JP2004522071A - 地熱発電 - Google Patents

Abstract

【課題】高温岩体層中の水は使用せずに外部資源よりの水を使用し、リサイクルが可能である、改善された地熱発電システムを提供することである。
【解決手段】地表から高温岩体層に延びた入力井戸坑から距離を置いた出力井戸坑、該二つの井戸坑を繋ぐ、少なくともその一部が高温岩体層に有る水平井戸坑を含んでおり、又、該二つの垂直井戸は一つであってもよく、該井戸坑はケーシングを有した構成をとることにより、高温岩体層から熱を得た水は汚染されずリサイクル可能、標準の水処理でよく、水量が経済的、蒸気によって駆動されるタービンが還元井よりも離れた場所でよく、該システムは効率が良く、容易に設置でき、使用するに簡単、地層から水を引くことないと利点を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
背景
本発明は、地熱発電システムに関するものであり、特に、高温岩体層中の水は使用せずに外部資源よりの水を使用し、リサイクルを可能とする改善された地熱発電システムに関するものである。地熱発電システムは長年使用されてきた。通常のシステムは、熱水を含有する高温岩体層に井戸を掘削することによって構成される。もし、地層が乾燥し高温であるならば、水をポンプで井戸に、高温岩体層に注入してもよい。高温岩体層は、熱水を含有するか、或いは蒸気を形成するに必要な条件を超える温度と圧力に達するまでポンプで注入される水を加熱する。熱水は流れ、或いは井戸よりポンプで取り出され、圧力が解放されると、熱水と蒸気は分離され、蒸気は発電機とか他の機械装置を回すタービンを動作させるのに使われる。発電機は使われる地点に電力を送電する電力送電網に接続されたり、電力は現場で使用されたりする。地下水は高温岩体層に戻される前に処理を必要とする場合がある。現行の地熱発電システムにおいては、天然水或いは高温岩体層にポンプで注入される水は非常に汚染されていることが解っている。水は通常、固形体を多く含み、湯垢とか腐食性化学物質を含んでいる場合があり、高温岩体層に戻される前に処理が必要である。蒸気がタービンを回すのに使用され水の状態に凝縮された後の、結果として得られた水は汚染されており、パイプを通って貯水槽に進む前に、又高温岩体層に戻される前に、処理を必要とする。
【０００２】
水がポンプによって注入され、蒸気がポンプによって取り出される一つの井戸を使用することは、複数の井戸自身と同様に発電タービンの位置をも制限してしまうことに留意すべきである。何故ならば、もし一つの井戸が水を受け、蒸気をポンプで取り出し、水を地層に戻すという、全てを行うならば、複数の井戸は互いに接近して位置しなくてはならないからである。更に、一つの井戸を使用することは、水が高温岩体層内に滞留することによってシステムの効率を低下させてしまうという、該滞留時間をも制限してしまう。
【０００３】
課題
本発明はこれらの困難を克服するものであり、高温岩体層から熱を得た水は、汚染されずに、したがってリサイクル可能となり、標準のボイラーでの水処理以上の化学処理を行うことを必要とせずに、又使用される水量においても経済的であるという、改良された地熱発電システムを提供することが目的の一つである。本発明の他の目的は、発電機とか他の機械装置を回す、蒸気によって駆動されるタービンが、地中への水を受け入れるのに使用される還元井の近くに位置する必要がなく、その井戸から離れた場所に位置することも可能となる、改良された地熱発電システムを提供することである。本発明の他の目的は、該システムはより効率が良いという改良された地熱発電システムを提供することである。本発明の他の目的は、石油産業で通常行われている井戸水平掘削技術にて井戸を掘ることできるので、該システムは容易に設置できるという改良された地熱発電システムを提供することである。この改善された地熱発電システムは使用するに簡単である。本発明の他の目的は、地層中の圧力が保持されるよう該システムが地層から水を引くことなく維持されることである。他の、更なる目的は以下説明、例証される形態を理解することによって明らかになり、或いは請求項に示されたり、本明細書に言及されない種々の利点は本発明を実際に採用することによって当業者が考えつくものである。
【０００４】
詳細な説明
図１を参照すると、本発明による地熱発電システムは、地中２の高温岩体層４に突き当たるまで、地表３を通って地中２に沈下した入力井戸坑（還元井戸坑）１を含んでいる。入力井戸坑（還元井戸坑）１から離れた場所に、地表３を通り抜け高温岩体層にまで延びた、出力井戸坑（蒸気井戸坑）５も又形成される。該井戸が高温岩体層に近づくと、井戸は垂直から水平６に曲がり、高温岩体層４中を穿孔され、水を加熱するに適切な距離に達すると、該井戸坑は垂直に曲がり、地表に達するまで穿孔される。したがって入力井戸坑１、水平井戸坑６及び出力井戸坑５は地表から、高温岩体層に降り、横たわった物質を貫き、出力井戸坑５を通って地表に達する、連続する通路を形成する。図面において、井戸坑６は水平に示されている。しかし、水平井戸坑６は、望むならば違った方向であっても良い。図示されるとおり、一つの垂直井戸から一つ以上の水平井戸が穿孔可能である。出力井戸坑５から出る蒸気が、発電タービンアセンブリ１０或いは同様の機械装置を動作させて電力を生み出したり或いは他の機能を果たしたりするように、蒸気によって動作する発電タービンアセンブリ１０或いは他の機械装置は蒸気井５の近くに位置し、又連結されている。
【０００５】
このシステムによって、清浄な水は入力井戸坑１にポンプで注入され、放水ポイント１２で解き放たれ、高温岩体層中の井戸坑６中を移動し、そこで蒸気に変わり、出力井戸坑５を通って地中から取り出され、発電タービンアセンブリ１０とか他の機械装置を動作させる。蒸気が凝縮器１３で凝縮され水に戻り、水は次いで貯水槽１４にて貯蔵され、プラント（水の精製工程）１５で純水化され、この動作を繰り返すようにポンプによって注入入力井戸坑１に戻される。しかし、水或いは蒸気が汚染されると、発電タービンアセンブリの稼動を不利に影響してしまうので、リサイクルは不能となる。したがって、水は、純度を維持するよう一サイクル毎に水の精製工程１５を通過する。
【０００６】
水蒸気／水が高温岩体層４中の水平井戸坑６を通る際汚染されるのを防ぐため、井戸坑６は、水／水蒸気が高温岩体層４と接触しないよう腐食７に耐える材料に裏打ちされたり、該材料により作られたりする。井戸１、５及び水平井戸坑６は、油井、水用の井戸の標準の手法にしたがって、適所にセメントで固められてもよい。したがって、水／水蒸気は清浄を保ち、発電タービンアセンブリを稼動させた後でもリサイクル可能となり、水は無駄にならない。水／水蒸気が汚染されるのを更に防ぐため、入力井戸坑１と出力井戸坑５は非腐食ケーシング８、９によって、それぞれ、裏打ちされ、該ケーシングは適所にセメントで固められることが望ましい。したがって、水が入力井戸坑１に入って来た時地中の岩石２と接触していないので汚染されず、又水蒸気が出力井戸坑５から出てきた時は地中の岩石２と接触しないので汚染されることはない。水／水蒸気は清浄が保たれ、汚染の危険なしにリサイクル可能である。したがって、水を捨てる必要はなくなり、もし汚染された地下水がシステムを循環するならば必要とされるであろう高価な処理が省けるので、本発明によるシステムは、水を節約するものである。又、本発明は、出力井戸坑５が入力井戸坑１から離れた場所に位置することを可能にすることも留意すべきである。出力井戸坑５は発電タービンアセンブリ１０の近くに設造可能である。もし何らかの理由で入力井戸坑１を発電タービンアセンブリ１０の近くに位置すること出来ないならば、入力井戸坑１から離れた場所に掘削可能である。なぜならば水平井戸坑６は、水平井戸坑６がその殆どを高温岩体層中に位置するならば、所定の長さで有って良く、本発明によるシステムの効率と稼動を不利に影響することなく、最低限水を加熱し蒸気にするに充分な長さであれば良い。
【０００７】
理解されるとおり、本発明は、リサイクル可能となるよう高温岩体層に入る水が汚染されていない、又、蒸気によって駆動される発電タービン或いは他の機械装置が、水を地中に受けるに使用される入力井戸坑の近傍に位置する必要がない、改良された地熱発電システムを提供するものである。該改良された地熱発電システムは、水を無駄にすることなく、より効率的であり、設置し易く、使用するに簡単である。
【０００８】
該システムの変形形態を図２に示す。図１に示された該システムの全ての要素が存在する。一つの垂直井戸と一つ或いは複数の水平井戸にて同じ結果が達成される。水はケーシング内を延びた管を備えた水平距離範囲の井戸に戻され、ケーシングの末端で放出される。水は、一つの井戸を流れ戻りながら蒸気に変換され、タービンへと運ばれる。
【０００９】
他の形態においては、精製された水は熱水出口より放水されるか或いは熱水支線井戸坑の全部又は一部に亘って配分放水される。
【００１０】
図において、一つ或いはそれ以上の熱水支線井戸坑があると理解される。該熱水井戸坑は全て同時に動作するか、或いは他の熱水井戸坑が用意されるまでもう一つの熱水井戸坑が熱せられ、一つの熱水井戸坑が動作するといったように次々と連続的に動作するよう使われる。
【００１１】
図において、熱水支線井戸坑は水平に示されているが、上向き或いは下向きに傾斜することもある。高温岩体層中の場所をより良いものにするため、該傾斜は変えることもある。
【００１２】
熱水支線井戸坑はまれには、洗浄する必要が有り得る。必要に応じて、注入パイプは取り外され、洗浄機構がラインの中或いはラインを通して働く。これによって通常湯垢である好まれない物質から解放される。該砕片はパイプから取り出され、洗浄が完了すると注入パイプは元の位置に戻される。
【００１３】
本発明の主題の多くの変形、修正が上記の詳述から当業者に明らかになったが、本発明は添付の請求項に集約されていると理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従って作成された、入力井戸坑と出力井戸坑に分離された井戸を使用した、地熱発電の線図である。
【図２】
一つの井戸に還元井と蒸気井を結合した、地熱発電の線図である。

Claims (7)

1. 地表から地中に延びた実質的に垂直な還元井戸坑（入力井戸坑）、地表から地中に延びた実質的に垂直な蒸気井戸坑（出力井戸坑）、及び該二つの井戸坑を結合する実質的に水平な井戸坑を含み、前記水平な井戸坑の少なくとも一部が高温岩体層中に位置し、前記全ての垂直及び水平な井戸坑が、井戸坑を流れる流体と地中或いは地下水とが接触することを防止するように、ケーシングで裏打ちされていることを特徴とする地熱発電システム。
2. 前記還元井と蒸気井が互いに間隔を空けたことを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 一つの垂直井戸坑と、高温岩体層中の一つ或いはそれ以上の水平井戸坑が、二つの井戸坑システムと同機能を有していることを特徴とする請求項２記載のシステム。
4. 前記水平井戸坑が完全に高温岩体層中に入っていることを特徴とする請求項２記載のシステム。
5. 前記入力及び出力井戸坑が高温岩体層中にまで延在していることを特徴とする請求項４記載のシステム。
6. 入力井戸坑が水を受けるのに適応し、出力井戸坑がそれから蒸気を取り出すのに適応し、水を蒸気に変えるために前記入力井戸坑からの水を水平井戸坑に通過させる手段を特徴とする請求項５記載のシステム。
7. 出力井戸坑よりの凝縮された蒸気からの蒸気或いは水が、リサイクルされるために、入力井戸坑に戻されることを特徴とする請求項６で明らかにされたシステム。

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