(57)【要約】【課題】日射量の低下に影響を受けることなく継続した運転が可能な太陽熱発電システムを提供する。【解決手段】本発明に係る太陽熱発電システムは、太陽光Ｓを反射させるヘリオスタット１２と、該ヘリオスタット１２で反射した太陽光Ｓが入射して受熱する受熱器１１６と、空気を圧縮して受熱器１１６に供給する圧縮機１２１、及び受熱器１１６で受熱した空気が供給されて回転駆動するタービン１１４を有する複数台のガスタービン１２２と、タービン１１４によって駆動されて発電する発電機１１５と、太陽光Ｓの日射量に関する情報を取得する日射計と、該日射計が取得した日射量に基づいて、日射量の減少に伴って減少させるように駆動させる台数を決定し、複数のガスタービン１２２を選択的に駆動させる制御手段と、を備えるものである。【選択図】図７
2011220286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を反射させるヘリオスタットと、
該ヘリオスタットで反射した太陽光が入射して受熱する受熱器と、
作動流体を圧縮して前記受熱器に供給する圧縮機、及び前記受熱器で受熱した作動流体が供給されて回転駆動するタービンを有する複数台のガスタービンと、
前記タービンによって駆動されて発電する発電機と、
太陽光の日射量に関する情報を取得する日射量情報取得手段と、
該日射量情報取得手段が取得した日射量に基づいて、日射量の減少に伴って減少させるように駆動させる台数を決定し、複数の前記ガスタービンを選択的に駆動させる制御手段と、
を備えることを特徴とする太陽熱発電システム。
【請求項２】
請求項１の太陽熱発電システムにおいて、
前記ヘリオスタットを複数備えるとともに、
前記受熱器を前記ガスタービンと対応して複数備え、
前記制御手段は、駆動させる前記ガスタービンと対応する前記受熱器に選択的に太陽光が入射するように前記ヘリオスタットの向きを制御することを特徴とする太陽熱発電システム。
【請求項３】
請求項１の太陽熱発電システムにおいて、
前記受熱器から各ガスタービンのタービンに接続される各排出配管を複数または１つに選択可能な切替手段を備え、
制御手段は、切替手段により、駆動させるガスタービンと対応する排出配管を選択的に流通させることを特徴とする太陽熱発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光の熱で作動流体を加熱し、加熱した作動流体でタービンを回転駆動させることによって発電する太陽熱発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の防止、化石燃料の使用抑制の観点から、自然現象から得られ二酸化炭素や窒素炭化物などの有害物質の排出が少ないクリーンエネルギーを利用した発電が注目されている。しかし、クリーンエネルギーを利用した発電は、電力への変換効率が低く発電コストが高くなるため、十分に普及していないのが現状である。その中で、電力への変換効率が比較的高い太陽熱エネルギーによる発電が期待されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、太陽熱エネルギーを利用して発電する太陽熱発電システムは、太陽光を反射して集める集光装置と、太陽光から受けた熱で作動流体を加熱する受熱器と、加熱した作動流体でタービンを回すガスタービンと、このガスタービンによって駆動される発電機とから構成されるのが通常である。そして、この集光装置と受熱器の態様により、太陽熱発電システムは一般的にトラフ集光方式とタワー集光方式という２種類に分類される。
【０００４】
ここで、トラフ集光方式とは、半円筒型のミラー（トラフ）として集光装置を構成する一方、円筒の中心を通るパイプとして受熱器を構成し、パイプ内を流れる作動流体を加熱する方式である。しかし、このトラフ集光方式では、太陽光を追尾するようにミラーの向きを制御するものの、その制御は一軸制御である。従って、太陽光を高い精度でパイプに集めることができないため、作動流体の十分な加熱が期待できない。
【０００５】
これに対してタワー集光方式とは、地上に立設したタワーの上部に受熱器を配置する一方、タワーの周囲を取り囲むようにヘリオスタットと呼ばれるミラーを集光装置として複数配置し、受熱器を流れる作動流体を加熱する方式である。このタワー集光方式によれば、ヘリオスタットの細かい動作制御によって太陽光を高い精度で受熱器に集めることができるため、作動流体をより高温まで加熱することができる。従って、発電サイクルの更なる高効率化を図るという観点から、このタワー集光方式を用いた太陽熱発電システムの開発が近年盛んに行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００６／０２５４４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、タワー集光方式を用いた従来の太陽熱発電システムによれば、太陽光の日射量が低下すると、その構成要素の１つであるガスタービンの運転が継続できなくなるという問題があった。図１１は、ガスタービンを構成するタービンの特性を示す図であり、横軸に太陽光の日射量を、縦軸にタービンの出力をとったものである。タービンは、日射量の減少に伴ってその出力が低下し、日射量が設計値の４０〜５０％以下に低下すると、出力が得られず運転を継続できないという特性を有している。ところが、従来の太陽熱発電システムはガスタービンを１台だけしか備えておらず、太陽光から受ける熱エネルギーの全てを１台のガスタービンに供給することを前提としてタービンの設計を行っている。従って、日射量がタービンの設計値の４０〜５０％以下まで容易に低下し、前述のようにタービンから出力が得られないため、太陽熱発電システムの運転を継続することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、日射量の低下に対してより広範な領域で継続した運転が可能な太陽熱発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る太陽熱発電システムは、太陽光を反射させるヘリオスタットと、該ヘリオスタットで反射した太陽光が入射して受熱する受熱器と、作動流体を圧縮して前記受熱器に供給する圧縮機、及び前記受熱器で受熱した作動流体が供給されて回転駆動するタービンを有する複数台のガスタービンと、前記タービンによって駆動されて発電する発電機と、太陽光の日射量に関する情報を取得する日射量情報取得手段と、該日射量情報取得手段が取得した日射量に基づいて、日射量の減少に伴って減少させるように駆動させる台数を決定し、複数の前記ガスタービンを選択的に駆動させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、ガスタービンを複数台備えており、太陽光から受ける熱エネルギーを複数台のガスタービンに分割して供給することを前提としてタービンを設計しているので、各タービンが受け取る日射量の設計値は低く設定されている。そして、日射量が減少すると、制御手段が駆動させるガスタービンの台数を減少させるので、日射量が４０〜５０％まで低下した場合でも、駆動されているガスタービンから見れば、日射量がタービンの設計値の４０〜５０％まで低下することはない。これにより、日射量が低下しても、より広範な領域で太陽熱発電システムの運転を継続することができる。
【００１１】
また、本発明に係る太陽熱発電システムは、前記ヘリオスタットを複数備えるとともに、前記受熱器を前記ガスタービンと対応して複数備え、前記制御手段は、駆動させる前記ガスタービンと対応する前記受熱器に選択的に太陽光が入射するように前記ヘリオスタットの向きを制御することを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、各ガスタービンに受熱器が設けられており、同じ構成を複数組み合わせて太陽熱発電システムを構成することができるので、システム設計が容易であって、ガスタービンの台数を任意に調節しやすい。
【００１３】
また、本発明に係る太陽熱発電システムは、前記受熱器から各ガスタービンのタービンに接続される各排出配管を複数または１つに選択可能な切替手段を備え、制御手段は、切替手段により、駆動させるガスタービンと対応する排出配管を選択的に流通させることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、受熱器が複数台のガスタービンによって共有され、切替手段によって作動流体を供給するガスタービンが選択される。これにより、受熱器及びこの受熱器を配置するタワーが１個でよいため、太陽熱発電システム全体としての小型化を図ることができる。また、ヘリオスタットの反射光を一定の受熱器に集めればよいため、ヘリオスタットの方向制御が単純になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る太陽熱発電システムによれば、日射量が４０〜５０％まで低下した場合でも、駆動されているガスタービンから見れば、日射量がタービンの設計値の４０〜５０％以下まで低下することはない。従って、日射量が低下しても、より広範な領域で太陽熱発電システムの運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る太陽熱発電システムの構成を示す模式図。
【図２】図１において中央に位置するタワーをＡ方向から見たＡ方向矢視図。
【図３】タワー本体の内部構成を示す概略縦断面図。
【図４】図４は、受熱器の構成を示す概略斜視図。
【図５】ヘリオスタットの構成を示す概略側面図。
【図６】太陽光Ｓの日射量が多い場合における太陽熱発電システム１０の動作を説明するための説明図。
【図７】太陽光Ｓの日射量が少ない場合における太陽熱発電システム１０の動作を説明するための説明図。
【図８】太陽光Ｓの日射量が中程度の場合における太陽熱発電システム１０の動作を説明するための説明図。
【図９】日射量と駆動させるガスタービンの台数との関係、及び日射量と各タービンの出力との関係を示したグラフ。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る太陽熱発電システムについて、タワーを構成するタワー本体の内部構造を示す模式図。
【図１１】従来の太陽熱発電システムを構成するタービンの特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第１実施形態に係る太陽熱発電システムの構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る太陽熱発電システム１０の全体構成を示す概略平面図である。また図２は、図１において中央に位置するタワー１１ＢをＡ方向から見たＡ方向矢視図である。太陽熱発電システム１０は、その集光方式としてタワー集光方式を採用し、グラウンドＧ上に設置された３個のタワー１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと、グラウンドＧ上における各タワー１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの正面側に設置された複数のヘリオスタット１２と、グラウンドＧ上に設置された日射計（日射量情報取得手段）１３と、日射計１３から取得した情報に基づいてタワー１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの各部に設置された機器の動作及び各ヘリオスタット１２の動作を制御する制御手段１４と、を有している。尚、タワー１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの数は３個に限定されず、複数個以上であれば任意の数だけ設置することが可能である。
【００１８】
前記タワー１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、ヘリオスタット１２を除いた太陽熱発電システム１０の各構成要素を収容するものである。タワー１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、グラウンドＧ上に立設された支持脚１１１と、この支持脚１１１の頂部に設けられたタワー本体１１２とを備えている。そして、各ヘリオスタット１２によって反射された太陽光Ｓが、タワー本体１１２の底部からその内部へと入射するようになっている。
【００１９】
図３は、タワー本体１１２の内部構成を示す概略縦断面図である。タワー本体１１２は、中空の箱型部材であるハウジング１１３と、このハウジング１１３の上部に収容されたガスタービン１１４と、同じくハウジング１１３の上部にガスタービン１１４に隣接して設けられた発電機１１５と、ハウジング１１３の下部に配置された受熱器１１６とを備えている。
【００２０】
ハウジング１１３は、図３に示すように、その内部空洞が仕切り壁１１３Ａによって上下に２分割され、仕切り壁１１３Ａより上方に上部収容室１１７が、下方に下部収容室１１８がそれぞれ形成されている。また、ハウジング１１３の底部には、ヘリオスタット１２で反射された太陽光Ｓを入射させるための太陽光入射孔１１９が設けられている。更に、ハウジング１１３の側面には、ガスタービン１１４に供給するための空気（作動流体）を外部から上部収容室１１７に取り込むための空気導入穴１２０が形成されている。尚、この空気導入穴１２０は、必要に応じてガスタービン１１４の排気を上部収容室１１７から外部へ排出するためにも用いられる。また、作動流体は本実施形態の空気に限られず、任意の気体を用いることができる。
【００２１】
尚、ハウジング１１３の内部には、必要に応じて、受熱器１１６が受けた熱を検知する温度センサー、ガスタービン１１４を始動させる補助駆動装置、受熱器１１６で加熱される前の空気とガスタービン１１４の排気との間で熱交換を行う再生熱交換器、空気を補助燃焼してガスタービン１１４に流入させる補助燃焼器、発電機１１５の振動を打ち消す消振器などの装置が配置されていてもよい。このように、タワー本体１１２の内部に各種装置を集約して配置することで、設備設置面積を縮小することができる。
【００２２】
ガスタービン１１４は、図３に示すように、上部収容室１１７における空気導入穴１２０と逆側の端部に配置された圧縮機１２１と、空気導入穴１２０と同じ側の端部に配置されたタービン１２２とを備えている。圧縮機１２１は、上部収容室１１７の空気を吸引して圧縮することで圧縮空気を生成するものである。この圧縮機１２１には、図３に詳細は示さないが、後述する受熱器１１６から延びる接続配管１３３の一端が接続されている。一方、タービン１２２は、作動流体としての空気が供給されることで回転駆動するものである。このタービン１２２には、図３に示すように、受熱器１１６から延びる排出配管１２６の一端が接続されている。
【００２３】
発電機１１５は、ガスタービン１１４を構成するタービン１２２の回転により生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力として取り出すものである。この発電機１１５は、図３に示すように、上部収容室１１７における空気導入穴１２０に面した位置に配置されている。
【００２４】
尚、発電機１１５でタービン１２２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する構成としては、本実施形態のようにタービン１２２の回転によって直接的に発電機１１５を駆動する構成だけでなく、タービン１２２の回転によって間接的に発電機１１５を駆動する構成も含むものとする。例えば、図に詳細は示さないが、タービン１２２の排ガスで水を加熱することによって蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービンを回転させることによって発電機１１５を駆動してもよい。
【００２５】
受熱器１１６は、圧縮機１２１が生成した圧縮空気を太陽光Ｓの熱で加熱するためのものである。図４は、受熱器１１６の構成を示す概略斜視図であって、一部破断した状態を示している。受熱器１１６は、ケーシング１２３と、このケーシング１２３の内部に収容された受熱管１２４と、ケーシング１２３の底部を貫通して一端が受熱管１２４に接続された供給配管１２５と、ケーシング１２３の頂部を貫通して一端が受熱管１２４に接続された排出配管１２６と、を備えるものである。
【００２６】
ケーシング１２３は、その内部が密封され、図４に破線で示すように、その底部には、ヘリオスタット１２で反射された太陽光Ｓを導入するための太陽光導入孔１２７が形成されている。この太陽光導入孔１２７は、平面視で略円形に形成され、その径は太陽光Ｓのスポット径、すなわち集光時における直径の最小値を考慮した大きさとなっている。尚、図４に詳細は示さないが、ケーシング１２３の内壁面は、太陽光Ｓの熱を吸収する断熱材で覆われている。これにより、ケーシング１２３の内部が外部から断熱されるとともに、受熱管１２４の背面側すなわち太陽光導入孔１２７に面しない側が、断熱材から放射される熱によって加熱される。尚、ケーシング１２３の形状は、内部に収容する受熱管１２４の大きさや形状等に応じて適宜設計変更が可能である。
【００２７】
ところで、図４には、図１に示す３個のタワー１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃのうち向かって左端に位置するタワー１１Ａについて、ケーシング１２３に形成する太陽光導入孔１２８の位置を一点鎖線で示している。この太陽光導入孔１２８は、図４に破線で示す太陽光導入孔１２７と比較すると、向かって右側よりに、すなわち中央のタワー１１Ｂ側に形成されている。これは、図１に示すように、左端のタワー１１Ａについては、向かって左側よりも右側に多数のヘリオスタット１２が配置されているため、右側から来る光をより多く受光できるようにしたものである。一方、図４には、図１に示す３個のタワー１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃのうち向かって右端に位置するタワー１１Ｃについて、ケーシング１２３に形成する太陽光導入孔１２９の位置を二点差線で示している。この太陽光導入孔１２９は、図４に破線で示す太陽光導入孔１２７と比較すると、向かって左側よりに、すなわち中央のタワー１１Ｂ側に形成されている。これは、図１に示すように、右端のタワー１１Ｃについては、向かって右側よりも左側に多数のヘリオスタット１２が配置されているため、左側から来る光をより多く受光できるようにしたものである。尚、左端のタワー１１Ａと右端のタワー１１Ｃについては、中央のタワー１１Ｂと比較して太陽光導入孔１２８，１２９の位置だけが異なり、その他の構成は同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００２８】
受熱管１２４は、図４に示すように、互いに平行して配置されて鉛直方向に延びる複数本の受熱細管１３０と、各受熱細管１３０の上端部が接続されて水平方向に延びる上部ヘッダー管１３１と、各受熱細管１３０の下端部が接続されて水平方向に延びる下部ヘッダー管１３２と、を有している。受熱細管１３０は、太陽光Ｓを受光して内部を流れる圧縮空気を太陽光Ｓの熱で加熱するものである。この受熱細管１３０は、図４に示すように、太陽光導入孔１２７とヘリオスタット１２の位置関係を考慮し、太陽光導入孔１２７から導入される太陽光Ｓを受光可能な位置に設けられている。また、上部ヘッダー管１３１と下部ヘッダー管１３２は、各受熱細管１３０を流れる空気を合流させることによって温度を均一化させるものである。尚、受熱管１２４を構成する受熱細管１３０、上部ヘッダー管１３１、及び下部ヘッダー管１３２の形状は、本実施形態に限定されず適宜設計変更が可能である。
【００２９】
供給配管１２５は、受熱管１２４に対して空気を供給するものである。この供給配管１２５は、図４に示すように、その一端が下部ヘッダー管１３２に接続され、ケーシング１２３を貫通した後、２股に分岐している。そして、図３に示すように、この供給配管１２５の分岐端部には接続配管１３３がそれぞれ接続されている。そして、図３に詳細は示さないが、この接続配管１３３はハウジング１１３の仕切り壁１１３Ａを貫通して上部収容室１１７に引き込まれ、圧縮機１２１に接続されている。これにより、供給配管１２５と接続配管１３３を介して、圧縮機１２１と受熱管１２４とが接続されている。一方、排出配管１２６は、受熱管１２４から空気を排出するものである。この排出配管１２６は、図４に示すように、その一端が上部ヘッダー管１３１に接続され、ケーシング１２３を貫通した後、更に仕切り壁１１３Ａを貫通して上部収容室１１７に引き込まれ、タービン１２２に接続されている。これにより、排出配管１２６を介して、タービン１２２と受熱管１２４とが接続されている。
【００３０】
このように構成される受熱器１１６は、図３に示すように、ハウジング１１３の下部収容室１１８に収容され、仕切り壁１１３Ａに取り付けられた吊り具１３４によってケーシング１２３が吊り下げ支持されている。このように、受熱器１１６をハウジング１１３の壁面に接触させないことにより、受熱器１１６の熱がハウジング１１３へ逃げることを防止している。
【００３１】
このように構成されるタワー１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃによれば、図２に示す各ヘリオスタット１２で反射され集光された太陽光Ｓが、図３に示す太陽光入射孔１１９を通ってハウジング１１３の内部に入射する。そして、この太陽光Ｓは、太陽光導入孔１２７からケーシング１２３の内部に導入され、受熱管１２４を構成する各受熱細管１３０と上部ヘッダー管１３１と下部ヘッダー管１３２によって受光される。これにより、受熱管１２４が太陽光Ｓの熱で加熱される。
【００３２】
一方、図３に示す圧縮機１２１が圧縮空気を生成して接続配管１３３に送出する。そうすると、この圧縮空気は、接続配管１３３から供給配管１２５を通って下部ヘッダー管１３２に流入し、下部ヘッダー管１３２から分岐して各受熱細管１３０に流入する。そして、圧縮空気は、各受熱細管１３０を下から上に向かって流れ、各受熱細管１３０から上部ヘッダー管１３１に流入することで合流し、温度が均一化した後、排出配管１２５を通ってタービン１２２に供給される。これにより、タービン１２２が圧縮空気によって回転駆動され、このタービン１２２の回転によって駆動された発電機１１５が発電する。ここで、圧縮空気は、ケーシング１２３に収容された下部ヘッダー管１３２、各受熱細管１３０、及び上部ヘッダー管１３１を流れる間に、太陽光Ｓの熱で加熱されることにより、その温度が上昇する。
【００３３】
前記ヘリオスタット１２は、太陽光Ｓを反射してハウジング１１３の太陽光入射孔１１９の位置に集光させるものである。ここで、図５は、ヘリオスタット１２の構成を示す概略側面図である。ヘリオスタット１２は、グラウンドＧに固定するための基部１３５と、基部１３５から鉛直方向に延びて軸廻りに回転可能に設けられた回転機構１３６と、この回転機構１３６の頂部に傾動可能に設けられた傾動機構１３７と、この傾動機構１３７によって支持された反射鏡１３８と、を有している。このように構成されるヘリオスタット１２によれば、太陽光Ｓを反射鏡１３８によって反射することにより、任意の方向に反射することが可能となっている。このような構成によれば、回転機構１３６を軸廻りに適宜回転させるとともに、傾動機構１３７を任意の角度だけ傾動させることにより、反射鏡１３８を所望の方向に向けることができる。これにより、太陽の位置によらず、反射鏡１３８で反射した太陽光Ｓを所望の位置に集光することができる。
【００３４】
前記日射計１３は、太陽光Ｓの日射量を計測するものである。この日射計１３は、図２に示すように、制御手段１４に対して電気的に接続され、その計測結果が制御手段１４に入力されるものとなっている。尚、本実施形態では、太陽光Ｓの日射量に関する情報として、グラウンドＧに照射する太陽光Ｓの日射量を日射計１３で測定した。しかし、日射量に関する情報は、日射量自体に限定されず、日射量の増減に伴って同様の増減傾向を示す情報であれば、他の情報を採用することも可能である。例えば、グラウンドＧ上での日射量に代えて、ヘリオスタット１２で反射した反射光の日射量、受熱管１２４での受熱量、タービン１２２の入口部分における空気の温度、タービン１２２の出口部分における空気の温度、タービン１２２の出力等の情報を用いることができる。また、日射量に関するその他の情報として、天気情報、日時情報も用いることができる。
【００３５】
前記制御手段１４は、図２及び図３に示すように、日射計１３、各ヘリオスタット１２、圧縮機１２１、及びタービン１２２に対して電気的に接続され、日射計１３から入力される計測結果に基づいて、各ヘリオスタット１２、圧縮機１２１、及びタービン１２２の動作を制御する。尚、太陽熱発電システム１０を構成するその他の構成部材の動作を制御手段１４によって制御してもよい。
【００３６】
次に、第１実施形態に係る太陽熱発電システム１０の動作制御及びその作用効果について説明する。図６〜図８は、太陽光Ｓの日射量の違いによる太陽熱発電システム１０の動作の違いを説明するための説明図である。まず、図６は、日射量が多い場合、すなわち日射計１３によって計測される日射量が所定の第１閾値より大きい場合の太陽熱発電システム１０の動作を説明する図であって、図６（ａ）は太陽熱発電システム１０を側方から見た模式図、図６（ｂ）は太陽熱発電システム１０を上方から見た模式図である。尚、本実施形態では、日射量の第１閾値をタービン１２２の設計値の２／３程度に設定したが、この第１閾値の大きさは適宜変更が可能である。
【００３７】
この場合、図１に示す制御手段１４は、タワー１１Ａのガスタービン１１４、タワー１１Ｂのガスタービン１１４、及びタワー１１Ｃのガスタービン１１４の全てを駆動する。更に制御手段１４は、図６（ｂ）に示すように、タワー１１Ａの受熱器１１６、タワー１１Ｂの受熱器１１６，タワー１１Ｃの受熱器１１６Ｃの全てが太陽光Ｓを受光するよう、各ヘリオスタット１２の向きをそれぞれ制御する。尚、図５（ｂ），図６（ｂ），図７（ｂ）において、「Ａ」と表示したヘリオスタット１２はその反射光がタワー１１Ａの受熱器１１６によって受光されることを、「Ｂ」と表示したヘリオスタット１２はその反射光がタワー１１Ｂの受熱器１１６によって受光されることを、「Ｃ」と表示したヘリオスタット１２はその反射光がタワー１１Ｃの受熱器１１６によって受光されることをそれぞれ意味している。
【００３８】
更に、制御手段１４は、前述のように全ての受熱器１１６が太陽光Ｓを受光するように各ヘリオスタット１２の向きを制御することに加えて、図６（ｂ）に示すように、タワー１１Ａの受熱器１１６によって受光されるヘリオスタット１２、タワー１１Ｂの受熱器１１６によって受光されるヘリオスタット１２、タワー１１Ｃの受熱器１１６によって受光されるヘリオスタット１２の計３種類が、グラウンドＧ上に均等に分布するように、各ヘリオスタット１２の向きを制御する。これにより、各受熱器１１６は太陽光Ｓを様々な角度から受光するので、受熱管１２４の一部分だけでなく受熱管１２４の全体で太陽光Ｓを受光することができる。従って、全ての受熱管１２４においてその内部を通過する圧縮空気が加熱されるので、発電効率を高めることができる。
【００３９】
このように、全てのガスタービン１１４を駆動して発電を行うことにより、太陽光Ｓから受熱した熱の全てを余すことなく電力として取り出すことができるとともに、各タービン１２２が受ける日射量が設計値の４０〜５０％以下に低下することがないため、安定して運転を継続することができる。
【００４０】
次に、図７は、日射量が少ない場合、すなわち日射計１３によって計測される日射量が所定の第２閾値より小さい場合の太陽熱発電システム１０の動作を説明する図であって、図７（ａ）は太陽熱発電システム１０を側方から見た模式図、図７（ｂ）は太陽熱発電システム１０を上方から見た模式図である。尚、本実施形態では、日射量の第２閾値をタービン１２２の設計値の１／３程度に設定したが、この第２閾値の大きさは適宜変更が可能である。
【００４１】
この場合、図１に示す制御手段１４は、図７（ａ）に示すガスタービン１１４だけを駆動させ、残りの２台のガスタービン１１４を停止させる。更に制御手段１４は、図７（ｂ）に示すように、全てのヘリオスタット１２の反射光が、タワー１１Ｂの受熱器１１６によって受熱されるよう、各ヘリオスタット１２の向きを制御する。
【００４２】
このように、受光する日射量の全てを受熱器１１６だけで受熱し、タワー１１Ｂのガスタービン１１４だけを駆動して発電するので、日射量が少ない場合でも、ガスタービン１１４を構成するタービン１２２が受ける日射量が、ガスタービン１台分の設計値の４０〜５０％以下まで低下する確率は小さくなる。従って、タワー１１Ｂのタービン１２２からは継続的に出力が得られ、太陽熱発電システム１０の安定した運転が可能となる。尚、本実施形態ではタワー１１Ｂのガスタービン１１４だけを駆動させたが、これに代えてタワー１１Ａのガスタービン１１４だけまたはタワー１１Ｃのガスタービン１１４だけを駆動させてもよい。
【００４３】
次に、図８は、日射量が中程度の場合、すなわち日射計１３によって計測される日射量が第２閾値より大きく第１閾値より小さい場合の太陽熱発電システム１０の動作を説明する図であって、図８（ａ）は太陽熱発電システム１０を側方から見た模式図、図８（ｂ）は太陽熱発電システム１０を上方から見た模式図である。
【００４４】
この場合、図１に示す制御手段１４は、図８（ａ）に示すタワー１１Ｂとタワー１１Ｃのガスタービン１１４を駆動させ、タワー１１Ａのガスタービン１１４を停止させる。更に、制御手段１４は、図８（ｂ）に示すように、タワー１１ＢとタワーＣの受熱器１１６が太陽光Ｓを受光するよう、各ヘリオスタット１２の向きをそれぞれ制御する。また、この時制御手段１４は、図８（ｂ）に示すように、タワー１１Ｂの受熱器１１６によって受光されるヘリオスタット１２、及びタワー１１Ｃの受熱器１１６によって受光されるヘリオスタット１２の計２種類が、グラウンドＧ上に均等に分布するように各ヘリオスタット１２の向きを制御する。これにより、各受熱器１１６は太陽光Ｓを様々な角度から受光するので、受熱管１２４の一部分だけでなく受熱管１２４の全体で太陽光Ｓを受光することができる。これにより、全ての受熱管１２４においてその内部を通過する圧縮空気が加熱されるので、発電効率を高めることができる。
【００４５】
このように、受光する日射量をタワー１１Ｂとタワー１１Ｃの受熱器１１６で受熱し、タワー１１Ｂとタワー１１Ｃのガスタービン１１４を駆動して発電するので、日射量が中程度の場合でも、ガスタービン１１４を構成するタービン１２２が受ける日射量が、ガスタービン２台分の設計値の４０〜５０％以下までは低下しにくい。従って、タワー１１Ｂ及びタワー１１Ｃのタービン１２２から継続的に出力が得られ、太陽熱発電システム１０の安定した運転が可能となる。尚、本実施形態では、タワー１１Ｂ及びタワー１１Ｃのガスタービン１１４を駆動させたが、これに代えて、タワー１１Ａ及びタワー１１Ｂのガスタービン１１４、或いはタワー１１Ａ及びタワー１１Ｃのガスタービン１１４を駆動させてもよい。また、本実施形態では３台のガスタービン１１４から２台のガスタービン１１４を選択して駆動させたが、ガスタービン１１４の全体台数によっては、３台以上のガスタービン１１４を選択して駆動させることも可能である。
【００４６】
ここで、図９は、日射量と駆動させるガスタービン１１４の台数との関係、及び日射量と各タービン１２２の出力との関係を示したグラフである。尚、図９では横軸が日射量を、縦軸が駆動させるガスタービン１１４の台数及び各タービン１２２の出力を、それぞれ示している。前述のように、日射量が多い時は３台のガスタービン１１４を全て駆動させる。この時、日射量が減少するに従って、各タービン１２２の出力も徐々に低下していく。そして、日射量が所定値まで低下すると、ガスタービン１１４の駆動台数を２台に減少させる。この時、１台当たりのガスタービン１１４が受ける日射量が増加するため、各タービン１２２の出力は一時的に増加するが、日射量が更に減少すると各タービン１２２の出力も再び低下し始める。そして、日射量が更に減少して所定値まで低下すると、ガスタービン１１４の駆動台数を１台に減少させる。このように、日射量の設計値が小さいガスタービン１１４を複数台設置し、日射量の減少に伴って駆動させるガスタービン１１４の台数を減少させていく。これにより、日射量の設計値が小さいガスタービン１１４を使用するので、日射量がガスタービン１１４の１台分の設計値の４０〜５０％以下まで低下しても、タービン１２２から継続的に出力が得られる。
【００４７】
次に、本発明の第２実施形態に係る太陽熱発電システムの構成について説明する。第２実施形態の太陽熱発電システムは、第１実施形態と比較すると、タワーが１個だけしか設置されず、その１個のタワーに複数台のガスタービンと１個の受熱器が収容される点で異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態と同じであるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
【００４８】
図１０は、タワー２１を構成するタワー本体２１１の内部構造を示す模式図である。タワー本体２１１は、中空の箱型部材であるハウジング２１２と、このハウジング２１２の上部に収容された３個のガスタービン２１３，２１４，２１５と、同じくハウジング２１２の上部に各ガスタービン２１３，２１４，２１５に隣接して設けられた３個の発電機２１６，２１７，２１８と、ハウジング２１２の下部に配置された１個の受熱器２１９とを備えている。また、受熱器２１９の下部ヘッダー管２１９ａから延びる供給配管２２０が分岐して、各ガスタービン２１３，２１４，２１５を構成する圧縮機２２１，２２２，２２３にそれぞれ接続され、各分岐箇所には供給配管２２０を開放または閉止可能な開閉バルブ２２４，２２５，２２６がそれぞれ設けられている。一方、受熱器２１９の上部ヘッダー管２１９ｂから延びる排出配管２２７が分岐して、各ガスタービン２１３，２１４，２１５を構成するタービン２２８，２２９，２３０にそれぞれ接続され、各分岐箇所には排出配管２２７を開放または閉止可能な開閉バルブ（切替手段）２３１，２３２，２３３がそれぞれ設けられている。
【００４９】
このような構成によれば、供給配管２２０の開閉バルブ２２４，２２５，２２６と排出配管２２７の開閉バルブ２２８，２２９，２３０とを適宜開閉させることにより、任意の圧縮機２２１，２２２，２２３から受熱器２１９に対して圧縮空気を供給することができ、また受熱器２１９で加熱した圧縮空気を任意のタービン２２８，２２９，２３０に対して排出することができる。これにより、太陽光Ｓの日射量が多い時は３台のガスタービン２１３，２１４，２１５を駆動させ、日射量が少なくなるに従って、駆動させるガスタービン２１３，２１４，２１５の台数を２台、１台と減少させることができる。尚、日射量の減少に伴ってガスタービン２１３，２１４，２１５の駆動台数を減少させることの作用効果は、第１実施形態と同様である。
【００５０】
本実施形態の太陽熱発電システムによれば、受熱器２１９及びこの受熱器２１９を収容するタワー２１が１個でよいため、太陽熱発電システム全体としての小型化を図ることができる。また、ヘリオスタット１２の反射光を１個の受熱器２１９に集めればよいため、ヘリオスタット１２の方向制御が単純になる。
【００５１】
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…太陽熱発電システム
１２…ヘリオスタット
１３…日射計（日射量情報取得手段）
１４…制御手段
１１４…タービン
１１５…発電機
１１６…受熱器
１２１…圧縮機
１２２…ガスタービン
２３１，２３２，２３３…開閉バルブ（切替手段）
Ｓ…太陽光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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