WO2009081839A1 - ビームダウン方式太陽熱発電装置 - Google Patents

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Abstract

　ヘリオスタットの設置密度を向上させると共にヘリオスタットからの反射光のブロッキングやシャドーイングを軽減し、更に安定且つ強固にセンターリフレクターを支持する装置を提供する。 　ビームダウン方式太陽熱発電装置において、立設した支柱の片側に前記センターリフレクターを片持状に取付け、前記支柱の頂部にパイロンを立設すると共に、該パイロンに取付けたステイ材によって前記センターリフレクターを固定し、かつ、前記パイロンと前記支柱の背面側に張り出した張出材と基盤とを結ぶステイ材によって前記支柱を支持する。

Description

ビームダウン方式太陽熱発電装置
　本発明は、ビームダウン方式太陽熱発電装置に関し、ヘリオスタットの設置密度を向上させると共にヘリオスタットからの反射光のブロッキングやシャドーイングを軽減し、さらに安定且つ強固にセンターリフレクターを支持する太陽熱発電装置に関する。
　近年、化石燃料を燃焼させた排気ガスによる大気汚染、化石燃料の枯渇等の地球環境への関心が高まっており、前述の化石燃料に変わる代替エネルギーが注目されている。このような代替エネルギーとして、風力発電や太陽光発電が普及しつつある。
　特に、太陽光を集光した熱で熱媒体を加熱し、この熱媒体の熱によって水蒸気を発生させ、この水蒸気により蒸気タービンを駆動して発電する集光型太陽熱発電装置が、従来の火力発電と同様の発電設備で稼働でき、高出力が得られるので注目されている。
　このような集光型太陽熱発電装置としては、一方の面に反射面が形成された断面半円形状の反射板の軸方向に熱媒体が導入されるパイプが設けられたトラフ型太陽熱発電装置（例えば、特許文献１）、周囲に多数のヘリオスタットを設置し、熱媒体加熱部が頂部に設けられたタワーを中央に配置したタワー型太陽熱発電装置（例えば、特許文献２）、一方の面に反射面が形成された椀型の反射板と、反射板の近傍に熱媒体加熱部が設けられたディッシュ型太陽熱発電装置（例えば、特許文献３）が提案されている。
　ところで、前記トラフ型太陽熱発電装置は反射板の幅方向にかなり大型化しており、これが縦横に設置されるので大規模化してしまうという問題があった。
　また、前記タワー型太陽熱発電装置は、ヘリオスタットの設置数を増加させることで比較的容易に集光量を向上することができるが、タワーの上端側に設けた熱媒体加熱部に溶融塩を供給・循環させているので、太陽光のない夜間は前記溶融塩が固化しないように電熱器等の加熱手段によって溶融塩を保温しなければならないという問題があった。更に、溶融塩の配管距離が長くなるので、溶融塩の温度が低下してしまうという問題もあった。
　前記ディッシュ型は、反射板１台毎に集光して熱媒体を加熱するのでコンパクトであるが、大規模発電に適していないという問題があった。
　ところで、前述の集光型太陽熱発電装置とは異なる方式のものとして、ビームダウン方式太陽熱発電装置が提案されている（例えば、非特許文献１）。
ＷＯ２００５／０１７４２１ 特開２００５－１０６４３２号公報 特開２００４－１６９０５９ Solar Energy, Volume 62, Number 2, February 1998 , pp. 121-129(9)
　前記ビームダウン方式太陽熱発電装置は、図５に示すように、垂直に立設したトラス構造の３本の支柱１００ａ，１００ｂ，１００ｃにより円盤形状のセンターリフレクター（中央反射鏡）１１０が支持されている。支柱間はブロッキングとシャドーイングの原因となる補強部材は一切配置されていない。また、中央反射鏡１１０の直径は１００ｍを超える大口径であり、構造パイプ（多数の連結手段を備えたパイプ）の組み合わせによる長径間構造となっておりその重量は３０００トンを超えるものとなっている。
　従って、支柱間に補強部材を有さず垂直に立設された支柱１００ａ，１００ｂ，１００ｃは、中央反射鏡１１０の円周方向の回転力Ｆに対しての耐力が極めて低く、また、風力対抗性や地震横荷重対抗性がよくないという問題があり、支柱１本あたりの荷重負荷が大きい。
　また、支柱１本につき固定箇所は、上端側のセンターリフレクター１１０との固定部１１２と、支柱の下端側のアンカー１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ部分であって、支柱の安定性と強度とが得られない構造となっている。従って、安全性の問題、耐用年数の問題、そして、センターリフレクター１１０に歪みやズレを生じさせて光軸がブレるという問題があった。
　更にまた、強度を向上させるために支柱の本数を増加するとブロッキングとシャドーイングが発生して発電量が減少してしまうことから強度の向上を図ることができないという問題があった。
　本発明は、前記従来技術の課題に鑑み、ヘリオスタットからの反射光のブロッキングとシャドーイングを軽減し且つ重量物であり大型であるセンターリフレクターを高強度で安定に固定する支持装置を提供することを目的とするものである。
　本発明に係るビームダウン方式太陽熱発電装置は次のように構成されている。
１）太陽光を反射する複数台のヘリオスタットと、該ヘリオスタットで反射された反射光を熱媒体加熱手段へ集光させるセンターリフレクターと、前記加熱手段により加熱された熱媒体を熱源とする蒸気タービン発電手段とを備えた太陽熱発電装置において、立設した支柱の片側に前記センターリフレクターを片持状に取付け、前記支柱の頂部にパイロンを立設すると共に、該パイロンに取付けたステイ材によって前記センターリフレクターを固定し、かつ、前記パイロンと前記支柱の背面側に張り出した張出材と基盤とを結ぶステイ材によって前記支柱を支持することを特徴としている。
　即ち、上述の課題のように、大口径・超重量となるセンターリフレクター部を空中に架設しその下に空間を設け太陽光集光による熱を収集するレシーバを設置する場所を確保する必要のあるビームダウン式太陽熱発電装置で、太陽光の遮断の最も少ない方位に基本的に垂直のセンター柱を設け、その最も効率的に集光が可能となる方向にセンターリフレクターを懸垂式に設置することを特徴としている。
　請求項１に係るセンターリフレクター設置方式では、片側に設置したセンターリフレクターの重量と見合うように、反対側に張り出し材を設けバランスをとっていることを特徴としている。
２）前記ヘリオスタットを、支柱の南側よりも北側が密になるように設置したことを特徴としている。
３）太陽光を反射する複数台のヘリオスタットと、該ヘリオスタットで反射された反射光を熱媒体加熱手段へ集光させるセンターリフレクターと、前記加熱手段により加熱された熱媒体を熱源とする蒸気タービン発電手段とを備えた太陽熱発電装置において、立設した支柱の両サイドに前記センターリフレクターを片持状に設けたことを特徴としている。
　請求項３に係るセンターリフレクター設置方式は、従来は太陽光集光フィールドでより集光効率を高めるためにヘリオスタットの台数を増やした場合、センターリフレクターまでの距離が長くなっていたことを解消すべく、一方のセンターリフレクターに対向するセンターリフレクターを設けることで、中央の支柱にかかる重量が左右均等になり、その支柱の負荷荷重を軽減できると共に太陽光集光の集光効率を向上できることを特徴としている。
４）前記ヘリオスタットを、支柱の南側よりも北側が密になるように設置したことを特徴としている。
１）架設手段で支柱を支持すると共に、吊り手段によりセンターリフレクターを支持するようにしたので、支柱が前傾姿勢となっている装置よりも、ヘリオスタットとセンターリフレクターとの光軸上に重なる支柱が軽減され、ヘリオスタットからの反射光のブロッキング現象やシャドーイング現象が軽減される。
　従って、センターリフレクターの設置数を増加することができ、集光量の増加によって効率よく発電することができるのである。
２）センターリフレクターを複数台設けることにより、ヘリオスタットのさらなる高密度配置が可能となる。
　また、各センターリフレクターの下部に設けられる熱媒体加熱手段同士の距離を最短とすることができ、熱媒体の配管が最短となるので、熱媒体が移送される間に放出してしまう熱量を最小限とすることができる。
３）センターリフレクターを対向配置することにより、支柱のバランスが均等となり該支柱への負荷が軽減されるので、耐震性と強度が向上し、より正確にセンターリフレクターを固定することができ、光軸のズレが防止される。
４）そして、太陽光の照射量の多い北側にヘリオスタットを密に配置したことにより、さらなる集光量の向上がなされ、発電量が増加するのである。
図１は本発明に係るセンターリフレクターの支持装置の概略図である。 図２は本発明に係るセンターリフレクターの平面図である。 図３は本発明に係るセンターリフレクターの第２実施態様を示す概略図である。 図４は本発明に係るセンターリフレクターの第２実施態様を示す平面図である。 図５は従来のセンターリフレクターの支持装置を示す図である。
符号の説明
　Ａ　太陽熱発電装置Ａ
　１　支柱
　２　基盤
　４　横梁
　５　センターリフレクター
　７　ステイ材
　８　パイロン
　９　張出材
　１２　加熱手段
　１４　ヘリオスタット
　以下、本発明に係るビームダウン方式太陽熱発電装置におけるセンターリフレクターの支持装置について、実施態様を図示して説明する。
（ビームダウン方式太陽熱発電装置の概略）
　図１は、本発明に係るセンターリフレクター５の支持装置Ａを用いたビームダウン方式太陽熱発電装置の概略構成図である。この図１、図２に示すように、中央に本発明に係るセンターリフレクター５の支持装置Ａで支持された円盤状のセンターリフレクター５と、このセンターリフレクター５を取り囲むようにヘリオスタット１４が多数配置されている。また、センターリフレクター５の中心軸上の地上には、センターリフレクター５で反射された太陽光を受光する漏斗形状のレシーバ１２が備えられている。このレシーバ１２には溶融塩等の熱媒体を加熱溶融させる溶融塩炉が設けられている。そして、図示しない水蒸気発生装置、蒸気タービン等からなる発電設備によって発電するようになっている。
　図１に示すように、太陽熱発電装置Ａは、立設した支柱１の片側にセンターリフレクター５が片持状に取付けられ、前記支柱５の頂部にパイロン８が立設されており、このパイロン８に取付けたステイ材７によって前記センターリフレクター５を固定し、かつ、前記パイロン８と前記支柱１の背面側に張り出した張出材９と基盤２とを結ぶステイ材７によって前記支柱１が支持されている。
　更に、図２に示すように、センターリフレクタ５が片持状に取付けられた支柱１の周囲にヘリオスタット１４が同心円状に多数配置され、また、支柱１の南側よりも北側が密になるように設置されている。
　このように構成された太陽熱発電装置Ａは、太陽光を多数のヘリオスタット１４で反射し、この反射光をセンターリフレクター５で反射して熱媒体加熱手段１２に集光するようになっており、熱媒体加熱手段１２は１０００℃近い高温となっている。
　また、熱媒体としては、アルカリを形成する金属陽イオンと、酸を形成する非金属イオンなどからなる化合物等の溶融塩が使用されており、太陽光のない夜間は前記溶融塩の蓄熱により発電するようになっている。
　本実施例に係る太陽熱発電装置Ａは、図３ならびに図４に示すように中央の支柱１に２台のセンターリフレクター５，５を設けたものである。詳しくは、図４に示すように、太陽光を反射する複数台のヘリオスタット１４と、該ヘリオスタット１４で反射された反射光を熱媒体加熱手段１２，１２へ集光させるセンターリフレクター５，５と、前記加熱手段１２，１２により加熱された熱媒体を熱源とする蒸気タービン発電手段とを備えている。更に、前記支柱１の両サイドに前記センターリフレクター５，５が片持状に設けられている。
　また、前記ヘリオスタット５，５は、支柱１の南側よりも北側が密になるように設置されており、太陽光の反射効率を高めている。

Claims (4)

  1. 　太陽光を反射する複数台のヘリオスタットと、該ヘリオスタットで反射された反射光を熱媒体加熱手段へ集光させるセンターリフレクターと、前記加熱手段により加熱された熱媒体を熱源とする蒸気タービン発電手段とを備えた太陽熱発電装置において、
    　立設した支柱の片側に前記センターリフレクターを片持状に取付け、前記支柱の頂部にパイロンを立設すると共に、該パイロンに取付けたステイ材によって前記センターリフレクターを固定し、かつ、前記パイロンと前記支柱の背面側に張り出した張出材と基盤とを結ぶステイ材によって前記支柱を支持することを特徴とする太陽熱発電装置。
  2. 　前記ヘリオスタットを、支柱の南側よりも北側が密になるように設置したことを特徴とする請求項１記載の太陽熱発電装置。
  3. 　太陽光を反射する複数台のヘリオスタットと、該ヘリオスタットで反射された反射光を熱媒体加熱手段へ集光させるセンターリフレクターと、前記加熱手段により加熱された熱媒体を熱源とする蒸気タービン発電手段とを備えた太陽熱発電装置において、
    　立設した支柱の両サイドに前記センターリフレクターを片持状に設けたことを特徴とする太陽熱発電装置。
  4. 　前記ヘリオスタットを、支柱の南側よりも北側が密になるように設置したことを特徴とする請求項３記載の太陽熱発電装置。
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