(57)【要約】      （修正有）【課題】より経済的な発電を可能にする発電プラントを提供する。【解決手段】媒体流を加熱するための太陽放射線レシーバ（７）と、太陽放射線レシーバからの加熱された媒体流を受け取るように配置されているタービンアセンブリ（１３）とを含み、および、このタービンアセンブリは発電機に連結されている、発電プラントであって、燃焼器（８）が、太陽放射線レシーバ（７）の下流にかつタービンアセンブリ（１３）の上流に配置されており、圧縮空気出口を有する空気圧縮機ユニット（１０）が、圧縮燃焼空気を燃焼器（８）に供給するように配置されており、蒸気発生器（１５）が、タービンアセンブリ（１３）からの出口流から熱を取り出すように、かつ、太陽放射線レシーバ（７）の媒体流入口とその後に燃焼器とに送られる蒸気を発生させるように配置されている。【選択図】図５
0003212311.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
媒体流を加熱するための太陽放射線レシーバ（７）と、前記太陽放射線レシーバからの加熱された媒体流を受け取るように配置されているタービンアセンブリ（１３）とを含み、および、前記タービンアセンブリは発電機（１４）に連結されている、発電プラントにおいて、
燃焼器（８）が、前記太陽放射線レシーバ（７）の下流にかつ前記タービンアセンブリ（１３）の上流に配置されていることと、
圧縮空気出口を有する空気圧縮機ユニット（１０、２８）が、圧縮燃焼空気を前記燃焼器（８）に供給するように配置されていることと、
蒸気発生器（１５）が、前記タービンアセンブリ（１３）からの出口流から熱を取り出すように、かつ、前記太陽放射線レシーバ（７）の媒体流入口とその後に前記燃焼器とに送られる蒸気を発生させるように配置されていることと、
を特徴とするプラント。
【請求項２】
前記太陽放射線レシーバ（７）は第１の場所（４）に位置しているように配置されており、および、前記タービンアセンブリは、前記第１の場所から特定の距離にある第２の場所（６）に位置しているように配置されている請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
凝縮器（１６）が前記蒸気発生器の下流に配置されており、および、前記凝縮器によって得られる液状水を、前記蒸気発生器（１５）と、前記太陽放射線レシーバ（７）と、前記空気圧縮機ユニット（１０、２８）の回路と、前記空気圧縮機ユニット（１０、２８）の前記圧縮空気出口とから成るグループの中の１つまたは複数に移送するための手段が配置されている請求項１または２に記載のプラント。
【請求項４】
補助タービンユニット（９）が、前記太陽放射線レシーバの下流にかつ前記タービンアセンブリ（１０）の上流に配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項５】
前記補助タービンユニット（９）は、前記空気圧縮機ユニット（１０）および／または補助発電機に駆動的に連結されている請求項４に記載のプラント。
【請求項６】
前記補助タービンユニット（９）と、前記空気圧縮機ユニット（１０）と、場合によっては、前記補助発電機は、前記太陽放射線レシーバ（７）に隣接した第１の位置に配置されている、請求項２に従属した請求項５に記載のプラント。
【請求項７】
前記タービンアセンブリ（１３）と前記補助タービンユニット（９）の各々は圧縮機ユニットおよび／または発電機を駆動する請求項４から６のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項８】
再加熱器燃焼器（８′）が、前記タービンアセンブリ（１３）の上流に、かつ、前記補助タービンユニット（９）の下流に配置されている請求項１から７のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項９】
前記燃焼器（８）の上流の圧縮空気を、前記太陽放射線レシーバからの熱伝達のために連結されている少なくとも１つの一次回路を有する熱交換器の二次回路に入れるための、熱伝達のための手段が配置されており、および、前記熱交換器からの出口の後の前記少なくとも１つの一次回路が前記太陽放射線レシーバに再び達する請求項１から８のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１０】
前記空気圧縮機ユニット（１０、２８）の中間冷却器回路と前記空気圧縮機ユニット（１０、２８）の前記圧縮空気出口とのいずれか１つから熱を回収する補助蒸気発生手段を含み、および、発生した蒸気を太陽放射線レシーバに移送するための手段が配置されている請求項１から９のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１１】
混合手段が、前記媒体流を形成するために、前記太陽放射線レシーバ内で加熱されるべき圧縮空気を蒸気と混合するために配置されている請求項１から１０のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１２】
１つまたは複数の前記燃焼器（８、８′）の動作に応答して圧縮燃焼空気の発生に関して前記空気圧縮機ユニット（１０、２８）の動作を調節するために、制御ユニットが配置されている請求項１から１１のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１３】
媒体流を加熱するための太陽放射線レシーバ（７）と、前記太陽放射線レシーバからの加熱された媒体流を受け取るように配置されているタービンアセンブリ（１３）とを含み、および、前記タービンアセンブリは発電機（１４）に連結されている、発電プラント（１）において、
蒸気発生器（１５）が、蒸気発生のために前記タービンアセンブリ（１３）からの出口流から熱を取り出すように、前記タービンアセンブリ（１３）からの出口に連結されていることと、
発生した蒸気を前記太陽放射線レシーバの中に導入するために、前記蒸気発生器（１５）からの蒸気出口が、前記太陽放射線レシーバの入口に連結されていることと、
を特徴とするプラント（１）。
【請求項１４】
少なくとも１つの水導管が、前記太陽放射線レシーバの中に噴霧される液状水の供給のために、前記太陽放射線レシーバに通じる請求項１３に記載のプラント。
【請求項１５】
前記蒸気発生器は、補助蒸気発生熱源を提供するための燃料燃焼器装置を含む請求項１３または１４に記載のプラント。
【請求項１６】
補助タービンユニット（９）の入口が、前記媒体流を受け取るために前記太陽放射線レシーバに連結されており、および、その出口が前記タービンアセンブリに通じており、
前記補助タービンユニット（９）は、補助発電機（１８）に連結されている
請求項１３から１５のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１７】
前記太陽放射線レシーバ（７）と、前記補助タービンユニット（９）と、前記補助発電機（１８）は、一体化されたユニットの中に含まれている請求項１６に記載のプラント。
【請求項１８】
前記補助タービンユニット（９）は、前記太陽放射線レシーバ（７）に直接的に連結されている請求項１６または１７に記載のプラント。
【請求項１９】
凝縮器（１９）が、前記タービンアセンブリ（１３）の下流で液状水凝縮物を得るように、前記媒体流で見た場合に、前記蒸気発生器（１５）の下流に配置されている請求項１３から１８のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項２０】
前記凝縮器（１９）からの液状水凝縮物出口が前記蒸気発生器（１５）に連結されている請求項１９に記載のプラント。
【請求項２１】
前記太陽放射線レシーバに対する前記蒸気の少なくとも一部分が前記補助タービンユニットの部品の冷却のために使用されるということが準備されている請求項１３から２０のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項２２】
前記太陽放射線レシーバ（７）は、前記太陽放射線レシーバ（７）に対して太陽放射線を反射するように制御される１組の分散した太陽放射線リフレクタ（２）を含む太陽放射線リフレクタクラスタ（２）の焦点区域内に配置されている請求項１３から２１のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項２３】
前記太陽放射線レシーバ（７）と、場合によっては前記補助タービンユニット（９）は、第１の場所（４）に位置するように配置されており、および、前記タービンアセンブリは、前記第１の場所から特定の距離にある第２の場所（６）に位置するように配置されている請求項１３から２２のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項２４】
前記第１の場所は、タワー（５）の頂部領域のような、前記太陽放射線リフレクタクラスタ（２）よりも高い位置にあり、および、前記タービンアセンブリ（１３）は、より低い高さに位置している請求項２３に記載のプラント。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、媒体流（ｍｅｄｉｕｍ  ｓｔｒｅａｍ）を加熱するための太陽放射線レシーバ（ｓｏｌａｒ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ）と、この太陽放射線レシーバからの加熱された媒体流を受け取るように配置されているタービンアセンブリとを含み、および、このタービンアセンブリは発電機に連結されている発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
受光区域全体にわたって分散した幾つかの太陽放射線リフレクタと、反射された太陽光がその上に集中させられる太陽放射線レシーバとを含む、発電プラントが既に知られている。特に、この太陽放射線レシーバは、電気エネルギー発生のための発電機を駆動するタービンに送られる媒体流を加熱する。
【０００３】
このタービンとこれに関連した発電機は重量がありかつ大きくて扱いにくく、したがって、これらが容易に設置できかつ到達可能である場所に配置されるが、一方、太陽放射線レシーバは、比較的に高い位置にある場合が多い、組み合わされたリフレクタのための最適な受光条件を有する場所に配置されることが好ましい。太陽放射線レシーバからの加熱された媒体が、隔離された導管を経由してタービンに導かれる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
本考案の目的は、上述した種類の既存のプラントの欠点に対処することと、こうしたプラントにおける、より経済的な発電を可能にする解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、上述されている発電プラントにおける本考案の主要な側面によって実現され、この発電プラントは、燃焼器（ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ）が、太陽放射線レシーバの下流にかつタービンアセンブリの上流に配置されていることと、圧縮空気出口を有する空気圧縮機ユニットが、圧縮燃焼空気（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ａｉｒ）を燃焼器に供給するように配置されていることと、蒸気発生器が、タービンアセンブリからの出口流から熱を取り出すように、かつ、太陽放射線レシーバの媒体流入口とその後に燃焼器とに送られる蒸気を発生させるように配置されていることとを特徴とする。
【０００６】
この発電プラントは、典型的には、太陽放射線レシーバに対して太陽放射線を反射するように制御される１組の分散した太陽放射線リフレクタを含む。一般的に、このことは、太陽放射線レシーバが地表面よりもかなり高い位置に配置されていることを意味する。
【０００７】
蒸気は、太陽放射線レシーバプラント内の冷却媒体および熱伝達媒体として、空気よりも優れている。この理由から、本考案は、空気の代わりに、主媒体として蒸気を使用することを提案する。このプロセスにおける空気が、実質的に、化学量論性を得るために燃焼に必要な燃焼空気であることが好ましい。これによって、燃焼には不要である（酸素を含む）空気を圧縮するためにエネルギーが消費されることが回避される。
【０００８】
空気を最小限にすることが水の回収のための条件を改善する。これによって、空気含有量が減少させられる時に露点が上昇させられ、したがって、外界空気冷却材の簡単な使用によって水が容易に回収でき、および、熱帯的環境においてさえも、水の完全な回収が可能にされる。太陽プラントが、水が不足している区域内に設置されることが多いので、このことは、本考案の最も重要な利点の一つである。
【０００９】
太陽放射線レシーバの下流にかつ補助タービンユニットの上流に配置されている燃焼器を有することが、このプラントの組み合わされた運転を効果的な形で実現するものである。時として、この運転は、燃焼可能燃料からの燃焼エネルギーによって所望のレベルに到達させられることが可能である。これによって、このプラント全体が運転可能にされるだけでなく、さらには、このプラントに対する太陽流入（ｓｏｌａｒ  ｉｎｆｌｕｘ）が制限されている時または太陽流入が無い時にも、高度に効果的にされることが可能であり、かつ、太陽から受け取られる放射線が十分なまたはほぼ十分な強度である時だけに制限されずに、このプラントが利用されることが可能である。したがって、本考案のこの側面は、期待通りに太陽が照っている時の太陽放射線レシーバの通常の条件下においても、プラント効率を向上させるために重要である。さらに、こうした近理想的な条件下においてさえも、通常通りに機能する太陽放射線レシーバが、９００−１３００℃に加熱されたプロセス媒体を配送する見込みがあり、このプロセス媒体の温度は最善の実現可能なサイクル効率を結果的にもたらす温度よりも明らかに低く、この温度は、意図されているこの種のプラントにおいては、最善のタービン入口パラメータに合致するためには約１４００−１６００℃である。
【００１０】
これを考慮に入れると、燃焼器を燃焼させることによってタービン入口温度を最高の温度にすることが可能であることが非常に有利である。このことは、有利なことに、太陽放射線レシーバの下流の温度と燃焼器の上流の温度とを検出することと、この温度検出にしたがって所望の温度レベルに到達するように燃焼器に対する燃料供給を制御することとに組み合わされる。
【００１１】
したがって、燃焼器は、その装置のハイブリッド化（ｈｙｂｒｉｄｉｓａｔｉｏｎ）を効率的に実現するために、太陽放射線レシーバと直列に連結されている。
【００１２】
したがって、太陽エネルギーと燃焼エネルギーとの組み合わせを使用する本考案によるハイブリッドシステムでは、プラント全体の効率だけでなく別々の部品の効率も、背景技術のシステムに比べて向上させられる。この燃焼器は、より高いレベルに温度を上昇させることを可能にし、および、このことは、プラント全体の効率にとって有益である。これによって、タービンアセンブリが様々な異なる運転モードのすべてにおいてより最適な条件で動作することが可能なので、太陽レシーバによって得られるエネルギーがより適切に使用されると言うことが可能である。
【００１３】
上記タービンアセンブリからの出口流から熱を取り出すためにタービンアセンブリからの出口に連結されている蒸気発生器を有することが、プラントの効率を増大させ、および、太陽放射線レシーバのための効果的な冷却媒体として蒸気を使用する機会を増大させる。その後で、発生した蒸気が媒体流（または、その一部分）として太陽放射線レシーバに送られる。
【００１４】
太陽放射線レシーバが第１の場所に位置しているように配置されており、および、タービンアセンブリが、第１の場所から特定の距離にある第２の場所に位置しているように配置されていることが好ましいが、これは、このことが効率的な太陽エネルギーの受け取りのために一般的に有利であるからである。
【００１５】
燃焼器は、高い位置に位置するのに極めて適している軽量のユニットとして、かつ、太陽放射線レシーバと補助タービンユニットと共にユニットを形成するように構成されることが可能である。太陽放射線レシーバとタービンとが近接していることが、結果的に高コストの材料の必要性を最小限にする。
【００１６】
さらに、燃焼器が、太陽放射線レシーバからの出口の中心軸線と同軸であるかまたはこの中心軸線と交差する中心軸線を有し、かつ、補助タービンユニットの中心軸線と同軸である、流れ抵抗が低いユニットを形成することが好ましい。
【００１７】
クローズドシステムを実現するために、凝縮器が蒸気発生器の下流に配置されていることが好ましく、凝縮器によって得られる液状水を蒸気発生器に移送するための手段が配置される。さらに、凝縮器によって得られる液状水を、太陽放射線レシーバ、空気圧縮機ユニットの回路、および／または、空気圧縮機ユニットの圧縮空気出口に移送するための手段が配置されていることが好ましい。この目的は、その代わりに作動媒体として追加の水が噴射させられなければならないことを意味する空気の使用を最小限にすることである。
【００１８】
蒸気発生器は、直列に連結されている水加熱器と蒸発器とを含み、これらは分離していることが可能であるが、必要に応じて異なる形で配置される出口を有する、本明細書では「蒸気発生器」と呼ばれている単一の構成要素の形に一体化されることが好ましい。
【００１９】
水圧が、典型的には、上記水凝縮物を送る導管内に配置されているポンプによって、例えば５０−１１０バールに上昇させられる。好ましくはそのプラント内に存在する時に補助タービンユニット内の対流冷却流路を少なくとも部分的に経由して、蒸気発生器から太陽放射線レシーバの入口に蒸気を送るための導管も配置されている。上述したように、この蒸気の特定の部分が、タービンアセンブリ内の露出した要素の膜冷却と、燃焼器および太陽放射線レシーバの内の露出した要素の膜冷却とのために使用されることが可能である。
【００２０】
凝縮器からの水は、一例として、典型的には約８０℃の温度であるが、水加熱器内の６０バールの圧力では、蒸気発生器を出て行く液状水において約２７０℃までの温度に達することが可能であり、このことは、さらに後の使用において有利である。
【００２１】
太陽レシーバの中に水を噴射することが、追加の蒸気を容易に発生させることと、この主要な側面によって、例えば太陽から受け取られた放射線がそのピークにある時に、媒体流中の蒸気の割合を迅速かつ容易に増大させることとを可能にする。
【００２２】
圧縮機回路内に水を噴射することが、より扱いやすいレベルに温度を低下させるために有利である。空気圧縮機ユニットの回路は、中間冷却器回路であってもよい。
【００２３】
このような液状水の移送は、さらに、タービンアセンブリの下流での露点と後続の熱回収とに影響を及ぼす容易な方法である。
【００２４】
上記媒体流を受け容れて膨張させるために、および、さらなる膨張のために上記媒体流をタービンアセンブリに放出するために、補助タービンユニットが第１の場所に配置されており、かつ、その入口が太陽放射線レシーバに連結されていることと、補助タービンユニットからエネルギーを取り出すための少なくとも１つの補助的なパワーコンシューマ（ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｓｕｍｅｒ）にその補助タービンユニットが連結されていることとが、本考案の主要な側面の一変形例によって極めて好ましく、および、特許請求項２４−４１による本考案の独立的な二次的側面の主要な特徴でもある。
【００２５】
補助タービンユニットを含むことが、幾つかの利点をもたらす。この補助タービンユニットは、典型的には、高圧力を利用し、および、第１の場所に配置されている時には太陽放射線レシーバの直ぐ下流において優勢である高温度を利用する、高圧タービンである。プロセスガスが高圧タービン内で膨張するので、このことは、補助タービンユニットを出て行く媒体がより低い圧力とより低い温度とを有することを意味し、このことが、その優勢な圧力と温度との故に、タービンアセンブリへの移送を効率損失に関してより容易なものにする。
【００２６】
第１の場所に配置されている場合には、太陽放射線レシーバの出口における高温度レベルが補助タービンユニットに直接的に送り込まれることが可能であり、このことが高いプロセス効率を結果的にもたらす。
【００２７】
高圧タービンである補助タービンユニットと、太陽放射線レシーバと、補助パワーコンシューマは、例えば高い位置に容易に設置されることが可能である軽量かつ小型のユニットの形に形成されることが可能であり、および、高圧タービンから出て行くプロセスガスが比較的低い温度を有するので、熱損失と圧力損失を最小限にとどめながらプロセスガスをタービンアセンブリに移送することが可能である。
【００２８】
また、温度と圧力の低下のおかげで、高コストの材料が回避可能である。さらに、困難な問題なしに、太陽放射線レシーバ内での温度の上昇を可能にすることが可能であり、このことは、補助タービンの下流の媒体流の温度がすでに低下させられているので、第１の場所と第２の場所との間の高温度の移動を実現する必要なしに効率を増大させる。
【００２９】
特にハイブリッドモードにおいては、太陽放射線レシーバと燃焼器とが作動状態にある時に、太陽放射線レシーバを通って流れるプロセス媒体は、蒸気と空気の混合物であることが可能であるが、太陽放射線レシーバの中を通過する必要なしに燃焼空気が燃焼器の中に送り込まれる場合には、このプロセス媒体は蒸気のみであることが可能である。
【００３０】
主要な側面では、補助パワーコンシューマは空気圧縮機アセンブリであることが好ましい。太陽エネルギーを吸収するために、圧縮空気と高圧蒸気とが太陽放射線レシーバに送られる。蒸気を空気の中に混合することが、一般的な法則として、熱伝達容量を増大させる。
【００３１】
この蒸気は、さらに、太陽放射線レシーバ内の熱の悪影響を受けやすい区域、特に太陽放射線レシーバの放射線入口窓の付近の区域の冷却のために、および、タービン内の熱の影響を受けやすい区域、特に熱にさらされるタービンブレードの冷却のために、使用されることが可能である。太陽放射線レシーバ内に蒸気が入る前に、蒸気の少なくとも一部分を冷却のためにタービン内を通過させることが有利である。この蒸気の特定の部分が、タービンアセンブリ内の露出した要素と太陽放射線レシーバ内の露出した要素との膜冷却のために使用されることが可能である。
【００３２】
一方では、最大の効率を得るために部分負荷中に適切な量で蒸気が送り込まれることが可能であるので、他方では、補助タービンユニットとこれに関連したユニットとにおいて最大の効率を得るように回転速度を変化させることが可能なので、部分負荷効率が有利である。基本的には、熱プロセス効率が、プロセス媒体によって熱が吸収される位置における温度レベルと、熱が配送される温度レベルとの間の差に基づいている。この差は、最大の効率を実現するためには可能な限り大きくなければならず、すなわち、太陽放射線レシーバの出口においては温度が可能な限り高く、かつ、プロセス媒体からエネルギーが取り出される補助タービンユニットの下流では温度が可能な限り低い。
【００３３】
補助タービンユニットと、空気圧縮ユニットである補助パワーコンシューマと、場合によっては、補助発電機とが、効率損失を減少させるために、太陽放射線リフレクタクラスタ（ｓｏｌａｒ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｃｌｕｓｔｅｒ）の焦点区域内に配置されている太陽放射線レシーバの付近に配置されていることが好ましい。太陽放射線レシーバと補助タービンユニットと補助パワーコンシューマとが、太陽放射線レシーバクラスタよりも高い位置（例えば、タワーの頂部）に配置されており、かつ、タービンアセンブリがより低い高さに位置していることが特に有益である。
【００３４】
補助タービンユニットが、高圧圧縮機ユニットに直接的に連結されていることが好ましく、および／または、減速歯車伝動装置を介して低圧圧縮機ユニットに間接的に連結されていることが好ましい。
【００３５】
上記タービンアセンブリのための動作条件を向上させ、かつ、これによってプラント全体の効率を増大させる可能性を実現するために、タービンアセンブリの上流に、かつ、補助タービンユニットの下流に、再加熱器燃焼器が配置されることが可能である。しかし、この構成は、本明細書においては好ましくない。
【００３６】
太陽放射線レシーバから到来する少なくとも１つの一次回路に熱伝達のために連結されている一次回路を有する、熱交換器の二次回路の中に圧縮空気を入れるための、熱伝達のための手段が燃焼器の上流に配置されていることが好ましい。このことが、さらに、燃焼空気を加熱するためにも太陽放射線レシーバによって加熱される蒸気を使用して、空気よりも高い蒸気の熱伝達特性を利用することを可能にする。少なくとも１つの一次回路の各々は、太陽放射線レシーバから１つまたは複数のタービンに送られる熱の量を増大させるために、熱交換器を通過し終わった後に太陽放射線レシーバから出て再び太陽放射線レシーバに戻る、閉じた分岐（ｃｌｏｓｅｄ  ｂｒａｎｃｈ）である。２つ以上の一次回路を有することが、熱交換効率を増大させることを可能にする。
【００３７】
このプラントが、空気圧縮機ユニットの中間冷却器回路と空気圧縮機ユニットの圧縮空気出口とのいずれか１つから熱を回収する補助蒸気発生手段を含み、この場合に、発生した蒸気を太陽放射線レシーバに移送するための手段が配置されていることが好ましい。これによって、圧縮機回路の効果的な冷却も実現されることが可能である。空気圧縮機ユニットの圧縮空気出口からの熱の回収が、さらに別の量の蒸気がタービンに送られる熱輸送とエネルギーとの増大とのために使用されることが可能であるということと、この発電プラントが動作のためのかつ熱輸送のための媒体としてのみ蒸気を使用することが依然として可能であるということを意味する。
【００３８】
圧縮機の制御が、圧縮機の案内羽根を調整することによって、発電機制御圧縮機速度（ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  ｓｐｅｅｄ）によって、または、タービン制御フリーシャフト（ｔｕｒｂｉｎｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｆｒｅｅ  ｓｈａｆｔ）を形成することによって行われることが可能である。
【００３９】
場合によっては、圧縮された空気が太陽放射線レシーバ内で加熱されるように準備することが好ましい。有利には、この場合に、混合手段が、上記媒体流を形成するようにこうした圧縮空気を蒸気と混合するために配置されることが好ましい。
【００４０】
燃焼器の動作に応答して圧縮燃焼空気の生産に関して空気圧縮機ユニットの動作を調節するための制御ユニットが配置されることが非常に好ましい。これによって、この圧縮機は、所望の燃焼器動作によって決定される圧縮空気の必要要件にしたがって調節されることが可能である。このようにして、エネルギーが無駄に消費されることが回避される。したがって、燃焼器に対する燃料供給も適切に調整される。
【００４１】
媒体流内の空気の減少が蒸気の割合を増大させることを必要にするということに留意されたい。これは、さらに、媒体流中の種々の場所において検出された条件に対する応答として調節されることが好ましい。蒸気割合の増大の調整が、そのプラントの様々な構成要素の１つまたは複数の中への水の噴射の増大によって最も簡単に実現される。
【００４２】
本考案の従属的な側面による考案は、媒体流を加熱するための太陽放射線レシーバと、この太陽放射線レシーバからの加熱された媒体流を受け取るように配置されているタービンアセンブリとを含む、発電プラントであって、このタービンアセンブリは発電機に連結されており、および、蒸気発生器が、蒸気発生のためにタービンアセンブリからの出口流から熱を取り出すようにタービンアセンブリからの出口に連結されており、および、蒸気発生器からの蒸気出口が、生産された蒸気を太陽放射線レシーバの中に導くために、太陽放射線レシーバの入口に連結されている発電プラントに関する。
【００４３】
一般的に、作動媒体として蒸気を使用する同様のタイプの従来技術の太陽エネルギープラントでは、蒸気は、外界圧力および外界温度に達するように可能な限りタービン内で膨張され終わっている。このことは、太陽放射線レシーバ内に送り込むための蒸気が、太陽放射線レシーバ自体内での発生を除いて、燃料を使用することが多い別の加熱器の中で生じさせられなければならないということを意味し、このために総合的な効率が劣っていることが想定可能である。
【００４４】
本考案のこの側面では、タービンアセンブリを出て行く蒸気が、好ましくは３５０℃−８００℃、より好ましくは４００℃−７００℃、最も好ましくは４５０℃−６００℃の比較的高い温度を有するように、それが配置されることによって、これが回避される。これによって、タービンアセンブリを出て行く依然として高温である蒸気が依然として多量のエネルギーを搬送するので、このエネルギーは、太陽放射線レシーバの中に後で送り込むために適切な温度かつ適切な圧力の蒸気を発生させるために、蒸気発生器内で使用されることが可能である。ポンプが、蒸気発生器内において蒸気の形に加熱される流入水の圧力を上昇させるように適切に配置されている。
【００４５】
本明細書で説明されているプラントにおいて、蒸気と水の混合物の代わりに、作動媒体として蒸気だけを使用することの利点が、この作動媒体の出力密度（ｐｏｗｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ）が、混合物で使用される比率に応じて、空気−蒸気混合作動媒体に比較して、約６０％まで増大させられることが可能であるということである。このことは、その他の点では同様であるプラントに比較して発電出力（ｐｏｗｅｒ  ｏｕｔｐｕｔ）が増大されることが可能であることを意味する。
【００４６】
これらの利点とパラメータデータが、原理的には、本考案の主要な側面にも当てはまる。
【００４７】
少なくとも１つの水導管が、太陽放射線レシーバ内に噴射される液状水を供給するために、太陽放射線レシーバに通じていることが好ましい。
【００４８】
さらに、蒸気発生器が、補助的な蒸気発生熱源を提供するための燃料燃焼器装置を含むことが好ましい。
【００４９】
補助タービンユニットが、上記媒体流を受け入れるために太陽放射線レシーバへの入口に連結されていることと、タービンアセンブリに通じている出口に連結されていることとが、非常に好ましく、および、この補助タービンユニットは補助発電機に連結されている。
【００５０】
太陽放射線レシーバと、補助タービンユニットと、補助発電機とが、一体化されたユニットの中に含まれていることが好ましい。
【００５１】
補助タービンユニットが太陽放射線レシーバに直接的に連結されていることが好ましい。
【００５２】
タービンアセンブリの下流で液状水凝縮物を得るために、凝縮器が、媒体流中で見た場合に、蒸気発生器の下流に配置されていることが有利である。凝縮器からの液状水凝縮物出口が蒸気発生器に連結されていることが適切である。
【００５３】
太陽放射線レシーバに対する上記蒸気の少なくとも一部分が、補助タービンユニットの部品の冷却のために使用されることが好ましい。
【００５４】
太陽放射線レシーバが、その太陽放射線レシーバに対して太陽放射線を反射するように制御される１組の分散した太陽放射線リフレクタを含む太陽放射線リフレクタクラスタの焦点区域内に配置されていることが好ましい。
【００５５】
太陽放射線レシーバ、および、場合によっては補助タービンユニットが、第１の場所に位置しているように配置されており、および、タービンアセンブリが、第１の場所から特定の距離にある第２の場所に配置されていることが好ましい。
【００５６】
この第１の場所が、太陽放射線リフレクタクラスタよりも高い位置にあり、例えばタワーの頂部領域に位置し、および、タービンアセンブリがより低い高さに位置していることが好ましい。
【００５７】
発電プラントを運転するための本考案の従属的な側面による方法が、太陽放射線レシーバ内で媒体流を加熱することと、加熱された媒体流をタービンアセンブリ内で膨張させることと、発電機内で上記タービンアセンブリからのエネルギーを取り出すこととを含む。蒸気発生器によるタービンアセンブリからの出口流からの蒸気発生のために熱が取り出され、発生させられた蒸気が、蒸気発生器からの蒸気出口から太陽放射線レシーバの入口に導かれる。
【００５８】
この従属的な側面のプラントとこれに対応する方法とが、実質的に蒸気だけを用いて動作するように構成されている。
【００５９】
したがって、しかし、例えば停止状態後の動作の始動を容易にするために、媒体流内に燃焼ユニットを設けることが有利であるかまたは必要であることがある。これは、例えば、液体燃料と追加空気とによって発生させられる蒸気の中で単純に発火させることによって実現されることが可能であり、したがって、蒸気発生器は、補助的な蒸気発生熱源を提供するための燃料燃焼器装置を含む。凝集器が、こうした起動シーケンスにおいて、燃焼排気出口と共に働くことが必要であるということに留意されたい。蒸気発生器および凝縮器の圧力は周囲圧力よりも少し高くなければならず、一方、通常の動作時の好ましい圧力が、局所的冷却条件と給水要件（ｆｅｅｄ  ｗａｔｅｒ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）とに適合しなければならない。
【００６０】
この従属的な側面の様々な特徴に関係する実現された利点が、本考案の主要な側面に関係する対応する個々の特徴によって実現されかつ詳細に上述されている利点に対応する。したがって、本考案の主要な側面の個々の特徴によって実現されるものに関する上記の説明が、これらの特徴がこの両方の側面に共通している限りは、従属的な側面の特徴に当てはまる。
【００６１】
対応する利点が、さらに、主要な考案的側面と従属的な考案的側面とのそれぞれによる発電プラントの考案的な運転方法に関する特徴によって実現される。
【００６２】
以下では、本考案を、実施形態に基づいて、図面を参照しながら、さらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本考案による発電プラントを示す。
【図２】図２は、発電プラントの第１の実施形態のレイアウトを概略的に示す。
【図３】図３は、考案的な発電プラントの第２の実施形態を示す。
【図４】図４は、考案的な発電プラントの第３の実施形態を示す。
【図５】図５は、考案的な発電プラントの第４の実施形態を示す。
【図６】図６は、考案的な発電プラントの第５の実施形態を示す。
【図７】図７は、考案的な発電プラントの第６の実施形態を示す。
【図８】図８は、考案的な発電プラントの第７の実施形態を示す。
【図９】図９は、考案的な発電プラントの第８の実施形態を示す。
【図１０】図１０は、本考案による方法の流れ図を示す。
【考案を実施するための形態】
【００６４】
図１は、太陽放射線レシーバ（本明細書では「レシーバ」とも呼ばれる）上に太陽放射線を反射するための１組の分散したリフレクタ２を有する発電プラント１を示す。番号「３」が、一体状ユニットである頂部ユニット４を含む発電プラントの作用部分（ａｃｔｉｖｅ  ｐａｒｔ）を示し、この頂部ユニット４は、太陽放射線レシーバと、おそらくは、圧縮機アセンブリおよび／または補助発電機のような１つまたは複数のパワーコンシューマに連結されている補助タービンユニットとを含む。この頂部ユニット４は第１の位置にあり、および、太陽放射線エネルギーが満杯であるか、少ないか、または、存在しない時に、その発電プラントの動作を可能にするための燃焼器も含むことが好ましい。
【００６５】
頂部ユニット４は、頂部ユニット４と地表ユニット６との間でのプロセス媒体の移送のための導管を含むタワー５の頂部に配置されており、および、地表ユニット６は第２の位置にあり、および、タービンアセンブリと発電機とを含む。この地表ユニット６は、さらに、蒸気発生器と水分回収凝縮器とを含む。頂部ユニットおよび地表ユニットの要素は示されていない。
【００６６】
図２は、本考案の第１の実施形態を詳細に示し、この図では、頂部ユニット４内に、蒸気入口と液状噴射水入口３３とを有する太陽放射線レシーバ７が示されている。
【００６７】
圧縮空気が空気圧縮機ユニット２８によって供給され、この空気圧縮機ユニット２８は、太陽放射線レシーバ７の出口に燃焼器８を介して連結されている入口を有するタービンアセンブリ１３によって駆動される。この圧縮機ユニット２８は空気入口１２を有する。太陽放射線レシーバ７とタービンアセンブリ１３との間には、この発電プラント内に含まれているＣＰＵユニット（図示されていない）によって決定される度合いに応じてそのプロセスに対して燃焼エネルギーを供給するための燃焼器８が配置されており、および、上記燃焼器は燃料入口１１を有する。燃焼器内で使用される燃料は気化バイオ燃料または任意の他の適切な燃料であることが可能である。空気圧縮機アセンブリからの空気が、燃焼器８のための燃焼空気を構成する。
【００６８】
タービンアセンブリ１３は、電気エネルギーの発生のために発電機１４を駆動する。タービンアセンブリ１３を出て行くプロセス媒体は、太陽放射線レシーバ７の中に送り込むように頂部ユニット４に配送される蒸気と加熱水とを発生させるための、蒸気（および熱水）発生器１５に導かれる。蒸気発生器１５の下流では、プロセス媒体が水回収凝縮器１６に導かれ、この水回収凝縮器１６は、凝縮器の冷却のために空気冷却器１７に連結されており、および、さらに、熱水と蒸気の発生のために蒸気発生器１５に供給水を供給するために蒸気発生器１５にも連結されている。水回収凝縮器１６と蒸気発生器１５との間に配置されているポンプ２７によって、水圧が所望のレベルに上昇させられる。番号「２９」が、蒸気の一部分を冷却のために蒸気発生器１５からタービンに移送しおよびタービンを通して移送するための導管を示す。この冷却の問題に関しては上述の説明を参照されたい。
【００６９】
図３は、補助タービンユニット９が、地表ユニット６内に配置されており、かつ、燃焼器８を介して太陽放射線レシーバ７の出口に連結されている蒸気入口を有する、実施形態を示す。太陽放射線レシーバ７と補助タービンユニット９との間には、燃料入口１１を有する燃焼器８が配置されている。
【００７０】
補助タービンユニット９から出て行く、したがって低下した圧力と温度とを有するプロセス媒体が、タービンアセンブリ１３の入口に導かれ、および、このタービンアセンブリ１３は発電機１４を駆動する。タービンアセンブリ１３から出て行くプロセス媒体は、図２に関して上述したように導かれる。
【００７１】
図３の実施形態では、空気圧縮機アセンブリ１０が示されており、この空気圧縮機アセンブリ１０は補助タービンユニット９によって駆動され、および、タービンアセンブリ１３によって駆動される圧縮機ユニット２８から出る空気入口を有する。圧縮機ユニット２８は空気入口１２を有する。空気圧縮機アセンブリ１０から出て行く空気が、燃焼器８のための燃焼空気を構成する。
【００７２】
番号「３５」が、圧縮機ユニット２８と圧縮機アセンブリ１０との間に位置している蒸気発生器を示し、および、番号「３６」が、圧縮機アセンブリ１０と燃焼器８との間に位置している蒸気発生器を示す。発生させられた蒸気が太陽放射線レシーバ７に導かれる。
【００７３】
空気圧縮機アセンブリ１０を駆動することに加えて、補助アセンブリ９は、この場合に、ある程度は電気エネルギーを発生させるために、補助発電機１８にも連結されている。蒸気発生器３５、３６のための加熱供給水が、液状水ポンプ２７の下流の凝縮器出口から到着する。
【００７４】
主として、太陽放射線レシーバ７からの熱伝達のために連結されている一次回路を有する熱交換器３４の二次回路に、燃焼器８の上流の圧縮機ユニット２８からの圧縮空気を送り込むように熱伝達のための手段が配置されているという点で、図４の実施形態は図２の実施形態とは異なっている。したがって、レシーバによって加熱される蒸気は、蒸気の熱伝達特性が空気よりも高いことを利用して、燃焼空気を加熱するために使用される。一次回路は、熱交換器３４の中を通過し終わった後にレシーバ７の中を２度目に通過するように、再び太陽放射線レシーバ７に戻り、および、最終的には燃焼器８の入口の中に入る。これが、レシーバからタービンユニットへの熱伝達容量を大きく増大させる。
【００７５】
図５は、本考案の別の実施形態をさらに詳細に示し、この実施形態では、頂部ユニット４内に、太陽放射線レシーバ７が補助タービンユニット９と共に示されており、および、これらの構成要素の間には、ＣＰＵユニット（図示されていない）によって決定される度合いに応じてそのプロセスに燃焼エネルギーを供給するための燃焼器８が配置されており、および、上記燃焼器は燃料入口１１を有する。
【００７６】
補助タービンユニット９から出て行く、したがって低下した圧力と温度とを有するプロセス媒体が、地表ユニット６に下方に導かれ、この地表ユニット６では、プロセス媒体はタービンアセンブリ１３の入口において受け容れられ、一方、タービンアセンブリ１３は、電気エネルギーの発生のために発電機１４を駆動する。タービンアセンブリ１３から出ていくプロセス媒体は上述したように導かれる。
【００７７】
図５の実施形態では、周囲環境からの空気入口１２を有する空気圧縮機アセンブリ１０が示されている。
【００７８】
空気圧縮機アセンブリ１０を駆動することに加えて、補助アセンブリ９は、この場合に、ある程度は電気エネルギーを発生させるための補助発電機１８にも連結されている。上述したように高い位置にある重量が大きい装置の問題を考慮して、地表ユニットに対する導管の中の温度と圧力とが比較的低く保たれるように補助タービンユニットによって多くの働きが行われることが一般的に有益であると述べることが可能である。
【００７９】
図６のプラントは、２段圧縮機（ｔｗｏ  ｓｔｅｐ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）から成る空気圧縮機アセンブリ１０が示されているという点で、図５のプラントとは異なっている。さらに、適切な発電機の機能により適切に適合するように、補助タービンユニット９からの高回転速度をより低い回転速度に減少させるための変速装置３０が設けられている。
【００８０】
本出願による蒸気サイクル（ランキンサイクル）では一般的に、プロセス媒体は、加熱プロセス中に液状水から過熱蒸気に変化する。太陽レシーバの場合には、媒体流相が加熱プロセス中にこのレシーバの長さ部分に沿って同一であることが好ましい。このことは、水の加熱および沸騰と蒸気の過熱とを管理するように太陽放射線レシーバが設計されていなければならない背景技術に比較して有利である。
【００８１】
さらに、図６の実施形態では、熱水が蒸気／水発生器１５内に送り込まれる。この熱水は、蒸気／水発生器１５から容易に噴射され、および、高温空気と混合される時に蒸気に変形させられる。蒸気形態の水だけがレシーバ７に達するように、噴射された水が蒸発する限り、太陽放射線レシーバの以前の幾らかの水噴射が利点である。この水は、第１の噴霧ステーション３１内の２つの圧縮機段の間で、および／または、第２の噴霧ステーション３２内の圧縮機アセンブリの出口において、圧縮機流の中に噴射される。圧縮機の動作の場合に、このことは、より低い圧縮機動作が必要とされるという点で有益である。このようにして発生させられた蒸気は、その次に、太陽放射線レシーバに通じる蒸気導管の中に有利な形で送り込まれる。番号「３３」が、レシーバ内に液状水を噴射するための手段を示す。
【００８２】
図７のプラントは、主として、このプラントが、蒸気発生のための手段３５、３６と、図３に関して図示し説明した圧縮機ユニットに相当する圧縮機ユニット２８とを有するという点で、図５のプラントとは異なっている。
【００８３】
図８のプラントは、主として、幾つかの動作モードにおいて上記タービンアセンブリ１３のための動作条件を向上させるために、および、これによってプラント全体の効率を向上させる可能性をもたらすために、タービンアセンブリ１３の付近かつ上流に配置されている再加熱器燃焼器８′によって有利な形で補完されているという点で、上記プラントとは異なっている。再加熱器燃焼器によって、１４００℃、または、これよりもさらに高い温度に、温度が上昇させられるということが、排除されることはない。
【００８４】
この構成は、一方では、太陽放射線レシーバに配送されるべき例えば５５−１１０バールの高圧力と、他方では、再加熱器燃焼器８′に配送されるべき例えば２０−４０バールの低圧力である、二重の蒸気圧力を提供することを必要にする。したがって、図８のポンプ装置２７は、選択された量の蒸気を選択された圧力で上記配送先に配送するように配置されている。
【００８５】
この解決策は、補助タービンユニットための温度トップアップ必要条件（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｔｏｐ−ｕｐ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）を例えば１１００−１２００℃に低下させることを可能にし、このことは、燃焼器８を使用するトップアップ（ｔｏｐ−ｕｐ）のない太陽放射線レシーバ出口温度が、動作のために十分であることがより多いということを意味する。
【００８６】
この実施形態では、さらに、圧縮機アセンブリ１０の第１の段の回転速度を適切に適合化させるように、変速装置が配置されている。これによって、補助タービンユニット９は、高圧圧縮機段に直接的に連結され、および、減速歯車伝動装置を介して、空気圧縮機アセンブリ内に含まれている低圧圧縮機段に間接的に連結されるだろう。
【００８７】
圧縮機からの空気が、例えば圧縮機アセンブリ１０の第１の段の後に、再加熱器燃焼器８′に配送されることが有利である。代替案としては、タービンアセンブリ１３によって駆動される図７の圧縮機ユニット２８に相当する圧縮機ユニット（図示されていない）が、再加熱器燃焼器８′に空気を供給するために使用されるだろう。
【００８８】
図９の実施形態は、本考案の従属的な側面に相当し、（実質的に）蒸気だけによって動作し、および、太陽放射線レシーバ７の出口は補助タービンユニット９に直接的に連結されており、この補助タービンユニット９は、電気エネルギーを生じさせるために補助発電機１８に連結されている。
【００８９】
図５から図８の実施形態と同様に、低下した温度と圧力とを有する補助タービンユニット９から出て行くプロセス媒体が、第１の位置から、第２の位置にあるタービンアセンブリ１３の入口に導かれる。上述したようにプロセス媒体が蒸気だけなので、タービンアセンブリ１３は純粋な蒸気タービンである。蒸気発生器１５が高圧蒸気を生じさせるために使用される。
【００９０】
番号「１９」が、水凝縮物として実質的に全ての蒸気を回収して供給水を蒸気発生器１５に配送する蒸気凝縮器を示す。このようにして、実質的に閉じられた水−蒸気回路が形成される。水回収凝縮器１９と蒸気発生器１５との間に配置されているポンプ２７によって、水圧が所望の高い圧力レベルに上昇させられる。番号「２９」が、蒸気の一部分を冷却のために蒸気発生器１５からタービンへまたはタービンを通して送るための導管を示す。この冷却の問題に関しては上記説明を参照されたい。
【００９１】
例えば停止状態後の動作の始動を容易にするために、媒体流内に燃料燃焼器装置の形態の燃焼ユニットを備えることが、必ずしも必要ではないが、有利だろう。これは、蒸気発生器の内側での燃料の発火のために燃料燃焼器装置を追加することによって実現されることが可能である。図９は、発火と蒸気発生と始動のために配置されている、蒸気発生器に関連した燃料燃焼器装置に対する液体燃料１１″と空気１２′とのための入口とを示す。燃焼ガスのための小さな排気煙突３７も示されている。
【００９２】
上述したように、液状水は、直接的に媒体流の流れの中に、または、媒体流の流れの適切な１つまたは複数の部分の中に、噴霧手段を通して噴霧することによって、太陽放射線レシーバの中に送り込まれることが可能である。
【００９３】
図１０は、本考案による例示的な方法の順序を概略的に示し、この場合に位置２０がこの順序の開始を示し、
位置２１が、太陽放射線レシーバ内の媒体流を過熱することと、過熱された媒体流を補助タービンユニットに送ることとを示し、
位置２２が、補助タービンユニット内で媒体流を膨張させることと、この膨張した媒体をタービンアセンブリに送ることとを示し、
位置２３が、タービンアセンブリ内で媒体流をさらに膨張させることを示し、
位置２４が、タービンアセンブリの下流でエネルギーを回収するために、タービンアセンブリから蒸気発生器に媒体流を送ることと、このようにして発生させられた蒸気を太陽放射線レシーバに送ることとを示し、
位置２５が、蒸気発生器から出て行くプロセス媒体を、蒸気発生器に対する供給水の生成のために水回収凝縮器に移すことを示し、
位置２６が、この順序の終了を示す。
【００９４】
本考案の主要な側面によって、この順序は、有利な形で、上述したように燃焼エネルギーを提供することによって補完され、および、本考案は、添付されている特許請求項の範囲内でさらに変更されることが可能である。
【符号の説明】
【００９５】
２    太陽放射線リフレクタ
４    頂部ユニット
５    タワー
６    地表ユニット
７    太陽放射線レシーバ
８    燃焼器
１０    空気圧縮機アセンブリ
１１    燃料入口
１２    空気入口
１３    タービンアセンブリ
１４    発電機
１５    蒸気発生器
１６    水回収凝縮器
１８    補助発電機
２７    ポンプ
２８    圧縮機ユニット
【図１】
0003212311.tif 000003
【図２】
0003212311.tif 000004
【図３】
0003212311.tif 000005
【図４】
0003212311.tif 000006
【図５】
0003212311.tif 000007
【図６】
0003212311.tif 000008
【図７】
0003212311.tif 000009
【図８】
0003212311.tif 000010
【図９】
0003212311.tif 000011
【図１０】
0003212311.tif 000012