JP5413023B2

JP5413023B2 - 地熱発電装置および地熱発電方法

Info

Publication number: JP5413023B2
Application number: JP2009175279A
Authority: JP
Inventors: 誠池田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-07-28
Also published as: JP2011027060A

Description

本発明は地熱発電装置および地熱発電方法に関し、特に、河川、湖、海またはダムの水を復水器の冷却媒体として用いてから、さらに地熱発電媒体として利用する方法に適用して好適なものである。

地熱発電は、地下に掘削した坑井から噴出する天然蒸気を用いてタービンを廻して発電を行うもので、風力や太陽光などの自然エネルギーを利用する発電方法の中では、一年中昼夜を問わず安定してエネルギーが得られ、発電するに当たって排出される炭酸ガス量も少ない地球環境に優しい発電方式として注目されている。

図２は、従来の地熱発電装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
図２において、地熱発電装置には、発電機２２を駆動するタービン２１、タービン２１で使用された蒸気を冷却水との熱交換によって冷却凝縮する復水器２５および地中から蒸気や熱水を取り出す蒸気井２３が設けられている。そして、地熱を発生する地熱発生井２０には蒸気井２３が形成され、蒸気井２３は気水分離機２４を介してタービン２１の発電媒体取入口に接続されている。また、タービン２１の発電媒体排出口は復水器２５の発電媒体取入口に接続され、復水器２５の発電媒体排出口は還元井２６に接続されている。

そして、地熱発生井２０から吹き出す蒸気や熱水は蒸気井２３にて取り出され、気水分離機２４にて水分やスケールが除去された後、タービン２１に送られる。そして、タービン２１に送られた地熱蒸気は、その熱エネルギーによってタービン２１を回転させ、発電機２２を発電させた後、復水器２５に送られる。そして、復水器２５に送られた地熱蒸気は、冷却水との熱交換によって冷却凝縮された後、還元井２６を介して地中に戻される。

図３は、従来の地熱発電装置の概略構成のその他の例を示すブロック図である。
図３において、地熱発電装置には、発電機３２を駆動するタービン３１、タービン３１で使用された蒸気を冷却水との熱交換によって冷却凝縮する復水器３５、河川３７から汲み上げた水を地中に注入する注水井３９および地中から蒸気や熱水を取り出す蒸気井３３が設けられている。そして、地熱を発生する地熱発生井４０には注水井３９および蒸気井３３が形成され、注水井３９はポンプ３８を経由して河川３７に導かれ、蒸気井３３は気水分離機３４を介してタービン３１の発電媒体取入口に接続されている。また、タービン３１の発電媒体排出口は復水器３５の発電媒体取入口に接続され、復水器３５の発電媒体排出口は還元井３６および放水菅４１に接続されている。

そして、ポンプ３８にて汲み上げられた河川３７の水は注水井３９を介して地熱発生井４０に注入され、地熱発生井４０にて蒸気または熱水に変換される。そして、地熱発生井４０から吹き出す蒸気や熱水は蒸気井３３にて取り出され、気水分離機３４にて水分やスケールが除去された後、タービン３１に送られる。そして、タービン３１に送られた地熱蒸気は、その熱エネルギーによってタービン３１を回転させ、発電機３２を発電させた後、復水器３５に送られる。そして、復水器３５に送られた地熱蒸気は、冷却水との熱交換によって冷却凝縮された後、還元井３６を介して地中に戻されたり、放水菅４１を介して河川３７に放水されたりする。

また、特許文献１には、地熱によって昇温された流体を気水分離器により蒸気と熱水とに分離して蒸気を採取する蒸気の採取方法において、地熱エネルギーを有する地中に熱交換部を設け、雨水や河川の水を給水部に貯蔵し、この貯蔵されている任意温度の雨水や河川の水を熱交換部に供給し、その熱交換部で地熱により昇温されて蒸気と熱水の混合体となった流体を取水部から取り出し、気水分離器によって蒸気と熱水とに分離して蒸気を採取する方法が開示されている。

また、特許文献２には、地熱生産井からの地熱流体を蒸気と熱水に分離し、分離した蒸気によってタービンを駆動するとともにその冷却水として海水、河川水、湖沼水等の天然水を使用して発電を行い、それにより得た電力によって、タービン冷却後の昇温天然水および／または地熱流体から分離した熱水を原水として電気分解して水素を製造する方法が開示されている。

特開平９−１１２４０７号公報特開２００５−３３７０６０号公報

しかしながら、地熱発電の発電電力量は、発電媒体の温度および圧力を決める熱源の量と、そのエネルギーを運ぶ発電媒体の量によって決まる。このため、図２および特許文献２の方法では、発電媒体は、地下に蓄えられた地下水を源とするために、発電電力量は地下水の量によって制限され、単機最大でも５０〜１００ＭＷの発電電力量しか得ることができないという問題があった。この結果、地熱発電では燃料費が不要であるにも関わらず、井戸の掘削や地質探査などにかかる初期費用を回収することができず、計画が断念されることも多かった。

また、地熱発電では、発電電力量を増やすと、蒸気を冷却する冷却水が復水器で大量に消費される。このため、図３および特許文献１の方法では、山間部で冷却水が十分に確保できなかったり、巨大な冷却塔を設置したりする必要がある。また、冷却水の不要な空冷式の復水整備を採用すると、水冷式よりもさらに大きな設備が必要になる。この結果、特に日本の場合、地熱発電所が国有地や国定公園にかかったり、山間部での開発が制限され、地熱発電所の建設上の制限となったり、建設費を増大させたりするという問題があった。
そこで、本発明の目的は、建設上の制限を緩和しつつ、発電電力量を増大させることが可能な地熱発電装置および地熱発電方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の地熱発電装置によれば、地熱発生井から蒸気または熱水を地熱発電媒体として取得する発電媒体取得手段と、前記蒸気または前記熱水から得られた蒸気により発電機を駆動するタービンと、前記タービンで使用された蒸気を冷却媒体との熱交換によって冷却凝縮する復水器と、自然のまま地上に存在する水を前記復水器の冷却媒体として取得する取水手段と、前記復水器の冷却媒体として利用された水を前記地熱発生井に注入する注入する注入手段と、を備え、前記復水器にて熱交換された地熱発電媒体を、還元井または前記取水手段による取水先に放水する放水手段をさらに備えることを特徴とする。

これにより、自然のまま地上に存在する水を地熱発電媒体および冷却媒体の双方に利用することができる。このため、地下に蓄えられた地下水の量に制限されることなく、地熱発電の発電電力量を決めることが可能となるとともに、山間部においても十分な冷却水を確保することが可能となり、建設上の制限を緩和しつつ、発電電力量を増大させることが可能となる。
さらに、復水器の冷却媒体として利用されることにより昇温された水を地熱発生井に注入するため、昇温された分だけ蒸気または熱水に変換する効率を良くすることができる。

また、請求項２記載の地熱発電装置によれば、前記自然のまま地上に存在する水は、河川、湖、海またはダムの水であることを特徴とする。
これにより、井戸の掘削や地質探査などにかかる費用を抑制しつつ、地熱発電媒体および冷却媒体として利用可能な十分な量の水を確保することができ、建設上の制限を緩和しつつ、発電電力量を増大させることが可能となる。

また、請求項１記載の地熱発電方法によれば、前記復水器にて熱交換された地熱発電媒体を、還元井または前記取水手段による取水先に放水する放水手段をさらに備える。
これにより、河川、湖、海またはダムなどから取水した水を元に戻すことができ、資源の枯渇を防止しつつ、地熱発電媒体および冷却媒体として利用可能な十分な量の水を確保することができる。

また、請求項３記載の地熱発電方法によれば、地熱発生井から蒸気または熱水を地熱発電媒体として取り出すステップと、前記蒸気または前記熱水から得られた蒸気をタービンに供給して発電を行なうステップと、自然のまま地上に存在する水を地上に存在する水を復水器の冷却媒体として取り出す取水ステップと、前記タービンで使用された前記蒸気を前記復水器にて前記冷却媒体と熱交換させるステップと、前記復水器の冷却媒体として利用された水を地熱発生井に注入するステップと、前記地熱発生井にて、注入された前記水を蒸気または熱水に変換させるステップと、前記復水器にて熱交換された地熱発電媒体を、還元井または前記取水ステップにおける取水先に放水するステップと、からなることを特徴とする。

また、請求項４記載の地熱発電方法によれば、前記自然のまま地上に存在する水は、河川、湖、海またはダムの水であることを特徴とする。
これにより、井戸の掘削や地質探査などにかかる費用を抑制しつつ、地熱発電媒体および冷却媒体として利用可能な十分な量の水を確保することができ、建設上の制限を緩和しつつ、発電電力量を増大させることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、地下に蓄えられた地下水の量に制限されることなく、地熱発電の発電電力量を決めることが可能となるとともに、山間部においても十分な冷却水を確保することが可能となり、建設上の制限を緩和しつつ、発電電力量を増大させることが可能となる。
また、復水器の冷却媒体として利用されることにより昇温された水を地熱発生井に注入するため、昇温された分だけ蒸気または熱水に変換する効率を良くすることができる。

本発明の一実施形態に係る地熱発電装置の概略構成を示すブロック図である。従来の地熱発電装置の概略構成の一例を示すブロック図である。従来の地熱発電装置の概略構成のその他の例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態に係る地熱発電装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る地熱発電装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、地熱発電装置には、発電機２を駆動するタービン１、タービン１で使用された蒸気を冷却水との熱交換によって冷却凝縮する復水器５、復水器５の冷却水を河川７から取水する取水菅１２、復水器５から排出された冷却水を地中に注入する注水井９および地中から蒸気や熱水を取り出す蒸気井３が設けられている。そして、地熱を発生する地熱発生井１０には注水井９および蒸気井３が形成され、蒸気井３は気水分離機４を介してタービン１の発電媒体取入口に接続されている。また、タービン１の発電媒体排出口は復水器５の発電媒体取入口に接続され、復水器５の発電媒体排出口は還元井６および放水菅１１に接続されている。また、復水器５の冷却水取入口は、取水菅１２に接続され、復水器５の冷却水排出口は、ポンプ８を経由して注水井９に接続されている。

そして、取水菅１２から取水された河川７の水は冷却水として復水器５に取り入れられた後、ポンプ８を介して注水井９に送出される。そして、河川７の水は、注水井９を介して地熱発生井１０に注入され、地熱発生井１０にて蒸気または熱水に変換される。そして、地熱発生井１０から吹き出す蒸気や熱水は蒸気井３にて取り出され、気水分離機４にて水分やスケールが除去された後、タービン１に送られる。そして、タービン１に送られた地熱蒸気は、その熱エネルギーによってタービン１を回転させ、発電機２を発電させた後、復水器５に送られる。

そして、復水器５に送られた地熱蒸気は、冷却水との熱交換によって冷却凝縮された後、還元井６を介して地中に戻されたり、放水菅１１を介して河川７に放水されたりする。ここで、復水器５は、タービン１で使用された蒸気を、冷却水との熱交換によって冷却凝縮し、水にして体積を減らすことにより高い真空状態を作り、蒸気の流れをよくしてタービン１の効率を高くすることができる。

これにより、自然のまま地上に存在する河川７の水を地熱発電媒体および冷却媒体の双方に利用することができる。このため、地下に蓄えられた地下水の量に制限されることなく、地熱発電の発電電力量を決めることが可能となるとともに、山間部においても十分な冷却水を確保することが可能となり、建設上の制限を緩和しつつ、発電電力量を増大させることが可能となる。
なお、上述した実施形態では、河川７から汲み上げた水を地熱発電媒体および冷却媒体の双方に利用する方法について説明したが、湖、海またはダムから汲み上げた水を地熱発電媒体および冷却媒体の双方に利用するようにしてもよい。

１タービン
２発電機
３蒸気井
４気水分離機
５復水器
６還元井
７河川
８ポンプ
９注水井
１０地熱発生井
１１放水菅
１２取水菅

Claims

地熱発生井から蒸気または熱水を地熱発電媒体として取得する発電媒体取得手段と、
前記蒸気または前記熱水から得られた蒸気により発電機を駆動するタービンと、
前記タービンで使用された蒸気を冷却媒体との熱交換によって冷却凝縮する復水器と、
自然のまま地上に存在する水を前記復水器の冷却媒体として取得する取水手段と、
前記復水器の冷却媒体として利用された水を前記地熱発生井に注入する注入する注入手段と、を備え、
前記復水器にて熱交換された地熱発電媒体を、還元井または前記取水手段による取水先に放水する放水手段をさらに備えることを特徴とする地熱発電装置。
前記自然のまま地上に存在する水は、河川、湖、海またはダムの水であることを特徴とする請求項１記載の地熱発電装置。
地熱発生井から蒸気または熱水を地熱発電媒体として取り出すステップと、
前記蒸気または前記熱水から得られた蒸気をタービンに供給して発電を行なうステップと、
自然のまま地上に存在する水を復水器の冷却媒体として取り出す取水ステップと、
前記タービンで使用された前記蒸気を前記復水器にて前記冷却媒体と熱交換させるステップと、
前記復水器の冷却媒体として利用された水を地熱発生井に注入するステップと、
前記地熱発生井にて、注入された前記水を蒸気または熱水に変換させるステップと、
前記復水器にて熱交換された地熱発電媒体を、還元井または前記取水ステップにおける取水先に放水するステップと、からなることを特徴とする地熱発電方法。
前記自然のまま地上に存在する水は、河川、湖、海またはダムの水であることを特徴とする請求項３記載の地熱発電方法。