(57)【要約】【課題】廃棄物処理廃熱と太陽熱とを複合利用して発電する際に、太陽熱の受熱量の変動に対応して発電量を安定化することができる廃棄物処理廃熱と太陽熱の複合利用発電装置を提供する。【解決手段】発電装置１は、廃棄物を処理する廃棄物処理炉３と、廃棄物処理炉３の排ガスから熱回収する廃熱ボイラ４と、太陽光を受光して太陽熱を集熱する集熱装置７と、太陽熱により蒸気を発生する太陽熱利用蒸気発生装置８と、廃熱ボイラ４で発生した蒸気と太陽熱利用蒸気発生装置８で発生した蒸気とにより発電する蒸気タービン５と、太陽位置情報に基づいて太陽熱熱量を予測する太陽熱熱量予測部９と、予測された太陽熱熱量に基づいて廃熱ボイラ４の目標蒸発量を補正し、該目標蒸発量に基づいて廃熱ボイラ４の蒸発量を制御する廃熱蒸発量制御部１０とを備えている。【選択図】図１
2011214423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を焼却またはガス化溶融する廃棄物処理炉と、
当該廃棄物処理炉の排ガスから熱回収する廃熱ボイラと、
当該廃熱ボイラの蒸発量を測定する廃熱蒸発量測定手段と、
太陽光を受光して太陽熱を集熱する集熱装置と、
太陽熱により蒸気を発生する太陽熱利用蒸気発生装置と、
当該太陽熱利用蒸気発生装置の蒸発量を測定する太陽熱蒸発量測定手段と、
廃熱ボイラで発生した蒸気と太陽熱利用蒸気発生装置で発生した蒸気とにより発電する蒸気タービンと、
当該蒸気タービンの目標蒸気量と太陽熱利用蒸気発生装置の蒸発量との差に基づき廃熱ボイラの目標蒸発量を設定する廃熱ボイラ目標蒸発量設定手段と、
廃熱蒸発量測定手段により測定された廃熱ボイラの蒸発量の測定値に基づき廃熱ボイラの目標蒸発量を目標値として廃熱ボイラの蒸発量を制御する廃熱蒸発量制御手段と、
を備えることを特徴とする廃棄物処理廃熱および太陽熱の複合利用発電装置。
【請求項２】
前記廃熱ボイラ目標蒸発量設定手段は、前記集熱装置の受光部分に日陰が生じる日陰時刻情報に基づいた時刻から前記太陽熱利用蒸気発生装置の蒸発量が所定値以下に下がるまでの間、前記廃熱ボイラの目標蒸発量を所定値に固定することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理廃熱および太陽熱の複合利用発電装置。
【請求項３】
前記廃熱ボイラ目標蒸発量設定手段は、太陽に雲がかかる予想時刻情報に基づいた時刻から前記太陽熱利用蒸気発生装置の蒸発量が所定値以下に下がるまでの間、前記廃熱ボイラの目標蒸発量を所定値に固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物処理廃熱および太陽熱の複合利用発電装置。
【請求項４】
前記予想時刻情報は、局地気象予報情報であることを特徴とする請求項３に記載の廃棄物処理廃熱および太陽熱の複合利用発電装置。
【請求項５】
前記太陽熱利用蒸気発生装置の近辺に設置され空を撮影するカメラと、
前記カメラにより撮影された空の画像を演算処理する画像処理部とをさらに備え、
前記予想時刻情報は、前記画像処理部が、前記カメラが撮影した空の動画像または複数の静止画像から雲の動きを演算し、その演算結果と太陽の位置情報に基づいて予測した情報であることを特徴とする請求項３に記載の廃棄物処理廃熱および太陽熱の複合利用発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を焼却またはガス化して得られる廃熱（「廃棄物処理廃熱」という）と太陽熱とを複合利用して発電する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物処理廃熱を利用して発電を行う廃棄物発電設備の一例として、廃棄物焼却炉にボイラを備え、該廃棄物焼却炉から排出される排ガスの廃熱を回収し該ボイラにて水を加熱して蒸発させて飽和蒸気を生成し、燃焼式過熱器にて該飽和蒸気をさらに加熱して過熱蒸気を生成し、該過熱蒸気を蒸気タービンに供給して発電することが行われている。（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、発電装置の他の形態として、太陽熱を利用した発電装置が用いられることもある。このような太陽熱利用発電装置として、特許文献２に開示されたものが知られている。特許文献２には、太陽熱で液体熱媒体を加熱し、該熱媒体を介して水を加熱蒸発することにより飽和蒸気を生成した後、ガスタービンの駆動に使用された燃焼ガスによって該飽和蒸気をさらに加熱して過熱蒸気を生成し、該過熱蒸気を蒸気タービンに供給して発電を行う発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−０３５３１１
【特許文献２】特開２００８−０３９３６７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１および特許文献２では、廃棄物処理廃熱と太陽熱とを複合利用して発電する技術について検討されていない。また、太陽熱は自然エネルギーであるため、天候により受熱量が変化しやすく、該受熱量の変化に応じて太陽熱利用による蒸気発生量が変動する。そのため、廃棄物処理廃熱と太陽熱とを複合利用して発電する場合に、合計蒸発量を安定して得るためには対策が必要である。
【０００６】
本発明は上記の問題に鑑み、廃棄物処理廃熱と太陽熱とを複合利用して発電する際に、太陽熱の受熱量の変動に対応して発電量を安定化することができる廃棄物処理廃熱と太陽熱の複合利用発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
廃棄物処理廃熱により蒸気を発生させて発電する場合、廃棄物の供給量などを操作することにより廃熱ボイラの蒸発量を変化させ、発電量が目標値になるように制御する。一方、太陽熱により蒸気を発生させて発電する場合、太陽の位置や天候などの自然状況により受熱量が変わり、それに伴って蒸発量や発電量も変動する。
【０００８】
廃棄物焼却廃熱と太陽熱とを併用して発電する場合、設備費用や操業性などの理由により、蒸気タービンおよび発電機は共用することが合理的である。蒸気タービンや発電機の能力は上限があるので、廃棄物焼却廃熱から得られる蒸気と太陽熱から得られる蒸気を無駄なく利用するためには、廃棄物焼却廃熱の蒸発量を太陽熱による蒸発量に連動させることが必要である。
【０００９】
本発明に係る廃棄物処理廃熱および太陽熱の複合利用発電装置は、廃棄物を焼却またはガス化溶融する廃棄物処理炉と、当該廃棄物処理炉の排ガスから熱回収する廃熱ボイラと、当該廃熱ボイラの蒸発量を測定する廃熱蒸発量測定手段と、太陽光を受光して太陽熱を集熱する集熱装置と、太陽熱により蒸気を発生する太陽熱利用蒸気発生装置と、当該太陽熱利用蒸気発生装置の蒸発量を測定する太陽熱蒸発量測定手段と、廃熱ボイラで発生した蒸気と太陽熱利用蒸気発生装置で発生した蒸気とにより発電する蒸気タービンと、当該蒸気タービンの目標蒸気量と太陽熱利用蒸気発生装置の蒸発量との差に基づき廃熱ボイラの目標蒸発量を設定する廃熱ボイラ目標蒸発量設定手段と、廃熱蒸発量測定手段により測定された廃熱ボイラの蒸発量の測定値に基づき廃熱ボイラの目標蒸発量を目標値として廃熱ボイラの蒸発量を制御する廃熱蒸発量制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明では、太陽熱による蒸発量のＰＶ値（現在値）の変化に廃棄物処理炉の目標蒸発量の設定値を連動させ、太陽熱による蒸発量と廃熱ボイラの蒸発量の合計（合計蒸発量という）を一定に保つように発電装置を運転することが可能である。以下、かかる運転のモードを「通常モード」という。該通常モードによる運転の結果、発生した蒸気をほぼ無駄なく利用しながら発電量を一定にできる。
【００１１】
廃棄物処理炉に廃熱ボイラを設けて蒸気を発生させる場合、廃棄物の燃焼状況を急に変えて蒸発量を急に増やすことが困難なことが多く、太陽熱による蒸発量が急減すると、それに追随できない場合がある。蒸気タービンに入る蒸気量（太陽熱利用発生蒸気量と廃熱ボイラとによる発生蒸気量）が急減すると、発電量が下がるだけでなく、蒸気タービンがトリップしてしまうおそれもある。なお、蒸気量の急増に対しては、蒸気タービンをバイパスさせることで対処可能である。
【００１２】
太陽熱による蒸発量が急減するケースのひとつに、山や建築物などの影が集熱装置の受光部分に伸びる場合がある。本発明では、廃熱ボイラ目標蒸発量設定手段は、集熱装置の受光部分に日陰が生じる日陰時刻情報に基づいた時刻から太陽熱利用蒸気発生装置の蒸発量が所定値以下に下がるまでの間、廃熱ボイラの目標蒸発量を所定値に固定することが好ましい。
【００１３】
本発明では、例えば、○年○月○日○時○分○秒に日陰に入るといった日陰情報に基づき、その時刻よりも前に廃熱ボイラの目標蒸発量を変更して発電装置を運転する。以下、かかる運転のモードを「日陰モード」という。該日陰モードにおける変更後の廃熱ボイラの目標蒸発量は、例えば、廃熱ボイラのみの蒸発量で目標合計蒸発量を得られる値に固定するなど、適切に決定する。また、 変更を行う時刻は、例えば、影に入る１０分前とか、２０分前など、廃熱ボイラによる蒸発量を上げるのに必要な時間を考慮して決められる。そして、集熱装置の受光部分が日陰に入って太陽熱による蒸発量が実際に下がってほぼ安定した所定の蒸発量になったら、上記通常モードに切り替えることが可能である。
【００１４】
このように、日陰モードによる発電装置の運転によれば、集熱装置の受光部分に日陰が生じて太陽熱による蒸発量が急減しても、上述したように、該日陰が生じる時刻より前に廃熱ボイラによる目標蒸発量が適切な値に変更されている。したがって、蒸気タービンに入る蒸気量ひいては全体の発電量の急減を回避するとともに、蒸気タービンのトリップを良好に防止することができる。
【００１５】
また、太陽熱による蒸発量が急減する他のケースとして、太陽が雲に隠れて日照量が急減する場合がある。本発明では、廃熱ボイラ目標蒸発量設定手段が、太陽に雲がかかる予想時刻情報に基づいた時刻から太陽熱利用蒸気発生装置の蒸発量が所定値以下に下がるまでの間、廃熱ボイラの目標蒸発量を所定値に固定することも可能である。
【００１６】
本発明では、気象情報提供事業者などが局地気象予報として提供している雲の予想図や、日照量の予想値などの日射量予測情報を用いて、太陽が雲に隠れて太陽熱利用蒸気発生装置における日照量が急減する時刻を予測し、その時刻よりも前に廃熱ボイラの目標蒸発量を変更して発電装置を運転する。以下、かかる運転のモードを「曇りモード」という。該曇りモードにおける変更後の廃熱ボイラの目標蒸発量は、例えば、廃熱ボイラのみの蒸発量で目標合計蒸発量を得られる値に固定するなど、適切に決定する。また、 変更を行う時刻は、例えば、太陽が雲に隠れる１０分前とか、２０分前など、廃棄物処理炉による蒸発量を上げるのに必要な時間を考慮して決められる。そして、太陽が雲に隠れて太陽熱による蒸発量が実際に下がってほぼ安定した所定の蒸発量になったら、上記通常モードに切り替えることが可能である。
【００１７】
上記曇りモードにおいて、予想時刻情報として、局地気象予報情報を用いることができる。また、該曇りモードにおいて、気象情報提供事業者などが提供する局地気象予報情報を用いることなく、発電装置にて予想時刻情報を取得することも可能である。本発明では、太陽熱利用蒸気発生装置の近辺に設置され空を撮影するカメラと、カメラにより撮影された空の画像を演算処理する画像処理部とをさらに備え、予想時刻情報は、画像処理部が、カメラが撮影した空の動画像または複数の静止画像から雲の動きを演算し、その演算結果と太陽の位置情報に基づいて予測した情報であることとしてもよい。
【００１８】
すなわち、上記雲の動きの演算結果と太陽の位置情報に基づいて太陽熱利用蒸気発生装置における日照量が急減する時刻を予測し、その時刻よりも前に廃棄物処理炉の目標蒸発量を変更して発電装置を運転することができる。変更後の廃熱ボイラの目標蒸発量は、例えば、廃熱ボイラのみの蒸発量で目標合計蒸発量を得られる値に固定するなど、適切に決定する。また、変更を行う時刻は、例えば、太陽が雲に隠れる１０分前とか、２０分前など、廃熱ボイラによる蒸発量を上げるのに必要な時間を考慮して決められる。そして、太陽が雲に隠れて太陽熱による蒸発量が実際に下がってほぼ安定した所定の蒸発量になったら、上記通常モードに切り替えることが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明では、廃棄物焼却廃熱と太陽熱とを複合利用して発電する際に、太陽熱の受熱量の変動に対応して発電量を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第一実施形態に係る発電装置を示すブロック図である。
【図２】太陽熱熱量予測部による太陽熱熱量の予測を示すフローチャートである。
【図３】廃熱ボイラ蒸発量制御部による廃熱ボイラの蒸発量の制御を示すフローチャートである。
【図４】第二実施形態に係る発電装置を示すブロック図である。
【図５】発電装置が設置された局所地域における直達日射量の一日の変遷の一例を示す図である。
【図６】天候予測部による天候状態の予測を示すフローチャートである。
【図７】（Ａ）は、廃熱ボイラ目標蒸発量の変遷を示す図でおり、（Ｂ）は、太陽熱量利用率の変遷を示す図である。
【図８】第三実施形態に係る発電装置を示すブロック図である。
【図９】カメラで撮影された画像を二値化した例を示す図である。
【図１０】粒子画像測定法の原理を示す図である。
【図１１】（Ａ）は、雲の重心の軌跡を示す図であり、雲のエッジ情報を雲の重心を基準としたｒ，θ座標系に変換した図である。
【図１２】過去画像、現在画像の任意ＹのＸ方向の画像データの任意周波数を逆フーリエ変換して比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る廃棄物処理廃熱および太陽熱の複合利用発電装置の実施形態を説明する。
【００２２】
＜第一実施形態＞
本実施形態は、上述した「通常モード」と「日陰モード」とを組み合わせた形態である。図１は、本実施形態に係る廃棄物処理廃熱および太陽熱の複合利用発電装置１（以下、単に「発電装置１」という）を示すブロック図である。該発電装置１は、廃棄物処理により発生する蒸気と太陽熱により蒸気を発生する蒸気とにより蒸気を蒸気タービンに供給して発電を行っている。
【００２３】
発電装置１では、外部から廃棄物供給装置２によって廃棄物処理炉３へ廃棄物が供給され、該廃棄物処理炉３で廃棄物処理が行われた後、該廃棄物処理炉３の下流側に設けられた廃熱ボイラ４によって廃棄物処理炉３の排ガスからの熱回収が行われて蒸気が発生する。該蒸気は、該廃熱ボイラ４の下流側に設けられた蒸気タービン５に供給される。本実施形態では、上記廃棄物処理炉３と廃熱ボイラ４によって廃棄物処理上記発生装置６が構成されている。また、上記廃棄物供給装置２は、廃棄物の供給時に、廃棄物の供給量を測定する。上記廃棄物処理炉３は、例えば、廃棄物焼却炉や廃棄物ガス化溶融炉として構成される。
【００２４】
また、上記発電装置１では、集熱装置７が太陽光を受光して太陽熱を集熱し、太陽熱利用蒸気発生装置８が集熱装置７により集熱された太陽熱を受熱して該太陽熱により蒸気を発生する。該蒸気は、太陽熱利用蒸気発生装置８の下流側に設けられた蒸気タービン５に供給される。そして、上記蒸気廃棄物ボイラ４からの蒸気および太陽熱利用蒸気発生装置８からの蒸気が蒸気タービン５に供給されて、発電機（図示せず）が駆動されることにより発電が行われる。
【００２５】
上記集熱装置７は、反射鏡（図示せず）と、該反射鏡の方向や傾きを太陽の動きに合わせて制御する方向制御装置（図示せず）とを有しており、廃棄物処理炉施設の屋根上又は敷地内に複数設置されている。
【００２６】
また、発電装置１では、太陽熱熱量予測部９によって太陽位置の情報に基づき太陽熱の熱量を予測される。そして、廃棄物供給装置２によって測定された廃棄物の供給量および太陽熱熱量予測部９によって予測された太陽熱熱量に基づいて、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０が廃熱ボイラ蒸発量の目標値を設定するとともに、廃棄物供給装置２による廃棄物供給量を制御する。
【００２７】
上記太陽熱熱量予測部９における太陽熱熱量の予測について、図２に基づいて説明する。図２は、太陽熱熱量予測部９による太陽熱熱量の予測を示すフローチャートである。太陽熱熱量予測部９は、まず、日の出や日の入りの時刻、太陽の位置等の正確な情報（以下、これらの情報を「太陽位置情報」という）を気象庁などから取得するとともに（Ｓ１）、発電装置１の周囲にある山や建設物等の位置や形状等に関する情報（以下、これらの情報を「建設物等位置情報」という）を取得する（Ｓ２）。
【００２８】
次に、太陽熱熱量予測部９は、上記太陽位置情報および建設物等位置情報に基づいて、発電装置１が設置された地域範囲の（例えば、１０００ｍ×１０００ｍの範囲）において日陰が生じる領域が所定時刻毎に特定される（Ｓ３）。すなわち、Ｓ３では、山や建築物等の影が集熱装置７に延びることにより、○年○月○日○時○分○秒に該集熱装置が日陰に入るといった日陰情報が得られる。
【００２９】
次に、太陽熱熱量予測部９は、集熱装置７の位置や形状等に関する情報（以下、これらの情報を「集熱装置位置情報」という）を取得する（Ｓ４）。そして、Ｓ３で特定された日陰情報と、Ｓ４で取得した集熱装置位置情報に基づいて該集熱装置７に生じる日陰の面積（以下、「日陰面積」という）を演算する（Ｓ５）。
【００３０】
次に、太陽熱熱量予測部９は、Ｓ５の日陰面積に基き、以下の式（１）によって、集熱装置７への有効太陽熱熱量を演算する（Ｓ６）。
【００３１】
【数１】
2011214423.tif 000003
【００３２】
上記式（１）において、Ｑ１１、Ｓ１の下付添字１は時刻Ｔに対応している。また、上記式（１）において、補正係数Ｃ１は、太陽熱集熱装置７が受光した太陽光の太陽熱熱量に対する、蒸気に伝わった熱量の割合を表わす補正係数である。具体的には、補正係数Ｃ１は、反射鏡の反射効率に集熱部の集熱効率（蒸気に伝わる熱量の割合）を乗じて算出される。
【００３３】
そして、太陽熱熱量予測部９は、図２のＳ６で演算された有効太陽熱熱量、すなわち予測した有効太陽熱熱量（以下、「予測有効太陽熱熱量」という）のデータを廃熱ボイラ蒸発量制御部１０へ出力する。
【００３４】
以下、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０による廃熱ボイラ蒸発量の制御について説明する。該廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、廃棄物供給装置２による廃棄物供給量を調整することにより廃熱ボイラ蒸発量を間接的に制御している。
【００３５】
図３は、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０による廃棄物供給量の制御を示すフローチャートである。本実施形態では、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０において、目標とする発電量を得るために蒸気タービンに供給されるべき蒸気量が設定蒸発量として予め設定されている（Ｓ１ａ）。図３において、設定蒸発量は「Ｂ」として示されている。
【００３６】
まず、廃棄物供給装置２が廃棄物の供給重量を計測する（Ｓ１ｂ）。次に、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０が、計測された廃棄物の供給重量に基づいて、該廃棄物の供給重量に対応する廃棄物発熱量を算出する（Ｓ２ｂ）。また、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０には、太陽熱熱量予測部９によって算出された予測有効太陽熱熱量が入力される（Ｓ１ｃ）。
【００３７】
次に、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、上記廃棄物発熱量と上記予測太陽熱受熱量に基づいて、廃棄物処理熱および太陽熱の両方によって得られる蒸気量を算出する（Ｓ３）。以下、算出された蒸気量を「計算蒸発量」といい、図３において「Ａ」として示す。
【００３８】
◎計算蒸発量の計算式
上記計算蒸発量は、以下の式（２）ないし式（５）によって算出される。
【００３９】
【数２】
2011214423.tif 000004
【００４０】
【数３】
2011214423.tif 000005
【００４１】
【数４】
2011214423.tif 000006
【００４２】
【数５】
2011214423.tif 000007
【００４３】
都市ガスなどの補助燃料の燃焼により発生する蒸気が発電に用いられない場合には、上記式（２）における上記Ｓｔｍ２および式（４）は省略される。
【００４４】
上記式（５）における廃棄物発熱量Ｈｕは、廃棄物処理炉３から廃熱ボイラ４までを１つの系として熱収支計算を行うことにより求められる。具体的には、廃棄物の切出量などの各プロセスデータを基に、ボイラ出口ガスエンタルピー、燃焼用空気エンタルピー、炉内水エンタルピー、蒸気エンタルピーなどが算出され、この算出された各エンタルピーの熱収支より、廃棄物発熱量Ｈｕが求められる。
【００４５】
◎計算蒸発量の算出
廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、上記式（２）ないし式（５）用いて、計算蒸発量を次のように算出する。まず、現在時刻Ｔから時間Ｔｈが経過した時点で得られると予測される予測太陽熱熱量Ｑ１（Ｔ＋Ｔｈ）を式（３）のＱ１に代入し、時刻Ｔ＋Ｔｈの補助燃料の予測熱量Ｑ２（Ｔ＋Ｔｈ）を式（４）のＱ２に代入し、時刻Ｔ＋Ｔｈの予測廃棄物発熱量Ｈｕ（Ｔ＋Ｔｈ）そして廃棄物供給量Ｒに時刻Ｔ＋Ｔｈの予測廃棄物供給量Ｒ＿ＰＶ（Ｔ＋Ｔｈ）を式（５）のＨｕに代入する。そして、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、上記式（３）ないし式（５）から求められたＳｔｍ１，Ｓｔｍ２，Ｓｔｍ３を式（１）に代入して、時刻Ｔ＋Ｔｈの計算蒸発量Ｓｔｍを算出する。
【００４６】
上記計算蒸発量を算出した後、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、予め設定されている設定蒸発量を計算蒸発量から減じて（図３における「Ａ−Ｂ」）、両者の差分（図３における「Ｃ」）を算出する（Ｓ４）。
【００４７】
計算蒸気量と設定蒸気量との差Ｃが、所定の下限閾値Ｚ１以上かつ所定の上限閾値Ｚ２以下の場合（Ｚ１≦Ｃ≦Ｚ２）、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、廃熱ボイラ蒸発量の目標値である廃熱ボイラ目標蒸発量を補正しない（Ｓ５ａ）。したがって、廃棄物供給量も補正されず、時刻Ｔ＋Ｔｈの廃棄物供給量Ｒ＿ＳＶ（Ｔ＋Ｔｈ）は現在の廃棄物供給量Ｒ＿ＳＶ（Ｔ）と等しくなり、そのまま廃棄物供給装置２による廃棄物の供給が継続される（Ｓ６ａ）。
【００４８】
計算蒸気量と設定蒸気量の差Ｃが上限閾値Ｚ２よりも大きい場合（Ｚ２＜Ｃ）、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、廃熱ボイラ目標蒸発量を減少させるように補正する（Ｓ５ｂ）。そして、廃棄物供給装置２による廃棄物供給量は、以下の式（６）に基づいて、減少するように補正される（Ｓ６ｂ）。
【００４９】
【数６】
2011214423.tif 000008
【００５０】
計算蒸気量と設定蒸気量の差Ｃが下限閾値Ｚ１よりも小さい場合（Ｃ＜Ｚ１）、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、廃熱ボイラ目標蒸発量を増加させるように補正する（Ｓ５ｃ）。そして、廃棄物供給装置２による廃棄物供給量は、上記式（６）に基づいて、増加するように補正される（Ｓ６ｃ）。
【００５１】
本実施形態では、太陽熱による蒸発量の現在値の変化に廃棄物処理炉の目標蒸発量の設定値を連動させ、太陽熱による蒸発量と廃熱ボイラの蒸発量の合計を一定に保つように発電装置を運転することが可能であるので、発生した蒸気をほぼ無駄なく利用しながら発電量を一定にできる。
【００５２】
また、本実施形態では、集熱装置の受光部分に日陰が生じて太陽熱による蒸発量が急減しても、日陰が生じる時刻より前に廃熱ボイラによる目標蒸発量が適切な値に変更される。したがって、蒸気タービンに入る蒸気量ひいては全体の発電量の急減を回避するとともに、蒸気タービンのトリップを良好に防止することができる。
【００５３】
＜第二実施形態＞
本実施形態は、上述した「曇りモード」に対応する形態である。本実施形態では、太陽に雲がかかる予想時刻情報に基づいた時刻から太陽熱利用蒸気発生装置の蒸発量が所定値以下に下がるまでの間、廃熱ボイラ蒸発量制御装置が廃熱ボイラ目標蒸発量を所定値に固定する。ここで、予想時刻情報とは局地気象予報情報のことである。
【００５４】
図４は、本実施形態に係る発電装置１’を示す図である。同図に示されているように、本実施形態に係る発電装置１’は、第一実施形態の発電装置１と基本的な構成は同じであるが、例えば気象庁などから局地気象予報情報を取得して、天候状態を予測する天候予測部１１を有している点で第一実施形態と構成が異なっている。本実施形態では、該天候予測部１１について中心に説明し、第一実施形態と同じ部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
図５は、発電装置１’が設置された局所地域における直達日射量の一日の変遷の一例を示す図である。同図では、太陽の方位角、高度、発電装置１’が設置された局所地域の位置（緯度および経度）情報を元に計算した、雲がない晴れ（以下、「理想天候」という）の場合の直達日射量（以下、「理想直達日射量」という）ＩＮＴ＿ＣＡＬ（ｔ）の一日の変遷が細線によって示されている。また、同図では、局地気象予報情報から取得された、曇り、晴れと日照に変化がある場合において予測される直達日射量（以下、「予測直達日射量」という）のＩＮＴ＿ＦＣ（ｔ）が太線によって示されている。
【００５６】
以下、天候予測部１１による天候状態の予測について説明する。本実施形態では、現在時刻Ｔに対して、時間ＴＣ１経過後から時間ＴＣ２後の時刻までの天候状態を、以下の判定基準に基づき判定する。ここで、ＴＣ１、ＴＣ２は、天候状態を判定する時刻を決める時間パラメータであり、ＴＣ１＜ＴＣ２である。
【００５７】
◎曇りモード１（晴れ後曇り）
天候予測部１１は、以下の条件（Ａ１），（Ａ２）の両方が成立しているときに、晴れ後曇りに対応する曇りモード１であると判定する。ここで、Ｔ＋ＴＣ１≦ｔ≦Ｔ＋ＴＣ２である。
【００５８】
（Ａ１）ＩＮＴ＿ＣＡＬ（ｔ）とＩＮＴ＿ＦＣ（ｔ）の差が所定の閾値ＺＩ１を超え
る。
（Ａ２）ＩＮＴ＿ＣＡＬ（ｔ）とＩＮＴ＿ＦＣ（ｔ）の差が所定の閾値ＺＩ１を超え
る時間がＴＩ１以上である。
【００５９】
上記条件（Ａ１），（Ａ２）の少なくとも一方が成立しなくなったとき（曇り後晴れになったとき）、天候予測部１１は、曇りモード１でなくなったと判定する。
【００６０】
◎曇りモード２（晴れ時々曇り）
天候予測部１１は、以下の条件（Ｂ１）ないし（Ｂ３）のすべてが成立しているときに、晴れ時々曇りに対応する曇りモード２であると判定する。ここで、Ｔ＋ＴＣ１≦ｔ≦Ｔ＋ＴＣ２である。
【００６１】
（Ｂ１）ＩＮＴ＿ＣＡＬ（Ｔ）とＩＮＴ＿ＦＣ（ｔ）の差が所定の閾値ＺＩ２を超え
る。
（Ｂ２）ＩＮＴ＿ＣＡＬ（Ｔ）とＩＮＴ＿ＦＣ（ｔ）の差が所定の閾値ＺＩ２を超え
る時間がＴＩ２以上である
（Ｂ３）ＩＮＴ＿ＣＡＬ（Ｔ）とＩＮＴ＿ＦＣ（ｔ）の差が所定の閾値ＺＩ２を越え
る回数が時間ＴＩ３の間にＮＩ１回以上である。
【００６２】
上記条件（Ｂ１）ないし（Ｂ３）の少なくともいずれか一つが成立しなくなったとき、天候予測部１１は、曇りモード２でなくなったと判定する。
【００６３】
◎夜モード
天候予測部１１は、以下の条件（Ｃ１），（Ｃ２）の両方が成立しているときに、夜に対応する夜モードであると判定する。ここで、Ｔ＋ＴＣ１≦ｔ≦Ｔ＋ＴＣ２である。
【００６４】
（Ｃ１）ＩＮＴ＿ＣＡＬ（ｔ）が所定の閾値ＺＩ３を下回る。
（Ｃ２）ＩＮＴ＿ＣＡＬ（ｔ）が所定の閾値ＺＩ３を下回る時間がＴＩ４以上である。
【００６５】
上記条件（Ｃ１），（Ｃ２）の少なくとも一方が成立しなくなったとき、天候予測部１１は、夜モードでなくなったと判定する。
【００６６】
◎晴れモード
天候予測部１１は、以下の条件（Ｄ１）が成立しているときに、晴れに対応する晴れモードであると判定する。
【００６７】
（Ｄ１）曇りモード１、曇りモード２、夜モードのいずれも成立しない。
【００６８】
上記条件（Ｄ１）が成立しなくなったとき、天候予測部１１は、晴れモードでなくなったと判定する。本実施形態では、天候判定の初期モードが晴れモードとなっている。
【００６９】
以下、天候予測部１１の動作を図６に基づいて説明する。図６は、天候予測部１１の天候状態の予測を示すフローチャートである。天候予測部１１は、まず、太陽の方位角、高度等の太陽位置情報を取得するとともに、気象庁などから気象予報情報を取得する（Ｓ１１）。また、発電装置１’が設置された局所地域の位置（緯度および経度）情報を取得する（Ｓ１２）。
【００７０】
次に、天候予測部１１は、太陽位置情報および局所地域の位置情報に基づいて、理想直達日射量ＩＮＴ＿ＣＡＬ（ｔ）を演算する（Ｓ１３）。また、該天候予測部１１は、太陽位置情報および気象予報情報に基づいて、予測直達日射量ＩＮＴ＿ＦＣ（ｔ）を演算する（Ｓ１４）。そして、該理想直達日射量ＩＮＴ＿ＣＡＬ（ｔ）および予測直達日射量ＩＮＴ＿ＦＣ（ｔ）に基き、既述した判断基準によって、時刻Ｔ＋ＴＣ１から時刻Ｔ＋ＴＣ２までの天候モードを判定する（Ｓ１５）。
【００７１】
次に、天候予測部１１は、時刻Ｔ＋ＴＣ１から時刻Ｔ＋ＴＣ２までの間における、任意の時刻Ｔ＋Ｔｈ２での天候モードを取得し（Ｓ１６）、該天候モードに応じた廃熱ボイラ目標蒸発量のデータを廃熱ボイラ蒸発量制御部１０へ出力する。ここで、上記Ｔｈ２は、廃熱ボイラ４による蒸発量を所定の目標蒸発量まで到達させるために必要な時間を考慮して決定される時間パラメータとなる。
【００７２】
上述のＳ１１からＳ１７までの動作は、天候予測部１１のプログラムにおける所定の制御周期をもって実行される。これによって、プログラムの制御周期ごとに時間Ｔｈ２後の天候状態の判定結果（天候モード）が天候状態予測部１１により取得される。後述するように、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、取得した天候モードに基づいて、廃熱ボイラ目標蒸発量を自動的に変更する。
【００７３】
以下、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０による廃熱ボイラ蒸発量の制御について説明する。以下の説明において、係数α１１、α２１、α３１は太陽熱の急激な変化に対応して、太陽熱量利用率を変更する補正係数である。
【００７４】
◎曇りモード１である場合
天候予測部１１が、時刻Ｔ＋Ｔｈ２における天候モードが曇りモード１であると判定した場合、すなわち、現在時刻ＴからＴｈ２経過後に、太陽熱による蒸発量が急激に減少すると予測される場合、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、廃熱ボイラ目標蒸発量を、設定蒸発量に係数α１１を乗じた値に補正する。
【００７５】
そして、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、補正された廃熱ボイラ目標蒸発量に基づいて廃熱ボイラ蒸発量を制御する。具体的には、第一実施形態と同様に、廃棄物供給装置２による廃棄物供給量を制御する。この結果、廃熱ボイラ蒸発量は、図７（Ａ）に示されるように、比例的に増加して現在時刻Ｔから時間Ｔｈ２経過時に補正後の廃熱ボイラ蒸発量へ到達する。
【００７６】
また、太陽熱による蒸発量Ｓｔｍ１は以下の式（７）ように補正される。図７（Ｂ）は、該式（７）における太陽熱量利用率の変遷を示す図である。
【００７７】
【数７】
2011214423.tif 000009
【００７８】
◎曇りモード２である場合
天候予測部１１が時刻Ｔ＋Ｔｈ２における天候モードが曇りモード２であると判定した場合、すなわち、現在時刻ＴからＴｈ２経過後に、太陽熱による蒸発量が急激に変動すると予測される場合においても、廃熱ボイラ目標蒸発量の補正および廃熱ボイラ蒸発量の制御、そして太陽熱による蒸発量の補正は、既述した曇りモード１と基本的に同様である。ただし、曇りモード２では、廃熱ボイラ目標蒸発量の補正に用いられる係数α１１がα２１となり、上記式（７）における太陽熱量利用率α１２がα２２となる点で曇りモード１と異なっている。
【００７９】
◎夜モードである場合
天候予測部１１が時刻Ｔ＋Ｔｈ２における天候モードが夜モードであると判定した場合、すなわち、現在時刻ＴからＴｈ２経過後に、太陽熱による蒸発量がなくなると予測される場合においても、廃熱ボイラ目標蒸発量の補正および廃熱ボイラ蒸発量の制御、そして太陽熱による蒸発量の補正は、既述した曇りモード１と基本的に同様である。ただし、曇りモード２では、廃熱ボイラ目標蒸発量の補正に用いられる係数α１１がα３１となり、上記式（７）における太陽熱量利用率α１２がα３２となる点で曇りモード１と異なっている。
【００８０】
◎晴れモードである場合
天候予測部１１が時刻Ｔ＋Ｔｈ２における天候モードが晴れモードであると判定した場合、集熱部７による受光が雲によって遮断されることはないので、廃熱ボイラ蒸発量制御部１０は、既述の第一実施形態での制御を行う。
【００８１】
このように、太陽が雲に隠れて日照量が急減しても、日照量が急減する時刻より前に廃熱ボイラによる目標蒸発量が適切な値に変更される。したがって、蒸気タービンに入る蒸気量ひいては全体の発電量の急減を回避するとともに、蒸気タービンのトリップを良好に防止することができる。
【００８２】
＜第三実施形態＞
本実施形態においても、第二実施形態と同様に、太陽に雲がかかる予想時刻情報に基づいた時刻から太陽熱利用蒸気発生装置の蒸発量が所定値以下に下がるまでの間、廃熱ボイラ蒸発量制御装置が廃熱ボイラ目標蒸発量を所定値に固定する。
【００８３】
本実施形態は、天候予測部１１が、発電装置１に備えられたカメラで撮影した天空の画像から得た雲の動きおよび太陽位置情報に基づいて局地気象予報情報を取得する点で、天候予測部１１が気象庁などから局地気象予報情報を取得する第二実施形態と異なっている。
【００８４】
図８は、本実施形態に係る発電装置１”を示す図である。同図に示されているように、本実施形態に係る発電装置１”は、第二実施形態の発電装置１’と基本的な構成が同じであるが、カメラ１２および画像処理部１３を有している点で、第二実施形態の発電装置１’と構成が異なっている。本実施形態では、該カメラ１２および画像処理部１３について中心に説明し、第二実施形態と同じ部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
カメラ１２は、太陽熱利用蒸気発生装置８の近辺に設置されており、全方位にわたって天空を撮影して動画像または複数の静止画像を形成する。画像処理部１３は、該カメラ１２によって形成された動画像または複数の静止画像から雲の動きを演算し、その演算結果と太陽の位置情報に基づいて局地気象予報情報を取得する。
【００８６】
以下、画像処理部１３による画像処理について説明する。
【００８７】
◎画像処理による雲の分布抽出
図９は、カメラ１２で撮影された画像を２値化した例を示している。画像処理部１３が該画像を適正な閾値で二値化処理すると、雲（太線で囲まれた部分）は白色（２５５）、空は黒色（０）となる。カメラ１２に予め赤色フィルタを設置すると、雲はより白く、空はより黒く、コントラストの良い画像が得られる。画像処理部１３は、任意ピクセルとその前後左右ピクセルの濃淡度を差分することにより雲のエッジを検出し、検出した雲のエッジからそれぞれの雲をラベリングする。
【００８８】
◎画像処理による雲の移動ベクトル抽出
本実施形態で用いられる画像処理による雲の移動ベクトル抽出の手法は公知である。一般的なものとしては、粒子画像測定法（ＰＩＶ：Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）がある。
【００８９】
粒子画像測定法の原理は次の通りである。まず、Δｔの時間間隔でカメラ１２にて空を撮影する。ここで、一枚目の画像をｔ＝ｔ、二枚目の画像をｔ＝ｔ＋Δｔとする。次に、図１０に示されているように、デジタル化されたｔ＝ｔの画像においてある大きさを持つテンプレート（ｊ×ｋ）を設定し、微少時間Δｔ後のｔ＝ｔ＋Δｔの画像においてテンプレートを動かして、最もテンプレート内の輝度パターンが似ているところを探し出す。そして、そのテンプレートの移動距離をｔ＝ｔのテンプレート内に含まれていた雲のΔｔ間の平均移動距離とし、画面上の画素の長さと実際の長さの対応関係をキャリブレーションしておくことにより実際の雲の移動ベクトルを算出することができる。
【００９０】
◎雲の動き予測手法
画像処理にて抽出した雲の分布情報、移動ベクトル情報の時系列データを適切に処理することで任意時間後の雲の位置を予測することが可能である。雲の予測方法としては、単純な例として以下の手法がある。
【００９１】
まず、図１１（Ａ）に示されるように、検出した雲のエッジ情報から重心Ｐ（Ｘ，Ｙ）を演算し、該重心Ｐの位置と、雲の移動ベクトルから雲の重心の軌跡ｆ（ｔ）＝Ｐ（Ｘ（ｔ），Ｙ（ｔ））を演算する。次に、演算した雲の重心軌跡から任意時間後の雲の位置ｆ(ｔ＋Δｔ)＝Ｐ（Ｘ（ｔ＋Δｔ），Ｙ（ｔ＋Δｔ））を予測する。また、図１１（Ｂ）に示されるように、雲のエッジ情報が雲の重心を基準としたｒ，θ座標系に変換され、その変化分より任意時間後の雲のエッジが予測されることにより、雲の大きさが求められる。
【００９２】
◎その他の画像処理による雲の分布の予測手法
図１０および図１１（Ａ），（Ｂ）に基づいて上述した予測手法以外の手法として、例えば、空間周波数データ解析による予測方法がある。ここで、空間周波数は、例えば、以下の数式（８）ないし（１０）を用いたＦＦＴ変換で求められる。
【００９３】
【数８】
2011214423.tif 000010
【００９４】
【数９】
2011214423.tif 000011
【００９５】
【数１０】
2011214423.tif 000012
【００９６】
ここで、式（８）におけるｘ（ｎ）は元のデータ、式（８）および式（９）におけるＸ（ｋ）はＦＦＴ変換した空間周波数である。Ａは空間周波数の振幅、φは位相を表わしている。
【００９７】
さらに別の雲の分布の予測手法として、時間差を持つ２枚の空の画像を用いる予測手法を図１２に基づいて説明する。図１２は、過去画像、現在画像の任意ＹのＸ方向の画像データの任意周波数を逆フーリエ変換し比較した図である。図１２では、過去画像（破線で図示）、現在画像（実線で図示）の空間周波数の位相変化は、雲の移動（移動ベクトルに相当）を表わしており、振幅変化は輝度の変化を表わしている。したがって、過去画像、現在画像の位相の変化を揃え、振幅を比較することにより、雲の状態変化（大きさの変化）を抽出することができる。
【００９８】
本実施形態における廃熱ボイラ目標蒸発量の補正および廃熱ボイラ蒸発量の制御、そして太陽熱による蒸発量の補正の手法は、第二実施形態と同様であるので、ここでは、説明を省略する。
【００９９】
本実施形態によれば、気象庁などから局地気象予報情報を取得しなくても、カメラにより撮影した画像を処理することにより雲の動きを演算し、その演算結果と太陽の位置情報に基づいて局地気象予報情報を取得することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１  発電装置
２  廃棄物供給装置
３  廃棄物処理炉
４  廃熱ボイラ
５  蒸気タービン
６  廃棄物処理蒸気発生装置
７  集熱装置
８  太陽熱利用蒸気発生装置
９  太陽熱熱量予測部
１０  廃熱ボイラ蒸発量制御部
１１  天候予測部
１２  カメラ
１３  画像処理部
【図１】
2011214423.tif 000013
【図２】
2011214423.tif 000014
【図３】
2011214423.tif 000015
【図４】
2011214423.tif 000016
【図６】
2011214423.tif 000017
【図８】
2011214423.tif 000018
【図９】
2011214423.tif 000019
【図１２】
2011214423.tif 000020
【図５】
2011214423.tif 000021
【図７】
2011214423.tif 000022
【図１０】
2011214423.tif 000023
【図１１】
2011214423.tif 000024