JP6354923B1 - 発電補助システム及び火力発電プラント - Google Patents

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Abstract

設備利用率を向上することが可能な発電補助システム及び火力発電プラントを提供すること。発電補助システム１００は、複数の発電設備１０のタービン１３からボイラ１１に接続される給水ライン１６のそれぞれに接続され、給水ライン１６をバイパスするバイパスライン１１０と、再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気を生成する蒸気生成部１２０と、蒸気生成部１２０から供給される蒸気が流通する熱交換用蒸気供給ライン１３０と、熱交換用蒸気供給ライン１３０に接続され、熱交換用蒸気供給ライン１３０から導入される蒸気を用いてバイパスライン１１０を流通する水を予熱する熱交換器１４０と、を備える。

Description

本発明は、発電補助システム及び火力発電プラントに関する。
従来より、ボイラにおいて化石燃料を燃焼することで蒸気を発生させ、蒸気タービンに過熱蒸気を供給することで発電する発電設備が知られている。一般的に、このような発電設備では、ボイラに供給される水の温度を高くすることができれば、発電効率が向上する。そこで、蒸気タービンから抽気された抽気蒸気でボイラに供給される水を予熱することが行われている。また、再生可能エネルギーに由来する熱源（例えば、他のボイラ）を別途設け、この熱源を用いてボイラに給水される水を予熱する蒸気タービンプラントが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５−５２４２７号公報
ところで、再生可能エネルギーから熱を生成する設備（以下、補助設備という）を発電設備とは別途設ける場合、補助設備の稼働率（設備利用率）を考慮する必要がある。例えば、発電設備が停止するとともに補助設備を停止する場合、補助設備の設備利用率が低下し、補助設備の経済性評価が低下する。特に、発電設備の点検等では長期間（例えば、半年間等）、発電設備が停止することがあり、補助設備も長期間停止することとなる。すると、補助設備の経済性評価が大きく低下する。そこで、補助設備の設備利用率を高めることが設置の上で重要となる。
特許文献１に記載された蒸気タービンプラントでは、発電設備ごとに補助設備を設けており、発電設備が停止した場合、補助設備から供給される熱が余剰となる。このため、補助設備を有効に活用することができず、補助設備の設備利用率を向上することはできない。
本発明は、設備利用率を向上することが可能な発電補助システム及び火力発電プラントを提供することを目的とする。
本発明は、化石燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラからタービンに蒸気を供給して発電する発電設備を複数有する火力発電プラントに配置され、前記発電設備による発電を補助する発電補助システムであって、複数の前記発電設備のタービンからボイラに接続される給水ラインのそれぞれに接続され、給水ラインをバイパスするバイパスラインと、再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気を生成する蒸気生成部と、前記蒸気生成部から供給される蒸気が流通する熱交換用蒸気供給ラインと、前記熱交換用蒸気供給ラインに接続され、前記熱交換用蒸気供給ラインから導入される蒸気を用いて前記バイパスラインを流通する水を予熱する熱交換器と、を備える発電補助システムに関する。
また、前記バイパスラインは、複数の前記発電設備に跨って配置され、前記熱交換器を通る１つの熱交換用ラインと、複数の前記発電設備ごとに設けられ、前記熱交換用ラインの上流側と給水ラインの上流側とを接続する受入ラインと、複数の前記発電設備ごとに設けられ、前記熱交換用ラインの下流側と給水ラインの下流側とを接続する払出ラインと、を備えることが好ましい。
また、前記バイパスラインは、複数の前記発電設備ごとに複数設けられ、前記熱交換器は、前記バイパスラインごとに複数設けられることが好ましい。
また、前記熱交換器は複数設けられ、１つの前記熱交換用ラインは、複数の前記熱交換器に跨って配置されることが好ましい。
また、発電補助システムは、前記熱交換用蒸気供給ラインから前記熱交換器への蒸気の供給をそれぞれ制御する流通弁を更に備え、前記熱交換用蒸気供給ラインは、複数の前記熱交換器に跨って配置される主蒸気供給ラインと、前記主蒸気供給ラインと前記熱交換器とを接続する副蒸気供給ラインと、を備えることが好ましい。また、蒸気の供給の制御は、流通弁に制限されず、取り外し可能な短管や閉止フランジなどを含む機構で制御しても良い。
また、前記機構が、前記熱交換用蒸気供給ラインから前記熱交換器への蒸気の供給流量をそれぞれ制御することが好ましい。
また、発電補助システムは、複数の前記発電設備ごとに前記熱交換器を挟んで前記バイパスラインの上流側に設けられ、複数の前記発電設備のそれぞれから前記バイパスラインへの受入を制御する入口弁と、複数の前記発電設備ごとに前記熱交換器を挟んで前記バイパスラインの下流側に設けられ、前記バイパスラインから複数の前記発電設備への払出を制御する出口弁と、を更に備えることが好ましい。
また、前記出口弁が，前記バイパスラインから複数の前記発電設備のそれぞれへ払出する水の流量を制御することが好ましい。
また、前記入口弁が，複数の前記発電設備のそれぞれから前記バイパスラインへ受入する水の流量を制御することが好ましい。
また、前記入口弁及び前記出口弁は、対応する前記発電設備の運転状況に応じて開閉されることが好ましい。
また、発電補助システムは、上流側が前記熱交換器に接続され、下流側が前記蒸気生成部に接続され、前記バイパスラインを流通する水を予熱した蒸気の復水を流通する復水ラインと、前記熱交換器と再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気を生成する前記蒸気生成部との間の前記復水ラインに配置されるポンプと、を更に備えることが好ましい。
また、本発明は、蒸気発電補助システムと、発電補助システムに接続される複数の発電設備と、を備える火力発電プラントに関する。
本発明によれば、設備利用率を向上することが可能な発電補助システム及び火力発電プラントを提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る発電補助システムを備える火力発電プラントの概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る発電補助システムを備える火力発電プラントの概略構成図である。 第２実施形態の発電補助システムを備える火力発電プラントの他の概略構成図である。
以下、本発明に係る発電補助システム及び火力発電プラントの各実施形態について図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る発電補助システム１００及び火力発電プラント１について、図１を参照して説明する。
火力発電プラント１は、図１に示すように、複数の発電設備１０（系統、号機）と、発電補助システム１００と、を備える。火力発電プラント１は、化石燃料を燃焼させることで発生した熱を用いて蒸気を生成して発電する。また、火力発電プラント１は、再生可能エネルギー（例えば、風力、太陽光、地熱、ＲＤＦ（廃棄物固形燃料、Ｒｅｆｕｓｅ Ｄｅｒｉｖｅｄ Ｆｕｅｌ）の燃焼熱等）に由来する熱を用いて蒸気となる水を予熱する。
複数の発電設備１０のそれぞれは、ボイラ１１と、発電用蒸気供給ライン１２と、タービン１３と、発電機１４と、復水器１５と、給水ライン１６と、給水加熱器１７と、抽気ライン１８と、を備える。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
ボイラ１１は、化石燃料を燃焼させて発生した熱を用いて水から蒸気を生成する。具体的には、ボイラ１１は、化石燃料の燃焼熱を用いて発電用の過熱蒸気を生成する。
発電用蒸気供給ライン１２は、一端がボイラ１１に接続される。発電用蒸気供給ライン１２には、ボイラ１１で生成された過熱蒸気が流通する。
タービン１３は、発電用蒸気供給ライン１２の他端に接続される。本実施形態において、タービン１３は蒸気タービンである。タービン１３は、ボイラ１１から供給される過熱蒸気により、回転軸（図示せず）を軸心として回動する。具体的には、タービン１３は、発電用蒸気供給ライン１２から流入した過熱蒸気が膨張することで発生する軸動力により、回転軸（図示せず）を軸心として回転する。
発電機１４は、タービン１３に接続される。具体的には、発電機１４は、タービン１３の回転軸に接続される。発電機１４は、タービン１３の回転軸の回動によって発電する。
復水器１５は、タービン１３の出口に配置される。復水器１５には、タービン１３を回転させたタービン排気（蒸気）が流入する。復水器１５は、冷却水（図示せず）でタービン排気を冷却して復水を生成する。また、復水器１５は、後述するドレン水を復水に合流させてボイラ１１に供給される水を生成する。
給水ライン１６は、一端が復水器１５に接続され、他端がボイラ１１に接続される。給水ライン１６には、復水器１５により生成された水がボイラ１１に向けて流通する。
抽気ライン１８は、一端がタービン１３に接続される。抽気ライン１８には、タービン１３に流入した蒸気の一部から抽気された蒸気が流通する。
給水加熱器１７は、給水ライン１６に配置される。また、給水加熱器１７には、抽気ライン１８の他端が接続され、抽気された蒸気が内部に流入する。給水加熱器１７は、給水ライン１６を流通する水と抽気された蒸気との間で熱交換して給水ライン１６を流通する水を予熱する。給水加熱器１７は、抽気された蒸気が熱交換により凝縮したドレン水をドレン水流通ライン１９を介して復水器１５に送る。
発電補助システム１００は、発電設備１０による発電を補助するシステムであり、複数の発電設備１０に並設される。具体的には、発電補助システム１００は、給水ライン１６を流通する水を予熱することで、再生可能エネルギーに由来する熱を発電設備１０に供給するシステムである。発電補助システム１００は、バイパスライン１１０と、蒸気生成部１２０と、熱交換用蒸気供給ライン１３０と、熱交換器１４０と、復水ライン１５０と、ポンプ１６０と、入口弁１７０と、出口弁１８０と、を備える。
バイパスライン１１０は、複数の発電設備１０の給水ライン１６のそれぞれに接続され、給水ライン１６をバイパスする。即ち、バイパスライン１１０は、給水ライン１６の上流側から水を受入して、給水ライン１６の下流側に払出するラインである。バイパスライン１１０は、１つの熱交換用ライン１１１と、複数の受入ライン１１２と、複数の払出ライン１１３と、を備える。
熱交換用ライン１１１は、複数の発電設備１０に跨って配置される。換言すると、熱交換用ライン１１１は、複数の発電設備１０に共通のラインとして配置される。熱交換用ライン１１１は、複数の発電設備１０から受入された水が流通するラインである。熱交換用ライン１１１は、後述する熱交換器１４０を通る。
受入ライン１１２は、複数の発電設備１０ごとに設けられ、熱交換用ライン１１１の上流側と給水ライン１６の上流側とを接続する。具体的に、受入ライン１１２の上流側端部は、発電設備１０の給水ライン１６の上流側に接続され、受入ライン１１２の下流側端部は、熱交換用ライン１１１に接続される。
払出ライン１１３は、複数の発電設備１０ごとに設けられ、熱交換用ライン１１１の下流側と給水ライン１６の下流側とを接続する。具体的に、払出ライン１１３の上流側端部は、熱交換用ライン１１１の下流側に接続され、払出ライン１１３の下流側端部は、発電設備１０の給水ライン１６の下流側に接続される。
蒸気生成部１２０は、再生可能エネルギーに由来する熱を用いて熱交換用（予熱用）の蒸気を生成する。蒸気生成部１２０は、再生可能エネルギー（例えば、太陽光、地熱、風力、又はＲＤＦの燃焼等）に由来する熱を用いて蒸気を生成する。本実施形態において、蒸気生成部１２０は、一例としてＲＤＦを燃焼するボイラ１１であり、ＲＤＦの燃焼熱を用いて蒸気を生成する。
熱交換用蒸気供給ライン１３０は、一端が蒸気生成部１２０に接続される。熱交換用蒸気供給ライン１３０には、蒸気生成部１２０から供給される蒸気が流通する。
熱交換器１４０は、熱交換用蒸気供給ライン１３０の他端に接続される。また、熱交換器１４０には、バイパスライン１１０の一部が内部に配置される。具体的には、熱交換器１４０には、熱交換用ライン１１１の上流側と下流側の間の一部が内部に配置される。熱交換器１４０は、熱交換用蒸気供給ライン１３０から供給される蒸気を用いてバイパスライン１１０（熱交換用ライン１１１）を流通する水を予熱する。具体的には、熱交換器１４０は、熱交換用蒸気供給ライン１３０から内部に導入される蒸気をバイパスライン１１０（熱交換用ライン１１１）に接触させることで、導入した蒸気とバイパスライン１１０（熱交換用ライン１１１）を流通する水との間で熱交換する。
復水ライン１５０は、一端（上流側）が熱交換器１４０に接続され、他端（下流側）が蒸気生成部１２０に接続される。復水ライン１５０には、バイパスライン１１０を流通する水を予熱した蒸気の復水が流通する。即ち、復水ライン１５０には、熱交換器１４０において熱交換した蒸気の復水が流通する。
ポンプ１６０は、復水ライン１５０に設けられる。具体的には、ポンプ１６０は、熱交換器１４０と再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気を生成する蒸気生成部１２０との間の復水ライン１５０に配置される。ポンプ１６０は、熱交換器１４０においてバイパスライン１１０を流通する水と熱交換した蒸気の復水を蒸気生成部１２０へ送る。
入口弁１７０は、複数の発電設備１０ごとに設けられ、熱交換器１４０を挟んでバイパスライン１１０の上流側に設けられる。本実施形態において、入口弁１７０は、給水ライン１６と受入ライン１１２の連絡部のそれぞれに設けられ、給水ライン１６と受入ライン１１２との連絡を開閉する。入口弁１７０は、受入ライン１１２との連絡部を開閉することで、複数の発電設備１０のそれぞれからバイパスライン１１０（熱交換用ライン１１１）への水の受入を制御する。
出口弁１８０は、複数の発電設備１０ごとに複数設けられ、熱交換器１４０を挟んでバイパスライン１１０の下流側に設けられる。本実施形態において、出口弁１８０は、払出ライン１１３のそれぞれに設けられ、払出ライン１１３を開閉する。出口弁１８０は、払出ライン１１３を開閉することで、複数の発電設備１０への水の払出を制御する。
次に、発電補助システム１００の動作について説明する。
まず、蒸気生成部１２０で生成された蒸気を用いてバイパスライン１１０を流通する水を予熱する動作について説明する。
蒸気生成部１２０において、再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気が生成される。蒸気生成部１２０で生成された蒸気は、熱交換用蒸気供給ライン１３０を流通して熱交換器１４０に供給される。
熱交換器１４０に供給された蒸気は、熱交換器１４０の内部に導入される。熱交換器１４０の内部に導入された蒸気は、バイパスライン１１０（熱交換用ライン１１１）を流通する水との間で熱交換して冷却される。冷却された蒸気は、復水（ドレン水）となり、熱交換器１４０から復水ライン１５０に排出される。
復水ライン１５０に排出された復水は、ポンプ１６０により加圧され、蒸気生成部１２０に還流する。
次に、入口弁１７０及び出口弁１８０の動作について説明する。
複数の発電設備１０のそれぞれに対応して配置された入口弁１７０及び出口弁１８０が開放されることで、複数の発電設備１０の給水ライン１６から水が受入ライン１１２を通って熱交換用ライン１１１に受入される。熱交換用ライン１１１に受入された水は、熱交換器１４０を通って予熱され、払出ライン１１３を通ってそれぞれの発電設備１０の給水ライン１６に払出される。
複数の発電設備１０のうち、１台が点検等により停止する場合、停止される発電設備１０に対応する入口弁１７０及び出口弁１８０が閉止される。これにより、閉止される発電設備１０の給水ライン１６からバイパスライン１１０（熱交換用ライン１１１）への水の受入及び払出は停止する。一方、他の発電設備１０に対応する入口弁１７０及び出口弁１８０が閉止されないことで、他の発電設備１０の給水ライン１６からバイパスライン１１０（熱交換用ライン１１１）への水の受入及び払出は継続される。また、複数系統が点検等により停止する場合であっても、他の発電設備１０の給水ライン１６からバイパスライン１１０（熱交換用ライン１１１）への水の受入及び払出は継続される。
以上のような第１実施形態に係る発電補助システム１００及び火力発電プラント１によれば、以下の効果を奏する。
（１）発電補助システム１００を、複数の発電設備１０のタービン１３からボイラ１１に接続される給水ライン１６のそれぞれに接続され、給水ライン１６をバイパスするバイパスライン１１０と、再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気を生成する蒸気生成部１２０と、蒸気生成部１２０から供給される蒸気が流通する熱交換用蒸気供給ライン１３０と、熱交換用蒸気供給ライン１３０に接続され、熱交換用蒸気供給ライン１３０から導入される蒸気を用いてバイパスライン１１０を流通する水を予熱する熱交換器１４０と、を含んで構成した。これにより、バイパスライン１１０を介して、再生可能エネルギーに由来する熱を用いて予熱した水を給水ライン１６に供給することができる。これにより、抽気ライン１８からの抽気を減らすことができ、発電効率を向上することができる。また、再生可能エネルギーに由来する熱を用いてボイラ１１に供給される水を予熱できるので、化石燃料の使用量を減らすことによる二酸化炭素の削減や、経済性を向上することができる。また、複数の発電設備１０の一部が停止した場合であっても、他の発電設備１０の給水ライン１６からバイパスライン１１０へ受入できるので、蒸気生成部１２０を運転させ続けることができる。蒸気生成部１２０を停止させずともよいので、発電補助システム１００の設備利用率を向上することができる。
（２）バイパスライン１１０を、複数の発電設備１０に跨って配置され、熱交換器１４０を通る１つの熱交換用ライン１１１と、複数の発電設備１０ごとに設けられ、熱交換用ライン１１１の上流側と給水ライン１６の上流側とを接続する受入ライン１１２と、複数の発電設備１０ごとに設けられ、熱交換用ライン１１１の下流側と給水ライン１６の下流側とを接続する払出ライン１１３と、を含んで構成した。これにより、複数の発電設備１０の給水ライン１６から受入した水を１つの熱交換器１４０で予熱することができるので、熱効率を高めることができる。
（３）発電補助システム１００を更に、複数の発電設備１０ごとに熱交換器１４０を挟んでバイパスライン１１０の上流側に設けられ、複数の発電設備１０のそれぞれからバイパスライン１１０への受入を制御する入口弁１７０と、複数の発電設備１０ごとに熱交換器１４０を挟んでバイパスライン１１０の下流側に設けられ、バイパスライン１１０から複数の発電設備１０への払出を制御する出口弁１８０と、を含んで構成した。これにより、給水ライン１６からバイパスライン１１０に水を受入する発電設備１０を選択的に変更できる。従って、運転している発電設備１０に対して蒸気生成部１２０の熱を分散して効率良く供給できる。
（４）入口弁１７０及び出口弁１８０を、対応する発電設備１０の運転状況に応じて開閉するようにした。これにより、運転中の発電設備１０に対して蒸気生成部１２０で生成された熱を効率よく振り分けることができ、発電効率を向上することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る発電補助システム１００ａについて、図２及び図３を参照して説明する。第２実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第２実施形態に係る発電補助システム１００ａでは、図２に示すように、バイパスライン１１０ａが、複数の発電設備１０ごとに複数設けられる点等で、第１実施形態と異なる。第２実施形態に係る発電補助システム１００ａは、ポンプ１６０に代えて、複数のポンプ１６０ａを備える。また、第２実施形態に係る発電補助システム１００ａは、複数の流通弁１９０を備える。なお，図３に示すようにポンプ１６０ａは１台でも良い。また蒸気の供給を制御する機能を持つ流通弁１９０は熱交換器１４０ａ入口側でも良い。
複数のバイパスライン１１０ａのそれぞれは、発電設備１０ごとに設けられる。即ち、バイパスライン１１０ａは、発電設備１０と一対に設けられる。バイパスライン１１０ａのそれぞれは、発電設備１０の給水ライン１６をバイパスするラインとして設けられ、上流側端部が給水ライン１６の上流側端部に接続され、下流側端部が給水ライン１６の下流側端部に接続される。
熱交換器１４０ａは、複数のバイパスライン１１０ａのそれぞれに配置される。即ち、熱交換器１４０ａは、バイパスライン１１０ａと一対に設けられる。
入口弁１７０ａは、複数のバイパスライン１１０ａの上流側にそれぞれ配置される。
出口弁１８０ａは、複数のバイパスライン１１０ａの下流側にそれぞれ配置される。
熱交換用蒸気供給ライン１３０ａは、１つの主蒸気供給ライン１３１ａと、複数の副蒸気供給ライン１３２ａと、を備える。
主蒸気供給ライン１３１ａは、複数の熱交換器１４０ａに跨って配置される。換言すると、主蒸気供給ライン１３１ａは、複数の熱交換器１４０ａに対して共通のラインとして配置される。主蒸気供給ライン１３１ａは、上流側の端部が蒸気生成部１２０に接続される。主蒸気供給ライン１３１ａには、蒸気生成部１２０で生成された蒸気が流通する。
複数の副蒸気供給ライン１３２ａのそれぞれは、熱交換器１４０ａに対応して配置され、上流側の端部が主蒸気供給ライン１３１ａに接続される。複数の副蒸気供給ライン１３２ａのそれぞれの下流側の端部は、熱交換器１４０ａに接続される。即ち、副蒸気供給ライン１３２ａは、熱交換器１４０ａと一対に設けられる。
復水ライン１５０は、複数の副復水ライン１５１ａと、１つの主復水ライン１５２ａと、を備える。
複数の副復水ライン１５１ａの上流側の端部は、熱交換器１４０ａにそれぞれ接続される。複数の副復水ライン１５１ａのそれぞれの下流側の端部は、主復水ライン１５２ａに接続される。即ち、副復水ライン１５１ａは、熱交換器１４０ａと一対に設けられる。副復水ライン１５１ａには、熱交換器１４０ａから排出される復水が流通する。
ポンプ１６０ａのそれぞれは、復水ライン１５０ａに配置される。具体的には、ポンプ１６０ａのそれぞれは、副復水ライン１５１ａに配置される。即ち、ポンプ１６０ａは、熱交換器１４０ａと一対に設けられる。ポンプ１６０ａは、熱交換器１４０ａから排出された復水を加圧して、蒸気生成部１２０に送る。
流通弁１９０は、復水ライン１５０に配置される。具体的には、流通弁１９０のそれぞれは、副復水ライン１５１ａに配置され、ポンプ１６０ａよりも下流側に配置される。即ち、流通弁１９０は、熱交換器１４０ａ及びポンプ１６０ａと一対に配置される。流通弁１９０は、副復水ライン１５１ａを開閉して、熱交換器１４０ａから主復水ライン１５２ａへの復水の流入を制御する。換言すると、複数の流通弁１９０のそれぞれは、熱交換用蒸気供給ライン１３０ａ（副蒸気供給ライン１３２ａ）から熱交換器１４０ａへの蒸気の供給を制御する。具体的には、流通弁１９０は、熱交換用蒸気供給ライン１３０ａから熱交換器への蒸気の供給流量をそれぞれ制御する。例えば、流通弁１９０は、一つの熱交換器１４０ａに１０ｔ／ｈの蒸気を供給するように制御し、他の一つの熱交換器１４０ａに２０ｔ／ｈの蒸気を供給するように制御する。
主復水ライン１５２ａは、下流側の端部が蒸気生成部１２０に接続される。主復水ライン１５２ａには、複数の副復水ライン１５１ａから流入した復水が流通する。
ポンプ１６０ａは、複数の副復水ライン１５１ａのそれぞれに配置される。ポンプ１６０ａは、熱交換器１４０ａから排出された復水を加圧して、蒸気生成部１２０に送る。
次に、本実施形態に係る発電補助システム１００ａ及び火力発電プラント１の動作を説明する。
まず、蒸気生成部１２０で生成された蒸気を用いてバイパスライン１１０ａを流通する水を予熱する動作について説明する。
蒸気生成部１２０において、再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気が生成される。蒸気生成部１２０で生成された蒸気は、主蒸気供給ライン１３１ａを流通して、複数の副蒸気供給ライン１３２ａに分岐する。分岐した蒸気は、それぞれの熱交換器１４０ａに供給される。
それぞれの熱交換器１４０ａに供給された蒸気は、熱交換器１４０ａの内部に導入される。熱交換器１４０ａの内部に導入された蒸気は、バイパスライン１１０ａを流通する水との間で熱交換して冷却される。冷却された蒸気は、復水（ドレン水）となり、それぞれの熱交換器１４０ａから副復水ライン１５１ａに排出される。副復水ライン１５１ａに排出された復水は、それぞれのポンプ１６０ａにより加圧され、主復水ライン１５２ａに流入する。主復水ライン１５２ａで合流した復水は、蒸気生成部１２０に還流する。
次に、入口弁１７０ａ、出口弁１８０ａ、ポンプ１６０ａ、及び流通弁１９０の動作について説明する。
複数のバイパスライン１１０ａのそれぞれに配置された入口弁１７０ａ及び出口弁１８０ａが開放されることで、複数の発電設備１０のそれぞれの給水ライン１６からバイパスライン１１０ａに水が受入される。また、流通弁１９０のそれぞれが開放され、ポンプ１６０ａのそれぞれが動作することで、副蒸気供給ライン１３２ａを流通する蒸気が熱交換器１４０ａに導入される。バイパスライン１１０ａを流通する水は、バイパスライン１１０ａごとに配置された熱交換器１４０ａを通って予熱され、それぞれの発電設備１０の給水ライン１６に払出される。
複数の発電設備１０のうち、１台が点検等により停止される場合、停止される発電設備１０に接続されたバイパスライン１１０ａの入口弁１７０ａ及び出口弁１８０ａが閉止される。これにより、停止される発電設備１０の給水ライン１６からバイパスライン１１０ａへの水の受入が停止される。また、受入が停止されたバイパスライン１１０ａを流通する水を予熱する熱交換器１４０ａへの蒸気の供給も停止される。具体的には、熱交換器１４０ａに接続されている副復水ライン１５１ａに配置された流通弁１９０が閉止され蒸気の供給が停止される。なお，閉止された流通弁１９０が配置されている副復水ライン１５１ａと同じ副復水ライン１５１ａに配置されたポンプ１６０ａの動作も停止される。以上により、停止される発電設備１０の給水ライン１６からバイパスライン１１０ａへの水の受入及び払出が停止する一方、他の発電設備１０からバイパスライン１１０ａへの水の受入及び払出は継続される。また、複数台が点検等により停止する場合であっても、他の発電設備１０の給水ライン１６からバイパスライン１１０ａへの水の受入及び払出が継続される。
以上のような第２実施形態に係る発電補助システム１００ａ及び火力発電プラント１によれば、上記（１）の効果に加え、以下の効果を奏する。
（５）機構を、熱交換用蒸気供給ラインから熱交換器への蒸気の供給量をそれぞれ制御するように構成した。これにより、熱交換器１４０ａのそれぞれに供給される蒸気量を異ならせることができる。従って、バイパスライン１１０を流通する水の量や、予熱に必要な熱量等に応じて熱交換器１４０ａごとに適切な蒸気量を供給することができる。
（６）バイパスライン１１０ａを、複数の発電設備１０ごとに複数設け、熱交換器１４０ａを、バイパスライン１１０ａごとに複数設けた。これにより、バイパスライン１１０ａや熱交換器１４０ａの一部を点検等により停止したとしても、他のバイパスライン１１０ａや熱交換器１４０ａを用いて他の発電設備１０に供給される水を予熱することができるので、発電効率を向上することができる。また、冗長性が高まるので、信頼性を向上できる。
（７）発電補助システム１００ａを更に、熱交換用蒸気供給ライン１３０ａから熱交換器１４０ａへの蒸気の供給をそれぞれ制御する流通弁１９０を含んで構成した。また、熱交換用蒸気供給ライン１３０ａを、複数の熱交換器１４０ａに跨って配置される主蒸気供給ライン１３１ａと、主蒸気供給ライン１３１ａと熱交換器１４０ａとを接続する副蒸気供給ライン１３２ａと、を含んで構成した。主蒸気供給ライン１３１ａから副蒸気供給ライン１３２ａを介して、複数の熱交換器１４０ａに蒸気を供給することができる。また、流通弁１９０を開閉することで、熱交換器１４０ａのそれぞれへの蒸気の供給を制御することができる。従って、発電設備１０の運転状況に応じて熱交換器１４０ａへの蒸気の供給を切り換えることができるので、再生エネルギーに由来する熱を効率的に用いることができる。
以上、本発明の発電補助システム及び火力発電プラントの好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、第１実施形態において、熱交換器１４０を１つとしたが、これに制限されない。例えば、熱交換器１４０が複数設けられ、熱交換用ライン１１１が複数の熱交換器１４０を通るように配置されてもよい。これにより、一部の熱交換器１４０をメンテナンス等で停止したとしても、発電補助システム１００を継続して動作させることができる。従って、発電補助システム１００の設備利用率を向上することができる。また、熱交換用ライン１１１、熱交換用蒸気供給ライン１３０、及び復水ライン１５０の少なくとも１つを複数ライン（系統）として、冗長性を高めるようにしてもよい。
また例えば，熱交換を行う温度域毎に複数の熱交換器を使い分けても良い。各温度においてコストミニマムな材料を、それぞれ選定する事で、より低価格なシステムとすることができる。
また、第２実施形態において、発電設備１０の給水ライン１６をバイパスするバイパスライン１１０ａを各発電設備１０に個別に設けることとしたが、第１実施形態の熱交換器１４０を通る１つの熱交換用ライン１１１を，第２実施形態における複数の熱交換器１４０ａに跨って設け，複数の前記発電設備１０のバイパスライン１１０ａを，複数の熱交換器１４０ａへ接続しても良い。即ち、発電設備１０の給水ライン１６をバイパスするバイパスライン１１０ａを各発電設備１０に個別に設けることにしたが、これに制限されない。例えば、複数設けられる熱交換器１４０ａに対して、第１実施形態の１つの熱交換用ライン１１１を採用してもよい。この場合、１つの熱交換用ライン１１１は、複数の熱交換器１４０に跨って配置され、複数の熱交換器１４０ａを通るように設けられて良い。そして、各発電設備１０（のバイパスライン１１０ａ）は、１つの熱交換用ライン１１１に接続されて良い。
また、主蒸気供給ライン１３１ａを１つとしたが、これに制限されない。例えば、主蒸気供給ライン１３１ａを複数系統にして、冗長性を高めるようにしてもよい。また、主復水ライン１５２ａを複数系統にして、冗長性を高めるようにしてもよい。
また、上記各実施形態において、入口弁１７０及び出口弁１８０の開閉について、停止する発電設備１０に対応する入口弁１７０及び出口弁１８０を閉止することとしたが、これに制限されない。発電設備１０のそれぞれが許容可能な熱エネルギーと、発電補助システム１００，１００ａが提供可能な熱エネルギーとに応じて、閉止又は開放する入口弁１７０及び出口弁１８０を決定してもよい。例えば、複数の発電設備１０のうち、許容可能な熱エネルギーが大きい発電設備１０の入口弁１７０及び出口弁１８０を開放し、許容可能な熱エネルギーの小さい発電設備１０の入口弁１７０及び出口弁１８０を閉止してもよい。これにより、火力発電プラント１全体の熱効率を向上することができる。
また、上記各実施形態において、入口弁１７０は、複数の発電設備１０のそれぞれからバイパスライン１１０へ受入する水の流量を制御してもよい。また、出口弁１８０は、複数のバイパスライン１１０から発電設備１０のそれぞれへ払出する水の流量を制御してもよい。具体的には、入口弁１７０は、発電設備１０のそれぞれから異なる量の水を受入するように制御されてよく、出口弁１８０は、発電設備１０のそれぞれに異なる量の水を払出すように制御されてよい。例えば、入口弁１７０は、一つの発電設備１０から２０ｔ／ｈの水を受入するように制御され、他の一つの発電設備１０から５ｔ／ｈの水を受入するように制御されてもよい。また、出口弁１８０は、一つの発電設備１０に２０ｔ／ｈの水を払出すように制御され、他の一つの発電設備１０に５ｔ／ｈの水を払出すように制御されてよい。これにより、発電設備１０ごとに、バイパスライン１１０を流通する水の量を変化させることができ、発電設備１０ごとの状況に即した制御を実現することができる。
１ 火力発電プラント
１０ 発電設備
１１ ボイラ
１３ タービン
１６ 給水ライン
１００，１００ａ 発電補助システム
１１０，１１０ａ バイパスライン
１１１ 熱交換用ライン
１１２ 受入ライン
１１３ 払出ライン
１２０ 蒸気生成部
１３０，１３０ａ 熱交換用蒸気供給ライン
１３１ａ 主蒸気供給ライン
１３２ａ 副蒸気供給ライン
１４０，１４０ａ 熱交換器
１７０，１７０ａ 入口弁
１８０，１８０ａ 出口弁
１９０ 流通弁

Claims (14)

  1. 化石燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラからタービンに蒸気を供給して発電する発電設備を複数有する火力発電プラントに配置され、前記発電設備による発電を補助する発電補助システムであって、
    複数の前記発電設備のタービンからボイラに接続される給水ラインのそれぞれに接続され、給水ラインをバイパスするバイパスラインと、
    再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気を生成する蒸気生成部と、
    前記蒸気生成部から供給される蒸気が流通する熱交換用蒸気供給ラインと、
    前記熱交換用蒸気供給ラインに接続され、前記熱交換用蒸気供給ラインから導入される蒸気を用いて前記バイパスラインを流通する水を予熱する熱交換器と、
    上流側が前記熱交換器に接続され、下流側が前記蒸気生成部に接続され、前記バイパス ラインを流通する水を予熱した蒸気の復水を流通する復水ラインと、
    前記熱交換器と再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気を生成する前記蒸気生成 部との間の前記復水ラインに配置されるポンプと、
    を備える発電補助システム。
  2. 前記バイパスラインは、
    複数の前記発電設備に跨って配置され、前記熱交換器を通る１つの熱交換用ラインと、
    複数の前記発電設備ごとに設けられ、前記熱交換用ラインの上流側と給水ラインの上流側とを接続する受入ラインと、
    複数の前記発電設備ごとに設けられ、前記熱交換用ラインの下流側と給水ラインの下流側とを接続する払出ラインと、
    を備える請求項１に記載の発電補助システム。
  3. 前記バイパスラインは、複数の前記発電設備ごとに複数設けられ、
    前記熱交換器は、前記バイパスラインごとに複数設けられる請求項１に記載の発電補助システム。
  4. 前記熱交換器は複数設けられ、
    １つの前記熱交換用ラインは、複数の前記熱交換器に跨って配置される請求項２に記載の発電補助システム。
  5. 前記熱交換用蒸気供給ラインから前記熱交換器への蒸気の供給をそれぞれ制御する機構を更に備え、
    前記熱交換用蒸気供給ラインは、
    複数の前記熱交換器に跨って配置される主蒸気供給ラインと、
    前記主蒸気供給ラインと前記熱交換器とを接続する副蒸気供給ラインと、
    を備える請求項３又は４に記載の発電補助システム。
  6. 前記機構が、前記熱交換用蒸気供給ラインから前記熱交換器への蒸気の供給流量をそれぞれ制御する、請求項５に記載の発電補助システム。
  7. 複数の前記発電設備ごとに前記熱交換器を挟んで前記バイパスラインの上流側に設けられ、複数の前記発電設備のそれぞれから前記バイパスラインへの受入を制御する入口弁と、
    複数の前記発電設備ごとに前記熱交換器を挟んで前記バイパスラインの下流側に設けられ、前記バイパスラインから複数の前記発電設備への払出を制御する出口弁と、
    を更に備える請求項１から６のいずれか一項に記載の発電補助システム。
  8. 前記出口弁が，前記バイパスラインから複数の前記発電設備のそれぞれへ払出する水の流量を制御する、請求項７に記載の発電補助システム。
  9. 前記入口弁が，複数の前記発電設備のそれぞれから前記バイパスラインへ受入する水の流量を制御する、請求項７又は８に記載の発電補助システム。
  10. 前記入口弁及び前記出口弁は、対応する前記発電設備の運転状況に応じて開閉される、請求項７から９のいずれか一項に記載の発電補助システム。
  11. 化石燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラからタービンに蒸気を供給して発電する発電設備を複数有する火力発電プラントに配置され、前記発電設備による発電を補助する発電補助システムであって、
    複数の前記発電設備のタービンからボイラに接続される給水ラインのそれぞれに接続され、給水ラインをバイパスするバイパスラインと、
    再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気を生成する蒸気生成部と、
    前記蒸気生成部から供給される蒸気が流通する熱交換用蒸気供給ラインと、
    前記熱交換用蒸気供給ラインに接続され、前記熱交換用蒸気供給ラインから導入される蒸気を用いて前記バイパスラインを流通する水を予熱する熱交換器と、
    を備え、
    前記バイパスラインは、複数の前記発電設備ごとに複数設けられ、
    前記熱交換器は、前記バイパスラインごとに複数設けられる発電補助システム。
  12. 化石燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラからタービンに蒸気を供給して発電する発電設備を複数有する火力発電プラントに配置され、前記発電設備による発電を補助する発電補助システムであって、
    複数の前記発電設備のタービンからボイラに接続される給水ラインのそれぞれに接続され、給水ラインをバイパスするバイパスラインと、
    再生可能エネルギーに由来する熱を用いて蒸気を生成する蒸気生成部と、
    前記蒸気生成部から供給される蒸気が流通する熱交換用蒸気供給ラインと、
    前記熱交換用蒸気供給ラインに接続され、前記熱交換用蒸気供給ラインから導入される蒸気を用いて前記バイパスラインを流通する水を予熱する複数の熱交換器と、
    前記熱交換用蒸気供給ラインから前記熱交換器への蒸気の供給流量をそれぞれ制御する 機構と、
    を備える発電補助システム。
  13. 前記バイパスラインは、
    複数の前記熱交換器に跨って配置されるとともに、複数の前記発電設備に跨って配置さ れ、前記熱交換器を通る１つの熱交換用ラインと、
    複数の前記発電設備ごとに設けられ、前記熱交換用ラインの上流側と給水ラインの上流 側とを接続する受入ラインと、
    複数の前記発電設備ごとに設けられ、前記熱交換用ラインの下流側と給水ラインの下流 側とを接続する払出ラインと、
    を備え、
    前記熱交換用蒸気供給ラインは、
    複数の前記熱交換器に跨って配置される主蒸気供給ラインと、
    前記主蒸気供給ラインと前記熱交換器とを接続する副蒸気供給ラインと、
    を備える請求項１２に記載の発電補助システム。
  14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の発電補助システムと、
    前記発電補助システムに接続される複数の発電設備と、
    を備える火力発電プラント。
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