JP2011220286A - Solar thermal power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光の熱で作動流体を加熱し、加熱した作動流体でタービンを回転駆動させることによって発電する太陽熱発電システムに関する。 The present invention relates to a solar thermal power generation system that generates electric power by heating a working fluid with the heat of sunlight and rotationally driving a turbine with the heated working fluid.
近年、地球温暖化の防止、化石燃料の使用抑制の観点から、自然現象から得られ二酸化炭素や窒素炭化物などの有害物質の排出が少ないクリーンエネルギーを利用した発電が注目されている。しかし、クリーンエネルギーを利用した発電は、電力への変換効率が低く発電コストが高くなるため、十分に普及していないのが現状である。その中で、電力への変換効率が比較的高い太陽熱エネルギーによる発電が期待されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, from the viewpoint of preventing global warming and suppressing the use of fossil fuels, power generation using clean energy that is obtained from natural phenomena and emits less harmful substances such as carbon dioxide and nitrogen carbide has attracted attention. However, power generation using clean energy is not sufficiently widespread because it has low conversion efficiency into power and high power generation costs. Among them, power generation by solar thermal energy having relatively high conversion efficiency to electric power is expected (for example, see Patent Document 1).
ところで、太陽熱エネルギーを利用して発電する太陽熱発電システムは、太陽光を反射して集める集光装置と、太陽光から受けた熱で作動流体を加熱する受熱器と、加熱した作動流体でタービンを回すガスタービンと、このガスタービンによって駆動される発電機とから構成されるのが通常である。そして、この集光装置と受熱器の態様により、太陽熱発電システムは一般的にトラフ集光方式とタワー集光方式という2種類に分類される。 By the way, a solar thermal power generation system that generates power using solar thermal energy includes a condensing device that reflects and collects sunlight, a heat receiver that heats the working fluid with heat received from sunlight, and a turbine that uses the heated working fluid. The gas turbine is usually composed of a rotating gas turbine and a generator driven by the gas turbine. The solar power generation system is generally classified into two types, a trough condensing method and a tower condensing method, according to the condensing device and the heat receiver.
ここで、トラフ集光方式とは、半円筒型のミラー(トラフ)として集光装置を構成する一方、円筒の中心を通るパイプとして受熱器を構成し、パイプ内を流れる作動流体を加熱する方式である。しかし、このトラフ集光方式では、太陽光を追尾するようにミラーの向きを制御するものの、その制御は一軸制御である。従って、太陽光を高い精度でパイプに集めることができないため、作動流体の十分な加熱が期待できない。 Here, the trough condensing method constitutes a condensing device as a semi-cylindrical mirror (trough), and constitutes a heat receiver as a pipe passing through the center of the cylinder, and heats the working fluid flowing in the pipe It is. However, in this trough condensing method, although the direction of the mirror is controlled so as to track sunlight, the control is uniaxial control. Therefore, since sunlight cannot be collected on the pipe with high accuracy, sufficient heating of the working fluid cannot be expected.
これに対してタワー集光方式とは、地上に立設したタワーの上部に受熱器を配置する一方、タワーの周囲を取り囲むようにヘリオスタットと呼ばれるミラーを集光装置として複数配置し、受熱器を流れる作動流体を加熱する方式である。このタワー集光方式によれば、ヘリオスタットの細かい動作制御によって太陽光を高い精度で受熱器に集めることができるため、作動流体をより高温まで加熱することができる。従って、発電サイクルの更なる高効率化を図るという観点から、このタワー集光方式を用いた太陽熱発電システムの開発が近年盛んに行われている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, in the tower condensing method, a heat receiver is arranged on the top of a tower erected on the ground, while a plurality of mirrors called heliostats are arranged as a light concentrator so as to surround the tower, and the heat receiver This is a system for heating the working fluid flowing through the. According to this tower condensing method, sunlight can be collected in the heat receiver with high accuracy by fine operation control of the heliostat, so that the working fluid can be heated to a higher temperature. Therefore, from the viewpoint of further increasing the efficiency of the power generation cycle, development of a solar thermal power generation system using this tower condensing method has been actively performed in recent years (for example, see Patent Document 1).
しかし、タワー集光方式を用いた従来の太陽熱発電システムによれば、太陽光の日射量が低下すると、その構成要素の1つであるガスタービンの運転が継続できなくなるという問題があった。図11は、ガスタービンを構成するタービンの特性を示す図であり、横軸に太陽光の日射量を、縦軸にタービンの出力をとったものである。タービンは、日射量の減少に伴ってその出力が低下し、日射量が設計値の40〜50%以下に低下すると、出力が得られず運転を継続できないという特性を有している。ところが、従来の太陽熱発電システムはガスタービンを1台だけしか備えておらず、太陽光から受ける熱エネルギーの全てを1台のガスタービンに供給することを前提としてタービンの設計を行っている。従って、日射量がタービンの設計値の40〜50%以下まで容易に低下し、前述のようにタービンから出力が得られないため、太陽熱発電システムの運転を継続することができないという問題があった。 However, according to the conventional solar thermal power generation system using the tower condensing method, there is a problem that when the amount of solar radiation decreases, the operation of the gas turbine, which is one of the components, cannot be continued. FIG. 11 is a diagram showing the characteristics of the turbine constituting the gas turbine, in which the horizontal axis represents the solar radiation amount and the vertical axis represents the turbine output. The turbine has a characteristic that its output decreases as the amount of solar radiation decreases, and when the amount of solar radiation decreases to 40 to 50% or less of the design value, the output cannot be obtained and the operation cannot be continued. However, the conventional solar thermal power generation system has only one gas turbine, and the turbine is designed on the assumption that all the thermal energy received from sunlight is supplied to one gas turbine. Therefore, the solar radiation amount is easily reduced to 40 to 50% or less of the design value of the turbine, and since there is no output from the turbine as described above, there is a problem that the operation of the solar thermal power generation system cannot be continued. .
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、日射量の低下に対してより広範な領域で継続した運転が可能な太陽熱発電システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a solar thermal power generation system capable of continuous operation in a wider area with respect to a decrease in the amount of solar radiation.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る太陽熱発電システムは、太陽光を反射させるヘリオスタットと、該ヘリオスタットで反射した太陽光が入射して受熱する受熱器と、作動流体を圧縮して前記受熱器に供給する圧縮機、及び前記受熱器で受熱した作動流体が供給されて回転駆動するタービンを有する複数台のガスタービンと、前記タービンによって駆動されて発電する発電機と、太陽光の日射量に関する情報を取得する日射量情報取得手段と、該日射量情報取得手段が取得した日射量に基づいて、日射量の減少に伴って減少させるように駆動させる台数を決定し、複数の前記ガスタービンを選択的に駆動させる制御手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following means. That is, the solar thermal power generation system according to the present invention includes a heliostat that reflects sunlight, a heat receiver that receives sunlight and receives heat reflected by the heliostat, and compresses the working fluid and supplies the compressed heat fluid to the heat receiver. Acquire information on the compressor, a plurality of gas turbines having a turbine that is rotated by being supplied with the working fluid received by the heat receiver, a generator that is driven by the turbine to generate electric power, and the amount of solar radiation. And determining the number of units to be driven so as to decrease as the amount of solar radiation decreases based on the amount of solar radiation acquired by the solar radiation amount information acquiring means And a control means for driving.
このような構成によれば、ガスタービンを複数台備えており、太陽光から受ける熱エネルギーを複数台のガスタービンに分割して供給することを前提としてタービンを設計しているので、各タービンが受け取る日射量の設計値は低く設定されている。そして、日射量が減少すると、制御手段が駆動させるガスタービンの台数を減少させるので、日射量が40〜50%まで低下した場合でも、駆動されているガスタービンから見れば、日射量がタービンの設計値の40〜50%まで低下することはない。これにより、日射量が低下しても、より広範な領域で太陽熱発電システムの運転を継続することができる。 According to such a configuration, a plurality of gas turbines are provided, and the turbines are designed on the assumption that the thermal energy received from sunlight is divided and supplied to the plurality of gas turbines. The design value of the amount of solar radiation received is set low. And when the amount of solar radiation decreases, the number of gas turbines driven by the control means decreases, so even if the amount of solar radiation decreases to 40 to 50%, the amount of solar radiation is less than that of the turbine when viewed from the driven gas turbine. It does not decrease to 40 to 50% of the design value. Thereby, even if the solar radiation amount decreases, the operation of the solar thermal power generation system can be continued in a wider area.
また、本発明に係る太陽熱発電システムは、前記ヘリオスタットを複数備えるとともに、前記受熱器を前記ガスタービンと対応して複数備え、前記制御手段は、駆動させる前記ガスタービンと対応する前記受熱器に選択的に太陽光が入射するように前記ヘリオスタットの向きを制御することを特徴とする。 In addition, the solar thermal power generation system according to the present invention includes a plurality of the heliostats, a plurality of the heat receivers corresponding to the gas turbine, and the control means is provided in the heat receiver corresponding to the gas turbine to be driven. The direction of the heliostat is controlled so that sunlight selectively enters.
このような構成によれば、各ガスタービンに受熱器が設けられており、同じ構成を複数組み合わせて太陽熱発電システムを構成することができるので、システム設計が容易であって、ガスタービンの台数を任意に調節しやすい。 According to such a configuration, each gas turbine is provided with a heat receiver, and a solar thermal power generation system can be configured by combining a plurality of the same configurations. Therefore, the system design is easy, and the number of gas turbines is reduced. Easy to adjust arbitrarily.
また、本発明に係る太陽熱発電システムは、前記受熱器から各ガスタービンのタービンに接続される各排出配管を複数または1つに選択可能な切替手段を備え、制御手段は、切替手段により、駆動させるガスタービンと対応する排出配管を選択的に流通させることを特徴とする。 In addition, the solar thermal power generation system according to the present invention includes switching means that can select a plurality or one of each discharge pipe connected from the heat receiver to the turbine of each gas turbine, and the control means is driven by the switching means. The exhaust pipe corresponding to the gas turbine to be selectively circulated is characterized.
このような構成によれば、受熱器が複数台のガスタービンによって共有され、切替手段によって作動流体を供給するガスタービンが選択される。これにより、受熱器及びこの受熱器を配置するタワーが1個でよいため、太陽熱発電システム全体としての小型化を図ることができる。また、ヘリオスタットの反射光を一定の受熱器に集めればよいため、ヘリオスタットの方向制御が単純になる。 According to such a configuration, the heat receiver is shared by the plurality of gas turbines, and the gas turbine that supplies the working fluid is selected by the switching unit. Thereby, since the heat receiver and the tower which arrange | positions this heat receiver may be one, size reduction as the whole solar thermal power generation system can be achieved. Moreover, since the reflected light of a heliostat should just be collected on a fixed heat receiver, the direction control of a heliostat becomes simple.
本発明に係る太陽熱発電システムによれば、日射量が40〜50%まで低下した場合でも、駆動されているガスタービンから見れば、日射量がタービンの設計値の40〜50%以下まで低下することはない。従って、日射量が低下しても、より広範な領域で太陽熱発電システムの運転を継続することができる。 According to the solar thermal power generation system according to the present invention, even when the amount of solar radiation is reduced to 40 to 50%, the amount of solar radiation is reduced to 40 to 50% or less of the design value of the turbine when viewed from the driven gas turbine. There is nothing. Therefore, even if the amount of solar radiation decreases, the operation of the solar thermal power generation system can be continued in a wider area.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第1実施形態に係る太陽熱発電システムの構成について説明する。図1は、第1実施形態に係る太陽熱発電システム10の全体構成を示す概略平面図である。また図2は、図1において中央に位置するタワー11BをA方向から見たA方向矢視図である。太陽熱発電システム10は、その集光方式としてタワー集光方式を採用し、グラウンドG上に設置された3個のタワー11A,11B,11Cと、グラウンドG上における各タワー11A,11B,11Cの正面側に設置された複数のヘリオスタット12と、グラウンドG上に設置された日射計(日射量情報取得手段)13と、日射計13から取得した情報に基づいてタワー11A,11B,11Cの各部に設置された機器の動作及び各ヘリオスタット12の動作を制御する制御手段14と、を有している。尚、タワー11A,11B,11Cの数は3個に限定されず、複数個以上であれば任意の数だけ設置することが可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the solar thermal power generation system according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic plan view showing the overall configuration of the solar thermal
前記タワー11A,11B,11Cは、ヘリオスタット12を除いた太陽熱発電システム10の各構成要素を収容するものである。タワー11A,11B,11Cは、グラウンドG上に立設された支持脚111と、この支持脚111の頂部に設けられたタワー本体112とを備えている。そして、各ヘリオスタット12によって反射された太陽光Sが、タワー本体112の底部からその内部へと入射するようになっている。
The towers 11 </ b> A, 11 </ b> B, and 11 </ b> C accommodate each component of the solar thermal
図3は、タワー本体112の内部構成を示す概略縦断面図である。タワー本体112は、中空の箱型部材であるハウジング113と、このハウジング113の上部に収容されたガスタービン114と、同じくハウジング113の上部にガスタービン114に隣接して設けられた発電機115と、ハウジング113の下部に配置された受熱器116とを備えている。
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing the internal configuration of the tower
ハウジング113は、図3に示すように、その内部空洞が仕切り壁113Aによって上下に2分割され、仕切り壁113Aより上方に上部収容室117が、下方に下部収容室118がそれぞれ形成されている。また、ハウジング113の底部には、ヘリオスタット12で反射された太陽光Sを入射させるための太陽光入射孔119が設けられている。更に、ハウジング113の側面には、ガスタービン114に供給するための空気(作動流体)を外部から上部収容室117に取り込むための空気導入穴120が形成されている。尚、この空気導入穴120は、必要に応じてガスタービン114の排気を上部収容室117から外部へ排出するためにも用いられる。また、作動流体は本実施形態の空気に限られず、任意の気体を用いることができる。
As shown in FIG. 3, the
尚、ハウジング113の内部には、必要に応じて、受熱器116が受けた熱を検知する温度センサー、ガスタービン114を始動させる補助駆動装置、受熱器116で加熱される前の空気とガスタービン114の排気との間で熱交換を行う再生熱交換器、空気を補助燃焼してガスタービン114に流入させる補助燃焼器、発電機115の振動を打ち消す消振器などの装置が配置されていてもよい。このように、タワー本体112の内部に各種装置を集約して配置することで、設備設置面積を縮小することができる。
The
ガスタービン114は、図3に示すように、上部収容室117における空気導入穴120と逆側の端部に配置された圧縮機121と、空気導入穴120と同じ側の端部に配置されたタービン122とを備えている。圧縮機121は、上部収容室117の空気を吸引して圧縮することで圧縮空気を生成するものである。この圧縮機121には、図3に詳細は示さないが、後述する受熱器116から延びる接続配管133の一端が接続されている。一方、タービン122は、作動流体としての空気が供給されることで回転駆動するものである。このタービン122には、図3に示すように、受熱器116から延びる排出配管126の一端が接続されている。
As shown in FIG. 3, the
発電機115は、ガスタービン114を構成するタービン122の回転により生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力として取り出すものである。この発電機115は、図3に示すように、上部収容室117における空気導入穴120に面した位置に配置されている。
The
尚、発電機115でタービン122の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する構成としては、本実施形態のようにタービン122の回転によって直接的に発電機115を駆動する構成だけでなく、タービン122の回転によって間接的に発電機115を駆動する構成も含むものとする。例えば、図に詳細は示さないが、タービン122の排ガスで水を加熱することによって蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービンを回転させることによって発電機115を駆動してもよい。
The configuration in which the
受熱器116は、圧縮機121が生成した圧縮空気を太陽光Sの熱で加熱するためのものである。図4は、受熱器116の構成を示す概略斜視図であって、一部破断した状態を示している。受熱器116は、ケーシング123と、このケーシング123の内部に収容された受熱管124と、ケーシング123の底部を貫通して一端が受熱管124に接続された供給配管125と、ケーシング123の頂部を貫通して一端が受熱管124に接続された排出配管126と、を備えるものである。
The
ケーシング123は、その内部が密封され、図4に破線で示すように、その底部には、ヘリオスタット12で反射された太陽光Sを導入するための太陽光導入孔127が形成されている。この太陽光導入孔127は、平面視で略円形に形成され、その径は太陽光Sのスポット径、すなわち集光時における直径の最小値を考慮した大きさとなっている。尚、図4に詳細は示さないが、ケーシング123の内壁面は、太陽光Sの熱を吸収する断熱材で覆われている。これにより、ケーシング123の内部が外部から断熱されるとともに、受熱管124の背面側すなわち太陽光導入孔127に面しない側が、断熱材から放射される熱によって加熱される。尚、ケーシング123の形状は、内部に収容する受熱管124の大きさや形状等に応じて適宜設計変更が可能である。
The inside of the
ところで、図4には、図1に示す3個のタワー11A,11B,11Cのうち向かって左端に位置するタワー11Aについて、ケーシング123に形成する太陽光導入孔128の位置を一点鎖線で示している。この太陽光導入孔128は、図4に破線で示す太陽光導入孔127と比較すると、向かって右側よりに、すなわち中央のタワー11B側に形成されている。これは、図1に示すように、左端のタワー11Aについては、向かって左側よりも右側に多数のヘリオスタット12が配置されているため、右側から来る光をより多く受光できるようにしたものである。一方、図4には、図1に示す3個のタワー11A,11B,11Cのうち向かって右端に位置するタワー11Cについて、ケーシング123に形成する太陽光導入孔129の位置を二点差線で示している。この太陽光導入孔129は、図4に破線で示す太陽光導入孔127と比較すると、向かって左側よりに、すなわち中央のタワー11B側に形成されている。これは、図1に示すように、右端のタワー11Cについては、向かって右側よりも左側に多数のヘリオスタット12が配置されているため、左側から来る光をより多く受光できるようにしたものである。尚、左端のタワー11Aと右端のタワー11Cについては、中央のタワー11Bと比較して太陽光導入孔128,129の位置だけが異なり、その他の構成は同じであるため、ここでは説明を省略する。
By the way, in FIG. 4, the position of the
受熱管124は、図4に示すように、互いに平行して配置されて鉛直方向に延びる複数本の受熱細管130と、各受熱細管130の上端部が接続されて水平方向に延びる上部ヘッダー管131と、各受熱細管130の下端部が接続されて水平方向に延びる下部ヘッダー管132と、を有している。受熱細管130は、太陽光Sを受光して内部を流れる圧縮空気を太陽光Sの熱で加熱するものである。この受熱細管130は、図4に示すように、太陽光導入孔127とヘリオスタット12の位置関係を考慮し、太陽光導入孔127から導入される太陽光Sを受光可能な位置に設けられている。また、上部ヘッダー管131と下部ヘッダー管132は、各受熱細管130を流れる空気を合流させることによって温度を均一化させるものである。尚、受熱管124を構成する受熱細管130、上部ヘッダー管131、及び下部ヘッダー管132の形状は、本実施形態に限定されず適宜設計変更が可能である。
As shown in FIG. 4, the
供給配管125は、受熱管124に対して空気を供給するものである。この供給配管125は、図4に示すように、その一端が下部ヘッダー管132に接続され、ケーシング123を貫通した後、2股に分岐している。そして、図3に示すように、この供給配管125の分岐端部には接続配管133がそれぞれ接続されている。そして、図3に詳細は示さないが、この接続配管133はハウジング113の仕切り壁113Aを貫通して上部収容室117に引き込まれ、圧縮機121に接続されている。これにより、供給配管125と接続配管133を介して、圧縮機121と受熱管124とが接続されている。一方、排出配管126は、受熱管124から空気を排出するものである。この排出配管126は、図4に示すように、その一端が上部ヘッダー管131に接続され、ケーシング123を貫通した後、更に仕切り壁113Aを貫通して上部収容室117に引き込まれ、タービン122に接続されている。これにより、排出配管126を介して、タービン122と受熱管124とが接続されている。
The
このように構成される受熱器116は、図3に示すように、ハウジング113の下部収容室118に収容され、仕切り壁113Aに取り付けられた吊り具134によってケーシング123が吊り下げ支持されている。このように、受熱器116をハウジング113の壁面に接触させないことにより、受熱器116の熱がハウジング113へ逃げることを防止している。
As shown in FIG. 3, the
このように構成されるタワー11A,11B,11Cによれば、図2に示す各ヘリオスタット12で反射され集光された太陽光Sが、図3に示す太陽光入射孔119を通ってハウジング113の内部に入射する。そして、この太陽光Sは、太陽光導入孔127からケーシング123の内部に導入され、受熱管124を構成する各受熱細管130と上部ヘッダー管131と下部ヘッダー管132によって受光される。これにより、受熱管124が太陽光Sの熱で加熱される。
According to the
一方、図3に示す圧縮機121が圧縮空気を生成して接続配管133に送出する。そうすると、この圧縮空気は、接続配管133から供給配管125を通って下部ヘッダー管132に流入し、下部ヘッダー管132から分岐して各受熱細管130に流入する。そして、圧縮空気は、各受熱細管130を下から上に向かって流れ、各受熱細管130から上部ヘッダー管131に流入することで合流し、温度が均一化した後、排出配管125を通ってタービン122に供給される。これにより、タービン122が圧縮空気によって回転駆動され、このタービン122の回転によって駆動された発電機115が発電する。ここで、圧縮空気は、ケーシング123に収容された下部ヘッダー管132、各受熱細管130、及び上部ヘッダー管131を流れる間に、太陽光Sの熱で加熱されることにより、その温度が上昇する。
On the other hand, the
前記ヘリオスタット12は、太陽光Sを反射してハウジング113の太陽光入射孔119の位置に集光させるものである。ここで、図5は、ヘリオスタット12の構成を示す概略側面図である。ヘリオスタット12は、グラウンドGに固定するための基部135と、基部135から鉛直方向に延びて軸廻りに回転可能に設けられた回転機構136と、この回転機構136の頂部に傾動可能に設けられた傾動機構137と、この傾動機構137によって支持された反射鏡138と、を有している。このように構成されるヘリオスタット12によれば、太陽光Sを反射鏡138によって反射することにより、任意の方向に反射することが可能となっている。このような構成によれば、回転機構136を軸廻りに適宜回転させるとともに、傾動機構137を任意の角度だけ傾動させることにより、反射鏡138を所望の方向に向けることができる。これにより、太陽の位置によらず、反射鏡138で反射した太陽光Sを所望の位置に集光することができる。
The
前記日射計13は、太陽光Sの日射量を計測するものである。この日射計13は、図2に示すように、制御手段14に対して電気的に接続され、その計測結果が制御手段14に入力されるものとなっている。尚、本実施形態では、太陽光Sの日射量に関する情報として、グラウンドGに照射する太陽光Sの日射量を日射計13で測定した。しかし、日射量に関する情報は、日射量自体に限定されず、日射量の増減に伴って同様の増減傾向を示す情報であれば、他の情報を採用することも可能である。例えば、グラウンドG上での日射量に代えて、ヘリオスタット12で反射した反射光の日射量、受熱管124での受熱量、タービン122の入口部分における空気の温度、タービン122の出口部分における空気の温度、タービン122の出力等の情報を用いることができる。また、日射量に関するその他の情報として、天気情報、日時情報も用いることができる。
The
前記制御手段14は、図2及び図3に示すように、日射計13、各ヘリオスタット12、圧縮機121、及びタービン122に対して電気的に接続され、日射計13から入力される計測結果に基づいて、各ヘリオスタット12、圧縮機121、及びタービン122の動作を制御する。尚、太陽熱発電システム10を構成するその他の構成部材の動作を制御手段14によって制御してもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the control means 14 is electrically connected to the
次に、第1実施形態に係る太陽熱発電システム10の動作制御及びその作用効果について説明する。図6〜図8は、太陽光Sの日射量の違いによる太陽熱発電システム10の動作の違いを説明するための説明図である。まず、図6は、日射量が多い場合、すなわち日射計13によって計測される日射量が所定の第1閾値より大きい場合の太陽熱発電システム10の動作を説明する図であって、図6(a)は太陽熱発電システム10を側方から見た模式図、図6(b)は太陽熱発電システム10を上方から見た模式図である。尚、本実施形態では、日射量の第1閾値をタービン122の設計値の2/3程度に設定したが、この第1閾値の大きさは適宜変更が可能である。
Next, the operation control of the solar thermal
この場合、図1に示す制御手段14は、タワー11Aのガスタービン114、タワー11Bのガスタービン114、及びタワー11Cのガスタービン114の全てを駆動する。更に制御手段14は、図6(b)に示すように、タワー11Aの受熱器116、タワー11Bの受熱器116,タワー11Cの受熱器116Cの全てが太陽光Sを受光するよう、各ヘリオスタット12の向きをそれぞれ制御する。尚、図5(b),図6(b),図7(b)において、「A」と表示したヘリオスタット12はその反射光がタワー11Aの受熱器116によって受光されることを、「B」と表示したヘリオスタット12はその反射光がタワー11Bの受熱器116によって受光されることを、「C」と表示したヘリオスタット12はその反射光がタワー11Cの受熱器116によって受光されることをそれぞれ意味している。
In this case, the control means 14 shown in FIG. 1 drives all of the
更に、制御手段14は、前述のように全ての受熱器116が太陽光Sを受光するように各ヘリオスタット12の向きを制御することに加えて、図6(b)に示すように、タワー11Aの受熱器116によって受光されるヘリオスタット12、タワー11Bの受熱器116によって受光されるヘリオスタット12、タワー11Cの受熱器116によって受光されるヘリオスタット12の計3種類が、グラウンドG上に均等に分布するように、各ヘリオスタット12の向きを制御する。これにより、各受熱器116は太陽光Sを様々な角度から受光するので、受熱管124の一部分だけでなく受熱管124の全体で太陽光Sを受光することができる。従って、全ての受熱管124においてその内部を通過する圧縮空気が加熱されるので、発電効率を高めることができる。
Further, the control means 14 controls the orientation of each
このように、全てのガスタービン114を駆動して発電を行うことにより、太陽光Sから受熱した熱の全てを余すことなく電力として取り出すことができるとともに、各タービン122が受ける日射量が設計値の40〜50%以下に低下することがないため、安定して運転を継続することができる。
In this way, by driving all the
次に、図7は、日射量が少ない場合、すなわち日射計13によって計測される日射量が所定の第2閾値より小さい場合の太陽熱発電システム10の動作を説明する図であって、図7(a)は太陽熱発電システム10を側方から見た模式図、図7(b)は太陽熱発電システム10を上方から見た模式図である。尚、本実施形態では、日射量の第2閾値をタービン122の設計値の1/3程度に設定したが、この第2閾値の大きさは適宜変更が可能である。
Next, FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the solar thermal
この場合、図1に示す制御手段14は、図7(a)に示すガスタービン114だけを駆動させ、残りの2台のガスタービン114を停止させる。更に制御手段14は、図7(b)に示すように、全てのヘリオスタット12の反射光が、タワー11Bの受熱器116によって受熱されるよう、各ヘリオスタット12の向きを制御する。
In this case, the control means 14 shown in FIG. 1 drives only the
このように、受光する日射量の全てを受熱器116だけで受熱し、タワー11Bのガスタービン114だけを駆動して発電するので、日射量が少ない場合でも、ガスタービン114を構成するタービン122が受ける日射量が、ガスタービン1台分の設計値の40〜50%以下まで低下する確率は小さくなる。従って、タワー11Bのタービン122からは継続的に出力が得られ、太陽熱発電システム10の安定した運転が可能となる。尚、本実施形態ではタワー11Bのガスタービン114だけを駆動させたが、これに代えてタワー11Aのガスタービン114だけまたはタワー11Cのガスタービン114だけを駆動させてもよい。
In this way, since all of the received solar radiation amount is received only by the
次に、図8は、日射量が中程度の場合、すなわち日射計13によって計測される日射量が第2閾値より大きく第1閾値より小さい場合の太陽熱発電システム10の動作を説明する図であって、図8(a)は太陽熱発電システム10を側方から見た模式図、図8(b)は太陽熱発電システム10を上方から見た模式図である。
Next, FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the solar thermal
この場合、図1に示す制御手段14は、図8(a)に示すタワー11Bとタワー11Cのガスタービン114を駆動させ、タワー11Aのガスタービン114を停止させる。更に、制御手段14は、図8(b)に示すように、タワー11BとタワーCの受熱器116が太陽光Sを受光するよう、各ヘリオスタット12の向きをそれぞれ制御する。また、この時制御手段14は、図8(b)に示すように、タワー11Bの受熱器116によって受光されるヘリオスタット12、及びタワー11Cの受熱器116によって受光されるヘリオスタット12の計2種類が、グラウンドG上に均等に分布するように各ヘリオスタット12の向きを制御する。これにより、各受熱器116は太陽光Sを様々な角度から受光するので、受熱管124の一部分だけでなく受熱管124の全体で太陽光Sを受光することができる。これにより、全ての受熱管124においてその内部を通過する圧縮空気が加熱されるので、発電効率を高めることができる。
In this case, the control means 14 shown in FIG. 1 drives the
このように、受光する日射量をタワー11Bとタワー11Cの受熱器116で受熱し、タワー11Bとタワー11Cのガスタービン114を駆動して発電するので、日射量が中程度の場合でも、ガスタービン114を構成するタービン122が受ける日射量が、ガスタービン2台分の設計値の40〜50%以下までは低下しにくい。従って、タワー11B及びタワー11Cのタービン122から継続的に出力が得られ、太陽熱発電システム10の安定した運転が可能となる。尚、本実施形態では、タワー11B及びタワー11Cのガスタービン114を駆動させたが、これに代えて、タワー11A及びタワー11Bのガスタービン114、或いはタワー11A及びタワー11Cのガスタービン114を駆動させてもよい。また、本実施形態では3台のガスタービン114から2台のガスタービン114を選択して駆動させたが、ガスタービン114の全体台数によっては、3台以上のガスタービン114を選択して駆動させることも可能である。
In this way, the received solar radiation amount is received by the
ここで、図9は、日射量と駆動させるガスタービン114の台数との関係、及び日射量と各タービン122の出力との関係を示したグラフである。尚、図9では横軸が日射量を、縦軸が駆動させるガスタービン114の台数及び各タービン122の出力を、それぞれ示している。前述のように、日射量が多い時は3台のガスタービン114を全て駆動させる。この時、日射量が減少するに従って、各タービン122の出力も徐々に低下していく。そして、日射量が所定値まで低下すると、ガスタービン114の駆動台数を2台に減少させる。この時、1台当たりのガスタービン114が受ける日射量が増加するため、各タービン122の出力は一時的に増加するが、日射量が更に減少すると各タービン122の出力も再び低下し始める。そして、日射量が更に減少して所定値まで低下すると、ガスタービン114の駆動台数を1台に減少させる。このように、日射量の設計値が小さいガスタービン114を複数台設置し、日射量の減少に伴って駆動させるガスタービン114の台数を減少させていく。これにより、日射量の設計値が小さいガスタービン114を使用するので、日射量がガスタービン114の1台分の設計値の40〜50%以下まで低下しても、タービン122から継続的に出力が得られる。
Here, FIG. 9 is a graph showing the relationship between the amount of solar radiation and the number of
次に、本発明の第2実施形態に係る太陽熱発電システムの構成について説明する。第2実施形態の太陽熱発電システムは、第1実施形態と比較すると、タワーが1個だけしか設置されず、その1個のタワーに複数台のガスタービンと1個の受熱器が収容される点で異なっている。それ以外の構成は、第1実施形態と同じであるため、同じ符号を用いて説明を省略する。 Next, the structure of the solar thermal power generation system which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. As compared with the first embodiment, the solar thermal power generation system of the second embodiment is provided with only one tower, and a plurality of gas turbines and one heat receiver are accommodated in the one tower. Is different. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are used and description thereof is omitted.
図10は、タワー21を構成するタワー本体211の内部構造を示す模式図である。タワー本体211は、中空の箱型部材であるハウジング212と、このハウジング212の上部に収容された3個のガスタービン213,214,215と、同じくハウジング212の上部に各ガスタービン213,214,215に隣接して設けられた3個の発電機216,217,218と、ハウジング212の下部に配置された1個の受熱器219とを備えている。また、受熱器219の下部ヘッダー管219aから延びる供給配管220が分岐して、各ガスタービン213,214,215を構成する圧縮機221,222,223にそれぞれ接続され、各分岐箇所には供給配管220を開放または閉止可能な開閉バルブ224,225,226がそれぞれ設けられている。一方、受熱器219の上部ヘッダー管219bから延びる排出配管227が分岐して、各ガスタービン213,214,215を構成するタービン228,229,230にそれぞれ接続され、各分岐箇所には排出配管227を開放または閉止可能な開閉バルブ(切替手段)231,232,233がそれぞれ設けられている。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the internal structure of the tower
このような構成によれば、供給配管220の開閉バルブ224,225,226と排出配管227の開閉バルブ228,229,230とを適宜開閉させることにより、任意の圧縮機221,222,223から受熱器219に対して圧縮空気を供給することができ、また受熱器219で加熱した圧縮空気を任意のタービン228,229,230に対して排出することができる。これにより、太陽光Sの日射量が多い時は3台のガスタービン213,214,215を駆動させ、日射量が少なくなるに従って、駆動させるガスタービン213,214,215の台数を2台、1台と減少させることができる。尚、日射量の減少に伴ってガスタービン213,214,215の駆動台数を減少させることの作用効果は、第1実施形態と同様である。
According to such a configuration, the open /
本実施形態の太陽熱発電システムによれば、受熱器219及びこの受熱器219を収容するタワー21が1個でよいため、太陽熱発電システム全体としての小型化を図ることができる。また、ヘリオスタット12の反射光を1個の受熱器219に集めればよいため、ヘリオスタット12の方向制御が単純になる。
According to the solar thermal power generation system of this embodiment, since the
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The various shapes, combinations, operation procedures, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are merely examples, and various changes can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
10…太陽熱発電システム
12…ヘリオスタット
13…日射計(日射量情報取得手段)
14…制御手段
114…タービン
115…発電機
116…受熱器
121…圧縮機
122…ガスタービン
231,232,233…開閉バルブ(切替手段)
S…太陽光
10 ... Solar thermal
14 ... Control means 114 ...
S ... Sunlight
Claims (3)
該ヘリオスタットで反射した太陽光が入射して受熱する受熱器と、
作動流体を圧縮して前記受熱器に供給する圧縮機、及び前記受熱器で受熱した作動流体が供給されて回転駆動するタービンを有する複数台のガスタービンと、
前記タービンによって駆動されて発電する発電機と、
太陽光の日射量に関する情報を取得する日射量情報取得手段と、
該日射量情報取得手段が取得した日射量に基づいて、日射量の減少に伴って減少させるように駆動させる台数を決定し、複数の前記ガスタービンを選択的に駆動させる制御手段と、
を備えることを特徴とする太陽熱発電システム。 A heliostat that reflects sunlight,
A heat receiver that receives sunlight and receives heat reflected by the heliostat;
A plurality of gas turbines including a compressor that compresses the working fluid and supplies the compressor to the heat receiver, and a turbine that is rotated by being supplied with the working fluid received by the heat receiver;
A generator driven by the turbine to generate electricity;
Solar radiation information acquisition means for acquiring information related to solar radiation,
Control means for selectively driving a plurality of the gas turbines based on the amount of solar radiation acquired by the solar radiation amount information acquisition means, determining the number of units to be driven to decrease as the amount of solar radiation decreases.
A solar thermal power generation system comprising:
前記ヘリオスタットを複数備えるとともに、
前記受熱器を前記ガスタービンと対応して複数備え、
前記制御手段は、駆動させる前記ガスタービンと対応する前記受熱器に選択的に太陽光が入射するように前記ヘリオスタットの向きを制御することを特徴とする太陽熱発電システム。 In the solar thermal power generation system of Claim 1,
With a plurality of the heliostats,
A plurality of the heat receivers corresponding to the gas turbine,
The said control means controls the direction of the said heliostat so that sunlight may selectively inject into the said heat receiver corresponding to the said gas turbine to drive, The solar thermal power generation system characterized by the above-mentioned.
前記受熱器から各ガスタービンのタービンに接続される各排出配管を複数または1つに選択可能な切替手段を備え、
制御手段は、切替手段により、駆動させるガスタービンと対応する排出配管を選択的に流通させることを特徴とする太陽熱発電システム。 In the solar thermal power generation system of Claim 1,
Switching means capable of selecting a plurality of or one of each exhaust pipe connected to the turbine of each gas turbine from the heat receiver,
The control means causes the switching means to selectively distribute the exhaust pipe corresponding to the gas turbine to be driven.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014017171A1 (en) * | 2012-07-23 | 2014-01-30 | 住友重機械工業株式会社 | Solar light collecting system and solar thermal power generation system |
JP2015014248A (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 浩明 植村 | Power generation method |
-
2010
- 2010-04-13 JP JP2010092663A patent/JP2011220286A/en not_active Withdrawn
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JP2015014248A (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 浩明 植村 | Power generation method |
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