JP6340473B2 - 太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システム - Google Patents

太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システム Download PDF

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Description

本発明は、再生可能な新しいエネルギの技術分野に関し、太陽エネルギ及びバイオマスエネルギの結合発電技術に属し、特に、太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システムに関する。
社会的、経済的な発展は、エネルギに依存している。しかし、現在行われている化石燃料の採掘は、エネルギの不足やエネルギ価格の上昇をもたらしている。また、化石燃料は過剰に使用されていることから、環境汚染問題が悪化し、人類の生存環境を脅かすこととなっている。化石燃料への依存度を減らし、また環境汚染を軽減するために、世界中の国々は、再生可能且つクリーンなエネルギ源、特に太陽エネルギやバイオマスエネルギの開発や利用を活発に行っている。
太陽エネルギ及びバイオマスエネルギはいずれも、どこにでも存在し、無尽蔵であり、安価で、クリーンで、且つ環境に優しい。したがって、太陽エネルギ及びバイオマスエネルギは、最も見込みのある再生可能エネルギであり、これら２つの合理的な開発や利用は、世界のエネルギの安全性や、持続可能な開発や、人類の生活環境の改善を確保にするために、重要な戦略的意義がある。
太陽エネルギ熱発電は、太陽エネルギの利用の重要な部分を占める。太陽光熱発電は、熱発電と同じ作用原理を有し、これらの相違点としては、太陽エネルギ熱発電は太陽光の放射エネルギを回収するシステムを使用し、光‐熱変換及び光‐電気変換を介して太陽光熱発電を行う。
太陽光の放射エネルギ回収システムは、トラフ型、タワー型、皿型、フラネル型がある。トラフ型システムは、構造が単純であることを特徴とするとともに、単一軸式トラッキングを利用する。この技術は成熟しており、また、トラフ型システムは市販化されている唯一の太陽光熱発電システムである。
しかし、太陽光熱発電用トラフ型システム、特に太陽エネルギトラフ型システムが実際の状況で適用されると、システムはいくつかの問題を抱えることになる。太陽エネルギはエネルギ密度が低く、そのため、システムは大きな光フィールドを必要とするため、多くの空間を占有し、また費用が多大になる。昼夜が交互に訪れることにより光と熱は変動し、断続的に、また不安定に供給される。トラフ型システムでは、４００℃よりも低温に耐え得る熱媒油を使用し、蒸気の最高温度が約３８０℃であることから、現用の蒸気タービンの主蒸気の５４０℃に適合できない。上記全てにより、太陽エネルギのみを使用する発電は、効率が低く、コストが高い。発電所は昼間に稼働し、夜間に停止するので、発電時間が限られ、装置の利用率が低い。また、頻繁に装置を始動、停止させることは、装置に悪影響を及ぼし、耐用寿命を短縮させる。
上記の問題を解消するために、外国では、一般的な解決策として、太陽エネルギ発電システムを蓄熱装置又は天然ガス一体化ＩＳＣＣ結合循環システムと組み合わせて、システムの連続稼働を可能にしている。しかし、蓄熱装置は構造が複雑であり、高価で、夜が長かったり雨天時の蓄熱問題を解消することが実際的に不可能である。ＩＳＣＣシステムは技術的に要求が厳しく、また、高品質の天然ガス資源やガス供給ネットワークに頼るものである。また、タービンや排熱ボイラシステムは複雑で高価である。
中国では、太陽エネルギ発電システムを一般的な石炭火力発電所に一体化させる同様の方法が既に進められており、例えば、蒸気タービンの抽出蒸気の一段階を置き換え、太陽エネルギシステムにより生成された熱エネルギを使用して供給水を加熱し、タービン再生システムに流入させる。これにより、タービンの熱システムが変更され、システムの熱効率が低下する。太陽エネルギシステムにより生成される熱エネルギを利用して、供給水を加熱するが、低温であり、熱エネルギは良好に利用されない。太陽エネルギ発電システムの発電比率は低く、１０％未満である。
太陽エネルギシステムにより生成される熱エネルギを使用して、蒸気タービンの中圧又は低圧シリンダへ流入する補助蒸気を供給する場合には、既存の蒸気タービンを変更する必要があることから、技術的な危険や装置への費用が伴う。太陽エネルギシステムの熱エネルギにより生成される蒸気が変動すると、発電所の発電負荷や電力供給負荷、また発電ネットワークが悪影響を受ける。
一つの解決法としては、太陽エネルギシステムの熱エネルギにより生成される蒸気を、石炭火力発電所のボイラへ導入して過熱するものがあり、これはエネルギバランスの観点から簡易で合理的であると考えられるが、この方法は、ボイラの構造や加熱面の形態、また熱伝達理論に従うと実現が困難である。
結果的に、従来のトラフ型太陽エネルギ発電システムは、技術的パラメータの精度が低く、システムが複雑で、発電効率が低く、安定性に欠け、費用が高いという欠点がある。これらの課題全てが、従来技術を単に一体化させることでは効果的に解決されず、したがって、技術的な革新は一般的な組み合わせによって生じ得ない。様々なエネルギ資源の組み合わせや補足の観点から、太陽エネルギ及びバイオマスエネルギを使用する新規の一体型発電システムを開発することが有用であると考えられる。
上記の課題に鑑み、本発明の目的の一つは、高精度パラメータを備えた最新の熱発電システムを含み、太陽光熱発電効率を改善するように作用する太陽エネルギとバイオマスエネルギを利用する最適化された一体型発電システムを提供することにある。本システムは太陽エネルギ光熱ボイラ及びバイオマスボイラを一体化させて電力を生成するものであり、太陽光熱発電システム及びその装置の形態は単純である。集光、熱回収、光‐熱変換、及び補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラが太陽エネルギ光熱ボイラシステムと相補的であり、断続的且つ不安定な太陽エネルギ供給の課題を効果的に解消する。本システムは、低コスト燃料の石炭を使用することにより、発電所は高品質の天然ガス資源やガス供給ネットワークに頼ることがない。また、太陽エネルギとバイオマスエネルギを組み合わせることにより、設備容量の規模拡大が促されるとともに、発電所の経済的利点や環境保護の利点が改善される。
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係り、太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システムを提供する。本システムは、超高圧又は高圧太陽エネルギ光熱ボイラシステムと、超高圧又は高圧バイオマスボイラシステムと、タービン発電システムを含む。太陽光熱ボイラシステムの太陽光フィールドによる高温熱媒油出力は、太陽光熱蒸発器及び太陽光熱加熱器を介して熱を伝え、熱媒油の貯蔵タンクに戻る。貯蔵タンク内の低温熱媒油は、油循環ポンプを介して太陽光フィールドへ送られることにより、油は循環させられる一方、熱が送られ、伝達される。太陽光熱蒸発器で生じた蒸気は、飽和蒸気主管を通り、バイオマスボイラシステムに送られる。補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラは太陽光熱蒸発器及び太陽光熱加熱器と平行であり、補助蒸気を生成するように作用する。補助蒸気は飽和蒸気主管を通過し、太陽光熱蒸発器で生成された蒸気と混ざり、バイオマスボイラシステムに流入する。混合蒸気とバイオマスボイラで生成された蒸気はバイオマスボイラシステムで、540℃±5℃に過熱される。過熱蒸気はタービンへ送られ、タービン内で膨張し、発電機を駆動して電力を生じさせる。タービンの廃蒸気は凝縮器へ連結され、凝縮されて凝縮水となり、凝縮水タンクで回収される。凝縮水は凝縮水ポンプにより圧縮され、低圧加熱器へ送られ、そこで凝縮水は加熱されて脱気装置へ送られ、供給水が生成される。脱気装置からの供給水は、供給水ポンプにより高圧加熱器へくみ上げられて加熱される。高圧加熱器の加熱温度は240℃±5℃である。次に、供給水は、第1流量分配器により、２つの部分へ分配される。供給水の第1部分はバイオマスボイラシステムへ送られて、蒸気が生成され、供給水の第2部分は太陽エネルギ光熱ボイラシステムに送られる。供給水の第2部分は次に、第2流量分配器により２つに分けられる。一方は太陽光熱加熱器へ送られ、他方は補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラへ送られる。第2流量分配器は、太陽エネルギの強度に応じて、太陽光熱加熱器及び補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラへの供給水の流れの比率を調節するように作用する。太陽エネルギ光熱ボイラシステムに流入する供給水は、飽和蒸気を生成するように使用され、これにより、作用媒体の循環が完成する。
太陽光熱蒸発器及び補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラは、圧力9.81〜13.7MPa、温度540℃±5℃の超高圧又は高圧飽和蒸気を生成する。太陽光熱発電の効率のピークは25％〜30％である。
太陽光フィールドからの熱媒油出力の温度は380℃未満とされる。貯蔵タンクに戻る熱媒油は280℃±10℃である。
太陽光熱蒸発器により生成される飽和蒸気の圧力は、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラにより生成される飽和蒸気の圧力と同じである。
補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラにより生成される補助蒸気は、太陽光熱蒸発器により生成される蒸気を補足する。補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラの調節可能な負荷範囲は30〜100％であり、混合飽和蒸気の合計量は一定である。
バイオマスボイラシステムは、蒸気を生成するとともに、他の飽和蒸気を過熱する。バイオマスボイラは、バイオマスボイラの燃焼で、55％の供給水加熱及び蒸発と、100％の蒸気過熱を達成する。
高圧加熱器からの供給水出力は、第1流量分配器により２つの部分に分配される。供給水の第1部分はバイオマスボイラシステムへ送られ、供給水の55％を占める。供給水の第2部分は太陽エネルギ光熱ボイラシステムへ送られ、供給水の45％を占める。第1部分と第2部分の流れの比は固定されている。次に、供給水の第2部分は第2流量分配器により、２つに分配される。一方は太陽光熱加熱器へ送られ、他方は補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラへ送られる。第2流量分配器は、貯蔵タンクへ戻る熱媒油の温度に応じて、太陽光熱加熱器と補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラへの供給水の流れの比を調節するように作用する。
太陽光フィールドは、油温度検出保護装置を含む。戻り油の温度が300℃を超えた場合、或いは、太陽光フィールドを出る熱媒油が380℃を超えた場合、油温度検出保護装置が駆動させられて、放射の一部を捨てる。貯蔵タンクへ戻る熱媒油が200℃まで低下すると、貯蔵タンク加熱器が駆動させられて、熱媒油を一定に加熱することにより、熱媒油の固形化を阻止するとともに、太陽光フィールド内の装置を霜害から保護する。
本発明の実施形態に係る太陽エネルギ及びバイオマスエネルギを使用する一体型発電システムの効果は、次のとおりである。
１．太陽エネルギ及びバイオマスエネルギを使用する一体型発電システムの新規の態様では、高効率の太陽光発電を行うために、バイオマス発電を高精度パラメータと一体化させている。
２．本システムは、太陽光熱ボイラとバイオマスボイラを一体化させて、発電を行う。蓄熱装置は使用されないので、発電システム及び発電装置の構成が簡素化され、費用が節約される。
３．補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラが、変動的且つ断続的な太陽エネルギを使用する太陽光熱ボイラと平行して相補的に設けられ、一部が合理的に変更されることにより、飽和蒸気が安定して生成されるとともに、太陽エネルギの供給が断続的且つ不安定であるといった問題が有効に解消される。
４．タービン再生システム内で太陽エネルギを使用するシステムと比較して、本発明のシステムは、作用媒体の加熱及び蒸発工程を含むことから、太陽エネルギの連続利用が可能になり、また、熱利用効率が高い。
５．補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラの最大貢献率は30％である。システムは低コストの燃料石炭を補助燃料源として使用することにより、発電所は、高品質の天然ガス資源やガス供給ネットワークに頼ることがなく、また、バイオマスエネルギにおける燃料石炭の混合熱部分を20％程度とするエネルギ方針が満たされる。
６．太陽エネルギとバイオマスエネルギを組み合わせることにより、設備容量の規模を拡大させることができるとともに、発電所の経済的な利点や環境保護的な利点が改善される。
７．補助蒸気は、太陽エネルギの大きな変化に適応し得る飽和蒸気である。補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラの調節可能な負荷範囲は30〜100％である。太陽光熱蒸発器により生成される蒸気は、補助蒸気と一致する飽和蒸気であり、熱媒油の上限温度制御を可能にするとともに、熱媒油の耐用寿命を延ばすことができる。
８．混合飽和蒸気は、バイオマスボイラシステムへ送られて、540℃に過熱されることにより、蒸気タービンの高精度パラメータ要件が満たされる。
以下に、本発明を添付の図面を参照して説明する。
本発明の主要装置のフローチャート及び概略図である。
本発明の実施形態を、以下に記載する。
図１に示すように、本発明の太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システムは、太陽エネルギ光熱ボイラシステムと、バイオマスボイラシステムと、タービン発電システムを含む。即ち、太陽エネルギ光熱ボイラシステムは、トラフ型集光器1と、熱回収器2と、油循環ポンプ3と、熱媒油貯蔵タンク4と、太陽光熱加熱器5と、太陽光熱蒸発器6と、飽和蒸気主管7と、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ8と、その他の部品を含む。
集光及び熱回収工程：トラフ型集光器1は熱回収器2と一体化されてユニットを形成し、複数のユニットを並列又は直列に用いて太陽光フィールドを形成し、太陽エネルギを回収し、集光し、光‐熱交換を行う。
熱伝送及び熱伝達工程：熱回収媒体としての熱媒油は、貯蔵タンク4から光フィールドへ、油循環ポンプ3を介して280℃で送られる。熱媒油は光フィールドにおいて、熱を吸収し、約380℃に加熱されてから、光フィールドから出力され、最初に太陽光熱蒸発器6へ流入し、そこで、熱媒油は熱を飽和蒸気へ伝達する。次に、熱媒油は太陽光熱蒸発器6の出口から出力され、太陽光熱加熱器5へ導入されて、そこで、熱媒油は熱を供給水へ伝達し、油の温度は280℃に低下する。熱媒油は貯蔵タンク4へ戻され、熱媒油の循環が完成する。供給水は第2流量分配器19を介して分配され、供給水の一部は太陽光熱加熱器5へ流入し、熱媒油の熱を吸収して、飽和水となるように加熱される。飽和水は太陽光熱蒸発器6に導入され、熱媒油の熱を吸収して、蒸発させられ、蒸気が生成される。飽和蒸気の一部としての蒸気は飽和蒸気主管7へ導入され、補助飽和蒸気と混合される。
飽和補助蒸気生成工程：第2流量分配器19により分配された供給水の他の部分は、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ8へ流入し、そこで供給水は加熱され、蒸発させられて、補助飽和蒸気とされる。補助飽和蒸気は飽和蒸気主管7へ送られ、太陽光熱蒸発器により生成された蒸気と混合され、混合蒸気はバイオマスボイラシステム9へ送られて過熱される。
バイオマスボイラシステム9は、燃焼装置と、節炭器と、蒸発器と、過熱器を含む。バイオマスボイラは、一定量の蒸気を生成し、光熱ボイラからの混合飽和蒸気を約540℃に過熱することにより、蒸気タービンの高精度パラメータ要件を満たす。
タービン発電システムは、タービン10と、発電機11と、凝縮器12と、凝縮水ポンプ13と、低圧加熱器14と、脱気装置15と、供給水ポンプ16と、高圧加熱器17を含む。バイオマスボイラシステム9からの高品質の過熱蒸気出力は、タービン10に導入され、タービン10内で膨張するように作用し、発電機11を駆動して、電力を発生させる。廃蒸気は凝縮器12に導入され、そこで、廃蒸気は熱を放出し、凝縮させられて凝縮水となり、凝縮水タンクに回収される。凝縮水は凝縮水ポンプ13により圧縮され、低圧加熱器14へ送られて、そこで、凝縮水は加熱され、脱気装置15へ送られて、供給水が生成される。脱気装置15は供給水中の溶存酸素及びその他の気体を、低圧シリンダを使用する抽出及び加熱により除去する。脱気装置15からの供給水出力は、供給水ポンプ16により高圧加熱器17へ汲み上げられ、215〜240℃に加熱される。次に、供給水は、第1流量分配器18により２つの部分へ分配される。供給水の第1部分はバイオマスボイラシステム9の節炭器へ送られ、供給水の第2部分は太陽エネルギ光熱ボイラシステムへ送られて、作用媒体の循環が完成する。第1部分の第2部分に対する流れの比は一定である。次に、供給水の第2部分が２つに分配される。一方は太陽光熱加熱器5へ送られ、他方は補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ8へ送られる。太陽光熱加熱器5と補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ8への供給水の流れの比は、太陽エネルギの強度と太陽光熱蒸発器の生成蒸気に応じて調節される。
光熱ボイラシステムの発電比率は30％であり、バイオマスボイラシステムの発電比率は70％である。即ち、発電比率は、熱出力の比率と等しい。
前記光熱ボイラシステムは、太陽光フィールドと、熱交換器と、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラを含む。太陽光フィールドは、熱交換器と連結される。熱交換器及び補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラは、いずれも飽和蒸気主管と連結される。太陽光フィールドは所定数のトラフ型集光器1及び熱回収器2を含む。トラフ型集光器及び熱回収器は、並列又は直列とされる。トラフ型集光器1は回収された太陽放射エネルギを熱回収器2に放つように作用し、熱回収器2は太陽放射ネルギを熱エネルギへ変換するとともに、熱媒油を約380℃に加熱するように作用する。熱媒油は熱を熱交換器内の供給水へ伝え、蒸気が生成される。蒸気は、飽和蒸気の一部として、飽和蒸気主管7へ導入される。
熱交換器は太陽光熱加熱器5及び太陽光熱蒸発器6を含む。太陽光熱蒸発器6は太陽光フィールドの出力と連結される。熱媒油の供給経路は太陽光熱蒸発器6及び太陽光熱加熱器5を貫通する。太陽光熱加熱器5の低温の熱媒油出力は貯蔵タンク4へ導入される。低温の熱媒油は貯蔵タンク4から太陽光フィールドへ汲み上げられ、油循環ポンプ3を介して熱を吸収することにより、熱媒油の循環が完成する。作用媒体としての供給水は、太陽光熱加熱器5内の熱媒油により伝えられた熱を吸収し、加熱されることにより、飽和水とされる。飽和水は太陽光熱蒸発器6へ導入され、そこで、飽和水は熱を吸収して蒸発させられ、飽和蒸気とされる。飽和蒸気の出口は飽和蒸気主管7と連結される。
太陽光の放射は時間の経過に伴い、また昼夜で変化するので、太陽エネルギを用いて生成される蒸気も変化する。この点を考慮し、本発明では、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ8が設けられる。補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラは、太陽光熱蒸発器により生成される蒸気と同じ圧力の補助蒸気を生成する。補助蒸気は飽和蒸気主管7内で、太陽光熱蒸発器により生成された蒸気と混合され、混合蒸気はバイオマスボイラシステム9へ送られて、過熱される。太陽光が弱く、太陽光熱蒸発器により生成される蒸気が減少するときには、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ8での燃焼が増大させられることにより、補助蒸気が増加させられ、或いはその逆パターンとなる。飽和蒸気の合計量は一定である。
補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ8は飽和蒸気ボイラであり、蒸気圧は、太陽光熱蒸発器により生成される蒸気の圧力及びバイオマスボイラシステムの圧力に対応する。補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラの最大貢献率は30％である。
バイオマスボイラの詳細な構造や熱分配は、従来のボイラと異なる。バイオマスボイラは、従来の炉の容積の70％程度である。バイオマスボイラは、70％のバイオマス燃料燃焼と、55％の供給水加熱及び蒸発と、100％の蒸気過熱を達成するように作用する。
供給水の流量分配工程：電力供給負荷20はシステムの蒸気消費量f1を判定し、供給水合計量f2が求められる。第1流量分配器18は供給水量f2、f3、f4を検出し求めるように作動し、第1流量分配器18の弁開口が調節されることにより、f3：f4の供給水量比が55：45に保たれる。次に、供給水の第2部分が、第2流量分配器19により、２つに分配される。一方は太陽光熱加熱器へ送られ、他方は補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ8に送られる。太陽光熱加熱器と補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラへの供給水量比は、太陽エネルギの強度に応じて調節される。即ち、貯蔵タンク4内の戻り油温度tに応じて、弁開口が調節される。tが上昇すると、供給水量f6が増加させられるとともに、供給水量f5が減少させられる。tが低下すると、供給水量f6が減少させられるとともに、供給水量f5が増加させられる。
太陽光フィールドは、油温度検出保護装置を含む。昼間、太陽放射が強いと、供給水量f6が最大とされる（f5＝0）。戻り油温度tが300℃を超えた時、或いは、太陽光フィールドを出る熱媒油が380℃を超えた時、油温度検出保護装置が作動させられて、太陽光の入射角度が調節されるとともに、放射の一部が除かれることにより、戻り油温度tを正常にする。冬季の夜間や雨天時は太陽放射がなく、供給水量f6が0まで減少する。戻り油温度tが200℃に低下すると、貯蔵タンク加熱器が作動させられて、熱媒油を一定に加熱することにより、熱媒油の固形化を阻止するとともに、太陽光フィールド内の装置を霜害から保護する。
太陽光熱により生成される蒸気は、変動的で不安定であり、夜間や雨天時には停止することもある太陽放射の影響を受けることから、バイオマスボイラ内で直接的に過熱されない。バイオマスボイラは70〜100％の通常の変動負荷範囲を備えることから、太陽光熱の条件の変化に適応し得ない。また、ボイラの熱分配率を変化させ、加熱面形態を調節するように設計しなければならないことから、不安定な外部蒸気の過熱はボイラの負荷変化とは技術的に異なる。そのため、太陽放射の欠如に伴い太陽光熱蒸発器により蒸気が生成されない時には、ボイラは加熱面が調節されても元の作用条件を回復できない。それ故、太陽光熱により生成される蒸気は、バイオマスボイラへ直接流入されない。この点を考慮して、本発明では、補助燃料ボイラ及び補助蒸気システムが設けられる。飽和蒸気ボイラは、太陽エネルギの大幅な変化に適応し得るので利用される。ボイラの調節可能な範囲は、負荷即ち蒸気が保証され、蒸気温度が維持されない時には、30〜100％となる。補助ボイラは、太陽エネルギが欠乏し、バイオマスボイラシステムの基本負荷が変化しない時の代替物として使用される。本発明では、従来技術の複雑な組み合わせは必要ない。
発電システムの高精度パラメータとは、主蒸気圧力が13.7MPaの超高圧、又は9.81 MPaの高圧のことを指す。主蒸気温度が540℃であると、確実に発電効率が相対的に高くなる。
本発明の目的を達成するために、バイオマス発電プラットフォームは、高温及び超高圧（13.7 MPa、540℃）、又は高温及び高圧（9.81 MPa、540℃）のパラメータを採用し、太陽エネルギ光熱ボイラとバイオマスボイラを一体化させて発電を行う発電システムである。太陽エネルギトラフ型システムの温度特性や、太陽エネルギシステムにより生成される蒸気はバイオマスボイラへ直接流入され得ないといった問題に関して、本発明では、変動的且つ断続的な太陽エネルギは、安定した飽和蒸気を生成するために、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラと補完的に進められる。飽和蒸気はバイオマスボイラシステムへ送られ、540℃に加熱されることにより、蒸気タービンの高精度パラメータ要件を満たすことができる。本発明の一体化技術は、太陽エネルギトラフ型システムの低温、断続的且つ不安定な太陽エネルギ供給問題を効果的に解消する。本発明システムは、太陽光熱発電効率を改善するように作用する高精度パラメータの最新型熱発電システムを使用する。太陽光熱発電システム及びその装置の構成は簡素化されている。本システムは低コストの燃料石炭を使用することから、発電所は高品質の天然ガス資源やガス供給ネットワークに頼ることがない。また、太陽エネルギ及びバイオマスエネルギの組み合わせにより、設備容量の規模拡大が容易になるとともに、発電所の経済的利点や環境保護的利点が改善される。
１ トラフ型集光器
２ 熱回収器
３ 油循環ポンプ
４ 熱媒油貯蔵タンク
５ 太陽光熱加熱器
６ 太陽光熱蒸発器
７ 飽和蒸気主管
８ 補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ
９ バイオマスボイラシステム
１０ タービン
１１ 発電機
１２ 凝縮器
１３ 凝縮水ポンプ
１４ 低圧加熱器
１５ 脱気装置
１６ 供給水ポンプ
１７ 高圧加熱器
１８ 第1流量分配器
１９ 第2流量分配器
２０ 電力供給負荷
２１ 第1フローメータ：蒸気消費量ｆ１
２２ 第2フローメータ：供給水合計量ｆ２
２３ 第3フローメータ：供給水量ｆ３
２４ 第4フローメータ：供給水量ｆ４
２５ 第5フローメータ：供給水量ｆ５
２６ 第6フローメータ：供給水量ｆ６
２７ 温度計：戻り油温度ｔ

Claims (8)

  1. 太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システムであって、
    超高圧又は高圧の太陽エネルギ光熱ボイラシステムと、超高圧又は高圧のバイオマスボイラシステムと、タービン発電システムとを含み、前記太陽エネルギ光熱ボイラシステムの太陽光フィールド(1及び2)による高温熱媒油出力は、太陽光熱蒸発器(6)及び太陽光熱加熱器(5)を介して熱を伝え、熱媒油の貯蔵タンク(4)に戻り、前記貯蔵タンク(4)内の熱媒油は、油循環ポンプ(3)を介して太陽光フィールド(1及び2)へ送られることにより、油は循環させられる一方、熱が送られて伝達され、前記太陽光熱蒸発器(6)で生じた蒸気は、飽和蒸気主管(7)を通り、バイオマスボイラシステム(9)に送られ、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)は前記太陽光熱蒸発器(6)及び太陽光熱加熱器(5)と平行であり、補助蒸気を生成するように作用し、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)で生成された補助蒸気は飽和蒸気主管(7)を通過し、太陽光熱で生成された蒸気と混ざり、前記バイオマスボイラシステム(9)に流入し、混合蒸気とバイオマスボイラシステム(9)で生成された蒸気は前記バイオマスボイラシステム(9)で540℃±5℃に過熱され、過熱蒸気はタービン(10)へ送られ、前記タービン内で膨張し、発電機(11)を駆動して電力を生じさせ、
    前記太陽光熱蒸発器(6)により生成される飽和蒸気の圧力は、前記補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)により生成される飽和蒸気の圧力と同じである、
    太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システム。
  2. 太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システムであって、
    超高圧又は高圧の太陽エネルギ光熱ボイラシステムと、超高圧又は高圧のバイオマスボイラシステムと、タービン発電システムとを含み、前記太陽エネルギ光熱ボイラシステムの太陽光フィールド(1及び2)による高温熱媒油出力は、太陽光熱蒸発器(6)及び太陽光熱加熱器(5)を介して熱を伝え、熱媒油の貯蔵タンク(4)に戻り、前記貯蔵タンク(4)内の熱媒油は、油循環ポンプ(3)を介して太陽光フィールド(1及び2)へ送られることにより、油は循環させられる一方、熱が送られて伝達され、前記太陽光熱蒸発器(6)で生じた蒸気は、飽和蒸気主管(7)を通り、バイオマスボイラシステム(9)に送られ、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)は前記太陽光熱蒸発器(6)及び太陽光熱加熱器(5)と平行であり、補助蒸気を生成するように作用し、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)で生成された補助蒸気は飽和蒸気主管(7)を通過し、太陽光熱で生成された蒸気と混ざり、前記バイオマスボイラシステム(9)に流入し、混合蒸気とバイオマスボイラシステム(9)で生成された蒸気は前記バイオマスボイラシステム(9)で540℃±5℃に過熱され、過熱蒸気はタービン(10)へ送られ、前記タービン内で膨張し、発電機(11)を駆動して電力を生じさせ、
    前記補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)により生成される補助蒸気は、前記太陽光熱蒸発器(6)により生成される蒸気を補足し、前記補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)の調節可能な負荷範囲は30〜100％であり、混合飽和蒸気の合計量は一定である、
    太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システム。
  3. 太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システムであって、
    超高圧又は高圧の太陽エネルギ光熱ボイラシステムと、超高圧又は高圧のバイオマスボイラシステムと、タービン発電システムとを含み、前記太陽エネルギ光熱ボイラシステムの太陽光フィールド(1及び2)による高温熱媒油出力は、太陽光熱蒸発器(6)及び太陽光熱加熱器(5)を介して熱を伝え、熱媒油の貯蔵タンク(4)に戻り、前記貯蔵タンク(4)内の熱媒油は、油循環ポンプ(3)を介して太陽光フィールド(1及び2)へ送られることにより、油は循環させられる一方、熱が送られて伝達され、前記太陽光熱蒸発器(6)で生じた蒸気は、飽和蒸気主管(7)を通り、バイオマスボイラシステム(9)に送られ、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)は前記太陽光熱蒸発器(6)及び太陽光熱加熱器(5)と平行であり、補助蒸気を生成するように作用し、補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)で生成された補助蒸気は飽和蒸気主管(7)を通過し、太陽光熱で生成された蒸気と混ざり、前記バイオマスボイラシステム(9)に流入し、混合蒸気とバイオマスボイラシステム(9)で生成された蒸気は前記バイオマスボイラシステム(9)で540℃±5℃に過熱され、過熱蒸気はタービン(10)へ送られ、前記タービン内で膨張し、発電機(11)を駆動して電力を生じさせ、
    高圧加熱器(17)からの供給水出力は、第1流量分配器(18)により２つの部分に分配され、供給水の第1部分は前記バイオマスボイラシステムへ送られ、供給水の55％を占め、供給水の第2部分は前記太陽エネルギ光熱ボイラシステムへ送られ、供給水の45％を占め、前記第1部分と第2部分の流れの比は固定されており、前記供給水の第2部分は第2流量分配器(19)により、２つに分配され、一方は前記太陽光熱加熱器(5)へ送られ、他方は前記補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)へ送られ、前記第2流量分配器(19)は、貯蔵タンク(4)へ戻る熱媒油の温度に応じて、前記太陽光熱加熱器(5)と前記補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)への供給水の流れの比を調節するように作用する、
    太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システム。
  4. 前記タービン(10)の廃蒸気は凝縮器(12)へ連結され、凝縮されて凝縮水となり、凝縮水タンクで回収され、凝縮水は凝縮水ポンプ(13)により圧縮され、低圧加熱器(14)へ送られ、そこで凝縮水は加熱されて脱気装置(15)へ送られ、供給水が生成され、前記脱気装置(15)からの供給水は、供給水ポンプ(16)により高圧加熱器(17)へくみ上げられて加熱され、前記高圧加熱器の加熱温度は240℃±5℃であり、供給水は、第1流量分配器(18)により、２つの部分へ分配され、前記供給水の第1部分は前記バイオマスボイラシステム(9)へ送られて、蒸気が生成され、前記供給水の第2部分は前記太陽エネルギ光熱ボイラシステムに送られ、前記供給水の第2部分は第2流量分配器(19)により次に２つに分けられ、一方は前記太陽光熱加熱器(5)へ送られ、他方は前記補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)へ送られ、前記第2流量分配器(19)は、太陽エネルギの強度に応じて、前記太陽光熱加熱器(5)と前記補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)への供給水の流れの比率を調節するように作用し、前記太陽エネルギ光熱ボイラシステムに流入する供給水は、飽和蒸気を生成するように使用され、これにより作用媒体の循環が完成する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システム。
  5. 前記太陽光熱蒸発器(6)及び補助燃料石炭燃料ガス又は燃料油ボイラ(8)は、圧力9.81〜13.7MPa、温度540℃±5℃の超高圧又は高圧飽和蒸気を生成し、太陽光熱発電の効率のピークは25％〜30％である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システム。
  6. 前記太陽光フィールド(1及び2)からの高温熱媒油出力の温度は380℃未満とされ、前記貯蔵タンク(4)に戻る熱媒油は280℃±10℃である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システム。
  7. 前記バイオマスボイラシステム(9)は、蒸気を生成するとともに、他の飽和蒸気を過熱し、前記バイオマスボイラは、バイオマスボイラの燃焼で、55％の供給水加熱及び蒸発と、100％の蒸気過熱を達成する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システム。
  8. 前記太陽光フィールド(1及び2)は油温度検出保護装置を含み、前記貯蔵タンクへ戻る熱媒油の温度が300℃を超えた場合、或いは、前記太陽光フィールドを出る熱媒油が380℃を超えた場合、前記油温度検出保護装置が駆動させられて、放射の一部を捨て、前記貯蔵タンクへ戻る熱媒油が200℃まで低下すると、貯蔵タンク加熱器が駆動させられて、熱媒油を一定に加熱する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽エネルギ及びバイオマスエネルギ一体型発電最適化結合システム。
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