JP2012202390A - Turbine facility, and solar thermal power generation facility equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光による熱エネルギーを機械エネルギーに変換するガスタービンを備えているタービン設備、及びこれを備えている太陽光発電設備に関する。 The present invention relates to a turbine facility including a gas turbine that converts thermal energy from sunlight into mechanical energy, and a solar power generation facility including the turbine facility.
太陽熱発電設備としては、例えば、以下の特許文献1に記載されているものがある。 As a solar thermal power generation facility, for example, there is one described in Patent Document 1 below.
この太陽熱発電設備は、太陽光が照射されて内部の空気が加熱される受熱器と、この受熱器で加熱された空気によって駆動するガスタービンと、を備えている。 This solar thermal power generation facility includes a heat receiver that is irradiated with sunlight and heated inside air, and a gas turbine that is driven by the air heated by the heat receiver.
ガスタービンを備えている太陽熱発電設備では、自然エネルギーを効率的に用いる観点から、一般的な発電設備に比べて熱エネルギーをより有効利用することが望まれている。 In a solar thermal power generation facility equipped with a gas turbine, it is desired to use thermal energy more effectively than a general power generation facility from the viewpoint of efficiently using natural energy.
そこで、本発明は、太陽光による熱エネルギーをより有効利用することができるタービン設備、及びこれを備えている太陽熱発電設備を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the turbine equipment which can utilize the thermal energy by sunlight more effectively, and a solar thermal power generation equipment provided with this.
上記目的を達成するための発明に係るタービン設備は、
複数の受熱管を有し、該受熱管に太陽光が照射されて、該受熱管内の流体が加熱される第一受熱管アッセンブリと、前記第一受熱管アッセンブリで加熱された前記流体によって駆動する第一ガスタービンと、前記第一ガスタービンから排気された前記流体が流れる複数の受熱管を有し、該受熱管に太陽光が照射されて、該受熱管内の流体が加熱される第二受熱管アッセンブリと、前記第二受熱管アッセンブリで加熱された前記流体よって駆動する第二ガスタービンと、を備えていることを特徴とする。
The turbine equipment according to the invention for achieving the above object is as follows:
A plurality of heat receiving pipes, which are driven by the first heat receiving pipe assembly in which the heat receiving pipe is irradiated with sunlight and the fluid in the heat receiving pipe is heated, and the fluid heated by the first heat receiving pipe assembly; A first gas turbine and a plurality of heat receiving pipes through which the fluid exhausted from the first gas turbine flows, wherein the heat receiving pipe is irradiated with sunlight to heat the fluid in the heat receiving pipe; A heat pipe assembly and a second gas turbine driven by the fluid heated by the second heat receiving pipe assembly are provided.
当該タービン設備では、第一受熱管アッセンブリで加熱された流体で第一ガスタービンを駆動し、この第一ガスタービンから排気された流体を直ちに排気せずに、再び、第二受熱管アッセンブリで加熱して、この流体で第二ガスタービンを駆動しているので、熱エネルギーを有効利用することができる。 In the turbine equipment, the first gas turbine is driven by the fluid heated by the first heat receiving pipe assembly, and the fluid exhausted from the first gas turbine is not immediately exhausted, but is heated again by the second heat receiving pipe assembly. And since the 2nd gas turbine is driven with this fluid, thermal energy can be used effectively.
ここで、前記タービン設備において、前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリは、いずれも、前記流体が流れ込むリング状の下部ヘッダ配管と、前記下部ヘッダ配管の上方に配置されているリング状の上部ヘッダ配管と、上下方向に延び、前記下部ヘッダ配管と前記上部ヘッダ配管とをつなぎ、該下部ヘッダ配管から前記流体が流れ込み、太陽光が照射されることで該流体が加熱され、加熱された該流体を前記上部ヘッダ配管に送る前記複数の受熱管と、を有してもよい。この場合、前記第一受熱管アッセンブリの前記下部ヘッダ配管及び前記上部ヘッダ配管は、第一直径で鉛直方向に延びる仮想軸を中心としてリング状を成し、第二受熱管アッセンブリの前記下部ヘッダ配管及び前記上部ヘッダ配管は、前記第一直径よりも大きい第二直径で前記仮想軸を中心としてリング状を成していることが好ましい。 Here, in the turbine facility, each of the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly is a ring-shaped lower header pipe into which the fluid flows, and a ring disposed above the lower header pipe. The upper header pipe, which extends in the vertical direction, connects the lower header pipe and the upper header pipe, the fluid flows from the lower header pipe, and the fluid is heated by being irradiated with sunlight. A plurality of heat receiving pipes that send the fluid to the upper header pipe. In this case, the lower header pipe and the upper header pipe of the first heat receiving pipe assembly form a ring shape around a virtual axis extending in the vertical direction with a first diameter, and the lower header pipe of the second heat receiving pipe assembly. The upper header pipe preferably has a second diameter larger than the first diameter and has a ring shape centered on the virtual axis.
当該タービン設備では、第一受熱管アッセンブリ及び第二受熱管アッセンブリに太陽光を照射するヘリオスタットを、仮想軸回りに複数の配置することで、第一受熱管アッセンブリ及び第二受熱管アッセンブリに太陽光を効率的に照射することができる。さらに、第一受熱管アッセンブリ及び第二受熱管アッセンブリが鉛直方向に延びる仮想軸上に配置されているため、各受熱管アッセンブリを支える構造物の設置面積を小さくすることができ、仮想軸回りのヘリオスタットの設置密度を高めることができる。 In the turbine equipment, a plurality of heliostats that irradiate sunlight to the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly are arranged around the virtual axis, so that the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly are sunlit. Light can be irradiated efficiently. Furthermore, since the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly are arranged on the virtual axis extending in the vertical direction, the installation area of the structure supporting each heat receiving pipe assembly can be reduced, and the area around the virtual axis can be reduced. Heliostat installation density can be increased.
また、前記タービン設備において、前記第一受熱管アッセンブリを覆う第一受熱器ケーシングと、前記第二受熱管アッセンブリを覆う第二受熱器ケーシングとを備え、前記第一受熱管アッセンブリと前記第一受熱器ケーシングとを有して第一受熱器を成し、前記第二受熱管アッセンブリと前記第二受熱器ケーシングとを有して第二受熱器を成し、前記第一受熱器は、前記第二受熱器より上方に配置され、前記第一受熱器ケーシングは、下方からの太陽光が前記第一受熱器の複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成され、前記第二受熱器ケーシングは、下方からの太陽光が前記第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成されていると共に、該開口から入り込んだ太陽光の一部が前記第一受熱器ケーシングの前記開口から該第一受熱器ケーシング内に入り込み前記第一受熱器の複数の前記受熱管に照射させるよう、前記仮想軸を中心とした開口が上側にも形成されていてもよい。 The turbine facility further includes a first heat receiving casing that covers the first heat receiving pipe assembly, and a second heat receiving casing that covers the second heat receiving pipe assembly, the first heat receiving pipe assembly and the first heat receiving pipe. A first heat receiver, and a second heat receiver having the second heat receiving pipe assembly and the second heat receiver casing, wherein the first heat receiver The first heat receiver casing is disposed above the two heat receivers, and the first heat receiver casing has an opening centered on the virtual axis so that sunlight from below is irradiated to the plurality of heat receiver tubes of the first heat receiver. The second heat receiver casing is formed with an opening around the imaginary axis so that sunlight from below is irradiated to the plurality of heat receiving tubes of the second heat receiving tube assembly. As well as The virtual axis is centered so that a part of sunlight entering from the opening enters the first heat receiver casing through the opening of the first heat receiver casing and irradiates the plurality of heat receiving tubes of the first heat receiver. The opening may be formed also on the upper side.
当該ガスタービン設備では、第一受熱管アッセンブリ及び第二受熱管アッセンブリが鉛直方向に延びる仮想軸上に配置されているものの、上下方向(仮想軸に沿った方向)の位置が互いに異なっているため、複数のヘリオスタットのうち、一部を第一受熱管アッセンブリのみに太陽光を照射するヘリオスタットとし、他の一部を第二受熱管アッセンブリのみに太陽光を照射するヘリオスタットとすることで、第一受熱管アッセンブリに照射する太陽光の光量及び第二受熱管アッセンブリに照射する太陽光の光量をそれぞれ個別に制御することができる。すなわち、当該ガスタービン設備では、第一ガスタービンに送る流体の熱量及び第二ガスタービンに送る流体の熱量のそれぞれを制御することができる。 In the gas turbine facility, although the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly are arranged on a virtual axis extending in the vertical direction, positions in the vertical direction (direction along the virtual axis) are different from each other. By setting some of the heliostats to heliostats that irradiate sunlight only to the first heat receiving pipe assembly and the other part to be heliostats that irradiate sunlight only to the second heat receiving pipe assembly. The amount of sunlight applied to the first heat receiving tube assembly and the amount of sunlight applied to the second heat receiving tube assembly can be individually controlled. That is, in the gas turbine facility, it is possible to control each of the heat amount of the fluid sent to the first gas turbine and the heat amount of the fluid sent to the second gas turbine.
また、前記タービン設備において、前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリを覆うケーシングを備え、前記第一受熱管アッセンブリと前記第二受熱管アッセンブリと前記ケーシングとを有して受熱器を成し、前記第一受熱管アッセンブリは、前記第二受熱管アッセンブリの前記仮想軸側である内周側に配置され、該第一受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管は、該第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に対して、該仮想軸を中心とする周方向の位置が異なっており、前記ケーシングには、下方からの太陽光が前記第一受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管及び前記第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成されていてもよい。 The turbine facility further includes a casing that covers the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly, the first heat receiving pipe assembly, the second heat receiving pipe assembly, and the casing. The first heat receiving pipe assembly is disposed on the inner peripheral side which is the virtual axis side of the second heat receiving pipe assembly, and the plurality of heat receiving pipes of the first heat receiving pipe assembly are the second heat receiving pipes. The circumferential position around the virtual axis is different from the plurality of the heat receiving tubes of the assembly, and sunlight from below is applied to the casing from the plurality of the heat receiving tubes of the first heat receiving tube assembly. And the opening centering on the virtual axis may be formed on the lower side so that the plurality of heat receiving tubes of the second heat receiving tube assembly are irradiated.
当該タービン設備では、第一受熱管アッセンブリと第二受熱管アッセンブリを有する受熱器が小型化し、この受熱器を支える構造物を小型化することができる。 In the turbine equipment, the heat receiver having the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly can be downsized, and the structure supporting the heat receiving apparatus can be downsized.
また、前記タービン設備において、前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリを覆うケーシングを備え、前記第一受熱管アッセンブリと前記第二受熱管アッセンブリと前記ケーシングとで受熱器を成してもよい。 The turbine facility further includes a casing that covers the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly, and the first heat receiving pipe assembly, the second heat receiving pipe assembly, and the casing form a heat receiver. Also good.
当該タービン設備では、第一受熱管アッセンブリと第二受熱管アッセンブリを有する受熱器が小型化し、この受熱器を支える構造物を小型化することができる。 In the turbine equipment, the heat receiver having the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly can be downsized, and the structure supporting the heat receiving apparatus can be downsized.
また、前記タービン設備において、前記第二ガスタービンから排気された前記流体により水を加熱して蒸気を生成する蒸気発生器と、前記蒸気発生器で発生した蒸気により駆動する蒸気タービンと、を備えていてもよい。 The turbine facility further includes a steam generator that generates water by heating water with the fluid exhausted from the second gas turbine, and a steam turbine that is driven by the steam generated by the steam generator. It may be.
当該ガスタービン設備では、第二ガスタービンから排気された流体の熱を、さらに蒸気タービンの駆動に利用しているので、熱エネルギーをさらに有効利用することができる。 In the gas turbine equipment, since the heat of the fluid exhausted from the second gas turbine is further used for driving the steam turbine, the thermal energy can be further effectively used.
上記目的を達成するための発明に係る太陽熱発電設備は、
前記タービン設備と、反射鏡を有し、該反射鏡で太陽光を反射して前記タービン設備の前記第一受熱管アッセンブリの前記受熱管に太陽光を照射する第一ヘリオスタットと、反射鏡を有し、該反射鏡で太陽光を反射して前記タービン設備の前記第二受熱管アッセンブリの前記受熱管に太陽光を照射する第二ヘリオスタットと、前記タービン設備の前記第一ガスタービンと前記第二ガスタービンとのうち、少なくとも一方のガスタービンの駆動で発電する発電機と、を備えていることを特徴とする。
The solar thermal power generation facility according to the invention for achieving the above object is as follows:
A first heliostat that includes the turbine equipment, a reflecting mirror, reflects the sunlight by the reflecting mirror, and irradiates the heat receiving pipe of the first heat receiving pipe assembly of the turbine equipment; A second heliostat that reflects the sunlight with the reflector and irradiates the heat receiving tube of the second heat receiving tube assembly of the turbine facility with sunlight, the first gas turbine of the turbine facility, and the A generator that generates electric power by driving at least one of the second gas turbines is provided.
当該太陽光発電設備では、前記タービン設備を備えているので、熱エネルギーを有効利用でき、しいては発電効率を高めることができる。 Since the said solar power generation equipment is equipped with the said turbine equipment, it can utilize thermal energy effectively and can raise power generation efficiency.
本発明によれば、第一受熱管アッセンブリで加熱された流体で第一ガスタービンを駆動し、この第一ガスタービンから排気された流体を直ちに排気せずに、再び、第二受熱管アッセンブリで加熱して、この流体で第二ガスタービンを駆動しているので、熱エネルギーを有効利用することができる。 According to the present invention, the first gas turbine is driven by the fluid heated by the first heat receiving pipe assembly, and the fluid exhausted from the first gas turbine is not immediately exhausted, but again by the second heat receiving pipe assembly. Since it heats and the 2nd gas turbine is driven with this fluid, heat energy can be used effectively.
以下、本発明に係る太陽熱発電設備の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a solar thermal power generation facility according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
「第一実施形態」
まず、図1〜図5を参照して、太陽熱発電設備の第一実施形態について説明する。
"First embodiment"
First, with reference to FIGS. 1-5, 1st embodiment of a solar thermal power generation installation is described.
本実施形態の太陽熱発電設備は、図1に示すように、太陽光が照射される第一受熱器40及び第二受熱器50を有するタワー施設20と、反射鏡11で太陽光を反射して各受熱器40,50に太陽光を照射する複数のヘリオスタット10と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the solar thermal power generation facility of the present embodiment reflects sunlight by a
ヘリオスタット10は、太陽光を反射する反射鏡11と、反射鏡11を支持する支持脚12と、反射鏡11を目的の方向に向ける駆動制御器13と、を有している。このヘリオスタット10は、図2に示すように、タワー施設20を中心として、リング状の領域内に複数点在している。言い換えると、ヘリオスタット10は、タワー施設20を中心として、周方向に360°複数配置されていると共に、タワー施設20を基準として遠近方向にも複数配置されている。
The
タワー施設20は、図3に示すように、前述の第一受熱器40と、第一受熱器40に圧縮空気を供給する圧縮機31と、第一受熱器40で加熱された空気によって駆動する高圧ガスタービン(第一ガスタービン)32と、高圧ガスタービン32から排気された空気を加熱する前述の第二受熱器50と、第二受熱器50で加熱された空気によって駆動する低圧ガスタービン(第二ガスタービン)33と、高圧ガスタービン32及び低圧ガスタービン33の駆動により発電する発電機34と、圧縮機31で圧縮された空気と低圧ガスタービン33から排気された空気との間で熱交換を行う再生熱交換器35と、これらが収納される収納庫25と、これらが載るタワー21と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the
タワー21は、鉛直方向に延びる4本の支柱22と、4本の支柱22相互を連結する複数の梁23とを有している。4本の支柱22の対角線の延長線上には、図2に示すように、ヘリオスタット10は配置されていない。これは、ヘリオスタット10の反射鏡11で反射されて第一受熱器40及び第二受熱器50に向う太陽光の光路上に、タワー21の支柱22が存在することを避けるためである。また、タワー21の複数の梁23も、ヘリオスタット10の反射鏡11で反射されて第一受熱器40及び第二受熱器50に向う太陽光の光路上に存在しないよう、配置されている。
The
収納庫25は、内部に下部収納室26及び上部収納室28が形成されている。下部収納室26の下側には、太陽光を下部収納室26内に取り込むための円形の開口27が形成されている。この開口27は、各へイオスタット10からの太陽光を下部収納室26内に導ける大ききに形成されている。この下部収納室26には、第一受熱器40及び第二受熱器50が収納されている。第一受熱器40は、円形の開口27の中心を通り鉛直方向に延びる仮想軸A上であって、下部収納室26内の上側に配置され、第二受熱器50は、この仮想軸A上であって、下部収納室26内の下側に配置されている。また、上部収納室28には、圧縮機31と高圧ガスタービン32と低圧ガスタービン33と発電機34と再生熱交換器35とが収納されている。
The
圧縮機31と第一受熱器40とは、再生熱交換器35を介して、圧縮機31により圧縮された空気を第一受熱器40に導く圧縮空気配管36で接続されている。第一受熱器40と高圧ガスタービン32とは、第一受熱器40で加熱された空気を高圧ガスタービン32に送る第一加熱空気配管37aで接続されている。高圧ガスタービン32と第二受熱器50とは、高圧ガスタービン32から排気された空気を第二受熱器50に供給する第一排気配管38aで接続されている。第二受熱器50と低圧ガスタービン33とは、第二受熱器50で加熱された空気を低圧ガスタービン33に送る第二加熱空気配管37bで接続されている。低圧ガスタービン33と再生熱交換器35とは、低圧ガスタービン33から排気された空気を再生熱交換器35に送る第二排気配管38bで接続されている。
The
第一受熱器40及び第二受熱器50は、いずれも、前述の仮想軸Aを中心として円筒形状のケーシング41,51と、このケーシング41,51内に収納されている受熱管アッセンブリ45,55と、有している。
The
第一受熱器ケーシング41は、側周壁板42と天板43とを有しており、下側には、仮想軸Aを中心として円形の開口44が形成されている。また、第二受熱器ケーシング51も、側周壁板52と天板53とを有しており、下側には、仮想軸Aを中心として円形の開口54が形成されている。さらに、第二受熱器ケーシング51の天板53には、第二受熱器ケーシング51に入り込んだ太陽光の一部がこの第二受熱器ケーシング51を通過して、第二受熱器40よりも上側に配置されている第一受熱器40の第一受熱管アッセンブリ45に照射されるよう、仮想軸Aを中心として円形の開口54bが形成されている。各開口44,54,54bは、いずれも、鉛直方向における各開口44,54,54bの位置から上方の空間に、各ヘリオスタット10からの太陽光を導ける大きさに形成されている。
The first
第一受熱器ケーシング41及び第二受熱器ケーシング51の内面には、熱エネルギーの外部へ放射を抑えるために断熱材が施されている。
A heat insulating material is applied to the inner surfaces of the first
第一受熱器ケーシング41は、収納庫25の下部収納室26と上部収納室28とを仕切る仕切壁29に固定されているフック99aにより、この仕切壁29から吊下げられている。このフック99aの下端は、第一受熱器ケーシング41の天板43を貫通して、第一受熱管アッセンブリ45に取り付けられている。すなわち、第一受熱器ケーシング41のみならず、第一受熱管アッセンブリ45も、このフック99aにより仕切壁29から吊下げられている。また、第二受熱器ケーシング51及び第二受熱管アッセンブリ55も、収納庫25の仕切壁29に固定されているフック99bにより、この仕切壁29から吊下げられている。
The first
第一受熱管アッセンブリ45及び第二受熱管アッセンブリ55は、図3〜図5に示すように、いずれも、リング状の下部ヘッダ配管46a,56aと、同じくリング状の上部ヘッダ配管46b,56bと、鉛直方向に延び下部ヘッダ配管46a,56aと上部ヘッダ配管46b,56bとをつなぐ複数の受熱管47,57と、下部ヘッダ配管46aに空気を送る入口配管48,58(図5)と、上部ヘッダ配管46bからの空気をガスタービン32,33へ送るための出口配管49,59(図5)と、を有している。
As shown in FIGS. 3 to 5, each of the first heat receiving
第一受熱管アッセンブリ45の下部ヘッダ配管46a及び上部ヘッダ配管46bは、いずれも、第一直径で仮想軸Aを中心としてリング状を成し、第二受熱管アッセンブリ55の下部ヘッダ配管56a及び上部ヘッダ配管56bは、いずれも、第一直径よりも大きい第二直径で仮想軸Aを中心としてリング状を成している。
The
第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47は、リング状の下部ヘッダ配管46a及び上部ヘッダ配管46bの周方向において、所定の間隔をあけて配置されている。ヘリオスタット10からの太陽光は、基本的に、この受熱管47に照射され、この受熱管47を高温にする。このように、受熱管47は、高温になるため、自重による曲げ応力がかからないよう、前述したように、鉛直方向に延びている。
The plurality of
第一受熱器ケーシング41は、その下部が下方に向うに連れて次第に縮径されており、下部ヘッダ配管46aは、この第一受熱器ケーシング41の下部の外周側に位置し、この第一受熱器ケーシング41内に収納されていない。この下部ヘッダ配管46aの外周側には、複数の入口配管48(図5)が接続されている。この複数の入口配管48は、圧縮機31から延びる圧縮空気配管36(図3)に接続されている。また、上部ヘッダ配管46bの内周側には、リング状の上部ヘッダ配管46bの対向部をつなぐように複数の出口配管49が接続されている。複数の出口配管49が相互に交差する部分には、第一受熱管アッセンブリ45で加熱された空気を高圧ガスタービン32に送るための第一加熱空気配管37a(図3)が接続されている。
The first
第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57は、第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47と同様、リング状の下部ヘッダ配管56a及び上部ヘッダ配管56bの周方向において、所定の間隔をあけて配置されている。ヘリオスタット10からの太陽光は、基本的に、この受熱管57に照射される。
The plurality of
第二受熱器ケーシング51は、その下部が下方に向うに連れて次第に縮径されており、下部ヘッダ配管56aは、この第二受熱器ケーシング51の下部の外周側に位置し、この第二受熱器ケーシング51内に収納されていない。この下部ヘッダ配管56aの外周側には、複数の入口配管58(図5)が接続されている。この複数の入口配管58は、高圧ガスタービン32から延びる第一排気配管38a(図3)に接続されている。また、上部ヘッダ配管56bの内周側には、リング状の上部ヘッダ配管56bの対向部をつなぐように複数の出口配管59が接続されている。複数の出口配管59が相互に交差する部分には、第二受熱管アッセンブリ55で加熱された空気を低圧ガスタービン33に送るための第二加熱空気配管37b(図3)が接続されている。
The diameter of the second
第一受熱管アッセンブリ45の第一直径は、前述したように、第二受熱管アッセンブリの第二直径よりも小さく、第一受熱管アッセンブリ45の内部空間の容積は、第二受熱管アッセンブリ55の内部空間の容積よりも小さい。これは、第一受熱管アッセンブリ45の内部圧力が、この第一受熱管アッセンブリ45の下流側に配置されている第二受熱管アッセンブリ55の内部圧力よりも高く、第一受熱管アッセンブリ45内の空気密度が第二受熱管アッセンブリ55内の空気密度よりも高いからである。
As described above, the first heat receiving
なお、本実施形態におけるガスタービン設備は、圧縮機31、高圧ガスタービン32、低圧ガスタービン33、再生熱交換器35、第一受熱器40及び第二受熱器50を有して構成されている。
In addition, the gas turbine equipment in this embodiment is comprised including the
次に、以上で説明した太陽熱発電設備の動作について説明する。 Next, the operation of the solar thermal power generation facility described above will be described.
圧縮機31は、外部の空気を取り込み、これを圧縮して、再生熱交換器35及び圧縮空気配管36を介して、第一受熱管アッセンブリ45に送る。圧縮機31からの圧縮空気は、第一受熱管アッセンブリ45の入口配管48から下部ヘッダ配管46aを経て、複数の受熱管47内に流れ込む。
The
第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47には、図1及び図2に示すように、複数のヘリオスタット10のうち、主として、タワー施設20に比較的近い複数のヘリオスタット10aからの太陽光が照射される。このため、第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47内を流れる空気は加熱される。複数の受熱管47内で加熱された空気は、第一受熱管アッセンブリ45の上部ヘッダ配管46b及び出口配管49、さらに、第一加熱空気配管37aを経て、高圧ガスタービン32に送られ、高圧ガスタービン32を駆動させる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the plurality of
高圧ガスタービン32から排気された空気は、第一排気配管38aを経て、第二受熱管アッセンブリ55に送られる。高圧ガスタービン32からの空気は、第二受熱管アッセンブリ55の入口配管58から下部ヘッダ配管56aを経て、複数の受熱管57内に流れ込む。
The air exhausted from the high-
第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57には、図1及び図2に示すように、複数のヘリオスタット10のうち、主として、タワー施設20から比較的遠い複数のヘリオスタット10bからの太陽光が照射される。このため、第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57内を流れる空気は加熱される。すなわち、本実施形態では、複数のヘリオスタット10のうち、タワー施設20に比較的近い複数のヘリオスタット10aが、第一受熱器40に太陽光を照射する第一ヘリオスタットを成し、タワー施設20から比較的遠い複数のヘリオスタット10bが、第二受熱器50に太陽光を照射する第二ヘリオスタットを成している。なお、複数のヘリオスタット10のうち、タワー施設20を基準にして遠近方向の中間部分に配置されているヘリオスタット10は、第一ヘリオスタットと第二ヘリオスタットとのうち、一方のみを成してもよいし、第一ヘリオスタットと第二ヘリオスタットの両方を兼ねてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the plurality of
第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57内で加熱された空気は、第二受熱管アッセンブリ55の上部ヘッダ配管56b及び出口配管59、さらに、第二加熱空気配管37bを経て、低圧ガスタービン33に送られ、低圧ガスタービン33を駆動させる。
The air heated in the plurality of
発電機34は、高圧ガスタービン32及び低圧ガスタービン33の駆動により発電を行う。配管
The
低圧ガスタービン33から排気された空気は、第二排気配管38b及び再生熱交換器35を経て、外部に排気される。低圧ガスタービンか33ら排気された空気は、再生熱交換器35を通過する過程で、圧縮機31から第一受熱器40に送られる圧縮空気と熱交換して、この圧縮空気を加熱する。
The air exhausted from the low-
以上のように、本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ45で加熱された空気で高圧ガスタービン32を駆動し、この高圧ガスタービン32から排気された空気を直ちに排気せずに、再び、第二受熱管アッセンブリ55で加熱して、この空気で低圧ガスタービン33を駆動しているので、熱エネルギーを有効利用することができる。
As described above, in the present embodiment, the high
また、本実施形態では、第一受熱器40と第二受熱器50とを上下方向に並べて配置しているので、タワー21の設置面積を小さくすることができ、タワー21回りのヘリオスタット10」の設置密度を高めることができる。
In the present embodiment, since the
さらに、本実施形態では、第一受熱器40と第二受熱器50とを上下方向に並べて配置しているので、複数のヘリオスタット10のうち、一部を第一受熱管アッセンブリ45のみに太陽光を照射するヘリオスタットとし、他の一部を第二受熱管アッセンブリ55のみに太陽光を照射するヘリオスタットとすることで、第一受熱管アッセンブリ45に照射する太陽光の光量及び第二受熱管アッセンブリ55に照射する太陽光の光量をそれぞれ個別に制御することができる。言い換えると、本実施形態では、高圧ガスタービン32に送る空気の熱量及び低圧ガスタービン33に送る空気の熱量のそれぞれを制御することができる。
Furthermore, in the present embodiment, since the
「第二実施形態」
まず、図6及び図7を参照して、太陽熱発電設備の第二実施形態について説明する。
"Second embodiment"
First, with reference to FIG.6 and FIG.7, 2nd embodiment of a solar thermal power generation installation is described.
第一実施形態の太陽熱発電設備は、受熱器として第一受熱器40及び第二受熱器50の二台の受熱器を有している。これに対して、本実施形態の太陽熱発電設備は、図6に示すように、受熱器として受熱器60の一台のみを有している点で異なり、その他の構成は、基本的に第一実施形態と同じである。そこで、以下では、主として、この受熱器60について説明する。
The solar thermal power generation facility of the first embodiment has two heat receivers, a
受熱器60は、複数の受熱管47を有する第一受熱管アッセンブリ45と、複数の受熱管57を有する第二受熱管アッセンブリ55と、第一受熱管アッセンブリ45及び第二受熱管アッセンブリ55を覆うケーシング61と、を備えている。
The
第一受熱管アッセンブリ45及び第二受熱管アッセンブリ55は、それぞれ、第一実施形態のものと同一である。
The first heat receiving
第一受熱管アッセンブリ45及び第二受熱管アッセンブリ55は、いずれも、第一実施形態と同様、共通の仮想軸Aを中心として、この仮想軸A上に配置されている。但し、本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ45の上下方向の位置と第二受熱管アッセンブリ55の上下方向の位置とが一部重なっており、第一受熱管アッセンブリ45は、第二受熱管アッセンブリ55の内周側に配置されている。
The first heat receiving
第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47は、図7に示すように、第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57に対して、仮想軸Aを中心とする周方向の位置が異なっている。
As shown in FIG. 7, the plurality of
ケーシング61は、図6に示すように、側周壁板62と天板63とを有しており、下側には、仮想軸Aを中心として円形の開口64が形成されている。この開口64は、各ヘリオスタット10からの太陽光がケーシング61内の第一受熱管アッセンブリ45の受熱管47及び第二受熱管アッセンブリ55の受熱管57に照射され得る大きさに形成されている。このケーシング61の下部は、下方に向うに連れて次第に縮径されており、第一受熱管アッセンブリ45の下部ヘッダ配管46a及び第二受熱管アッセンブリ55の下部ヘッダ配管56aは、いずれも、ケーシング61の下部の外周側に位置し、このケーシング61内に収納されていない。
As shown in FIG. 6, the
ケーシング61の内面には、熱エネルギーの外部へ放射を抑えるために断熱材が施されている。
A heat insulating material is applied to the inner surface of the
ケーシング61、このケーシング61内に収納されている第一受熱管アッセンブリ45及び第二受熱管アッセンブリ55は、収納庫25の仕切壁29に固定されているフック99c,99dにより、この仕切壁29から吊下げられている。
The
なお、本実施形態におけるガスタービン設備は、圧縮機31、高圧ガスタービン32、低圧ガスタービン33、再生熱交換器35、受熱器60を有して構成されている。
In addition, the gas turbine equipment in this embodiment is comprised including the
次に、以上で説明した太陽熱発電設備の動作について説明する。 Next, the operation of the solar thermal power generation facility described above will be described.
圧縮機31からの圧縮空気は、第一実施形態と同様、再生熱交換器35及び圧縮空気配管36を介して、第一受熱管アッセンブリ45に送られる。この圧縮空気は、第一受熱管アッセンブリ45の入口配管48から下部ヘッダ配管46aを経て、複数の受熱管47内に流れ込む。
The compressed air from the
第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47には、複数のヘリオスタット10からの太陽光が照射されて、複数の受熱管47内を流れる空気が加熱される。複数の受熱管47内で加熱された空気は、第一実施形態と同様、第一受熱管アッセンブリ45の上部ヘッダ配管46b及び出口配管49、さらに、第一加熱空気配管37aを経て、高圧ガスタービン32に送られ、高圧ガスタービン32を駆動させる。
The plurality of
高圧ガスタービン32から排気された空気は、第一実施形態と同様、第一排気配管38aを経て、第二受熱管アッセンブリ55に送られる。高圧ガスタービン32からの空気は、第二受熱管アッセンブリ55の入口配管58から下部ヘッダ配管56aを経て、複数の受熱管57内に流れ込む。
The air exhausted from the high-
第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57には、複数のヘリオスタット10からの太陽光が照射される。この際、複数のヘリオスタット10からの太陽光の一部は、図7に示すように、第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47に照射され、他の一部は、第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47の間を通過して、第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57に照射される。このように、複数の受熱管57に太陽光が照射されることで、複数の受熱管57内を流れる空気が加熱される。
The plurality of
本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47に太陽光を照射するヘリオスタット10と、第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57に太陽光を照射するヘリオスタット10とは、基本的に共通する。すなわち、本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47に太陽光を照射する第一ヘリオスタットは、基本的に、第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57に太陽光を照射する第二ヘリオスタットを兼ねている。
In the present embodiment, the
第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57内で加熱された空気は、第一実施形態と同様、第二受熱管アッセンブリ55の上部ヘッダ配管56b及び出口配管59、さらに、第二加熱空気配管37bを経て、低圧ガスタービン33に送られ、低圧ガスタービン33を駆動させる。
The air heated in the plurality of
発電機34は、高圧ガスタービン32及び低圧ガスタービン33の駆動により発電を行う。
The
低圧ガスタービン33から排気された空気は、第一実施形態と同様、第二排気配管38b及び再生熱交換器35を経て、外部に排気される。低圧ガスタービン33から排気された空気は、再生熱交換器35を通過する過程で、圧縮機31から第一受熱管アッセンブリ45に送られる圧縮空気と熱交換して、この圧縮空気を加熱する。
The air exhausted from the low-
以上のように、本実施形態でも、第一受熱管アッセンブリ45で加熱されて高圧ガスタービン32を駆動した空気を直ちに排気せずに、再び、第二受熱管アッセンブリ55で加熱して低圧ガスタービン33を駆動しているので、熱エネルギーを有効利用することができる。
As described above, also in the present embodiment, the air heated by the first heat receiving
また、本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ45が第二受熱管アッセンブリ55の内周側に配置されているので、タワー21の設置面積を小さくすることができと共に、収納庫の高さ、より詳細には収納庫の下部収納室の高さを低くすることができる。
Moreover, in this embodiment, since the 1st heat receiving
前述したように、本実施形態では、第一受熱管アッセンブリ45の複数の受熱管47に太陽光を照射するヘリオスタット10と、第二受熱管アッセンブリ55の複数の受熱管57に太陽光を照射するヘリオスタット10とは、基本的に共通する。しかしながら、第一受熱管アッセンブリ45から高圧タービン32に送る空気の熱量、及び第二受熱管アッセンブリ55から低圧タービン33に送る空気の熱量を制御できるようにするため、複数のヘリオスタット10のうち、一部を第一受熱管アッセンブリ45のみに太陽光を照射するヘリオスタットとし、他の一部を第二受熱管アッセンブリ55のみに太陽光を照射するヘリオスタットにしてもよい。この場合、図6に示す状態に比べて、第一受熱管アッセンブリ45の上下方向の位置を、第二受熱管アッセンブリ55に対して僅かに上側に位置させ、複数のヘリオスタット10のうち、タワー施設20に近い複数のヘリオスタット10a(図1及び図2に示す)を、第一受熱管アッセンブリ45の受熱管47の上部にのみ太陽光を照射するヘリオスタットとし、タワー施設20から遠い複数のヘリオスタット10b(図1及び図2に示す)を、第二受熱管アッセンブリ55の受熱管57の下部にのみ太陽光を照射するヘリオスタットとするとよい。
As described above, in this embodiment, the
「実施形態の変形例」 `` Modification of embodiment ''
以上の各実施形態では、高圧ガスタービン32のロータに低圧ガスタービン33のロータが接続されているが、本発明は、これに限定されるものではなく、図8に示すように、高圧ガスタービン32のロータが低圧ガスタービン33のロータに接続されていなくてもよい。この場合、圧縮機31のロータと高圧ガスタービン32のロータとが接続され、低圧ガスタービン33のロータと発電機34のロータとが接続されていることが好ましい。
In each of the above embodiments, the rotor of the low-
また、以上の各実施形態では、ガスタービンの駆動により発電を行うものであるが、図9に示すように、さらに、蒸気タービン73を加え、この蒸気タービン73でも発電を行えるようにしてもよい。この場合、例えば、再生熱交換器35から排気された空気が通るラインに蒸気発生器71を設け、再生熱交換器35からの空気の熱で蒸気を発生させ、この蒸気で、発電機74が接続されえている蒸気タービン73を駆動する方法が考えられる。蒸気タービン73から出た蒸気は、復水器75で水に戻されて、蒸気発生器71に返される。
Further, in each of the above embodiments, power generation is performed by driving the gas turbine. However, as shown in FIG. 9, a
このように、ガスタービン及び蒸気タービンで発電する、つまり、コンバインドサイクル発電を行うことにより、熱エネルギーをより有効利用することができる。 In this way, heat energy can be used more effectively by generating power with the gas turbine and the steam turbine, that is, by performing combined cycle power generation.
10…ヘリオスタット、11…反射鏡、20…タワー施設、21…タワー、25…収納庫、31…圧縮機、32…高圧ガスタービン、33…低圧ガスタービン、34…発電機、40…第一受熱器、41…第一受熱器ケーシング、45…第一受熱管アッセンブリ、47…受熱管、50…第二受熱器、51…第二受熱器ケーシング、55…第二受熱管アッセンブリ、57…受熱管、60…受熱器、61…ケーシング、73…蒸気タービン
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第一受熱管アッセンブリで加熱された前記流体によって駆動する第一ガスタービンと、
前記第一ガスタービンから排気された前記流体が流れる複数の受熱管を有し、該受熱管に太陽光が照射されて、該受熱管内の流体が加熱される第二受熱管アッセンブリと、
前記第二受熱管アッセンブリで加熱された前記流体よって駆動する第二ガスタービンと、
を備えていることを特徴とするタービン設備。 A first heat receiving pipe assembly having a plurality of heat receiving pipes, wherein the heat receiving pipes are irradiated with sunlight and the fluid in the heat receiving pipes is heated;
A first gas turbine driven by the fluid heated by the first heat receiving pipe assembly;
A plurality of heat receiving pipes through which the fluid exhausted from the first gas turbine flows, the second heat receiving pipe assembly in which sunlight is irradiated to the heat receiving pipe and the fluid in the heat receiving pipe is heated;
A second gas turbine driven by the fluid heated by the second heat receiving pipe assembly;
Turbine equipment characterized by comprising.
前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリは、いずれも、
前記流体が流れ込むリング状の下部ヘッダ配管と、
前記下部ヘッダ配管の上方に配置されているリング状の上部ヘッダ配管と、
上下方向に延び、前記下部ヘッダ配管と前記上部ヘッダ配管とをつなぎ、該下部ヘッダ配管から前記流体が流れ込み、太陽光が照射されることで該流体が加熱され、加熱された該流体を前記上部ヘッダ配管に送る前記複数の受熱管と、
を有することを特徴とするタービン設備。 The turbine equipment according to claim 1,
The first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly are both
A ring-shaped lower header pipe into which the fluid flows;
A ring-shaped upper header pipe disposed above the lower header pipe; and
It extends in the vertical direction, connects the lower header pipe and the upper header pipe, the fluid flows from the lower header pipe, and the fluid is heated by being irradiated with sunlight, and the heated fluid is The plurality of heat receiving pipes to be sent to the header pipe;
A turbine facility characterized by comprising:
前記第一受熱管アッセンブリの前記下部ヘッダ配管及び前記上部ヘッダ配管は、第一直径で鉛直方向に延びる仮想軸を中心としてリング状を成し、
第二受熱管アッセンブリの前記下部ヘッダ配管及び前記上部ヘッダ配管は、前記第一直径よりも大きい第二直径で前記仮想軸を中心としてリング状を成している、
ことを特徴とするタービン設備。 The turbine equipment according to claim 2,
The lower header pipe and the upper header pipe of the first heat receiving pipe assembly form a ring shape around a virtual axis extending in the vertical direction with a first diameter,
The lower header pipe and the upper header pipe of the second heat receiving pipe assembly form a ring shape around the virtual axis with a second diameter larger than the first diameter,
Turbine equipment characterized by that.
前記第一受熱管アッセンブリを覆う第一受熱器ケーシングと、前記第二受熱管アッセンブリを覆う第二受熱器ケーシングとを備え、
前記第一受熱管アッセンブリと前記第一受熱器ケーシングとを有して第一受熱器を成し、
前記第二受熱管アッセンブリと前記第二受熱器ケーシングとを有して第二受熱器を成し、
前記第一受熱器は、前記第二受熱器より上方に配置され、
前記第一受熱器ケーシングは、下方からの太陽光が前記第一受熱器の複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成され、
前記第二受熱器ケーシングは、下方からの太陽光が前記第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成されていると共に、該開口から入り込んだ太陽光の一部が前記第一受熱器ケーシングの前記開口から該第一受熱器ケーシング内に入り込み前記第一受熱器の複数の前記受熱管に照射させるよう、前記仮想軸を中心とした開口が上側にも形成されている、
ことを特徴とするタービン設備。 The turbine equipment according to claim 3,
A first heat receiving casing that covers the first heat receiving pipe assembly; and a second heat receiving casing that covers the second heat receiving pipe assembly;
The first heat receiver tube assembly and the first heat receiver casing are included to form a first heat receiver,
The second heat receiving pipe assembly and the second heat receiver casing have a second heat receiver,
The first heat receiver is disposed above the second heat receiver,
In the first heat receiver casing, an opening around the virtual axis is formed on the lower side so that sunlight from below is irradiated to the plurality of heat receiving tubes of the first heat receiver,
The second heat receiver casing has a lower opening formed around the virtual axis so that sunlight from below is irradiated to the plurality of heat receiving tubes of the second heat receiving tube assembly, The virtual axis is set so that a part of sunlight entering from the opening enters the first heat receiver casing through the opening of the first heat receiver casing and irradiates the plurality of heat receiving tubes of the first heat receiver. A central opening is also formed on the upper side,
Turbine equipment characterized by that.
前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリを覆うケーシングを備え、
前記第一受熱管アッセンブリと前記第二受熱管アッセンブリと前記ケーシングとを有して受熱器を成し、
前記第一受熱管アッセンブリは、前記第二受熱管アッセンブリの前記仮想軸側である内周側に配置され、該第一受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管は、該第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に対して、該仮想軸を中心とする周方向の位置が異なっており、
前記ケーシングには、下方からの太陽光が前記第一受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管及び前記第二受熱管アッセンブリの複数の前記受熱管に照射されるよう、前記仮想軸を中心とした開口が下側に形成されている、
ことを特徴とするタービン設備。 The turbine equipment according to claim 3,
A casing covering the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly;
The first heat receiving pipe assembly, the second heat receiving pipe assembly and the casing form a heat receiver,
The first heat receiving pipe assembly is disposed on an inner peripheral side which is the virtual axis side of the second heat receiving pipe assembly, and the plurality of heat receiving pipes of the first heat receiving pipe assembly are a plurality of the second heat receiving pipe assemblies. The circumferential position around the virtual axis is different from the heat receiving pipe of
The casing has an opening around the virtual axis so that sunlight from below is irradiated to the plurality of heat receiving tubes of the first heat receiving tube assembly and the plurality of heat receiving tubes of the second heat receiving tube assembly. Is formed on the lower side,
Turbine equipment characterized by that.
前記第一受熱管アッセンブリ及び前記第二受熱管アッセンブリを覆うケーシングを備え、
前記第一受熱管アッセンブリと前記第二受熱管アッセンブリと前記ケーシングとで受熱器を成す、
ことを特徴とするタービン設備。 In the turbine equipment according to any one of claims 1 to 3,
A casing covering the first heat receiving pipe assembly and the second heat receiving pipe assembly;
The first heat receiving pipe assembly, the second heat receiving pipe assembly, and the casing form a heat receiver.
Turbine equipment characterized by that.
前記第二ガスタービンから排気された前記流体により水を加熱して蒸気を生成する蒸気発生器と、
前記蒸気発生器で発生した蒸気により駆動する蒸気タービンと、
を備えていることを特徴とするタービン設備。 The turbine equipment according to any one of claims 1 to 6,
A steam generator for generating water by heating water with the fluid exhausted from the second gas turbine;
A steam turbine driven by steam generated by the steam generator;
Turbine equipment characterized by comprising.
反射鏡を有し、該反射鏡で太陽光を反射して前記タービン設備の前記第一受熱管アッセンブリの前記受熱管に太陽光を照射する第一ヘリオスタットと、
反射鏡を有し、該反射鏡で太陽光を反射して前記タービン設備の前記第二受熱管アッセンブリの前記受熱管に太陽光を照射する第二ヘリオスタットと、
前記タービン設備の前記第一ガスタービンと前記第二ガスタービンとのうち、少なくとも一方のガスタービンの駆動で発電する発電機と、
を備えていることを特徴とする太陽光発電設備。 Turbine equipment according to any one of claims 1 to 7,
A first heliostat that has a reflecting mirror and irradiates sunlight to the heat receiving pipe of the first heat receiving pipe assembly of the turbine facility by reflecting sunlight with the reflecting mirror;
A second heliostat that has a reflecting mirror and irradiates sunlight to the heat receiving pipe of the second heat receiving pipe assembly of the turbine facility by reflecting sunlight with the reflecting mirror;
A generator that generates electric power by driving at least one of the first gas turbine and the second gas turbine of the turbine facility;
A solar power generation facility characterized by comprising:
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