[H-RE12] 応用地質学の新展開

[HRE12-03] CO₂循環型地熱発電システムのフィージビリティスタディ

*末永 弘¹、中尾 吉伸¹、深田 利昭¹ (1.一般財団法人電力中央研究所)

キーワード：二酸化炭素、地熱発電、室内試験、数値シミュレーション、フィージビリティスタディ、発電電力量

CO₂循環型地熱発電の方式として、一坑井内に二重管を挿入しCO₂を循環させて抽熱を行う同軸式、二坑井を孔底付近で接続しCO₂を循環させて抽熱を行うクローズドループ式、二坑井と岩盤内の天然・人工亀裂を介してCO₂を循環させて抽熱を行うオープンループ式の三方式が考えられる。このうち、クローズド・オープンループ式を対象に坑井内および岩盤内におけるCO₂と地下水の流動を評価可能な数値解析手法を構築し、既往の高温岩体発電研究実施地点である雄勝地点、肘折地点の地下岩盤のモデルを用いた数値シミュレーションを行った。その結果、本研究におけるシミュレーション条件では、貯留層深度が深く坑底圧力の大きい肘折のモデルを用いた場合の注入・生産井の地下での差圧が4MPaの時に最も高出力が得られる可能性を見出した。また、CO₂循環型地熱発電システムとしての発電電力量予測手法を構築し、最高出力が想定された肘折地点においてCO₂タービンとバイナリー発電機とのコンバインドシステムを適用した場合の発電電力量を算出した。
CO₂循環を模擬した室内実験では、地下における高温・高圧の超臨界CO₂循環の条件を検討し、これと相似の配管径、流速等を持つ超臨界CO₂の流体流動を可能とした室内実験装置を構築し、注入CO₂圧力（以降圧力）、地下相当温度（以降温度）をパラメータとしたCO₂循環実験を実施した。その結果、圧力が8～18MPa、温度が75～200℃の範囲において、温度変化に伴い自身の密度差で自然循環するサーモサイフォン現象が確認された。本実験装置では、圧力が同様であれば温度が高いほど高い熱出力が得られること、圧力12～14MPaの際に熱出力のピークが見られることが分かった。また、これらの室内CO₂循環実験は、坑井内における熱流動の解析プログラムで再現できることが明らかとなった。