JP6268714B2 - Geothermal power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、地熱発電システムに関する。 The present invention relates to a geothermal power generation system.
地熱発電システムとして、地上から地熱帯まで延びる二重管構造の地熱吸収器を備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の地熱発電システムでは、高圧給水ポンプによって加圧された水が地熱吸収器の内管に供給され、この水が、内管を通って地熱帯まで下降して地熱帯から受熱して熱水となり、この熱水が、地熱吸収器の内管と外管との間を通して地上に取り出されて蒸気発生器において蒸気となり、この蒸気が蒸気タービンを回転させることで、発電が行われる。そして、蒸気タービンを回転させた後の蒸気が、蒸気タービンから復水器に送られて復水器において水となり、この水が、上記高圧給水ポンプによって加圧されて地熱吸収器の内管に供給される。 As a geothermal power generation system, a system having a double-pipe geothermal absorber extending from the ground to the geotropics is known (see, for example, Patent Document 1). In the geothermal power generation system described in Patent Document 1, water pressurized by a high-pressure water supply pump is supplied to the inner pipe of the geothermal absorber, and this water descends to the geotropics through the inner pipe and receives heat from the geotropy. The hot water is taken out to the ground through the inner and outer pipes of the geothermal absorber and becomes steam in the steam generator. This steam rotates the steam turbine to generate electricity. Is called. Then, the steam after rotating the steam turbine is sent from the steam turbine to the condenser and becomes water in the condenser, and this water is pressurized by the high-pressure feed water pump to the inner pipe of the geothermal absorber. Supplied.
ここで、この地熱発電システムでは、地熱帯から熱を吸収するのみで熱水が汲み上げられないため、蒸気発生器や蒸気タービン等に送られる熱水や蒸気に地下のミネラル等が含まれず、蒸気発生器や蒸気タービンや配管等にミネラル等の不純物が付着することがない。また、地熱帯の地下水系に影響を与えることがなく、温泉水を枯渇させる虞もない。 Here, in this geothermal power generation system, hot water is not pumped up only by absorbing heat from the tropics, so hot water and steam sent to a steam generator, steam turbine, etc. do not contain underground minerals, etc. Impurities such as minerals do not adhere to the generator, steam turbine, piping, etc. In addition, it does not affect the ground tropical groundwater system and there is no risk of exhausting hot spring water.
特許文献1に記載の地熱発電システムでは、地熱吸収器で水が蒸気化して熱吸収効率が低下することの抑制を目的として、蒸気タービンの下流側の復水器から地熱吸収器に高圧の水を供給するが、そのために、地熱吸収器に給水するポンプを高圧給水ポンプにする必要があり、給水ポンプのコストが高くなる。また、地熱吸収器やこれに繋がる配管等を耐圧性の高いものにする必要があり、これらのコストも高くなる。 In the geothermal power generation system described in Patent Document 1, high-pressure water is supplied from the condenser on the downstream side of the steam turbine to the geothermal absorber for the purpose of reducing the heat absorption efficiency due to the vaporization of water in the geothermal absorber. However, the pump for supplying water to the geothermal absorber needs to be a high-pressure water supply pump, which increases the cost of the water supply pump. Moreover, it is necessary to make a geothermal absorber, piping connected to this, etc. a thing with high pressure | voltage resistance, and these costs also become high.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、地熱帯から熱水を汲み上げることなく、蒸気タービンを回転させる蒸気を生成する地熱発電システムにおいて、地熱吸収器に液体を供給するポンプのコスト増を抑制することを課題にするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a geothermal power generation system that generates steam that rotates a steam turbine without pumping hot water from the geotropics, the cost of a pump that supplies liquid to a geothermal absorber The problem is to suppress the increase.
上記課題を解決するために、本発明に係る地熱発電システムは、第一の液体が地上から地熱帯まで下降して前記地熱帯で熱を吸収して地上まで上昇する地熱吸収器と、前記地熱吸収器を経由した第一の液体が一次側に、前記第一の液体よりも沸点が低い第二の液体が二次側に供給され、前記第一の液体から前記第二の液体へ熱を移動させて前記第二の液体を蒸気化させる熱交換器と、前記熱交換器で生成された蒸気で回転する蒸気タービンとを備える地熱発電システムであって、前記地熱吸収器、前記熱交換器の一次側、及び該熱交換器の一次側の出口と前記地熱吸収器との間に配置される1つのポンプが流路中に設けられ、前記ポンプにより前記第一の液体が、前記地熱吸収器、前記熱交換器の順に循環される循環流路を備え、該第一の液体が液体のまま循環される循環流路は、閉回路であるとともに、前記第一の液体の蒸気圧以上の圧力に設定され、前記ポンプは、前記第一の液体の蒸気圧以上の圧力に耐えるだけの耐圧性を有する。
In order to solve the above problems, a geothermal power generation system according to the present invention includes a geothermal absorber in which a first liquid descends from the ground to the geotrophic region and absorbs heat in the geotropical zone and rises to the ground, and the geothermal heat The first liquid passing through the absorber is supplied to the primary side, and the second liquid having a lower boiling point than the first liquid is supplied to the secondary side, and heat is transferred from the first liquid to the second liquid. A geothermal power generation system comprising: a heat exchanger that moves and vaporizes the second liquid; and a steam turbine that rotates with the steam generated by the heat exchanger, wherein the geothermal absorber and the heat exchanger And a pump disposed between the primary side outlet of the heat exchanger and the primary heat absorber and the geothermal absorber are provided in the flow path, and the first liquid is absorbed by the geothermal heat by the pump. vessel, equipped with a circulation passage is circulated in the order of the heat exchanger, said first fluid Is but circulation passage is circulated remain liquid, as well as a closed circuit, is set to a pressure of greater than or equal to the vapor pressure of the first liquid, the pump may withstand the pressure on the vapor pressure of the first liquid It has only pressure resistance.
前記地熱発電システムは、前記熱交換器の二次側、前記蒸気タービン、前記蒸気タービンを経由した前記蒸気を復液する復液器、前記復液器により復液された前記第二の液体が貯留される貯留タンク、及び前記貯留タンクから前記熱交換器の二次側に前記第二の液体を供給する第二のポンプが流路中に設けられ、前記第二の液体が液化したり蒸気化したりしながら循環する第二の循環流路を備えてもよい。 The geothermal power generation system includes a secondary side of the heat exchanger, the steam turbine, a condenser that condenses the steam that has passed through the steam turbine, and the second liquid that has been condensed by the condenser. A storage tank to be stored and a second pump for supplying the second liquid from the storage tank to the secondary side of the heat exchanger are provided in the flow path, and the second liquid is liquefied or vaporized. You may provide the 2nd circulation flow path circulating while making it.
前記地熱発電システムにおいて、前記地熱吸収器は、下端において内外が連通した二重管構造であってもよく、前記第一の液体は、外管と内管との間および前記内管の内側の何れか一方を通って下降し、前記外管と前記内管との間および前記内管の内側の何れか他方を通って上昇してもよい。 In the geothermal power generation system, the geothermal absorber may have a double pipe structure in which the inside and outside communicate with each other at a lower end, and the first liquid is disposed between the outer pipe and the inner pipe and inside the inner pipe. It may descend through either one and rise through either the other between the outer tube and the inner tube and inside the inner tube.
前記地熱発電システムにおいて、前記第一の液体は油であってもよい。 In the geothermal power generation system, the first liquid may be oil.
本発明によれば、地熱帯から熱水を汲み上げることなく、蒸気タービンを回転させる蒸気を生成する地熱発電システムにおいて、地熱吸収器に液体を供給するポンプのコスト増を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the increase in the cost of the pump which supplies a liquid to a geothermal absorber can be suppressed in the geothermal power generation system which produces | generates the steam which rotates a steam turbine, without drawing up hot water from geotropics.
以下、本発明の一実施形態を、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システム10の概略構成を示す図である。この図に示すように、地熱発電システム10は、水が地中を経由して循環する第一の循環流路20と、水よりも沸点が低い液体が液化したり蒸気化したりしながら地上で循環する第二の循環流路40と、第二の循環流路40の液体を復液するのに利用される水を供給する流路60とを備えている。ここで、第二の循環流路40で用いられる液体としては、アンモニア水(濃度25%で標準沸点が37.7℃)、ペンタン(標準沸点が36.07℃)等が挙げられる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a geothermal
第一の循環流路20には、ポンプ22と、熱交換器24の一次側と、地熱吸収器30とが設けられている。また、第二の循環流路40には、上記熱交換器24の二次側と、セパレーター42と、蒸気タービン44と、復液器(熱交換器)46の一次側と、復液タンク48と、ポンプ50とが設けられている。蒸気タービン44には発電機70が接続されており、蒸気タービン44の回転により発電機70が作動されて発電が行われる。さらに、流路60には、上記復液器46の二次側が設けられている。
The first
地熱吸収器30は、地上から地熱帯まで延びる二重管式の熱交換器であり、底が閉じた外管32と、底が開いた内管34とを備えている。内管34の開口した下端は、外管32の下端に配されており、内管34内の流路と、内管34と外管32との間の流路とは、これらの下端において連通している。外管32は、上端が開口しているのみでその他の部分は閉じており、地熱帯から外管32内に熱水が流入しないようになっている。一方で、外管32の内部と地熱帯との間は熱伝導が良好であり、地熱帯から外管32内の水に熱が移動するようになっている。
The
図2は、地熱吸収器30の上部を示す立断面図である。この図に示すように、内管34は、外管32の上部から上方へ延びており、外管32の上部と内管34とは袋ナット35で締結されている。また、袋ナット35の近傍には、外管32と内管34との間に嵌め込まれたパッキン36が設けられている。外管32の上部におけるパッキン36より下側には、配管26が接続されており、この配管26がポンプ22の吐出口に接続されている。
FIG. 2 is an elevational sectional view showing the upper part of the
図1に示すように、内管34の上部は、熱交換器24の一次側の入口に接続され、熱交換器24の一次側の出口は、ポンプ22の吸込口に接続されている。第一の循環流路20では、ポンプ22が水を、地熱吸収器30、熱交換器24の一次側の順序で循環させる。地熱吸収器30では、配管26から外管32の上部に供給された水が、外管32と内管34との間を通って下降する際に、地熱帯から受熱して熱水となり、この熱水が、内管34内を通って地上まで上昇する。
As shown in FIG. 1, the upper portion of the
第一の循環流路20では、120℃〜150℃の熱水が熱交換器24の一次側へ供給される。ここで、第一の循環流路20で循環する水の圧力は、120℃〜150℃の熱水が蒸気化しないように設定されている。例えば、熱水の温度が120℃であれば、約0.2MPa以上、熱水の温度が150℃であれば、約0.5MPa以上である。また、第一の循環流路20に設けられたポンプ22や熱交換器24や地熱吸収器30や配管は、第一の循環流路20の圧力に耐え得るだけの耐圧性を有するものである。
In the
第二の循環流路40では、ポンプ50の吐出口は、熱交換器24の二次側の入口に接続され、熱交換器24の二次側の出口は、セパレーター42の入口に接続されている。また、セパレーター42の出口は、蒸気タービン44の入口と、復液タンク48に接続されている。また、蒸気タービン44の出口は、復液器46の一次側の入口に接続され、復液器46の二次側の出口は、復液タンク48に接続されている。さらに、復液タンク48は、ポンプ50の吸込口に接続されている。
In the
以上のような構成の第二の循環流路40では、ポンプ50が、液体を、復液タンク48から、熱交換器24の二次側に供給する。熱交換器24では一次側に供給された120〜150℃の熱水から二次側に供給された液体へ熱が移動する。ここで、熱交換器24の二次側に供給された液体は、水よりも沸点が低い低沸点液体(例えば、標準沸点が40℃未満)であるため蒸気化される。
In the
熱交換器24の二次側で生成された蒸気は、セパレーター42に送られる。セパレーター42では、蒸気とこれに混じった液体とが分離され、蒸気は蒸気タービン44に送られ、液体は復液タンク48に送られる。第二の循環流路40における蒸気タービン44の下流側には、復液器46の一次側が設けられており、この復液器46の二次側には冷却媒体としての水が供給される。このため、復液器46の一次側に供給された蒸気は冷却・減圧されるため、蒸気タービン44の上流側と下流側との間に圧力差ができる。これによって、高温高圧の蒸気が、蒸気タービン44の上流側から下流側へ移動し、蒸気タービン44を回転させる。
The steam generated on the secondary side of the
復液器46では一次側に供給された蒸気から二次側に供給された水へ熱が移動する。なお、復液器46の二次側に供給された水は、その熱を受けて温水となるが、この温水は排水せずに生活用水等として有効に利用してもよい。一方、復液器46の一次側に供給された蒸気は、冷却・減圧されて液体となり、復液タンク48に送られる。
In the
以上説明したように、本実施形態に係る地熱発電システム10は、地熱吸収器30、熱交換器24の一次側、及びポンプ22が設けられ、該ポンプ22により水が循環される第一の循環流路20を備えており、熱交換器24の二次側に供給された水よりも沸点が低い液体を、一次側に供給された熱水からの熱の移動により蒸気化させ、生成した蒸気により蒸気タービン44を回転させる。
As described above, the geothermal
ここで、蒸気タービン44の下流側で復液された液体を、地熱吸収器30にポンプで供給して蒸気化させることなく熱水として取り出そうとする場合には、該液体をポンプで高圧化して地熱吸収器30に供給しなければならず、高圧ポンプが必要になる。それに対して、本実施形態に係る地熱発電システム10では、閉回路であり、蒸気圧以上の圧力に設定された第一の循環流路20において、ポンプ22で水を地熱吸収器30と熱交換器24の一次側を通るように循環させればよく、ポンプ22は、水を高圧にする高圧ポンプである必要が無く、蒸気圧以上の圧力に耐え得る耐圧性を有していればよい。従って、ポンプ22のコストを抑えることができる。
Here, when the liquid condensed at the downstream side of the
また、本実施形態に係る地熱発電システム10では、第一の循環流路20において、水を気液二相流体ではなく液体として循環させることにより、気液二相流体が持つ熱エネルギーの損失や圧力損失等の様々な問題を解決することができる。また、地熱吸収器30から気液二相流体を取り出す場合に比して、効率よく熱エネルギーを得ることができることにより、地熱吸収器30の径を小さくすることができ、ボーリングの孔径を小さくすることができる。
Further, in the geothermal
また、本実施形態に係る地熱発電システム10は、第二の循環流路40を備えている。この第二の循環流路40には、熱交換器24の二次側、蒸気タービン44、蒸気タービン44を経由した蒸気を復液する復液器46の一次側、復液された液体が貯留される復液タンク48、及び、復液タンク48から熱交換器24の二次側に液体を供給するポンプ50が設けられており、この第二の循環流路40では、水よりも沸点が低い液体が、液化したり蒸気化したりしながら循環する。これによって、アンモニア水やペンタン等の媒体を、捨てることなく継続して使用できるため、当該媒体の使用量を低減でき、コストを抑えることができる。
Further, the geothermal
また、地熱吸収器30は、下端において内外が連通した二重管構造であり、水は、外管32を通って下降し、地熱帯で熱を吸収して熱水となって内管34を通って上昇する。これによって、地熱帯から熱水を汲み上げることなく蒸気を生成することができる。
Further, the
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、第一の循環流路20で循環させる液体を水としたが、当該液体は、第二の循環流路40で循環させる液体よりも沸点が高いものであればよく、水の他に油等が挙げられる。ここで、油の場合、水に比して沸点が高く蒸気化し難いことから、第一の循環流路20の圧力をより低く抑えることができる。従って、第一の循環流路20の配管や地熱吸収器30や熱交換器24やポンプ22に要求される耐圧性が低くなり、設備のコストを抑えることができる。
In addition, the above-mentioned embodiment is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. It goes without saying that the present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and that the present invention includes equivalents thereof. For example, in the above-described embodiment, the liquid to be circulated in the
また、上述の実施形態では、地熱吸収器30において、水を、外管32と内管34との間を通して下降させ、内管34の内側を通して上昇させるが、内管34の内側を通して下降させ、外管32と内管34との間を通して上昇させてもよい。さらに、地熱吸収器30を、下端で内外が連通された二重管構造としたが、地熱吸収器は、液体が地熱帯まで下降して熱を吸収して地上まで上昇する構成であればよく、例えば、U字管構造や、下降部と上昇部とが下端を除いて仕切り板で仕切られた構造等でもよい。
In the above-described embodiment, in the
さらに、上述の実施形態では、第二の循環流路40において、水よりも沸点が低い液体を液化させたり蒸気化させたりしながら循環させたが、これは必須ではない。また、第二の循環流路40において、セパレーター42を設けて、蒸気と液体とを分離したが、これも必須ではない。
Furthermore, in the above-described embodiment, in the
10 地熱発電システム、20 第一の循環流路、22 ポンプ、24 熱交換器、26 配管、30 地熱吸収器、32 外管、34 内管、35 袋ナット、36 パッキン、40 第二の循環流路、42 セパレーター、44 蒸気タービン、46 復液器、48 復液タンク、50 ポンプ、60 流路、70 発電機
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記地熱吸収器を経由した第一の液体が一次側に、前記第一の液体よりも沸点が低い第二の液体が二次側に供給され、前記第一の液体から前記第二の液体へ熱を移動させて前記第二の液体を蒸気化させる熱交換器と、
前記熱交換器で生成された蒸気で回転する蒸気タービンとを備える地熱発電システムであって、
前記地熱吸収器、前記熱交換器の一次側、及び該熱交換器の一次側の出口と前記地熱吸収器との間に配置される1つのポンプが流路中に設けられ、前記ポンプにより前記第一の液体が、前記地熱吸収器、前記熱交換器の順に循環される循環流路を備え、
該第一の液体が液体のまま循環される循環流路は、閉回路であるとともに、前記第一の液体の蒸気圧以上の圧力に設定され、前記ポンプは、前記第一の液体の蒸気圧以上の圧力に耐えるだけの耐圧性を有することを特徴とする地熱発電システム。 A geothermal absorber in which the first liquid descends from the ground to the earth and absorbs heat in the earth and rises to the ground;
The first liquid passing through the geothermal absorber is supplied to the primary side, and the second liquid having a boiling point lower than that of the first liquid is supplied to the secondary side, and the first liquid is changed to the second liquid. A heat exchanger for transferring heat to vaporize the second liquid;
A geothermal power generation system comprising a steam turbine rotating with steam generated by the heat exchanger,
One pump disposed between the geothermal absorber, the primary side of the heat exchanger , and the outlet of the primary side of the heat exchanger and the geothermal absorber is provided in a flow path, and the pump The first liquid comprises a circulation channel that is circulated in the order of the geothermal absorber and the heat exchanger ,
The circulation channel through which the first liquid is circulated as a liquid is a closed circuit and is set to a pressure equal to or higher than the vapor pressure of the first liquid, and the pump is configured to have a vapor pressure of the first liquid. A geothermal power generation system characterized by having pressure resistance enough to withstand the above pressure.
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