2013年05月08日01:45
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利用不到100度的温泉低温热能进行发电。可再生能源发电固定价格收购制度推动了这种发电方式的发展。温泉发电技术还为工厂有效利用以往未利用的能源开辟了道路。
大分县的别府温泉是日本三大温泉之一，泉涌量丰富，非其他可比。只要踏上温泉街的土地，就能感受到无处不在的腾腾热气，以及淡淡的硫磺气味。
如今，一项开日本之先河的举措正在别府展开，那就是利用丰富的温泉水量进行发电，名曰“温泉发电”。这项举措由在别府拥有多处温泉源头、向温泉旅馆和住宅供应热水的濑户内自然能源公司实施，生产的电力已于2月1日开始向九州电力公司销售。
濑户内自然能源社长森川勇说：“喷涌出来的温泉水只是用来供应热水还有富余，剩下的原本都舍弃了。但是东日本大地震后，日本全国都出了电力短缺，面对这种情况，我们产生了要充分利用温泉能源的想法。”
源头喷涌出的温泉水温度接近100度。用来泡澡温度过高，用来发电则温度过低。火力等发电站是利用500～1000度的高温蒸汽和气体推动涡轮的叶片旋转，从而驱动发电机。那么，温泉发电是如何使用100度的热水驱动发电机的呢？
现在，全球有多家企业都在开发温泉发电装置。濑户内自然能源采用的是神户制钢所公司领先于其他公司实现了商品化的“Micro Binary MB-70H”。
该装置首先把温泉水通入“换热器”，隔着换热器内的金属管，使温泉水与井水接触。热具有从高向低传导的性质，因此，在温泉水热能的作用下，井水慢慢升温。
然后将升温至大约85度的井水送入温泉发电装置。把井水通入“蒸发器”，再与氟里昂替代物进行热交换。氟里昂替代物有多种，该装置使用的是“HFC-245fa”（氢氟烃245fa）。其特点是沸点仅为15度，远低于水，在热井水的加温下，会蒸发生成气体。将生成的气体送入“螺旋涡轮”，驱动涡轮就可进行发电了。
大型火力发电站等使用的“轴流式涡轮”组合了几千枚小小的钢板叶片，处于高温高压状态的蒸汽和气体直接冲击叶片正面，带动涡轮转动。因为使用的是流体的“势能”，所以，不能使用利用温泉制成的低温流体。
而螺旋涡轮可以借助低温流体转动。其结构类似2个齿轮相互咬合的形状，低温流体注入到螺旋部分之后，压力会降低。从螺旋部分的入口向内，压力越来越小，流体则逐渐膨胀，以恢复到大气压，螺旋部分就是在这种膨胀力的作用下转动。
完成发电“任务”后，替代氟里昂的气体进入“冷凝器”，重新与井水进行热交换，使温度降低，恢复到液态。在温泉发电装置的内部，氟里昂替代物重复着蒸发与液化的循环。
温泉发电装置的原理近似空调的“热泵”原理。因为发电的过程组合利用了直接利用热源的热循环，和利用氟里昂替代物等工作介质的热循环，所以也有“微型双循环发电”之称。
对温泉完全无害
听到温泉发电的字眼，或许有人会担心“喷涌量是否会减少”、“水温是否会下降”等等。然而，无需担心。濑户内自然能源社长森川断言：“对于温泉的影响为零。热水供应事业也完全不受影响。”
热水供应业务是先把温泉水存储在水箱内，然后根据需求通过管道进行供应。而温泉发电装置则是安装在水箱旁，把水箱中的部分温泉水输送到换热器，然后再将其送回水箱。
从换热器返回后，原本约为100度的温泉水将降低到85度。但是，在与水箱内随温泉水喷出的140度蒸汽接触后，温度会很快回升到接近100度。因此，用于供应热水的温泉水温度不变。当然，温泉水中含有的各种化学成分也不会改变。
顺便一提，“地热发电”与温泉发电是两个不同的概念。地热发电是直接挖掘深井，通到地下深处积存着为岩浆所加热的热水和高温蒸汽的“地热贮留层”。
濑户内自然能源采用的温泉发电装置功率为60千瓦。与核电站动不动100万千瓦的功率相比微不足道。但是，能够满足20户家庭的用电需要，这样一看，功率也不算太小。
如今，该公司正在计划继续增加温泉发电装置。森川社长透露：“从温泉源头水的喷涌量来看，驱动数十台不成问题。”该公司已经向神户制钢所追加了订单。
温泉发电装置本身的价格便高达约2800万日元。再加上施工费等费用，合计约为6000万～7000万日元。就60千瓦的发电机而言，价格非常昂贵。尽管如此，在没有国家等提供补贴的情况下，濑户内自然能源依然做出了采用的决定。
根据可再生能源发电固定价格收购制度，温泉发电生产的电力可以按照1千瓦时42日元的价格享受15年的收购。森川社长称，通过利用这项制度，即使没有补贴，“不到5年就可收回初期费用，之后还可以继续创造利润”。
不过，虽说从15年的长期收购来看利润可观，但初期的投资负担相当沉重，如果仅凭1家公司之力，扩大规模存在极限。鉴于很多企业都来咨询“希望参与温泉发电”， 濑户内自然能源想出了新的商务模式，就是把温泉源头附近拥有的土地与温泉发电装置打包出售，自己提供温泉供应服务。
如果能够利用这种方法吸引到地区内外的资金，不仅过去只能舍弃的温泉能源可以得到充分利用，热水供应业务也可以随之扩大。
森川社长的愿望是利用温泉发电造福别府。他说：“温泉是本地的资源。我们将把通过固定价格收购制度赚取的部分利润重新投入本地。而且我们也希望来自外地的企业在这里进行再投资。”
有效利用工厂废热
可再生能源发电固定价格收购制度为长期得不到充分利用的温泉能源开辟了一条利用之路。
抢在其他企业之前投产了温泉发电装置的神户制钢所在螺旋涡轮方面拥有享有盛誉的技术实力。虽说通过组合换热器等部件实现了商品化，但该公司并没有确立其他公司无法赶超的独有技术。
神户制钢所机械事业部门冷热能源部营业室能源组组长加藤真二说：“温泉发电的原理很容易理解。然后就是想不想商品化的问题了。”
其实，神户制钢所开发低温发电装置原本并不是为了温泉发电。而是为了有效利用工厂等设施废弃的热废弃的热能而开发了低温发电装置，但是，由于存在初期费用高等困难，销售情况一直不佳。
但如今已经看到了光明的希望。由于东日本大地震后出现能源短缺，日本政府于2012年度创设了向有效利用工厂废热的装置提供补贴的制度。今后，工厂有可能会推进对未利用能源的充分利用。
日本被称为资源小国，天然气和石油等资源依靠进口。而且，在全国大部分核电站停运的今天，能源短缺已经成了全民担心的大事。不过，仔细看来，日本其实还沉睡着庞大的未利用能源。（日经能源环境网 供稿）
