JP4972752B2 - Geothermal power generation method and system - Google Patents
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Description
本発明は、地熱発電方法並びにシステムに関する。さらに詳述すると、本発明は、二酸化炭素の大規模排出源と組み合わせて用いて好適な地熱発電方法並びにシステムに関する。 The present invention relates to a geothermal power generation method and system. More specifically, the present invention relates to a geothermal power generation method and system suitable for use in combination with a large-scale emission source of carbon dioxide.
本明細書において、高温岩体地盤とは、地下のマグマの熱により高温でありながら水分が少ない岩盤のことをいう。 In the present specification, the high-temperature rock ground means a rock having a low water content while being hot due to the heat of the underground magma.
従来の地熱発電方法としては、地下の高温岩体地盤に複数の坑井を掘削し、この複数の坑井のうちの一部の坑井から水を注入し、この水が高温岩体地盤の割れ目を通る間に地盤の熱により加熱されて生成される熱水や蒸気を別の坑井から回収して発電に利用する方法がある。この場合には、回収された熱水は坑井を通してまた高温岩体地盤へ送り込まれ、注入側の坑井と回収側の坑井とを通して地上と地下の高温岩体地盤との間で水を熱伝達の媒体とした循環系が形成されて地下の高温岩体地盤の熱を地上に取り出すことができる(非特許文献1)。 As a conventional geothermal power generation method, a plurality of wells are drilled in the underground hot rock ground, and water is injected from some wells of the plurality of wells. There is a method in which hot water or steam generated by heating by the ground heat while passing through the crack is recovered from another well and used for power generation. In this case, the recovered hot water is fed through the well and into the hot rock ground, and water is passed between the ground and underground hot rock ground through the injection well and the recovery well. A circulation system as a heat transfer medium is formed, and the heat of the underground hot rock ground can be taken out to the ground (Non-patent Document 1).
また、化石燃料の使用に伴って大気中の二酸化炭素(CO2)等の温室効果ガスの濃度が増加することによる地球温暖化が懸念されている。そして、地球温暖化防止のための手段として二酸化炭素を地層中に固定化して貯留させるプロジェクトが国内外で進行している(非特許文献2)。諸外国並びにわが国においても、二酸化炭素地中貯留候補として石炭火力発電所やセメント工場など二酸化炭素の大規模排出源近傍で主として砂岩層である帯水層に二酸化炭素を貯留させる案即ち帯水層地中貯留が有望である。 In addition, there is concern about global warming due to an increase in the concentration of greenhouse gases such as carbon dioxide (CO 2 ) in the atmosphere accompanying the use of fossil fuels. And as a means for preventing global warming, a project to fix and store carbon dioxide in the formation is progressing in and outside Japan (Non-Patent Document 2). In other countries as well as in Japan, carbon dioxide is stored in aquifers that are mainly sandstone formations near large-scale sources of carbon dioxide, such as coal-fired power plants and cement plants, as carbon dioxide underground storage candidates. Underground storage is promising.
しかしながら、非特許文献1の地熱発電方法では、坑井から熱伝達媒体として高温岩体地盤に注入した水の回収率が25%程度しかなく、発電効率が低いという問題がある。なお、水の回収率は、回収された蒸気・熱水の総重量を注入した水の総重量で除したものである。
However, the geothermal power generation method of Non-Patent
また、地球温暖化防止の観点から効率的に二酸化炭素を地層中に固定化・貯留させる方法が必要とされている。 In addition, a method for efficiently fixing and storing carbon dioxide in the formation is required from the viewpoint of preventing global warming.
そこで、本発明は、熱伝達媒体の回収率が高く発電効率の高い高温岩体発電を行うと共に二酸化炭素を地層中に固定化・貯留させることができる地熱発電方法並びにシステムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a geothermal power generation method and system capable of performing high-temperature rock power generation with a high heat transfer medium recovery rate and high power generation efficiency, and capable of fixing and storing carbon dioxide in the formation. And
かかる目的を達成するため、請求項1記載の地熱発電方法は、高温岩体地盤に掘削された少なくとも一本の注入井に少なくとも二酸化炭素を含む熱伝達媒体を注入し、高温岩体地盤中の成分との反応によって高温岩体地盤中の地熱貯留層の縁辺部において熱伝達媒体に含まれる二酸化炭素の一部を固定化させシール機能を発揮させて熱伝達媒体の漏洩を防止しながら、高温岩体地盤に掘削された少なくとも一本の生産井から高温岩体地盤の熱によって加熱された熱伝達媒体を回収し、回収した熱伝達媒体を利用して発電を行い、発電に利用した後の熱伝達媒体を注入井から高温岩体地盤に再度注入するようにしている。
In order to achieve this object, the geothermal power generation method according to
また、請求項2記載の地熱発電システムは、高温岩体地盤に掘削された少なくとも一本の注入井及び少なくとも一本の生産井と、少なくとも二酸化炭素を含み高温岩体地盤中の成分との反応によって高温岩体地盤中の地熱貯留層の縁辺部において二酸化炭素の一部を固定化させて自身の漏洩を防止するシール機能を発揮すると共に高温岩体地盤の熱エネルギーを伝達する熱伝達媒体と、注入井に熱伝達媒体を注入する注入装置と、高温岩体地盤の熱によって加熱され生産井から回収される熱伝達媒体を利用して発電を行う発電機とを有し、発電に利用された後の熱伝達媒体を注入井から高温岩体地盤に再度注入するようにしている。
The geothermal power generation system according to
したがって、この地熱発電方法並びにシステムによると、発電機と地下の高温岩体地盤との間で二酸化炭素を含む媒体を熱伝達媒体とする循環系を形成することにより、地下の高温岩体地盤の熱が取り出されると共に二酸化炭素の一部が地層中に固定化される。 Therefore, according to this geothermal power generation method and system, by forming a circulation system using a medium containing carbon dioxide as a heat transfer medium between the generator and the underground high-temperature rock body ground, As heat is removed, some of the carbon dioxide is immobilized in the formation.
また、地層中に注入された二酸化炭素の一部が固定化することにより、高温岩体地盤中の地熱貯留層の縁辺部に固化層が形成される。 Moreover, when a part of carbon dioxide injected into the formation is fixed, a solidified layer is formed at the edge of the geothermal reservoir in the high temperature rock ground.
なお、本発明において、注入井とは、高温岩体発電において熱伝達媒体を地下の高温岩体地盤に到達させるための坑井をいう。また、生産井とは、高温岩体発電において地下の高温岩体地盤の熱によって加熱された熱伝熱媒体を地上に回収するための坑井をいう。 In addition, in this invention, an injection well means the well for making a heat transfer medium reach | attain an underground high temperature rock body ground in high temperature rock power generation. The production well is a well for recovering the heat transfer medium heated by the heat of the underground hot rock ground in the hot rock power generation to the ground.
本発明の地熱発電方法並びにシステムによれば、地下の高温岩体地盤の熱を取り出すと共に二酸化炭素の一部を地層中に固定化するようにしているので、新たに二酸化炭素を発生させることなく、さらに言えば二酸化炭素を地中貯留させながらエネルギーを生み出すことが可能であり、自然環境負荷軽減とエネルギー創出とを両立させることができる。 According to the geothermal power generation method and system of the present invention, the heat of the underground high-temperature rock body is taken out and a part of carbon dioxide is fixed in the formation, so that carbon dioxide is not newly generated. Furthermore, it is possible to generate energy while storing carbon dioxide underground, and it is possible to achieve both reduction of natural environmental load and energy generation.
しかも、地層中に注入された二酸化炭素の一部が固定化することにより、高温岩体地盤中の地熱貯留層の縁辺部に固化層が形成され、高温岩体地盤の熱エネルギーを取り出すために高温岩体地盤に注入する熱伝達媒体の漏洩を防止して熱伝達媒体の回収率を高めることが可能であるので、発電効率を向上させることができる。 In addition, a part of the carbon dioxide injected into the formation is fixed to form a solidified layer at the edge of the geothermal reservoir in the high-temperature rock ground to extract the thermal energy of the high-temperature rock ground Since it is possible to increase the recovery rate of the heat transfer medium by preventing leakage of the heat transfer medium injected into the high temperature rock ground, the power generation efficiency can be improved.
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the best mode shown in the drawings.
図1に、本発明の地熱発電方法並びにシステムの実施形態を示す。この地熱発電方法は、高温岩体地盤に掘削された注入井1aに二酸化炭素を含む熱伝達媒体を注入し、高温岩体地盤中の成分との反応によって高温岩体地盤中の地熱貯留層14の縁辺部において二酸化炭素の一部を固定化させて熱伝達媒体の漏洩を防止しながら、高温岩体地盤に掘削された生産井1bから高温岩体地盤の熱によって加熱された熱伝達媒体を回収し、回収した熱伝達媒体を利用して発電を行い、発電に利用した後の熱伝達媒体を注入井1aから高温岩体地盤に再度注入するようにしている。
FIG. 1 shows an embodiment of a geothermal power generation method and system according to the present invention. In this geothermal power generation method, a heat transfer medium containing carbon dioxide is injected into an injection well 1a excavated in a high temperature rock ground, and a
上記地熱発電方法は、本発明の地熱発電システムとして実現される。本実施形態の地熱発電システムは、高温岩体地盤に掘削された注入井1a及び生産井1bと、注入井1aに熱伝達媒体としての水を注入する高圧ポンプ3と、注入井1aに熱伝達媒体としての二酸化炭素を含むガス10を注入するガスコンプレッサー4と、高温岩体地盤の熱によって加熱され生産井1bから回収される熱伝達媒体を熱水と蒸気とに分離するセパレータ5と、セパレータ5によって分離された蒸気を用いて発電を行う発電機6とを有し、セパレータ5によって分離された熱水を注入井1aから高温岩体地盤に再度注入するものである。
The geothermal power generation method is realized as a geothermal power generation system of the present invention. The geothermal power generation system of this embodiment includes an
(1)坑井の掘削
本発明では、高温岩体発電を行う地域の地層2の地熱貯留層14に複数の坑井1a,1bを掘削する。ここで、本発明は二酸化炭素を利用して高温岩体発電を行うものであるので、石炭火力発電所やセメント工場等の二酸化炭素の大規模排出源の近傍に坑井を掘削し、二酸化炭素の大規模排出源から排出される二酸化炭素を用いることが好ましい。
(1) Excavation of a well In the present invention, a plurality of
本実施形態では、地層2に掘削される複数の坑井1a,1bのうち、坑井1aを注入井とし、坑井1bを生産井とする。なお、注入井も生産井も複数設けても良い。
In this embodiment, out of the plurality of
坑井1a,1bの掘削深度は、発電機6を機能させるために必要とされる温度が坑底の熱によって確保される深度であれば良く、具体的には、坑底の温度が概ね150℃以上となる深度であれば良い。
The excavation depth of the
なお、日本は火山列島であり、諸外国に比べて地下浅部で地熱発電が可能な高温状態となる地域が多い。地熱発電可能な地下の温度を150℃とし、現実的な坑井掘削可能な深度を3000mとすると、地温勾配50℃/km以上の地域で地熱発電が可能である。 Japan is a volcanic archipelago, and there are many areas where the geothermal power generation is possible in the shallower underground than in other countries. If the underground temperature at which geothermal power generation is possible is 150 ° C. and the depth at which a realistic well can be drilled is 3000 m, geothermal power generation is possible in an area having a geothermal gradient of 50 ° C./km or more.
また、坑底付近の地層は熱伝達媒体の地中貯留に適した地層であることが望ましく、例えば、間隙率が数%以上で浸透率が数十ミリダルシー以上であることが望ましい。 The formation near the bottom of the well is preferably a formation suitable for underground storage of the heat transfer medium. For example, the porosity is preferably several percent or more and the permeability is several tens of milliseas or more.
なお、帯水層地中貯留は間隙率及び浸透率の高い砂岩を一般に対象としているが、地層の間隙率や浸透率が小さい場合には坑井に高い水圧をかけることによって地層内に亀裂を発生させ、即ち水圧破砕を行って間隙率や浸透率を向上させ導通状態を改善して坑底付近で坑井間の導通を確保するようにしても良い。したがって、本発明は、砂岩地層に限らず、火山岩や花崗岩等の分布地域でも適用可能である。 In general, aquifer geological storage is intended for sandstone with high porosity and permeability, but when the porosity and permeability of the formation are small, cracks are formed in the formation by applying high water pressure to the wells. It may be generated, i.e., hydraulically crushed to improve the porosity and permeability and improve the conduction state to ensure conduction between the wells near the bottom of the well. Therefore, the present invention is applicable not only to sandstone formations but also to distribution areas such as volcanic rocks and granite.
また、地上の坑口から坑底付近までの坑井1a,1bの周囲は、熱伝達媒体の漏洩を防ぐために例えばセメンチングを施したケーシング26で覆われる。
Moreover, the surroundings of the
(2)二酸化炭素を含む熱伝達媒体の注入井への注入
本実施形態では、熱伝達媒体として、水11と、二酸化炭素排出源8から排出される二酸化炭素を含むガス10とを用いる。
(2) Injection of heat transfer medium containing carbon dioxide into injection well In this embodiment,
また、本実施形態では、注入井1aに熱伝達媒体としての水11を注入する注入装置として高圧ポンプ3を用いる。そして、貯水槽7に溜められた水11を、配管を介して高圧ポンプ3に送り、高圧ポンプ3によって注入井1a内に圧入する。
In this embodiment, the
さらに、注入井1aに熱伝達媒体としてのガス10を注入する注入装置としてガスコンプレッサー4を用いる。そして、二酸化炭素排出源8から排出されるガス10を、配管を介してガスコンプレッサー4に送り、ガスコンプレッサー4によって圧縮して注入井1a内に圧入する。なお、貯水槽7と高圧ポンプ3との間の配管に、これらの間における水11の流通と遮断とを制御するためのバルブ20が設けられている。
Further, a
本実施形態の熱伝達媒体としてのガス10は少なくとも二酸化炭素を含むものであれば良く、二酸化炭素以外の成分を含むガスであっても構わない。好ましくは二酸化炭素濃度が高いガスである。なお、本発明における二酸化炭素排出源8としては石炭火力発電所やセメント工場が考えられ、石炭火力発電所の場合は排出されるガス10の主成分は窒素(N2)と二酸化炭素であり、二酸化炭素の濃度は概ね15%程度である。
The
そして、本実施形態のように二酸化炭素排出源8から排出されるガス10をそのまま用いる場合には、ガス10から二酸化炭素を分離・回収する必要がないので、地熱発電システムの構成が簡単になると共にコストを抑えることができる。
And when using the
本実施形態では、熱伝達媒体として水11とガス10とを注入井1aに注入するために、高圧ポンプ3からの水11の排出配管とガスコンプレッサー4からのガス10の排出配管とが合流して注入井1aへの流入配管が設けられる。そして、高圧ポンプ3からの排出配管に高圧ポンプ3と配管の合流地点との間における水11の流通と遮断とを制御するためのバルブ21が設けられると共に、ガスコンプレッサー4からの排出配管にガスコンプレッサー4と配管の合流地点との間におけるガス10の流通と遮断とを制御するためのバルブ22が設けられる。さらに、配管の合流地点と注入井1aの坑口との間の配管にこれらの間における水11及びガス10の流通と遮断とを制御するためのバルブ23が設けられる。
In this embodiment, in order to inject
そして、ガス10と水11とを注入井1aに注入する場合には、ガス10と水11とを交互に注入する。具体的には、高圧ポンプ3からの排出配管のバルブ21を閉じると共に、ガスコンプレッサー4からの排出配管のバルブ22並びに注入井1aへの注入配管のバルブ23を開け、二酸化炭素排出源8から排出されるガス10をガスコンプレッサー4によって圧縮して注入井1aに圧入する(図1において符号13で示す流体の流れ)。
When the
続いて、注入井1aへの注入配管のバルブ23を閉じ、ガスコンプレッサー4からの排出配管のバルブ22を閉じると共に、貯水槽7からの排出配管のバルブ20並びに高圧ポンプ3からの排出配管のバルブ21を開け、次いで注入井1aへの注入配管のバルブ23を開けることにより、貯水槽7内の水11を高圧ポンプ3によって注入井1a内に圧入する(図1において符号13で示す流体の流れ)。これにより、注入井1aに先に注入されたガス10が地層2中の高温岩体地盤の地熱貯留層14に押し込められる。
Subsequently, the
以降、同様にしてガス10と水11とを交互に注入井1aに注入する。なお、ガス10と水11との圧入の切り換えの間隔は、地熱貯留層14の想定される二酸化炭素貯留可能量や熱伝達媒体の回収率やガス/水比に対する水中の二酸化炭素飽和度などに基づいて適宜設定される。具体的には例えば、ガス/水比を1とした場合には1時間で30トンの水11の注入と1時間で30トンのガス10の注入とを切り換えて行うことなどが考えられる。なお、二酸化炭素貯留可能量は主に地熱貯留層14の体積及び空隙率から決まる。
Thereafter, similarly, the
なお、技術的に可能であれば、熱伝達媒体としての二酸化炭素を含むガス10と水11とを同時に注入するようにしても良い。
If technically possible, the
(3)地層中における二酸化炭素の固定化
注入井1aを通って地下の高温岩体地盤に注入されたガス10に含まれる二酸化炭素の一部は高温岩体地盤の割れ目を流動しながら地熱貯留層14を形成する。なお、ガス10に含まれる二酸化炭素は、地熱貯留層14内では超臨界状態若しくは水に溶けた状態(HCO3 −やH2CO3やCO3 2−)で存在する。
(3) Immobilization of carbon dioxide in the formation Geothermal storage while some of the carbon dioxide contained in the
また、二酸化炭素の他の一部は地層2中に元から存在するカルシウム(Ca)と化学式1,2,3に示す反応をすることによって炭酸塩(具体的には方解石)や粘土鉱物(具体的にはカオリナイト)として固定化される。なお、化学式3において、CaAl2Si2O8は斜長石であり、CaCO3は方解石であり、Al2Si2O5(OH)4はカオリナイトである。
In addition, carbon dioxide (specifically calcite) and clay minerals (specifically, other carbon dioxide reacts with calcium (Ca) originally present in the
(化1)CO2+H2O→H2CO3
(化2)H2CO3→H++HCO3 −
(化3)CaAl2Si2O8+H++HCO3 −+H2O
→CaCO3+Al2Si2O5(OH)4
(Chemical formula 1) CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
(Chemical Formula 2) H 2 CO 3 → H + + HCO 3 −
(Chemical Formula 3) CaAl 2 Si 2 O 8 + H + + HCO 3 − + H 2 O
→ CaCO 3 + Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4
なお、化学式3の左辺即ち斜長石が溶ける反応は、坑井(本実施形態では注入井1a,生産井1b)近傍で生じ易い。また、化学式3の右辺即ち炭酸塩や粘土鉱物として固定化する反応は、二酸化炭素を含んだ流体のカルシウム濃度の増加及び流速の低下のために坑井から離れるに従って即ち地熱貯留層14の縁辺部で進行し易い。
In addition, the reaction on which the left side of
二酸化炭素の一部は地熱貯留層14の上部で固定化してキャップロック15として機能する。すなわち、キャップロック15として二酸化炭素の地上への漏洩を防ぐ自己シール機能を発揮する。
A part of the carbon dioxide is fixed at the upper part of the
また、二酸化炭素の一部は地熱貯留層14の側方縁辺部で固定化して固定化層16を形成する。
A part of carbon dioxide is fixed at the side edge of the
このように、注入井1aから熱伝達媒体として注入される二酸化炭素の一部は地熱貯留層14の縁辺部で固定化し高温岩体地盤の割れ目を塞いで地熱貯留層14を密封する機能を発揮するので、注入井1aから注入される熱伝達媒体の地熱貯留層14からの漏洩を防いで通常の高温岩体発電よりも回収率を高めることができる。これにより、二酸化炭素を地層中に固定化・貯留させることができると共に発電効率を高めることができる。
In this way, a part of carbon dioxide injected from the
(4)地層中における水の高温化
注入井1aから熱伝達媒体として注入される水11は、地熱貯留層14の高温岩体地盤の割れ目を通る間に岩体の熱によって加熱されて熱水になる。この熱水は、貯留や固定化に寄与しなかった二酸化炭素及びガス10に含まれる二酸化炭素以外の成分例えば窒素と共に生産井1bから回収される。
(4) High temperature of water in the
なお、帯水層地中貯留では二酸化炭素を地下に封じ込めて地上に漏れないようにすることが重要とされる。この点について、本発明では、地熱貯留層14の周囲にキャップロック15及び固定化層16が形成されるので、二酸化炭素は生産井1bを通って地上に回収されると考えられる。すなわち、地上に到達する二酸化炭素の管理を容易に行うことができるので、地上への二酸化炭素の漏洩即ち大気中への二酸化炭素の放出を防止して自然環境への負荷を抑制することができると共に帯水層地中貯留において想定される二酸化炭素漏洩対策のためのコストの低減を図ることができる。
In underground aquifer storage, it is important to contain carbon dioxide underground so that it does not leak to the ground. In this regard, in the present invention, since the
(5)発電
そして、生産井1bから回収される熱伝達媒体である熱水、超臨界状態若しくは水に溶けた状態の二酸化炭素及び蒸気を利用して発電を行う。本実施形態では、セパレータ方式を用いて発電を行う。
(5) Electricity generation Electricity is generated using hot water, which is a heat transfer medium recovered from the
本実施形態のように二酸化炭素排出源8から排出されるガス10を熱伝達媒体として高温岩体地盤に注入する場合には、窒素を主とする大量のガスが熱水と共に生産井1bから回収される(図1において符号17で示す流体)。
When the
生産井1bから回収される流体17は、セパレータ5によって、窒素及び水蒸気を主成分とする蒸気18と、二酸化炭素を一部含む熱水19とに分離される。そして、分離した蒸気18を蒸気タービンを有する発電機6に送って発電を行う。なお、流体を気体と液体とに分離するセパレータ自体は周知の技術であるのでここでは詳細については省略する。本実施形態では、遠心式セパレータが用いられる。また、図1において符号24は、生産井1bの地上の坑口とセパレータ5との間の配管に設けられ、生産井1bを介して回収される熱伝達媒体17のセパレータ5への流入を制御するためのバルブをあらわす。
The fluid 17 recovered from the
なお、二酸化炭素の一部は地熱貯留層14の縁辺部で固定化するので、注入井1aから地層2に注入されるガス10と比べて蒸気18の二酸化炭素濃度は低下している。そのため、排ガスに係る二酸化炭素濃度の環境基準値を超えていない場合には発電機6において発電に用いられた後の蒸気18はそのまま大気中に放出されるようにしても構わない。また、二酸化炭素濃度が環境基準値は超えていないものの大気中にそのまま放出することが好ましくない場合や環境基準値を超えている場合には、発電に用いられた後の蒸気18はガスコンプレッサー4に送られて注入井1aから地層2に再度注入されるようにしても良い。
In addition, since a part of carbon dioxide is fixed at the edge of the
一方、セパレータ5によって分離された熱水19は高圧ポンプ3に送られて注入井1aから地層2の高温岩体地盤に再度注入される。なお、図1において符号25は、セパレータ5と高圧ポンプ3との間の配管に設けられ、セパレータ5で分離された熱水19の高圧ポンプ3への流入を制御するためのバルブをあらわす。
On the other hand, the
そして、生産井1bから回収された熱水19が注入井1aから熱伝達媒体として注入される水として用いられる場合には、貯水槽7からの排出配管のバルブ20が閉じられて貯水槽7からの水11の供給が抑制される。すなわち、地熱発電システムの稼働初期においては貯水槽7から供給される水11のみが高圧ポンプ3によって注入井1aに注入され、セパレータ5からの熱水19の供給が開始された後はセパレータ5から供給される熱水19のみでは熱伝達媒体として注入する水の量が充分ではない場合に貯水槽7から水11が供給される。
When the
以上述べた地熱発電システムによれば、注入井1aと生産井1bとを介して地上と地下の地熱貯留層14との間で水及び二酸化炭素を熱伝達媒体とする循環系が形成され、地下の高温岩体地盤の熱が地上に取り出される。さらに、熱伝達媒体に含まれる二酸化炭素のうちの一部が地熱貯留層14の周囲に固定化される。またさらに、地熱貯留層14の周囲に固定化した二酸化炭素がバリアとなって地熱貯留層14からの熱伝達媒体の漏洩が防止され熱伝達媒体の回収率が高まる。これにより、自然環境改善効果が発揮されると共に発電効率が高まる。
According to the geothermal power generation system described above, a circulation system using water and carbon dioxide as a heat transfer medium is formed between the ground and underground
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、熱伝達媒体に含ませる二酸化炭素として石炭火力発電所等の二酸化炭素排出源8から排出されるガス10に含まれる二酸化炭素を用いる場合を前提とした例について説明したが、これに限られるものではなく、従来型の地熱発電所から放出される蒸気に含まれる二酸化炭素を用いるようにしても良い。従来型の地熱発電所では、地下に元々存在する熱水や蒸気を用いて発電を行い、発電後の熱水は冷却後に注入井に注入され、蒸気は大気中に放出されている。この蒸気には高濃度の二酸化炭素が一般に含まれているので、この蒸気を回収して注入井に注入するようにすれば、本実施形態の地熱発電システムと同様の作用並びに効果を発揮する発電システムを構成することができる。そして、既存の地熱発電所においては複数の坑井が既に採掘されているために本発明を容易に実施することができるという利点がある。
In addition, although the above-mentioned form is an example of the suitable form of this invention, it is not limited to this, A various deformation | transformation implementation is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the present embodiment, an example has been described on the assumption that carbon dioxide contained in the
また、本実施形態では、熱伝達媒体として水と二酸化炭素を含むガスとを用いる例について説明したが、これに限られるものではなく、分離・回収した二酸化炭素を用いるようにしても良い。具体的には、二酸化炭素排出源8から排出されたガス10を例えばアミン吸収法等の二酸化炭素の分離・回収技術を用いて100%若しくはほぼ100%の二酸化炭素(以下、100%二酸化炭素と呼ぶ)にしてから熱伝達媒体として注入井1aに注入するようにしても良い。この場合には、液体若しくは超臨界状態で二酸化炭素を注入井1aに注入する。また、ガスコンプレッサー4の代わりに高圧ポンプを用いる。
In this embodiment, an example in which water and a gas containing carbon dioxide are used as a heat transfer medium has been described. However, the present invention is not limited to this, and separated and recovered carbon dioxide may be used. Specifically, the
そして、熱伝達媒体として100%二酸化炭素を用いる場合で、100%二酸化炭素だけで発電機6を機能させるために必要とされる熱伝達媒体が確保できる場合には、熱伝達媒体として水を注入しなくても良い。言い換えれば、熱伝達媒体として100%二酸化炭素を用いる場合には、二酸化炭素の供給不足即ち熱伝達媒体の供給不足による発電効率の低下を防止するために補助的に水を使うようにしても良い。なお、熱伝達媒体として100%二酸化炭素を用いる場合で必要な場合に水を注入する場合も、バルブ21及び22の操作によって二酸化炭素と水とを交互に若しくは同時に注入する。
If 100% carbon dioxide is used as the heat transfer medium and the heat transfer medium required for the functioning of the generator 6 can be secured with only 100% carbon dioxide, water is injected as the heat transfer medium. You don't have to. In other words, when 100% carbon dioxide is used as the heat transfer medium, water may be supplementarily used to prevent a decrease in power generation efficiency due to insufficient supply of carbon dioxide, that is, insufficient supply of heat transfer medium. . Note that when 100% carbon dioxide is used as the heat transfer medium and water is injected when necessary, carbon dioxide and water are injected alternately or simultaneously by the operation of the
また、本実施形態では、生産井1bから回収される熱水及び蒸気を用いた高温岩体発電の方式としてセパレータ方式を用いる例について説明したが、これに限られるものではなく、バイナリー方式を用いるようにしても良い。具体的には、注入井1aに100%二酸化炭素を注入する場合には、生産井1bから回収される流体17は二酸化炭素を含む熱水が主である。そこで、この場合には、セパレータ5の代わりにバイナリーシステムを用い、バイナリー方式により熱交換することによって得られる低沸点媒体である二次媒体、具体的には例えばノルマルペンタン等の蒸気を用いて発電するようにしても良い。そして、この場合には、熱交換後の熱水19は、配管を介してバイナリーシステム5から高圧ポンプ3に送られて注入井1aから高温岩体地盤に再度注入される。なお、ガスを注入する方式においてバイナリー方式を用いた場合には、地層2内での窒素ガスによる圧力の増大によって二酸化炭素の貯留可能量が小さくなること、並びに、より高圧でのポンプ使用が必要となってコストが増大することが懸念される。しかしながら、これらの問題が解決される場合にはガスを注入する方式とバイナリー方式とを組み合わせても構わない。
Moreover, although this embodiment demonstrated the example which uses a separator system as a system of the high temperature rock body power generation using the hot water and steam collect | recovered from the
1a 注入井
1b 生産井
14 地熱貯留層
1a injection well 1b production well 14 geothermal reservoir
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