(57)【要約】【課題】タービンの出力を制御する際に、より厳密で具体的な制御を行うことができる太陽熱発電システムの制御装置を提供する。【解決手段】本発明は、太陽光を受熱して作動流体を加熱する受熱器と、受熱器で加熱された作動流体が供給されて作動するタービンと、タービンの回転駆動により発電する発電機と、タービンへの作動流体のエネルギーを調節する集光器及び三方弁と、発電機の出力に基づいて集光器又は三方弁での調節値を決定する第一の調節値決定手段と、太陽熱発電システムにおける温度情報に基づいて集光器又は三方弁での調節値を決定する第二の調節値決定手段と、第一及び第二の調節値決定手段で求められた複数の調節値のうち発電機の出力が最小となる調節値を選択して集光器又は三方弁に出力する比較部７２と、を備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を受熱して作動流体を加熱する受熱器と、
前記受熱器で加熱された作動流体が供給されて作動するタービンと、
前記タービンの回転駆動により発電する発電機と、
前記タービンへの作動流体のエネルギーを調節する調節手段と、
を備えた太陽熱発電システムの制御装置であって、
前記発電機の出力に基づいて前記調節手段での調節値を決定する第一の調節値決定手段と、
太陽熱発電システムにおける温度情報に基づいて前記調節手段での調節値を決定する第二の調節値決定手段と、
前記第一及び第二の調節値決定手段で求められた複数の調節値のうち前記発電機の出力が最小となる調節値を選択して調節手段に出力する調節値選択手段と、
を備えることを特徴とする太陽熱発電システムの制御装置。
【請求項２】
前記第二の調節値決定手段は、太陽熱発電システムにおける温度情報として、前記タービンの入口温度の限界値、前記受熱器の配管メタル温度限界値、前記受熱器の出口ガス温度限界値、の少なくとも何れか一つを用いて前記調節手段での調節値を決定することを特徴とする請求項１に記載の太陽熱発電システムの制御装置。
【請求項３】
前記調節値選択手段は、前記第一の調節値決定手段で決定された調節値と、前記第二の調節値決定手段によって、前記タービンの入口温度の限界値、前記受熱器の配管メタル温度限界値、前記受熱器の出口ガス温度限界値、の少なくとも何れか一つの限界値を用いて決定された調節値とを比較して、その最大値または最小値を前記発電機の出力が最小となる調節値として選択することを特徴とする請求項２に記載の太陽熱発電システムの制御装置。
【請求項４】
太陽光を受熱するための複数の集光器と、
前記受熱器に供給される空気を制御して前記タービンの入口温度又は空気流量を変える制御弁と、を備え、
前記調節値選択手段は、決定した調節値を用いて前記集光器の台数又は前記制御弁の開度のうち少なくとも何れか一方を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の太陽熱発電システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を利用して加熱される空気等の圧縮性作動流体を用いて駆動される太陽熱発電システム、特にその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化等の環境問題を解決するため、自然エネルギーの一つである太陽光を利用し、太陽光の熱により加熱した高温高圧の圧縮性作動流体により駆動される太陽熱発電システムが注目されている。
【０００３】
このような太陽熱発電システムとしては、圧縮性作動流体を圧縮して昇圧させる圧縮機と、太陽光を集める複数の集光器（ヘリオスタット）と、集光器により集めた光の熱を用いて高圧の低温圧縮性作動流体を加熱して昇温させることにより太陽光を熱エネルギーに変換する受熱器と、受熱器で加熱されるガス状の作動流体の熱エネルギーを機城エネルギーに変換するタービンと、そのタービンで駆動される発電機と、を備えているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７５９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した太陽熱発電システムでは、受熱器に供給される空気を制御してタービンの入口温度や空気流量を変えることでタービンの出力、すなわち、発電機の出力を変えるために、三方弁又はこれに替わる一つ以上の制御弁を用いている。
【０００６】
この際、特に三方弁は応答性が良く、集光器による太陽光の集光量を増減（温度制御）することでタービンの出力を制御するよりも、三方弁の開度を制御することでタービンの出力を制御したほうが早いことから用いられていた。
【０００７】
しかしながら、上述した太陽熱発電システムにあっては、このような三方弁又はこれに替わる一つ以上の制御弁を用いた場合に、太陽熱発電システムを構成する受熱器やタービンの耐久性等を考慮した出力制御についての具体的な開発はなされていなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、タービンの出力を制御する際に、より厳密で具体的な制御を行うことができる太陽熱発電システムの制御装置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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の太陽熱発電システムの制御装置は、太陽光を受熱して作動流体を加熱する受熱器と、前記受熱器で加熱された作動流体が供給されて作動するタービンと、前記タービンの回転駆動により発電する発電機と、前記タービンへの作動流体のエネルギーを調節する調節手段と、を備えた太陽熱発電システムの制御装置であって、前記発電機の出力に基づいて前記調節手段での調節値を決定する第一の調節値決定手段と、太陽熱発電システムにおける温度情報に基づいて前記調節手段での調節値を決定する第二の調節値決定手段と、前記第一及び第二の調節値決定手段で求められた複数の調節値のうち前記発電機の出力が最小となる調節値を選択して調節手段に出力する調節値選択手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記第二の調節値決定手段は、太陽熱発電システムにおける温度情報として、前記タービンの入口温度の限界値、前記受熱器の配管メタル温度限界値、前記受熱器の出口ガス温度限界値、の少なくとも何れか一つを用いて前記調節手段での調節値を決定することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は、前記調節値選択手段は、前記第一の調節値決定手段で決定された調節値と、前記第二の調節値決定手段によって、前記タービンの入口温度の限界値、前記受熱器の配管メタル温度限界値、前記受熱器の出口ガス温度限界値、の少なくとも何れか一つの限界値を用いて決定された調節値とを比較して、その最大値または最小値を前記発電機の出力が最小となる調節値として選択することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、太陽光を受熱するための複数の集光器と、前記受熱器に供給される空気を制御して前記タービンの入口温度又は空気流量を変える制御弁と、を備え、前記調節値選択手段は、決定した調節値を用いて前記集光器の台数又は前記制御弁の開度のうち少なくとも何れか一方を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の太陽熱発電システムの制御装置は、タービンの出力を制御する際に、より厳密で具体的な制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る太陽熱発電システムの制御装置に係る第１の全体システム例を示す構成図（系統図）である。
【図２】本発明に係る太陽熱発電システムの制御装置に係る第２の全体システム例を示す構成図（系統図）である。
【図３】本発明に係る太陽熱発電システムの制御装置に係る第３の全体システム例を示す構成図（系統図）である。
【図４】本発明に係る太陽熱発電システムの制御装置に係る第４の全体システム例を示す構成図（系統図）である。
【図５】本発明に係る太陽熱発電システムの制御装置に係る第５の全体システム例を示す構成図（系統図）である。
【図６】本発明の太陽熱発電システムに適用される制御装置の実施の形態１のブロック図である。
【図７】本発明の太陽熱発電システムに適用される制御装置の実施の形態２のブロック図である。
【図８】本発明の太陽熱発電システムに適用される制御装置の実施の形態３のブロック図である。
【図９】本発明の太陽熱発電システムに適用される制御装置の実施の形態４のブロック図である。
【図１０】本発明の太陽熱発電システムに適用される制御装置の実施の形態５のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の一実施形態に係る太陽熱発電システムの制御装置について、図面を参照して説明する。尚、以下に示す実施例は本発明の太陽熱発電システムの制御装置における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００１６】
図１は本発明に係る太陽熱発電システムの制御装置に係る第１の全体システム例を示す構成図（系統図）、図２は本発明に係る太陽熱発電システムの制御装置に係る第２の全体システム例を示す構成図（系統図）、図３は本発明に係る太陽熱発電システムの制御装置に係る第３の全体システム例を示す構成図（系統図）、図４は本発明に係る太陽熱発電システムの制御装置に係る第４の全体システム例を示す構成図（系統図）、図５は本発明に係る太陽熱発電システムの制御装置に係る第５の全体システム例を示す構成図（系統図）である。
【００１７】
（システム共通構成）
先ず、本発明に係る太陽熱発電システム全体の共通構成を説明する。図１乃至図５において、本発明の太陽熱発電システムＧＴ１〜ＧＴ５は、圧縮性作動流体を圧縮して昇圧させる圧縮機１と、太陽光を変換した熱により圧縮性作動流体を加熱して昇温させる受熱器２と、高温高圧の圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービン３と、タービン３の出力軸４に連結した発電機５と、を主な構成要素とする装置である。すなわち、本発明の太陽熱発電システムＧＴ１〜ＧＴ５は、天然ガス等の燃料を燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器に代えて、太陽光の熱エネルギーを利用して、高圧の低温圧縮性作動流体を加熱昇温する受熱器２を設けたものである。
【００１８】
圧縮機１は、タービン３の出力軸４と同軸に連結されており、圧縮性作動流体を吸入して所望の高圧に圧縮するもので、タービン３で発生させた出力の一部を使用して駆動される。また、圧縮機１で圧縮する圧縮性作動流体としては、例えば、大気から吸入した空気等が使用される。
【００１９】
受熱器２は、太陽光を熱エネルギーに変換するための装置であり、例えば、太陽光の動きに追従すると共に独立して集光状態と非集光状態とに切り換え制御される複数台の集光器（図１では省略）６により集めた光の熱を用いて、高圧の低温圧縮性作動流体を加熱して昇温させる。すなわち、受熱器２は、高圧の低温空気を流す多数の配管（図示せず）に集光器６から光を当てることにより、配管及び配管内の高圧の低温空気を加熱して昇温させる加熱装置である。また、受熱器２で加熱された高圧空気は図示太実線で示す高温高圧空気流路１１を通ってタービン３へ供給される。また、受熱器２には、圧縮機１で昇圧された圧縮性作動流体の空気が図示破線で示す高圧空気流路１２を通って導かれる。さらに、タービン３で仕事をした高温高圧空気は図示二点差線で示す排気流路１３を通って煙突７から放出される。
【００２０】
また、本実施の形態においては、タービン３で仕事をした後に煙突７から大気へ排出される圧縮性作動流体の排熱を利用して、圧縮機１で昇圧された高圧の低温圧縮性作動流体を予熱したうえで受熱器２に導くための再熱器８が高圧空気流路１２及び排気経路１３の中途部に設けられている。
【００２１】
再熱器８は、圧縮機１で昇圧されて高圧空気流路１２から導かれた高圧の低温空気と、タービン３で仕事をして排気流路１３から導かれた高温空気とを熱交換させる装置である。すなわち、再熱器８は、タービン３で仕事をして煙突７から大気へ放出される高温空気の排熱を有効利用し、高圧の低温空気を予熱したうえで高圧空気流路１２から受熱器２に導くことによって太陽熱発電システムＧＴ１〜ＧＴ５の熱効率を向上させる熱交換器として機能する。
【００２２】
受熱器２で加熱された高圧の高温空気の出口温度については、発電機５で発電運転しない太陽熱発電システムＧＴ１〜ＧＴ５の昇速時にはタービン２の回転数に対して、また、発電機５で発電運転する負荷運転時には発電機負荷に対して、各々所定の回転数または発電機負荷となるように集光器６の角度を調整して受熱器２への入熱量を制御する。同様にして、受熱器２の配管温度についても、所定の温度以上とならないように、受熱器２への入熱量を集光器６で制御する。
【００２３】
ここで、受熱器２の熱容量が大きいことから、入熱量の変化に対して高温空気の出口温度変化は数分以上の遅れが生じ、緩慢な制御となる。したがって、本発明の太陽熱発電システムＧＴ１〜ＧＴ５では、後述するように、この集光器６による緩慢な制御に対して即応性を高めた制御を単独又は集光器６による制御と併用して行うものである。
【００２４】
上記の構成において、受熱器２で加熱された高圧空気は、たとえば出口温度が９００℃程度の高温高圧空気となり、高温高圧空気流路１１を通ってタービン３へ供給される。
【００２５】
タービン３に供給された高温高圧空気は、タービン内の動翼／静翼間を通過する際に膨張し、動翼と一体のタービン軸を回転させてタービン出力を発生させる。また、タービン３で発生した出力は、同軸に連結された圧縮機１並びに発電機５の駆動力として用いられる。さらに、タービン３で仕事をした高温高圧空気は、タービン出口より圧力及び温度が低下した使用済み空気として、排気流路１３を通って再熱器８に導かれる。この使用済み空気は、排気経路１３の中途部の再熱器８で高圧空気を予熱した後、さらに温度低下して煙突７から大気へ放出される。
【００２６】
（太陽熱発電システムＧＴ１の構成）
図１に示すように、太陽熱発電システムＧＴ１には、受熱器２の出口から流出する高温高圧空気がタービン３をバイパスして流れるように、高圧空気流路１２から分岐して煙突７に至る高温空気主バイパス流路２１が形成されている。この高温空気主バイパス流路２１には、タービン３をバイパスして流す高温高圧空気のバイパス流量を調整するため、開度調整可能な放熱制御弁２２が設けられている。また、太陽熱発電システムＧＴ１には、高温空気主バイパス流路２１と並列に高温空気補助バイパス流路２３が形成されている。この高温空気補助バイパス流路２３は、放熱制御弁２２の上流で高温空気主バイパス流路２１から分岐し、放熱制御弁２２の下流で高温空気主バイパス流路２１に再度合流する流路であり、高温空気補助バイパス流路２３の途中には、放熱制御弁２２と並列に通常時閉の放風弁２４が設けられている。
【００２７】
このように構成された太陽熱発電システムＧＴ１では、発電機５が発電していない運転状況において、太陽熱発電システムＧＴ１が所定の回転数となるように、放熱制御弁２２の開度を調整する運転制御が行われる。すなわち、放熱制御弁２２の開度制御を行うことにより、タービン３をバイパスして煙突７から直接大気へ放出される高温高圧空気のバイパス流量を調整し、実際にタービン３を流れる高温高圧空気量を増減させる制御を実施する。このような高温高圧空気量の流量制御は、精度のよい制御を速やかに実施することができる。
【００２８】
また、上述した太陽熱発電システムＧＴ１では、発電機５が発電している運転状況において、太陽熱発電システムＧＴ１が所定の出力となるように、放熱制御弁２２の開度を調整する運転制御が行われる。すなわち、放熱制御弁２２の開度制御を行うことにより、タービン３をバイパスして煙突７から直接大気へ放出される高温高圧空気のバイパス流量を調整し、実際にタービン３を流れる高温高圧空気量を増減させる制御を実施する。このような高温高圧空気量の流量制御は、精度のよい制御を速やかに実施することができる。
【００２９】
また、太陽熱発電システムＧＴ１に異常が発生した場合には、運転の緊急停止が必要となる。このような場合には、放風弁２４を全開にする制御を行い、タービン３を流れる高温高圧空気量を急激に減少させることができる。すなわち、高温高圧空気の熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービン３においては、熱エネルギー源となる高温高圧空気の供給量が急減するため、回転の継続及び出力の発生を停止することができる。
【００３０】
このような運転制御は、受熱器２からタービン３に供給する高温高圧空気量について、放熱制御弁２２の開度制御によりバイパス流量を調整して増減するものであるから、運転状況に応じた精度のよい流量制御を速やかに実施することができる。従って、太陽熱発電システムＧＴの回転数や出力の制御についても、運転状況に応じた精度のよい速やかな流量制御に応じて確実に実施することができる。
【００３１】
そして、このような制御に使用する放熱制御弁２２は、高温高圧空気のバイパス流量を調整するものである。従って、放熱制御弁２２は、受熱器２からタービン３へ供給する高温高圧空気の最大流量と比較して少流量を取り扱うことになり、小径で安価なものを使用できる。
【００３２】
（太陽熱発電システムＧＴ２の構成）
図２に示すように、太陽熱発電システムＧＴ２は、再熱器８から受熱器２に向う高温高圧空気流路１１の中途部に、上流側から順に三方弁３１と遮断弁３２とが設けられている。また、高温高圧空気流路１１から三方弁３１を介して分岐し、受熱器２を避けるようにバイパスしてタービン３に流すように、高圧空気流路１２と連結される高圧空気主バイパス流路３３が形成されている。さらに、三方弁３１よりも上流側には、高温高圧空気流路１１のタービン３よりも上流側から分岐して高圧空気流路１２に連結される高圧空気補助バイパス流路３４が高圧空気主バイパス流路３３と並列に形成されている。この高圧空気補助バイパス流路３４には、通常時閉のバイパス弁３５が設けられている。
【００３３】
このように構成された太陽熱発電システムＧＴ２においては、受熱器２からタービン３に供給される高温高圧空気は、三方弁３１による受熱器２のバイパス流量を調整することにより、運転状況に応じた温度調整が可能になる。すなわち、三方弁３１を操作することにより、受熱器２へ流れて加熱される高圧空気量と、受熱器２をバイパスしてタービン３へ流れる高圧空気量（バイパス流量）との分配が可能になるので、タービン３へ供給する高温高圧空気の温度は、受熱器２から供給される高温高圧空気と低温高圧空気との混合割合に応じて変化する。
【００３４】
また、遮断弁３２及び通常時閉のバイパス弁３５を備えた高圧空気補助バイパス流路３４を設けたことにより、太陽熱発電システムＧＴ２の緊急停止が必要となった場合には、遮断弁３２を所定開度まで絞り、かつ、バイパス弁３５を全開にすることにより、受熱器２を通過する高圧空気量を急減させてタービン３の入口温度を低下させることができる。
【００３５】
そして、発電機５が発電していない運転状況では、太陽熱発電システムＧＴ２の回転数が所定の回転数となるように三方弁３１を開閉し、受熱器２を流れる高圧空気量を増減させてタービン３の入口空気温度を変化させる制御をする。また、発電機５が発電している運転状況では、太陽熱発電システムＧＴ２の出力が所定の出力となるように三方弁３１を開閉し、受熱器２を流れる高圧空気量を増減させてタービン３の入口の空気温度を変化させる制御をする。
【００３６】
このような運転制御は、受熱器２へ供給して加熱する高圧空気量について、三方弁３１の開閉操作によりバイパス流量を調整して増減するものであるから、運転状況に応じた精度のよい流量制御を速やかに実施することができる。従って、太陽熱発電システムＧＴ２の回転数や出力の制御についても、運転状況に応じた精度のよい速やかな流量制御に応じて確実に実施することができる。なお、遮断弁３２を全閉にしないで所定開度まで絞るのは、受熱器２に流れる高圧空気量を減少させ過ぎると加熱能力が過大となり、受熱器２の配管温度が所定値以上の高温になりやすいためである。
【００３７】
（太陽熱発電システムＧＴ３の構成）
図３に示す太陽熱発電システムＧＴ３では、高圧空気流路１２の再熱器８よりも上流側に三方弁４１及び遮断弁４２を設けている。また、三方弁４１は、高圧空気流路１２を分岐しており、高温高圧空気流路１１のタービン３よりも上流側に合流する高圧空気主バイパス流路４３を形成している。さらに、圧縮機１で昇圧された圧縮性作動流体の空気をタービン３の上流側に導く高圧空気補助バイパス流路４４が高圧空気バイパス流路４３と並列に設けられている。また、この高圧空気補助バイパス流路４４には通常時閉のバイパス弁４５が設けられている。
【００３８】
このような構成では、再熱器８が設置されているため、タービン３で仕事をした高温高圧空気が保有する排熱を有効利用でき、しかも、三方弁４１、遮断弁４２及びバイパス弁４５が再熱器８を通過する前でより低温の状態にある高圧空気を取り扱うため、耐熱性の面でより一層有利になる。なお、三方弁４１、遮断弁４２及びバイパス弁４５の開閉操作による制御及び作用効果は、上述した太陽熱発電システムＧＴ２と同様である。
【００３９】
＜太陽熱発電システムＧＴ４の構成＞
図４に示す太陽熱発電システムＧＴ４は、高圧空気流路１２の再熱器８よりも下流側に、上流側から順に三方弁５１及び遮断弁５２が設けられている。また、三方弁５１は高温高圧空気流路１１を分岐して煙突７から高圧空気を大気へ放出する高圧空気主バイパス流路５３を形成している。さらに、高圧空気流路１２の三方弁５１よりも上流側には高圧空気流路１２から分岐して煙突７に連結される高圧空気補助バイパス流路５４が、高圧空気主バイパス流路５３と並列に形成されている。この高圧空気補助バイパス流路５４には、通常時閉のバイパス弁５５が設けられている。
【００４０】
このような構成では、受熱器２からタービン３に供給される高温高圧空気は、三方弁５１による受熱器２のバイパス流量を調整することにより、運転状況に応じた流量調整が可能となる。すなわち、三方弁５１を操作することにより、受熱器２へ流れて加熱される高圧空気量と、受熱器２をバイパスして煙突７へ流れる高圧空気量（バイパス流量）との分配が可能になるので、タービン３へ供給する高温高圧空気量は、受熱器２から供給される高温高圧空気量に応じて変化する。
【００４１】
そして、発電機５が発電していない運転状況では、太陽熱発電システムＧＴ４の回転数が所定の回転数となるように三方弁５１を開閉し、受熱器２を流れる高圧空気量を増減させてタービン３の入口空気温度を変化させる制御をする。一方、発電機５が発電している運転状況では、太陽熱発電システムＧＴ４の出力が所定の出力となるように三方弁５１を開閉し、受熱器２を流れる高圧空気量を増減させてタービン３の入口空気温度を変化させる制御をする。
【００４２】
このような運転制御は、受熱器２へ供給して加熱する高圧空気量について、三方弁５１の開閉操作によりバイパス流量を調整して増減するものであるから、運転状況に応じた精度のよい流量制御を速やかに実施することができる。従って、太陽熱発電システムＧＴ４の回転数や出力の制御についても、運転状況に応じた精度のよい速やかな流量制御に応じて確実に実施することができる。
【００４３】
（太陽熱発電システムＧＴ５）
図５に示した太陽熱発電システムＧＴ５は、高圧空気流路１２の再熱器８よりも上流側に三方弁６１及び遮断弁６２を設けている。また、三方弁６１は、高圧空気流路１２を分岐し、そのまま煙突７にさせる高圧空気主バイパス流路６３を形成している。さらに、三方弁６１の上流側には高圧空気流路１２から分岐して直接煙突７に合流する高圧空気補助バイパス流路６４が、高圧空気バイパス流路６３と並列に設けられている。この高圧空気補助バイパス流路６４には、通常時閉のバイパス弁６５が設けられている。
【００４４】
このような構成では、タービン３で仕事をした高温高圧空気が保有する排熱を有効に利用することができ、しかも、三方弁６１、遮断弁６２及びバイパス弁６５が再熱器８を通過する前でより低温の状態にある高圧空気を取り扱うため、耐熱性の面でより一層有利になる。
【００４５】
このように、上述した各実施形態によれば、集光器６の角度調節により受熱器２の入熱量を調整する制御方法では緩慢だった太陽熱発電システムの回転数や出力の制御を、圧縮性作動流体である空気の流量制御を行うことで精度よく速やかに実施できるようになる。この結果、太陽熱発電システム及び太陽熱発電システム発電装置の運転は、動特性を安定させることができる。なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば再熱器８の有無が限定されないなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００４６】
次に、このような太陽熱発電システムＧＴ１〜ＧＴ５における放熱制御弁２２や三方弁３１，４１，５１，６１の具体的な制御について説明する。
【００４７】
尚、以下に示す実施の形態では、太陽熱発電システムＧＴ１〜ＧＴ５として、上述したように、圧縮機１、受熱器２、タービン３、出力軸４、発電機５、集光器６、煙突７、再熱器８、を備えている。また、受熱器２で加熱された高圧空気が高温高圧空気流路１１を通ってタービン３に供給され、圧縮機１で昇圧された圧縮性作動流体の空気が高圧空気流路１２を通って受熱器２に供給され、タービン３で仕事をした高温高圧空気が排気流路１３を通って煙突７から放出される基本構造を備えているものとする。
【００４８】
このような構成では、例えば、受熱器２の熱容量が大きい場合に、集光器６による入光量を少なくして高温空気の出口温度を変化させるには数分以上の遅れが生じ、緩慢な制御となることから、放熱制御弁２２や三方弁３１，４１，５１，６１の開度を調整することにより即応性を確保している。
【００４９】
この際、例えば、放熱制御弁２２や三方弁３１，４１，５１，６１（以下、三方弁６１で説明する）は、受熱器２に行く空気を制御してタービン３の入口の温度や空気流量を変えることでタービン３の出力、すなわち、発電機５の出力を変えているが、その三方弁６１の出力は、その開度をどのくらいにするかの制御信号によって制御される。尚、三方弁６１の開度が上がるとタービン出力は下がるように設定されている。
【００５０】
ここで、三方弁６１の出力値（開度要求値）は、
（１）予め設定された発電機５の最高出力値以下となるように制御するのが好ましい。
（２）タービン３の入口の空気温度（受熱器２の出口の温度に略等しい）が所定値を超ええてしまうと、タービン３の全体の耐久温度を超えてしまうので、それ以下となるように制御するのが好ましい。
（３）受熱器２に設けられて集光器６から光が当たることで高圧の低温空気を流す多数の配管（図示せず）は、その受熱器２に流れる高圧空気量を減少させ過ぎると加熱能力が過大となってしまい、その配管温度が耐久温度所以上の高温になり易いため、配管温度（配管メタル温度）が耐久温度以下となるように制御するのが好ましい。
（４）受熱器２の出口のガス温度を検出する複数の検出値の一つが所定温度を超えると受熱器２の耐久温度を超えてしまうので、それ以下となるように制御するのが好ましい。
【００５１】
なお、上述した（１）はもともと備わっている制御機能である。また、（２）はタービン３の入口の空気温度を計測する手段（または、タービン３の入口空気圧力とタービン３の出口空気温度からタービン３の入口空気温度を推定する手段）を備え、その計測（又は推測）結果を用いる。さらに、（３）は受熱器２の配管メタル温度を計測する手段を備え、その計測結果を用いる。また、（４）においても受熱器２の出口ガス温度を計測手段を備え、その計測結果を用いる。ここで、これら各種の温度を計測する手段としては、熱電対等の温度センサーや赤外線サーモセンサー等が用いられている。
【００５２】
（実施の形態１）
図６は、本発明の太陽熱発電システムに適用される制御装置の実施の形態１のブロック図である。
【００５３】
図６において、制御装置Ｓ１は、予め設定された発電機４の出力制限設定から決まる三方弁６１の制御開度信号（発電機出力制限設定）から三方弁６１の開度要求値を決定する。また、制御装置Ｓ１は、タービン３の入口温度の限界から決まる三方弁６１の制御開度信号（タービン入口空気温度限界）から三方弁６１の開度要求値を決定する。さらに、制御装置Ｓ１は、受熱器２の配管メタル温度から決まる三方弁６１の開度制御信号（受熱器配管メタル温度限界）から三方弁６１の開度要求値を決定する。また、制御装置Ｓ１は、受熱器２の出口ガス温度限界から決まる三方弁６１の開度制御信号（受熱器出口ガス温度限界）から三方弁６１の開度要求値を決定する。尚、これら各開度要求値は、温度と開度とを関連付けした関数で記憶部７１に格納されている。
【００５４】
さらに、制御装置Ｓ１は、これら各開度要求値を比較部７２で比較してその最大値を選択し、三方弁６１を開閉させるドライバ部７３に制御信号を出力することで三方弁６１の開度を制御する。この際、ドライバ部７３は、三方弁６１の開度を増大するとタービン３を流れる空気が増大してバイパス量が減少する方向に設定されている。
【００５５】
このような構成によれば、三方弁６１によるタービン出力制御の即応性を確保すると共に、より具体的な制御を実現することができると共に、負荷制御可能範囲を集光器６で集光する日射強度に依存することが可能となる。
【００５６】
（実施の形態２）
図７は、本発明の太陽熱発電システムに適用される制御装置の実施の形態２のブロック図である。尚、上記実施の形態１と同一の構成・作用に関してはその説明を省略する。
【００５７】
図７において、制御装置Ｓ２は、予め設定された発電機４の出力制限設定から決まる三方弁６１の制御開度信号（発電機出力制限設定）から集光器６の台数要求値を決定する。また、制御装置Ｓ２は、タービン３の入口温度の限界から決まる三方弁６１の制御開度信号（タービン入口空気温度限界）から集光器６の台数要求値を決定する。さらに、制御装置Ｓ２は、受熱器２の配管メタル温度から決まる集光器６の台数制御信号（受熱器配管メタル温度限界）から集光器６の台数要求値を決定する。また、制御装置Ｓ２は、受熱器２の出口ガス温度限界から決まる集光器６の台数制御信号（受熱器出口ガス温度限界）から集光器６の台数要求値を決定する。尚、これら各台数要求値は、温度と台数とを関連付けした関数で記憶部７１に格納されている。
【００５８】
さらに、制御装置Ｓ２は、これら各台数要求値を比較部７２で比較してその最小値を選択し、集光器６の台数を決定するドライバ部７４に制御信号を出力することで集光器６の台数を制御する。この際、集光器６の台数の決定とは、設置された集光器６の全ての台数のうち、受熱器２に太陽光を入熱している集光器６の台数であり、その他の集光器６から太陽光の入熱しないように、例えば、太陽光を受光器２に向けて反射しないように回動させる等の処理を行う。
【００５９】
このような構成によれば、集光器６によるタービン出力制御を確保すると共に、より具体的な制御を実現することができると共に、負荷制御可能範囲を全負荷範囲で行うことができる。
【００６０】
（実施の形態３）
図８は、本発明の太陽熱発電システムに適用される制御装置の実施の形態３のブロック図である。尚、上記実施の形態１又は実施の形態２と同一の構成・作用に関してはその説明を省略する。
【００６１】
この実施の形態３では、上記実施の形態１で示したものに対して、制御装置Ｓ３は、記憶部７１に記憶された発電機出力制限設定から決まる三方弁６１の開度要求値Ａの関数を用いて算出部７５で集光器６の台数要求値を算出し、三方弁６１の開度と併用して集光器６の台数を決定するドライバ部７４に台数要求値を出力するものである。この際、発電機出力制限設定から決まる集光器６の台数要求値の関数には、図示実線で示す基準関数に対して破線で示すように日射強度に応じた補正関数を用いることができる。
【００６２】
このような構成によれば、制御装置Ｓ３は、三方弁６１の開度要求値によって即応性の高い制御を行うと共に、集光器６の台数要求値によって全負荷範囲での制御を併用して行うことができる。尚、集光器６の開度要求値を用いた台数変更を行った後には、三方弁６１の開度要求値を決定する条件も変わってくることから、その条件に応じた開度変更が実行される。
【００６３】
（実施の形態４）
図９は、本発明の太陽熱発電システムに適用される制御装置の実施の形態４のブロック図である。尚、上記実施の形態１又は実施の形態２と同一の構成・作用に関してはその説明を省略する。
【００６４】
実施の形態４では、制御装置Ｓ４は、発電機４の出力制限設定から決まる三方弁６１の制御開度信号から三方弁６１の開度要求値を決定すると共に、タービン３の入口温度の限界から決まる三方弁６１の制御開度信号から三方弁６１の開度要求値を決定する。また、制御装置Ｓ４は、受熱器２の配管メタル温度から決まる集光器６の台数制御信号から集光器６の台数要求値を決定すると共に、受熱器２の出口ガス温度限界から決まる集光器６の台数制御信号から集光器６の台数要求値を決定する。
【００６５】
さらに、制御装置Ｓ４は、これら発電機４の出力制限設定とタービン３の入口温度の限界との開度要求値を比較部７２で比較してその最大値を選択し、三方弁６１を開閉させるドライバ部７３に制御信号を出力することで三方弁６１の開度を制御する。また、制御装置Ｓ４は、受熱器２の配管メタル温度と受熱器２の出口ガス温度限界との台数要求値を比較部７２で比較してその最小値を選択し、集光器６の台数を決定するドライバ部７４に制御信号を出力することで集光器６の台数を制御する。
【００６６】
このような構成によれば、三方弁６１の開度制御と集光器６の台数制御との分担が明確となり、三方弁６１の開度制御による即応性の良い領域の確保と集光器６の台数制御による全負荷範囲での制御とが可能となる。
【００６７】
（実施の形態５）
図１０は、本発明の太陽熱発電システムに適用される制御装置の実施の形態５のブロック図である。尚、上記実施の形態１及び実施の形態２と同一の構成・作用に関してはその説明を省略する。
【００６８】
実施の形態５では、制御装置Ｓ５は、タービン３の入口温度の限界から三方弁６１の開度要求値Ｂを決定し、受熱器２の配管メタル温度から三方弁６１の開度要求値Ｃを決定し、受熱器２の出口ガス温度限界から三方弁６１の開度要求値Ｃを決定したうえで、比較部７２で開度要求値Ｂ，Ｃ，Ｄのうち最大値Ｅ（ＥはＢ、Ｃ，Ｄの何れか）を決定したうえで、その最大値Ｅと発電機４の出力制限設定から三方弁６１の開度要求値Ａとを比較部７２で比較してその最大値を選択し、三方弁６１を開閉させるドライバ部７３に制御信号を出力することで三方弁６１の開度を制御する。
【００６９】
また、制御装置Ｓ５は、タービン３の入口温度の限界から集光器６の台数要求値を決定し、受熱器２の配管メタル温度から集光器６の台数要求値を決定し、受熱器２の出口ガス温度限界から集光器６の台数要求値を決定し、比較部７２でその最小値Ｇを決定する。
【００７０】
さらに、制御装置Ｓ５は、算出部７５で開度要求値Ａから開度要求値Ｅを減算した要求値Ｆから、日照強度で補正可能な集光器裕度台数要求値ΔＦを算出部７５で算出したうえで、最小値ＧからΔＦを算出部７５で減算して集光器台数要求値を求める。
【００７１】
このような構成によれば、三方弁６１の開度制御と集光器６の台数制御の分担範囲の裕度を小さく設定することができるばかりでなく、三方弁６１の開度制御による即応性の確保と集光器６の台数制御による全負荷範囲での制御とが可能となる。
【００７２】
このように、本発明の太陽熱発電システムの制御装置Ｓ１〜Ｓ５によれば、太陽光を受熱して作動流体を加熱する受熱器２と、受熱器２で加熱された作動流体が供給されて作動するタービン３と、タービン３の回転駆動により発電する発電機５と、タービン３への作動流体のエネルギーを調節する集光器６及び三方弁６１と、発電機５の出力に基づいて集光器６又は三方弁６１での調節値を決定する第一の調節値決定手段と、太陽熱発電システムにおける温度情報に基づいて集光器６又は三方弁６１での調節値を決定する第二の調節値決定手段と、第一及び第二の調節値決定手段で求められた複数の調節値のうち発電機５の出力が最小となる調節値を選択して集光器６又は三方弁６１に出力する比較部７２と、を備えることにより、タービン３の出力を制御する際に、より厳密で具体的な制御を行うことができる。
【００７３】
この際、第二の調節値決定手段は、太陽熱発電システムにおける温度情報として、タービン３の入口温度の限界値、受熱器２の配管メタル温度限界値、受熱器２の出口ガス温度限界値、の少なくとも何れか一つを用いて集光器６又は三方弁６１の調節値を決定するのが好ましい。
【００７４】
また、比較部７２は、第一の調節値決定手段で決定された調節値と、第二の調節値決定手段によって、タービン３の入口温度の限界値、受熱器２の配管メタル温度限界値、受熱器２の出口ガス温度限界値、の少なくとも何れか一つの限界値を用いて決定された調節値とを比較して、その最大値または最小値を発電機５の出力が最小となる調節値として選択するのが好ましい。
【００７５】
さらに、太陽光を受熱するための複数の集光器６と、受熱器２に供給される空気を制御してタービン３の入口温度又は空気流量を変える放熱制御弁２２又は三方弁３１，４１，５１，６１と、を備え、比較部７２は、決定した調節値を用いて集光器６の台数、放熱制御弁２２又は三方弁３１，４１，５１，６１の開度のうち少なくとも何れか一方を制御するのが好ましい。
【符号の説明】
【００７６】
ＧＴ１…太陽熱発電システム
ＧＴ２…太陽熱発電システム
ＧＴ３…太陽熱発電システム
ＧＴ４…太陽熱発電システム
ＧＴ５…太陽熱発電システム
Ｓ１…制御装置（調節値決定手段）
Ｓ２…制御装置（調節値決定手段）
Ｓ３…制御装置（調節値決定手段）
Ｓ４…制御装置（調節値決定手段）
Ｓ５…制御装置（調節値決定手段）
１…圧縮機
２…受熱器
３…タービン
４…出力軸
５…発電機
６…集光器（調節手段）
７…煙突
８…再熱器
２２…放熱制御弁（制御弁／調節手段）
３１…三方弁（制御弁／調節手段）
４１…三方弁（制御弁／調節手段）
５１…三方弁（制御弁／調節手段）
６１…三方弁（制御弁／調節手段）
７２…比較部（調節値選択手段）
【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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