(57)【要約】【課題】蒸気ランキンサイクルソーラープラントおよびその操作方法を提供すること。【解決手段】プラント（１０）は、流入口（２２）と、第１のステージの下流にある中間ステージ（２４）と、流出口（２６）とを備えている。流入口（３２）を備えた低圧蒸気タービン（３０）は、高圧蒸気タービン（２０）の流出口（２６）と流体連通可能に接続されている。プラント（１０）は、さらに、焦点ソーラーコンセントレータ（４０）と、第１の直線状ソーラーコンセントレータ（４２）とを有し、焦点ソーラーコンセントレータは、蒸気が高圧蒸気タービン（２０）に供給されているとき、直接または間接手段によって過熱するように構成および配置されており、第１の直線状ソーラーコンセントレータは、高圧蒸気タービン（２０）からの蒸気が低圧蒸気タービン（３０）に供給されているときに再加熱するように構成および配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧蒸気タービン（２０）と低圧蒸気タービン（３０）とを備える蒸気ランキンサイクルソーラープラント（１０）であって、
前記高圧蒸気タービン（２０）は、
流入口（２２）と、
第１のステージの下流にある中間ステージ（２４）と、
流出口（２６）とを備え、
前記低圧蒸気タービン（３０）は、前記高圧蒸気タービン（２０）の前記流出口（２６）と流体連通可能に接続された流入口（３２）を備えている、蒸気ランキンサイクルソーラープラント（１０）において、
前記蒸気ランキンサイクルソーラープラント（１０）は、
蒸気が前記高圧蒸気タービン（２０）に供給されるときに、直接手段または間接手段のいずれかで前記蒸気を過熱するように構成および配置されている焦点ソーラーコンセントレータ（４０）と、
前記高圧蒸気タービン（２０）からの蒸気が前記低圧蒸気タービン（３０）に供給されるときに、前記高圧蒸気タービン（２０）からの蒸気を再加熱するように構成および配置されている第１の直線状ソーラーコンセントレータ（４２）と
を備えることを特徴とする、蒸気ランキンサイクルソーラープラント（１０）。
【請求項２】
第２の直線状ソーラーコンセントレータ（４４）をさらに有し、
前記第２の直線状ソーラーコンセントレータ（４４）は、蒸気を過熱し、前記高圧蒸気タービン（２０）の前記流入口（２２）を迂回するようにして、前記高圧蒸気タービン（２０）の前記中間ステージ（２４）に前記過熱された蒸気を向けるように構成および配置されている、請求項１記載のプラント（１０）。
【請求項３】
前記第２の直線状ソーラーコンセントレータ（４４）と並列または直列状態にある補助ボイラ（４８）をさらに有する、請求項２記載のプラント（１０）。
【請求項４】
前記第１の直線状ソーラーコンセントレータ（４２）と、前記低圧蒸気タービン（３０）との間に流体連通可能に配置された第１の熱エネルギー貯蔵ユニット（５０）をさらに有する、請求項１または３記載のプラント（１０）。
【請求項５】
前記第２の直線状ソーラーコンセントレータ（４４）と、前記高圧蒸気タービン（２０）の前記中間ステージ（２４）との間に流体連通可能に配置された第２の熱エネルギー貯蔵ユニット（５２）をさらに有する、請求項２から４のいずれか１項記載のプラント（１０）。
【請求項６】
前記焦点ソーラーコンセントレータ（４０）と、前記高圧蒸気タービン（２０）の前記流入口（２２）との間に流動的に位置する蒸気を加熱するように配置された補助ヒータ（４９）をさらに有する、請求項１から５のいずれか１項記載のプラント（１０）。
【請求項７】
前記焦点ソーラーコンセントレータ（４０）の上流にあり、かつ、前記焦点ソーラーコンセントレータ（４０）に対する蒸気のプレヒータとして構成および配置されている第３の直線状ソーラーコンセントレータ（４６）をさらに有する、請求項１から６のいずれか１項記載のプラント（１０）。
【請求項８】
蒸気ランキンサイクルソーラープラント（１０）を操作する方法であって、
（ａ）第１の圧力で、焦点ソーラーコンセントレータ（４０）によって第１の蒸気を生成するステップと、
（ｂ）高圧蒸気タービン（２０）の流入口（２２）に、前記第１の蒸気を供給するステップと、
（ｃ）前記高圧蒸気タービン（２０）からの蒸気を再加熱するために、第１の直線状ソーラーコンセントレータ（４２）を使用するステップと、
（ｄ）低圧蒸気タービン（３０）の流入口（３２）に、前記再加熱された蒸気を供給するステップと
を含む、方法。
【請求項９】
前記第１の圧力未満の第２の圧力で、第２の蒸気を生成するために、第２の直線状ソーラーコンセントレータ（４４）を使用するステップと、
前記高圧蒸気タービン（２０）の中間ステージ（２４）に前記第２の蒸気を供給するステップと
をさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第３の蒸気を生成するために、第３の直線状ソーラーコンセントレータ（４６）を使用するステップと、
前記第３の蒸気を前記焦点ソーラーコンセントレータ（４０）に供給するステップと
をさらに含む、請求項７または９記載の方法。
【請求項１１】
第４の蒸気を生成するために水を沸騰させるために補助ボイラ（４８）を使用するステップと、前記第４の蒸気を、前記高圧蒸気タービン（２０）の前記流入口（２２）に供給するステップとを含む、請求項８から１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
蒸気ランキンサイクルソーラープラント（１０）を操作する方法であって、
流入口（２２）と中間ステージ（２４）とを備えた高圧蒸気タービン（２０）を配置するステップと、
前記流入口（２２）を介して、前記高圧蒸気タービン（２０）に蒸気が流入することを防止するように前記流入口（２２）を隔離するステップと、
第２の蒸気を生成するために補助ボイラ（４８）を使用するステップと、
前記第２の蒸気を、前記高圧蒸気タービン（２０）の中間ステージ（２４）に供給するステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、蒸気ランキンサイクルを用いた集光型熱ソーラープラントに関するものであり、より具体的には、当該プラントの設計および構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気を商業的に生成するために使用される集光型熱ソーラープラントは、直線状ソーラー集光型コレクターまたは焦点集光型システムのいずれかに基づいているものとして分類される。
【０００３】
直線状ソーラー集光デバイスは、直線上にある焦点に沿って配置されたレシーバ上に、２次元において太陽光線を集光する。このシステムは、入射光線と、コレクターの直線状の軸との間のアラインメントを維持するように、単一軸の周りの太陽の移動を追跡する。一般的な直線状集光デバイスは、放物線状トラフコレクターと、フレネルミラーアレイとを備える。このようなコンセントレータの流出温度は、典型的には、主に、熱伝流体の熱安定性により、３００℃〜５５０℃に制限される。このような直線状コンセントレータの利点は、それらの比較的単純な追跡要件に部分的に起因して、設置および製造コストが比較的低いことである。この利点が、この技術をより低温の用途に適した技術にする。
【０００４】
焦点システムは、典型的に、ヘリオスタットの円形のアレイによって囲まれた中央レシーバを含み、これらのヘリオスタットの円形のアレイは、太陽光を３次元で中央レシーバ上に集光させる。レシーバを通過する熱伝媒体は、ヘリオスタットによって反射された高く集光している放射を吸収し、その放射を蒸気ランキンサイクルにおいて使用する過熱された蒸気の生成のために使用される熱エネルギーに変換する。タワー上で焦点を維持するために、２軸追跡システムが必要とされる。これらのシステムのさらなる軸方向追跡次元は、設置の複雑さと、ひいては設置コストを追加する。ソーラータワーの設計は、理論的な集光比率に近づけることの困難さに起因して、６００℃〜１１００℃の範囲の温度を達成する一方で、この範囲の下端における温度は、典型的に商業的なサイズのユニットにより達成される。それにもかかわらず、点焦点合わせシステムは、高温が要求される場合には、依然として有利に使用される。
【０００５】
点焦点合わせコンセントレータの１つの不利な点は、容量が増加すると、ヘリオスタットの数も増加させることを必要とし、結果として、ソーラーフィールドのサイズを増加させてしまうことである。遠位のヘリオスタットに対して焦点を提供するために、タワーの高さは、フィールドのサイズの増加にしたがって対応するように増加させなければならない。このことは、ボイラがタワーの上部に配置されなければならない、特に、熱伝媒体が水／蒸気である場合に構築上の困難さを呈する。
【０００６】
現代の公共事業規模のソーラー熱電力プラントの大部分は、従来の蒸気サイクル技術を用いた蒸気ランキンサイクル（蒸気−蒸気タービン）技術に基礎をなすものである。これらのサイクルの効率は、蒸気タービン全体にわたる平均温度に大きく依存する。したがって、再加熱サイクルが効率を増加させるために使用可能であるという点で有利である。複数の圧力ステージ蒸気タービンと結びつくこの再加熱は、作業流体が膨張サイクルの間かなり湿潤になるリスクを低減可能であり、結果として、蒸気タービンブレードの水による腐食のリスクを最小限にする。再加熱蒸気タービンと共に使用可能なソーラー電力プラントの例は、特許文献１に論じられている。異なる温度および機関効率が、個別に構成された複数のレシーバのそれぞれにおいて達成可能であるように、解決方法は、ソーラー電力タワー上に複数のソーラーレシーバを設置することを含む。本出願で論じられるように、別個のレシーバが再加熱のためにタワー上に配置され、その結果として、複数のレシーバを有するタワーが構成される。特に、巨大なソーラーフィールドに対して、このような配置は、ソーラー電力タワーに複雑さを追加し、各追加のレシーバがタワーに追加の高さを加えるというさらなる不利な点を有する。
【０００７】
直線状のコンセントレータおよび焦点システムの両方に対する利点を活用するために、特許文献２は、直線状の集光システムと、点焦点合わせシステムとを直列に配置することを考察している。このシステムは、可変の太陽光束の収支を合わせるために、使用可能な熱貯蔵の使用および化石燃料のサポートによってさらに最適化される。考察されるシステムに対していくつかの利点を呈示したが、低い平均サイクル温度に起因して低減された効率の問題を解消することができない。
【０００８】
太陽光束が不十分になるときに使用するために貯蔵される余分なソーラーエネルギーを貯蔵する手段として、ソーラーコレクターフィールドと並列に熱エネルギー貯蔵システムを操作することは公知である。直接システムおよび間接システムを有するいくつかの貯蔵のための解決方法がある。
【０００９】
間接サイクルにおいて、熱ソーラーエネルギーは、間接サイクルの流体を用いて貯蔵される。すなわち、流体は熱ソーラーエネルギーを収集するために使用される。流体は２つのタンクに貯蔵される。一方は高温において貯蔵され、もう一方は低温において貯蔵される。低温タンクからの流体は、ソーラーコレクターまたはレシーバを通って流れ、ここで、ソーラーエネルギーは、流体を高温まで加熱する。流体は、その後、貯蔵のために高温タンクまで流れる。高温タンクからの流体は、その後、熱交換器を通って流れ、ここで、熱交換器は電気生成のために蒸気を生成する。流体は、その後、低温で熱交換器から出て、低温タンクへと戻る。
【００１０】
代替的方法は、熱エネルギーを固体媒体（例えばケイ砂）内に貯蔵する単一タンク温度躍層システムを使用することである。このシステムは、いかなる時点においても、媒体の一部分が高温であり、一部分が低温であり、高温領域および低温領域はある温度勾配によって分離されているという原理に基づいて作用している。高温の熱伝流体はタンクの上部に流れ込み、低温で底部から出て行く。このプロセスは、温度勾配を下方に移動させ、貯蔵のためにシステムに熱エネルギーを追加する。流れを逆転させると、熱勾配は上方に移動し、蒸気および電気を生成するために熱エネルギーをシステムから取り除く。浮力効果が、タンク内に流体の熱的階層を作り上げ、このことが、温度勾配を安定化および維持することに役立つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２８２２４２号明細書
【特許文献２】米国特許第８，０８７，２４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
設置および操作のコストを最小化しながら、蒸気タービンの動作効率を改善可能な蒸気ランキンサイクルソーラープラントを開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示は、独立請求項の主題によってこの課題に対処することを試みる。有利な実施形態は、従属請求項において与えられる。
【００１４】
１つの観点は、流入口と、第１のステージの下流にある中間ステージと、流出口とを伴う高圧蒸気タービンを有する蒸気ランキンサイクルソーラープラントを提供する。さらに、この観点はまた、高圧蒸気タービンの流出口に流体連通可能に接続された流入口を有する低圧蒸気タービンを含む。焦点ソーラーコンセントレータは、蒸気が高圧蒸気タービンに供給されているときに、直接または間接手段のいずれかによって、蒸気を過熱するように構成および配置され、一方で、第１の直線状のソーラーコンセントレータは、蒸気が低圧蒸気タービンに供給されているときに、高圧蒸気タービンから蒸気を再加熱するように構成および配置されている。この解決方法は、設置するのが安価な直線状のソーラーコンセントレータ技術を、より温度が重大でない再加熱サービスに対して最も効率よく使用可能でありながら、焦点ソーラーコンセントレータが高温蒸気を生成可能であり、結果として、サイクル効率を向上可能であるという事実を利用している。さらに、同一のプラント容量に対して、この配置は、負荷要件が低減された結果、サイズ、および、結果として、焦点ソーラーコンセントレータフィールドおよび必要とされるタワー高を低減する。さらに、特に、直接蒸気ソーラータワーの用途に対して、再加熱のためにタワーの上部へ戻すために蒸気を送ることの複雑さが回避される。
【００１５】
さらなる観点は、第２の直線状ソーラーコンセントレータをさらに有し、この第２の直線状ソーラーコンセントレータは、蒸気を過熱し、高圧蒸気タービンの流入口を迂回するようにして、高圧蒸気タービンの中間ステージに過熱された蒸気を向けるように構成および配置されている。この観点は、さらに、第２の直線状ソーラーコンセントレータに並列な補助ボイラを有する。この観点が、２つの異なる集光型ソーラー技術による高圧蒸気タービンの供給を可能にする場合、この観点は、各コンセントレータの高圧蒸気タービンへの相対的供給を変更することを可能にすることにより、異なる過渡的条件が各技術にどのように影響するかを利用する。
【００１６】
別の観点は、さらに、第１の直線状ソーラーコンセントレータと低圧蒸気タービンとの間に流体連通可能に配置された第１の熱エネルギー貯蔵ユニットを有する。この貯蔵は、太陽光束の変動を平滑化する手段を提供する。
【００１７】
別の観点は、さらに、第２の直線状ソーラーコンセントレータと、高圧蒸気タービンの中間ステージとの間に流体連通可能に配置された第２の熱エネルギー貯蔵ユニットを有する。この観点において、プラントは、第１の熱エネルギー貯蔵ユニットを備えて、または、第１の熱エネルギー貯蔵ユニットを備えずに構成される。この貯蔵は、太陽光束の変動の問題に対処する手段を提供する。
【００１８】
別の観点では、さらに、焦点ソーラーコンセントレータと、高圧蒸気タービンの流入口との間で蒸気を加熱するように配置された補助ボイラが設けられる。このボイラは、ソーラーコンセントレータが最適温度で動作しないときに、過渡的電力需要または高電力需要のために使用される。
【００１９】
別の観点では、さらに、焦点ソーラーコンセントレータの上流に、焦点ソーラーコンセントレータに対するプレヒータとして構成および配置される第３の直線状ソーラーコンセントレータが設けられる。この配置において、第３の直線状ソーラーコンセントレータは、ボイラの機能を果たし、結果として、焦点ソーラーコンセントレータの上部にボイラを配置する必要性を解消する。このことが、焦点ソーラーコンセントレータのコストおよび複雑さを大きく低減する。
【００２０】
さらなる観点は、蒸気ランキンサイクルソーラープラントを操作する方法を提供する。一観点において、この方法は、
（ａ）第１の圧力で、焦点ソーラーコンセントレータによって第１の蒸気を生成するステップと、
（ｂ）第１の蒸気を、高圧蒸気タービンの流入口に供給するステップと、
（ｃ）高圧蒸気タービンからの蒸気を再加熱するために第１の直線状ソーラーコンセントレータを使用するステップと、
（ｄ）再加熱した蒸気を低圧蒸気タービンの流入口に供給するステップと
を含む。
【００２１】
上記の方法の別の観点は、さらに、第１の圧力未満の第２の圧力で、第２の蒸気を生成するために、第２の直線状ソーラーコンセントレータを使用するステップと、第２の蒸気を、高圧蒸気タービンの中間ステージに供給するステップとをさらに含む。
【００２２】
上記の方法のなお別の観点は、さらに、第３の蒸気を生成するために、第３の直線状ソーラーコンセントレータをボイラとして使用するステップと、第３の蒸気を焦点ソーラーコンセントレータに供給するステップとを含む。
【００２３】
上記の方法のなお別の観点は、さらに、第４の蒸気を生成するために補助ボイラを使用するステップと、第４の蒸気を、高圧蒸気タービンの流入口に供給して、焦点ソーラーコンセントレータを迂回するステップを含む。この配置は、焦点コンセントレータが最適温度で動作することが不可能な期間中に、高圧蒸気タービンへの連続的な蒸気供給を可能にする。
【００２４】
別の観点は、蒸気ランキンサイクルソーラープラントを操作する方法を提供し、この方法は、
・流入口と中間ステージとを備えた高圧蒸気タービンを設けるステップと、
・流入口を介して、高圧蒸気タービンに蒸気が流入することを防止するように流入口を隔離するステップと、
・第２の蒸気を生成するために補助ボイラを使用するステップと、
・第２の蒸気を高圧蒸気タービンの中間ステージに供給するステップと
を含む。
【００２５】
本発明のさらなる目的は、従来技術の不利点および欠点を克服するか、または、少なくとも改良すること、あるいは、有用な代替案を提供することにある。
【００２６】
本開示の他の観点および利点は、本発明の例示的な実施形態を例として示している、以下の説明を添付の図面と関連されることから明らかになるだろう。
【００２７】
例として、本明細書において開示される実施形態は、添付の図面を参照して、これ以後、より完全に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】再加熱蒸気タービンを備えた集光型熱ソーラープラントを示している例示的な実施形態の概略図である。
【図２】デュアル圧力高圧蒸気タービン配置と熱貯蔵庫と補助ヒータとを含むさらなる実施形態の集合を示している図１の集光型熱ソーラープラントの別の例示的な実施形態の概略図である。
【図３】焦点ソーラーコンセントレータの前に配置された直線状ソーラーコンセントレータと、直線状ソーラーコンセントレータおよび焦点ソーラーコンセントレータに並列に配置された補助ボイラとを含むさらなるサイクル改良点の集合を示している、図１の集光型熱ソーラープラントの別の例示的な実施形態の概略図である。
【図４】第２の直線状ソーラーコンセントレータに並列に配置された補助ボイラを含むさらなるサイクル改良点の集合を示している、図１の集光型熱ソーラープラントの別の例示的な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本開示の例示的な実施形態が図面を参照してここで説明される。ここで、類似の参照番号は全体を通して類似の要素を指すために使用される。以下の説明において、説明の目的のために、数多くの具体的な詳細が 本開示の完全なる理解を提供するために記述される。しかし、本開示は、これらの詳細なしで実践することが可能であり、かつ、本明細書に開示される例示的な実施形態に限定されない。
【００３０】
図１は、蒸気ランキンサイクルソーラープラント１０の例示的な実施形態を示しており、この蒸気ランキンサイクルソーラープラント１０は、蒸気の流れる方向および減圧方向に従って、連続的系列で配置された複数のマルチステージ蒸気タービンを有する。すなわち、系列の第１の蒸気タービンは、高圧蒸気タービン２０であり、最後の蒸気タービンは、低圧蒸気タービンである。高圧蒸気タービンのすぐ下流には、低圧蒸気タービン３０がある。３つの異なる圧力蒸気タービンを含んでいる、示されていない配置において、低圧蒸気タービン３０は、系列の２つ目の蒸気タービンである。この構成は、例えば、並列に配置されたさらなる蒸気タービンを有するほかの配置を除外しない。
【００３１】
各蒸気タービンは、蒸気が供給される流入口と、蒸気が排出される流出口とを有する。マルチステージ蒸気タービンとして構成されていることにより、各蒸気タービンは、第１のステージの下流にあるステージとして広く画定される中間ステージを有する。
【００３２】
系列の最低圧蒸気タービンからの排出物は、ポンプを介して加圧される前に凝縮装置を通過する。ポンプは、高圧蒸気タービン２０の圧力を設定する手段である。
【００３３】
図１に示されている例示的な実施形態において、ポンプからの水は、蒸気ボイラおよび過熱器として働く焦点ソーラーコンセントレータ４０（例えばソーラー電力タワー）に供給され、結果として、蒸気の直接的過熱を提供する。示されていない例示的な実施形態においては、高圧蒸気タービン２０への供給物は、焦点ソーラーコンセントレータ４０を熱エネルギー源とする熱流体によって、沸騰させられ、かつ、過熱され、結果として、蒸気の間接的過熱を提供する。
【００３４】
図１に示されている例示的な実施形態において、蒸気が高圧蒸気タービン２０内で膨張した後、高圧蒸気タービン２０からの蒸気排出物は、低圧蒸気タービン３０に供給される前に、直接再加熱システム内で、第１の直線状ソーラーコンセントレータ４２によって再加熱される。第１の直線状ソーラーコンセントレータ４２の目的は、高圧蒸気タービン２０からの排出蒸気を再加熱および過熱して、平均サイクル温度を増加させることによってサイクル効率を向上させること、蒸気の含水率を低減すること、および、結果として、低圧蒸気タービン３０における、水滴による腐食の可能性を低減することである。
【００３５】
別の示されていない例示的な実施形態において、蒸気が高圧蒸気タービン２０内で膨張した後、その蒸気は、低圧蒸気タービン３０に送られる前に、第１の直線状ソーラーコンセントレータ４２を熱エネルギー源とする熱流体によって間接サイクルにおいて再加熱される。
【００３６】
図２に示されている別の例示的な実施形態において、最低圧蒸気タービンの排出物からの凝縮物は、高圧蒸気タービン２０の圧力より低い圧力までポンプ注入され、蒸気のボイラ／過熱器として構成された第２の直線状ソーラーコンセントレータを通って供給される。この蒸気は、高圧蒸気タービン２０の流入口２２の圧力よりも低い圧力で、高圧蒸気タービン２０の中間ステージ２４に供給される。このようにして、高圧蒸気タービン２０が、それぞれ、焦点ソーラーコンセントレータ４０および第２の直線状ソーラーコンセントレータ４４によって可変量で負荷をかけられることを可能にするデュアル圧力ループが、高圧蒸気タービン２０の周りに構成される。このようにして、異なる熱源の公正な使用によるエネルギー生成を最大化し、その結果、異なる太陽光条件に依存する相対的な動作効率を利用することを可能にする。さらに、蒸気タービンの熱負荷が最適化され、このことが、過渡的条件中に特に有利である。１つの例示的な実施形態において、第２の直線状ソーラーコンセントレータ４４は、高圧蒸気タービン２０の中間ステージ２４に供給される蒸気に直接熱エネルギーを提供する。別の例示的な実施形態において、第２の直線状ソーラーコンセントレータ４４は、熱伝媒体を介して間接的に、中間ステージ２４に供給される蒸気に熱エネルギーを提供する。
【００３７】
図２に示されている別の例示的な実施形態は、ソーラーコンセントレータからのエネルギー生成が少ないかまたはソーラーコンセントレータからのエネルギー生成がない期間中に、ソーラープラント１０において後で使用するためにソーラーエネルギーコンセントレータからの熱ソーラーエネルギーを貯蔵することに適した任意の公知のタイプの１つより多くの熱エネルギー貯蔵ユニット５０、５２、４４を有する。このようにして、ソーラープラント１０は、太陽光束の短期変動から少なくとも部分的に切り離されている。図２に示されている例示的な実施形態において、第１の熱エネルギー貯蔵ユニット５０は、第１の直線状ソーラーコンセントレータ４２から生成された熱ソーラーエネルギーを貯蔵するように構成および配置されている。図２に示されている別のまたはさらなる例示的な実施形態において、第２の熱エネルギー貯蔵ユニット５２は、第２の直線状ソーラーコンセントレータ４４から生成された熱ソーラーエネルギーを貯蔵するように構成および配置されている。図２に示されている、なお別のまたはさらなる例示的な実施形態において、第３の熱エネルギー貯蔵ユニット５４は、焦点ソーラーコンセントレータ４０から生成された熱ソーラーエネルギーを貯蔵するように構成および配置されている。これらの例示的な実施形態は、それぞれ、ソーラーエネルギーコンセントレータを伴う直接加熱ループまたは間接加熱ループに組み込まれる。
【００３８】
図２に示されている例示的な実施形態において、ソーラープラント１０は、高圧蒸気タービン２０の流入口に供給される蒸気を加熱するように、焦点ソーラーコンセントレータ４０と、高圧蒸気タービン２０の流入口２２との間に補助ヒータ４９をさらに有する。
【００３９】
図３に示されている別の例示的な実施形態において、第３の直線状ソーラーコンセントレータ４６が、焦点ソーラーコンセントレータ４２の上流に配置されている。この配置によって、第３の直線状ソーラーコンセントレータ４６は、焦点ソーラーコンセントレータ４０に対するプレヒータの機能を果たす。この配置を有する例示的な実施形態において、焦点ソーラーコンセントレータ４０が過熱器として機能する一方で、第３の直線状ソーラーコンセントレータ４６がボイラとして機能する。図３に示されている例示的な実施形態において、第３の直線状ソーラーコンセントレータ４６は、ランキンサイクル内の蒸気を直接的に加熱する。別の示されていない例示的な実施形態において、第３の直線状ソーラーコンセントレータ４６は、中間の熱伝流体によって、ランキンサイクル内の蒸気を間接的に加熱する。
【００４０】
図３に示されている例示的な実施形態において、ソーラープラント１０は、焦点ソーラーコンセントレータ４０と並列に配置された補助ヒータ４９を有する。この配置は、低太陽光束の期間中または焦点ソーラーコンセントレータ４０が動作中止中の場合に、補助ヒータ４９が、焦点ソーラーコンセントレータ４０を補助することが可能である。
【００４１】
図４に示されている例示的な実施形態において、ソーラープラント１０は、第２の直線状ソーラーコンセントレータ４４と並列に配置された補助ボイラ４８を有する。この配置は、低太陽光束の期間中または第２の直線状ソーラーコンセントレータ４４が動作中止中の場合に、補助ボイラ４８が、第２の直線状のソーラーコンセントレータ４４を補助することが可能である。
【００４２】
図４に示されている例示的な実施形態において、ソーラープラント１０は、第２の直線状ソーラーコンセントレータ４４と直列に配置された補助ボイラ４８を有する。この配置は、低太陽光束の期間中または第２の直線状ソーラーコンセントレータ４４が動作中止中の場合に、補助ボイラ４８が、第２の直線状のソーラーコンセントレータ４４を補助することが可能である。
【００４３】
別の例示的な実施形態は、蒸気ランキンサイクルソーラープラント１０の操作方法を提供する。この方法は、焦点ソーラーコンセントレータ４０の補助により、直接的または間接的に蒸気を生成することを含む。この蒸気は、第１の圧力で生成され、高圧蒸気タービン２０の流入口２２に供給される。次に、蒸気が低圧蒸気タービン３０にさらに供給されて膨張する前に、第１の直線状ソーラーコンセントレータ４２が、高圧蒸気タービンの流出口２６からの蒸気を再加熱するために使用される。この例示的な実施形態の加熱は、熱伝媒体を用いた、直接手段または間接手段のいずれかで行われる。
【００４４】
別の例示的な方法は、第１の圧力よりも低い第２の圧力で、第２の直線状ソーラーコンセントレータ４４を用いて第２の蒸気を生成するステップをさらに含む。この第２の蒸気は、高圧蒸気タービンの中間ステージ２４に供給される。すなわち、第１のステージを迂回しながら、第１のステージの下流に配置されたステージに供給される。
【００４５】
別の例示的な方法は、第３の蒸気を生成するために第３の直線状ソーラーコンセントレータ４６を使用することをさらに含む。この第３の蒸気は、焦点ソーラーコンセントレータ４０に供給される。
【００４６】
なおさらなる例示的な方法は、第４の蒸気を生成するために水を沸騰させるために補助ボイラ４８を使用することを含む。この第４の蒸気は、図３に示されているように高圧蒸気タービン２０の流入口２２に供給される。
【００４７】
別の例示的な方法は、例えば、夜間のようなスタンバイ動作中に、蒸気ランキンサイクルソーラープラント１０を操作する方法を提供する。この方法は、流入口２２と中間ステージ２４とを備えた高圧蒸気タービン２０を有するプラント１０に適用される。この方法は、高圧蒸気タービンの中間ステージ２４に後に供給される第２の蒸気を生成するために補助ボイラを使用している間、流入口を介して高圧蒸気タービンに蒸気が流入することを防止するように、流入口を隔離することを含む。この方法は、太陽光の条件が太陽エネルギー手段を介して蒸気を生成することを可能にする場合に、高圧蒸気タービン２０のより迅速な始動を可能にするように、熱保存手段を提供する。この方法は、また、わずかに隔離している期間または隔離がなされていない期間の間に電力生成を行うために、非ソーラーモードでソーラープラントを使用することも可能にする。
【００４８】
本開示は、最も実践的で例示的な実施形態であると想像されるものについて本明細書で示し、説明さしてきたが、本開示が他の詳細な形態で具体化されることを当業者は認識するだろう。例えば、補助ボイラおよびヒータは、化石燃料、廃棄物焼却またはバイオマスによって燃料を供給されるものを含むが、これらに限定されない。本明細書において開示された実施形態は、それゆえ、全ての面で例示的であると考慮されるべきであり、決して限定的であるように考慮されるべきではない。本開示の範囲は、前述の説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示され、本開示の意味および範囲および均等物に由来する全ての変更は、本開示の範囲に包含されることを意図している。
【符号の説明】
【００４９】
１０  蒸気ランキンサイクルソーラープラント
２０  高圧蒸気タービン
２２  流入口
２４  中間ステージ
２６  流出口
３０  低圧蒸気タービン
３２  流入口
４０  焦点ソーラーコンセントレータ
４２  第１の直線状ソーラーコンセントレータ
４４  第２の直線状ソーラーコンセントレータ
４６  第３の直線状ソーラーコンセントレータ
４８  補助ボイラ
４９  補助ヒータ
５０  第１の熱エネルギー貯蔵ユニット
５２  第２の熱エネルギー貯蔵ユニット
５４  第３の熱エネルギー貯蔵ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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