(57)【要約】【課題】熱効率を向上させつつも環境負荷を低減すると共に、メンテナンスコストを低減することができる温度差発電を用いた発電システム及び発電方法を提供する。【解決手段】液化ガスを用いた設備で生じる廃熱を用いて発電する発電システム１であって、熱媒体を取得する取得部２と、熱媒体を熱源として液化ガスを気化する気化装置１０４と、気化装置により熱交換されて排出される冷熱を熱源とする低温熱媒体と、低温熱媒体に比して温度が高い温熱を有する温熱熱媒体との温度差を用いて作動媒体に気化と凝縮とのサイクルを生じさせて稼働する熱機関と、を備える、発電システムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスを用いた設備で生じる廃熱を用いて発電する発電システムであって、
熱媒体を取得する取得部と、
前記熱媒体を熱源として前記液化ガスを気化する気化装置と、
前記気化装置により熱交換されて排出される冷熱を熱源とする低温熱媒体と、前記低温熱媒体に比して温度が高い温熱を有する温熱熱媒体との温度差を用いて作動媒体に気化と凝縮とのサイクルを生じさせて稼働する熱機関と、を備える、
発電システム。
【請求項２】
前記取得部は、前記熱媒体として少なくともＴＯＣ１．３［ｍｇ／ｌ］以下の所定条件を有する水を取得する、
請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記取得部は、前記熱媒体として少なくとも１００［ｍ］以深の所定条件を有する海水を取得する、
請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記水を前記気化装置に流通させて前記気化装置の内部に生物が付着することを防止する、
請求項２に記載の発電システム。
【請求項５】
前記熱機関を流通した前記温熱熱媒体の温度又は前記熱機関を流通した前記低温熱媒体の温度を利用する付帯設備を更に備える、
請求項１に記載の発電システム。
【請求項６】
前記熱機関を流通した前記低温熱媒体の冷温を利用する空調設備を更に備える、
請求項１に記載の発電システム。
【請求項７】
前記熱機関を流通した前記海水を用いて海産物の養殖を行う養殖設備を更に備える、
請求項３に記載の発電システム。
【請求項８】
前記熱機関を流通した前記海水から生成される副産物を製造する工場を更に備える、
請求項３に記載の発電システム。
【請求項９】
前記熱機関を流通した前記海水を用いて農作物の栽培又は貯蔵を行う設備を更に備える、
請求項３に記載の発電システム。
【請求項１０】
前記液化ガスから発生するボイルオフガスを収集し、余剰電力を用いて前記ボイルオフガスを凝縮して再生液化ガスを生成する再生部を更に備える、
請求項１から８のうちいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項１１】
前記取得部は、
前記作動媒体を気化する熱源となる第１熱媒体を取得する第１取得部と、
前記液化ガスを気化すると共に前記作動媒体を凝縮する熱源となる第２熱媒体を取得する第２取得部と、を備える、
請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項１２】
前記第１取得部と前記熱機関との間に設けられた第１中間設備を備え、
前記第１中間設備は、前記第１熱媒体を熱源とした前記温熱熱媒体が循環する、
請求項１１に記載の発電システム。
【請求項１３】
前記第２取得部と前記気化装置との間に設けられた第２中間設備を備え、
前記第２中間設備は、前記第２熱媒体を熱源とする前記気化装置により冷却される前記低温熱媒体が循環する、
請求項１１又は１２に記載の発電システム。
【請求項１４】
液化ガスを用いた設備で生じる廃熱を用いて発電する発電方法であって、
熱媒体を取得する工程と、
前記熱媒体を熱源として気化装置において前記液化ガスを気化する工程と、
前記気化装置における熱交換により排出される冷熱を熱源として低温熱媒体を冷却する工程と、
前記低温熱媒体に比して温度が高い温熱を有する温熱熱媒体を取得する工程と、
前記温熱熱媒体を熱源として作動媒体を気化させて熱機関の発電機で発電する工程と、
前記低温熱媒体を熱源として前記発電機を流通した気化後の前記作動媒体を凝縮する工程と、を備える、
発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＮＧを気化する際の廃熱を利用して発電を行う発電システム及び発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤道直下の地域では、１年を通して太陽エネルギーが海洋の表層に蓄積されている。このエネルギーは、夜間でも安定しているため、海面付近の温かい表層水と深海の冷たい深層海水との温度差を利用する海洋温度差発電が開発されている。海洋温度差発電は、表層水を用いてアンモニア等の低沸点の作動媒体を気化させてタービンを稼働し、海面から１０００［ｍ］程度の深海から汲み上げられた３［℃］程度の深層海水を用いて気化された作動媒体を冷却して凝縮するランキンサイクルを利用する発電方法である。
【０００３】
海洋温度差発電に必要な温度差を得るためには、６００〜１０００［ｍ］程度のより深い深層の海水を利用する必要があり、取水配管の建設コストや深海から深層海水を汲み上げるポンプのランニングコストが嵩むと共に、設置可能な場所に制約があり普及の妨げとなっていた。
【０００４】
ところで、東南アジア地域の島嶼部では、火力発電により電力が供給されている。これらの地域における火力発電では、主に重油を用いた内燃力発電が行われている。内燃力発電は、重油を燃料に用いたディーゼルエンジン等の内燃機関を稼働させ、内燃機関の出力軸に連結された発電機から電力を得るものである。しかし、重油を燃焼させる内燃力発電は、二酸化炭素や窒素酸化物の排出量が多く、環境問題が懸念されている。そのため、近年では内燃力発電の代替として液化天然ガス（ＬＮＧ：Liquefied Natural Gas）を用いた火力発電が導入されつつある。ＬＮＧ火力発電は、内燃力発電に比べて二酸化炭素等の排出量を低減することができる。
【０００５】
ＬＮＧは、−１６２［℃］に冷却されて液体の状態となっており、この冷温の潜熱を利用して温度差発電を行うことが検討されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１及び特許文献２に記載された発電システムによれば、ＬＮＧ火力発電に熱機関が付帯されている。この熱機関は、作動媒体に気化と凝縮とのサイクルを生じさせて稼働するものであり、気化した作動媒体を凝縮器でＬＮＧの冷熱を利用して凝縮させている。
【０００６】
そしてこの発電システムでは、ＬＮＧを蒸発させて気化する工程でＬＮＧを加熱する気化装置が用いられている。この気化装置によれは、ＬＮＧが流通する管路の外部に熱媒体を接触させ、ＬＮＧと熱媒体との間で熱交換し、ＬＮＧをガス化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５８７５２５３号公報
【特許文献２】特開昭５７−１７１００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１及び特許文献２に記載された発電システムによれば、海水を用いてＬＮＧを気化させており、この工程においてＬＮＧで冷却された海水が排出される。しかしながら、冷却されたそのまま海に放出すると周囲の生態系に影響を及ぼす等の環境問題が発生する虞がある。また、装置に海水を流通させると、配管や熱交換器に貝等の生物が付着し、装置の熱交換性能を低下させるため、装置を定期的に分解、洗浄する必要が生じる。特許文献１及び特許文献２に記載された発電システムによれば、冷却された海水を放出することによる環境対策や、気化装置等の生物汚染に対する対策については考慮されていなかった。
【０００９】
本発明は、熱効率を向上させつつ環境負荷を低減すると共に、メンテナンスコストを低減することができる温度差発電を用いた発電システム及び発電方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、液化ガスを用いた設備で生じる廃熱を用いて発電する発電システムであって、熱媒体を取得する取得部と、前記熱媒体を熱源として前記液化ガスを気化する気化装置と、前記気化装置により熱交換されて排出される冷熱を熱源とする低温熱媒体と、前記低温熱媒体に比して温度が高い温熱を有する温熱熱媒体との温度差を用いて作動媒体に気化と凝縮とのサイクルを生じさせて稼働する熱機関と、を備える、発電システムである。
【００１１】
本発明によれば、温度差発電に用いる熱機関の冷熱源に液化ガスを用いることで、深海の深層海水を汲み上げる必要が無くなり、ランニングコストや設備コストを低減することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記取得部が前記熱媒体として少なくともＴＯＣ１．３［ｍｇ／ｌ］以下の所定条件を有する水を取得するように構成されていてもよい。
【００１３】
本発明によれば、所定条件を満たす水が確保できれば液化ガスで低温熱媒体を生成することができるため、装置内の生物汚染を低減することができ、メンテナンスコストを低減することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記取得部が前記熱媒体として少なくとも１００［ｍ］以深の所定条件を有する海水を取得するように構成されていてもよい。
【００１５】
本発明によれば、所定条件を満たす海水を低温熱媒体の水源とすることができるため、汲み上げるランニングコストや設備コストを低減することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記水を前記気化装置に流通させて前記気化装置の内部に生物が付着することを防止するように構成されていてもよい。
【００１７】
本発明によれば、所定条件の水又は海水を気化装置の熱媒体として用いることで、生物汚染を防止し、メンテナンスコストを低減することができる。
【００１８】
また、本発明は、前記熱機関を流通した前記温熱熱媒体の温度又は前記熱機関を流通した前記低温熱媒体の温度を利用する付帯設備を更に備えるように構成されていてもよい。
【００１９】
本発明によれば、廃熱を利用する付帯設備により熱効率を向上させると共に、温熱熱媒体や低温熱媒体を放出する際の温度差を低減し、環境への悪影響を低減することができる。
【００２０】
また、本発明は、前記熱機関を流通した前記低温熱媒体の冷温を利用する空調設備を更に備えるように構成されていてもよい。
【００２１】
本発明によれば、熱機関を流通した後の低温熱媒体が有する冷熱のエネルギーを利用することができ、熱効率を向上させると共に、海水等の低温熱媒体をそのまま放出した際の環境への悪影響を低減することができる。
【００２２】
また、本発明は、前記熱機関を流通した前記海水を用いて海産物の養殖を行う養殖設備を更に備えるように構成されていてもよい。
【００２３】
本発明によれば、所定条件を満たす海水に含まれる成分を利用して海産物の養殖を行うことができ、設置場所の周辺において新産業を創出することができる。
【００２４】
また、本発明は、前記熱機関を流通した前記海水から生成される副産物を製造する工場を更に備えるように構成されていてもよい。
【００２５】
本発明によれば、所定条件を満たす海水に含まれる成分を利用した副産物を製造する工場を稼働することができ、設置場所の周辺において新産業を創出することができる。
【００２６】
また、本発明は、前記熱機関を流通した前記海水を用いて農作物の栽培又は貯蔵を行う設備を更に備えるように構成されていてもよい。
【００２７】
本発明によれば、所定条件を満たす海水に含まれる成分を利用して農作物の栽培又は貯蔵を行う設備を稼働することができ、設置場所の周辺において新産業を創出することができる。
【００２８】
また、本発明は、前記液化ガスから発生するボイルオフガスを収集し、余剰電力を用いて前記ボイルオフガスを凝縮して再生液化ガスを生成する再生部を更に備えるように構成されていてもよい。
【００２９】
本発明によれば、液化ガスの貯蔵時に発生するボイルオフガスを夜間等の発電需要が低い時間帯の余剰電力を用いて再生液化ガスを生成するため、再生液化ガスで実質的に蓄電することができる。
【００３０】
また、本発明は、前記取得部が前記作動媒体を気化する熱源となる第１熱媒体を取得する第１取得部と、前記液化ガスを気化すると共に前記作動媒体を凝縮する熱源となる第２熱媒体を取得する第２取得部と、を備えるように構成されていてもよい。
【００３１】
本発明によれば、第１取得部が取得した第１熱媒体を熱機関の高温側の熱源として利用することができ、第２取得部が取得した第２熱媒体を熱機関の低温側の熱源として利用することができる。
【００３２】
また、本発明は、前記第１取得部と前記熱機関との間に設けられた第１中間設備を備え、前記第１中間設備は、前記第１熱媒体を熱源とした前記温熱熱媒体が循環するように構成されていてもよい。
【００３３】
本発明によれば、第１中間設備に前記第１取得部が取得した第１熱媒体を熱源とした温熱熱媒体を循環させて熱機関の熱源とすることにより熱機関の第１熱媒体による汚染を低減することができる。
【００３４】
また、本発明は、前記第２取得部と前記気化装置との間に設けられた第２中間設備を備え、前記第２中間設備は、前記第２熱媒体を熱源とする前記気化装置により冷却される前記低温熱媒体が循環するように構成されていてもよい。
【００３５】
本発明によれば、第２中間設備に前記第２取得部が取得した第２熱媒体を熱源とした温熱熱媒体を循環させて熱機関の熱源とすることにより熱機関の第２熱媒体による汚染を低減することができる。
【００３６】
本発明は、液化ガスを用いた設備で生じる廃熱を用いて発電する発電方法であって、熱媒体を取得する工程と、前記熱媒体を熱源として気化装置において前記液化ガスを気化する工程と、前記気化装置における熱交換により排出される冷熱を熱源として低温熱媒体を冷却する工程と、前記低温熱媒体に比して温度が高い温熱を有する温熱熱媒体を取得する工程と、前記温熱熱媒体を熱源として作動媒体を気化させて熱機関の発電機で発電する工程と、前記低温熱媒体を熱源として前記発電機を流通した気化後の前記作動媒体を凝縮する工程と、を備える、発電方法である。
【００３７】
本発明によれば、温度差発電に用いる外燃機関の冷熱源に液化ガスを用いることで、深海の深層海水を汲み上げる必要が無くなり、ランニングコストや設備コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、熱効率を向上させつつ環境負荷を低減すると共に、メンテナンスコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る発電システムの熱収支を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。
【図４】第３実施形態に係る発電システムの熱収支を示す図である。
【図５】第４実施形態に係る発電システムの熱収支を示す図である。
【図６】第５実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。
【図７】第６実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る発電システム及び発電方法について説明する。
【００４１】
［第１実施形態］
図１に示されるように、発電システム１は、ＬＮＧ（液化ガス）を利用した発電設備１００と、発電設備１００から生じる廃熱を利用して温度差発電を行う温度差発電装置２００とを備える。発電設備１００は、例えば、地上に設置されたＬＮＧ発電設備である。  
【００４２】
発電システム１は、熱媒体として海水を取得する取得部２を備える。取得部２は、表層海水を取得する第１取得部３と、深層海水を取得する第２取得部４とを備える。第１取得部３は、第１熱媒体として表層の海水を取得する。第１取得部３は、表層海水を流通させるポンプを備える。第１取得部３の下流側には、温度差発電を行う温度差発電装置２００の後述の蒸発器２０１が接続されている。表層海水は、例えば、少なくとも１８［℃］〜３０［℃］程度の温度の海水である。表層海水は、温度差発電装置２００の蒸発器２０１において温熱を有する温熱熱媒体として用いられる。第１取得部３が取得する温熱熱媒体は、蒸発器２０１等に生物が付着しないように後述のような所定条件を満たすことが望ましい。
【００４３】
第２取得部４は、第２熱媒体として海水面から１００［ｍ］以深（例えば、１００［ｍ］〜６００［ｍ］程度）で１５［℃］程度の深層海水を取得する。第２取得部４は、深層海水を流通させるポンプを備える。深層海水は、例えば、少なくともＴＯＣ（Total Organic Carbon：全有機体炭素）１．３［ｍｇ／ｌ］以下の所定条件を有する。所定条件は、後述の気化装置１０４において生物が付着しないような条件に設定されている。第２取得部４は、熱媒体として生物が付着しないように上記所定条件が満たされるのであれば必ずしも上記深さの海水を取得しなくてもよい。従って、第２取得部４は、淡水を熱媒体として取得してもよい。即ち、第２取得部４は、熱媒体として少なくともＴＯＣ１．３［ｍｇ／ｌ］以下の所定条件を有する水を取得する。
【００４４】
水の所定条件は、装置内に生物が付着しない条件であれば、ＴＯＣの他に、ＤＯＣ（Dissolved Organic Carbon：溶存性有機体炭素）、ＰＯＣ（Particulate Organic Carbon：粒子性有機炭素）、細菌数、溶存酸素量等の他の指標値を用いてもよい。
【００４５】
上記所定条件により、深層海水は表層海水に比して温度が低い冷熱を有する低温熱媒体となり、表層海水は低温熱媒体に比して温度が高い温熱を有する温熱熱媒体となる。
【００４６】
第２取得部４の下流側には、発電設備１００が接続されている。発電設備１００の下流側には温度差発電装置２００が接続されている。
【００４７】
発電設備１００は、ＬＮＧを貯蔵する第１貯蔵部１０１を備える。第１貯蔵部１０１は、−１６２［℃］の液化したＬＮＧを貯蔵するタンクである。第１貯蔵部１０１内では、ＬＮＧが外部からの熱を受けて気化したボイルオフガスが発生している。そのため、第１貯蔵部１０１には、ボイルオフガスを収集し再液化する圧縮機１０２が設けられている。第１貯蔵部１０１に隣接して、ボイルオフガスを貯蔵するための第２貯蔵部１０３が設けられている。
【００４８】
第２貯蔵部１０３には、配管を介して第１貯蔵部１０１内で発生したボイルオフガスが流入する。第２貯蔵部１０３内に貯蔵されたボイルオフガスは、圧縮機１０２により再液化されてＬＮＧ（再生液化ガス）が生成される。再生液化ガスは、例えば、夜間に生じる余剰電力を用いて圧縮機１０２により生成される。余剰電力を用いて生成された再生液化ガスは、需要に応じて供給される発電設備１００の燃料となる。圧縮機１０２と第２貯蔵部１０３とで再生液化ガスを生成する再生部を構成する。即ち、再生部は、余剰電力をＬＮＧの形で蓄電するケミカル蓄電装置である。ボイルオフガスは、圧縮機１０２の電源装置を駆動する燃料として用いられてもよい。また、余剰電力は、他の発電設備から供給されてもよいし、温度差発電装置２００から生じるものが供給されてもよい。
【００４９】
第１貯蔵部１０１の下流側には、ＬＮＧを再気化させる気化装置１０４が配管Ｂを介して接続されている。また、気化装置１０４には、第２取得部４の下流側が接続されている。気化装置１０４は、熱交換器を備える。気化装置１０４には、配管Ｂを介して第１貯蔵部１０１から液体の状態のＬＮＧが流入する。また、気化装置１０４には、配管Ｆを介して第２取得部４から深層海水が流入する。気化装置１０４に流入したＬＮＧは熱交換器で深層海水により加熱され、気化したガス（ＮＧ）が生成される。通常、熱交換器の熱交換に海水を用いると、貝等の海生生物が付着し、熱交換の効率が低下する。そのため、海水を用いる場合、気化装置は定期的に洗浄することが必要となる。
【００５０】
これに対して、発電システム１では、上記所定条件を少なくとも満たす深層海水を第２取得部４から取得して流通させるので、海生生物が気化装置１０４内部に付着することが防止される。このため、発電システム１では、気化装置１０４の分解及び洗浄のメンテナンスの工程を省略してランニングコストを低減することができる。
【００５１】
気化装置１０４の熱交換器を流通して生成されたガスは、ガス配管Ｇを介して排出される。気化装置１０４のガス配管Ｇの下流側には、発電機１０５が接続されている。発電機１０５には、流入したガスを燃料として発電する。発電機１０５は、例えば、ガスタービン式の発電機が用いられる。ガスタービン式の発電原理は一般的なものであり、詳細な説明は省略する。気化装置１０４で発生したガスは、他の発電設備に供給してもよいし、温度差発電装置２００の作動媒体を循環させるポンプの電源の燃料として用いられてもよい。このポンプは、発電機１０５で発生した電力で駆動されてもよい。
【００５２】
気化装置１０４の熱交換器を流通した深層海水は、ＬＮＧとの熱交換により冷却され、冷熱を有する低温熱媒体として熱媒体用の配管から排出される。気化装置１０４の熱媒体用の配管の下流側には、温度差発電装置２００の凝縮器２０２が接続されている。
【００５３】
上記構成の他、第２取得部４から取得された深層海水が凝縮器２０２を流通した後、気化装置１０４に流通するように構成されていてもよい。また、第２取得部４と凝縮器２０２とを接続する配管Ｄを設け、気化装置１０４から凝縮器２０２に流入する冷却された深層海水と第２取得部４から取得された深層海水を混合して温度を調整するようにしてもよい。また、気化装置１０４から排出される冷却された深層海水が再び気化装置１０４に戻って深層海水が循環する流路を形成してもよい。
【００５４】
温度差発電装置２００は、作動媒体に気化と凝縮とのサイクルを生じさせて稼働する。温度差発電装置２００は、タービン式の発電機２０３を備える熱機関である。温度差発電装置２００は、表層海水（第１熱媒体）を熱源として作動媒体を気化する。温度差発電装置２００は、ＬＮＧを気化して低温となった深層海水（第２熱媒体）を熱源として作動媒体を凝縮する。
【００５５】
温度差発電装置２００は、例えば、低温で沸騰するアンモニアを作動媒体として稼働する。作動媒体は、アンモニアと水との混合物が用いられてもよい。混合物は、例えば、アンモニア９０［％］に対して水１０［％］程度の割合で生成されている。アンモニアや混合物は、常温では蒸気化している。作動媒体は、例えば、１１気圧程度に加圧されると液化する。加圧された作動媒体は、第１取得部３から取得された表層海水の温度３０［℃］程度で沸騰し気化する。
【００５６】
温度差発電装置２００は、作動媒体の流路２１０を備える。作動媒体は、流路２１０内で加圧されて液化した状態で循環する。流路２１０の途中には、作動媒体を循環させるポンプ２０５が設けられている。ポンプ２０５から吐出された作動媒体は、蒸発器２０１に流入する。蒸発器２０１は、熱交換器を備える。熱交換器には、第１取得部３に接続された配管Ｈが接続され、第１取得部３から表層海水が流入する。また、熱交換器には、流路２１０が接続されている。熱交換器は、流路２１０の外部に表層海水が接触するよう構成されており、流路２１０内を流通する作動媒体と表層海水とが熱交換される。作動媒体は、熱交換器において表層海水で温められて気化する。
【００５７】
気化した作動媒体は、蒸発器２０１の下流側に接続された発電機２０３に流入する。気化した作動媒体は、発電機２０３が有するタービンを回転させる。タービンには回転力を出力する出力軸が設けられている。出力軸には電磁誘導で発電する発電装置が連結されており、発電装置はタービンの回転に連動して電力を出力する。タービンを回転させた後、気化した作動媒体は、発電機２０３の下流側に接続された凝縮器２０２に流入する。
【００５８】
凝縮器２０２は、熱交換器を備える。熱交換器には、気化装置１０４の下流側に接続された配管Ｃが接続され、第２取得部４から取得され、ＬＮＧにより冷却された深層海水が流入する。また、熱交換器には、流路２１０が接続されている。熱交換器は、流路２１０の外部に深層海水が接触するよう構成されており、流路２１０内を流通する気化した作動媒体と深層海水とが熱交換される。気化した作動媒体は、熱交換器において深層海水で冷やされて凝縮されて液体に戻る。凝縮器２０２の下流側には、ポンプ２０５が接続されている。液体に戻った作動媒体は、ポンプ２０５により流路を再循環される。
【００５９】
上記のように、温度差発電装置２００では、ＬＮＧで冷却された深層海水を凝縮器２０２に利用するものであり、通常の温度差発電で必要な低温の６００［ｍ］〜１０００［ｍ］の深層海水を利用する場合に比して、海水の汲み上げコストや配管設備の設置コストを低減することができる。
【００６０】
凝縮器２０２で熱交換された深層海水は、６［℃］程度の温度で凝縮器２０２から排出される。凝縮器２０２から排出される深層海水は、まだ冷温の潜熱を含み、表層海水との温度差があり、そのまま海洋放出すると環境への影響が懸念される。そこで、温度差発電装置２００には、凝縮器２０２を流通して排出される深層海水を利用する付帯設備Ｑが設けられている。
【００６１】
付帯設備Ｑは、例えば、凝縮器２０２を流通して排出口２０８から排出される深層海水の冷温を直接的に利用する空調設備Ｑ１である。空調設備Ｑ１は、凝縮器２０２から排出される深層海水を冷媒として利用した冷房設備である。空調設備Ｑ１は、例えば、凝縮器２０２から排出される深層海水が流通する熱交換器（不図示）を備える。空調設備Ｑ１は、熱交換器に常温の空気を流通させ、冷却された空気を生成する。空調設備Ｑ１によれば、凝縮器２０２から排出される深層海水の冷熱を利用するのでランニングコストが低減される。また、空調設備Ｑ１によれば、冷媒を循環させる装置やコンプレッサーが不要となり、設置コストが低減される。
【００６２】
付帯設備Ｑは、深層海水を利用した養殖設備Ｑ２であってもよい。深層海水は、表層海水に比べて、植物プランクトンの成長に必要な無機栄養塩（硝酸態窒素：ＮＯ３、リン酸態リン：ＰＯ４、ケイ素：Ｓｉ）が豊富に含まれている。従って、深層海水を表層海水の領域に放水すると豊富な無機栄養塩によってプランクトンが発生し、その領域は、漁場や養殖場に適した場所となる。
【００６３】
即ち、深層海水を用いてカキ、アワビ、エビ等の海産物を養殖することができる。そして深層海水は、汚染物質がほとんど含まれず、低温であるため雑菌が表層海水の１／１０００以下である。そのため、深層海水を用いれば、食あたりを起こさない安全なカキなどの海産物を養殖する養殖設備Ｑ２を設置することができる。養殖設備Ｑ２は、海上に設けられていてもよいし、陸上に設けられた生け簀であってもよい。また、養殖設備Ｑ２は、バイオ燃料を生成するための藻類を養殖するものであってもよい。
【００６４】
また、付帯設備Ｑは、深層海水を用いて生成される化粧品、食品、飲料、レアメタルを含む資源などの副産物を製造する工場Ｑ３であってもよい。付帯設備Ｑは、深層海水を用いた農場Ｑ４であってもよい。深層海水を農業に利用する場合は、蒸留や逆浸透膜などを用いて淡水化して農作物を栽培するための農業用水として用いてもよいし、深層海水の低温の温度を利用してハウス栽培の空調や農作物の土壌の温度調整のための冷媒や農作物を貯蔵する冷蔵施設の冷媒として用いてもよい。
【００６５】
その他、付帯設備Ｑは、深層海水を淡水化すると共に、成分調整して生成される飲料水の水道設備や農業設備や養殖設備であってもよい。上記の付帯設備Ｑは、低温熱媒体の温度を利用するものを例示したが、これに限らず温熱熱媒体の温度を利用するものであってもよい。即ち、付帯設備Ｑは、第１取得部３から取得されて温度差発電に利用された後の表層海水の温度を直接的に利用する空調設備や農作物の貯蔵設備であってもよい。更に、付帯設備Ｑは、発電設備１００の発電機１０５から排出される廃熱を直接的に利用した余熱利用設備であってもよい。
【００６６】
次に、発電システム１の熱サイクルについて説明する。
【００６７】
図２に示されるように、ＬＮＧは、第１貯蔵部１０１（図１参照）から配管Ｂを流通している際、温度が約−１６０［℃］程度である。ＬＮＧは、気化装置１０４で熱交換された後、気化してＮＧとなってガス配管Ｇを７．３［ｋｇ／ｓ］の流量で流通している際、温度が約−１２２〜−１０５［℃］程度に上昇する。
【００６８】
深層海水は、第２取得部４から２．３１［ｋｇ／ｓ］の流量で取得され、気化装置１０４及び凝縮器２０２を流通する循環路で０．２３［ｔ／ｓ］の流量で循環し、排出口２０８から２．３１［ｋｇ／ｓ］の流量で排出される。深層海水は、温度が６．２［℃］で気化装置１０４に入力され、温度が１［℃］に冷却されて気化装置１０４から排出される。深層海水は、温度が１［℃］で凝縮器２０２に入力され、温度が６．１［℃］に加温されて凝縮器２０２から排出され、温度が６．１［℃］で排出口２０８から排出される。凝縮器２０２から排出された深層海水の一部は、気化装置１０４に再入力されるように循環する。
【００６９】
表層海水は、第１取得部３から０．２３［ｔ／ｓ］の流量で取得され、温度が３０［℃］で蒸発器２０１に入力され、温度が２７［℃］に冷却されて蒸発器２０１から排出される。
【００７０】
温度差発電装置２００において作動媒体は、流路２１０を循環し、温度が４［℃］の液体の状態で蒸発器２０１に入力され、温度が２６［℃］に加温されて気化した状態で蒸発器２０１から排出される。作動媒体は、温度が２６［℃］で発電機２０３に入力され、温度が５［℃］で発電機２０３から排出される。作動媒体は、温度が５［℃］で凝縮器２０２に入力され、温度が４［℃］に冷却されて液化した状態で凝縮器２０２から排出される。作動媒体は、温度が４［℃］の液体の状態でポンプ２０５により流路２１０内に再び圧送され流路２１０内を循環する。
【００７１】
上記の熱サイクルにより、発電システム１は、２００［ＭＷ］のＧＴガス供給量稼働することができる。但し、上記の熱サイクルは一例であり、発電システム１の発電量により各数値は変動する。
【００７２】
上述したように、発電システム１によれば、温度差発電の冷熱源に発電設備１００の燃料のＬＮＧが有する冷熱を利用することで、冷熱源として通常の温度差発電で必要な低温の６００［ｍ］〜１０００［ｍ］の深層海水を汲み上げる必要が無く、海水の汲み上げコストや配管設備の設置コストを低減することができる。また、発電システム１によれば、冷熱源として海水面から１００［ｍ］〜６００［ｍ］程度の海水を取得することで、気化装置１０４内の生物汚染を低減することができ、メンテナンスコストを低減することができる。また、発電システム１によれば、ＬＮＧの発電設備１００に付帯する温度差発電装置２００により、熱効率を大幅に向上させることができる。
【００７３】
［第２実施形態］
以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。
【００７４】
図３に示されるように、第２実施形態に係る発電システム１Ａは、２つの温度差発電装置２００Ａ１，２００Ａ２を備えるように構成されている。
【００７５】
温度差発電装置２００Ａ１は、第１取得部３から取得された表層海水を用いてＬＮＧの冷温を利用した温度差発電を行う。発電設備１００Ａにおいて気化装置１０４には、第１取得部３から取得された表層海水が流入する。但し、表層海水は、生物が繁殖しないように所定条件を満たすことが望ましい。気化装置１０４で冷却された表層海水は、温度差発電装置２００Ａ１の凝縮器２０２に流入する。第１取得部３から取得された表層海水の一部は分岐されて温度差発電装置２００Ａ１の蒸発器２０１に流入する。蒸発器２０１を流通した表層海水は、凝縮器２０２を流通した表層海水と混合されて排水先の海水との温度差が４［℃］未満となるように調整されて海に排水される。
【００７６】
温度差発電装置２００Ａ２は、第２取得部４から取得された深層海水を用いて温度差発電を行う。温度差発電装置２００Ａ２において、凝縮器２０２には、第２取得部４から取得された深層海水が流入する。蒸発器２０１には、第１取得部３から取得された表層海水が流入する。凝縮器２０２から排出された表層海水は、付帯設備Ｑにおいて利用される。
【００７７】
第２実施形態に係る発電システム１Ａによれば、第１取得部３から取得された表層海水を用いてＬＮＧの冷温を利用した温度差発電を行うことができ、温度差発電による発電量を増加させることができる。
【００７８】
［第３実施形態］
以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。以下、第３実施形態に係る発電システム１Ｂの構成を熱サイクルに従って説明する。
【００７９】
図４に示されるように、第３実施形態に係る発電システム１Ｂは、発電設備１００（図１参照）における深層海水の循環経路が第１実施形態の発電システム１と異なり、第２取得部４から取得された深層海水が最初に温度差発電装置２００の凝縮器２０２に入力され、その後、気化装置１０４に入力されるように構成されている。
【００８０】
深層海水は、第２取得部４から２．６４［ｔ／ｓ］の流量で取得される。深層海水は、凝縮器２０２に入力され、排出口２０８から２．６４［ｔ／ｓ］の流量で排出される。凝縮器２０２から排出された深層海水の一部は、０．４［ｔ／ｓ］の流量で気化装置１０４に入力され、凝縮器２０２に入力される経路に合流する。従って、深層海水は、３．０４［ｔ／ｓ］の流量で、凝縮器２０２に入力される。
【００８１】
深層海水は、温度が７［℃］で凝縮器２０２に入力され、温度が１０［℃］に加温されて凝縮器２０２から排出される。その後、深層海水は、温度が１０［℃］で排出口２０８から排出される。凝縮器２０２から排水された深層海水の一部は、温度が１０［℃］で気化装置１０４に入力され、温度が７［℃］に冷却されて気化装置１０４から排出され、凝縮器２０２に入力される経路に合流する。凝縮器２０２から排水された深層海水の一部は、凝縮器２０２と気化装置１０４とを循環する。
【００８２】
配管Ｂを流通するＬＮＧは、気化装置１０４で熱交換された後、気化してＮＧとなってガス配管Ｇを７．３［ｋｇ／ｓ］の流量で流通している際、温度が約−１２２〜−１０５［℃］程度に上昇する。
【００８３】
表層海水は、第１取得部３から３．０４［ｔ／ｓ］の流量で取得され、温度が３０［℃］で蒸発器２０１に入力され、温度が２７［℃］に冷却されて蒸発器２０１から排出される。
【００８４】
温度差発電装置２００において作動媒体は、温度差発電装置２００の流路２１０を循環し、温度が４［℃］の液体の状態で蒸発器２０１に入力され、温度が２６［℃］に加温されて気化した状態で蒸発器２０１から排出される。作動媒体は、温度が２６［℃］で発電機２０３に入力され、温度が５［℃］で発電機２０３から排出される。作動媒体は、温度が５［℃］で凝縮器２０２に入力され、温度が４［℃］に冷却されて液化した状態で凝縮器２０２から排出される。作動媒体は、温度が４［℃］の液体の状態でポンプ２０５により流路２１０内に再び圧送され流路２１０内を循環する。
【００８５】
上記の熱サイクルにより、第３実施形態に係る発電システム１Ｂは、２００［ＭＷ］のＧＴガス供給量で稼働することができる。但し、上記の熱サイクルは一例であり、発電システム１Ｂの発電量により各数値は変動する。
【００８６】
［第４実施形態］
以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。以下、第４実施形態に係る発電システム１Ｃの構成を熱サイクルの流れに従って説明する。
【００８７】
図５に示されるように、第４実施形態に係る発電システム１Ｃは、第３実施形態に係る発電システム１Ｂに淡水化設備が追加されて構成されている。また、発電システム１Ｃは、第１取得部３から発電設備１００（図１参照）の発電機１０５の冷却水が入力されように構成されている。
【００８８】
深層海水は、第２取得部４から１．５４［ｔ／ｓ］の流量で取得され、凝縮器２０２に入力され、排出口２０８から１．５４［ｔ／ｓ］の流量で排出される。凝縮器２０２から排出された一部の深層海水は、０．４［ｔ／ｓ］の流量で気化装置１０４に入力され、凝縮器２０２に入力される経路に合流する。そのため、深層海水は、１．９４［ｔ／ｓ］の流量で、凝縮器２０２に入力される。
【００８９】
深層海水は、温度が１０［℃］で凝縮器２０２に入力され、温度が１３［℃］に加温されて排出される。凝縮器２０２から排水された一部の深層海水は、温度が１３［℃］で気化装置１０４に入力される。深層海水は、気化装置１０４で温度が１０［℃］に冷却されて排出され、凝縮器２０２に入力される経路に合流する。
【００９０】
凝縮器２０２から排水された深層海水は、深層海水と表層海水との熱交換を行う熱交換器８を流通し、温度が１６．８［℃］に加温されて排出口２０８から排出される。
【００９１】
配管Ｂを流通するＬＮＧは、気化装置１０４で熱交換された後、気化してＮＧとなってガス配管Ｇを７．３［ｋｇ／ｓ］の流量で流通している際、温度が約−１２２〜−１０５［℃］程度に上昇する。
【００９２】
第１取得部３からは、発電機１０５を冷却した表層海水が１．９４［ｔ／ｓ］の流量で取得され、温度が３７［℃］で蒸発器２０１に入力され、温度が３４［℃］に冷却されて蒸発器２０１から排出される。蒸発器２０１から排出された表層海水は、淡水化装置７を通過し、一部が淡水化され、熱交換器８内を流通し、３１［℃］の温度に冷却されて１０００［ｔ／day］の生産量で生成される。淡水化されなかった表層海水は、１．９３［ｔ／ｓ］の流量で且つ温度が３３［℃］で排出される。
【００９３】
作動媒体は、温度差発電装置２００の流路２１０を循環し、温度が４［℃］の液体の状態で蒸発器２０１に入力され、温度が２６［℃］に加温されて気化した状態で蒸発器２０１から排出される。その後、気化後の作動媒体は温度が２６［℃］で発電機２０３に入力され、温度が５［℃］で発電機２０３から排出される。作動媒体は、温度が５［℃］で凝縮器２０２に入力され、温度が４［℃］に冷却されて液化した状態で凝縮器２０２から排出される。作動媒体は、温度が４［℃］の液体の状態でポンプ２０５により流路２１０内に再び圧送され流路２１０内を循環する。
【００９４】
上記の熱サイクルにより、第４実施形態に係る発電システム１Ｃの温度差発電装置２００は、２００［ＭＷ］のＧＴガス供給量で稼働することができる。但し、上記の熱サイクルは一例であり、発電システム１Ｃの発電量により各数値は変動する。また、発電システム１Ｃは、発電機１０５の廃熱を利用すると共に、海水を淡水化することができる。
【００９５】
［第５実施形態］
図６に示されるように、第５実施形態に係る発電システム１Ｄは、第１実施形態に係る発電システム１に間接的な熱交換を行う第１中間設備３００が追加されて構成されている。第１中間設備３００は、例えば、第１取得部３と温度差発電装置２００との間に設けられている。第１中間設備３００内には、第１作動媒体が流路３１０内を循環している。第１作動媒体は、例えば、エチレングリコール等の冷却水である。
【００９６】
第１中間設備３００は、第１取得部３が取得した第１熱媒体と第１作動媒体との熱交換を行う熱交換器３０１と、加熱された第１作動媒体を循環させるポンプ３０２を備える。第１中間設備３００は、第１取得部３が取得した第１熱媒体を熱源として第１作動媒体を加熱する。加熱された第１作動媒体は下流側に接続された温度差発電装置２００の蒸発器２０１の熱源となる。第１中間設備３００を用いることにより、温度差発電装置２００の汚染が低減される。
【００９７】
［第６実施形態］
図７に示されるように、第６実施形態に係る発電システム１Ｅは、第５実施形態に係る発電システム１Ｄに更に間接的な熱交換を行う第２中間設備４００が追加されて構成されている。第２中間設備４００は、例えば、気化装置１０４と温度差発電装置２００との間に設けられている。第２中間設備４００の配管４１０には、第２作動媒体が循環している。第２作動媒体は、例えば、プロパンである。第２中間設備４００は、ＬＮＧを熱源として冷却された第２熱媒体を冷熱源として温度差発電装置２００の作動媒体を冷却する。
【００９８】
第２中間設備４００は、例えば、第２作動媒体を冷却する熱交換器４０１と、第２作動媒体を配管４１０内で循環させるポンプ４０２とを備える。第２中間設備４００は、ポンプ４０２の上流側に温度差発電装置２００の凝縮器２０２が接続され、下流側に熱交換器４０１が接続されている。第２中間設備４００は、冷却された第２作動媒体により凝縮器２０２で温度差発電装置２００の作動媒体を冷却し凝縮させる。第２中間設備４００は、熱交換器４０１において気化装置１０４から生じる冷熱を熱源として第２作動媒体を冷却する。
【００９９】
第２中間設備４００は、中間媒体式気化器（Intermediate Fluid type Vaporizer：IFV）であってもよい。第２取得部４は、例えば、下流側にブロワ１４０を設けて空気を第２熱媒体として気化装置１０４や第２中間設備４００の熱交換器４０１に流通させてもよい。第２取得部４から取得された空気は、気化装置１０４においてＬＮＧを気化すると共に、冷却された空気を熱交換器４０１に流通させ、第２中間設備４００の第２作動媒体を冷却してもよい。第２中間設備４００を用いることにより、温度差発電装置２００の汚染が低減される。
【０１００】
［変形例］
上記実施形態に係る発電システム１は、海水を熱媒体として取得していた。発電システム１が適用される場所は、海洋の近くでなくてもよい。発電システム１は、湖、川、池、貯水槽、地下水等の水源からの水が所定条件を満たすのであれば、これらの水を熱媒体として取得してもよい。また、発電システム１は、地上の設備だけでなく、船体内に再ガス化設備を備える浮体式ＬＮＧ貯蔵最ガス化設備（ＦＳＲＵ：Floating Storage & Regasification Unit）に設けられる設備であってもよい。ＦＳＲＵは、新造船であってもよいし、既存の船体を改造して設けられるものであってもよい。発電システム１がＦＳＲＵに設けられた場合、季節等の時期毎に変動する電力需要に柔軟に対応することができる。
【０１０１】
また、発電システム１は、温熱を有する温熱熱媒体を表層海水から取得していたが、これに限らず、発電機１０５が気化したＬＮＧを燃焼した際に排出する温熱や、発電所以外の工場の廃熱、ＦＳＲＵのエンジンの廃熱、地熱等の他の温熱を利用して海水、上記水源の水、発電システム１で共通に用いられる冷却水等の作動流体等を加温して温熱熱媒体を生成してもよい。また、発電システム１は、気化したＬＮＧの冷温の潜熱を付帯設備Ｑに利用してもよい。
【０１０２】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。例えば、温度差発電装置２００の冷熱源にＬＮＧが用いられていたが、これに限らず他の低温の液化ガスが用いられてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…発電システム
２…取得部
３…第１取得部
４…第２取得部
７…淡水化装置
８…熱交換器
１０１…第１貯蔵部
１０２…圧縮機
１０３…第２貯蔵部
１０４…気化装置
１０５…発電機
１４０…ブロワ
２００、２００Ａ１、２００Ａ２…温度差発電装置
２０１…蒸発器
２０２…凝縮器
２０３…発電機
２０５…ポンプ
２０８…排出口
２１０…流路
３００…第１中間設備
３０１…熱交換器
３０２…ポンプ
３１０…流路
４００…第２中間設備
４０１…熱交換器
４０２…ポンプ
４１０…配管
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｈ…配管
Ｇ…ガス配管
ＮＧ…ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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