(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、
前記ボイラから供給された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出されたタービン排気を冷却して復水とする復水器と、
前記復水器と前記ボイラとの間に少なくとも１つ配置され、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と、
太陽熱を利用して熱媒体を加熱する太陽熱加熱装置と、
前記太陽熱加熱装置と熱媒体の流れに対して直列に配置され、前記太陽熱加熱装置によって加熱された熱媒体における余剰熱を蓄熱し、または蓄熱した熱量を熱媒体に与える蓄熱装置と、
前記太陽熱加熱装置によって加熱された一定流量の熱媒体を、前記蓄熱装置、少なくとも１つの前記給水加熱器の順に循環させる循環経路と、
前記給水加熱器に導かれる熱媒体の温度を検知する温度検知装置と、
前記温度検知装置からの出力に基づいて前記蓄熱装置を制御して、前記給水加熱器に導かれる熱媒体の温度を所定値に制御する制御装置と
を具備することを特徴とする太陽熱利用発電プラント。
【請求項２】
複数の前記給水加熱器が備えられる場合において、各前記給水加熱器が給水の流れに対して直列に連結されていることを特徴とする請求項１記載の太陽熱利用発電プラント。
【請求項３】
複数の前記給水加熱器を備えられる場合において、前記太陽熱加熱装置によって加熱された熱媒体が導かれる前記給水加熱器と、他の前記給水加熱器とが給水の流れに対して並列に連結されていることを特徴とする請求項１記載の太陽熱利用発電プラント。
【請求項４】
水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、
前記ボイラから供給された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出されたタービン排気を冷却して復水とする復水器と、
前記復水器と前記ボイラとの間に少なくとも１つ配置され、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と、
太陽熱を利用して熱媒体を加熱する太陽熱加熱装置と、
前記太陽熱加熱装置によって加熱された熱媒体を少なくとも１つの前記給水加熱器に循環させる循環経路と、
前記太陽熱加熱装置よりも上流側および下流側において前記循環経路と連結され、前記太陽熱加熱装置をバイパスして熱媒体を流すバイパス経路と、
前記バイパス経路に介在され、前記太陽熱加熱装置によって加熱された熱媒体における余剰熱を蓄熱し、または蓄熱した熱量を熱媒体に与える蓄熱装置と、
前記バイパス経路の、前記太陽熱加熱装置の上流側における連結部よりも前記蓄熱装置側において前記バイパス経路から分岐され、熱媒体が導かれる前記給水加熱器よりも下流側の前記循環経路に連結された分岐経路と、
前記太陽熱加熱装置に流入する直前の熱媒体の温度を検知する第１の温度検知装置と、
前記太陽熱加熱装置の出口における熱媒体の温度を検知する第２の温度検知装置と、
前記給水加熱器に導かれる熱媒体の温度を検知する第３の温度検知装置と、
前記給水加熱器に導かれる熱媒体の流量を検知する流量検知装置と、
各前記温度検知装置および前記流量検知装置からの出力に基づいて、前記バイパス経路、または前記バイパス経路の一部と前記分岐経路とからなる経路に導く熱媒体の流量、および前記蓄熱装置を制御して、前記太陽熱加熱装置から流出する熱媒体の温度、前記給水加熱器に導かれる熱媒体の温度および流量をそれぞれ所定値に制御する制御装置と
を具備することを特徴とする太陽熱利用発電プラント。
【請求項５】
複数の前記給水加熱器が備えられる場合において、各前記給水加熱器が給水の流れに対して直列に連結されていることを特徴とする請求項４記載の太陽熱利用発電プラント。
【請求項６】
複数の前記給水加熱器が備えられる場合において、前記太陽熱加熱装置によって加熱された熱媒体が導かれる前記給水加熱器と、他の前記給水加熱器とが給水の流れに対して並列に連結されていることを特徴とする請求項４記載の太陽熱利用発電プラント。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の太陽熱利用発電プラントの運転方法であって、
前記制御装置が、前記温度検知装置からの出力に基づいて、前記給水加熱器に導かれる熱媒体の温度が所定の温度よりも高いと判定した場合には、前記蓄熱装置を制御して、熱媒体における余剰熱を前記蓄熱装置に蓄熱して熱媒体を冷却し、熱媒体の温度を所定値に維持する工程と、
前記制御装置が、前記温度検知装置からの出力に基づいて、前記給水加熱器に導かれる熱媒体の温度が所定の温度よりも低いと判定した場合には、前記蓄熱装置を制御して、蓄熱装置に蓄熱された熱量を熱媒体に与えて、熱媒体の温度を所定値に維持する工程と
を具備することを特徴とする太陽熱利用発電プラントの運転方法。
【請求項８】
請求項４乃至６のいずれか１項記載の太陽熱利用発電プラントの運転方法であって、
前記制御装置が、前記第２の温度検知装置からの出力に基づいて、前記太陽熱加熱装置の出口における熱媒体の温度が所定値となるように、前記太陽熱加熱装置に流入する熱媒体の流量を制御する工程を備え、
（１）前記制御装置が、前記流量検知装置からの出力に基づいて、前記給水加熱器に導かれる熱媒体の流量が所定値を超えていると判定した場合には、
前記制御装置が、前記バイパス経路の一部および前記分岐経路からなる経路に、前記太陽熱加熱装置から流出した熱媒体の一部を導入するための制御を行う工程と、
前記制御装置が、前記流量検知装置からの出力に基づいて、前記バイパス経路の一部および前記分岐経路からなる経路に導く熱媒体の流量を制御する工程と、
前記制御装置が、前記第１の温度検知装置からの出力に基づいて前記蓄熱装置を制御し、前記バイパス経路の一部を流れる熱媒体における余剰熱を前記蓄熱装置に蓄熱する工程とを備え、
（２）前記制御装置が、前記流量検知装置からの出力に基づいて、前記給水加熱器に導かれる熱媒体の流量が所定値を下回ると判定した場合には、
前記制御装置が、前記バイパス経路を介して、前記太陽熱加熱装置よりも上流側の前記循環経路から下流側の前記循環経路へ熱媒体の一部を導くための制御を行う工程と、
前記制御装置が、前記流量検知装置からの出力に基づいて、前記バイパス経路に導く熱媒体の流量を制御する工程と、
前記制御装置が、前記第３の温度検知装置からの出力に基づいて前記蓄熱装置を制御し、前記蓄熱装置に蓄熱された熱量を前記バイパス経路を流れる熱媒体に与える工程とを備え、
前記給水加熱器に導かれる熱媒体の温度および流量をそれぞれ所定値に制御することを特徴とする太陽熱利用発電プラントの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、太陽熱利用発電プラントおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素の排出量の削減、化石燃料の価格高騰や供給不安などを背景として、再生可能エネルギの導入の拡大が図られている。太陽エネルギは、環境への悪影響が少ない再生可能エネルギの一つである。そのため、太陽エネルギを利用した様々な発電プラントが検討されている。
【０００３】
太陽熱利用発電プラントとして、例えば、太陽熱を利用して蒸気を発生させ、その蒸気を利用して蒸気タービンを駆動するものがある。図７は、太陽熱を補助熱源とした従来の太陽熱利用発電プラントの概要を示す図である。
【０００４】
図７に示すように、従来の太陽熱利用発電プラントは、ボイラ２００、蒸気タービン２０１、復水器２０２、給水加熱器２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃを備える主経路を備えている。また、太陽熱加熱装置２１０において太陽エネルギにより加熱された熱媒体を高温流体貯蔵熱交換器２１１へ循環させる第１循環経路と、高温流体貯蔵熱交換器２１１で加熱された熱媒体を、上記した給水加熱器２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃのうちの、例えば１つの給水加熱器２０３ｂへ循環させる第２循環経路を備えている。ここで、給水加熱器２０３ｂ以外の給水加熱器２０３ａ、２０３ｃは、例えば、蒸気タービン２０１から抽気された蒸気によって加熱される構成を備えている。
【０００５】
第１循環経路では、太陽熱加熱装置２１０において太陽熱を利用して低温の熱媒体Ｅ１を加熱し、高温の熱媒体Ｅ２を発生させる。この高温の熱媒体Ｅ２は、高温流体貯蔵熱交換器２１１へ導かれ、第２循環経路の低温の熱媒体Ｆ１と熱交換し、低温の熱媒体Ｅ１となり、再び太陽熱加熱装置２１０へ導かれる。
【０００６】
ここで、高温流体貯蔵熱交換器２１１では、例えば、高温の熱媒体Ｅ２によって蓄熱材を加熱し、この蓄熱材に蓄えられた熱量を低温の熱媒体Ｆ１に与え、熱媒体Ｆ１を加熱する構成となっている。
【０００７】
第２循環経路では、高温流体貯蔵熱交換器２１１において、第１循環経路の高温の熱媒体Ｅ２と熱交換し、低温の熱媒体Ｆ１を加熱し、高温の熱媒体Ｆ２を発生させる。この高温の熱媒体Ｆ２は、給水加熱器２０３ｂへ導かれ、給水加熱器２０３ｂを流れる給水Ｇ４と熱交換後、低温の熱媒体Ｆ１となり、再び高温流体貯蔵熱交換器２１１へ導かれる。
【０００８】
なお、第２循環経路に設けられた高温の熱媒体Ｆ２の閉止弁２２０、および低温の熱媒体Ｆ１の閉止弁２２１は、太陽熱加熱装置２１０や高温流体貯蔵熱交換器２１１などの機器が故障した際に、安全のために熱媒体の循環を閉止するために設けられている。
【０００９】
主経路では、ボイラ２００で発生した過熱蒸気である蒸気Ｇ１は、蒸気タービン２０１に流入し、膨張し、その圧力および温度が低下する。蒸気タービン２０１内を膨張しながら流動する蒸気Ｇ１によって回動されるタービンロータは、発電機２０４に連結されている。ここで、発電機２０４において回転エネルギが電気エネルギに変換され、発電出力が得られる。
【００１０】
蒸気タービン２０１から排出された排気蒸気Ｇ２は、復水器２０２に流入する。復水器２０２に導かれた排気蒸気Ｇ２は、冷却されて復水となる。復水器２０２から排出された復水である給水Ｇ３は、給水ポンプ２０５によって昇圧され、給水加熱器２０３ａで蒸気タービン２０１から抽気された蒸気と熱交換することにより加熱され、給水Ｇ４となる。続いて、この給水Ｇ４は、給水加熱器２０３ｂで第２循環経路を流れる高温の熱媒体Ｆ２と熱交換することによって加熱され、給水Ｇ５となる。さらに、給水Ｇ５は、給水加熱器２０３ｃで蒸気タービン２０１から抽気された蒸気と熱交換することにより加熱され、給水Ｇ６となる。
【００１１】
ここで、給水加熱器２０３ｃへ供給される、蒸気タービン２０１から抽気された蒸気の流量は、給水加熱器２０３ｂでの加熱量に応じて流量制御弁２３０により調整される。すなわち、太陽からの日射量が多いとき、または高温流体貯蔵熱交換器２１１における保有熱量が多いときは、給水加熱器２０３ｂにおける加熱量が多くなるので、流量制御弁２３０を調整して抽気する蒸気の流量を減らす。このように、ボイラ２００へ供給される給水Ｇ６の温度を一定に維持する。
【００１２】
一方、太陽からの日射量が少ないとき、または高温流体貯蔵熱交換器２１１の保有熱量が少ないときは、給水加熱器２０３ｂにおける加熱量も少なくなるので、流量制御弁２３０を調整して抽気する蒸気の流量を増やす。そして、ボイラ２００へ供給される給水Ｇ６の温度を一定にする。なお、各給水加熱器２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃで生成されたドレン水は、復水器２０２に導かれる。
【００１３】
そして、給水加熱器２０３ｃを通過した給水Ｇ６は、ボイラ２００に導かれて加熱され、再び、過熱蒸気である蒸気Ｇ１となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／７６４０７４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記したような、太陽熱を補助熱源として給水を加熱する従来の太陽熱利用発電プラントにおいては、太陽からの日射量が季節、天候、時刻によって変動するので、熱媒体の熱エネルギも変動しやすい。そのため、従来の太陽熱利用発電プラントでは、発電出力が不安定となる。すなわち、上記した従来の太陽熱利用発電プラントでは、太陽からの日射量が変動すると、蒸気タービン２０１から抽気される蒸気の流量が変動するため、発電出力も変動する。
【００１６】
また、この発電出力の変動は、ボイラ制御やタービン制御に影響を及ぼすため、相互干渉により制御が不安定化する。
【００１７】
本発明が解決しようとする課題は、太陽からの日射量が変動してもボイラ制御やタービン制御に影響を及ぼすことなく、一定の発電出力を得ることができる太陽熱利用発電プラントおよびその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
実施形態の太陽熱利用発電プラントは、水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラから供給された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出されたタービン排気を冷却して復水とする復水器と、前記復水器と前記ボイラとの間に少なくとも１つ配置され、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器とを備える。
【００１９】
さらに、太陽熱利用発電プラントは、太陽熱を利用して熱媒体を加熱する太陽熱加熱装置と、前記太陽熱加熱装置と熱媒体の流れに対して直列に配置され、前記太陽熱加熱装置によって加熱された熱媒体における余剰熱を蓄熱し、または蓄熱した熱量を熱媒体に与える蓄熱装置と、前記太陽熱加熱装置によって加熱された一定流量の熱媒体を、前記蓄熱装置、少なくとも１つの前記給水加熱器の順に循環させる循環経路と、前記給水加熱器に導かれる熱媒体の温度を検知する温度検知装置と、前記温度検知装置からの出力に基づいて前記蓄熱装置を制御して、前記給水加熱器に導かれる熱媒体の温度を所定値に制御する制御装置とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラントの概要を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラントの他の構成の概要を示す図である。
【図３】第２の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラントの概要を示す図である。
【図４】太陽からの日射量が増加したときの動作を説明するための、第２の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラントの概要を示す図である。
【図５】太陽からの日射量が減少したときの動作を説明するための、第２の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラントの概要を示す図である。
【図６】第２の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラントの他の構成の概要を示す図である。
【図７】太陽熱を補助熱源とした従来の太陽熱利用発電プラントの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラント１０の概要を示す図である。なお、図１では、一つの蒸気タービンを備えた一例を示しているが、複数の蒸気タービンを備えてもよく、例えば、再熱サイクルを構成してもよい（以下において同じ）。
【００２３】
図１に示すように、太陽熱利用発電プラント１０は、ボイラ２０、蒸気タービン２１、復水器２２、給水ポンプ２３、給水加熱器２４、２５を備える主経路を備えている。また、太陽熱利用発電プラント１０は、太陽熱加熱装置３１において太陽エネルギにより加熱された熱媒体を、蓄熱装置３２、上記した給水加熱器２５の順に循環させる循環経路３０を備えている。
【００２４】
ここで、給水加熱器２４は、蒸気タービン２１から抽気された蒸気によって加熱される構成を備えている。また、給水加熱器２４と給水加熱器２５は、給水の流れに対して直列に連結されている。
【００２５】
循環経路３０に備えられた太陽熱加熱装置３１は、太陽エネルギを利用して太陽熱加熱装置３１を通過する熱媒体を加熱する装置である。太陽熱加熱装置３１における集光方式は、特に限定されるもではなく、例えば、集中式や分散式などの集光方式を採用した装置を使用することができる。
【００２６】
蓄熱装置３２は、太陽熱加熱装置３１と熱媒体の流れに対して直列に配置されている。蓄熱装置３２は、太陽熱加熱装置３１によって加熱された熱媒体における余剰熱を蓄熱し、または蓄熱した熱量を熱媒体に与える機能を有する。
【００２７】
蓄熱装置３２は、図１に示すように、例えば、蓄熱用熱交換器３３、低温用蓄熱槽３４、高温用蓄熱槽３５を備えている。蓄熱用熱交換器３３を介在する配管３６は、低温用蓄熱槽３４側および高温用蓄熱槽３５側でそれぞれ２経路に分岐し、低温用蓄熱槽３４または高温用蓄熱槽３５に接続されている。
【００２８】
低温用蓄熱槽３４側における一方の分岐配管３６ａには、開閉弁３７ａが設けられ、他方の分岐配管３６ｂには、逆止弁３８ａおよびポンプ３９ａが設けられている。高温用蓄熱槽３５側における一方の分岐配管３６ｃには、開閉弁３７ｂが設けられ、他方の分岐配管３６ｄには、逆止弁３８ｂおよびポンプ３９ｂが設けられている。
【００２９】
このような構成を備える蓄熱装置３２では、蓄熱用熱交換器３３において、循環経路３０を流れる熱媒体と、配管３６を流れる蓄熱用熱媒体との熱交換が行われる。
【００３０】
また、循環経路３０には、熱媒体を昇圧して循環せるポンプ４０が備えられている。循環経路３０に介在する給水加熱器２５の上流側には、給水加熱器２５に導かれる熱媒体の温度を検知するための温度検知装置４１が備えられている。
【００３１】
太陽熱利用発電プラント１０には、温度検知装置４１からの出力に基づいて蓄熱装置３２を制御する制御装置５０が備えられている。制御装置５０は、例えば、給水加熱器２５に導かれる熱媒体の温度を所定の一定値に制御するため、蓄熱装置３２を制御する。具体的には、制御装置５０は、蓄熱装置３２に備えられた、開閉弁３７ａ、３７ｂ、逆止弁３８ａ、３８ｂ、ポンプ３９ａ、３９ｂを制御する。また、制御装置５０は、循環経路３０に流れる熱媒体の流量が所定の一定値となるように、例えば、ポンプ４０などを制御する。なお、温度や流量が設定される所定の一定値は、一つの値に限らず、ある幅（範囲）を有するものとする（以下において同じ）。
【００３２】
ここで、温度検知装置４１や、制御装置５０によって制御される上記した各弁や各機器は、制御装置５０と制御信号の交信が可能なように電気的に接続されている。
【００３３】
次に、太陽熱利用発電プラント１０における動作について説明する。
【００３４】
主経路では、ボイラ２０で発生した過熱蒸気である蒸気Ａ１は、蒸気タービン２１に流入し、膨張し、その圧力および温度が低下する。蒸気タービン２１内を膨張しながら流動する蒸気Ａ１によって回動されるタービンロータは、発電機２６に連結されている。ここで、発電機２６において回転エネルギが電気エネルギに変換され、発電出力が得られる。
【００３５】
蒸気タービン２１から排出された排気蒸気Ａ２は、復水器２２に流入する。復水器２２に導かれた排気蒸気Ａ２は、冷却されて復水となる。復水器２２から排出された復水である給水Ａ３は、給水ポンプ２３によって昇圧され、給水加熱器２４、２５を通り、ボイラ２０に導かれる。
【００３６】
ここで、復水器２２から排出された給水Ａ３は、まず、給水加熱器２４で蒸気タービン２１から抽気された蒸気と熱交換することにより加熱され、給水Ａ４となる。続いて、この給水Ａ４は、給水加熱器２５で循環経路３０を流れる高温の熱媒体Ｂ３と熱交換することによって加熱され、給水Ａ５となる。なお、各給水加熱器２４、２５で生成されたドレン水は、復水器２２に導かれる。
【００３７】
循環経路３０では、太陽熱加熱装置３１において太陽熱を利用して低温の熱媒体Ｂ１を加熱し、高温の熱媒体Ｂ２を発生させる。この高温の熱媒体Ｂ２は、例えば、蓄熱装置３２へ導かれ、蓄熱用熱媒体と熱交換し、熱媒体Ｂ３となる。ここで、蓄熱装置３２を作動させない場合には、蓄熱用熱媒体と熱交換されないため、熱媒体Ｂ２と熱媒体Ｂ３との温度は同じである。
【００３８】
この高温の熱媒体Ｂ３は、温度検知装置４１で温度に係る情報が検知された後、給水加熱器２５に導かれる。給水加熱器２５に導かれた熱媒体Ｂ３は、主経路を流れる給水Ａ４と熱交換し、低温の熱媒体Ｂ１となる。この熱媒体Ｂ１は、ポンプ４０で昇圧され、再び太陽熱加熱装置３１へ導かれる。
【００３９】
ここで、太陽熱加熱装置３１において発生する高温の熱媒体Ｂ２の流量は、所定の一定流量となるようにポンプ４０により循環されている。そのため、給水加熱器２５に導入される熱媒体Ｂ３の流量も、所定の一定流量となる。
【００４０】
上記したように、給水加熱器２５に導かれる熱媒体Ｂ３は、制御装置５０が温度検知装置４１から出力される信号に基づいて蓄熱装置３２を制御することで、所定の一定温度に維持されている。
【００４１】
ここで、例えば、太陽からの日射量が多い時は、熱媒体Ｂ２の温度が高くなり、給水加熱器２５に導かれる熱媒体Ｂ３の温度も上昇する。そこで、制御装置５０は、温度検知装置４１から出力される信号に基づいて、給水加熱器２５に導かれる熱媒体Ｂ３の温度が所定の温度よりも高いと判定した場合には、蓄熱装置３２を制御して、熱媒体Ｂ２における余剰熱を蓄熱装置３２に蓄熱し、熱媒体Ｂ２を冷却する。そして、熱媒体Ｂ３の温度を所定の一定値とする。
【００４２】
具体的には、制御装置５０は、温度検知装置４１から出力される信号に基づいて、給水加熱器２５に導かれる熱媒体Ｂ３の温度が所定の温度よりも高いと判定した場合、ポンプ３９ａを作動し、開閉弁３７ａを全閉し、開閉弁３７ｂを全開し、逆止弁３８ａを全開し、逆止弁３８ｂを全閉する。そして、低温用蓄熱槽３４の低温の蓄熱用熱媒体を蓄熱用熱交換器３３に流し、高温の熱媒体Ｂ２と熱交換させ、熱交換後の高温の蓄熱用熱媒体を高温用蓄熱槽３５に導く。これによって、熱媒体Ｂ２の余剰の熱量を吸収した蓄熱用熱媒体を高温用蓄熱槽３５に蓄えることができる。なお、この際、ポンプ３９ｂは停止している。
【００４３】
一方、太陽からの日射量が少ない時は、熱媒体Ｂ２の温度が低くなり、給水加熱器２５に導かれる熱媒体Ｂ３の温度も低下する。そこで、制御装置５０は、温度検知装置４１から出力される信号に基づいて、給水加熱器２５に導かれる熱媒体Ｂ３の温度が所定の温度よりも低いと判定した場合には、蓄熱装置３２を制御して、蓄熱装置３２に蓄熱された熱量を熱媒体Ｂ２に与えて熱媒体Ｂ２を加熱し、熱媒体Ｂ３とする。これによって、熱媒体Ｂ３の温度は所定の一定値となる。
【００４４】
具体的には、制御装置５０は、温度検知装置４１から出力される信号に基づいて、給水加熱器２５に導かれる熱媒体Ｂ３の温度が所定の温度よりも低いと判定した場合、ポンプ３９ｂを作動し、開閉弁３７ｂを全閉し、開閉弁３７ａを全開し、逆止弁３８ａを全閉し、逆止弁３８ｂを全開する。そして、高温用蓄熱槽３５の高温の蓄熱用熱媒体を蓄熱用熱交換器３３に流し、低温の熱媒体Ｂ２と熱交換させ、熱交換後の低温の蓄熱用熱媒体を低温用蓄熱槽３４に導く。これによって、熱媒体Ｂ２に不足分の熱量を与えた蓄熱用熱媒体を低温用蓄熱槽３４に蓄えることができる。なお、この際、ポンプ３９ａは停止している。ここで、太陽からの日射量が少ない時の運転においては、蓄熱装置３２の高温用蓄熱槽３５にすでに蓄熱された状態であることが前提となる。
【００４５】
また、太陽熱加熱装置３１によって加熱された熱媒体をそのまま給水加熱器２５に導いても、給水加熱器２５に導入される熱媒体Ｂ３の温度が所定の一定値となる場合には、蓄熱装置３２を作動させずに、運転することができる。
【００４６】
上記した太陽熱利用発電プラント１０によれば、太陽からの日射量が多い時および太陽からの日射量が少ない時、すなわち太陽からの日射量が変動する場合においても、給水加熱器２５に導かれる熱媒体Ｂ３の温度を所定の一定値に維持することができる。また、太陽熱利用発電プラント１０における構造は、単純であり、複雑な制御などを要しない。
【００４７】
給水加熱器２５に導かれる熱媒体Ｂ３は、所定の一定流量となるようにポンプ４０により循環されているため、給水加熱器２５には、一定温度かつ一定流量の熱媒体Ｂ３を導くことができる。そのため、給水加熱器２５で加熱された給水Ａ５に一定の熱量を与えることができる。例えば、給水加熱器２５に流入する給水の流量および温度が一定であれば、給水加熱器２５から流出する給水Ａ５の温度を一定に維持することが可能となる。
【００４８】
このように、太陽からの日射量が変動しても、ボイラ制御や蒸気タービン制御に影響を及ぼすことがなく、発電出力を所定の一定値に安定化させることができる。
【００４９】
ここで、太陽熱利用発電プラント１０の構成は、上記した構成に限られるものではない。図２は、第１の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラント１０の他の構成の概要を示す図である。
【００５０】
ここでは、給水加熱器２４と給水加熱器２５の配置構成を変更した以外は、図１に示された太陽熱利用発電プラント１０の構成と同じである。
【００５１】
図２に示すように、太陽熱加熱装置３１によって加熱された熱媒体Ｂ３が導かれる給水加熱器２５と、蒸気タービン２１から抽気された蒸気が導かれる給水加熱器２４とを給水の流れに対して並列に連結してもよい。
【００５２】
図２に示すように、給水ポンプ２３の下流側で、主経路が２つの経路に分岐され、一方の経路に給水加熱器２４が、他方の経路に給水加熱器２５が配置されている。そして、分岐された経路は、給水加熱器２４および給水加熱器２５の下流側で合わさり、再び１つの経路を構成している。ここで、給水加熱器２５を備える他方の経路には、給水加熱器２５の下流側および上流側に開閉弁６０、６１を備えている。
【００５３】
ここで、復水器２２から排出された復水である給水Ａ３は、給水ポンプ２３によって昇圧された後、上記した一方の経路と他方の経路に分流する。
【００５４】
一方の経路を流れる給水Ａ３ａは、給水加熱器２４において蒸気タービン２１から抽気された蒸気と熱交換することによって加熱され、給水Ａ４ａとなる。他方の経路を流れる給水Ａ３ｂは、給水加熱器２５において循環経路３０を流れる熱媒体Ｂ３と熱交換することによって加熱され、給水Ａ４ｂとなる。そして、加熱された給水Ａ４ａと、加熱された給水Ａ４ｂとが合流して、給水Ａ５となり、ボイラ２０に導かれる。
【００５５】
この場合においても、図１に示された太陽熱利用発電プラント１０における作用効果と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、太陽からの日射量が変動しても、ボイラ制御や蒸気タービン制御に影響を及ぼすことがなく、発電出力を所定の一定値に安定化させることができる。
【００５６】
さらに、この構成を備えることで、例えば、太陽熱加熱装置３１、蓄熱装置３２、給水加熱器２５の少なくとも１つが故障した際に、他方の経路に設けられた開閉弁６０と開閉弁６１を全閉とすることで、一方の経路のみを使用することができる。これによって、太陽熱加熱装置３１、蓄熱装置３２、給水加熱器２５の少なくとも１つが故障したときでも、主経路に係る発電プラントの運転を継続することができる。なお、この場合、給水は、給水加熱器２４において蒸気タービン２１から抽気された蒸気によって加熱される。
【００５７】
また、既に建設されている蒸気タービン発電プラントに対して、本実施の形態に係る太陽熱利用システムを容易に後付けで追設することができる。そのため、太陽熱利用システムを追設する際の、プラントの運転停止期間を短期化することができる。
【００５８】
さらに、給水加熱器２５に導かれる高温の熱媒体Ｂの温度に制御偏差が生じ、給水加熱器２５で加熱された給水Ａ４ｂの温度が変動しても、ボイラ２０へ供給される給水Ａ５の温度変動を、給水加熱器２４で加熱された給水Ａ４ａによって緩和することができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラント１１の概要を示す図である。なお、第１の実施の形態の太陽熱利用発電プラント１０の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００６０】
第２の実施の形態の太陽熱利用発電プラント１１では、熱媒体を循環させる循環経路の構成が第１の実施の形態の太陽熱利用発電プラント１０と異なる。ここでは、この異なる構成について主に説明する。
【００６１】
図３に示すように、太陽熱利用発電プラント１１は、太陽熱加熱装置３１において太陽エネルギにより加熱された熱媒体を、給水加熱器２５に循環させる循環経路７０を備えている。また、太陽熱加熱装置３１よりも上流側および下流側において循環経路７０と連結され、太陽熱加熱装置３１をバイパスして熱媒体を流すバイパス経路８０を備えている。このバイパス経路８０には、蓄熱装置３２が備えられている。
【００６２】
さらに、バイパス経路８０の太陽熱加熱装置３１の上流側における連結部７１よりも蓄熱装置３２側においてバイパス経路８０から分岐され、熱媒体が導かれる給水加熱器２５よりも下流側の循環経路７０に連結された分岐経路９０を備えている。ここで、分岐経路９０は、給水加熱器２５よりも下流側で、かつポンプ４０の上流側に位置する連結部９１において循環経路７０と連結されている。
【００６３】
循環経路７０において、連結部７１と太陽熱加熱装置３１との間には、第１の温度検知装置として機能する温度検知装置１００、および温度制御弁１１０が設けられている。バイパス経路８０の太陽熱加熱装置３１の下流側における連結部７２には、流量制御するための三方弁１１１が設けられている。太陽熱加熱装置３１と三方弁１１１との間のバイパス経路８０には、第２の温度検知装置として機能する温度検知装置１０１が備えられている。
【００６４】
三方弁１１１と給水加熱器２５との間の循環経路７０には、熱媒体の流量を検知する流量検知装置１２０、および熱媒体の温度を検知する、第３の温度検知装置として機能する温度検知装置１０２が備えられている。これらの流量検知装置１２０、温度検知装置１０２によって、給水加熱器２５に導入される熱媒体の流量および温度に係る情報が検知される。また、循環経路７０には、熱媒体を昇圧して循環せるポンプ４０が備えられている。
【００６５】
バイパス経路８０において、分岐経路９０が分岐された分岐部８１と連結部７１との間に、開閉弁１１２が備えられている。分岐経路９０には、開閉弁１１３が備えられている。
【００６６】
上記したバイパス経路８０および分岐経路９０によって、対応する上記した各弁を切り替えることで、図３に示すように、太陽熱加熱装置３１をバイパスして、連結部７１から連結部７２に向かって熱媒体が流れるバイパス経路８０（図３の矢印Ｒ１）を構成する。また、連結部７２から連結部９１に向かって熱媒体が流れる、バイパス経路８０の一部の経路および分岐経路９０からなる経路を（図３の矢印Ｒ２）を構成する。なお、バイパス経路８０の一部の経路には、蓄熱装置３２が備えられている。
【００６７】
制御装置５０は、温度検知装置１００、１０１、１０２、流量検知装置１２０からの出力に基づいて、蓄熱装置３２、温度制御弁１１０、三方弁１１１、開閉弁１１２、１１３などを制御する。また、制御装置５０は、ポンプ４０を流れる熱媒体が一定流量となるように、例えば、ポンプ４０などを制御する。
【００６８】
ここで、温度検知装置１００、１０１、１０２、流量検知装置１２０、および上記した各弁や各ポンプは、制御装置５０と制御信号の交信が可能なように電気的に接続されている。
【００６９】
次に、太陽熱利用発電プラント１１における動作について説明する。
【００７０】
主経路では、ボイラ２０で発生した過熱蒸気である蒸気Ａ１は、蒸気タービン２１に流入し、膨張し、その圧力および温度が低下する。蒸気タービン２１内を膨張しながら流動する蒸気Ａ１によって回動されるタービンロータは、発電機２６に連結されている。ここで、発電機２６において回転エネルギが電気エネルギに変換され、発電出力が得られる。
【００７１】
蒸気タービン２１から排出された排気蒸気Ａ２は、復水器２２に流入する。復水器２２に導かれた排気蒸気Ａ２は、冷却されて復水となる。復水器２２から排出された復水である給水Ａ３は、給水ポンプ２３によって昇圧され、給水加熱器２４、２５を通り、ボイラ２０に導かれる。
【００７２】
ここで、復水器２２から排出された給水Ａ３は、まず、給水加熱器２４で蒸気タービン２１から抽気された蒸気と熱交換することにより加熱され、給水Ａ４となる。続いて、この給水Ａ４は、給水加熱器２５で循環経路７０を流れる高温の熱媒体と熱交換することによって加熱され、給水Ａ５となる。なお、各給水加熱器２４、２５で生成されたドレン水は、復水器２２に導かれる。
【００７３】
次に、太陽熱によって加熱された熱媒体が流れる経路および熱媒体の動作について説明する。
【００７４】
まず、循環経路７０のみを使用する動作について、図３を参照して説明する。この運転は、太陽熱加熱装置３１によって加熱された熱媒体をそのまま給水加熱器２５に導いても、給水加熱器２５に導入される熱媒体の温度が所定の一定値となり、かつ熱媒体の流量が所定の一定値となる場合である。以下において、この運転状態を基本運転状態という。
【００７５】
この場合、制御装置５０は、温度制御弁１１０を所定の開度とし、太陽熱加熱装置３１側から給水加熱器２５側に全量の熱媒体が流れるように三方弁１１１を制御している。ここで、温度制御弁１１０の開度は、太陽熱加熱装置３１から流出する熱媒体Ｂ２の温度が所定の一定値となるように制御されている。
【００７６】
また、制御装置５０は、開閉弁１１２、開閉弁１１３は全閉とする。これによって、熱媒体は、循環経路７０のみを流れ、バイパス経路８０や分岐経路９０を流れることはない。
【００７７】
循環経路７０では、太陽熱加熱装置３１において太陽熱を利用して低温の熱媒体Ｂ１を加熱し、高温の熱媒体Ｂ２を発生させる。この熱媒体Ｂ２は、三方弁１１１を介して給水加熱器２５側へ流れ、流量検知装置１２０で流量に係る情報が検知され、温度検知装置１０２で温度に係る情報が検知された後、給水加熱器２５に導かれる。
【００７８】
給水加熱器２５に導かれた熱媒体Ｂ２は、主経路を流れる給水Ａ４をと熱交換し、低温の熱媒体Ｂ１となる。この熱媒体Ｂ１は、ポンプ４０で昇圧され、再び太陽熱加熱装置３１へ導かれる。
【００７９】
次に、上記した基本運転状態において、太陽からの日射量が変化したときの運転について以下に説明する。
【００８０】
まず、基本運転状態において、太陽からの日射量が増加したときの太陽熱利用発電プラント１１の動作について説明する。図４は、太陽からの日射量が増加したときの動作を説明するための、第２の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラント１１の概要を示す図である。
【００８１】
図４に示すように、ここでは、連結部７２から連結部９１に向かって熱媒体が流れる、バイパス経路８０の一部の経路および分岐経路９０からなる経路（矢印Ｒ２）を構成する場合について説明する。
【００８２】
例えば、太陽からの日射量が多い時は、太陽熱加熱装置３１から流出する熱媒体Ｂ２の温度が上昇する。そこで、制御装置５０は、熱媒体Ｂ２の温度上昇を抑制するために、温度制御弁１１０の開度を大きくして、太陽熱加熱装置３１に流す熱媒体Ｂ１の流量を増加させる。この際、制御装置５０は、温度検知装置１０１から出力された信号に基づいて、温度制御弁１１０を制御する。
【００８３】
これと同時に、制御装置５０は、給水加熱器２５に流入する熱媒体Ｂ２ａの流量を所定の一定値にするため、三方弁１１１を制御して、熱媒体Ｂ２を給水加熱器２５側へ流れる熱媒体Ｂ２ａと、蓄熱装置３２側へ流れる熱媒体Ｂ２ｂに分流する。この際、制御装置５０は、流量検知装置１２０から出力される信号に基づいて、三方弁１１１を制御し、給水加熱器２５に流入する熱媒体Ｂ２ａの流量を所定の一定値に制御している。これによって、給水加熱器２５には、温度および流量ともに所定の一定値である熱媒体Ｂ２ａを導入することができる。
【００８４】
給水加熱器２５に導かれた熱媒体Ｂ２ａは、主経路を流れる給水Ａ４と熱交換して、低温の熱媒体Ｂ４となる。
【００８５】
分流された熱媒体Ｂ２ｂは、蓄熱装置３２に導かれる。制御装置５０は、蓄熱装置３２を制御して、熱媒体Ｂ２ｂにおける余剰熱を蓄熱装置３２に蓄熱し、熱媒体Ｂ２ｂを冷却し、熱媒体Ｂ３とする。なお、Ｒ２の経路を構成するため、制御装置５０は、開閉弁１１２を全閉とし、開閉弁１１３を全開としている。
【００８６】
ここで、制御装置５０は、温度検知装置１００から出力される信号に基づいて、太陽熱加熱装置３１に流入する熱媒体Ｂ１の温度が所定の一定値となるように、蓄熱装置３２を制御している。なお、蓄熱装置３２の制御は、前述した、熱媒体の余剰熱を蓄熱装置３２に蓄熱する際の制御と同じである。
【００８７】
分岐経路９０を流れる熱媒体Ｂ３は、循環経路７０を流れる熱媒体Ｂ４と、ポンプ４０の上流側で合流し、熱媒体Ｂ１となる。熱媒体Ｂ１は、ポンプ４０で昇圧され、再び太陽熱加熱装置３１へ導かれる。
【００８８】
次に、基本運転状態において、太陽からの日射量が減少したときの太陽熱利用発電プラント１１の動作について説明する。図５は、太陽からの日射量が減少したときの動作を説明するための、第２の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラント１１の概要を示す図である。
【００８９】
図５に示すように、ここでは、連結部７１側から連結部７２側に向かって熱媒体が流れるバイパス経路８０（矢印Ｒ１）を構成する場合について説明する。
【００９０】
例えば、太陽からの日射量が少ない時は、太陽熱加熱装置３１から流出する熱媒体Ｂ２の温度が低下する。そこで、制御装置５０は、熱媒体Ｂ２の温度低下を抑制するために、温度制御弁１１０の開度を小さくして、太陽熱加熱装置３１に流入する熱媒体Ｂ１ａの流量を減少させる。この際、制御装置５０は、温度検知装置１０１から出力された信号に基づいて、温度制御弁１１０を制御する。
【００９１】
太陽熱加熱装置３１に流入する熱媒体Ｂ１ａの流量が減少すると、給水加熱器２５に流入する熱媒体Ｂ４の流量も減少する。そのため、温度制御弁１１０を制御すると同時に、制御装置５０は、給水加熱器２５に流入する熱媒体Ｂ４の流量を所定の一定値にするため、開閉弁１１２を全開とし、熱媒体Ｂ１を温度検知装置１００の上流側において、太陽熱加熱装置３１側へ流れる熱媒体Ｂ１ａと、蓄熱装置３２側へ流れる熱媒体Ｂ１ｂに分流する。なお、この際、Ｒ１の経路を構成するため、開閉弁１１３は、全閉となっている。
【００９２】
また、開閉弁１１２を全開とすると同時に、制御装置５０は、バイパス経路８０を連結部７１側から連結部７２側に向かって熱媒体が流れるように、三方弁１１１を制御する。
【００９３】
分流された熱媒体Ｂ１ａは、太陽熱加熱装置３１において加熱され、所定の一定の温度の熱媒体Ｂ２となる。
【００９４】
一方、分流された熱媒体Ｂ１ｂは、蓄熱装置３２に導かれる。制御装置５０は、蓄熱装置３２を制御して、蓄熱装置３２に蓄熱された熱量を熱媒体Ｂ１ｂに与えて熱媒体Ｂ１ｂを加熱する。このように、蓄熱装置３２において、熱媒体Ｂ１ｂに不足分の熱量が与えられることで、所定の一定の温度の熱媒体Ｂ３が得られる。
【００９５】
熱媒体Ｂ２および熱媒体Ｂ３は、三方弁１１１において合流して熱媒体Ｂ４となり、給水加熱器２５側へ流れる。
【００９６】
ここで、制御装置５０は、温度検知装置１０２から出力される信号に基づいて、給水加熱器２５に流入する熱媒体Ｂ４の温度が所定の一定値となるように、蓄熱装置３２を制御している。なお、蓄熱装置３２の制御は、前述した、蓄熱装置３２に蓄熱された熱量を熱媒体に与える際の制御と同じである。
【００９７】
また、制御装置５０は、流量検知装置１２０から出力される信号に基づいて、給水加熱器２５に流入する熱媒体Ｂ４の流量が所定の一定値となるように、三方弁１１１を制御している。すなわち、制御装置５０は、流量検知装置１２０から出力される信号に基づいて三方弁１１１を制御し、バイパス経路８０に導入される熱媒体Ｂ１ｂの流量を制御している。
【００９８】
そして、所定の一定の温度および所定の一定の流量の熱媒体Ｂ４は、給水加熱器２５において、主経路を流れる給水Ａ４と熱交換して、低温の熱媒体Ｂ１となる。熱媒体Ｂ１は、ポンプ４０で昇圧され、再び太陽熱加熱装置３１へ導かれる。
【００９９】
ここで、太陽からの日射量が少ない時の運転においては、蓄熱装置３２の高温用蓄熱槽３５にすでに蓄熱された状態であることが前提となる。
【０１００】
上記した太陽熱利用発電プラント１１によれば、太陽からの日射量が多い時および太陽からの日射量が少ない時、すなわち太陽からの日射量が変動する場合においても、所定の一定の温度、かつ所定の一定の流量の熱媒体を給水加熱器２５に導くことができる。
【０１０１】
そのため、給水加熱器２５で加熱された給水Ａ５に一定の熱量を与えることができる。例えば、給水加熱器２５に流入する給水の流量および温度が一定であれば、給水加熱器２５から流出する給水Ａ５の温度を一定に維持することが可能となる。これにより、太陽からの日射量が変動しても、ボイラ制御や蒸気タービン制御に影響を及ぼすことがなく、発電出力を所定の一定値に安定化させることができる。
【０１０２】
また、太陽熱加熱装置３１の出口における熱媒体の温度を一定に維持することができるため、例えば、太陽熱加熱装置３１の出口を構成する材料の熱疲労損傷を防止することができる。そのため、太陽熱加熱装置３１の出口を、例えば安価な材料で構成することができる。
【０１０３】
ここで、太陽熱利用発電プラント１１の構成は、上記した構成に限られるものではない。図６は、第２の実施の形態の太陽熱を補助熱源とした太陽熱利用発電プラント１１の他の構成の概要を示す図である。
【０１０４】
ここでは、給水加熱器２４と給水加熱器２５の配置構成を変更した以外は、図３に示された太陽熱利用発電プラント１１の構成と同じである。
【０１０５】
図６に示すように、太陽熱加熱装置３１によって加熱された熱媒体Ｂ２が導かれる給水加熱器２５と、蒸気タービン２１から抽気された蒸気が導かれる給水加熱器２４とを給水の流れに対して並列に連結してもよい。
【０１０６】
図６に示した給水加熱器２４と給水加熱器２５の配置構成は、前述した図２に示した給水加熱器２４と給水加熱器２５の配置構成と同じである。図６に示した給水加熱器２４と給水加熱器２５の配置構成することで得られる作用効果は、前述した図２に示した給水加熱器２４と給水加熱器２５の配置構成することで得られる作用効果と同様である。
【０１０７】
また、図６に示された太陽熱利用発電プラント１１においても、図３〜図５に示された太陽熱利用発電プラント１１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０８】
以上説明した実施形態によれば、太陽からの日射量が変動してもボイラ制御やタービン制御に影響を及ぼすことなく、一定の発電出力を得ることが可能となる。
【０１０９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１０】
１０，１１…太陽熱利用発電プラント、２０…ボイラ、２１…蒸気タービン、２２…復水器、２３…給水ポンプ、２４，２５…給水加熱器、２６…発電機、３０，７０…循環経路、３１…太陽熱加熱装置、３２…蓄熱装置、３３…蓄熱用熱交換器、３４…低温用蓄熱槽、３５…高温用蓄熱槽、３６…配管、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ…分岐配管、３７ａ，３７ｂ，６０，６１，１１２，１１３…開閉弁、３８ａ，３８ｂ…逆止弁、３９ａ，３９ｂ…ポンプ、４０…ポンプ、４１，１００，１０１，１０２…温度検知装置、５０…制御装置、７１，７２，９１…連結部、８０…バイパス経路、８１…分岐部、９０…分岐経路、１１０…温度制御弁、１１１…三方弁、１２０…流量検知装置。
【図１】
0005638562.tif 000002
【図２】
0005638562.tif 000003
【図３】
0005638562.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005638562.tif 000007
【図７】
0005638562.tif 000008