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地熱資源は火山性の地熱地帯で、マグマの熱で高温になった地下深部(地下1,000~3,000m 程度)に存在します。地表面に降った雨や雪が地下深部まで浸透し、高温の流体、すなわち地熱流体となります。これが溜まっているところを地熱貯留層といいます。地熱貯留層の上にはキャップロックがあります。
なお、地熱貯留層となるには、熱・水・割れ目の3要素が必要です。
地熱貯留層のイメージ図
地熱発電は、地熱貯留層より地熱流体を取り出し、タービンを回転させて電気を起こしています。
出典:独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構(JOGMEC)
発電方式は複数ありますが、最も一般的なフラッシュ式発電と、最近増えているバイナリー式発電を紹介します。
フラッシュ式発電は、主に200℃以上(坑口付近の温度)の高温地熱流体での発電に適しており、地熱流体中の蒸気で直接タービンを回します。
シングルフラッシュ方式は次のように発電を行います。
ダブルフラッシュ方式は、セパレータで分離した熱水をフラッシャー(減圧器)に導入して低圧の蒸気をさらに取り出し、高圧蒸気と低圧蒸気の両方でタービンを回す方式です。高温高圧の地熱流体の場合に採用され、シングルフラッシュよりも約20%出力が増加します。八丁原発電所や森発電所および山葵沢地熱発電所などで採用されています。
海外に目を向けると、ニュージーランドにはトリプルフラッシュ式の発電所があります。
バイナリー式発電は、水よりも沸点の低いペンタンや代替フロン(二次媒体)を使うので、より低温の地熱流体での発電に適しており、地熱流体で温められた二次媒体の蒸気でタービンを回して発電します。
80℃を超えるような温泉が湧出する温泉地では、その高温の温泉をバイナリー式発電の熱源として使え、熱の有効利用になります。
発電に利用された後の温泉は、温度が下がり、浴用に適温となります。
地中深くに存在する岩石が溶けてできた高温の物質。
地熱流体が存在する,割れ目の発達した地層・岩盤。
マグマからの熱で熱せられた高温かつ高圧の地下水。
地熱流体が上部へ逃げないように蓋の役目をする岩盤。
羽根車(ローター 写真参照)により蒸気の流れを回転運動に変換する装置。
地熱発電に必要な地熱流体を採取するための井戸。
セパレータで蒸気と分離された高温の水。
発電に使われない熱水や,冷却塔で余った水を地下に戻すための井戸。
タービンの効率を上げるために,タービンを回し終わった蒸気を温水にする(「凝縮」という)機器。
復水器で凝縮された温水を大気と接触させて冷やすための機器。