(57)【要約】地上から、地下に存在する高温岩体までに渡って形成され、熱媒体が流入する注入井と、地上から、地下に存在する高温岩体までに渡って形成され、昇温された前記熱媒体が流出する生産井と、該生産井から流出した前記熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電設備と、該発電設備からの前記熱媒体が収容される集水槽と、該集水槽からの前記熱媒体を吸引して該熱媒体を注入井に流入させる注入ポンプと、を備える高温岩体発電システムであって、生産井から流出した前記熱媒体が流入する熱交換器を設けた。
2010095277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上から、地下に存在する高温岩体までに渡って形成され、熱媒体が流入する注入井と、
地上から、地下に存在する高温岩体までに渡って形成され、昇温された前記熱媒体が流出する生産井と、
該生産井から流出した前記熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電設備と、
該発電設備からの前記熱媒体が収容される集水槽と、
該集水槽からの前記熱媒体を吸引して該熱媒体を前記注入井に流入させる注入ポンプと、
を備える高温岩体発電システムであって、
前記生産井から流出した前記熱媒体が流入する熱交換器が設けられていることを特徴とする高温岩体発電システム。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記発電設備と前記集水槽との間に設けられ、さらに、前記熱交換器から供給される熱エネルギーを消費する熱消費設備が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高温岩体発電システム。
【請求項３】
前記熱交換器は、前記生産井と前記発電設備との間に設けられ、さらに、前記熱交換器へ熱エネルギーを供給する熱供給設備が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高温岩体発電システム。
【請求項４】
前記注入ポンプの吐出力を制御する回転数制御手段と、
前記注入ポンプと前記注入井との間、又は前記生産井と前記発電設備との間に設けられた流量調整弁と、
前記回転数制御手段を制御する制御器と、
該制御器に送信される、前記注入ポンプの吐出力又は前記流量調整弁の弁開閉度についての情報、を算出する演算部と、
前記生産井から前記発電設備に向かう流路に設けられ、前記演算部に温度情報及び圧力情報を送信するセンサと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の高温岩体発電システム。
【請求項５】
前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路に設けられ、前記演算部に圧力情報を送信するセンサを備え、該センサの圧力情報によって前記演算部でフィードフォワードによる補正が加えられることを特徴とする請求項４に記載の高温岩体発電システム。
【請求項６】
前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路に設けられ、前記演算部に温度情報を送信するセンサを備え、注入井の入口から生産井の出口までの熱媒体の温度差が測定されることを特徴とする請求項５に記載の高温岩体発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下に存在する高温岩体中に注入井から注入した熱媒体を流通させ、生産井を介して地上にて高温流体を得て発電を行う高温岩体発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地下深く（例えば、地下２０００〜４０００ｍ）に存在する高温岩体中に注入井から注入した水を流通させ、生産井を介して地上にて熱水を得て発電を行う高温岩体発電システムが知られている（例えば、特開昭６３−２４６４０３号公報、特開平４−２３４５７６号公報、及び特開平１１−２２３１７６号公報参照）。ここで、高温岩体とは、地下に存在する高温の岩体のことをいい、高温岩体としては、温度が高く、熱水が蓄えられる天然の亀裂や隙間が少なく、かつ熱水循環系の発達が十分でない岩盤が好適である。なお、熱水とは、高温の水のことをいい、本願では、気化した水蒸気を含めるものとする。
注入井及び生産井とは、坑井（ボーリング孔）のことであり、長尺筒状のステーター中に挿入されたローターが回転する機構を有する掘削機を用いて行われる（例えば、特開平１０−１４７９３１号公報参照）。そして、坑井に鋼管が挿入され、この鋼管と坑井との間にセメントが注入されて水密化が図られる。なお、坑井を形成した後は、坑井の底から数ｍ程度、新たに掘削し、地上の高圧ポンプから高圧水を鋼管を介して注水し、岩盤部分に水圧をかけ、高温岩体に割れ目を形成する。
このような高温岩体を熱源として水を蒸気に変えて、地上にて熱エネルギーを得る高温岩体発電システムとしては、例えば、図８に示すような構造が採用されている。図に示すように、人工的に割れ目を形成した地下深くに存在する高温岩体Ｒに水を通過させて地下からの熱エネルギーを得る点が、地表で行われる一般的な地熱発電と異なる点である。
高温岩体Ｒに至るまでの流路として、注入井１と生産井２が形成されている。注入井１には、水が注入され、生産井２からは、熱水が送出される。注入井１と生産井２は、高温岩体Ｒの亀裂を介して連通している。
そして、注入井１から注入された水は高温岩体Ｒに至り、高温岩体Ｒの亀裂内を流れながら加熱されて生産井２に至る。そして、生産井２を上昇し熱水として地上に送出される。地上に流出した熱水は、発電設備３に導かれて蒸気タービンを駆動して発電が行われる。発電設備３で利用された熱水は集水槽４に戻される。この集水槽４に戻される熱水の温度は１００℃を超えている。集水槽４に蓄えられ冷却された水は注入ポンプ５により吸引されて注入井１に再度、注入される。
しかし、図８に示す高温岩体発電設備では、１００℃を超える熱水を集水槽４に放流すると、熱水は一旦大気に開放された状態となり、そのエネルギー放出のため大量の白煙を生じ、周囲の景観を阻害し、また、集水槽４の水は沸騰状態となるので周辺で操業する運転員にとって危険である。なお、高温岩体Ｒを通過中に消費した水を補うために、集水槽４には補給水Ｗが供給される。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、熱媒体の温度を適宜、調整しつつ、熱エネルギーを有効利用して省エネルギー化を図ることができる高温岩体発電システムを提供することを目的とする。
本発明はかかる課題を解決する手段としてなされたものである。
本発明は、地上から、地下に存在する高温岩体までに渡って形成され、熱媒体が流入する注入井と、地上から、地下に存在する高温岩体までに渡って形成され、昇温された前記熱媒体が流出する生産井と、該生産井から流出した前記熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電設備と、該発電設備からの前記熱媒体が収容される集水槽と、該集水槽からの前記熱媒体を吸引して該熱媒体を前記注入井に流入させる注入ポンプと、を備える高温岩体発電システムであって、前記生産井から流出した前記熱媒体が流入する熱交換器が設けられていることを特徴とする。
かかる発明では、生産井から流出した熱媒体が流入する熱交換器が設けられているので、熱交換器で熱媒体をさらに昇温させて発電設備で利用したり、熱交換器で熱媒体の熱エネルギーを吸収して熱消費設備に供給したりすることができる。従って、熱媒体の温度を適宜、調整しつつ、熱エネルギーを有効利用して省エネルギー化を図ることができる。
本発明は、さらに、前記熱交換器は、前記発電設備と前記集水槽との間に設けられ、さらに、前記熱交換器から供給される熱エネルギーを消費する熱消費設備が設けられていることを特徴とする。
かかる発明では、発電設備からの熱媒体が依然として高温の場合に、熱エネルギーを外部へ捨てることなく、熱エネルギーを熱交換器を介して温水プールなどの熱消費設備に供給することができる。すなわち、熱媒体の熱エネルギーの１次熱消費部となる発電設備、からの熱媒体が依然として常温より高い場合に、熱消費設備が２次熱消費部となり、熱エネルギーが２段階に渡り有効に設備で利用される。また、集水槽に流入する熱媒体の温度を常温付近まで低下させることができるので、集水槽に白煙が発生することがないし、集水槽の近くの作業員が火傷をすることもない。さらに、高温岩体へ水を還元する注入ポンプに高温対策を施す必要がなくなるという利点がある。
本発明は、さらに、前記熱交換器は、前記生産井と前記発電設備との間に設けられ、さらに、前記熱交換器へ熱エネルギーを供給する熱供給設備が設けられていることを特徴とする。
かかる発明では、熱交換器で流体をさらに昇温させたり冷却させたりすることができ、発電設備で利用される熱エネルギーの大きさを調整することができる。すなわち、熱供給設備から熱エネルギーを熱交換器を介して熱媒体に伝達させて熱媒体を昇温することができ、生産井からの熱媒体の温度が、発電設備に供給するには不十分な温度の場合に有効である。発電設備の出力を増大させたい場合に、注入井及び生産井の数を増加する必要がない。
本発明は、さらに、前記注入ポンプの吐出力を変更する回転数制御手段と、前記注入ポンプと前記注入井との間、又は前記生産井と前記発電設備との間に設けられた流量調整弁と、前記回転数制御手段を制御する制御器と、該制御器に送信される、前記注入ポンプの吐出力又は前記流量調整弁の弁開閉度についての情報、を算出する演算部と、前記生産井から前記発電設備に向かう流路に設けられ、前記演算部に温度情報及び圧力情報を送信するセンサと、を有することを特徴とする。
かかる発明では、生産井から流出して発電設備に向かう熱媒体の圧力・温度を測定することができる。この圧力・温度値に基づいて注入ポンプの吐出力と流量調整弁の弁開閉度とが決定され、生産井から流出する熱媒体の流量及び圧力が調整される。そのため、生産井から流出する熱媒体の圧力と温度の安定化を図ることができるとともに、発電設備からの負荷設定信号を受け取ることにより、発電圧力に見合った最適な熱媒体流量でのシステムの運用を行うことができる。
本発明は、さらに、前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路に設けられ、前記演算部に圧力情報を送信するセンサを備え、該センサの圧力情報によって前記演算部でフィードフォワードによる補正が加えられることを特徴とする。
かかる発明では、注入井に流入する前の熱媒体の圧力をも測定するため、注入井の入口から生産井の出口までの熱媒体の圧力損失を測定することができ、高温岩体の状態の変化を知ることができる。また、フィードフォワードによる補正が加えられるので、生産井側での圧力の安定化を図ることができる。
本発明は、さらに、前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路に設けられ、前記演算部に温度情報を送信するセンサを備え、注入井の入口から生産井の出口までの熱媒体の温度差が測定されることを特徴とする。
かかる発明では、注入井に流入する前の熱媒体の温度をも測定するため、注入井の入口から生産井の出口までの熱媒体の温度差を測定することができ、地表の大気の温度に影響されない温度測定が行われる。また、注入井に流入する前の熱媒体の圧力をも測定すれば、流量の測定を行うことができるので、地下で熱媒体に加えられた熱エネルギー量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明の高温岩体発電システムの第１実施形態を示す説明図である。
第２図は、図１の発電設備の構造を示す説明図である。
第３図は、図２の発電設備の改良例を示す説明図である。
第４図は、図２の発電設備の改良例を示す説明図である。
第５図は、図２の発電設備の改良例を示す説明図である。
第６図は、本発明の高温岩体発電システムの第２実施形態を示す説明図である。
第７図は、本発明の高温岩体発電システムの第３実施形態を示す説明図である。
第８図は、従来の高温岩体発電システムを示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（第１実施形態）
図１は、本発明の高温岩体発電システムの第１実施形態を示している。この実施形態の高温岩体発電システムは、地上から、地下に存在する高温岩体Ｒまでに渡って形成された注入井１と生産井２を有している。注入井１と生産井２は複数本形成してもよい。高温岩体Ｒには、注入井１から熱媒体として水が供給され、予め水圧によって粉砕した岩体の割れ目を通水させる。ここで、熱媒体とは、熱を移動させるために使用される流体の総称をいう。また、熱媒体としては、真水だけでなく、地表に多く存在する海水を用いることができる。本発明で熱媒体の種類は限定されない。
そして、高温岩体Ｒを通過する際に、高温の岩から熱媒体である水に熱が伝達され、昇温されて高温の熱水となって生産井２から流出する。なお、本実施形態で熱水とは、高温の水のことをいい、気化した水蒸気を含める。また、高温岩体Ｒの材質としては、透水性が低い花崗岩が好適に用いられる。
高温岩体発電システムを設置する適地の要件としては、地温勾配が大きいこと、深度に比例して地温が上昇するといった、いわゆる熱伝導型を示すこと、及び地下に人工貯留層となる花崗岩質岩が分布することなどが挙げられる。
そして、本実施形態の高温岩体発電システムは、生産井２から流出した熱水の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電設備３と、該発電設備３からの熱水又は温水が収容される集水槽４と、該集水槽４に貯水されて自然冷却された水、又は補充水により冷却された水、を吸引して注入井１に流入させる注入ポンプ５と、を備えている。熱媒体である水は、地下の高温岩体Ｒを通過中に地中に染み込み、徐々に水量が減少するため、補充水Ｗが必要となる。
さらに、この高温岩体発電システムは、生産井２から流出し発電設備３を経由した熱水又は温水が流入する熱交換器６を有している。この熱交換器６は、発電設備３より下流側であって集水槽４より上流側に設けられている。
そして、この高温岩体発電システムには、発電設備３からの熱水又は温水が有する熱エネルギーを消費する熱消費設備７が設けられている。そのため、１次熱消費部となる発電設備３からの熱媒体が依然として常温より高い場合に、熱消費設備７が２次熱消費部となり、熱エネルギーが２段階に渡り有効に設備で利用される。また、集水槽４に流入する流体の温度を常温付近まで低下させることができるので、集水槽４に白煙が発生することがないし、集水槽４の近くの作業員が火傷をすることもない。さらに、高温岩体Ｒへ水を還元する注入ポンプ５に高温対策を施す必要がなくなるという利点がある。
熱消費設備７は、例えば、各種ボイラの給水予熱、各種燃焼設備の燃焼用空気予熱、及び地域冷暖房設備の熱源など幅広い分野に適用することができる。そして、学校などの地域冷暖房設備の設置場所において、従来、捨てていた残留熱エネルギーを用いて空調を行えば、省エネルギー化が図られる。また、二酸化炭素（ＣＯ２）発生量が削減され、地域温暖化対策に大いに貢献する。
この発電設備３には、図２に示すようにセパレータ３１が設けられている。このセパレータ３１は、蒸気に混入した不要な水分を除去するための装置である。セパレータ３１を通過した水蒸気は、不要な水分が除去されているので、蒸気発電機３２に流入する。蒸気発電機３２としては、蒸気タービンなどを用いた公知の構造を採用することができる（例えば、特開２００３−２５４０１２号公報参照）。
蒸気発電機３２からの蒸気は、復水器３３に流入して熱水又は温水にされる。ここで復水器３３は、蒸気発電機３２で仕事を取り出した後の水蒸気（低圧の湿り蒸気）を等圧冷却して凝縮させ、低圧の飽和液に戻す装置である。そして、復水器３３を通過した熱媒体は、集水槽を介して再び注入井に注入される。
また、図３に示すように、発電設備３にフラッシャー３４を設けてもよい。フラッシャー３４はセパレータ３１からの加圧熱水を減圧沸騰させてその一部を水蒸気に変換する機能を有する。このようにして得られた水蒸気は蒸気発電機３２に導かれる。一方、水蒸気に変換されなかった熱媒体は集水槽へ向かう流路に合流する。
図２及び図３の発電設備は、熱水を直接利用する発電方式であるが、図４及び図５の発電設備のように発電設備内にも熱交換器を設けた方式であってもよい。この方式では、生産井からの熱水が熱交換器３５内を流通する。生産井からの流通経路とは別に、図４の発電設備３には、水などの熱媒体が循環する発電設備内だけの経路が形成されている。この経路には、熱交換器３５、フラッシャー３４、蒸気発電機３２及び復水器３３が設けられている。熱交換器３５では、生産井からの熱水の熱エネルギーが、タービン側の経路の熱媒体に伝達され、フラッシャー３４で一部の熱媒体が蒸気にされて蒸気発電機３２に送られる。残りの熱媒体は復水器３３から熱交換器３５に向かう流路に合流する。また、図５に示すように、蒸気発電機３２に十分な水蒸気を送ってタービン出力を高めるために、２段階に渡ってフラッシャー３４を設けてもよい。
上述した第１実施形態では、発電設備３を経由した熱媒体が流入する熱交換器６が設けられているので、熱交換器６を介して外部の熱消費設備７に熱エネルギーを伝達することができる。この熱エネルギーは従来は集水槽４から自然放熱などにより捨てられていたため、無駄なエネルギーであったが、熱媒体の温度を適宜、調整してこのようなエネルギーを利用することで、省エネルギー化を図ることができる。
（第２実施形態）
図６は、本発明の高温岩体発電システムの第２実施形態を示している。なお、この第２実施形態では、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
この第２実施形態は、第１実施形態と比べて、熱変換器６の配置が異なる点と、熱交換器６に熱消費設備７ではなく熱供給設備８が接続されている点で異なる。本実施形態では、熱交換器６は、生産井２と発電設備３との間に配置されている。
熱供給設備８は、熱交換器６を介して熱媒体に熱エネルギーを供給する。そのため、発電設備３での電力の出力を増強させたい場合に、この熱供給設備８を用いれば、増強可能である。従って、別途、坑井を掘削する必要がない。別途、坑井を形成する場合は、費用や現地の立地条件などの点で困難を伴うことが多い。なお、従来、地上における外部からの加熱エネルギーで電力を補うことも検討されたが、外部より供給する熱源は化石燃料を用いるものであり、ＣＯ２  削減の観点から好ましくなかった。
本実施形態の熱供給設備８としては、例えば、太陽熱集熱器や風車を利用することができる。また、重油よりＣＯ２  発生量が少ないといわれる天然ガス焚きガスタービン発電設備であって、かつその下流に廃熱回収ボイラが設置されていない設備では、排気ガスで温水を発生させることができるので、熱供給設備８として利用することができる。この利用の場合は、ガスタービン側でのＣＯ２  発生量は増加せず、高温岩体発電設備と組み合わせることにより、トータルで発電量を増加させることになり、さらにガスタービンの排気ガス温度を低下させることになり、熱公害を軽減させ地域環境保全に大いに貢献する。
また、別の側面として、５０ＭＷの高温岩体発電設備を例にとると、定格出力運転のために生産井が２０本以上必要であるが、その掘削には多くの時間が必要である。本実施形態では、これら全ての坑井の掘削完成を待つ必要はなく、順次完成した生産井を使用して定格出力運転を始めることが可能となり、発電所立ち上げ時の経営安定化にも寄与する。
この第２実施形態では、生産井２から流出した熱媒体が流入する熱交換器６が設けられているので、熱交換器６で熱媒体をさらに昇温させて発電設備３で熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、坑井の数を増加する必要がない。従って、熱媒体の温度を適宜、調整して省エネルギー化を図ることができる。
（第３実施形態）
図７は、本発明の高温岩体発電システムの第３実施形態を示している。なお、この第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
この第３実施形態は、第２実施形態と比べて、生産井２から流出する熱媒体の温度及び圧力を安定化させるシステムが増設されている点で異なる。本実施形態の高温岩体発電システムは、注入ポンプ５の吐出力を制御する回転数制御手段５ａと、注入ポンプ５と注入井１との間に設けられた流量調整弁１２と、を備えている。ここで、流量調整弁１２は、生産井２と発電設備３との間に設けられていてもよい。この流量調整弁１２は比例式の電磁弁であり、電流の大きさに比例してコイルの内側のスピンドルが移動するものである。また、回転数制御手段５ａとしては、ＡＣ（交流）モータが用いられるが、本発明は、回転数制御手段は、電気式の構造に加え、ギヤを切り換える機械式の構造を備えてもよい。
また、本実施形態の高温岩体発電システムは、回転数制御手段５ａを制御する制御器１１と、該制御器１１に送信される、回転数制御手段（ＡＣモータ）５ａの回転数を決定する情報を算出する演算部１０と、を備えている。さらに、本実施形態の高温岩体発電システムは、生産井２から発電設備３に向かう流路に設けられ、演算部１０に温度情報及び圧力情報を送信するセンサ９Ａ，９Ｂを備えている。
生産井側だけでなく注入井側にもセンサを設けている理由は、地下の高温岩体Ｒでの熱水流路の長さが入口から出口まで、例えば、数〜１０ｋｍ程度に及ぶため、地下での圧力が急変する事象が発生した場合、フィードバック制御では間に合わないからである。すなわち、生産井側だけでなく注入井側にも圧力センサを設けることで、フィードフォワードによる補正を加え、生産井側での圧力の安定化を図るためである。
本実施形態では、センサ９Ａによって注入井１に流入する熱媒体の温度及び圧力が測定され、センサ９Ｂによって生産井２から流出する熱媒体の温度及び圧力が測定される。従って、センサ９Ａ，９Ｂは圧力センサと温度センサの機能を含んでいる。このセンサ９Ａ，９Ｂからの出力信号は、演算器１０に入力する。演算器１０では、例えば、熱交換器６が作動していない場合には、生産井２から流出する熱水の温度及び圧力を調整して、蒸気発電機３２（図２記載）を一定の条件で作動させるための、回転数制御手段（ＡＣモータ）５ａの回転数及び流量調整弁１２の弁開閉度を算出する。
この算出結果の情報は制御器１１に送信され、制御器１１は回転数制御手段５ａ及び流量調整弁１２に直流信号を送信する。回転数制御手段５ａへの直流信号は、ＤＣ／ＡＣ変換器１３で交流信号にされてから、回転数制御手段５ａへ送られる。回転数制御手段５ａは交流信号の周波数に対応して回転するＡＣモータであり、このＡＣモータからの動力により注入ポンプ５は熱媒体への吐出力を変更する。一方、流量調整弁１２への直流電流は、流量調整弁１２のコイルに流入し、電流値に応じてスピンドルの位置を変更させる。
この第３実施形態では、第２実施形態と同様の作用効果を奏し、さらに次の効果を奏する。
すなわち、生産井２を流れる熱媒体の圧力・温度がセンサ９Ｂによって測定され、この圧力値に基づいて注入ポンプ５のＡＣモータ５ａの回転数と流量調整弁１２の弁開閉度とが決定されるので、生産井２から流出する熱媒体の流量及び圧力を調整することができる。そのため、生産井２から流出する熱媒体の圧力と温度の安定化を図ることができるとともに、蒸気発電機３２（図２記載）からの負荷設定信号を受け取ることにより、発電出力に見合った最適な熱水流量でシステムの運用を行うことができる。
また、注入ポンプ５から注入井１に向かう流路に設けられ、演算部１０に圧力情報を送信するセンサ９Ａを備えているので、注入井１に流入する前の熱媒体の圧力を測定するため、注入井１の入口から生産井２の出口までの熱媒体の圧力損失を測定することができ、高温岩体の状態の変化を知ることができる。また、センサ９Ａは温度情報をも演算部１０に送信するので、注入井１に流入する前の熱媒体の温度をも測定するため、注入井１の入口から生産井２の出口までの熱媒体の温度差を測定することができ、地表の大気の温度に影響されない温度測定が行われる。また、注入井１に流入する前の熱媒体の圧力をも測定すれば、流量の測定を行うことができるので、地下で熱媒体に加えられた熱エネルギー量を測定することができる。
なお、上述した第３実施形態では、注入ポンプ５と流量調整弁１２を組み合わせた例について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、調整弁のみ用いる方法、注入ポンプ５を複数個用いる方法、及びポンプインペラのピッチを変更する方法などが含まれる。
また、上述した第３実施形態では、ＤＣ／ＡＣ変換器１３を設けた例について説明したが、回転数制御手段５ａとしてＤＣモータを用いてＤＣ／ＡＣ変換器１３を省いてもよい。
以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明の高温岩体発電システムでは、熱媒体の温度を適宜、調整しつつ、熱エネルギーを有効利用して省エネルギー化を図ることができる。本発明の特徴部分の構成は、地下に存在する高温岩体中に注入井から注入した熱媒体を流通させ、生産井を介して地上にて高温の熱媒体を得て発電を行う高温岩体発電システム全体に適用することが可能である。
【図１】
2010095277.tif 000003
【図２】
2010095277.tif 000004
【図３】
2010095277.tif 000005
【図４】
2010095277.tif 000006
【図５】
2010095277.tif 000007
【図６】
2010095277.tif 000008
【図７】
2010095277.tif 000009
【図８】
2010095277.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月17日(2012.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上から、地下に存在し、高温岩体までに渡って形成され、熱媒体が流入する注入井と、
地上から、地下に存在する高温岩体までに渡って形成され、高温岩体に熱媒体を通過させて、蒸発若しくは昇温された前記熱媒体が流出する生産井と、
該生産井から流出した前記熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電設備と、
該発電設備から電気エネルギーに変換した後の前記熱媒体が収容される集水槽と、
該集水槽からの前記熱媒体を吸引して該熱媒体を前記注入井に流入させる注入ポンプと、
を備える高温岩体発電システムであって、
前記注入ポンプを駆動回転させるモータと、
前記注入ポンプと前記注入井との間又は前記生産井と前記発電設備との間に設けられた流量調整弁と、
前記生産井から前記発電設備に向かう流路に設けられ、前記熱媒体の圧力情報を検知するセンサと、
前記センサより得られた熱媒体の圧力情報に基づいて前記注入ポンプの吐出力及び前記流量調整弁の弁開閉度を算出する演算部と、
前記回転数制御手段及び前記流量調整弁に信号を送信する制御器と、
前記演算部より算出した信号に基づいて前記モータの回転数を制御して注入ポンプの吐出力を制御する回転数制御手段と、
前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路上に該流路の熱媒体の圧力を検知するセンサとを具え、
前記生産井から前記発電設備に向かう流路の熱媒体の圧力情報に基づいて前記注入ポンプの吐出力及び前記流量調整弁の弁開閉度を演算部で算出するとともに、前記センサで検知した前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路の熱媒体の圧力情報によって前記演算部の演算結果に、フィードフォワードによる補正が加えられることを特徴とする高温岩体発電システム。
【請求項２】
前記発電設備と前記集水槽との間に熱交換器を設け、さらに、各種ボイラの給水予熱部、各種燃焼設備の燃焼用空気予熱部、若しくは地域冷暖房設備の熱源部が前記熱交換器に連結され、該予熱部若しくは熱源部が前記熱交換器を介して集水槽に導かれる熱媒体を冷却することを特徴とする請求項１記載の高温岩体発電システム。
【請求項３】
前記熱交換器は、前記生産井と前記発電設備との間に設けられ、さらに、前記熱交換器へ熱エネルギーを供給する熱供給設備が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の高温岩体発電システム。
【請求項４】
前記生産井から前記発電設備に向かう流路に設けられ、前記演算部に前記流路内の熱媒体の温度情報を検知するセンサを備え、前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路に設けられ、前記演算部に前記流路内の熱媒体の温度情報を検知するセンサを備え、該センサにより注入井の入口から生産井の出口までの熱媒体の温度差が測定されることを特徴とする請求項１に記載の高温岩体発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下に存在する高温岩体中に注入井から注入した熱媒体を流通させ、生産井を介して地上にて高温流体を得て発電を行う高温岩体発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地下深く（例えば、地下２０００〜４０００ｍ）に存在する高温岩体中に注入井から注入した水を流通させ、生産井を介して地上にて熱水を得て発電を行う高温岩体発電システムが知られている（例えば、特開昭６３−２４６４０３号公報、特開平４−２３４５７６号公報、及び特開平１１−２２３１７６号公報参照）。ここで、高温岩体とは、地下に存在する高温の岩体のことをいい、高温岩体としては、温度が高く、熱水が蓄えられる天然の亀裂や隙間が少なく、かつ熱水循環系の発達が十分でない岩盤が好適である。なお、熱水とは、高温の水のことをいい、本願では、気化した水蒸気を含めるものとする。
注入井及び生産井とは、坑井（ボーリング孔）のことであり、長尺筒状のステーター中に挿入されたローターが回転する機構を有する掘削機を用いて行われる（例えば、特開平１０−１４７９３１号公報参照）。そして、坑井に鋼管が挿入され、この鋼管と坑井との間にセメントが注入されて水密化が図られる。なお、坑井を形成した後は、坑井の底から数ｍ程度、新たに掘削し、地上の高圧ポンプから高圧水を鋼管を介して注水し、岩盤部分に水圧をかけ、高温岩体に割れ目を形成する。
このような高温岩体を熱源として水を蒸気に変えて、地上にて熱エネルギーを得る高温岩体発電システムとしては、例えば、図８に示すような構造が採用されている。図に示すように、人工的に割れ目を形成した地下深くに存在する高温岩体Ｒに水を通過させて地下からの熱エネルギーを得る点が、地表で行われる一般的な地熱発電と異なる点である。
高温岩体Ｒに至るまでの流路として、注入井１と生産井２が形成されている。注入井１には、水が注入され、生産井２からは、熱水が送出される。注入井１と生産井２は、高温岩体Ｒの亀裂を介して連通している。
そして、注入井１から注入された水は高温岩体Ｒに至り、高温岩体Ｒの亀裂内を流れながら加熱されて生産井２に至る。そして、生産井２を上昇し熱水として地上に送出される。地上に流出した熱水は、発電設備３に導かれて蒸気タービンを駆動して発電が行われる。発電設備３で利用された熱水は集水槽４に戻される。この集水槽４に戻される熱水の温度は１００℃を超えている。集水槽４に蓄えられ冷却された水は注入ポンプ５により吸引されて注入井１に再度、注入される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、図８に示す高温岩体発電設備では、１００℃を超える熱水を集水槽４に放流すると、熱水は一旦大気に開放された状態となり、そのエネルギー放出のため大量の白煙を生じ、周囲の景観を阻害し、また、集水槽４の水は沸騰状態となるので周辺で操業する運転員にとって危険である。なお、高温岩体Ｒを通過中に消費した水を補うために、集水槽４には補給水Ｗが供給される。
【０００４】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、熱媒体の温度を適宜、調整しつつ、熱エネルギーを有効利用して省エネルギー化を図ることができる高温岩体発電システムを提供することを目的とする。
本発明はかかる課題を解決する手段としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、地上から、地下に存在し、高温岩体までに渡って形成され、熱媒体が流入する注入井と、
地上から、地下に存在する高温岩体までに渡って形成され、高温岩体に熱媒体を通過させて、蒸発若しくは昇温された前記熱媒体が流出する生産井と、
該生産井から流出した前記熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電設備と、
該発電設備から電気エネルギーに変換した後の前記熱媒体が収容される集水槽と、
該集水槽からの前記熱媒体を吸引して該熱媒体を前記注入井に流入させる注入ポンプと、
を備える高温岩体発電システムであって、
前記注入ポンプを駆動回転させるモータと、
前記注入ポンプと前記注入井との間又は前記生産井と前記発電設備との間に設けられた流量調整弁と、
前記生産井から前記発電設備に向かう流路に設けられ、前記熱媒体の圧力情報を検知するセンサと、
前記センサより得られた熱媒体の圧力情報に基づいて前記注入ポンプの吐出力及び前記流量調整弁の弁開閉度を算出する演算部と、
前記回転数制御手段及び前記流量調整弁に信号を送信する制御器と、
前記演算部より算出した信号に基づいて前記モータの回転数を制御して注入ポンプの吐出力を制御する回転数制御手段と、
前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路上に該流路の熱媒体の圧力を検知するセンサとを具え、
前記生産井から前記発電設備に向かう流路の熱媒体の圧力情報に基づいて前記注入ポンプの吐出力及び前記流量調整弁の弁開閉度を演算部で算出するとともに、前記センサで検知した前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路の熱媒体の圧力情報によって前記演算部の演算結果に、フィードフォワードによる補正が加えられることを特徴とする高温岩体発電システムを提案する。
【０００６】
本発明は、さらに、前記発電設備と前記集水槽との間に熱交換器を設け、さらに、各種ボイラの給水予熱部、各種燃焼設備の燃焼用空気予熱部、若しくは地域冷暖房設備の熱源部が前記熱交換器に連結され、該予熱部若しくは熱源部が前記熱交換器を介して集水槽に導かれる熱媒体を冷却することを特徴とする。
【０００７】
かかる発明では、生産井から流出した熱媒体が流入する熱交換器が設けられているので、熱交換器で熱媒体をさらに昇温させて発電設備で利用したり、熱交換器で熱媒体の熱エネルギーを吸収して熱消費設備に供給したりすることができる。従って、熱媒体の温度を適宜、調整しつつ、熱エネルギーを有効利用して省エネルギー化を図ることができる。
又かかる発明では、発電設備からの熱媒体が依然として高温の場合に、熱エネルギーを外部へ捨てることなく、熱エネルギーを熱交換器を介して温水プールなどの熱消費設備に供給することができる。すなわち、熱媒体の熱エネルギーの１次熱消費部となる発電設備、からの熱媒体が依然として常温より高い場合に、熱消費設備が２次熱消費部となり、熱エネルギーが２段階に渡り有効に設備で利用される。また、集水槽に流入する熱媒体の温度を常温付近まで低下させることができるので、集水槽に白煙が発生することがないし、集水槽の近くの作業員が火傷をすることもない。さらに、高温岩体へ水を還元する注入ポンプに高温対策を施す必要がなくなるという利点がある。
【０００８】
更に本発明では、前記熱交換器は、前記生産井と前記発電設備との間に設けられ、さらに、前記熱交換器へ熱エネルギーを供給する熱供給設備が設けられていることを特徴とする。
本発明は、さらに又、前記生産井から前記発電設備に向かう流路に設けられ、前記演算部に前記流路内の熱媒体の温度情報を検知するセンサを備え、前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路に設けられ、前記演算部に前記流路内の熱媒体の温度情報を検知するセンサを備え、該センサにより注入井の入口から生産井の出口までの熱媒体の温度差が測定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
かかる発明では、熱交換器で流体をさらに昇温させたり冷却させたりすることができ、発電設備で利用される熱エネルギーの大きさを調整することができる。すなわち、熱供給設備から熱エネルギーを熱交換器を介して熱媒体に伝達させて熱媒体を昇温することができ、生産井からの熱媒体の温度が、発電設備に供給するには不十分な温度の場合に有効である。発電設備の出力を増大させたい場合に、注入井及び生産井の数を増加する必要がない。
かかる発明では、生産井から流出して発電設備に向かう熱媒体の圧力・温度を測定することができる。この圧力・温度値に基づいて注入ポンプの吐出力と流量調整弁の弁開閉度とが決定され、生産井から流出する熱媒体の流量及び圧力が調整される。そのため、生産井から流出する熱媒体の圧力と温度の安定化を図ることができるとともに、発電設備からの負荷設定信号を受け取ることにより、発電圧力に見合った最適な熱媒体流量でのシステムの運用を行うことができる。
【００１０】
本発明では、注入井に流入する前の熱媒体の圧力をも測定するため、注入井の入口から生産井の出口までの熱媒体の圧力損失を測定することができ、高温岩体の状態の変化を知ることができる。また、フィードフォワードによる補正が加えられるので、生産井側での圧力の安定化を図ることができる。
【００１１】
かかる発明では、生産井から流出する熱媒体の温度及び注入井に流入する前の熱媒体の温度をも測定するため、注入井の入口から生産井の出口までの熱媒体の温度差を測定することができ、地表の大気の温度に影響されない温度測定が行われる。また、注入井に流入する前の熱媒体の圧力をも測定すれば、流量の測定を行うことができるので、地下で熱媒体に加えられた熱エネルギー量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１図は、本発明の高温岩体発電システムの第１実施形態を示す説明図である。
【図２】第２図は、図１の発電設備の構造を示す説明図である。
【図３】第３図は、図２の発電設備の改良例を示す説明図である。
【図４】第４図は、図２の発電設備の改良例を示す説明図である。
【図５】第５図は、図２の発電設備の改良例を示す説明図である。
【図６】第６図は、本発明の高温岩体発電システムの第２実施形態を示す説明図である。
【図７】第７図は、本発明の高温岩体発電システムの第３実施形態を示す説明図である。
【図８】第８図は、従来の高温岩体発電システムを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の高温岩体発電システムの第１実施形態を示している。この実施形態の高温岩体発電システムは、地上から、地下に存在する高温岩体Ｒまでに渡って形成された注入井１と生産井２を有している。注入井１と生産井２は複数本形成してもよい。高温岩体Ｒには、注入井１から熱媒体として水が供給され、予め水圧によって粉砕した岩体の割れ目を通水させる。ここで、熱媒体とは、熱を移動させるために使用される流体の総称をいう。また、熱媒体としては、真水だけでなく、地表に多く存在する海水を用いることができる。本発明で熱媒体の種類は限定されない。
そして、高温岩体Ｒを通過する際に、高温の岩から熱媒体である水に熱が伝達され、昇温されて高温の熱水となって生産井２から流出する。なお、本実施形態で熱水とは、高温の水のことをいい、気化した水蒸気を含める。また、高温岩体Ｒの材質としては、透水性が低い花崗岩が好適に用いられる。
高温岩体発電システムを設置する適地の要件としては、地温勾配が大きいこと、深度に比例して地温が上昇するといった、いわゆる熱伝導型を示すこと、及び地下に人工貯留層となる花崗岩質岩が分布することなどが挙げられる。
そして、本実施形態の高温岩体発電システムは、生産井２から流出した熱水の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電設備３と、該発電設備３からの熱水又は温水が収容される集水槽４と、該集水槽４に貯水されて自然冷却された水、又は補充水により冷却された水、を吸引して注入井１に流入させる注入ポンプ５と、を備えている。熱媒体である水は、地下の高温岩体Ｒを通過中に地中に染み込み、徐々に水量が減少するため、補充水Ｗが必要となる。
さらに、この高温岩体発電システムは、生産井２から流出し発電設備３を経由した熱水又は温水が流入する熱交換器６を有している。この熱交換器６は、発電設備３より下流側であって集水槽４より上流側に設けられている。
そして、この高温岩体発電システムには、発電設備３からの熱水又は温水が有する熱エネルギーを消費する熱消費設備７が設けられている。そのため、１次熱消費部となる発電設備３からの熱媒体が依然として常温より高い場合に、熱消費設備７が２次熱消費部となり、熱エネルギーが２段階に渡り有効に設備で利用される。また、集水槽４に流入する流体の温度を常温付近まで低下させることができるので、集水槽４に白煙が発生することがないし、集水槽４の近くの作業員が火傷をすることもない。さらに、高温岩体Ｒへ水を還元する注入ポンプ５に高温対策を施す必要がなくなるという利点がある。
熱消費設備７は、例えば、各種ボイラの給水予熱、各種燃焼設備の燃焼用空気予熱、及び地域冷暖房設備の熱源など幅広い分野に適用することができる。そして、学校などの地域冷暖房設備の設置場所において、従来、捨てていた残留熱エネルギーを用いて空調を行えば、省エネルギー化が図られる。また、二酸化炭素（ＣＯ２）発生量が削減され、地域温暖化対策に大いに貢献する。
【００１５】
この発電設備３には、図２に示すようにセパレータ３１が設けられている。このセパレータ３１は、蒸気に混入した不要な水分を除去するための装置である。セパレータ３１を通過した水蒸気は、不要な水分が除去されているので、蒸気発電機３２に流入する。蒸気発電機３２としては、蒸気タービンなどを用いた公知の構造を採用することができる（例えば、特開２００３−２５４０１２号公報参照）。
蒸気発電機３２からの蒸気は、復水器３３に流入して熱水又は温水にされる。ここで復水器３３は、蒸気発電機３２で仕事を取り出した後の水蒸気（低圧の湿り蒸気）を等圧冷却して凝縮させ、低圧の飽和液に戻す装置である。そして、復水器３３を通過した熱媒体は、集水槽を介して再び注入井に注入される。
また、図３に示すように、発電設備３にフラッシャー３４を設けてもよい。フラッシャー３４はセパレータ３１からの加圧熱水を減圧沸騰させてその一部を水蒸気に変換する機能を有する。このようにして得られた水蒸気は蒸気発電機３２に導かれる。一方、水蒸気に変換されなかった熱媒体は集水槽へ向かう流路に合流する。
図２及び図３の発電設備は、熱水を直接利用する発電方式であるが、図４及び図５の発電設備のように発電設備内にも熱交換器を設けた方式であってもよい。この方式では、生産井からの熱水が熱交換器３５内を流通する。生産井からの流通経路とは別に、図４の発電設備３には、水などの熱媒体が循環する発電設備内だけの経路が形成されている。この経路には、熱交換器３５、フラッシャー３４、蒸気発電機３２及び復水器３３が設けられている。熱交換器３５では、生産井からの熱水の熱エネルギーが、タービン側の経路の熱媒体に伝達され、フラッシャー３４で一部の熱媒体が蒸気にされて蒸気発電機３２に送られる。残りの熱媒体は復水器３３から熱交換器３５に向かう流路に合流する。また、図５に示すように、蒸気発電機３２に十分な水蒸気を送ってタービン出力を高めるために、２段階に渡ってフラッシャー３４を設けてもよい。
上述した第１実施形態では、発電設備３を経由した熱媒体が流入する熱交換器６が設けられているので、熱交換器６を介して外部の熱消費設備７に熱エネルギーを伝達することができる。この熱エネルギーは従来は集水槽４から自然放熱などにより捨てられていたため、無駄なエネルギーであったが、熱媒体の温度を適宜、調整してこのようなエネルギーを利用することで、省エネルギー化を図ることができる。
【００１６】
（第２実施形態）
図６は、本発明の高温岩体発電システムの第２実施形態を示している。なお、この第２実施形態では、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
この第２実施形態は、第１実施形態と比べて、熱変換器６の配置が異なる点と、熱交換器６に熱消費設備７ではなく熱供給設備８が接続されている点で異なる。本実施形態では、熱交換器６は、生産井２と発電設備３との間に配置されている。
熱供給設備８は、熱交換器６を介して熱媒体に熱エネルギーを供給する。そのため、発電設備３での電力の出力を増強させたい場合に、この熱供給設備８を用いれば、増強可能である。従って、別途、坑井を掘削する必要がない。別途、坑井を形成する場合は、費用や現地の立地条件などの点で困難を伴うことが多い。なお、従来、地上における外部からの加熱エネルギーで電力を補うことも検討されたが、外部より供給する熱源は化石燃料を用いるものであり、ＣＯ２  削減の観点から好ましくなかった。
本実施形態の熱供給設備８としては、例えば、太陽熱集熱器や風車を利用することができる。また、重油よりＣＯ２  発生量が少ないといわれる天然ガス焚きガスタービン発電設備であって、かつその下流に廃熱回収ボイラが設置されていない設備では、排気ガスで温水を発生させることができるので、熱供給設備８として利用することができる。この利用の場合は、ガスタービン側でのＣＯ２ 発生量は増加せず、高温岩体発電設備と組み合わせることにより、トータルで発電量を増加させることになり、さらにガスタービンの排気ガス温度を低下させることになり、熱公害を軽減させ地域環境保全に大いに貢献する。
また、別の側面として、５０ＭＷの高温岩体発電設備を例にとると、定格出力運転のために生産井が２０本以上必要であるが、その掘削には多くの時間が必要である。本実施形態では、これら全ての坑井の掘削完成を待つ必要はなく、順次完成した生産井を使用して定格出力運転を始めることが可能となり、発電所立ち上げ時の経営安定化にも寄与する。
この第２実施形態では、生産井２から流出した熱媒体が流入する熱交換器６が設けられているので、熱交換器６で熱媒体をさらに昇温させて発電設備３で熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、坑井の数を増加する必要がない。従って、熱媒体の温度を適宜、調整して省エネルギー化を図ることができる。
【００１７】
（第３実施形態）
図７は、本発明の高温岩体発電システムの第３実施形態を示している。なお、この第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
この第３実施形態は、第２実施形態と比べて、生産井２から流出する熱媒体の温度及び圧力を安定化させるシステムが増設されている点で異なる。本実施形態の高温岩体発電システムは、注入ポンプ５の吐出力を制御する回転数制御手段５ａと、注入ポンプ５と注入井１との間に設けられた流量調整弁１２と、を備えている。ここで、流量調整弁１２は、生産井２と発電設備３との間に設けられていてもよい。この流量調整弁１２は比例式の電磁弁であり、電流の大きさに比例してコイルの内側のスピンドルが移動するものである。また、回転数制御手段５ａとしては、ＡＣ（交流）モータが用いられるが、本発明は、回転数制御手段は、電気式の構造に加え、ギヤを切り換える機械式の構造を備えてもよい。
また、本実施形態の高温岩体発電システムは、回転数制御手段５ａを制御する制御器１１と、該制御器１１に送信される、回転数制御手段（ＡＣモータ）５ａの回転数を決定する情報を算出する演算部１０と、を備えている。さらに、本実施形態の高温岩体発電システムは、生産井２から発電設備３に向かう流路に設けられ、演算部１０に温度情報及び圧力情報を送信するセンサ９Ａ，９Ｂを備えている。
生産井側だけでなく注入井側にもセンサを設けている理由は、地下の高温岩体Ｒでの熱水流路の長さが入口から出口まで、例えば、数〜１０ｋｍ程度に及ぶため、地下での圧力が急変する事象が発生した場合、フィードバック制御では間に合わないからである。すなわち、生産井側だけでなく注入井側にも圧力センサを設けることで、フィードフォワードによる補正を加え、生産井側での圧力の安定化を図るためである。
本実施形態では、センサ９Ａによって注入井１に流入する熱媒体の温度及び圧力が測定され、センサ９Ｂによって生産井２から流出する熱媒体の温度及び圧力が測定される。従って、センサ９Ａ，９Ｂは圧力センサと温度センサの機能を含んでいる。このセンサ９Ａ，９Ｂからの出力信号は、演算器１０に入力する。演算器１０では、例えば、熱交換器６が作動していない場合には、生産井２から流出する熱水の温度及び圧力を調整して、蒸気発電機３２（図２記載）を一定の条件で作動させるための、回転数制御手段（ＡＣモータ）５ａの回転数及び流量調整弁１２の弁開閉度を算出する。
この算出結果の情報は制御器１１に送信され、制御器１１は回転数制御手段５ａ及び流量調整弁１２に直流信号を送信する。回転数制御手段５ａへの直流信号は、ＤＣ／ＡＣ変換器１３で交流信号にされてから、回転数制御手段５ａへ送られる。回転数制御手段５ａは交流信号の周波数に対応して回転するＡＣモータであり、このＡＣモータからの動力により注入ポンプ５は熱媒体への吐出力を変更する。一方、流量調整弁１２への直流電流は、流量調整弁１２のコイルに流入し、電流値に応じてスピンドルの位置を変更させる。
この第３実施形態では、第２実施形態と同様の作用効果を奏し、さらに次の効果を奏する。
すなわち、生産井２を流れる熱媒体の圧力・温度がセンサ９Ｂによって測定され、この圧力値に基づいて注入ポンプ５のＡＣモータ５ａの回転数と流量調整弁１２の弁開閉度とが決定されるので、生産井２から流出する熱媒体の流量及び圧力を調整することができる。そのため、生産井２から流出する熱媒体の圧力と温度の安定化を図ることができるとともに、蒸気発電機３２（図２記載）からの負荷設定信号を受け取ることにより、発電出力に見合った最適な熱水流量でシステムの運用を行うことができる。
また、注入ポンプ５から注入井１に向かう流路に設けられ、演算部１０に圧力情報を送信するセンサ９Ａを備えているので、注入井１に流入する前の熱媒体の圧力を測定するため、注入井１の入口から生産井２の出口までの熱媒体の圧力損失を測定することができ、高温岩体の状態の変化を知ることができる。また、センサ９Ａは温度情報をも演算部１０に送信するので、注入井１に流入する前の熱媒体の温度をも測定するため、注入井１の入口から生産井２の出口までの熱媒体の温度差を測定することができ、地表の大気の温度に影響されない温度測定が行われる。また、注入井１に流入する前の熱媒体の圧力をも測定すれば、流量の測定を行うことができるので、地下で熱媒体に加えられた熱エネルギー量を測定することができる。
なお、上述した第３実施形態では、注入ポンプ５と流量調整弁１２を組み合わせた例について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、調整弁のみ用いる方法、注入ポンプ５を複数個用いる方法、及びポンプインペラのピッチを変更する方法などが含まれる。
また、上述した第３実施形態では、ＤＣ／ＡＣ変換器１３を設けた例について説明したが、回転数制御手段５ａとしてＤＣモータを用いてＤＣ／ＡＣ変換器１３を省いてもよい。
以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の高温岩体発電システムでは、熱媒体の温度を適宜、調整しつつ、熱エネルギーを有効利用して省エネルギー化を図ることができる。本発明の特徴部分の構成は、地下に存在する高温岩体中に注入井から注入した熱媒体を流通させ、生産井を介して地上にて高温の熱媒体を得て発電を行う高温岩体発電システム全体に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００１９】
Ｒ  地下に存在する高温岩体
１  注入井
２  生産井
３  発電設備
４  集水槽
５  注入ポンプ
６  熱交換器
７  熱消費設備
３１  セパレータ
３２  蒸気発電機
３３  復水器
３４  フラッシャー
３５  熱交換器
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月6日(2012.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上から、地下に存在し、高温岩体までに渡って形成され、熱媒体が流入する注入井と、
地上から、地下に存在する高温岩体までに渡って形成され、高温岩体に熱媒体を通過させて、蒸発若しくは昇温された前記熱媒体が流出する生産井と、
該生産井から流出した前記熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電設備と、
該発電設備から電気エネルギーに変換した後の前記熱媒体が収容される集水槽と、
該集水槽からの前記熱媒体を吸引して該熱媒体を前記注入井に流入させる注入ポンプと、
を備える高温岩体発電システムであって、
前記注入ポンプを駆動回転させるモータと、
前記注入ポンプと前記注入井との間又は前記生産井と前記発電設備との間に設けられた流量調整弁と、
前記生産井から前記発電設備に向かう流路に設けられ、前記熱媒体の圧力情報を検知するセンサと、
前記センサより得られた熱媒体の圧力情報に基づいて前記注入ポンプの吐出力及び前記流量調整弁の弁開閉度を算出する演算部と、
前記演算部より算出した前記注入ポンプの吐出力及び流量調整弁の弁開閉度の信号に基づいて前記モータの回転数を制御して注入ポンプの吐出力を制御する回転数制御手段と、
前記回転数制御手段及び前記流量調整弁に信号を送信する制御器と、
前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路上に該流路の熱媒体の圧力を検知するセンサとを具え、
前記生産井から前記発電設備に向かう流路の熱媒体の圧力情報に基づいて前記注入ポンプの吐出力及び前記流量調整弁の弁開閉度を演算部で算出するとともに、前記センサで検知した前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路の熱媒体の圧力情報によって前記演算部で算出した注入ポンプの吐出力及び流量調整弁の弁開閉度の演算結果に、フィードフォワードによる補正が加えられることを特徴とする高温岩体発電システム。
【請求項２】
前記発電設備と前記集水槽との間に熱交換器を設け、さらに、各種ボイラの給水予熱部、各種燃焼設備の燃焼用空気予熱部、若しくは地域冷暖房設備の熱源部が前記熱交換器に連結され、該予熱部若しくは熱源部が前記熱交換器を介して集水槽に導かれる熱媒体を冷却することを特徴とする請求項１記載の高温岩体発電システム。
【請求項３】
前記熱交換器は、前記生産井と前記発電設備との間に設けられ、さらに、前記熱交換器へ熱エネルギーを供給する熱供給設備が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の高温岩体発電システム。
【請求項４】
前記生産井から前記発電設備に向かう流路に設けられ、前記演算部に前記流路内の熱媒体の温度情報を検知するセンサを備え、前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路に設けられ、前記演算部に前記流路内の熱媒体の温度情報を検知するセンサを備え、該センサにより注入井の入口から生産井の出口までの熱媒体の温度差が測定されることを特徴とする請求項１に記載の高温岩体発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、地上から、地下に存在し、高温岩体までに渡って形成され、熱媒体が流入する注入井と、
地上から、地下に存在する高温岩体までに渡って形成され、高温岩体に熱媒体を通過させて、蒸発若しくは昇温された前記熱媒体が流出する生産井と、
該生産井から流出した前記熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電設備と、
該発電設備から電気エネルギーに変換した後の前記熱媒体が収容される集水槽と、
該集水槽からの前記熱媒体を吸引して該熱媒体を前記注入井に流入させる注入ポンプと、
を備える高温岩体発電システムであって、
前記注入ポンプを駆動回転させるモータと、
前記注入ポンプと前記注入井との間又は前記生産井と前記発電設備との間に設けられた流量調整弁と、
前記生産井から前記発電設備に向かう流路に設けられ、前記熱媒体の圧力情報を検知するセンサと、
前記センサより得られた熱媒体の圧力情報に基づいて前記注入ポンプの吐出力及び前記流量調整弁の弁開閉度を算出する演算部と、
前記演算部より算出した前記注入ポンプの吐出力及び流量調整弁の弁開閉度の信号に基づいて前記モータの回転数を制御して注入ポンプの吐出力を制御する回転数制御手段と、
前記回転数制御手段及び前記流量調整弁に信号を送信する制御器と、
前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路上に該流路の熱媒体の圧力を検知するセンサとを具え、
前記生産井から前記発電設備に向かう流路の熱媒体の圧力情報に基づいて前記注入ポンプの吐出力及び前記流量調整弁の弁開閉度を演算部で算出するとともに、前記センサで検知した前記注入ポンプから前記注入井に向かう流路の熱媒体の圧力情報によって前記演算部で算出した注入ポンプの吐出力及び流量調整弁の弁開閉度の演算結果に、フィードフォワードによる補正が加えられることを特徴とする高温岩体発電システムを提案する。
【国際調査報告】
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