再生可能エネルギー発電のしくみ

地熱発電のしくみ

地熱発電のしくみ

地熱発電において、火力発電所のボイラーにあたるのが、地熱貯留層です。
地上で降った雨は、地下1,000m~3,000m付近にある地熱貯留層に溜まります。そこに溜まった地熱流体(注)を取り出して発電します。

1,000~3,000の深さ、地熱貯留層、マグマ溜まり イメージ図

取り出された地熱流体(注)は蒸気と熱水に分離します。蒸気はタービンを回して発電し、熱水は還元井を通して再び地中深くに戻されます。発電で使用した蒸気はタービン出口の復水器で冷却され、凝縮して圧力が急減し、タービンを回す蒸気の効率を高めます。凝縮して復水器に溜まった温水は、冷却塔を通りさらに温度が下げられ、冷却水として蒸気の凝縮に再利用されます。

地熱流体 イメージ図

(注)地熱流体
マグマによって熱せられ、高いエネルギーを得た高温・高圧の熱水、蒸気などのこと。

地熱貯留層について

地熱貯留層は、マグマによって熱せられた高温・高圧の地下水が溜まっている層のことをいいます。
熱源となるマグマ溜まりの温度は650〜1,000℃で、寿命は数万年から数十万年以上と考えられています。また浸透する水はほとんどが雨水のため地熱貯留層は、計画的に使用すれば再生可能で永続的な利用が可能と考えられています。

発電の種類

蒸気発電

地熱貯留層にある200〜300℃超の高温の天然蒸気で直接タービンを回す方法が蒸気発電です。

シングルフラッシュ発電

地下でフラッシュ(減圧沸騰)した蒸気と熱水が混合した地熱流体から、蒸気を汽水分離器で1回だけ分離し、その蒸気でタービンを回す方法です。日本の地熱発電所のほとんどがこの発電方式を採用しています。

シングルフラッシュ発電のイメージ画像

ダブルフラッシュ発電

汽水分離器で分離した熱水をフラッシャー(減圧器)に導入して蒸気をさらに取り出し、高圧蒸気と低圧蒸気でタービンを回す方法です。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発電よりも10〜25%出力が増加します。

ダブルフラッシュ発電のイメージ画像

バイナリー発電

地熱流体が150℃程度以下の中低温で分離した蒸気では直接タービンを回すことができません。そこで、水より沸点が低い媒体(水とアンモニアの混合物など)と熱交換し、この媒体の蒸気でタービンを回す方法がバイナリー発電です。

温泉バイナリー発電

高温の温泉水が噴出する温泉地では、浴用に利用できない50℃以上の熱水は、冷まして使う必要があります。
バイナリー発電を用いて、高温温泉(70〜120℃)の熱水で発電した後、温度の低下した熱水を浴用に利用します。

温泉バイナリー発電のイメージ画像

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