(57)【要約】  少なくとも以下のサイクルを備える多重サイクル地熱発電プラント（５）が提供される。前記サイクルは、地熱貯留層流体のために構成された一次サイクル（１０）と、蒸発器（７）を有する閉ループの二次サイクル（２０）であって、蒸発器（７）は、一次サイクル（１０）から二次サイクル（２０）へ熱エネルギを伝達するために一次サイクル（１０）と二次サイクル（２０）との間に介在しているサイクルと、熱交換器（８）を有する少なくとも１つの閉ループの別の水／蒸気サイクル（３０）であって、熱交換器（８）は、一次サイクル（１０）から前記又はそれぞれの別のサイクル（３０）へ熱エネルギを伝達するために、一次サイクル（１０）と前記又はそれぞれの別のサイクル（３０）との間に介在しているサイクルである。間接的な二次サイクルを提供することによって、発電プラント（５）は、高いエネルギ取出し効率を備えた高不純物井を開発することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重サイクル地熱発電プラント（５）であって、
地熱貯留層流体のために構成された一次サイクル（１０）と、
蒸発器（７）を有する閉ループの二次サイクル（２０）とを有し、前記蒸発器（７）が、一次サイクル（１０）から二次サイクル（２０）へ熱エネルギを伝達するために、一次サイクル（１０）と二次サイクル（２０）との間に介在しており、
熱交換器（８）を有する少なくとも１つの閉ループの別のサイクル（３０）を有し、前記熱交換器（８）が、一次サイクル（１０）から前記又はそれぞれの別のサイクル（３０）へ熱エネルギを伝達するために、一次サイクル（１０）と前記又はそれぞれの別のサイクル（３０）との間に介在している形式のものにおいて、
前記二次サイクル（２０）が水／蒸気サイクルであることを特徴とする、多重サイクル地熱発電プラント（５）。
【請求項２】
前記又はそれぞれの別のサイクル（３０）が、有機ランキンサイクル又はカリーナサイクルのうちの一方として構成されている、請求項１記載の発電プラント（５）。
【請求項３】
前記二次サイクル（２０）が、前記蒸発器（７）から蒸気を受け取るように構成及び配置された蒸気タービンユニット（２２）を有する、請求項１又は２記載の発電プラント（５）。
【請求項４】
前記蒸発器（７）が、一次サイクル（１０）において熱交換器（８）と直列に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の発電プラント（５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して地熱発電プラント、特に、１００℃よりもかなり高い貯留層流体温度を有するより高温の貯留層に適した地熱発電プラント構成に関する。
【０００２】
背景情報
タービンを有する一般的な地熱発電構成は、直接サイクル、間接サイクル、又は間接及び直接サイクルの両方を有するハイブリッドサイクルを含む。
【０００３】
間接サイクルは、貯留層流体が流過する一次サイクルと、循環する流体からエネルギを取り出すためのタービンを有する、閉ループ循環流体を有する二次サイクルとを有する多重サイクル構成を含む。このようなサイクルは、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）又はカリーナサイクルとして構成されていてよい。多重サイクル構成は、一般的に、低温地熱貯留層において使用される。なぜならば、少なくとも２つのサイクルを有する付加的な資本コストが、比較的低温の資源からエネルギを取り出す能力によって相殺されるからである。
【０００４】
初期の、より高温の地熱貯留層のうちの幾つかは、部分的に地熱流体における不純物により、バイナリ・スチーム・サイクルを使用していたが、技術の改良、特に蒸気タービン技術の改良は、高い貯留層温度での適用において、ドライスチーム又はシングルフラッシュ及びマルチフラッシュ構成を利用する直接サイクルの優勢を生じた。これらの技術的進歩にもかかわらず、地熱貯留層流体における不純物が未だ課題を提供する。例えば、付加的なＨ2Ｓ及びＨｇ除去装置が必要とされることがある。特に鉱物の豊富な貯留層においては腐食が問題であることもある。この問題は、一般的に、より高価な耐腐食性合金鋼、チタン合金又はコーティングの使用により克服されるが、タービン等のより複雑な機械的ユニットに大きなコストを付加する。さらに加えて、高濃度における、シリカ、つまりフラッシュドラムにおける特定の問題は、フラッシュスチーム又はドライスチームにおいて僅かに溶解可能であり、したがって、さらにタービン・ファウリングにつながる恐れがある。
【０００５】
２つの地熱貯留層は同じではなく、特定の貯留層の不純物レベルは時間が経つと変化するという事実に関連して、不純物によって生じる問題を克服するために、特に蒸気タービンを最適化するために、与えられた貯留層条件を完全に理解するために、作動及び試験に数年かかる。このような時間はめったに利用可能ではないので、蒸気タービンは、通常、過剰性能であり、減じられた効率及び増大したコストを生じる。
【０００６】
さらにコスト及び効率に影響するのは、一般的に直接サイクルにおいて使用される蒸気タービンが作動することを要求される条件である比較的低い温度及び高い湿潤度である。これらの要因によって生ぜしめられる問題を克服することは、一般的に、タービンを過剰寸法及び過剰設計にすることを要求する。
【０００７】
概要
高い効率及び不純物に対する改良された耐性を提供し、これにより、タービンユニット等の主要な機器の設計の標準化を可能にしながら、より高い温度の貯留層、一般的に直接サイクルシステムの領域における作動に適した、地熱発電プラントが提供される。
【０００８】
実施形態は、独立請求項の主題によってこの問題を解決しようと試みる。有利な実施形態は従属請求項に示されている。
【０００９】
実施形態は、貯留層流体から熱を取り出すための、二次閉ループ蒸気／水サイクルと、別の閉ループサイクルとを提供するという概略的な概念に基づく。このような発電プラントは、蒸気タービンを運転するための十分な圧力及び温度の蒸気を発生するために十分に高い温度を有する貯留層に適している。二次サイクル及び別のサイクルを閉ループサイクルとして構成することによって、サイクル流体に貯留層汚染物が混入しないままであり、設計の標準化を可能にし、特に二次ループが蒸気／水ループとして費用対効果よく構成されることを可能にする。これに、さらに、貯留層から低グレードの熱を除去することができる別の閉ループサイクルが加えられ、これにより、発電プラントの経済性を改良する。さらに加えて、閉ループ二次サイクル及び別のサイクルのみを有することにより、貯留層から取り出された実質的に全ての貯留層流体が貯留層に戻されてよく、貯留層の潜在寿命を延長する。
【００１０】
１つの態様は、一次サイクルと、閉ループ二次サイクルと、少なくとも１つの別のサイクルとを有する多重サイクル地熱発電プラントを提供する。一次サイクルは、地熱貯留層流体のために構成されており、貯留層流体はサイクルを一回流過する。二次サイクルは、閉ループの水／蒸気サイクルであり、熱エネルギを一次サイクルから二次サイクルへ伝達するために一次サイクルと二次サイクルとの間に介在する蒸発器を有する。別の閉ループサイクルは、熱エネルギを一次サイクルから別のサイクルへ伝達するために一次サイクルと別のサイクルとの間に介在する熱交換器を有する。
【００１１】
本発明のその他の態様及び利点は、添付の図面に関連してなされる以下の説明から明らかになるであろう。以下の説明には、図示及び例によって発明の実施形態が開示されている。
【００１２】
例として、本発明の実施形態が添付の図面を参照して以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の好適な実施形態による地熱発電プラントの概略図である。
【００１４】
以下の記載では、説明のために、多数の特定の詳細が、典型的な実施形態の十分な理解を提供するために示されている。しかしながら、その実施形態はこれらの特定の詳細なしに実施されてもよいことが明らかである。
【００１５】
図１は、多重サイクル地熱発電プラント５の典型的な実施形態を示している。発電プラント５の多重サイクル特徴は、発電プラント５が一次サイクル１０及び二次サイクル２０を有することによって提供される。
【００１６】
一次サイクル１０は、貯留層（reservoir）流体を循環させるためのループを有する。貯留層流体、通常は塩水が、生産井１２から取り出され、還元井１４へ戻される前に一次サイクル１０を一回循環する。熱エネルギは、１つ又は２つ以上の熱交換器８によって、一次サイクル１０を循環する貯留層流体から取り出される。典型的な実施形態において、熱交換器８は蒸発器７である。この一次サイクル１０内の機器のファウリング（汚れ）を減じるために、一般的にろ過手段（図示せず）が一次サイクル１０に設けられている。
【００１７】
図示された典型的な実施形態において、二次サイクルは、閉ループの二次サイクル２０と、閉ループの別のサイクル３０とを有しており、閉ループサイクルは、熱伝達流体が最小限の補充又は損失で連続的なループを流れるようなループ、と定義される。
【００１８】
典型的な実施形態において、図示された二次サイクル２０は、適切な構成要素を選択することによって水／蒸気熱伝達流体のために構成されている。二次サイクル２０における蒸発器７は、一次サイクル１０と二次サイクル２０との間に介在しており、つまり両サイクルに部分的に配置されている。蒸発器７及び熱交換器８の目的は、熱エネルギを、一次サイクル１０を循環する貯留層流体から、二次サイクル２０を循環する水／蒸気へ、それぞれの流体が互いに接触又は混合することなく伝達させることである。これにより、二次サイクル２０の水／蒸気は、貯留層流体の不純物が混入しないままであるので、二次サイクル２０はクリーンなシステムとして設計することができる。したがって、蒸発器７の機能は、二次サイクル２０の熱伝達流体の水を蒸発させることによって、貯留層流体の熱エネルギを利用することである。
【００１９】
低温熱エネルギを利用するために、発電プラント５の実施形態は、エネルギを一次サイクル１０から別のサイクル３０へ伝達するための熱交換器８を有する別の閉ループサイクルを有する。別のサイクル３０は、一般的に、電力を発生するための発電機２４に接続された、熱エネルギ取出しユニット３２、例えばタービンを有する。典型的な実施形態において、別のサイクル３０は、有機ランキンサイクルとして構成されている。別の典型的な実施形態において、別のサイクル３０はカリーナサイクルとして構成されている。典型的な実施形態において、発電プラント５は、２つ以上の別のサイクル３０を有するように構成されている。
【００２０】
別のサイクル３０の実施形態の目的は、二次サイクル２０によるより高いグレードの熱の初期の、第１の又は前の取出しの後に貯留層流体から低グレードの熱を取り出すことである。これは、典型的な実施形態において、二次サイクル２０の蒸発器７を上流に、別のサイクル３０の熱交換器８と直列に配置することによって達成される。
【００２１】
それぞれ閉ループサイクルとしての二次サイクル２０及び少なくとも１つの別のサイクル３０を有するように構成することにより、典型的な実施形態において、高い貯留層戻し率を達成することができ、増大した貯留層寿命及びエネルギ取出しという利益を提供する。
【００２２】
最も実用的な典型的な実施形態であると考えられるものにおいて発明をここでは図示及び説明したが、本発明はその他の特定の形態で具体化されてもよい。したがって、ここで開示された実施形態は全ての点で例示的であり制限されないと考えられる。発明の範囲は、前記説明ではなく添付の請求項によって示され、発明の意味及び範囲及び均等物の中の全ての変更は、本発明に包含されることが意図される。
【符号の説明】
【００２３】
５  地熱発電プラント
７  蒸発器
８  熱交換器
１０  一次サイクル
１２  生産井
１４  還元井
２０  二次サイクル
２２  蒸気タービンユニット
２４  発電機
２６  凝縮器
２８  フィードポンプ
３０  第３のサイクル
３２  エネルギ取出しユニット
【図１】
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【国際調査報告】
2013517425.tif 000004
2013517425.tif 000005