JP2013249840A - ソーラー設備を作動させるための方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】全負荷および部分負荷の両方において最適効率で作動させることができる新規なソーラー設備を提供する。
【解決手段】ソーラー設備を作動させるための方法であって、このソーラー設備は、直接蒸発が過熱生蒸気の生成と同時に起きるソーラーフィールド（１）と、生蒸気を膨張させるためのタービン（２）と、電気エネルギーを発生させるためにタービン（２）によって駆動される発電機（３）とを含み、少なくとも一つのバルブ（７）がタービン（２）と関連付けられており、これを用いて、タービン（２）へと供給される生蒸気の量が調整され、それを用いてタービン（２）へと供給される生蒸気の量が調整されるバルブ（７）あるいは各バルブ（７）は、タービン（２）の上流で生じる生蒸気圧力の実際の値が、タービンの上流の生蒸気の生蒸気温度に依存して決定される参照値に追従するように制御される方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１のプレアンブルに記載のソーラー設備を作動させるための方法に関する。
ソーラー設備においては、電気エネルギーがソーラーエネルギーから発生させられる。このために、作動媒体、特に水が、ソーラー設備のソーラーフィールド内で蒸発させられ、そして蒸発させられた作動媒体はタービンに供給される。作動媒体はタービン内で膨張させられ、そして、こうして得られたエネルギーはソーラー設備の発電機を駆動するために使用される。発電機は電気エネルギーを発生させる。ソーラーフィールド内で発生させられ、タービンへと供給される作動媒体の蒸気はまた、生蒸気として知られている。
本発明は、上記タイプのソーラー設備を作動させるための方法に関し、ソーラーフィールドは直接蒸発の原理で作動し、すなわち作動媒体は、一方ではソーラーフィールドにおいて、そのための回路内で蒸発させられ、他方ではタービン内で膨張させられる。
たとえばソーラー設備のソーラーフィールドの日照不足によって、ソーラー設備を全負荷では作動させられず、部分負荷でしか作動させられない場合、これまでは、ソーラー設備を最適効率で作動させることはできなかった。
全負荷および部分負荷の両方において最適効率で作動させることができるソーラー設備が求められている。
これに鑑みて、本発明の目的は、ソーラー設備を作動させるための新規な方法を提供することである。
この目的は、請求項１に記載のソーラー設備を作動させるための方法によって解決される。本発明によれば、それを用いてタービンへと供給される生蒸気の量が調整されるバルブあるいは各バルブは、タービンの上流で生じる生蒸気圧力の実際の値が、タービンの上流の生蒸気の生蒸気温度に依存して決定される参照値に追従するように制御される。
タービンの上流で生じる生蒸気圧力の実際の値が、対応する参照値（この参照値はタービンの上流の生蒸気温度の実際の値に依存して決定される）に追従するように、それを用いてタービンへと供給される生蒸気の量の調整がなされるバルブあるいは各バルブを制御することが、本発明によって、初めて提案される。このようにすることで、最適効率でのソーラー設備の作動が部分負荷でも可能である。
有利なさらなる展開によれば、生蒸気温度は、この目的のために、センサーによって測定され、そして、対応する実際の値はコントローラーへと供給され、コントローラーは、生蒸気温度の実際の値に依存して生蒸気圧力に関する参照値を発生させ、かつ、生蒸気圧力に関する参照値に依存して、生蒸気圧力の実際の値が生蒸気圧力に関する参照値に追従するように、バルブあるいは各バルブに関する制御変数を決定する。コントローラーによって、この方式でソーラー設備を作動させることによって、ソーラー設備の特に簡単かつ好ましい効率最適化運転が可能となる。
本発明はさらに、本発明に基づく方法を実施するための手段を備えたソーラー設備のコントローラーに関する。
本発明の好ましい、さらなる展開は、従属請求項および以下の説明に開示されている。本発明の実施形態について、図面を参照して、さらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
ソーラー設備のセクションを示す図である。 ソーラー設備を作動させるための本発明に基づく方法を示すグラフである。
図１は、ソーラーフィールド１、タービン２、そして発電機３を備えたソーラー設備の概略セクションを示している。作動媒体、特に水は、ソーラー設備のソーラーフィールド１内で蒸発させられる。ソーラーフィールド１内で発生させられた生蒸気は、膨張のためにタービン２へと供給される。生蒸気がタービン２内で膨張させられるとき、エネルギーが得られ、これを用いて発電機３を、電気エネルギーを発生させるために駆動させることができる。
図示する実施形態では、ソーラー設備のソーラーフィールド１は、予熱器４、エバポレーター５、そして過熱器６を備える。作動媒体は、予熱器４内で、蒸発温度まで予熱される。作動媒体の実際の蒸発はエバポレーター５内で生じる。蒸気は過熱器６内で過熱され、そして過熱器６は、膨張のためにタービン２に続いて供給される生蒸気を供給する。
膨張のためにタービン２に供給される生蒸気の量は、少なくとも一つのバルブ７によって調整可能である。バルブ７、あるいは各バルブ７は、タービン２の一体型コンポーネント部分であってもよい。
本発明の趣旨の範囲で、それを用いてソーラー設備を作動させるためにタービン２に供給される生蒸気の量が調整されるバルブ７あるいは各バルブ７は、タービン２の上流で生じる生蒸気圧力ｐの実際の値ｐISTが、タービン２の上流の生蒸気の生蒸気温度Ｔの実際の値ＴISTに依存して決定される、対応する参照値ｐSOLLに追従するように制御される。
バルブ７あるいは各バルブ７は、好ましくは、このバルブ７のあるいは各バルブ７の直ぐ上流で生じる生蒸気圧力ｐの実際の値ｐISTが、既に述べたように、バルブ７あるいは各バルブ７の直ぐ上流の生蒸気の生蒸気温度Ｔの実際の値ＴISTに依存して決定される、対応する参照値ｐSOLLに追従するように制御される。
コントローラー８が、本発明に基づく方法を実施するために使用される。タービン２の上流あるいはバルブ７または各バルブ７の上流の生蒸気温度の実際の値ＴISTは、コントローラー８に供給される。生蒸気温度のこの実際の値ＴISTは、センサー９によって特定される。生蒸気温度のこの実際の値に依存して、コントローラー８は、タービン２の上流のあるいはバルブ７または各バルブ７の上流の生蒸気の生蒸気圧力に関する参照値ｐSOLLを決定し、そして生蒸気圧力に関するこの参照値ｐSOLLに依存して、コントローラー８は、生蒸気圧力の実際の値ｐISTが生蒸気圧力に関する参照値ｐSOLLに追従するように、バルブ７または各バルブ７に関する制御変数Ｘを決定する。
コントローラー８における、生蒸気温度の実際の値ＴISTに依存する生蒸気圧力に関する参照値ｐSOLLの決定は、好ましくは、特性ライン７によって実施される。図２は代表的な特性ライン１１を示しており、これは、生蒸気温度の実際の値ＴISTに依存する生蒸気圧力に関する参照値ｐSOLLを決定するために使用される。
図２の特性ラインにおいては、約３０barの生蒸気圧力ｐSOLLに関する参照値が、約３１０℃の実際の生蒸気温度ＴISTにおいて特定される。約２８０℃の生蒸気の温度ＴISTにおいて、約１９.５barの生蒸気圧力に関する参照値ｐSOLLが生成される。
既に述べたように、コントローラー８は、生蒸気圧力の実際の値ＰISTが生蒸気圧力の参照値ｐSOLLに追従するように、生蒸気圧力に関する参照値ｐSOLLに依存して、バルブ７あるいは各バルブ７に関する制御変数Ｘを決定する。このために、制御変数Ｘは、好ましくは、生蒸気圧力の参照値ｐSOLLと生蒸気圧力の実際の値ＰISTとの間の制御偏差に依存して生成される。図１によれば、生蒸気圧力の実際の値ＰISTはセンサー１０によって決定され、そしてコントローラー８に供給される。
本発明によれば、部分負荷だけでなく全負荷においても最適効率でソーラー設備を作動させることが可能である。したがって、特に、そこでの日照不足のためにソーラーフィールド１内で生蒸気がほとんど生じない場合に、タービン２を、発電機３によって最大の電気エネルギーを生み出すために最適効率で作動させることができる。本発明は、生蒸気の利用可能な量、有効なエンタルピー低下、そしてソーラー設備の個々のコンポーネント群のローディングの最適な組み合わせを伴ったソーラー設備の作動を可能とする。
１ ソーラーフィールド
２ タービン
３ 発電機
４ 予熱器
５ エバポレーター
６ 過熱器
７ バルブ
８ コントローラー
９ センサー
１０ センサー
１１ 特性ライン

Claims (6)

  1. ソーラー設備を作動させるための方法であって、前記ソーラー設備は、直接蒸発が過熱生蒸気の生成と同時に起きるソーラーフィールド（１）と、前記生蒸気を膨張させるためのタービン（２）と、電気エネルギーを発生させるために前記タービン（２）によって駆動される発電機（３）と、を含み、少なくとも一つのバルブ（７）が前記タービン（２）と関連付けられており、これを用いて、前記タービン（２）へと供給される生蒸気の量が調整され、それを用いて前記タービン（２）へと供給される生蒸気の量が調整される前記バルブ（７）あるいは各バルブ（７）は、前記タービン（２）の上流で生じる生蒸気圧力の実際の値が、前記タービンの上流の生蒸気の生蒸気温度に依存して決定される参照値に追従するように制御されることを特徴とする方法。
  2. それを用いて前記タービン（２）へと供給される生蒸気の量が調整される前記バルブ（７）あるいは各バルブ（７）は、前記バルブ（７）あるいは各バルブ（７）の上流で生じる生蒸気圧力の実際の値が、前記バルブ（７）あるいは各バルブ（７）の前記生蒸気温度に依存して特定される参照値に追従するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記生蒸気温度の実際の値は、このために、センサー（９）によって測定され、かつ、前記対応する実際の値はコントローラー（８）へと供給され、前記コントローラー（８）は、前記生蒸気温度の前記実際の値に依存して前記生蒸気圧力に関する参照値を発生させ、かつ、前記生蒸気圧力に関する前記参照値に依存して、前記生蒸気圧力の前記実際の値が前記生蒸気圧力に関する前記参照値に追従するように、前記バルブ（７）あるいは各バルブ（７）に関する制御変数を決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 前記コントローラー（８）は、センサー（１０）によって検出されると共に前記コントローラー（８）に供給された前記生蒸気圧力の実際の値と、前記生蒸気圧力に関する前記参照値との間の制御偏差に依存して、前記バルブ（７）あるいは各バルブ（７）に関する前記制御変数を発生させることを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記生蒸気圧力に関する前記参照値は、特性ライン（１１）によって前記生蒸気温度の前記実際の値に基づいて特定されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法を実施するための手段を備えたソーラー設備のコントローラー（８）。
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