(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス燃料を燃焼して蒸気を生成するボイラと、
前記蒸気によって回転駆動する送電用タービンと、
前記ボイラで生成された前記蒸気を前記送電用タービンに供給するための蒸気供給流路と、
前記送電用タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する送電用発電機と、
前記ボイラおよび前記送電用タービンを駆動するための補機と、
前記補機で消費する電力を生成するための補機用発電設備と、を備え、
前記補機用発電設備は、
前記ボイラで生成した前記蒸気が送られて回転駆動する補機動力用タービンと、
前記補機動力用タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、前記補機で消費する電力を発電する補機動力用発電機と、を備える、
バイオマス発電システム。
【請求項２】
前記送電用タービンよりも上流側における前記蒸気供給流路の第１接続部で分岐接続され、前記補機動力用タービンに前記蒸気を送るための分岐流路と、
前記分岐流路に流れる前記蒸気の流量を制御するためのバルブ設備と、をさらに備える、
請求項１に記載のバイオマス発電システム。
【請求項３】
前記補機動力用タービンから排出された前記蒸気を前記送電用タービンに送るための返送流路をさらに備える、
請求項２に記載のバイオマス発電システム。
【請求項４】
前記返送流路は、前記第１接続部と前記送電用タービンとの間の前記蒸気供給流路の第２接続部で合流接続される、
請求項３に記載のバイオマス発電システム。
【請求項５】
前記返送流路は、前記蒸気を前記送電用タービンに混気するように前記送電用タービンの中間部に接続される、
請求項３に記載のバイオマス発電システム。
【請求項６】
前記返送流路に分岐接続され、前記蒸気を抽気するための抽気流路を備える、
請求項３乃至５の何れか１項に記載のバイオマス発電システム。
【請求項７】
前記送電用タービンから排出された蒸気を復水処理する復水器をさらに備える、
請求項１乃至６の何れか１項に記載のバイオマス発電システム。
【請求項８】
前記送電用発電機で発電した電力を送電するための送電設備をさらに備え、
前記補機用発電設備は、前記補機動力用発電機で発電した電力を前記送電設備に送電するように切り替え可能な送電切替装置をさらに含む、
請求項１乃至７の何れか１項に記載のバイオマス発電システム。
【請求項９】
前記補機動力用タービンと前記送電用タービンの間の前記蒸気供給流路の第３接続部に分岐接続され、前記送電用タービンから排出された蒸気を前記復水器に送るための排気流路に合流接続されるバイパス流路をさらに備える、
請求項７に記載のバイオマス発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バイオマス発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素の排出抑制、廃棄物の資源化など、地球環境にやさしい発電方式であるため、例えば、建築廃材、木質残材、生ごみ、下水汚泥などのバイオマスを直接燃焼あるいはガス化するなどし、この再生可能エネルギーのバイオマス燃料を用いて発電を行うバイオマス発電が注目され、その普及が盛んに進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
バイオマス発電プラント（バイオマス発電システム）１００は、例えば、図５に示すように、バイオマス燃料の燃焼によって高温高圧の蒸気を生成するボイラ２と、ボイラ２で生成した蒸気Ｓの持つ熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン４と、タービン４の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機５と、を備えて構成されている。
【０００４】
このようなバイオマス発電プラント１００では、バイオマス燃料を燃焼させて生成した蒸気Ｓでタービン４ひいては発電機５を回転駆動させて発電を行い、発電した電力Ｔ１を送電路６ａを通じて商用系統の送電設備６に送電し、売電を行う。
【０００５】
また、バイオマス発電プラント１００は、例えば、タービン４を回転駆動させた後の蒸気Ｓ’を復水処理する復水器８や、循環ポンプ９、給水ポンプ１０、復水ポンプなどの各種ポンプ、給水加熱器、脱気器１１、押込通風機、励磁機など、バイオマス発電プラント１００を稼働させるために必要な多くの補機１２を備えている。
【０００６】
一方、補機１２を駆動するための電力Ｔ２として、バイオマス発電プラント１００で発電が可能となる迄の間、商用の電力が必要となるほか、発電を開始しても発電した電力Ｔ１を使用すると、総発電量に対する送電量、すなわち売電量が減少する。また、発電容量に近い売電量を確保するために、補機１２の電力Ｔ２を商用系統から買電する場合には、火力発電などで発電した電力を用いることになり、バイオマス発電による環境保護、環境改善への貢献効果が僅かながらでも低減することになる。
【０００７】
このため、例えば、図６に示すように、太陽光発電パネル１０１（及び太陽光発電コントロールパネル１０２）を設置し、補機１２の電力Ｔ２を太陽光発電で賄うようにし、バイオマス発電による環境保護、環境改善への貢献効果を最大限確保しつつ、発電容量に近い売電量を確保する手法が提案、実用化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３２１５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかなしながら、補機などの電力を太陽光発電で賄う方式では、太陽光発電パネルなどを設置するための大きな占有敷地面積が必要になる上、天候や時間によって発電量が変わり、不安定であるため、補機の動力として商用電力を買電し賄わざるを得ないケースがあった。
【００１０】
一方、バイオマス発電プラントの起動時には、ボイラで所定の高温高圧の蒸気が生成されるまで、タービンの駆動ひいては発電量が不安定になりやすい。特に、流動床ボイラなどでバイオマス燃料を直接燃焼させて蒸気を生成する場合には、起動時のタービンの駆動ひいては発電量が不安定になるケースがある。
【００１１】
このため、図６、図７に示すように、バイオマス発電プラント１００で発電した電力Ｔ１を用いて補機１２を駆動させるように構成した場合であっても、起動時には、ボイラ２でバイオマス燃料の燃焼を開始してからタービン４の駆動、発電が開始されるまでの間（図７中の起動時間ｔ２までの間）、さらにタービン４の駆動、発電量が安定し始めて送電が始まるまでの比較的長い時間（図７中の起動時間ｔ３までの間）、ずっと、補機１２の動力として商用電力を買電せざるを得ない。
【００１２】
本開示は、上記事情に鑑み、起動時において、ボイラでバイオマス燃料の燃焼を開始してから蒸気Ｓの生成が安定するまでの間や、タービンの駆動、発電量が安定するまでの間、商用電力の使用を抑制でき、さらに、安定稼働状態に移行した後には、バイオマス発電システムで発電した電力を補機の動力に用いながら、商用系統への送電量（売電量）の低減を抑制することが可能なバイオマス発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示のバイオマス発電システムの一態様は、バイオマス燃料を燃焼して蒸気を生成するボイラと、前記蒸気によって回転駆動する送電用タービンと、前記ボイラで生成された前記蒸気を前記送電用タービンに供給するための蒸気供給流路と、前記送電用タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する送電用発電機と、前記ボイラおよび前記送電用タービンを駆動するための補機と、前記補機で消費する電力を生成するための補機用発電設備と、を備え、前記補機用発電設備は、前記ボイラで生成した前記蒸気が送られて回転駆動する補機動力用タービンと、前記補機動力用タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、前記補機で消費する電力を発電する補機動力用発電機と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本開示のバイオマス発電システムによれば、起動時において、ボイラでバイオマス燃料の燃焼を開始してから蒸気の生成が安定するまでの間や、タービンの駆動、発電量が安定するまでの間、商用電力の使用を抑制できる。また、これまでは蒸気条件が安定し送電用タービンへ蒸気を供給できるまで、大気放出していた蒸気を補機動力用発電設備へ供給し活用することが可能であり、さらに、安定稼働状態に移行した後には、バイオマス発電システムで発電した電力を補機の動力に用いながら、商用系統への送電量（売電量）の低減を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一態様のバイオマス発電システムを示す図である。
【図２】一態様のバイオマス発電システムの起動時間と発電端出力、買電量の関係の一例を示す図である。
【図３】一態様のバイオマス発電システムの変更例を示す図である。
【図４】一態様のバイオマス発電システムの変更例を示す図である。
【図５】従来のバイオマス発電システムを示す図である。
【図６】太陽光発電設備を備えた従来のバイオマス発電システムを示す図である。
【図７】図５のバイオマス発電システムの起動時間と発電端出力、買電量の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１から図４（図５から図７）を参照し、一実施形態に係るバイオマス発電システムについて説明する。
【００１７】
（バイオマス発電システム）
本実施形態のバイオマス発電システム１は、図１に示すように、木材チップなどのバイオマス燃料を直接燃焼させて高温高圧の蒸気Ｓを生成するボイラ２と、バイオマス燃料をボイラ２に供給するためのバイオマス燃料供給装置３と、ボイラ２で生成した蒸気Ｓによって回転駆動する送電用タービン４と、送電用タービン４の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する送電用発電機５と、を備えて構成されている。
【００１８】
なお、本実施形態では、ボイラ２が流動床ボイラなどであり、バイオマス燃料供給装置３がコンベア３ａ、ホッパ３ｂなどを備えている。また、本実施形態では、ボイラ２の系列設備として、バイオマス燃料供給装置３の他に、例えば、アッシュタンク、バグフィルタ、脱硫装置、空気予熱器などが適宜必要に応じて具備されている。
但し、本開示のバイオマス発電システム１においては、ボイラ２、バイオマス燃料供給装置３などの構成を本実施形態のように限定する必要はなく、例えば、バイオマスをガス化したバイオマス燃料を用い、ボイラ２で蒸気Ｓを生成するように構成してもよい。
【００１９】
本実施形態のバイオマス発電システム１は、送電用発電機５で発電した電力Ｔ１を商用電力系統に送電するための売電用の送電路６ａを有する送電設備（適宜、変電設備、商用電力系統の送電設備などを含む）６を備えている。
【００２０】
本実施形態のバイオマス発電システム１は、バイオマス発電システム１の少なくともボイラ２や送電用タービン４を駆動して発電を行うための各種補機１２を備えている。
【００２１】
補機１２の一例としては、送電用タービン４から排出された蒸気Ｓ’を復水処理するための復水器８や、循環ポンプ９、給水ポンプ１０、復水ポンプなどの各種ポンプ、給水加熱器、脱気器１１、押込通風機、バイオマス燃料供給装置３のコンベア３ａの駆動用電動機やホッパ３ｂの開閉器３ｃなどが挙げられる。
【００２２】
（補機用発電設備）
一方、本実施形態のバイオマス発電システム１においては、補機１２で消費する電力Ｔ２を生成するための補機用発電設備２０を備えている。
なお、本実施形態において、少なくとも一部の補機１２は、所内動力用変圧器１３、電力逆潮防止器１４、所内動力盤１５などを介して送電路６ａに接続され、緊急時などの必要時に商用電力やバイオマス発電システム１で発電した電力Ｔ１を用いて駆動できるように構成されていることが好ましい。
【００２３】
補機用発電設備２０は、ボイラ２で生成した蒸気Ｓが送られて回転駆動する補機動力用タービン２１と、補機動力用タービン２１の回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、補機１２で消費する電力Ｔ２を発電する補機動力用発電機２２と、を備えている。
なお、補機用発電設備２０のタービン発電機（補機動力用タービン２１、補機動力用発電機２２）は、少なくとも補機１２で消費する電力Ｔ２を発電して賄うことができればよいため、バイオマス発電システム１の主タービン発電機（送電用タービン４、送電用発電機５）と比較し、大幅に小容量のタービン発電機が適用される。このタービン発電機は目的の機能を追求するため低圧蒸気条件でも発電出力を得られる同期発電機を用いることで、一層、補機用電力の供給を早めることができる。但し発電機は同期発電機に限定されたものではなく用途に応じて同期発電機及び誘導発電機のどちらも使用可能なシステムである。
【００２４】
本実施形態の補機用発電設備２０は、補機動力用タービン２１に蒸気Ｓを送るための分岐流路２３と、補機動力用タービン２１から排出された蒸気Ｓ’’を送電用タービン４に送るための返送流路２４と、補機動力用タービン２１から排出された蒸気Ｓ’’（及び／又は蒸気Ｓ）を復水器８に送るためのバイパス流路２５と、を備えている。
【００２５】
分岐流路２３は、ボイラ２から送電用タービン４に蒸気Ｓを送るための蒸気供給流路１６に対し、送電用タービン４よりもボイラ２側（蒸気Ｓの流通方向上流側）の第１接続部Ｍ１で一端側を分岐接続し、他端側を補機動力用タービン２１に接続して設けられている。
【００２６】
返送流路２４は、一端側を補機動力用タービン２１に接続し、他端側を第１接続部Ｍ１と送電用タービン４との間の蒸気供給流路１６の第２接続部Ｍ２に合流接続して設けられている。
【００２７】
バイパス流路２５は、一端側を第２接続部Ｍ２と送電用タービン４との間の蒸気供給流路１６の第３接続部Ｍ３に分岐接続し、他端側を送電用タービン４から出た蒸気Ｓ’を復水器８に送るための排気流路２６の開閉弁３５よりも復水器８側の下流側に合流接続して設けられている。
【００２８】
さらに、本実施形態の補機用発電設備２０では、分岐流路２３と、返送流路２４と、バイパス流路２５とにそれぞれ、流路の開閉（及び蒸気Ｓ、Ｓ’’の流量調節）を行うためのバルブ設備の開閉弁３０、３１、３２が設けられている。
なお、分岐流路２３に設けられた開閉弁３０は、ボイラ２から分岐流路２３に流れる蒸気Ｓの流量を制御するためのバルブ設備となる。
【００２９】
蒸気供給流路１６には、第１接続部Ｍ１と第２接続部Ｍ２の間、及び第３接続部Ｍ３と送電用タービン４の間にそれぞれ、開閉弁（バルブ設備）３３、３４が設けられている。排気流路２６にも開閉弁３５が設けられている。
なお、蒸気供給流路１６の開閉弁３３を、ボイラ２から分岐流路２３に流れる蒸気Ｓの流量を制御するためのバルブ設備とすることもできる。
【００３０】
さらに、本実施形態のバイオマス発電システム１は、上記の複数の開閉弁３０〜３５の開閉駆動を制御する制御装置（不図示）を備えている。
【００３１】
また、給水Ｗ１及び復水器８で生じた復水Ｗ２をボイラ２に供給するための給水流路３６を備え、この給水流路３６、すなわち、給水流路３６の系内に循環ポンプ９、給水ポンプ１０、脱気器１１などが設けられている。
【００３２】
そして、上記のように構成した本実施形態のバイオマス発電システム１においては、まず、バイオマス燃料を燃焼させてボイラ２で生成した蒸気Ｓが蒸気供給流路１６を通じて送電用タービン４に送られ、送電用タービン４が回転駆動する。これとともに、送電用発電機５が送電用タービン４の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。この送電用発電機５で発電した電力Ｔ１が送電設備６によって送られ、売電される。
【００３３】
一方、本実施形態のバイオマス発電システム１は、補機用発電設備２０を備えており、バイオマス発電システム１の稼働時に、ボイラ２で生成した蒸気Ｓを送って補機動力用タービン２１を回転駆動させる。これとともに、補機動力用発電機２２が補機動力用タービン２１の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。そして、この補機動力用発電機２２で発電した電力Ｔ２が所内動力盤１５などを介して各種補機１２に送られ、この補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２によって補機１２が駆動する。なお、本実施形態では蒸気Ｓを供給するボイラ２を共通とすることにより、同じ燃料（バイオマス等）から発生する熱源を使用するため、環境対策により優しい設備とすることができる。
【００３４】
したがって、本実施形態のバイオマス発電システム１においては、補機用発電設備２０を組み込んで構成されているため、バイオマス発電システム１で送電用の電力を発電するとともに、補機用発電設備２０で安定して補機用の電力Ｔ２を発電することができる。よって、補機用の電力Ｔ２を安定して供給することが可能になる。
すなわち、従来の太陽光発電で補機１２の電力を賄うシステムのように天候や時間などに影響されることなく、バイオマス発電システム１による送電用の電力Ｔ１の発電時には、再生可能エネルギーのバイオマス燃料で発電した電力Ｔ２によって、常時、安定的に補機１２で消費する電力Ｔ２を賄うことが可能になる。
【００３５】
また、このとき、バイオマス発電システム１の送電用タービン４（主タービン発電機）と比較し、補機用発電設備２０の補機動力用タービン２１（補機動力用のタービン発電機）は大幅に小型で小容量であり、且つ、大型の送電用タービン４の蒸気Ｓの流れ方向上流側に補機動力用タービン２１が設けられ、補機動力用タービン２１が背圧タービンとなっている。
【００３６】
これにより、補機用発電設備２０を組み込んでバイオマス発電システム１を構成した場合であっても、送電用タービン４と送電用発電機５からなる主タービン発電機の発電効率の低下を抑制でき、所望の送電量ひいては売電量を確保することができる。すなわち、補機用発電設備２０で補機１２の電力Ｔ２を賄いつつ、商用系統への送電量の低減を抑制し、所望の送電量を好適に確保することが可能になる。
【００３７】
さらに、本実施形態のバイオマス発電システム１においては、復水器８を備え、送電用タービン４から出た蒸気Ｓ’を復水処理（冷却、凝縮）するように構成されている。
この復水器８による復水処理によって復水器８の圧力、ひいては排気流路２６で繋がる送電用タービン４の圧力が低くなるため、すなわち、送電用タービン４が復水タービンとなるため、送電用タービン４のタービン効率（熱効率）を高くすることができる。
【００３８】
よって、補機用発電設備２０を組み込んでバイオマス発電システム１を構成した場合であっても、復水器８を備えることで、より好適に、主タービン発電機の発電効率の低下を抑制でき、補機用発電設備２０で補機１２の電力Ｔ２を賄いつつ、商用系統への送電量の低減を抑制し、所望の送電量を確保することが可能になる。
【００３９】
さらに、送電用タービン４の上流側に補機動力用タービン２１が設けられているため、復水器８による復水処理によって、送電用タービン４だけでなく、補機動力用タービン２１の圧力を低くすることもできる。すなわち、送電用タービン４だけでなく、補機動力用タービン２１も復水タービンとなる。これにより、補機用発電設備２０による発電効率を向上させることが可能になる。また、補機動力用タービン２１による蒸気Ｓの熱エネルギーの消費量を小さく抑えることが可能になる。
【００４０】
よって、補機用発電設備２０を組み込んでバイオマス発電システム１を構成した場合であっても、より効率的且つ効果的で、さらに好適に、主タービン発電機の発電効率の低下を抑制でき、補機用発電設備２０で補機１２の電力Ｔ２を賄いつつ、商用系統への送電量の低減を抑制し、所望の送電量を確保することが可能になる。
【００４１】
一方、バイオマス発電システム１の起動時には、ボイラ２で所定の高温高圧の蒸気Ｓが生成されるまで、タービン４の駆動ひいては発電量が不安定になりやすい。特に、流動床ボイラなどでバイオマス燃料を直接燃焼させて蒸気Ｓを生成する場合には、起動時のタービン４の駆動ひいては発電量が不安定になるケースがある。
【００４２】
このため、従来のバイオマス発電システム１００では、図５、図７に示すように、発電した電力Ｔ１を用いて補機１２を駆動させるように構成した場合であっても、起動時には、ボイラ２でバイオマス燃料の燃焼を開始してからタービン４の駆動、発電が開始されるまでの間（図７中の起動時間ｔ２までの間）、さらにタービン４の駆動、発電量が安定し始めて送電開始できるまでの比較的長い時間（図７中の起動時間ｔ３までの間）、ずっと、補機１２の動力として商用電力を買電せざるを得ない。
【００４３】
より詳細に、従来のバイオマス発電システム１００においては、起動時、図７に示すように、起動時間０から買電量ｋ１の電力でボイラ２の駆動に必要な補機１２を駆動し、起動時間ｔ１から他の補機１２の駆動など、負荷上昇に応じて消費動力が増加するため、買電量がｋ１からｋ２に増加する。また、起動時間ｔ２で、ボイラ２からタービン４に蒸気が送られてタービン４の駆動ひいては発電が開始され、補機１２の動力を商用電力からタービン４の駆動によって発電した電力に順次切り替えてゆく。全ての補機１２の動力がタービン４の駆動で発電した電力に切り替わった起動時間ｔ３から、送電が開始される。
これにより、タービン４の駆動、発電量が安定し始めて送電開始できるまでの比較的長い時間（起動時間ｔ３までの間）、ずっと、補機１２の動力として商用電力を買電せざるを得ない。
また、タービン４の駆動、発電が開始されるまでの起動時間ｔ２と、送電開始できるまでの起動時間ｔ３との時間差に起因して、バイオマス発電システム１００の稼働が安定した後、発電端出力ｋ３に対する送電量ｋ４の減少量が大きくなるという不都合もある。
【００４４】
これに対し、本実施形態のバイオマス発電システム１においては、補機用発電設備２０を備えている。
【００４５】
本実施形態のバイオマス発電システム１では、図２（図１）に示すように、例えば、はじめに、バイオマス燃料供給装置３や給水ポンプ１０、脱気器１１、給水加熱器などのボイラ２で蒸気Ｓを生成するために最低限必要な補機１２を商用電力で駆動する。なお、「最低限必要な補機１２」とは「少なくとも最低限必要な補機１２」を示し、適宜選択して決めればよい。
【００４６】
そして、制御装置が適宜タイミングで開閉弁３０、３１、３２（あるいは３０、３１、３４、３５）を開制御し、蒸気Ｓによって補機動力用タービン２１を駆動させ、補機動力用発電機２２で発電を開始する（図２中の起動時間ｔ１）。補機動力用発電機２２で発電した電力Ｔ２を商用電力で駆動している前記最低限必要な補機１２に供給して商用電力から補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２に順次切り替えてゆく。さらに、補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２をバイオマス発電システム１の稼働に必要な他の補機１２にも順次供給し、これら他の補機１２の駆動を開始する（図２中の起動時間ｔ１からｔ２（ｔ４））。
【００４７】
本実施形態では、この段階で、制御装置が開閉弁３３を開制御（開閉弁３２が開いている場合には開閉弁３２を閉制御）することにより、ボイラ２で生成した蒸気Ｓと補機動力用タービン２１から出た蒸気Ｓ’’が送られて送電用タービン４が駆動し、送電用発電機５で発電を行うことができる。
【００４８】
これにより、本実施形態のバイオマス発電システム１においては、徐々にボイラ２で生成される蒸気Ｓの圧力が高くなって安定した段階で、又は、徐々に送電用タービン４の駆動が安定してゆき、所望の発電量及び送電量を発電できるようになった段階で、補機１２の動力を完全に補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２で賄うことが可能になる。
【００４９】
すなわち、制御装置でバルブ設備の開閉弁３０〜３５を制御することで、補機動力用タービン２１に分岐流路２３を通じて供給される蒸気Ｓの流量を制御することができる。これにより、補機動力用タービン２１を駆動して発電する補機用の電力量や発電を行うタイミングを任意で自在に調節することができる。
【００５０】
ここで、本実施形態のバイオマス発電システム１では、上記の通り、起動時に、補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２をバイオマス発電システム１の稼働に必要な他の補機１２にも順次供給してゆく。このため、起動時間ｔ１からｔ２（ｔ４）までの間、図７に示した従来のバイオマス発電システム１００のように商用電力の買電量がｋ１からｋ２に増大するのではなく、買電量をｋ１からｋ５に減少させることができる。
【００５１】
さらに、本実施形態のバイオマス発電システム１では、送電開始のタイミングも、従来のバイオマス発電システム１００の起動時間ｔ３からｔ４に短縮することができる。
【００５２】
したがって、本実施形態のバイオマス発電システム１では、補機用発電設備２０を備えることで、蒸気Ｓの圧力やタービン４の駆動が不安定になるバイオマス発電システム１の起動時において、図２及び図７に示すように、起動時に、商用電力の買電量を減少させることができ、さらに、商用電力を買電する時間を短縮することができ、補機１２を駆動するための商用電力の買電量を大幅に減らすことが可能になる。
【００５３】
また、本実施形態のバイオマス発電システム１では、図２及び図７に示すように、送電開始のタイミングも、従来のバイオマス発電システム１００の起動時間ｔ３からｔ４に短縮することができることによって、従来のバイオマス発電システム１００のように、タービン４の駆動、発電が開始されるまでの起動時間ｔ２と、送電開始できるまでの起動時間ｔ３との間に大きな時間差が生じない。
【００５４】
言い換えれば、補機動力用タービン２１の通気条件（蒸気条件）が発電用タービン４の通気条件よりも低く、早い時間から通気可能になる。このため、補機動力用タービン２１の運転によって、送電用タービン４の通気条件（蒸気条件）になるまで、大気放出していた蒸気を補機動力用タービン２１の運転に活用することができる。
【００５５】
これにより、本実施形態のバイオマス発電システム１においては、従来のバイオマス発電システム１００のように、稼働が安定した後、発電端出力ｋ３に対する送電量ｋ４の減少量が大きくなることがなく、送電量をｋ４からｋ６に増加させることができ、送電／発電効率に優れたシステムを実現することが可能になる。
【００５６】
なお、上記の説明では、ボイラ２で蒸気Ｓを生成するために最低限必要な補機１２を商用電力で駆動し、補機動力用タービン２１を駆動させ、補機動力用発電機２２で発電した電力Ｔ２を商用電力で駆動している前記最低限必要な補機１２に供給して商用電力から補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２に順次切り替え、次に、補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２を他の補機１２に順次供給して駆動するものとしているが、必ずしも最低限必要な補機と他の補機とに段階的に補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２を供給するように制御しなくても構わない。
【００５７】
また、例えば、複数の補機１２を複数のグループに分け、グループごとに段階的に補機１２の動力を商用電力から補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２に切り替えてゆくように制御してもよい。
【００５８】
また、補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２が補機１２で消費される電力よりも多くなる場合には、制御装置が開閉弁３０を制御し、補機動力用タービン２１への蒸気Ｓの供給量、ひいては補機動力用発電機２２での発電量を調節するようにしてもよい。
【００５９】
あるいは、図３に示すように、補機動力用発電機２２で発電した電力Ｔ２の送電路３７に、補機動力用発電機２２で発電した電力Ｔ２を送電設備６の送電路６ａに送電するように切り替えるための送電切替装置３８（例えば、送電路３９、電力逆潮防止器４０、変圧器などを含む）を送電設備６の構成用途として設け、余剰の電力Ｔ２を送電設備６に送って売電できるように構成してもよい。
【００６０】
この場合には、特に、送電用タービン４の駆動が不安定で発電量が低い状態で、その減少分の電力Ｔ２を補機動力用発電機２２で発電した電力Ｔ２で賄い、売電量を増やすことができる。これにより、送電用タービン４の駆動が不安定な状態でも（不安定な状態になるようなケースでも）発電効率に優れるバイオマス発電システム１を実現することが可能になる。
【００６１】
よって、本実施形態のバイオマス発電システム１によれば、起動時において、ボイラ２でバイオマス燃料の燃焼を開始してから蒸気Ｓの生成が安定するまでの間や、タービン４の駆動、発電量が安定するまでの間、商用電力の使用量（買電量）を最小限にとどめ、大幅に削減することが可能になる。
【００６２】
さらに、送電用タービン４の駆動、ひいては送電用発電機５による発電が安定稼働状態に移行した後には、バイオマス発電システム１で発電した電力Ｔ２を補機１２の動力に用いながらも、送電用発電機５で発電した送電用の電力Ｔ１を消費することがないため、商用系統への送電量が低減することを抑え、好適で所望の売電を行うことが可能になる。
【００６３】
一方、本実施形態のバイオマス発電システム１は、補機動力用タービン２１から排出された蒸気Ｓ’’（及び／又は蒸気Ｓ）を復水器８に送るためのバイパス流路２５を備えている。このバイパス流路２５は、一端側を第２接続部Ｍ２と送電用タービン４との間の蒸気供給流路１６の第３接続部Ｍ３に分岐接続し、他端側を送電用タービン４から出た蒸気Ｓ’を復水器８に送るための排気流路２６の開閉弁３５よりも復水器８側の下流側に合流接続して設けられている。
【００６４】
このため、バイオマス発電システム１の起動時に、前記最低限必要な補機１２を商用電力で駆動し、蒸気Ｓを送って補機動力用タービン２１を駆動させ、補機動力用発電機２２で発電を開始する際に、制御装置が開閉弁３０、３１、３２を開制御し、且つ他の開閉弁３３、３４、３５を閉制御して、ボイラ２で生成した蒸気Ｓ（Ｓ’’）が分岐流路２３、補機動力用タービン２１、返送流路２４、バイパス流路２５を流通し、復水器８で復水処理された復水Ｗ２が給水流路３６からボイラ２に供給するように制御することもできる。
【００６５】
起動時に、このような流路で蒸気Ｓ（Ｓ’’）を流すように制御すれば、復水器８による復水処理で復水器８の圧力が低くなるとともに、補機動力用タービン２１の圧力を低くすることができる。すなわち、補機動力用タービン２１を効果的に復水タービンにすることができる。
【００６６】
これにより、起動時に、仮に少ない蒸気Ｓであっても、効率的に補機動力用タービン２１を駆動させ、補機動力用発電機２２で電力Ｔ２を効率的に発電することができ、前記最低限必要な補機１２に供給する電力Ｔ２を、早期に、商用電力から補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２に順次切り替えることも可能になる。また、他の補機１２への電力供給のタイミングも早くすることができる。
【００６７】
よって、さらなる商用電力の買電量の削減、送電用タービン４及び送電用発電機５の駆動状態ひいては送電量の早期安定化を図ることが可能になる。
【００６８】
なお、バイパス流路２５は、補機動力用タービン２１から排出された蒸気Ｓ’’を直接復水器８に送って排出するためにも当然用いられる。
【００６９】
以上、バイオマス発電システムの一実施形態について説明したが、本開示のバイオマス発電システムは、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００７０】
例えば、補機用発電設備２０で発電した電力Ｔ２は、補機１２の他に、建屋で消費する電力など、バイオマス発電所の所内で消費される他の電力として使用しても勿論構わない。
【００７１】
また、図５に示すように、返送流路２４は、蒸気Ｓを送電用タービン４に混気するように送電用タービン４の中間部に接続してもよい。すなわち、送電用タービン４が混気タービンとなるように構成してもよい。
この場合には、補機動力用タービン２１で熱エネルギーの一部を消費して排出された蒸気Ｓ’’を、ボイラ２からの蒸気Ｓと蒸気供給流路１６で合流させず、送電用タービン４の中間部に供給することで、送電用タービン４のエネルギー効率を向上させることができる。これにより、送電用発電機５による発電効率を高めることが可能になる。
【００７２】
さらに、図５に示すように、返送流路２４に分岐接続され、補機動力用タービン２１から出た蒸気Ｓ’’を返送流路２４から抽気するための抽気流路４１を備えて構成してもよい。
【００７３】
この場合には、補機動力用タービン２１を減圧装置として利用し、補機動力用タービン２１を駆動させて熱エネルギーの一部を消費した蒸気Ｓ’’を抽気流路４１で抽気し、バイオマス発電所の所内などで使用することができる。
【００７４】
すなわち、ボイラ２で生成した蒸気Ｓを、例えば、給水加熱器、空気予熱器、バイオマス発電所内の給湯などに利用しようとした場合には、蒸気Ｓを減圧するための減圧装置が別途必要になるが、本実施形態のバイオマス発電システム１においては、補機動力用タービン２１を、補機用の電力Ｔ２を発電する機能に加え、減圧装置としての機能を発揮するものとして利用することができる。これにより、別途減圧装置を設けることなく、バイオマス発電所内で蒸気Ｓ’’を有効利用することが可能になる。
【００７５】
なお、抽気流路４１には適宜箇所に流路を開閉する開閉弁４２が設けられ、例えば、この開閉弁４２も制御装置によって駆動制御されている。
また、図１に示したような蒸気供給流路１６に合流接続する返送流路２４に抽気流路４１を分岐接続しても勿論構わない。
【００７６】
さらに、抽気流路４１で抽気した蒸気Ｓ’’は、特にその用途を限定する必要はない。例えば、前記特許文献１のように、アスファルトプラントのバーナの燃焼用空気を加熱する用途、手段など、加熱を要するあらゆる用途、手段として利用可能である。
【００７７】
最後に、実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
【００７８】
（１）一態様に係るバイオマス発電システム（バイオマス発電システム１）は、バイオマス燃料を燃焼して蒸気（蒸気Ｓ）を生成するボイラ（ボイラ２）と、蒸気によって回転駆動する送電用タービン（送電用タービン４）と、ボイラで生成された蒸気を送電用タービンに供給するための蒸気供給流路（蒸気供給流路１６）と、送電用タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する送電用発電機（送電用発電機５）と、ボイラおよび送電用タービンを駆動するための補機（補機１２）、補機で消費する電力（電力Ｔ２）を生成するための補機用発電設備（補機用発電設備２０）と、を備え、補機用発電設備は、ボイラで生成した蒸気が送られて回転駆動する補機動力用タービン（補機動力用タービン２１）と、補機動力用タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、補機で消費する電力を発電する補機動力用発電機（補機動力用発電機）と、を備える。
【００７９】
上記（１）に記載のバイオマス発電システムにおいては、補機用発電設備を組み込んで構成されているため、バイオマス発電システムで送電用の電力を発電するとともに、補機用発電設備で安定して補機用の電力を発電することができる。よって、補機用の電力を安定して供給することが可能になる。
【００８０】
すなわち、従来の太陽光発電で補機の電力を賄うシステムのように天候や時間などに影響されることなく、バイオマス発電システムによる送電用の電力の発電時には、再生可能エネルギーのバイオマス燃料で発電した電力によって、常時、安定的に補機で消費する電力を賄うことが可能になる。
【００８１】
また、送電用タービンと比較し、補機動力用タービンは大幅に小型で小容量のタービンでよく、且つ、大型の送電用タービンの蒸気の流れ方向上流側に補機動力用タービンが設けられ、補機動力用タービンが背圧タービンとなっている。
【００８２】
これにより、補機用発電設備を組み込んでバイオマス発電システムを構成した場合であっても、送電用タービン、送電用発電機による発電効率の低下を抑制でき、所望の送電量ひいては売電量を確保することができる。すなわち、補機用発電設備で補機の電力を賄いつつ、商用系統への送電量の低減を抑制し、所望の送電量を好適に確保することが可能になる。
【００８３】
これに加え、（１）に記載のバイオマス発電システムは、蒸気の圧力やタービンの駆動が不安定になるバイオマス発電システムの起動時において、補機用発電設備で発電した電力で補機を駆動させることができる。このため、起動時に補機を駆動するための商用電力の買電量を減らすことが可能になる。
【００８４】
したがって、（１）に記載のバイオマス発電システムによれば、起動時において、ボイラでバイオマス燃料の燃焼を開始してから蒸気の生成が安定するまでの間や、タービンの駆動、発電量が安定するまでの間、商用電力の使用を抑制でき、且つ、安定稼働状態に移行した後には、バイオマス発電システムで発電した電力を補機の動力に用いながら、商用系統への送電量（売電量）の低減を抑制することが可能になる。
【００８５】
（２）別の態様に係るバイオマス発電システムは、（１）に記載のバイオマス発電システムであって、送電用タービンよりも上流側における蒸気供給流路の第１接続部（第１接続部Ｍ１）で分岐接続され、補機動力用タービンに蒸気を送るための分岐流路（分岐流路２３）と、分岐流路に流れる蒸気の流量を制御するためのバルブ設備（開閉弁３３、３３）と、をさらに備える。
【００８６】
上記（２）に記載のバイオマス発電システムにおいては、バルブ設備を制御することで、補機動力用タービンに分岐流路を通じて供給される蒸気の流量を制御することができる。これにより、補機動力用タービンを駆動して発電する補機用の電力量や発電を行うタイミングを任意で自在に調節することができる。よって、補機用発電設備を備えることで、蒸気の圧力や送電用タービンの駆動が不安定になるバイオマス発電システムの起動時において、補機を駆動するための商用電力の買電量をより効果的に減らすことが可能になる。
【００８７】
（３）別の態様に係るバイオマス発電システムは、（２）に記載のバイオマス発電システムであって、補機動力用タービンから排出された蒸気（蒸気Ｓ’’）を送電用タービンに送るための返送流路（返送流路２４）をさらに備える。
【００８８】
上記（３）に記載のバイオマス発電システムにおいては、返送流路を備えることで、ボイラで生成して蒸気供給流路から送られる蒸気とともに、補機動力用タービンから排出された蒸気を用いて送電用タービンを駆動させることができる。これにより、補機用動力タービンの駆動に用いられた蒸気を送電用の電力の発電に有効に利用することができる。
【００８９】
（４）別の態様に係るバイオマス発電システムは、（３）に記載のバイオマス発電システムであって、返送流路は、第１接続部と送電用タービンとの間の蒸気供給流路の第２接続部（第２接続部Ｍ２）で合流接続される。
【００９０】
上記（４）に記載のバイオマス発電システムにおいては、返送流路を通じて補機動力用タービンから排出された蒸気を、蒸気供給流路の第２接続部でボイラから供給された蒸気と合流させて、送電用タービンに送ることができる。これにより、補機用動力タービンを背圧タービンとして、補機用動力タービンの駆動に用いられた蒸気を送電用の電力の発電に有効に利用することができる。
【００９１】
（５）別の態様に係るバイオマス発電システムは、（３）に記載のバイオマス発電システムであって、返送流路は、蒸気を送電用タービンに混気するように送電用タービンの中間部に接続される。
【００９２】
上記（５）に記載のバイオマス発電システムにおいては、返送流路を通じて補機動力用タービンから排出された蒸気を送電用タービンの中間部から送ることができる。これにより、補機用動力タービンを背圧タービン、送電用タービンを混気タービンとして、補機用動力タービンの駆動に用いられた蒸気を送電用の電力の発電に有効に利用することができる。よって、補機動力用タービンの駆動によって熱エネルギーが低減した蒸気を利用して、効率的且つ効果的に送電用タービンを駆動させて送電用の電力を発電することができる。
【００９３】
（６）別の態様に係るバイオマス発電システムは、（３）乃至（５）の何れかに記載のバイオマス発電システムであって、返送流路に分岐接続され、蒸気を抽気するための抽気流路（抽気流路４１）を備える。
【００９４】
上記（６）に記載のバイオマス発電システムにおいては、補機動力用タービンを減圧装置として利用し、補機動力用タービンを駆動させて熱エネルギーの一部を消費した蒸気を抽気流路で抽気し、バイオマス発電所の所内などで使用することができる。
【００９５】
すなわち、ボイラで生成した蒸気Ｓを、例えば、給水加熱器、空気予熱器、バイオマス発電所内の給湯などに利用しようとした場合には、蒸気を減圧するための減圧装置が別途必要になるが、（６）に記載のバイオマス発電システムによれば、補機動力用タービンを、補機用の電力を発電する機能に加え、減圧装置としての機能を発揮するものとして利用することができる。これにより、別途減圧装置を設けることなく（あるいは低性能の減圧装置を用いて）、バイオマス発電所内で蒸気を有効利用することが可能になる。
【００９６】
（７）別の態様に係るバイオマス発電システムは、（１）乃至（６）の何れかに記載のバイオマス発電システムであって、送電用タービンから排出された蒸気（蒸気Ｓ’）を復水処理する復水器（復水器８）をさらに備える。
【００９７】
上記（７）に記載のバイオマス発電システムにおいては、復水器を備え、送電用タービンから出た蒸気を復水処理（冷却、凝縮）することで、復水器の圧力、ひいては送電用タービンの圧力が低くなる。すなわち、送電用タービンが復水タービンとなり、送電用タービンのタービン効率を高めることができる。
【００９８】
これにより、より好適に、主タービン発電機（送電用タービン及び送電用発電機）の発電効率の低下を抑制でき、補機用発電設備で補機の電力賄いつつ、商用系統への送電量の低減を抑制し、所望の送電量を確保することが可能になる。
【００９９】
さらに、送電用タービンの上流側に補機動力用タービンが設けられているため、復水器による復水処理によって、送電用タービンだけでなく、補機動力用タービンの圧力を低くすることができる。すなわち、送電用タービンだけでなく、補機動力用タービンも復水タービンにすることができる。これにより、補機用発電設備による発電効率を向上させることが可能になる。また、補機動力用タービンによる蒸気の熱エネルギーの消費量を小さく抑えることが可能になる。
【０１００】
よって、補機用発電設備を組み込んでバイオマス発電システムを構成した場合であっても、より効率的且つ効果的で、さらに好適に、主タービン発電機の発電効率の低下を抑制でき、補機用発電設備で補機の電力を賄いつつ、商用系統への送電量の低減を抑制し、所望の送電量を確保することが可能になる。
【０１０１】
（８）別の態様に係るバイオマス発電システムは、（１）乃至（７）の何れかに記載のバイオマス発電システムであって、送電用発電機で発電した電力を送電するための送電設備（送電設備６）をさらに備え、補機用発電設備は、補機動力用発電機で発電した電力を送電設備に送電するように切り替え可能な送電切替装置（送電切替装置３８）をさらに含む。
【０１０２】
上記（８）に記載のバイオマス発電システムにおいては、送電切替装置を備えることによって、補機動力用発電機で発電した余剰の電力を送電設備によって売電することができる。
【０１０３】
これにより、特に、送電用タービンの駆動が不安定で発電量が低い状態で、その減少分の電力を補機動力用発電機で発電した電力で賄い、売電量を増やすことができる。よって、送電用タービンの駆動が不安定な状態でも（不安定な状態になるようなケースでも）発電効率に優れるバイオマス発電システムを実現することが可能になる。
【０１０４】
（９）別の態様に係るバイオマス発電システムは、（７）に記載のバイオマス発電システムであって、補機動力用タービンと送電用タービンの間の蒸気供給流路の第３接続部（第３接続部Ｍ３）に分岐接続され、返送流路に合流接続されるバイパス流路（バイパス流路２５）をさらに備える。
【０１０５】
上記（９）に記載のバイオマス発電システムにおいては、バイオマス発電システムの起動時に、例えば、ボイラで生成した蒸気が分岐流路、補機動力用タービン、返送流路、バイパス流路を流通し、復水器で復水処理された復水が給水流路からボイラに供給するように制御することができる。
【０１０６】
起動時に、このような流路で蒸気を流すように制御すれば、復水器による復水処理で復水器の圧力が低くなるとともに、補機動力用タービンの圧力を低くすることができる。すなわち、補機動力用タービンを効果的に復水タービンにすることができる。
【０１０７】
これにより、起動時に、仮に少ない蒸気であっても、効率的に補機動力用タービンを駆動させ、補機動力用発電機で電力を効率的に発電することができ、補機に供給する電力を、早期に、商用電力から補機用発電設備で発電した電力に切り替えることも可能になる。
よって、さらなる商用電力の買電量の削減、送電用タービン及び送電用発電機の駆動状態ひいては送電量の早期安定化を図ることが可能になる。
【符号の説明】
【０１０８】
１  バイオマス発電システム
２  ボイラ
３  バイオマス燃料供給装置（補機）
４  送電用タービン
５  送電用発電機
６  送電設備
６ａ  送電路
８  復水器（補機）
９  循環ポンプ（補機）
１０  給水ポンプ（補機）
１１  脱気器（補機）
１２  補機
１６  蒸気供給流路
２０  補機用発電設備
２１  補機動力用タービン
２２  補機動力用発電機
２３  分岐流路
２４  返送流路
２５  バイパス流路
２６  排気流路
３０〜３５  開閉弁（バルブ設備）
３６  給水流路
３８  送電切替装置
４１  抽気流路
４２  開閉弁（バルブ設備）
１００  従来のバイオマス発電システム
Ｍ１  第１接続部
Ｍ２  第２接続部
Ｍ３  第３接続部
Ｓ  蒸気
Ｓ’  蒸気
Ｓ’’  蒸気
Ｔ１  電力
Ｔ２  電力
Ｗ１  給水
Ｗ２  復水
【要約】
【課題】起動時において、ボイラでバイオマス燃料の燃焼を開始してから蒸気Ｓの生成が安定するまでの間や、タービンの駆動、発電量が安定するまでの間、商用電力の使用を抑制でき、さらに、安定稼働状態に移行した後には、バイオマス発電システムで発電した電力を補機の動力に用いながら、商用系統への送電量の低減を抑制することが可能なバイオマス発電システムを提供する。
【解決手段】バイオマス燃料を燃焼して蒸気Ｓを生成するボイラ２と、蒸気Ｓによって回転駆動する送電用タービン４と、送電用タービン４の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する送電用発電機５と、ボイラ２および送電用タービン４を駆動するための補機１２と、ボイラ２で生成した蒸気Ｓが送られて回転駆動する補機動力用タービン２１と、補機動力用タービン２１の回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、補機１２で消費する電力Ｔ２を発電する補機動力用発電機２２と、を備える。
【選択図】図１【図１】
0006718565.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006718565.tif 000006
【図６】
0006718565.tif 000007
【図７】
0006718565.tif 000008