JP2017155667A - 太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽熱発電システムは、太陽熱を集熱して水から飽和蒸気を生成する太陽熱集熱システム1、太陽熱集熱システムの飽和蒸気により駆動可能な飽和蒸気タービン31を有する発電システム3、太陽熱集熱システムの飽和蒸気及び発電システムの水を導入可能な蓄熱放熱システム2を備える。蓄熱放熱システムは、固体蓄熱材で形成した蓄熱槽70を含み、太陽熱集熱システムの飽和蒸気又は発電システムの水と熱交換する蓄熱放熱装置61、太陽熱集熱システムの飽和蒸気を蓄熱放熱装置に供給する第1の蒸気供給配管63、発電システムの水を蓄熱放熱装置に供給する給水配管66、蓄熱放熱装置との熱交換で生じた気液二相流体を飽和蒸気と飽和水に分離する汽水分離器76、分離した飽和蒸気を飽和蒸気タービンに供給する第2の蒸気供給配管を備える。
【選択図】 図1
Description
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、太陽熱を集熱して熱媒体としての水から飽和蒸気を生成する太陽熱集熱システムと、前記太陽熱集熱システムで生成された熱媒体としての飽和蒸気により駆動可能な飽和蒸気タービンを有し、前記飽和蒸気タービンの駆動により発電する発電システムと、前記太陽熱集熱システムで生成された熱媒体としての飽和蒸気及び前記発電システムの熱媒体としての水を導入可能な蓄熱放熱システムとを備え、前記蓄熱放熱システムは、固体蓄熱材で形成された蓄熱部を有する蓄熱槽を少なくとも1つ含み、前記太陽熱集熱システムで生成された飽和蒸気又は前記発電システムからの水との熱交換を行う蓄熱放熱装置と、前記太陽熱集熱システムで生成された飽和蒸気を前記蓄熱放熱装置に供給する第1の蒸気供給配管と、前記発電システムの水を前記蓄熱放熱装置に供給する給水配管と、前記蓄熱放熱装置の下流側に設置され、前記蓄熱放熱装置と飽和蒸気又は水との熱交換により生成された気液二相流体を飽和蒸気と飽和水とに分離する汽水分離器と、前記汽水分離器で分離した飽和蒸気を前記飽和蒸気タービンに供給する第2の蒸気供給配管とを備えることを特徴とする。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
[一実施の形態]
まず、本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態のシステム構成を図1を用いて説明する。図1は本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態を示す構成図である。図1中、一点鎖線の各枠はそれぞれ、太陽熱集熱システム、蓄熱放熱システム及び発電システムを示している。
図2は図1に示す本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態の一部を構成する蓄熱放熱装置を示す構成図、図3A乃至図3Dは図1に示す本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態の一部を構成する蓄熱槽の第1例乃至第4例をそれぞれ示す説明図である。図2中、第3番から第N−1番の蓄熱槽は省略されている。なお、図2及び図3A乃至図3Dにおいて、図1に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図4は図1に示す本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態における発電及び蓄熱の併用運転状態を示す説明図、図5は図1に示す本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態における直達日射量の変化に対する蓄熱槽の温度変化及び計画発電量の変化を示す説明図、図6は図1に示す本発明の太陽熱発電システムの一実施の形態における放熱発電の運転状態を示す説明図である。図4及び図6中、矢印は熱媒体としての水/水蒸気の流れの方向を、実線は熱媒体が流通する配管を、破線は閉止された配管をそれぞれ示している。また、黒色の弁は閉止された状態を、白色の弁は開放された状態をそれぞれ示している。図5中、横軸hは時間(48時間)を、上図の縦軸Iは直達日射量(DNI)を、中図の縦軸Tは蓄熱放熱システムの各蓄熱槽の温度を、下図の縦軸Pは計画発電量をそれぞれ示している。また、なお、図4乃至図6において、図1乃至図3Dに示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
概略すると、図4に示す太陽熱集熱システム1において、発電システム3からの給水(熱媒体)を太陽熱により加熱して飽和蒸気を生成する。太陽熱集熱システム1で生成した飽和蒸気を分流させ、要求発電量に応じて飽和蒸気の一部を発電システム3に、残りの飽和蒸気を蓄熱放熱システム2に供給する。発電システム3において、太陽熱集熱システム1から供給された飽和蒸気により飽和蒸気タービン31が駆動されて発電機32が発電する。飽和蒸気タービン31を駆動して飽和蒸気から生じた復水(熱媒体)を太陽熱集熱システム1に再び供給し、太陽熱集熱システム1、蓄熱放熱システム2、発電システム3に熱媒体(水/水蒸気)を循環させる。一方、蓄熱放熱システム2において、蓄熱槽70は太陽熱集熱システム1から供給された飽和蒸気との熱交換により飽和蒸気の潜熱を回収し、太陽熱を蓄熱する。蓄熱槽70での熱交換により飽和蒸気から生じた飽和水(熱媒体)を発電システム3に戻して太陽熱集熱システム1に再び供給し、太陽熱集熱システム1、蓄熱放熱システム2、発電システム3に熱媒体(水/水蒸気)を循環させる。このように、本太陽熱発電システムにおいては、太陽熱により生成された飽和蒸気の潜熱が飽和蒸気タービン31及び蓄熱槽70で回収されるので、太陽熱により生成された蒸気の潜熱の利用向上を図ることができる。
概略すると、必要な日射量を得られず太陽熱を集熱することができない場合(例えば、図5の上図の18h〜30hまでの時間の場合)、図6に示す太陽熱集熱システム1で蒸気を生成することができないので、蓄熱放熱システム2の太陽熱を予め蓄えていた高温の蓄熱槽70に発電システム3の給水(熱媒体)を供給し、蓄熱槽70の放熱により給水から飽和蒸気を生成する。蓄熱放熱システム2で生成した飽和蒸気で発電システム3の飽和蒸気タービン31を駆動させることにより発電する。飽和蒸気タービン31の駆動により飽和蒸気から生じた復水は、再び蓄熱槽70に供給される。このように、本太陽熱発電システムにおいては、太陽熱集熱システム1で蒸気を生成できない場合でも、蓄熱放熱システム2の蓄熱槽70に予め蓄えていた太陽熱を放出することで生成した飽和蒸気により飽和蒸気タービン31を駆動して発電することができるので、蒸気の潜熱の利用向上を図ることができる。
なお、上述した一実施の形態においては、太陽熱集熱装置として、タワー型を採用した例を示したが、トラフ型やフレネル型の採用も可能である。
Claims (15)
- 太陽熱を集熱して熱媒体としての水から飽和蒸気を生成する太陽熱集熱システムと、
前記太陽熱集熱システムで生成された熱媒体としての飽和蒸気により駆動可能な飽和蒸気タービンを有し、前記飽和蒸気タービンの駆動により発電する発電システムと、
前記太陽熱集熱システムで生成された熱媒体としての飽和蒸気及び前記発電システムの熱媒体としての水を導入可能な蓄熱放熱システムとを備え、
前記蓄熱放熱システムは、
固体蓄熱材で形成された蓄熱部を有する蓄熱槽を少なくとも1つ含み、前記太陽熱集熱システムで生成された飽和蒸気又は前記発電システムからの水との熱交換を行う蓄熱放熱装置と、
前記太陽熱集熱システムで生成された飽和蒸気を前記蓄熱放熱装置に供給する第1の蒸気供給配管と、
前記発電システムの水を前記蓄熱放熱装置に供給する給水配管と、
前記蓄熱放熱装置の下流側に設置され、前記蓄熱放熱装置と飽和蒸気又は水との熱交換により生成された気液二相流体を飽和蒸気と飽和水とに分離する汽水分離器と、
前記汽水分離器で分離した飽和蒸気を前記飽和蒸気タービンに供給する第2の蒸気供給配管とを備える
ことを特徴とする太陽熱発電システム。 - 請求項1に記載の太陽熱発電システムにおいて、
前記蓄熱放熱装置は、前記太陽熱集熱システムから供給された飽和蒸気の前記蓄熱槽の入口における圧力を制御する蒸気圧力調整弁を更に含む
ことを特徴とする太陽熱発電システム。 - 請求項2に記載の太陽熱発電システムにおいて、
前記蓄熱放熱装置は、前記発電システムから供給された水の前記蓄熱槽の入口における圧力を制御する給水圧力調整弁を更に含む
ことを特徴とする太陽熱発電システム。 - 請求項3に記載の太陽熱発電システムにおいて、
前記給水圧力調整弁は、前記蒸気圧力調整弁を兼ねる
ことを特徴とする太陽熱発電システム。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の太陽熱発電システムにおいて、
前記蓄熱放熱システムは、前記蓄熱槽からの気液二相流体の前記汽水分離器の入口における圧力を制御する汽水分離器入口圧力調整弁を更に備える
ことを特徴とする太陽熱発電システム。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の太陽熱発電システムにおいて、
前記発電システムは、前記飽和蒸気タービンの駆動により生じた熱媒体としての水を脱気する脱気器を更に有し、
前記蓄熱放熱システムは、前記汽水分離器で分離した飽和蒸気を前記脱気器に供給する第3の蒸気供給配管を更に備える
ことを特徴とする太陽熱発電システム。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の太陽熱発電システムにおいて、
前記蓄熱放熱システムは、前記汽水分離器で分離した飽和水を前記発電システムの熱媒体としての水に合流させる飽和水供給配管を更に備える
ことを特徴とする太陽熱発電システム。 - 請求項1に記載の太陽熱発電システムにおいて、
前記蓄熱放熱装置は、並列に接続された複数の蓄熱槽を含んでいる
ことを特徴とする太陽熱発電システム。 - 太陽熱を集熱して熱媒体としての水から飽和蒸気を生成し、
太陽熱により生成された飽和蒸気の一部で飽和蒸気タービンを駆動することにより発電し、
固体蓄熱材で形成された蓄熱部を有する蓄熱槽を少なくとも1つ含む蓄熱放熱装置に太陽熱により生成された飽和蒸気の残りを供給することで、前記蓄熱槽と飽和蒸気との熱交換を行い、
太陽熱を集熱することができない場合には、
予め蓄熱していた前記蓄熱槽に熱媒体としての水を供給することで、前記蓄熱槽と水との熱交換を行い、
前記蓄熱槽との熱交換により水から生じた気液二相流体を汽水分離器により飽和蒸気と飽和水とに分離し、
前記汽水分離器で分離した飽和蒸気で前記飽和蒸気タービンを駆動することにより発電する
ことを特徴とする太陽熱発電方法。 - 請求項9に記載の太陽熱発電方法において、
前記蓄熱槽の入口における飽和蒸気の圧力を蒸気圧力調整弁により制御する
ことを特徴とする太陽熱発電方法。 - 請求項10に記載の太陽熱発電方法において、
前記蓄熱槽の入口における水の圧力を給水圧力調整弁により制御する
ことを特徴とする太陽熱発電方法。 - 請求項11に記載の太陽熱発電方法において、
前記給水圧力調整弁は、前記蒸気圧力調整弁を兼ねており、前記蓄熱槽に供給される飽和蒸気及び水の両方の圧力を制御する
ことを特徴とする太陽熱発電方法。 - 請求項9乃至12のいずれか1項に記載の太陽熱発電方法において、
前記汽水分離器の入口における気液二相流体の圧力を汽水分離器入口圧力調整弁により制御する
ことを特徴とする太陽熱発電方法。 - 請求項9乃至12のいずれか1項に記載の太陽熱発電方法において、
前記飽和蒸気タービンの駆動により飽和蒸気から生じた水を脱気器に供給し、
前記蓄熱槽との熱交換により飽和蒸気から生じた気液二相流体を前記汽水分離器により飽和蒸気と飽和水とに分離し、
前記汽水分離器で分離した飽和蒸気を前記脱気器に供給する
ことを特徴とする太陽熱発電方法。 - 請求項9に記載の太陽熱発電方法において、
前記蓄熱放熱装置は、並列に接続された複数の蓄熱槽を含んでおり、
前記複数の蓄熱槽への飽和蒸気又は水の供給は、各蓄熱槽が所定の温度に到達するまで1つずつ順に行われる
ことを特徴とする太陽熱発電方法。
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