JP2012136946A

JP2012136946A - バイナリー発電システム

Info

Publication number: JP2012136946A
Application number: JP2010287868A
Authority: JP
Inventors: Norito Kozuki; 紀人香月; Ryutaro Mori; 龍太郎森
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-07-19

Abstract

【課題】季節に関係なく発電量を安定して供給することができ、かつ、システム全体のエネルギー効率を向上させることができるバイナリー発電システムを提供すること。
【解決手段】蒸発器７で蒸発気化された作動媒体の媒体蒸気で媒体タービン２を駆動して発電し、前記媒体タービン２を駆動した媒体蒸気を凝縮器４で凝縮液化させるバイナリー発電システム１であって、前記蒸発器７において前記作動媒体を加熱した熱源流体を駆動源として、前記冷媒を冷却せしめる冷却装置９を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、地熱流体（熱水または蒸気）あるいは工場設備の温排水等を熱源として、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、アンモニア等の作動媒体を蒸発させ、この作動媒体の媒体蒸気で蒸気タービンを駆動して発電するバイナリー発電システムに関するものである。

地熱流体（熱水または蒸気）あるいは工場設備の温排水等を熱源として作動媒体を蒸発させ、この作動媒体の媒体蒸気で媒体タービンを駆動して発電するバイナリー発電システムとしては、例えば、図２に示すものや、特許文献１の図１に開示されたものが知られている。

特開２００５−２４８８７７号公報

しかしながら、図２に示すバイナリー発電システム２１では、媒体タービン２２での仕事を終えた作動媒体の媒体蒸気が、空気冷却式の凝縮器２３で凝縮液化されるようになっている。凝縮器２３を通過する媒体蒸気を冷却して凝縮液化させる空気の温度は、水等と比較して温度が高くかつ季節によって大きく変動するため、媒体蒸気の冷却に河川水を用いた場合と比較して、媒体タービンの出口圧力を十分低下できず、また大きく変動する。その結果、媒体蒸気の冷却に河川水を用いた場合と比較して、季節によって媒体タービン２２の出力が低く、かつ大きく変動するため、発電機２４の出力、すなわち発電量が低く不安定になるといった問題点があった。
なお、図２中の符号２５、２６、２７、２８、２９はそれぞれ、ファン（送風機）、媒体ポンプ、蒸発器、生産井、還元井である。

そこで、このような問題点を解決するため、特許文献１の図１に開示されているバイナリー発電システムでは、タービン４での仕事を終えた低圧二酸化炭素ガス２Ｃを、空気を使用せず、冷媒管１０を介して吸収式冷凍機９から供給された冷媒７を使用して熱交換器（蒸発器）８で凝縮液化させるようにしている。
しかしながら、特許文献１の図１に開示されているバイナリー発電システムでは、吸収式冷凍機９を構成する再生器１７に、熱水（生産井から汲み上げられた熱水）が直接供給されるようになっている。そのため、再生器１７のみを通過した温度の高い熱水が還元井に戻されることになり、システム全体のエネルギー効率が宜しくないといった問題点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、季節に関係なく発電量を安定して供給することができ、かつ、システム全体のエネルギー効率を向上させることができるバイナリー発電システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るバイナリー発電システムは、蒸発器で蒸発気化された作動媒体の媒体蒸気で媒体タービンを駆動して発電し、前記媒体タービンを駆動した媒体蒸気を凝縮器で凝縮液化させるバイナリー発電システムであって、前記蒸発器において前記作動媒体を加熱した熱源流体を取り入れ、この熱源流体を駆動源として、前記凝縮器に供給される冷媒を冷却させる機能を備えた冷却装置、例えば吸収式冷凍機を具備している。

本発明に係るバイナリー発電システムによれば、媒体タービンを駆動した媒体蒸気を凝縮液化させる凝縮器には、季節に関係なく（一年を通して）、（略）一定の温度を有する冷媒が冷却装置から供給されることになる。
また、蒸発器において作動媒体を加熱した熱源流体は、冷却装置の駆動源としてさらに熱を供給し、系外（例えば、還元井）に棄てられることになる。
これにより、季節に関係なく発電量を安定して供給することができ、かつ、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。

上記バイナリー発電システムにおいて、前記冷却装置が、前記凝縮器と前記蒸発器との間に配置された予熱器に供給される作動媒体とを熱交換させて、前記作動媒体を加熱する放熱器を備えているとさらに好適である。

このようなバイナリー発電システムによれば、蒸発器において作動媒体を加熱した熱源流体は、予熱器で作動媒体をさらに加熱し、外部（例えば、還元井）に棄てられることになる。
これにより、システム全体のエネルギー効率をさらに向上させることができる。

本発明に係るバイナリー発電システムによれば、季節に関係なく発電量を安定して供給することができ、かつ、システム全体のエネルギー効率を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るバイナリー発電システムの概略を示す全体構成図である。従来のバイナリー発電システムの概略を示す全体構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係るバイナリー発電システムについて、図１を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係るバイナリー発電システムの概略を示す全体構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係るバイナリー発電システム１は、地熱流体（熱水または蒸気）を熱源（流体）として作動媒体を蒸発させ、この作動媒体の媒体蒸気で媒体タービン２を駆動して発電する発電装置であり、媒体タービン２と、発電機３と、凝縮器４と、媒体ポンプ５と、予熱器６と、蒸発器７と、作動媒体循環路８と、冷却装置（例えば、吸収式冷凍機）９と、冷媒循環路１０と、作動媒体循環路１１とを備えている。
なお、図１中の符号１２、１３はそれぞれ、生産井、還元井（系外：外部）である。

媒体タービン２、凝縮器４、媒体ポンプ５、予熱器６、および蒸発器７は、作動媒体循環路８を介して接続されており、媒体ポンプ５から送出（吐出）された作動媒体は、作動媒体循環路８→予熱器６→作動媒体循環路８→蒸発器７→作動媒体循環路８→媒体タービン２→作動媒体循環路８→凝縮器４→作動媒体循環路８→媒体ポンプ５の順に循環するようになっている。

凝縮器４と冷却装置９とは、冷媒循環路１０を介して接続されており、冷却装置９に内蔵された図示しない（第１の）ポンプから送出（吐出）された冷たい冷媒は、冷媒循環路１０→凝縮器４→冷媒循環路１０→冷却装置９に内蔵された図示しない（第１の）熱交換器→冷媒循環路１０→ポンプの順に循環するようになっている。
そして、凝縮器４では、作動媒体と冷媒との間で熱交換が行われ、すなわち、冷媒により作動媒体が冷却され（作動媒体から熱が奪われ）、作動媒体が凝縮液化させられることになる。

予熱器６と冷却装置９とは、冷媒循環路１１を介して接続されており、冷却装置９に内蔵された図示しない（第２の）ポンプから送出（吐出）された温かい冷媒は、作動媒体循環路１１→予熱器６→作動媒体循環路１１→冷却装置９に内蔵された図示しない（第２の）熱交換器（放熱器）→作動媒体循環路１１→ポンプの順に循環するようになっている。
そして、予熱器６では、作動媒体と作動媒体（例えば、水）との間で熱交換が行われ、すなわち、作動媒体により作動媒体が加熱され（作動媒体に熱が与えられ）、作動媒体が昇温させられることになる。

一方、蒸発器７と冷却装置９とは、生産井１２から汲み上げられた地熱流体（熱水または蒸気）を還元井１３に導く熱源供給路２１を介して接続されており、生産井１２から汲み上げられた地熱流体は、熱源供給路２１→蒸発器７→熱源供給路２１→冷却装置９→熱源供給路２１を順に通って還元井１３に導かれるようになっている。
そして、蒸発器７では、作動媒体と地熱流体との間で熱交換が行われ、すなわち、地熱流体により作動媒体が加熱され（作動媒体に熱が与えられ）、作動媒体が蒸発気化させられることになる。
また、冷却装置９では、蒸発器７で作動媒体に熱を奪われた地熱流体が冷却装置９の駆動源として熱を供給し、冷却装置９で冷媒の冷却が行われる。
さらに、冷却装置９の放熱は、予熱器６で作動媒体（例えば、水）と作動媒体との間で熱交換が行われ、すなわち、蒸発器７で作動媒体に熱を奪われた地熱流体により作動媒体が加熱され（作動媒体に熱が与えられ）、作動媒体が昇温させられることになる。

本実施形態に係るバイナリー発電システム１によれば、媒体タービン２を駆動した媒体蒸気を凝縮液化させる凝縮器４には、季節に関係なく（一年を通して）、（略）一定の温度を有する冷却装置９から供給されることになる。
また、蒸発器７において作動媒体を加熱した地熱流体（熱水または蒸気）は、冷却装置９の駆動源として熱を供給して冷却装置９で冷媒の冷却が行われ、還元井１３に棄てられることになる。
これにより、季節に関係なく発電量を安定して供給することができ、かつ、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。

また、本実施形態に係るバイナリー発電システム１によれば、蒸発器７において作動媒体を加熱した地熱流体は、冷却装置９の冷媒を通じて予熱器６で作動媒体をさらに加熱し、還元井１３に棄てられることになる。
これにより、システム全体のエネルギー効率をさらに向上させることができる。

さらに、本実施形態に係るバイナリー発電システム１によれば、冷却装置９に比べて多大な電力（動力）を必要とするファン（送風機）が不要となるので、その分、送電出力を増加させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
例えば、上述した実施形態では、地熱流体（熱水または蒸気）を熱源としたものを具体レとして挙げて説明したが、工場設備の温排水等を熱源としてもよい。

１バイナリー発電システム
２媒体タービン
４凝縮器
６予熱器
７蒸発器
９冷却装置

Claims

蒸発器で蒸発気化された作動媒体の媒体蒸気で媒体タービンを駆動して発電し、前記媒体タービンを駆動した媒体蒸気を凝縮器で凝縮液化させるバイナリー発電システムであって、
前記蒸発器において前記作動媒体を加熱した熱源流体を取り入れ、この熱源流体を駆動源として冷媒を冷却せしめる冷却装置を具備していることを特徴とするバイナリー発電システム。
前記冷却装置が、前記蒸発器において前記作動媒体を加熱した熱源流体と、前記凝縮器と前記蒸発器との間に配置された予熱器に供給される作動媒体とを熱交換させて、前記作動媒体を加熱する放熱器を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバイナリー発電システム。