成果報告書詳細
管理番号20150000000638
タイトル平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業 (風力発電その他未利用エネルギー) 加圧水型ゼロエミッション地熱発電システムの技術開発
公開日2016/3/5
報告書年度2012 - 2012
委託先名株式会社九州パワーサービス 協栄電気興業株式会社
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業 (風力発電その他未利用エネルギー) 加圧水型ゼロエミッション地熱発電システムの技術開発

福島原子力発電所事故後、我が国のエネルギー安定供給に対する緊張度・緊急度が増し、省エネルギーおよび再生可能エネルギー促進への政策的支援および民間努力が活発化している。我が国は、米国、インドネシアに続く世界第3位の地熱資源保有大国であり、地熱資源開発量だけでも電力換算で2,347万kWと評価されているにもかかわらず、積極的な導入はなされていない。福島原子力発電所事故後、地熱発電に関わる規制緩和が行われ、大型発電所の建設も計画されているが、発電所地域住民の理解、環境アセスメント等で障壁が大きい。また、長期間のリードタイムや運転・メンテナンスにかかるコストの大きさから、新規事業者の導入意欲も小さい。これらの要因は、従来型地熱発電所が地熱流体(蒸気/熱水)を使用することにより生ずる固有不可避の問題によるものであり、この問題点を解決できれば、ローリスクの開発が可能であり、純国産エネルギーの安定供給という基幹電力の最も望ましい条件を満たすことができる。
本事業の核となる加圧水型地熱発電方式(GEEP)は、地中に埋設する同軸二重管熱交換器・蒸気発生器・タービンから構成される系内を、純水を循環させることで、地熱流体を全く用いず、地中の熱のみを回収するゼロエミッションクローズドシステムであり、地熱流体の利用から生ずる機器、環境に対する負荷を排除することが可能である。さらに、本方式は既存の地熱発電施設の坑井をリプレイスあるいは、地下の熱のみの利用となるため休坑井の再利用が可能となる。よって、新規坑井調査と掘削の必要がなく、リードタイムを著しく短縮することができる。本事業では、実用レベル容量150KW級の加圧水型地熱発電システムの検証実証試験を実施することを目的とした。実証試験地を大分県ラクテンチにおける既存温泉井とし、同軸二重円管地中熱交換器と、プラットフォーム化した加圧ポンプ、フラッシャーおよび給水ポンプを含む地上設備を連結させることにより、循環型(クローズド)システムを構築した。使用した既存の温泉井が金属障害物で閉塞していたため、当初の予定していた深度および井戸口径を確保することができなかった。そのため、深さ380m、口径76mm、最高温度150℃の拘束条件下で実験をおこなった。口径が小さいため同軸二重管熱交換器内管の十分な断熱ができなかったにもかかわらず、入手した高圧ポンプの耐熱温度とほぼ等しい86℃の高温加圧水を取り出すことができ、高温加圧水抽出機能の実証試験に成功した。一方、380mの同軸二重円管地中熱交換器の製作性に関しては、前述のとおり、内管の断熱が十分にできなかったことを除けば、製作性を実証した。さらに、熱水力コードによって、実証試験を再現し、圧力損失のよい一致を得ることができ、また、内管の有効熱伝導率を0.2W/mK程度と評価した。
英文要約Title:New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Technology Innovation Program(Wind power generation and other untapped energies) / Research and Development of Zero-emission Geothermal Energy Extraction System by Pressurized Water  FY2012 Final Report

Japan has about 120 active volcanoes. Estimated potential of geothermal power generation is 23,470 MWe from hydrothermal reservoirs to a depth of 3 km. The geothermal energy is expected to be an important role for zero-carbon era because it can be one of the few candidates of renewable energy that can be a base-load electricity. Currently, twenty-one electric power units at eighteen geothermal sites are in operation with a total capacity of 537 MWe, which amounts to about 2.3 % of its potential power. The main reason of such a low utilization rate is mainly due to its high cost and impact on ambient environment of power plant. Those obstacles are most commonly due to utilization of “geothermal fluid” for conventional geothermal power plant (GPP). If the GPP system can be established without geothermal fluid, we can have possibility to reduce the problems drastically to have zero-emission closed GPP system by using only geo“thermal” as a consequence. We proposed the Geothermal Energy Extraction system by Pressurized water, named GEEP, in which highly pressurized pure water is introduced to the downhole heat exchanger, heated by geothermal energy and extracted from the downhole as high pressure and high temperature saturated water. The hot water is flashed in steam generator and the resultant vapor is introduced to the turbine to generate the electricity. The condensed water is back to the downhole. The GEEP system has several advantages as below,
(1) Easy to be module, which can correspond to both large-scale GPP and Grid Power System
(2)Scaling and corrosion free, which can reduce maintenance cost, eliminates the supplementary well and requires the normal lines and equipment
(3)Significant relaxation of environmental impact (contamination, depletion)
(4)Easy to install into existing GPP (replacement of existing GPP), which can reduce the capital cost including development cost and can reuse the suspended well and abandoned well
(5)Unnecessary of injection well (half of cost reduction)
(6)Easy to extend to advanced GPP (HDR and EGS)
With the aid of NEDO, we have performed the demonstration test of GEEP system at existing hot spring well owned by Rakutenchi, Oita. Contrary to the advance information about the depth and maximum temperature of the well, the well could not be used by 380m of depth due to waste in the downhole and its maximum temperature is about 150 oC by detailed inspection. The 380-meter-long co-axial heat exchanger which is core equipment of GEEP has been fabricated and the ground system has been installed, including a flasher, a pressure pump, a feed pump and a control system.
We performed running test six times and succeeded to demonstrate the extraction of high temperature and high pressure water. Due to heatproof temperature of pressure pump, the maximum temperature of outlet flow from the heat exchanger remained at 86oC. By using the experimental data, we carried out the numerical simulation. We found the effective thermal conductivity of inner pipe wall of co-axial heat exchanger is about 0.3 W/mK and the pressure drop of the heat exchanger can be reproduced by the simulation. Case studies have been carried out to find the performance of GEEP installed in such a low potential well.
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