JP2019044690A - Geothermal power generation system and power generation method utilizing geothermal power - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地熱発電システム、及び地熱を利用した発電方法に関する。 The present invention relates to a geothermal power generation system and a power generation method using geothermal heat.
近年、再生可能エネルギーの推進の必要性が益々高まっており、地熱発電所の開発が我が国でも活発に進められている。 In recent years, the need for promotion of renewable energy has increased, and the development of geothermal power plants has been actively promoted in Japan.
しかし、我が国の地熱発電所は、我が国の地勢上、山間部に設置されることが多く、交通アクセスが不便であり、大型車両や重機の進入が容易でない場合も多い。このため、故障に強く、メンテナンスが容易な地熱発電システムが望まれる。
また、発電した電気を供給するための設備も重要となり発電所近傍に電力設備が必要である。電力設備でも低圧電線は山間部でも比較的網羅されていることから低圧電線路への接続が望まれる。
However, Japan's geothermal power plants are often installed in mountainous areas due to the terrain of Japan, and traffic access is inconvenient, and in many cases it is not easy to enter large vehicles and heavy machinery. For this reason, a geothermal power generation system that is resistant to failure and easy to maintain is desired.
In addition, facilities for supplying generated electricity are important, and power facilities are necessary near the power plant. Since power equipment and low-voltage wires are relatively covered even in mountainous areas, connection to low piezoelectric lines is desired.
一方、現状の地熱発電システムは、高圧送電線に発電された電力を供給しているが、低圧系統(商用電力網)に連系をして売電をすることが望まれている。しかし、電力品質の確保などの理由から、低圧系統へ連系しての売電は逆変換装置を用いなければならず、発電方法が限られてしまっている。地熱発電の低圧系統への連系ができなければ、小規模発電事業者に対する地熱発電システムの普及の障害となっている。 On the other hand, the current geothermal power generation system supplies electric power generated to a high-voltage transmission line, but it is desired to sell power by connecting to a low-voltage system (commercial power network). However, for reasons such as securing electric power quality, the power conversion method must be limited for the sale of power linked to the low voltage system, using an inverse converter. If the geothermal power generation cannot be connected to the low-voltage system, it is an obstacle to the spread of the geothermal power generation system for small-scale power generation companies.
本発明は、メンテナンスを容易にしつつも、低圧系統に連系をすることを可能にした地熱発電システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a geothermal power generation system that can be linked to a low-voltage system while facilitating maintenance.
本発明に係る地熱発電システムは、誘導発電機と、前記誘導発電機と接続され動作媒体の移動により回転するスクリューと、前記動作媒体を蒸気として前記スクリューに導入する気化器とを備えるバイナリ発電機と、前記誘導発電機が出力した交流電力を直流電力に変換するとともに、直流電力を交流電力に変換して前記誘導発電機に供給する第1インバータと、前記第1インバータからの直流電力を交流電力に変換して低圧系統に供給するとともに、前記低圧系統の交流電力を直流電力に変換して前記第1インバータに供給する第2インバータとを備えたことを特徴とする。また、本発明に係る地熱を利用した発電方法は、地熱に基づく熱水により動作媒体を気化させてスクリューに供給し、これにより前記スクリューを回転させ、前記スクリューの回転により誘導発電機の回転子を回転させて交流電力を発生させ、第1インバータを用いて前記交流電力を直流電力に変換させ、さらに第2インバータによりその直流電力を更に交流電力に変換して低圧系統に供給し、前記低圧系統の交流電力を前記第2インバータにより直流電力に変換して前記第1インバータに供給し、さらにその直流電力を前記第1インバータにより交流電力に変換して前記誘導発電機に供給することを特徴とする。 A geothermal power generation system according to the present invention includes an induction generator, a screw connected to the induction generator and rotated by movement of an operating medium, and a vaporizer that introduces the operating medium into the screw as steam. A first inverter that converts the alternating current power output from the induction generator into direct current power, converts the direct current power into alternating current power, and supplies the alternating current power to the induction generator; and direct current power from the first inverter is alternating current A second inverter is provided that converts the electric power into electric power and supplies it to the low-voltage system, and converts alternating-current power of the low-voltage system into direct-current power and supplies it to the first inverter. The power generation method using geothermal heat according to the present invention vaporizes the working medium with hot water based on geothermal heat and supplies it to the screw, thereby rotating the screw and rotating the screw to rotate the rotor of the induction generator. To generate AC power, convert the AC power into DC power using a first inverter, further convert the DC power into AC power using a second inverter, and supply the AC power to a low-voltage system. AC power of a system is converted to DC power by the second inverter and supplied to the first inverter, and the DC power is converted to AC power by the first inverter and supplied to the induction generator. And
本発明の地熱発電システムでは、バイナリ発電機において、誘導発電機を用いる。第1インバータが誘導発電機の交流電力を直流電力に変換した後、第2インバータがその直流電力を、低圧系統に合致した交流電力に変換し、低圧系統に供給(売電)する。誘導発電機は、その構造が他の発電機に比べ簡易であるため、保守管理が容易であり、大型車両や重機等が進入することが困難な山間部において本システムを設置することが可能になる。 In the geothermal power generation system of the present invention, an induction generator is used in the binary generator. After the first inverter converts the AC power of the induction generator into DC power, the second inverter converts the DC power into AC power that matches the low voltage system and supplies (sells) power to the low voltage system. The induction generator has a simpler structure than other generators, so maintenance is easy and the system can be installed in mountainous areas where large vehicles and heavy machinery are difficult to enter. Become.
一方、誘導発電機は励磁電流を外部から得なければならず単独運転が不可能であるが、本発明の地熱発電システムでは、低圧系統の交流電力が第2インバータにより直流電力に変換された後、直流電力が更に第1インバータにより交流電力に変換され、この交流電力の励磁電流に基づいて誘導発電機が励磁され、これにより誘導発電機の運転が可能になる。 On the other hand, the induction generator must obtain an exciting current from the outside and cannot be operated independently. However, in the geothermal power generation system of the present invention, the AC power of the low-voltage system is converted into DC power by the second inverter. The DC power is further converted into AC power by the first inverter, and the induction generator is excited based on the excitation current of the AC power, thereby enabling the operation of the induction generator.
このように、本発明の地熱発電システムによれば、メンテナンスを容易にしつつも、低圧系統に連系をすることを可能にした地熱発電システムを提供することができる。 As described above, according to the geothermal power generation system of the present invention, it is possible to provide a geothermal power generation system that can be linked to a low-voltage system while facilitating maintenance.
次に、本発明の実施の形態に係る地熱発電システムを、図面を参照して説明する。 Next, a geothermal power generation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施の形態の地熱発電システムの全体構成を示す概略図である。 Drawing 1 is a schematic diagram showing the whole composition of the geothermal power generation system of an embodiment.
このシステムは、汽水分離器10、温泉タンク20、サイレンサ30、外部熱交換器40、バイナリ発電機50、冷却塔60、及び系統連系制御部70とから大略構成される。
This system is mainly composed of a
このシステムは、一例として、温泉地等において得られる温泉井戸等から噴出する熱水とその蒸気とが混合された流体(二相流)を、バルブV1及びV2が配置されたパイプP1を介して汽水分離器10に導き、蒸気は分離・排出する。蒸気は、分離された後、バルブV5を介して外部に排出される。また、パイプP1は、バルブV3が配置されたパイプP2へと一部分岐する。パイプP2は、温泉タンク20に導かれている。
In this system, as an example, a fluid (two-phase flow) in which hot water ejected from a hot spring well or the like obtained in a hot spring area and the steam is mixed through a pipe P1 in which valves V1 and V2 are arranged. The steam is led to the
一方、熱水はパイプP3を介して外部熱交換器40に導入される。パイプP3はパイプP4とP5に分岐され、パイプP4に入った熱水はサイレンサ30において消音されて外部に排出される。図1では、熱水を供給又は遮断するためのバルブV6,V8、及びポンプがパイプP3に設けられているが、これはあくまでも一例である。外部熱交換器40は、パイプP3を通過する熱水と、パイプP6を通る温水(熱水よりも低温である)との間での熱交換を司る。
On the other hand, hot water is introduced into the
パイプP3の熱水は、外部熱交換器40を出た後、パイプP5に入り、温泉タンク20に格納される。なお、汽水分離器10で余った熱水は、バルブV4及びパイプP0を介して温泉タンク20に向けて排出される。温泉タンク20に格納された温水または熱水は、図示しない用途に二次利用される。
The hot water in the pipe P3 leaves the
なお、図1中の各種パイプには、そこを流れる温水や熱水の通過を遮断又は開放するため各種バルブV1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8が設けられているが、これらバルブVの位置はあくまでも一例であり、図示の例に限定されるものではないことは言うまでもない。 Various pipes in FIG. 1 are provided with various valves V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, and V8 in order to block or open the passage of hot water and hot water flowing therethrough. It goes without saying that the positions of these valves V are merely examples, and are not limited to the illustrated examples.
外部熱交換器40には、パイプP3と隣接して、パイプP6も配置されている。パイプP3を通る熱水の熱は、パイプP6を通る水に伝達され(熱交換され)、熱を与えられたパイプP6の温水は、ポンプPM1によりバイナリ発電機50に導入される。バイナリ発電機50には、冷却塔60に格納された冷却水もパイプP7及びポンプPM2を介して導入される。バイナリ発電機50は、内部に発電機として誘導発電機を有し、後述するように、代替フロンなどの動作媒体により誘導発電機を動作させるものである。この動作媒体の気化及び凝縮のために、これらの温水や冷却水が用いられる。バイナリ発電機50で発電された電力は、系統連系制御部70を介して、架線引込柱等を介して低圧系統(電力網)に伝送される。
In the
図2は、バイナリ発電機50の詳細な構成例を示すブロック図である。このバイナリ発電機50は、一例として、温水導入口501、温水排出口502、予熱器503、気化器504、誘導発電機505、ツインスクリュー506A,506B、動作媒体タンク507、ポンプ508、冷却水導入口509、冷却水排出口510、凝縮器512、及び凝縮器513を備えている。このバイナリ発電機50は、動作媒体タンク507に格納された動作媒体(例えばHFC−245fa(沸点15.3℃)などの代替フロン)を用いて誘導発電機505を回転させ、電力を発生させる。前述の温水及び冷却水は、この代替フロンを気化・凝縮させるために用いられる。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a detailed configuration example of the
温水導入口501、及び温水排出口502は、前述のパイプP6に接続され、前述の温水をバイナリ発電機50に導入し、またバイナリ発電機50から排出させる。温水導入口501から導入された温水は、気化器504、及び予熱器503に順に導入され、温水排出口502から再びパイプP6へと排出される。
The
動作媒体タンク507からバルブV11及びポンプ508を介して搬送された動作媒体は、予熱器503において、温水導入口501から導入された温水の熱により、所定温度まで加熱(予熱)される。予熱器503により所定温度まで加熱された動作媒体は、さらに気化器504において加熱され、液体から気体に変化する(気化する)。気化された動作媒体は、誘導発電機505に接続されたツインスクリュー506A,506Bに導入され、ツインスクリュー506A,506Bを回転させる。なお、動作媒体タンク507から供給される液体状の動作媒体も、選択的にこのツインスクリュー506A,506Bに導入してもよい。
The working medium conveyed from the working
誘導発電機505は、一般的な誘導機(電動機、発電機)であってよく、固定子と回転子とを有する。誘導発電機505の回転子は、いわゆるかご型の回転子でもよいし、巻線型の回転子でもよい。回転子の回転軸にはツインスクリュー506A,506Bが接続されている。ツインスクリュー506A、及び506Bが動作媒体の移動に基づき回転することにより、誘導発電機505は電力を生成する。
The
誘導発電機505のすべりsが負の値である場合、誘導発電機505は発電機として機能する。一方でこの誘導発電機505は、後述するように、低圧系統から供給された電力により励磁され誘導電動機として機能させることもできる(すべりsは正の値)。
When the slip s of the
誘導発電機505を通過した気化された動作媒体は、凝縮器512,513により凝縮・液化され、動作媒体タンク507に戻される。凝縮器512,513には、前述の冷却塔60から冷却水導入口509に導入される冷却水が導入され、これにより動作媒体を冷却し、液化させることができる。バルブV12は、誘導発電機505から凝縮器512,513への動作媒体の流量を調節する。なお、冷却水は、凝縮器512,513を通過した後、冷却水排出口510を介して冷却塔60へ戻される。
The vaporized working medium that has passed through the
次に、図3を参照して、系統連系制御部70の詳細な構成を説明する。この系統連系制御部70は、一例として、ACリアクトル71、第1インバータ72、第2インバータ73、ACリアクトル74、高調波フィルタ75、遮断器76、及びコントローラ77を備える。コントローラ77は、系統連系制御部70の全体の制御を司る。
Next, a detailed configuration of the grid
ACリアクトル71は、誘導発電機505からの突入電流を緩和するために設けられている。
第1インバータ72は、ACリアクトル71を介して導入された誘導発電機505が発電した交流電力を直流電力に変換して第2インバータ73に供給する。第2インバータ73は、この直流電力を更に低圧系統に適合した品質を有する交流電力に変換する。
第1インバータ72、及び第2インバータ73は、いずれも双方向インバータを含み、いずれも交流電力を直流電力に変換する機能(順変換)を有しているとともに、直流電力を交流電力に変換する機能(逆変換)も有している。すなわち、第1インバータ72は、誘導発電機505において同期速度の回転磁界を与える交流電力を生成し、誘導発電機505に供給する。また、第2インバータ73は、低圧系統の交流電力を直流電圧に変換し、これを第1インバータ72に供給する。
なお、第2インバータ73は、異常検出がされた場合に、遮断信号Soffをコントローラ77に出力して、第2インバータ73と低圧系統との間に接続される遮断器76をOFFにし、本システムを低圧系統から遮断する機能も有している。
The
The
Each of the
When the abnormality is detected, the
ACリアクトル74は、第2インバータ73からの交流電力の波形を平滑化するために設けられている。また、高調波フィルタ75は、交流電力に含まれる高調波成分を除去する機能を有する。
The
この構成において、地熱システムからのエネルギー供給を受け誘導発電機505が発電し(この場合、誘導発電機505は、同期速度の回転磁界よりも回転子の回転速度が速い状態であり、すべりsは負の値である)、第1インバータ72側から第2インバータ73に向けて電気が流れ込み第2インバータ73において直流電力が交流電力に変換され、低圧系統に供給される。
In this configuration, the
一方、始動時など、地熱システムからのエネルギーが低い(ない)場合、ツインスクリュー506A,506Bへ与えられる回転エネルギーは小さく、誘導発電機505の回転子の回転速度は、回転磁界の回転速度よりも小さく、すべりsは正の値となる。この場合、第2インバータ73にて、低圧系統に供給されている交流電力が直流電力に変換され、第1インバータ72により、さらにこの直流電力が交流電力に変換され、誘導発電機505に供給される。この電力により、誘導発電機505において回転磁界が生成されてすべりsが正の値の状態が生じ、誘導発電機505は誘導電動機として機能する。
On the other hand, when the energy from the geothermal system is low (not at the time) such as when starting, the rotational energy given to the twin screws 506A and 506B is small, and the rotational speed of the rotor of the
以上説明したように、本実施の形態の地熱発電システムは、バイナリ発電機50において構造が簡単な誘導発電機505を用いているため、山間部など大型車両や重機が進入困難な地域に設置された場合でも、保守管理が容易である。
As described above, since the geothermal power generation system according to the present embodiment uses the
そして、地熱システムからのエネルギー供給を受け誘導発電機505で発電された交流電力が第1インバータ72で直流電力に変換され、第2インバータ73で再び交流電力に変換され、低圧系統に供給される。一方、始動時など、地熱システムからのエネルギーが低い(ない)場合、低圧系統の交流電力が第2インバータ73と第1インバータ72を介して供給され、この電力により回転磁界を発生させ、誘導発電機505を誘導電動機として駆動させることができる。このようにして、第1インバータ72及び第2インバータ73を介して低圧系統に逆変換装置を用いた品質の高い電力を誘導発電機505にて供給できる。したがって、本実施の形態の地熱発電システムでは、誘導発電機を用いつつも、低圧系統と連系させ売電することが可能になる。
Then, AC power generated by the
10…汽水分離器
20…温泉タンク
30…サイレンサ
40…外部熱交換器
50…バイナリ発電機
60…冷却塔
70…系統連系制御部
71、74…ACリアクトル
72…第1インバータ
73…第2インバータ
75…高調波フィルタ
76…遮断器
77…コントローラ
501…温水導入口
502…温水排出口
503…予熱器
504…気化器
505…誘導発電機
506A、506B…ツインスクリュー
507…動作媒体タンク
508…ポンプ
509…冷却水導入口
510…冷却水排出口
512、513…凝縮器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記誘導発電機が出力した交流電力を直流電力に変換するとともに、直流電力を交流電力に変換して前記誘導発電機に供給する第1インバータと、
前記第1インバータからの直流電力を交流電力に変換して低圧系統に供給するとともに、前記低圧系統の交流電力を直流電力に変換して前記第1インバータに供給する第2インバータと
を備えたことを特徴とする地熱発電システム。 A binary generator comprising: an induction generator; a screw connected to the induction generator and rotated by movement of a working medium; and a vaporizer for introducing the working medium into the screw as steam.
A first inverter that converts AC power output from the induction generator into DC power, converts DC power to AC power, and supplies the AC power to the induction generator;
A second inverter that converts the DC power from the first inverter into AC power and supplies it to the low-voltage system, and converts the AC power of the low-voltage system into DC power and supplies it to the first inverter. A geothermal power generation system characterized by
前記スクリューの回転により誘導発電機の回転子を回転させて交流電力を発生させ、
第1インバータを用いて前記交流電力を直流電力に変換させ、さらに第2インバータによりその直流電力を更に交流電力に変換して低圧系統に供給し、
前記低圧系統の交流電力を前記第2インバータにより直流電力に変換して前記第1インバータに供給し、さらにその直流電力を前記第1インバータにより交流電力に変換して前記誘導発電機に供給する
ことを特徴とする地熱を利用した発電方法。 The working medium is vaporized by hot water based on geothermal heat and supplied to the screw, thereby rotating the screw,
Rotating the rotor of the induction generator by rotating the screw to generate AC power,
The AC power is converted into DC power using the first inverter, and the DC power is further converted into AC power by the second inverter and supplied to the low-voltage system.
AC power of the low-voltage system is converted into DC power by the second inverter and supplied to the first inverter, and the DC power is converted to AC power by the first inverter and supplied to the induction generator. A power generation method using geothermal heat.
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