2013年05月08日01:45
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利用不到100度的溫泉低溫熱能進行發電。可再生能源發電固定價格收購制度推動了這種發電方式的發展。溫泉發電技術還為工廠有效利用以往未利用的能源開辟了道路。
大分縣的別府溫泉是日本三大溫泉之一，泉涌量豐富，非其他可比。隻要踏上溫泉街的土地，就能感受到無處不在的騰騰熱氣，以及淡淡的硫磺氣味。
如今，一項開日本之先河的舉措正在別府展開，那就是利用豐富的溫泉水量進行發電，名曰“溫泉發電”。這項舉措由在別府擁有多處溫泉源頭、向溫泉旅館和住宅供應熱水的瀨戶內自然能源公司實施，生產的電力已於2月1日開始向九州電力公司銷售。
瀨戶內自然能源社長森川勇說：“噴涌出來的溫泉水只是用來供應熱水還有富余，剩下的原本都舍棄了。但是東日本大地震后，日本全國都出了電力短缺，面對這種情況，我們產生了要充分利用溫泉能源的想法。”
源頭噴涌出的溫泉水溫度接近100度。用來泡澡溫度過高，用來發電則溫度過低。火力等發電站是利用500∼1000度的高溫蒸汽和氣體推動渦輪的葉片旋轉，從而驅動發電機。那麼，溫泉發電是如何使用100度的熱水驅動發電機的呢？
現在，全球有多家企業都在開發溫泉發電裝置。瀨戶內自然能源採用的是神戶制鋼所公司領先於其他公司實現了商品化的“Micro Binary MB-70H”。
該裝置首先把溫泉水通入“換熱器”，隔著換熱器內的金屬管，使溫泉水與井水接觸。熱具有從高向低傳導的性質，因此，在溫泉水熱能的作用下，井水慢慢升溫。
然后將升溫至大約85度的井水送入溫泉發電裝置。把井水通入“蒸發器”，再與氟裡昂替代物進行熱交換。氟裡昂替代物有多種，該裝置使用的是“HFC-245fa”（氫氟烴245fa）。其特點是沸點僅為15度，遠低於水，在熱井水的加溫下，會蒸發生成氣體。將生成的氣體送入“螺旋渦輪”，驅動渦輪就可進行發電了。
大型火力發電站等使用的“軸流式渦輪”組合了幾千枚小小的鋼板葉片，處於高溫高壓狀態的蒸汽和氣體直接沖擊葉片正面，帶動渦輪轉動。因為使用的是流體的“勢能”，所以，不能使用利用溫泉制成的低溫流體。
而螺旋渦輪可以借助低溫流體轉動。其結構類似2個齒輪相互咬合的形狀，低溫流體注入到螺旋部分之后，壓力會降低。從螺旋部分的入口向內，壓力越來越小，流體則逐漸膨脹，以恢復到大氣壓，螺旋部分就是在這種膨脹力的作用下轉動。
完成發電“任務”后，替代氟裡昂的氣體進入“冷凝器”，重新與井水進行熱交換，使溫度降低，恢復到液態。在溫泉發電裝置的內部，氟裡昂替代物重復著蒸發與液化的循環。
溫泉發電裝置的原理近似空調的“熱泵”原理。因為發電的過程組合利用了直接利用熱源的熱循環，和利用氟裡昂替代物等工作介質的熱循環，所以也有“微型雙循環發電”之稱。
對溫泉完全無害
聽到溫泉發電的字眼，或許有人會擔心“噴涌量是否會減少”、“水溫是否會下降”等等。然而，無需擔心。瀨戶內自然能源社長森川斷言：“對於溫泉的影響為零。熱水供應事業也完全不受影響。”
熱水供應業務是先把溫泉水存儲在水箱內，然后根據需求通過管道進行供應。而溫泉發電裝置則是安裝在水箱旁，把水箱中的部分溫泉水輸送到換熱器，然后再將其送回水箱。
從換熱器返回后，原本約為100度的溫泉水將降低到85度。但是，在與水箱內隨溫泉水噴出的140度蒸汽接觸后，溫度會很快回升到接近100度。因此，用於供應熱水的溫泉水溫度不變。當然，溫泉水中含有的各種化學成分也不會改變。
順便一提，“地熱發電”與溫泉發電是兩個不同的概念。地熱發電是直接挖掘深井，通到地下深處積存著為岩漿所加熱的熱水和高溫蒸汽的“地熱貯留層”。
瀨戶內自然能源採用的溫泉發電裝置功率為60千瓦。與核電站動不動100萬千瓦的功率相比微不足道。但是，能夠滿足20戶家庭的用電需要，這樣一看，功率也不算太小。
如今，該公司正在計劃繼續增加溫泉發電裝置。森川社長透露：“從溫泉源頭水的噴涌量來看，驅動數十台不成問題。”該公司已經向神戶制鋼所追加了訂單。
溫泉發電裝置本身的價格便高達約2800萬日元。再加上施工費等費用，合計約為6000萬∼7000萬日元。就60千瓦的發電機而言，價格非常昂貴。盡管如此，在沒有國家等提供補貼的情況下，瀨戶內自然能源依然做出了採用的決定。
根據可再生能源發電固定價格收購制度，溫泉發電生產的電力可以按照1千瓦時42日元的價格享受15年的收購。森川社長稱，通過利用這項制度，即使沒有補貼，“不到5年就可收回初期費用，之后還可以繼續創造利潤”。
不過，雖說從15年的長期收購來看利潤可觀，但初期的投資負擔相當沉重，如果僅憑1家公司之力，擴大規模存在極限。鑒於很多企業都來咨詢“希望參與溫泉發電”， 瀨戶內自然能源想出了新的商務模式，就是把溫泉源頭附近擁有的土地與溫泉發電裝置打包出售，自己提供溫泉供應服務。
如果能夠利用這種方法吸引到地區內外的資金，不僅過去隻能舍棄的溫泉能源可以得到充分利用，熱水供應業務也可以隨之擴大。
森川社長的願望是利用溫泉發電造福別府。他說：“溫泉是本地的資源。我們將把通過固定價格收購制度賺取的部分利潤重新投入本地。而且我們也希望來自外地的企業在這裡進行再投資。”
有效利用工廠廢熱
可再生能源發電固定價格收購制度為長期得不到充分利用的溫泉能源開辟了一條利用之路。
搶在其他企業之前投產了溫泉發電裝置的神戶制鋼所在螺旋渦輪方面擁有享有盛譽的技術實力。雖說通過組合換熱器等部件實現了商品化，但該公司並沒有確立其他公司無法趕超的獨有技術。
神戶制鋼所機械事業部門冷熱能源部營業室能源組組長加藤真二說：“溫泉發電的原理很容易理解。然后就是想不想商品化的問題了。”
其實，神戶制鋼所開發低溫發電裝置原本並不是為了溫泉發電。而是為了有效利用工廠等設施廢棄的熱廢棄的熱能而開發了低溫發電裝置，但是，由於存在初期費用高等困難，銷售情況一直不佳。
但如今已經看到了光明的希望。由於東日本大地震后出現能源短缺，日本政府於2012年度創設了向有效利用工廠廢熱的裝置提供補貼的制度。今后，工廠有可能會推進對未利用能源的充分利用。
日本被稱為資源小國，天然氣和石油等資源依靠進口。而且，在全國大部分核電站停運的今天，能源短缺已經成了全民擔心的大事。不過，仔細看來，日本其實還沉睡著龐大的未利用能源。（日經能源環境網 供稿）
