(57)【要約】  水力発電および地熱システムは、地表から地下高温領域に向かって延在する第一の部分と、第一の部分と接続し、地下高温領域と熱連通する第二の部分と、第二の部分と接続し、地表へ延在する第三の部分と、を含む流体連通流路を含む。第一のタービン発電機は、流体連通流路の第一の部分において、実質的に重力の影響下で流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように、構成されている。第二のタービン発電機は、流体連通流路の第三の部分内を流れるまたはそこから流れ出る蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように、構成されている。システムは、蒸気を生じさせるよう地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分において流体を保持するために操作されることを目的として構成されたバルブ配列を、さらに含む。
2015517054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表から地下高温領域に向かって延在する第一の部分と、前記第一の部分と接続し、前記地下高温領域と熱連通する第二の部分と、前記第二の部分と接続し、前記地表へ延在する第三の部分と、を備える、流体連通流路と、
前記流体連通流路の前記第一の部分において、実質的に重力の影響下で流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された、第一のタービン発電機と、
前記流体連通流路の前記第三の部分内を流れるまたはそこから流れ出る蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された、第二のタービン発電機と、
前記蒸気を生じさせるよう前記地下高温領域と熱連通する前記流体連通流路の前記第二の部分において前記流体を保持するために操作されることを目的として構成されたバルブ配列と、を備えるシステム。
【請求項２】
前記バルブ配列が、
前記地下高温領域と熱連通する前記流体連通流路の前記第二の部分の少なくとも一部の上流にある第一のバルブと、
前記地下高温領域と熱連通する前記流体連通流路の前記第二の部分の少なくとも一部の下流にある第二のバルブと、を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第一のバルブが、前記流体連通流路の前記第一または第二の部分において前記第一のタービン発電機の下流にあり、前記第二のバルブが、前記流体連通流路の前記第二または第三の部分において前記第二のタービン発電機の上流にある、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第一のバルブおよび前記第二のバルブの運転は、閾値体積の流体が前記第一のバルブと前記第二のバルブとの間の前記流体連通流路において存在する場合に、前記第一のバルブおよび前記第二のバルブが閉じるように自動化されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第二のバルブの運転は、閾値条件未満で、前記第一および第二のバルブが閉じられた場合に、しばらくすると前記第二のバルブが開いて、前記第一および第二のバルブの間の前記流体連通流路において生じた蒸気が、前記流体連通流路の前記第三の部分を通って上方に流れることができるように、さらに自動化されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記流体連通流路の前記第二の部分が、前記地下高温領域と物理的に接触している、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第二のタービン発電機が前記地表より上にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記流体連通流路の前記第三の部分と前記流体連通流路の前記第一の部分との間に、蒸気凝縮ユニットをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第一および第二のタービン発電機が、ワイヤを介して、一つ以上の電気配電パネルに接続している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記地下高温領域が、高温の乾燥した岩盤である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記流体が部分的にＣＯ２からなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
流体を、実質的に重力の影響下で、地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分に向かって、前記流体連通流路の第一の部分を流れさせる工程と、
第一のタービン発電機によって、前記流体連通流路の前記第一の部分を流れる前記流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する工程と、
一時期、前記地下高温領域と熱連通する前記流体連通流路の前記第二の部分において前記流体を保持するために、バルブ配列を操作する工程と、
前記流体連通流路の前記第二の部分から前記流体を解放して、蒸気として、前記流体連通流路の第三の部分を流す工程と、
第二のタービン発電機によって、前記流体連通流路の前記第三の部分内を流れるまたはそこから流れ出る前記蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する工程と、を備える方法。
【請求項１３】
地表から地下高温領域に向かって延在する第一の部分と、前記第一の部分と接続し、前記地下高温領域と熱連通する第二の部分と、を備える、流体連通流路と、
前記流体連通流路の前記第一の部分において実質的に重力の影響下で流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように、また、前記流体連通流路の前記第一の部分において流れる蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように、構成されている、タービン発電機と、
前記蒸気を生じさせるよう前記地下高温領域と熱連通する前記流体連通流路の前記第二の部分において前記流体を保持するために操作されることを目的として構成されている、バルブ配列と、を備えるシステム。
【請求項１４】
前記バルブ配列が、前記タービン発電機と、前記地下高温領域と熱連通する前記流体連通流路の前記第二の部分と、の間にあるバルブを備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記バルブの運転は、閾値体積の流体が前記流体連通流路の前記第二の部分において存在する場合に、前記バルブが閉じるように、自動化されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記バルブの運転は、閾値条件に基づき、前記バルブが閉じられた場合に、しばらくすると前記バルブが開いて、前記流体連通流路の前記第二の部分において生じた蒸気が、前記流体連通流路の前記第一の部分を通って上方に流れることができるように、さらに自動化されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記流体連通流路の前記第二の部分が、前記地下高温領域と物理的に接触している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記蒸気が前記タービン発電機を通過した後に前記蒸気を凝縮するために、蒸気凝縮ユニットをさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記タービン発電機が、ワイヤを介して、一つ以上の電気配電パネルに接続している  、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
前記地下高温領域が、高温の乾燥した岩盤である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２１】
前記流体が部分的にＣＯ２からなる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２２】
流体を、実質的に重力の影響下で、地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分に向かって、前記流体連通流路の第一の部分を流れさせる工程と、
タービン発電機によって、前記流体連通流路の前記第一の部分を流れる前記流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する工程と、
一時期、前記地下高温領域と熱連通する前記流体連通流路の前記第二の部分において前記流体を保持するために、バルブ配列を操作する工程と、
前記流体連通流路の前記第二の部分から前記流体を解放して、蒸気として、前記流体連通流路の前記第一の部分を流す工程と、
タービン発電機によって、前記流体連通流路の前記第一の部分内を流れる前記蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する工程と、を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年４月２７日に出願された米国仮出願第６１／６３９、５０７号明細書の優先権を主張するものであり、当該仮出願は、全体として参照によって本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの実施の形態において、地表から地下の高温の深層領域までのパイプまたは採掘孔と、その地点から最初のその地点とは離れた別の地点までの、高温の深層領域を貫通する別のパイプまたは採掘孔と、その離れた地点から表面に戻るまでの第三のパイプまたは採掘孔と、から構成されるシステムが記載される。接続されると、三つ全ては同一のシステムの一部となる。
【０００３】
このシステムでは、流体は、第一の採掘孔またはパイプにおいて、表面から高温の深層領域までを、実質的に重力によって通過し、そうする過程で、その採掘孔またはパイプ内に設置されたタービンを回転させることにより、電線によって表面に戻される電気を発生させる。
【０００４】
その後、流体は、第二の採掘孔またはパイプを通って、高温の深層領域に入る。その採掘孔またはパイプが例えば実質的に満杯の場合、第一の採掘孔またはパイプにおいてタービンの下に位置するバルブが閉じ、システムのその部分を封鎖する。第二の採掘孔またはパイプが第三の復路のパイプに交わる地点に位置する別のバルブもまた閉まり、流体を密封する。
【０００５】
第二の採掘孔またはパイプの中の流体は、周囲の岩によって、沸点より上の適切な点に達するまで加熱される。それが完了すると、第二のバルブが開き、地下熱によって作り出されたスチームを、断熱されていることもある第三の採掘孔またはパイプを通して、表面まで上昇させる。第三の採掘孔またはパイプにおいて、スチームは、更なる電力を作り出すために、別のタービンを回転させるのに使用されてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このサイクルは完了すると、前述のように、再開される。このシステムを、例えばより有用で費用効率を高くする可能性のある実施形態がいくつかある。
１．ある場合には、もともと他の目的のために掘られた既存の井戸が、流体を深部に運ぶため、それを戻すため、またはその両方のために使用されてもよく、これによって必要とされる新たな採掘孔またはパイプと、システムの費用と、を減らす。
２．ある場合には、そのような既存の井戸は、フラッキング井戸（ｆｒａｃｋｉｎｇ  ｗｅｌｌｓ）などの、垂直なものでも水平なものでもよい。
３．ある場合には、既存のフラッキング流体は、このシステムにおいて入力流体として使用されてもよく、スチームに変換されることで品質が改善されてもよい。
４．ある場合には、入力流体は、部分的にＣＯ２からなってもよい。深い位置にある高温の岩が石灰岩または関連する岩の種類である場合、ＣＯ２と岩との間の化学反応によって、採掘孔またはチューブの大きさを拡大するのと同時に、ＣＯ２の除去または削減が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様において、システムは、地表から地下高温領域に向かって延在する第一の部分と、第一の部分と接続し、地下高温領域と熱連通する第二の部分と、第二の部分と接続し、地表へ延在する第三の部分と、を含む流体連通流路を含む。このシステムは、第一のタービン発電機および第二のタービン発電機をさらに含む。第一のタービン発電機は、流体連通流路の第一の部分において、実質的に重力の影響下で流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように、構成されている。第二のタービン発電機は、流体連通流路の第三の部分内を流れるまたはそこから流れ出る蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように、構成されている。システムは、蒸気を生じさせるよう地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分において流体を保持するために操作されることを目的として構成されたバルブ配列を、さらに含む。
【０００８】
別の態様によると、ある方法は、流体を、実質的に重力の影響下で、地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分に向かって、流体連通流路の第一の部分を流れさせる工程を含む。この方法はまた、第一のタービン発電機によって、流体連通流路の第一の部分を流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する工程を含む。バルブ配列は、一時期、地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分において流体を保持するために操作される。流体連通流路の第二の部分からの流体は解放されて、蒸気として、流体連通流路の第三の部分を流れる。この方法は、第二のタービン発電機によって、流体連通流路の第三の部分内を流れるまたはそこから流れ出る蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する工程を、さらに含む。
【０００９】
その他の態様、特徴、および利点は、下記の詳細な説明、添付の図面、および特許請求の範囲から容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】水力発電および地熱システムの例示的な実施の形態を示す概略的な図である。
【図２】水力発電および地熱システム２００の例示的な実施の形態を示す概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示すように、水力発電および地熱システム１００は、地表１０４から地下高温領域１０６（例えば、高温の乾燥した岩盤）に向かって延在する第一の部分１０２ａと、第一の部分１０２ａと接続し、地下高温領域１０６と熱連通する第二の部分１０２ｂと、第二の部分と接続し、地表へ延在する第三の部分１０２ｃと、を有する、流体連通流路１０２を含む。
【００１２】
第一のタービン発電機１０８ａは、流体連通流路１０２の第一の部分１０２ａにおいて実質的に重力の影響下で流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように、構成されている。電気エネルギーは、電線１１０ａを介して、図示された実施の形態では地表より上にある電気配電パネル１１２ａに運ばれ得る。
【００１３】
第二のタービン発電機１０８ｂは、流体連通流路１０２の第三の部分１０２ｃ内を流れる蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように、構成されている。電気エネルギーは、電線１１０ｂを介して、図示された実施の形態では地表より上にある電気配電パネル１１２ｂに運ばれ得る。
【００１４】
いくつかの実施の形態において、第一および第二のタービン発電機からの電気は、電気配電パネルへ運ばれる。
【００１５】
図示された実施の形態において、第一のバルブ１１４ａおよび第二のバルブ１１４ｂを含むバルブ配列は、蒸気を生じさせるよう地下高温領域と熱連通する流体連通流路１０２の第二の部分１０２ｂにおいて流体を保持するために操作されることを目的として、構成されている。
【００１６】
図示された実施の形態において、第一のバルブ１１４ａは、地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分の一部の上流にあり、第二のバルブ１１４ｂは、地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分の一部の下流にある。
【００１７】
さらに、第一のバルブ１１４ａは、流体連通流路の第一の部分１０２ａにおいて第一のタービン発電機１０８ａの下流にあり、第二のバルブ１１４ｂは、流体連通流路の第三の部分１０２ｃにおいて第二のタービン発電機１０８ｂの上流にある。
【００１８】
いつくかの実施の形態において、第一のバルブ１１４ａおよび第二のバルブ１１４ｂの運転は、閾値体積の流体が第一のバルブ１１４ａと第二のバルブ１１４ｂとの間の流体連通流路１０２において存在する場合に、第一のバルブ１１４ａおよび第二のバルブ１１４ｂが閉じるように、自動化されている。さらに、いくつかの実施の形態において、第二のバルブ１１４ｂの運転は、閾値条件未満で（ｕｎｄｅｒ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）、第一および第二のバルブが閉じられた場合に、しばらくすると第二のバルブ１１４ｂが開いて、第一のバルブ１１４ａおよび第二のバルブ１１４ｂの間の流体連通流路１０２において生じた蒸気が、流体連通流路の第三の部分１０２ｃを通って上方に流れることができるように、さらに自動化されている。
【００１９】
図のように、流体連通流路の第二の部分１０２ｂは、地下高温領域１０６と物理的に接触している。
【００２０】
ある実施形態において、第二のタービン発電機１０８ｂは、地表１０４より上に置かれてもよい。
【００２１】
図示されたシステム１００は、流体連通流路の第三の部分１０２ｃと流体連通流路の第一の部分１０２ａとの間に、（残留熱を利用するまたは蒸気を凝縮させる任意の種類のユニットであり得る）蒸気凝縮ユニット１２０を含む。
【００２２】
いくつかの実施の形態において、地下高温領域は、高温の乾燥した岩盤である。しかし、地下高温領域は、流体を少なくとも部分的に蒸発させるために、流体連通流路の第二の部分１０２ｂにおける流体に十分な量の熱をもたらすことができる、任意の領域にすることができ、したがってその後、流体は流体連通流路の第三の部分を通って上向きに流れて、第二のタービン発電機１０８ｂを駆動させることができる。
【００２３】
典型的な実施の形態において、図１のシステム１００は、以下のように運転される。
【００２４】
システム１００は、流体を、実質的に重力の影響下で、地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分に向かって、流体連通流路の第一の部分を流れさせる。このシステムは、第一のタービン発電機によって、流体連通流路の第一の部分を流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。バルブ配列は、一時期、地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分において流体を保持するために、（手動または自動で）操作され得る。さらに、流体は、蒸気として流体連通流路の第三の部分を流れるために、流体連通流路の第二の部分から解放され得る。また、このシステムは、第二のタービン発電機によって、流体連通流路の第三の部分内を流れるまたはそこから流れ出る蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００２５】
図２に示すように、水力発電および地熱システム２００は、地表から地下高温領域１０６（例えば、高温の乾燥した岩盤）に向かって延在する第一の部分１０２ａと、第一の部分と接続し、地下高温領域１０６と熱連通する第二の部分１０２ｂと、を有する、流体連通流路１０２を含む。
【００２６】
タービン発電機１０８は、流体連通流路の第一の部分において実質的に重力の影響下で流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように、また、流体連通流路の第一の部分において流れる蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように、構成されている。
【００２７】
バルブ配列（例えば、バルブ１１４）は、蒸気を生じさせるよう地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分において流体を保持するために操作されることを目的として、構成されている。図示された実施例において、バルブは、タービン発電機１０８と、地下高温領域１０６と熱連通する流体連通流路１０２の第二の部分１０２ｂと、の間にある。
【００２８】
いつくかの実施の形態において、バルブ１１４の運転は、閾値体積の流体が流体連通流路１０２の第二の部分１０２ｂにおいて存在する場合に、バルブ１１４が閉じるように、自動化されている。いくつかの実施の形態において、バルブ１１４の運転は、閾値条件に基づき、バルブが閉じられた場合に、しばらくするとバルブ１１４が開いて、流体連通流路１０２の第二の部分１０２ｂにおいて生じた蒸気を、流体連通流路１０２の第一の部分１０２ａを通って上方に流れさせて、タービン発電機１０８を駆動することができるように、さらに自動化されている。
【００２９】
いくつかの実施の形態において、タービン発電機は、流体連通流路を下に流れる流体と流体連通流路を上に流れる蒸気とによって駆動されやすくなるように、特別に適合されてもよい。
【００３０】
図示されたシステムにおいて、流体連通流路１０２の第二の部分１０２ｂは、地下高温領域１０６と物理的に接触している。
【００３１】
さらに、図示されたシステムは、蒸気がタービン発電機を通過した後に蒸気を凝縮するために、蒸気凝縮ユニット１２０を含む。
【００３２】
加えて、タービン発電機１０８は、ワイヤ１１０を介して、電気配電パネル１１２に接続している。
【００３３】
典型的な実施の形態において、図２のシステム２００は、下記のように運転され得る。
【００３４】
システム２００は、流体を、実質的に重力の影響下で、地下高温領域１０６と熱連通する流体連通流路の第二の部分に向かって、流体連通流路の第一の部分を流れさせる。このシステムは、タービン発電機１０８によって、流体連通流路の第一の部分を流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。バルブ配列（例えば、バルブ１１４）は、一時期、地下高温領域と熱連通する流体連通流路の第二の部分において流体を保持するために、操作され得る。流体はその後、流体連通流路の第二の部分から解放され、蒸気として流体連通流路の第一の部分を流れることができる。このシステムは、タービン発電機によって、流体連通流路の第一の部分内を流れる蒸気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００３５】
多数の実施の形態が記載されてきた。しかし、これらは変更が可能である。したがって、他の実施の形態は特許請求の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００３６】
１００  水力発電および地熱システム
１０２  流体連通流路
１０２ａ  第一の部分
１０２ｂ  第二の部分
１０２ｃ  第三の部分
１０６  地下高温領域
１０８  タービン発電機
１０８ａ  第一のタービン発電機
１０８ｂ  第二のタービン発電機
１１０  ワイヤ
１１０ａ  電線
１１０ｂ  電線
１１２  電気配電パネル
１１２ａ  電気配電パネル
１１２ｂ  電気配電パネル
１１４  バルブ
１１４ａ  第一のバルブ
１１４ｂ  第二のバルブ
１２０  蒸気凝縮ユニット
２００  水力発電および地熱システム
【図１】
2015517054.tif 000003
【図２】
2015517054.tif 000004
【国際調査報告】
2015517054.tif 000005
2015517054.tif 000006
2015517054.tif 000007