JP2020090943A

JP2020090943A - 太陽熱発電システム

Info

Publication number: JP2020090943A
Application number: JP2018229838A
Authority: JP
Inventors: 哲矢岩瀬; Tetsuya Iwase; 伊藤　幸夫; Yukio Ito; 幸夫伊藤; 啓志神谷; Keishi Kamiya
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-11
Also published as: WO2020116167A1

Abstract

【課題】ＤＳＧ方式を採用し、蓄熱装置に必要な経路での熱損失が少なく、かつシンプルな太陽熱発電システムを提供すること。【解決手段】太陽熱集熱装置２と、蓄熱装置４と、蒸気タービン３１と、発電機３２と、復水器５１と、水タンク５２と、給水ポンプ５３を有する。太陽熱集熱装置２から供給された加熱蒸気により蓄熱装置４への蓄熱と蒸気タービン３１の運転を行う昼運転モードと、蓄熱装置４の放熱を受けて加熱された加熱蒸気により蒸気タービン３１の運転を行う夜運転モードとが切り替え可能である。蓄熱装置４は化学反応により蓄熱及び放熱が可能な化学蓄熱材を内蔵し、さらに反応物質貯蔵器６に連結されており、化学蓄熱材の化学反応に利用される反応物質を、反応物質貯蔵器６から蓄熱装置４へ供給可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱発電システムに関する。

自然エネルギーを利用した発電システムの一つとして、太陽から発せられる熱エネルギーを利用して発電を行う太陽熱発電システムがある。太陽熱発電システムは、日照量の多い昼間においては、太陽熱を集熱して直接又は熱媒体を介して間接的に水（水又は蒸気）を加熱して過熱蒸気または飽和蒸気（以下、これらを総称して、「加熱蒸気」という。）を生成し、当該蒸気により蒸気タービンを回し、蒸気タービンに接続された発電機により発電を行うよう構成されている。そして、日照のない夜間においては、昼間に太陽熱の一部を蓄熱装置に蓄熱しておき、当該蓄熱装置からの放熱により加熱蒸気を生成して前記と同様に発電を行うよう構成されることが多い。

太陽熱発電システムを有効活用するには、夜間発電をこれまで以上に効率よく行う必要がある。夜間発電を行うには、昼間に蓄熱し、夜間に放熱して直接又は熱媒体を介して間接的に水を加熱できる蓄熱装置の利用が不可欠である。熱媒体として油や溶融塩等を用いて熱媒体と水との熱交換を行って加熱蒸気を生成する方式では、熱媒体そのものを貯蔵して蓄熱装置とすることができる。一方、熱媒体として水を用いるＤＳＧ（ＤｉｒｅｃｔＳｔｅａｍＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）方式を利用したシステムでは、加熱蒸気を貯蔵する蓄熱装置としてアキュームレータなどの蓄圧器が利用される場合がある。それらは長時間貯蔵・利用には不向きであるにも関わらず、巨大な装置が必要になる。

一方で、設備コスト、伝授した太陽熱からの発電効率、環境面及びシステム構成のシンプル化等の観点では、熱媒体として水を用いるＤＳＧ方式を利用したシステムが有利であると考えられており、優れた蓄熱装置の開発が望まれている。

太陽熱発電システムとしては、例えば、特許文献１に記載のものが考えられているが、このシステムにおいては改善すべき課題がある。特許文献１の技術は、ＤＳＧ方式を採用したものであって、蓄熱装置として、水の状態、つまり、過熱蒸気、飽和蒸気、及び飽和水の状態にそれぞれ対応する３種類の蓄熱タンクを備えるものである。しかし、３種類もの蓄熱装置を備えることは、配管構成等が複雑になると共に、熱媒体の輸送経路が長くなることで熱損失が増加し、さらに設備コストも高くなる。

特開２０１４−０９２０８６号公報

上記のように、太陽熱発電システムとしてＤＳＧ方式を採用した技術は従来より種々提案されているものの、蓄熱装置を設置するには配管を複雑に構成せざるを得ない場合が多く、その結果、熱損失の増大を招いている。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ＤＳＧ方式を採用し、蓄熱装置に必要な経路での熱損失が少なく、かつシンプルな太陽熱発電システムを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、集熱した太陽熱により水からなる熱媒体を直接加熱して加熱蒸気を生成する太陽熱集熱装置と、
前記熱媒体との熱交換を行って蓄熱及び放熱を行う蓄熱装置と、
加熱蒸気により駆動する蒸気タービンと、
該蒸気タービンの動力により発電を行う発電機と、
前記蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器と、
復水された水を貯留する水タンクと、
該水タンクから水を圧送する給水ポンプと、を有し、
前記太陽熱集熱装置から供給された加熱蒸気により前記蓄熱装置への蓄熱と前記蒸気タービンの運転とを行う昼運転モードと、
前記蓄熱装置の放熱を受けて加熱された加熱蒸気により前記蒸気タービンの運転を行う夜運転モードと、を切り替え可能に構成されており、
前記蓄熱装置は、化学反応により蓄熱及び放熱が可能な化学蓄熱材を内蔵し、さらに反応物質貯蔵器に連結されており、前記化学蓄熱材の前記化学反応に伴って利用される反応物質を、前記反応物質貯蔵器から前記蓄熱装置へ供給可能に構成されている、太陽熱発電システムにある。
なお、上記夜運転モードとは夜間に限らず、昼間で曇天等の日照が不十分な場合も含む。

前記太陽熱発電システムにおいては、上記のごとく、熱媒体として水（水、蒸気、水と蒸気の混合状態を含む。以下、同様。）を用いるＤＳＧ方式を採用した上で、化学蓄熱材を内蔵した蓄熱装置を採用している。前記化学蓄熱材は、熱媒体からの伝熱を受けて反応物質を放出する化学反応を起こして蓄熱し、前記反応物質を取り込む化学反応を起こして放熱する特性を有している。そして、その可逆反応を利用して、繰り返し蓄熱・放熱が可能であるとともに、蓄熱エネルギー密度も高く、長時間の安定した放熱利用が可能である。

ここで、前記太陽熱発電システムにおいては、前記化学蓄熱材の反応に伴って放出又は導入する前記反応物質として、前記反応物質貯蔵器に貯蔵された前記反応物質を利用するよう構成されている。この構成を積極的に採用することによって、前記蓄熱装置に必要な経路をシンプルかつ短縮化でき、熱効率の向上を図ることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、ＤＳＧ方式を採用し、蓄熱装置に必要な経路での熱損失が少なく、かつシンプルな太陽熱発電システムを提供することができる。

実施例１における、太陽熱発電システムの構成を示す説明図。実施例２における、太陽熱発電システムの構成を示す説明図。実施例３における、太陽熱発電システムの構成を示す説明図。

前記太陽熱発電システムにおいて、前記太陽熱集熱装置としては、トラフ型、フレネル型、タワー型等の種々の形式を採用することができる。その他、蒸気タービン、発電機、復水器、給水ポンプ、配管構成その他の構成物についても、公知の種々のものを採用することができる。

また、前記蓄熱装置としては、上記のごとく、化学反応により蓄熱及び放熱を行う化学蓄熱材を内蔵したものを採用する。この種の化学蓄熱材としては、例えば、酸化カルシウム(ＣａＯ)や、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）などのアルカリ土類金属の酸化物が挙げられる。

前記化学蓄熱材は、水（Ｈ_２Ｏ）を取り込む水和反応、又は二酸化炭素（ＣＯ_２）を取り込む炭酸化反応に伴って放熱し、熱媒体からの伝熱を受けて水を放出する脱水反応、又は二酸化炭素を放出する脱炭酸反応によって蓄熱し、酸化物へと再生される。そして、その可逆反応を利用して繰り返し蓄熱・放熱が可能であるとともに、蓄熱エネルギー密度も高く、長時間の安定した放熱利用が可能である。

前記太陽熱発電システムにおける前記蓄熱装置に内蔵される前記化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される反応物質は、水、又は二酸化炭素のうち、いずれか一種である。

また、前記反応物質貯蔵器は、前記蓄熱装置に内蔵された前記化学蓄熱材の化学反応に伴って利用される前記反応物質を、前記蓄熱装置へ供給可能となるよう構成されている。このとき、前記反応物質を、前記反応物質貯蔵器と前記蓄熱装置とで授受できるようにしてもよい。すなわち、前記反応物質を前記反応物質貯蔵器から前記蓄熱装置へ供給するだけでなく、前記蓄熱装置から放出される前記反応物質を前記反応物質貯蔵器に回収して貯蔵することが可能である。

また、前記太陽熱発電システムは、複数の前記太陽熱集熱装置と、複数の前記蓄熱装置と、複数の前記反応物質貯蔵器と、を備えており、前記昼運転モードにおいては、前記熱媒体が、少なくとも、第１の前記太陽熱集熱装置、第１の前記蓄熱装置、第２の前記太陽熱集熱装置、第２の前記蓄熱装置、及び第３の前記太陽熱集熱装置を順次通過した後、前記蒸気タービンに供給され、前記夜運転モードにおいては、前記熱媒体の流路が分岐して第１及び第２の前記蓄熱装置にそれぞれ供給され、加熱された後、合流して前記蒸気タービンに供給されると共に、第１及び第２の前記反応物質貯蔵器からそれぞれ第１及び第２の前記蓄熱装置へ前記反応物質が供給されるように構成されていてもよい。

この場合には、複数の太陽熱集熱装置と複数の蓄熱装置とを組み合わせることにより、個々の蓄熱装置の能力が高くなくても、蓄熱量を増やすことが可能となる。また、蓄熱装置の小型化及び低能力化を図ることができるため、大型の蓄熱装置を備える場合よりも、設備コストを低減させることができる。また、昼夜の発電量のバランスを最適化することが可能となり、昼夜を通じてタービン規模に合わせた蒸気供給が可能となるため、エネルギー効率を向上させることができる。

また、個々の太陽熱集熱装置の能力が高くなくても、蓄熱装置が１回の熱交換によって蓄熱する熱量分だけ集熱すればよいため、太陽熱集熱装置を小型化及び低能力化することができ、大型の太陽熱集熱装置を備える場合よりも、設備コストの低減を図ることができるとともに、蓄熱におけるエネルギー効率を向上させることができる。

なお、前記太陽熱集熱装置と前記蓄熱装置の数は同じである必要はなく、また、さらに能力の異なるものを直列又は並列に組み合わせるなど、具体的な装置の個数や配列は適宜調整してもよい。以下、同様である。

また、前記太陽熱発電システムは、複数の前記太陽熱集熱装置を備えており、前記昼運転モードにおいては、第１の前記太陽熱集熱装置を通過した前記熱媒体の流路が分岐して昼本流と昼分流とを形成し、昼本流の前記熱媒体が前記蒸気タービンに供給され、昼分流の前記熱媒体が第２の前記太陽熱集熱装置と前記蓄熱装置を順次通過した後、再び第２の前記太陽熱集熱装置及び前記蓄熱装置を順次通過する繰り返し循環を続け、前記夜運転モードにおいては、前記熱媒体が前記蓄熱装置に供給され、加熱された後、前記蒸気タービンに供給されると共に、前記反応物質貯蔵器から前記蓄熱装置へ前記反応物質が供給されるように構成されていてもよい。

この場合には、熱媒体の流路として循環経路を形成し、その循環経路内に太陽熱集熱装置と蓄熱装置とを配置することとなる。この構成を採用することによって、昼夜の発電量のバランスを最適化することが可能となり、昼夜を通じてタービン規模に合わせた蒸気供給ができるため、エネルギー効率が向上するという効果を得ることができる。また、循環経路内の太陽熱集熱装置の能力が高くなくても、蓄熱装置が１回の熱交換によって蓄熱する熱量分だけ集熱すればよいため、その太陽熱集熱装置を小型化及び低能力化することができ、設備コストの低減を図ることができる。

（実施例１）
本願の太陽熱発電システム１０１に係る実施例につき、図１を用いて説明する。
本実施例の太陽熱発電システム１０１は、図１に示すごとく、集熱した太陽熱により水からなる熱媒体を直接加熱して加熱蒸気を生成する太陽熱集熱装置２と、前記熱媒体との熱交換を行って蓄熱及び放熱を行う蓄熱装置４と、加熱蒸気により駆動する蒸気タービン３１と、該蒸気タービン３１の動力により発電を行う発電機３２と、前記蒸気タービン３１から排出される蒸気を復水する復水器５１と、復水された水を貯留する水タンク５２と、該水タンク５２から水を圧送する給水ポンプ５３と、を有する。そして、前記太陽熱集熱装置２から供給された加熱蒸気により前記蓄熱装置４への蓄熱と前記蒸気タービン３１の運転とを行う昼運転モードと、前記蓄熱装置４の放熱を受けて加熱された加熱蒸気により前記蒸気タービン３１の運転を行う夜運転モードと、を切り替え可能に構成されている。前記蓄熱装置４は、化学反応により蓄熱及び放熱が可能な化学蓄熱材を内蔵し、さらに反応物質貯蔵器６に連結されており、前記化学蓄熱材の前記化学反応に伴って利用される反応物質を、前記反応物質貯蔵器６から前記蓄熱装置４へ供給可能に構成されている。
以下、さらに詳説する。

本実施例の太陽熱発電システム１０１は、上述したごとく、太陽熱集熱装置２、蓄熱装置４、及び反応物質貯蔵器６を備えた構成のものである。そして、太陽熱集熱装置２と、蓄熱装置４、蒸気タービン３１、復水器５１、水タンク５２、給水ポンプ５３をつなぐように、熱媒体を流通させる配管７が複数の開閉弁８０１、８０２を介在しながら配設されている。

本実施例の蓄熱装置４は、化学蓄熱材としてＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）_２、ＣａＯ／ＣａＣＯ_３、ＭｇＯ／Ｍｇ（ＯＨ）_２、ＭｇＯ／ＭｇＣＯ_３等を内蔵する。ＣａＯとＣａ（ＯＨ）_２、ＣａＯとＣａＣＯ_３、ＭｇＯとＭｇ（ＯＨ）_２、ＭｇＯとＭｇＣＯ_３は、それぞれ可逆的に変化可能な特性を有している。具体的には、ＣａＯとＣａ（ＯＨ）_２は、蓄熱時には式１の脱水反応を起こし、放熱時には式２の水和反応を起こす。また、ＣａＯとＣａＣＯ_３は、蓄熱時には式３の二酸化炭素を放出する反応を起こし、放熱時には式４のようにＣａＯと二酸化炭素とが反応し、ＣａＣＯ_３となる反応を起こす。また、ＭｇＯとＭｇ（ＯＨ）_２、ＭｇＯとＭｇＣＯ_３も同様である。
式１：Ｃａ（ＯＨ）_２＋熱 → ＣａＯ＋水（水又は水蒸気）
式２：ＣａＯ＋水（水又は水蒸気） → Ｃａ（ＯＨ）_２＋熱
式３：ＣａＣＯ_３＋熱 → ＣａＯ＋ＣＯ_２（二酸化炭素）
式４：ＣａＯ＋ＣＯ_２（二酸化炭素） → ＣａＣＯ_３＋熱

そして、この蓄熱装置４は、化学蓄熱材との熱交換を行う熱媒体を内部において流通させる熱媒体流路４３と、化学蓄熱材における化学反応時の反応物質を放出及び導入する反応物質流路４４とを備えており、反応物質流路４４は、反応物質貯蔵器６に連結されている。

本実施例の反応物質貯蔵器６は、上述した反応物質として、水又は二酸化炭素を蓄熱装置４へ供給する。例えば、反応物質を水（以下、反応水という。）とした場合、蓄熱装置４の放熱時においては、反応水を、反応物質貯蔵器６からポンプ等によって、反応物質流路４４を介して蓄熱装置４へ供給できる。一方、蓄熱時においては、蓄熱装置４に内蔵された化学蓄熱材の脱水反応によって生成された反応水は、蓄熱装置４からポンプ等によって、反応物質流路４４を介して反応物質貯蔵器６へ送ることができる。つまり、反応物質貯蔵器６と蓄熱装置４との間で反応水を授受可能とする。

また、例えば、反応物質を二酸化炭素とした場合、蓄熱装置４の放熱時においては、二酸化炭素が充填された高圧タンクを反応物質貯蔵器６として、高圧タンクのバルブを開放することで、反応物質流路４４を介して蓄熱装置４へ二酸化炭素を供給できる。一方、蓄熱時においては、蓄熱装置４に内蔵された化学蓄熱材から発生した二酸化炭素は、蓄熱装置４からポンプ等によって、反応物質流路４４を介して反応物質貯蔵器６へ送ることができる。つまり、反応物質貯蔵器６と蓄熱装置４との間で二酸化炭素を授受可能とする。

本実施例の構成における熱媒体の流路の詳細については、太陽熱発電システム１０１の昼運転モードと夜運転モードにわけて、以下に説明する。また、本実施例１及び以降の他の実施例において、図を用いてシステムの構成を示し、以下の説明文においては、わかりやすくするために、熱媒体の温度も記載するが、これは例示であって、実際には、各機器の能力の設定等によって変更されうることは言うまでもない。

太陽熱発電システム１０１における昼運転モードの熱媒体の流路は、図１に示すごとく、まず、水タンク５２内の熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され矢印Ａの方向に沿って太陽熱集熱装置２に送られる。太陽熱集熱装置２においては、集熱した太陽熱により、３０℃の熱媒体が加熱され、６００℃の加熱蒸気となり、矢印Ａの方向に沿って、蓄熱装置４の熱媒体流路４３に送られる。蓄熱装置４においては、６００℃の熱媒体から１００℃分の熱が蓄熱される。そして、５００℃となった加熱蒸気が蓄熱装置４の熱媒体流路４３から蒸気タービン３１に送られ、蒸気タービン３１が駆動することでその動力により発電機３２が発電を行う。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気（熱媒体）は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻されて貯留される。

ここで、昼運転モードにおいては、上述したごとく、蓄熱装置４においては、１００℃分の熱が蓄熱される。このとき、蓄熱装置４が内蔵する化学蓄熱材は上記で例示した式１や式３などの化学反応を起こし、反応物質を放出することとなる。この反応物質は、矢印ａ１の方向に沿って反応物質流路４４を通って反応物質貯蔵器６に向かって流れ、貯蔵されてもよい。

次に、太陽熱発電システム１０１の夜運転モードにおいては、太陽熱集熱装置２につながる配管７の流路は開閉弁８０１の閉鎖によって止められる。一方、給水ポンプ５３から矢印Ｂの方向に沿って蓄熱装置４につながる配管７の開閉弁８０２は開放される。そして、水タンク５２の熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され、矢印Ｂの方向に沿って蓄熱装置４に向かう。蓄熱装置４に向かった３０℃の熱媒体は、蓄熱装置４の熱媒体流路４３に供給され、化学蓄熱材との熱交換によって５００℃に加熱された後、蒸気タービン３１に供給され発電機３２による発電がなされる。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気（熱媒体）は復水器５１により復水され、水タンク５２に戻されて貯留される。

また、反応物質が反応物質貯蔵器６から矢印ａ２の方向に沿って、反応物質流路４４を通って蓄熱装置４に供給され、化学蓄熱材の放熱に伴う化学反応に利用される。蓄熱装置４においては、この反応物質と化学蓄熱材との化学反応で生じた熱によって上記のごとく熱媒体が加熱される。

以上のような昼運転モード及び夜運転モードにおいて、熱媒体が通過した配管７における開閉弁は開となり、それ以外の開閉弁は閉となる。

本実施例の太陽熱発電システム１０１は、所望の位置に反応物質貯蔵器５４を設置できるため、蓄熱装置４に必要な経路が短くなり、さらにシンプルな構成とすることができる。また、それに伴って、経路上での熱損失や、反応物質の輸送に必要なエネルギーの低減を図ることができる。

また、本実施例の太陽熱発電システム１０１においては、化学蓄熱材の反応に伴って放出又は導入する反応物質として、反応物質貯蔵器６に貯蔵された反応物質を利用可能に構成されている。つまり、太陽熱発電システム１０１の熱媒体の経路とは独立した反応物質の輸送経路を有する。この構成を積極的に採用することによって、化学蓄熱材に利用される反応物質が水に限定されず、二酸化炭素も利用できるため、化学蓄熱材及び反応物質の選択可能な幅が広がる。そのため、前記太陽熱発電システム１０１が設けられる立地や利用条件等に合わせた発電が可能となる。また、前記化学蓄熱材と前記反応物質の違いによって蓄熱に必要な温度及び放熱される温度が異なるため、好適な温度に調整された熱媒体を利用した発電が可能となる。

また、反応物質貯蔵器６は、蓄熱装置４に反応物質を供給可能としている他は、前記太陽熱発電システム１０１の熱媒体経路等と干渉しないため、制御が容易となる。さらに、前記蓄熱装置４に利用される反応物質は水に限定されないため、水の使用量の低減にもつながる。

（実施例２）
本実施例の太陽熱発電システム１０２は、実施例１の構成を基本として、太陽熱集熱装置、蓄熱装置及び反応物質貯蔵器を増やした例である。すなわち、図２に示すごとく、第１の太陽熱集熱装置２１の下流側に第１の蓄熱装置４１を設け、その下流側に第２の太陽熱集熱装置２２を設け、その下流側に第２の蓄熱装置４２を設け、さらに、その下流側に第３の太陽熱集熱装置２３を設ける。また、それぞれの蓄熱装置４１、４２においては、反応物質流路４１４、４２４を介して反応物質貯蔵器６１、６２とつながっており、化学蓄熱材の化学反応に利用される反応物質が供給可能となっている。なお、説明の都合上、実施例１と同様の機能を有する構成要素については、実施例１と同じ符号を用いて説明する。以下、実施例３も同様とする。

本例における昼運転モードにおいては、水タンク５２内の熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され、矢印Ａの方向に沿って、第１の太陽熱集熱装置２１に送られる。第１の太陽熱集熱装置２１においては、集熱した太陽熱により、３０℃の熱媒体が６００℃の加熱蒸気に加熱され、次に矢印Ａの方向に沿って第１の蓄熱装置４１の熱媒体流路４１３に送られる。第１の蓄熱装置４１においては、６００℃の熱媒体から１００℃分の熱が蓄熱され、５００℃の加熱蒸気となる。

次に、５００℃となった加熱蒸気は、矢印Ａの方向に沿ってその下流の第２の太陽熱集熱装置２２に送られ、再度６００℃まで加熱された後、その下流の第２の蓄熱装置４２の熱媒体流路４２３に送られて、６００℃の熱媒体から１００℃分の熱が蓄熱され、熱媒体は５００℃となる。そして、矢印Ａの方向に沿って、さらに下流の第３の太陽熱集熱装置２３に送られ、再度６００℃まで加熱された後、第３の太陽熱集熱装置２３から蒸気タービン３１に送られ、前記と同様に発電が行われる。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気（熱媒体）は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻されて貯留される。

また、昼運転モードにおいては、第１及び第２の蓄熱装置４１、４２において、それぞれ１００℃分の熱が蓄熱される。このとき、第１及び第２の蓄熱装置４１、４２から放出される反応物質は、矢印ａ１の方向に沿ってそれぞれの反応物質流路４１４、４２４を通って反応物質貯蔵器６１、６２へと送られ、貯蔵されてもよい。

次に、太陽熱発電システム１０２の夜運転モードにおいては、第１〜第３の太陽熱集熱装置２１、２２、２３につながる配管７の流路は、開閉弁８０１、８０３、８０４の閉鎖によって止められる。一方、給水ポンプ５３から矢印Ｂの方向に沿って第１及び第２の蓄熱装置４１、４２につながる配管７の開閉弁８０２、８０６、第１及び第２の蓄熱装置４１、４２から矢印Ｂの方向に沿って蒸気タービン３１につながる配管７の開閉弁８０５、８０７は開放される。

そして、水タンク５２内の熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され、矢印Ｂの流路に沿って、第１及び第２の蓄熱装置４１、４２に向かう。それぞれの蓄熱装置４１、４２の熱媒体流路４１３、４２３に供給された熱媒体は、化学蓄熱材との熱交換によって５００℃に加熱される。

それぞれの蓄熱装置４１、４２において加熱された熱媒体は、矢印Ｂの方向に沿って、太陽熱集熱装置２２、２３に送られることなくバイパス路７（ｂ）を通って合流し、蒸気タービン３１に供給され発電機３２による発電がなされる。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気（熱媒体）は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻されて貯留される。

また、反応物質が反応物質貯蔵器６１、６２から矢印ａ２の方向に沿って、蓄熱装置４１、４２に供給される。蓄熱装置４１、４２においては、この反応物質と化学蓄熱材との化学反応で生じた熱によって前記のごとく熱媒体が加熱される。

本実施例の場合は、複数の太陽熱集熱装置２１、２２、２３を備え、かつ、これらの間に蓄熱装置４１、４２をさらに備えることにより、実施例１に示した作用効果に加え、昼夜の発電量のバランスを最適化できる。また、昼夜を通じてタービン規模に合わせた蒸気供給が可能となるため、エネルギー効率が向上するという効果を得ることができる。

また、個々の蓄熱装置の能力が高くなくても、複数あることで蓄熱量を増やすことが可能となる。また、蓄熱装置の小型化及び低能力化を図ることができるため、大型の蓄熱装置を備える場合よりも設備コストを低減させることができる。

（実施例３）
本例の太陽熱発電システム１０３は、昼運転モードにおいて、太陽熱集熱装置と蓄熱装置を順次通過した後、再び太陽熱集熱装置及び蓄熱装置を順次通過する繰り返し循環流動を可能としたものである。すなわち、図３に示すごとく、蓄熱装置４の下流側と太陽熱集熱装置２２の上流側とが循環路７（ｃ）により連結されている。

本例における昼運転モードにおいては、水タンク５２内の熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され、矢印Ａの方向に沿って第１の太陽熱集熱装置２１に送られる。第１の太陽熱集熱装置２１においては、集熱した太陽熱により、３０℃の熱媒体が５００℃まで加熱され、加熱蒸気となる。

第１の太陽熱集熱装置２１を通過した熱媒体の流路は分岐して、矢印Ａ１の方向に沿った昼本流と矢印Ａ２の方向に沿った昼分流とを形成し、昼本流の熱媒体が矢印Ａ１の方向に沿って蒸気タービン３１に供給され、前記と同様に発電が行われる。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気（熱媒体）は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻されて貯留される。

また、昼分流の熱媒体は矢印Ａ２の方向に沿ってまず第２の太陽熱集熱装置２２を通過して６００℃まで加熱され、次に、蓄熱装置４の熱媒体流路４３を通過して１００℃分の蓄熱がなされて５００℃となり、その後、矢印Ａ２の方向に沿って循環路７（ｃ）を進み、再び第２の太陽熱集熱装置２２及び蓄熱装置４を順次通過する繰り返し循環を続ける。

また、蓄熱時の蓄熱装置４における化学蓄熱材から放出された反応物質は、矢印ａ１の方向に沿って反応物質流路４４を通り、反応物質貯蔵器６へと送られ貯蔵されてもよい。

次に、本実施例の夜運転モードにおいては、第１の太陽熱集熱装置２１につながる配管７の流路、第１の太陽熱集熱装置２１から矢印Ａ１の方向に沿って蒸気タービン３１へとつながる配管７の流路、循環路７（ｃ）の流路は、開閉弁８０１、８０８、８０９の閉鎖によって止められる。一方、給水ポンプ５３から矢印Ｂの方向に沿って蓄熱装置４につながる配管７の開閉弁８０２、蓄熱装置４から矢印Ｂの方向に沿って蒸気タービン３１につながる配管７の開閉弁８１０は開放される。

そして、水タンク５２内の３０℃の熱媒体が給水ポンプ５３により圧送され、矢印Ｂの方向に沿って蓄熱装置４の熱媒体流路４３に供給され、化学蓄熱材との熱交換によって５００℃に加熱された後、蒸気タービン３１に供給され発電機３２による発電がなされる。蒸気タービン３１から排出された加熱蒸気（熱媒体）は、復水器５１により復水されて水タンク５２に戻されて貯留される。

また、反応物質は、反応物質貯蔵器６から矢印ａ２の方向に沿って反応物質流路４４を通って蓄熱装置４に送られ、化学蓄熱材に供給される。蓄熱装置４においては、この反応物質と化学蓄熱材による化学反応で生じた熱によって前記のごとく熱媒体が加熱される。

本実施例の場合には、昼運転モードにおいて、太陽熱集熱装置２２と蓄熱装置４を順次通過した後、再び太陽熱集熱装置２２及び蓄熱装置４を順次通過する繰り返し循環流動を可能としたことにより、実施例１に示した作用効果に加え、昼夜の発電量のバランスを最適化することが可能となり、昼夜を通じてタービン規模に合わせた蒸気供給ができるため、エネルギー効率が向上するという効果を得ることができる。また、循環経路内の太陽熱集熱装置２２の能力が高くなくても、第２の太陽熱集熱装置２２は蓄熱装置４通過後の高温の熱媒体に対して集熱すればよく、さらに蓄熱装置４が１回の熱交換によって蓄熱する熱量分だけ集熱すればよいため、その太陽熱集熱装置２２を小型化及び低能力化することができ、設備コストの低減を図ることができる。

以上のごとく、本実施例によれば、ＤＳＧ方式を採用し、蓄熱装置に必要な経路での熱損失が少なく、かつシンプルな太陽熱発電システムを提供することができる。

１０１〜１０３太陽熱発電システム（実施例１〜３）
２太陽熱集熱装置
２１第１の太陽熱集熱装置
２２第２の太陽熱集熱装置
２３第３の太陽熱集熱装置
３１蒸気タービン
３２発電機
４蓄熱装置
４１第１の蓄熱装置
４２第２の蓄熱装置
４３熱媒体流路（蓄熱装置）
４１３熱媒体流路（第１の蓄熱装置）
４２３熱媒体流路（第２の蓄熱装置）
４４反応物質流路（蓄熱装置）
４１４反応物質流路（第１の蓄熱装置）
４２４反応物質流路（第２の蓄熱装置）
５１復水器
５２水タンク
５３給水ポンプ
６反応物質貯蔵器
６１第１の反応物質貯蔵器
６２第２の反応物質貯蔵器
７配管
７（ｂ）バイパス路
７（ｃ）循環路
８０１〜８１０開閉弁

Claims

集熱した太陽熱により水からなる熱媒体を直接加熱して加熱蒸気を生成する太陽熱集熱装置と、
前記熱媒体との熱交換を行って蓄熱及び放熱を行う蓄熱装置と、
加熱蒸気により駆動する蒸気タービンと、
該蒸気タービンの動力により発電を行う発電機と、
前記蒸気タービンから排出される蒸気を復水する復水器と、
復水された水を貯留する水タンクと、
該水タンクから水を圧送する給水ポンプと、を有し、
前記太陽熱集熱装置から供給された加熱蒸気により前記蓄熱装置への蓄熱と前記蒸気タービンの運転とを行う昼運転モードと、
前記蓄熱装置の放熱を受けて加熱された加熱蒸気により前記蒸気タービンの運転を行う夜運転モードと、を切り替え可能に構成されており、
前記蓄熱装置は、化学反応により蓄熱及び放熱が可能な化学蓄熱材を内蔵し、さらに反応物質貯蔵器に連結されており、前記化学蓄熱材の前記化学反応に伴って利用される反応物質を、前記反応物質貯蔵器から前記蓄熱装置へ供給可能に構成されている、太陽熱発電システム。
前記太陽熱発電システムは、複数の前記太陽熱集熱装置と、複数の前記蓄熱装置と、複数の前記反応物質貯蔵器と、を備えており、
前記昼運転モードにおいては、前記熱媒体が、少なくとも、第１の前記太陽熱集熱装置、第１の前記蓄熱装置、第２の前記太陽熱集熱装置、第２の前記蓄熱装置、及び第３の前記太陽熱集熱装置を順次通過した後、前記蒸気タービンに供給され、
前記夜運転モードにおいては、前記熱媒体の流路が分岐して第１及び第２の前記蓄熱装置にそれぞれ供給され、加熱された後、合流して前記蒸気タービンに供給されると共に、第１及び第２の前記反応物質貯蔵器からそれぞれ第１及び第２の前記蓄熱装置へ前記反応物質が供給されるように構成されている、請求項１に記載の太陽熱発電システム。
前記太陽熱発電システムは、複数の前記太陽熱集熱装置を備えており、
前記昼運転モードにおいては、第１の前記太陽熱集熱装置を通過した前記熱媒体の流路が分岐して昼本流と昼分流とを形成し、昼本流の前記熱媒体が前記蒸気タービンに供給され、昼分流の前記熱媒体が第２の前記太陽熱集熱装置と前記蓄熱装置を順次通過した後、再び第２の前記太陽熱集熱装置及び前記蓄熱装置を順次通過する繰り返し循環を続け、
前記夜運転モードにおいては、前記熱媒体が前記蓄熱装置に供給され、加熱された後、前記蒸気タービンに供給されると共に、前記反応物質貯蔵器から前記蓄熱装置へ前記反応物質が供給されるように構成されている、請求項１に記載の太陽熱発電システム。