JP6892405B2 - 地熱コンバインド発電システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、地熱コンバインド発電システムに関する。

地熱発電システムとして、フラッシュ発電システムが主に利用されている。フラッシュ発電システムにおいては、熱水と蒸気との二相流である地熱流体を蒸気と熱水とに分離する。そして、その分離された蒸気を作動媒体として蒸気タービンに供給することによって、発電が行われる。フラッシュ発電システムは、地熱流体のエンタルピーが高く、地熱流体において蒸気（フラッシュ蒸気）が占める割合が約２０％以上である場合に、商用の発電システムとして好適に利用される。

これに対して、地熱流体のエンタルピーが低い場合には、バイナリーサイクル発電システムが好適に利用される。バイナリー発電システムにおいては、たとえば、地熱流体から分離された熱水を熱媒として用いて、水よりも沸点が低い低沸点媒体を加熱して気化させる。そして、その低沸点媒体を作動媒体として媒体タービン（バイナリタービン）に供給することによって、発電が行われる。

特開２００９−２２１９６１号公報 特開２０１４−１９９０４７号公報

フラッシュ発電システムとバイナリーサイクル発電システムとを組合せた地熱コンバインド発電システムが提案されている。地熱コンバインド発電システムでは、たとえば、蒸気タービンから排出された蒸気を熱媒として用いて、低沸点媒体をガス化し、媒体タービンに供給する。地熱コンバインド発電システムでは、地熱流体を分離した蒸気と熱水とのそれぞれのエネルギーを利用して発電を行うので、地熱エネルギーの利用効率が高まり、発電量を増加させることができる。

地熱コンバインド発電システムにおいては、たとえば、ダブルフラッシュ方式やトリプルフラッシュ方式が採用されている。ダブルフラッシュ方式では、地熱流体を汽水分離器で蒸気と熱水とに分離すると共に、汽水分離器で分離された熱水をフラッシャーで蒸気と熱水とに分離する。汽水分離器によって分離された蒸気は、作動媒体として高圧タービンに高圧蒸気加減弁を介して供給される。フラッシャーで分離された蒸気は、作動媒体として低圧タービンに低圧蒸気加減弁を介して供給される。ここでは、たとえば、高圧タービンから排出された蒸気と低沸点媒体との間の熱交換が熱交換器で行われ、その熱交換で加熱された低沸点媒体が作動媒体として媒体タービンに供給される。

トリプルフラッシュ方式では、地熱流体を汽水分離器で蒸気と熱水とに分離すると共に、汽水分離器で分離された熱水を一次フラッシャーで蒸気と熱水とに分離する。更に、一次フラッシャーで分離された熱水を二次フラッシャーで蒸気と熱水とに分離する。汽水分離器によって分離された蒸気は、作動媒体として高圧タービンに高圧蒸気加減弁を介して供給される。一次フラッシャーで分離された蒸気は、作動媒体として中圧タービンに中圧蒸気加減弁を介して供給される。二次フラッシャーで分離された蒸気は、作動媒体として低圧タービンに低圧蒸気加減弁を介して供給される。トリプルフラッシュ方式においてもダブルフラッシュ方式の場合と同様に、高圧タービンから排出された蒸気と低沸点媒体との間の熱交換が熱交換器で行われ、その熱交換で加熱された低沸点媒体が作動媒体として媒体タービンに供給される。

上記の地熱コンバインド発電システムにおいては、負荷（電力需要）の変動に対応するために、各蒸気加減弁（高圧蒸気加減弁、中圧蒸気加減弁、低圧蒸気加減弁）の開度が調整される。従来においては、負荷が大きくなるに伴って各蒸気加減弁の開度が同じ割合で大きくなり、負荷が小さくなるに伴って各蒸気加減弁の開度が同じ割合で小さくなるように、各蒸気加減弁の開閉動作が制御される。

このため、上記の場合には、高圧蒸気加減弁の開度は、負荷の全範囲に渡って負荷に応じて変動する。これに伴って、高圧タービンから排出される蒸気の流量も同様に、負荷の全範囲に渡って負荷に応じて変動する。つまり、熱交換器に熱媒として供給される蒸気の流量が負荷に応じて変動するので、熱交換器から媒体タービンに作動媒体として供給される低沸点媒体の状態が変動する。その結果、媒体タービンの出力が変動するため、地熱コンバインド発電システムで構成された発電プラント全体の出力が不安定になる。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、発電プラント全体の出力が不安定になることを抑制することができる地熱コンバインド発電システムを提供することである。

実施形態の地熱コンバインド発電システムは、汽水分離器とフラッシャーと蒸気タービンと熱交換器と媒体タービンと制御装置とを有する。汽水分離器は、地熱流体を蒸気と熱水とに分離する。フラッシャーは、汽水分離器によって分離された熱水を、蒸気と熱水とに分離する。蒸気タービンは、高圧タービンと低圧タービンとを含む。高圧タービンは、汽水分離器によって分離された蒸気が作動媒体として高圧蒸気加減弁を介して供給される。低圧タービンは、フラッシャーによって分離された蒸気が作動媒体として低圧蒸気加減弁を介して供給される。熱交換器は、高圧タービンから排出された蒸気を熱媒として用いることによって、水よりも沸点が低い低沸点媒体を加熱する。媒体タービンは、熱交換器で加熱された低沸点媒体が作動媒体として供給される。制御装置は、高圧蒸気加減弁の開度、および、低圧蒸気加減弁の開度を負荷に応じて制御する。ここでは、制御装置は、負荷がゼロと第１の負荷との間の負荷範囲である場合には、負荷の増加に伴って、高圧蒸気加減弁の開度および低圧蒸気加減弁の開度が全閉状態から第１の開度へ互いに同じ割合で大きくなるように制御を行う。制御装置は、負荷が第１の負荷と第１の負荷よりも大きい第２の負荷との間の負荷範囲である場合には、負荷の増加に伴って、高圧蒸気加減弁の開度が第１の開度から第２の開度へ大きくなるように制御するのに対して、負荷に関わらずに、低圧蒸気加減弁の開度を第１の開度に保持するように制御する。制御装置は、負荷が第２の負荷と第２の負荷よりも大きい第３の負荷との間の負荷範囲である場合には、負荷の増加に伴って、低圧蒸気加減弁の開度が第１の開度から第２の開度へ大きくなるように制御するのに対して、負荷に関わらずに高圧蒸気加減弁の開度を第２の開度に保持するように制御する。

図１は、第１実施形態に係る地熱コンバインド発電システムを模式的に示す系統図である。 図２は、第１実施形態に係る地熱コンバインド発電システムにおいて、負荷Ｌ（％）と、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋとの関係を示す図である。 図３は、第２実施形態に係る地熱コンバインド発電システムにおいて、負荷Ｌ（％）と、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋとの関係を示す図である。 図４は、第３実施形態に係る地熱コンバインド発電システムにおいて、負荷Ｌ（％）と、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋとの関係を示す図である。 図５は、第４実施形態に係る地熱コンバインド発電システムを模式的に示す系統図である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態の地熱コンバインド発電システムを構成する各部に関して、図１を用いて説明する。

図１に示すように、地熱コンバインド発電システムにおいて、汽水分離器１１（セパレータ）は、生産井１０から地熱流体Ｆ１０が供給される。ここでは、熱水と蒸気との二相流が地熱流体Ｆ１０として生産井１０から汽水分離器１１に導かれる。そして、汽水分離器１１は、その地熱流体Ｆ１０を蒸気Ｆ１１ａ（高圧蒸気）と熱水Ｆ１１ｂ（ドレン）とに分離する。

フラッシャー２２は、汽水分離器１１によって分離された熱水Ｆ１１ｂが供給される。そして、フラッシャー２２は、その熱水Ｆ１１ｂを減圧することによって、蒸気Ｆ２２ａ（低圧蒸気）と熱水Ｆ２２ｂとに分離する。フラッシャー２２で分離された蒸気Ｆ２２ａは、汽水分離器１１で分離された蒸気Ｆ１１ａよりも圧力が低く、フラッシャー２２で分離された熱水Ｆ２２ｂは、たとえば、還元井（図示省略）に還元される。

蒸気タービン３０は、高圧タービン３１と低圧タービン３２２とを含む。高圧タービン３１は、汽水分離器１１によって分離された蒸気Ｆ１１ａが高圧蒸気加減弁Ｖ１１を介して、作動媒体として供給される。低圧タービン３２２は、フラッシャー２２によって分離された蒸気Ｆ２２ａが低圧蒸気加減弁Ｖ２２を介して作動媒体として供給される。

高圧蒸気加減弁Ｖ１１は、たとえば、油圧式の弁駆動機Ｍ１１によって開度Ｋが調整されるように構成されており、高圧タービン３１に作動媒体として供給される蒸気Ｆ１１ａの流量が高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋに応じて制御される。同様に、低圧蒸気加減弁Ｖ２２は、たとえば、油圧式の弁駆動機Ｍ２２によって開度Ｋが調整されるように構成されている。低圧タービン３２２に作動媒体として供給される蒸気Ｆ２２ａの流量が低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋに応じて制御される。

蒸気タービン３０においては、高圧タービン３１と低圧タービン３２２とのそれぞれに作動媒体が供給されてロータシャフトが回転することによって、発電機３００を駆動させる。高圧タービン３１から排出された蒸気Ｆ３１は、熱交換器４０に導入される。これに対して、低圧タービン３２２から排出された蒸気Ｆ３２２は、最終的には、還元井に還元される。発電機３００で発電された電力は、電力系統（図示省略）に供給される。

熱交換器４０は、高圧タービン３１から排出された蒸気Ｆ３１が供給されると共に、水よりも沸点が低い低沸点媒体Ｇ５０（たとえば、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）などの代替フロン、ブタンなどの炭化水素）が供給される。そして、熱交換器４０では、高圧タービン３１から排出された蒸気Ｆ３１と、低沸点媒体Ｇ５０との間において熱交換が行われる。この熱交換によって、低沸点媒体Ｇ５０が加熱される。つまり、熱交換器４０においては、高圧タービン３１から排出された蒸気Ｆ３１が熱媒として用いられることによって、低沸点媒体Ｇ５０の加熱が行われる。

媒体タービン５０は、熱交換器４０で加熱された低沸点媒体Ｇ４０が作動媒体として供給される。媒体タービン５０は、作動媒体の供給でロータシャフトが回転することによって、発電機５００を駆動させる。媒体タービン５０から排出された低沸点媒体Ｇ５０は、熱交換器４０に戻り、熱交換器４０で加熱される。発電機５００で発電された電力は、電力系統に供給される。

制御装置８０は、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋを負荷Ｌ（電力需要）に応じて制御する。制御装置８０は、たとえば、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって負荷制御（出力制御）を行うように構成されている。制御装置８０は、負荷Ｌの設定に関する指令が入力信号ＳＬとして入力される。そして、制御装置８０は、その入力信号ＳＬに基づいて、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋを制御する指令を出力信号Ｓ１１として弁駆動機Ｍ１１に出力すると共に、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋを制御する指令を出力信号Ｓ２２として弁駆動機Ｍ２２に出力する。これにより、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開閉動作が負荷Ｌに応じて行われ、高圧タービン３１に供給される蒸気Ｆ１１ａの流量が高圧蒸気加減弁Ｖ１１によって調整される。これと共に、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開閉動作が負荷Ｌに応じて行われ、低圧タービン３２２に供給される蒸気Ｆ２２ａの流量が低圧蒸気加減弁Ｖ２２によって調整される。その結果、目標とした負荷Ｌに対応するように、発電機３００の出力が調整される。

負荷Ｌ（％）と高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋ（％）との関係、および、負荷Ｌ（％）と低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋ（％）との関係に関して、図２を用いて説明する。図２において、太い実線は、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の場合を示し、太い破線は、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の場合を示している。また、二点鎖線は、負荷Ｌと、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋとの関係に関して、従来の場合を示している。重複部分は、太い実線のみを表示している。なお、横軸に示す負荷Ｌ（％）の値は、制御装置８０に入力される入力信号ＳＬの信号値に実質的に相当し、縦軸に示す開度Ｋ（％）の値は、制御装置８０が出力する出力信号Ｓ１１，Ｓ２２の信号値に実質的に相当する。

図２に示すように、従来（二点鎖線を参照）においては、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋとのそれぞれは、負荷Ｌの増加に伴って両者が同じ一定の割合で大きくなるように制御される。高圧蒸気加減弁Ｖ１１と低圧蒸気加減弁Ｖ２２との間は、負荷Ｌの全範囲に渡って互いに開度Ｋが同じ値で推移する。たとえば、高圧蒸気加減弁Ｖ１１と低圧蒸気加減弁Ｖ２２との両者は、負荷Ｌが０％であるときに開度Ｋが０％（Ｋ＝０）であり、負荷Ｌが１００％（Ｌ＝Ｌ３）であるときに開度Ｋが１００％（Ｋ＝Ｋ２）になるように、負荷Ｌの増加に応じて開度Ｋが大きくなる。

本実施形態では、負荷Ｌがゼロと第１の負荷Ｌ１（Ｌ１＞０％）との間の負荷範囲Ｈ０である場合には、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開閉動作は、従来の場合と同様である。

具体的には、この負荷範囲Ｈ０では、負荷Ｌの増加に伴って、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが全閉状態の開度（Ｋ＝０％）から第１の開度Ｋ１（Ｋ１＞０％）へ互いに同じ割合で大きくなるように、制御装置８０が制御を行う。また、負荷Ｌの減少に伴って、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが第１の開度Ｋ１から全閉状態の開度へ互いに同じ割合で小さくなるように、制御装置８０が制御を行う。

しかしながら、本実施形態では、負荷Ｌが第１の負荷Ｌ１と第２の負荷Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）との間の負荷範囲Ｈ１である場合には、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開閉動作は、従来の場合と異なる。

具体的には、この負荷範囲Ｈ１では、負荷Ｌの増加に伴って高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが第１の開度Ｋ１から第２の開度Ｋ２（Ｋ２＞Ｋ１）へ大きくなるように、制御装置８０が制御を行う。たとえば、第２の開度Ｋ２は、全開状態の開度（Ｋ＝１００％）であって、負荷Ｌが第２の負荷Ｌ２であるときに、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが全開状態の開度になる。

この負荷範囲Ｈ１において負荷Ｌが第２の負荷Ｌ２であるときには、従来の場合、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋは、第１の開度Ｋ１と第２の開度Ｋ２との間の開度ＫＪである。このため、本実施形態では、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋは、負荷Ｌが第２の負荷Ｌ２であるときに、従来の場合よりも大きい第２の開度Ｋ２になるように制御される（Ｋ２＞ＫＪ）。つまり、この負荷範囲Ｈ１において高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、本実施形態の場合の方が、従来の場合よりも大きい。換言すると、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、負荷範囲Ｈ１の場合の方が、負荷範囲Ｈ０の場合よりも大きい。

これに対して、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋについては、この負荷範囲Ｈ１では、負荷Ｌの変動に関わらずに、第１の開度Ｋ１に保持するように、制御装置８０が制御を行う（Ｋ＝Ｋ１）。

低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋは、負荷Ｌが第２の負荷Ｌ２であるときに、従来の場合よりも小さい第１の開度Ｋ１を保持するように制御される（Ｋ１＜ＫＪ）。つまり、この負荷範囲Ｈ１において低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、本実施形態の場合にはゼロであるので、本実施形態の場合の方が従来の場合よりも小さい。換言すると、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、負荷範囲Ｈ１の場合の方が、負荷範囲Ｈ０の場合よりも小さい。また、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合よりも小さい。

本実施形態では、負荷Ｌが第２の負荷Ｌ２と第３の負荷Ｌ３との間の負荷範囲Ｈ２である場合も、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開閉動作が、従来の場合と異なる。

具体的には、この負荷範囲Ｈ２では、負荷Ｌの増加に伴って、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが第１の開度Ｋ１から第２の開度Ｋ２へ大きくなるように、制御装置８０が制御を行う。第２の開度Ｋ２は、たとえば、全開状態の開度（Ｋ＝１００％）であって、第３の負荷Ｌ３は、たとえば、１００％の負荷（Ｌ＝１００％）である。このため、この場合には、負荷Ｌが１００％であるときに、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが全開状態の開度になる。

つまり、この負荷範囲Ｈ２において低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、本実施形態の場合の方が従来の場合よりも大きい。また、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、負荷範囲Ｈ２の場合の方が、負荷範囲Ｈ０の場合よりも大きい。

これに対して、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、この負荷範囲Ｈ２では、負荷Ｌの変動に関わらずに、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋを第２の開度Ｋ２に保持するように、制御装置８０が制御を行う（Ｋ＝Ｋ２）。たとえば、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、全開状態の開度を保持させる。

つまり、この負荷範囲Ｈ２において高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、本実施形態の場合にはゼロであるので、本実施形態の場合の方が従来の場合よりも小さい。また、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、負荷範囲Ｈ２の場合の方が、負荷範囲Ｈ０の場合よりも小さい。ここでは、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合よりも小さい。

以上のように、本実施形態では、負荷Ｌが負荷範囲Ｈ１である場合には、負荷Ｌの増加に伴って高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが大きくなるように制御すると共に、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋについては、負荷Ｌの増加に関わらずに、一定に保持するように制御する。これに対して、負荷範囲Ｈ１よりも負荷Ｌが大きい負荷範囲Ｈ２に負荷Ｌがある場合には、負荷Ｌの増加に伴って低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが大きくなるように制御するのに対して、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、負荷Ｌの増加に関わらずに一定に保持するように制御する。

このため、この負荷範囲Ｈ２では、高圧蒸気加減弁Ｖ１１を介して高圧タービン３１に供給される蒸気Ｆ１１ａの流量が一定であるので、高圧タービン３１から排出された後に熱交換器４０に供給される蒸気Ｆ３１の流量も一定である。すなわち、蒸気タービン３０の負荷Ｌが第３の負荷Ｌ３（たとえば、Ｌ＝１００％）から第３の負荷Ｌ３よりも小さい負荷（たとえば、Ｌ＝９０％）に変更された場合であっても、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが変化せずに同じ状態であるので、高圧タービン３１から熱交換器４０に供給される蒸気Ｆ３１の流量も同じ状態を保持する。その結果、この負荷範囲Ｈ２では、熱交換器４０から媒体タービン５０へ作動媒体として供給される低沸点媒体Ｇ４０の状態が一定に保持されるので、媒体タービン５０による出力は、変化せずに一定である。

したがって、本実施形態では、蒸気タービン３０の出力が変化しても高圧タービン３１の排気量が変化しないので、媒体タービン５０の出力が変化しないため、地熱コンバインド発電システムで構成された発電プラント全体の出力が不安定になることを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記したように、負荷Ｌが負荷範囲Ｈ１である場合には、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋは、負荷Ｌに関わらずに、一定である。このため、制御装置８０のアルゴリズムを簡略化することができる。

なお、本実施形態では、第２の開度Ｋ２が全開状態の開度（Ｋ＝１００％）である場合について説明したが、これに限らない。たとえば、第２の開度Ｋ２が９０％等であってもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の地熱コンバインド発電システムに関して図３を用いて説明する。本実施形態では、図３に示すように、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋを負荷Ｌに応じて制御装置８０が制御する動作が、第１実施形態の場合と異なる。この点および関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様であるため、重複部分については、適宜、説明を省略する。

負荷Ｌがゼロと第１の負荷Ｌ１ｂ（Ｌ１ｂ＞０％）との間の負荷範囲Ｈ０ｂである場合には、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開閉動作は、本実施形態の場合と従来の場合（二点鎖線を参照）との間で同様である。つまり、負荷Ｌの増加に伴って、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが全閉状態の開度（Ｋ＝０％）から第１の開度Ｋ１ｂ（Ｋ１＞０％）へ互いに同じ割合で大きくなるように、制御装置８０が制御を行う。

負荷Ｌが第１の負荷Ｌ１ｂと第２の負荷Ｌ２ｂ（Ｌ２ｂ＞Ｌ１ｂ）との間の負荷範囲Ｈ１ｂである場合には、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開閉動作は、本実施形態の場合と従来の場合との間で異なる。

具体的には、この負荷範囲Ｈ１ｂでは、負荷Ｌの増加に伴って低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが第１の開度Ｋ１ｂから第２の開度Ｋ２ｂ（Ｋ２ｂ＞Ｋ１ｂ）へ大きくなるように、制御装置８０が制御を行う。

これに対して、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、この負荷範囲Ｈ１ｂでは、負荷Ｌの増加に伴って、第１の開度Ｋ１ｂから第２の開度Ｋ２ｂよりも大きい第３の開度Ｋ３ｂ（Ｋ３ｂ＞Ｋ２ｂ）へ大きくなるように、制御装置８０が制御を行う。たとえば、第３の開度Ｋ３ｂは、全開状態の開度（Ｋ＝１００％）であって、負荷Ｌが第２の負荷Ｌ２であるときに、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが全開状態の開度になる。ここでは、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合よりも大きい。

負荷Ｌが第２の負荷Ｌ２ｂと第３の負荷Ｌ３ｂとの間の負荷範囲Ｈ２ｂである場合も、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開閉動作は、本実施形態の場合と従来の場合との間で異なる。

具体的には、この負荷範囲Ｈ２ｂでは、負荷Ｌの増加に伴って、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが第２の開度Ｋ２ｂから第３の開度Ｋ３ｂへ大きくなるように、制御装置８０が制御を行う。第３の開度Ｋ３ｂは、たとえば、全開状態の開度（Ｋ＝１００％）であって、第３の負荷Ｌ３ｂは、たとえば、１００％の負荷（Ｌ＝１００％）である。このため、この場合には、負荷Ｌが１００％であるときに、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが全開状態の開度になる。

これに対して、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、負荷範囲Ｈ２ｂでは、負荷Ｌの変動に関わらずに、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋを第３の開度Ｋ３ｂに保持するように、制御装置８０が制御を行う（Ｋ＝Ｋ３ｂ）。たとえば、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、全開状態の開度を保持させる。

以上のように、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、負荷Ｌが負荷範囲Ｈ２ｂである場合には、負荷Ｌの増加に伴って低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが大きくなるように制御するのに対して、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、負荷Ｌの増加に関わらずに一定に保持するように制御する（たとえば、全開状態の開度で一定）。このため、この負荷範囲Ｈ２ｂでは、高圧蒸気加減弁Ｖ１１を介して高圧タービン３１に供給される蒸気Ｆ１１ａの流量が一定であるので、高圧タービン３１から排出された後に熱交換器４０に供給される蒸気Ｆ３１の流量も一定である。その結果、この負荷範囲Ｈ２ｂでは、熱交換器４０から媒体タービン５０へ作動媒体として供給される低沸点媒体Ｇ４０の状態が一定であるので、媒体タービン５０による出力は、変化せずに一定である（図１参照）。

したがって、本実施形態では、地熱コンバインド発電システムで構成された発電プラント全体の出力が不安定になることを抑制することができる。なお、本実施形態では、負荷Ｌが負荷範囲Ｈ１ｂである場合には、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋは、第１実施形態の場合と異なり、一定でない。本実施形態においては、負荷範囲Ｈ１ｂでは、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋは、負荷Ｌの増加に伴って、大きくなる。このため、負荷範囲Ｈ１ｂ（低負荷帯）で低圧蒸気加減弁Ｖ２２が、常時、開閉動作を行うため、スケール等による固着が低圧蒸気加減弁Ｖ２２において生ずることを防止できる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の地熱コンバインド発電システムに関して図４を用いて説明する。本実施形態では、図４に示すように、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋを負荷Ｌに応じて制御装置８０が制御する動作が、第１実施形態の場合と異なる。この点および関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様であるため、両者の重複部分については、適宜、説明を省略する。

負荷Ｌがゼロと第１の負荷Ｌ１ｃ（Ｌ１ｂ＞０％）との間の負荷範囲Ｈ１ｃである場合には、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開閉動作は、本実施形態の場合と従来の場合（二点鎖線を参照）との間で異なる。

具体的には、この負荷範囲Ｈ１ｃでは、負荷Ｌの増加に伴って低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが全閉状態の開度（Ｋ＝０）から第１の開度Ｋ１ｃ（Ｋ１ｃ＞０）へ大きくなるように、制御装置８０が制御を行う。

これに対して、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、この負荷範囲Ｈ１ｃでは、負荷Ｌの増加に伴って、全閉状態の開度（Ｋ＝０）から第１の開度Ｋ１ｂよりも大きい第２の開度Ｋ２ｃ（Ｋ２ｃ＞Ｋ１ｃ）へ大きくなるように、制御装置８０が制御を行う。たとえば、第２の開度Ｋ２ｃは、全開状態の開度（Ｋ＝１００％）であって、負荷Ｌが第２の負荷Ｌ２ｃであるときに、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが全開状態の開度になる。ここでは、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合は、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが負荷Ｌの増加に応じて大きくなる割合よりも大きい。

負荷Ｌが第１の負荷Ｌ１ｃと第２の負荷Ｌ２ｃとの間の負荷範囲Ｈ２ｃである場合も、高圧蒸気加減弁Ｖ１１および低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開閉動作は、本実施形態の場合と従来の場合との間で異なる。

具体的には、この負荷範囲Ｈ２ｃでは、負荷Ｌの増加に伴って、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが第１の開度Ｋ１ｃから第２の開度Ｋ２ｃへ大きくなるように、制御装置８０が制御を行う。第２の開度Ｋ２ｃは、たとえば、全開状態の開度（Ｋ＝１００％）であって、第２の負荷Ｌ２ｃは、たとえば、１００％の負荷（Ｌ＝１００％）である。このため、この場合には、負荷Ｌが１００％であるときに、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが全開状態の開度になる。

これに対して、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、この負荷範囲Ｈ２ｃでは、負荷Ｌの変動に関わらずに、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋを第２の開度Ｋ２ｃに保持するように、制御装置８０が制御を行う（Ｋ＝Ｋ２ｃ）。たとえば、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、全開状態の開度を保持させる。

以上のように、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、負荷Ｌが負荷範囲Ｈ２ｃである場合には、負荷Ｌの増加に伴って低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが大きくなるように制御するのに対して、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、負荷Ｌの増加に関わらずに一定に保持するように制御する（たとえば、全開状態の開度で一定）。このため、この負荷範囲Ｈ２ｃでは、高圧蒸気加減弁Ｖ１１を介して高圧タービン３１に供給される蒸気Ｆ１１ａの流量が一定であるので、高圧タービン３１から排出された後に熱交換器４０に供給される蒸気Ｆ３１の流量も一定である。その結果、この負荷範囲Ｈ２ｃでは、熱交換器４０から媒体タービン５０へ作動媒体として供給される低沸点媒体Ｇ４０の状態が一定であるので、媒体タービン５０による出力は、変化せずに一定である（図１参照）。

したがって、本実施形態では、地熱コンバインド発電システムで構成された発電プラント全体の出力が不安定になることを抑制することができる。なお、本実施形態では、負荷Ｌが負荷範囲Ｈ１ｃである場合には、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋは、第１実施形態の場合と異なり、負荷Ｌの増加に伴って、一定の割合で大きくなる。このため、負荷範囲Ｈ１ｃ（低負荷帯）において、媒体タービン５０の出力を第１実施形態の場合（図２参照）よりも上げれるので、プラント熱効率を向上可能である。

＜第４実施形態＞
第４実施形態の地熱コンバインド発電システムに関して図５を用いて説明する。

図５に示すように、本実施形態の地熱コンバインド発電システムは、フラッシャー２２（図１参照）に代わって、一次フラッシャー２１と二次フラッシャー２２ｂとを備える。また、本実施形態では、蒸気タービン３０は、高圧タービン３１および低圧タービン３２２の他に、中圧タービン３２１を更に含む。そして、本実施形態では、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋと低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋとの他に、中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋを制御装置８０が負荷Ｌに応じて制御する。この点および関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様であるため、両者の重複部分については、適宜、説明を省略する。

本実施形態において、一次フラッシャー２１は、汽水分離器１１によって分離された熱水Ｆ１１ｂが供給される。そして、一次フラッシャー２１は、その熱水Ｆ１１ｂを減圧することによって、蒸気Ｆ２１ａ（中圧蒸気）と熱水Ｆ２１ｂとに分離する。一次フラッシャー２１で分離された蒸気Ｆ２２ａは、汽水分離器１１で分離された蒸気Ｆ１１ａよりも圧力が低い。

二次フラッシャー２２ｂは、一次フラッシャー２１によって分離された熱水Ｆ２１ｂが供給される。そして、二次フラッシャー２２ｂは、その熱水Ｆ２１ｂを減圧することによって、蒸気Ｆ２２ａ（低圧蒸気）と熱水Ｆ２２ｂとに分離する。二次フラッシャー２２ｂで分離された蒸気Ｆ２２ａは、一次フラッシャー２１で分離された蒸気Ｆ２１ａよりも圧力が低く、二次フラッシャー２２ｂで分離された熱水Ｆ２２ｂは、たとえば、還元井（図示省略）に還元される。

蒸気タービン３０において、中圧タービン３２１は、一次フラッシャー２１によって分離された蒸気Ｆ２１ａが作動媒体として中圧蒸気加減弁Ｖ２１を介して供給される。低圧タービン３２２は、二次フラッシャー２２ｂによって分離された蒸気Ｆ２２ａが作動媒体として低圧蒸気加減弁Ｖ２２を介して供給される。中圧蒸気加減弁Ｖ２１は、たとえば、油圧式の弁駆動機Ｍ２１によって開度Ｋが調整されるように構成されている。中圧タービン３２１に作動媒体として供給される蒸気Ｆ２１ａの流量が中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋに応じて制御される。

蒸気タービン３０においては、高圧タービン３１と中圧タービン３２１と低圧タービン３２２とのそれぞれに作動媒体が供給されてロータシャフトが回転することによって、発電機３００を駆動させる。高圧タービン３１から排出された蒸気Ｆ３１は、第１実施形態の場合と同様に、熱交換器４０に導入される。中圧タービン３２１から排出された蒸気Ｆ３２１、および、低圧タービン３２２から排出された蒸気Ｆ３２２は、最終的には、還元井に還元される。

制御装置８０は、入力信号ＳＬに基づいて、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋを制御する指令を出力信号Ｓ１１として弁駆動機Ｍ１１に出力し、低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋを制御する指令を出力信号Ｓ２２として弁駆動機Ｍ２２に出力すると共に、中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋを制御する指令を出力信号Ｓ２１として弁駆動機Ｍ２１に出力する。これにより、高圧タービン３１に供給される蒸気Ｆ１１ａの流量が高圧蒸気加減弁Ｖ１１によって調整され、低圧タービン３２２に供給される蒸気Ｆ２２ａの流量が低圧蒸気加減弁Ｖ２２によって調整されると共に、中圧タービン３２１に供給される蒸気Ｆ２１ａの流量が中圧蒸気加減弁Ｖ２１によって調整される。その結果、目標とする負荷Ｌに対応するように、発電機３００の出力が調整される。

本実施形態では、制御装置８０は、第１実施形態（図２参照）に示した低圧蒸気加減弁Ｖ２２と同様に、中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋを負荷Ｌに応じて制御する。

具体的には、負荷範囲Ｈ０の場合には、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋと同様に、負荷Ｌの増加に伴って中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋが同じ割合で大きくなるように制御が行われる。

負荷範囲Ｈ１の場合には、負荷Ｌの増加に伴って高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが大きくなるように制御する。これと共に、中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋについては、負荷Ｌの増加に関わらずに、一定に保持するように制御する。

そして、負荷範囲Ｈ２の場合には、負荷Ｌの増加に伴って中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが大きくなるように制御する。これと共に、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、負荷Ｌの増加に関わらずに一定に保持するように制御する（図２参照）。

このため、本実施形態においては、第１実施形態の場合と同様に、負荷範囲Ｈ２では、熱交換器４０から媒体タービン５０へ作動媒体として供給される低沸点媒体Ｇ４０の状態が一定であるので、媒体タービン５０による出力は、変化せずに一定である。

したがって、本実施形態では、地熱コンバインド発電システムで構成された発電プラント全体の出力が不安定になることを抑制することができる。

なお、本実施形態では、第１実施形態（図２参照）に示した低圧蒸気加減弁Ｖ２２と同様に中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋを調整する場合について説明したが、これに限らない。

第２実施形態（図３参照）に示した低圧蒸気加減弁Ｖ２２と同様に、中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋを調整してもよい。具体的には、負荷Ｌが負荷範囲Ｈ１ｂである場合には、中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋの両者について、本実施形態の場合と異なり、負荷Ｌの増加に伴って高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが大きくなる割合よりも小さい割合で大きくなるように制御する。この場合においても、第２実施形態の場合と同様に、発電プラント全体の出力が不安定になることを抑制することができる。

この他に、第３実施形態（図４参照）に示した低圧蒸気加減弁Ｖ２２と同様に、中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋを調整してもよい。具体的には、負荷Ｌが負荷範囲Ｈ１ｃである場合には、中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋの両者について、負荷Ｌの増加に伴って高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋが大きくなる割合よりも小さい割合で大きくなるように制御する。そして、負荷範囲Ｈ１ｃよりも負荷Ｌが大きい負荷範囲Ｈ２ｃの場合には、負荷Ｌの増加に伴って中圧蒸気加減弁Ｖ２１の開度Ｋおよび低圧蒸気加減弁Ｖ２２の開度Ｋが大きくなるように制御するのに対して、高圧蒸気加減弁Ｖ１１の開度Ｋについては、負荷Ｌの増加に関わらずに一定に保持するように制御する。この場合においても、第３実施形態の場合と同様に、発電プラント全体の出力が不安定になることを抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…生産井、１１…汽水分離器、２１…一次フラッシャー、２２…フラッシャー、２２ｂ…二次フラッシャー、３０…蒸気タービン、３１…高圧タービン、４０…熱交換器、５０…媒体タービン、８０…制御装置、３００…発電機、３２１…中圧タービン、３２２…低圧タービン、５００…発電機、Ｖ１１…高圧蒸気加減弁、Ｖ２１…中圧蒸気加減弁、Ｖ２２…低圧蒸気加減弁

Claims (4)

1. 地熱流体を蒸気と熱水とに分離する汽水分離器と、
   前記汽水分離器によって分離された熱水を蒸気と熱水とに分離するフラッシャーと、
   前記汽水分離器によって分離された蒸気が作動媒体として高圧蒸気加減弁を介して供給される高圧タービン、および、前記フラッシャーによって分離された蒸気が作動媒体として低圧蒸気加減弁を介して供給される低圧タービンを含む蒸気タービンと、
   前記高圧タービンから排出された蒸気を熱媒として用いることによって、水よりも沸点が低い低沸点媒体を加熱する熱交換器と、
   前記熱交換器で加熱された低沸点媒体が作動媒体として供給される媒体タービンと、
   前記高圧蒸気加減弁の開度、および、前記低圧蒸気加減弁の開度を、負荷に応じて制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   前記負荷がゼロと第１の負荷との間の負荷範囲である場合には、前記負荷の増加に伴って、前記高圧蒸気加減弁の開度および前記低圧蒸気加減弁の開度が全閉状態から第１の開度へ互いに同じ割合で大きくなるように制御を行い、
   前記負荷が前記第１の負荷と前記第１の負荷よりも大きい第２の負荷との間の負荷範囲である場合には、前記負荷の増加に伴って、前記高圧蒸気加減弁の開度が前記第１の開度から第２の開度へ大きくなるように制御するのに対して、前記負荷に関わらずに、前記低圧蒸気加減弁の開度を前記第１の開度に保持するように制御し、
   前記負荷が前記第２の負荷と前記第２の負荷よりも大きい第３の負荷との間の負荷範囲である場合には、前記負荷の増加に伴って、前記低圧蒸気加減弁の開度が前記第１の開度から前記第２の開度へ大きくなるように制御するのに対して、前記負荷に関わらずに、前記高圧蒸気加減弁の開度を前記第２の開度に保持するように制御する、
   地熱コンバインド発電システム。
2. 地熱流体を蒸気と熱水とに分離する汽水分離器と、
   前記汽水分離器によって分離された熱水を蒸気と熱水とに分離するフラッシャーと、
   前記汽水分離器によって分離された蒸気が作動媒体として高圧蒸気加減弁を介して供給される高圧タービン、および、前記フラッシャーによって分離された蒸気が作動媒体として低圧蒸気加減弁を介して供給される低圧タービンを含む、蒸気タービンと、
   前記高圧タービンから排出された蒸気を熱媒として用いることによって、水よりも沸点が低い低沸点媒体を加熱する熱交換器と、
   前記熱交換器で加熱された低沸点媒体が作動媒体として供給される媒体タービンと、
   前記高圧蒸気加減弁の開度、および、前記低圧蒸気加減弁の開度を、負荷に応じて制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   前記負荷がゼロと第１の負荷との間の負荷範囲である場合には、前記負荷の増加に伴って、前記高圧蒸気加減弁の開度および前記低圧蒸気加減弁の開度が全閉状態から第１の開度へ互いに同じ割合で大きくなるように制御を行い、
   前記負荷が前記第１の負荷と前記第１の負荷よりも大きい第２の負荷との間の負荷範囲である場合には、前記負荷の増加に伴って前記低圧蒸気加減弁の開度が前記第１の開度から第２の開度へ大きくなるように制御するのに対して、前記負荷の増加に伴って前記高圧蒸気加減弁の開度が前記第１の開度から前記第２の開度よりも大きい第３の開度へ大きくなるように制御し、
   前記負荷が前記第２の負荷と前記第２の負荷よりも大きい第３の負荷との間の負荷範囲である場合には、前記負荷の増加に伴って前記低圧蒸気加減弁の開度が前記第２の開度から前記第３の開度へ大きくなるように制御するのに対して、前記負荷に関わらずに前記高圧蒸気加減弁の開度を前記第３の開度に保持するように制御する、
   地熱コンバインド発電システム。
3. 地熱流体を蒸気と熱水とに分離する汽水分離器と、
   前記汽水分離器によって分離された熱水を蒸気と熱水とに分離するフラッシャーと、
   前記汽水分離器によって分離された蒸気が作動媒体として高圧蒸気加減弁を介して供給される高圧タービン、および、前記フラッシャーによって分離された蒸気が作動媒体として低圧蒸気加減弁を介して供給される低圧タービンを含む、蒸気タービンと、
   前記高圧タービンから排出された蒸気を熱媒として用いることによって、水よりも沸点が低い低沸点媒体を加熱する熱交換器と、
   前記熱交換器で加熱された低沸点媒体が作動媒体として供給される媒体タービンと、
   前記高圧蒸気加減弁の開度、および、前記低圧蒸気加減弁の開度を、負荷に応じて制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   前記負荷がゼロと第１の負荷との間の負荷範囲である場合には、前記負荷の増加に伴って前記低圧蒸気加減弁の開度が全閉状態から第１の開度へ大きくなるように制御するのに対して、前記負荷の増加に伴って前記高圧蒸気加減弁の開度が全閉状態から前記第１の開度よりも大きい第２の開度へ大きくなるように制御し、
   前記負荷が前記第１の負荷と前記第１の負荷よりも大きい第２の負荷との間の負荷範囲である場合には、前記負荷の増加に伴って前記低圧蒸気加減弁の開度が前記第１の開度から前記第２の開度へ大きくなるように制御するのに対して、前記負荷に関わらずに前記高圧蒸気加減弁の開度を前記第２の開度に保持するように制御する、
   地熱コンバインド発電システム。
4. 前記汽水分離器によって分離された熱水を蒸気と熱水とに分離する一次フラッシャーと、
   前記一次フラッシャーによって分離された熱水を蒸気と熱水とに分離する二次フラッシャーと
   を前記フラッシャーに代えて備えており、
   前記蒸気タービンは、前記一次フラッシャーによって分離された蒸気が作動媒体として中圧蒸気加減弁を介して供給される中圧タービンを更に備え、
   前記低圧タービンは、前記二次フラッシャーによって分離された蒸気が作動媒体として前記低圧蒸気加減弁を介して供給され、
   前記制御装置は、前記低圧蒸気加減弁の開度と同様に、前記中圧蒸気加減弁の開度を負荷に応じて制御する、
   請求項１から３のいずれかに記載の地熱コンバインド発電システム。

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