WO2024070490A1

WO2024070490A1 - 地熱発電システム及びシリカ系スケール析出制御方法

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Publication number: WO2024070490A1
Application number: PCT/JP2023/031960
Authority: WO
Inventors: 太一郎加藤; 慎弥宇井; 梓和田; 天龍姜; ふみ宇井
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2023-08-31
Publication date: 2024-04-04
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Abstract

シリカ系スケールの析出を制御することができる地熱発電システム。　生産井と、前記生産井から得られる地熱流体を蒸気と熱水に分離する汽水分離器と、前記汽水分離器で分離された蒸気により回転するタービンと、前記汽水分離器及び／またはタービンを経た地熱流体を還流する還元井と、前記汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、当該熱水のｐＨを測定するｐＨ測定システム、及び当該熱水の温度を測定する第１の温度計と、地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する注入装置と、前記アルカリ性薬剤の注入部、前記汽水分離器出口、または還元井入口から選択されるｐＨ推算ポイントの地熱流体の温度を測定する第２の温度計と、前記ｐＨ測定システム、第１の温度計、及び第２の温度計の測定結果に基づき、前記注入装置によるアルカリ性薬剤の注入を制御する制御装置とを含む、地熱発電システム。

Description

地熱発電システム及びシリカ系スケール析出制御方法

　本発明は、地熱発電システム及びシリカ系スケール析出制御方法に関する。

　従来、発電プラント、船舶システム、ボイラシステム、鉄鋼プラントなど、流体の流通系を備えるシステムにおいて、スケールの析出が問題になっている。特に、地熱発電プラント等、地熱流体を利用するシステムにおいては、シリカ系のスケール析出が問題となる。シリカスケールの析出を抑制するために、地熱流体のｐＨを制御する試みがなされてきた。

　汽水分離器で分離された分離熱水を熱水還元井へ戻す熱水戻しラインの分離熱水中に、酸化剤を供給することにより、分離熱水中の硫化水素（Ｈ_２Ｓ）から硫酸を地熱熱水中に生成させる地熱発電システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、分離熱水を酸性側として、熱水系統におけるシリカ成分のスケール付着を防止することができると開示している。

　生産井から採取した地熱水にスケール抑制剤を添加する工程と、スケール抑制剤の添加と同時又は前記スケール抑制剤の添加後に、アルカリ剤を添加してｐＨを９以上に調整する工程を含むスケール抑制方法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２は、地熱水を高ｐＨとしてシリカスケールの生成を抑制し、かつアルカリ剤の添加における無機陽イオンによる塩の析出を防止することができる。

　カルシウム及びシリカを含むスケールを抑制するために、流体が流通する配管内に、キレート剤及びアルカリ剤を供給する工程を含むスケール抑制方法が知られている（例えば、特許文献３を参照）。特許文献３は、スケールの析出を抑制しつつ、キレート剤の使用量を必要最小限に抑えることができる方法を提供する。

特開2015-90147号公報国際公開WO 2012/144277 特開2013-43145号公報

　スケールが問題になるプラントの中でも、地熱発電システムにおいては、内部を流通する地熱水の溶存シリカ濃度が高い。例えば、冷却水の溶存シリカ濃度が最大１５０ｐｐｍ程度であるのに対し、日本国内の地熱水の溶存シリカ濃度は、４５０～９００ｐｐｍにも達する。そのため、非晶質シリカなどのスケールを析出しやすいという問題があった。シリカ系スケールが析出することで、現状、タービン部や汽水分離器、熱交換器などでの定期的な開放点検が必須である。

　特許文献１に開示された方法では、地熱水を酸性領域に制御することを開示するが、目標とする酸性のｐＨ５～５．５付近は変動幅が大きく、地熱水のｐＨの制御が困難である。地熱水のｐＨが５未満となると配管腐食の問題が顕著であり、５．５を超えるとスケール防止効果が少ないという問題があった。

　また、特許文献１では、酸化剤を注入後にｐＨ計でｐＨを測定して酸化剤の注入量を制御するが、ｐＨ計自体にスケールが付着することを防止する方法がないため、時間経過と共にｐＨを正確に測定できなくなるという問題があった。

　特許文献２、３に開示された方法では、地熱水をアルカリ性領域に制御するため、酸化剤を添加してもｐＨの変動は緩慢であり、配管腐食の問題は生じにくい。しかし、ｐＨ計にスケールが付着し、ｐＨ測定の正確性が担保できない問題があった。これに加え、特許文献２、３に開示された方法では、スケール抑制剤やキレート剤の添加に、コストがかかる問題もあった。

　地熱発電システムにおいて、地熱流体に起因するスケール付着を防止するための、効果的かつ経済的な地熱流体のｐＨ制御方法が求められる。

　本発明者らは、ｐＨ計へのスケール付着を防止して、地熱流体のｐＨを正確に測定するとともに、地熱流体のｐＨをアルカリ性側の、特定の範囲内の値に制御する方法を見出し、本発明を完成するに至った。

　すなわち、本発明の実施形態によれば、以下を含む。
［１］　生産井と、
　前記生産井から得られる地熱流体を蒸気と熱水に分離する汽水分離器と、
　前記汽水分離器で分離された蒸気により回転するタービンと、
　前記汽水分離器及び／またはタービンを経た地熱流体を還流する還元井と、
　前記汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、当該熱水のｐＨを測定するｐＨ測定システム、及び当該熱水の温度を測定する第１の温度計と、
　地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する注入装置と、
　前記アルカリ性薬剤の注入部、前記汽水分離器出口、または還元井入口から選択されるｐＨ推算ポイントの地熱流体の温度を測定する第２の温度計と、
　前記ｐＨ測定システム、第１の温度計、及び第２の温度計の測定結果に基づき、前記注入装置によるアルカリ性薬剤の注入を制御する制御装置と
を含む、地熱発電システムであって
　前記ｐＨ測定システムが、螺旋管と、ｐＨ計とを備え、開閉バルブを介して前記タービン下流の復水ポンプに接続されている、地熱発電システム。
［２］　前記ｐＨ測定システムが、洗浄剤の注入部をさらに含む、［１］に記載のシステム。
［３］　前記注入装置が、前記生産井と前記汽水分離器の間の配管に接続される、［１］に記載のシステム。
［４］　前記第２の温度計が、前記生産井と前記汽水分離器の間の配管に設けられる［３］に記載のシステム。
［５］　前記第２の温度計が、前記還元井入口に設けられる［３］に記載のシステム。
［６］　前記注入装置が、前記汽水分離器の熱水部に接続される［１］に記載のシステム。
［７］　（ａ）地熱発電システムのｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程と、
　（ｂ）汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程と、
　（ｃ）前記工程（ａ）及び（ｂ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程と、
　（ｄ）前記工程（ｃ）の推算結果に基づき、地熱流体へのアルカリ性薬剤注入の要否を決定する工程と
を含む、シリカ系スケール析出制御方法。
［８］　前記工程（ｄ）において、ｐＨがアルカリ性領域の所定の範囲未満の場合に、前記地熱流体へのアルカリ性薬剤注入が必要と決定する、［７］に記載の方法。
［９］　（ｅ）前記工程（ｄ）において、アルカリ性薬剤注入が必要と決定された場合に、アルカリ性薬剤の注入量を決定する工程と、
　（ｆ）前記工程（ｅ）の決定結果に基づき、前記地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する工程と、
　（ｇ）前記工程（ｆ）の終了後、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程と、
　（ｈ）前記工程（ｆ）の終了後、汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程と、
　（ｉ）前記工程（ｇ）及び（ｈ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程と、
　（ｊ）前記工程（ｉ）の推算結果に基づき、前記地熱流体へのアルカリ性薬剤注入量の増減または維持を決定する工程と
をさらに含む［７］に記載の方法。
［１０］　前記工程（ｊ）において、ｐＨがアルカリ性領域の所定の範囲未満の場合にアルカリ性薬剤注入量を増加すると決定し、ｐＨがアルカリ性領域の所定の範囲を超える場合にアルカリ性薬剤注入量を低減すると決定し、ｐＨがアルカリ性領域の所定の範囲内の場合にアルカリ性薬剤注入量を維持すると決定する、［９］に記載の方法。
［１１］　前記工程（ｊ）において、アルカリ性薬剤注入量を増加すると決定された場合に、
　（ｋ）アルカリ性薬剤の増加後の注入量を決定する工程と、
　（ｌ）前記工程（ｋ）の決定結果に基づき、地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する工程と、
　（ｍ）前記工程（ｌ）の終了後、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程と、
　（ｎ）前記工程（ｌ）の終了後、汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程と、
　（ｏ）前記工程（ｍ）及び（ｎ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程と
を含む、ｐＨ上昇・推算操作を行い、
　前記工程（ｊ）において、アルカリ性薬剤注入量を低減すると決定された場合に、
　（ｐ）アルカリ性薬剤の低減後の注入量を決定する工程と、
　（ｑ）前記工程（ｐ）の決定結果に基づき、地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する工程と、
　（ｒ）前記工程（ｑ）の終了後、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程と、
　（ｓ）前記工程（ｑ）の終了後、汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程と、
　（ｔ）前記工程（ｒ）及び（ｓ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程と
を含む、ｐＨ低下・推算操作を行う、［１０］に記載の方法。
［１２］　前記工程（ｏ）または工程（ｑ）の推算結果に基づき、前記地熱流体へのアルカリ性薬剤注入量の増減または維持を決定する工程をさらに含み、ｐＨ推算値が所定のアルカリ性領域の所定の範囲に達するまで、前記ｐＨ上昇・推算操作または前記ｐＨ低下・推算操作を繰り返す、［１１］に記載の方法。

　本発明に係る地熱発電システム、並びにシリカ系スケール析出制御方法によれば、ｐＨ計へのスケールの付着を防止し、ｐＨを長期間にわたって正確に測定することが可能になる。また、これにより、地熱流体の性状をｐＨが約８から９の間に保持し、シリカスケールの析出が問題となっているプラントにおいて、メンテナンス周期を長期化することができ、プラントの安定的な運転に資することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る地熱発電システムを概念的に示す図である。図２Ａは、本発明の一実施形態に係るシリカ系スケール析出制御方法を説明するフローチャートである。図２Ｂは、本発明の一実施形態に係るシリカ系スケール析出制御方法を説明するフローチャートであって、図２Ａに続く制御を説明する図である。図３は、本発明の第２実施形態に係る地熱発電システムを概念的に示す図である。図４は、本発明の第３実施形態に係る地熱発電システムを概念的に示す図である。

　以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。

　本発明は一実施形態によれば、地熱発電システム及びシリカ系スケール析出制御方法に関する。

　図１は、第１実施形態による地熱発電システムを概念的に示す図である。図１に示す地熱発電システムは、地熱流体を動力源として、発電を行うシステムであって、主として、生産井５と、汽水分離器６と、タービン７と、復水器８と、復水ポンプ９と、還元井１９とを備える。地熱発電システムは、スケール制御のための構成として、薬剤タンク１と、薬剤の注入装置の一例である薬剤注入ポンプ２と、制御装置３と、第１の温度計１５と、第２の温度計４と、ｐＨ測定システム２０とをさらに備える。図中、太い実線矢印は地熱流体と、地熱流体に由来する成分である蒸気、熱水、及び復水の流れを表す。細い実線矢印は薬剤の流れを表す。破線は制御に関する信号を表す。

　地熱発電システムにおける地熱流体の流れについて説明する。生産井５は、地中の地熱貯留層にある熱水、蒸気、またはそれらの混合物である地熱流体を地上に導き出す井戸である。生産井５から導き出された地熱流体は、汽水分離器６にて気体成分である蒸気と、液体成分である熱水に分離される。分離された蒸気はタービン７に導かれ、タービンの回転に使用されて、発電機にて電気を生産する。タービン７で仕事をした蒸気は、復水器８にて冷却・凝縮されて復水となる。復水は、復水ポンプ９にて、冷却塔１０に送られる。一方、汽水分離器６にて分離された熱水は、任意選択的に、図示しない熱交換器等を経て、熱水ピット１８に導かれ、還元井１９に返送される。熱水ピット１８に導かれる熱水の一部は、図示しない、温泉施設などの後段熱利用を行う施設に導かれる場合もある。

　バイナリ発電システムの場合には、汽水分離器６の後段に、第２の汽水分離器を設けて、第２の汽水分離器で分離された蒸気が低沸点媒体を加熱する。加熱された低沸点媒体は、第２のタービン回転に使用される。低沸点媒体は、循環しながら、蒸発・凝縮を繰り返して用いられ、汽水分離器６で分離された熱水は、低沸点媒体の加熱に用いることもある。本発明においては、低沸点媒体により第２のタービンを稼働させる発電の詳細は図示しないが、本発明に係る地熱発電システムは、バイナリ発電システムと、地熱蒸気のみによりタービンを稼働させるシステムに共通する構成について述べており、バイナリ発電システムと、地熱蒸気のみによりタービンを稼働させるシステムの両者が本発明の範囲に入るものとする。

　図１を参照すると、汽水分離器６には、ｐＨ測定システム２０及び第１の温度計１５が接続される。ｐＨ測定システム２０には、汽水分離器６で分離した熱水成分の一部が流入可能に構成される。より詳細には、ｐＨ測定システム２０は、主として、汽水分離器６から分岐した配管と、螺旋管１４と、ｐＨ計１６とが、この順に接続されて構成される。汽水分離器６から分岐した配管には、復水ポンプ９からの配管が接続され、任意選択的に洗浄剤注入装置１３を接続することもできる。そして、汽水分離器６との間に位置する第１の開閉バルブ１２、復水ポンプ９との間に位置する第２の開閉バルブ１１、ｐＨ計１６の後段に位置する第３の開閉バルブ１７により、ｐＨ測定システム２０の内部には、熱水を滞留させることができる。このような構成により、一定の時間にわたって、物質の移動を遮断した状態で、熱水のｐＨを測定することが可能となる。

　ｐＨ測定システム２０中、熱水が流通する管は、主として金属で構成することができ、ステンレス管等の腐食耐性のある金属で構成することが好ましい。熱水が流通する管は、直径が、例えば、外径が２～１２．７ｍｍ程度であってよい。または、熱水が流通する管は、汽水分離器６から熱水ピット１８に熱水を送る輸送管に対して、直径の比が外径比約０．００４～０．０２８以下の、比較的細い管を用いることが好ましい。螺旋管１４は、汽水分離器６から分離される２００℃程度の高温の熱水の温度を、８０℃程度まで低減するために十分な表面積を確保することができればよく、螺旋の直径や巻数などは特には限定されない。ただし、螺旋管１４は、その外表面が常温の大気に接触可能な態様で設置することが好ましい。ｐＨ計１６は、一般的に用いられる多孔質ガラス電極を備え、約５～１１の範囲のｐＨを測定可能な装置であればよい。

　ｐＨ測定システム２０の稼働について説明する。熱水のｐＨを測定する場合には、汽水分離器６との間の第１の開閉バルブ１２を開放し、熱水をｐＨ測定システム２０内部に導入する。第２の開閉バルブ１１は、ｐＨ測定中は閉じたままとする。汽水分離器６からの熱水は、高速で螺旋管１４を通り、螺旋管１４を通過する間に放熱して、ｐＨ計１６に到達する。ｐＨ測定システム２０の内部に熱水が満たされたら、第１の開閉バルブ１２、第３の開閉バルブ１７を閉じる。これにより、熱水をｐＨ測定システム２０の内部に滞留させた状態で、ｐＨ計１６で、熱水のｐＨを測定する。第１の温度計１５で、ｐＨ計１６付近の配管の温度を測定することにより、熱水の温度を得るものであってよい。第１の温度計１５は、配管に接触して温度を測定する温度計であってもよく、非接触で配管の温度を測定可能な温度計であってもよい。あるいは、配管の温度ではなく熱水の温度を直接測定する温度計であってもよい。

　ｐＨ計１６で得られた熱水のｐＨ及び第１の温度計１５で得られた熱水の温度は、制御装置３に送られる。ｐＨ計１６で得られた熱水のｐＨ及び第１の温度計１５で得られた熱水の温度は、本明細書において、ｐＨ測定ポイントで得られた熱水のｐＨ及び温度と指称する場合がある。

　熱水のｐＨ及び温度の測定後は、第３の開閉バルブ１７を開放し、測定済の熱水をｐＨ測定システム２０の内部から、熱水ピット１８に放出する。次いで、ｐＨ測定システム２０内部の洗浄を行うことができる。ｐＨ測定システム２０の洗浄を行う際は、第１の開閉バルブ１２は閉じ、第３の開閉バルブ１７を開放した状態で、第２の開閉バルブ１１を開放する。復水ポンプ９に接続される配管からは、常温にまで温度が低減された復水が高圧で、汽水分離器６から分岐した配管に流入する。これにより、ｐＨ測定システム２０内部の配管に、常温で、スケールの含有量が比較的少ない復水が、高速で流れる。なお、復水の速度は、復水ポンプ９の圧力で調整することができる。高速で流れる復水は、ｐＨ測定中に配管に付着し、あるいは成長しつつあるスケールを物理的に剥離することができる。スケール付着が懸念される場合には、任意選択的に、洗浄剤注入装置１３からスケールの洗浄剤を、ｐＨ測定システム２０の配管内に注入可能に構成することができる。洗浄剤としては、フッ酸、水酸化ナトリウムなどを用いることができるが、特定の洗浄剤には限定されない。

　洗浄の完了後、次の使用までの間、ｐＨ測定システム２０の配管には、復水や洗浄液、水道水等の液体を滞留させた状態で、バルブ１１、１２、１７を閉止することができる。また、この際、ｐＨ計の検知部については、ｐＨ計の参照電極の溶液であるＫＣｌ溶液中に保存可能な構成とすることが好ましい。

　第２の温度計４は、生産井５と汽水分離器６との間の地熱流体の温度を測定する。より詳細には、生産井５と汽水分離器６との間の地熱流体が流れる配管の温度を測定することにより地熱流体の温度を得ることができる。第２の温度計４も、第１の温度計１５と同様の構成であってよく、第１の温度計１５について記述したとおりの他の方法で地熱流体の温度を得ることも可能である。第２の温度計４で得られた熱水の温度は、制御装置３に送られる。第２の温度計４で得られた温度は、第２の温度計４が設置される部位の地熱流体のｐＨを推算するために用いられる。このため、本明細書において、第２の温度計４で得られた温度は、ｐＨ推算ポイントで得られた温度と指称する場合がある。

　薬剤タンク１と、薬剤注入ポンプ２は、ｐＨを調整可能な薬剤、典型的にはアルカリ性の薬剤を、地熱発電システムを流れる地熱流体に注入可能な態様で接続される。図１に示す第１実施形態においては、生産井５と汽水分離器６との間の配管に、薬剤注入ポンプ２が接続される。薬剤注入の開始、停止並びに、薬剤注入量は、制御装置３により制御可能に構成される。

　制御装置３は、ｐＨ計１６、第１の温度計１５、第２の温度計４に電気的に接続されて、これらの実測データを取得するとともに、実測データに基づいて、第２の温度計４が設置される部位であるｐＨ推算ポイントのｐＨを推定する計算を行う。また、これらの計算結果に基づいて、薬剤注入ポンプ２の運転開始、停止、注入量の計算を行い、薬剤注入ポンプ２に指令を出すことができる。したがって、制御装置３は、これらの計算に関するアルゴリズムを組み込んだコンピュータであってよい。計算及び指令の詳細は、後述する。

　次に、図１に示す地熱発電システムを用いた、シリカ系スケール析出制御方法について説明する。シリカ系スケール析出制御方法は、地熱発電システム中の、所定の部位のｐＨの値を推算し、推算値を、８以上であって９以下に保持するように、地熱流体への薬剤注入を制御することが可能な方法に関する。

　より詳細には、シリカ系スケール析出制御方法は以下の工程を含む。
　（ａ）地熱発電システムのｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程と、
　（ｂ）汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程
　（ｃ）前記工程（ａ）及び（ｂ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程
　（ｄ）前記工程（ｃ）の推算結果に基づき、前記地熱流体にアルカリ性薬剤注入の要否を決定する工程

　図２Ａ、図２Ｂは、シリカ系スケール析出制御方法の一例を説明するフローチャートである。以下、図１に示す第１実施形態による地熱発電システムの概念図及びフローチャートを参照して説明する。なお、工程（ｃ）における地熱流体は、ｐＨ推算ポイントの位置により、蒸気と熱水の混合物である場合も、熱水である場合もあり、フローチャートでは熱水を例示して記載する。両者を含めて、地熱流体と指称する。

　地熱発電システムにおいて、シリカ系スケール析出制御方法は、定期的に実施することが好ましく、例えば、月に１回、２か月に１回程度実施することができる。しかし、必要に応じて、実施の頻度を増減させることができる。

　工程（ａ）では、地熱発電システムのｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する。第１実施形態において、ｐＨ推算ポイントは、生産井５と汽水分離器６の間であり、第２の温度計４によりｐＨ推算ポイントにおける地熱流体が流れる配管の温度を測定することができる。工程（ａ）は、図２ＡのフローチャートのＳ１に対応する。

　工程（ｂ）では、汽水分離器６で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する。工程（ｂ）は、ｐＨ測定システム２０を稼働し、ｐＨ計１６で熱水のｐＨを測定する。また、第１の温度計１５で、熱水が流れる配管の温度を測定し、熱水の温度を得ることができる。工程（ｂ）は、図２ＡのフローチャートのＳ２、Ｓ３に対応する。

　工程（ｃ）では、前記工程（ａ）及び（ｂ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する。具体的には、工程（ａ）及び（ｂ）で得られた測定値を、制御装置３に送る。そして、制御装置３に予め組み込まれたアルゴリズムに基づき、ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算することができる。アルゴリズムは、温度とｐＨの関係式に基づき、ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを算出可能なものであってよい。温度とｐＨの関係式は、例えば、Ｔｈｅ　Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔ’ｓ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ（登録商標）のような市販のソフトウェアを用いて計算することができる。工程（ｃ）は、図２ＡのフローチャートのＳ４に対応する。

　工程（ｄ）では、前記工程（ｃ）の推算結果に基づき、前記地熱流体へのアルカリ性薬剤注入の要否を決定する。より具体的には、ｐＨ推算値が、スケールを生成しにくいアルカリ性領域の、所定の範囲の下限値未満であるか、下限値以上であるかにより、地熱流体に、アルカリ性薬剤を注入するか否かを決定する。スケールを生成しにくいアルカリ性領域の所定の範囲は、特には限定されないが、ｐＨ８～１１の範囲内で当業者が範囲を設定することができ、例えば、ｐＨが８以上９以下とすることができる。フローチャート及び以下の説明は、アルカリ性領域の所定の範囲、すなわち、適正なｐＨ推算値の範囲が、８以上９以下である場合を例示して説明する。工程（ｄ）は、図２ＡのフローチャートのＳ５に対応する。ｐＨ推算値が８以上である場合、地熱水がスケールの析出抑制が可能な性状にあると判断し、発電を継続する（Ｓ６）。制御装置３は、薬剤注入ポンプに指令を送ることなく、制御を終了する（ＥＮＤ）。

　一方、工程（ｄ）において、ｐＨ推算値が、８未満である場合、前記地熱流体にアルカリ性薬剤注入が必要と決定し、さらに以下の工程（ｅ）～（ｊ）を含む
　（ｅ）前記工程（ｄ）において、アルカリ性薬剤注入が必要と決定された場合に、アルカリ性薬剤の注入量を決定する工程
　（ｆ）前記工程（ｅ）の決定結果に基づき、前記地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する工程
　（ｇ）前記工程（ｆ）の終了後、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程
　（ｈ）前記工程（ｆ）の終了後、汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程
　（ｉ）前記工程（ｇ）及び（ｈ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程
　（ｊ）前記工程（ｉ）の推算結果に基づき、前記地熱流体へのアルカリ性薬剤注入量の増減、または維持を決定する工程

　工程（ｅ）では、アルカリ性薬剤の注入量を決定する。アルカリ性薬剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸水素ナトリウムなどを用いることができるが、特定の薬剤には限定されない。アルカリ性薬剤の注入量は、工程（ｃ）で得られたｐＨ推算値と、ｐＨ推算ポイントにおける地熱発電システムに固有の、設計仕様の熱水流量に基づいて、注入後の熱水のｐＨ目標値が、８以上であって９以下となるように計算することができる。計算は、制御装置３に予め組み込まれたアルゴリズムにより実施することができる。工程（ｅ）は、フローチャートのＳ７に対応する。

　工程（ｆ）では、工程（ｅ）の決定結果に基づき、前記地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する。アルカリ性薬剤の注入は、制御装置３により、薬剤注入ポンプ２を稼働させて実施することができる。工程（ｆ）は、フローチャートのＳ８、Ｓ９に対応する。

　工程（ｇ）では、前記工程（ｆ）の終了後に、再度、ｐＨ推算値を得るために、ｐＨ推算ポイントにおける温度を得る。操作は工程（ａ）と同様であってよい。また、工程（ｈ）では、前記工程（ｆ）の終了後に、再度、ｐＨ推算値を得るために、ｐＨ測定ポイントにおけるｐＨ及び温度を得る工程である。操作は工程（ｂ）と同様であり、汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する。工程（ｇ）は、フローチャートのＳ１０に対応し、工程（ｈ）は、Ｓ１１、Ｓ１２に対応する。

　工程（ｉ）では、工程（ｇ）及び（ｈ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する。工程（ｉ）は、フローチャートのＳ１３に対応し、アルカリ性薬剤を注入後のｐＨ推算値を得ることができる。

　工程（ｊ）では、前記工程（ｉ）の推算結果に基づき、前記地熱流体へのアルカリ性薬剤注入量の増減、または維持を決定する。本工程では、ｐＨ推算値が、アルカリ性領域の所定の範囲未満（すなわち８未満）である場合、アルカリ性領域の所定の範囲内（すなわち、８以上９以下）である場合、アルカリ性領域の所定の範囲を超える場合（すなわち、９を超える場合）の３つの場合に分け、それぞれ制御を行う。フローチャートは、図２ＡのＳ１３の後、図２ＢのフローチャートのＡに進む。工程（ｊ）は、図２ＢのフローチャートのＳ１４に対応する。ｐＨ推算値が８以上９以下である場合には、地熱水がスケールの析出抑制が可能な性状にあると判断し、Ｓ１５に進んで、発電を継続する。制御装置３は、薬剤注入ポンプ２に追加の指令を送ることなく、制御を終了する（ＥＮＤ）。したがって、工程（ｅ）で決定した量の薬剤の注入が継続され、発電が継続される。

　次に、工程（ｊ）において、ｐＨ推算値が所定の好ましい範囲未満、例えば、８未満である場合には、アルカリ性薬剤注入量を増加すると決定され、以下の工程をさらに含む。
　（ｋ）アルカリ性薬剤の増加後の注入量を決定する工程
　（ｌ）前記工程（ｋ）の決定結果に基づき、前記地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する工程
　（ｍ）前記工程（ｌ）の終了後、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程
　（ｎ）前記工程（ｌ）の終了後、汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程
　（ｏ）前記工程（ｍ）及び（ｎ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程
　これらの工程（ｋ）から（ｏ）を含む操作を、ｐＨ上昇・推算操作ということができる。

　工程（ｋ）、（ｌ）は、ｐＨ推算値が、８未満である場合、すなわち、工程（ｅ）で決定したアルカリ性薬剤の注入量が、ｐＨ推算ポイントにおけるｐＨ値を上昇させるのに十分ではなかった場合に行う。Ｓ１４において、ｐＨ推算値が８未満の場合、Ｓ２１に進む。

　工程（ｋ）では、アルカリ性薬剤の増加後の注入量を決定する。ｐＨ推算値が、８未満である場合には、工程（ｅ）の計算に用いた、ｐＨ推算ポイントにおける設計仕様の熱水流量と比較して、ｐＨ推算ポイントにおける現実の熱水流量がより大きいと推測される。したがって、工程（ｅ）で決定されたアルカリ性薬剤の注入量と、工程（ｊ）において得られたｐＨ推算値から、ｐＨ推算ポイントにおける現実の熱水流量を計算する。計算は、制御装置３に予め組み込まれたアルゴリズムにより実施することができる。そして、計算により得られた、ｐＨ推算ポイントにおける現実の熱水流量から、アルカリ性薬剤の増加後の注入量を決定することができる。工程（ｋ）は、フローチャートのＳ２１、Ｓ２２に対応する。

　続く工程（ｌ）では、前記工程（ｋ）の決定結果に基づき、地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する。工程（ｌ）は、フローチャートのＳ２３に対応する。

　工程（ｍ）では、前記工程（ｌ）の終了後に、再度、ｐＨ推算値を得るために、ｐＨ推算ポイントにおける温度を得る。操作は工程（ａ）と同様であってよい。また、工程（ｎ）では、前記工程（ｌ）の終了後に、再度、ｐＨ推算値を得るために、ｐＨ測定ポイントにおけるｐＨ及び温度を得る。操作は工程（ｂ）と同様であり、汽水分離器６で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する。工程（ｍ）は、フローチャートのＳ２４に対応し、工程（ｎ）は、Ｓ２５、Ｓ２６に対応する。

　工程（ｏ）では、工程（ｍ）及び（ｎ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する。工程（ｏ）は、フローチャートのＳ２７に対応する。これらのｐＨ上昇・推算操作により、ｐＨの上昇を狙ってアルカリ性薬剤の注入量を増加した後のｐＨ推算値を得ることができる。

　一方、工程（ｊ）において、ｐＨ推算値が、所定の好ましい範囲、例えば９を超える場合には、アルカリ性薬剤注入量を低減すると決定され、以下の工程をさらに含む。
　（ｐ）アルカリ性薬剤の低減後の注入量を決定する工程
　（ｑ）前記工程（ｐ）の決定結果に基づき、前記地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する工程
　（ｒ）前記工程（ｑ）の終了後、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程
　（ｓ）前記工程（ｑ）の終了後、汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程
　（ｔ）前記工程（ｒ）及び（ｓ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程
　これらの工程（ｐ）から（ｔ）を含む操作を、ｐＨ低下・推算操作ということができる。

　工程（ｐ）から（ｔ）は、Ｓ１４において、ｐＨ推算値が、９を超える場合、すなわち、工程（ｅ）で決定したアルカリ性薬剤の注入量が、熱水のｐＨを、適切な範囲を超えて上昇させた場合に行う。Ｓ１４において、ｐＨ推算値が、９を超える場合、Ｓ３１に進む。

　工程（ｐ）では、アルカリ性薬剤の低減後の注入量を決定する。ｐＨ推算値が、９を超える場合には、工程（ｅ）の計算に用いた、ｐＨ推算ポイントにおける設計仕様の熱水流量と比較して、ｐＨ推算ポイントにおける現実の熱水流量がより小さいと推測される。したがって、工程（ｅ）で決定されたアルカリ性薬剤の注入量と、工程（ｊ）において得られたｐＨ推算値から、ｐＨ推算ポイントにおける現実の熱水流量を計算する。計算は、制御装置３に予め組み込まれたアルゴリズムにより実施することができる。そして、計算により得られた、ｐＨ推算ポイントにおける現実の熱水流量から、アルカリ性薬剤の低減後の注入量を決定することができる。工程（ｐ）は、フローチャートのＳ３１、Ｓ３２に対応する。

　続く工程（ｑ）では、前記工程（ｐ）の決定結果に基づき、前記地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する。工程（ｑ）は、フローチャートのＳ３３に対応する。

　工程（ｒ）では、前記工程（ｑ）の終了後に、再度、ｐＨ推算値を得るために、ｐＨ推算ポイントにおける温度を得る。操作は工程（ａ）と同様であってよい。また、工程（ｐ）では、前記工程（ｑ）の終了後に、再度、ｐＨ推算値を得るために、ｐＨ測定ポイントにおけるｐＨ及び温度を得る工程である。操作は工程（ｂ）と同様であり、汽水分離器６で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する。工程（ｒ）は、フローチャートのＳ３４に対応し、工程（ｓ）は、Ｓ３５、Ｓ３６に対応する。

　工程（ｔ）では、工程（ｒ）及び（ｓ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する。工程（ｔ）は、フローチャートのＳ３７に対応する。これらのｐＨ低下・推算操作により、ｐＨの低下を狙ってアルカリ性薬剤の注入量を低減した後のｐＨ推算値を得ることができる。

　フローチャートのＳ２７またはＳ３７で、アルカリ性薬剤の注入量の増加または低減後のｐＨ推算値が得られたら、Ｓ１４に戻り、判定式に従って次の工程を決定する。すなわち、ｐＨが８未満の場合は、ｐＨ上昇・推算操作（工程（ｋ）から（ｏ）、Ｓ２１からＳ２７）を行い、ｐＨが９を超える場合は、ｐＨ低下・推算操作（工程（ｐ）から（ｔ）、Ｓ３１からＳ３７）を行う。ｐＨが８以上９以下の場合には、Ｓ１５に進んで制御を終了する。これらの操作は、ｐＨ推算値が、所定の好ましい範囲となるまで、例えば図２Ｂでは、８以上９以下となるまで繰り返すことが好ましい。

　このようにして、地熱発電システムを流れる地熱流体のｐＨを、所定のｐＨ推算ポイントにおいて、所定の値の範囲内に制御することにより、地熱流体がスケールを生成しやすい性状となることを防止し、シリカ系スケール析出を制御することができる。

　第１実施形態による地熱発電システムによれば、生産井５と汽水分離器６との間のｐＨ推算値を得ること、並びに生産井５と汽水分離器６との間の地熱流体にアルカリ薬剤を注入することで、地熱流体のｐＨを制御し、スケールの付着を抑制することができる。

　次に、図３は、本発明の第２実施形態による地熱発電システムを概念的に示す図である。図３に示す地熱発電システムは、汽水分離器３６の熱水の出口に第２の温度計３４を設ける点、並びに薬剤注入ポンプ３２が、汽水分離器３６内の熱水部に薬剤を注入するように構成されている点で、第１実施形態とは異なっている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。また、シリカ系スケール析出制御方法の各工程についても、第１実施形態と同様である。汽水分離器３６内の熱水部とは、汽水分離器３６に流入する地熱流体中の蒸気が分離されて得られる熱水が流れる部分をいう。

　本発明の第２実施形態による地熱発電システムによれば、アルカリ性薬剤を汽水分離器３６内の熱水部に注入することにより、タービンで用いる地熱蒸気の温度を低下させるおそれがなく、第１実施形態の場合と比較して、熱損失を防止することができる。

　次に、図４は、本発明の第３実施形態による地熱発電システムを概念的に示す図である。図４に示す地熱発電システムは、還元井７９の入口に第２の温度計６４を設け、熱水ピットを設けない点で、第１実施形態とは異なっている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。また、シリカ系スケール析出制御方法の各工程についても、第１実施形態と同様である。

　本発明の第３実施形態による地熱発電システムによれば、還元井７９の入口を、ｐＨ推算ポイントとし、還元井７９に入る熱水の温度を、アルカリ性薬剤の注入量を決定するパラメータとする。これにより、還元井７９に至るまでの配管のスケール生成を防止することができる。そのため、従来必須であった熱水ピットでのスケール沈殿工程を不要とし、熱水ピットを設けなくてもよくなるといった利点が得られる。

　１、３１、６１　薬剤タンク、２、３２、６２　薬剤注入ポンプ
　３、３３、６３　制御装置、４、３４、６４　第２の温度計、５、３５、６５　生産井
　６、３６、６６　汽水分離器、７、３７、６７　タービン　８、３８、６８　復水器
　９、３９、６９　復水ポンプ、１０、４０、７０　冷却塔、
　１１、４１、７１　第２の開閉バルブ、１２、４２、７２　第１の開閉バルブ、
　１３、４３、７３　洗浄剤注入装置、１４、４４、７４　螺旋管
　１５、４５、７５　第１の温度計、１６、４６、７６　ｐＨ計
　１７、４７、７７　第３の開閉バルブ、１８、４８　熱水ピット
　１９、４９、７９　還元井

Claims

　生産井と、
　前記生産井から得られる地熱流体を蒸気と熱水に分離する汽水分離器と、
　前記汽水分離器で分離された蒸気により回転するタービンと、
　前記汽水分離器及び／またはタービンを経た地熱流体を還流する還元井と、
　前記汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、当該熱水のｐＨを測定するｐＨ測定システム、及び当該熱水の温度を測定する第１の温度計と、
　地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する注入装置と、
　前記アルカリ性薬剤の注入部、前記汽水分離器出口、または還元井入口から選択されるｐＨ推算ポイントの地熱流体の温度を測定する第２の温度計と、
　前記ｐＨ測定システム、第１の温度計、及び第２の温度計の測定結果に基づき、前記注入装置によるアルカリ性薬剤の注入を制御する制御装置と
を含む、地熱発電システムであって
　前記ｐＨ測定システムが、螺旋管と、ｐＨ計とを備え、開閉バルブを介して前記タービン下流の復水ポンプに接続されている、地熱発電システム。
　前記ｐＨ測定システムが、洗浄剤の注入部をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
　前記注入装置が、前記生産井と前記汽水分離器の間の配管に接続される、請求項１に記載のシステム。
　前記第２の温度計が、前記生産井と前記汽水分離器の間の配管に設けられる請求項３に記載のシステム。
　前記第２の温度計が、前記還元井入口に設けられる請求項３に記載のシステム。
　前記注入装置が、前記汽水分離器の熱水部に接続される請求項１に記載のシステム。
　（ａ）地熱発電システムのｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程と、
　（ｂ）汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程と、
　（ｃ）前記工程（ａ）及び（ｂ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程と、
　（ｄ）前記工程（ｃ）の推算結果に基づき、地熱流体へのアルカリ性薬剤注入の要否を決定する工程と
を含む、シリカ系スケール析出制御方法。
　前記工程（ｄ）において、ｐＨがアルカリ性領域の所定の範囲未満の場合に、前記地熱流体へのアルカリ性薬剤注入が必要と決定する、請求項７に記載の方法。
　（ｅ）前記工程（ｄ）において、アルカリ性薬剤注入が必要と決定された場合に、アルカリ性薬剤の注入量を決定する工程と、
　（ｆ）前記工程（ｅ）の決定結果に基づき、前記地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する工程と、
　（ｇ）前記工程（ｆ）の終了後、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程と、
　（ｈ）前記工程（ｆ）の終了後、汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程と、
　（ｉ）前記工程（ｇ）及び（ｈ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程と、
　（ｊ）前記工程（ｉ）の推算結果に基づき、前記地熱流体へのアルカリ性薬剤注入量の増減または維持を決定する工程と
をさらに含む請求項７に記載の方法。
　前記工程（ｊ）において、ｐＨがアルカリ性領域の所定の範囲未満の場合にアルカリ性薬剤注入量を増加すると決定し、ｐＨがアルカリ性領域の所定の範囲を超える場合にアルカリ性薬剤注入量を低減すると決定し、ｐＨがアルカリ性領域の所定の範囲内の場合にアルカリ性薬剤注入量を維持すると決定する、請求項９に記載の方法。
　前記工程（ｊ）において、アルカリ性薬剤注入量を増加すると決定された場合に、
　（ｋ）アルカリ性薬剤の増加後の注入量を決定する工程と、
　（ｌ）前記工程（ｋ）の決定結果に基づき、地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する工程と、
　（ｍ）前記工程（ｌ）の終了後、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程と、
　（ｎ）前記工程（ｌ）の終了後、汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程と、
　（ｏ）前記工程（ｍ）及び（ｎ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程と
を含む、ｐＨ上昇・推算操作を行い、
　前記工程（ｊ）において、アルカリ性薬剤注入量を低減すると決定された場合に、
　（ｐ）アルカリ性薬剤の低減後の注入量を決定する工程と、
　（ｑ）前記工程（ｐ）の決定結果に基づき、地熱流体にアルカリ性薬剤を注入する工程と、
　（ｒ）前記工程（ｑ）の終了後、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体の温度を測定する工程と、
　（ｓ）前記工程（ｑ）の終了後、汽水分離器で分離された熱水の一部を抽出し、放熱してｐＨ及び温度を測定する工程と、
　（ｔ）前記工程（ｒ）及び（ｓ）の測定結果に基づき、前記ｐＨ推算ポイントにおける地熱流体のｐＨを推算する工程と
を含む、ｐＨ低下・推算操作を行う、請求項１０に記載の方法。
　前記工程（ｏ）または工程（ｑ）の推算結果に基づき、前記地熱流体へのアルカリ性薬剤注入量の増減または維持を決定する工程をさらに含み、ｐＨ推算値が所定のアルカリ性領域の所定の範囲に達するまで、前記ｐＨ上昇・推算操作または前記ｐＨ低下・推算操作を繰り返す、請求項１１に記載の方法。