TWM527042U

TWM527042U - 地熱濕蒸氣發電系統

Info

Publication number: TWM527042U
Application number: TW105206754U
Authority: TW
Inventors: Cheng-Yan Gao; Cheng-Rong Gao
Original assignee: Cheng-Yan Gao; Cheng-Rong Gao
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2016-08-11

Description

地熱濕蒸氣發電系統

本新型係有關一種地熱濕蒸氣發電系統，尤指一種可以因應地熱熱源狀態變化而切換選用不同的工作流體供應至同一蒸汽發電模組，而達到充份發揮地熱熱源發電效能的技術。

由於各國相互競爭，盲目追求經濟成長、經濟競爭力，對於能源的需求與日俱增，尤其電力是工業發展提升經濟競爭力最重要的能源之一。按目前所知，電力主要是藉由能源設備進行發電，而一般常用的發電能源有仰賴石化能源的火力發電(石油、天然汽)、核能發電、太陽能發電、水力發電、風力發電及地熱發電。自從人類取得石化能源後，便開始不斷地消耗地球能源、製造污染及破壞環境，所產生的二氧化碳及各種有毒氣體大量排放，不僅嚴重危害人體健康，更導致地球溫室效應，致使全球氣候變化十分異常。而核能發電雖然表面上發電效率佳，但實際上處理核廢料的成本是無法正確估計，尤其日後所可能對人類造成的傷害及環境的破壞更是無以估算，近年許多國家因為核災害而受傷慘重，不僅影響其經濟成長率，而且對其民族後代子孫的危害更是相當地深遠。國際社會雖然已重視到能源及環境破壞的問題，惟經濟競爭力即是國力的迷思，讓世界各國尚無一套有效的解決之道，各國政府大都只是形式上的呼口號，而環境保護團體則只能以綿薄之力呼鑰及抗議。近年來，許多國家已逐漸重視能源問題，而努力找尋或開發有效的替代能源。雖然有許多國家推出鼓勵安裝或設置太陽能及風力發電系統的再生能源政策。惟再生能源發電廠整體的設計，必須因應再生能源的地區現況而定，並且是非常難以主動控制發電所需要用的工作流體。風力發電的渦輪設計就是一個很典型的例子。因為風力發電需因應各種不同方向的來風，所以現行的風力發電設施都以可旋轉方向的大型輕風扇渦輪機來提高發電效率。相對於再生能源發電，傳統的化石燃料火力發電，因為可以控制熱水鍋爐的大小、熱度，進氣壓力及鍋爐出口水與水蒸氣的分壓等等。一般而言，可以選擇適切的發電渦輪機組，以最高的熱轉換效率為標的，來建制良好的高效能火力發電廠，然而化石燃料火力發電所造成的缺失則如同前述的環境污染等狀況。而地熱發電，則是必須因應各地區的不同地熱工作流體，來有效設計最佳化的發電設施。因此，對於地熱蘊藏豐富的國家或地區，是很合適推動地熱發電，尤其台灣有很多地區蘊含有豐富的地熱，利用地熱來發電，是可以以較低的總合成本做有效的發電，其發電效率是相當可以期待的。倘能充份地發展地熱發電，實能有效的解決電力不足的問題，進而替代核能或火力發電，減少溫室氣體排放，創造民族永續生存的機會。

地熱發電對於蘊藏豐富的國家或地區是特別值得受到政府及廠家的重視，因為以現今的技術，利用地熱可進行發電，其發電效率相較太陽能、風力及水力極具經濟效益。目前所知現有利用地熱發電的習知技術，依照目前世界各國與各地區，過去二十年來的發展，地熱發電廠的設計是由地熱流體的溫度來區分的，依地熱熱源的溫度及水汽狀態設計適用的發電設施，大致上有乾蒸汽式發電、閃發蒸汽式發電及雙循環式發電等技術。所謂的乾蒸汽式發電機組，係將來自地熱井之高溫乾蒸汽(約攝氏 150度以上)導引至渦輪機組，以帶動渦輪機組旋轉，進而推動發電機運轉而產生電力。無論是乾蒸汽式發電、閃發蒸汽式發電、雙循環式發電或其他各式的流體歧路循環輸送等技術都是透過管路、閥體及幫浦配合電氣邏輯順序控制將工作流體做有效或最佳的方式輸送。本新型的工作流體的切換輸送及循環輸送也是利用管路、閥體及幫浦配合電氣邏輯順序控制來達成。

所謂的雙循環式發電，是利用地熱的「生產井」(Production Well)所得到的地熱流體(熱水或是水蒸氣)，來當作一個熱源，用以加熱一個沸點很低的工作流體，亦即將自地底取得略高溫(約攝氏130度以上)的熱水輸入至熱交換蒸發器90以加熱工作流體，使工作流體氣化，再將氣化的工作流體經由管路導引至渦輪機91，以推動發電機92運轉而產生電力，而推動渦輪機91放熱後的工作流體則排至回灌之注入井或做其他的再利用。因為這種發電方式使用到雙重的流體，並用到兩組循環的流體，故稱之為「雙循環」發電。圖7所示係一組雙循環的地熱發電機組的示意圖。生產井將提供適量的地熱流體，且不論這個地熱流體是地熱水或是水蒸氣，都將被導入蒸發器(Evaporator)90中。蒸發器90裡頭，則裝有真正推動渦輪發電的工作流體。如前面所述，這個工作流體有著較低溫的沸點，所以當我們導入攝氏100到150度左右的地熱流體時，工作流體會在蒸發器90裡相變成高壓的氣態形式。這個高壓的氣態工作流體，將會被導入至渦輪機(Turbine)91，來推動氣葉片來帶動發電機(Generator)92。然後，這些氣態的工作流體將被冷凝機(Condenser)93回收，讓工作流體再次相變為液態。最後這個液態的工作流體，會被回流幫浦(Fluid Circulation Pump)94帶回至蒸發器90中，以重新利用。首先注意到地熱流體的路徑。先前提過地熱流體於雙循環發電系統中，是沒有用於直接推動渦輪發電機的，而是用來加熱低沸點的工作流體。所以，在圖7中，地熱流體於經過蒸發器90放熱後，這些變成低溫的地熱流體，將被導入注入井(Re-injection Well)中，重新導入地底下，用來還原地下水的資源。這一個補充地熱流體的循環，就是現行為人所周知的「加強型地熱發電系統」(Enhanced Geothermal System，EGS)。也正是本新型計劃應用在利澤地區深層地熱發電所主攻的方向。深層地熱由於相較於淺層地熱，比較難掌握地下水資源的流向與來源補注，一般而言，都會將發電使用過後的地熱流體，重新導入地底，以補注地下水資源，確保地熱的取出。由於在深層地熱的發電中，鑿井是一項花費巨大經費與時間的工程。而且，因為前期探勘的不確定性，也不能保證鑿井位置就如同預測的結果得到豐富的地熱資源。所以，鑿井的量確實屬於高風險的規劃。

所謂的閃發蒸汽式發電，是將自地底取得的略高溫的熱水(約攝氏150度)經由單段或多段擴容而成仍混含有一定量熱水的蒸汽，再利用分離器將熱水去除而取出其中的蒸汽，將蒸汽經由管路導引至蒸汽渦輪發電機，以推動蒸汽渦輪發電機運轉而產生電力。閃發式地熱發電機組，適用屬於高密度的超臨界流體時的時機。這種發電機組的設計，是深層地熱發電時候，會預期遇到的情形。主要因為深層地熱發電，所探勘鑿井的深度將會超過地表下3000~4000公尺，所以一般預期的地熱源：其地底岩石層應屬於火成岩等高溫度梯度的熱源，可能可以達到超過攝氏300度的高溫。如果順利取得上述高溫的地熱流體，以絕佳的絕緣保溫方式，將此地熱流體順利取至地表，則於發電設施的熱力學觀點中，前處理所遇到的流體就是近臨界的水與蒸汽兩相接存在的混相流。圖8所示就是一組(一次) 閃發式地熱發電系統的示意圖。在這個系統當中，因為地熱流體本身的溫度夠高，所以此系統中，不需要使用另外一種低沸點的工作流體，而可以直接使用地熱流體與渦輪機整合發電。圖中生產井所得到的地熱流體，就是攝氏超過375度的混相水汽。這種超臨界流體地熱發電，其道理與雙循環地熱發電類似的地方，就是一樣要進入到閃發器(Flash tank)95。閃發器95中唯一的流體就是超臨界的地熱水汽。因為閃發器95具有一個巨大的低壓空間，故高溫高壓的超臨界流水汽於此空間中將快速降壓，閃發形成水與水蒸氣的分離。故閃發器95有時於文獻中也稱之為分離器(Separator)，即是將飽和的水汽分離為熱水與高壓的非飽和水蒸氣。圖中分離後的非飽和高壓水蒸氣在系統中為發電所需的工作流體。所以將此高壓水蒸氣導入渦輪機96來帶動發電機97發電。而後於渦輪機96後端，此水蒸氣即利用冷凝機98來回凝成水。閃發器95分離後的熱水，若其溫度已經偏低，則可以和前述的冷凝水一起回注至注入井(Re-injection well)中。此法與上一章節中的雙循環地熱發電系統相同，即是以當初由地底所取得的地熱流體，重新補注入地底，以免產生地下水資源不足之情形。在閃發式地熱發電，我們可以利用同樣的節省鑿井概念，來將生產井與注入井合併。以節省鑿兩個深井的時間與金錢。

除此之外，地熱發電常利用有機朗肯循環作為熱功轉換之裝置，習知的有機朗肯循環裝置，主要包含有加熱模組、發電模組、冷凝模組及加壓泵浦。加熱模組包括鍋爐與熱源(如地熱)，熱源是用以將流經鍋爐內的液態工作流體加熱成高壓氣態工作流體。發電模組包括有膨脹渦輪與發電機，由加熱模組產生之高壓氣態工作流體來推動膨脹渦輪作功，進而帶動發電機產生電力。冷凝模組包括冷凝器與冷卻水塔，作功後的中壓氣態工作流體進入冷凝器，被冷卻水塔循環之冰水冷凝為液態工作流體，最後經加壓泵浦增壓後送入加熱模組，而不斷地循環。工作流體採用有機碳氫化合物、無機小分子化合物(如CO 2及NH 3等)或含氟氯碳之化合物。如此便可將低階的熱能轉換為有用的電能或機械能。低階熱能的溫度較低，整體裝置的熱效率不高，通常只作為產生電力使用。現今有提升整體系統效能的技術被開發，如中華民國第209954號專利案所揭露的能量產生方法，其利用包括有三個熱交換蒸發器的蒸發模組、包括有兩個渦輪的渦輪發電機組、冷凝模組、及包括有兩個加壓泵浦的增壓泵組，以形成單迴路多重壓力的系統，藉由工作流體多重壓力循環及熱交換蒸發器的安排，以降低熱源及系統之不可逆性，且其多重壓力循環使用混合器，能有效利用過熱蒸汽，而提升能源使用率及熱效率，已具有良好的熱能轉換電力之效能。該專利可藉由多重壓力循環與多級串接之混合器的建置，雖然可以有效利用過熱蒸汽以提升熱效率，惟，其僅能採用液態溫泉作為驅動發電機組的熱源，而無法使用氣態高溫之乾蒸汽，以致同樣無法有效增加地熱整體熱能的利用率。

由於利澤地區的深層地熱發電對台灣未來能源的自主與綠色經濟，具有重大的影響。本新型技術將可在利澤地區建立一座示範性的深層地熱發電廠，以展示台灣本島深層地熱發電的實用性，建立深層地熱發電之本土人才，並同時建構本土的地熱發電產業量能，進而產生世界級的地熱再生能源競爭力，朝著邁向高單位的發電供應目標邁進。

本新型之第一目的在於，提供一種可將天然之熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體輸入至同一蒸氣發電模組，以充份發揮地熱發電效能之地熱濕蒸氣發電系統。達成此目的之技術手段，係包括工作流體供應模組、蒸汽發電模組、工作流體切換模組、熱交換蒸發器及冷凝機。工作流體供應模組用以供應發電所需之工作流體，工作流體係選自來自一地熱熱源生產井中天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。蒸汽發電模組包括一渦輪組件。工作流體切換模組用以切換選擇使該地熱熱源生產井中天然之熱水蒸汽經由熱水蒸汽輸送管路輸入至蒸汽發電模組中，以熱水蒸汽驅動該渦輪組件運轉而致使發電機產生電力，及切換選擇使氣態之人造工作流體輸入至該蒸汽發電模組中，以驅動渦輪組件運轉而致使發電機產生電力。熱交換蒸發器用以將液態之人造工作流體加熱成氣態。冷凝機用以將已致使蒸汽發電模組產生電力後而輸出之蒸汽及人造工作流體冷卻成液體，以供循環利用。

本新型之第二目的在於，提供一種可將天然之熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體輸入至同一蒸氣發電模組，以充份發揮地熱發電效能之地熱濕蒸氣發電系統。達成此目的之技術手段，係包括工作流體供應模組、蒸汽發電模組、工作流體切換模組、熱交換蒸發器及冷凝機。工作流體供應模組用以供應發電所需之工作流體，工作流體係選自來自一地熱熱源生產井中天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。蒸汽發電模組之渦輪組件包括同軸的熱水渦輪及蒸汽渦輪。工作流體切換模組用以切換選擇使地熱熱源生產井中天然之熱水蒸汽輸入至蒸汽發電模組中，及切換選擇使氣態之人造工作流體輸入至蒸汽發電模組中。地熱熱源生產井中天然之熱水蒸汽輸入蒸汽發電模組後，熱水渦輪將熱水蒸汽分離成熱水及蒸汽，以熱水驅動熱水渦輪運轉而致使發電機產生電力，以蒸汽驅動蒸汽渦輪運轉而致使發電機產生電力，人造工作流體輸入蒸汽發電模組後，驅動蒸汽渦輪運轉而致使發電機產生電力。熱交換蒸發器將液態之低沸點之人造工作流體加熱成氣態。冷凝機將已致使蒸汽發電模組產生電力後而輸出之蒸汽及氣態之人造工作流體冷卻成液體，以供循環利用。

本新型之第三目的在於，提供一種可將天然之熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體輸入至同一蒸氣發電模組，以充份發揮地熱發電效能，且能切換直接將生產井產出的含水量較高的熱水用於對人造工作流體加熱，以充份發揮地熱能發電效率之地熱濕蒸氣發電系統。達成此目的之技術手段，係包括工作流體供應模組、蒸汽發電模組、工作流體切換模組、熱交換蒸發器及冷凝機。工作流體供應模組用以供應發電所需之工作流體，工作流體係低沸點之人造工作流體。蒸汽發電模組包括渦輪組件。工作流體切換模組用以切換選擇使地熱熱源生產井產出的天然之熱水蒸汽輸入蒸汽發電模組中，以熱水蒸汽驅動渦輪組件運轉而致使發電機產生電力，及切換選擇使氣態之人造工作流體輸入至該蒸汽發電模組中，以驅動渦輪組件運轉而致使發電機產生電力。熱交換蒸發器用地熱井取得之熱源將液態之人造工作流體加熱成氣態。冷凝器用以將致使蒸汽發電模組產生電力後而輸出之工作流體冷卻成液體，以供再循環利用。其中，工作流體切換模組切換使地熱熱源生產井中天然之熱水輸入熱交換蒸發器，以將液態之低沸點工作流體加熱成氣態。自熱交換蒸發器輸出的熱水經由注入井而回注入地熱熱源中。自渦輪組件之熱水渦輪分離出來的熱水經由一注入井而回注入地熱熱源中。

本新型之第四目的在於，提供一種可將天然之熱水蒸汽及低沸點之工作流體輸入至同一蒸氣發電模組，以充份發揮地熱發電效能，且能將利用過後的熱水充份回灌至地熱熱源以提升工作流體利用率之地熱濕蒸氣發電系統。達成此目的之技術手段，係包括工作流體供應模組、蒸汽發電模組、工作流體切換模組、熱交換蒸發器及冷凝機。工作流體供應模組用以供應發電所需之工作流體，工作流體係選自來自一地熱熱源生產井中天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。蒸汽發電模組包括一渦輪組件。工作流體切換模組用以切換選擇使該地熱熱源生產井中天然之熱水蒸汽經由熱水蒸汽輸送管路輸入至蒸汽發電模組中，以熱水蒸汽驅動該渦輪組件運轉而致使發電機產生電力，及切換選擇使氣態之人造工作流體輸入至該蒸汽發電模組中，以驅動渦輪組件運轉而致使發電機產生電力。熱交換蒸發器用以將液態之人造工作流體加熱成氣態。冷凝機用以將已致使蒸汽發電模組產生電力後而輸出之人造工作流體冷卻成液體，以供再循環利用。其中，熱交換蒸發器之熱水係來自已驅動熱水渦輪運轉之後的熱水，亦即噴入至蒸汽發電模組之熱水蒸汽且經過熱水渦輪分離出來的熱水，被輸送至注入井，經由注入井而回注入地熱熱源中。

本新型之第五目的在於，提供一種可將天然之熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體輸入至同一蒸氣發電模組，以充份發揮地熱發電效能，且能分離熱水蒸汽以充份利用熱水效能之地熱濕蒸氣發電系統。達成此目的之技術手段，係包括工作流體供應模組、蒸汽發電模組、工作流體切換模組、熱交換蒸發器及冷凝機。工作流體供應模組用以供應發電所需之工作流體，工作流體係選自來自一地熱熱源生產井中天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。蒸汽發電模組包括一渦輪組件。渦輪組件包括熱水渦輪及蒸汽渦輪。工作流體切換模組用以切換選擇使該地熱熱源生產井中天然之熱水蒸汽經由熱水蒸汽輸送管路輸入至蒸汽發電模組中，以熱水蒸汽驅動該渦輪組件運轉而致使發電機產生電力，及切換選擇使氣態之人造工作流體輸入至該蒸汽發電模組中，以驅動渦輪組件運轉而致使發電機產生電力。熱交換蒸發器用以將液態之人造工作流體加熱成氣態。冷凝機用以將已致使蒸汽發電模組產生電力後而輸出之蒸汽及人造工作流體冷卻成液體，以供循環利用。其中，熱交換蒸發器之熱水係來自已驅動熱水渦輪運轉之後的熱水，熱水經管路被輸送至熱交換蒸發器而用以致使液態之低沸點之人造工作流體被加熱蒸發成為氣態，氣態之人造工作流體再被輸入至蒸汽發電模組。

本新型之第六目的在於，提供一種可將天然之熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體輸入至同一蒸氣發電模組，以充份發揮地熱發電效能，且能分離不同之工作流體的地熱濕蒸氣發電系統。達成此目的之技術手段，係包括工作流體供應模組、蒸汽發電模組、工作流體切換模組、熱交換蒸發器及冷凝機。工作流體供應模組用以供應發電所需之工作流體，工作流體係選自來自一地熱熱源生產井中天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。蒸汽發電模組包括一渦輪組件。工作流體切換模組用以切換選擇使該地熱熱源生產井中天然之熱水蒸汽經由熱水蒸汽輸送管路輸入至蒸汽發電模組中，以熱水蒸汽驅動該渦輪組件運轉而致使發電機產生電力，及切換選擇使氣態之人造工作流體輸入至該蒸汽發電模組中，以驅動渦輪組件運轉而致使發電機產生電力。熱交換蒸發器用以將液態之人造工作流體加熱成氣態。冷凝機用以將已致使蒸汽發電模組產生電力後而輸出之蒸汽及人造工作流體冷卻成液體，以供循環利用。其中，熱交換蒸發器之熱水係來自已驅動熱水渦輪運轉之後的熱水，熱水經管路被輸送至熱交換蒸發器而用以致使液態之低沸點之人造工作流體被加熱蒸發成為氣態，氣態之人造工作流體再被輸入至蒸汽發電模組，經過熱交換蒸發器之熱水再被輸送至一注入井，經由注入井而將熱水回注入該地熱熱源內。冷凝機包括分離器，分離器配合冷凝機在將蒸汽及氣態人造工作流體冷卻同時做分離而分別形成液態水及液態之人造工作流體，液態水輸送至注入井以回注入地熱熱源內，液態人造工作流體則供循環輸送至熱交換蒸發器。

10‧‧‧工作流體供應模組

11‧‧‧熱水蒸汽輸送管路

12‧‧‧人造工作流體輸送管路

20‧‧‧蒸汽發電模組

200‧‧‧渦輪組件

21‧‧‧熱水渦輪

22‧‧‧蒸汽渦輪

23‧‧‧發電機

30‧‧‧工作流體切換模組

40‧‧‧熱交換蒸發器

50‧‧‧冷凝機

51‧‧‧分離器

60‧‧‧回流幫浦

70‧‧‧生產井

80‧‧‧注入井

90‧‧‧熱交換蒸發器

91‧‧‧渦輪機

92‧‧‧發電機

93‧‧‧冷凝機

94‧‧‧回流幫浦

95‧‧‧閃發器

96‧‧‧渦輪機

97發電‧‧‧發電機

98‧‧‧冷凝機

圖1為本新型研發時所根據之流體三相示意圖。

圖2為本新型所研發應用之第一實施例示意圖。

圖3為本新型所研發應用之第二實施例示意圖。

圖4為本新型所研發應用之第三實施例示意圖。

圖5為本新型所研發應用之第四實施例示意圖。

圖6為本新型所研發應用之第五實施例示意圖。

圖7為習用之雙循環地熱發電示意圖。

圖8為習用閃發式地熱發電系統示意圖。

在考量不同的地熱流體時，首要的參考指標是工作流體的溫度。而其次重要的指標為此地熱流體的壓力。因為在地熱流體中，主要的成分為水，所以如果參考地熱水源於地表取得時的溫度與壓力，則可以利用如圖1所示之水的物理三相圖表(固態、液態及氣態)，可以知道這個水汽的飽和分壓。而且，如果配合探勘的量測現場地熱流體的流量，即可估算這個地熱工作流體可以產出的熱總量。地熱流體的工作溫度是一個最重要的指標。其原因為當地熱工作流體超過本身的臨界溫度時，這個工作流體就會成非常有機會成為「超臨界流」(Supercritical fluid)。而在熱力學原理中，超臨界流是一種同時具備氣態與液態特性的均相態。所以，當地熱流體成為超臨界流，只要有稍許的壓力變化，這個地熱流體就會產生巨大相變化。當壓力下降，液態的流體就會產生，反之當壓力上升，則會昇華產生汽態。在熱力學中，如此巨大的密度變化相當難以掌控。並且於一般管流中，超過臨界溫度的流體，則會因為流體所處在不同相變化狀態下，形成汽、水分壓的不穩定及渾沌現象產生。水的臨界溫度為攝氏374度，所以當地熱流體的溫度超過或是接近攝氏375度時，一般的地熱發電渦輪機就必須要有適當的前處理系統。而矛盾的是，為了要取得有效的地熱來適用現行的地熱發電系統，一般鑿井的願景是希望可以取得愈加高溫的地底熱水，惟鑿井後的結果常事與願違。所以，本新型構想在於能開採台灣地區經常有的地熱工作流體，而以同一發電系統適用於地熱蒸汽或熱水來進行發電，以降低鑿井風險及設備成本。

如下之表1所示，我們假設這些不同的地熱工作流體都處於一個適切的工作壓力狀態。這個適切性代表著這個流體的工作壓力，是讓地熱流體處於相對的穩定流體狀態。這代表著，當地熱流體取得來到地表時，管流中的出口壓力，足夠提供這個工作流體的穩定性，不至產生巨大的密度變化。一般而言，這代表著這個工作壓力足夠讓地熱流體自地底順利上升至地面，但不至於有過高的壓力，讓高溫的地熱水成為超臨界流。以相對低溫(攝氏200度以下的熱水與水蒸氣)的地熱流體而言，在地表上都是一般的「可壓縮流體」(Compressible fluid)。而如果取得到地表出口的地熱流體是超過，或是接近水的臨界溫度的話。我們則假設這種地熱流體都是在相對低的工作壓力中，所以取得的地熱流體都是高密度的流體。於前兩項的低溫地熱水系統中(攝氏100及150度)，是在深層地熱探勘情形中，相對少見的情形。台灣身處板塊擠壓的環太平洋地震帶，本就擁有豐富的地熱資源，這種低溫的地熱水即為常見的溫泉水。因此，本新型著重在應用於開採自台灣地區經常有的溫泉水，而以同一發電模組來分別利用地熱蒸汽及熱水進行發電，以降低鑿井風險及設備成本。

由於在地熱的發電中，鑿井是一項花費巨大經費與時間的工程。而且，因為前期探勘的不確定性，也不能保證鑿井位置就如同預測的結果得到豐富的地熱資源。所以，鑿井的量確實屬於高風險的規劃。在本新型中，我們提出一個利用單一井口來同時扮演「生產井」與「注入井」的開發方向。除此，工作流體的選擇也是有其特性的。因為各種不同溫度的地熱水，其適用的低沸點工作流體也不盡相同，我們用如下之表2來總結列出目前所知常見的工作流體選擇。

請參看圖2、3所示，本新型基本技術特徵及達成本新型第一目的之技術手段，係包括一工作流體供應模組10、一蒸汽發電模組20、一工作流體切換模組30(包括一般習知的歧管用手動或自動切換閥體)、一熱交換蒸發器40及一冷凝機50。工作流體供應模組10包括一熱水蒸汽輸送管路11及一人造工作流體輸送管路12。工作流體供應模組10用以供應發電所需之工作流體，該工作流體係選自來自一地熱熱源生產井70中產出的天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。本新型實施時，人造工作流體可以是R-134a四氟乙烷、Isobutane異丁烷或Isobutane異丁烷，視地熱流體溫度而定。蒸汽發電模組20包括一渦輪組件200。工作流體切換模組30用以切換選擇使該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽(溫度約攝氏一百度，蒸汽含量較高)經由熱水蒸汽輸送管路11輸入至該蒸汽發電模組20中，以該熱水蒸汽驅動該渦輪組件200運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，及切換選擇使氣態之該低沸點之人造工作流體經由人造工作流體輸送管路12輸入至該蒸汽發電模組20中，以驅動該渦輪組件200運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力。熱交換蒸發器40則利用熱水而將液態之低沸點之人造工作流體加熱成該氣態之低沸點之人造工作流體。冷凝機50用以將已致使該蒸汽發電模組20產生電力後而輸出之該蒸汽及氣態之該人造工作流體冷卻成液體，以供循環利用。圖2所示為生產井70及注入井80為同一個井。圖3所示為生產井70及注入井80非為同一個井。

請參看圖2、3所示，達成本新型第二目的之一種具體實施例，係包括一工作流體供應模組10、一蒸汽發電模組20、一工作流體切換模組30、一熱交換蒸發器40及一冷凝機50。工作流體供應模組10包括一熱水蒸汽輸送管路11及一人造工作流體輸送管路12。工作流體供應模組10用以供應發電所需之工作流體，該工作流體係選自來自一地熱熱源生產井70中天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。本新型實施時，其人造工作流體可以是R-134a四氟乙烷、Isobutane異丁烷或Isobutane異丁烷，視地熱流體溫度而定。蒸汽發電模組20之渦輪組件200包括同軸的一熱水渦輪21及一蒸汽渦輪22。工作流體切換模組30用以切換選擇使該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽(溫度約攝氏一百度，蒸汽含量較高)經由熱水蒸汽輸送管路11輸入至該蒸汽發電模組20中，及切換選擇使氣態之該低沸點之人造工作流體經由人造工作流體輸送管路12輸入至該蒸汽發電模組20中。熱水蒸汽輸送管路11將該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽輸入至該蒸汽發電模組20後，以該熱水渦輪21將該熱水蒸汽分離成熱水及蒸汽，以熱水驅動該熱水渦輪21運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，以蒸汽驅動該蒸汽渦輪22運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，而人造工作流體輸送管路12將氣態之該低沸點之人造工作流體輸入至該蒸汽發電模組20後，該人造工作流體驅動該蒸汽渦輪22運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力。熱交換蒸發器40則利用熱水而將液態之低沸點之人造工作流體加熱成該氣態之低沸點之人造工作流體。冷凝機50用以將已致使該蒸汽發電模組20產生電力後而輸出之該蒸汽及氣態之該人造工作流體冷卻成液體，以供循環利用。圖2所示為生產井70及注入井80為同一個井。圖3所示為生產井70及注入井80非為同一個井。

請參看圖2、3所示，達成本新型第三目的之一種具體實施例，係包括一工作流體供應模組10、一蒸汽發電模組20、一工作流體切換模組30、一熱交換蒸發器40及一冷凝機50。工作流體供應模組10包括一熱水蒸汽輸送管路11及一人造工作流體輸送管路12。工作流體供應模組10用以供應發電所需之工作流體，該工作流體係選自來自一地熱熱源生產井70中天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。本新型實施時，其人造工作流體可以是R-134a四氟乙烷、Isobutane異丁烷或Isobutane異丁烷，視地熱流體溫度而定。蒸汽發電模組20之渦輪組件200包括同軸的一熱水渦輪21及一蒸汽渦輪22。工作流體切換模組30用以切換選擇使該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽(溫度約攝氏一百度，蒸汽含量較高)經由熱水蒸汽輸送管路11輸入至該蒸汽發電模組20中(其後續的循環控制如同習知的乾蒸汽、閃發式或雙循環的工作流體處理及控制機制)，及切換選擇使氣態之該低沸點之人造工作流體經由人造工作流體輸送管路12輸入至該蒸汽發電模組20中(其整體的循環控制如同習知的雙循環的工作流體處理及控制機制)。熱水蒸汽輸送管路11將該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽輸入至該蒸汽發電模組20後，以該熱水渦輪21將該熱水蒸汽分離成熱水及蒸汽，以熱水驅動該熱水渦輪21運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，以蒸汽驅動該蒸汽渦輪22運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，而人造工作流體輸送管路12將氣態之該低沸點之人造工作流體輸入至該蒸汽發電模組20後，該人造工作流體驅動該蒸汽渦輪22運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力。熱交換蒸發器40則利用熱水而將液態之低沸點之人造工作流體加熱成該氣態之低沸點之人造工作流體。冷凝機50用以將已致使該蒸汽發電模組20產生電力後而輸出之該蒸汽及氣態之該人造工作流體冷卻成液體，以供循環利用。其中，該工作流體切換模組30用以切換使該地熱熱源生產井 70中天然之熱水(溫度約攝氏九十度，蒸汽含量較低，可配合溫度感測器或濕度感測器做感測，以做為自動切換之邏輯控制的依據)輸入至該熱交換蒸發器40，以作為將液態之低沸點之人造工作流體加熱成該氣態之低沸點之人造工作流體之該熱水，此循環的控制機制如同習知的雙循環控制機制。亦即，當地熱熱源生產井70產出之工作流體溫度約為攝氏九十度而為高含量熱水時，工作流體切換模組30便切換使熱水被輸送至熱交換蒸發器40，用以致使液態之低沸點之人造工作流體被加熱蒸發成為氣態之人造工作流體，氣態之人造工作流體再被輸入至蒸汽發電模組20。自熱交換蒸發器40輸出的熱水經由一注入井80而回注入地熱熱源中。自渦輪組件200之熱水渦輪21分離出來的熱水經由一注入井80而回注入地熱熱源中。圖2所示為生產井70及注入井80為同一個井。圖3所示為生產井70及注入井80非為同一個井。

請參看圖2、3所示，達成本新型第四目的之一種具體實施例，係包括一工作流體供應模組10、一蒸汽發電模組20、一工作流體切換模組30、一熱交換蒸發器40及一冷凝機50。工作流體供應模組10包括一熱水蒸汽輸送管路11及一人造工作流體輸送管路12。工作流體供應模組10用以供應發電所需之工作流體，該工作流體係選自來自一地熱熱源生產井70中天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。本新型實施時，其人造工作流體可以是R-134a四氟乙烷、Isobutane異丁烷或Isobutane異丁烷，視地熱流體溫度而定。蒸汽發電模組20之渦輪組件200包括同軸的一熱水渦輪21及一蒸汽渦輪22。工作流體切換模組30用以切換選擇使該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽(溫度約攝氏一百度，蒸汽含量較高)經由熱水蒸汽輸送管路11輸入至該蒸汽發電模組20中，及切換選擇使氣態之該低沸點之人造工作流體經由人造工作流體輸送管路12輸入至該蒸汽發電模組20中。熱水蒸汽輸送管路11將該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽輸入至該蒸汽發電模組20後，以該熱水渦輪21將該熱水蒸汽分離成熱水及蒸汽，以熱水驅動該熱水渦輪21運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，以蒸汽驅動該蒸汽渦輪22運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，而人造工作流體輸送管路12將氣態之該低沸點之人造工作流體輸入至該蒸汽發電模組20後，該人造工作流體驅動該蒸汽渦輪22運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力。熱交換蒸發器40則利用熱水而將液態之低沸點之人造工作流體加熱成該氣態之低沸點之人造工作流體。冷凝機50用以將已致使該蒸汽發電模組20產生電力後而輸出之該蒸汽及氣態之該人造工作流體冷卻成液體，以供循環利用。其中，該熱交換蒸發器40之熱水係來自已驅動該熱水渦輪21運轉之後的熱水，亦即噴入至蒸汽發電模組20之熱水蒸汽且經過熱水渦輪21分離出來的熱水，可先冷卻降溫後，再經由一注入井80而回注入地熱熱源中。

請參看圖4所示，達成本新型第五目的之一種具體實施例，係包括一工作流體供應模組10、一蒸汽發電模組20、一工作流體切換模組30、一熱交換蒸發器40及一冷凝機50。工作流體供應模組10包括一熱水蒸汽輸送管路11及一人造工作流體輸送管路12。工作流體供應模組10用以供應發電所需之工作流體，該工作流體係選自來自一地熱熱源生產井70中天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。本新型實施時，其人造工作流體可以是R-134a四氟乙烷、Isobutane異丁烷或Isobutane異丁烷，視地熱流體溫度而定。蒸汽發電模組20之渦輪組件200 包括同軸的一熱水渦輪21及一蒸汽渦輪22。工作流體切換模組30用以切換選擇使該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽(溫度約攝氏一百度，蒸汽含量較高)經由熱水蒸汽輸送管路11輸入至該蒸汽發電模組20中，及切換選擇使氣態之該低沸點之人造工作流體經由人造工作流體輸送管路12輸入至該蒸汽發電模組20中。熱水蒸汽輸送管路11將該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽輸入至該蒸汽發電模組20後，以該熱水渦輪21將該熱水蒸汽分離成熱水及蒸汽，以熱水驅動該熱水渦輪21運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，以蒸汽驅動該蒸汽渦輪22運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，而人造工作流體輸送管路12將氣態之該低沸點之人造工作流體輸入至該蒸汽發電模組20後，該人造工作流體驅動該蒸汽渦輪22運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力。熱交換蒸發器40則利用熱水而將液態之低沸點之人造工作流體加熱成該氣態之低沸點之人造工作流體。冷凝機50用以將已致使該蒸汽發電模組20產生電力後而輸出之該蒸汽及氣態之該人造工作流體冷卻成液體，以供循環利用。其中，該工作流體切換模組30用以切換使該地熱熱源生產井70中天然之熱水(溫度約攝氏九十度，蒸汽含量較低，熱水含量較高)輸入至該熱交換蒸發器40，以作為將液態之低沸點之人造工作流體加熱成該氣態之低沸點之人造工作流體之該熱水。亦即，當地熱熱源生產井70產出之工作流體溫度約為攝氏九十度而為高含量熱水時，工作流體切換模組30便切換使熱水被輸送至熱交換蒸發器40，用以致使液態之低沸點之人造工作流體被加熱蒸發成為氣態之人造工作流體，氣態之人造工作流體再被輸入至蒸汽發電模組20。其中，該熱交換蒸發器40之熱水係來自已驅動該熱水渦輪21運轉之後的熱水，亦即噴入至蒸汽發電模組20之熱水蒸汽且經過熱水渦輪21分離出來的熱水，經管路被輸送至熱交換蒸發器40而用以致使液態之低沸點之人造工作流體被加熱蒸發成為氣態之人造工作流體，氣態之人造工作流體再被輸入至蒸汽發電模組20，經過熱交換蒸發器40之熱水再被輸送至一注入井80，經由注入井80而將熱水回注入該地熱熱源內。亦即，經過熱交換蒸發器40後的熱水為已放熱後的水，其再被輸送至一注入井80以供回注入該地熱熱源內。

請參看圖5、6所示，達成本新型第六目的之一種具體實施例，係包括一工作流體供應模組10、一蒸汽發電模組20、一工作流體切換模組30、一熱交換蒸發器40及一冷凝機50。工作流體供應模組10包括一熱水蒸汽輸送管路11及一人造工作流體輸送管路12。工作流體供應模組10用以供應發電所需之工作流體，該工作流體係選自來自一地熱熱源生產井70中天然之熱水、熱水蒸汽及低沸點之人造工作流體至少其中一種。本新型實施時，其人造工作流體可以是R-134a四氟乙烷、Isobutane異丁烷或Isobutane異丁烷，視地熱流體溫度而定。蒸汽發電模組20之渦輪組件200包括同軸的一熱水渦輪21及一蒸汽渦輪22。工作流體切換模組30用以切換選擇使該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽(溫度約攝氏一百度，蒸汽含量較高)經由熱水蒸汽輸送管路11輸入至該蒸汽發電模組20中，及切換選擇使氣態之該低沸點之人造工作流體經由人造工作流體輸送管路12輸入至該蒸汽發電模組20中。熱水蒸汽輸送管路11將該地熱熱源生產井70中天然之熱水蒸汽輸入至該蒸汽發電模組20後，以該熱水渦輪21將該熱水蒸汽分離成熱水及蒸汽，以熱水驅動該熱水渦輪21運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，以蒸汽驅動該蒸汽渦輪22運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力，而人造工作流體輸送管路12將氣態之該低沸點之人造工作流體輸入至該蒸汽發電模組20後，該人造工作流體驅動該蒸汽渦輪22運轉而致使該蒸汽發電模組20之發電機23產生電力。熱交換蒸發器40則利用熱水而將液態之低沸點之人造工作流體加熱成該氣態之低沸點之人造工作流體。冷凝機50用以將已致使該蒸汽發電模組20產生電力後而輸出之該蒸汽及氣態之該人造工作流體冷卻成液體，以供循環利用。工作流體切換模組30用以切換使該地熱熱源生產井70中天然之熱水輸入至該熱交換蒸發器40，以作為將液態之低沸點之人造工作流體加熱成該氣態之低沸點之人造工作流體之該熱水。亦即，當地熱熱源生產井70產出之工作流體溫度約為攝氏九十度而為高含量熱水時，工作流體切換模組30便切換使熱水被輸送至熱交換蒸發器40，用以致使液態之低沸點之人造工作流體被加熱蒸發成為氣態之人造工作流體，氣態之人造工作流體再被輸入至蒸汽發電模組20。熱交換蒸發器40之熱水係來自已驅動該熱水渦輪21運轉之後的熱水，亦即噴入至蒸汽發電模組20之熱水蒸汽且經過熱水渦輪21分離出來的熱水，可如圖5所示被輸送至一注入井80並經注入井80而將熱水回注入該地熱熱源內，或可如圖6所示經管路被輸送至熱交換蒸發器40而用以致使液態之低沸點之人造工作流體被加熱蒸發成為氣態之人造工作流體，氣態之人造工作流體再被輸入至蒸汽發電模組20，經過熱交換蒸發器40之熱水再被輸送至一注入井80，經由注入井80而將熱水回注入該地熱熱源內。亦即，經過熱交換蒸發器40後的熱水為已放熱後的水，其再被輸送至一注入井80以供回注入該地熱熱源內。熱交換蒸發器40之熱水係可為來自已驅動該熱水渦輪21運轉之後的熱水，亦即噴入至蒸汽發電模組20之熱水蒸汽且經過熱水渦輪21分離出來的熱水，經管路被輸送至熱交換蒸發器40而用以致使液態之低沸點之人造工作流體被加熱蒸發成為氣態之人造工作流體，氣態之人造工作流體再被輸入至蒸汽發電模組20，經過熱交換蒸發器40之熱水再被輸送至一注入井80，經由注入井80而將熱水回注入該地熱熱源內。亦即，經過熱交換蒸發器40後的熱水為已放熱後的水，其再被輸送至一注入井80以供回注入該地熱熱源內。冷凝機50更包括一分離器51，該分離器51配合冷凝機50在將自該蒸汽發電模組20輸出的該蒸汽及氣態之該人造工作流體冷卻同時做分離而分別形成液態水及液態之人造工作流體，該液態水則輸送至一注入井80以供回注入該地熱熱源內，該液態之人造工作流體則供循環輸送至該熱交換蒸發器40及該蒸汽發電模組20。由於人造工作流體之沸點低於水，冷凝機50降溫溫度達水的沸點時，蒸汽便先凝結成液態水，分離器便可將液態水導出而輸送至注入井80，並使人造工作流體移至另一腔室而持續由冷凝機50冷卻成液態之人造工作流體，液態之人造工作流體再由回流幫浦60做循環輸送，亦即，熱蒸汽先被冷凝機冷卻成液態，仍為氣態的人造工作流體流至另一腔室中繼續被冷卻成液態，再由回流幫浦60輸送至熱交換蒸發器40。圖5所示為生產井70及注入井80為同一個井。圖6所示為生產井70及注入井80非為同一個井。

因此，藉由上述本新型技術特徵的建置，本新型可以選擇切換而將地熱熱源生產井之天然熱蒸汽或將氣態人造工作流體輸入至蒸汽發電模組中致使發電機產生電力，如此以同一蒸汽發電模組而可依工作流體的熱效率狀態選用二種不同的工作流體來致使發電，充份利用地熱，大幅降地機組的設備成本。而且，更可選擇將地熱熱源生產井產出的水含量高的熱水，利用人造工作流體的熱交換，將液態人造工作流體加熱成氣態，以驅動渦輪組而致使發電機產生電力，確實有效地擷取地熱能以充份發揮地熱發電效能。除此，生產井與注入井為同一井，可能降低鑿井取地熱的成本。本新型未見於同類習知技術，且具增進功效，並能供產業充份利用，已符合新型專利要件，爰依法具文提出申請，祁請鈞局早日依法核准專利，以維護本申請人合法之權益。

以上圖示例說明，僅為本新型之一可行實施例，並非用以限定本新型之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本新型之專利範圍內。