(57)【要約】【課題】集熱した太陽熱の有効利用を図りつつ、蓄熱放熱システムを簡素化して建設コストを低減できる太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法を提供する。【解決手段】本システムは、太陽熱により過熱蒸気を生成する太陽熱集熱システム１、太陽熱集熱システムで生成した過熱蒸気の一部で発電する主発電システム２、蓄熱媒体の蓄熱又は放熱を行う太陽熱蓄熱放熱システム３、太陽熱蓄熱放熱システムの蓄熱又は放熱により生成した飽和蒸気で発電する副発電システム４を備え、太陽熱蓄熱放熱システムは、太陽熱集熱システムで生成した過熱蒸気の残りと蓄熱媒体の熱交換を行い、蓄熱媒体に蓄熱させると共に飽和蒸気を生成する蓄熱加熱器５２、蓄熱加熱器へ供給する蓄熱媒体を収容する低温タンク５１、蓄熱加熱器で蓄熱した蓄熱媒体を収容する高温タンク５０を有し、副発電システムは、蓄熱加熱器５２の飽和蒸気の導入が可能な飽和蒸気タービン７０を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体として水／水蒸気を使用し、太陽熱を集熱して水から過熱蒸気を生成する太陽熱集熱システムと、
前記太陽熱集熱システムと共通の熱媒体を使用し、前記太陽熱集熱システムで生成された過熱蒸気の一部を用いて発電する主発電システムと、
前記太陽熱集熱システムの熱媒体とは異なる蓄熱媒体を使用し、前記太陽熱集熱システムで生成された過熱蒸気の残りとの熱交換による蓄熱媒体の蓄熱、又は、その蓄熱した蓄熱媒体の放熱を行う太陽熱蓄熱放熱システムと、
前記太陽熱集熱システムと共通の熱媒体を使用し、前記太陽熱蓄熱放熱システムの蓄熱媒体の蓄熱又は放熱により熱媒体から生成した飽和蒸気を用いて発電する副発電システムとを備え、
前記主発電システムは、
前記太陽熱集熱システムで生成された過熱蒸気の一部が導入される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンにより駆動される主発電機とを有し、
前記太陽熱蓄熱放熱システムは、
前記太陽熱集熱システムで生成された過熱蒸気の残りと蓄熱媒体との熱交換を行い、蓄熱媒体に蓄熱させると共に過熱蒸気から飽和蒸気を生成する蓄熱加熱器と、
前記蓄熱加熱器へ供給する蓄熱媒体を収容する低温タンクと、
前記蓄熱加熱器で蓄熱した蓄熱媒体を収容する高温タンクとを有し、
前記副発電システムは、
前記蓄熱加熱器で生成された飽和蒸気の導入が可能な飽和蒸気タービンと、
前記飽和蒸気タービンにより駆動される副発電機とを有する
ことを特徴とする太陽熱発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽熱発電システムにおいて、
前記太陽熱蓄熱放熱システムは、
前記副発電システムの水と蓄熱媒体との熱交換を行い、蓄熱媒体の放熱により水を加温する予熱器と、
前記予熱器で加温された水と前記高温タンクから供給された蓄熱媒体との熱交換を行い、蓄熱媒体の放熱により水から飽和蒸気を生成する蒸発器とを更に有し、
前記低温タンクは、前記予熱器からの蓄熱媒体を収容し、
前記飽和蒸気タービンは、前記蒸発器で生成された飽和蒸気の導入が可能である
ことを特徴とする太陽熱発電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の太陽熱発電システムにおいて、
前記主発電システムは、第１の蒸気流量調整弁を更に有し、
前記副発電システムは、第２の蒸気流量調整弁を更に有し、
前記第１の蒸気流量調整弁及び前記第２の蒸気流量調整弁は、前記蒸気タービンへの過熱蒸気の流量と前記蓄熱加熱器への過熱蒸気の流量との比率を調整する
ことを特徴とする太陽熱発電システム。
【請求項４】
請求項１に記載の太陽熱発電システムにおいて、
前記副発電システムは、前記蓄熱加熱器から前記飽和蒸気タービンに導入される飽和蒸気の一部を前記飽和蒸気タービンに対して迂回させるバイパス系統を更に有する
ことを特徴とする太陽熱発電システム。
【請求項５】
太陽熱を集熱して水から過熱蒸気を生成し、
太陽熱により生成された過熱蒸気の一部で蒸気タービンを駆動することにより発電し、
低温タンクに収容している蓄熱媒体を蓄熱加熱器に供給し、
前記蓄熱加熱器において、太陽熱により生成された過熱蒸気の残りと前記低温タンクから供給された蓄熱媒体とを熱交換させ、過熱蒸気から飽和蒸気を生成すると共に蓄熱媒体に太陽熱を蓄熱させ、
前記蓄熱加熱器で蓄熱した蓄熱媒体を高温タンクに収容し、
前記蓄熱加熱器で生成された飽和蒸気で飽和蒸気タービンを駆動することにより発電する
ことを特徴とする太陽熱発電方法。
【請求項６】
請求項５に記載の太陽熱発電方法において、
太陽熱を集熱することができない場合、
前記高温タンクに収容されている、太陽熱を蓄熱した蓄熱媒体を、蒸発器及び予熱器に順に供給し、
前記飽和蒸気タービンの駆動により飽和蒸気から生じた水を前記予熱器及び前記蒸発器に順に供給し、
前記予熱器において、蓄熱媒体と水とを熱交換させ、蓄熱媒体の放熱により水を加温し、
前記蒸発器において、蓄熱媒体と前記予熱器で加温された水とを熱交換させ、蓄熱媒体の放熱により水から飽和蒸気を生成し、
前記予熱器で放熱した蓄熱媒体を低温タンクに収容し、
前記蒸発器で生成された飽和蒸気で飽和蒸気タービンを駆動することにより発電する
ことを特徴とする太陽熱発電方法。
【請求項７】
請求項５に記載の太陽熱発電方法において、
直達日射強度の増減変動があった場合、前記蒸気タービンへの過熱蒸気の流量と前記蓄熱加熱器への過熱蒸気の流量の比率を調整して、前記蒸気タービンによる発電出力と前記飽和蒸気タービンによる発電出力の合計を直達日射強度の増減変動によらず略一定にする
ことを特徴とする太陽熱発電方法。
【請求項８】
請求項５に記載の太陽熱発電方法において、
直達日射強度の急上昇変動があった場合、前記蓄熱加熱器から前記飽和蒸気タービンへ導入される飽和蒸気の一部を前記飽和蒸気タービンに対して迂回させることで前記飽和蒸気タービンによる発電出力を減少させ、前記蒸気タービンによる発電出力と前記飽和蒸気タービンによる発電出力の合計を直達日射強度の急上昇変動によらず略一定にする
ことを特徴とする太陽熱発電方法。
【請求項９】
請求項５に記載の太陽熱発電方法において、
直達日射強度が大幅に低下して太陽熱の集熱の困難が予想される場合、前記蒸気タービンの運転を停止させると共に前記蓄熱加熱器での熱交換を停止させ、
前記高温タンクに収容されている、太陽熱を蓄熱した蓄熱媒体を、蒸発器及び予熱器に順に供給し、
前記飽和蒸気タービンの駆動により飽和蒸気から生じた水を前記予熱器及び前記蒸発器に順に供給し、
前記予熱器において、蓄熱媒体と水とを熱交換させ、蓄熱媒体の放熱により水を加温し、
前記蒸発器において、蓄熱媒体と前記予熱器で加温された水とを熱交換させ、蓄熱媒体の放熱により水から飽和蒸気を生成し、
前記予熱器で放熱した蓄熱媒体を低温タンクに収容し、
前記蒸発器で生成された飽和蒸気で飽和蒸気タービンを駆動することにより発電し、一定の発電出力を確保する
ことを特徴とする太陽熱発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法に係り、更に詳しくは、太陽熱の蓄熱及び蓄熱した太陽熱の放熱が可能な蓄熱放熱システムを備えた太陽熱発電システム及びそのシステムによる発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱を集熱して発電すると同時に蓄熱し、また、蓄熱した太陽熱を放熱して発電することが可能な太陽熱発電システムには、太陽熱の集熱用の熱媒体として水／水蒸気を用い、太陽熱により水から過熱蒸気を生成する太陽熱集熱装置と、太陽熱集熱装置で生成した過熱蒸気により蒸気タービンを駆動して発電する蒸気タービン発電設備と、蓄熱媒体として溶融塩や油を用い、太陽熱を回収した熱媒体（水／水蒸気）と蓄熱媒体との熱交換により太陽熱を蓄熱する太陽熱蓄熱放熱装置とを備えることで、太陽熱の集熱用及び蒸気タービンの駆動用の熱媒体サイクルを統合して発電システム全体の熱媒体サイクルの簡素化を図っているものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の太陽熱発電システム（太陽熱発電プラント）においては、太陽熱集熱装置の熱媒体に回収した太陽熱を効果的に蓄熱するために、熱媒体（水／水蒸気）が過熱蒸気から飽和温度よりも低温の水に至る過程の熱媒体の状態に応じて３つの温度領域にて太陽熱蓄熱放熱装置に蓄熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−９２０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の太陽熱発電システムにおいては、３つの温度領域にて蓄熱するために、熱媒体（水／水蒸気）の３つの状態に応じた熱交換器が必要となる。具体的には、過熱蒸気と溶融塩との熱交換により過熱蒸気の顕熱を溶融塩に蓄熱させる蒸気熱交換器と、飽和蒸気と溶融塩との熱交換により飽和蒸気の潜熱を溶融塩に蓄熱させる飽和蒸気復水器と、飽和水と油との熱交換により飽和水の顕熱を油に蓄熱させる飽和水熱交換器の３種類の熱交換器が必要となる。
【０００５】
また、特許文献１に記載の太陽熱発電システムにおいては、３つの温度領域にて蓄熱を行うために、溶融塩又は油を収容する蓄熱放熱タンクを少なくとも３つ必要とする。これらのタンクは、内部が断熱部材で上下に分離され、太陽熱を蓄熱した蓄熱媒体（溶融塩又は油）を上側に、蓄熱前の蓄熱媒体を下側に収容するものである。蓄熱媒体の収容量が多量の場合、タンク内を断熱部材で上下に分離することは蓄熱媒体の重量の問題により構造上困難であると想定される。すなわち、３つの温度領域での蓄熱のためには、蓄熱した蓄熱媒体を収容するタンク及び蓄熱前の蓄熱媒体を収容するタンクが実質的に合計６つ必要となる。
【０００６】
このように、特許文献１に記載の太陽熱発電システムにおいて、集熱した太陽熱を効率良く利用するために、太陽熱蓄熱放熱装置は３つの熱交換器と実質的に６つのタンクを用いて蓄熱している。このため、太陽熱蓄熱放熱装置が複雑化し、太陽熱発電システムの建設コストが増加する要因となる。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、集熱した太陽熱の有効利用を図りつつ、太陽熱蓄熱放熱システムを簡素化して建設コストを低減できる太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、熱媒体として水／水蒸気を使用し、太陽熱を集熱して水から過熱蒸気を生成する太陽熱集熱システムと、前記太陽熱集熱システムと共通の熱媒体を使用し、前記太陽熱集熱システムで生成された過熱蒸気の一部を用いて発電する主発電システムと、前記太陽熱集熱システムの熱媒体とは異なる蓄熱媒体を使用し、前記太陽熱集熱システムで生成された過熱蒸気の残りとの熱交換による蓄熱媒体の蓄熱、又は、その蓄熱した蓄熱媒体の放熱を行う太陽熱蓄熱放熱システムと、前記太陽熱集熱システムと共通の熱媒体を使用し、前記太陽熱蓄熱放熱システムの蓄熱媒体の蓄熱又は放熱により熱媒体から生成した飽和蒸気を用いて発電する副発電システムとを備え、前記主発電システムは、前記太陽熱集熱システムで生成された過熱蒸気の一部が導入される蒸気タービンと、前記蒸気タービンにより駆動される主発電機とを有し、前記太陽熱蓄熱放熱システムは、前記太陽熱集熱システムで生成された過熱蒸気の残りと蓄熱媒体との熱交換を行い、蓄熱媒体に蓄熱させると共に過熱蒸気から飽和蒸気を生成する蓄熱加熱器と、前記蓄熱加熱器へ供給する蓄熱媒体を収容する低温タンクと、前記蓄熱加熱器で蓄熱した蓄熱媒体を収容する高温タンクとを有し、前記副発電システムは、前記蓄熱加熱器で生成された飽和蒸気の導入が可能な飽和蒸気タービンと、前記飽和蒸気タービンにより駆動される副発電機とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、太陽熱により生成した過熱蒸気の一部で蒸気タービンを駆動して発電し、加えて、残りの過熱蒸気と低温タンクからの蓄熱媒体とを蓄熱加熱器で熱交換させることで過熱蒸気の顕熱を蓄熱媒体に蓄熱させると共に過熱蒸気から飽和蒸気を生成し、蓄熱した蓄熱媒体を高温タンクに収容すると共に飽和蒸気で飽和蒸気タービンを駆動して発電するので、集熱した太陽熱の有効利用を図りつつ、太陽熱蓄熱放熱システムを簡素化して建設コストを低減できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態の一部分を構成する太陽熱集熱システム及び主発電システムを示す構成図である。
【図２】本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態の他の部分を構成する太陽熱蓄熱放熱システム及び副発電システムを示す構成図である。
【図３】某地点における直達日射強度の実測値の一例を示す図である。
【図４】本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態における直達日射強度の小幅な増減変動に対する第１の蒸気流量調整弁及び第２の蒸気流量調整弁の弁開度の推移を示す特性図である。
【図５】本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態における直達日射強度の小幅な増減変動に対する各種システムの発電出力の推移を示す特性図である。
【図６】本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態における直達日射強度の短時間の急上昇変動に対するバイパス減圧弁の弁開度の推移を示す特性図である。
【図７】本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態における直達日射強度の大幅な低下に対する蓄熱加熱器蒸気止め弁及び飽和蒸気止め弁の弁開度の推移を示す特性図である。
【図８】本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態における直達日射強度の大幅な低下に対する各種システムの発電出力の推移を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１２】
［一実施の形態］
まず、本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態のシステム構成を図１及び図２を用いて説明する。
図１は本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態の一部分を構成する太陽熱集熱システム及び主発電システムを示す構成図、図２は本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態の他の部分を構成する太陽熱蓄熱放熱システム及び副発電システムを示す構成図である。図１中、矢印は太陽熱発電システムの熱媒体（水／水蒸気）の流れを示している。図２中、矢印は太陽熱発電システムの熱媒体（水／水蒸気）又は蓄熱媒体（溶融塩）の流れを示している。また、図１及び図２中、符号Ｑ、Ｒ、Ｓはそれぞれ、図１と図２に跨る第２の主蒸気配管７２、合流復水配管８９、給水分岐配管９５の取合い点を示している。
【００１３】
図１及び図２において、太陽熱発電システムは、熱媒体として水／水蒸気を使用し、太陽熱を集熱して水から過熱蒸気を生成する太陽熱集熱システム１と、太陽熱集熱システム１と共通の熱媒体を使用し、太陽熱集熱システム１で生成された過熱蒸気の一部を用いて発電する主発電システム２と、太陽熱集熱システム１の熱媒体とは異なる蓄熱媒体を使用し、太陽熱集熱システム１で生成された残りの過熱蒸気との熱交換による蓄熱媒体の蓄熱、又は、その蓄熱した蓄熱媒体の放熱を行う太陽熱蓄熱放熱システム３と、太陽熱集熱システム１と共通の熱媒体を使用し、太陽熱蓄熱放熱システム３の蓄熱媒体の蓄熱又は放熱により熱媒体（過熱蒸気又水）から生成された飽和蒸気を用いて発電する副発電システム４とで構成されている。太陽熱集熱システム１、主発電システム２、及び副発電システム４で共通の熱媒体（水／水蒸気）を用いることで、太陽熱の集熱用、主発電システム２の発電用、及び副発電システム４の発電用の熱媒体のサイクルを統合して発電システム全体の熱媒体のサイクルの簡素化を図っている。また、太陽熱蓄熱放熱システム３の太陽熱の蓄熱又は放熱のための蓄熱媒体として、例えば、硝酸塩系の溶融塩を用いている。
【００１４】
太陽熱集熱システム１は、例えば、熱媒体としての水（給水）を太陽熱で加熱して飽和蒸気を生成する太陽熱蒸発器１０と、太陽熱蒸発器１０と直列に接続され、太陽熱蒸発器１０で生成された飽和蒸気を過熱して過熱蒸気を生成する太陽熱過熱器１１とを備えている。太陽熱蒸発器１０は、例えば、太陽光線を多数の反射鏡で反射して棒状の集熱管に線集光する線集熱方式のフレネル型の太陽熱集熱器である。太陽熱過熱器１１は、例えば、太陽光線を多数の平面鏡（ヘリオスタッド）で反射して集熱器の一点に集光する点集熱方式のタワー型の太陽熱集熱器である。
【００１５】
太陽熱蒸発器１０の入口には、主発電システム２の後述する復水・給水系統からの給水を供給する太陽熱蒸発器給水配管１２が接続されている。太陽熱蒸発器１０の出口と太陽熱過熱器１１の入口には、太陽熱過熱器蒸気配管１３が接続されている。太陽熱過熱器１１の出口には、太陽熱過熱器出口配管１４が接続されている。太陽熱過熱器出口配管１４は、主発電システム２の後述する第１の主蒸気配管２６と副発電システム４の後述する第２の主蒸気配管７２とに分岐する。太陽熱蒸発器給水配管１２には、太陽熱蒸発器給水配管１２を開放閉止する給水止め弁１５が設けられている。太陽熱過熱器出口配管１４には、太陽熱過熱器出口配管１４を開放閉止する主蒸気止め弁１６が設けられている。太陽熱過熱器蒸気配管１３の途中には、汽水分離器１７が設けられている。汽水分離器１７には、戻り配管１８の一端が接続されており、戻り配管１８の他端は、太陽熱蒸発器給水配管１２における給水止め弁１５の下流側に接続されている。戻り配管１８には、循環ポンプ１９が設けられている。
【００１６】
主発電システム２は、高圧蒸気タービン２１、中圧蒸気タービン（図１では２つに分離した形態のタービン）２２、低圧蒸気タービン２３で構成された蒸気タービンと、蒸気タービンの復水・給水系統と、蒸気タービンにより駆動される主発電機２４とを備えている。高圧蒸気タービン２１には、太陽熱集熱システム１で生成された過熱蒸気の一部が太陽熱集熱システム１の太陽熱過熱器出口配管１４から分岐した第１の主蒸気配管２６を介して導入される。第１の主蒸気配管２６には、第１の蒸気流量調整弁２７と、第１の蒸気流量調整弁２７の下流側に主蒸気加減弁２８とが設けられている。第１の蒸気流量調整弁２７は、太陽熱集熱システム１の太陽熱過熱器出口配管１４から第１の主蒸気配管２６及び第２の主蒸気配管７２へ流れる過熱蒸気の流量比率を副発電システム４の後述する第２の蒸気流量調整弁７４と共に調整するものである。
【００１７】
主発電システム２の復水・給水系統は、低圧蒸気タービン２３からの排気蒸気を空気で冷却して復水に戻す第１の空冷式復水器３０と、第１の空冷式復水器３０からの復水を加熱する低圧給水加熱器３１と、低圧給水加熱器３１からの復水を加熱脱気する脱気器３２と、脱気器３２からの給水を加熱する高圧給水加熱器３３とを備えている。復水・給水系統は、また、第１の空冷式復水器３０の出口と低圧給水加熱器３１の入口とに接続された第１の復水配管３５と、低圧給水加熱器３１の出口と脱気器３２の入口とに接続された脱気器入口配管３６と、脱気器３２の出口と高圧給水加熱器３３の入口とに接続された給水配管３７とを備えている。高圧給水加熱器３３の出口には、太陽熱集熱システム１の太陽熱蒸発器給水配管１２が接続されており、主発電システム２の熱媒体の経路と太陽熱集熱システム１の熱媒体経路が統合されて１つの経路となっている。第１の復水配管３５には、第１の復水ポンプ３８が設けられている。給水配管３７には、第１の給水ポンプ３９が設けられている。
【００１８】
低圧給水加熱器３１には、低圧給水加熱器ドレン配管４１の一端が接続されており、低圧給水加熱器ドレン配管４１の他端は、脱気器入口配管３６に接続されている。低圧給水加熱器ドレン配管４１には、ドレンポンプ４２が設けられている。高圧給水加熱器３３には、高圧給水加熱器ドレン配管４３の一端が接続されており、高圧給水加熱器ドレン配管４３の他端は、脱気器３２に接続されている。低圧給水加熱器３１、脱気器３２、高圧給水加熱器３３には、それぞれ、中圧蒸気タービン２２の出口からの抽気を低圧給水加熱器３１に供給する低圧給水加熱器抽気配管４５、高圧蒸気タービン２１の出口からの抽気を脱気器３２に供給する脱気器抽気配管４６、高圧蒸気タービン２１の途中からの抽気を高圧給水加熱器３３に供給する高圧給水加熱器抽気配管４７が接続されている。
【００１９】
太陽熱蓄熱放熱システム３は、太陽熱を蓄熱した溶融塩（蓄熱媒体）を収容する高温タンク５０と、蓄熱前の（放熱した）溶融塩を収容する低温タンク５１とを備えている。太陽熱蓄熱放熱システム３は、さらに、太陽熱集熱システム１で生成された過熱蒸気（熱媒体）の一部と低温タンク５１から供給された溶融塩との熱交換を行う蓄熱加熱器５２と、副発電システム４の水（熱媒体）と後述する蒸発器５４からの溶融塩との熱交換を行う予熱器５３と、予熱器５３からの給水と高温タンク５０から供給される溶融塩との熱交換を行う蒸発器５４とを備えている。蓄熱加熱器５２、予熱器５３、及び蒸発器５４として、例えば、チューブ型やその他の形式の熱交換器が挙げられる。
【００２０】
低温タンク５１の出口と蓄熱加熱器５２の入口には、蓄熱加熱器入口配管５６が接続されている。蓄熱加熱器５２の出口と高温タンク５０の入口には、高温タンク入口配管５７が接続されている。高温タンク５０の出口と蒸発器５４の入口には、蒸発器入口配管５８が接続されている。蒸発器５４の出口と予熱器５３の入口には、予熱器入口配管５９が接続されている。予熱器５３の出口と低温タンク５１の入口には、低温タンク入口配管６０が接続されている。蓄熱加熱器入口配管５６には、低温タンク出口弁６２と、低温タンク出口弁６２の下流側に第１の溶融塩ポンプ６３とが設けられている。高温タンク入口配管５７には、高温タンク入口弁６４が設けられている。蒸発器入口配管５８には、高温タンク出口弁６５と、高温タンク出口弁６５の下流側に第２の溶融塩ポンプ６６が設けられている。低温タンク入口配管６０には、低温タンク入口弁６７が設けられている。
【００２１】
副発電システム４は、飽和蒸気により回転駆動される飽和蒸気タービン７０と、飽和蒸気タービン７０により駆動される副発電機７１とを備えている。飽和蒸気タービン７０は、湿り域での運転中に生じる湿分によるエロージョンを抑制するために、種々の湿分分離機構を備えている。例えば、動翼には、分離溝を設けた湿分分離翼が採用される。また、動翼の外周側の静止部材には、湿分分離翼の溝で分離された湿分をタービン外に除去する湿分分離室が設けられる。
【００２２】
飽和蒸気タービン７０には、太陽熱集熱システム１の太陽熱過熱器出口配管１４から分岐した第２の主蒸気配管７２及び飽和蒸気配管７３を介して飽和蒸気が導入される。第２の主蒸気配管７２の下流端は、太陽熱蓄熱放熱システム３の蓄熱加熱器５２の入口に接続されている。飽和蒸気配管７３の上流端は、蓄熱加熱器５２の出口に接続されている。第２の主蒸気配管７２には、第２の蒸気流量調整弁７４と、第２の蒸気流量調整弁７４の下流側に蓄熱加熱器蒸気止め弁７５とが設けられている。第２の蒸気流量調整弁７４は、太陽熱集熱システム１の太陽熱過熱器出口配管１４から第１の主蒸気配管２６及び第２の主蒸気配管７２へ流れる過熱蒸気の流量比率を主発電システム２の第１の蒸気流量調整弁２７と共に調整するものである。蓄熱加熱器蒸気止め弁７５は、第２の主蒸気配管７２を開放閉止するものである。飽和蒸気配管７３には、飽和蒸気加減弁７６が設けられている。
【００２３】
副発電システム４は、飽和蒸気タービン７０を駆動後の熱媒体（水／水蒸気）を太陽熱蓄熱放熱システム３の予熱器５３及び蒸発器５４に供給し、太陽熱蓄熱放熱システム３の蓄熱媒体との熱交換により生成した飽和蒸気を飽和蒸気タービン７０に再び供給する循環系統をさらに備えている。循環系統は、飽和蒸気タービン７０からの排気蒸気を空気で冷却して復水に戻す第２の空冷式復水器７８と、第２の空冷式復水器７８に接続された第２の復水配管７９と、第２の復水配管７９と太陽熱蓄熱放熱システム３の予熱器５３の入口とに接続された予熱器給水配管８０と、予熱器５３の出口と太陽熱蓄熱放熱システム３の蒸発器５４の入口に接続された蒸発器給水配管８１と、蒸発器５４の出口と飽和蒸気配管７３における飽和蒸気加減弁７６よりも上流側の部分とに接続された蒸発器出口配管８２とを備えている。第２の復水配管７９には、第２の復水ポンプ８３が設けられている。予熱器給水配管８０には、第２の給水ポンプ８４と、第２の給水ポンプ８４の下流側に予熱器５３への給水量を調整する予熱器給水調整弁８５が設けられている。蒸発器出口配管８２には、蒸発器出口配管８２を開放閉止する飽和蒸気止め弁８６が設けられている。
【００２４】
循環系統の第２の復水配管７９における第２の復水ポンプ８３の下流側には、給水三方切換弁８８が設けられている。給水三方切換弁８８には、合流復水配管８９の一端が接続され、合流復水配管８９の他端は、主発電システム２の復水・給水系統の第１の復水配管３５における第１の復水ポンプ３８よりも上流側に接続されている。給水三方切換弁８８は、第２の空冷式復水器７８からの復水（熱媒体）の供給を、合流復水配管８９又は予熱器給水配管８０のいずれか一方に切り換えるものである。つまり、給水三方切換弁８８は、副発電システム４の復水を、主発電システム２の復水・給水系統及び太陽熱蓄熱放熱システム３の予熱器５３（副発電システム４の循環系統）のいずれか一方に供給するものである。
【００２５】
副発電システム４は、さらに、太陽熱蓄熱放熱システム３の蓄熱加熱器５２からの飽和蒸気の一部を飽和蒸気タービン７０に対して迂回させるバイパス系統を備えている。バイパス系統は、飽和蒸気配管７３における飽和蒸気加減弁７６よりも上流側から分岐するバイパス配管９１と、バイパス配管９１からの飽和蒸気を減温する飽和蒸気減温器９２と、飽和蒸気減温器９２と第２の空冷式復水器７８とに接続された減温器出口配管９３とを備えている。飽和蒸気減温器９２には、減温水配管９４が接続されている。減温水配管９４には、主発電システム２の給水配管３７における第１の給水ポンプ３９の下流側から分岐する給水分岐配管９５が接続されている。飽和蒸気減温器９２には、飽和蒸気を減温するための減温水として、主発電システム２からの給水が減温水配管９４及び給水分岐配管９５を介して供給される。バイパス配管９１には、飽和蒸気タービン７０をバイパスする飽和蒸気の流量を調整するバイパス減圧弁９７が設けられている。減温水配管９４には、飽和蒸気減温器９２に供給する減温水の流量を調整するバイパス減温弁９８が設けられている。
【００２６】
次に、本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態における太陽熱発電方法を図１及び図２を用いて説明する。
まず、日中に太陽熱を集熱して発電及び蓄熱を行う方法を説明する。
概略すると、太陽熱集熱システム１において、主発電システム２の復水・給水系統からの給水（熱媒体）を集熱した太陽熱により加熱して過熱蒸気（熱媒体）を生成する。太陽熱集熱システム１で生成した過熱蒸気を分流させ、過熱蒸気の一部を主発電システム２に、残りの過熱蒸気を太陽熱蓄熱放熱システム３及び副発電システム４に供給する。主発電システム２においては、太陽熱集熱システム１からの過熱蒸気により蒸気タービン２１、２２、２３を駆動して主発電機２４で発電する。蒸気タービン２１、２２、２３を駆動して生じた復水（熱媒体）を復水・給水系統から太陽熱集熱システム１に再び給水し、太陽熱集熱システム１と主発電システム２に熱媒体を循環させる。一方、太陽熱蓄熱放熱システム３においては、太陽熱集熱システム１からの過熱蒸気と低温の溶融塩（蓄熱媒体）との熱交換により過熱蒸気の顕熱を溶融塩で回収し、溶融塩に太陽熱を蓄熱する。また、副発電システム４において、太陽熱蓄熱放熱システム３の溶融塩では回収されなかった太陽熱、すなわち飽和蒸気（熱媒体）のエネルギにより飽和蒸気タービン７０を駆動して副発電機７１で発電する。飽和蒸気タービン７０を駆動して生じた復水（熱媒体）は主発電システム２の復水・給水系統に供給し、太陽熱集熱システム１と副発電システム４に熱媒体を循環させる。
【００２７】
このように、本太陽熱発電システムでは、太陽熱により生成した過熱蒸気の顕熱を太陽熱蓄熱放熱システム３の溶融塩で蓄熱すると共にその溶融塩との熱交換で生じた飽和蒸気の潜熱により副発電システム４の飽和蒸気タービン７０を駆動して発電するので、太陽熱の有効利用が図られている。
【００２８】
具体的には、図１及び図２において、太陽熱集熱システム１の給水止め弁１５及び主蒸気止め弁１６を開放する。これにより、太陽熱集熱システム１を稼動可能にする。また、副発電システム４の蓄熱加熱器蒸気止め弁７５を開放すると共に、給水三方切換弁８８を主発電システム２の復水・給水系統側に切り換える。これにより、副発電システム４は、太陽熱集熱システム１と主発電システム２の復水・給水系統と共に1つの熱媒体サイクルを形成する。さらに、副発電システム４の飽和蒸気止め弁８６及びバイパス減圧弁９７を閉止する。これにより、副発電システム４の循環系統及びバイパス系統を停止状態にする。また、太陽熱蓄熱放熱システム３の低温タンク出口弁６２及び高温タンク入口弁６４を開放する共に、高温タンク出口弁６５及び低温タンク入口弁６７を閉止する。これにより、太陽熱蓄熱放熱システム３の蓄熱媒体の流れを蓄熱用に切り換える。
【００２９】
図１に示す太陽熱集熱システム１の太陽熱蒸発器（太陽熱集熱器）１０には、主発電システム２の復水・給水系統の高圧給水（熱媒体）が太陽熱蒸発器給水配管１２を介して供給される。この高圧給水は、太陽熱蒸発器１０を通過する間に太陽Ｓの熱エネルギにより加熱され飽和蒸気（熱媒体）になる。太陽熱蒸発器１０を出た飽和蒸気は、汽水分離器１７に流下して、飽和水と飽和蒸気に分離される。汽水分離器１７で分離された飽和水は、循環ポンプ１９により昇圧されて主発電システム２の給水系統からの高圧給水と合流し、再び太陽熱蒸発器１０に戻る。
【００３０】
一方、汽水分離器１７で分離された飽和蒸気は、太陽熱過熱器蒸気配管１３を介して太陽熱過熱器１１に供給される。この飽和蒸気は、太陽熱過熱器１１を通過する間に太陽Ｓの熱エネルギにより加熱されて高温高圧の過熱蒸気（熱媒体）になる。この高温高圧の過熱蒸気は、一般的に、主蒸気と称される。この主蒸気は、太陽熱過熱器出口配管１４から第１の主蒸気配管２６及び第２の主蒸気配管７２に分流される。第１の主蒸気配管２６及び第２の主蒸気配管７２の主蒸気の流量の比率の調整は、第１の蒸気流量調整弁２７及び第２の蒸気流量調整弁７４の相互の弁開度を調整することで行われる。
【００３１】
太陽熱集熱システム１で生成された過熱蒸気（熱媒体）のうち、第１の主蒸気配管２６を介して主発電システム２に供給される過熱蒸気は、主蒸気加減弁２８を通過して、高圧蒸気タービン２１、中圧蒸気タービン２２、低圧蒸気タービン２３に順に導入され、これらの蒸気タービン２１、２２、２３を回転駆動する。蒸気タービン２１、２２、２３の回転駆動により、主発電機２４が駆動されて発電する。低圧蒸気タービン２３から排出された蒸気（熱媒体）は、第１の空冷式復水器３０に流入し、そこで、大気吸込口から吸い込んだ空気により冷却されて復水（熱媒体）に戻る。第１の空冷式復水器３０で蒸気を冷却した空気は大気排出口から大気に排出される。
【００３２】
第１の空冷式復水器３０で生じた復水は、第１の復水配管３５を介して第１の復水ポンプ３８により低圧給水加熱器３１に供給され、そこで、低圧給水加熱器抽気配管４５を介して中圧蒸気タービン２２の出口から供給された抽気蒸気により加温される。低圧給水加熱器３１で加温された復水は、脱気器入口配管３６を介して脱気器３２に供給され、そこで、脱気器抽気配管４６を介して高圧蒸気タービン２１の出口から供給された抽気蒸気により加熱され脱気される。脱気器３２で脱気された給水（熱媒体）は、第１の給水ポンプ３９により昇圧されて給水配管３７を介して高圧給水加熱器３３に供給され、そこで、高圧給水加熱器抽気配管４７を介して高圧蒸気タービン２１の途中から供給された抽気蒸気により加熱される。高圧給水加熱器３３で加熱されて高温高圧になった給水は、太陽熱集熱システム１の太陽熱蒸発器１０に太陽熱蒸発器給水配管１２を介して再び供給される。
【００３３】
なお、低圧給水加熱器３１で復水を加温する際に生じたドレンは、ドレンポンプ４２により昇圧され、低圧給水加熱器ドレン配管４１を介して脱気器入口配管３６の復水に合流して脱気器３２に供給される。また、高圧給水加熱器３３で復水を加温する際に生じたドレンは、高圧給水加熱器ドレン配管４３を介して脱気器３２に戻される。
【００３４】
他方、太陽熱集熱システム１で生成された過熱蒸気のうち、第２の主蒸気配管７２を介して供給された過熱蒸気は、図２に示すように、太陽熱蓄熱放熱システム３の蓄熱加熱器５２に導入される。このとき、低温タンク５１に収容されている低温の溶融塩（蓄熱媒体）が、第１の溶融塩ポンプ６３により昇圧されて蓄熱加熱器入口配管５６を介して蓄熱加熱器５２に供給され、そこで、過熱蒸気と熱交換して加熱される。蓄熱加熱器５２で高温となった溶融塩は、高温タンク入口配管５７を介して高温タンク５０に収容される。つまり、太陽熱蓄熱放熱システム３においては、太陽熱により生成された、溶融塩の固化温度（約２５０℃程度）以上の過熱蒸気の顕熱を溶融塩で蓄熱（回収）し、蓄熱した溶融塩を高温タンク５０に収容している。
【００３５】
蓄熱加熱器５２で低温の溶融塩と熱交換した過熱蒸気は、温度が低下して飽和蒸気（熱媒体）になる。蓄熱加熱器５２からの飽和蒸気は、飽和蒸気加減弁７６を通過し飽和蒸気配管７３を介して飽和蒸気タービン７０に導入され、飽和蒸気タービン７０を回転駆動する。飽和蒸気タービン７０の回転駆動により、副発電機７１が駆動されて発電する。つまり、副発電システム４においては、溶融塩による蓄熱が困難な溶融塩の固化温度付近の飽和蒸気の潜熱を飽和蒸気タービン７０の発電に利用している。
【００３６】
飽和蒸気タービン７０から排出された蒸気（熱媒体）は、第２の空冷式復水器７８に流入し、そこで、第１の空冷式復水器３０の場合と同様に、空気冷却されて復水（熱媒体）に戻る。第２の空冷式復水器７８で生じた復水は、給水三方切換弁８８を主発電システム２の復水・給水系統側に切り換えているので、第２の復水ポンプ８３により第２の復水配管７９及び合流復水配管８９を介して、図１に示す主発電システム２の第１の復水配管３５を流れる復水に合流して低圧給水加熱器３１に供給される。合流した復水は、主発電システム２の復水・給水系統から太陽熱集熱システム１に再び供給される。
【００３７】
このように、本実施の形態においては、太陽熱集熱システム１と主発電システム２の熱媒体のサイクルを分離せずに、太陽熱集熱システム１と主発電システム２とで１つの熱媒体（水／水蒸気）のサイクルを形成させたので、熱媒体のサイクルの簡素化を図ることができる。
【００３８】
また、本実施の形態においては、太陽熱集熱システム１と副発電システム４の熱媒体のサイクルを分離せずに、太陽熱集熱システム１と副発電システム４と主発電システム２の復水・給水系統とで１つの熱媒体（水／水蒸気）のサイクルを形成させたので、熱媒体のサイクルの簡素化を図ることできる。
【００３９】
さらに、本太陽熱蓄熱放熱システム３においては、太陽熱により生成した過熱蒸気と低温の溶融塩とを蓄熱加熱器５２を用いて熱交換させることで、溶融塩に太陽熱を蓄熱させるので、過熱蒸気から飽和温度よりも低温の水に至る過程の状態に応じて３つの熱交換器を用いて蓄熱媒体に太陽熱を蓄熱させる太陽熱蓄熱放熱システムよりも構成の簡素化を図ることができる。
【００４０】
加えて、本太陽熱蓄熱放熱システム３においては、蓄熱前の蓄熱媒体を低温タンク５１に収容すると共に蓄熱した蓄熱媒体を高温タンク５０に収容するので、過熱蒸気から飽和温度よりも低温の水に至る過程の状態に応じて、少なくとも３つ、実質的には６つのタンクを用いて蓄熱媒体を収容する太陽熱蓄熱放熱システムよりも構成の簡素化を図ることができる。
【００４１】
また、本太陽熱蓄熱放熱システム３においては、溶融塩の固化温度付近の飽和蒸気や溶融塩の固化温度以下の高温水との熱交換による蓄熱媒体の蓄熱を行わず、溶融塩の固化温度以上の過熱蒸気との熱交換による蓄熱媒体の蓄熱のみ行うので、蓄熱媒体として溶融塩のみを用いることができる。
【００４２】
さらに、本実施の形態においては、溶融塩による蓄熱が困難である飽和蒸気の熱エネルギによって副発電システム４の飽和蒸気タービン７０を駆動して発電するので、太陽熱を有効利用することができる。
【００４３】
次に、夜間や日中の日射量がない場合（例えば、雨天）における太陽熱蓄熱放熱システム３の溶融塩（蓄熱媒体）の放熱による発電方法を説明する。
概略すると、夜間や日中の日射量がない場合には、太陽熱集熱システム１で蒸気を生成することができない。そこで、太陽熱蓄熱放熱システム３の太陽熱を蓄熱した高温の溶融塩（蓄熱媒体）と副発電システム４の給水（熱媒体）とを熱交換させ、溶融塩の放熱により給水から飽和蒸気（熱媒体）を生成する。この飽和蒸気により副発電システム４の飽和蒸気タービン７０を駆動させることで発電する。飽和蒸気タービン７０の駆動により生じた給水は、太陽熱蓄熱放熱システム３の溶融塩と再び熱交換される。このように、副発電システム４の熱媒体と太陽熱蓄熱放熱システム３の蓄熱媒体との熱交換により生成した飽和蒸気を用いて発電する。
【００４４】
具体的には、図１及び図２において、太陽熱集熱システム１の給水止め弁１５及び主蒸気止め弁１６を閉止する。これにより、太陽熱集熱システム１を停止状態にする。また、副発電システム４の蓄熱加熱器蒸気止め弁７５を閉止し、飽和蒸気止め弁８６を開放し、さらに、給水三方切換弁８８を副発電システム４の予熱器給水配管８０側に切り換える。これにより、副発電システム４の熱媒体のサイクルを循環系統に切り換えると共に蓄熱加熱器５２での熱交換を停止状態にする。加えて、副発電システム４のバイパス減圧弁９７を閉止する。これにより、副発電システム４のバイパス系統を停止状態にする。また、太陽熱蓄熱放熱システム３の高温タンク出口弁６５及び低温タンク入口弁６７を開放すると共に、高温タンク入口弁６４及び低温タンク出口弁６２を閉止する。これにより、太陽熱蓄熱放熱システム３の蓄熱媒体の流れを放熱用に切り換える。
【００４５】
図２に示す副発電システム４の給水（熱媒体）は、第２の給水ポンプ８４で昇圧されて予熱器給水配管８０を介して予熱器５３に供給される。予熱器５３への給水量は、予熱器給水調整弁８５で調整する。予熱器５３に供給された給水は、蒸発器５４から予熱器５３に供給された太陽熱蓄熱放熱システム３の溶融塩（蓄熱媒体）との熱交換により加温される。予熱器５３で加温された給水は、蒸発器給水配管８１を介して下流側の蒸発器５４に供給され、そこで、高温タンク５０から蒸発器５４に導入された太陽熱を蓄熱した高温の溶融塩との熱交換により飽和蒸気になる。蒸発器５４で生成された飽和蒸気は、蒸発器出口配管８２及び飽和蒸気配管７３を介して飽和蒸気タービン７０に導入され、飽和蒸気タービン７０を回転駆動する。飽和蒸気タービン７０の回転駆動により、副発電機７１が駆動されて発電する。
【００４６】
飽和蒸気タービン７０から排出された蒸気（熱媒体）は、第２の空冷式復水器７８に流入し、空気冷却されて復水（熱媒体）に戻る。第２の空冷式復水器７８で生じた復水は、給水三方切換弁８８を副発電システム４の予熱器給水配管８０側に切り換えているので、第２の復水ポンプ８３により第２の復水配管７９を介して予熱器給水配管８０に流入する。この復水（給水）は、予熱器５３に再び供給され、副発電システム４の循環系統を流れる。
【００４７】
一方、太陽熱蓄熱放熱システム３の高温タンク５０に収容された、太陽熱を蓄熱した高温の溶融塩は、第２の溶融塩ポンプ６６により昇圧されて、蒸発器入口配管５８を介して蒸発器５４に供給される。蒸発器５４では、予熱器５３から流入した副発電システム４の給水と溶融塩との熱交換が行われ、溶融塩の放熱により給水から飽和蒸気が生成される。放熱して温度の低下した溶融塩は、予熱器入口配管５９を介して予熱器５３に供給される。予熱器５３では、給水と溶融塩との熱交換が行われ、溶融塩の放熱により給水が予熱される。予熱器５３で放熱して更に温度の低下した溶融塩は、低温タンク入口配管６０を介して低温タンク５１に収容される。
【００４８】
このように、本実施の形態においては、太陽熱蓄熱放熱システム３の太陽熱を蓄熱した溶融塩（蓄熱媒体）と副発電システム４の給水（熱媒体）とを予熱器５３及び蒸発器５４で熱交換させ、溶融塩の放熱により生成した飽和蒸気を用いて発電している。このため、３つの熱交換器により蓄熱媒体を放熱させ、給水から過熱蒸気を生成して発電する太陽熱発電システムよりも構成の簡素化を図ることができる。
【００４９】
また、本実施の形態においては、溶融塩の放熱により生成する蒸気として、過熱蒸気ではなく飽和蒸気としているので、溶融塩の最終的な放熱温度（予熱器５３の出口での温度）を、過熱蒸気を生成する場合と比較して、高く設定することが可能となる。つまり、溶融塩の最終的な放熱温度を溶融塩の固化温度に対して確実に高く維持することができる。
【００５０】
ところで、図１に示す太陽熱集熱システム１の太陽熱蒸発器１０及び太陽熱過熱器１１としてのフレネル型やタワー型の太陽熱集熱器は、直達日射強度（以下、ＤＮＩという。）の大きさに応じて発生蒸気量が変動する。発生蒸気量が急変動すると、蒸気タービンの入口の蒸気温度の急上昇や急降下の虞がある。この場合、蒸気タービンの寿命に影響し、蒸気タービンの信頼性を損なう虞がある。そのため、ＤＮＩの大きさに応じて変動する発生蒸気量に応じて発電出力や蓄熱量を調整する必要性が生じる。ＤＮＩは、日中において、小さく変動する場合（例えば、図３の符号Ｘで示す領域）や急速な日射消失、例えば、大きな雲の塊の太陽熱集熱器上の通過により大幅に減少する場合（例えば、図３の符号Ｙで示す領域）等がある。図３は某地点における直達日射強度の実測値の一例を示す図であり、図３中、縦軸は直達日射強度Ｉを、横軸は時間Ｔを示している。
【００５１】
そこで、以下に、本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態における日中のＤＮＩが変動する場合の太陽熱発電方法を説明する。
まず、ＤＮＩの小幅な増減変動がある場合の発電方法を図１、図２、図４及び図５を用いて説明する。
【００５２】
図４は本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態におけるＤＮＩの小幅な増減変動に対する第１の蒸気流量調整弁及び第２の蒸気流量調整弁の弁開度の推移を示す特性図、図５は本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態におけるＤＮＩの小幅な増減変動に対する各種システムの発電出力の推移を示す特性図である。図４中、上図の縦軸Ｉは直達日射強度を、横軸Ｔは時間を示している。下図の縦軸Ｖｆは第１の蒸気流量調整弁２７及び第２の蒸気流量調整弁７４の弁開度を、横軸Ｔは時間を示している。また、下図の点線Ａは第１の蒸気流量調整弁２７の弁開度を、実線Ｂは第２の蒸気流量調整弁７４の弁開度を示している。図５中、上図の縦軸Ｉは直達日射強度を、横軸Ｔは時間を示している。下図の縦軸Ｐは各種システムの発電出力を、横軸Ｔは時間を示している。また、下図の実線Ｊは太陽熱発電システム全体の発電出力を、点線Ｋは主発電システム２の発電出力を、破線Ｌは副発電システム４の発電出力を示している。なお、図４及び図５において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
ＤＮＩが略一定の安定した状態から小幅に増減変動した場合（例えば、図４及び図５の上図の１２時から１６時付近）、図４の下図に示すように、第１の蒸気流量調整弁２７及び第２の蒸気流量調整弁７４の弁開度を相互間に調整することで、図５の下図に示すように、太陽熱発電システムの発電出力を略一定に保持する運転が可能である。
【００５４】
具体的には、図４の上図に示すように、ＤＮＩが略一定の安定した状態から小幅に増加した場合、図１に示す第１の蒸気流量調整弁２７の弁開度をＤＮＩの小幅な増加に応じて小さくすることで、太陽熱集熱システム１から主発電システム２の蒸気タービン２１、２２、２３に導入される蒸気量が減少し、蒸気タービン２１、２２、２３による発電出力が減少する。一方、第２の蒸気流量調整弁７４の弁開度をＤＮＩの小幅な増加に応じて大きくすることで、太陽熱集熱システム１から図２に示す太陽熱蓄熱放熱システム３の蓄熱加熱器５２に供給される蒸気量が増加し、ＤＮＩの増加による太陽熱の増加分を溶融塩で更に蓄熱する。この場合、蓄熱加熱器５２に供給される過熱蒸気量の増加により、蓄熱加熱器５２で生成される飽和蒸気量も増加する。このため、副発電システム４の飽和蒸気タービン７０に導入される飽和蒸気量も増加し、飽和蒸気タービン７０による発電出力が増加する。飽和蒸気タービン７０による発電出力の増加量と蒸気タービン２１、２２、２３による発電出力の減少量とを略一致するように調整することで、太陽熱発電システム全体（蒸気タービン２１、２２、２３による発電出力と飽和蒸気タービン７０による発電出力の合計）の発電出力を略一定に保持することができる。
【００５５】
逆に、図４の上図に示すように、ＤＮＩが小幅な増加から小幅な減少に転じた場合、図１に示す第１の蒸気流量調整弁２７の弁開度をＤＮＩの小幅な減少に応じて大きくすることで、蒸気タービン２１、２２、２３に導入する蒸気量が増加し、蒸気タービン２１、２２、２３による発電出力が増加する。一方、第２の蒸気流量調整弁７４の弁開度をＤＮＩの小幅な減少に応じて小さくすることで、図２に示す蓄熱加熱器５２に供給される蒸気量が減少し、ＤＮＩの減少による太陽熱の減少分、溶融塩による蓄熱量を減少させる。この場合、蓄熱加熱器５２に供給される過熱蒸気量の減少により、蓄熱加熱器５２で生成される飽和蒸気量も減少する。このため、飽和蒸気タービン７０に導入される飽和蒸気量も減少し、飽和蒸気タービン７０による発電出力が減少する。飽和蒸気タービン７０による発電出力の減少量と蒸気タービン２１、２２、２３による発電出力の増加量とを略一致するように調整することで、太陽熱発電システム全体の発電出力を略一定に保持することができる。
【００５６】
このように、本実施の形態においては、ＤＮＩの小幅な増減に応じて、第１の蒸気流量調整弁２７及び第２の蒸気流量調整弁７４の弁開度を相互間で調整することにより、太陽熱蓄熱放熱システム３の溶融塩の蓄熱量を増減させることができるので、太陽熱発電システム全体の発電出力を略一定に保持することができる。
【００５７】
なお、図４に示す例では、主発電システム２の起動時や停止時、または、ＤＮＩが略一定の場合、第１の蒸気流量調整弁２７と第２の蒸気流量調整弁７４の弁開度を略同じに調整している。つまり、太陽熱集熱システム１から蒸気タービン２１、２２、２３及び蓄熱加熱器５２に流入する過熱蒸気の流量比率を１対１にしている。
【００５８】
次に、ＤＮＩの短時間の急上昇変動がある場合の発電方法を図１、図２、及び図６を用いて説明する。
図６は本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態におけるＤＮＩの短時間の急上昇変動に対するバイパス減圧弁の弁開度の推移を示す特性図である。図６中、上図の縦軸Ｉは直達日射強度を、横軸Ｔは時間を示している。下図の縦軸Ｖｂはバイパス減圧弁９７の弁開度を、横軸Ｔは時間を示している。なお、図６において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
図６の上図に示すように、ＤＮＩが短時間、例えば、数分から十数分の間に急上昇した場合、上述したＤＮＩの小幅な増加の場合の発電方法のように、第１の蒸気流量調整弁２７及び第２の蒸気流量調整弁７４の弁開度の調整により発電出力を調整しようとしても、蒸気タービン２１、２２、２３及び蓄熱加熱器５２への過熱蒸気の流量比率の変更がＤＮＩの急上昇に対して追いつかず、太陽熱発電システムの発電出力を略一定に保持できない虞がある。そこで、副発電システム４のバイパス系統を起動させて、飽和蒸気タービン７０に対して飽和蒸気をバイパスさせる。これにより、飽和蒸気タービン７０の発電出力が減少し、太陽熱発電システムの発電出力を略一定に保持する。
【００６０】
具体的には、図２に示すバイパス減圧弁９７の弁開度をＤＮＩの急上昇の度合いに応じて開放する（図６参照）。これにより、蓄熱加熱器５２から飽和蒸気配管７３を流れていた飽和蒸気の一部は、バイパス減圧弁９７で減圧されてバイパス配管９１を介して飽和蒸気減温器９２に流入する。飽和蒸気減温器９２に流入した飽和蒸気は、減温水により減温され、減温器出口配管９３を介して第２の空冷式復水器７８に流入して冷却されて復水となる。飽和蒸気減温器９２の減温水は、図１に示す主発電システム２の第１の給水ポンプ３９の出口の給水が給水分岐配管９５で取り出され、減温水配管９４を介してバイパス減温弁９８により供給されたものである。
【００６１】
このように、本実施の形態においては、バイパス減圧弁９７を一部開放すると、蓄熱加熱器５２からの飽和蒸気の一部が、即座に、バイパス配管９１及び減温器出口配管９３を介して第２の空冷式復水器７８に流れて、飽和蒸気タービン７０を迂回するので、ＤＮＩの短時間の急上昇変動の場合であっても、飽和蒸気タービン７０の発電出力を減少させることで、太陽熱発電システムの発電出力を略一定に保持することができる。
【００６２】
次に、ＤＮＩの大幅な減少がある場合の発電方法を図１、図２、図７及び図８を用いて説明する。
図７は本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態におけるＤＮＩの大幅な低下に対する蓄熱加熱器蒸気止め弁及び飽和蒸気止め弁の弁開度の推移を示す特性図、図８は本発明の太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法の一実施の形態におけるＤＮＩの大幅な低下に対する各種システムの発電出力の推移を示す特性図である。図７中、上図の縦軸Ｉは直達日射強度を、横軸Ｔは時間を示している。下図の縦軸Ｖｓは蓄熱加熱器蒸気止め弁７５及び飽和蒸気止め弁８６の弁開度を、横軸Ｔは時間を示している。また、下図の実線Ｃは蓄熱加熱器蒸気止め弁７５の弁開度を、点線Ｄは飽和蒸気止め弁８６の弁開度を示している。図８中、上図の縦軸Ｉは直達日射強度を、横軸Ｔは時間を示している。下図の縦軸Ｐは各種システムの発電出力を、横軸Ｔは時間を示している。また、下図の実線Ｊは太陽熱発電システム全体の発電出力を、点線Ｋは主発電システム２の発電出力を、破線Ｌは副発電システム４の発電出力を示している。なお、図７及び図８において、図１乃至図６に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
ＤＮＩが数時間のうちに大幅に減少する場合、太陽熱集熱システム１による太陽熱の集熱の困難が予想される。つまり、太陽熱集熱システム１で生成される過熱蒸気量が大幅に減少し、その結果、主発電システム２の蒸気タービン２１、２２、２３や副発電システム４の飽和蒸気タービン７０による発電を維持できない虞がある。そこで、夜間と同様に、副発電システム４の熱媒体（給水）と太陽熱蓄熱放熱システム３の蓄熱媒体（溶融塩）との熱交換により生成した飽和蒸気で飽和蒸気タービン７０を駆動して発電することで、太陽熱発電システムとしての発電出力を一定量確保し、発電出力の大幅な低下を防止する。
【００６４】
ＤＮＩの減少前の定常状態においては（例えば、図７及び図８の上図の８時から１２時）、上述したように、図１に示す太陽熱集熱システム１で生成された過熱蒸気の一部を用いて主発電システム２の発電を行う一方、残りの過熱蒸気を用いて図２に示す太陽熱蓄熱放熱システム３の溶融塩の蓄熱及び副発電システム４の発電を行っている。このとき、図７の下図に示すように、副発電システム４の蓄熱加熱器蒸気止め弁７５は、溶融塩の蓄熱のために、開放されている。一方、副発電システム４の飽和蒸気止め弁８６は、溶融塩の放熱による副発電システム４の発電を停止状態とするために、閉止されている。
【００６５】
このような状態からＤＮＩの大幅な減少が生じた場合（例えば、図７及び図８の上図の１２時から１４時）、図１に示す太陽熱集熱システム１で生成される過熱蒸気量が大幅に低下するので、主発電システム２の蒸気タービン２１、２２、２３による発電を停止させると共に、図２に示す太陽熱蓄熱放熱システム３での溶融塩の蓄熱及び副発電システム４の発電も停止させる。蓄熱加熱器５２での熱交換を停止させるために、図７の下図に示すように、蓄熱加熱器蒸気止め弁７５を徐々に閉止する。
【００６６】
一方、太陽熱発電システム全体の発電出力を一定量確保するために、溶融塩の放熱による副発電システム４の発電を行う。具体的には、図７の下図に示すように、副発電システム４の飽和蒸気止め弁８６を開放する。溶融塩の放熱時における太陽熱蓄熱放熱システム３の溶融塩（蓄熱媒体）の流れや副発電システム４の給水（熱媒体）の流れは、夜間の溶融塩の放熱による副発電システム４の発電の場合と同様である。ＤＮＩが大幅に減少した場合であっても、図８の下図に示すように、溶融塩の放熱により生成した飽和蒸気により飽和蒸気タービン７０を駆動して発電することにより、太陽熱発電システム全体の発電出力を一定量、例えば、ＤＮＩの減少前の飽和蒸気タービン７０の発電出力分を確保することができ、発電出力の大幅な低下を防止することができる。
【００６７】
なお、ＤＮＩが大幅な減少から回復して元の状態に戻った場合でも（例えば、図７及び図８の上図の１４時から１６時）、溶融塩の放熱による副発電システム４の発電を維持する。これは、ＤＮＩの大幅な変動に応じて、主発電システム２の蒸気タービン２１、２２、２３の起動停止を何度も実施すると、蒸気タービン２１、２２、２３の信頼性の低下の要因となるためである。その後の夜間でも、溶融塩の放熱による副発電システム４の発電を継続するが、副発電システム４の発電出力を夜間の要求発電出力に応じて減少させる。
【００６８】
このように、本実施の形態においては、ＤＮＩが大幅に減少した場合、夜間と同様に、太陽熱を蓄熱した溶融塩の放熱により生成した飽和蒸気で飽和蒸気タービン７０を駆動させることができるので、太陽熱発電システム全体の発電出力を一定量確保することができ、発電出力の大幅な低下を防止することができる。
【００６９】
上述したように、本実施の形態によれば、太陽熱により生成した過熱蒸気の一部で蒸気タービン２１、２２、２３を駆動して発電し、加えて、残りの過熱蒸気と低温タンク５１からの溶融塩（蓄熱媒体）とを蓄熱加熱器５２で熱交換させることで過熱蒸気の顕熱を溶融塩（蓄熱媒体）に蓄熱させると共に過熱蒸気から飽和蒸気を生成し、蓄熱した溶融塩（蓄熱媒体）を高温タンク５０に収容すると共に飽和蒸気で飽和蒸気タービン７０を駆動して発電するので、集熱した太陽熱の有効利用を図りつつ、太陽熱蓄熱放熱システム３を簡素化して建設コストを低減することができる。
【００７０】
また、本実施の形態によれば、夜間等の太陽熱を集熱できない場合には、太陽熱を蓄熱した太陽熱蓄熱放熱システム３の溶融塩と副発電システム４の給水とを予熱器５３及び蒸発器５４で熱交換させ、溶融塩の放熱により給水から生成した飽和蒸気で飽和蒸気タービン７０を駆動して発電するので、集熱した太陽熱の有効利用を図りつつ、太陽熱蓄熱放熱システム３を簡素化して建設コストを低減することができる。
【００７１】
［その他の実施形態］
なお、上述した一実施の形態においては、太陽熱蒸発器１０としてフレネル型の太陽熱集熱器を、太陽熱過熱器１１としてタワー型の太陽熱集熱器を採用した例を示したが、太陽熱集熱システム１の太陽熱蒸発器及び太陽熱過熱器として、トラフ型、フレネル型、タワー型のどの形式の集熱器も採用可能である。
【００７２】
また、上述した一実施の形態においては、太陽熱の蓄熱又は放熱のための蓄熱媒体として、硝酸塩系の溶融塩を用いた例を示したが、蓄熱媒体として、硝酸塩系の溶融塩よりも融点の低い合成油を用いることも可能である。
【００７３】
なお、上述した一実施の形態においては、主発電システム２の蒸気タービン２１、２２、２３及び副発電システム４の飽和蒸気タービン７０の復水器として、空冷式の復水器を用いた例を示したが、水冷式の復水器を用いることも可能である。
【００７４】
なお、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７５】
１  太陽熱集熱システム
２  主発電システム
３  太陽熱蓄熱放熱システム
４  副発電システム
１０  太陽熱蒸発器
１１  太陽熱過熱器
２１  高圧蒸気タービン（蒸気タービン）
２２  中圧蒸気タービン（蒸気タービン）
２３  低圧蒸気タービン（蒸気タービン）
２４  主発電機
２７  第１の蒸気流量調整弁
５０  高温タンク
５１  低温タンク
５２  蓄熱加熱器
５３  予熱器
５４  蒸発器
７０  飽和蒸気タービン
７１  副発電機
７４  第２の蒸気流量調整弁
９１  バイパス配管（バイパス系統）
９２  飽和蒸気減温器（バイパス系統）
９３  減温器出口配管（バイパス系統）
９６  バイパス減圧弁（バイパス系統）
【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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