JPS61277876A

JPS61277876A - 海上地熱発電システム

Info

Publication number: JPS61277876A
Application number: JP11789385A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Morie; 森江　勉; Kazuo Kondo; 和男近藤; Taisuke Fujise; 藤瀬　泰介; Tsutomu Kiuchi; 勉木内
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1986-12-08
Also published as: JPH0529788B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、海底に地熱の生産井を掘削し、海上プラット
フォーム上に設けた発電室内の発電設備により地熱エネ
ルギーを利用して発電する７路上地熱発電システムに関
するものである。

〔従来の技術〕

地熱エネルギーは、自然エネルギーであってその資源量
も太陽熱や風力などと比べてかなり多量にあり、国産で
且つ枯渇しない新エネルギーとして、その有効な活用が
非常に期待されているエネルギーの１つである。この地
熱エネルギーの利用といえば、現在は殆どが発電である
といってもよい。これまでに稼働を開始した地熱発電所
もいくつかあるが、主として用いられいている地熱流体
は、物理的に良質な１５０℃以上の湿分が殆どない所謂
乾き蒸気である。また、僅かではあるが、地熱流体の温
度や酸性度などの化学的性質によっては、農業、暖房・
融雪その他の多目的利用もなされている。従来、地熱流
体の熱エネルギーをどのような場合に発電に用いるか、
どのような場合に発電以外に用いるかは、地熱流体の地
下貯留層における温度により分類している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来は、上述したように地上における地熱の開発は積極
的に行われ、発電、温泉、その他の熱源として活用され
てきた。しかし、海底における地熱の活用については、
熱水生産の維持管理、熱水の輸送、海水汚染（存置物、
熱）の防止、使用温度範囲の限定による利用効率の低さ
、などに問題があって注目されていなかった。

本発明は、上記の問題を解決するものであって地熱を有
効に活用できメンテナンスの容易な海上地熱発電システ
ムの提供を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の海上地熱発電システムは、地熱の生
産井を掘削すると共に海上にプラットフォームを構築し
て該プラットフォーム上に発電設備を備えた発電室を設
置し、断熱搬送管を使って生産井から発電室に地熱流体
を導入して高温域から低温域までの熱源に対応する発電
設備により発電し、生産井から抽出された地熱流体を低
温域まで発電用の熱源として使うようにしたことを特徴
とするものである。

〔作用〕

本発明の海上地熱発電システムでは、断熱搬送管を使っ
て生産井から抽出した地熱流体を海上プラットフォーム
上の発電室に導入することによって搬送途上のエネルギ
ー損失を少なくし、発電室では、高温域から低温域まで
発電を行うことによって、高い発電効率を得ると共に地
熱流体の放出温度を低くする。また、発電室及び海上プ
ラットフォームをそれぞれ陸上において構築した後、海
上を運搬して海上プラットフォームを沈設し、その上に
発電室を設置することもできる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明に係る海底地熱発電システムの１実施例
を示す図であり、■は発電室、２は海上プラットフォー
ム、３は生産井、４は断熱搬送管、５はガス・スケール
除去部、６は放出管、７はセパレーター、８は集水タン
ク、９ばフラッシャ−１１０はポールチェック弁、１１
はドレン・タンク、１２はタービン、１３は発電機、１
４は復水器、Ｉ５は返却ポンプ、１６は復水ポンプ、１
７は温水ポンプ、１８は冷却器、１９は送電ケーブル、
２０は変圧器を示す。

第１図において、海上プラットフォーム２は、海底地盤
上に構築されたものであり、この上に発電室ｌが設置さ
れ、海中の脚部に冷却器１日が取り付けられる。発電室
ｌは、以下に説明するような発電設備としての所要設備
をもち、断熱搬送管４を使って海底に掘削された地熱の
生産井３から抽出される蒸気・熱水の２相流を導入する
。発電室１では、まず、ガス・スケール除去部５で２相
流中に含まれる不凝縮ガスやスケールの除去を行ってか
らセパレーター７に送る。セパレーター７に送られた２
相、流は、ここで蒸気と熱水とに分けられ、蒸気はター
ビン１２の高圧段に、熱水はフラッシャ−９に送られる
。さらにフラノシャー９でフランシュして得られた蒸気
もタービン１２の中圧段に送られる。また、フラノシャ
ー９で分離された熱水は、ドレン・タンク１１を通して
放出管６より海に放出される。他方、タービン１２にお
いて仕事をした蒸気は、復水器１４で復水されて温水と
なり、温水ポンプ１７により発電室１の外（海中）に設
置された冷却器１８に送られて冷却される。ここで作ら
れた冷水は、復水ポンプ１６により復水器１４に送られ
、タービン１２からの蒸気の冷却に使用され、返却ポン
プ１５を通して放出管６より海に放出される。タービン
Ｉ２に連結された発電機１３で発電した電力は、送電ケ
ーブル１９を介して陸上の変圧器２ｏにより昇圧されて
消費地へ送電される。

第２図は本発明に適用される断熱搬送路の１実施例を説
明するための図であり、２１はコンクリート、２２は通
気管、２３は電線管、２４は断熱空気層、２５は保温材
、２６は支持台、２７は保護管を示す。

第２図において、通気管２２は地熱流体を通すものであ
り、Ｔ４線管２３は通気管２２を覆うものであってプラ
スチック製の電線管（例えば古河電工型）を用いる。そ
して、これら通気管２２と電線管２３との間に断熱空気
層２４を形成せしめ、ここに断熱用の空気を充満させる
。また、電線管２３とコンクリート２１との間には保温
材２５を充填するとともに、適宜支持台２６を使って電
線管２３をコンクリート２１内に位置決めし固定する。

支持台２６を設けた部分の断面を示したのが第２図（ｂ
ｌである。

従来陸上のプラントにおいて一般に採用されている地熱
流体の搬送法としては、熱水を搬送するチャンネルをコ
ンクリートにより覆うようにして、チャンネルの中を通
して熱水を搬送するもの、或いはコンクリート・チャン
ネルをグラスウール断熱材（或いは二重ウレタン）で覆
うようにして、コンクリート・チャンネルの中を通して
熱水を搬送するものなどがある。しかしながら、これら
の搬送法では、コンクリート管からの漏水によって保温
材に熱水が浸透し、この熱で膨張する結果保温材を破壊
してしまう。保温が充分でないと、特に周囲温度が低い
ときの温度降下が大きくなるから、有効エネルギーの損
失も大きくなる。上記第２図Ｆａ＋、（ｂｌに示す構成
の断熱搬送路では、断熱空気層２４が介在するため、プ
ラスチック製の電線管２３は耐熱性を保つことができる
と共に、通気管２２から熱水が漏れても断熱空気層２４
の温度上昇による膨張によって漏水を阻止しようとする
圧力が発生する。また、熱水が通気管２２がら漏れても
電線管２３が水蜜性のプラスチック製であるため、熱水
は断熱空気層２４に滞留するだけで保温材２５には到達
せず、断熱機構には何の影響も生じないので、温度の低
下を阻止できる。また、従来のように熱水が漏れて保温
材２５に浸透、劣化させるということもないため、保温
材の品質を維持でき、特に高価な保温材を使用する必要
もなくなる。

本発明に係る海上地熱発電システムは、第１図に示す構
成を基本とするものであるが、床温域にわたり有効に地
熱エネルギーを活用するために、高温域（３００℃）か
ら低温域（６５℃）までの地熱流体を使って発電できる
ようにそれぞれの温域に対応した複数の発電設備をもっ
て構成する。このような各温域に対応した発電設備とし
て、高温域では従来より採用されている蒸気発電、フラ
ッシュ発電、トータルフロー発電などの発電設備でよい
。

従来、これらの地熱発電では地熱の温度が１５０℃以上
の場合を対象としている。そこで、従来発電の対象とし
ている温域より低い温域でも地熱流体を発電に使うため
、本発明の海上地熱発電システムでは、中温域で１００
℃の飽和蒸気を入力エネルギーとする大気圧タービンを
使い、さらに温度が下がった低温域でＣＯ，を媒体とし
て用いる間接発電設備を使う。ＣＯ□を媒体として用い
る間接発電は、地熱流体により間接接触でＣＯ□を６５
℃、１３０ｋｇ／ｃａｔ程度まで昇温、昇圧してタービ
ンを駆動するものであり、そのために、予熱・蒸発器に
ＣＯ□を供給すると共に、地熱生産井や前段の中温域の
発電設備で使用した６５〜８０℃程度の低温の地熱ｄｉ
体を供給する。そして、この予熱・蒸発器において６５
〜８０℃程度の低温の地熱流体と媒体のＣＯ□との熱交
換を行う。媒体のＣＯ□は、臨界温度３５℃、７０ｋｇ
／ｃ１１！であり、これを６５℃、１３０ｋｇ　ｌｃｔ
＆に昇温、昇圧しても熱分解することなく安定性がある
。そこで、この臨界温度３５℃、７０ｋｇ／ｃＪの特性
と安定したＣＯ□の性状を活用して、媒体のＣＯｌを６
５°Ｃ３１３０ｋｇ　／ｃｒｌに昇温、昇圧してタービ
ンに供給する。

このように各温域に対応して複数の発電設備を使って発
電するように構成することによって、地熱エネルギーを
無駄なく低温域まで活用することができ、その結果、発
電効率を高めてコストパフォーマンスを高めると共に放
出温度を低くすることができる。

また、地熱流体は、地下に溜まっている間に各種の物質
が溶解し、１１．ｓ（硫化水素）などの不凝縮ガスを排
出したり、スケールを析出したりするが、ガス・スケー
ル除去部５は、このようなガスやスケールを除去するも
のであり、第３図はガス・スケール除去部における吸着
物を使ったスケール除去の例を説明するための図であり
、３１は赤貝の殻、３２は容器、３３はベントナイト投
入口、３４は軸流ミキサー、３５はコンベヤー、３６は
ベントナイト取り出し口を示す。

地熱熱水中に発生するＣａＣ０ｚ（炭酸カルシウム）な
どのスケールは、第３図ｔａ＋に示すような赤貝の殻３
１を入れた容器３２を通すと、赤貝の殻３１の毛に極め
て良好に付着し地熱熱水から除去される。従って、スケ
ールを赤貝の殻３１の毛に付着させた上、一定量の塊状
にして一括除去できる。

また、容器３２の中での赤貝の殻３１は適当な空間を形
成するため、円滑なフィルター作用も期待できる。

上記のように赤貝の殻３Ｊはスケールの吸着物として効
果があるが、その他第３図（ｂｌに示すようにベントナ
イトも同様な吸着物として用いることができる。この第
３図ｆｂｌに示す例の場合には、ベントナイトをベント
ナイト投入口３３から地熱熱水に混入させる。そして、
軸流ミキサー３４を使ってヘントナイトを地熱熱水中に
混練することによって、スケールをベントナイトと付着
・混在化させ、コンベヤー３５によりベントナイト取り
出し口３６から取り出す。

また、Ｉ（、Ｓなどの不凝縮ガスを除去する方法として
は、Ｆｅ（鉄）やＣｕ（ｍ）などの屑を含むスラブを反
応させるとよい。すなわち、地熱流体に含まれたＨ２Ｓ
ば、Ｈ２Ｓ　十Ｆｅ−ｌＦｅ５　＋　Ｈ１＋１２ｓ　＋　Ｃｕ　−ＣｕＳ　＋　Ｈｚの反応によっ
てＦｅｄ（硫化鉄）やＣｕＳ　（硫化銅）を生成するた
め、地熱流体から１１□３が除去される。

第１図において、ガス・スケール除去部５に上述のよう
な除去装置を採用した場合、それら赤貝の殻、ベントナ
イト、ＦｅＳやＣｕＳを含むスラブなどが定期的に搬出
すればよい。なお、このような除去装置は、材料費が廉
価で且つ装置も簡単であり、システム全体におけるガス
やスケール除去負担の軽減を図ることができる。

スケール対策としては、さらに、生産井３について行う
ことも有益である。つまり、生産井３におけるスケーリ
ングの発生は、ケーシングの閉鎖などの事態を引き起こ
す。従って、生産井３におけるスケーリングの回避は、
生産井の寿命を延ばすことになる。このようなスケーリ
ングの回避方策の１例は、生産井３のスケール析出地点
付近にＣＯ！ガスを還元する方法である。すなわち地熱
熱水には、Ｃａ（ＨＣＯ３）ｚ　　（炭酸水素カルシウ
ム）が溶は込んでいる。これは、いつでもＣｏｔとＣａ
Ｃ０，（炭酸カルシウム）とＨｚＯとに分難する性質を
もっている。そのため、熱水がフラッシュして膨張する
とＣＯ□も同時に膨張して地上に蒸気と共に噴出し、Ｃ
Ｏ□とＣａＣ０ａとのバランスが崩れ、結果的にフラッ
シュ・ポイントにＣａＣＯ５がスケールとして残存付着
してしまう。そこで、このＣａＣＯ３がスケールとして
残存付着するフラッシュ・ポイント付近に００２を給送
還元するごとによってＣＯ□とＣａｃＯｚとをフラッシ
ュ前のバランス状態に戻し、スケールの付着を防ぐよう
にする。

一般に生産井は、地表付近の軟弱地層の保護と地下水の
遮断、防噴装置の取付土台とするなどのためにセットさ
れるコンダクタ−ケーシング、その下に接続されるアン
カー・ケーシング、プロダクション・ケーシングまでオ
ールセメンチングで固定されている。ところが、特にプ
ロダクション・ケーシング部において、モルタル中にあ
る空隙に水分が浸透してこれが地熱によって膨張してケ
ーシングを圧迫し、凹凸の変形を生じる。そのため凹凸
変形部に、スケールが付着発生し易くなるという問題が
生じる。そこで、アンカー・ケーシングの部分まではセ
メンチングにより固定し、プロダクション・ケーシング
部は、ノンセメンチングにて遊嵌する。このようにする
ことによって、プロダクション・ケーシングの変形をな
くし、ケーシングの変形に起因するスケーリングの発生
を防止する。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、海上
プラットフォーム及び発電設備を具備した発電室をセッ
ト組みに構築して海上輸送し、海底に沈設することによ
って容易に建設できる。しかも、各温度域に応じた発電
設備により地熱流体を低温域に至るまで発電に使うので
、トータルの発電効率を高めコストパフォーマンスを高
めることができ、未開発な海底における地熱を有効に活
用することができる。また、海水Φへの熱水の低温放出
を可能にすると共に、スケール発生の防止、スケールの
除去を行うことにより、公害問題などが回避できシステ
ムをメンテナンスフリーにできる。さらに、？Ｒ上プラ
ットフォームの脚部の海中に冷却器を取り付けるため、
海水を冷却に活用でき、しかも冷却面に接触する海水は
余熱によって自然対流するので、冷却効率の向上が図れ
、復水用の冷却水を容易に生成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る海底地熱発電システムの１実施例
を示す図、第２図は本発明に適用される断熱搬送路の１
実施例を説明するための図、第３図はガス・スケール除
去部における吸着物を使ったスケール除去の例を説明す
るための図である。１・・・発電室、２・・・海とプラットフォーム、３・
・・生産井、４・・・断熱搬送管ミ５・・・ガス・スケ
ール除去部、６・・・放出管、７・・・セパレーター、
８・・・集水タンク、９・・・フラノシャー、１０・・
・ボールチェ’７り弁、Ｉ　１−ドレン・タンク、１２
・・・タービン、１３・・・発１機、１４・・・復水器
、１５・・・返却ポンプ、１６・・・復水ポンプ、１７
・・・温水ポンプ、１８・・・冷却器、１９・・・送電
ケーブル、２ｏ・・・変圧器、２１・・・コンクリート
、２２・・・通気管、２３・・・電線管、２４・・・断
熱空気層、２５・・・保温材、２６・・・支持台、２７
・・・保護管、３１・・・赤貝の殻、３２・・・容器、
３３・・・ヘントナイト投入口、３４・・・軸流ミキサ
ー、３５・・・コンベヤー、３６・・・ベントナイト取
り出し口。特許出願人　　清水建設株式会社代理人弁理士　阿　部　　龍　吉第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地熱の生産井を掘削すると共に海上にプラットフ
ォームを構築して該プラットフォーム上に発電設備を備
えた発電室を設置し、生産井から断熱搬送管を使って発
電室に地熱流体を導入して高温域から低温域まで当該各
温域に対応する発電設備を使って発電することを特徴と
する海上地熱発電システム。
（２）生産井のプロダクション・ケーシングをノンセメ
ンチングにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の海上地熱発電システム。
（３）生産井のスケール発生地点付近に二酸化炭素ガス
を給送することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の海上地熱発電システム。
（４）地熱流体の搬送路にスケールの吸着物を介在させ
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の海上地
熱発電システム。
（５）地熱流体の搬送路に鉄や銅を含むスラブを配置し
て反応させ硫化水素ガスを硫化鉄や硫化銅として抽出す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の海上地
熱発電システム。
（６）中温域の地熱流体に対しては大気圧タービンを使
い、低温域の地熱流体に対しては二酸化炭素ガスタービ
ンを使って発電することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の海上地熱発電システム。