JP2016127755A - 発電電力の平滑化システム - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】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１４と、蒸気を発生させる木質バイオマスボイラー１１と、木質バイオマスボイラー１１から蒸気供給流路１６を介して供給した蒸気により容積型回転機械１７を駆動して第２の発電電力を発電する蒸気発電機１２と、第１の発電電力と第２の発電電力とを統合可能な第１電力統合手段５０と、再生可能エネルギー利用発電装置１４の第１の発電電力を検出する電力トランスデューサ４２と、電力トランスデューサ４２により検出された第１の発電電力と第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、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制御装置１５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、発電電力の平滑化システムに関する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２０１３−１０５９２７号公報

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。

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るようにした。

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。

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制御部とを備えることが好ましい。この構成によれば、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の発電電力の平滑化システムを示す概略図。 バイナリー発電装置を示す概略図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［数１］
Ａ５＝（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ｂ５）／５ ・・・（１）

同様に、Ａ６は、次数（２）で算出される。

［数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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (10)

1. 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
   を備える、発電電力の平滑化システム。
2. 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、請求項１に記載の発電電力の平滑化システム。
3. 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、請求項１または２に記載の発電電力の平滑化システム。
4. 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、請求項３に記載の発電電力の平滑化システム。
5. 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、請求項４に記載の発電電力の平滑化システム。
6. 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、請求項３ないし５のいずれか１項に記載の発電電力の平滑化システム。
7. 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、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。
8. 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、請求項７に記載の発電電力の平滑化システム。
9. 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、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の発電電力の平滑化システム。
10. 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、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の発電電力の平滑化システム。

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