JP2011514482A - 地熱発電プラント - Google Patents

Abstract

地熱発電プラントであって、モジュール化し、地熱コンテナユニットとして１つのコンテナに収まるよう構成したユニットを備え、地熱コンテナユニットは、１つの掘削ボアから地熱エネルギーを抽出し得るように規模を定め、また各地熱コンテナユニットは他の地熱コンテナユニットならびに電力ネットワークに電気的に接続し、これにより負荷バランシングおよび代理機能性をもたらすネットワークとして構成した地熱発電システムを提供する地熱発電プラント。

Description

本発明は、地熱発電プラントに関する。とくに、本発明は、地熱ドリルホールが広域にわたり分布しているとき、従来技術よりも技術的かつ商業的に優れている地熱発電プラントに関する。

地熱パワーとは、地球内部に蓄積された熱、または地下から生じて吸収した熱の集積から発生するエネルギーである。現在最も一般的な地熱発電プラントのタイプは、フラッシュ型、およびバイナリーサイクル型のプラントである。バイナリーサイクル型発電プラントでは、適度な熱さの地熱水を、水よりも沸点が極めて低い二次流体に接するよう通過させ、これにより二次流体が蒸発し、またタービンを駆動する。フラッシュ型は最も一般的であり、高温蒸気を掘削井から直接採取し、発電機を駆動するタービンに供給する。改良型地熱システム（ＥＧＳ）は新しい代替的地熱技術である。ＥＧＳは、通常高温岩体内に深く進入する掘削井を用いて水を注入し、そして帰還蒸気を用いて発電する。

現在の地熱発電プラントは、発電プラントから最大で約２ｋｍの距離に位置する多数の掘削ボア間の中央集中型発電プラントとして設計し、地表蒸気パイプを配管し、蒸気を中央集中発電プラントに導く。いかなる地熱発電プロジェクトも、最も期待できるロケーションを選択する探索フェーズから始まる。その後、選択したロケーションにおける掘削フェーズを開始し、そして掘削計画をたとえば約５０ＭＷの能力に合うよう策定する。つぎに、生産井の掘削をスタートし、この場合、代表的な掘削穴は５ＭＷまたはそれ以下の電力を生産する。各穴の掘削に通常２〜４カ月の期間を要した後、掘削リグを次のロケーションに移動する。５０ＭＷの場合、ボアホールの個数は１０個とし、そのすべて掘削するには３年もの期間を要することもある。この後、評価、設計フェーズが始まり（１〜２年間）、次いで建設フェーズ（１〜３年間）となる。その後にしか、電気生産を始めることができない。その全期間中、すでに掘削を完了したボアホールは使われず、電力の販売による収入が全く生み出せない状態である。第１の穴の掘削が完了してから、建設が完了するまでの期間は、一般に６年である。５ＭＷ能力の穴に要する平均的なコストは、およそ３〜４百万ＵＳドルである。このようにして、莫大な投資が６年間もわたり遊休状態のままである。

上述のように、投資は高額であり、資本回収スタートが遅く、負荷バランシングに関する代理機能性および多用性が限定される。とくに、稼働期間の設計年数は一般に６〜１０年間であり、資本回収スタートは一般に７〜９年目からであって、電気の出力が抑えられる場合は代理機能性が限定される。さらに、すべてのプラントが複雑で費用のかさむ特別仕様仕立てであるため、そのエンジニアリングは手間がかかり高額である。さらに加えて、過度な圧力損失および配管内における蒸気凝縮を防ぐため、掘削井ボアは中央に集中発電プラントに近い場所になくてはならない。また、大型の発電構造物および景観を損ねる配管は、環境に対する負の影響をもつ。

上述の欠点に対して、有益な特性を有する地熱発電プラントに対する要望がある。

本発明によれば、上述の欠点を回避、または軽減し、上述の要望を満たす。

とくに、本発明は地熱発電プラントを提供し、該地熱発電プラントは、モジュール化し、１つまたはそれ以上の地熱コンテナユニットとしてコンテナに収まるよう構成したユニットを備え、該地熱コンテナユニットは、１つの掘削ボアまたは平均的な穴の１つから地熱エネルギーを抽出し得るように規模を定め、また各地熱コンテナユニットは他の地熱コンテナユニットならびに電力ネットワークに電気的に接続し、これにより負荷バランシングおよび代理機能性をもたらすネットワークとして構成した地熱発電システムを提供することを特徴とする。

該地熱発電プラントは、フラッシュ型およびバイナリーサイクル型のいずれかとすることができる。

ある好ましい実施形態においては、本発明はフラッシュ型またはバイナリーサイクル型の地熱発電プラントとし、
1. 蒸気／ブライン冷却処理ユニットと、
2. 前記蒸気／ブライン冷却処理ユニットに作動可能に結合したタービン／発電機ユニットと、
3. 前記タービン／発電機ユニットに作動可能に結合した凝縮ユニットと、
4. 前記凝縮ユニットに作動可能に結合した冷却塔ユニットと
備え、
これらユニットはモジュール化し、また地熱コンテナユニットとしての１つまたはそれ以上の標準的なコンテナに収まるよう構成し、
該地熱コンテナユニットは主に１つのボアホールから地熱エネルギーを抽出し得るように規模を定め、また
各地熱コンテナユニットは、他の地熱コンテナユニットならびに電力ネットワークに電気的に接続し、これにより負荷バランシングおよび代理機能性をもたらすネットワーク内として構成した地熱発電システムを提供する。

好ましくは、モジュール化かつコンテナ化した各ユニットを、それぞれに対応するボアホールプラットフォーム（掘削井ボア、掘削ボア、掘削穴）に隣接して、またはその近傍に配置し、これにより蒸気輸送による圧力損失や環境に関する欠点を回避する。好ましくは、コンテナ化した地熱ユニット間を相互接続する送電ケーブルは環境に対する影響を軽減するため埋設する。一般的なコンテナ化ユニットは、好ましくは５ＭＷの設備能力を持つよう設計するが、１つまたはそれ以上の局所的な掘削井ボアから得られる能力に完全に適合できるよう設計する。

好ましくは、地熱発電プラントは遠隔での監視および制御を提供するピアツーピア（Ｐ２Ｐ）ネットワーク内に配置する。その遠隔管理ツールにより、制御を中央集中し、プラントの生産能力を最大化することができる。ツールは、故障リスクを軽減させるための予防手段としてのメンテナンスセンサおよびソフトウェアを有する。好ましくは、すべてのユニットがブレード付きの付加的タービンロータを備え、これにより損傷したタービンロータにその場で取って代わることができるようになる。分散したネットワークは事故に対して完全な代理機能性を提供する。その送電能力に関しては、中央の発電プラントから半径およそ２ｋｍの範囲であった従来の領域よりも遥かに広大な領域からの地熱エネルギーを収集することができ、５ＭＷ〜５０ＭＷまたはそれ以上の電力となり得る。モジュール化した設計により、高い拡張性が可能であり、また局部的な要求に対応可能となる。

試算によれば、２００８年のヨーロッパのスポット市場における電力価格または２００９年１月１日時点でのドイツにおける地熱グリーンエネルギーの供給タリフ制度における価格のいずれを用いても、発電事業者は設備投資を一般に４〜６年の間に回収することを示している。１ＭＷあたりの価格は市場において高い競争力を持っている。納期は発注日からわずか約７〜９カ月である。さらに、モジュール化した設計により、技術の進歩に伴ってより新しくより高効率のモジュールユニットへの交換が可能になり、かつ容易に行える。これはまた、地熱ユニットが容易に運搬可能で規格化された輸送用コンテナに合わせて寸法設計することにより、ボアホールの電力が軽減した際にもあてはまる。地熱発電プロジェクトにおけるこの付加的なリスク管理は、投資価値の極めて高いものである。

単独の地熱コンテナユニットの構成要素を示す。 地熱発電システムを有する複数の地熱ユニットを示す。 従来の地熱発電プラントの平面図を示す。 本発明による最新式の地熱発電システムの平面図を示す。 標準的な地熱発電プロジェクトに比べて、本発明による地熱発電システムが６年早い立ち上げを示すスケジュール表である。 本発明による地熱発電システムの、従来の地熱発電プラントに比べ早い資本回収状況を示す。

本発明を以下に添付図面につき説明する。
図１は、本発明による地熱発電システムを示し、より具体的には、本発明による地熱コンテナユニットを示す。さらに具体的には、図１は、フラッシュ／バイナリーサイクルの地熱コンテナユニットを示し、この地熱コンテナユニットは、蒸気処理ユニット１（フラッシュ型システムの場合には汽水分離器、およびバイナリー型システムの場合には蒸発器を有する）を備え、この蒸気処理ユニットをタービン／発電機ユニット２、凝縮ユニット３、および冷却塔４に作動可能に結合する。

本発明による地熱発電プラントのいかなる部分も、従来技術で構成することができるが、その集合体が、技術的および経済的に有益な驚くべき効果をもたらす。しかし、最新の進歩した技術を使用する、または技術のさらなる発展につれて古い技術に取って代わることが好ましい。

図２は、本発明による地熱発電システムを、どのようにしてコンテナ化した複数のユニットから集合体にするかをより詳細に示す俯瞰図である。

図３ａは、従来の地熱発電プラント技術を示し、中央集中発電プラント、および２ｋｍを超えない範囲で中央集中発電プラントを包囲するボアホールに、中央集中発電プラントをどのようにして地表の蒸気パイプから成る接続構成によって接続されているかを示す。

図３ｂは、本発明による最新式の地熱発電システムの平面図であり、より広大な範囲に分散配置した地熱コンテナユニットのネットワークを示す。

図４は、従来の地熱発電プラントプロジェクトのためのスケジュール表および本発明による地熱発電システムのためのスケジュール表を示し、後者は稼働および収益を得るまでが６年間も早いことを示す。

図５は、本発明により早期に得られる収益額が、従来の地熱プラントに比べどの程度であるかを示す（領域１と２で囲まれる領域）。この試算におけるこの領域は、１５００ＭＷｈであり、これは２００８年のヨーロッパのスポット市場におけるエネルギー価格（６５ユーロ／ＭＷ）で計算する場合、本発明によれば割増し収益は９７．５百万ユーロとなるが、現在のドイツの再生可能エネルギーに対する電力価格を用いれば３００百万ユーロの割増し収益となることを意味する。これは図５で地熱ユニットが１０個ある場合に、すべての設備投資を先行立ち上げ期間中に回収できることとなる。

Claims (4)

1. 地熱発電プラントであって、
   モジュール化し、地熱コンテナユニットとして１つのコンテナに収まるよう構成したユニットを備え、
   前記地熱コンテナユニットは、少なくとも１つの掘削ボアから地熱エネルギーを抽出し得るように規模を定め、また
   各地熱コンテナユニットは他の地熱コンテナユニットならびに電力ネットワークに電気的に接続し、これにより負荷バランシングおよび代理機能性をもたらすネットワークとして構成した地熱発電システムを提供することを特徴とする地熱発電プラント。
2. 請求項１に記載の地熱発電プラントにおいて、さらに、
   蒸気／ブライン冷却処理ユニットと、
   前記蒸気／ブライン冷却処理ユニットに作動可能に結合したタービン／発電機ユニットと、
   前記タービン／発電機ユニットに作動可能に結合した凝縮ユニットと、
   前記凝縮ユニットに作動可能に結合した冷却塔ユニットと
   備えた地熱発電プラント。
3. 請求項１に記載の地熱発電プラントにおいて、複数の地熱コンテナユニットを有し、各地熱コンテナユニットは、地熱エネルギーの抽出される掘削ボア（掘削井ボア、ボアホール、掘削穴）の頂部または近傍に配置したことを特徴とする地熱発電プラント。
4. 請求項１に記載の地熱発電プラントにおいて、地熱発電プラント管理者、電力ネットワーク管理者、ベンダーおよび電力会社を含むピアツーピア型ネットワークに配置したことを特徴とする地熱発電プラント。

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