JPWO2012042641A1 - 太陽熱利用コンバインドサイクルプラント - Google Patents
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Abstract
圧縮機１で得られた燃焼用空気とガスタービン燃料８１とを混合して燃焼する燃焼器３で得られた燃焼ガスにより駆動されるガスタービン２と、ガスタービン２の排ガス８２を熱源として蒸気を生成する排熱回収ボイラ５と、ガスタービン２と１軸に結合され排熱回収ボイラ５で得られた蒸気により駆動される蒸気タービン８とを備えたコンバインドサイクルプラントにおいて、集熱器２１により補給水から太陽の熱エネルギーを用いて温水を生成し蓄熱器１９および噴霧装置２０に送出する。噴霧装置２０では集熱器２１からの温水を圧縮機１に供給される空気中に噴霧し、蓄熱器１９では温水を貯留して冷却蒸気を生成し蒸気タービン８に供給する。これにより、ＣＯ２排出量を増加させずに短時間で起動でき、かつ、運用する環境の大気温度が変動する場合においても高効率運転を行うことができる太陽熱利用コンバインドサイクルプラントを提供することができる。
Description
本発明は、太陽光から熱エネルギーを得る太陽光集熱器を備えた太陽熱利用コンバインドサイクルプラントに関する。
産業用電力を支える発電プラントのひとつに、天然ガスや石油、炭層ガスといった化石資源を燃料とするガスタービンと、ガスタービンの排ガスを熱源として発生させた蒸気により駆動する蒸気タービンとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラント（以下、コンバインドサイクルプラントと称する）があり、効率や起動性能の優位性から近年の火力系発電プラントの主流となっている。
このようなコンバインドサイクルプラントにおいては、夏季など大気温度が上昇する時期、或いは、低緯度地域など年間を通じて大気温度が高い地域などのように大気温度が高い状態で運用する場合、大気温度が低い場合と比べてガスタービンに圧縮空気を供給する圧縮機の空気供給量が相対的に少なくなり、発電出力が低くなることが知られている。
そこで、発電出力の改善を目的とする従来技術として、例えば、特許文献１には、圧縮機の上流に噴霧装置を設け、この噴霧装置によって、圧縮機入口に供給される吸気に液滴を噴霧し、圧縮機に入る吸気の温度を低下させると共に、液滴を圧縮機内流下中に気化させることにより、コンバインドプラントにおける発電出力の向上と熱効率の向上の双方を図る技術が開示されている。
また、コンバインドサイクルプラントにおいては、ガスタービンと蒸気タービンとを単一軸で結合させた１軸型のものがある。コンバインドサイクルプラントを起動させる場合には、まず、ガスタービンを昇速してガスタービン排ガスを発生させ、その排ガスを熱源として蒸気を発生させるが、蒸気の条件が整うまでは蒸気タービンに通気できない。したがって、１軸型のコンバインドサイクルプラントにおいて、蒸気タービンに蒸気が通気されるまでの間は、蒸気タービン動翼の回転により風損（蒸気タービン内部の空気の摩擦・撹拌による動力損失）が発生してしまい、特に、最終段部の動翼が１ｍ以上と長翼化している蒸気タービン低圧部においては、その風損の摩擦熱によって蒸気タービン内部が著しく加熱される恐れがある。
このような風損による加熱を抑える従来技術として、例えば、特許文献２には、排熱回収ボイラの低圧ドラムから蒸気タービン低圧部に低圧蒸気を供給することにより、蒸気タービン低圧部の最終段落部を冷却する技術が開示されている。また、特許文献３には、発電所内の補助ボイラによって低圧蒸気を生成し、この低圧蒸気を蒸気タービン低圧部に供給することにより、蒸気タービン低圧部の最終段落部を冷却する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１記載の従来技術においては、圧縮機入口に供給される吸気に液滴を噴霧するものであるため、噴霧装置から過剰の液滴が噴霧された場合には、圧縮機の内部で蒸発しきれない液滴がドレン化してしまい発電出力増加の効果が得られないことが懸念される。
また、特許文献２記載の従来技術においては、排熱回収ボイラの低圧ドラムから蒸気タービン冷却用の蒸気が発生するまでに時間を要し、この間、風損が発生しないように回転軸の回転数を低くしておかなければならず、短時間で起動を完了できるというコンバインドサイクルプラントの利点が損なわれてしまう問題がある。また、特許文献３に記載の従来技術の場合、起動時間の問題は生じないが、蒸気タービン冷却用の蒸気生成のために、発電所内の補助ボイラで別途燃料を燃焼させる必要があり、プラント起動時のＣＯ２排出量が増加するという問題が新たに生じる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＣＯ２排出量を増加させずに短時間で起動でき、かつ、運用する環境の大気温度が変動する場合においても高効率運転を行うことができる太陽熱利用コンバインドサイクルプラントを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、供給される空気を加圧して燃焼用空気を生成する圧縮機と、前記燃焼用空気とガスタービン燃料とを混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で得られた燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンの排ガスを熱源として蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記ガスタービンと１軸に結合され前記排熱回収ボイラで得られた蒸気により駆動される蒸気タービンと、供給される補給水から太陽の熱エネルギーを用いて温水を生成する集熱器と、前記温水を前記圧縮機に供給される空気中に噴霧する噴霧装置と、前記集熱器からの温水の少なくとも一部を貯留して前記蒸気タービンに供給するための冷却蒸気を生成する蓄熱器とを備えたものとする。
本発明によれば、ＣＯ２排出量を増加させずに短時間で起動でき、かつ、運用する環境の大気温度が変動する場合においても高効率運転を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る太陽熱利用コンバインドサイクルプラントの全体構成を概略的に示す図である。
図１において、太陽熱利用コンバインドサイクルプラントは、供給される空気８０を加圧して燃焼用空気を生成する圧縮機１と、燃焼用空気とガスタービン燃料８１とを混合して燃焼する燃焼器３と、燃焼器３で得られた燃焼ガスにより駆動されるガスタービン２と、ガスタービン２の排ガス８２を熱源として蒸気を生成する排熱回収ボイラ５と、ガスタービン２と１軸に結合され排熱回収ボイラ５で得られた蒸気により駆動される蒸気タービン８と、供給される補給水から太陽の熱エネルギーを用いて温水を生成する集熱器２１と、温水を圧縮機１に供給される空気８０中に噴霧する噴霧装置２０と、集熱器２１からの温水の少なくとも一部を貯留して蒸気タービン８に供給するための冷却蒸気を生成する蓄熱器１９とから概略構成されている。
圧縮機１の上流側には吸気ダクト４が設けられており、この吸気ダクト４を介して大気条件の空気８０が圧縮機１に導かれて加圧される。圧縮機１で加圧され生成された圧縮空気（燃焼用空気）は燃焼器３に送られる。燃焼器３では、燃焼用空気とガスタービン燃料８１とが混合・燃焼されて高温・高圧の燃焼ガスが生成され、この燃焼ガスがガスタービン２に流入する。ガスタービン２は、燃焼器３からの燃焼ガスによって駆動され、このガスタービン２と軸１４により１軸に結合された圧縮機１、蒸気タービン８、及び発電機１３が駆動される。ガスタービン２で仕事をした排ガス８２は排熱回収ボイラ５に送られる。
排熱回収ボイラ５は、ガスタービン２からの排ガス８２を熱源として蒸気タービン８を駆動するための蒸気を生成するものであり、高圧の蒸気を生成する高圧蒸気発生器６と、低圧の蒸気を生成する低圧蒸気発生器７とから構成されている。蒸気タービン８は、高圧の蒸気で駆動される高圧タービン９と、低圧の蒸気で駆動される低圧タービン１０とから構成されており、高圧蒸気発生器６で発生した蒸気は高圧主蒸気配管３０及び高圧蒸気加減弁５０を介して高圧タービン９に供給され、低圧蒸気発生器６で発生した蒸気は低圧主蒸気配管３１及び低圧蒸気加減弁５１を介して低圧タービン１０に供給される。蒸気タービン８の駆動に用いられ排出された蒸気は復水器１１で凝縮されて水となり、復水ポンプ１２及び給水管３２を介して排熱回収ボイラ５に戻される。
集熱器２１は、太陽光を集光する集光板１８と、集光板１８によって集光された太陽光が照射される集熱管１７とから構成されている。集熱管１７内には水タンク１５から送水ポンプ１６及び補給水量調整弁５２を介して補給水が加圧供給（圧送）されており、集光板１８によって集光され照射される太陽光（すなわち、太陽の熱エネルギー）により加熱されて高圧温水（以下、温水と称する）が生成される。集熱器２１で生成された温水は出口の配管３３に送出される。配管３３は、集熱器２１からの温水の供給先を噴霧装置２０と蓄熱器１９とから選択的に切り替える切替弁５３に接続されている。なお、集熱器には平板型集熱器、真空管型集熱器、集光型集熱器などの方式が提案されているが、本実施の形態においてはどの方式を用いても良い。
切替弁５３は、配管３３からの温水の流れを配管３８側と配管３４側の何れかに切り替えるものである。配管３８側の系統（以下、第１系統と称する）は、配管３８、温水流量調整弁５４、及び、配管３９を介して圧縮機１の吸気ダクト４に設けられた噴霧装置２０に接続されている。また、配管３４側の系統（以下、第２系統と称する）は、配管３４を介して蓄熱器１９に接続されている。つまり、切替弁５３は、配管３３からの温水の流れを配管３８側と配管３４側の何れかに切り替えることにより、集熱器２１からの温水の供給先を噴霧装置２０と蓄熱器１９とから選択的に切り替える。
噴霧装置２０は、温水を圧縮機１に供給される空気８０中に噴霧するものであり、内部に設置した高圧ノズルから、送水ポンプ１６の作用により加圧され温水流量調整弁５４で流量調整された温水を吸気ダクト４及び圧縮機１に向けて噴霧する。噴霧装置２０の高圧ノズルによって微粒化された温水は、吸気ダクト４中及び圧縮機１の内部で減圧沸騰し、その気化潜熱によって吸気空気（空気８０や燃焼用空気）が冷却される。吸気空気は冷却されるとその密度が増大し、圧縮機１を通過する空気の質量流量が増大するので、結果としてガスタービン２の出力が増加するよう作用する。つまり、燃料を増加することなく発電出力を高めることが可能となり、相対的には、運用する環境の大気温度が変動する場合（大気条件の空気温度が高くなる場合）においても発電出力の低下を抑制して高効率運転を行うことができる。
蓄熱器１９は、集熱器２１からの温水を貯留および保温して蒸気タービン８に供給するための冷却蒸気を生成するものである。集熱器２１からの温水は、蓄熱器１９の密閉空間に流入し、気相（蒸気）と液相（温水）の平衡状態で貯留される。蓄熱器１９の気相部には、一端が大気開放された配管３７が接続されている。配管３７には、配管３７の開閉を制御する逃し弁５６が設けられており、この逃し弁５６の開閉を制御することにより、蓄熱器１９内部の蒸気の密閉と大気中への放出を制御することができる。また、蓄熱器１９の気相部は、配管３５、冷却蒸気流量制御弁５５、及び、配管３６を介して、低圧蒸気発生器６で発生した蒸気を低圧タービン１０に供給する低圧主蒸気配管３１に接続されている。配管３５に通気された蒸気（冷却蒸気）は、低圧蒸気加減弁５５で流量調整され、配管３６を経て低圧主蒸気配管３１に合流し、低圧タービン１０に流入する。この蒸気は低圧タービン１０の内部を冷却するためのものであるので、以降、冷却蒸気と称する。
このように構成された本実施の形態の太陽熱利用コンバインドサイクルプラントには、検出系として各種センサ６０〜６４が設けられ、制御系として各種制御手段７０〜７４が備えられている。
補給水量制御手段７１は、補給水量調整弁の開度を制御するものである。集熱器２１の出口の配管３３には、集熱器２１から送出される温水の温度を検出する温水温度センサ６０が設けられている。補給水量制御手段７１は、温水温度センサ６０からの検出結果に基づいて前記補給水量調整弁の開度を制御し、集熱器２１に供給される補給水の流量を調整することにより、集熱器２１から送出される温水の温度が予め定めた設定温度に追従するよう制御する。
供給先制御手段７０は、切替弁５３の動作を制御することにより、集熱器２１からの温水の供給先を噴霧装置２０側の第１系統と蓄熱器１９側の第２系統とから選択的に切り替えるものである。系統選択手段７０は、温水の供給先として、負荷運用時には第１系統を選択し、それ以外のときは第２系統を選択するように切替弁５３を制御する。
温水流量制御手段７２は、温水流量調整弁５４の開度を制御するものである。集熱器２１の出口の配管３３には、集熱器２１から送出される温水の圧力を検出する温水圧力センサ６２が設けられている。温水流量制御弁７２は、温水圧力センサ６２からの検出結果に基づいて温水流量調整弁５４の開度を制御し、噴霧装置２０に供給される温水の流量を調整することにより、集熱器２１から送出される温水の圧力が予め定めた設定値に追従するよう制御する。
蒸気圧制御手段７３は、逃し弁５６の開度を制御するものである。蓄熱器２１には内部の圧力を検出する蒸気圧力センサ６１が設けられている。蒸気圧制御手段７３は、集熱器２１から送出される温水の温度を検出する温水温度センサ６０、及び、蒸気圧力センサ６１からの検出結果に基づいて逃し弁５６の開度を制御することにより、蓄熱器１９内部の圧力が、集熱器２１から流入して貯留される温水の飽和圧力となるように制御する。
冷却蒸気流量制御手段７４は、冷却蒸気流量制御弁５５の開度を制御するものである。蓄熱器１９から低圧タービン１０への冷却蒸気の供給路である配管３６には、冷却蒸気の流量を検出する冷却蒸気流量センサ６３が設けられている。また、低圧蒸気発生器７から低圧タービン１０への蒸気の供給路である低圧主蒸気配管３１には、蒸気流量センサ６４が設けられている。冷却蒸気流量制御手段７４は、冷却蒸気流量センサ６３及び蒸気流量センサ６４からの検出結果に基づいて冷却蒸気流量制御弁５５の開度を制御することにより、低圧タービン１０に流入する蒸気（蒸気および冷却蒸気）の総量を調整する（後に詳述）。
以上のように構成した本実施の形態において、補給水量制御手段７１、温水流量制御手段７２、及び蒸気圧制御手段７３は、蓄熱器１９あるいは噴霧装置２０に供給する温水（高圧温水）の温度と圧力を管理する手段を構成している。負荷運転時およびそれ以外の場合の管理は次のように行われる。
負荷運用時は、切り替え弁５３で第１系統が選択され、集熱管１７の高圧温水が噴霧装置２０に供給される。この場合、集熱管１７から送出される高圧温水が圧縮水（例えば、温度：１００℃〜２００℃、圧力：数ＭＰａ程度）となるように、補給水量制御手段７１の設定温度と、温水流量制御手段７２の設定圧力が設定される。
負荷運用時以外（プラント停止期間中も含む）は、切り替え弁５３で第２系統が選択され、集熱管１７の高圧温水が蓄熱器１９に供給される。この場合、集熱管１７から送出される温水（高圧温水）が飽和水（例えば、温度：１２０℃〜１５０℃、圧力：０．２〜０．５ＭＰａ程度）となるように、補給水量制御手段７１の設定温度と、蒸気圧制御手段７３の設定圧力が設定される。
以上のように構成した本実施の動作を図面を参照しつつ説明する。
（１）プラント停止時
プラント停止時は供給先制御手段７０により切替弁５３は第２系統側に切り替えられ、集熱器２１からの温水は蓄熱器１９に送られる。蓄熱器１９で貯留された温水は、蒸気圧制御手段７３による逃し弁５６の開度の制御により、飽和圧力となるように調整される。
プラント停止時は供給先制御手段７０により切替弁５３は第２系統側に切り替えられ、集熱器２１からの温水は蓄熱器１９に送られる。蓄熱器１９で貯留された温水は、蒸気圧制御手段７３による逃し弁５６の開度の制御により、飽和圧力となるように調整される。
（２）起動時
図２は、本発明の一実施の形態に係る太陽熱利用コンバインドサイクルプラントの起動時の軸回転数と各部蒸気流量との関係を時間経過に沿って示す図である。図２において、線９０は軸１４の回転数（軸回転数）、線９１は蓄熱器１９の送出蒸気流量、線９２は低圧蒸気発生器７の送出蒸気流量、線９３は低圧タービン１０への流入蒸気流量をそれぞれ時間経過とともに示している。
図２は、本発明の一実施の形態に係る太陽熱利用コンバインドサイクルプラントの起動時の軸回転数と各部蒸気流量との関係を時間経過に沿って示す図である。図２において、線９０は軸１４の回転数（軸回転数）、線９１は蓄熱器１９の送出蒸気流量、線９２は低圧蒸気発生器７の送出蒸気流量、線９３は低圧タービン１０への流入蒸気流量をそれぞれ時間経過とともに示している。
起動時、供給先制御手段７０により切替弁５３は第２系統側に切り替えられ、集熱器２１からの温水は蓄熱器１９に送られる。
ガスタービン２が起動されると、圧縮機１の回転数増加やタービン燃料８１の供給量調整により、軸１４の回転数が徐々に増加してく。このとき、蓄熱器１９および低圧蒸気発生器７からの蒸気は送出しないように、すなわち、低圧タービン１０に流入しないように制御される。
軸１４の回転数が蒸気タービン８に冷却蒸気の供給を必要とする所定の回転数（例えば、定格回転数の６０％）に到達したとき、冷却蒸気流量制御手段７４は、低圧主蒸気配管３１と配管３６とから低圧タービン１０に流入する蒸気の総量が要求量Ｖｓとなるように冷却蒸気流量調整弁５５の開度を調整する。このとき、ガスタービン２からの排ガス８２の流量は十分ではなく、低圧蒸気発生器７で発生する蒸気量が少ないため、蒸気を送出しないよう制御されている。したがって、冷却蒸気流量制御手段７４は、冷却蒸気流量調整弁５５を通る蒸気量が要求量Ｖｓとなるよう開度を調整し、蓄熱器１９から冷却蒸気が配管３５，３６を経て低圧主蒸気配管３１に合流し、低圧タービン１０に流入する。
ガスタービン２が併入運転に入ると、排熱回収ボイラ５に流入する排ガス８２の流量が増え、低圧蒸気発生器７で発生する蒸気流量も増えるため、低圧主蒸気配管３１から低圧タービン１０に送出される蒸気の流量も増加する。このとき、冷却蒸気流量制御手段７４は、低圧主蒸気配管３１と配管３６とから低圧タービン１０に流入する蒸気の総量が要求量Ｖｓとなるように冷却蒸気流量調整弁５５の開度を減少させるので、蓄熱器１９から供給される蒸気流量は減少する。
その後、冷却蒸気は全て低圧蒸気発生器７から供給され、その時点で冷却蒸気流量調整弁５５は全閉される。
（３）負荷運転時
負荷運転時、供給先制御手段７０により切替弁５３は第１系統側に切り替えられ、集熱器２１からの温水は噴霧装置２０に送られる。
負荷運転時、供給先制御手段７０により切替弁５３は第１系統側に切り替えられ、集熱器２１からの温水は噴霧装置２０に送られる。
温水流量制御手段７２は、温水圧力センサ６２からの検出結果に基づいて温水流量調整弁５４の開度を制御し、噴霧装置２０に供給される温水の流量を調整することにより、集熱器２１から送出される温水の圧力が予め定めた設定値に追従するよう制御する。噴霧装置２０は、内部に設置した高圧ノズルから、送水ポンプ１６の作用により加圧され温水流量調整弁５４で流量調整された温水を吸気ダクト４及び圧縮機１に向けて噴霧する。噴霧装置２０の高圧ノズルによって微粒化された温水は、吸気ダクト４中及び圧縮機１の内部で減圧沸騰し、その気化潜熱によって吸気空気（空気８０や燃焼用空気）が冷却される。吸気空気は冷却されるとその密度が増大し、圧縮機１を通過する空気の質量流量が増大するので、結果としてガスタービン２の出力が増加するよう作用する。つまり、燃料を増加することなく発電出力を高めることが可能となり、相対的には、運用する環境の大気温度が変動する場合（大気条件の空気温度が高くなる場合）においても発電出力の低下を抑制して高効率運転を行うことができる。
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。
コンバインドサイクルプラントにおいては、夏季など大気温度が上昇する時期、或いは、低緯度地域など年間を通じて大気温度が高い地域などのように大気温度が高い状態で運用する場合、大気温度が低い場合と比べてガスタービンに圧縮空気を供給する圧縮機の空気供給量が相対的に少なくなり、発電出力が低くなることが知られている。従来技術としては、圧縮機の上流に噴霧装置を設け、この噴霧装置によって、圧縮機入口に供給される吸気に液滴を噴霧し、圧縮機に入る吸気の温度を低下させると共に、液滴を圧縮機内流下中に気化させることにより、コンバインドプラントにおける発電出力の向上と熱効率の向上の双方を図るものもある。しかしながら、上記従来技術においては、圧縮機入口に供給される吸気に液滴を噴霧するものであるため、噴霧装置から過剰の液滴が噴霧された場合には、圧縮機の内部で蒸発しきれない液滴がドレン化してしまい発電出力増加の効果が得られないことが懸念される。
これに対し、本実施の形態においては、太陽光から熱エネルギーを得る集熱器２１で得られた高圧の温水を噴霧装置２０により吸気ダクト４を介して圧縮機１に供給される空気中に噴霧するよう構成した。噴霧後の液滴サイズは、水を噴霧する場合よりも高圧温水を噴霧した方がより微細化されるので、圧縮機１内部でドレンが生じにくく、吸気空気の噴霧量を増やすことができ、したがって、運用する環境の大気温度が変動する場合においてもＣＯ２排出量を増加させずにコンバインドサイクルプラントの高効率運転を行うことができる。
また、コンバインドサイクルプラントにおいては、ガスタービンと蒸気タービンとを単一軸で結合させた１軸型のものがある。コンバインドサイクルプラントを起動させる場合には、まず、ガスタービンを昇速してガスタービン排ガスを発生させ、その排ガスを熱源として蒸気を発生させるが、蒸気の条件が整うまでは蒸気タービンに通気できない。したがって、１軸型のコンバインドサイクルプラントにおいて、蒸気タービンに蒸気が通気されるまでの間は、蒸気タービン動翼の回転により風損（蒸気タービン内部の空気の摩擦・撹拌による動力損失）が発生してしまい、特に、最終段部の動翼が１ｍ以上と長翼化している蒸気タービン低圧部においては、その風損の摩擦熱によって蒸気タービン内部が著しく加熱される恐れがある。従来技術としては、排熱回収ボイラの低圧ドラムから蒸気タービン低圧部に低圧蒸気を供給することにより、蒸気タービン低圧部の最終段落部を冷却するものや、発電所内の補助ボイラによって低圧蒸気を生成し、この低圧蒸気を蒸気タービン低圧部に供給することにより、蒸気タービン低圧部の最終段落部を冷却するものがある。しかしながら、前者の従来技術においては、排熱回収ボイラの低圧ドラムから蒸気タービン冷却用の蒸気が発生するまでに時間を要し、この間、風損が発生しないように回転軸の回転数を低くしておかなければならず、短時間で起動を完了できるというコンバインドサイクルプラントの利点が損なわれてしまう問題がある。また、後者の従来技術においては起動時間の問題は生じないが、蒸気タービン冷却用の蒸気生成のために、発電所内の補助ボイラで別途燃料を燃焼させる必要があり、プラント起動時のＣＯ２排出量が増加するという問題が新たに生じる。
これに対し、本実施の形態においては、太陽光から熱エネルギーを得る集熱器２１で得られた高圧の温水を蓄熱器１９で貯留し、蒸気タービンに供給するための冷却蒸気を生成し、この冷却上記を低圧タービン１０に供給するよう構成した。蓄熱器１９にはプラント停止期間中に高圧温水を蓄えることができるため、起動時において蒸気タービン８に冷却蒸気の供給を必要とするタイミングで、排熱回収ボイラ５からの蒸気発生を待つことなく、蓄熱器１９から冷却蒸気の供給を開始することができる。したがって、コンバインドサイクルプラントを、ＣＯ２排出量を増加させずに短時間で起動することができる。
したがって、本発明の実施の形態によれば、ＣＯ２排出量を増加させずに短時間で起動でき、かつ、運用する環境の大気温度が変動する場合においても高効率運転を行うことができる。
また、太陽光から熱エネルギーを得る集熱器２１で得られた高圧の温水を、起動時にはＣＯ２排出量を増加させずに短時間で起動させることに用い、負荷運転時には高効率運転を行うことに用いるので、太陽光から得られる熱エネルギーを無駄にすることなく、効率良く利用することができる。
１ 圧縮機
２ ガスタービン
３ 燃焼器
４ 吸気ダクト
５ 排熱回収ボイラ
６ 高圧蒸気発生器
７ 低圧蒸気発生器
８ 蒸気タービン
９ 高圧タービン
１０ 低圧タービン
１１ 復水器
１２ 給水ポンプ
１３ 発電機
１４ 軸
１５ 水タンク
１６ 送水ポンプ
１７ 集熱管
１８ 集光板
１９ 蓄熱器
２０ 噴霧装置
２１ 集熱器
３０ 高圧主蒸気配管
３１ 低圧主蒸気配管
３２ 給水管
３３〜３９ 配管
５０ 高圧蒸気加減弁
５１ 低圧蒸気加減弁
５２ 補給水量調整弁
５３ 切替弁
５４ 温水流量調整弁
５５ 冷却蒸気流量調整弁
５６ 逃し弁
６０ 温水温度センサ
６１ 蒸気圧力センサ
６２ 温水圧力センサ
６３ 冷却蒸気流量センサ
６４ 蒸気流量センサ
７０ 供給先制御手段
７１ 補給水量制御手段
７２ 温水流量制御手段
７３ 蒸気圧制御手段
７４ 冷却蒸気流量制御手段
８０ 空気
８１ 燃料
８２ 排ガス
２ ガスタービン
３ 燃焼器
４ 吸気ダクト
５ 排熱回収ボイラ
６ 高圧蒸気発生器
７ 低圧蒸気発生器
８ 蒸気タービン
９ 高圧タービン
１０ 低圧タービン
１１ 復水器
１２ 給水ポンプ
１３ 発電機
１４ 軸
１５ 水タンク
１６ 送水ポンプ
１７ 集熱管
１８ 集光板
１９ 蓄熱器
２０ 噴霧装置
２１ 集熱器
３０ 高圧主蒸気配管
３１ 低圧主蒸気配管
３２ 給水管
３３〜３９ 配管
５０ 高圧蒸気加減弁
５１ 低圧蒸気加減弁
５２ 補給水量調整弁
５３ 切替弁
５４ 温水流量調整弁
５５ 冷却蒸気流量調整弁
５６ 逃し弁
６０ 温水温度センサ
６１ 蒸気圧力センサ
６２ 温水圧力センサ
６３ 冷却蒸気流量センサ
６４ 蒸気流量センサ
７０ 供給先制御手段
７１ 補給水量制御手段
７２ 温水流量制御手段
７３ 蒸気圧制御手段
７４ 冷却蒸気流量制御手段
８０ 空気
８１ 燃料
８２ 排ガス
上記目的を達成するために、本発明は、供給される空気を加圧して燃焼用空気を生成する圧縮機と、前記燃焼用空気とガスタービン燃料とを混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で得られた燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンの排ガスを熱源として蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記ガスタービンと１軸に結合され前記排熱回収ボイラで得られた蒸気により駆動される蒸気タービンと、供給される補給水から太陽の熱エネルギーを用いて温水を生成する集熱器と、前記温水を前記圧縮機に供給される空気中に噴霧する噴霧装置と、前記集熱器からの温水の少なくとも一部を貯留して前記蒸気タービンに供給するための冷却蒸気を生成する蓄熱器と、前記集熱器に供給される補給水の流量を調整する補給水量調整弁と、前記集熱器の出口に設けられ、前記温水の温度を検出する温水温度センサと、前記温水温度センサからの検出結果に基づいて前記補給水量調整弁の開度を制御する補給水量制御手段と、前記集熱器からの温水の供給先を前記噴霧装置と前記蓄熱器とから選択的に切り替える切替弁、及びその切替弁の動作を制御する供給先制御手段と、前記噴霧装置の入口に設けられ前記噴霧装置に供給される温水の流量を調整する温水流量調整弁と、前記集熱器の出口に設けられ前記温水の圧力を検出する温水圧力センサと、前記温水圧力センサからの検出結果に基づいて前記温水流量調整弁の開度を制御する温水流量制御手段と、前記蓄熱器内部の蒸気を外部に排出するための逃し弁と、前記蓄熱器内部の圧力を検出する蒸気圧力センサと、前記蒸気圧力センサ及び前記温水温度センサからの検出結果に基づいて前記逃し弁の開度を制御する蒸気圧制御手段と、前記蓄熱器から前記蒸気タービンへの冷却蒸気の供給路に設けられ前記冷却蒸気の流量を制御する冷却蒸気流量制御弁と、前記冷却蒸気の供給路に設けられ前記冷却蒸気の流量を検出する冷却蒸気流量センサと、前記排熱回収ボイラから前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を検出する蒸気流量センサと、前記冷却蒸気流量センサ及び前記蒸気流量センサからの検出結果に基づいて前記冷却蒸気流量制御弁の開度を制御する冷却蒸気流量制御手段とを備えたものとする。
Claims (2)
- 供給される空気を加圧して燃焼用空気を生成する圧縮機（１）と、
前記燃焼用空気とガスタービン燃料とを混合して燃焼する燃焼器（３）と、
前記燃焼器で得られた燃焼ガスにより駆動されるガスタービン（２）と、
前記ガスタービンの排ガスを熱源として蒸気を生成する排熱回収ボイラ（５）と、
前記ガスタービンと１軸に結合され前記排熱回収ボイラで得られた蒸気により駆動される蒸気タービン（８）と、
供給される補給水から太陽の熱エネルギーを用いて温水を生成する集熱器（２１）と、
前記温水を前記圧縮機に供給される空気中に噴霧する噴霧装置（２０）と、
前記集熱器からの温水の少なくとも一部を貯留して前記蒸気タービンに供給するための冷却蒸気を生成する蓄熱器（１９）と
を備えたことを特徴とする太陽熱利用コンバインドサイクルプラント。 - 請求項１記載の太陽熱利用コンバインドサイクルプラントにおいて、
前記集熱器（２１）に供給される補給水の流量を調整する補給水量調整弁（５２）と、前記集熱器の出口に設けられ、前記温水の温度を検出する温水温度センサ（６０）と、前記温水温度センサからの検出結果に基づいて前記補給水量調整弁の開度を制御する補給水量制御手段（７１）と、
前記集熱器からの温水の供給先を前記噴霧装置（２０）と前記蓄熱器（１９）とから選択的に切り替える切替弁（５３）、及びその切替弁の動作を制御する供給先制御手段（７０）と、
前記噴霧装置の入口に設けられ前記噴霧装置に供給される温水の流量を調整する温水流量調整弁（５４）と、前記集熱器の出口に設けられ前記温水の圧力を検出する温水圧力センサ（６２）と、前記温水圧力センサからの検出結果に基づいて前記温水流量調整弁の開度を制御する温水流量制御手段（７２）と、
前記蓄熱器内部の蒸気を外部に排出するための逃し弁（５６）と、前記蓄熱器内部の圧力を検出する蒸気圧力センサ（６１）と、前記蒸気圧力センサ及び前記温水温度センサからの検出結果に基づいて前記逃し弁の開度を制御する蒸気圧制御手段（７３）と、
前記蓄熱器から前記蒸気タービン（８）への冷却蒸気の供給路に設けられ前記冷却蒸気の流量を制御する冷却蒸気流量制御弁（５５）と、前記冷却蒸気の供給路に設けられ前記冷却蒸気の流量を検出する冷却蒸気流量センサ（６３）と、前記排熱回収ボイラ（５）から前記蒸気タービン（８）に供給される蒸気の流量を検出する蒸気流量センサ（６４）と、前記冷却蒸気流量センサ及び前記蒸気流量センサからの検出結果に基づいて前記冷却蒸気流量制御弁の開度を制御する冷却蒸気流量制御手段（７４）と
を備えたことを特徴とする太陽熱利用コンバインドサイクルプラント。
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2010
- 2010-09-30 JP JP2012536086A patent/JP5422747B2/ja active Active
- 2010-09-30 WO PCT/JP2010/067099 patent/WO2012042641A1/ja active Application Filing
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