《電力》〈新エネルギー発電〉[R03:問2]地熱発電のメカニズム及び機器構成に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆(普通)

次の文章は,地熱発電に関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

地熱発電は,地下の\( \ \fbox {  (1)  } \ \)に向けて生産井を掘削し,そこから得られる二相流体を用いて蒸気タービンを駆動し発電を行う方式である。

生産井から得られた二相流体は気水分離器で蒸気と熱水に分けられるが,熱水の割合が比較的大きい場合が多いため,\( \ \fbox {  (2)  } \ \)で圧力を下げ熱水から蒸気を得ることにより,出力増加を図る方式が広く用いられている。そこで得られた蒸気は,気水分離器から得られた蒸気とともに,蒸気タービンで膨張し発電機を回す。またタービン排気は混合復水器を用いて凝縮され,その凝縮水は\( \ \fbox {  (3)  } \ \)で温度を下げ,その一部を復水器の冷却水として用いる方式が広く採用されている。ここに\( \ \fbox {  (3)  } \ \)を用いるのは,地熱発電所では冷却水を得ることが難しい場合が多いことによる。\( \ \fbox {  (2)  } \ \)で分離された熱水は,\( \ \fbox {  (4)  } \ \)を通して地中に戻す。

なお地熱発電では,低温の熱水が保有するエネルギーを有効に利用するため,沸点の低い作動媒体を用いてタービンを回す\( \ \fbox {  (5)  } \ \)発電を採用している例もある。

〔問2の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&(イ)& 蒸気井     &(ロ)& マグマ溜まり     &(ハ)& 還元井 \\[ 5pt ] &(ニ)& コンデンサ     &(ホ)& セパレータ     &(ヘ)& コンバインドサイクル \\[ 5pt ] &(ト)& エゼクタ     &(チ)& トータルフロー     &(リ)& フラッシャ \\[ 5pt ] &(ヌ)& 熱水井     &(ル)& 地熱貯留層     &(ヲ)& 冷却塔 \\[ 5pt ] &(ワ)& スクラバ     &(カ)& バイナリーサイクル        &(ヨ)& 高温岩体 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

地熱発電に関する問題です。
地熱発電は蒸気によりタービンを回すという意味では汽力発電と似ているところがありますが,蒸気を得る方法がボイラではなく気水分離器を用いるところが汽力発電と大きく異なります。
それぞれの立地や特性等をふまえ理解するようにしましょう。

1.地熱発電の方式
①フラッシュ発電方式
地中から取り出した蒸気又は熱水を汽水分離器で蒸気と水に分離(フラッシュ)して,蒸気をタービンへ送り,タービンを回転させる発電方式です。
熱水の割合が多い場合には汽水分離後の熱水からさらにフラッシャで汽水分離し,二次蒸気としてタービン中段以降に入れる場合もあります。
地中の蒸気がタービンに送られるため,不純物やドレンが入り,腐食をもたらす可能性があるので注意を要します。


出典:GDI株式会社地熱開発 HP

②バイナリー発電方式
地中から取り出した蒸気又は熱水を蒸発器へ供給し,蒸発器で水より低沸点(気体になりやすい)の媒体(フロン等)と熱交換してタービンへ送り,タービンを回転させる発電方式です。
地中から取り出す蒸気又は熱水において,熱水の割合が高い場合,他の用途で使用した排水を利用した場合にはこの方式が採用されることが多いです。
構造が複雑になりますが,タービン側には不純物が流れない特長もあります。


出典:GDI株式会社地熱開発 HP

【解答】

(1)解答:ル
題意より解答候補は,(ロ)マグマ溜まり,(ル)地熱貯留層,(ヨ)高温岩体,になると思います。
ワンポイント解説「1.地熱発電の方式」の①フラッシュ発電方式の図の通り,地熱発電では地熱貯留層へ生産井を掘削し,そこから得られる二相流体(蒸気と熱水)を使用して発電します。

(2)解答:リ
題意より解答候補は,(ニ)コンデンサ,(ホ)セパレータ,(ト)エゼクタ,(リ)フラッシャ,(ヲ)冷却塔,(ワ)スクラバ,等になると思います。
ワンポイント解説「1.地熱発電の方式」の通り,熱水の圧力を下げて蒸発をさせ蒸気を得る機器をフラッシャといいます。
コンデンサは復水器のこと,セパレータは蒸気内に含まれるドレン(液体)を分離するもの,エゼクタは汽力発電所で復水器を真空に保つために使用するもの,スクラバは排ガス中の\( \ \mathrm {SO_{x}} \ \)を取り除く装置の一つです。

(3)解答:ヲ
題意より解答候補は,(ニ)コンデンサ,(ホ)セパレータ,(ト)エゼクタ,(リ)フラッシャ,(ヲ)冷却塔,(ワ)スクラバ,等になると思います。
復水器の冷却水として用いるために使用するのは冷却塔となります。汽力発電所においても冷却塔を用いる例はありますが,基本的に海の近くに設置することが多いため,復水器の冷却には海水を用いることが多いです。地熱発電は山間部に設置することが多いため,冷却水を得ることが難しく,冷却塔を用いるのが一般的となります。

(4)解答:ハ
題意より解答候補は,(イ)蒸気井,(ハ)還元井,(ヌ)熱水井,になると思います。
ワンポイント解説「1.地熱発電の方式」の①フラッシュ発電方式の図の通り,発電所で使用した熱水を地下に戻す井戸を還元井と呼びます。

(5)解答:カ
題意より解答候補は,(ヘ)コンバインドサイクル,(チ)トータルフロー,(カ)バイナリーサイクル,等になると思います。
ワンポイント解説「1.地熱発電の方式」の通り,低温の熱水が保有するエネルギーを有効活用し,沸点の低い作動媒体を用いてタービンを回す方式をバイナリーサイクル発電方式といいます。



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