一种五阶段梯级原位地热发电系统的制作方法

一种五阶段梯级原位地热发电系统
一、技术领域
1.本实用新型涉及地热发电领域，具体是一种五阶段梯级原位地热发电系统。
二、

背景技术：

2.地热是一种新型的洁净能源，分布广泛，蕴藏量丰富。用地热来进行发电和取热，产生的污染很少并且能源可再生，发电、取热单位成本低。因此，地热发电取热越来越多地受到关注和利用。申请号cn202010112988.6《一种原位地热发电系统》，提供了一种原位地热发电系统，包括热管、热电温差发电装置和磁悬浮发电装置。直接将热管深埋于地下，热管位于地热源处，一方面，位于热管下段的热电温差发电装置能够直接将地热能转化为电能，另一方面，循环工质在相变为气态工质的过程中，所形成向上的汽态工质会驱动位于热管中部的磁悬浮发电装置，将地热能转化为机械能再转化为电能，具有地热原位发电、能量损耗低和发电效率高等优点。申请号：cn201711393103.9《原位地热热电发电装置集成一体化系统》提供了一种原位地热热电发电装置集成一体化系统，由最外层的防护层、处于中间进行传热的高导热凝胶层和最内层的冷水循环管构成。热电装置无机械转动部分，工作无噪声，将热能直接转化为电能，不产生机械能损耗，在深地、地表温泉等不同品位热源处都能进行热电转换发电。虽然上述申请具有独到的优点，但是均存在下述共同的问题：
3.(1)没有考虑深地地热井施工需求；(2)没有考虑地热水回灌。
三、

技术实现要素：

4.本实用新型的目的，是针对现有技术的不足，提出一种能够满足施工需求，且在原位地热发电过程中，地热水原地回灌的深地原位地热发电系统。
5.本实用新型的目的是这样达到的：地热发电系统共有含磁悬浮发电、透平发电、管壁发电、相变热伏发电、顶部热伏发电五个阶段。系统由入水段、换向器、水流段、井内热伏发电模块、传热段、顶部热伏发电模块和透平发电模块构成。入水段、换向器、水流段、井内热伏发电模块、传热段均在地下，且按由深地到地表的顺序依次对接。顶部热伏发电模块部分安装在地下，部分安装在地面，透平发电模块安装在地面。
6.入水段由多跟入水管连接而成，每根入水管一端加工成入水外螺纹，另一端加工成入水内螺纹；两端的外螺纹和内螺纹大径、小径和螺距相等，相邻入水管通过两端外螺纹和内螺纹旋合连接，构成所需要长度的入水段；入水段顶端接口与换向器的入水段连接端口通过旋合紧密连接。入水段最低处为回灌入口，入水段最高处为入水段顶端接口；入水段顶端接口为外螺纹，回灌入口为内螺纹。
7.换向器由入水段连接端口、四个回灌水连通器、水流段连接接口三部分连接而成。换向器将水流段外管与内管之间的回灌水，通过回灌水连通器，引到入水段连接接口，通过与入水段顶端接口旋合连接，将回灌水引入入水段，并从回灌入口将回灌水引入地下。
8.水流段由轴流水泵段、水流段连接器和水流段管道构成，水流连接器连接相邻的水流段管道，根据需要连接成任意长度。
9.轴流水泵段由水流段内管和井用潜水泵构成，井用潜水泵装在水流段内管正中间，井用潜水泵吸入管与水流段内管之间轴流水泵密封圈密封。
10.水流段连接器由水流段外管连接器、水流段内管连接器、水流段卡固件构成；水流段管道由水流段内管和水流段外管构成；水流段内管和水流段外管长度相等，设其长度为hn。
11.井内热伏发电模块从下至上分为井内热伏发电底端段、井内热伏发电中段、井内热伏发电顶端段。井内热伏发电模块内设有相变型热伏发电基础模块和管壁型热伏发电基础模块。
12.相变型热伏发电基础模块由相变型热伏基础模块外壳、相变型热伏基础模块传热层、相变型热伏发电模块、相变型热伏基础模块内层、相变型热伏发电模块密封圈构成，设置有相变型热伏发电基础模块顶盖。
13.管壁型热伏发电基础模块由管壁型热伏发电基础模块外壳、管壁型热伏发电模块、管壁型热伏发电基础模块内层以及管壁型热伏发电基础模块密封圈构成。
14.传热段含传热段连接管和磁悬浮发电段。传热段连接管的内径与相变型热伏基础模块内层内径相同。磁悬浮发电段的发电机，安装在传热段连接管中间的一节，发电机安装在发电机支撑架的发电机紧固支架内，支撑磁铁安装在支撑磁铁紧固支架；发电机支撑架的管壁支撑架粘接在传热段连接管内侧；支撑磁铁管壁支撑架粘接在传热段连接管内侧。
15.顶部热伏发电模块由顶部热伏发电底端连接器、顶部热伏发电内管、顶部热伏发电外管、顶部热伏发电外管连接器、顶部热伏发电顶盖内层和顶部热伏发电顶盖外层构成，顶部热伏发电模块底端与传热段连接管旋合。
16.透平发电模块为orc有机朗肯发电机，发电机的工质泵输出的工质输入顶部热伏发电顶盖内层的透平工质流入管；顶部热伏发电顶盖外层的透平工质流出管输出加热后的工质，并连接到orc发电机的膨胀机工质输入接口；
17.orc发电机的工质被顶部热伏发电内管的加热后，驱动orc发电机的膨胀机做工，使得orc发电机输出电能。
18.本实用新型的积极效果是：
19.(1)提出了满足施工需求的深地原位地热发电设计方案；
20.(2)原位地热发电过程中，地热水原地回灌；
21.(3)地热发电共有五个阶段，包括磁悬浮发电、透平发电、管壁发电、相变热伏发电、顶部热伏发电共五个阶段的发电；最大效率利用热能。
四、附图说明
22.图1是本实用新型的总体结构示意图。
23.图2是入水段单根入水管示意图。
24.图3是换向器结构示意图。
25.图4是换向器入水段连接端口示意图。
26.图5是换向器的回灌水连通接口示意图。
27.图6是换向器的回灌水连通器示意图。
28.图7是回灌水连通器俯视图。
29.图8是水流段连接接口示意图。
30.图9是水流段接口底板示意图。
31.图10是水流段外管接口示意图。
32.图11是水流段外管接口剖面图。
33.图12是水流段内管接口示意图。
34.图13水流段内管接口剖面图。
35.图14是水流段内管示意图。
36.图15是水流段外管示意图。
37.图16是水流段卡固件示意图。
38.图17是水流段卡固件、水流段外管连接器、水流段内管连接器的连接图。
39.图18是水流段内管连接器示意图。
40.图19是水流段内管连接器支撑体俯视图。
41.图20是水流段外管连接器示意图。
42.图21是在水流段外管连接器支撑体俯视图。
43.图22是轴流水泵段剖面图。
44.图23是井内热伏发电模块三段结构示意图。
45.图24是相变型热伏发电基础模块剖面图。
46.图25是相变型热伏发电基础模块截面图。
47.图26是相变型热伏基础模块传热层截面图。
48.图27是相变型热伏基础模块内层示意图。
49.图28是使用相变型热伏发电基础模块时安装横截面图。
50.图29是管壁型热伏发电基础模块示意图。
51.图30是相变型热伏发电基础模块顶盖结构示意图。
52.图31是相变型热伏发电基础模块顶盖内圈结构示意图。
53.图32是相变型热伏发电基础模块顶盖外圈结构示意图。
54.图33是传热段连接管示意图。
55.图34是磁悬浮发电机结构示意图。
56.图35是磁悬浮发电机的发电机支撑架示意图。
57.图36是磁悬浮发电机的支撑磁铁支撑架示意图。
58.图37是顶部热伏发电底端连接器示意图。
59.图38是顶部热伏发电底端连接器剖面左边示意图。
60.图39是顶部热伏发电底端连接器剖面右边示意图。
61.图40是顶部底端中层按管壁展开成平面后示意图。
62.图41是顶部热伏发电内管结构示意图。
63.图42是顶部热伏发电顶盖内层剖面图。
64.图43是顶部热伏发电顶盖内层示意图。
65.图44是顶部热伏发电顶盖外层示意图。
66.图中，1入水段，2换向器，3水流段，4井内热伏发电模块，5传热段，6顶部热伏发电模块，7透平发电模块，901大地，902地热水，110入水管111入水管管体， 112入水外螺纹，
113入水管内螺纹，210入水段连接端口，211
‑
1、211
‑2‑
211
‑
3、 211
‑
4回灌水连通接口，220
‑
1、220
‑
2、220
‑
3、220
‑
4回灌水连通器，230水流段连接接口，231水流段外管接口，232水流段内管接口，233
‑
1、233
‑
2、233
‑
3、233
‑
4 水流段回灌水入口，212入水段连接外壳，213入水管连接螺纹，214回灌水连接顶盖，221回灌水连通器底面，222回灌水连通器顶面，223掏空扇环柱，224主体扇环柱，234水流段接口底板，235水流段外管接口焊接处，236水流段内管接口焊接处，237水流段外管接口内螺纹，239水流段内管接口外螺纹，244水流段地热水入口，310水流段内管，311
‑
1、311
‑
2水流段内管内螺纹，320水流段外管，321
‑
1、 321
‑
2水流段外管外螺纹，331水流段外管卡固片，332内外管定位片，333水流段内管卡固片，330
‑
1、330
‑
2、330
‑
3、330
‑
4水流段卡固件，340水流段内管连接器，350水流段外管连接器，351
‑
1、351
‑
2水流段外管连接螺纹352水流段外管连接器支撑体；343
‑
1、343
‑
2、343
‑
3、343
‑
4水流段内管卡固槽，353
‑
1、353
‑
2、 353
‑
3、353
‑
4水流段外管卡固槽，361潜水轴流泵，362轴流水泵密封圈，410井内热伏发电底端段，420井内热伏发电中段，430井内热伏发电顶端段，401相变型热伏基础模块外壳，402相变型热伏基础模块传热层，403相变型热伏发电模块， 404相变型热伏基础模块内层，405
‑
1、405
‑
2相变型热伏发电模块密封圈，406相变型热伏基础模块内螺纹，407相变型热伏基础模块外螺纹，408相变型热伏基础模块内层下斜口，409相变型热伏基础模块内层上斜口，451
‑
1、451
‑
2、......451
‑
i 传热水流孔，461热伏模块支撑架主体，462
‑
1、462
‑
2、462
‑
3、462
‑
4热伏模块支撑架侧耳，471管壁型热伏发电基础模块外壳，472管壁型热伏发电模块，473管壁型热伏发电基础模块内层，474
‑
1、474
‑
2管壁型热伏发电基础模块密封圈，475 管壁型热伏发电基础模块内螺纹，476管壁型热伏发电基础模块外螺纹，481顶盖外圈，482顶盖内圈，483顶盖顶板，484顶盖外圈外螺纹，485顶盖内圈下斜口， 486顶盖内圈内螺纹，510传热段连接管，511传热段连接管外螺纹，512传热段连接管内螺纹，521发电机，522发电机轴承，523轴承上磁铁，524支撑磁铁， 525下磁铁，526叶轮，531管壁支撑架，532发电机紧固支架，533
‑
1、533
‑
2、 533
‑
3、533
‑
4发电机支撑板，541支撑磁铁管壁支撑架，542支撑磁铁紧固支架， 543
‑
1、543
‑
2、543
‑
3、543
‑
4支撑磁铁支撑板，611顶部底端连接器外层，612顶部底端连接器中层，613顶部底端连接器内层，614顶部底端连接器底层，615顶部底端外层内螺纹，616顶部底端中层外螺纹，617顶部底端内层上斜口，618顶部底端内层外螺纹，619顶部底端中层通流空，621顶部内管外壳，622顶部内管传热层，623顶部内管热伏发电模块，624顶部内管内层，625
‑
1、625
‑
2顶部内管热伏发电模块密封圈，626顶部内管外壳内螺纹，627顶部内管外壳外螺纹，628顶部内管内层下斜口，629顶部内管内层上斜口，631顶盖内层外圈，632顶盖内层内圈，633顶盖内层盖板，634透平工质流入管，635相变工质注入管，636相变真空抽吸管，637顶盖内层内圈下斜口，638顶盖内层外圈内螺纹，641顶盖外层外壳， 642顶盖外层顶端，643透平工质流出管，644顶盖外层外螺纹。
五、具体实施方式
67.附图给出了本实用新型的一个具体实施例。
68.参见附图1。
69.系统由入水段1、换向器2、水流段3、井内热伏发电模块4、传热段5、顶部热伏发电模块6和透平发电模块7构成，入水段、换向器、水流段、井内热伏发电模块、传热段均在地下，且按由深地到地表的顺序依次对接；顶部热伏发电模块部分安装在地下，部分安装在地
面，透平发电模块安装在地面。实现磁悬浮发电、透平发电、管壁发电、相变热伏发电、顶部热伏发电地热发电五个阶段梯级原位地热发电。
70.参见附图2。
71.入水段1由多跟入水管110连接而成，每根入水管一端加工成入水外螺纹112，另一端加工成入水内螺纹113；两端的外螺纹和内螺纹大径、小径和螺距相等，相邻入水管通过两端外螺纹和内螺纹旋合连接，构成所需要长度的入水段；入水段顶端接口与换向器2的入水段连接端口210通过旋合紧密连接。入水段1最低处为回灌入口，入水段最高处为入水段顶端接口；入水段顶端接口为外螺纹，回灌入口为内螺纹。
72.附图3
‑
13给出了换向器整体结构图。
73.换向器由入水段连接端口210、四个回灌水连通器220
‑
1、220
‑
2、220
‑
3、220
‑
4、水流段连接接口230三部分连接而成。换向器将水流段外管与内管之间的回灌水，通过回灌水连通器，引到入水段连接接口，通过与入水段顶端接口旋合连接，将回灌水引入入水段，并从回灌入口将回灌水引入地下。
74.参见附图4、5。换向器的入水段连接端口210由入水段连接外壳212和回灌水连接顶盖214构成。入水段连接外壳212和回灌水连接顶盖214均由采用金属材料构成，本实施例采用不锈钢。
75.入水段连接外壳212为金属材料管状结构，上边焊接回灌水连接顶盖214，下边加工成入水管连接螺纹213；入水管连接螺纹为内螺纹，与入水管入水外螺纹旋合；
76.回灌水连接顶盖214为圆盘状，半径为ra，上边均匀分布形状大小相同的四个回灌水连通接口211
‑
1～211
‑
4；回灌水连通接口211
‑
1～211
‑
4为掏空的扇环，扇环圆心与回灌水连接顶盖圆心相同，圆心角略小于90度；设扇环半内径为r0,外半径为r0；回灌水连通接口掏空的外沿与回灌水连通器底面焊接。
77.参见附图6、7。
78.四个回灌水连通器220
‑
1～220
‑
4为金属材料扇环柱，内部掏有空心扇环柱223；将扇环柱实体称为主体扇环柱224；主体扇环柱顶面称为回灌水连通器顶面222；主体扇环柱底面称为回灌水连通器底面221。
79.回灌水连通器底面221与回灌水连接顶盖214焊接，焊接时回灌水连通接口 211
‑
1～211
‑
4与空心扇环柱223对齐；回灌水连通器顶面222与水流段连接接口 (230)由水流段接口底板234焊接，焊接时空心扇环柱223与水流段接口底板234 的水流段回灌水入口233
‑
1～233
‑
4对齐；回灌水从水流段回灌水入口233
‑
1～233
‑
4 流入，流经空心扇环柱223，从回灌水连通器底面流出，通过回灌水连通接口 211
‑
1～211
‑
4流入入水管。
80.空心扇环柱223的横截面内圆半径和外圆半径与回灌水连通接口211
‑
1～211
‑
4 的内圆半径和外圆半径相等，分别为r0、r0；设主体扇环柱224的横截面扇环外圆半径为r1，内圆半径为r1；则r1大于r0，r1小于r0；主体扇环柱224横截面的圆心角大于空心扇环柱223横截面的圆心角。
81.参见附图8
‑
13。
82.水流段连接接口230由水流段接口底板234、水流段外管接口231、水流段内管接口232构成，水流段接口底板234、水流段外管接口231、水流段内管接口232 均为金属材料，本实施例采用不锈钢。水流段外管接口、水流段内管接口焊接在水流段接口底板上，焊接处密
封。
83.水流段接口底板234为圆盘状，圆盘半径与回灌水连接顶盖214半径相同，为 ra，采用金属材料构成，本实施例采用不锈钢；上边均匀分布掏空的的四个水流段回灌水入口233
‑
1、233
‑
2、233
‑
3、233
‑
4；四个水流段回灌水入口形状、大小与回灌水连接顶盖的回灌水连通接口形状和大小相同，掏空的位置也与回灌水连接顶盖的回灌水连通器211
‑
1～211
‑
4相同。水流段接口底板234下边与回灌水连通器焊接；焊接时保证四个水流段回灌水入口与回灌水连通器的掏空扇环柱对齐。
84.水流段接口底板最外侧为水流段外管接口231，焊接处235用于焊接水流段外管接口；水流段接口底板中间掏空成圆形，掏空区域称为为水流段地热水入口244，设水流段地热水入口半径为r2；水流段地热水入口244外侧为水流段内管接口232 焊接处236。
85.水流段外管接口231外半径与水流段接口底板234半径相同，为ra，设内半径为r6，则内半径r6大于回灌水连通器横截面外圆半径r1；下边与水流段接口底板焊接，上边加工成内螺纹，称为水流段外管接口内螺纹237，通过内螺纹与水流段外管旋合；设水流段外管接口高度为h1；水流段外管接口内螺纹高度为h2，内螺纹小径为2r4，r4大于水流段外管接口内半径r6。
86.水流段内管接口232为金属管状结构，内半径与水流段接口底板234上的地热水入口244半径相同，为r2，设外半径为r5，则外半径r5小于水流段回灌水入口内圆半径r0；下边与水流段接口底板焊接，上边加工成外螺纹，称为水流段内管接口外螺纹239，通过外螺纹与水流段内管旋合；水流段内管接口高度与水流段外管接口高度相同，为h1；水流段内管接口外螺纹239高度与水流段外管接口内螺纹 237高度相同，为h2，水流段内管接口外螺纹大径为2r3。
87.附图14
‑
22给出了水流段整体结构图。
88.水流段3由轴流水泵段、水流段连接器和水流段管道构成，水流连接器连接相邻的水流段管道，根据需要连接成任意长度。其中，水流段管道由水流段内管310 和水流段外管320构成。水流段连接器由水流段外管连接器350、水流段内管连接器340和水流段卡固件330
‑
1、330
‑
2、330
‑
3、330
‑
4构成，轴流水泵段由水流段内管和井用潜水泵361构成。
89.水流段连接器由水流段外管连接器、水流段内管连接器、水流段卡固件构成。水流段内管和水流段外管长度相等，设其长度为hn。
90.水流段管道由水流段内管310和水流段外管320构成。水流段连接器由水流段外管连接器350、水流段内管连接器340和水流段卡固件330
‑
1、330
‑
2、330
‑
3、 330
‑
4构成，轴流水泵段由水流段内管和井用潜水泵361构成。
91.所述水流段内管310和水流段外管长度相等，设其长度为hn；水流段内管为管状结构，采用导热系数低、弹性模量高的材料制作；水流段内管内半径与水流段内管接口232内半径相同，为r2；水流段内管外半径与水流段内管接口232外半径相同，为r5；水流段内管两端加工成内螺纹，称为水流段内管内螺纹311
‑
1、311
‑
2，与水流段内管接口外螺纹239匹配；最下边的水流段内管，通过水流段内管内螺纹与水流段内管接口外螺纹旋合，组合成一个整体。
92.水流段外管320为管状结构，采用金属材料制作；水流段外管内半径与水流段外管接口231内半径相同，为r6；水流段外管外半径与水流段外管接口231外半径相同，为ra；水
流段外管两端加工成水流段外管外螺纹321
‑
1、321
‑
2，与水流段外管接口内螺纹237匹配；最下边的水流段外管，通过水流段外管外螺纹与水流段外管接口内螺纹237旋合，组合成一个整体。
93.所述水流段连接器的水流段卡固件由水流段外管卡固片331、内外管定位片 332、水流段内管卡固片333构成；水流段卡固件用于让水流段外管连接器和水流段内管连接器之间轴心固定。水流段外管卡固片、内外管定位片、水流段内管卡固片均为金属材料；外管卡固片331为截面为弧的柱状，柱状高度为h1；弧的半径大于水流段外管内半径r6，略小于r4；内管卡固片333为截面为弧的柱状，柱状高度为h1；弧的半径大于r3，略小于水流段内管外半径r5；内外管定位片332两边分别焊接外管卡固片和内管卡固片，使得内外管定位片、外管卡固片和内管卡固片成一个整体。
94.参见附图18、19。
95.水流段内管连接器340相邻的水流段内管，为管状，采用导热系数低、弹性模量高的材料制作；水流段内管连接器内半径与水流段内管接口232内半径相同，为 r2；水流段内管连接器外半径与水流段内管接口232外半径相同，为r5；水流段内管连接器两端加工成水流段内管连接器外螺纹341
‑
1、341
‑
2，与水流段内管内螺纹 311
‑
1、311
‑
2匹配；水流段内管连接器外螺纹高度与水流段外管接口内螺纹高度相同，为h2，水流段内管连接器外螺纹大径为2r3。在两端的水流段内管连接器外螺纹之间为水流段内管连接器支撑体342；设内管连接器支撑体高度为h3，则h3大于水流段卡固件高度h1。
96.在水流段内管连接器支撑体342上，均匀分布四个水流段内管卡固槽343
‑
1、 343
‑
2、343
‑
3、343
‑
4，用于嵌入水流段卡固件；水流段内管卡固槽根据水流段内管卡片333的形状掏空。
97.参见附图20、21。
98.水流段外管连接器350用于连接相邻的水流段外管，为金属管状体；水流段外管连接器内半径与水流段外管接口231内半径相同，为r6；水流段外管连接器外半径与水流段外管接口231外半径相同，为ra；水流段外管连接器两端加工成水流段外管连接器内螺纹351
‑
1、351
‑
2，与水流段外管外螺纹321
‑
1、321
‑
2 匹配；水流段外管连接器内螺纹高度与水流段外管接口231内螺纹高度相同，为 h2，水流段外管连接器内螺纹小径为2r4。
99.在两端的水流段外管连接器内螺纹之间为水流段外管连接器支撑体352；设外管连接器支撑体高度为h3，则h3大于水流段卡固件高度h1。
100.在水流段外管连接器支撑体352上，均匀分布四个水流段外管卡固槽353
‑
1、 353
‑
2、353
‑
3、353
‑
4，用于嵌入水流段卡固件；水流段外管卡固槽根据水流段外管卡固片331的形状掏空。
101.轴流水泵段井用潜水泵361装在水流段内管正中间，井用潜水泵吸入管与水流段内管之间轴流水泵密封圈密封，轴流水泵密封。本实施例的井用潜水泵采用德能泵业(天津)有限公司，600qjr热水井用潜水泵。剖面图如图22所示。
102.安装时，各个部件的连接关系如下：
103.(1)轴流水泵段下端与水流段连接接口230的水流段内管接口232旋合；最底端水流段外管下端与水流段连接接口230的水流段外管接口231旋合；
104.(2)轴流水泵段上端与水流段内管连接器340旋合，最底端水流段外管上端与水流
段外管连接器350旋合，水流段内管连接器与水流段外管连接器之间嵌入四个水流段卡固件；
105.(3)最底端水流段内管310下端与水流段内管连接器340旋合；次底端水流段外管320下端与水流段外管连接器350旋合；
106.(4)水流段内管上端与水流段内管连接器旋合；水流段外管上端与水流段外管连接器旋合；水流段内管连接器与水流段外管连接器之间嵌入四个水流段卡固件；
107.(5)水流段内管下端与水流段内管连接器旋合；水流段外管下端与水流段外管连接器旋合；
108.(6)水流段内管上端与水流段内管连接器旋合；水流段外管上端与水流段外管连接器旋合；水流段内管连接器与水流段外管连接器之间嵌入四个水流段卡固件，重复(5)、(6)，根据需要连接所需要长度的水流段内管和水流段外管。
109.附图23
‑
32给出了井内热伏发电模块4整体结构图。
110.井内热伏发电模块4从下至上分为井内热伏发电底端段410、井内热伏发电中段420、井内热伏发电顶端段430。
111.井内热伏发电模块4内设有相变型热伏发电基础模块和管壁型热伏发电基础模块。相变型热伏发电基础模块由相变型热伏基础模块外壳401、相变型热伏基础模块传热层402、相变型热伏发电模块403、相变型热伏基础模块内层404、相变型热伏发电模块密封圈405
‑
1、405
‑
2构成，设置有相变型热伏发电基础模块顶盖。
112.参见附图24
‑
26。
113.相变型热伏发电基础模块由相变型热伏基础模块外壳401、相变型热伏基础模块传热层402、相变型热伏发电模块403、相变型热伏基础模块内层404、热伏模块支撑架和相变型热伏发电模块密封圈405
‑
1、405
‑
2构成。
114.相变型热伏基础模块外壳401为管状结构，采用导热系数低、弹性模量高的材料制作；相变型热伏基础模块外壳内半径与水流段内管接口内半径相同，为r2；相变型热伏基础模块外壳外半径与水流段内管接口外半径相同，为r5；相变型热伏基础模块外壳下端加工成为相变型热伏基础模块内螺纹406；相变型热伏基础模块外壳上端加工成相变型热伏基础模块外螺纹407；相变型热伏基础模块内螺纹与相变型热伏基础模块外螺纹匹配，使得相邻热伏基础模块外壳旋合后构成一个管状结构；相变型热伏基础模块内螺纹与相变型热伏基础模块外螺纹高度为h2；相变型热伏基础模块外壳高度为hn h3 h2。
115.相变型热伏基础模块传热层402在相变型热伏基础模块外壳内侧，为金属管状结构，外径与相变型热伏基础模块外壳401内径相同，高度略小于hn，上端与相变型热伏基础模块外螺纹下端平齐，下端略高于相变型热伏基础模块外螺纹上端；在相变型热伏基础模块传热层管壁上，有掏空的若干个传热水流孔451
‑
1、451
‑
2、...451
‑
i。
116.参见附图27
‑
29。
117.相变型热伏发电模块403由多个温差发电芯片构成；温差发电芯片的冷端焊接在相变型热伏基础模块内层404外侧，温差发电芯片的热端焊接在相变型热伏基础模块传热层402内侧；温差发电芯片在水平方向和垂直方向对齐排列，水平方向成行，垂直方向成列；每行温差发电芯片个数相同，每列温差发电芯片个数相同；每行温差发电芯片之间连接关系为串联；各行温差发电芯片之间串联后，每行的输出电源线之间并联；构成热伏发电基础
模块电源输出端。
118.在相变型热伏发电模块上端和下端，有相变型热伏发电模块密封圈405
‑
1、 405
‑
2，嵌于相变型热伏基础模块传热层402和相变型热伏基础模块内层404中间，将相变型热伏发电模块密封。
119.所述相变型热伏基础模块内层404为管状结构，由金属材料构成，本实施例采用铝合金。高度为hn h3；下端与热伏基础模块传热层下端平齐；设相变型热伏基础模块内层内径为dn，外径为dn。在下端的内侧，对管壁进行加工，形成上底面直径为dn，上底面直径为dn，高为hn的圆台形状，称为热伏基础模块内层下斜口 408在上端的外侧，对管壁进行加工，形成上底面直径为dn，上底面直径为dn，高为hn的圆台形状，称为热伏基础模块内层上斜口409。
120.如图27、28所示，热伏模块支撑架由热伏模块支撑架主体461和四个热伏模块支撑架侧耳462
‑
1、462
‑
2、462
‑
3、462
‑
4构成，均为金属材料制作；热伏模块支撑架侧耳外形与水流段卡固件相同，并对称焊接在热伏模块支撑架主体外侧；热伏模块支撑架主体为管状结构，高度为h1；热伏支撑架用于限制相变型热伏发电基础模块或管壁型热伏发电模块与水流段外管之间的间距，与水流段外管连接器配合使用。
121.参见附图29。管壁型热伏发电基础模块外壳471为金属管状结构，内半径与水流段内管接口232内半径相同，为r2；外半径与水流段内管接口232外半径相同，为r5；下端加工成管壁型热伏发电基础模块外壳内螺纹475,与水流段内管接口外螺纹239匹配；外壳上端加工成管壁型热伏发电基础模块外壳外螺纹476；管壁型热伏发电基础模块外壳内螺纹475与管壁型热伏发电基础模块外壳外螺纹 476匹配，多个管壁型热伏发电基础模块外壳旋合后构成一个管状结构。管壁型热伏发电基础模块内螺纹475与管壁型热伏发电基础模块外螺纹476高度为h2；管壁型热伏发电基础模块外壳高度为hn h3 h2。
122.管壁型热伏发电模块472由多个温差发电芯片构成；温差发电芯片的冷端焊接在管壁型热伏发电基础模块外壳内侧，温差发电芯片的热端焊接在管壁型热伏发电基础模块内层外侧；温差发电芯片在水平方向和垂直方向对齐排列，水平方向成行，垂直方向成列；每行温差发电芯片个数相同，每列温差发电芯片个数相同；每行温差发电芯片之间连接关系为串联。各行温差发电芯片之间串联后，每行的输出电源线之间并联；构成管壁型热伏发电基础模块电源输出端。在管壁型热伏发电模块上端和下端，有管壁型热伏发电基础模块密封圈474
‑
1、474
‑
2，嵌于管壁型热伏发电基础模块外壳和管壁型热伏发电基础模块内层中间，将管壁型热伏发电模块密。
123.管壁型热伏发电基础模块内层473为金属管状结构，高度为hn h3；上端与管壁型热伏发电基础模块外壳平齐；外径为r2减去2倍管壁型热伏发电模块的厚度。
124.参见附图30
‑
32。
125.相变型热伏发电基础模块顶盖由顶盖外圈481、顶盖内圈482、顶盖顶板483 组合而成；顶盖外圈与顶盖内圈等高；顶盖外圈、顶盖内圈、顶盖顶板均采用导热系数低、弹性模量高的材料制作。
126.顶盖外圈481为管状结构，内径与外径与水流段外管的内径与外径相同，下端加工成顶盖外圈外螺纹484；顶盖外圈外螺纹的规格与水流段外管外螺纹相同。
127.顶盖内圈482为管状结构，内径与外径与相变型热伏基础模块内层内径与外径相
同，下端形状与相变型热伏基础模块内层下斜口相同，称为顶盖内圈下斜口485；上端加工成顶盖内圈内螺纹486。
128.顶盖顶板483为圆环状，内径与顶盖内圈内径相同，外径与顶盖外圈相同；顶盖顶板在上边，与顶盖内圈和顶盖外圈粘合，构成一个整体。
129.顶盖外圈外螺纹与最上端的水流段外管连接器旋合，在顶盖内圈下斜口与最上端的相变型热伏基础模块内层上斜口间加入密封圈，使其密封。
130.参见附图33
‑
36。
131.传热段5含传热段连接管510和磁悬浮发电段。
132.传热段连接管510下端加工成传热段连接管外螺纹511，与相变型热伏发电基础模块顶盖的顶盖内圈内螺纹486匹配，上端加工成传热段连接管内螺纹512，与相变型热伏发电基础模块顶盖的顶盖内圈内螺纹486规格相同。
133.传热段连接管510的内径与相变型热伏基础模块内层内径相同，如附图33所示。采用导热系数低、弹性模量高的材料制作本，实施例采用玻璃纤维复合材料。
134.传热段连接管510下端加工成传热段连接管外螺纹511，与相变型热伏发电基础模块顶盖的顶盖内圈内螺纹匹配，上端加工成传热段连接管内螺纹512，与相变型热伏发电基础模块顶盖的顶盖内圈内螺纹规格相同。实施例采用玻璃纤维复合材料。
135.磁悬浮发电段由传热段连接管、发电机、上磁铁、下磁铁、支撑磁铁、叶轮、支撑磁铁支撑架、发电机支撑架构成。如附图34
‑
36所示。
136.磁悬浮发电段发电机521的发电机轴承522为圆柱状,由磁导率低的金属材料构成；轴承下端安装叶轮；在发电机轴承上安装上磁铁523和下磁铁525；上磁铁和下磁铁为管状，内径与发电机轴承外径相同，外径相等，紧固安装在发电机轴承上，极性方向为上下方向，且极性方向相同，同为上南下北，或者下北上南。
137.支撑磁铁524为管状，内径大于轴承外径，小于上磁铁外径，并穿过轴承，处于上磁铁和下磁铁中间，极性方向为上下方向，且与上磁铁相反；叶轮526安装在发电机轴承522最下边。
138.支撑磁铁支撑架由支撑磁铁管壁支撑架541、支撑磁铁紧固支架542，支撑磁铁支撑板543
‑
1、543
‑
2、543
‑
3、543
‑
4构成；支撑磁铁管壁支撑架、支撑磁铁紧固支架为管状结构；支撑磁铁管壁支撑架外径与传热段连接管内径相同，并粘接在传热段连接管内侧；支撑磁铁紧固支架内径与支撑磁铁外径相同；支撑磁铁支撑板有四个，成九十度排列，连接支撑磁铁管壁支撑架和支撑磁铁紧固支架，使之称为一个整体。
139.发电机支撑架由管壁支撑架531、发电机紧固支架532，发电机支撑板533
‑
1、 533
‑
2、533
‑
3、533
‑
4构成；管壁支撑架531、发电机紧固支架532为管状结构；管壁支撑架531外径与传热段连接管510内径相同，并粘接在传热段连接管内侧；发电机紧固支架532内径与发电机外径相同；发电机支撑板有四个，成九十度排列，连接管壁支撑架和发电机紧固支架，使之称为一个整体。
140.安装连接时，最下端的传热段连接管的传热段连接管外螺纹与相变型热伏发电基础模块顶盖的顶盖内圈内螺纹；相邻传热段连接管采用旋合的方式连续到所需要的长度。在中间的一节，安装一个磁悬浮发电段。
141.附图37
‑
44给出了顶部热伏发电模块整体结构图。
142.顶部热伏发电模块6由顶部热伏发电底端连接器、顶部热伏发电内管、顶部热伏发电外管、顶部热伏发电外管连接器、顶部热伏发电顶盖内层和顶部热伏发电顶盖外层构成，顶部热伏发电模块底端与传热段连接管510旋合。顶部热伏发电外管连接器与水流段外管连接器的形状和结构相同，采用采用导热系数低、弹性模量高的材料制作；两端的内螺纹称为顶部热伏发电外管连接器内螺纹。
143.参见附图37
‑
40。顶部热伏发电底端连接器由顶部底端连接器外层611、顶部底端连接器中层612、顶部底端连接器内层613、顶部底端连接器底层614四部分组合而成。采用导热系数低、弹性模量高的材料制作，本实施例采用玻璃纤维复合材料。
144.顶部底端连接器外层611为管状结构，内径与外径与水流段外管的内径与外径相同；上端加工成顶部底端外层内螺纹615，顶部底端外层内螺纹与水流段外管外螺纹匹配。
145.顶部底端连接器中层612为管状结构，内径与外径与相变型热伏基础模块外壳的内径与外径相同；上端加工成顶部底端中层外螺纹616；顶部底端中层外螺纹与相变型热伏基础模块内螺纹匹配；在顶部底端中层外螺纹下边，加工一些圆孔，称为顶部底端中层通流孔619，如图40所示。
146.顶部底端连接器内层613为管状结构，内径与相变型热伏基础模块内层的内径相同；外径与传热段连接管外径相同；下端加工成顶部底端内层外螺纹618，与传热段连接管510内螺纹512匹配；上端外侧加工成圆台形状，称为顶部底端内层上斜口617，与相变型热伏基础模块内层下斜口相吻合。
147.顶部底端连接器底层614为圆环状，内径与顶部底端连接器内层613外径相同，外径与顶部底端连接器外层611外径相同；顶部底端连接器外层611、顶部底端连接器中层612、顶部底端连接器内层613轴芯在与顶部底端连接器底层垂直，且过顶部底端连接器底层圆心；顶部底端连接器外层611、顶部底端连接器中层612的底部与顶部底端连接器底层614粘接，顶部底端连接器内层外侧与顶部底端连接器底层粘接。
148.参见附图41。
149.顶部热伏发电内管由顶部内管外壳621、顶部内管传热层622、顶部内管热伏发电模块623、顶部内管内层624、顶部内管热伏发电模块密封圈625
‑
1、625
‑
2构成；顶部内管外壳621与相变型热伏基础模块外壳的结构和材料完全相同；上端的外螺纹称为顶部内管外壳外螺纹627；下端的内螺纹称为顶部内管外壳内螺纹626。
150.顶部内管传热层622与相变型热伏基础模块传热层402的结构和材料完全相同；顶部内管内层624与相变型热伏基础模块内层404的结构和材料完全相同。
151.顶部内管内层624上端外侧加工的圆台型称为顶部内管内层上斜口629，下端内侧加工的圆台型称为顶部内管内层下斜口628。
152.顶部内管热伏发电模块623由多个温差发电芯片构成；温差发电芯片的冷端焊接在顶部内管传热层622内侧，温差发电芯片的热端焊接在顶部内管内层624 外侧。温差发电芯片在水平方向和垂直方向对齐排列，水平方向成行，垂直方向成列；每行温差发电芯片个数相同，每列温差发电芯片个数相同。每行温差发电芯片之间连接关系为串联；各行温差发电芯片之间串联后，每行的输出电源线之间并联；构成热伏发电基础模块电源输出端。顶部内管热伏发电模块上端和下端，有顶部内管热伏发电模块密封圈625
‑
1、625
‑
2，嵌于顶部内管传热层622和顶部内管内层624中间，将顶部内管热伏发电模块623密封。
153.顶部热伏发电外管与水流段外管320的形状和结构相同，采用导热系数低、弹性模量高的材料制作，本实施例采用玻璃纤维复合材料。两端的外螺纹称为顶部热伏发电外管外螺纹。
154.参见附图42、43。
155.顶部热伏发电顶盖内层由顶盖内层外圈631、顶盖内层内圈632、顶盖内层盖板633组合而成，顶盖内层盖板安装透平工质流入管634、相变工质注入管635、相变真空抽吸管636；顶盖内层外圈631、顶盖内层内圈632、顶盖内层盖板633、透平工质流入管、相变工质注入管、相变真空抽吸管采用导热系数低、弹性模量高的材料制作，本实施例采用玻璃纤维复合材料。
156.顶盖内层外圈631为管状结构，内径与外径与顶部内管外壳的内径与外径相同；下端加工成内螺纹，称为顶盖内层外圈内螺纹638；顶盖内层外圈内螺纹与顶部内管外壳内螺纹规格相同。顶盖内层盖板633为圆盘状，直径与顶盖内层外圈直径相同；顶盖内层外圈、顶盖内层内圈的轴心过顶盖内层盖板圆心，顶盖内层外圈、顶盖内层内圈顶端与顶盖内层盖板粘合。
157.顶盖内层盖板633上，顶盖内层外圈631内侧与顶盖内层内圈632外侧之间，安装透平工质流入管634。顶盖内层盖板633上，顶盖内层内圈632内侧，安装相变工质注入管635、相变真空抽吸管636。
158.顶盖内层内圈632为管状结构，内径与外径与顶部内管内层；下端内侧加工成圆台状，称为顶盖内层内圈下斜口；顶盖内层内圈下斜口与顶部内管内层下斜口规格相同。
159.参见附图44。
160.顶部热伏发电顶盖外层由顶盖外层外壳641、顶盖外层顶端642、透平工质流出管643构成，均采用导热系数低、弹性模量高的材料制作，本实施例采用玻璃纤维复合材料。
161.顶盖外层外壳641为管状结构，内径与外径与顶部热伏发电外管的内径与外径相同；下端加工成外螺纹，称为顶盖外层外螺纹644；顶盖外层外螺纹与顶部热伏发电外管外螺纹规格相同；顶盖外层顶端为圆环状，外径与顶盖外层外壳外径相同，内径稍微小于顶盖内层外圈外径；顶盖外层外壳上端与顶盖外层顶端下边粘合，粘合时顶盖外层外壳轴心过顶盖外层顶端圆心；透平工质流出管安装在顶盖外层顶端上，并位于顶盖外层外壳内侧。
162.顶部热伏发电顶盖外层安装时：
163.(1)顶部热伏发电底端连接器的顶部底端内层外螺纹与最上边的传热段连接管旋合；
164.(2)顶部热伏发电内管的顶部内管外壳内螺纹与顶部热伏发电底端连接器的顶部底端中层外螺纹旋合，旋合时，在顶部内管内层下斜口与顶部底端内层上斜口之间加入密封圈，使得顶部内管内层下斜口与顶部底端内层上斜口之间密封；
165.(3)顶部热伏发电外管的顶部热伏发电外管外螺纹与顶部热伏发电底端连接器的顶部底端外层内螺纹旋合；顶部热伏发电外管连接器在顶部热伏发电外管上端与顶部热伏发电外管旋合；并在顶部热伏发电外管连接器上嵌入热伏模块支撑架；
166.(4)顶部热伏发电内管的顶部内管外壳内螺纹与下边相邻的顶部热伏发电内管的顶部内管外壳外螺纹；旋合时在顶部热伏发电内管的顶部内管内层下斜口与下边相邻的顶部热伏发电内管的顶部内管内层上斜口之间接入密封圈，使得相邻的顶部热伏发电内管的
顶部内管内层的顶部内管内层下斜口与顶部内管内层上斜口之间密封；
167.(5)下一个顶部热伏发电外管的顶部热伏发电外管外螺纹与(3)的顶部热伏发电外管连接器旋合，在顶部热伏发电外管上边旋合下一个顶部热伏发电外管连接器，并在顶部热伏发电外管连接器上嵌入热伏模块支撑架；
168.(6)根据需要的长度，重复(4)
‑
(5)；
169.(7)顶部热伏发电顶盖内层的顶盖内层外圈内螺纹与最上边的顶部热伏发电内管的顶部内管外壳外螺纹旋合，旋合时，顶盖内层内圈下斜口与顶部内管内层上斜口之间接入密封圈，使得顶盖内层内圈下斜口与顶部内管内层上斜口之间密封；
170.(8)顶部热伏发电顶盖外层的顶盖外层外螺纹644与最上边的顶部热伏发电外管连接器旋合，并在顶盖外层顶端下部、顶盖内层盖板上部加入密封圈，使得顶盖外层顶端与顶盖内层盖板之间密封。
171.(9)通过相变工质注入管注入相变工质，实施例采用甲醇；相变真空抽吸管接入真空泵，注入甲醇后抽真空；并将相变工质注入管和相变真空抽吸管管口密封。
172.本实施例的透平发电模块7为orc有机朗肯发电机，采用广州番禺速能冷暖设备有限公司生产的orc磁悬浮发电机，型号：vwtwnc。
173.发电机的工质泵输出的工质输入顶部热伏发电顶盖内层的透平工质流入管；顶部热伏发电顶盖外层的透平工质流出管输出加热后的工质，并连接到orc发电机的膨胀机工质输入接口。orc发电机的工质被顶部热伏发电内管的加热后，驱动orc 发电机的膨胀机做工，使得orc发电机输出电能。
174.透平发电模块orc发电机的透平工质流经通道为：透平发电模块orc发电机的工质泵输出的透平工质从顶部热伏发电顶盖内层的透平工质流入管流入，流经各顶部热伏发电内管的顶部内管传热层，到达顶部热伏发电底端连接器的顶部底端连接器中层内侧，透过顶部底端中层通流空流到顶部底端连接器中层外侧，顺着顶部热伏发电外管内侧流到透平工质流出管，再流入orc发电机的膨胀机工质输入接口。
175.在本实施例中，在井内热伏发电模块中，涉及井内热伏发电底端段410、井内热伏发电中段420、井内热伏发电顶端段430三段，且设有相变型热伏发电基础模块和管壁型热伏发电基础模块。在热伏发电段组装时，各个部件的连接关系为；
176.一、管壁型热伏发电基础模块段：
177.在管壁型热伏发电基础模块段组装在水流段上端：
178.(1)在最顶端的水流段内管上旋合一个水流段内管连接器，在最顶端的水流段外管上旋合一个水流段外管连接器，在流段内管连接器和水流段外管连接器之间嵌入四个水流段卡固件；
179.(2)在水流段内管连接器上端旋合管壁型热伏发电基础模块；
180.(3)在水流段外管连接器上端旋合水流段外管，并在水流段外管上，旋合水流段外管连接器；在水流段外管连接器内部，嵌入热伏模块支撑架；
181.(4)管壁型热伏发电基础模块上端旋合下一个管壁型热伏发电基础模块；
182.(5)在水流段外管连接器上端旋合水流段外管，并在水流段外管上，旋合水流段外管连接器；在水流段外管连接器内部，嵌入热伏模块支撑架；
183.(6)根据需要的管壁型热伏发电基础模块段高度确定管壁型热伏发电基础模块数
量，根据管壁型热伏发电基础模块数量确定重复上述(4)
‑
(5)的次数。
184.二、相变型热伏发电基础模块下端段：
185.相变型热伏发电基础模块下端段组装在组装管壁型热伏发电基础模块段上端：
186.(1)制作一个上底面直径为dn，上底面直径为dn，高为hn的圆台形状的金属圆台，称为热伏发电基础模块底盖；实施例采用铝合金。
187.(2)将热伏发电基础模块底盖焊接在最下端相变型热伏发电基础模块的相变型热伏基础模块内层下斜口，使得相变型热伏基础模块内层下端密封；
188.(3)将最下端相变型热伏发电基础模块与管壁型热伏发电基础模块段最上端的管壁型热伏发电基础模块旋合；
189.(4)将水流段外管与管壁型热伏发电基础模块段最上端的水流段外管连接器旋合；并在水流段外管上，旋合水流段外管连接器；
190.(5)在水流段外管连接器内部，嵌入热伏模块支撑架。
191.三、相变型热伏发电基础模块中段：
192.相变型热伏发电基础模块中段安装在相变型热伏发电基础模块下端段的上端；
193.(1)相变型热伏发电基础模块与相变型热伏发电基础模块下端段的相变型热伏发电基础模块旋合；
194.(2)将水流段外管与相变型热伏发电基础模块下端段上端的相变型热伏基础模块内层上斜口安装密封圈，上端与水流段外管连接器旋合；并在水流段外管上，旋合水流段外管连接器；在水流段外管连接器内部，嵌入热伏模块支撑架；
195.(3)相变型热伏发电基础模块的相变型热伏基础模块内层上斜口安装密封圈，并旋合下一个相变型热伏发电基础模块；
196.(4)水流段外管上端旋合下一个水流段外管；在水流段外管上，旋合水流段外管连接器；在水流段外管连接器内部，嵌入热伏模块支撑架；
197.(5)根据需要的相变型热伏发电基础模块中段高度确定相变型热伏发电基础模块数量，根据相变型热伏发电基础模块数量确定重复上述(3)
‑
(4)的次数。
198.四、相变型热伏发电基础模块顶盖：
199.相变型热伏发电基础模块顶盖的顶盖外圈外螺纹与最上端的水流段外管连接器旋合，在顶盖内圈下斜口与最上端的相变型热伏基础模块内层上斜口间加入密封圈，使其密封。
200.五、地热水路径
201.地热水通过换向器的地热水入口244流入，在井用潜水泵的作用下，经过水流段内管向上流，并流入管壁型热伏发电基础模块段的管壁型热伏发电基础模块内层，然后流经相变型热伏发电基础模块的相变型热伏基础模块传热层的传热水流孔，在相变型热伏发电基础模块顶盖处，沿着水流段外管内侧向下流，流经换向器的回灌水连通器，并经过入水段流回深地。
202.本实用新型实施例，所有温差发电芯片选择湖北赛格瑞新能源科技有限公司生产的温差发电芯片，型号：teg1
‑
19913。
203.本实用新型实施例，没有特别说明的“导热系数低、弹性模量高的材料”均采用玻璃纤维复合材料；没有特别说明的金属材料均为铝合金或者不锈钢。
204.当上述“一种五阶段梯级原位地热发电系统”安装完成后，在相变工质注入管 635输入工质后将相变工质注入管密封，在相变真空抽吸管636抽出空气后将相变真空抽吸管密封；输入的工质根据地热水温度不同而不同，可以是水、氨、甲醇、r1234ze、r245fa等。