JP2019105251A - 地熱発電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】システムの熱利用を向上させ、発電効率の向上を図ることのできる地熱発電システムを提供する。【解決手段】地熱蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気を冷却し、凝縮させる復水器と、前記地熱蒸気の一部の供給を受けて前記復水器内の不凝縮ガスを抽出するエジェクタと、バイナリ媒体により駆動されるバイナリタービンと、前記バイナリ媒体を加熱するためのバイナリ媒体加熱機構と、前記エジェクタの出口側と前記バイナリ媒体加熱機構との間に配設され、前記エジェクタ通過後の前記地熱蒸気及び前記不凝縮ガスを前記バイナリ媒体加熱機構に導入する導入配管と、前記バイナリ媒体加熱機構通過後の前記地熱蒸気及び前記不凝縮ガスを冷却する冷却機構と、を具備した地熱発電システム。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、地熱発電システムに関する。
地熱水をエネルギー源として蒸気タービンを回す地熱発電システムは、蒸気タービンの後に、復水器を設け、そこで蒸気の冷却・凝縮を行うことで低圧力の状態を作り、タービン前後の圧力差を大きくしているシステムが一般的である。
しかし、地熱蒸気には、水蒸気以外に二酸化炭素などの非凝縮性ガスが含まれていることが多い。非凝縮性ガスが復水器内に溜まると復水器の蒸気冷却性能を劣化させるため、エジェクタを用いてこの非凝縮性ガスを復水器外に排出することが広く行なわれている。
エジェクタは、地熱水の一部を駆動蒸気としてベンチュリ効果により復水器内よりも低圧力を作り出し、非凝縮性ガスを復水器から吸引するものである。エジェクタで吸引された非凝縮性ガスは、駆動蒸気とともにインターコンデンサで冷却された後、大気に放出されることが多い。また復水器で蒸気が凝縮した復水も冷却塔に送られて冷却され、インターコンデンサや復水器における冷却水に使われる。
エジェクタを通過して非凝縮性ガスと混合された後でも、駆動蒸気は、高温・高圧で高いエネルギーを持つケースが多い。そこで、このエネルギーを利用し、蒸気サイクルとは別の低沸点流体を作動媒体(バイナリ媒体)としたバイナリサイクルの予熱源の一部とすることが提案されている。このシステムでは、エジェクタ通過後の駆動蒸気・非凝縮性ガスを、バイナリ媒体の予熱器に導入することによって、バイナリ媒体の予熱に使用し、バイナリ媒体と熱交換することにより、その冷却を行っている。
上述したとおり、従来の地熱発電システムでは、エジェクタ通過後の駆動蒸気・非凝縮性ガスを、バイナリ媒体の予熱器に導入することにより、バイナリ媒体の予熱と、エジェクタ通過後の駆動蒸気及び非凝縮性ガスの冷却を行っている。
しかし、バイナリ媒体を予熱するだけでは、エジェクタ通過後の駆動蒸気及び非凝縮性ガスの冷却が不十分となり、その圧力が十分に下がらない場合がある。このため、エジェクタの前後の圧力差が十分でなく、復水器からの非凝縮性ガスの吸引能力が低くなり、必要な吸引能力を確保するためより多くの駆動蒸気量を必要とし、蒸気タービン駆動に回す蒸気量が減少し、発電効率の低下を招くことになる。また復水器の復水も高いエネルギーを持つケースがあるが、この復水の持つエネルギーも利用されておらず、システムの熱利用が十分ではなく、発電効率の低下を招く一因となっている。
本発明の目的は、システムの熱利用を向上させ、発電効率の向上を図ることのできる地熱発電システムを提供することにある。
実施形態の地熱発電システムは、地熱蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンからの排気を冷却し、凝縮させる復水器と、前記地熱蒸気の一部の供給を受けて前記復水器内の不凝縮ガスを抽出するエジェクタと、バイナリ媒体により駆動されるバイナリタービンと、前記バイナリ媒体を加熱するためのバイナリ媒体加熱機構と、を具備している。また、地熱発電システムは、前記エジェクタの出口側と前記バイナリ媒体加熱機構との間に配設され、前記エジェクタ通過後の前記地熱蒸気及び前記不凝縮ガスを前記バイナリ媒体加熱機構に導入する導入配管と、前記バイナリ媒体加熱機構通過後の前記地熱蒸気及び前記不凝縮ガスを冷却する冷却機構と、を具備している。
以下、実施形態の地熱発電システムを、図面を参照して説明する。
図1は、第1実施形態に係る地熱発電システム100の概略構成を示す系統図である。図1に示すように、地熱発電システム100は、フラッシャー101、蒸気タービン102、発電機103、復水器104、エジェクタ105、冷却塔106、エジェクタ通過ガス冷却器107、真空ポンプ108、復水ポンプ109を有する。
また、地熱発電システム100は、バイナリタービン120、第2の発電機121、バイナリ媒体冷却器123、バイナリ媒体ポンプ124、バイナリ媒体予熱器125、バイナリ媒体蒸発器126、還元井ポンプ127を有する。
フラッシャー101は、生産井130から地熱水取出し配管131にて取り出した地熱水を圧力調整し、気相の水蒸気と液相のブラインに分離する。分離された水蒸気の多くは、蒸気供給配管132によって、蒸気タービン102に送られる。また、分離された水蒸気の一部は分岐され、エジェクタ駆動蒸気供給配管133によってエジェクタ105に送られる。
蒸気タービン102に送られた蒸気は、蒸気タービン102を駆動し、その駆動により蒸気タービン102に連結した発電機103を回転させて発電を行う。蒸気タービン102を駆動して発電した後の蒸気は排気となり、排気配管134によって復水器104に送られる。
復水器104に送られた排気は、冷却塔106から冷却水供給配管143によって復水器104に供給される冷却水により冷却されて凝縮し、復水となる。復水は、復水器104と冷却塔106とを連通する復水配管135及び復水配管135に介挿された復水ポンプ109によって冷却塔106に送られ、ここで冷却されて冷却水となる。
一方、フラッシャー101で生成されたブラインは、ブライン供給配管136によってバイナリ媒体蒸発器126に送られ、ここでバイナリ媒体を蒸発させる。この蒸発によりバイナリ媒体は高温・高エネルギーとなり、バイナリ媒体供給配管138によってバイナリタービン120へ送られ、バイナリタービン120を駆動し、その駆動によりバイナリタービン120に連結した第2の発電機121を回転させて発電を行う。この後、ブラインは、ブライン排出配管137及びブライン排出配管137に介挿された還元井ポンプ127によって地中に戻される。
バイナリタービン120を出たバイナリ媒体は、バイナリ媒体排出配管139によってバイナリ媒体冷却器123に送られ、ここで冷却され凝縮される。この後、バイナリ媒体は、バイナリ媒体送出配管140及びバイナリ媒体送出配管140に介挿されたバイナリ媒体ポンプ124によって、高圧とされて、バイナリ媒体予熱器125と、バイナリ媒体蒸発器126に順次送られる。
一方、エジェクタ105の出口側とバイナリ媒体予熱器125との間には、これらの間を連通するエジェクタ通過ガス供給配管141が設けられている。そして、エジェクタ105を通過したエジェクタ通過ガスは、エジェクタ通過ガス供給配管141によってバイナリ媒体予熱器125に送られ、バイナリ媒体を予熱する。なお、このエジェクタ通過ガスの気相の度合いや温度が高く、熱量が大きい場合は、バイナリ媒体蒸発器126に送り、バイナリ媒体の沸騰に用いても良い。
バイナリ媒体予熱器125の出口側とエジェクタ通過ガス冷却器107との間には、エジェクタ通過ガス排出配管142が設けられている。このエジェクタ通過ガス排出配管142によって、バイナリ媒体予熱器125を通過したエジェクタ通過ガスは、エジェクタ通過ガス冷却器107に送られ、ここで冷却される。エジェクタ通過ガス冷却器107における冷却には、冷却塔106から復水器104に冷却水を供給する冷却水供給配管143から分岐した冷却水供給分岐配管144によって供給される冷却水が用いられる。
エジェクタ通過ガス冷却器107において冷却され、凝縮した液相部は、冷却水戻し配管145によって復水器104に送られ冷却水として使用される。また、残りの気相部については、排気配管146及びこの排気配管146に介挿された真空ポンプ108によって系外に排出される。
エジェクタ105は、エジェクタ配管147によって復水器104と接続されており、エジェクタ駆動蒸気供給配管133から供給される水蒸気の流れによって、復水器104内の非凝縮性ガスを排出する。したがって、エジェクタ通過ガスには、エジェクタ後の駆動蒸気及び非凝縮性ガスが含まれる。
図2は、図1におけるエジェクタ通過ガス冷却器107の構成例の縦断面概略構成を示す図である。図2に示すエジェクタ通過ガス冷却器107は、冷却水供給分岐配管144から供給されるエジェクタ通過ガス冷却水を散水し、エジェクタ通過ガスと直接接触させるノズル170を具備している。また、エジェクタ通過ガス冷却器107は、エジェクタ通過ガス排出配管142から供給されるエジェクタ通過ガスの流れを調整し、エジェクタ通過ガス冷却水との接触の度合いを高めるバッフル板171を具備している。エジェクタ通過ガスは、ここでエジェクタ通過ガス冷却水と接触し、冷却・凝縮され一部は液相部となり、残りは気相部となる。液相部は、冷却水戻し配管145によって復水器104に送られ、気相部は、排気配管146から系外に排出される。
以上のとおり、第1実施形態に係る地熱発電システム100は、エジェクタ105を通過した後のエジェクタ通過ガスを、エジェクタ通過ガス供給配管141によってバイナリ媒体予熱器125に送り、バイナリ媒体を加熱(予熱)する構成となっている。これによって、システムの熱利用を向上させ、発電効率の向上を図ることができる。
さらに、第1実施形態に係る地熱発電システム100は、エジェクタ通過ガス冷却器107と、このエジェクタ通過ガス冷却器107とバイナリ媒体予熱器125の出口側との間を連通するエジェクタ通過ガス排出配管142とを具備している。そして、バイナリ媒体予熱器125においてバイナリ媒体を加熱(予熱)した後のエジェクタ通過ガスを、エジェクタ通過ガス排出配管142によってエジェクタ通過ガス冷却器107に送り、ここで冷却する構成となっている。
したがって、エジェクタ通過ガスは、バイナリ媒体予熱器125及びエジェクタ通過ガス冷却器107によって2度冷却される。これによって、エジェクタ通過ガスを十分に冷却することができ、エジェクタ105の出口側の圧力を低下させてエジェクタ105の前後の圧力差を大きくすることができる。
これによって、エジェクタ105を駆動するためのエジェクタ駆動蒸気の量を低減することができ、タービン駆動蒸気の量を増加させることができるので、蒸気タービン102及び発電機103による発電量を増加させることができる。したがって、システムの熱利用を向上させ、発電効率の向上を図ることができる。
次に、図3を参照して第2実施形態に係る地熱発電システム200の構成について説明する。この地熱発電システム200は、復水器104とバイナリ媒体予熱器125とを連通する復水供給配管135aと、バイナリ媒体予熱器125の出口側と冷却塔106とを連通する復水排出配管135bとを具備している。また、復水供給配管135aには復水ポンプ109が介挿されている。
そして、復水器104にて凝縮された復水が、復水供給配管135a及び復水ポンプ109を通して、バイナリ媒体予熱器125に送られ、バイナリ媒体を加熱(予熱)する構成となっている。また、バイナリ媒体予熱器125を通過した後の復水は、復水排出配管135bによって冷却塔106に送られ、冷却される。なお、他の部分の構成は、図1に示した第1実施形態に係る地熱発電システム100と同様となっているので、対応する部分には、同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
上記構成の地熱発電システム200では、バイナリ媒体予熱器125において、エジェクタ通過ガスに加えて、復水によりバイナリ媒体を加熱(予熱)する。これによって、バイナリ媒体をより効率的に加熱することができる。すなわち、システムの熱利用を向上させ、発電効率の向上を図ることができる。
また、復水器104から直接復水を冷却塔106に送り冷却する第1実施形態の場合に比べて、冷却塔106に送られる復水の温度が下がるので、冷却塔106の負荷を低減することができる。
なお、エジェクタ105を通過したエジェクタ通過ガスの気相の度合いや温度が高く、熱量が大きい場合は、エジェクタ通過ガスを、バイナリ媒体予熱器125ではなく、バイナリ媒体蒸発器126に送る構成とし、バイナリ媒体の沸騰に用いても良い。
次に、図4を参照して第3実施形態に係る地熱発電システム300の構成について説明する。この地熱発電システム300では、第2実施形態に係る地熱発電システム200と同様に、復水器104とバイナリ媒体予熱器125とを連通する復水供給配管135aと、バイナリ媒体予熱器125の出口側と冷却塔106とを連通する復水排出配管135bとを具備している。また、復水供給配管135aには復水ポンプ109が介挿されている。
そして、復水器104にて凝縮された復水が、復水供給配管135a及び復水ポンプ109を通して、バイナリ媒体予熱器125に送られ、バイナリ媒体を加熱(予熱)する構成となっている。また、バイナリ媒体予熱器125を通過した後の復水は、復水排出配管135bによって冷却塔106に送られ、冷却される。
一方、エジェクタ105の出口側には、エジェクタ通過ガスを直接エジェクタ通過ガス冷却器107に導入するエジェクタ通過ガス導入配管141aが設けられている。そして、エジェクタ105を通過したエジェクタ通過ガスは、エジェクタ通過ガス冷却器107によって冷却される。エジェクタ通過ガス冷却器107における冷却には、冷却塔106から復水器104に冷却水を供給する冷却水供給配管143から分岐した冷却水供給分岐配管144によって供給される冷却水が用いられる。
エジェクタ通過ガス冷却器107において冷却され、凝縮した液相部は、冷却水戻し配管145によって復水器104に送られ冷却水として使用される。また、残りの気相部については、排気配管146及びこの排気配管146に介挿された真空ポンプ108によって系外に排出される。なお、他の部分の構成は、図1に示した第1実施形態に係る地熱発電システム100と同様となっているので、対応する部分には、同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
上記構成の地熱発電システム300では、バイナリ媒体予熱器125において、復水によりバイナリ媒体を加熱(予熱)する。これによって、バイナリ媒体をより効率的に加熱することができ、システムの熱利用を向上させ、発電効率の向上を図ることができる。また、復水器104から直接復水を冷却塔106に送り冷却する第1実施形態の場合に比べて、冷却塔106に送られる復水の温度が下がるので、冷却塔106の負荷を低減することができる。
以上、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。
100…第1実施形態に係る地熱発電システム、101…フラッシャー、102…蒸気タービン、103…発電機、104…復水器、105…エジェクタ、106…冷却塔、107…エジェクタ通過ガス冷却器、108…真空ポンプ、109…復水ポンプ、120…バイナリタービン、121…第2の発電機、123…バイナリ媒体冷却器、124…バイナリ媒体ポンプ、125…バイナリ媒体予熱器、126…バイナリ媒体蒸発器、127…還元井ポンプ、130…生産井、131…地熱水取出し配管、132…蒸気供給配管、133…エジェクタ駆動蒸気供給配管、134…排気配管、135復水配管…、135a…復水供給配管、135b…復水排出配管、136…ブライン供給配管、137…ブライン排出配管、138…バイナリ媒体供給配管、139…バイナリ媒体排出配管、140…バイナリ媒体送出配管、141…エジェクタ通過ガス供給配管、141a…エジェクタ通過ガス導入配管、142…エジェクタ通過ガス排出配管、143…冷却水供給配管、144…冷却水供給分岐配管、145…冷却水戻し配管、146…排気配管、147…エジェクタ配管、170…ノズル、171…バッフル板、200…第2実施形態に係る地熱発電システム、300…第3実施形態に係る地熱発電システム。
Claims (6)
- 地熱蒸気により駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンからの排気を冷却し、凝縮させる復水器と、
前記地熱蒸気の一部の供給を受けて前記復水器内の不凝縮ガスを抽出するエジェクタと、
バイナリ媒体により駆動されるバイナリタービンと、
前記バイナリ媒体を加熱するためのバイナリ媒体加熱機構と、
前記エジェクタの出口側と前記バイナリ媒体加熱機構との間に配設され、前記エジェクタ通過後の前記地熱蒸気及び前記不凝縮ガスを前記バイナリ媒体加熱機構に導入する導入配管と、
前記バイナリ媒体加熱機構通過後の前記地熱蒸気及び前記不凝縮ガスを冷却する冷却機構と、
を具備したことを特徴とする地熱発電システム。 - 請求項1記載の地熱発電システムであって、
前記復水器と前記バイナリ媒体加熱機構との間に配設され、前記復水器で凝縮した復水を前記バイナリ媒体加熱機構に供給する復水供給配管と、
前記バイナリ媒体加熱機構通過後の前記復水を冷却塔に導くための復水排出配管と
を具備したことを特徴とする地熱発電システム。 - 請求項1又は2記載の地熱発電システムであって、
前記バイナリ媒体加熱機構が、前記バイナリ媒体を余熱するめのバイナリ媒体予熱機構であることを特徴とする地熱発電システム。 - 地熱蒸気により駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンからの排気を冷却し、凝縮させる復水器と、
前記地熱蒸気の一部の供給を受けて前記復水器内の不凝縮ガスを抽出するエジェクタと、
バイナリ媒体により駆動されるバイナリタービンと、
前記バイナリ媒体を加熱するためのバイナリ媒体加熱機構と、
前記復水器と前記バイナリ媒体加熱機構との間に配設され、前記復水器で凝縮した復水を前記バイナリ媒体加熱機構に供給する復水供給配管と、
前記バイナリ媒体加熱機構通過後の前記復水を冷却塔に導くための復水排出配管と
を具備したことを特徴とする地熱発電システム。 - 請求項4記載の地熱発電システムであって、
前記バイナリ媒体加熱機構が、前記バイナリ媒体を余熱するめのバイナリ媒体予熱機構であることを特徴とする地熱発電システム。 - 請求項4又は5記載の地熱発電システムであって、
前記エジェクタ通過後の前記地熱蒸気及び前記不凝縮ガスを冷却する冷却機構を具備したことを特徴とする地熱発電システム。
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JP2017239398A JP2019105251A (ja) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | 地熱発電システム |
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JP2017239398A JP2019105251A (ja) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | 地熱発電システム |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111412033A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-07-14 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种太阳能与地热能耦合的超临界二氧化碳联合循环发电***及方法 |
-
2017
- 2017-12-14 JP JP2017239398A patent/JP2019105251A/ja active Pending
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CN111412033A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-07-14 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种太阳能与地热能耦合的超临界二氧化碳联合循环发电***及方法 |
CN111412033B (zh) * | 2020-02-26 | 2023-11-03 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种太阳能与地热能耦合的超临界二氧化碳联合循环发电***及方法 |
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