JP6407730B2 - Generation power smoothing system - Google Patents
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Description
本発明は、発電電力の平滑化システムに関する。 The present invention relates to a generated power smoothing system.
太陽光発電や太陽熱発電などの太陽エネルギーを利用した発電においては、当日の日照状況に影響されて、その発電出力が大きく変動する。例えば、夜間には発電できないし、雨天や曇天の日には発電出力が大きく減少する。また、数時間をかけて起こる比較的長周期の変動(以下、長周期変動と呼ぶことがある。)の一例である、夜明けから日暮れまでの日照状況や、晴れのち曇りといった日照状況の場合、発電出力が一日のうちで大きく変動する。さらに、数秒から、例えば20分の内に起こる比較的短周期の変動(以下、短周期変動と呼ぶことがある。)の一例である、太陽電池セルが雲の影に入ったり出たりするような場合にも、発電出力が短時間に著しく変動する。 In power generation using solar energy such as solar power generation and solar thermal power generation, the power generation output greatly fluctuates due to the influence of the day's sunshine. For example, power generation cannot be performed at night, and power generation output greatly decreases on rainy or cloudy days. In addition, in the case of sunshine conditions from dawn to sunset, which are examples of relatively long-period fluctuations (hereinafter sometimes referred to as long-period fluctuations) that occur over several hours, The power generation output fluctuates greatly during the day. Furthermore, solar cells that are examples of relatively short-cycle fluctuations (hereinafter sometimes referred to as short-cycle fluctuations) that occur within a period of, for example, 20 minutes from a few seconds so that the solar cells enter and leave the shadow of a cloud. Even in this case, the power generation output fluctuates significantly in a short time.
日本では、送電系統の末端に近い僻地や離島ほど送電系統(送電線)が弱い。末端に近い送電系統に上記のように変動する発電出力の流れる送電線を連結することは、送電系統が不安定となるため、電力事業者で認められない場合がある。 In Japan, the power transmission system (transmission line) is weaker in remote areas and remote islands near the end of the transmission system. Connecting the transmission line with the power generation output that fluctuates as described above to the transmission system close to the end may not be permitted by the power company because the transmission system becomes unstable.
特許文献1には、電力を安定供給する、太陽エネルギーを利用するシステムとして、太陽光レシーバーを有する太陽光発電装置と、太陽熱レシーバーを有する太陽熱発電装置とを備える発電設備が開示されている。 Patent Document 1 discloses a power generation facility including a solar power generation device having a solar receiver and a solar thermal power generation device having a solar heat receiver as a system that uses solar energy to stably supply electric power.
この設備では、太陽光の強い時間帯は、太陽光レシーバーに集光した太陽エネルギーで太陽光発電装置による発電を行うとともに、太陽熱レシーバーに集光した太陽エネルギーで熱媒体を加熱し、該熱媒体の熱を蓄熱装置に蓄熱する。太陽光の弱い時間帯は、蓄熱装置の熱により熱媒体を加熱して蒸気を生成し、この蒸気を用いて蒸気タービン発電機によって太陽熱発電装置による発電を行う。 In this facility, the solar power generation time is generated by the solar power generation apparatus using the solar energy concentrated on the solar receiver, and the heat medium is heated by the solar energy concentrated on the solar heat receiver. The heat is stored in the heat storage device. In the time zone when sunlight is weak, the heat medium is heated by the heat of the heat storage device to generate steam, and the steam is used to generate power by the solar power generator.
したがって、蓄熱装置は、太陽光の強い時間帯に蓄熱状態に切り換え、太陽光の弱い時間帯に、蓄熱した熱を利用する状態に切り換えなければならない。 Therefore, the heat storage device must be switched to a heat storage state during a time zone when sunlight is strong, and switched to a state where the stored heat is used during a time zone when sunlight is weak.
しかし、上記設備において、蓄熱装置を比較的短時間で切り換えて利用することは困難である。また、特許文献1では、太陽光エネルギーの天候の変化などに伴う、短周期変動に対する対策について特に言及されていない。 However, in the above equipment, it is difficult to switch and use the heat storage device in a relatively short time. Moreover, in patent document 1, the countermeasure with respect to short period fluctuation | variation accompanying the change of the weather of solar energy etc. is not mentioned in particular.
本発明は、太陽光または風力を利用した発電により短周期変動をする発電電力を平滑化することを課題とする。 An object of the present invention is to smooth the generated power that changes in a short period by power generation using sunlight or wind power.
前記課題を解決するための手段として、本発明の発電電力の平滑化システムは、太陽光または風力により第1の発電電力を発電する再生可能エネルギー利用発電装置と、蒸気を発生させる蒸気発生手段と、前記蒸気発生手段から蒸気供給流路を介して供給した前記蒸気により容積型回転機械を駆動して第2の発電電力を発電する蒸気発電機と、前記第1の発電電力と前記第2の発電電力とを統合可能な第1電力統合手段と、前記再生可能エネルギー利用発電装置の前記第1の発電電力を検出する電力トランスデューサと、前記電力トランスデューサにより検出された前記第1の発電電力と前記第2の発電電力との和が予め設定された設定発電電力となるように、前記第1の発電電力の大きさに基づいて前記第2の発電電力の大きさを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、予め設定された第1間隔で検出された前記電力トランスデューサからの複数の検出値により算出した第1平均値に基づいて、前記蒸気発電機の回転数を制御する第1制御部と、前記第1間隔よりも長い間隔に予め設定された第2間隔で検出された前記電力トランスデューサからの複数の検出値により算出した第2平均値に基づいて前記設定発電電力を再設定する第2制御部とを備えるようにした。
As means for solving the above-mentioned problems, the generated power smoothing system according to the present invention includes a renewable energy power generation apparatus that generates first generated power by sunlight or wind power, and steam generation means for generating steam. A steam generator that drives a positive displacement rotary machine with the steam supplied from the steam generation means via a steam supply flow path to generate second generated power; the first generated power and the second A first power integration means capable of integrating the generated power; a power transducer for detecting the first generated power of the renewable energy-use power generation apparatus; the first generated power detected by the power transducer; The magnitude of the second generated power is controlled based on the magnitude of the first generated power so that the sum with the second generated power becomes a preset set generated power. And a control device, said control device, based on the first average value calculated by the plurality of detection values from said power transducer which is detected by the first interval set in advance, the rotational speed of the steam generator The set power generation based on a first control unit to be controlled and a second average value calculated from a plurality of detected values from the power transducer detected at a second interval preset in a longer interval than the first interval A second control unit for resetting the power .
この構成によれば、太陽光または風力により発電した第1の発電電力の大きさに基づいて、予め設定された設定発電電力となるように、蒸気発電機により発電する第2の発電電力の大きさを制御できるので、安定的に設定発電電力を発電できる。したがって、太陽光または風力を利用した発電により短周期変動をする発電電力を平滑化することができる。また、予め設定された比較的短い時間が経過する毎に、第1平均値に基づいて、蒸気発電機の回転数を制御することができる。これにより、再生可能エネルギー利用発電装置における実際の発電状態に合わせて、短期的に安定して設定発電電力を発電できる。また、予め設定された比較的長い時間が経過する毎に、第2平均値に基づいて、設定発電電力を再設定することができる。これにより、再生可能エネルギー利用発電装置における実際の発電状態に合わせて、長期的に安定して設定発電電力を発電できる。
According to this configuration, the magnitude of the second generated power generated by the steam generator so as to be a preset set generated power based on the magnitude of the first generated power generated by sunlight or wind power. Therefore, the set generated power can be generated stably. Therefore, it is possible to smooth the generated power that changes in a short period by power generation using sunlight or wind power. In addition, the rotation speed of the steam generator can be controlled based on the first average value every time a relatively short time set in advance elapses. As a result, the set power generation can be generated stably in the short term in accordance with the actual power generation state in the power generator using renewable energy. Moreover, every time a relatively long time set in advance elapses, the set generated power can be reset based on the second average value. As a result, the set power generation can be generated stably over a long period of time in accordance with the actual power generation state in the power generator using renewable energy.
前記課題を解決するための手段として、本発明の発電電力の平滑化システムは、太陽光または風力により第1の発電電力を発電する再生可能エネルギー利用発電装置と、蒸気を発生させる蒸気発生手段と、前記蒸気発生手段から蒸気供給流路を介して供給した前記蒸気により容積型回転機械を駆動して第2の発電電力を発電する蒸気発電機と、前記第1の発電電力と前記第2の発電電力とを統合可能な第1電力統合手段と、前記再生可能エネルギー利用発電装置の前記第1の発電電力を検出する電力トランスデューサと、前記電力トランスデューサにより検出された前記第1の発電電力と前記第2の発電電力との和が予め設定された設定発電電力となるように、前記第1の発電電力の大きさに基づいて前記第2の発電電力の大きさを制御する制御装置と、前記蒸気発電機よりも下流の前記蒸気供給流路の蒸気である第1熱媒体を流通させる1次側流路と、作動媒体を流通させる2次側流路とが熱交換可能に構成された蒸発器を有するバイナリー発電装置を備え、前記第1電力統合手段により統合された電力と前記バイナリー発電装置により発電した第3の発電電力とを統合可能な第2電力統合手段を有するようにした。As means for solving the above-mentioned problems, the generated power smoothing system according to the present invention includes a renewable energy power generation apparatus that generates first generated power by sunlight or wind power, and steam generation means for generating steam. A steam generator that drives a positive displacement rotary machine with the steam supplied from the steam generation means via a steam supply flow path to generate second generated power; the first generated power and the second A first power integration means capable of integrating the generated power; a power transducer for detecting the first generated power of the renewable energy-use power generation apparatus; the first generated power detected by the power transducer; The magnitude of the second generated power is controlled based on the magnitude of the first generated power so that the sum with the second generated power becomes a preset set generated power. Heat exchange is possible between the control device and the primary side flow path through which the first heat medium, which is the steam in the steam supply flow path downstream from the steam generator, and the secondary side flow path through which the working medium flows. And a second power integration unit capable of integrating the power integrated by the first power integration unit and the third power generated by the binary power generation unit. I did it.
第1熱媒体を流通させる1次側流路と、作動媒体を流通させる2次側流路とが熱交換可能に構成された蒸発器を有するバイナリー発電装置を備え、前記1次側流路の第1熱媒体は前記蒸気発電機よりも下流の前記蒸気供給流路の蒸気であることが好ましい。この構成によれば、蒸気発電機で未利用の蒸気エネルギーをバイナリー発電装置で回収することができ、エネルギー効率を向上させることができる。 A binary power generation device having an evaporator in which a primary flow path through which the first heat medium flows and a secondary flow path through which the working medium flows are configured to be capable of exchanging heat; It is preferable that the first heat medium is steam in the steam supply channel downstream of the steam generator. According to this configuration, it is possible to recover the steam energy that is not used by the steam generator with the binary power generator, and to improve the energy efficiency.
一端が前記蒸気発生手段と前記蒸気発電機との間の前記蒸気供給流路に接続され、他端が前記蒸気発電機と前記バイナリー発電装置との間の前記蒸気供給流路に接続されたバイパス流路を備えることが好ましい。この構成によれば、蒸気発生手段からの蒸気のうち、蒸気発電機で利用する蒸気を除く余剰蒸気をバイパス流路に流通させることにより、余剰蒸気のエネルギーをバイナリー発電装置で直接回収することができ、エネルギー効率を向上させることができる。 A bypass having one end connected to the steam supply channel between the steam generating means and the steam generator and the other end connected to the steam supply channel between the steam generator and the binary power generator It is preferable to provide a flow path. According to this configuration, surplus steam energy can be directly recovered by the binary power generation device by circulating the surplus steam excluding the steam used in the steam generator among the steam from the steam generating means through the bypass passage. And energy efficiency can be improved.
前記蒸気供給流路および前記バイパス流路の少なくとも一方に前記蒸気発生手段からの蒸気を流通させるように切り換え可能な開閉弁を備えることが好ましい。この構成によれば、開閉弁の開度を制御して、効果的に発電を行うことができる。 Preferably, at least one of the steam supply channel and the bypass channel is provided with an on-off valve that can be switched so that the steam from the steam generating means is circulated. According to this configuration, it is possible to effectively generate power by controlling the opening of the on-off valve.
前記第1電力統合手段により統合された電力と前記バイナリー発電装置により発電した第3の発電電力とを統合可能な第2電力統合手段を有することが好ましい。この構成によれば、平滑化しつつ総発電電力量を増加することができる。 It is preferable to have a second power integration unit capable of integrating the power integrated by the first power integration unit and the third generated power generated by the binary power generator. According to this configuration, the total amount of generated power can be increased while smoothing.
前記1次側流路は、前記蒸気供給流路、及び還流流路を有し、前記還流流路は、一端が前記バイナリー発電装置の蒸発器を介して前記蒸気供給流路と接続されるとともに、他端が前記蒸気発生手段と接続され、前記還流流路は、前記バイナリー発電装置の蒸発器で凝縮した前記第1熱媒体を前記蒸気発生手段へ還流させるポンプを備えることが好ましい。この構成によれば、バイナリー発電装置の蒸発器で凝縮した第1熱媒体をポンプにより蒸気発生手段へ還流させることにより、第1熱媒体が有する熱エネルギーを蒸気発生手段で利用することができる。 The primary channel has the steam supply channel and a reflux channel, and one end of the reflux channel is connected to the steam supply channel via an evaporator of the binary power generation device. The other end is connected to the steam generating means, and the reflux flow path preferably includes a pump for refluxing the first heat medium condensed by the evaporator of the binary power generation apparatus to the steam generating means. According to this configuration, the first heat medium condensed by the evaporator of the binary power generator is recirculated to the steam generation means by the pump, so that the heat energy of the first heat medium can be used by the steam generation means.
前記ポンプよりも上流の前記還流流路に設けられた、当該還流流路の前記第1熱媒体と第2熱媒体とを熱交換させる熱交換器を備えることが好ましい。この構成によれば、蒸気発生手段に環流される第1熱媒体が有する熱エネルギーの一部を熱交換器を介して第2熱媒体に伝達することができ、比較的低コストで第2熱媒体を加熱することができる。 It is preferable to include a heat exchanger provided in the return flow path upstream of the pump to exchange heat between the first heat medium and the second heat medium in the return flow path. According to this configuration, part of the heat energy of the first heat medium that is circulated to the steam generating means can be transmitted to the second heat medium via the heat exchanger, and the second heat medium can be obtained at a relatively low cost. The medium can be heated.
前記蒸気発生手段は、バイオマス燃料、地熱、または太陽熱の少なくとも1つを用いて前記蒸気を発生させることが好ましい。この構成によれば、未利用のエネルギーを活用して蒸気を発生させることができる。 The steam generating means preferably generates the steam using at least one of biomass fuel, geothermal heat, or solar heat. According to this configuration, steam can be generated using unused energy.
前記蒸気発生手段は木質バイオマス燃料を利用するバイオマスボイラーであることが好ましい。この構成によれば、危険物でない木質バイオマス燃料を蒸気発生手段の燃料とすることができ、燃料の管理を容易に行うことができる。 The steam generating means is preferably a biomass boiler that uses woody biomass fuel. According to this structure, the woody biomass fuel which is not a dangerous substance can be used as a fuel of a steam generation means, and fuel management can be easily performed.
本発明によれば、太陽光または風力により発電した第1の発電電力の大きさに基づいて、予め設定された設定発電電力となるように、蒸気発電機により発電する第2の発電電力の大きさを制御できるので、安定的に設定発電電力を発電できる。したがって、太陽光または風力を利用した発電により短周期変動をする発電電力を平滑化することができる。 According to the present invention, the magnitude of the second generated power generated by the steam generator so as to be a preset set generated power based on the magnitude of the first generated power generated by sunlight or wind power. Therefore, the set generated power can be generated stably. Therefore, it is possible to smooth the generated power that changes in a short period by power generation using sunlight or wind power.
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明にかかる発電電力の平滑化システムの概略図を示す。発電電力の平滑化システム10は、蒸気発生手段11、蒸気発電機12、蒸気バイナリー発電装置13A,13B、再生可能エネルギー利用発電装置14、及び制御装置15を備えている。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a generated power smoothing system according to the present invention. The generated
本実施形態の蒸気発生手段は木質バイオマスボイラー11である。木質バイオマスボイラー11は、木質バイオマス燃料を利用して、単位時間当たり一定量の蒸気を発生させる。
The steam generating means of this embodiment is a
蒸気発電機12は、木質バイオマスボイラー11の下流の蒸気供給流路16に配置される。蒸気発電機12は、容積型回転機械17、及び発電機本体18を有する。本実施形態の容積型回転機械はスクリュタービンである。スクリュタービン17は、蒸気供給流路16を介して供給された木質バイオマスボイラー11からの蒸気(第1熱媒体)により駆動される。発電機本体18は、スクリュタービン17の回転軸19に連結され、スクリュタービン17の駆動力により電力(第2の発電電力)を発電する。発電機本体18には、第2の発電電力を送電する送電線20が設けられており、送電線20は、後述する第1電力統合盤(第1電力統合手段)50と電気的に接続されている。
The
蒸気供給流路16は、木質バイオマスボイラー11からの蒸気を供給する流路である。蒸気供給流路16は、蒸気発電機12の上流側と下流側に、上流側蒸気供給流路16A、及び下流側蒸気供給流路16Bを有する。上流側蒸気供給流路16Aは、一端が木質バイオマスボイラー11に接続され、他端が蒸気発電機12の蒸気入口17aに接続されている。下流側蒸気供給流路16Bの上流側の端部は、蒸気発電機12の蒸気出口17bと接続されている。下流側蒸気供給流路16Bは下流側に2つの分岐流路(第1分岐流路)21A,21Bを有し、第1分岐流路21A,21Bの下流側の端部は、それぞれ、図2に示す蒸気バイナリー発電装置13A,13Bの蒸発器22A,22Bの蒸気入口23A,23Bに接続されている。
The
発電電力の平滑化システム10には、蒸気発電機12に対して並列に配置された2つの蒸気バイナリー発電装置13A,13Bが設けられている。図2に示すように、各蒸気バイナリー発電装置13A,13Bは、発電部24A,24B、凝縮器25A,25B、作動媒体ポンプ26A,26B、及び蒸発器22A,22Bを備えている。蒸気バイナリー発電装置13A,13Bの各構成要素は作動媒体が循環する密閉管路27A,27Bに順に介設されている。密閉管路27A,27Bは蒸発器22A,22Bの2次側流路である。作動媒体は、例えば、HFC245fa(代替フロン)のような有機媒体である。
The generated
発電部24A,24Bは、スクリュタービン28A,28Bとスクリュタービン28A,28Bの回転軸29A,29Bに連結された発電機本体30A,30Bとを有する。発電機本体30A,30Bに、発電電力を送電する送電線35A,35Bが設けられている。発電部24A,24Bにおいて、密閉管路27A,27Bは、スクリュタービン28A,28Bの蒸気入口31A,31B、及び蒸気出口32A,32Bに接続されている。発電機本体30A,30Bは、スクリュタービン28A,28Bの内部に作動媒体の蒸気を通過させてスクリュタービン28A,28Bを駆動することにより第3の発電電力を発電する。
The
凝縮器25A,25Bに、密閉管路27A,27Bの作動媒体と熱交換して加熱される熱媒体(第3熱媒体)を流通させる熱媒体流通路33A,33Bが設けられている。本実施形態では、第3熱媒体はクーリングタワーを介してまたは介さずに熱媒体流通路33A,33Bに供給される水である。
The
作動媒体ポンプ26A,26Bは、凝縮器25A,25Bにおいて凝縮した作動媒体を、断熱状態で膨張気化させて低圧・低温に状態変化させる機能を有する。
The working
蒸発器22A,22Bに、蒸気(第1熱媒体)を流通させる下流側蒸気供給流路16Bの第1分岐流路21A,21Bが接続される蒸気入口23A,23Bが設けられている。また、蒸発器22A,22Bに、後述する第3分岐流路37A,37Bが接続される蒸気出口34A,34Bが設けられている。蒸発器22A,22Bは、密閉管路27A,27Bの作動媒体と下流側蒸気供給流路16Bの蒸気である第1熱媒体とが熱交換可能に構成されている。
The
蒸気バイナリー発電装置13A,13Bの下流に還流流路36が設けられている。還流流路36は、上流側に2つの分岐流路(第3分岐流路)37A,37Bを有し、第3分岐流路37A,37Bの上流側の端部は、それぞれ、蒸発器22A,22Bの蒸気出口34A,34Bに接続されている。還流流路36の下流側の端部は、木質バイオマスボイラー11と接続されている。還流流路36、及び蒸気供給流路16は、第1熱媒体を流通させる流路であり、蒸発器22A,22Bの1次側流路である。
A
第3分岐流路37A,37Bの合流部分36aより下流の還流流路36にポンプ38が設けられている。ポンプ38は、蒸気バイナリー発電装置13A,13Bの蒸発器22A,22Bで凝縮した温水である第1熱媒体を木質バイオマスボイラー11へ還流させる。
A
第3分岐流路37A,37Bの合流部分36aより下流、かつポンプ38よりも上流の還流流路36に熱交換器39が設けられている。熱交換器39に、第1熱媒体と熱交換して加熱される熱媒体(第2熱媒体)を流通させる加熱流路40が設けられている。本実施形態では、第2熱媒体は温浴施設から供給される冷泉水である。
A
本実施形態の再生可能エネルギー利用発電装置14は太陽光発電装置である。太陽光発電装置14は、太陽光発電部41、及び電力トランスデューサ42を備えている。
The renewable energy utilization
太陽光発電部41は、太陽光パネルであり、太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換して電力(第1の発電電力)を出力する。太陽光発電部41には、第1の発電電力を送電する送電線43が設けられており、送電線43は、第1電力統合盤50と電気的に接続されている。
The solar
電力トランスデューサ42は、太陽光発電部41における発電電力を検出し、検出値を制御装置15に送信する。
The
制御装置15は、電力トランスデューサ42からの第1の発電電力の検出値を受信可能に、電力トランスデューサ42と接続されている。制御装置15は、蒸気発電機12、及び蒸気バイナリー発電装置13A,13Bと電気的に接続されている。
The
制御装置15は、第1制御部15a、及び第2制御部15bを備えている。第1制御部15a、及び第2制御部15bは、それぞれ、CPU(図示せず)とメモリ(図示せず)とを備えている。
The
第1制御部15aのメモリ(図示せず)には、予め設定された第1間隔(20分以下の比較的短周期の間隔。例えば、20分間隔)で電力トランスデューサ42からの第1の発電電力の複数の検出値を記憶する第1プログラムが記憶されている。また、第1プログラムには、メモリ(図示せず)に予め設定した個数(本実施形態では5個)のデータが記憶されると、記憶されたデータに基づいて、CPU(図示せず)によって以下で説明する前進移動平均法による演算を実行させるプログラムがさらに含まれている。メモリ(図示せず)には、太陽光発電の発電電力ピーク値Lmax、及び発電電力ピーク値Lmaxと対応する予め設定された年間時間当たり平均発電量Laveについての複数のデータが記憶されている。
In the memory (not shown) of the
第2制御部15bのメモリ(図示せず)には、第1間隔よりも長い予め設定された第2間隔(比較的長周期の間隔。例えば、6時間間隔)で電力トランスデューサ42からの第1の発電電力の複数の検出値を記憶する第2プログラムが記憶されている。また、第2プログラムには、メモリ(図示せず)に予め設定した個数のデータ(本実施形態では5個)が記憶されると、記憶されたデータに基づいて、CPU(図示せず)によって以下で説明する前進移動平均法による演算を実行させるプログラムがさらに含まれている。メモリ(図示せず)には、太陽光発電の発電電力ピーク値Lmax、及び発電電力ピーク値Lmaxと対応する予め設定された年間時間当たり平均発電量Laveについての複数のデータが記憶されている。
The memory (not shown) of the
前進移動平均法とは、例えば予め設定したデータの個数が5個である場合、電力トランスデューサ42で検出された検出値の過去4回の値(計算値)A1〜A4と、今回の検出値B5とを数(1)に代入して計算値A5を得て、この計算値A5を検出値B5の代わりに採用する方法である。
In the forward moving average method, for example, when the number of preset data is 5, the past four values (calculated values) A1 to A4 of the detection values detected by the
[数1]
A5=(A1+A2+A3+A4+B5)/5 ・・・(1)
[Equation 1]
A5 = (A1 + A2 + A3 + A4 + B5) / 5 (1)
同様に、A6は、次数(2)で算出される。 Similarly, A6 is calculated by the order (2).
[数2]
A6=(A2+A3+A4+A5+B6)/5 ・・・(2)
[Equation 2]
A6 = (A2 + A3 + A4 + A5 + B6) / 5 (2)
第1プログラムには、それぞれ、検出値BXの代わりに採用された計算値AXを第1平均値としてメモリ(図示せず)に記憶させ、最も古い計算値を削除するプログラムが含まれている。 Each of the first programs includes a program for storing a calculated value AX employed in place of the detected value BX in a memory (not shown) as a first average value and deleting the oldest calculated value.
第1プログラムには、第1平均値である第1の発電電力と蒸気発電機12が発電する第2の発電電力との和が設定された設定発電電力となるように、蒸気発電機12の回転数を変更するプログラムが含まれている。
In the first program, the
第2プログラムには、それぞれ、検出値BXの代わりに採用された計算値AXを第2平均値としてメモリ(図示せず)に記憶させ、最も古い計算値を削除するプログラムが含まれている。また、第2プログラムには、それぞれ、計算値AXに一致する発電電力ピーク値Lmaxを読み出し、読み出した発電電力ピーク値Lmaxに対応する平均発電量Laveを設定発電電力に再設定するプログラムが含まれている。 Each of the second programs includes a program for storing a calculated value AX employed instead of the detected value BX in a memory (not shown) as a second average value and deleting the oldest calculated value. Each of the second programs includes a program for reading the generated power peak value Lmax that matches the calculated value AX and resetting the average power generation amount Lave corresponding to the read generated power peak value Lmax to the set generated power. ing.
第2プログラムには、設定発電電力が再設定されると、第1の発電電力としての第2平均値と蒸気発電機12が発電する第2の発電電力との和が再設定された設定発電電力となるように、蒸気発電機12の回転数を変更するプログラムが含まれている。
In the second program, when the set generated power is reset, the set power generation in which the sum of the second average value as the first generated power and the second generated power generated by the
制御装置15は、蒸気発電機12の運転状態を制御(回転数制御、あるいはロード制御、アンロード制御)する。すなわち、制御装置15は、第1の発電電力と第2の発電電力との和が系統53に出力する予め設定された設定発電電力となるように、第1の発電電力の大きさに基づいて第2の発電電力の大きさを制御する。したがって、第1の発電電力及び第2の発電電力は、互い逆比例の関係となっている。
The
発電電力の平滑化システム10にはバイパス流路46が設けられている。バイパス流路46は下流側に2つの分岐流路(第2分岐流路)47A,47Bを有している。バイパス流路46の上流側の端部は、木質バイオマスボイラー11と蒸気発電機12との間の上流側蒸気供給流路16Aに接続されている。第2分岐流路47A,47Bの端部は、第1分岐流路21A,21Bに接続されている。バイパス流路46には上流側圧力(一次圧)を予め設定した二次圧に減圧する蒸気用の減圧弁48が設けられている。
The generated
発電電力の平滑化システム10には、送電線43で送電された第1の発電電力と送電線20で送電された第2の発電電力とを統合可能な第1電力統合盤50が設けられている。統合された第1の発電電力と第2の発電電力との和は、系統53に出力する予め設定された設定発電電力である。第1電力統合盤50は、送電線56を介して後述する第2電力統合盤(第2電力統合手段)51と接続されている。
The generated
発電電力の平滑化システム10には、第1電力統合盤50で統合され送電線56で送電された電力と、蒸気バイナリー発電装置13A,13Bにより発電し、送電線35A,35Bで送電された第3の発電電力とを統合可能な第2電力統合盤51が設けられている。第2電力統合盤51には、統合された発電電力を送電する送電線52が設けられている。送電線52は系統53に連系されている。
In the generated
以上の構成からなる本発明の発電電力の平滑化システム10の動作について説明する。
The operation of the generated
日中、太陽光が太陽光発電部41に照射されると、太陽光発電部41において第1の発電電力が発電され送電線43に出力される。第1の発電電力は、電力トランスデューサ42により検出され、検出値は制御装置15に送信される。
When sunlight is irradiated to the solar
一方、木質バイオマスボイラー11では、木質バイオマスを燃料として水を加熱し、単位時間当たり一定量の水蒸気を発生させる。発生した水蒸気は、上流側蒸気供給流路16A、及びバイパス流路46へ送られる。バイパス流路46へ送られた蒸気は、バイパス流路46の上流側圧力(一次圧)が予め設定された二次圧を超えた場合にのみ、減圧弁48を通過する。すなわち、蒸気発電機12で利用されなかった余剰蒸気のみが減圧弁48を通過する。
On the other hand, the
電力トランスデューサ42から受信した検出値は、制御装置15の第1制御部15aにおいて、予め設定された第1間隔(20分以下の比較的短周期の間隔。例えば、20分間隔)でメモリ(図示せず)に記憶される。メモリ(図示せず)に予め設定した個数(本実施形態では5個、電力トランスデューサ42で検出された検出値の過去4回の値(計算値)A1〜A4、今回の検出値B5)のデータが記憶されると、記憶されたデータに基づいて、CPU(図示せず)によって前進移動平均法による演算が実行される。これにより、第1制御部15aは、計算値A5を得て、この計算値A5を検出値B5の代わりに採用する。その後、第1制御部15aは、計算値A5すなわち第1平均値A5である第1の発電電力と蒸気発電機12が発電する第2の発電電力との和が設定された設定発電電力となるように、蒸気発電機12の回転数を変更する。回転数の変更は、例えば、スクリュタービン(容積型回転機械)17の給気圧力または排気圧力を制御するように図示しないインバータで蒸気発電機12に制動をかけることによって行う。
The detection value received from the
この制御下で、上流側蒸気供給流路16Aへ送られた水蒸気を、蒸気発電機12の内部に通すことにより、スクリュタービン17を駆動させる。これにより、発電機本体18は第2の発電電力を発電する。蒸気発電機12で発電した第2の発電電力は、図示しないインバータおよびコンバータを介して送電線20に出力され、第1電力統合盤50において、送電線43に出力された第1の発電電力と統合される。その後、第1の発電電力と第2の発電電力とが統合された発電電力は、送電線56に送電され、その後、第2電力統合盤51において、発電機本体30A,30Bで発電された第3の発電電力と統合され、送電線52を介して系統53に送電される。
Under this control, the
蒸気発電機12から吐出された水蒸気は、下流側蒸気供給流路16Bを通り、分岐流路21A,21Bへ送られる。分岐流路21A,21Bの水蒸気は、図2に示す蒸気バイナリー発電装置13A,13Bの蒸発器22A,22Bに送られる。蒸発器22A,22Bでは、熱交換により、蒸気バイナリー発電装置13A,13Bの密閉管路27A,27Bの作動媒体が気化するとともに、分岐流路21A,21Bから送られた水蒸気が凝縮する。凝縮した温水は、分岐流路37A,37Bへ送られる。分岐流路37A,37Bの温水は、合流部分36aで合流して、還流流路36に流入し、ポンプ38によって木質バイオマスボイラー11に送られる。還流流路36から送られた温水は、バイオマスボイラー11で加熱されて蒸気となり、蒸気は蒸気供給流路16に送られる。
The steam discharged from the
熱交換器39では、還流流路36の温水との熱交換により加熱流路40の冷泉水(第2熱媒体)が加熱され温泉水となって図示しない温浴施設に供給される。
In the
蒸気バイナリー発電装置13A,13Bの蒸発器22A,22Bで気化した作動媒体をスクリュタービン28A,28Bの内部に通すことにより、発電機本体30A,30Bを駆動し、発電部24A,24Bで第3の発電電力が発電される。発電部24A,24Bで発電した第3の発電電力は、送電線35A,35Bに出力され、送電線56に出力された第1の発電電力と第2の発電電力とが統合された発電電力と第2電力統合盤51において統合される。その後、第2電力統合盤51で統合された発電電力は、送電線52を介して系統53に送電される。
By passing the working medium vaporized by the
太陽が雲に遮られることにより、太陽光量が減少したとき、太陽光発電部41において発電される第1の発電電力量が減少する。そのため、予め設定された第1間隔(例えば、20分間隔)毎に第1制御部15aにより算出される第1の発電電力の第1平均値が低下する。したがって、設定発電電力を維持するために、第2の発電電力を増加させる。すなわち、第1制御部15aは、蒸気発電機12の回転数を上昇させる。
When the amount of sunlight decreases due to the sun blocking by the clouds, the first amount of generated power generated in the photovoltaic
太陽光量が増加したとき、太陽光発電部41において発電される第1の発電電力量が増加する。そのため、予め設定された第1間隔(例えば、20分間隔)毎に第1制御部15aにより算出される第1の発電電力の第1平均値が増加する。したがって、設定発電電力を維持するために、第2の発電電力を減少させる。すなわち、第1制御部15aは、蒸気発電機12の回転数を低下させる。
When the amount of sunlight increases, the first amount of generated power generated by the photovoltaic
蒸気発電機12の回転数の低下、すなわち上流側蒸気供給流路16Aへ流入する水蒸気の量の減少により、上流側蒸気供給流路16Aにおいて余剰蒸気が生じる。そのため、余剰蒸気は、蒸気発電機12を迂回するバイパス流路46の減圧弁48を通って分岐流路21A,21Bに送られる。送られた水蒸気は、蒸気発電機12から吐出された水蒸気と合流してバイナリー発電装置13A,13Bの蒸発器22A,22Bに送られる。
Due to a decrease in the rotational speed of the
短時間の間に太陽光量が増減する場合であっても、上述したように、例えば20分間隔で算出された第1の発電電力の第1平均値に基づいて、蒸気発電機12の回転数を変更するので、安定的に設定発電電力を発電できる。したがって、太陽光を利用した発電により短周期変動をする発電電力を平滑化することができる。
Even if the amount of sunlight increases or decreases in a short time, as described above, for example, based on the first average value of the first generated power calculated at intervals of 20 minutes, the rotation speed of the
本実施形態では、図2に示すように、第1熱媒体を流通させる1次側流路と、作動媒体を流通させる2次側流路とが熱交換可能に構成された蒸発器22A,22Bを有するバイナリー発電装置13A,13Bを備えている。そのため、蒸気発電機12を通過ないしは迂回した蒸気が保有する熱エネルギーをバイナリー発電装置13A,13Bで回収することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, evaporators 22 </ b> A and 22 </ b> B configured such that heat exchange is possible between the primary flow path for circulating the first heat medium and the secondary flow path for circulating the working medium.
雨天時、及び夜間で太陽光発電部41における発電電力が無いとき、蒸気発電機12を停止する。これにより、上流側蒸気供給流路16Aの蒸気を蒸気発電機12に通過させずに、バイパス流路46に流入させて減圧弁48を通過させることができる。減圧弁48を通過した蒸気は、分岐流路21A,21Bを通って、バイナリー発電装置13A,13Bの蒸発器22A,22Bに流入する。これにより、太陽光発電の多寡、言い換えれば、蒸気発電機12の発電量に左右されることなく蒸気バイナリー発電装置13A,13Bを駆動させて発電を行い、安定した電力を常時発生させることができる。
The
電力トランスデューサ42から受信した検出値は、制御装置15の第2制御部15bにおいて、予め設定された第2間隔(第1間隔よりも長い比較的長周期の間隔。例えば、6時間間隔)でメモリ(図示せず)に記憶される。メモリ(図示せず)に予め設定した個数(本実施形態では5個、電力トランスデューサ42で検出された検出値の過去4回の値(計算値)A1〜A4、今回の検出値B5)のデータが記憶されると、記憶されたデータに基づいて、CPU(図示せず)によって前進移動平均法による演算が実行される。これにより、第2制御部15bは、計算値A5を得て、この計算値A5を検出値B5の代わりに採用する。そして、第2制御部15bは、計算値A5を第2平均値としてメモリ(図示せず)に記憶させ、計算値A5に一致する発電電力ピーク値Lmaxを読み出す。第2制御部15bは、読み出した発電電力ピーク値Lmaxに対応する平均発電量Laveを設定発電電力に再設定する。その後、第2制御部15bは、計算値A5すなわち第1平均値A5である第1の発電電力と蒸気発電機12が発電する第2の発電電力との和が再設定された設定発電電力となるように、蒸気発電機12の回転数を変更する。このように、太陽光により発電した第1の発電電力の大きさに基づいて、予め設定された設定発電電力となるように、蒸気発電機12により発電する第2の発電電力の大きさを制御装置15により制御できるので、長期間安定的に設定発電電力を発電できる。したがって、太陽光を利用した発電により短周期変動をする発電電力を平滑化することができる。
The detection value received from the
以上のように、短期間及び長期間のいずれにおいても、太陽光を利用した発電により短周期変動をする発電電力を平滑化することができる。 As described above, in both the short period and the long period, it is possible to smooth the generated power that changes in a short period by power generation using sunlight.
木質バイオマスボイラー11からの蒸気のうち、蒸気発電機12で利用する蒸気を除く余剰蒸気をバイパス流路46に流通させることにより、余剰蒸気のエネルギーをバイナリー発電装置13A,13Bで直接回収することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
Of the steam from the
設定発電電力と蒸気発電機12を通過した蒸気が保有する熱エネルギーを回収するバイナリー発電装置13A,13Bにより発電した第3の発電電力とを統合可能な第2電力統合盤51を有している。そのため、発電電力を平滑化しつつ総発電電力量を増加することができる。
It has the 2nd electric
1次側流路は、蒸気供給流路16、及び還流流路36を有し、還流流路36は、一端がバイナリー発電装置13A,13Bの蒸発器22A,22Bを介して蒸気供給流路16と接続されている。そして、還流流路36は、他端が木質バイオマスボイラー11と接続され、バイナリー発電装置13A,13Bの蒸発器22A,22Bで凝縮した温水を木質バイオマスボイラー11へ還流させるポンプ38を備えている。そのため、バイナリー発電装置13A,13Bの蒸発器22A,22Bで凝縮した還流流路36の温水をポンプ38により木質バイオマスボイラー11へ還流させ、温水が有する熱エネルギーを木質バイオマスボイラー11で再利用することができる。これにより、エネルギー効率を向上させることができる。
The primary side flow path has a steam
ポンプ38よりも上流の還流流路36に、還流流路36の温水と加熱流路40の冷泉水とを熱交換させる熱交換器39を備えている。そのため、還流流路36の温水が有する熱エネルギーの一部を熱交換器39を介して加熱流路40の冷泉水に伝達することができ、化石燃料を用いるよりも低コストで冷泉水を加熱して温泉水を得ることができる。例えば、バイナリー発電装置13A,13Bへ流入して復水された90℃程度の温水を温浴施設の25℃程度の冷泉水と熱交換させることにより、60℃程度まで加熱することができ、温泉水として温浴施設に供給できる。なお、温浴施設では冷泉水に温水ボイラーの加熱温水と熱交換して温泉とすることが一般に行われている。温水ボイラーの種類は都市ガスボイラー、灯油ボイラー、LPGボイラー、重油ボイラーなどがあり、その運転費用のうちの多くを燃料代が占める。これらの化石燃料炊きボイラーを上記のような還流流路36に熱交換器39を設けたシステムで代替すると発電電力の売電収入に加え、温浴施設での燃料消費を大幅に削減して、経済的効果を大にすることができる。
A
危険物でない木質バイオマス燃料を蒸気発生手段11の燃料とすることができ、燃料の管理を容易に行うことができる。 Woody biomass fuel that is not a dangerous substance can be used as the fuel for the steam generating means 11, and the fuel can be easily managed.
蒸気タービン発電機12の消費蒸気量は最大でも通過蒸気量の数%(例えば、4%程度)である。蒸気タービン12の回転数が変動すると、蒸気タービン排気蒸気量は大きく変動する。しかし、蒸気供給流路16にバイパス流路46を設けているので、蒸気タービン12をバイパスする減圧弁48から流入する蒸気と蒸気タービン12を通過する蒸気量の合算流量は蒸気タービン12の発電電力の変動によらずほぼ一定となる。したがって、蒸気タービン12の下流の蒸気バイナリー発電装置13A,13Bにおいて、安定して発電でき送電できる。
The steam consumption of the
なお、本発明の発電電力の平滑化システム10は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、以下に例示するように、種々の変更が可能である。
In addition, the smoothing
再生可能エネルギー利用発電装置14は、風力を利用して発電する発電装置であってもよい。
The renewable energy utilizing
蒸気発生手段11は、蒸気を発生させるものであれば、木質バイオマスボイラー以外のボイラーや電気ヒータであってもよい。 The steam generation means 11 may be a boiler or an electric heater other than the woody biomass boiler as long as it generates steam.
蒸気発電機12は、スクロール、ロータリ、ツースコンプレッサ、スクリュ等のいずれの容積型回転機械であってもよい。
The
分岐部分よりも下流の上流側蒸気供給流路16Aに開閉弁を設け、制御装置15によって開閉弁の開閉を制御してもよい。あるいは、分岐部分よりも下流の上流側蒸気供給流路16A、及び減圧弁48よりも上流のバイパス流路46のそれぞれに開閉弁を設け、制御装置15によって開閉弁それぞれの開閉を制御してもよい。あるいは、上流側蒸気供給流路16Aの分岐部分に開閉弁として三方弁を設け、制御装置15によって三方弁の流路を切替えることで開閉を制御してもよい。この構成によれば、蒸気発生手段11からの蒸気の全量を蒸気発電機12側へ流通させずにバイパス流路46側のみへ流通させるように流路を切換えることができ、夜間など太陽光発電を行わない場合に蒸気バイナリー発電装置13A,13Bのみで発電することができる。
An opening / closing valve may be provided in the upstream steam
蒸気発生手段11は、バイオマス燃料、地熱、または太陽熱の少なくとも1つを用いて前記蒸気を発生させることが好ましい。この構成によれば、未利用の再生可能エネルギーを活用して蒸気を発生させることができる。森林資源に恵まれておりバイオマス燃料となる間伐材等の調達が容易な日本の山間部等への本発明の装置の設置を好適に行うことができる。 The steam generation means 11 preferably generates the steam using at least one of biomass fuel, geothermal heat, or solar heat. According to this configuration, steam can be generated by utilizing unused renewable energy. The apparatus of the present invention can be suitably installed in a mountainous area in Japan where forest resources are blessed and thinned wood that is used as biomass fuel can be easily procured.
10 発電電力の平滑化システム
11 木質バイオマスボイラー(蒸気発生手段)
12 蒸気発電機
13A,13B 蒸気バイナリー発電装置
14 再生可能エネルギー利用発電装置
15 制御装置
15a 第1制御部
15b 第2制御部
16 蒸気供給流路
16A 上流側蒸気供給流路
16B 下流側蒸気供給流路
17 容積型回転機械
17a 蒸気入口
18 発電機本体
19 回転軸
20 送電線
21A,21B 分岐流路(第1分岐流路)
22A,22B 蒸発器
23A,23B 蒸気入口
24A,24B 発電部
25A,25B 凝縮器
26A,26B 作動媒体ポンプ
27A,27B 密閉管路
28A,28B 膨張機
29A,29B 回転軸
30A,30B 発電機本体
31A,31B 蒸気入口
32A,32B 蒸気出口
33A,33B 熱媒体流通路
34A,34B 蒸気出口
35A,35B 送電線
36 還流流路
36a 合流部分
37A,37B 分岐流路(第3分岐流路)
38 ポンプ
39 熱交換器
40 加熱流路
41 太陽光発電部
42 電力トランスデューサ
43 送電線
46 バイパス流路
47A,47B 分岐流路(第2分岐流路)
48 減圧弁
49 三方弁
50 第1電力統合盤(第1電力統合手段)
51 第2電力統合盤(第2電力統合手段)
52 送電線
53 系統
56 送電線
10 Smoothing system for generated
DESCRIPTION OF
22A,
38
48 Pressure reducing valve 49 Three-
51 Second power integration panel (second power integration means)
52
Claims (10)
蒸気を発生させる蒸気発生手段と、
前記蒸気発生手段から蒸気供給流路を介して供給した前記蒸気により容積型回転機械を駆動して第2の発電電力を発電する蒸気発電機と、
前記第1の発電電力と前記第2の発電電力とを統合可能な第1電力統合手段と、
前記再生可能エネルギー利用発電装置の前記第1の発電電力を検出する電力トランスデューサと、
前記電力トランスデューサにより検出された前記第1の発電電力と前記第2の発電電力との和が予め設定された設定発電電力となるように、前記第1の発電電力の大きさに基づいて前記第2の発電電力の大きさを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、予め設定された第1間隔で検出された前記電力トランスデューサからの複数の検出値により算出した第1平均値に基づいて、前記蒸気発電機の回転数を制御する第1制御部と、前記第1間隔よりも長い間隔に予め設定された第2間隔で検出された前記電力トランスデューサからの複数の検出値により算出した第2平均値に基づいて前記設定発電電力を再設定する第2制御部とを備える、発電電力の平滑化システム。 A renewable energy-based power generation device that generates first generated power by sunlight or wind power;
Steam generating means for generating steam;
A steam generator for generating second generated power by driving a positive displacement rotary machine with the steam supplied from the steam generation means via a steam supply flow path;
First power integration means capable of integrating the first generated power and the second generated power;
A power transducer for detecting the first generated power of the renewable energy power generation device;
Based on the magnitude of the first generated power, the sum of the first generated power and the second generated power detected by the power transducer becomes a preset set generated power. And a control device for controlling the magnitude of the generated power of 2 .
The control device controls a rotation speed of the steam generator based on a first average value calculated from a plurality of detection values from the power transducer detected at a preset first interval. And resetting the set generated power based on a second average value calculated from a plurality of detected values from the power transducer detected at a second interval preset in advance at an interval longer than the first interval. A smoothing system for generated power , comprising two control units .
蒸気を発生させる蒸気発生手段と、
前記蒸気発生手段から蒸気供給流路を介して供給した前記蒸気により容積型回転機械を駆動して第2の発電電力を発電する蒸気発電機と、
前記第1の発電電力と前記第2の発電電力とを統合可能な第1電力統合手段と、
前記再生可能エネルギー利用発電装置の前記第1の発電電力を検出する電力トランスデューサと、
前記電力トランスデューサにより検出された前記第1の発電電力と前記第2の発電電力との和が予め設定された設定発電電力となるように、前記第1の発電電力の大きさに基づいて前記第2の発電電力の大きさを制御する制御装置と、
前記蒸気発電機よりも下流の前記蒸気供給流路の蒸気である第1熱媒体を流通させる1次側流路と、作動媒体を流通させる2次側流路とが熱交換可能に構成された蒸発器を有するバイナリー発電装置を備え、
前記第1電力統合手段により統合された電力と前記バイナリー発電装置により発電した第3の発電電力とを統合可能な第2電力統合手段を有する、発電電力の平滑化システム。 A renewable energy-based power generation device that generates first generated power by sunlight or wind power;
Steam generating means for generating steam;
A steam generator for generating second generated power by driving a positive displacement rotary machine with the steam supplied from the steam generation means via a steam supply flow path;
First power integration means capable of integrating the first generated power and the second generated power;
A power transducer for detecting the first generated power of the renewable energy power generation device;
Based on the magnitude of the first generated power, the sum of the first generated power and the second generated power detected by the power transducer becomes a preset set generated power. A control device for controlling the magnitude of the generated power of 2;
The primary side flow path for circulating the first heat medium, which is the steam in the steam supply flow path downstream from the steam generator, and the secondary side flow path for circulating the working medium are configured to be able to exchange heat. A binary power generator with an evaporator,
A smoothing system for generated power , comprising second power integration means capable of integrating the power integrated by the first power integration means and the third generated power generated by the binary power generator .
前記1次側流路の第1熱媒体は前記蒸気発電機よりも下流の前記蒸気供給流路の蒸気である、請求項1に記載の発電電力の平滑化システム。 A binary power generation apparatus having an evaporator in which a primary flow path for circulating the first heat medium and a secondary flow path for circulating the working medium are configured to be able to exchange heat;
2. The generated power smoothing system according to claim 1, wherein the first heat medium in the primary flow path is steam in the steam supply flow path downstream of the steam generator.
前記還流流路は、一端が前記バイナリー発電装置の蒸発器を介して前記蒸気供給流路と接続されるとともに、他端が前記蒸気発生手段と接続され、
前記還流流路は、前記バイナリー発電装置の蒸発器で凝縮した前記第1熱媒体を前記蒸気発生手段へ還流させるポンプを備える、請求項3ないし6のいずれか1項に記載の発電電力の平滑化システム。 The primary channel has the steam supply channel and a reflux channel,
The reflux channel has one end connected to the steam supply channel via the evaporator of the binary power generation device and the other end connected to the steam generating means.
7. The smoothing of generated power according to claim 3, wherein the reflux flow path includes a pump that recirculates the first heat medium condensed by the evaporator of the binary power generation apparatus to the steam generation unit. System.
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