JP2012140882A - 太陽熱複合発電設備の発電量算定方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ソーラーフィールドの仕様に基づいて作成された動特性シミュレーションモデルにサンプルデータを入力して得られた結果に基づいて、動特性を考慮した簡易モデルを作成し、この簡易モデルを用いて、指定期間の発電量を算定する。したがって、シミュレーション精度に影響が大きい動特性を考慮した簡易モデルを用いて、簡便かつ短時間で指定期間の発電量を算定することができる。
【選択図】図3
Description
本発明の実施の形態にかかる太陽熱複合発電設備の発電量算定装置および方法を説明するに先立って、太陽熱複合発電設備のシステム構成について、図1のシステム構成図を用いて説明する。
太陽熱複合発電設備1は、太陽光を集めてこれを熱エネルギとして熱媒体に吸収させるソーラーフィールド10と、ソーラーフィールド10から供給された熱媒体によって給水を加熱し蒸気を発生させる熱交換器11と、給水および熱交換器11から供給された蒸気を加熱して過熱蒸気を発生させるガスタービン排熱ボイラ12と、ガスタービン排熱ボイラ12に排ガスを供給するガスタービン13と、ガスタービン排熱ボイラ12で発生した過熱蒸気で駆動される蒸気タービン14と、ガスタービン13により駆動される第1発電機15と、蒸気タービン14により駆動される第2発電機16とを備えている。
次に、上述のようなシステム構成に代表される太陽熱複合発電設備1に対して、指定期間の発電量(例えば年間発電量)を算定する方法について説明する。この発電量算定方法の主要な手順のフローチャートを図3に示す。
まず、図3のフローチャートのステップS1にて、算定対象となる太陽熱複合発電設備の仕様データを決定する。具体的には、太陽熱複合発電設備の設置場所、ソーラーフィールド10、熱交換器11、ガスタービン排熱ボイラ12、ガスタービン13、蒸気タービン14、第1発電機15、および第2発電機16などの設備の主要なシステム構成の仕様を決定する。
次に、これらの設備仕様に基づいて、ソーラーフィールド10の動特性シミュレーションモデルM1と、熱交換器11の動特性シミュレーションモデルM2と、CCPPの動特性シミュレーションモデルM3とをそれぞれ作成する(ステップS2)。なお、以下、動特性シミュレーションモデルを、動特性モデルと呼ぶものとする。
Co*d/dt(Wo*To) = Qsf + Qfi−Qlo−Qfo ・・・(1)
Qsf = f1(DNI,θ,A) ・・・(2)
Qfi = Co*Goin*Toin ・・・(3)
Qlo = f2(To,Tamb, DNI) ・・・(4)
Qfo = Co*Goout*To ・・・(5)
d/dt(Wo) = Goin−Goout ・・・(6)
Wo = Vp*ρo ・・・(7)
なお、これらの式(1)〜(7)における記号の説明は、以下の通りである。
Qsf:直達日照強度によるソーラーフィールドへの入熱量[kJ/s]
Qfi:熱媒体のソーラーフィールドへの持込熱量[kJ/s]
Qlo:ソーラーフィールドでの放熱量[kJ/s]
Qfo:ソーラーフィールドからの熱媒体の持出熱量[kJ/s]
Co:熱媒体比熱[kJ/kg℃]
Wo:熱媒体重量[kg]
To:熱媒体温度[℃]
DNI:直達日照強度[kJ/(s・m2)] (Direct Normal Irradiance)
θ:太陽光の集光集熱装置への入射角度[度]
A : 集光装置の受光面積[m2]
Goin:ソーラーフィールド入口熱媒体流量[kg/s]
Toin:ソーラーフィールド入口熱媒体温度[℃]
Tamb:大気温度[℃]
Goout:ソーラーフィールド出口熱媒体流量[kg/s]
Vp:熱媒体配管容積[m3]
ρo:熱媒体比重[kg/m3]
f1():関数
f2():関数
これらの式(1)〜(7)を用いて直達日照強度DNIと大気温度Tambからソーラーフィールド10の出口での熱媒体温度Toと熱媒体流量Gooutを算出する。すなわち、ソーラーフィールド10における太陽光の熱エネルギの入熱量のデータを入力することで、ソーラーフィールド10における集熱量が算出可能となる。
次に、動特性モデルにサンプルデータを入力して得られた計算結果を用いて、簡易モデルを作成する(ステップS5)。簡易モデルは、動特性モデルにサンプルデータを入力して得られた計算結果に対して、数学的に統計処理を行うことで近似式として作成される。このような簡易モデルには入力と出力との関係を表す関数として例えば多項式関数が用いられ、数学的統計処理として、例えば回帰分析等の手法を用いて多項式関数を導出することができる。
次に、このように作成された簡易モデルに、指定期間として例えば1年間のデータを入力することにより(ステップS6)、年間発電量を算定する(ステップS7)。
また、このような発電量算定方法を用いることで、太陽熱複合発電設備の経済性についても短時間で評価することができ、設備計画の最適化とその妥当性を迅速かつ簡便に示すことができる。
次に、本発明の実施の形態2にかかる太陽熱複合発電設備の発電量算定方法について説明する。
3 第1発電設備
4 第2発電設備
10 集光集熱装置
11 熱交換器
12 ガスタービン排熱ボイラ
13 ガスタービン
14 蒸気タービン
15 第1発電機
16 第2発電機
Claims (15)
- 太陽光の熱エネルギ以外のエネルギ源を用いて発電を行う第1発電設備と、ソーラーフィールドにて集光集熱された太陽光の熱エネルギと第1発電設備よりの排熱とを用いて発電を行う第2発電設備と、を備える太陽熱複合発電設備の発電量算定方法であって、
ソーラーフィールドの仕様に基づいて作成された動特性シミュレーションモデルに、複数パターンの太陽光の熱エネルギの入熱量サンプルデータを入力して、ソーラーフィールドにおける入熱量と集熱量との関係データを算出する第1工程と、
算出された関係データに基づいて、ソーラーフィールドにおける入熱量から集熱量を算出するための簡易モデルを作成する第2工程と、
指定期間の太陽光の熱エネルギの入熱量データを簡易モデルに入力してソーラーフィールドの集熱量データを算出し、集熱量データを用いて太陽熱複合発電設備における指定期間の発電量を算定する第3工程と、を含む、太陽熱複合発電設備の発電量算定方法。 - 第2工程において、動特性シミュレーションモデルを用いて算出されたソーラーフィールドにおける入熱量と集熱量との関係データを、数学的に処理することにより簡易モデルを作成する、請求項1に記載の太陽熱複合発電設備の発電量算定方法。
- 第1工程または第2工程において用いられる太陽光の熱エネルギの入熱量サンプルデータまたは入熱量データには、少なくとも直達日照強度および大気温度のデータが含まれる、請求項1または2に記載の太陽熱複合発電設備の発電量算定方法。
- 簡易モデルのパラメータとして、ソーラーフィールドにおける太陽光の集光集熱装置の受光面積が含まれている、請求項1から3のいずれか1つに記載の太陽熱複合発電設備の発電量算定方法。
- ソーラーフィールドの集光集熱装置として、パラボリックトラフ式集熱装置またはフレネル式集熱装置が採用されている、請求項1から4のいずれか1つに記載の太陽熱複合発電設備の発電量算定方法。
- 太陽光の熱エネルギ以外のエネルギ源を用いて発電を行う第1発電設備と、ソーラーフィールドにて集光集熱された太陽光の熱エネルギと第1発電設備よりの排熱とを用いて発電を行う第2発電設備と、を備える太陽熱複合発電設備の発電量算定方法であって、
ソーラーフィールドの仕様に基づいて作成された動特性シミュレーションモデルに、複数パターンの太陽光の熱エネルギの入熱量サンプルデータを入力して、ソーラーフィールドにおける入熱量と集熱量との関係データを算出し、関係データに基づいてソーラーフィールドにおける入熱量から集熱量を算出するための簡易モデルを作成するソーラーフィールド用簡易モデル作成工程と、
指定期間の太陽光の熱エネルギの入熱量データをソーラーフィールド用簡易モデルに入力してソーラーフィールドの集熱量データを算出するソーラーフィールド出力算定工程と、
第1発電設備の仕様に基づいて作成された動特性シミュレーションモデルを用いて、複数パターンの大気温度と第1発電設備における第1発電量および第2発電設備へ供給可能な排熱量との関係データを算出し、関係データに基づいて大気温度から第1発電設備における第1発電量および第2発電設備へ供給可能な排熱量のデータを算出するための簡易モデルを作成する第1発電設備用簡易モデル作成工程と、
指定期間の大気温度データを第1発電設備用簡易モデルに入力して第1発電設備における第1発電量および第2発電設備へ供給可能な排熱量のデータを算出する第1発電設備出力算定工程と、
ソーラーフィールド出力算定工程にて算出されたソーラーフィールドの集熱量データと、第1発電設備出力算定工程にて算出された第2発電設備へ供給可能な排熱量データとを用いて、第2発電設備における指定期間の第2発電量を算出する第2発電設備出力算定工程と、を含む、太陽熱複合発電設備の発電量算定方法。 - 第2発電設備出力算定工程にて算定された指定期間の第2発電量において、第2発電設備の発電容量を超過する区間が生じた場合に、同区間において、第1発電設備による第1発電量を低減させるとともに、低減された排熱量データを用いて、第2発電設備における指定期間の第2発電量を再度算出する第2発電設備出力再算定工程をさらに含む、請求項6に記載の太陽熱複合発電設備の発電量算定方法。
- ソーラーフィールド用簡易モデル作成工程および第1発電設備用簡易モデル作成工程において、動特性シミュレーションモデルを用いて算出された関係データを、数学的に処理することにより簡易モデルを作成する、請求項6または7に記載の太陽熱複合発電設備の発電量算定方法。
- ソーラーフィールド用簡易モデル作成工程またはソーラーフィールド出力算定工程において用いられる太陽光の熱エネルギの入熱量サンプルデータまたは入熱量データには、少なくとも直達日照強度および大気温度のデータが含まれる、請求項6から8のいずれか1つに記載の太陽熱複合発電設備の発電量算定方法。
- 請求項6から9のいずれか1つに記載の太陽熱複合発電設備の発電量算定方法により算定された、指定期間における第1発電設備による第1発電量および第2発電設備による第2発電量のデータと、太陽熱複合発電設備の初期コストおよび運転コストのデータとを用いて、太陽熱複合発電設備の経済性評価を行う方法。
- 太陽光の熱エネルギ以外のエネルギ源を用いて発電を行う第1発電設備と、ソーラーフィールドにて集光集熱された太陽光の熱エネルギと第1発電設備よりの排熱とを用いて発電を行う第2発電設備と、を備える太陽熱複合発電設備において、ソーラーフィールドの集熱量を算出する方法であって、
ソーラーフィールドの仕様に基づいて作成された動特性シミュレーションモデルに、複数パターンの太陽光の熱エネルギの入熱量サンプルデータを入力して、ソーラーフィールドにおける入熱量と集熱量との関係データを算出し、
算出された関係データを数学的に処理することにより、ソーラーフィールドにおける入熱量から集熱量を算出するための簡易モデルを作成する、ソーラーフィールドの集熱量算出方法。 - 太陽光の熱エネルギ以外のエネルギ源を用いて発電を行う第1発電設備と、ソーラーフィールドにて集光集熱された太陽光の熱エネルギと第1発電設備よりの排熱とを用いて発電を行う第2発電設備と、を備える太陽熱複合発電設備の発電量算定装置であって、
ソーラーフィールドの仕様に基づいて作成された動特性シミュレーションモデルを保持するモデル記憶部と、
外部データが入力されるデータ入力部と、
データ入力部に入力されたデータを、モデル記憶部に保持されたモデルに入力して、演算を行う演算部と、を備え、
演算部は、
モデル記憶部に保持された動特性シミュレーションモデルに、入力部より入力された複数パターンの太陽光の熱エネルギの入熱量サンプルデータを入力して、ソーラーフィールドにおける入熱量と集熱量との関係データを算出する関係データ算出手段と、
算出された関係データに基づいて、ソーラーフィールドにおける入熱量から集熱量を算出するための簡易モデルを作成し、モデル記憶部に保持させる簡易モデル作成手段と、
入力部より入力された指定期間の太陽光の熱エネルギの入熱量データを、モデル記憶部に保持された簡易モデルに入力してソーラーフィールドの集熱量データを算出し、集熱量データを用いて太陽熱複合発電設備における指定期間の発電量を算定する発電量算定手段と、を備える、太陽熱複合発電設備における発電量算定装置。 - 太陽光の熱エネルギ以外のエネルギ源を用いて発電を行う第1発電設備と、ソーラーフィールドにて集光集熱された太陽光の熱エネルギと第1発電設備よりの排熱とを用いて発電を行う第2発電設備と、を備える太陽熱複合発電設備の発電量算定装置であって、
ソーラーフィールドの仕様および第1発電設備の仕様に基づいて作成されたそれぞれの動特性シミュレーションモデルを保持するモデル記憶部と、
外部データが入力されるデータ入力部と、
データ入力部に入力されたデータを、モデル記憶部に保持されたモデルに入力して、演算を行う演算部と、を備え、
演算部は、
モデル記憶部に保持されたソーラーフィールドの動特性シミュレーションモデルに、入力部より入力された複数パターンの太陽光の熱エネルギの入熱量サンプルデータを入力して、ソーラーフィールドにおける入熱量と集熱量との関係データを算出し、関係データに基づいてソーラーフィールドにおける入熱量から集熱量を算出するための簡易モデルを作成して、モデル記憶部に保持させるソーラーフィールド用簡易モデル作成手段と、
入力部より入力された指定期間の太陽光の熱エネルギの入熱量データを、モデル記憶部に保持されたソーラーフィールド用簡易モデルに入力してソーラーフィールドの集熱量データを算出するソーラーフィールド出力算定手段と、
モデル記憶部に保持された第1発電設備の動特性シミュレーションモデルを用いて、入力部より入力された複数パターンの大気温度と、第1発電設備における第1発電量および第2発電設備へ供給可能な排熱量との関係データを算出し、関係データに基づいて大気温度から第1発電設備における第1発電量および第2発電設備へ供給可能な排熱量のデータを算出するための簡易モデルを作成して、モデル記憶部に保持させる第1発電設備用簡易モデル作成手段と、
入力部より入力された指定期間の大気温度データを、モデル記憶部に保持された第1発電設備用簡易モデルに入力して第1発電設備における第1発電量および第2発電設備へ供給可能な排熱量のデータを算出する第1発電設備出力算定手段と、
ソーラーフィールド出力算定手段により算出されたソーラーフィールドの集熱量データと、第1発電設備出力算定手段により算出された第2発電設備へ供給可能な排熱量データとを用いて、第2発電設備における指定期間の第2発電量を算出する第2発電設備出力算定手段と、を備える、太陽熱複合発電設備における発電量算定装置。 - 演算部は、第2発電設備出力算定手段にて算定された指定期間の第2発電量において、第2発電設備の発電容量を超過する区間が生じた場合に、同区間において、第1発電設備による第1発電量を低減させるとともに、低減された排熱量データを用いて、第2発電設備における指定期間の第2発電量を再度算出する第2発電設備出力再算定手段をさらに備える、請求項13に記載の太陽熱複合発電設備における発電量算定装置。
- 請求項13または14に記載の太陽熱複合発電設備の発電量算定装置と、
算定された指定期間における第1発電設備による第1発電量および第2発電設備による第2発電量のデータと、太陽熱複合発電設備の初期コストおよび運転コストのデータとを用いて、太陽熱複合発電設備の経済性評価を行う手段とを備える、太陽熱複合発電設備における経済性評価装置。
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