物质的热力学状态，其特征在于液相和气相的密度相等。此时，两种物质状态之间的差异不再存在。在相图中，该点表示蒸气压曲线的上端。
[0118]
临界点pc由三个状态变量表征：临界温度t
c
、临界压力p
c
和临界密度、ρ
c
或临界摩尔体积v
m,c
。尤其是，在多组分系统中，高于临界温度但存在非必要物质的系统中的气体被称为不可凝结组分。这些例如对于吸收的热力学描述而言可能是重要的。
[0119]
由于在高于临界点不能再将液体和气体区分开，因此该流体被称为处于超临界态的超临界流体。来自英语世界的另一个术语是超临界的(supercritical)。当接近临界点时，气相和液相的密度会聚，汽化热随着接近临界点而降低，并在达到临界点时完全消失。
[0120]
在分子水平上，可以清楚地描述高于临界点的行为：如果气体承受越来越大的压力，气体分子之间的距离会不断减小。当达到临界压力时，分子之间的距离与液相中的分子之间的距离一样大；无法检测到差异。
[0121]
临界温度具有特殊的技术意义。在此温度下可以通过压力将气体液化，而高于临界温度不再可能。因此，临界温度的等温线将物质的h-s图(比焓-比熵图或莫里尔图，其中，熵绘制在x轴上，而相关焓绘制在y轴上)划分为压力液化可能出现的范围和压力液化不再可能出现的范围。
[0122]
流体(来自拉丁语的“fluidus”(流动))是在剪切力的影响下连续变形(即流动)的物质。它们的剪切模量为零。在物理学中，术语“流体”用于描述气体和液体，其中还包括物质的超临界态。许多物理定律同样适用于气体和液体，因为这些物质的某些性质是定量(影
响的大小)而不是定性地有所不同。流体力学将任何物质描述为对足够慢的剪切(有限粘度)没有抵抗力的流体。从这个意义上说，该术语不仅包括液态和气态聚集体态的物质，还包括等离子体、悬浮液和气溶胶。
[0123]
三相点(也是三相-点)是由单一材料组分组成的系统状态，其中三相的温度和压力处于热力学平衡状态。如果涉及到三种不同的聚集态，则相图中的三点是两条相界线的饱和蒸汽压和熔融曲线的交点：在饱和蒸汽压曲线上，液相和气相处于平衡状态，在熔融曲线上液相和固相处于平衡状态，并且在两条曲线的交点处三者都处于平衡状态。
[0124]
氨是氮和氢的化学分子，分子式为nh3。它是一种水溶性气体。在室温下，氨是无色、反磁性、刺激性的气味气体。低于-33℃，它变为液态。该液体是无色且高折射的，并且在沸点下的密度为0.6819kg/l。通过增加压力也可以很容易地将气体液化；在20℃时900kpa的压力已足够。临界温度为132.4℃，临界压力为113巴，临界密度为0.236g/cm3。在15.4至33.6体积％(108～336g/m3)的范围内，氨是爆炸性的。其着火温度为630℃。
[0125]
在液相中，氨形成氢键，这解释了其较高的沸点和23.35kj/mol的高蒸发焓。为了在蒸发过程中打破这些键，需要大量能量，必须从环境中提供能量。因此，液氨适合于冷却。在使用卤代烃之前，氨是冰箱中经常使用的制冷剂。低于-77.7℃，氨以无色晶体形式固化。它结晶为立方晶系，其晶格参数a＝508.4pm(-196℃)。在-102℃时，晶格参数a＝513.8pm。该结构可以源自面心立方晶格，十二个相邻分子中的六个比其余六个分子更靠近中心分子。每个自由电子对都与三个氢原子配位。
[0126]
表1.二氧化碳和氨的重要数据
[0127][0128]
氯氟烃(cfc，根据iupac的化学命名法：氯氟烃、cfc或氟利昂)是用作推进剂、制冷剂或溶剂的低分子有机化合物的广泛化学基团。cfc是氢原子已被卤素氯和氟取代的烃；它们是卤代烃的子集。仅包含单键的cfc被称为饱和cfc。如果该化合物不再包含氢，则它们被称为氯氟烃。hcfc是“部分卤化”的氯氟烃，其氢原子仅部分被氯和氟原子取代：与cfc相比，它们的臭氧消耗潜能值低得多，它们的“全球变暖潜能”也远低于cfc。cfc非常耐用，不易燃，无味，透明(无色)，通常无毒或毒性低。甲烷和乙烷系列的cfc的沸点低，并且易于通过压缩而液化。由于它们在蒸发过程中会吸收大量热量，因此它们主要用作制冷剂(见下文)。
[0129]
表2.重要的cfc制冷剂
[0130]
指定俗名化学式沸点三氯氟甲烷氟利昂11ccl3f24.9℃二氯二氟甲烷氟利昂12ccl2f
2-30℃二氯氟甲烷氟利昂21chcl2f8.9℃氯二氟甲烷氟利昂22chclf
2-40.7℃1,1,2-三氯-1,2,2-三氟乙烷氟利昂113cclf2–
ccl2f48℃
1,2-二氯-1,1,2,2-四氟乙烷氟利昂114或低温氟烷cclf2–
cclf23.5℃
[0131]
此处未详细解释的术语应根据一般理解并且根据地热能和电厂建设领域的普通技术人员的专业知识来理解和解释。
[0132]
实施例
[0133]
通过以下实施例进一步描述本发明。这些并非旨在限制本发明的范围，而是代表本发明各方面的优选实施方式，以允许更好地说明此处描述的本发明。
[0134]
本发明涉及一种从废弃的盐矿中提取地热能的新方法。该发明构思是在盐丘或浅盐煤层的地下腔中循环二氧化碳，以驱动涡轮机发电。二氧化碳在不同温度下的相变和密度差可用于产生循环，而无需泵送。
[0135]
由于根据目前的知识，盐岩石几乎没有化学或物理反应，因此二氧化碳适用于从盐中提取地热能。二氧化碳作为传热介质的物理化学性质使其可以在低温至中温的储热器中使用，而传统的水基工作流体无法从中获利。该方法不需要任何可能对社会政治敏感的地下刺激来增加渗透率，而是使用现有的腔。与需要“覆盖岩石”作为阻挡层以防止二氧化碳垂直上升的多孔储层不同，盐中的腔在所有侧面都是气密的，并且可以用高于自然液体静压的压力加压。此外，盐岩石还具有很高的导热性。值为5w/m*k时，它远远高于沙子或粘土石的值。
[0136]
实施例1
[0137]
如图1所示的，将液态二氧化碳(约20℃～25℃，60巴，密度为783kg/m3)(1)通过深度为1000～1400m的绝热注入管线供入(图1)。由于垂直的自重，大约1000m长的co2柱，在870kg/m3的co2比重下，注入管线下端的压力为145巴(2)。二氧化碳通过节流阀膨胀到密闭的盐腔(隧道系统)中。在通道中，热量从空腔的边界表面传递到二氧化碳。当前的主要条件(145巴，80℃)(3)导致相变：液态二氧化碳变得超临界态，并将其密度降低至406kg/m3。由于二氧化碳的低密度和高压，它通过上升管线上升到co2涡轮机。在此，在110巴和75℃下，co2的密度为285kg/m3(4)(相应的点1-4也显示在图2和图3中的以下实施例2和3)。
[0138]
通过技术措施，例如适当粒度分布和可变压实状态的上覆岩石盐岩石的注入，可以优化储层中的热传递。以这种方式，可以设置储热器的技术上期望的孔隙率和渗透率，并且使其适应于地质和热力学边界条件。在流过储热器之后，超临界二氧化碳通过尺寸大于注入管线的隔热的上升管线而被除去。由于二氧化碳的相对较低的密度和较高的压力，上升是纯对流的，而没有额外的泵送能力。超临界二氧化碳被引导至较高的盐丘，其特征在于尽可能低的温度。在此，超临界co2用于驱动涡轮机，例如两相涡轮机，并产生电能。这些涡轮机可在温度相对较低的工作流体下高效运行，并利用co2生产线和注入线之间的压力差产生电能。通过将二氧化碳释放到一个较冷的盐腔(冷凝储层或储冷器)中来实现压力差，该盐腔也是耐压密封的。可以通过等效于更深处的储热器的技术措施，将该坑道调整为所需的孔隙率和渗透率。二氧化碳(i)通过焦耳汤姆森效应冷却，(ii)通过与盐腔表面交换而冷却。由于盐岩石的高导热性，热量迅速散发到了周围的岩石中。调节冷凝储层中的压力，以使二氧化碳以液相形式存在而无需额外压缩。
[0139]
液化的二氧化碳通过注入管线返回储热器，从而形成一个完整的循环。由于液态二氧化碳的高密度，因此不需要额外的泵送功率，因为二氧化碳纯重力地流回。
[0140]
实施例2
[0141]
如图2所示的，可替代地，可以将储冷器和两相涡轮机安装在地面之上，并且可以在那里用空气或水冷却二氧化碳。
[0142]
作为用作储热器和储冷器的气密密封盐矿坑道的替代物，也可以使用处于不同的温度和深度水平的废弃的储气设施。
[0143]
实施例3
[0144]
如图3所示的，洞室腔也可被包埋在盐中，这些盐是在不同深度、不同温度水平下产生的。在试验规模上创建定义的腔对于测试目的很有用，特别是在效率优化方面。

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