(57)【要約】  燃焼用空気を加圧する圧縮機１と、前記燃焼用空気及びガスタービン燃料を混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生する燃焼器２と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機１を駆動するタービン３とを備えた太陽熱利用ガスタービンプラントであって、補給水を太陽の熱エネルギによって温水とする集熱器１１と、前記集熱器１１で得られた温水を前記圧縮機１入口から前記燃焼用空気に噴霧する吸気噴霧装置１８と、前記温水の一部を前記ガスタービン燃料で冷却して循環水とする熱交換器１９とを備えた。
2012042638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気を加圧する圧縮機（１）と、前記燃焼用空気及びガスタービン燃料を混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生する燃焼器（２）と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機（１）を駆動するタービン（３）とを備えた太陽熱利用ガスタービンプラントであって、
補給水を太陽の熱エネルギによって温水とする集熱器（１１）と、前記集熱器（１１）で得られた温水を前記圧縮機（１）入口から前記燃焼用空気に噴霧する吸気噴霧装置（１８）と、前記温水の一部を前記ガスタービン燃料で冷却して循環水とする熱交換器（１９）とを備えた
ことを特徴とする太陽熱利用ガスタービンプラント。
【請求項２】
燃焼用空気を加圧する圧縮機（１）と、前記燃焼用空気及びガスタービン燃料を混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生する燃焼器（２）と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機（１）を駆動するタービン（３）とを備えた太陽熱利用ガスタービンプラントであって、
補給水を蓄える補給水タンク（７）と、前記補給水タンク（７）の前記補給水水を加圧・送水する補給水ポンプ（８）と、前記補給水ポンプ（８）からの前記補給水を太陽の熱エネルギによって温水とする集熱器（１１）と、前記集熱器（１１）で得られた温水を前記圧縮機（１）入口から前記燃焼用空気に噴霧する吸気噴霧装置（１８）と、前記温水の一部を前記ガスタービン燃料で冷却して循環水とする熱交換器（１９）と、前記循環水を前記補給水タンク（７）へと循環するための配管とを備えた
ことを特徴とする太陽熱利用ガスタービンプラント。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽熱利用ガスタービンプラントにおいて、
前記集熱器（１１）出口に設けられ、前記温水の温度を計測する温度センサ（１２）及び前記温水の圧力を計測する圧力センサ（１３）と、前記吸気噴霧装置（１８）の入口に設けられ、前記温水の流量を計測する流量センサ（１５）と、前記補給水ポンプ（８）出口の補給水流量を制御する補給水流量調整弁（１０）と、前記温度センサ（１２）及び前記圧力センサ（１３）の各計測値を取り込み、前記補給水流量調整弁（１０）を制御する制御手段（１４）と、前記吸気噴霧装置（１８）入口の温水流量を制御する温水流量調整弁（１６）と、前記流量センサ（１５）の流量計測値を取り込み、前記温水流量調整弁（１６）を制御する制御手段（１７）と、前記熱交換器（１９）出口の循環水流量を制御する循環水流量調整弁（２０）と、前記圧力センサ（１３）の圧力計測値を取り込み、前記循環水流量調整弁（２０）を制御する制御手段（２１）とを備えた
ことを特徴とする太陽熱利用ガスタービンプラント。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽熱利用ガスタービンプラントにおいて、
前記圧縮機（１）の入口に設けられ、吸気噴霧後の空気温度を計測する温度センサ（２６）と、前記圧縮機（１）の入口に設けられ、吸気噴霧後の空気湿度を計測する湿度センサ（２７）と、前記温度センサ（２６）と前記湿度センサ（２７）の各計測値を取り込み、前記吸気噴霧装置（１８）入口の温水流量の制御目標値を決定する負荷制御手段（２８）とを更に備えた
ことを特徴とする太陽熱利用ガスタービンプラント。
【請求項５】
燃焼用空気を加圧する圧縮機（１）と、前記燃焼用空気及びガスタービン燃料を混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生する燃焼器（２）と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機（１）を駆動するタービン（３）と、前記タービン（３）の排ガスの熱エネルギから蒸気を得る排熱回収ボイラ（２２）と、前記排熱回収ボイラ（２２）で得られた蒸気を用いて駆動する蒸気タービン（２３）と、タービン（３）及び蒸気タービン（２３）の駆動力で電力を発生する発電機（５）とを備えた太陽熱利用ガスタービンプラントであって、
補給水を太陽の熱エネルギによって温水とする集熱器（１１）と、前記集熱器（１１）で得られた温水を前記圧縮機（１）入口から前記燃焼用空気に噴霧する吸気噴霧装置（１８）と、前記温水の一部を前記排熱回収ボイラ（２２）の給水で冷却して循環水とする熱交換器（１９）と備えた
ことを特徴とする太陽熱利用ガスタービンプラント。
【請求項６】
燃焼用空気を加圧する圧縮機（１）と、前記燃焼用空気及びガスタービン燃料を混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生する燃焼器（２）と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機（１）を駆動するタービン（３）と、前記タービン（３）の排ガスの熱エネルギから蒸気を得る排熱回収ボイラ（２２）と、前記排熱回収ボイラ（２２）で得られた蒸気を用いて駆動する蒸気タービン（２３）と、タービン（３）及び蒸気タービン（２３）の駆動力で電力を発生する発電機（５）とを備えた太陽熱利用ガスタービンプラントであって、
補給水を蓄える補給水タンク（７）と、前記補給水タンク（７）の前記補給水水を加圧・送水する補給水ポンプ（８）と、前記補給水ポンプ（８）からの前記補給水を太陽の熱エネルギによって温水とする集熱器（１１）と、前記集熱器（１１）で得られた温水を前記圧縮機（１）入口から前記燃焼用空気に噴霧する吸気噴霧装置（１８）と、前記温水の一部を前記排熱回収ボイラ（２２）の給水で冷却して循環水とする熱交換器（１９）と、前記循環水を前記補給水タンク（７）へと循環するための配管とを備えた
ことを特徴とする太陽熱利用ガスタービンプラント。
【請求項７】
請求項６に記載の太陽熱利用ガスタービンプラントにおいて、
前記集熱器（１１）出口に設けられ、前記温水の温度を計測する温度センサ（１２）及び前記温水の圧力を計測する圧力センサ（１３）と、前記吸気噴霧装置（１８）の入口に設けられ、前記温水の流量を計測する流量センサ（１５）と、前記補給水ポンプ（８）出口の補給水流量を制御する補給水流量調整弁（１０）と、前記温度センサ（１２）及び前記圧力センサ（１３）の各計測値を取り込み、前記補給水流量調整弁（１０）を制御する制御手段（１４）と、前記吸気噴霧装置（１８）入口の温水流量を制御する温水流量調整弁（１６）と、前記流量センサ（１５）の流量計測値を取り込み、前記温水流量調整弁（１６）を制御する制御手段（１７）と、前記熱交換器（１９）出口の循環水流量を制御する循環水流量調整弁（２０）と、前記圧力センサ（１３）の圧力計測値を取り込み、前記循環水流量調整弁（２０）を制御する制御手段（２１）とを備えた
ことを特徴とする太陽熱利用ガスタービンプラント。
【請求項８】
請求項７に記載の太陽熱利用ガスタービンプラントにおいて、
前記圧縮機（１）の入口に設けられ、吸気噴霧後の空気温度を計測する温度センサ（２６）と、前記圧縮機（１）の入口に設けられ、吸気噴霧後の空気湿度を計測する湿度センサ（２７）と、前記温度センサ（２６）と前記湿度センサ（２７）の各計測値を取り込み、前記吸気噴霧装置（１８）入口の温水流量の制御目標値を決定する負荷制御手段（２８）とを更に備えた
ことを特徴とする太陽熱利用ガスタービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光から熱エネルギを得る太陽光集熱器を備えた太陽熱利用ガスタービンプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用電力を支える発電プラントのひとつに、天然ガスや石油、炭層ガスといった化石資源を燃料とするガスタービン発電プラント（以下ガスタービンプラントという）がある。ガスタービンプラントにおいては、夏季など大気温度が上昇する時期あるいは低緯度地域など年間を通じて大気温度が高い地域で運用する場合、大気温度が低い時期に運用する場合等と比べて圧縮機の空気吸気量が相対的に減少し、発電出力が低下することが知られている。【０００３】
ガスタービンプラントにおける発電出力の向上と熱効率の向上の双方を実現するために、圧縮機の上流に噴霧装置を設け、この噴霧装置によって、圧縮機入口に供給される吸気に液滴を噴霧し、圧縮機に入る吸気の温度を低下させると共に、液滴を圧縮機内流下中に気化させるガスタービンプラントが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９-２３６０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したガスタービンプラントであれば、大気温度が高い時期に運用する場合であっても、発電機出力を維持しつつ効率運転が可能である。  
しかしながら、上述したガスタービンプラントは圧縮機入口に供給される吸気に液滴を噴霧するものであるため、例えば、大気温度が高い場合には、噴霧装置からの液滴の噴霧量は増大し、圧縮機の内部で蒸発しきれずドレン化する虞が生じる。また、大気温度が低い場合には、一般のガスタービンプラントより、圧縮機入口部で空気中の湿分が氷結するアイシングが生じやすくなるという現象が生じる。これらの現象によって、圧縮機の内部の翼は損傷を生じるという問題があった。【０００６】
本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、運用する環境の大気温度が変動する場合においても、圧縮機の安全性を維持しつつ高効率運転を可能とする太陽熱利用ガスタービンプラントを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気及びガスタービン燃料を混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機を駆動するタービンとを備えた太陽熱利用ガスタービンプラントであって、補給水を太陽の熱エネルギによって温水とする集熱器と、前記集熱器で得られた温水を前記圧縮機入口から前記燃焼用空気に噴霧する吸気噴霧装置と、前記温水の一部を前記ガスタービン燃料で冷却して循環水とする熱交換器とを備えたものとする。【０００８】
上記の目的を達成するために、第２の発明は、燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気及びガスタービン燃料を混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機を駆動するタービンとを備えた太陽熱利用ガスタービンプラントであって、補給水を蓄える補給水タンクと、前記補給水タンクの前記補給水水を加圧・送水する補給水ポンプと、前記補給水ポンプからの前記補給水を太陽の熱エネルギによって温水とする集熱器と、前記集熱器で得られた温水を前記圧縮機入口から前記燃焼用空気に噴霧する吸気噴霧装置と、前記温水の一部を前記ガスタービン燃料で冷却して循環水とする熱交換器と、前記循環水を前記補給水タンクへと循環するための配管とを備えたものとする。【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記集熱器出口に設けられ、前記温水の温度を計測する温度センサ及び前記温水の圧力を計測する圧力センサと、前記吸気噴霧装置の入口に設けられ、前記温水の流量を計測する流量センサと、前記補給水ポンプ出口の補給水流量を制御する補給水流量調整弁と、前記温度センサ及び前記圧力センサの各計測値を取り込み、前記補給水流量調整弁を制御する制御手段と、前記吸気噴霧装置入口の温水流量を制御する温水流量調整弁と、前記流量センサの流量計測値を取り込み、前記温水流量調整弁を制御する制御手段と、前記熱交換器出口の循環水流量を制御する循環水流量調整弁と、前記圧力センサの圧力計測値を取り込み、前記循環水流量調整弁を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。【００１０】
更に、第４の発明は、第３の発明において、前記圧縮機の入口に設けられ、吸気噴霧後の空気温度を計測する温度センサと、前記圧縮機の入口に設けられ、吸気噴霧後の空気湿度を計測する湿度センサと、前記温度センサと前記湿度センサの各計測値を取り込み、前記吸気噴霧装置入口の温水流量の制御目標値を決定する負荷制御手段とを更に備えたことを特徴とする。【００１１】
また、第５の発明は、燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気及びガスタービン燃料を混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機を駆動するタービンと、前記タービンの排ガスの熱エネルギから蒸気を得る排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで得られた蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、タービン及び蒸気タービンの駆動力で電力を発生する発電機とを備えた太陽熱利用ガスタービンプラントであって、補給水を太陽の熱エネルギによって温水とする集熱器と、前記集熱器で得られた温水を前記圧縮機入口から前記燃焼用空気に噴霧する吸気噴霧装置と、前記温水の一部を前記排熱回収ボイラの給水で冷却して循環水とする熱交換器と備えたことを特徴とする。【００１２】
更に、第６の発明は、燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気及びガスタービン燃料を混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機を駆動するタービンと、前記タービンの排ガスの熱エネルギから蒸気を得る排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで得られた蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、タービン及び蒸気タービンの駆動力で電力を発生する発電機とを備えた太陽熱利用ガスタービンプラントであって、補給水を蓄える補給水タンクと、前記補給水タンクの前記補給水水を加圧・送水する補給水ポンプと、前記補給水ポンプからの前記補給水を太陽の熱エネルギによって温水とする集熱器と、前記集熱器で得られた温水を前記圧縮機入口から前記燃焼用空気に噴霧する吸気噴霧装置と、前記温水の一部を前記排熱回収ボイラの給水で冷却して循環水とする熱交換器と、前記循環水を前記補給水タンクへと循環するための配管とを備えたことを特徴とする。【００１３】
また、第７の発明は、第６の発明において、前記集熱器出口に設けられ、前記温水の温度を計測する温度センサ及び前記温水の圧力を計測する圧力センサと、前記吸気噴霧装置の入口に設けられ、前記温水の流量を計測する流量センサと、前記補給水ポンプ出口の補給水流量を制御する補給水流量調整弁と、前記温度センサ及び前記圧力センサの各計測値を取り込み、前記補給水流量調整弁を制御する制御手段と、前記吸気噴霧装置入口の温水流量を制御する温水流量調整弁と、前記流量センサの流量計測値を取り込み、前記温水流量調整弁を制御する制御手段と、前記熱交換器出口の循環水流量を制御する循環水流量調整弁と、前記圧力センサの圧力計測値を取り込み、前記循環水流量調整弁を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。【００１４】
更に、第８の発明は、第７の発明において、前記圧縮機の入口に設けられ、吸気噴霧後の空気温度を計測する温度センサと、前記圧縮機の入口に設けられ、吸気噴霧後の空気湿度を計測する湿度センサと、前記温度センサと前記湿度センサの各計測値を取り込み、前記吸気噴霧装置入口の温水流量の制御目標値を決定する負荷制御手段とを更に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、運用する環境の大気温度が変動する場合においても、太陽光から熱エネルギを得る集熱器で得られた高圧の温水を圧縮機入口に噴霧し、空気中及び圧縮機内部で減圧沸騰させるので、圧縮機の安全性を維持しつつ高効率運転を可能とする太陽熱利用ガスタービンプラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態における燃料流量と発電出力との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第２の実施の形態を示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態を示すシステム構成図である。  
図１は後述する集熱器、吸気噴霧装置及び熱交換器を有するガスタービンプラントのシステムフローを示している。
【００１８】
図１において、ガスタービンは、圧縮機１、燃焼器２、タービン３、駆動軸４、及び発電機５から構成されている。圧縮機１は空気を吸気・加圧し、燃焼用空気として燃焼器２に供給する。燃焼器２は、燃料調節弁６を介して供給される燃料を前記燃焼用空気と混合・燃焼させ、高温の燃焼ガスを発生する。前記燃焼ガスはタービン３を駆動し、駆動軸４を通して圧縮機１及び発電機５を駆動する。なお、発電機５の発電出力及び駆動軸４の回転数は、燃料流量調整弁６の開度（燃料流量）を調整することにより制御している。
【００１９】
以上に述べた構成のガスタービンに対し、本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントは、圧縮機１の吸気側に吸気噴霧装置１８を備えている。吸気噴霧装置１８は、内部に設置した高圧ノズル１８Ａから、加圧した温水を吸気ダクト及び圧縮機１に向けて噴霧する。
【００２０】
高圧ノズル１８Ａによって微粒化した温水は、吸気ダクト中及び圧縮機１内部で減圧沸騰し吸気空気を冷却する。吸気空気の冷却による空気密度の増大により、圧縮機１を通過する空気の質量流量が増大する。また、吸気空気に含まれる湿分の圧縮機１内部の蒸発により、圧縮機１を通過する空気の温度が低下する。この結果、圧縮機１の動力が低下するので、太陽熱利用ガスタービンプラントの発電効率が向上する。
【００２１】
本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態において、吸気噴霧装置１８から噴霧する高圧の温水は、集熱器１１より後述する温水流量調整弁１６を介して供給する。この集熱器１１は太陽光に含まれる赤外線を熱源として供給される冷水を加熱する。なお、集熱器には平板型集熱器、真空管型集熱器、集光型集熱器などの方式が提案されているが、本実施の形態においてはどの方式を用いても良い。
【００２２】
集熱器１１に供給される冷水は、補給水タンク７から補給水流量調整弁１０を介して補給水ポンプ８により圧送されている。補給水ポンプ８は、吸気噴霧装置１８の高圧ノズル１８Ａに水圧を与えるものであって、高圧ノズル１８Ａに充分な水圧を与えることにより、高圧ノズル１８Ａから噴霧した温水の微粒化が促進され、圧縮機１動力の低下に寄与する。
【００２３】
また、補給水ポンプ８の出口は補給水流量調整弁１０の入口と冷水配管で接続されている。この冷水配管は略中央部には分岐部が設けられ、この分岐部には補給水タンク７へ冷水を還流するミニマムフローバルブ９が設けられた冷水還流配管が接続されている。この結果、補給水ポンプ８が保護される。
【００２４】
また、集熱器１１の出口は温水流量調整弁１６の入口と温水配管で接続されている。この温水配管は略中央部には分岐部が設けられ、この分岐部には集熱器１１で得られた温水の一部を補給水タンク７へと還流するための温水還流配管が接続されている。この温水還流配管には、温水を冷却するための熱交換器１９と循環水流量調整弁２０とが設けられている。熱交換器１９の冷却媒体としては、ガスタービンの燃料が用いられ、熱交換器１９で冷却された温水は、補給水として再利用するために補給水タンク７へ還流される。
【００２５】
さらに、本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態においては、温水の温度・流量・圧力、並びに圧縮機１入口における吸気噴霧後の空気温度及び湿度を計測し、プラントを安全かつ効率よく運用するための制御手段として、温度制御手段１４、流量制御手段１７、圧力制御手段２１、負荷制御手段２８を備えている。温水の温度及び圧力は、温水配管の分岐部上流側に設けられた温度センサ１２及び圧力センサ１３により検出され、温水の流量は、温水配管の分岐部下流側に設けられた流量センサ１５により検出されている。また、圧縮機１入口における吸気噴霧後の空気温度及び湿度は、圧縮機１の吸気ダクト内に設けられた温度センサ２６及び湿度センサ２７により検出されている。
【００２６】
温度制御手段１４は、集熱器１１出口における温水の温度及び圧力を温度センサ１２及び圧力センサ１３により計測し、温度センサ１２の計測値が設定温度に追従するよう集熱器１１入口に備えた補給水流量調整弁１０を制御するものである。本制御は、吸気噴霧装置１８に供給する温水の温度管理と、集熱器１１本体の保護を目的とする。
【００２７】
例えば、快晴時あるいは正午など太陽光から熱エネルギが充分に回収されている場合、または集熱器１１入口において充分に補給水が加温されている場合には、集熱器１１出口における温水の温度があらかじめ規定した設計温度を上回ると予想される。そこで、本制御では、温水温度が設計温度を上回った場合に補給水流量調節弁１０を開動作させ、集熱器１１への供給水量を増やす。これにより集熱器１１における熱回収量を高め、集熱器１１出口における温水温度を下げて集熱器１１を保護する。
【００２８】
また、曇天など太陽光から熱エネルギが充分に回収されない場合には、集熱器１１出口における温水の温度が規定した設計温度を下回ると予想される。この場合、補給水流量調整弁１０を閉動作させ、集熱器１１への供給水量を減らし温水が集熱器１１内を通過する時間を増やす。これにより集熱器１１における温水温度を高め、吸気噴霧装置１８に供給する温水の温度低下を防止する。
【００２９】
次に、流量制御手段１７は、圧縮機１入口へと噴霧する温水の流量を流量センサ１５により計測し、流量センサ１５の計測値が設定流量に追従するよう温水流量調整弁１６を制御するものである。本制御は、圧縮機１駆動力の直接的な低減を目的とする。圧縮機１の駆動力を低減することにより、タービン３及び発電機の出力を相対的に増大させることができ、高効率運転を可能とすることができる。
【００３０】
また、圧力制御手段２１は、集熱器１１出口における温水の圧力を圧力センサ１３により計測し、圧力センサ１３の計測値が設定圧力に追従するよう熱交換器１９出口に備えた循環水流量調整弁２０を制御するものである。本制御は、集熱器１１で得られた温水のうち、吸気噴霧装置１８で使用しない温水を補給水タンク７へと循環するとともに、吸気噴霧装置１８入口における温水の圧力を設定圧力に保つことを目的とする。
【００３１】
更に、負荷制御手段２８は、圧縮機１入口における吸気噴霧後の空気温度及び湿度を温度センサ２６及び湿度センサ２７により計測し、温度センサ２６及び湿度センサ２７の計測値が設定温度及び設定湿度に追従するよう負荷制御手段２８において、前記流量制御手段１７の設定流量を決定するものである。吸気噴霧装置１８へと供給する温水の流量は、天候・時間・発電負荷要求などによって時々刻々と変化する。そのため、温水の温度・流量・圧力及び圧縮機１入口の温度・湿度を適切に制御することにより、太陽熱利用ガスタービンプラントを常に高い効率かつ安全に運転することが可能となる。
【００３２】
次に、本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態における運転・制御方式について図２を用いて説明する。図２は本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態における燃料流量と発電出力との関係を示す特性図である。
【００３３】
図２において、縦軸は発電出力Ｐｗ、横軸は燃料流量Ｇｆｕｅｌを示し、横軸においてＧ０は、負荷運転時におけるガスタービンの最小燃料流量を示している。最小燃料流量Ｇ０は、ガスタービンの起動を完了し、発電機５を電力系統に接続する際の燃料流量に相当する。Ｇｍａｘは、最大燃料流量を、Ｐｗｍａｘは燃料流量最大及び吸気噴霧最大時における理論上の最高発電出力をそれぞれ示している。
【００３４】
図２において、線分Ｐｄｒｙは、吸気噴霧装置１８から噴霧する高圧の温水の流量を０とした場合（無加湿時）における発電出力と燃料流量との関係を、線分Ｐｗｅｔは、吸気噴霧装置１８から高圧の温水を最大流量で噴霧した場合における発電出力と燃料流量との関係をそれぞれ示している。
【００３５】
図中ΔＰｗａｃｍａｘは、圧縮機１動力を最も低くしてプラント効率を最大とした場合の負荷増加分を示す。空気が含み得る湿分は、大気温度及び大気湿度によって変動することから、吸気噴霧装置１８出口における空気の温度・湿度を一定に制御することが望ましい。本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態においては、空気が含み得る最大の湿分量を圧縮機１入口における温度・湿度を用いて一定制御することにより、ΔＰｗａｃｍａｘを最大として常に発電出力を最大とした効率運転が可能となる。
【００３６】
なお、夜間や冬季など集熱器１１より充分な温度の温水が得られない場合には、温度制御手段１４において補給水流量調整弁１０を閉動作とすることから、吸気噴霧装置１８への温水流量もまた停止する。
【００３７】
上述した本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態によれば、運用する環境の大気温度が変動する場合においても、太陽光から熱エネルギを得る集熱器１１で得られた高圧の温水を圧縮機１入口に噴霧し、空気中及び圧縮機１内部で減圧沸騰させるので、圧縮機１の安全性を維持しつつ高効率運転を可能とするガスタービンプラントを提供することができる。
【００３８】
また、上述した本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態によれば、吸気空気の冷却・質量流量増大によるガスタービン出力増大の効果を得られると共に、圧縮機１入口に噴霧する温水の温度、圧力等が制御されるので、噴霧した液滴の圧縮機１内のドレン化や、圧縮機１入口での氷結を防止することができる。この結果、圧縮機１の安全性を維持しつつ高効率運転を可能とする太陽熱利用ガスタービンプラントを提供することができる。
【００３９】
また、上述した本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態によれば、何らかの原因によって圧縮機１入口への噴霧量を停止した場合であっても、集熱器１１で得られた温水を熱交換器１９で冷却し補給水タンク７へと循環するので、集熱器１１における温水の過度な温度・圧力上昇を防ぎ、集熱器１１を安全に運転することが可能となる。この結果、高い安全性を備えた太陽熱利用ガスタービンプラントを提供することができる。
【００４０】
また、上述した本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態によれば、温水の余剰熱を冷却塔等の冷却設備を用いることなく冷却することが可能であり、プラントの設置面積、設備コストを抑えた経済的な太陽熱利用ガスタービンプラントを提供することが可能となる。
【００４１】
更に、上述した本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態によれば、温水の余剰熱の一部を燃料予熱に用いることにより、燃料の消費量を削減してさらなる発電効率向上に貢献することが可能となる。
【００４２】
なお、本実施の形態において、負荷制御手段を設けているが、負荷制御手段は必要に応じて省略することができる。
【００４３】
また、本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態は、既存のガスタービン設備に補給水タンク７、補給水ポンプ８、集熱器１１、吸気噴霧装置１８、熱交換器１９等の設備を追設することで実現することが可能になり、例えば、乾燥高温の地域等において、圧縮機の安全性を維持しつつ高効率運転を可能とするガスタービンプラントを提供することができる。
【００４４】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図３は本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第２の実施の形態を示すシステム構成図である。図３において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。  
図３は集熱器、吸気噴霧装置及び熱交換器を有するガスタービンプラントをコンバインドサイクルに適用した際のシステムフローを示している。
【００４５】
図３において、ガスタービンは、第１の実施の形態と同様に、圧縮機１、燃焼器２、タービン３、駆動軸４、発電機５等から構成されている。コンバインドサイクルの構成では、燃焼器２で得られた燃焼ガスでタービン３を駆動する一方、タービン３の排ガスを排熱回収ボイラ２２に導き、排熱回収ボイラ２２で得られた蒸気を用いて蒸気タービン２３を駆動する。タービン３と蒸気タービン２３とは同一の駆動軸に接続されており、二つのタービンを用いて圧縮機１及び発電機５を駆動する構成になっている。
【００４６】
このような構成のコンバインドサイクルに対し、本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同じであるが、以下の構成が異なる。
【００４７】
本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第１の実施の形態においては、集熱器１１で得られた温水の一部を補給水タンク７へと還流するためにこの還流温水を冷却する熱交換器１９が設けられていて、熱交換器１９の冷却媒体としては、ガスタービンの燃料が用いられている。これに対し、第２の実施の形態においては、熱交換器１９の冷却媒体として排熱回収ボイラ２２への給水を用いられている点が異なる。
【００４８】
排熱回収ボイラ２２で用いられる給水とは、蒸気タービン２３で仕事を終えた蒸気を復水器２４で復水化させたものであって、その復水化された給水は、配管を介して給水ポンプ２５で熱交換器１９へ加圧送水される。
【００４９】
上述した本発明の太陽熱利用ガスタービンプラントの第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、集熱器１１で得られた熱エネルギのうち、ガスタービンで未利用となったエネルギを排熱回収ボイラ２２に投入することで、排熱回収ボイラ２２−蒸気タービン２３における熱効率を改善させ、コンバインドサイクルプラント全体の熱効率を向上することが可能である。
【００５０】
また、乾燥地帯など外部から補給水が充分に得られない場合には、吸気噴霧装置１８からの温水噴霧を停止するとともに、集熱器１１で得られた熱エネルギを全量排熱回収ボイラ２２で回収することにより、補給水を節約しての効率運転が可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１      圧縮機
２      燃焼器
３      タービン
４      駆動軸
５      発電機
６      燃料流量調整弁
７      補給水タンク
８      補給水ポンプ
９      ミニマムフローバルブ
１０    補給水流量調整弁
１１    集熱器
１２    温度センサ
１３    圧力センサ
１４    温度制御手段
１５    流量センサ
１６    温水流量調整弁
１７    流量制御手段
１８    吸気噴霧装置
１９    熱交換器
２０    循環水流量調整弁
２１    圧力制御手段
２２    排熱回収ボイラ
２３    蒸気タービン
２４    復水器
２５    給水ポンプ
２６    温度センサ
２７    湿度センサ
２８    負荷制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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