(57)【要約】【課題】  本発明は、化石燃料由来の二酸化炭素の排出量を増加させることなく、発電時に発生する廃熱を効率的に利用することのできる発電システムを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、廃熱発生部と、バイオマス燃焼部と、蒸発部と、蒸気タービンとを備え、廃熱発生部における廃熱とバイオマス燃焼部における燃焼熱とによって水を昇温し、昇温した水を蒸発部において水蒸気に変換し、変換した水蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電する、発電システムに関する。さらに、本発明は、発電システムが、復水器を備え、復水器において蒸気タービン中の水蒸気から水を回収し、回収された水を廃熱発生部における廃熱によって昇温する、発電システムに関する。【選択図】  図１
2016200083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃熱発生部と、バイオマス燃焼部と、蒸発部と、蒸気タービンとを備え、
廃熱発生部における廃熱とバイオマス燃焼部における燃焼熱とによって水を昇温し、
昇温した水を蒸発部において水蒸気に変換し、
変換した水蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電する、発電システム。
【請求項２】
発電システムが、復水器を備え、
復水器において蒸気タービン中の水蒸気から水を回収し、
回収された水を廃熱発生部における廃熱によって昇温する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
発電システムが、熱交換器と、復水器と廃熱発生部との間に設けられた加圧装置と分岐部とを備え、
復水器から供給される水を加圧装置において加圧し、
加圧装置から分岐部を介して熱交換器に分岐供給される水を、バイオマス燃焼部の排ガスの熱によって昇温し、
昇温した水を蒸発部において水蒸気に変換する、請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
発電システムが、合流部を備え、
廃熱発生部の廃熱によって昇温した水と、熱交換器において昇温した水とを、合流部で合流させ、合流させた水を蒸発部に供給する、請求項３に記載の発電システム。
【請求項５】
廃熱発生部が内燃機関である、請求項１〜４のいずれかに記載の発電システム。
【請求項６】
廃熱発生部が燃焼炉である、請求項１〜４のいずれかに記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱発生部と、バイオマス燃焼部と、蒸発部と、蒸気タービンとを備える、発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な発電方法が検討されており、一般的な発電システムとして、内燃機関等を作動させて発電をする方法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、このような発電システムにおいては、発電のために発生した廃熱が十分に活用されていないことが多く、発電のエネルギー効率があまり高くないという問題があった。また、その廃熱を回収して、例えば、蒸気タービンによる発電を行おうとしても、廃熱の熱量があまり大きくない場合は、発電の効率が著しく低下してしまうという問題があった。
【０００４】
そのため、発電時に発生する廃熱を利用して、発電のエネルギー効率を高めるための方法や、そのような方法で効率的な発電を行うことのできる発電システムが望まれていた。
【０００５】
一方で、ＦＩＴ（固定価格制度）の導入により、バイオマス燃料を用いた発電システムが注目されてきており、大量のバイオマスが燃料として用いられるようになってきている（例えば、特許文献２参照）。しかし、バイオマス燃料を用いた発電システムに依存すると、バイオマス材料の収集や運搬などに伴い、発電のためのコストが高くなってしまうという問題があった。
【０００６】
そのため、二酸化炭素の排出量を増加させずに、バイオマス発電の効率を高めるための方法や、そのような方法を用いた発電システムが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１６１５６２号公報
【特許文献２】特開２０１２−０５２４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するものであり、化石燃料由来の二酸化炭素の排出量を増加させることなく、発電時に発生する廃熱を効率的に利用することのできる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】
【０００９】
本発明は、廃熱発生部と、バイオマス燃焼部と、蒸発部と、蒸気タービンとを備え、廃熱発生部における廃熱とバイオマス燃焼部における燃焼熱とによって水を昇温し、昇温した水を蒸発部において水蒸気に変換し、変換した水蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電する、発電システムに関する。
【００１０】
本発明は、さらに、発電システムが、復水器を備え、復水器において蒸気タービン中の水蒸気から水を回収し、回収された水を廃熱発生部における廃熱によって昇温する、発電システムに関する。
【００１１】
本発明は、さらに、発電システムが、合流部を備え、廃熱発生部の廃熱によって昇温した水と、熱交換器において昇温した水とを、合流部で合流させ、合流させた水を蒸発部に供給する、発電システムであることが好ましい。
【００１２】
本発明は、さらに、廃熱発生部が内燃機関である、発電システムであることが好ましい。
【００１３】
本発明は、さらに、廃熱発生部が燃焼炉である、発電システムであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の発電システムを用いることにより、化石燃料由来の二酸化炭素の排出量を増加させることなく、発電時に発生する廃熱を効率的に利用することのできる発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の発電システムの一例を示す模式図である。
【図２】本発明の発電システムの一例を示す模式図である。
【図３】本発明の発電システムの一例を示す模式図である。
【図４】本発明の発電システムの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の発電システムの一例を、図面を用いて説明するが、本発明の発電システムは、これに限定されない。
【００１７】
図１に示す発電システム１００は、廃熱発生部としてのエンジン１０１と、バイオマス燃焼部１０５と、蒸発部１０４と、蒸気タービン１０６とを備え、廃熱発生部としてのエンジン１０１における廃熱とバイオマス燃焼部１０５における燃焼熱とによって水を昇温し、昇温した水を蒸発部１０４において水蒸気に変換し、変換した水蒸気によって蒸気タービン１０６を駆動して発電する。
【００１８】
図１に示す発電システム１００を用いることにより、化石燃料由来の二酸化炭素の排出量を増加させることなく、発電時に発生する廃熱を効率的に利用することができる。
【００１９】
発電システム１００においては、廃熱発生部としてのエンジン１０１および／またはバイオマス燃焼部１０５において発生する熱を効率的に吸熱するための水の流路となる水路が設けられている。発電システム１００における水路は、後述するように、復水器１０７→加圧装置１０８→エンジンジャケット冷却熱回収部１０２→廃熱回収温水器１０３→蒸発部１０４の順に、発電システム１００の構成部を経由する態様とすることが好ましい。
【００２０】
発電システム１００に用いる廃熱発生部は、廃熱を発生する部位を有する装置であれば、特に限定されないが、例えば、レシプロエンジン、ロータリーエンジン、ガスタービンエンジン、もしくはジェットエンジンなどのエンジンに代表される内燃機関、ストーカー式焼却炉、流動床式焼却炉、乾溜ガス化炉、もしくはロータリーキルン式焼却炉などに代表される燃焼炉、または、直接溶融炉、電気式溶融炉、燃料式溶融炉、もしくはガス化溶融炉などに代表される溶融炉などが挙げられる。
【００２１】
発電システム１００のエンジン１０１に燃料を供給し、当該エンジン１０１において、電力を発電する。この場合の廃熱発生部における廃熱、すなわち、エンジン１０１の廃熱とエンジン１０１の排ガスの廃熱は、エンジンジャケット冷却熱回収部１０２と廃熱回収温水器１０３とによって、それぞれ回収できる。
【００２２】
エンジンジャケット冷却熱回収部１０２および／または廃熱回収温水器１０３において水を昇温する。このとき、昇温される水は、発電システム１００を効率的に稼働するために予め設定した蒸発部１０４における飽和蒸気圧（以下、設定圧力（１）という。）における飽和水（沸騰水）の温度より７℃低い温度から飽和水の温度の範囲内で昇温されることが好ましく、設定圧力（１）における飽和水の温度より４℃低い温度から飽和水の温度の範囲内で昇温されることがさらに好ましい。廃熱回収温水器１０３に廃熱が供給されることにより、エンジン排気は冷却される。
【００２３】
エンジンジャケット冷却熱回収部１０２に供給される水の温度は、５０〜６０℃であることが好ましい。エンジンジャケット冷却熱回収部１０２に供給される水の温度が５０℃未満であると、復水器の復水温度を低くしなければならない。この場合、水冷型の復水器が必要となるため、冷却水の確保が必要となる。エンジンジャケット冷却熱回収部１０２に供給される水の温度が６０℃を超えている場合は、エンジンジャケットを十分に冷却できなくなる傾向にある。
【００２４】
エンジンジャケット冷却熱回収部１０２に供給される水の圧力は、設定圧力（１）とエンジンジャケット冷却熱回収部１０２に向かう流路における損失圧力とを合計した圧力（以下、合計圧力（１）という。）であることが好ましい。エンジンジャケット冷却熱回収部１０２に供給される水の圧力が合計圧力（１）よりも小さい場合、蒸気タービン１０６における膨張エネルギーが小さくなり、蒸気タービン１０６の出力が低下する傾向にある。エンジンジャケット冷却熱回収部１０２に供給される水の圧力が合計圧力（１）を超えている場合は、蒸発部１０４の蒸気出口における蒸気が湿り蒸気になる傾向にあるため、蒸気タービン１０６内における膨張過程で水滴が生じ、蒸気タービン１０６の動翼が浸食されて、トラブルが生じやすくなる傾向にある。
【００２５】
エンジンジャケット冷却熱回収部１０２に供給される水のレイノルズ数は、１０，０００〜６０，０００であることが好ましく、２０，０００〜６０，０００であることがより好ましく、３０，０００〜４０，０００であることがさらに好ましい。エンジンジャケット冷却熱回収部１０２に供給される水のレイノルズ数が１０，０００未満であると、エンジンジャケットの冷却が不十分となる傾向にある。エンジンジャケット冷却熱回収部１０２に供給される水のレイノルズ数が６０，０００を超えると、エンジンジャケット冷却熱回収部１０２に向かう水路における圧力損失が大きくなり、加圧装置１０８の必要動力が大きくなる傾向にある。
【００２６】
発電システム１００に用いるバイオマス燃焼部１０５は、バイオマス材料を燃焼できる機能を有するものであれば、特に限定されない。燃焼させるバイオマス材料としては、木材、紙、藁、籾殻、作物、食品廃材、建設廃材、黒液、または下水汚泥などが挙げられる。燃焼物がバイオマス材料であることにより、石油や石炭などの化石燃料の消費を抑えることができ、化石燃料に由来する二酸化炭素の発生を抑えることができる。
【００２７】
バイオマス燃焼部１０５において燃焼させるバイオマスの量は、飽和水を飽和蒸気とすることができるだけの熱量を発生させ得る量であることが好ましい。なお、飽和水の水を飽和蒸気とすることができるだけの熱量とは、バイオマスを燃焼させることによって生じる排ガスが持ち去る熱量やバイオマス燃焼部１０５において放熱されて失われる熱量など、飽和水の水を飽和蒸気にすること以外で失われる損失熱量を含む熱量をいう。燃焼させるバイオマスの量が不足する場合、蒸発部１０４において水を飽和蒸気にすることができなくなり、蒸発部１０４の蒸気出口における蒸気が湿り蒸気になる傾向にある。このため、蒸気タービン１０６の出力が低下したり、蒸気タービン１０６の動翼が浸食されたりしやすくなる傾向にある。燃焼させるバイオマスの量が多い場合、蒸発部１０４の蒸気出口における蒸気は過熱蒸気となり、蒸気タービン１０６の性能面では問題がないが、バイオマス燃焼部１０５における燃焼負荷が大きくなりすぎ、投入したバイオマスが十分に燃焼しなかったり、煤塵や一酸化炭素の発生の原因となったり、二酸化炭素の排出量が増加したりする傾向にある。
【００２８】
発電システム１００に用いる蒸発部１０４は、水を水蒸気に変換し得る機能を有するものであれば、特に限定されない。蒸発部１０４においては、廃熱発生部としてのエンジン１０１の廃熱およびバイオマス燃焼部１０５の燃焼熱を利用して、水を水蒸気に変換する。水を水蒸気に効率的に変換するためには、蒸発部１０５に流入してくる水の温度が、設定圧力（１）における飽和水（沸騰水）付近の温度であることが好ましい。例えば、圧力０．７０１ＭＰａにおける飽和水の温度は１６５℃付近、圧力３．０ＭＰａにおける飽和水の温度は２３４℃付近である。
【００２９】
発電システム１００に用いる蒸気タービン１０６は、水蒸気によって駆動して発電をする機能を有するものであれば、その寸法や形状等は、特に限定されない。
【００３０】
蒸気タービン１０６に供給される水蒸気の温度は、飽和蒸気温度ないし飽和蒸気温度より数十度高い温度であることが好ましい。蒸気タービン１０６に供給される水蒸気の温度が飽和蒸気温度より小さいと、十分な発電を行うことができなかったり、蒸気タービン１０６内における膨張過程で水滴が発生して蒸気タービン１０６の動翼が浸食されたりする傾向にある。蒸気タービン１０６に供給される水蒸気の温度が飽和蒸気温度を大幅に超えると、蒸気タービン１０６における膨張エネルギーが大きくなりすぎて、蒸気タービン１０６をトリップさせなければならないことがある。
【００３１】
蒸気タービン１０６に供給される水蒸気の圧力は、設定圧力（１）ないし設定飽和蒸気圧（１）より数％高い圧力であることが好ましい。蒸気タービン１０６に供給される水蒸気の圧力が設定飽和蒸気圧（１）より小さいと、十分な発電を行うことができなくなる傾向にある。蒸気タービン１０６に供給される水蒸気の圧力が設定飽和蒸気圧（１）を大幅に超えると、蒸気タービン１０６における膨張エネルギーが大きくなりすぎて、蒸気タービン１０６をトリップさせなければならないことがある。
【００３２】
蒸気タービン１０６において得られる電力は、エンジン１０１またはバイオマス燃焼部１０５を単独で作動させて得られる電力の和よりも多くなる。これは、エンジン１０１またはバイオマス燃焼部１０５を単独で作動させた場合に散逸される熱量が、発電システム１００においては効率的に回収され、発電のための熱エネルギーとして利用されるためである。
【００３３】
発電システム１００は、復水器１０７を備え、復水器１０７において、蒸気タービンで膨張した水蒸気を水に復水し、復水した水を、廃熱発生部としてのエンジン１０１における廃熱によって昇温するものであることが好ましい。発電システム１００が、復水器１０７を備えることにより、発電システム１００に用いる水を循環させながら再利用することが可能となる。
【００３４】
従来は、エンジンジャケット冷却熱回収部１０２において回収された熱は放熱されて失われていたが、本発明においては、復水器１０７で復水した水を加圧装置１０８で昇圧して、廃熱回収部となるエンジンジャケット冷却熱回収部１０２に導き、廃熱回収温水器１０３へ送水する構成とすることにより、エンジン１０１に特別な改良を加えることなく、エンジン１０１の廃熱を発電のための熱エネルギーとして利用することができる。なお、エンジンジャケット冷却熱回収部は、一般的に、エンジンジャケットに備えられた熱交換用部材と、熱交換用部材の中を流れる冷却水とによって構成されている。
【００３５】
本発明に用いる復水器１０７の種類は、蒸気タービン１０６中の水蒸気を冷却して水を回収できるものであれば、特に限定されない。水蒸気を冷却する手段としては、水あるいは空気を復水器の冷却管内に通して、水蒸気とは直接接触させない表面復水方式が挙げられる。
【００３６】
発電システム１００においては、復水器１０７と廃熱発生部としてのエンジン１０１との間に水を加圧するための加圧装置１０８を設けることが好ましい。加圧装置１０８によって、合計圧力（１）まで水を加圧することにより、発電システム１００のサイクルが成立する。加圧装置１０８によって加圧された水は、再びエンジンジャケット冷却熱回収部１０２に供給される。
【００３７】
発電システム１００に用いる加圧装置１０８は、圧力ポンプなど、水を加圧できる機能を有するものであれば、その種類は特に限定されない。
【００３８】
発電システム１００において、加圧装置１０８による加圧後の水の圧力は、合計圧力（１）とすることが好ましい。加圧後の水の圧力が合計圧力（１）より小さいと、飽和水の飽和温度が低下して、蒸気タービン１０６における膨張エネルギーが小さくなり、蒸気タービン１０６の出力の低下を招く傾向にある。加圧後の水の圧力が合計圧力（１）を超えている場合は、蒸気量が減少し、蒸気タービン１０６の出力が小さくなる傾向にある。
【００３９】
図２に示す発電システム２００は、廃熱発生部としてのエンジン２０１と、バイオマス燃焼部２０５と、蒸発部２０４と、蒸気タービン２０６と、復水器２０７とを備え、廃熱発生部としてのエンジン２０１における廃熱とバイオマス燃焼部２０５における燃焼熱とによって水を昇温し、昇温した水を蒸発部２０４において水蒸気に変換し、変換した水蒸気によって蒸気タービン２０６を駆動して発電する。そして、復水器２０７において蒸気タービン２０６中の水蒸気から水を回収し、回収された水を廃熱発生部としてのエンジン２０１における廃熱によって昇温する。
【００４０】
発電システム２００は、さらに、熱交換器２１３と、復水器２０７と廃熱発生部としてのエンジン２０１との間に設けられた加圧装置２０８と分岐部２１１とを備え、復水器２０７から供給される水を加圧装置２０８において加圧し、加圧装置２０８から分岐部２１１を介して熱交換器２１３に分岐供給される水を、バイオマス燃焼部２０５の排ガスの熱によって昇温し、昇温した水を蒸発部２０４において水蒸気に変換する。
【００４１】
発電システム２００は、さらに、合流部２１５を備え、廃熱発生部としてのエンジン２０１の廃熱によって昇温された水と、熱交換器２１３において昇温された水とを、合流部２１５で合流し、合流した水を蒸発部２０４に供給する。
【００４２】
発電システム２００を用いることにより、化石燃料由来の二酸化炭素の排出量を増加させることなく、発電時に発生する廃熱を効率的に利用することができる。さらに、図２に示す発電システム２００は、図１に示す発電システム１００に比べて、バイオマス燃焼部２０５において発生した排ガスの熱も、発電のためのエネルギーとして有効に活用することができるため、より効率的な発電を行うことができる。
【００４３】
発電システム２００には、発電システム１００と同様に、廃熱発生部としてのエンジン２０１および／またはバイオマス燃焼部２０５において発生する熱を効率的に吸熱するための水の流路となる水路が設けられている。
【００４４】
発電システム２００における水路は、復水器２０７→加圧装置２０８→分岐部２１１→流量調節機構２１４→エンジンジャケット冷却熱回収部２０２→廃熱回収温水器２０３→蒸発部２０４の順に発電システム２００の構成部を経由するとともに、復水器２０７→加圧装置２０８→分岐部２１１→流量調節機構２１２→熱交換器２１３→合流部２１５→蒸発部２０４の順に発電システム２００の構成部を経由する態様とすることが好ましい。
【００４５】
発電システム２００に用いる廃熱発生部は、発電システム１００と同様に、廃熱を発生する部位を有する装置であれば、特に限定されない。
【００４６】
発電システム２００においても、発電システム１００と同様に、エンジン２０１に燃料が供給され、この場合の廃熱発生部における廃熱、すなわち、エンジン２０１の廃熱とエンジン２０１の排ガスの廃熱が、エンジンジャケット冷却熱回収部２０２と廃熱回収温水器２０３とによって、それぞれ回収される。
【００４７】
発電システム２００においても、発電システム１００と同様に、エンジンジャケット冷却熱回収部２０２および／または廃熱回収温水器２０３において、発電システム２００を効率的に稼働するために予め設定した蒸発部２０４における飽和蒸気圧（以下、設定圧力（２）という。）における飽和水の温度より７℃低い温度から飽和水の温度の範囲内で水が昇温されることが好ましく、設定圧力（２）における飽和水の温度より４℃低い温度から飽和水の温度の範囲内で水が昇温されることがさらに好ましい。
【００４８】
発電システム２００においては、エンジン２０１などの廃熱発生部における廃熱の量に応じて、分岐部２１１において水を分岐されるか否かを決定させたり、分岐させる水の流量を調節したりすることが可能となるため、効率的な発電を行うことが可能となる。
【００４９】
発電システム２００において、復水器２０７とエンジン２０１との間に設けられる分岐部２１１は、復水器２０７から分岐部２１１を介して熱交換器２１３に水を供給できるものであれば、その形状や構造等は特に限定されない。
【００５０】
分岐部２１１において、復水器２０７から供給される水を分岐させるための機構は、特に限定されないが、例えば、分岐部２１１自体に、水を分岐させるための分岐機構を設ける方法が挙げられる。また、水の分岐流量を調節するために、分岐部２１１と熱交換器２１３との間にコック等の流量調節機構２１２を設けたり、分岐部２１１とエンジンジャケット冷却熱回収部２０２との間に、コック等の流量調節機構２１４を設けたりする方法などが挙げられる。
【００５１】
分岐した水の一方は、エンジンジャケット冷却熱回収部２０２に供給される。エンジンジャケット冷却熱回収部２０２および／または廃熱回収温水器２０３において水を昇温するとき、昇温される水は、設定圧力（２）における飽和水の温度まで昇温されることが好ましい。廃熱回収温水器２０３に廃熱が供給されることにより、エンジン排気は冷却される。
【００５２】
発電システム２００において、復水器２０７からエンジンジャケット冷却熱回収部２０２に分岐供給する水の温度は、５０〜６０℃であることが好ましい。エンジンジャケット冷却熱回収部２０２に分岐供給される水の温度が５０℃未満であると、水が十分に昇温されず、復水器の復水温度を低くしなければならない。この場合、水冷型の復水器が必要となり、冷却水の確保が必要となる。エンジンジャケット冷却熱回収部２０２に供給される水の温度が６０℃を超えている場合は、エンジンジャケットを十分に冷却できなくなる傾向にある。
【００５３】
エンジンジャケット冷却熱回収部２０２に分岐供給される水のレイノルズ数は、１０，０００〜６０，０００であることが好ましく、２０，０００〜６０，０００であることがより好ましく、３０，０００〜４０，０００であることがさらに好ましい。エンジンジャケット冷却熱回収部２０２に分岐供給される水のレイノルズ数が１０，０００未満であると、エンジンジャケットの冷却が不十分となる傾向にある。エンジンジャケット冷却熱回収部２０２に分岐供給される水のレイノルズ数が６０，０００を超えると、エンジンジャケット冷却熱回収部２０２に向かう水路における圧力損失が大きくなり、加圧装置２０８の必要動力が大きくなる傾向にある。
【００５４】
分岐した水の他方は、バイオマス燃焼部２０５の煙道に設けた熱交換器２１３に供給される。熱交換器２１３において、バイオマス燃焼部２０５の排ガスの熱によって水を昇温する。このとき、昇温される水は、設定圧力（２）における飽和水の温度まで昇温されることが好ましい。
【００５５】
発電システム２００において、復水器２０７から熱交換器２１３に分岐供給する水の温度は、５０〜６０℃であることが好ましい。熱交換器２１３に分岐供給される水の温度が５０℃未満であると、水が十分に昇温されず、復水器の復水温度を低くしなければならない。この場合、水冷型の復水器が必要となり、冷却水の確保が必要となる。
【００５６】
熱交換器２１３に分岐供給される水のレイノルズ数は、１０，０００〜６０，０００であることが好ましく、２０，０００〜６０，０００であることがより好ましく、３０，０００〜４０，０００であることがさらに好ましい。熱交換器２１３に分岐供給される水の１０，０００未満であると、冷却が不十分であったりする傾向にある。熱交換器２１３に分岐供給される水のレイノルズ数が６０，０００を超えると、熱交換器２１３に向かう水路における圧力損失が大きくなり、加圧装置２０８の必要動力が大きくなる傾向にある。
【００５７】
発電システム２００の加圧装置２０８による加圧後の水の圧力、すなわち、エンジンジャケット冷却熱回収部２０２および／または熱交換器２１３に分岐供給される水の圧力は、設定圧力（２）とエンジンジャケット冷却熱回収部２０２および／または熱交換器２１３に向かう流路における損失圧力とを合計した圧力（以下、合計圧力（２）という。）であることが好ましい。エンジンジャケット冷却熱回収部２０２および／または熱交換器２１３に分岐供給される水の圧力が合計圧力（２）より小さい場合、蒸気タービン２０６における膨張エネルギーが小さくなり、蒸気タービン２０６の出力が低下する傾向にある。エンジンジャケット冷却熱回収部２０２および／または熱交換器２１３に分岐供給される水の圧力が合計圧力（２）を超えている場合は、蒸発部２０４の蒸気出口における蒸気が湿り蒸気となる傾向にあるため、蒸気タービン２０６内における膨張過程で生じる水滴によって、蒸気タービン２０６の動翼の浸食が発生しやすくなり、トラブルの原因となる傾向にある。
【００５８】
発電システム２００に水路の分岐部２１３を設けることにより、水路内の水は、エンジン２０１と熱交換器２１３とによって、並列的に昇温される。このようにすることによって蒸気量を増やすことができ、蒸気タービン２０６の出力を大きくすることができる。一方で、発電システム２００に水路の分岐部２１１を設けずに、水路内の水を、エンジン２０１と熱交換器２１３とによって、直列的に昇温することも可能である。この場合、エンジン２０１の廃熱だけで蒸気量が決まるため、水路内の水を並列的に昇温する場合と比べて、蒸気量が少なくなり、蒸気タービン２０６の出力も小さくなる傾向にある。このような観点から、発電システム２００に水路の分岐部２１１を設け、水路内の水を並列的に昇温する態様とすることが好ましい。
【００５９】
発電システム２００に用いる熱交換器２１３は、バイオマス燃焼部２０５の排ガスの熱を、発電システム２００の水路に効率的に供給できるものであれば、その形状や構造等は特に限定されない。
【００６０】
バイオマス燃焼部２０５の排ガスの熱を、発電システム２００の水路に効率的に供給する観点から、熱交換器２１３はバイオマス燃焼部２０４に連結された煙道に設けることが好ましい。
【００６１】
バイオマス燃焼部２０５に連結された煙道に熱交換器２１３を設ける場合は、熱交換器２１３の形状を従来のチップ炊きボイラの熱交換器と同様な形状とすることが好ましい。
【００６２】
加圧装置２０８による水の加圧などによって、飽和水の温度を高くすることは、タービンでの膨張エネルギーが大きくなり、発電量を向上させる観点からは好ましい。一方で、飽和水の温度を高くすると、水の温度を飽和水の温度まで高めるために必要となる顕熱の熱量も大きくなる。そのため、発電効率を高めるためには、飽和水の温度を高くするとともに、水の温度を飽和水の温度まで高めるために十分な熱量を供給することが好ましい。水に十分な熱量を供給するためには、上述したように、バイオマス燃焼部２０５に連結された煙道などに熱交換器２１３を設け、バイオマス燃焼部２０５の排ガスの熱を水に供給できる態様とすることが好ましい。
【００６３】
バイオマス燃焼部２０５において燃焼させるバイオマスの量は、飽和水の水を飽和蒸気とすることができるだけの熱量を発生させ得るバイオマス量が好ましい。なお、飽和水の水を飽和蒸気とすることができるだけの熱量とは、バイオマスを燃焼させることによって生じる排ガスが持ち去る熱量やバイオマス燃焼部２０５において放熱されて失われる熱量など、飽和水の水を飽和蒸気にすること以外で失われる損失熱量を含む熱量をいう。燃焼させるバイオマスの量が不足する場合、蒸発部２０４において水を飽和蒸気にすることができなくなり、蒸発部２０４の蒸気出口における蒸気は湿り蒸気になる傾向にある。このため、蒸気タービン２０６の出力の低下や、蒸気タービン２０６の動翼の浸食の原因になる傾向にある。燃焼させるバイオマスの量が多い場合、蒸発部２０４の蒸気出口における蒸気は過熱蒸気となり、蒸気タービン２０６の性能面では問題がないが、バイオマス燃焼部１０５における燃焼負荷が大きくなりすぎ、投入したバイオマスが十分に燃焼しなかったり、煤塵や一酸化炭素の発生の原因となったり、二酸化炭素の排出量が増加したりする傾向にある。
【００６４】
発電システム２００における合流部２１５は、エンジン２０１の廃熱によって昇温された水と、熱交換器２１３において昇温された水とを合流できるものであれば、その形状や構造等は特に限定されない。発電システム２００をこのような態様とすることにより、一定量の水を蒸発部２０４に供給することができ、効率的な発電を行うことが可能となる。
【００６５】
発電システム２００に用いる蒸発部２０４は、発電システム１００と同様に、水を水蒸気に変換し得る機能を有するものであれば、特に限定されず、水を水蒸気に効率的に変換するためには、蒸発部２０５に流入してくる水の温度が、設定圧力（２）における飽和水（沸騰水）付近の温度であることが好ましい。
【００６６】
蒸気タービン２０６に供給される水蒸気の温度は、飽和蒸気温度ないし飽和蒸気温度より数十度高い温度であることが好ましい。蒸気タービン２０６に供給される水蒸気の温度が飽和蒸気温度より小さいと、蒸気タービン２０６の出力の低下を生じることがある。蒸気タービン２０６に供給される水蒸気の温度が飽和蒸気温度を大幅に超えると、蒸気タービン２０６の出力が設計出力より大きくなりすぎ、蒸気タービン２０６のトリップなどが発生する傾向にある。
【００６７】
蒸気タービン２０６に供給される水蒸気の圧力は、設定飽和蒸気圧（２）ないし設定飽和蒸気圧（２）より数％高い圧力であることが好ましい。蒸気タービン２０６に供給される水蒸気の圧力が設定飽和蒸気圧（２）より小さいと、十分な発電を行うことができなくなる傾向にある。蒸気タービン２０６に供給される水蒸気の圧力が設定飽和蒸気圧（２）を大幅に超えると、蒸気タービン２０６における膨張エネルギーが大きくなりすぎて、蒸気タービン２０６をトリップさせなければならないことがある。
【００６８】
蒸気タービン２０６において得られる電力は、発電システム１００と同様に、エンジン２０１またはバイオマス燃焼部２０５を単独で作動させて得られる電力の和よりも多くなる。これは、エンジン２０１またはバイオマス燃焼部２０５を単独で作動させた場合に散逸される熱量が、発電システム２００においては効率的に回収され、発電のための熱エネルギーとして利用されるためである。
【００６９】
図３に示す発電システム３００においては、図１に示す発電システム１００におけるエンジン１０１の代わりに、ごみ焼却炉３０１を廃熱発生部として用いている。
【００７０】
発電システム３００において得られる電力も、ごみ焼却炉３０１またはバイオマス燃焼部３０５を単独で作動させて得られる電力の和よりも多くなる。これは、ごみ焼却炉３０１またはバイオマス燃焼部３０５を単独で作動させた場合に散逸される熱量が、発電システム３００においては効率的に回収され、発電のための熱エネルギーとして利用されるためである。
【００７１】
図４に示す発電システム４００においては、図２に示す発電システム２００におけるエンジン２０１の代わりに、ごみ焼却炉４０１を廃熱発生部として用いている。
【００７２】
発電システム４００において得られる電力も、ごみ焼却炉４０１またはバイオマス燃焼部４０５を単独で作動させて得られる電力の和よりも多くなる。これは、ごみ焼却炉４０１またはバイオマス燃焼部４０５を単独で作動させた場合に散逸される熱量が、発電システム４００においては効率的に回収され、発電のための熱エネルギーとして利用されるためである。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００７４】
（実施例１）
廃熱発生部としての２，０００ｋＷ級ディーゼルエンジンと、バイオマス燃焼部（含水率０．２４ＷＢの木質チップを１，５４０ｋｇ／ｈで燃焼させることが可能な炉）とを備えた図１に示す発電システムを用いて発電を行った。なお、上記エンジンは７５％の負荷で運転した。
【００７５】
エンジンにＡ重油（ダイワ石油株式会社製）３９８ｋｇ／ｈを供給し、当該エンジンにおいて、１８７５ｋＷの電力を発電した。エンジンの廃熱をエンジンジャケット冷却熱回収部（交換熱量約２５５ｋＷｈ）において回収し、エンジン排気の廃熱（排気温度３３０℃、排ガス量１７０６０ｋｇ／ｈ）を廃熱回収温水器（交換熱量約７００ｋＷｈ）において回収した。
【００７６】
エンジンジャケット冷却熱回収部において、圧力０．７０１ＭＰａの条件下、５５℃の水７．９ｔ／ｈを８０℃に昇温し、廃熱回収温水器において、８０℃の水７．９ｔ／ｈを、圧力０．７０１ＭＰａにおける飽和水の温度である１６５℃まで昇温した。３３０℃のエンジン排気は、廃熱回収温水器に廃熱を供給することにより、１７０℃まで冷却された。
【００７７】
バイオマス燃焼部において、木質バイオマスとして、１，５４０ｋｇ／ｈの木材（木質チップ、含水率０．２４ＷＢ）を燃焼させた。圧力０．７０１ＭＰａにおける飽和水の温度である１６５℃まで昇温された水を、蒸発部（交換熱量４，５２０ｋＷｈ）において、木材の燃焼熱を利用して、温度１６５℃、圧力０．７０１ＭＰａ、蒸気量７．９ｔ／ｈの飽和水蒸気とした。
【００７８】
この水蒸気を蒸気タービンによって、圧力０．０１６ＭＰａとなるまで膨張させ、蒸気タービンを駆動させた。蒸気タービンにおいて得られた電力の出力は８９５ｋＷであった。
【００７９】
蒸気タービン中の水蒸気を復水器（交換熱量４，５７０ｋＷｈ）によって水として回収した。復水器から供給される水は、圧力０．０１６ＭＰａの条件下で温度５５℃であり、復水器とエンジンジャケット冷却熱回収部の間に設けられた圧力ポンプ（株式会社荏原製作所製）により、圧力を０．０７２ＭＰａまで加圧し、再びエンジンジャケット冷却熱回収部に供給した。
【００８０】
実施例１における発電システムの単位時間当たりの発電出力、化石燃料に由来する二酸化炭素の単位出力あたりの発生量および木質バイオマス消費量を表１に示す。
【００８１】
【表１】
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【００８２】
（比較例１）
実施例１の発電システムを用いずに、エンジンから得られた廃熱のみによって、圧力０．７０１ＭＰａ、温度５５℃の水１．１７ｔ／ｈを昇温して１．１７ｔ／ｈの飽和水蒸気とした。この水蒸気を蒸気タービンによって、圧力０．０１６ＭＰａとなるまで膨張させ、蒸気タービンを駆動させたところ、蒸気量が少なく、発電出力は約２４０ｋＷであった。
【００８３】
（比較例２）
実施例１の発電システムを用いずに、バイオマス燃焼部単独で、１５４０ｋｇ／ｈの木材を燃焼させて、圧力０．７０１ＭＰａ、温度５５℃の水５．３ｔ／ｈを昇温して飽和水とし、６．７ｔ／ｈの飽和水蒸気とした。この水蒸気を蒸気タービンによって、圧力０．０１６ＭＰａとなるまで膨張させ、蒸気タービンを駆動させたところ、蒸気タービン出力は、約６００ｋＷであり、実施例１における蒸気タービン出力と比較して、約３３％低下した。
【００８４】
（実施例２）
廃熱発生部としてのエンジンと、バイオマス燃焼部と、熱交換器（交換熱量約１４７０ｋＷｈ）とを備えた図２に示す発電システムを用いて発電を行った。
【００８５】
エンジンにＡ重油３９８ｋｇ／ｈを供給し、当該エンジンにおいて、１８７５ｋＷの電力を発電した。当該エンジンの廃熱（エンジン排気３３０℃、排ガス量１７０６０ｋｇ／ｈ）を、エンジンジャケット冷却熱回収部および廃熱回収温水器において回収した。
【００８６】
圧力ポンプとエンジンジャケット冷却熱回収部との間に設けられた分岐部において、復水器から供給される水を分岐させた。
【００８７】
分岐した水の一方は、圧力３．０の条件下、５５℃の水３．６７ｔ／ｈとして、エンジンジャケット冷却熱回収部に供給した。エンジンジャケット冷却熱回収部において、圧力３．０ＭＰａの条件下、５５℃の水３．６７ｔ／ｈを８０℃に昇温し、廃熱回収温水器において、８０℃の水３．６７ｔ／ｈを、圧力３．０ＭＰａにおける飽和水の温度である２３４℃まで昇温した。３３０℃のエンジン排気は、廃熱回収温水器に廃熱を供給することにより、１７０℃まで冷却された。
【００８８】
分岐した水の他方は、圧力３．０の条件下、５５℃の水７．０３ｔ／ｈとして、バイオマス燃焼部の煙道に設けた熱交換器に供給した。熱交換器において、バイオマス燃焼部の排ガスの熱によって、５５℃の水７．０３ｔ／ｈを、圧力３．０ＭＰａにおける飽和水の温度である２３４℃まで昇温した。
【００８９】
バイオマス燃焼部において、木質バイオマスとして、２３４０ｋｇ/ｈの木材を燃焼させた。圧力３．０ＭＰａにおける飽和水の温度である２３４℃まで昇温された水を、蒸発器において、木材燃焼ガスの燃焼熱を利用して、温度３００℃、圧力３．０ＭＰａ、重量１０．７ｔ／ｈの飽和水蒸気とした。
【００９０】
この水蒸気を蒸気タービンによって、圧力０．０１６ＭＰａとなるまで膨張させ、蒸気タービンを駆動させた。蒸気タービンにおいて得られた電力の出力は１５４０ｋＷであった。
【００９１】
実施例２における発電システムの単位時間当たりの発電出力、化石燃料に由来する二酸化炭素の単位出力あたりの発生量および木質バイオマス消費量を表２に示す。
【００９２】
【表２】
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【００９３】
（比較例３）
実施例２の発電システムを用いずに、バイオマス燃焼部単独で、２３４０ｋｇ／ｈの木材を燃焼させて、圧力０．７０１ＭＰａ、温度５５℃の水６．９７ｔ／ｈを昇温して飽和水とし、重量９．０ｔ／ｈの飽和水蒸気とした。この水蒸気を蒸気タービンによって、圧力０．０１６ＭＰａとなるまで膨張させ、蒸気タービンを駆動させたところ、蒸気タービン出力は、１０３０ｋＷであり、実施例２における蒸気タービン出力と比較して、約３３％低下した。
【００９４】
（実施例３）
エンジンの代わりに、ごみ処理量４０ｔ／ｈの焼却炉（処理能力２．５ｔ／ｈ・炉）を廃熱発生部として用い、１６４０ｋｇ／ｈの木材の代わりに、２１００ｋｇ／ｈの木材を木質バイオマスとして用いた以外は実施例１と同様の方法で発電を行った。飽和水蒸気量は９．５ｔ／ｈとなり、蒸気タービン出力は１３５５ｋＷであった。
【００９５】
（実施例４）
エンジンの代わりに、ごみ処理量４０ｔ／ｈの焼却炉を廃熱発生部として用い、２５００ｋｇ／ｈの木材の代わりに、２３４０ｋｇ／ｈの木材を木質バイオマスとして用いた以外は実施例２と同様の方法で発電を行った。飽和水蒸気量は１１．０ｔ／ｈとなり、蒸気タービン出力は１５８０ｋＷであった。
【００９６】
（比較例４）
実施例３の発電システムにおける焼却炉を用いずに、バイオマス燃焼部単独で、２１００ｋｇ／ｈの木質バイオマスとして燃焼させ、圧力０．７０１ＭＰａ、温度５５℃の水０．６ｔ／ｈを昇温して飽和水とし、重量０．６ｔ／ｈの飽和水蒸気とした。この水蒸気を蒸気タービンによって、圧力０．０１６ＭＰａとなるまで膨張させた場合、発電出力は約９２０ｋＷであった。
【００９７】
（比較例５）
実施例４の発電システムにおける焼却炉を用いずに、バイオマス燃焼部単独で、２３４０ｋｇ／ｈの木質バイオマスとして燃焼させ、圧力０．７０１ＭＰａ、温度５５℃の水０．６ｔ／ｈを昇温して飽和水とし、重量０．６ｔ／ｈの飽和水蒸気とした。この水蒸気を蒸気タービンによって、圧力０．０１６ＭＰａとなるまで膨張させた場合、発電出力は約１０２４ｋＷであった。
【００９８】
（比較例６）
実施例３または４の発電システムを用いずに、ごみ焼却量４０ｔ/ｈの焼却炉から得られた廃熱のみを利用した場合、発生蒸気量は約２．５ｔ／ｈであり、発電出力は約２５０ｋＷであった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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