湯けむり発電

湯けむり発電 参号実験機 透視図

トータルフロー発電(通称 湯けむり発電)の参号実験機を3次元設計した結果の組立透視図を載せてみます。

プロペラ水車組み立て途中1

次は反対側から見ます。

プロペラ水車組み立て途中2

このタービンの内部は、熱水タービンと蒸気タービンにより構成されています。

熱水タービンは特殊な半径流式タービンであり、蒸気タービンは可変ガイドベーン付ラジアルタービンとなっています。

「湯けむりタービン発電機の仕組み」についての説明図です

図は、「湯けむり発電用タービン発電機の仕組み」を説明した図となります。

まあまあ複雑な構成となっているので分かりにくい点もありますが、要は熱水タービンと蒸気タービンの2段タービンでなるべく多くの熱水エネルギーを発電エネルギーに変換しようとしている機械という点です。

熱水タービン側から見た「湯けむり発電」実験3号機

温泉井戸からの熱水が供給される入口側、つまり熱水タービン側から見た「湯けむり発電」実験3号機です。

外向き流れ新型熱水タービンは円筒内に羽根があるため見えませんが、 熱水の持つエンタルピーエネルギーを有効に運動エネルギーに転換する特殊ノズルとその高速流体により効率高く回転する羽根が入っています。

湯けむり発電実験機を新しい場所に移設して実験開始しました

湯けむり発電3号実験機を次の写真のように新しい場所に移設して実験を開始しました。

プロペラ水車組み立て途中1

次は実験運転中の写真です。

プロペラ水車組み立て途中2

この新しい場所では設備全体がより小さい敷地に密集して整然と並べられているので、より実験設備らしい外観となっています。

湯けむり発電の新聞取材がありました

今回は、湯けむり発電を新聞が取材して頂き、2週間ぶりぐらいに湯けむり発電3号実験機を運転しました。次は運転時の様子です。

今回も順調に運転は開始され、定常発電状態に持って行けました。

幸い天気は晴れたので、暑かったのですが新聞記者さんの写真撮影には支障はなかったようです。

このような運転を行うには事前の準備が必要なため、特別な場合のみ今回のような視察を受け入れています。

まだ気軽に見学出来る状態になっていないのは、少々申し訳ないと思っています。

湯けむり3号実験機を一部改造してテスト開始

湯けむり発電3号実験機を一部改良して、次のようにテスト運転開始しました。

主な改造点は、タービン入口の配管口径を大きくし、それに合わせ熱水タービン用超音速ノズルも大口径として、全体の出力アップを図っています。

結果は、これまでの出力の倍以上を発電していました。

湯けむり発電3号実験機改の見学がありました

午前中に湯けむり発電3号実験機改の見学があり、運転状態の確認も行いました。

運転状態を確認したところでは、タービンの運転回転数をもっと高くしたほうが実験井戸の条件ではタービン出力が大きくなることを確信しましたので、タービンと発電機の回転数を決めるプーリー比が今1対1なのを1対2にしてタービン回転数を上げ、発電出力を当初の4~5倍まで持っていく改造部品の製作を行っています。

連続運転耐久試験のために新たな温泉源へ湯けむり発電3号実験機を移動

連続運転耐久試験をするために、湯けむり発電3号実験機を新たな温泉源へ移設して、運転を開始しました。

次は、据え付けをしている様子です。

プロペラ水車組み立て途中1

次は、連続運転を開始した実験設備全体状況です。右側ライトがフルに点灯しています。

プロペラ水車組み立て途中2

タービン発電機の運転状況です。

プロペラ水車組み立て途中2

新たな温泉源は、これまでのところより温度が高くなっていて、湯けむり研究が始まったころに 仮定した温度ぐらいでの発電出力である2KWを軽く上回ったことより、湯けむりタービン発電機の性能が 予定に達していることを確信させてくれた運転状況になっています。

よってこの連続運転では性能よりも耐久性を見ることが重要となり、この実験装置自体が連続運転を予定しない設計になっていたので、改造可能なところは高速回転連続運転向けに改造しましたが、今後の運転がどうなるか非常に気になるところです。

連続運転中なので屋根カバーを付けてみました

湯けむり発電3号実験機の連続運転中なので、発電機部が雨に濡れないように屋根カバーをステンレス製として付けてみました。

これで屋外での連続運転でも少し安心です。

発電状態には変化がなく、スケールも温度が100℃以下に急激に下がる場所に限定して付いているようなので、本体の外観部には付着していません。

湯けむり発電機は温泉のスケール付着問題には対処可能な良い結果を出しているようです。

25日間連続運転をした湯けむり発電機を分解点検してみました

25日間連続運転を行ってきた「湯けむり発電3号実験機」のタービン内部状態を確認するために分解点検を行いました。

まず蒸気タービン側を分解して回転する動翼を次のように見ました。

プロペラ水車組み立て途中1

左写真のように蒸気タービン回転羽根にはわずかに垢のようなものが付いている程度で、スケールの付着や腐食、壊食(キャビテーションによる損傷)などはほとんど見られず、自分でも驚いたほどです。

次は、蒸気タービンの静翼部分ですが、これも腐食、壊食は見られていません。

プロペラ水車組み立て途中2

可変静翼なのですが、開閉動作も非常に滑らかなままです。

次にケーシングの中にスケールが溜まっていないか見てみました。

プロペラ水車組み立て途中2

これでも驚くことに、わずかに温泉井戸地下からくる砂はケーシング底に溜まっていましたが、スケール関係は全く付着していなかったのです。

その理由は、湯けむり発電機のケーシング内は100℃以上あるためスケールが析出する温度までお湯も蒸気も温度低下していないためと推測しています。

つまり、湯けむり発電機は温泉発電のスケール問題は完全に回避出来るタービン発電となりそうです。

しかし完全に問題がなかったわけではなく、熱水タービンの羽根がエロージョンアタックを受けていることから、長期間にわたって熱水タービン羽根を運転するためには、羽根へのセラミックコーティングを行う必要があることが分かり、貴重なデータを得ることが出来ました。

エロージョンアタックとは、熱水が蒸気となり再び熱水となる時に激しいキャビテーション崩壊による非常な高圧衝撃波が金属表面をむしり取り、段々と金属が減っていく状態を言います。

つまり温泉水の腐食性とは全く無関係に起こる流体的な壊食現象です。

この問題だけを解決すれば、湯けむりタービン発電機は非常に優れた新型地熱発電システムとして実用化され、普及出来ます。

湯けむり発電機の改良と連続運転開始

湯けむり発電機の熱水タービンを改良するための羽根交換と再組み立てを行い、その後連続運転実験に入りました。

次の写真のように、熱水タービンの羽根にセラミックコーティングを行い、耐キャビテーション性能を上げ、連続運転での耐久性をアップしました。

プロペラ水車組み立て途中1

セラミックコーティング熱水タービン羽根をタービンに取り付けたところ。

プロペラ水車組み立て途中2

最後に連続運転を開始した状況です。

プロペラ水車組み立て途中2

左にテレビカメラがあり、NHKさんが取材してくれました。

湯けむり発電1号実用機タービンの3次元組図

湯けむり発電の実用1号機を現在製作中ですが、そのタービンの3次元組図です。

プロペラ水車組み立て途中1

別方向から見る。

プロペラ水車組み立て途中2

タービン翼部が少々複雑な構造となっていますが、それ以外は非常にシンプルな造りとなっています。

湯けむり発電実用1号発電所の全体計画図

湯けむり発電所として実用1号機となる発電所の全体計画図が次です。

プロペラ水車組み立て途中1

タービン発電機に近寄って見る

プロペラ水車組み立て途中2

以上のように湯けむりタービン発電機本体は非常に小さいものとなります。

地熱発電所としての全体構成もシンプルであり、建設も短期間で出来ます。

湯けむり発電実用1号機の製作完成

湯けむり発電実用1号機の製作が完成しました。

プロペラ水車組み立て途中1

タービン発電機の完成姿です。

プロペラ水車組み立て途中2

ケーシングが台形になっていて、これまでの3号実験機とは大きく構造が変わっています。

一枚目の写真の左側にあるパイプから熱水蒸気が流入し、大きい台形ケーシングの中に熱水タービンが入っています。

小さい台形ケーシングの底からタービンを回した後の蒸気が排出されます。

発電出力容量は11KWであり、タービン回転数は毎分3000回転となります。

湯けむり発電(トータルフロー発電)にとって最初の系統連系実用発電所の配管工事を開始

湯けむり発電において最初の実用発電所(系統連系売電発電所)では、経済産業省の地熱発電所建設認可を受け、最終配管工事が実施されています。

高い架台の上に11KW発電出力の湯けむり発電機(トータルフロー発電機)があり、熱水蒸気井戸からタービンへの配管がこれから完成に向かいます。

正式の運転開始は、電力会社の系統連系許可が出てからなので6月の下旬以降になると考えています。

湯けむり発電所の建設工事が進展

湯けむり発電所の建設工事が、次の写真のように進展しています。

配管関係やタービン復水器などの熱水蒸気流体設備とブルーシートに覆われた発電制御パワーコンディショナー盤が見えています。

湯けむり発電(トータルフロー発電)の定格発生出力達成を確認

湯けむり発電用熱水タービンの発生出力を動力計にて測定し、定格出力の12KWを発生していることを確認しました。

それはトータルフロー発電システムの世界初の実用化完成を意味する測定結果なのです。

徐々に熱水の供給量を増やしながら回転の安定性を充分見て、回転数も増やしていくと、最初の0.7KWから3KW,そして7KW、10KW、12KWとぐんぐんとタービンが元気になり、力強く回転を上げ、最後には動力計容量を超えそうになったので少し熱水供給を抑えて、タービン軸出力12KWを確認しました。

この動力測定実験により少し先の発電開始時には、定格発電出力を発生する世界初トータルフロー発電所(湯けむり発電所)としての実用運転開始が可能となりました。

湯けむり発電3号実験機の分解点検

今では、視察があるたびに運転してみる状況となった「湯けむり発電3号実験機」を久しぶりに分解点検してみました。

プロペラ水車組み立て途中1

回転部については、羽根関係には特に問題なく、軸シール部分と軸受部分のメンテナンスになったのですが、軸受は念のために交換します。

軸シール部分はラビリンスシール方式を使っているので、極少量の蒸気がシールから漏れている部分にて急激に蒸気温度が下がることによるスケールの付着が見られ、それが主軸回転の抵抗になっている様子が見てとれましたので、スケール掃除を行いました。

プロペラ水車組み立て途中2

スケールの付着はシールからの漏えい部分だけであり、次の写真のようにケーシング内にはこれまでほとんどスケールの付着が見られませんから、湯けむり発電機のスケール対策はほとんど不要であることが更に分かりました。

以上のようなことは、温泉発電の別の形態であるバイナリー発電方式に比べて湯けむり発電では温泉スケールの問題はほとんど生じないことを改めて確認しました。

トータルフロータービン出口からの蒸気噴射

トータルフロータービン出口から蒸気が噴射している様子です。

勢いよく、まるでロケット噴射のように白煙が噴出しています。

湯けむり発電の初めての系統連系発電運転を行いました

今日は朝から、湯けむり発電の初めての系統連系発電運転を行いました。

プロペラ水車組み立て途中1

プロペラ水車組み立て途中2

発電所定格出力11KWに対して、10.89KWとほぼ定格の発電出力を系統に送り出しています。 これにより、世界初の新型地熱発電であるトータルフロー発電所(通称湯けむり発電所)が電力を一般需要の為に国内へ送り出すこととなったのです。画期的なことだと考えています。

湯けむり発電実用1号機(系統連系1号発電所)のタービン内部構造図

湯けむり発電実用1号機(系統連系1号発電所)のタービン内部構造図です。

次図は、発電所架台に据え付けた状態での内部透視図です。

プロペラ水車組み立て途中1

次図は、タービンだけでの内部構造透視図です。

プロペラ水車組み立て途中2

タービン部分と軸受部分は割と複雑な構造になっているのです。

新型地熱発電であるトータルフロー発電のシンプルさを表す図

弊社で世界で初めて実用化した新型地熱発電であるトータルフロー発電のシンプルさを表す図です。

熱水蒸気の出る井戸、熱水蒸気配管、トータルフロータービン発電機というたった3つで構成されるシンプルな地熱発電システムが通称「湯けむり発電」なのです。

トータルフロータービン発電はシンプルな地熱発電システムであるため

1.全体設備費が比較的安く、売電による設備費回収期間が短い

2.設計製作工事のトータル期間が短い

3.メンテナンスの手間が少ない

となります。

湯けむり発電3号実験機運転写真

湯けむり発電(トータルフロー発電)3号実験機の運転時写真です。

この運転時は、熱水蒸気入口温度が110℃で可動しています。

熱水蒸気は写真右奥の細いパイプからタービンに供給されていて、手前の湯けむりはタービンを駆動した後の湯気となります。

新型地熱発電(湯けむり発電)用トータルフロー発電機の回転部構造

通称「湯けむり発電」である新型地熱発電となるトータルフロー発電機のタービン回転部構造図です。

プロペラ水車組み立て途中1

縦にして見る

プロペラ水車組み立て途中2

タービン回転部構造は、可変流量制御機構部なども含みわりと複雑なのです。