(57)【要約】  【課題】  太陽熱発電プラントにおけるサイクルを簡素化して建設コストを低減すると共に太陽熱を効果的に蓄熱することが可能な太陽熱発電プラント及び太陽熱蓄熱放熱装置を提供する。  【解決手段】  太陽熱発電プラントは、水／水蒸気を熱媒体として使用し過熱蒸気を生成する太陽熱集熱装置と、太陽熱蓄熱放熱熱媒体として溶融塩又は油を用いた太陽熱蓄熱放熱装置と、水蒸気を熱媒体として用いた蒸気タービン発電設備とから構成され、太陽熱集熱装置の熱媒体に回収した太陽熱を太陽熱蓄熱放熱装置に蓄熱する際に、太陽熱集熱装置の熱媒体が過熱蒸気から飽和温度よりも低温の水に至る過程で水／水蒸気の状態に応じて複数の温度領域にて複数の太陽熱蓄熱放熱熱媒体タンクに蓄熱する。【選択図】  図１
2014092086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱集熱装置と、蒸気タービン発電設備と、太陽熱蓄熱放熱装置とを備え、
前記太陽熱集熱装置を構成するサイクルの熱媒体と前記蒸気タービン発電設備を構成するサイクルの熱媒体として共に水／水蒸気を用い、前記太陽熱集熱装置のサイクルと前記蒸気タービン発電設備のサイクルとを連結して一つのサイクルとし、
前記太陽熱集熱装置から前記蒸気タービン発電設備へ前記水蒸気が流れる途中、及び／又は、前記蒸気タービン発電設備から太陽熱集熱装置へ前記水が流れる途中で、前記水／水蒸気を分岐させて、前記水／水蒸気と前記太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体と熱交換を行い前記太陽熱蓄熱放熱装置における蓄熱または放熱を行い、
前記太陽熱集熱装置からの水蒸気が前記太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体との熱交換で冷却されて水となった熱媒体を、前記蒸気タービン発電設備の復水・給水系における給水加熱部の上流へ流入させるようにしたことを特徴とする太陽熱発電プラント。
【請求項２】
請求項１において、前記蒸気タービン発電設備の復水・給水系における給水加熱部の上流は、脱気器であることを特徴とする太陽熱発電プラント。
【請求項３】
請求項１において、前記太陽熱集熱装置は、水から飽和蒸気の生成と、前記飽和蒸気から過熱蒸気の生成により太陽熱を回収することを特徴とする太陽熱発電プラント。
【請求項４】
請求項１において、前記太陽熱蓄熱放熱装置は、前記太陽熱集熱装置の熱媒体に回収した太陽熱を前記太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体に蓄熱する際に、前記太陽熱集熱装置の熱媒体が過熱蒸気から飽和温度よりも低温の水に至る過程で水／水蒸気の状態に応じて複数の異なる温度領域にて前記太陽熱蓄熱蓄熱装置の熱媒体に蓄熱されるように、前記太陽熱集熱装置からの熱媒体と前記太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体の熱交換を行う熱交換器を複数有することを特徴とする太陽熱発電プラント。
【請求項５】
請求項４において、前記太陽熱蓄熱放熱装置は、前記熱交換器として、蒸気熱交換器、飽和蒸気復水器、飽和水熱交換器を備え、前記蒸気熱交換器において過熱蒸気から飽和蒸気への過程で蒸気の顕熱の熱エネルギを回収し、前記飽和蒸気復水器において飽和蒸気から飽和水への過程で凝縮潜熱の熱エネルギを回収し、前記飽和水熱交換器において飽和水から飽和温度よりも低温の水への過程で水の顕熱の熱エネルギを回収することを特徴とする太陽熱発電プラント。
【請求項６】
請求項５において、前記蒸気熱交換器、前記飽和蒸気復水器、前記飽和水熱交換器で熱交換し蓄熱した前記太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体は、それぞれ高温蓄熱放熱タンク、中温蓄熱放熱タンク、低温蓄熱放熱タンクに収容することを特徴とする太陽熱発電プラント。
【請求項７】
請求項６において、前記太陽熱蓄熱放熱装置は、飽和水蒸発器を備え、前記飽和水熱交換器において蒸気タービン発電設備からの給水を飽和水温度近傍まで加熱昇温し、前記飽和水蒸発器において飽和水から飽和蒸気に相変化させ、前記蒸気熱交換器において飽和蒸気を過熱蒸気に過熱昇温させ、過熱蒸気を前記蒸気タービン発電設備に供給するようにし、前記飽和水熱交換器、前記飽和水蒸発器、前記蒸気熱交換器には、それぞれの加熱媒体として、前記低温蓄熱放熱タンク、前記中温蓄熱放熱タンク、前記高温蓄熱放熱タンクに収容されている熱媒体を供給することを特徴とする太陽熱発電プラント。
【請求項８】
請求項１において、前記太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体として溶融塩が用いられ、油媒体に蓄熱した太陽熱を利用し前記溶融塩を収容するタンク内の溶融塩を加熱する加温システムを有することを特徴とする太陽熱発電プラント。
【請求項９】
水／水蒸気を一次熱媒体として使用し過熱蒸気を生成する太陽熱集熱装置と、前記太陽熱集熱装置で発生した過熱蒸気を蒸気タービンに導入し発電を行う蒸気タービン発電設備を有する太陽熱発電プラントに設けられる太陽熱蓄熱放熱装置であって、
前記太陽熱蓄熱装置は、前記太陽熱集熱装置の一次熱媒体に回収した太陽熱を前記太陽熱蓄熱放熱装置の二次熱媒体に蓄熱する際に、前記太陽熱集熱装置の一次熱媒体が過熱蒸気から飽和温度よりも低温の水に至る過程で水／水蒸気の状態に応じて複数の異なる温度領域にて前記二次熱媒体に蓄熱されるように、前記一次熱媒体と前記二次熱媒体の熱交換を行う熱交換器を複数有することを特徴とする太陽熱蓄熱放熱装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記熱交換器は、前記一次熱媒体の顕熱により前記二次熱媒体の加熱を行う熱交換器と、前記一次熱媒体の凝縮潜熱により前記二次熱媒体の加熱を行う熱交換器と有することを特徴とする太陽熱蓄熱放熱装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記一次熱媒体の顕熱により前記二次熱媒体の加熱を行う熱交換器は、加熱管を有し、前記加熱管内に前記一次熱媒体を流し、前記加熱管外に前記二次熱媒体を流して熱交換を行い、前記一次熱媒体の凝縮潜熱により前記二次熱媒体の加熱を行う熱交換器は、冷却管を有し、前記冷却管内に前記二次熱媒体を流し、前記冷却管外に前記一次熱媒体を流して熱交換を行うことを特徴とする太陽熱蓄熱放熱装置。
【請求項１２】
請求項９において、前記熱交換器として、蒸気熱交換器、飽和蒸気復水器、飽和水熱交換器を備え、前記蒸気熱交換器において過熱蒸気から飽和蒸気への過程で蒸気の顕熱の熱エネルギを回収し、前記飽和蒸気復水器において飽和蒸気から飽和水への過程で凝縮潜熱の熱エネルギを回収し、前記飽和水熱交換器において飽和水から飽和温度よりも低温の水への過程で水の顕熱の熱エネルギを回収し、高温蓄熱放熱タンク、中温蓄熱放熱タンク、低温蓄熱放熱タンクを備え、前記蒸気熱交換器、前記飽和蒸気復水器、前記飽和水熱交換器で熱交換し蓄熱した前記二次熱媒体は、それぞれ前記高温蓄熱放熱タンク、前記中温蓄熱放熱タンク、前記低温蓄熱放熱タンクに収容することを特徴とする太陽熱蓄熱放熱装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
飽和水蒸発器を備え、前記飽和水熱交換器において前記蒸気タービン発電設備からの給水を飽和水温度近傍まで加熱昇温し、前記飽和水蒸発器において飽和水から飽和蒸気に相変化させ、前記蒸気熱交換器において飽和蒸気を過熱蒸気に過熱昇温し、
前記蒸気熱交換器は、加熱管と過熱管を有し、前記加熱管内に前記一次熱媒体を流し前記加熱管外に前記二次熱媒体を流して過熱蒸気の顕熱の熱エネルギを回収し、前記過熱管内に前記一次熱媒体を流し前記過熱管外に前記二次熱媒体を流して飽和蒸気を過熱昇温し、
前記飽和蒸気復水器は、冷却管を有し、前記冷却管内に前記二次熱媒体を流し前記冷却管外に前記一次熱媒体を流して前記飽和蒸気の凝縮潜熱の熱エネルギを回収し、
前記飽和水蒸発器は、蒸発器管を有し、前記蒸発器管内に前記一次熱媒体を流し前記蒸発器管外に前記二次熱媒体を流して飽和水を飽和蒸気に相変化させ、
前記飽和水熱交換器は、加熱管と予熱管を有し、前記加熱管内に前記一次熱媒体を流し前記加熱管外に前記二次熱媒体を流して飽和水の顕熱の熱エネルギを回収し、前記予熱管内に前記一次熱媒体を流し前記予熱管外に前記二次熱媒体を流して給水を加熱昇温し、
前記予熱管、前記蒸発器管、前記過熱管には、それぞれ前記低温蓄熱放熱タンク、前記中温蓄熱放熱タンク、前記高温蓄熱放熱タンクに収容されている蓄熱した前記二次熱媒体を供給することを特徴とする太陽熱蓄熱放熱装置。
【請求項１４】
請求項１２において、前記飽和蒸気復水器は、飽和蒸気を飽和蒸気復水器内に気泡状で噴出させ、気泡状態の微小な飽和蒸気を冷却して飽和水に戻しその潜熱を二次熱媒体に吸収させるようにしたことを特徴とする太陽熱蓄熱放熱装置。
【請求項１５】
請求項１４において、前記飽和蒸気復水器は、飽和蒸気復水器入口圧力調整弁と、飽和蒸気復水器水位調整弁とを備え、前記飽和蒸気復水器内への飽和蒸気噴出圧力を前記飽和蒸気噴出圧力調整弁で制御し、前記飽和蒸気復水器内の水位を前記飽和蒸気復水器水位調整弁で制御することを特徴とする太陽熱蓄熱放熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱発電プラント及び太陽熱蓄熱放熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱発電プラントは、日射の変動時にも安定した運転ができ、夜間・雨天などにも発電できるようにするために、一般的に蓄熱装置が設けられている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、太陽熱集熱装置で高温になった熱媒体を蒸気発生用熱交換器に供給して高温の熱媒体と蒸気タービンからの給水との熱交換により蒸気タービンに供給する蒸気を発生させるようにするとともに、蓄熱時には、太陽熱集熱装置で高温になった熱媒体を、分流させて蓄熱装置用熱交換器に供給して、蓄熱装置からの低温の蓄熱材と熱交換して蓄熱装置に蓄熱し、また、放熱時には、蒸気発生用熱交換器において給水との熱交換で低温となった太陽熱集熱装置に供給する熱媒体を、分流させて蓄熱装置用熱交換器に供給し、蓄熱装置からの高温の蓄熱材と熱交換して高温の熱媒体として蒸気発生用熱交換器に供給し蒸気を発生させるようにしている。
【０００４】
また、特許文献２では、太陽熱蓄熱装置として低温蓄熱タンク、中温蓄熱タンク及び高温蓄熱タンクを設け、また、太陽熱集熱装置としてトラフ型太陽熱集熱装置とタワー型太陽熱集熱装置を設けている。そして、低温蓄熱タンクに収容された熱媒体をトラフ型太陽熱集熱装置に供給し、トラフ型集熱装置において第一の温度まで加熱した中温熱媒体を中温蓄熱タンクに収容し、中温蓄熱タンクに収容された熱媒体をタワー型太陽熱集熱装置に供給し、タワー型太陽熱集熱装置において第二の温度まで加熱した高温熱媒体を高温蓄熱タンクに収容している。そして、高温蓄熱タンクから高温熱媒体を蒸気生成用の熱交換器に加熱媒体として供給し、熱交換器で発生した蒸気を蒸気タービンに供給して発電するようにしている。また、蒸気発生用の熱交換器で熱交換して低温となった熱媒体を低温蓄熱タンクに戻すように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−３７２１７号公報（図５）
【特許文献２】米国特許公報第７２９６４１０号（図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、太陽熱を回収する熱媒体と、太陽熱を蓄熱する熱媒体（蓄熱材）と、蒸気タービンを回転させる熱媒体の３種類の熱媒体がそれぞれ分離独立して存在し、それぞれ独自の熱媒体サイクル構成を成している。例えば、太陽熱を回収する熱媒体（一次熱媒体）として太陽熱回収用の高温仕様向けに作られた熱媒体油が用いられ、また、太陽熱エネルギを蓄熱する熱媒体（二次熱媒体）として溶融塩が用いられ、また、蒸気タービン熱サイクルの熱媒体（三次熱媒体）として水／水蒸気が用いられる。このように、従来の太陽熱発電プラントでは、一次熱媒体・油サイクルと、二次熱媒体・溶融塩サイクルと、三次熱媒体・水蒸気サイクルの３サイクルが必要となり、太陽熱発電プラントのシステムが複雑化し、太陽熱発電プラントの建設コストが増加する要因となる。
【０００７】
また、特許文献２においても、太陽熱を回収し蓄熱する熱媒体サイクルと、蒸気タービン熱サイクルが別々の熱媒体にて構成されており、機器構成が複雑化して太陽熱発電プラントの建設コストが増加する要因となる。また、運用の複雑化も懸念される。
【０００８】
本発明の目的は、太陽熱発電プラントにおけるサイクルを簡素化して建設コストを低減すると共に太陽熱を効果的に蓄熱することが可能な太陽熱発電プラント及び太陽熱蓄熱放熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の太陽熱発電プラントは、水／水蒸気を熱媒体として使用し過熱蒸気を生成する太陽熱集熱装置と、太陽熱蓄熱放熱熱媒体として溶融塩又は油を用いた太陽熱蓄熱放熱装置と、水蒸気を熱媒体として用いた蒸気タービン発電設備とから構成され、太陽熱集熱装置の熱媒体に回収した太陽熱を太陽熱蓄熱放熱装置に蓄熱する際に、太陽熱集熱装置の熱媒体が過熱蒸気から飽和温度よりも低温の水に至る過程で水／水蒸気の状態に応じて複数の温度領域にて複数の太陽熱蓄熱放熱熱媒体タンクに蓄熱するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、太陽熱集熱装置の熱媒体と蒸気タービン発電設備の熱媒体が同じになるので、太陽熱発電プラントにおけるサイクルを簡素化して建設コストを低減することが可能となる。また、太陽熱集熱装置で太陽熱を回収した熱媒体（水蒸気）から効果的に太陽熱を蓄熱することが可能となる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例の中型太陽熱発電プラントの全体構成図。
【図２】図１の中型太陽熱発電プラントにおける太陽熱蓄熱放熱装置の詳細な構成図。
【図３ａ】図１の中型太陽熱発電プラントにおける蓄熱運転を説明する図。
【図３ｂ】図１の中型太陽熱発電プラントの蓄熱運転における高温・低温蓄熱媒体移動位置を説明する図。
【図４ａ】図１の中型太陽熱発電プラントにおける放熱運転を説明する図。
【図４ｂ】図１の中型太陽熱発電プラントの放熱運転における高温・低温放熱媒体移動位置を説明する図。
【図５】本発明の他の一実施例の小型太陽熱発電プラントの全体構成図。
【図６】図５の小型太陽熱発電プラントにおける太陽熱蓄熱放熱装置の詳細な構成図。
【図７】本発明の実施例に用いられる飽和蒸気復水器の構成例を説明する図。
【図８】本発明の実施例に適用される太陽熱マネイジメントの概念を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００１４】
本発明の実施例の太陽熱発電プラントは、太陽からの熱を昼間集熱して、その熱で蒸気を発生させ蒸気タービン発電機を回転させて発電すると同時に、その熱の一部を昼間に蓄熱して、夜間でも、蓄熱した太陽熱エネルギを放熱して、その熱で蒸気を発生させ蒸気タービン発電機を回し発電できるようにしている。すなわち、従来の太陽熱発電プラントで一般的に採用されている一次、二次及び三次熱媒体の分離独立したサイクルのように多くの熱媒体サイクルを設置しないで、太陽熱を回収する、また、太陽熱蓄熱放熱装置からの放熱を回収する熱媒体として油ではなく水／水蒸気、つまり、蒸気タービンを回す水蒸気と同じ熱媒体を採用して熱媒体を統合化し、簡素化した熱媒体サイクルとしている。つまり、熱媒体として水／水蒸気を使い太陽熱を集熱する太陽熱集熱熱媒体サイクル（一次熱媒体サイクル部）と、集熱した太陽熱を溶融塩または高温熱媒体油を使い蓄熱または放熱する二次熱媒体サイクル部と、水／水蒸気を熱媒体とする蒸気タービンの水蒸気サイクル（蒸気タービンサイクル／三次熱媒体サイクル部）の三つのサイクル部における、一次熱媒体サイクル部と三次熱媒体サイクル部において使用する熱媒体を水／水蒸気（一次熱媒体＝三次熱媒体。以下、本発明の実施例では纏めて一次熱媒体という。）に統一し、両サイクル部を合体（連結）させて熱媒体サイクルの簡素化合理化を行っている。
【００１５】
また、本発明の実施例の太陽熱発電プラントは、言い換えれば、太陽熱集熱装置を、汽力発電プラントのボイラに対応するものとして用い、太陽熱集熱熱媒体サイクルと蒸気タービンサイクルとを連結して一つのサイクル（合体サイクル）とし、さらに、太陽熱集熱熱媒体サイクルに対応する側（太陽熱集熱装置）から蒸気タービンサイクルに対応する側（蒸気タービン発電設備）への途中、及び、蒸気タービンサイクルに対応する側から太陽熱集熱熱媒体サイクルに対応する側への途中で、一次熱媒体を分岐させて、太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体と熱交換を行うように構成している。そして、太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体との熱交換で冷却されて水となった、合体サイクルの一次熱媒体を、蒸気タービンサイクルに対応する側の復水・給水系、例えば、脱気器へ流入させるようにしている。
【００１６】
また、本発明の実施例の太陽熱発電プラントでは、昼間、直達日射量が高い時に、水／水蒸気（一次熱媒体）に太陽熱を回収する太陽熱集熱装置の構成として、給水から飽和蒸気の生成と、飽和蒸気から過熱蒸気の生成の二段階で太陽熱を回収するようにしている。すなわち、地上に設置されたトラフ型またはフレネル型太陽熱回収装置（蒸発器）により蒸気タービンサイクルからの給水を加熱して飽和蒸気を生成し、タワー型太陽熱回収装置（蒸発器）により飽和蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するようにしている。
【００１７】
太陽熱集熱装置で生成した過熱蒸気は、一部が蒸気タービンサイクル側に供給され、蒸気タービン発電機を回し発電を行い、同時に残りが太陽熱蓄熱放熱装置側に供給される。本発明の実施例の太陽熱発電プラントでは、太陽熱を回収する、また、太陽熱蓄熱放熱装置からの放熱を回収する熱媒体が、蒸気タービンサイクルの熱媒体と同じ水／水蒸気であることに着目し、太陽熱を効率的に蓄熱し放熱する新たな熱媒体サイクルを構成している。
【００１８】
すなわち、太陽熱の蓄熱については、太陽熱蓄熱放熱装置側に送られた過熱蒸気（一次熱媒体）が、二次熱媒体である溶融塩または油と熱交換されて溶融塩または油に蓄熱される。本発明では、太陽熱集熱装置の熱媒体が過熱蒸気から飽和温度よりも低温の水に至る過程で水／水蒸気の状態に応じて複数の温度領域にて複数の太陽熱蓄熱放熱熱媒体タンクに蓄熱するものである。本発明の実施例では、蒸気熱交換器、飽和蒸気復水器、飽和水熱交換器を備え、蒸気熱交換器において過熱蒸気から飽和蒸気への過程で蒸気の顕熱の熱エネルギを回収し、飽和蒸気復水器において飽和蒸気から飽和水への過程で凝縮潜熱の熱エネルギを回収し、飽和水熱交換器において飽和水から飽和温度よりも低温の水への過程で水の顕熱の熱エネルギを回収している。そして、蒸気熱交換器、飽和蒸気復水器、飽和水熱交換器において、それぞれ高温、中温、低温の三つの温度領域に加熱昇温された二次熱媒体は、高温蓄熱放熱タンク、中温蓄熱放熱タンク、低温蓄熱放熱タンクのそれぞれに収容され、太陽熱蓄熱放熱装置が、太陽熱を複数の温度領域で蓄熱するように構成されている。そして、飽和水熱交換器を出た冷却された水（一次熱媒体）は、上述したように、蒸気タービンサイクルに対応する側の復水・給水系の脱気器へ流入させるようにしている。
【００１９】
また、太陽熱蓄熱放熱装置からの放熱については、蒸気タービンサイクルに対応する側の復水・給水系の給水ポンプから送水された給水を太陽熱蓄熱放熱装置の二次熱媒体と熱交換させて最終的に過熱蒸気を生成させ、蒸気タービンに供給する。本発明の実施例では、飽和水熱交換器、飽和水蒸発器、蒸気熱交換器を備え、飽和水熱交換器において蒸気タービンサイクルの対応する側からの給水を飽和水温度近傍まで加熱昇温し、飽和水蒸発器において飽和水（液相）から飽和蒸気（気相）に相変化させ、蒸気熱交換器において飽和蒸気を過熱蒸気に過熱昇温させ、そして、過熱蒸気を蒸気タービンに供給する。飽和水熱交換器、飽和水蒸発器、蒸気熱交換器には、それぞれの加熱媒体として、低温蓄熱放熱タンク、中温蓄熱放熱タンク、高温蓄熱放熱タンクにそれぞれ収容されている二次熱媒体が供給され、それぞれの二次熱媒体に昼間蓄熱された熱エネルギが利用されるようにしている。
【００２０】
さらに、本発明の実施例の太陽熱発電プラントは、二次熱媒体（太陽熱蓄熱放熱熱媒体）として溶融塩を採用した場合、溶融塩の温度低下による固化防止熱として太陽熱を利用した溶融塩固化防止装置を備えている。
【００２１】
以下、図面を用いて実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１〜図４ｂ、図７及び図８を用いて、本発明の実施例１を説明する。本実施例は、主に、太陽熱エネルギのみで昼間のみならず夜間でも発電できる、太陽熱蓄熱放熱装置を備えた中型太陽熱発電プラントである。なお、ここで言う中型とは太陽熱発電プラントの公称出力が約５０MWe級〜２５０MWe級程度を意味している。この出力を若干下回る場合や若干上回る場合の太陽熱発電プラントにも本実施例を適用できる。
【００２３】
図１に本実施例の中型太陽熱発電プラント全体構成を示す。
【００２４】
本実施例の中型太陽熱発電プラントは、主に、太陽熱集熱装置、蒸気タービン発電設備、太陽熱蓄熱放熱装置から構成されている。太陽熱集熱装置と蒸気タービン発電設備を流れる熱媒体（一次熱媒体＝三次熱媒体）としては、水／水蒸気が用いられている。また、一次熱媒体と熱交換して太陽熱を蓄熱または放熱する太陽熱蓄熱放熱装置の蓄熱放熱熱媒体（二次熱媒体）としては、一般的に実用化されている、硝酸ナトリウムや硝酸カリウムなどの溶融塩や高温熱媒体油（例えば、ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社の商品名「ハイサーム」など）が用いられる。
【００２５】
太陽熱集熱装置は、主な構成として、地上に設置されたトラフ型またはフレネル型太陽熱回収装置である太陽熱１次蒸発器１４２と太陽熱２次蒸発器１４４、タワー型太陽熱回収装置であるタワー型過熱集熱器２１とタワー型再熱集熱器２５を備えている。太陽熱１次蒸発器１４２と太陽熱２次蒸発器１４４には、それぞれ、太陽熱１次蒸発器集熱管１４３、太陽熱２次蒸発器集熱管１４５が設けられている。タワー型過熱集熱器２１とタワー型再熱集熱器２５は、地上に設置されたヘリオスタット(平面鏡)２３を用いて太陽光を集光している。
【００２６】
蒸気タービン発電設備は、主な構成として、高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３、蒸気タービン発電機４を備え、また、低圧蒸気タービン復水器１０，復水ポンプ１３，低圧給水加熱器１４，脱気器１５，給水ポンプ（太陽熱集熱装置給水ポンプ）１６，高圧給水加熱器１７などから構成される復水・給水系を備えている。低圧蒸気タービン復水器１０には復水器冷却水配管１１が取り付けられている。また、低圧給水加熱器１４には低圧蒸気タービン３から低圧給水加熱器抽気管３０を介して抽気蒸気が供給され、脱気器１５には中圧蒸気タービン２から脱気器抽気管２９を介して抽気蒸気が供給され、高圧給水加熱器１７には中圧蒸気タービン２から高圧給水加熱器抽気管２８を介した抽気蒸気と低温再熱抽気管２７を介して高圧蒸気タービン１の排気蒸気が供給されている。これらの抽気加熱は一例であり、これに限定されるものではない。
【００２７】
太陽熱蓄熱放熱装置は、主な構成として、蒸気熱交換器３３、飽和蒸気復水器３４、飽和水熱交換器３５、飽和水蒸発器３８、低温蓄熱放熱タンク５２、中温蓄熱放熱タンク５３、高温蓄熱放熱タンク５６を備えている。
【００２８】
次に、太陽熱集熱装置、蒸気タービン発電設備、太陽熱蓄熱放熱装置における各熱媒体の流れを説明しながら、太陽熱集熱装置、蒸気タービン発電設備、太陽熱蓄熱放熱装置の構成を説明する。
【００２９】
図１に示すように、高圧給水加熱器１７を出た給水は、高圧給水加熱器出口給水管４５を通過した後、汽水分離器貯水タンク入口弁５１を通過して、汽水分離器貯水タンク入口管４７にて汽水分離器貯水タンク１８に流入される。汽水分離器貯水タンク１８を出た太陽熱集熱装置給水は太陽熱蒸発器循環ポンプ２０にて昇圧され、太陽熱１次蒸発器１４２に送られる。太陽熱１次蒸発器１４２で部分蒸発した給水は太陽熱１次蒸発器集熱管１４３を通過して、太陽熱２次蒸発器１４４に送水されさらに加熱される。太陽熱２次蒸発器１４４で蒸発した汽水混合流体は太陽熱２次蒸発器集熱管１４５を通過して、汽水分離器１９に流下する。ここで、汽水混合流体は飽和蒸気と飽和水ドレンに分離され、飽和水ドレンは分離器貯水タンク１８に落下して貯まる。一方、飽和蒸気はタワー型過熱器集熱装置入口配管８にて、タワー型過熱集熱器２１に送られ加熱され、過熱蒸気になる。このように、本実施例では、飽和蒸気の生成と過熱蒸気の生成を複数段階に分けて行っている。タワー型過熱集熱器２１に送る前に一次熱媒体を飽和蒸気としておくことにより、タワー型過熱集熱器２１として大型のタワー型太陽熱回収装置を設ける必要がない。
【００３０】
タワー型過熱集熱器２１で生成した過熱蒸気は、タワー型過熱器集熱器出口配管５を介して、主蒸気切り替え弁６側と、蓄熱運転時蒸気熱交換器入口弁４１側に分けられる。
【００３１】
昼間、蒸気タービンを駆動して発電を行う際には、主蒸気切り替え弁６を開き、太陽熱集熱装置で生成した過熱蒸気を蒸気タービン発電設備側に供給する。主蒸気切り替え弁６を通過した過熱蒸気は、高圧蒸気タービン入口配管７を介して高圧蒸気タービン１に供給され仕事を行う。高圧蒸気タービン１を駆動した蒸気は、タワー型再熱集熱器入口配管２４を通過してタワー型再熱集熱器２５にて再熱されて蒸気温度が再度上昇する。再熱蒸気は、高温再熱配管２６を介して中圧蒸気タービン２に供給され、中圧蒸気タービン２を駆動した後の蒸気は、低圧蒸気タービン３に供給され仕事を行う。高圧蒸気タービン１、中圧蒸気タービン２、低圧蒸気タービン３に連結された蒸気タービン発電機４はこれらの蒸気タービンにより回転し発電を行う。低圧蒸気タービン３を駆動した蒸気は低圧蒸気タービン排気管９を通過して低圧蒸気タービン復水器１０に入り復水に戻される。図１では復水器の冷却方式として復水器冷却水を使用する例を示したが、空冷復水器を用いても良い。復水器出口復水配管１２を通過した復水は復水ポンプ１３にて昇圧され低圧給水加熱器１４にて加熱された後、脱気器１５に送られる。脱気器１５には、後述する飽和水熱交換器出口弁３６を出た温水を、蓄熱運転時脱気器ドレン回収管４４にて回収するようにしている。また、脱気器１５から給水は、太陽熱集熱装置給水ポンプ（蒸気タービン給水ポンプ）１６により再び太陽熱集熱装置側へ送られる。
【００３２】
一方、昼間、太陽熱を蓄熱する際には、蓄熱運転時蒸気熱交換器入口弁４１を開き、太陽熱集熱装置で回収して発生させた過熱蒸気の一部を分流させて太陽熱蓄熱放熱装置側に供給する。蓄熱運転時蒸気熱交換器入口弁４１を通過した過熱蒸気は、蓄熱運転時蒸気熱交換器入口連絡配管４３と蓄熱運転時蒸気熱交換器入口弁３２を通過して蒸気熱交換器３３に流下していく。蒸気熱交換器３３において過熱蒸気と後述の高温蓄熱放熱タンク５６に収容されている高温蓄熱用の溶融塩と熱交換を行う。蒸気熱交換器３３で熱交換されて過熱蒸気は飽和蒸気となり、蒸気熱交換器３３から飽和蒸気復水器３４に流入する。飽和蒸気復水器３４において飽和蒸気と後述の中温蓄熱放熱タンク５３に収容されている中温蓄熱用の溶融塩と熱交換を行う。飽和蒸気は、飽和蒸気復水器３４にて冷却されて飽和水に、すなわち、気体から液体へ相変化し飽和ドレンになって飽和水熱交換器３５に流入する。飽和水熱交換器３５において飽和水と後述の低温蓄熱放熱タンク５２に収容されている低温蓄熱用の熱媒体油と熱交換を行う。飽和水は、飽和水熱交換器３５にて飽和温度より低温の水に冷却され、飽和水熱交換器出口弁３６を通過して、復水・給水系の給水加熱器の上流（本実施例では脱気器１５）に回収される。このように本実施例では、太陽熱集熱装置で生成された過熱蒸気が飽和温度よりも低温の水に至る過程で水／水蒸気の状態に応じて複数の温度領域（本実施例では高温、中温、低温の３領域）にて複数の太陽熱蓄熱放熱熱媒体タンクに蓄熱されている。
【００３３】
放熱運転における熱媒体の流れの概要を説明する。高圧給水加熱器出口給水管４５を出た給水は、放熱運転時給水管４６を通過して放熱運転時飽和水熱交換器入口弁３７を流下して、飽和水熱交換器３５に流入する。飽和水熱交換器３５において給水と後述の低温蓄熱放熱タンク５２に収容されている蓄熱した熱媒体油と熱交換を行う。給水は、飽和水熱交換器３５にて、吸水ポンプ１６で昇圧された圧力の飽和水温度近傍まで加熱され、飽和水蒸発器３８に流入する。飽和水蒸発器３８において飽和水と後述の中温蓄熱放熱タンク５３に収容されている蓄熱した溶融塩と熱交換を行う。飽和水は、飽和水蒸発器３８において加熱されて飽和蒸気となり、蒸気熱交換器３３に流入する。蒸気熱交換器３３において飽和蒸気と後述の高温蓄熱放熱タンク５６に収容されている蓄熱した溶融塩と熱交換を行う。飽和蒸気は、蒸気熱交換器３３において過熱されて過熱蒸気となり、放熱運転時蒸気熱交換器出口弁４０、放熱運転時蒸気熱交換器出口連絡配管４２及び放熱運転時高圧蒸気タービン入口配管合流弁１０７を通過して高圧蒸気タービン入口配管７に合流して、高圧蒸気タービン１に供給される。
【００３４】
次に、太陽熱蓄熱放熱装置の詳細について、図２〜図４ａを用いて説明する。
【００３５】
蓄熱運転側の構成と放熱運転側の構成に分けて説明する。先ず、蓄熱運転側の構成について図２、図３ａ及び図３ｂを用いて説明する。
【００３６】
本実施例の太陽熱蓄熱放熱装置における蓄熱運転側の構成は、蒸気熱交換器３３、飽和蒸気復水器３４、飽和水熱交換器３５、高温蓄熱放熱タンク５６、中温蓄熱放熱タンク５３、低温蓄熱放熱タンク５２を備え、蒸気熱交換器３３、飽和蒸気復水器３４、飽和水熱交換器３５においてそれぞれ高温、中温、低温の三つの温度領域に加熱昇温された二次熱媒体は、高温蓄熱放熱タンク５６、中温蓄熱放熱タンク５３、低温蓄熱放熱タンク５２のそれぞれに収容され、太陽熱を複数の温度領域で蓄熱するように構成されている。
【００３７】
蒸気熱交換器３３は、太陽熱集熱装置及び蒸気タービン発電設備の一次熱媒体（水蒸気）と高温蓄熱放熱タンク５６に収容されている溶融塩との熱交換を行う。図３ｂに示すように、高温蓄熱放熱タンク５６の下部に低温の高温蓄熱用の溶融塩がある。低温の溶融塩は、高温蓄熱放熱タンク溶融塩取り出し管８８から高温蓄熱放熱タンク溶融塩移送ポンプ５９にて取り出され昇圧されて溶融塩配管６４を介して蒸気熱交換器３３に送られる。一方、蒸気熱交換器３３内の蒸気熱交換器加熱管４８には蓄熱運転時蒸気熱交換器入口弁３２を通過した過熱蒸気が流れる。低温の溶融塩は、蒸気熱交換器３３内の蒸気熱交換器加熱管４８を介して過熱蒸気により加熱され昇温し、溶融塩配管６５、高温蓄熱放熱タンク溶融塩戻管９１を通過して、高温蓄熱放熱タンク５６の上部に送られ貯められる。一方、蒸気熱交換器３３において過熱蒸気から飽和蒸気となった一次熱媒体は、蒸気熱交換器加熱管４８から蒸気熱交換器−飽和蒸気復水器連絡管７８を通過し、飽和蒸気復水器入口圧力調整弁７９を介して飽和蒸気復水器３４の蒸気噴霧母管８０に送られる。
【００３８】
飽和蒸気復水器３４は、蒸気熱交換器３３からの飽和蒸気と中温蓄熱放熱タンク５３に収容されている溶融塩との熱交換を行う。図３ｂに示すように、中温蓄熱放熱タンク５３の下部に低温の中温蓄熱用の溶融塩がある。低温の溶融塩は、中温蓄熱放熱タンク溶融塩取り出し管８７から中温蓄熱放熱タンク溶融塩移送ポンプ５８にて取り出され昇圧されて溶融塩配管６２を介して飽和蒸気復水器３４内の飽和蒸気復水器冷却管１３２に送られる。低温溶融塩は、飽和蒸気復水器３４において飽和蒸気復水器冷却管１３２を介して飽和蒸気の潜熱にて加熱され昇温し、飽和蒸気復水器冷却管１３２から溶融塩配管６３、中温蓄熱放熱タンク溶融塩戻管９０を通過して、中温蓄熱放熱タンク５３の上部に送られ貯められる。一方、飽和蒸気は、蒸気噴霧母管８０に取り付けられた飽和蒸気噴出ノズル８１から飽和蒸気復水器３４内に噴出される。飽和蒸気は飽和蒸気復水器３４において冷却されて飽和水（ドレン）となり、飽和蒸気復水器−飽和水熱交換器連絡管８２を通過し、飽和蒸気復水器水位調整弁８３を介して飽和水熱交換器３５内の飽和水熱交換器加熱管８４に送られる。なお、飽和蒸気復水器３４の構成の詳細については図７を用いて後述する。
【００３９】
飽和水熱交換器３５は、飽和蒸気復水器３４からの飽和水と低温蓄熱放熱タンク５２に収容されている熱媒体油との熱交換を行う。図３ｂに示すように、低温蓄熱放熱タンク５２の下部に低温の熱媒体油がある。低温の熱媒体油は、低温蓄熱放熱タンク油取り出し管８６から低温蓄熱放熱タンク油移送ポンプ５７にて取り出され昇圧されて油配管６０を介して飽和水熱交換器３５に送られる。一方、飽和水は飽和水熱交換器３５内の飽和水熱交換器加熱管８４内を流れる。低温熱媒体油は、飽和水熱交換器３５において飽和水熱交換器加熱管８４を介して飽和水の顕熱にて加熱され昇温し、油配管６１、低温蓄熱放熱タンク熱媒体油戻管８９を通過して、低温蓄熱放熱タンク５２の上部に送られ貯められる。一方、飽和水熱交換器３５において飽和温度よりも低温になった水（一次熱媒体）は、飽和水熱交換器出口管８５、飽和水熱交換器出口弁３６及び蓄熱運転時脱気器ドレン回収管４４を通過して脱気器１５に送られる。
【００４０】
本実施例では、図３ｂに示すように、各温度領域に対応して設けられた蓄熱放熱タンク（低温蓄熱放熱タンク５２、中温蓄熱放熱タンク５３、高温蓄熱放熱タンク５６）は、一つのタンク内に断熱部材を配置し、上部側に熱交換で蓄熱した高温の蓄熱媒体を収容し、下部側に熱交換で放熱した低温の蓄熱媒体を収容するようにして、設備を簡素化している。蓄熱運転開始時、冷温蓄熱媒体は各タンクの下部に位置し、各油移送ポンプで取り出され、蓄熱運転終了時は各タンクの上部に位置する。なお、設備コストが上昇するが、各蓄熱放熱タンクを二つのタンクに分けて、蓄熱した高温の蓄熱媒体を収容するタンクと、放熱した冷温の蓄熱媒来を収容するタンクとに分けて構成しても良い。この場合、一つの蓄熱放熱タンクに見られる断熱部材を伝達する熱の移動がないので熱エネルギロスを小さくすることができる。
【００４１】
次に、放熱運転側の構成について図２、図４ａ及び図４ｂを用いて説明する。本実施例では、蓄熱が三つの温度領域で行われていることから、放熱も三つの温度領域に対応して複数段階に分けて放熱による過熱蒸気の生成を行っている。本実施例の太陽熱蓄熱放熱装置における放熱運転側の構成は、飽和蒸気復水器３４に代えて飽和水蒸発器３８が用いられ、その他は、蓄熱運転側の構成が共用されている。蓄熱運転側と機器を共用することは必須ではないが設備コストの観点からは共用化するのが望ましい。
【００４２】
放熱運転側の構成としての飽和水熱交換器３５は、低温蓄熱放熱タンク５２の熱媒体油と蒸気タービン発電設備の復水・給水系からの給水との熱交換を行う。低温蓄熱放熱タンク５２の上部に位置する高温の熱媒体油は、放熱運転時高温熱媒体油取り出し管９２から取り出されて低温蓄熱放熱タンク油取り出し管８６に合流し、低温蓄熱放熱タンク油移送ポンプ５７にて昇圧されて油配管６０を介して飽和水熱交換器３５に送られる。一方、蒸気タービン発電設備の復水・給水系の給水ポンプ（太陽熱集熱装置給水ポンプ）１６からの給水は、放熱運転時給水管４６、放熱運転時飽和水熱交換器入口弁３７を通過して飽和水熱交換器３５内の放熱運転時予熱管１３０内を流れる。高温の熱媒体油は、飽和水熱交換器３５において放熱運転時予熱管１３０を介して給水を飽和水温度近傍まで加熱する。加熱された給水（飽和水）は飽和水熱交換器−飽和水蒸発器ドラム連絡管１０２を通過して飽和水蒸発器ドラム１０３に送られる。一方、高温の熱媒体油は、飽和水熱交換器３５において冷却されて低温となり、油配管６１、放熱運転時高温熱媒体油戻り管９５を通過して低温蓄熱放熱タンク５２の下部に送られ貯められる。
【００４３】
飽和水蒸発器３８は、中温蓄熱放熱タンク５３の溶融塩と飽和温度近傍まで加熱された給水（飽和水）との熱交換を行う。中温蓄熱放熱タンク５３の上部に位置する蓄熱した中温蓄熱用の溶融塩（中温溶融塩）は、放熱運転時中温溶融塩取り出し管９３から取り出されて中温蓄熱放熱タンク溶融塩取り出し管８７に合流し、中温蓄熱放熱タンク溶融塩移送ポンプ５８にて昇圧されて溶融塩配管６２を介して飽和水蒸発器３８に送られる。一方、飽和水蒸発器ドラム１０３に送られた飽和水は飽和水蒸発器３８内の飽和水蒸発器管１０４内を自然循環力により流れる。中温溶融塩は、飽和水蒸発器３８において飽和水蒸発器管１０４を介して飽和水を加熱する。加熱された飽和水は蒸気となり飽和水蒸気器ドラム１０３から飽和蒸気として取り出され、飽和蒸気管１０５を通過して蒸気熱交換器３３内の放熱運転時過熱管１３１に送られる。一方、中温溶融塩は、飽和水蒸発器３８において冷却されて低温となり、溶融塩配管６３、放熱運転時中温溶融塩戻り管９６を通過して中温蓄熱放熱タンク５３の下部に送られ貯められる。
【００４４】
蒸気熱交換器３３は、高温蓄熱放熱タンク５６の溶融塩と飽和蒸気との熱交換を行う。高温蓄熱放熱タンク５６の上部に位置する蓄熱した高温蓄熱用の溶融塩（高温溶融塩）は、放熱運転時高温溶融塩取り出し管９４から取り出されて高温蓄熱放熱タンク溶融塩取り出し管８８に合流し、高温蓄熱放熱タンク溶融塩移送ポンプ５９にて昇圧されて溶融塩配管６４を介して蒸気熱交換器３３に送られる。一方、飽和水蒸気器ドラム１０３から取り出された飽和蒸気は、蒸気熱交換器３３内の放熱運転時過熱管１３１内を流れる。高温溶融塩は、蒸気熱交換器３３において放熱運転時過熱管１３１を介して飽和蒸気を過熱する。過熱蒸気は、放熱運転時過熱管１３１から放熱運転時蒸気熱交換器出口弁４０を通過し、最終的に高圧蒸気タービン１に送られる。一方、高温溶融塩は、蒸気熱交換器３３において冷却されて低温となり、溶融塩配管６５、放熱運転時高温溶融塩戻り管９７を通過して高温蓄熱放熱タンク５６の下部に送られ貯められる。
【００４５】
図４ｂに放熱運転時における各蓄熱放熱タンク内の蓄熱媒体の運転時期毎の位置を示す。放熱運転開始時、高温の蓄熱媒体は各蓄熱放熱タンクの上部に位置し、各油移送ポンプで取り出され、放熱運転終了時は各蓄熱放熱タンクの下部に位置する。
【００４６】
本実施例では、高温及び中温蓄熱放熱タンクの蓄熱媒体として、一般的に実証され使用されている溶融塩が用いられているが、低温蓄熱放熱タンクの蓄熱媒体と同じように、高温熱媒体油を用いても良い。
【００４７】
また、本実施例のように蓄熱媒体として溶融塩を用いる場合、溶融塩はある融点（溶融塩の構成成分によるが一般的に約２３０℃）以下になると固体になる性質を持っているので、溶融塩の固化防止対策を施すのが好ましい。すなわち、溶融塩に太陽熱エネルギを与えられない夜間やプラント停止時、その温度が溶融塩の融点温度を下回ると、溶融塩が液体から固体に固化し太陽熱蓄熱放熱装置のタンクや配管内での流動が阻害されるおそれがある。従って、溶融塩が溶融温度以下に冷却されて固化するのを防止するために、溶融塩を加温して常に溶融塩の溶融融点以上の温度を保つ加温システムを設けておくことが望ましい。加温システムを実現するために溶融塩の加温に使う水蒸気を発生させる補助ボイラまたは電気加熱器を設けても良いが、設備費と運転コストが増加し、また、補助ボイラを設置すると、そのボイラ燃料費用の増加と、化石燃料を燃やすことによる、二酸化炭素の排気や、有害酸化物の新たな排気をもたらす。そこで、本実施例では、溶融塩が融点（例えば２３０℃）を下回らないように、加温の熱媒体として高温熱媒体油を使用し、太陽熱にて高温熱媒体油を加熱して蓄熱しておき、その熱を使って高温及び中温蓄熱放熱タンク内の各溶融塩をそれぞれ加温するようにしている。図２を用いて本実施例における蓄熱加温システムを詳細に説明する。
【００４８】
太陽熱集熱装置で発生した過熱蒸気の一部が蓄熱運転時蒸気熱交換器入口連絡配管４３から分岐した熱媒体油タンク加熱管７７、熱媒体油タンク入口弁７３を通過して高温熱媒体油タンク６６側に供給される。熱媒体油タンク入口弁７３を通過した過熱蒸気は、高温熱媒体油タンク６６内に設けられた熱媒体油タンク加熱器７４内を流れ、熱媒体油タンク加熱器７４を介して高温熱媒体油タンク６６内に貯められた熱媒体油を加熱して、その温度を上げる。熱媒体油タンク加熱器７４で冷却されて低温となった蒸気は、熱媒体油タンク加熱蒸気出口弁７５を通過して脱気器１５に回収される。
【００４９】
高温熱媒体油タンク６６に蓄熱された高温熱媒体油は、熱媒体油移送ポンプ入口弁６７を通過して、油移送ポンプ６８にて昇圧され、油移送ポンプ出口弁６９を抜けて、中温蓄熱放熱タンク側熱媒体油分配弁７０を出て中温蓄熱放熱タンク５３内に設置された加熱器５４に送られ、低温の溶融塩を加熱し中温蓄熱用の溶融塩が固化するのを防ぐ。加熱器５４で低温の溶融塩と熱交換して冷却された冷温の熱媒体油は中温蓄熱放熱タンク油戻弁７６を通過して、高温熱媒体油タンク６６に回収される。
【００５０】
また、油移送ポンプ出口弁６９を通過した高温熱媒体油の一部は、高温蓄熱放熱タンク側熱媒体油分配弁７１を出て高温蓄熱放熱タンク５６内に設置された加熱器５５に送られ低温の溶融塩を加熱し高温蓄熱用の溶融塩が固化するのを防ぐ。加熱器５５で低温の溶融塩と熱交換して冷却された冷温の熱媒体油は高温蓄熱放熱タンク油戻弁７２を通過して、高温熱媒体油タンク６６に回収される。
【００５１】
なお、高温熱媒体油タンク６６についても、本実施例では、図３ｂや図４ｂに示すように、一つのタンク内に断熱部材を配置し、上部側に熱交換で蓄熱した高温の蓄熱媒体を収容し、下部側に熱交換で放熱した低温の蓄熱媒体を収容するようにしている。高温熱媒体油タンク６６を二つのタンクに分けて構成しても良いことは、上述した蓄熱放熱タンクと同様である。
【００５２】
本実施例によれば、太陽熱回収の一次熱媒体と蒸気タービン駆動の三次熱媒体とを共通の熱媒体としているので、熱媒体サイクルが簡素化され、設備の簡素化と設備コストの低減が可能となる。さらに一次熱媒体として用いている水／水蒸気の状態に応じて太陽熱を蓄熱しているので、太陽熱を効率的に蓄熱することが可能となる。
【００５３】
さらに、本実施例では、太陽熱回収の一次熱媒体として、高温仕様の特殊な熱媒体油を使用しないで、油に比較して粘性の低い一般的なボイラ給水と同じ水／水蒸気を用いているので、太陽熱集熱装置への一次熱媒体の供給を行う給水ポンプの必要動力を節減することができる。その結果、太陽熱発電プラントの所内動力を低減することが可能となる。また、太陽熱集熱装置は膨大な設備全体となるが、その設備全体に熱媒体油を分布配置させると、熱媒体配管のリークによる火災のリスクが高まる。本実施例のように一次熱媒体として水／水蒸気を用いればその心配が無い。
【実施例２】
【００５４】
図５及び図６を用いて、本発明の実施例２を説明する。本実施例は、主に、太陽熱エネルギのみで昼間のみならず夜間でも発電できる、太陽熱蓄熱放熱装置を備えた小型太陽熱発電プラントである。なお、ここで言う小型とは太陽熱発電プラントの公称出力が約１MWe級〜５０MWe級程度を意味している。この出力を若干下回る場合や若干上回る場合の太陽熱発電プラントにも本実施例を適用できる。
【００５５】
図５に本実施例の小型太陽熱発電プラント全体構成を示す。本実施例の小型太陽熱発電プラント全体構成は、基本的には実施例１の中型太陽熱熱発電プラント全体構成と同等である。図１の実施例１の中型太陽熱発電プラントと同じ構成については同じ符号を付しており、それらの詳細な説明は省略する。
【００５６】
本実施例では、実施例１と異なり、蒸気タービン発電設備の蒸気タービンが小型蒸気タービン１２０だけで構成されている。このような小型蒸気タービン発電設備では、実施例１における高圧給水加熱器１７が設けられておらず、比較的高温の給水を太陽熱集熱装置側に送ることができないので、太陽熱集熱装置側に太陽熱予熱器１４０を設けている。また、小型太陽熱発電プラントであるので、太陽熱集熱装置として、比較的大型設備となるタワー型太陽熱回収装置を用いず、トラフ型またはフレネル型太陽熱回収装置を用いている。また、太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体についは、固化防止のための加温システムがいらない熱媒体油を、各温度領域の蓄熱を行う熱媒体に用いている。
【００５７】
本実施例の小型太陽熱発電プラントも、主に、太陽熱集熱装置、蒸気タービン発電設備、太陽熱蓄熱放熱装置から構成され、太陽熱集熱装置と蒸気タービン発電設備を流れる熱媒体として、それらを共通化（一次熱媒体＝三次熱媒体）して、水／水蒸気を用いている。
【００５８】
蒸気タービン発電設備は、主な構成として、小型蒸気タービン１２０、小型蒸気タービン発電機１２１を備え、また、小型復水器１２３，小型復水ポンプ１２４，小型低圧給水加熱器１２５，小型脱気器１２６，給水ポンプ（小型太陽熱集熱装置給水ポンプ）１２８などから構成される復水・給水系を備えている。小型復水器１２３は、小型蒸気タービン排気管１２２を流れてきた排気蒸気を、空冷式で凝縮させている。また、小型低圧給水加熱器１２５と小型脱気器１２６には小型蒸気タービン１２０からそれぞれ低圧給水加熱器抽気管３０と脱気器抽気管２９を介して抽気蒸気が供給されている。これらの抽気加熱は一例であり、これに限定されるものではない。また、蓄熱運転時に太陽熱蓄熱放熱装置から排出される飽和温度よりも低温となった水は、本実施例では小型脱気器１２６に戻される。
【００５９】
太陽熱集熱装置は、主な構成として、地上に設置されたトラフ型またはフレネル型太陽熱回収装置である太陽熱予熱器１４０、太陽熱１次蒸発器１４２、太陽熱過熱器１４８を備え、太陽熱１次蒸発器１４２に太陽熱飽和蒸気ドラム１４６を取り付けている。太陽熱予熱器１４０、太陽熱１次蒸発器１４２、太陽熱過熱器１４８には、それぞれ、太陽熱予熱器集熱管１４１、太陽熱１次蒸発器集熱管１４３、太陽熱過熱器集熱管１４９が設けられている。上述したように、小型蒸気タービンの場合、小型脱気器１２６での給水加温しかできないので、小型太陽熱集熱装置給水ポンプ１２８から送られてきた給水を太陽熱で加温するために、太陽熱予熱器１４０を設けている。太陽熱予熱器１４０を出た給水は、太陽熱予熱器集熱管１４１を通過して太陽熱１次蒸発器１４１に流入して多くは飽和蒸気となり、飽和蒸気を含む一次熱媒体は太陽熱１次蒸発器集熱管１４３を通過して太陽熱飽和蒸気ドラム１４６に投入される。ここで飽和蒸気と飽和水に汽水分離され、飽和水は太陽熱蒸発器循環ポンプ２０で再循環され、多くの飽和蒸気は太陽熱過熱器１４８に導入されて過熱され、過熱蒸気となる。発生した過熱蒸気は、太陽熱過熱蒸気集熱管１４９を通過して太陽熱過熱器出口管１５０内を流れ主蒸気切り替え弁６の入口管まで送られる。
【００６０】
太陽熱蓄熱放熱装置は、基本的に実施例１と同じ構成であり、主に異なる点は、高温蓄熱放熱タンク３０１、中温蓄熱放熱タンク３０２、低温蓄熱放熱タンク３０３に収容される熱媒体として油が用いられ、また、熱媒体固化防止のための加温システムが設けられていないということである。
【００６１】
昼間発電を行う場合、主蒸気切り替え弁６を開き、小型蒸気タービン１２０へ過熱蒸気を供給する。蓄熱を行う場合には、蒸気熱交換器側分岐弁４１を開き太陽熱蓄熱放熱装置側へ過熱蒸気を供給する。その他、蓄熱・放熱の各運転については、基本的に実施例１と同様であり詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施例でも基本的に実施例１と同様な効果が得られる。
【００６３】
次に、図７を用いて実施例１と２に共通して設置される飽和蒸気復水器の構成例を説明する。
【００６４】
蒸気熱交換器３３を出た飽和蒸気は、飽和蒸気復水器入口圧力調整弁７９で圧力を減圧され蒸気噴霧母管８０内を流れて飽和蒸気復水器３４の底部に設置された多数の飽和蒸気噴出ノズル８１から飽和蒸気復水器３４の底部に細かい気泡状態で噴霧される。噴出ノズル８１の多数の細かい噴霧ノズル穴４０１を通過した飽和蒸気を、中温蓄熱放熱タンク５３から送られた低温の中温蓄熱用の熱媒体を飽和蒸気復水器冷却管１３２の中に流して冷却して飽和水に変える。飽和蒸気復水器３４の中で増加してくる飽和水は飽和蒸気復水器水位調整弁８３を通過して飽和水熱交換器３５に排出される。中温蓄熱放熱タンク溶融塩取り出し管８７にて取り出された低温の溶融塩は、溶融塩移送ポンプ入口弁４０５を通過して中温蓄熱放熱タンク溶融塩移送ポンプ５８により昇圧され溶融塩移送ポンプ出口逆止弁４０６と溶融塩移送ポンプ出口弁４０７を通過して飽和蒸気復水器冷却管１３２に入り、飽和蒸気を冷却する。加熱され中温となった溶融塩は中温蓄熱放熱タンク溶融塩戻管９０を通過して中温蓄熱放熱タンク５３の上部に戻される。飽和蒸気復水器３４を運転している間、飽和蒸気復水器水位計４０３の検出信号により、飽和蒸気復水器３４の水位は飽和蒸気復水器水位調整弁８３にて一定制御される。蒸気噴霧母管圧力計４０２の検出信号により飽和蒸気復水器入口圧力調整弁７９は飽和蒸気噴霧圧力を一定制御する。
【００６５】
次に、図８を用いて本発明の太陽熱発電プラントに適用される太陽熱マネイジメントの一例を説明する。
【００６６】
図８は実施例１の太陽熱発電プラントに適用される太陽熱マネイジメントの概念を示す。この太陽熱マネイジメントにより、昼間に発電を行うと共に、蓄熱運転を実施し、その熱エネルギで夕方や早朝や夜間等の必要な太陽熱強度が得られない時間帯に、太陽熱で発電することができる。
【００６７】
本発明の主要な観点を纏めると次の通りである。
（１）熱媒体（一次熱媒体：水／水蒸気）を共通化して太陽熱集熱サイクル（太陽熱集熱熱媒体サイクル）と蒸気タービンサイクル（蒸気タービン水蒸気サイクル）とを連結して一つのサイクル（合体サイクル）とし、太陽熱集熱サイクルに対応する側（太陽熱集熱装置）から蒸気タービンサイクルに対応する側（蒸気タービン発電設備）への途中、及び／又は、蒸気タービンサイクルに対応する側から太陽熱集熱サイクルに対応する側への途中で、一次熱媒体を分岐させて、太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体（二次熱媒体）と熱交換を行う。
（２）（１）において、太陽熱蓄熱放熱装置の熱媒体との熱交換で冷却されて水となった、合体サイクルの一次熱媒体を、蒸気タービンサイクルに対応する側の復水・給水系の高圧給水加熱器の上流、例えば、脱気器へ流入させる（高圧給水加熱器がない場合には脱気器に流入させる。）。
（３）（１）または（２）において、水／水蒸気（一次熱媒体）に太陽熱を回収する太陽熱集熱装置の構成として、少なくとも、給水から飽和蒸気の生成と、飽和蒸気から過熱蒸気の生成の二段階で太陽熱を回収する。
（４）太陽熱集熱装置の熱媒体として水／水蒸気を用いて太陽熱により過熱蒸気を生成し、太陽熱集熱装置の熱媒体が過熱蒸気から飽和温度よりも低温の水に至る過程で水／水蒸気の状態に応じて複数の異なる温度領域にて太陽熱蓄装置の熱媒体である溶融塩または油と熱交換して太陽熱を蓄熱する。
（５）（４）において、蒸気熱交換器、飽和蒸気復水器、飽和水熱交換器を備え、蒸気熱交換器において過熱蒸気から飽和蒸気への過程で蒸気の顕熱の熱エネルギを回収し、飽和蒸気復水器において飽和蒸気から飽和水への過程で凝縮潜熱の熱エネルギを回収し、飽和水熱交換器において飽和水から飽和温度よりも低温の水への過程で水の顕熱の熱エネルギを回収する。
（６）（５）において、さらに飽和水蒸発器を備え、飽和水熱交換器において蒸気タービンサイクルからの給水を飽和水温度近傍まで加熱昇温し、飽和水蒸発器において飽和水（液相）から飽和蒸気（気相）に相変化させ、蒸気熱交換器において飽和蒸気を過熱蒸気に過熱昇温させ、過熱蒸気を蒸気タービンに供給する。飽和水熱交換器、飽和水蒸発器、蒸気熱交換器には、それぞれの加熱媒体として、太陽熱蓄熱の際に、蒸気熱交換器、飽和蒸気復水器、飽和水熱交換器で複数の温度領域に蓄熱した熱媒体が供給される。
（７）太陽熱蓄熱放熱装置の二次熱媒体（太陽熱蓄熱放熱熱媒体）として溶融塩を採用した場合、太陽熱を利用した溶融塩固化防止装置を備える。
【００６８】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１：高圧蒸気タービン、２：中圧蒸気タービン、３：低圧蒸気タービン、４：蒸気タービン発電機、５：タワー型過熱器集熱器出口配管（太陽熱集熱装置出口主蒸気管）、６:主蒸気切り替え弁、７:高圧蒸気タービン入口配管、８:タワー型過熱器集熱器入口配管、９：低圧蒸気タービン排気管、１０: 低圧蒸気タービン復水器、１１：復水器冷却水配管、１２：復水器出口復水配管、１３：復水ポンプ、１４：低圧給水加熱器、１５：脱気器、１６：太陽熱集熱装置給水ポンプ、１７：高圧給水加熱器、１８:汽水分離器貯水タンク、１９：汽水分離器、２０：太陽熱蒸発器循環ポンプ、２１：タワー型過熱集熱器、２３：ヘリオスタット(平面鏡)、２４：タワー型再熱集熱器入口配管、２５：タワー型再熱集熱器、２６：高温再熱配管、２７：低温再熱抽気管、２８：高圧給水加熱器抽気管、２９：脱気器抽気管、３０：低圧給水加熱器抽気管、３２：蓄熱運転時蒸気熱交換器入口弁、３３：蒸気熱交換器、３４：飽和蒸気復水器、３５：飽和水熱交換器、３６：飽和水熱交換器出口弁、３７：放熱運転時飽和水熱交換器入口弁、３８：飽和水蒸発器、４０：放熱運転時蒸気熱交換器出口弁、４１：蓄熱運転時蒸気熱交換器入口弁、４２：放熱運転時蒸気熱交換器出口連絡配管、４３：蓄熱運転時蒸気熱交換器入口連絡配管、４４：蓄熱運転時脱気器ドレン回収管、４５：高圧給水加熱器出口給水管、４６：放熱運転時給水管、４７：汽水分離器貯水タンク入口管、４８：蒸気熱交換器加熱管、５１：汽水分離器貯水タンク入口弁、５２：低温蓄熱放熱タンク、５３：中温蓄熱放熱タンク、５４：加熱器、５５：加熱器、５６：高温蓄熱放熱タンク、５７：低温蓄熱放熱タンク油移送ポンプ、５８：中温蓄熱放熱タンク溶融塩移送ポンプ、５９：高温蓄熱放熱タンク溶融塩移送ポンプ、６０：油配管、６１：油配管、６２：溶融塩配管、６３：溶融塩配管、６４：溶融塩配管、６５：溶融塩配管、６６：熱媒体油タンク、６７：熱媒体油移送ポンプ入口弁、６８：油移送ポンプ、６９：油移送ポンプ出口弁、７０：中温蓄熱放熱タンク側熱媒体油分配弁、７１：高温蓄熱放熱タンク側熱媒体油分配弁、７２：高温蓄熱放熱タンク油戻弁、７３：熱媒体油タンク入口弁、７４：熱媒体油タンク加熱器、７５：熱媒体油タンク加熱蒸気出口弁、７６：中温蓄熱放熱タンク油戻弁、７７：熱媒体油タンク加熱管、７８：蒸気熱交換器−飽和蒸気復水器連絡管、７９：飽和蒸気復水器入口圧力調整弁、８０：蒸気噴霧母管、８１：蒸気噴霧ノズル、８２：飽和蒸気復水器−飽和水熱交換器連絡管、８３：飽和蒸気復水器水位調整弁、８４：飽和水熱交換器加熱管、８５：飽和水熱交換器出口管、８６：低温蓄熱放熱タンク油取り出し管、８７：中温蓄熱放熱タンク溶融塩取り出し管、８８：高温蓄熱放熱タンク溶融塩取り出し管、８９：低温蓄熱放熱タンク熱媒体油戻管、９０：中温蓄熱放熱タンク溶融塩戻管、９１：高温蓄熱放熱タンク溶融塩戻管、９２:放熱運転時高温熱媒体油取り出し管、９３：放熱運転時中温溶融塩取り出し管、９４：放熱運転時高温溶融塩取り出し管、９５：放熱運転時高温熱媒体油戻り管、９６：放熱運転時中温溶融塩戻り管、９７：放熱運転時高温溶融塩戻り管、１０２：飽和水熱交換器−飽和水蒸発器ドラム連絡管、１０３：飽和水蒸発器ドラム、１０４：飽和水蒸発器管、１０５：飽和蒸気管、１０７:放熱運転時高圧蒸気タービン入口配管合流弁、１２０:小型蒸気タービン、１２１:小型蒸気タービン発電機、１２２：小型蒸気タービン排気管、１２３:小型復水器、１２４：小型復水ポンプ、１２５:小型低圧給水加熱器、１２６:小型脱気器、１２８:小型太陽熱集熱装置給水ポンプ、１３０:放熱運転時予熱管、１３１：放熱運転時過熱管、１３２: 飽和蒸気復水器冷却管、１４０:太陽熱予熱器、１４１：太陽熱予熱器集熱管、１４２：太陽熱１次蒸発器、１４３:太陽熱１次蒸発器集熱管、１４４：太陽熱２次蒸発器、１４５：太陽熱２次蒸発器集熱管、１４６：太陽熱飽和蒸気ドラム、１４７:太陽熱飽和蒸気管、１４８:太陽熱過熱器、１４９:太陽熱過熱器集熱管、１５０:太陽熱過熱器出口管（太陽熱集熱装置出口主蒸気管）、３０１：高温蓄熱放熱タンク、３０２：中温蓄熱放熱タンク、３０３：低温蓄熱放熱タンク、４０１:噴霧ノズル穴、４０２:蒸気噴霧母管圧力計、４０３：飽和蒸気復水器水位計、４０５：溶融塩移送ポンプ入口弁、４０６：溶融塩移送ポンプ出口逆止弁、４０７：溶融塩移送ポンプ出口弁。
【図１】
2014092086.tif 000003
【図２】
2014092086.tif 000004
【図３ａ】
2014092086.tif 000005
【図３ｂ】
2014092086.tif 000006
【図４ａ】
2014092086.tif 000007
【図４ｂ】
2014092086.tif 000008
【図５】
2014092086.tif 000009
【図６】
2014092086.tif 000010
【図７】
2014092086.tif 000011
【図８】
2014092086.tif 000012