JP2001055906A - 複合発電方法及びその装置 - Google Patents

複合発電方法及びその装置

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JP2001055906A
JP2001055906A JP11231458A JP23145899A JP2001055906A JP 2001055906 A JP2001055906 A JP 2001055906A JP 11231458 A JP11231458 A JP 11231458A JP 23145899 A JP23145899 A JP 23145899A JP 2001055906 A JP2001055906 A JP 2001055906A
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geothermal
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power
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Shinji Nishizaki
進治 西崎
Akio Yamanishi
晃郎 山西
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IHI Corp
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Publication date
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    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力需要量に合わせて効率的な発電を行う。 【解決手段】 地熱発電と火力発電を組み合わせた複合
発電方法において、電力需要増大時にはガスタービン2
による火力発電を行うと共に地熱水蒸気をガスタービン
2から排出される排ガス熱によって加熱してスチームタ
ービン4による地熱発電を行い、電力需要減少時には火
力発電を停止させて地熱水蒸気のみで地熱発電を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地熱発電と火力発
電を組み合わせた複合発電方法及びその装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】地熱発電は、地中から地熱による熱水と
蒸気とを同時に取り出し、これを熱水と蒸気とに分離し
て、その分離された蒸気によってスチームタービンを駆
動させて、タービン発電機によって発電する方法であ
る。
【0003】しかし地熱発電では、発電量が少ないため
火力発電と組み合わせて、その火力発電の排ガス熱によ
って蒸気を過熱して、地熱発電の発電量を増大させる方
法が採用されていた。
【0004】その地熱発電と火力発電を組み合わせた複
合発電装置の一例として、特公昭59−25852号公
報に開示されたガスタービン地熱タービン組合せ発電プ
ラント装置があった。
【0005】このガスタービン地熱タービン組合せ発電
プラント装置は、ガスタービンの排ガス熱を熱源とする
排熱回収ボイラで、蒸気井戸から取り出された蒸気及び
熱水を加熱して過熱蒸気を発生させて、その過熱蒸気に
より地熱タービンを駆動させて発電するものであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ガスタービン地熱タービン組合せ発電プラント装置で
は、常時ガスタービンを駆動させていなければならず、
夜間等の電力需要減少時には、過剰な発電を行うか、或
いは装置全体を休止させるかを選択しなければならなか
った。
【0007】すなわち、発電を行う場合には、ガスター
ビンを駆動させる燃料を必要とするため効率的ではない
という問題が発生する一方、発電を行わない場合には、
燃料を必要としない地熱発電までも停止させるので地熱
の有効利用ができないという問題があった。
【0008】そこで、本発明は、上記問題を解決するた
めに案出されたものであり、その目的は、電力需要量に
合わせて効率的な発電をすることができる複合発電方法
及びその装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決すべく、
本発明は、地熱発電と火力発電を組み合わせた複合発電
方法において、電力需要増大時にはガスタービンによる
火力発電を行うと共に地熱水蒸気をガスタービンから排
出される排ガス熱によって加熱してスチームタービンに
よる地熱発電を行い、電力需要減少時には火力発電を停
止させて地熱水蒸気のみで地熱発電を行う複合発電方法
である。
【0010】上記複合発電方法によれば、電力需要増大
時には火力発電を行うと共に、そのガスタービンの排ガ
ス熱で地熱水蒸気を加熱することによって地熱発電によ
る発電量を増大させることができる。従って、全体の発
電量が増大すると共に、熱エネルギーの回収率が上昇
し、発電効率を向上できる。一方、電力需要減少時には
地熱水蒸気のみで地熱発電を行うので、燃料を必要とせ
ず、過剰な発電を行うこともない。
【0011】そして、上記地熱発電で排出される排水蒸
気熱を、イソペンタン等の低沸点熱媒体で回収して、そ
の低沸点熱媒体で低温タービンを駆動させてさらに発電
する複合発電方法が好ましい。
【0012】また本発明は、上記方法を行うための装置
であって、天然ガス等の燃焼により熱せられたガスによ
って駆動するガスタービンを有する火力発電装置と、地
熱水蒸気によって駆動するスチームタービンを有する地
熱発電装置とを備えた複合発電装置において、上記ガス
タービンの排ガスが流れる排ガス流路に熱交換器を設
け、上記地熱水蒸気が流れる水蒸気流路に上記熱交換器
を通過する分岐水蒸気流路を切替え自在に設けたもので
ある。
【0013】そして、上記スチームタービンの排水蒸気
が流れる排水蒸気流路に熱交換器を設け、この熱交換器
を通過するようにイソペンタン等の低沸点熱媒体が流れ
る熱媒体流路を設け、この熱媒体流路に発電するための
低温タービンを設けたものが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。
【0015】図1は、本発明に係る複合発電装置の第一
の実施の形態を示した構成図である。
【0016】まず、上記複合発電装置の構成について説
明する。
【0017】図示するように、複合発電装置1は、天然
ガス等の燃焼により熱せられたガスによって駆動するガ
スタービン2を有する火力発電装置3と、地熱水蒸気に
よって駆動するスチームタービン4を有する地熱発電装
置5とを備えている。
【0018】火力発電装置3には、コンプレッサ6と燃
料タンク(図示せず)に接続された燃焼器7とが設けら
れており、コンプレッサ6で圧縮された空気が燃焼器7
に導かれ、燃料タンクからの燃料と混合して燃焼され
る。
【0019】ガスタービン2には、ガスタービン発電機
8が隣接されており、上記燃焼によってガスタービン2
が回転され、ガスタービン発電機8によって発電するよ
うになっている。
【0020】また、ガスタービン2には、排出される排
ガスを流すための排ガス流路9が接続されている。
【0021】地熱発電装置5には、蒸気井戸10から導
かれた地熱水蒸気と熱水を互いに分離する気液分離器1
1が設けられている。この気液分離器11には、分離さ
れた地熱水蒸気をスチームタービン4に流す水蒸気流路
12と、分離された熱水をポンプ14を介して蒸気井戸
10に戻す熱水流路15とが接続されている。なお、気
液分離器11の上流側には、水蒸気内の硫化水素等を分
離する精製装置16が設けられている。
【0022】スチームタービン4には、スチームタービ
ン発電機17が隣接されており、上記地熱水蒸気によっ
てスチームタービン4が回転され、スチームタービン発
電機17によって発電するようになっている。
【0023】また、スチームタービン4には、排水蒸気
流路19が接続されており、スチームタービン4から排
出された排水蒸気は、排水蒸気流路19内を流れて、こ
の排水蒸気流路19に接続された熱交換器25で凝縮し
水となり、ポンプ18によって井戸10に戻される。
【0024】ところで、本発明は、ガスタービン2の排
ガスが流れる排ガス流路9に熱交換器21を設け、地熱
水蒸気が流れる水蒸気流路12に上記熱交換器21を通
過する分岐水蒸気流路22を切替え自在に設けたことを
特徴とする。
【0025】分岐水蒸気流路22の分岐地点の下流側に
は、それぞれ開閉弁23a,23bが設けられており、
どちらか一方の開閉弁23a(23b)のみを開くこと
によって地熱水蒸気の流れる方向を制御するようになっ
ている。
【0026】なお、この方向制御は開閉弁23ではな
く、分岐地点に方向弁を設けて行ってもよい。
【0027】また、地熱発電装置5の熱水流路15及び
排水蒸気流路19にもそれぞれ熱交換器24,25が設
けられており、排熱を回収して有効利用するようになっ
ている。
【0028】次に、上記構成による複合発電装置1を用
いた複合発電方法とその作用を説明する。
【0029】昼間等の電力需要増大時には、まず、地熱
発電装置5の分岐水蒸気流路22側の開閉弁23aを開
き、水蒸気流路12側の開閉弁23bを閉じる。
【0030】そして、火力発電と地熱発電とを同時に行
う。
【0031】このとき、蒸気井戸10から導かれ気液分
離器11で分離された地熱水蒸気はガスタービン2から
排出された排ガス熱によって熱交換器21で加熱され
る。
【0032】これによって、スチームタービン4入口の
地熱水蒸気を過熱水蒸気とすることができる。従って、
スチームタービン4内の水蒸気の変化が過熱水蒸気域で
起こるため、湿りによる損失がなくなりスチームタービ
ン4の効率が向上する。また、スチームタービン4内に
は水滴が存在しなくなり、エロージョンによる動翼の破
損などは発生しない。
【0033】また、発電量も、排ガス熱の熱エネルギー
回収分増加する。具体的には、従来の火力発電の発電容
量が6700kwのものと地熱発電の発電容量が300
0kwのものとを並列運転した場合は、単に合計して発
電容量9700kwとなる。これと比較して、上記と同
じ条件の火力発電装置3と地熱発電装置5とを用いて、
地熱水蒸気をガスタービン2の排ガス熱で加熱した場合
の総発電容量は10680kwとなり、発電効率を向上
できる。
【0034】一方、夜間等の電力需要減少時には、地熱
発電装置5の分岐水蒸気流路22側の開閉弁23aを閉
じ、水蒸気流路12側の開閉弁23bを開く。
【0035】そして、火力発電を停止させて地熱発電の
みを行う。
【0036】このとき、地熱発電は、地熱水蒸気のみで
発電を行うこととなり、火力発電の燃料を必要とせず、
また発電量も3000kwと抑えられ過剰な発電を行う
こともない。なお、発電量が過剰であっても、地熱を利
用しているので、新たな熱エネルギーの無駄にはならな
い。
【0037】さらに、地熱水蒸気は、分岐水蒸気流路2
2を流れず、水蒸気流路12を流れるので、その移動距
離は小さく、水蒸気流路12内での温度低下による熱エ
ネルギーの損失が小さい。
【0038】このように、電力需要増大時と電力需要減
少時とで、運転を切り換えることによって、火力発電で
用いる燃料の無駄をなくすことができる。
【0039】図2は、本発明に係る複合発電装置の第二
の実施の形態を示した構成図である。
【0040】この第二の実施の形態の複合発電装置26
は、図1の複合発電装置1に追加して、スチームタービ
ン4の排水蒸気が流れる排水蒸気流路19に設けられた
熱交換器25を通過するようにイソペンタン等の低沸点
熱媒体が流れる熱媒体流路27を設け、この熱媒体流路
27に発電するための低温タービン28を設けたもので
ある。
【0041】低温タービン28には、低温タービン発電
機29が隣接されており、上記低沸点熱媒体の流れによ
って低温タービン28が回転され、低温タービン発電機
29によって発電するようになっている。
【0042】ガスタービン2の排ガス流路9の熱交換器
21の下流側には、もう一つの熱交換器31が設けられ
ている。
【0043】熱媒体流路27は、上記排ガス流路9の熱
交換器31及び熱水流路15の熱交換器24も通過する
ように構成されている。低温タービン28から排出され
たイソペンタン等の低沸点熱媒体蒸気は、熱媒体流路2
7に接続された熱交換器32で冷却凝縮されて液体とな
り、循環ポンプ34によって再び熱交換器25に送られ
る。
【0044】なお、その他の構成については図1と同様
であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
【0045】すなわち、複合発電装置26は、火力発電
装置3と地熱発電装置5のほかに、これら各発電装置
3,5で排出される熱エネルギーを回収して発電する第
三の発電装置33を設けたものである。
【0046】この複合発電装置26では、イソペンタン
等の低沸点熱媒体を用いたことによって、地熱発電を行
った後の低レベルの熱エネルギーを回収するだけで、発
電を行うことができる。すなわち、低沸点熱媒体は、熱
交換器24,25,31で略150℃に加熱されて気化
して、その圧力によって低温タービン28を駆動させる
こととなる。
【0047】これによれば、熱エネルギーの回収率がさ
らに上昇し、発電効率をいっそう向上できる。具体的に
は、第一の実施の形態で示した条件と同条件で、火力発
電装置3と地熱発電装置5と第三の発電装置33とを合
わせた総発電量は12460kwとなる。
【0048】本実施の形態においては、電力需要増大時
には火力発電装置3、地熱発電装置5及び第三の発電装
置33での複合発電を行い、電力需要減少時には火力発
電装置3及び第三の発電装置33を停止させ、燃料を必
要としない地熱発電装置5のみでの、或いは第三の発電
装置33は停止させずに負荷を下げて運転しての発電を
行う。
【0049】これによれば、第一の実施の形態の複合発
電装置1と同様に、電力需要減少時に、燃料を使用せず
に地熱の熱エネルギーのみで、或いは第三の発電装置3
3の負荷を下げて、好適な少ない発電量を発電すること
ができる。
【0050】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、電力需要
量に合わせて効率的な発電が行えると共に、燃料の無駄
をなくすことができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る複合発電装置の第一の実施の形態
を示した構成図である。
【図2】本発明に係る複合発電装置の第二の実施の形態
を示した構成図である。
【符号の説明】
1 複合発電装置 2 ガスタービン 3 火力発電装置 4 スチームタービン 9 排ガス流路 12 水蒸気流路 21 熱交換器 22 分岐水蒸気流路 27 熱媒体流路 28 低温タービン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G081 BA02 BA12 BB04 BC07 BD02 DA06 DA16

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地熱発電と火力発電を組み合わせた複合
    発電方法において、電力需要増大時にはガスタービンに
    よる火力発電を行うと共に地熱水蒸気をガスタービンか
    ら排出される排ガス熱によって加熱してスチームタービ
    ンによる地熱発電を行い、電力需要減少時には火力発電
    を停止させて地熱水蒸気のみで地熱発電を行うことを特
    徴とする複合発電方法。
  2. 【請求項2】 上記地熱発電で排出される排水蒸気熱
    を、イソペンタン等の低沸点熱媒体で回収して、その低
    沸点熱媒体で低温タービンを駆動させてさらに発電する
    請求項1記載の複合発電方法。
  3. 【請求項3】 天然ガス等の燃焼により熱せられたガス
    によって駆動するガスタービンを有する火力発電装置
    と、地熱水蒸気によって駆動するスチームタービンを有
    する地熱発電装置とを備えた複合発電装置において、上
    記ガスタービンの排ガスが流れる排ガス流路に熱交換器
    を設け、上記地熱水蒸気が流れる水蒸気流路に上記熱交
    換器を通過する分岐水蒸気流路を切替え自在に設けたこ
    とを特徴とする複合発電装置。
  4. 【請求項4】 上記スチームタービンの排水蒸気が流れ
    る排水蒸気流路に熱交換器を設け、この熱交換器を通過
    するようにイソペンタン等の低沸点熱媒体が流れる熱媒
    体流路を設け、この熱媒体流路に発電するための低温タ
    ービンを設けた請求項3記載の複合発電装置。
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