JP2018053738A - Geothermal power generation system - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide effective utilization of energy of gland exhaust steam of a turbine.SOLUTION: A geothermal power generation system includes: raising pressure of gland steam of a turbine to geothermal steam pressure; merging exhaust steam after driving a geothermal turbine or geothermal steam drawn up from a production well with the gland steam whose pressure is raised; and then, heating a medium for driving a medium turbine or heating water fed to a hot water utilization device, with the merged steam.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、地熱タービンのグランド蒸気の活用が可能な地熱発電システムに関する。 The present invention relates to a geothermal power generation system capable of utilizing ground steam of a geothermal turbine.

地熱発電プラントは地下水がマグマによって熱せられて熱水となった地熱流体を取り出し
て発電するシステムである。この地熱流体は気水分離器により蒸気と熱水に分離され、こ
の分離した蒸気を用いてタービンを回転させ発電を行うものが一般的である。タービンか
ら排気された蒸気は大気へ排出されるか（背圧型）、復水器へ接続される（復水型）。後
者は熱落差が大きくなるため発電量が大きくなるが、復水させるために復水器や冷却塔と
いった補機が必要となる。上述のような形態をフラッシュシステムと呼ぶ。 A geothermal power plant is a system that generates electricity by taking out a geothermal fluid that has been heated by magma and turned into hot water. In general, this geothermal fluid is separated into steam and hot water by a steam separator, and the separated steam is used to generate power by rotating a turbine. The steam exhausted from the turbine is discharged to the atmosphere (back pressure type) or connected to a condenser (condensate type). In the latter case, the heat drop increases, so the amount of power generation increases. However, auxiliary equipment such as a condenser and a cooling tower is required to condense the water. The form as described above is called a flash system.

また、分離した熱水を低沸点媒体と熱交換し、生成された蒸気を用いてバイナリータービ
ンを回転させることで発電量を増加させることができる。このような形態をバイナリーシ
ステムと呼ぶ。さらに、フラッシュシステムにおける排気蒸気をバイナリーシステムの熱
交換器へ導くことでフラッシュシステムとバイナリーシステムを組み合わせた形態をコン
バインドシステムと呼ぶ。 Moreover, the amount of power generation can be increased by exchanging heat of the separated hot water with a low boiling point medium and rotating the binary turbine using the generated steam. Such a form is called a binary system. Furthermore, a combination of the flash system and the binary system by guiding the exhaust steam in the flash system to the binary system heat exchanger is called a combined system.

上述の蒸気タービンでは、ロータの軸部が車室のケーシングを貫通する部分にグランドパ
ッキン（ラビリンスパッキン）を配してグランド部を構成し、ここに外部からグランド蒸
気を供給することで車室側からの蒸気漏出、および外部からの空気流入を防ぐようにして
いる。グランド蒸気供給ラインには大気圧よりもわずかに高い圧力に調圧したグランド蒸
気を供給するとともに、外側のグランド蒸気排気ラインは大気圧より若干低い負圧に保つ
ことで、グランド蒸気供給ラインから漏出する蒸気を軸端から流入する空気と一緒に排出
する仕組みとなっている。 In the above-described steam turbine, a gland packing (labyrinth packing) is arranged in a portion where the shaft portion of the rotor penetrates the casing of the vehicle cabin, and a gland portion is configured to supply the ground steam from the outside to the vehicle cabin side. It prevents vapor leakage from the outside and air inflow from outside. The ground steam supply line is supplied with ground steam adjusted to a pressure slightly higher than the atmospheric pressure, and the outer ground steam exhaust line is kept at a negative pressure slightly lower than the atmospheric pressure, thereby leaking from the ground steam supply line. It is a mechanism to discharge the steam to be discharged together with the air flowing in from the shaft end.

前述したようにグランド蒸気排気ラインは負圧を維持する必要があるが、従来の地熱発電
システムでは、図５から図７に示す３つの方式が採用されてきた。いずれの図においても
、地熱タービン１は地熱蒸気により仕事をしてロータ１４軸を回転させることにより発電
機２で発電する。グランド排気蒸気１２は、軸封部１６から排出され、大気圧より低い負
圧に調整されている。 As described above, the ground steam exhaust line needs to maintain a negative pressure. However, in the conventional geothermal power generation system, three systems shown in FIGS. 5 to 7 have been adopted. In any of the figures, the geothermal turbine 1 generates power by the generator 2 by working with geothermal steam and rotating the rotor 14 shaft. The ground exhaust steam 12 is discharged from the shaft seal portion 16 and is adjusted to a negative pressure lower than the atmospheric pressure.

３つの方式は以下の通りである。 The three methods are as follows.

Ａ. 図５では、グランド蒸気排気１２はタービン用復水器３などの負圧の容器に接続され
ている。 A. In FIG. 5, the ground steam exhaust 12 is connected to a negative pressure vessel such as the turbine condenser 3.

Ｂ．図６では、グランド蒸気排気１２はグランド蒸気復水器４にて復水し、ガス分は排風
機５を用いて大気へ放出する。 B. In FIG. 6, the ground steam exhaust 12 is condensed by the ground steam condenser 4, and the gas component is discharged to the atmosphere using the exhaust fan 5.

Ｃ．図７では、グランド蒸気排気１２はグランドエゼクタ６を使用し大気圧に昇圧され、
その後大気へ放出される。 C. In FIG. 7, the ground steam exhaust 12 is boosted to atmospheric pressure using the ground ejector 6,
It is then released to the atmosphere.

負圧の容器を有する復水型の発電システムの場合は、一般的に例Ａを用いることが多く、
背圧型タービンの場合には負圧の容器が無いため例Ｂが採用される。３つの方式に共通し
ているのは、グランド蒸気の高いエンタルピーが活用されずに捨てられていることである
。 In the case of a condensate power generation system having a negative pressure vessel, Example A is generally used in many cases.
In the case of a back pressure turbine, Example B is adopted because there is no negative pressure vessel. What is common to the three systems is that the high enthalpy of ground steam is not utilized and discarded.

特開２０１６−９８８０３JP2016-98803

いずれの場合でも、グランド排気蒸気は高いエンタルピーを有するにも活用されない。ま
た、例Ｂ，例Ｃのように、単に大気へ捨てる場合このエンタルピーが無駄になり、さらに
、排気蒸気を復水させる例Ｂのような場合にはさらに冷却水までもが無駄となる課題があ
る。 In either case, ground exhaust steam is not utilized even though it has a high enthalpy. In addition, as in Example B and Example C, this enthalpy is wasted if it is simply thrown into the atmosphere, and in the case of Example B in which exhaust steam is condensed, there is a problem that even cooling water is wasted. is there.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、地熱タービンのグランド
排気蒸気のエネルギーを有効活用することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to effectively utilize the energy of ground exhaust steam of a geothermal turbine.

本発明は、タービンのグランド蒸気を地熱蒸気圧力に昇圧させて、地熱蒸気と合流させた
後、合流した蒸気により、媒体または水を加熱することにより、グランド排気蒸気のエネ
ルギーを有効活用することにより、上記した目的を達成する。 The present invention increases the ground steam of the turbine to the geothermal steam pressure, joins it with the geothermal steam, and then heats the medium or water with the joined steam, thereby effectively utilizing the energy of the ground exhaust steam. To achieve the above-mentioned purpose.

本発明によれば、地熱タービンのグランド排気蒸気を媒体または水の加熱に使えるので、
グランド蒸気のエネルギーを活用することができる。 According to the present invention, the ground exhaust steam of the geothermal turbine can be used for heating the medium or water.
The energy of ground steam can be utilized.

背圧型地熱タービンのグランド蒸気と排気蒸気とを低沸点媒体の加熱に活用する第１の実施形態の地熱発電システムA geothermal power generation system according to the first embodiment that uses ground steam and exhaust steam of a back pressure type geothermal turbine to heat a low boiling point medium. 復水型地熱タービングランド蒸気と生産井からの地熱蒸気とを低沸点媒体の加熱に活用する第２の実施形態の地熱発電システムA geothermal power generation system according to the second embodiment in which the condensate-type geothermal turbine ground steam and the geothermal steam from the production well are utilized for heating the low boiling point medium. 背圧型と復水型を組み合わせた地熱タービンを用いたときの地熱タービンのグランド蒸気を活用する第３の実施形態の地熱発電システムA geothermal power generation system according to a third embodiment that uses the ground steam of a geothermal turbine when a geothermal turbine combining a back pressure type and a condensate type is used. 地熱タービンのグランド蒸気を温水利用装置に活用する第４の実施形態の地熱発電システムA geothermal power generation system according to a fourth embodiment that utilizes ground steam of a geothermal turbine in a hot water utilization device. グランド蒸気排気ラインをタービン用復水器に接続した従来の地熱発電システムConventional geothermal power generation system with ground steam exhaust line connected to turbine condenser グランド蒸気排気ラインをグランド蒸気復水器にて復水させ、ガス分は排風機を通じて大気へ放出する従来の地熱発電システムA conventional geothermal power generation system that condenses the ground steam exhaust line with a ground steam condenser and releases the gas to the atmosphere through the exhaust fan グランド蒸気排気ラインをグランドエゼクタに接続し、大気へ放出する従来の地熱発電システムConventional geothermal power generation system that connects the ground steam exhaust line to the ground ejector and releases it to the atmosphere

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１を用いて第１の実施形態を説明する。生産井より送られて来た地熱蒸気は地熱タービ
ン１に入る。地熱蒸気は膨張してロータ１４を回転させ、発電機２を回して発電する。 (First embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIG. The geothermal steam sent from the production well enters the geothermal turbine 1. The geothermal steam expands, rotates the rotor 14, and rotates the generator 2 to generate electricity.

地熱タービン１は、ロータ１４の軸封部１６からグランド蒸気１２を漏出する。グランド
蒸気は、軸封部１６にて、大気圧より低い負圧に調整されている。なお、グランド蒸気の
供給ラインは本実施形態でも、通常のタービンと同様に存在するが、ここでは図示を省略
する。 The geothermal turbine 1 leaks the ground steam 12 from the shaft seal portion 16 of the rotor 14. The ground vapor is adjusted to a negative pressure lower than the atmospheric pressure at the shaft seal 16. The ground steam supply line also exists in the present embodiment in the same manner as a normal turbine, but is not shown here.

グランド蒸気１２は軸封部１６から排出されてグランドエゼクタ６に導かれ、地熱蒸気に
より、地熱タービン１の排気蒸気の圧力まで昇圧される。昇圧されたグランド蒸気は、地
熱タービンが背圧型であるため、排気蒸気と合流する。 The ground steam 12 is discharged from the shaft seal portion 16 and guided to the ground ejector 6, and the pressure is increased to the pressure of the exhaust steam of the geothermal turbine 1 by the geothermal steam. The pressurized ground steam merges with the exhaust steam because the geothermal turbine is a back pressure type.

その後、合流した蒸気は蒸発器７にて、水に比べて沸点の低い低沸点媒体と熱交換された
後、凝縮して地熱水となり、還元井へ送られる。一方、蒸発器７にて低沸点媒体は加熱さ
れて低沸点媒体蒸気となり、これが媒体タービン８に入ってロータ１４を回転させて発電
する。 Thereafter, the combined steam is subjected to heat exchange with a low boiling point medium having a lower boiling point than water in the evaporator 7, and then condensed to be geothermal water and sent to the reduction well. On the other hand, the low boiling point medium is heated by the evaporator 7 to become low boiling point medium vapor, which enters the medium turbine 8 and rotates the rotor 14 to generate electric power.

この構成により、グランド排気蒸気を従来は活用できてなかったが、本実施形態では、低
沸点媒体の加熱に利用して媒体蒸気を発生させ、これにより媒体タービンを回転させて発
電することができるので、グランド排気蒸気のエネルギーを活用することが可能となる。 With this configuration, the ground exhaust steam could not be utilized conventionally, but in the present embodiment, medium steam is generated by heating the low boiling point medium, and thereby the medium turbine can be rotated to generate power. Therefore, it becomes possible to utilize the energy of ground exhaust steam.

（第２の実施形態）
図２を用いて第２の実施形態を説明する。 (Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIG.

第１の実施形態と同一部材には同一の番号を付し、その説明を省略する。第１の実施形態
と異なるところは、地熱タービンが背圧型ではなく、復水型であるため、地熱タービン１
の排気蒸気は復水器３へ導かれ、冷却水と熱交換される。 The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The difference from the first embodiment is that the geothermal turbine is not a back pressure type but a condensate type, so that the geothermal turbine 1
The exhaust steam is guided to the condenser 3 to exchange heat with the cooling water.

グランド蒸気１２は軸封部１６から排出されてグランドエゼクタ６に導かれ、地熱蒸気に
より、地熱タービンで使用されていない地熱蒸気の圧力まで昇圧される。昇圧されたグラ
ンド蒸気は、地熱蒸気・熱水と合流して、蒸発器７にて、低沸点媒体と熱交換された後、
凝縮して地熱水となり、還元井へ送られる。 The ground steam 12 is discharged from the shaft seal portion 16 and guided to the ground ejector 6, and the pressure is increased to the pressure of the geothermal steam that is not used in the geothermal turbine by the geothermal steam. After the pressurized ground steam is combined with the geothermal steam / hot water and is subjected to heat exchange with the low boiling point medium in the evaporator 7,
It condenses into geothermal water and is sent to the reduction well.

一方、低沸点媒体は蒸発器７にて低沸点媒体蒸気となり、低沸点媒体蒸気が媒体タービン
８に入りロータ１４を回転させて発電する。 On the other hand, the low boiling point medium becomes low boiling point medium vapor in the evaporator 7, and the low boiling point medium vapor enters the medium turbine 8 to rotate the rotor 14 to generate electricity.

本実施形態においてもグランド蒸気を低沸点媒体の加熱に利用することができ、グランド
蒸気の活用が可能となる。 Also in this embodiment, the ground steam can be used for heating the low boiling point medium, and the ground steam can be used.

（第３の実施形態）
図３を用いて第３の実施形態を説明する。 (Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIG.

地熱タービン１は復水型タービン１ａと背圧型タービン１ｂの両者で構成されている。復
水型タービン１ａの排気蒸気は復水器３へ導かれる。 The geothermal turbine 1 is composed of both a condensing turbine 1a and a back pressure turbine 1b. The exhaust steam from the condensing turbine 1 a is guided to the condenser 3.

復水型地熱タービン１ａの背圧型地熱タービン１ｂを接続する共有のロータ１４の軸封部
１６からのグランド蒸気は、グランドエゼクタ６に導かれ、地熱蒸気により、地熱タービ
ンの排気蒸気圧力まで昇圧されたのち、地熱タービン１の排気蒸気と合わさって、蒸発器
７へ導かれる。 The ground steam from the shaft seal 16 of the shared rotor 14 connecting the back pressure geothermal turbine 1b of the condensate geothermal turbine 1a is guided to the ground ejector 6 and is boosted to the exhaust steam pressure of the geothermal turbine by the geothermal steam. After that, it is combined with the exhaust steam of the geothermal turbine 1 and guided to the evaporator 7.

蒸発器７では低沸点媒体と熱交換された後、凝縮して地熱水となり、還元井へ送られる。
一方、低沸点媒体は低沸点媒体蒸気となり、媒体タービン８のロータ１４を回転させて発
電する。 In the evaporator 7, after heat exchange with the low boiling point medium, it is condensed and becomes geothermal water, which is sent to the reduction well.
On the other hand, the low boiling point medium becomes low boiling point medium vapor, and the rotor 14 of the medium turbine 8 is rotated to generate electric power.

この実施形態によっても、上記した実施形態と同じく蒸気タービンのグランド蒸気を有効
利用できる作用効果が得られる。 According to this embodiment as well, the effect of effectively using the ground steam of the steam turbine is obtained as in the above-described embodiment.

（第４の実施形態）
図４を用いて第４の実施形態を説明する。 (Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to FIG.

第１実施形態と異なる部分は、グランド蒸気＋地熱タービン１の排気蒸気が供給されるの
は蒸発器でなく、循環水と熱交換する熱交換器９であることである。 The difference from the first embodiment is that the ground steam + the exhaust steam of the geothermal turbine 1 is supplied not by the evaporator but by the heat exchanger 9 that exchanges heat with the circulating water.

熱交換器９にて温度上昇した循環水は温水利用装置１０、例えば、温室栽培施設や洗浄装
置などの温水が利用される装置に導かれ、室内温度の上昇や、作物の乾燥、食器洗浄など
に利用される。この実施形態によっても、上記した実施形態と同じく蒸気タービンのグラ
ンド蒸気を有効利用できる作用効果が得られる。 Circulating water whose temperature has risen in the heat exchanger 9 is guided to a hot water use device 10, for example, a device using hot water such as a greenhouse cultivation facility or a washing device, to increase indoor temperature, dry crops, wash dishes, etc. Used for According to this embodiment as well, the effect of effectively using the ground steam of the steam turbine is obtained as in the above-described embodiment.

１…地熱タービン
２…発電機
３…復水器
４…グランド蒸気復水器
５…グランド蒸気排風機
６…グランドエゼクタ
７…蒸発器
８…媒体タービン
９…熱交換器
１０…温水利用装置
１２…グランド排気蒸気
１４…ロータ
１６…軸封部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Geothermal turbine 2 ... Generator 3 ... Condenser 4 ... Grand steam condenser 5 ... Grand steam exhauster 6 ... Grand ejector 7 ... Evaporator 8 ... Medium turbine 9 ... Heat exchanger 10 ... Hot water utilization apparatus 12 ... Ground exhaust steam 14 ... Rotor 16 ... Shaft seal

Claims (7)

地熱蒸気により駆動する地熱タービンと、
地熱タービンのグランド排気蒸気を昇圧して抽出するグランドエゼクタと、
前記抽出された排気蒸気と地熱蒸気とにより低沸点媒体を加熱して低沸点媒体蒸気を生成
する蒸発器と、
前記蒸発器で生成された低沸点媒体蒸気により駆動する媒体タービンと
を有することを特徴とする地熱発電システム。 A geothermal turbine driven by geothermal steam;
A grand ejector that boosts and extracts the ground exhaust steam of the geothermal turbine;
An evaporator that heats a low boiling point medium with the extracted exhaust vapor and geothermal steam to generate a low boiling point medium vapor;
A geothermal power generation system comprising: a medium turbine driven by low-boiling-point medium vapor generated by the evaporator. 前記低沸点媒体を加熱する地熱蒸気は、前記地熱タービンを駆動した後の排気蒸気である
ことを特徴とする請求項１に記載の地熱発電システム。 The geothermal power generation system according to claim 1, wherein the geothermal steam that heats the low boiling point medium is exhaust steam after driving the geothermal turbine. 前記低沸点媒体を加熱する地熱蒸気は、生産井から汲み上げた地熱蒸気であることを特徴
とする請求項１に記載の地熱発電システム。 The geothermal power generation system according to claim 1, wherein the geothermal steam for heating the low boiling point medium is geothermal steam pumped up from a production well. 請求項１に記載の地熱タービンは、前記地熱タービンの排気蒸気を復水器以外の機器へ導
く背圧型タービンであることを特徴とする請求項１に記載の地熱発電システム。 2. The geothermal power generation system according to claim 1, wherein the geothermal turbine according to claim 1 is a back pressure turbine that guides exhaust steam of the geothermal turbine to equipment other than a condenser. 請求項１に記載の地熱タービンは、前記地熱タービンの排気蒸気を復水器へ導く復水型タ
ービンであることを特徴とする請求項１に記載の地熱発電システム。 2. The geothermal power generation system according to claim 1, wherein the geothermal turbine according to claim 1 is a condensate turbine that guides exhaust steam of the geothermal turbine to a condenser. 請求項１に記載の地熱タービンは、排気蒸気を復水器以外の機器へ導く背圧型タービンと
、排気蒸気を復水器へ導く復水型タービンとを組み合わせたタービンであることを特徴と
する請求項１に記載の地熱発電システム。 The geothermal turbine according to claim 1 is a turbine in which a back pressure turbine that guides exhaust steam to equipment other than the condenser and a condensing turbine that guides exhaust steam to the condenser are combined. The geothermal power generation system according to claim 1. 地熱蒸気により駆動する地熱タービンと、
地熱タービンのグランド排気蒸気を昇圧して抽出するグランドエゼクタと、
前記抽出された排気蒸気と地熱蒸気とにより、循環水を加熱するための熱交換器と、
加熱された水を活用するための温水利用装置と
を有することを特徴とする地熱発電システム。 A geothermal turbine driven by geothermal steam;
A grand ejector that boosts and extracts the ground exhaust steam of the geothermal turbine;
A heat exchanger for heating circulating water by the extracted exhaust steam and geothermal steam;
A geothermal power generation system comprising a hot water utilization device for utilizing heated water.

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