(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱利用設備（１）であって、
複数の太陽熱集熱器を有する太陽熱集熱器構造体（１０）であって、該太陽熱集熱器構造体（１０）は、流体を貫流させるための太陽熱集熱器流体路（１１）を形成し、その結果太陽熱集熱器に当たる太陽光から流体に第１熱量（Ｑ１）が供給可能であり、かつ前記太陽熱集熱器流体路（１１）は、加熱されるべき流体を該太陽熱集熱器流体路（１１）に供給するための第１流体供給接続部（１１ａ）と、加熱された流体を前記太陽熱集熱器流体路（１１）から放出するための第１流体放出接続部（１１ｂ）と、を備える、太陽熱集熱器構造体（１０）と、
前記太陽熱集熱器構造体（１０）とは熱的に独立しており、排ガス出口（２１）を有するガスタービン（２０）と、
排ガス路（３１）を通って前記ガスタービン（２０）の高温排ガスを貫流させるために前記ガスタービン（２０）の前記排ガス出口（２１）に接続されている排ガス路（３１）と、流体を貫流させるための熱交換器流体路（３２）であって、結果的に前記排ガス路（３１）を通って貫流する排ガスから流体に第２熱量（Ｑ２）が供給可能であり、前記熱交換器流体路（３２）は、加熱されるべき流体を該熱交換器流体路（３２）に供給するための第２流体供給接続部（３２ａ）および加熱された流体を前記熱交換器流体路（３２）から放出するための第２流体放出接続部（３２ｂ）を備える熱交換器流体路（３２）と、を有する排ガス熱交換器（３０）と、
前記第１流体放出接続部（１１ｂ）と流体接合されており、前記太陽熱集熱器流体路（１１）を迂回して前記第２流体放出接続部（３２ｂ）を前記第１流体放出接続部（１１ｂ）と流体接合する高温流体受容装置（４０）であって、前記第１熱量（Ｑ１）の少なくとも一部が、当該高温流体受容装置（４０）に直接伝達され、前記第２熱量（Ｑ２）の少なくとも一部が、前記太陽熱集熱器流体路（１１）を迂回することによって当該高温流体受容装置（４０）に直接伝達され、それにより、前記第１熱量（Ｑ１）及び前記第２熱量（Ｑ２）が、互いに並行して当該高温流体受容装置（４０）に伝達される、高温流体受容装置（４０）と、
流体入口（６１ａ）を有する消費装置（６０）であって、該流体入口（６１ａ）は前記高温流体受容装置（４０）と接合されていて、その結果第１熱量（Ｑ１）と第２熱量（Ｑ２）の少なくとも一部が、流体を介して消費装置（６０）に供給可能である消費装置（６０）と、
前記ガスタービン（２０）と接合されておりかつ、該ガスタービン（２０）の駆動を第１熱量（Ｑ１）の大きさに応じて制御するようになっている制御装置（７０）と、を有する太陽熱利用設備（１）。
【請求項２】
前記制御装置（７０）は、第１熱量（Ｑ１）が予め決められた限界値を下回った場合にのみ、前記ガスタービン（２０）を駆動させるようになっている、請求項１に記載の太陽熱利用設備（１）。
【請求項３】
前記制御装置（７０）は、第１熱量（Ｑ１）が予め決められた限界値を下回った場合に、第２熱量（Ｑ２）の一部を、前記太陽熱集熱器流体路（１１）を通って貫流する流体に供給するようになっており、その結果該流体は、予め決められた温度に保たれる、請求項２に記載の太陽熱利用設備（１）。
【請求項４】
前記太陽熱集熱器流体路（１１）と前記熱交換器流体路（３２）を通って貫流させられるべき流体は水から形成されており、かつ、前記消費装置（６０）にその流体入口（６１ａ）を介して供給されるべき流体は水蒸気から形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽熱利用設備（１）。
【請求項５】
前記第１流体供給接続部（１１ａ）と前記第２流体供給接続部（３２ａ）とは互いに流体接合されており、前記排ガス熱交換器（３０）は廃熱ボイラから形成されており、該廃熱ボイラは、前記熱交換器流体路（３２）を通って貫流する流体を、前記第２流体放出接続部（３２ｂ）で取出し可能な水蒸気に気化させるようになっており、かつ、前記太陽熱集熱器構造体（１０）は、前記太陽熱集熱器流体路（１１）を通って貫流する流体を、太陽熱による直接気化を経て、前記第１流体放出接続部（１１ｂ）で取出し可能な水蒸気に気化させるようになっている、請求項４に記載の太陽熱利用設備（１）。
【請求項６】
前記消費装置（６０）は、蒸気タービン（６１）と、該蒸気タービン（６１）によって回転駆動可能な電気ジェネレータ（６２、６３）とを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽熱利用設備（１）。
【請求項７】
前記ガスタービン（２０）と前記蒸気タービン（６１）と前記電気ジェネレータ（６２、６３）とは、単軸設備の形態で設けられており、かつ、前記ガスタービン（２０）は、前記制御装置（７０）によって制御可能な連結器（２２）を介して、前記電気ジェネレータ（６２、６３）と選択的に回転駆動接合可能かつ回転駆動接合解除可能である、請求項６に記載の太陽熱利用設備（１）。
【請求項８】
前記ガスタービン（２０）に加えてまたはその代わりに、ガス機関（２０）および／もしくはディーゼル機関（２０）を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽熱利用設備（１）。
【請求項９】
太陽熱利用設備（１）を駆動するための方法であって、
太陽熱集熱器構造体（１０）によって、第１熱量（Ｑ１）を、前記太陽熱集熱器構造体（１０）の太陽熱集熱器流体路（１１）を通って貫流する流体に供給し、第１熱量（Ｑ１）の少なくとも一部を高温流体受容装置（４０）に伝達するステップと、
第１熱量（Ｑ１）を限界値と比較するステップと、
第１熱量（Ｑ１）が限界値よりも小さい場合には、前記太陽熱集熱器構造体（１０）とは熱的に独立しているガスタービン（２０）の駆動を開始し、該ガスタービン（２０）の排ガス出口（２１）に接続された排ガス熱交換器（３０）によって、第２熱量（Ｑ２）を、前記排ガス熱交換器（３０）の熱交換器流体路（３２）を通って貫流する流体に供給し、前記太陽熱集熱器流体路（１１）を迂回して、第２熱量（Ｑ２）の少なくとも一部を前記高温流体受容装置（４０）に伝達し、それにより、前記第１熱量（Ｑ１）の少なくとも一部が、前記高温流体受容装置（４０）に直接伝達され、前記第２熱量（Ｑ２）の少なくとも一部が、前記太陽熱集熱器流体路（１１）を迂回することによって前記高温流体受容装置（４０）に直接伝達され、それにより、前記第１熱量（Ｑ１）及び前記第２熱量（Ｑ２）が、互いに並行して前記高温流体受容装置（４０）に伝達される、ステップと、
流体によって、第１熱量（Ｑ１）と第２熱量（Ｑ２）の少なくとも一部を消費装置（６０）に供給するステップと、を含んだ方法。
【請求項１０】
前記消費装置（６０）によってその駆動中にもたらされる回転駆動によって、電流網（８０）に供給される電気エネルギーが発生させられ、かつ、前記ガスタービン（２０）によってその駆動中にもたらされる回転駆動によって、前記電流網（８０）に供給される電気エネルギーが発生させられる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１熱量（Ｑ１）が限界値より小さい場合、第２熱量（Ｑ２）の一部が、前記太陽熱集熱器構造体（１０）の前記太陽熱集熱器流体路（１１）を通って貫流する流体に供給され、その結果該流体は予め決められた温度に保たれる、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガスタービン（２０）に加えてまたはその代わりに、ガス機関（２０）および／もしくはディーゼル機関（２０）を有する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱利用設備と太陽熱利用設備を駆動するための方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から知られているのは、以下を有する太陽熱利用設備である。すなわち、複数の太陽熱集熱器を有する太陽熱集熱器構造体であって、太陽熱集熱器構造体は、流体を貫流させるための太陽熱集熱器流体路を定義し、その結果太陽熱集熱器に当たる太陽光から流体に第１熱量が供給可能であり、かつ太陽熱集熱器流体路は、加熱されるべき流体を太陽熱集熱器流体路に供給するための第１流体供給接続部と、加熱された流体を太陽熱集熱器流体路から放出するための第１流体放出接続部とを備える、太陽熱集熱器構造体と、排ガス出口を有するガスタービンと、排ガス路を通ってガスタービンの高温排ガスを貫流させるためにガスタービンの排ガス出口に接続されている排ガス路と、流体を貫流させるための熱交換器流体路であって、結果的に排ガス路を通って貫流する排ガスから流体に第２熱量が供給可能であり熱交換器流体路は、加熱されるべき流体を熱交換器流体路に供給するための第２流体供給接続部と、加熱された流体を熱交換器流体路から放出するための第２流体放出接続部とを備える熱交換器流体路とを有する排ガス熱交換器と、その際第１流体放出接続部が直接第２流体供給接続部と流体接合されており、その結果太陽熱集熱器流体路と熱交換器流体路とは互いに直列に流体接合されており、第２流体放出接続部と流体接合されている高温流体受容装置と、流体入口を有する消費装置であって、当該流体入口は高温流体受容装置と接合されていて、その結果第１熱量と第２熱量の少なくとも一部が、流体を介して消費装置に供給可能である消費装置と、ガスタービンと接合されかつ、ガスタービンの駆動を第１熱量の大きさに応じて制御するようになっている制御装置とを有する。
【０００３】
さらに特許文献１からは、以下を備える太陽熱利用設備の駆動方法が知られている。すなわち、太陽熱集熱器構造体によって、第１熱量を、太陽熱集熱器構造体の太陽熱集熱器流体路を通って貫流する流体に供給することと、第１熱量の大きさに応じてガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガス出口に接続された排ガス熱交換器によって、第２熱量を、排ガス熱交換器の熱交換器流体路を通って貫流する流体に供給することと、第１熱量の少なくとも一部を、排ガス熱交換器の熱交換器流体路を通って貫流する流体に伝達し、第１熱量と第２熱量との総量の少なくとも一部を高温流体受容装置に伝達することと、流体によって、第１熱量と第２熱量との総量の少なくとも一部を消費装置に供給することとである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００６１２６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、より高いエネルギー利用効率が達成可能な、太陽熱利用設備と太陽熱利用設備を駆動するための方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これは、請求項１に記載の太陽熱利用設備と、請求項８に記載の方法とによって達成される。本発明のさらなる形態は、それぞれの従属請求項において定義されている。
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、太陽熱利用設備は以下を備える。すなわち、複数の太陽熱集熱器を有する太陽熱集熱器構造体であって、太陽熱集熱器構造体は、流体を貫流させるための太陽熱集熱器流体路を形成し、その結果太陽熱集熱器に当たる太陽光から流体に第１熱量が供給可能であり、かつ太陽熱集熱器流体路は、加熱されるべき流体を太陽熱集熱器流体路に供給するための第１流体供給接続部と、加熱された流体を太陽熱集熱器流体路から放出するための第１流体放出接続部と、を備える、太陽熱集熱器構造体と、排ガス出口を有するガスタービンと、排ガス路を通ってガスタービンの高温排ガスを貫流させるためにガスタービンの排ガス出口に接続されている排ガス路と、流体を貫流させるための熱交換器流体路であって、結果的に排ガス路を通って貫流する排ガスから流体に第２熱量が供給可能であり、熱交換器流体路は、加熱されるべき流体を熱交換器流体路に供給するための第２流体供給接続部および加熱された流体を熱交換器流体路から放出するための第２流体放出接続部とを備える熱交換器流体路を有する排ガス熱交換器と、第１流体放出接続部と流体接合されており、太陽熱集熱器流体路を迂回して第２流体放出接続部を第１流体放出接続部と流体接合する高温流体受容装置と、流体入口を有する消費装置であって、当該流体入口は高温流体受容装置と接合されていて、その結果第１熱量と第２熱量の少なくとも一部が、流体を介して消費装置に供給可能である消費装置と、ガスタービンと接合されておりかつ、ガスタービンの駆動を第１熱量の大きさに応じて制御するようになっている制御装置と、を備える。
【０００８】
制御装置は、好ましくは電動式もしくは電子式制御装置として形成されていてよく、制御アルゴリズムをソフトウェア、ファームウェアおよび／あるいはハードウェアの形で含んでよい。
【０００９】
消費装置の流体入口と接合されている高温流体受容装置が、好ましくは直接第１流体放出接続部と流体接合されており、太陽熱集熱器流体路を迂回して第２流体放出接続部を、好ましくは直接第１流体放出接続部と流体接合することによって、太陽熱集熱器流体路と熱交換器流体路とは互いに並列に接続されている。それにより、充分に太陽エネルギーが利用でき、その結果ガスタービンを駆動しなくてもよいのであれば、太陽熱集熱器流体路内で加熱された流体を、熱交換器流体路を通って貫流させる必要はなく、それによって熱損失が回避され、ひいては太陽エネルギーのエネルギー利用効率が高まる。
【００１０】
本発明に係る太陽熱利用設備の一実施形態に従えば、制御装置は、第１熱量が予め決められた限界値を下回った場合にのみ、ガスタービンを駆動させるようになっている。
【００１１】
本発明に従えば、太陽熱集熱器構造体によって熱エネルギーに変換可能な太陽エネルギーが、日没時にあるいは日中曇って減少していれば、限界値を下回ってよい。このやり方で、ガスタービンの駆動が、限界値に到達するために太陽エネルギーを全くあるいは充分に利用できない時間に限定され、それによって太陽熱利用設備のエネルギー利用効率もしくは経済性をさらに高める。
【００１２】
本発明に係る太陽熱利用設備のさらなる一実施形態に従えば、制御装置は、第１熱量が予め決められた限界値を下回った場合に、第２熱量の一部を、太陽熱集熱器流体路を通って貫流する流体に供給するようになっており、その結果当該流体は、予め決められた温度に保たれる。
【００１３】
本発明に係る太陽熱利用設備のこの構成によって、太陽熱集熱器構造体の太陽熱集熱器流体路内の流体を、予熱温度に保つことが有利にも可能となり、その結果熱生産の再開時に、太陽熱集熱器構造体を介してより迅速に第１熱量が限界値にもしくは限界値を超えて上昇し、それによって、ガスタービン内で利用される燃焼ガスを節約できる。
【００１４】
さらに本発明に係る太陽熱利用設備の一実施形態に従えば、太陽熱集熱器流体路と熱交換器流体路を通って貫流させられるべき流体は水から形成されており、消費装置にその流体入口を介して供給されるべき流体は水蒸気から形成されている。
【００１５】
たとえばオイルのような、コストのかかる特殊な流体を避け、水や水蒸気を流体として使用することによって、コストを節約できる。
【００１６】
さらに本発明に係る太陽熱利用設備のさらなる一実施形態に従えば、第１流体供給接続部と第２流体供給接続部とは互いに流体接合されており、排ガス熱交換器は廃熱ボイラから形成されており、当該廃熱ボイラは、熱交換器流体路を通って貫流する流体を、第２流体放出接続部で取出し可能な水蒸気に気化させるようになっており、太陽熱集熱器構造体は、太陽熱集熱器流体路を通って貫流する流体を、太陽熱による直接気化を経て、第１流体放出接続部で取出し可能な水蒸気に気化させるようになっている。
【００１７】
太陽熱による直接気化によって、たとえば、太陽熱集熱器構造体内の流体としての熱伝達オイルによって駆動される太陽熱設備と比べて、経済性のさらなる改善が達成される。オイルに特有の構成要素がなくてもよいので、コストが下がり、かつ同時に、オイルテクノロジーと比べて、プロセス温度とひいては効率とを高めることができる。
【００１８】
本発明に係る太陽熱利用設備のさらなる一実施形態に従えば、消費装置は、蒸気タービンと、当該蒸気タービンによって回転駆動可能な電気ジェネレータと、を備える。
【００１９】
さらに本発明に係る太陽熱利用設備の一実施形態に従えば、ガスタービンと蒸気タービンと電気ジェネレータとは、単軸設備の形態でもしくは共通の軸に一列に設けられており、ガスタービンと、たとえばメンテナンスの目的で好ましくは蒸気タービンとは、それぞれ、制御装置によって制御可能な連結器を介して、電気ジェネレータと選択的に回転駆動接合可能かつ回転駆動接合解除可能である。
【００２０】
それによって、１つだけの電気ジェネレータが、蒸気タービンによってもガスタービンによっても発電のために回転駆動され得、その結果さらなる電気ジェネレータのコストを節約できる。ガスタービンを切る場合には、当該ガスタービンは電気ジェネレータとの連結が外されてよく、その結果エネルギー損失が回避される。蒸気タービンをメンテナンスする場合には、当該蒸気タービンは同様に電気ジェネレータとの連結が外されてよく、その結果エネルギー損失が回避される。単軸設備としての構成によって、ガスタービンと蒸気タービンと電気ジェネレータおよび場合によっては伝動装置の構造は、極めてコンパクトかつコスト効率が高くなる。
【００２１】
さらに本発明に係る太陽熱利用設備のさらなる一実施形態に従えば、高温流体受容装置は、導管のような複数の蒸気管を備える。好ましくは、高温流体受容装置はその上、制御装置によって制御可能な複数の調節バルブを備えてよい。好ましくは、高温流体受容装置の蒸気管は、第１流体放出接続部と第２流体放出接続部とに流体接合されていてよい。
【００２２】
さらに本発明に係る太陽熱利用設備の一実施形態に従えば、太陽熱利用設備はその上、供給流体受容装置を備える。供給流体受容装置は好ましくは、導管のような複数の給水管を備える。好ましくは、供給流体受容装置はその上、制御装置によって制御可能な複数の調節バルブとポンプとを備えてよい。好ましくは、供給流体受容装置の給水管は、消費装置の流体出口および第１流体供給接続部と第２流体供給接続部とに流体接合されている。しかも好ましくは、供給流体受容装置の給水管は、第２流体放出接続部に流体接合されていてよい。
【００２３】
本発明の第２の態様に従えば、太陽熱利用設備を駆動するための方法は、以下を含んでいる。すなわち、太陽熱集熱器構造体によって、第１熱量を、太陽熱集熱器構造体の太陽熱集熱器流体路を通って貫流する流体に供給し、第１熱量の少なくとも一部を高温流体受容装置に伝達するステップと、第１熱量を限界値と比較するステップと、第１熱量が限界値よりも小さい場合には、ガスタービンの駆動を開始し、ガスタービンの排ガス出口に接続された排ガス熱交換器によって、第２熱量を、排ガス熱交換器の熱交換器流体路を通って貫流する流体に供給し、太陽熱集熱器流体路を迂回して、第２熱量の少なくとも一部を高温流体受容装置に伝達するステップと、流体によって、第１熱量と第２熱量の少なくとも一部を消費装置に供給するステップと、を含んでいる。
【００２４】
第１熱量の少なくとも一部が、好ましくは直接高温流体受容装置に伝達され、第２熱量の少なくとも一部が、好ましくは直接太陽熱集熱器流体路を迂回して高温流体受容装置に伝達されることによって、第１の熱と第２の熱とは、互いに並列して高温流体受容装置に伝達され得る。それにより、充分に太陽エネルギーが利用でき、その結果ガスタービンを駆動しなくてもよいのであれば、太陽熱集熱器流体路内で加熱された流体を、熱交換器流体路を通って貫流させることはなく、それによって熱損失が回避され、ひいては太陽エネルギーのエネルギー利用効率が高まる。
【００２５】
本発明に従えば、太陽熱集熱器構造体によって熱エネルギーに変換可能な太陽エネルギーが、日没時にあるいは日中曇って減少していれば、限界値を下回ってよい。このやり方で、ガスタービンの駆動が、限界値に到達するために太陽エネルギーを全くあるいは充分に利用できない時間に限定され、それによって太陽熱利用設備のエネルギー利用効率もしくは経済性をさらに高める。
【００２６】
本発明に係る方法の一実施形態に従えば、消費装置によってその駆動中にもたらされる回転駆動によって、電流網に供給される電気エネルギーが発生させられ、ガスタービンによってその駆動中にもたらされる回転駆動によって、電流網に供給される電気エネルギーが発生させられる。
【００２７】
このやり方で、有利には、利用できる２つの回転駆動が発電もしくは電気エネルギー発生のために利用され、これによってエネルギー利用効率がさらに高まる。
【００２８】
本発明に係る方法のさらなる一実施形態に従えば、第１熱量が限界値より小さい場合、第２熱量の一部が、太陽熱集熱器構造体の太陽熱集熱器流体路を通って貫流する流体に供給され、その結果当該流体は予め決められた温度に保たれる。
【００２９】
本発明に係る方法のこの構成によって、太陽熱集熱器構造体の太陽熱集熱器流体路内の流体を、予熱温度に保つことが有利にも可能となり、その結果熱生産の再開時に、太陽熱集熱器構造体を介してより迅速に第１熱量が限界値にもしくは限界値を超えて上昇し、それによって、ガスタービン内で利用される燃焼ガスを節約できる。
【００３０】
さらに本発明に係る方法の一実施形態に従えば、第１熱量は流体としての水に供給され、その結果そこから太陽熱による直接気化を経て水蒸気が作られ、当該水蒸気は高温流体受容装置の蒸気管に導入され、第２熱量は流体としての水に供給され、その結果そこから水蒸気が作られ、当該水蒸気は高温流体受容装置の蒸気管に導入される。
【００３１】
たとえばオイルのような、コストのかかる特殊な流体を避け、水や水蒸気を流体として使用することによって、コストを節約できる。太陽熱による直接気化によって、たとえば、太陽熱集熱器構造体内の流体としての熱伝達オイルによって駆動される太陽熱設備と比べて、経済性のさらなる改善が達成される。オイルに特有の構成要素がなくてもよいので、コストが下がり、かつ同時に、オイルテクノロジーと比べて、プロセス温度とひいては効率とを高めることができる。
【００３２】
結果的に、本発明の実施形態に従えば、太陽熱による直接気化を有するＣＳＰ設備（集光型太陽熱発電）として構成されている太陽熱利用設備が提供される。しかも、本発明の実施形態に従えば、そのような太陽熱利用設備を駆動するための方法が提供される。
【００３３】
本発明は、ソーラーフィールド（太陽熱集熱器構造体）と蒸気タービンとを、工業用ガスタービンを設置してプロセス全体に含めることと組み合わせる方法にある。
【００３４】
本発明に従えば、日没時とそれによって第１熱量が限界値を下回る場合に、およびひいてはソーラーフィールドからの蒸気生産が低下する場合に、ガスタービンをスタートさせてよい。後置されている廃熱ボイラで生産される蒸気は、蒸気タービンに供給されてよく、当該蒸気タービンは、このハイブリッドモードにおいて、ガスタービンプロセスからの利用できる蒸気量に従って、好ましくは部分負荷で夜間駆動を行う。ひどい曇りの日中と、それが原因で第１熱量が限界値を下回る場合に、およびひいては蒸気生産が低下する場合には、同様に、ガスタービンを用いて蒸気を生産し、蒸気タービンを継続して部分負荷で駆動するという可能性が出てくる。
【００３５】
付加的に生産された、ガスタービンの電気出力は、蒸気タービンによって生産された電気出力と並んで、電流網に供給されてよい。付加的に、ソーラーフィールドを予熱温度に保つために、廃熱ボイラから蒸気が取り出されてよい。それによって、翌日もしくは曇りが晴れた場合に、ソーラーフィールドの開始プロセスが支援され、かつ加速して実行される。好ましくは発電所と組み合わされた太陽熱利用設備の、太陽熱駆動における年間の完全負荷駆動時間を、再加熱時間をなくすことにより、明らかに高めることができる。特に、コスト上の理由から溶融塩蓄熱器の経済的使用が考慮されない分散型の設備では、ソーラーフィールドが蒸気を生産できない時間を切り抜けるために工業用ガスタービンの使用が可能性として考えられる。
【００３６】
本発明はさらに、２つのターボ機関すなわちガスタービンと蒸気タービンとを、ジェネレータ、オイルシステム、冷却システムのようなサブシステムと構成することを含んでいる。それに従えば、ガスタービンと伝動装置とジェネレータと伝動装置と蒸気タービンのタービン列は、ハイブリッド駆動のために部分的に接続可能な連結器を有する単軸設備として実施されていてよい。
【００３７】
本発明によって、日照時間の依存／限定に基づく周期的な毎日の蒸気タービン駆動を回避できる。それによって、蒸気タービンの一時的な開始プロセスが促進され、利用者に経済性をより高いものとさせる。ＣＳＰ蒸気タービンプロセスにガスタービンを、方法の側で最適化して付加接続することによって、夜間の時間帯に、後置された廃熱ボイラによって、継続した蒸気タービン駆動のために蒸気生産が維持され得る。しかもＣＳＰ設備は、その導管システムによって暖かく保たれ得、その結果日の出時もしくは曇りが晴れた際に、開始プロセスが最適化され、かつ迅速に行うことができる。総利用率とひいては経済性とが、明らかに改善される。
【００３８】
本発明は明確に、請求項の詳細な引用からの特徴の組み合わせによってもたらされていない実施形態にも拡大し、それによって本発明の開示された特徴は、それが技術的に合理的であるならば、任意に互いに組み合わされていてよい。本発明に係る太陽熱利用設備の詳細に記述されていない実施形態は、ガスタービンに加えてあるいはその代わりに、ガス機関および／あるいはディーゼル機関を備える。確かに、ガス機関もしくはディーゼル機関をいくつかの形態で取り付けるために、構造体全体の内部でさらに付加的な修正、たとえば付加的なあるいは拡張された排ガス出口と燃料供給装置と電気ジェネレータへの結合装置と制御装置とが必要である。しかしこれらは、本発明に重要ではない。
【００３９】
以下において、本発明が、好ましい一実施形態に基づいてかつ添付の図に関連して、より詳細に記述される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に従った太陽熱利用設備の概略回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に従った太陽熱利用設備の、単軸設備の形状で接続された、ガスタービンと蒸気タービンと電気ジェネレータの構造体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下において、図１と図２に関連して、本発明に係る太陽熱利用設備１の実施形態が記述される。
【００４２】
太陽熱利用設備１は、発電所と組み合わされた、太陽熱による直接気化を有するＣＳＰ設備（集光型太陽熱発電）として構成されている。図１で示されているように、太陽熱利用設備１は、複数の太陽熱集熱器（詳細には図示されず）を有する太陽熱集熱器構造体１０と、ガスタービン２０と、排ガス熱交換器３０と、高温流体受容装置４０と、供給流体受容装置５０と、消費装置６０と、制御装置７０とを備える。
【００４３】
制御装置７０は、好ましくは電動式もしくは電子式制御装置として形成されていてよく、制御アルゴリズムをソフトウェア、ファームウェアおよび／またはハードウェアの形で含んでよい。制御装置７０は、太陽熱集熱器構造体１０と、ガスタービン２０と、排ガス熱交換器３０と、高温流体受容装置４０と、供給流体受容装置５０と、消費装置６０と、を開ループ制御もしくは閉ループ制御するために、これらと接合されている。
【００４４】
高温流体受容装置４０は、導管のような複数の蒸気管Ｈと、制御装置７０によって制御可能な複数の調節バルブ（番号付されず）と、を備える。
【００４５】
供給流体受容装置５０は、導管のような複数の給水管Ｓと、制御装置７０によって制御可能な複数の調節バルブ（番号付されず）と、ポンプ（番号付されず）と、熱交換器や脱水機などのようなさらなる構成要素（番号付されず）と、を備える。
【００４６】
本発明に従えば、蒸気管Ｈは水蒸気を送り、給水管Ｓは水もしくは給水用水および／または場合によっては、蒸気管Ｈ内の水蒸気と比べて低い温度水準の水蒸気を送る。
【００４７】
太陽熱集熱器構造体１０は、流体を貫流させるための太陽熱集熱器流体路１１を定義し、その結果太陽熱集熱器に当たる太陽光から流体に第１熱量Ｑ１が供給可能である。太陽熱集熱器流体路１１は、加熱されるべき流体を給水用水の形態で太陽熱集熱器流体路１１に供給するための第１流体供給接続部１１ａと、加熱された流体を水蒸気の形態で太陽熱集熱器流体路１１から放出するための第１流体放出接続部１１ｂとを備える。
【００４８】
それに応じて太陽熱集熱器構造体１０は、太陽熱による水の直接気化を経て、第１熱量Ｑ１の供給を介して、水蒸気を生産するようになっている。言い換えれば、太陽熱集熱器構造体１０は、太陽熱集熱器流体路１１を通って貫流する水の形態の流体を、太陽熱による直接気化を経て、第１流体放出接続部１１ｂで取出し可能な水蒸気に気化させるようになっている。その際太陽熱集熱器構造体１０は、４０バールかつ４００℃の生蒸気パラメータに達する。
【００４９】
ガスタービン２０は、燃料ガスである天然ガスによって駆動され、排ガス路３１を通ってガスタービン２０の高温排ガスを貫流させるために、排ガス管Ａを介して排ガス熱交換器３０の排ガス路３１に接続された排ガス出口２１を備える。
【００５０】
排ガス熱交換器３０は廃熱ボイラから形成されており、流体を貫流させるための熱交換器流体路３２を有し、その結果、排ガス路３１を通って貫流する排ガスから流体に、第２熱量Ｑ２が供給可能である。熱交換器流体路３２は、加熱されるべき流体を水の形態で熱交換器流体路３２に供給するための第２流体供給接続部３２ａと、加熱された流体を水蒸気の形態で熱交換器流体路３２から放出するための第２流体放出接続部３２ｂと、を備える。
【００５１】
それによって排ガス熱交換器３０は、熱交換器流体路３２を通って貫流する水の形状の流体を、第２熱量Ｑ２の供給を介して、第２流体放出接続部３２ｂで取出し可能な水蒸気に気化させるようになっている。
【００５２】
図１から明らかなように、高温流体受容装置４０は、１つあるいは複数の蒸気管Ｈを介して、太陽熱集熱器流体路１１の第１流体放出接続部１１ｂと直接流体接合されている。しかも高温流体受容装置４０は、１つあるいは複数の蒸気管Ｈを介して、太陽熱集熱器流体路１１を迂回して、熱交換器流体路３２の第２流体放出接続部３２ｂを直接第１流体放出接続部１１ｂと流体接合する。
【００５３】
消費装置６０は、蒸気タービン６１と、当該蒸気タービン６１によって回転駆動可能な電気ジェネレータ６２とを備える。蒸気タービン６１は、流体入口６１ａと流体出口６１ｂとを有する。
【００５４】
流体入口６１ａは高温流体受容装置４０と接合されていて、その結果第１熱量Ｑ１と第２熱量Ｑ２の少なくとも一部が、流体を介して消費装置６０に供給可能である。図示された実施形態においては、流体入口６１ａは、高温流体受容装置４０の１つまたは複数の蒸気管Ｈを介して、太陽熱集熱器流体路１１の第１流体放出接続部１１ｂと直接流体接合されており、かつ熱交換器流体路３２の第２流体放出接続部３２ｂと直接流体接合されている。
【００５５】
流体出口６１ｂは、供給流体受容装置５０の１つまたは複数の給水管Ｓと（給水用水貯水タンク５１のような）さらなる構成要素とを介して、太陽熱集熱器流体路１１の第１流体供給接続部１１ａと流体接合されており、かつ熱交換器流体路３２の第２流体供給接続部３２ａと流体接合されている。図１から明らかなように、しかも第１流体供給接続部１１ａと第２流体供給接続部３２ａとは、供給流体受容装置５０の１つまたは複数の給水管Ｓを介して互いに流体接合されている。
【００５６】
本発明に従えば、制御装置７０は、ガスタービン２０の駆動を第１熱量Ｑ１の大きさに応じて制御するようになっている。本発明に係る太陽熱利用設備１の一実施形態に従えば、制御装置７０は、第１熱量Ｑ１が予め決められた限界値を下回った場合にのみ、ガスタービン２０を駆動させるようになっている。
【００５７】
本発明に従えば、太陽熱集熱器構造体１０によって熱エネルギーに変換可能な太陽エネルギーが、日没時にあるいは日中曇って減少していれば、限界値を下回ってよい。
【００５８】
本発明に係る太陽熱利用設備１のさらなる一実施形態に従えば、制御装置７０は、第１熱量Ｑ１が予め決められた限界値を下回った場合に、第２熱量Ｑ２の一部を、太陽熱集熱器流体路１１を通って貫流する流体に供給するようになっており、その結果当該流体は、予め決められた温度すなわち予熱温度に保たれる。
【００５９】
上で言及されたように、消費装置６０は、回転駆動時に電気エネルギーを電流網８０に供給する電気ジェネレータ６２を備える。図１から明らかなように、ガスタービン２０も電気ジェネレータ６３と回転駆動接合されていてよく、その結果電気ジェネレータ６３は、回転駆動時に電気エネルギーを電流網８０に供給する。
【００６０】
図２に示された、本発明に係る太陽熱利用設備１の一実施形態に従えば、ガスタービン２０と蒸気タービン６１とただ１つの電気ジェネレータ６２もしくは６３とは、単軸設備の形状でもしくは共通の軸に一列に設けられている。ガスタービン２０は、制御装置７０によって制御可能な連結器２２を介して、電気ジェネレータ６２、６３と選択的に回転駆動接合可能かつ回転駆動接合解除可能である。図２に示されていない、本発明に係る太陽熱利用設備１の一実施形態に従えば、たとえばメンテナンスの目的で、蒸気タービン６１も、制御装置７０によって制御可能な連結器を介して、電気ジェネレータ６２、６３と選択的に回転駆動接合可能かつ回転駆動接合解除可能であってよい。
【００６１】
図１と図２とに関連して、本発明に係る太陽熱利用設備１を駆動するための、本発明に係る方法の実施形態が記述される。本方法は、少なくとも以下のステップを備える。すなわち、太陽熱集熱器構造体１０によって、第１熱量Ｑ１を、太陽熱集熱器構造体１０の太陽熱集熱器流体路１１を通って貫流する流体に供給し、第１熱量Ｑ１の少なくとも一部を高温流体受容装置４０に伝達するステップと、制御装置７０において第１熱量Ｑ１を限界値と比較するステップと、第１熱量Ｑ１が限界値よりも小さい場合には、ガスタービン２０の駆動を開始し、ガスタービン２０の排ガス出口２１に接続された排ガス熱交換器３０によって、第２熱量Ｑ２を、排ガス熱交換器３０の熱交換器流体路３２を通って貫流する流体に供給し、太陽熱集熱器流体路１１を迂回して、第２熱量Ｑ２の少なくとも一部を高温流体受容装置４０に伝達するステップと、流体によって、第１熱量Ｑ１と第２熱量Ｑ２の少なくとも一部を消費装置６０に供給するステップと、である。
【００６２】
本発明に係る方法の一実施形態に従えば、消費装置６０の蒸気タービン６１によってその駆動中にもたらされる回転駆動によって、電流網８０に供給される電気エネルギーが発生させられ、さらにガスタービン２０によってその駆動中にもたらされる回転駆動によって、電流網８０に供給される電気エネルギーが発生させられる。
【００６３】
本発明に係る方法のさらなる一実施形態に従えば、第１熱量Ｑ１が限界値より小さい場合、第２熱量Ｑ２の一部が、太陽熱集熱器構造体１０の太陽熱集熱器流体路１１を通って貫流する流体に供給され、その結果当該流体は予め決められた温度（予熱温度）に保たれる。
【００６４】
さらに本発明に係る方法の一実施形態に従えば、第１熱量Ｑ１は流体としての水に供給され、その結果そこから太陽熱による直接気化を経て水蒸気が作られ、当該水蒸気は高温流体受容装置４０の１つあるいは複数の蒸気管Ｈに導入され、第２熱量Ｑ２は流体としての水に供給され、その結果そこから水蒸気が作られ、当該水蒸気は高温流体受容装置４０の１つあるいは複数の蒸気管Ｈに導入される。
【００６５】
本発明に従えば、日没時とそれによって第１熱量Ｑ１が限界値を下回る場合に、およびひいては太陽熱集熱器構造体１０からの蒸気生産が低下する場合に、ガスタービン２０を起動させてよい。後置されている排ガス熱交換器３０で生産される水蒸気は、蒸気タービン６１に供給されてよく、当該蒸気タービン６１は、このハイブリッドモードにおいて、ガスタービンプロセスからの利用できる蒸気量に従って、好ましくは部分負荷で夜間駆動を行う。ひどい曇りの日中と、それが原因で第１熱量Ｑ１が限界値を下回る場合に、およびひいては蒸気生産が低下する場合には、同様に、ガスタービン２０を用いて水蒸気を生産し、蒸気タービンを６１継続して部分負荷で駆動するという可能性が出てくる。
【００６６】
付加的に生産された、ガスタービン２０の電気出力は、蒸気タービン６１によって生産された電気出力と並んで、電流網８０に供給されてよい。付加的に、太陽熱集熱器構造体１０を予熱温度に保つために、排ガス熱交換器３０から水蒸気が取り出されてよい。それによって、翌日もしくは曇りが晴れた場合に、太陽熱集熱器構造体１０の開始プロセスが支援され、かつ加速して実行される。
【００６７】
上述の実施形態では、ＩＳＯ条件で、たとえば夜間に、たとえば８．４３ＭＷで、発電所の９ＭＷの名目出力をほぼ電気的に維持できる。ガスタービン２０用の付加的な天然ガスの必要量は、たとえば０．４２５ｋｇ／ｓに達し得る。ガスタービン２０を使わない太陽熱のみの駆動では、たとえば総効率２９．４％を達成でき、ガスタービン２０と蒸気タービン６１とを使うハイブリッド駆動では、たとえば総効率３９．７％を達成できる。
【００６８】
この場でさらに言及すべきは、特許請求される装置は、同様に大型ディーゼル機関との組み合わせにおいても適していることである。たとえば、大型ディーゼル機関の排ガスのエネルギーを、たとえばガスタービンあるいは蒸気タービンと特許請求される装置の部分構成要素を駆動するために用いてよい。
【符号の説明】
【００６９】
１  太陽熱利用設備
１０  太陽熱集熱器構造体
１１  太陽熱集熱器流体路
１１ａ  第１流体供給接続部
１１ｂ  第１流体放出接続部
２０  ガスタービン／ガス機関／ディーゼル機関
２１  排ガス出口
２２  連結器
３０  排ガス熱交換器
３１  排ガス路
３２  熱交換器流体路
３２ａ  第２流体供給接続部
３２ｂ  第２流体放出接続部
４０  高温流体受容装置
Ｈ  蒸気管
５０  供給流体受容装置
Ｓ  給水管
５１  給水用水貯水タンク
６０  消費装置
６１  蒸気タービン
６１ａ  流体入口
６１ｂ  流体出口
６２  電気ジェネレータ
６３  電気ジェネレータ
７０  制御装置
８０  電流網
Ｑ１  第１熱量
Ｑ２  第２熱量
Ａ  排ガス管
【図１】
0006305681.tif 000002
【図２】
0006305681.tif 000003