(57)【要約】【課題】効率的な運転と、タービンの信頼性とを向上できる地熱タービンプラント等を提供する。【解決手段】本実施形態の地熱タービンプラントは、地下の生産井から供給される熱水と高圧蒸気とを第１フラッシャが分離する。第１フラッシャによって分離された熱水から、高圧蒸気よりも圧力が低い低圧蒸気を第２フラッシャが得る。第１フラッシャから高圧蒸気が供給されることによって第１蒸気タービンが駆動する。第２フラッシャから低圧蒸気が供給されることによって第２蒸気タービンが駆動する。復水器は、第１蒸気タービンから蒸気が排出されると共に第２蒸気タービンから蒸気が排出される。【選択図】図１
2014031736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下の生産井から供給される熱水と高圧蒸気を分離する第１フラッシャと、
前記第１フラッシャによって分離された前記熱水から、前記高圧蒸気よりも圧力が低い低圧蒸気を得る第２フラッシャと、
前記第１フラッシャから前記高圧蒸気が供給されることによって駆動する第１蒸気タービンと、
前記第２フラッシャから前記低圧蒸気が供給されることによって駆動する第２蒸気タービンと、
前記第１蒸気タービンおよび前記第２蒸気タービンから蒸気が排出される復水器と
を備えることを特徴とする、
地熱タービンプラント。
【請求項２】
前記第１蒸気タービンおよび前記第２蒸気タービンは、単流タービンである、
請求項１に記載の地熱タービンプラント。
【請求項３】
前記第１蒸気タービンは、複流タービンであり、
前記第２蒸気タービンは、単流タービンである、
請求項１に記載の地熱タービンプラント。
【請求項４】
前記第１蒸気タービンおよび前記第２蒸気タービンは、複流タービンである、
請求項１に記載の地熱タービンプラント。
【請求項５】
地下の生産井から供給される熱水と高圧蒸気を第１フラッシャによって分離するステップと、
前記第１フラッシャによって分離された前記熱水から、前記高圧蒸気よりも圧力が低い低圧蒸気を第２フラッシャにより生成するステップと、
前記第１フラッシャから前記高圧蒸気を供給することによって第１蒸気タービンを駆動すると共に、前記第２フラッシャから前記低圧蒸気を供給することによって第２蒸気タービンを駆動するステップと、
前記第１蒸気タービンおよび前記第２蒸気タービンから蒸気が復水器へ排出されるステップと
を有する、地熱タービンプラントの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、地熱タービンプラント、および、地熱タービンプラントの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱タービンプラントは、地熱を用いて発電を行う蒸気タービンプラントであって、蒸気が蒸気タービンのケーシング内へ供給され、タービンロータが回転することによって、発電機が駆動する。具体的には、蒸気タービンにおいては、ノズル（静翼）とタービン羽根（動翼）とによって構成されるタービン段落が、タービンロータの回転軸に沿って複数設けられており、その複数のタービン段落において蒸気の膨張が繰り返されて、タービンロータが回転する。
【０００３】
地熱タービンプラントにおいては、たとえば、シングルフラッシュ方式、ダブルフラッシュ方式が採用されている（たとえば、特許文献１，２，３参照）。
【０００４】
シングルフラッシュ方式の地熱タービンプラントでは、熱水と高圧蒸気とが混合した熱水随伴型の地熱蒸気を、セパレータ（気水分離器）が熱水と蒸気とに分離し、その分離された蒸気のみを作動流体として蒸気タービンに供給する。
【０００５】
一方で、ダブルフラッシュ方式の地熱タービンプラントでは、セパレータによって熱水から分離された高圧蒸気を蒸気タービンに供給すると共に、セパレータによって分離された熱水をフラッシャ（減圧気化器）で減圧して得た低圧蒸気を蒸気タービンに供給する。高圧蒸気は、初段のタービン段落に供給され、低圧蒸気は、初段と最終段との間に位置する途中のタービン段落に供給される。このように、ダブルフラッシュ方式では、複数種の蒸気によって蒸気タービンを駆動させているので、シングルフラッシュ方式よりも地熱エネルギーの利用効率が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１２０５１３号公報
【特許文献２】特開２０１１−５２６２１号公報
【特許文献３】特開２００５−１３７１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のダブルフラッシュ方式の地熱タービンプラントのように、圧力が異なる複数種の蒸気を１つの蒸気タービンに供給する場合、効率的な運転と、タービンの信頼性との両者を更に向上させることが容易でない場合がある。
【０００８】
具体的には、ダブルフラッシュ方式の地熱タービンプラントにおいて、最終段のタービン羽根を通過する蒸気の流量が多く、ローディングが大きい場合には（高負荷の場合）、最終段のタービン羽根は、振動応力が増加し、損傷が早期に発生する場合がある。また、高圧蒸気と低圧蒸気との間ではエントロピーが必ずしも一致するとは限らないので、両者の混合によって、エントロピーが増大する場合がある。この他に、最終段のタービン羽根を通過した蒸気速度が高くなり、排気損失が大きくなる場合がある。
【０００９】
特に、地熱タービンプラントでは、従前よりも高温かつ高圧な蒸気を多量に蒸気タービンに供給する傾向にあるため、上記の不具合の発生が顕在化し、効率的な運転と信頼性向上とを実現することが更に困難になってきている。
【００１０】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、効率的な運転と、タービンの信頼性とを向上できる、地熱タービンプラント、および、地熱タービンプラントの運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態の地熱タービンプラントは、地下の生産井から供給される熱水と高圧蒸気とを第１フラッシャが分離する。第１フラッシャによって分離された熱水から、高圧蒸気よりも圧力が低い低圧蒸気を第２フラッシャが得る。第１フラッシャから高圧蒸気が供給されることによって第１蒸気タービンが駆動する。第２フラッシャから低圧蒸気が供給されることによって第２蒸気タービンが駆動する。復水器は、第１蒸気タービンおよび第２蒸気タービンから蒸気が排出される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、効率的な運転と、タービンの信頼性とを向上できる、地熱タービンプラント、および、地熱タービンプラントの運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態に係る地熱タービンプラントを示す系統図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る地熱タービンプラントにおいて、最終段のタービン羽根を通過後の蒸気速度と、排気損失との関係を示す図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る地熱タービンプラントを示す系統図である。
【図４】図４は、第３実施形態に係る地熱タービンプラントを示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る地熱タービンプラントを示す系統図である。
【００１６】
地熱タービンプラント１は、図１に示すように、第１フラッシャ１１、第２フラッシャ１２、第１蒸気タービン２１、第２蒸気タービン２２、発電機３１、復水器４１、および、冷却塔５１を備えている。以下より、地熱タービンプラント１を構成する各部について順次説明する。
【００１７】
第１フラッシャ１１は、気水分離器（セパレータ）であって、図１に示すように、地下に設けられた生産井１０から熱水供給管１０１を介して供給された熱水随伴型の地熱蒸気を、熱水と高圧蒸気との両者に分離する。そして、第１フラッシャ１１においては、高圧蒸気が第１蒸気供給管１１１へ排出されると共に、高圧蒸気から分離された熱水が熱水排出管１１２へ排出される。
【００１８】
第２フラッシャ１２は、減圧気化器（フラッシャ）であって、図１に示すように、第１フラッシャ１１から熱水排出管１１２を介して供給される熱水を減圧することによって、第１フラッシャ１１で分離された高圧蒸気よりも圧力が低い低圧蒸気を生成する。そして、第２フラッシャ１２においては、低圧蒸気が第２蒸気供給管１２１へ排出されると共に、低圧蒸気から分離された熱水が、熱水還元管１２２を介して還元井１３へ還元される。
【００１９】
第１蒸気タービン２１は、図１に示すように、高圧蒸気が第１フラッシャ１１から第１蒸気供給管１１１を介してタービンケーシングの内部に供給され、そのタービンケーシングの内部に設置されたタービンロータが回転する。具体的には、第１蒸気タービン２１は、ノズルとタービン羽根とによって構成されるタービン段落がタービンロータの回転軸Ｒに沿って複数設けられており、第１フラッシャ１１で分離された高圧蒸気は、一方の端部に位置する初段のタービン段落に供給される。そして、第１蒸気タービン２１においては、その供給された高圧蒸気が、各タービン段落において仕事を行ってタービンロータを回転させる。高圧蒸気は、一方の端部から他方の端部へ流れるに従って圧力が低下し、他方の端部に位置する最終段のタービン段落を通過した後に、第１蒸気排出管２１１へ排出される。つまり、第１蒸気タービン２１は、一方の端部から他方の端部に向かって高圧蒸気が流れる単流タービンである。
【００２０】
第２蒸気タービン２２は、図１に示すように、第１蒸気タービン２１とは別に独立して設けられている。第２蒸気タービン２２は、低圧蒸気が第２蒸気供給管１２１を介して第２フラッシャ１２からタービンケーシングの内部に供給され、そのタービンケーシングの内部に設置されたタービンロータが回転する。具体的には、第２蒸気タービン２２は、第１蒸気タービン２１と同様に、ノズルとタービン羽根とによって構成されるタービン段落がタービンロータの回転軸Ｒに沿って複数設けられており、第２フラッシャ１２で得られた低圧蒸気は、一方の端部に位置する初段のタービン段落に供給される。そして、第２蒸気タービン２２においては、その供給された低圧蒸気が、各タービン段落において仕事を行って、第１蒸気タービン２１と同じ回転方向にタービンロータを回転させる。低圧蒸気は、一方の端部から他方の端部へ流れるに従って圧力が低下し、他方の端部に位置する最終段のタービン段落を通過した後に、第２蒸気排出管２２１へ排出される。つまり、第２蒸気タービン２２は、第１蒸気タービン２１と同様に、単流タービンであって、回転軸Ｒに沿って一方向に低圧蒸気が流れる。
【００２１】
本実施形態では、第１蒸気タービン２１と第２蒸気タービン２２との両者は、図１に示すように、回転軸Ｒが互いに連結されている。
【００２２】
発電機３１は、図１に示すように、第１蒸気タービン２１と第２蒸気タービン２２との回転軸Ｒに連結されており、第１蒸気タービン２１と第２蒸気タービン２２とにおいてタービンロータが回転することによって駆動し、発電を行う。
【００２３】
復水器４１は、図１に示すように、第１蒸気タービン２１から第１蒸気排出管２１１を介して蒸気が排出される。これと共に、復水器４１は、第２蒸気タービン２２から第２蒸気排出管２２１を介して蒸気が排出される。復水器４１は、各部から排出された蒸気に冷却水を直接散水することによって、その蒸気を凝縮する。そして、復水器４１での凝縮によって得られた凝縮水は、復水管４１１へ排出される。
【００２４】
冷却塔５１は、図１に示すように、復水管４１１に排出された凝縮水が、ポンプ４２を介して供給され、その凝縮水を冷却する。そして、冷却塔５１では、その冷却された凝縮水の一部が、冷却管５１１を介して復水器４１に戻り、冷却水として使用され、残りの一部が、排水管５１２から外部へ排出される。
【００２５】
以上のように、本実施形態においては、第１フラッシャ１１によって熱水から分離された高圧蒸気の供給によって、第１蒸気タービン２１が駆動する。そして、第１フラッシャ１１に分離された熱水から第２フラッシャ１２が得た低圧蒸気の供給によって、第２蒸気タービン２２が駆動する。
【００２６】
このため、本実施形態は、効率的な運転と、タービンの信頼性とを向上できる。
【００２７】
具体的には、本実施形態の地熱タービンプラントでは、圧力が異なる複数種の蒸気を、一つの蒸気タービンに供給せずに、互いに独立した複数の蒸気タービンに別々に供給する。つまり、高圧蒸気は、第１蒸気タービン２１のタービンケーシング内に供給され膨張し、低圧蒸気は、第１蒸気タービン２１とは別に設けられた第２蒸気タービン２２のタービンケーシング内に供給され膨張する。このため、第１蒸気タービン２１および第２蒸気タービン２２において最終段のタービン段落を流れる蒸気の流量は、圧力が異なる複数種の蒸気を一つの蒸気タービンに供給する場合よりも減少する。したがって、最終段のタービン羽根に対する負荷が低減するので、最終段のタービン羽根の損傷を抑制することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、高圧蒸気と低圧蒸気は、一つの蒸気タービンにおいて途中のタービン段落で混合されない。このため、高圧蒸気と低圧蒸気との間においてエントロピーが一致しない場合であっても、蒸気タービン内で蒸気の混合によるエントロピー増加がないので、蒸気タービンの性能を好適に発揮できる。
【００２９】
図２は、第１実施形態に係る地熱タービンプラントにおいて、最終段のタービン羽根を通過後の蒸気速度と、排気損失との関係を示す図である。図２において、横軸は、最終段のタービン羽根を通過後の蒸気速度Ｖを示しており、縦軸は、排気損失Ｌを示している。図２において、ＶＨは、本実施形態の場合の蒸気速度を示しており、一方で、ＶＪは、本実施形態と異なり、一つの蒸気タービンに圧力が異なる複数種の蒸気を供給した場合を示している。
【００３０】
図２に示すように、圧力が異なる複数種の蒸気を一つの蒸気タービンに供給した場合には、最終段のタービン羽根を通過後の蒸気速度ＶＪが高いため、排気損失Ｌが大きい。これは、地熱タービンプラントでは、蒸気にさまざまなガスが含まれており、蒸気タービンの腐食対策が必要である等の要因によって、蒸気タービンの大型化が容易でないために、蒸気速度ＶＪを低下することが困難なこと等に起因する。
【００３１】
一方で、本実施形態の場合には、圧力が異なる複数種の蒸気を、互いに独立した複数の蒸気タービンに別々に供給している。このため、図２に示すように、最終段のタービン羽根を通過後の蒸気速度ＶＨを適宜低下させることができるので、排気損失Ｌを減少することができる。
【００３２】
したがって、本実施形態においては、地熱タービンプラントにおいて高温かつ高圧な蒸気を多量に用いる場合であっても、効率的な運転と信頼性向上とを容易に実現することができる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態に係る地熱タービンプラントを示す系統図である。
【００３４】
図３に示すように、本実施形態の地熱タービンプラント１ｂは、第１蒸気タービン２１ｂの形態が、第１実施形態と異なる。本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、この実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
【００３５】
第１蒸気タービン２１ｂは、図３に示すように、単流タービンではなく、複流タービンである。
【００３６】
具体的には、第１蒸気タービン２１ｂは、図３に示すように、第１フラッシャ１１から第１蒸気供給管１１１を介して、高圧蒸気が、回転軸Ｒの軸方向において第１蒸気タービン２１ｂの中央に位置する部分へ供給される。そして、第１蒸気タービン２１ｂでは、その供給された高圧蒸気が、回転軸Ｒの軸方向において一方の端部と他方の端部との方向に分岐して流れて、タービンロータを回転させる。そして、その高圧蒸気は、一方の端部と他方の端部とに位置する最終段のタービン段落を通過した後に、一方の端部と他方の端部とに設けられた排気口から第１蒸気排出管２１１へ排出される。つまり、本実施形態の第１蒸気タービン２１ｂは、排気の流れが複数である複流排気式である。
【００３７】
以上のように、本実施形態の地熱タービンプラントでは、第１蒸気タービン２１ｂの形態が、第１実施形態と異なっている。しかし、第１実施形態の場合と同様に、高圧蒸気については、第１蒸気タービン２１ｂに供給し、低圧蒸気については、第１蒸気タービン２１とは別に設けられた第２蒸気タービン２２に供給する。
【００３８】
このため、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様に、効率的な運転と、タービンの信頼性とを向上することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、第１蒸気タービン２１ｂが複流タービンである。このため、入口部分において高圧蒸気がタービンケーシングの軸貫通部から漏れるのを防ぐシール機構が不要になる等、設備の簡素化が可能である。これと共に、回転軸Ｒの軸方向にかかるスラスト力が相殺されるため、装置の信頼性を向上することができる。
【００４０】
＜第３実施形態＞
図４は、第３実施形態に係る地熱タービンプラントを示す系統図である。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態の地熱タービンプラント１ｃは、第２蒸気タービン２２ｃの形態が、第２実施形態と異なる。本実施形態は、この点、および、これに関連する点を除き、第２実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、この実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
【００４２】
第２蒸気タービン２２ｃは、図４に示すように、単流タービンではなく、複流タービンである。
【００４３】
具体的には、第２蒸気タービン２２ｃは、図４に示すように、第２フラッシャ１２から第２蒸気供給管１２１を介して、低圧蒸気が、回転軸Ｒの軸方向において第２蒸気タービン２２ｃの中央に位置する部分へ供給される。そして、第２蒸気タービン２２ｃでは、その供給された低圧蒸気が、回転軸Ｒの軸方向において一方の端部と他方の端部との方向に分岐して流れて、タービンロータを回転させる。そして、その低圧蒸気は、一方の端部と他方の端部とに位置する最終段のタービン段落を通過した後に、第２蒸気排出管２２１へ排出される。つまり、本実施形態の第２蒸気タービン２２ｃは、排気の流れが複数である複流排気式である。
【００４４】
以上のように、本実施形態の地熱タービンプラントでは、第２蒸気タービン２１ｃの形態が、第２実施形態と異なっている。しかし、第２実施形態の場合と同様に、高圧蒸気については、第１蒸気タービン２１ｂのタービンケーシング内に供給し、低圧蒸気については、第１蒸気タービン２１ｂとは別に設けられた第２蒸気タービン２２ｃのタービンケーシング内に供給する。
【００４５】
このため、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様に、効率的な運転と、タービンの信頼性とを向上することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、第２蒸気タービン２１ｃが複流タービンである。このため、入口部分において高圧蒸気がタービンケーシングの軸貫通部から漏れるのを防ぐシール機構が不要になる等、設備の簡素化が可能である。これと共に、回転軸Ｒの軸方向にかかるスラスト力が相殺されるため、装置の信頼性を向上することができる。
【００４７】
＜その他＞
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。
【００４８】
たとえば、上記の実施形態では、第１蒸気タービンと第２蒸気タービンとは、回転軸が互いに連結されているが、これに限定されない。第１蒸気タービンと第２蒸気タービンとの回転軸を連結しなくてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１，１ｂ，１ｃ…地熱タービンプラント、１０…生産井、１１…第１フラッシャ、１２…第２フラッシャ、１３…還元井、２１，２１ｂ，２１ｃ…第１蒸気タービン、２２，２２ｃ…第２蒸気タービン、３１…発電機、４１…復水器、４２…ポンプ、５１…冷却塔、１０１…熱水供給管、１１１…第１蒸気供給管、１１２…熱水排出管、１２１…第２蒸気供給管、１２２…熱水還元管、２１１…第１蒸気排出管、２２１…第２蒸気排出管、４１１…復水管、５１１…冷却管、５１２…排水管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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