WO2014068797A1 - 太陽熱発電プラント及びその制御方法 - Google Patents

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WO2014068797A1
WO2014068797A1 PCT/JP2012/082918 JP2012082918W WO2014068797A1 WO 2014068797 A1 WO2014068797 A1 WO 2014068797A1 JP 2012082918 W JP2012082918 W JP 2012082918W WO 2014068797 A1 WO2014068797 A1 WO 2014068797A1
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WO
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heat
power generation
heat storage
heat medium
solar thermal
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PCT/JP2012/082918
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純直 友保
伸幸 筒井
章次 酒井
康光 佐藤
一明 江澤
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三井造船株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
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    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
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    • F22B1/006—Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
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    • F28D2020/0047—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material using molten salts or liquid metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the present invention relates to a solar thermal power plant having a plurality of heliostats that reflect sunlight, a heat receiving part that receives sunlight reflected by the heliostat, and a heat medium circuit that circulates the heat medium from the heat receiving part to a power generation device, and It relates to the control method.
  • FIG. 9 shows a schematic diagram of an example of a conventional solar power plant.
  • the solar thermal power plant 1X includes a plurality of heliostats 2 configured by reflecting mirrors that reflect sunlight, a heat receiving unit (also referred to as a receiver) 3X that receives sunlight reflected by the heliostat 2, and a heat receiving unit 3X. It has a heat medium circuit 4X that circulates water vapor, which is a heat medium, and a power generation device 5X that generates power using the water vapor.
  • the heat receiving portion 3X is installed on the top of the tower 9X.
  • the power generation device 5 ⁇ / b> X includes a steam turbine 11 and a generator 12 connected to the steam turbine 11. Furthermore, the heat medium circuit 4X may include a heat storage tank 6X that directly stores water vapor. With the above configuration, electricity can be extracted from solar heat.
  • the solar thermal power generation plant 1 ⁇ / b> X has a configuration in which sunlight is condensed on the heat receiving unit 3 ⁇ / b> X by the heliostat 2, the heating medium (water) circulating through the heat receiving unit 3 ⁇ / b> X is heated, steam is generated, and power is generated by the steam turbine 11. is doing.
  • a part of water vapor used for power generation is stored in the heat storage tank 6X, and at night when solar heat cannot be obtained, the water vapor in the heat storage tank 6X is supplied to the power generation device 5X to control power generation. is there.
  • FIG. 10 shows a schematic diagram of a different example of a conventional solar power plant.
  • a heating medium circuit 4Y that circulates a molten salt (such as sodium nitrate) as a heating medium and a heating medium circuit 4Z that circulates water vapor.
  • the two heat medium circuits 4Y and 4Z are configured to transmit heat energy via the heat exchanger 7Y.
  • the heat medium circuit 4Y for circulating the molten salt may have a heat storage tank 6Y for directly storing the molten salt.
  • This solar thermal power plant 1Y has a configuration in which the molten salt circulating in the heat receiving section 3X is heated, steam is generated by the heat exchanger 7Y, and power is generated by the steam turbine 11.
  • FIG. 11 shows the relationship between the amount of change in energy and time in a solar thermal power plant.
  • the graph of FIG. 11 shows the relationship between the amount of solar heat energy supplied from the sun to the heat receiving unit 3X and the amount of energy output as electricity.
  • shaft of this graph shows energy amount, and the horizontal axis has shown time.
  • E IN shown in the graph indicates a change in the amount of input energy of sunlight irradiated to the heat receiving unit 3X.
  • the input energy E IN starts to rise from sunrise (around 7 o'clock), peaks at noon (around 12 o'clock), and falls toward sunset (around 18 o'clock).
  • E OUT indicates the amount of output energy generated and output by the solar thermal power plants 1X and 1Y.
  • Solar thermal power plant 1X, 1Y of the steam turbine 11, as installed capacity is installed to have a predetermined nominal output energy E S below the input energy E IN. This in determining the capacity of the steam turbine 11, when selected according to the maximum output of the input energy E IN, power generator 5X is because the electric power can be generated only when the input energy is the maximum output.
  • the power generation device 5X is because no longer emitted rated output, the efficiency of the equipment is deteriorated.
  • the rated output energy E S is set to about 50% of the maximum value of the input energy E IN. This configuration, exceeds the input energy E IN rated output energy E S from sun, the time power generation becomes possible is increased by the power generation device 5X.
  • the range shown with an oblique line is the total amount of the electrical energy taken out from solar thermal energy.
  • the input energy E IN of the range of time periods before and after noon exceeding the rated output energy E S, in order to exceed the power generation capacity of the steam turbine 11, is tilted a portion of the heliostat 2, reflected light to the heat receiving portion 3X It was controlled not to condense. That is, the energy in the range of the third region P3 shown in FIG. 11 has been discarded.
  • the solar thermal power plant 1X can generate power only when sufficient input energy E IN of solar light can be obtained, for example, from 8:00 to 17:00. That is, the general solar thermal power plants 1X and 1Y are difficult to obtain a rated electrical output, and thus are installed in another power plant such as a gas turbine power plant, and are used supplementarily as a heat supply source. There were many things. By installing these solar thermal power plants 1X and 1Y, it has been possible to suppress fuel consumption in gas turbine power plants and the like.
  • a solar thermal power plant has a problem that it is difficult to use it independently as a main power plant. This is because a conventional solar thermal power plant cannot generate power at night or in the rain when sufficient sunlight cannot be obtained, and stable power supply becomes difficult.
  • the conventional solar thermal power plant has a problem that it is difficult to improve the power generation efficiency. This is because, as shown in the first to third regions P1, P2, and P3 in FIG. 11, there is, for example, nearly 50% of the input energy E IN of sunlight that does not contribute to power generation. Therefore, even if the light collection efficiency of the heliostat 2 and the power generation efficiency of the steam turbine 11 are improved, it is difficult to improve the power generation efficiency of the entire solar thermal power plant.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the construction cost in a solar thermal power plant, to generate power even at night or in the rain, and improve power generation efficiency.
  • An object is to provide a solar thermal power generation plant and a control method thereof.
  • a solar thermal power generation plant includes a plurality of heliostats that reflect sunlight, a heat receiving part that receives sunlight reflected by the heliostat, and a power generation device from the heat receiving part.
  • the solar thermal power plant having a heat medium circuit that circulates the heat medium
  • the solar thermal power plant has an independent power generation heat medium circuit and a heat storage heat medium circuit, and the power generation heat medium circuit
  • a heat generating heat receiving section configured to circulate the heat generating heat medium, and a power generation device that converts heat energy of the power generating heat medium into electricity
  • the heat storage heat medium circuit includes heat for heat storage.
  • a heat storage heat receiving portion configured to circulate the medium, and at least one heat storage tank that supplies the heat storage heat medium and transfers heat is provided.
  • This configuration allows the solar thermal power plant to be used independently as the main power plant. This is because power can be stably generated using the thermal energy of the heat storage tank even in the case of nighttime, rainy weather, just after sunrise or just before sunset, when sufficient sunlight cannot be obtained.
  • the power generation efficiency of the solar thermal power plant can be dramatically improved. This is because the input energy of sunlight, which has not conventionally contributed to power generation, can be stored in a heat storage tank and used together as necessary.
  • the heat storage heat medium circuit is formed on the upstream side of the heat exchanger that moves the heat energy of the heat storage heat medium to the heat generation medium, and the heat storage tank and the heat exchanger.
  • a low temperature side circuit formed on the downstream side of the heat storage tank and the heat exchanger, and the low temperature side circuit is provided on the downstream side of the heat storage tank and the heat exchanger, respectively. It has a flow control valve.
  • This construction can reduce the construction cost of a solar thermal power plant. This is because the flow rate of the heat storage heat medium passing through the heat storage tank can be controlled by the flow rate control valve. If this flow control valve is not installed, a large and high-cost switching valve or flow control valve for controlling the flow of the heat storage heat medium must be installed in the high-temperature circuit. The high temperature side valve is expensive due to severe requirements such as heat resistance.
  • the low-temperature circuit has a three-way valve installed on the downstream side of the heat storage tank, and the three-way valve flows through the low-temperature circuit by switching control.
  • the medium is configured to flow from the downstream side to the upstream side of the heat storage tank.
  • This construction can reduce the construction cost of a solar thermal power plant. This is because the three-way valve can easily extract heat energy from the heat storage tank and transfer the heat energy to the heat exchanger via the high temperature side circuit. Moreover, the structure which installs a three-way valve for every heat storage tank can perform control which selects arbitrarily the heat storage tank which performs heat storage, and the heat storage tank which performs heat dissipation.
  • the solar thermal power plant described above is characterized in that the heat storage heat medium is air. With this configuration, the construction cost of the solar thermal power plant can be suppressed. This is because the internal pressure of the heat storage heat medium circuit and the heat storage tank can be set to a low pressure (about atmospheric pressure).
  • the power generation device is a steam turbine, it is desirable that the heat generating medium be steam. This is because, with this configuration, the steam generated by the heat of the heat receiving portion for power generation and the heat storage tank can be directly supplied to the power generation device, and the thermal efficiency can be maintained.
  • the solar thermal power plant has a control device, and the control device transfers the heat storage tank from the heat storage tank via the heat storage heat medium and the heat exchanger. It has the structure which performs the thermal storage electric power generation control which transmits thermal energy and generates electric power with the said electric power generating apparatus using the said thermal energy.
  • This construction can reduce the construction cost of a solar thermal power plant. This is because the power generation device connected to the heat medium circuit for power generation can be used when generating power with the heat energy of the heat storage tank.
  • the solar thermal power plant can generate power stably even at night, when it is rainy, when it is rainy, just after sunrise or just before sunset. This is because power generation can be performed using the thermal energy of the heat storage tank by the heat storage power generation control.
  • the solar thermal power plant has a control device, and the control device performs solar power generation control for concentrating sunlight on the power receiving unit for power generation with at least some of the heliostats. It has the structure which performs the thermal storage control which condenses sunlight to the said heat receiving part for thermal storage with the structure to perform, and at least one part of said heliostat.
  • This configuration can improve the power generation efficiency of the solar thermal power plant. This is because, by controlling the heliostat, necessary and sufficient heat energy is sent to the heat receiving portion for power generation, and surplus energy can be stored in the heat storage tank via the heat receiving portion for heat storage. In other words, energy that has been discarded in the past can be used.
  • a solar power plant control method includes a plurality of heliostats that reflect sunlight, a heat receiving unit that receives sunlight reflected by the heliostat, and the heat receiving unit.
  • a solar heat power plant having a heat medium circuit for circulating a heat medium from the power generation device to the power generation device, wherein the solar heat power plant has an independent heat medium circuit for power generation and a heat medium circuit for heat storage, and the heat medium circuit for power generation However, it has a heat receiving portion for power generation configured to circulate the heat generating heat medium, and a power generation device that converts heat energy of the heat generating heat medium into electric power, and the heat storage heat medium circuit includes heat for heat storage.
  • a heat storage heat receiving portion configured to circulate the medium, at least one heat storage tank for supplying and receiving heat by supplying the heat storage heat medium, and heat energy of the heat storage heat medium as the heat generating heat medium
  • a solar thermal power plant control method comprising: a solar thermal power generation step for performing control of concentrating sunlight on the heat receiving part for power generation with at least some of the heliostats; and at least some of the heliostats with sunlight.
  • a thermal storage power generation step for performing thermal storage power generation control for generating power with the power generation device With this configuration, the same effects as described above can be obtained.
  • the thermal storage power generation step is executed simultaneously so that at least one of the plurality of thermal storage tanks dissipates heat.
  • the amount of thermal energy that is input to the power receiving section for power generation due to the effect of clouds crossing over the solar power generation plant or the like can be increased or decreased for a short time. Even so, the power generation amount can be kept constant. This is because the heat energy radiated from the heat storage tank functions as a buffer and is supplied to the heat generating medium so as to compensate for the insufficient heat energy.
  • the solar thermal power plant and the control method thereof are capable of suppressing the construction cost, generating power even at night or in the rain, and improving the power generation efficiency. Can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a solar thermal power plant according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of the solar thermal power plant according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of change in energy and time in the solar thermal power plant.
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of different control of the solar thermal power plant according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of different control of the solar thermal power plant according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example in which the relationship between the amount of change in energy and the time in the solar thermal power plant is different.
  • FIG. 7 is a diagram showing an outline of the control of the heliostat in the solar thermal power plant.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the control of the heliostat in the solar thermal power plant.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a conventional solar thermal power plant.
  • FIG. 10 is a diagram showing a different example of a conventional solar thermal power plant.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the amount of change in energy and time in a conventional solar thermal power plant.
  • FIG. 1 the outline of the solar thermal power generation plant of embodiment which concerns on this invention is shown.
  • the solar thermal power plant 1 has a power generation heat medium circuit 4S and a heat storage heat medium circuit 4A that are independent of each other.
  • the power generation heat medium circuit 4S includes a power generation heat receiving portion 3S configured to circulate a power generation heat medium (for example, water vapor), and a power generation device 5 that converts heat energy of the power generation heat medium into electricity. Yes.
  • the power generation heat medium is steam
  • the power generation device 5 includes a steam turbine 11 and a generator 12.
  • the power generation heat medium circuit 4S is configured to circulate a power generation heat medium such as steam heated by the power generation heat receiving unit 3S through the power generation device 5 and return it to the power generation heat receiving unit 3S again.
  • the heat storage heat medium circuit 4A includes a heat storage heat receiving part 3A configured to circulate a heat storage heat medium (for example, air), a first heat storage tank 6a that supplies and receives heat by supplying the heat storage heat medium, It has the 2nd heat storage tank 6b and the 3rd heat storage tank 6c (Hereinafter, it is set as the heat storage tank 6 when naming generically.).
  • the heat storage heat medium circuit 4A includes a heat exchanger 7 that moves the heat energy of the heat storage heat medium such as air to the power generation heat medium.
  • the heat storage heat medium is a gas such as air
  • the heat storage heat medium circuit 4A is configured to circulate a heat storage heat medium such as air heated by the heat storage heat receiving section 3A through the heat storage tank 6 and the heat exchanger 7 and return it to the heat storage heat receiving section 3A again.
  • a heat storage heat medium such as air heated by the heat storage heat receiving section 3A through the heat storage tank 6 and the heat exchanger 7 and return it to the heat storage heat receiving section 3A again.
  • the upstream circuit of the heat storage tank 6 and the heat exchanger 7 is particularly called a high-temperature circuit
  • the downstream circuit of the heat storage tank 6 and the heat exchanger 7 is particularly a low-temperature circuit. I will call it.
  • This low temperature side circuit has flow control valves 14 installed on the downstream sides of the respective heat storage tanks 6 and the heat exchanger 7.
  • the low temperature side circuit has the three-way valve 15 installed in the downstream of each heat storage tank 6, respectively.
  • the solar thermal power plant 1 has a control device 8 for controlling the flow rate control valve 14, the three-way valve 15, and the like.
  • the alternate long and short dash line indicates a signal line.
  • the flow control valve 14 and the three-way valve 15, those that are closed are shown in black.
  • the operation of the solar thermal power plant 1 will be described. First, operation in the daytime when solar heat is sufficiently supplied to the solar thermal power plant 1 will be described.
  • a power generation heat medium (which will be described below using steam as an example) is heated to about 650 to 850 ° C. in the power generation heat receiving portion 3S and sent to the steam turbine 11. The water vapor that has passed through the steam turbine 11 is sent again to the heat receiving portion 3S for power generation. While repeating the above, the heating medium circuit for power generation 4S generates power in the same manner as in the past (solar thermal power generation control or solar thermal power generation step).
  • the heat storage heat medium circuit 4A the heat storage heat medium (which will be described below using air as an example) is heated to about 650 to 850 ° C. by the heat storage heat receiving section 3A and sent to the heat storage tank 6.
  • the air that has been deprived of heat in the heat storage tank 6 and has reached about 100 to 200 ° C. is sent again to the heat storage heat receiving portion 3A.
  • the flow control valve 14 installed in the low temperature side circuit (downstream side) of the heat exchanger 7 is closed. While repeating the above, the heat storage heat medium circuit 4A accumulates thermal energy in the heat storage tank 6 (heat storage control or heat storage step).
  • the heat receiving portion 3S for power generation and the heat receiving portion 3A for heat storage cannot receive thermal energy from the sun.
  • the heat storage heat medium circuit 4 ⁇ / b> A air is sent from the downstream side (downward in FIG. 2) to the upstream side of the heat storage tank 6 by switching the three-way valve 15.
  • the air heated to about 650 to 850 ° C. by receiving heat from the heat storage tank 6 is sent to the heat exchanger 7.
  • the air deprived of heat by the heat exchanger 7 is sent to the heat storage tank 6 again.
  • the flow rate control valve 14 installed between the blower 13 and the heat storage heat medium circuit 4A is closed.
  • the flow control valve 14 and the three-way valve 15 are controlled to be opened and closed by the control device 8.
  • the steam is heated to about 650 to 850 ° C. by the heat exchanger 7 and sent to the steam turbine 11.
  • the steam that has passed through the steam turbine 11 is sent to the heat exchanger 7 again.
  • the power generation heat medium circuit 4S generates power with the power generation device 5 using the thermal energy of the heat storage tank 6 (heat storage power generation control or heat storage power generation step).
  • FIG. 3 shows the relationship between the amount of change in energy and time in a solar thermal power plant.
  • E IN indicates the total amount of solar thermal energy received by the heat receiving portion 3S for power generation and the heat receiving portion 3A for heat storage.
  • E0 has shown the output energy amount at the time of converting into the electric power the thermal energy received by the heat receiving part 3S for electric power generation by solar thermal power generation control.
  • E1, E2, E3 have shown the energy amount at the time of heat-storing in the heat storage tank 6 the thermal energy received to 3A of heat storage parts by heat storage control.
  • E4 indicates the amount of output energy when the heat energy stored in the heat storage tank 6 is converted into electric power by heat storage power generation control.
  • the solar thermal power plant 1 can be used independently as a main power plant. This is because power can be stably generated using the thermal energy stored in the heat storage tank 6 even at rainy weather (for example, after 18:00) when sufficient sunlight cannot be obtained. Note that, depending on the capacity of the heat storage tank 6, it is possible to stably supply power until the sunrise time of the next day using the heat energy stored in the heat storage tank 6.
  • the power generation efficiency of the solar thermal power plant can be dramatically improved. This is because sunlight input energy (equivalent to E1 to E3) that has not conventionally contributed to power generation can be stored in the heat storage tank 6 and used for power generation.
  • the power generation heat medium circuit 4S for performing solar thermal power generation control and the heat storage heat medium circuit 4A for performing heat storage control are formed as independent circuits during the daytime without affecting the conventional solar power generation control. It becomes possible to execute the heat storage control using only surplus energy. Further, the heat storage tank 6 can collect and store energy even immediately after sunrise and just before sunset when the input energy from the sun is small.
  • the construction cost of the solar thermal power plant can be suppressed. This is because the flow rate of the air passing through the heat storage tank 6 can be controlled by the configuration in which the flow rate control valve 14 is installed.
  • this flow control valve 14 is not installed, it is necessary to install a switching valve such as a large and high cost damper or a flow control valve for controlling the flow of the heat storage heat medium in the high temperature side circuit. .
  • the heat storage heat medium is gas
  • the volume expands greatly depending on the temperature. Therefore, the tube diameter of the high-temperature circuit is larger than the tube diameter of the low-temperature circuit, and the required valve Since it becomes large, the cost becomes high.
  • it can also be set as the structure which does not install the heat exchanger 7 between the heat medium circuit 4S for electric power generation, and the heat medium circuit 4A for heat storage. Even with this configuration, electric power can be recovered from the input energy of sunlight (equivalent to E1 to E3) that has not contributed to power generation. However, in this case, it is necessary to separately install a power generation device in the heat storage heat medium circuit 4A, which increases the construction cost of the solar thermal power plant.
  • the heat storage tank 6 may be filled with a liquid such as water as a heat storage material, but it is desirable to use a solid heat storage material. Specifically, ceramic, concrete, or the like can be formed into a spherical shape, a particle shape, or a lump shape, and filled into the heat storage tank 6.
  • the heat storage heat medium can use existing liquids and gases, but is preferably air. This is because the internal pressure of the heat storage heat medium circuit 4 ⁇ / b> A and the heat storage tank 6 can be set to a low pressure (about atmospheric pressure), and the construction cost of the solar thermal power plant 1 can be suppressed.
  • the heat medium for power generation can use existing liquid and gas, but is preferably water vapor. This is because, with this configuration, the steam generated by the power generation heat receiving portion 3S and the heat exchanger 7 can be directly supplied to the steam turbine 11 of the power generation device 5 to maintain thermal efficiency.
  • FIG. 4 shows an outline of different control methods of the solar thermal power plant 1 during the daytime.
  • the heat storage heat medium circuit 4 ⁇ / b> A sends air heated by the heat storage heat receiving part 3 ⁇ / b> A to some of the heat storage tanks 6 a and 6 b to perform heat storage control, and at the same time, some of the heat storage tanks 6 c.
  • the heated air is sent to the heat exchanger 7, and the heat storage power generation control for performing power generation is performed by heating the water vapor of the heat generating medium circuit 4S with this heat (buffer control).
  • the solar power plant 1 that performs this buffer control has at least two heat storage tanks 6.
  • the flow control valves 14 and the three-way valve 15 are controlled by the control device 8 to perform heat storage power generation control. At this time, it is desirable to close the flow control valve 14 so that the heat storage heat medium does not flow into the heat storage tank 6c that has released heat energy during the daytime.
  • FIG. 6 shows the relationship between the amount of change in energy and time in a solar thermal power plant using the buffer control described above.
  • E IN indicates the total amount of solar thermal energy received by the heat receiving portion 3S for power generation and the heat receiving portion 3A for heat storage.
  • the input energy E IN may fluctuate rapidly in a short time due to the effect of clouds crossing over the solar thermal power plant 1.
  • output energy amount E0 by the power generation device 5 may vary.
  • the buffer control described above, when the amount of energy such as water vapor in the heat generating medium circuit 4S is insufficient, heat energy can be supplied from the heat storage tank 6 to water vapor or the like.
  • the amount of power generated by the power generation device 5 can be kept constant by the buffer control even if there is a change in weather or the like.
  • the buffer control the heat energy released from the heat storage tank 6 is not particularly controlled in its release timing or the like, and is configured to be always released to the heat storage heat medium circuit 4A. With this configuration, even momentary fluctuations in the input energy E IN occurs, power generating apparatus 5 can maintain the power generation amount constant.
  • the solar thermal power generation plant 1 which performs buffer control can take out thermal energy from the heat storage tank 6 by the structure which installs the three-way valve 15, and can transmit thermal energy to the heat exchanger 7 via a high temperature side circuit easily. it can.
  • the structure which installs the three-way valve 15 for every heat storage tank 6 can perform control which arbitrarily selects the heat storage tank 6 which stores heat, and the heat storage tank 6 which performs heat dissipation.
  • FIG. 7 shows an outline when solar thermal power generation control is performed in the solar thermal power plant 1 (upper part of FIG. 7) and an outline when power generation control and heat storage control are simultaneously performed (lower part of FIG. 7).
  • the first to fourth heliostats 21, 22, 23, and 24 condense sunlight onto the power generation heat receiving portion 3S (upper part of FIG. 7).
  • the first and second heliostats 21 and 22 are tilted by a signal from the control device 8 (see FIG. 1) to receive heat for heat storage. It changes so that it may condense to the part 3A (FIG. 7 lower)
  • the 3rd, 4th heliostats 23 and 24 maintain the state which condenses to the heat receiving part 3S for electric power generation. Therefore, heat storage control can be performed simultaneously with solar power generation control.
  • FIG. 8 shows a plan view of the solar thermal power plant.
  • This solar thermal power generation plant includes a tower having a heat receiving portion 3S for power generation, a tower having a heat receiving portion 3A for heat storage, and a plurality of heliostats 2.
  • the solar thermal power generation plant is configured to have two or more towers on which at least one of the heat receiving part 3S for power generation or the heat receiving part 3A for heat storage is installed (hereinafter referred to as a multi-tower system).
  • the heliostat 2 painted black is condensed on the heat receiving heat receiving portion 3A, and the other heliostats are condensed on the heat generating heat receiving portion 3S. That is, in the multi-tower type heliostat 2, the tower that is the target of light collection is not fixed. In other words, for example, a certain heliostat may have different towers to be condensed during heat storage control and solar power generation control.
  • This configuration can optimize the power generation efficiency of the solar thermal power plant. This is because the optimum light collection efficiency in each time zone differs depending on the position and direction of each heliostat with respect to the tower.

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Abstract

　太陽熱発電プラントにおいて、建造コストを抑制し、夜間や雨天の際にも発電が可能であり、且つ発電効率を向上させることが可能な太陽熱発電プラント及びその制御方法を提供する。太陽熱発電プラントにおいて、太陽熱発電プラント１が、それぞれ独立した発電用熱媒回路４Ｓと蓄熱用熱媒回路４Ａを有しており、発電用熱媒回路４Ｓが、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部３Ｓと、発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置５を有しており、蓄熱用熱媒回路４Ａが、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部３Ａと、蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも１つの蓄熱槽６を有している。

Description

太陽熱発電プラント及びその制御方法
　本発明は、太陽光を反射する複数のヘリオスタットと、ヘリオスタットで反射された太陽光を受光する受熱部と、受熱部から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する太陽熱発電プラント及びその制御方法に関する。
　自然エネルギを利用する手段として、太陽熱発電プラントの開発が進められている（例えば特許文献１参照）。図９に、従来の太陽熱発電プラントの一例の概略図を示す。太陽熱発電プラント１Ｘは、太陽光を反射する反射鏡で構成された複数のヘリオスタット２と、ヘリオスタット２で反射された太陽光を受光する受熱部（レシーバともいう）３Ｘと、受熱部３Ｘへ熱媒である水蒸気を循環させる熱媒回路４Ｘと、水蒸気を利用して発電を行う発電装置５Ｘを有している。タワー式太陽熱発電プラントの場合、この受熱部３Ｘは、タワー９Ｘの上部に設置されている。また、この発電装置５Ｘは、蒸気タービン１１と、蒸気タービン１１に接続された発電機１２を有している。更に、熱媒回路４Ｘは、水蒸気を直接溜める蓄熱槽６Ｘを有している場合もある。以上の構成により、太陽熱から電気を取り出すことが可能となっていた。
　次に、太陽熱発電プラント１Ｘの作動について説明する。太陽熱発電プラント１Ｘは、ヘリオスタット２で受熱部３Ｘに太陽光を集光し、受熱部３Ｘを循環する熱媒（水）を加熱し、水蒸気を生成し、蒸気タービン１１で発電する構成を有している。また、発電に使用する水蒸気の一部を蓄熱槽６Ｘに備蓄し、太陽熱を得られない夜間等に、蓄熱槽６Ｘの水蒸気を発電装置５Ｘに供給し、発電を行うように制御される場合もある。
　図１０に、従来の太陽熱発電プラントの異なる例の概略図を示す。この太陽熱発電プラント１Ｙは、前述の熱媒回路４Ｘの代わりに（図９参照）、熱媒として溶融塩（例えば硝酸ナトリウム等）を循環させる熱媒回路４Ｙと、水蒸気を循環させる熱媒回路４Ｚを有している。この２つの熱媒回路４Ｙ、４Ｚは、熱交換器７Ｙを介して熱エネルギの伝達を行うように構成されている。また、溶融塩を循環させる熱媒回路４Ｙは、溶融塩を直接溜める蓄熱槽６Ｙを有している場合もある。この太陽熱発電プラント１Ｙは、受熱部３Ｘを循環する溶融塩を加熱し、熱交換器７Ｙで水蒸気を生成し、蒸気タービン１１で発電する構成を有している。
　前述の太陽熱発電プラント１Ｘ、１Ｙは、蓄熱槽６Ｘ、６Ｙを使用しない場合は、日中などの太陽光を得られる場合にのみ発電が可能となるという性質を有している。図１１に、太陽熱発電プラントにおけるエネルギの変化量と時刻の関係を示す。図１１のグラフは、太陽から受熱部３Ｘに供給される太陽光の熱エネルギの量と、電気として出力されるエネルギの量の関係を示している。なお、このグラフの縦軸はエネルギ量を示し、横軸は時刻を示している。
　グラフに示されたＥＩＮは、受熱部３Ｘに照射される太陽光の入力エネルギの量の変化を示している。この入力エネルギＥＩＮは、日の出（７時ごろ）から上昇し始め、正午（１２時ごろ）にピークとなり、日没（１８時ごろ）に向けて下降していく。これに対して、ＥＯＵＴは、太陽熱発電プラント１Ｘ、１Ｙにより発電され出力される出力エネルギの量を示している。太陽熱発電プラント１Ｘ、１Ｙの蒸気タービン１１は、設備容量として、入力エネルギＥＩＮを下回る予め定めた定格出力エネルギＥＳを有するものが設置される。これは、蒸気タービン１１の容量を決定する際、入力エネルギＥＩＮの最大出力に合わせて選択すると、発電装置５Ｘはこの入力エネルギが最大出力である場合にのみ発電することとなるからである。つまり、入力エネルギＥＩＮが最大値とならない場合、発電装置５Ｘは定格出力が出なくなり、設備の効率が悪化するからである。一般的には、図１１に示すように、定格出力エネルギＥＳは、入力エネルギＥＩＮの最大値の５０％程度に設定される。この構成により、太陽からの入力エネルギＥＩＮが定格出力エネルギＥＳを超え、発電装置５Ｘにより発電が可能となる時間が長くなる。なお、斜線で示す範囲が、太陽熱エネルギから取り出される電気エネルギの総量である。
　従来は、定格出力エネルギＥＳを下回る日の出直後や日没直前の時間帯の範囲の入力エネルギＥＩＮは、発電エネルギとして寄与していなかった。これは、蒸気タービン１１を回転させるための十分なエネルギを得ることができないからである。つまり、図１１に示す第１領域Ｐ１及び第２領域Ｐ２の範囲のエネルギは捨てられていた。
　また、定格出力エネルギＥＳを上回る正午前後の時間帯の範囲の入力エネルギＥＩＮは、蒸気タービン１１の発電能力を超えるため、ヘリオスタット２の一部を傾動させて、受熱部３Ｘに反射光を集光しないように制御されていた。つまり、図１１に示す第３領域Ｐ３の範囲のエネルギは捨てられていた。
　以上のように、太陽熱発電プラント１Ｘは、例えば８時から１７時など十分な太陽光の入力エネルギＥＩＮを得られる場合にのみ発電が可能となる。つまり、一般的な太陽熱発電プラント１Ｘ、１Ｙは、定格的な電気出力を得ることが難しいため、例えばガスタービン発電プラント等の他の発電プラントに併設され、熱量供給源として補助的に利用されることが多かった。この太陽熱発電プラント１Ｘ、１Ｙの設置により、ガスタービン発電プラント等の燃料消費量を抑制することが可能となっていた。
　しかし、上記の太陽熱発電プラントは、いくつかの問題点を有している。第１に、太陽熱発電プラントは、メインの発電プラントとして独立して使用することが困難であるという問題を有している。これは、従来の太陽熱発電プラントは、十分な太陽光を得られない夜間や雨天の際に発電を行うことができず、安定した電力供給が困難となるからである。
　第２に、蓄熱槽等を利用して、夜間や雨天の際に発電を行うように構成する場合、太陽熱発電プラントの建設コストが膨大になるという問題を有している。これは、例えば、図９に示したように、水蒸気を直接溜める蓄熱槽６Ｘを採用した場合、この蓄熱槽６Ｘが高コストとなっていた。具体的には、蓄熱槽６Ｘは、高圧（０．５～２０ＭＰａ）の水蒸気を安定して備蓄すること、及び水蒸気の熱放射を抑制することを満足する構造が要求されていた。また、図１０に示したように、溶融塩を直接溜める蓄熱槽６Ｙを採用した場合、熱媒回路４Ｙが高コストとなっていた。具体的には、熱媒回路４Ｙ内の溶融塩を加熱するための補助加熱設備が必要であった。これは、溶融塩が、温度の低下により容易に固化し、熱媒回路４Ｙを閉塞させてしまうという性質を有しているためである。
　第３に、従来の太陽熱発電プラントは、発電効率を向上することが困難であるという問題を有している。これは、図１１の第１～３領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に示すように、太陽光の入力エネルギＥＩＮのうち、発電に寄与しない部分が例えば５０％近くあるからである。そのため、ヘリオスタット２の集光効率や、蒸気タービン１１の発電効率等を向上させたとしても、太陽熱発電プラント全体の発電効率を向上させることは困難となっていた。
特許４７７７４５２号公報
　本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽熱発電プラントにおいて、建造コストを抑制し、夜間や雨天の際にも発電が可能であり、且つ発電効率を向上させることが可能な太陽熱発電プラント及びその制御方法を提供することにある。
　上記の目的を達成するための本発明に係る太陽熱発電プラントは、太陽光を反射する複数のヘリオスタットと、前記ヘリオスタットで反射された太陽光を受光する受熱部と、前記受熱部から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する太陽熱発電プラントにおいて、前記太陽熱発電プラントが、それぞれ独立した発電用熱媒回路と蓄熱用熱媒回路を有しており、前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置を有しており、前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも１つの蓄熱槽を有していることを特徴とする。
　この構成により、太陽熱発電プラントは、メインの発電プラントとして独立して使用することができる。これは、十分な太陽光を得られない夜間、雨天、日の出直後や日没直前の場合であっても、蓄熱槽の熱エネルギを利用して安定して発電を行うことができるからである。
　また、太陽熱発電プラントの発電効率を飛躍的に向上することができる。これは、従来、発電に寄与しなかった太陽光の入力エネルギを、蓄熱槽に蓄熱し、必要に応じてまとめて利用することができるからである。
　上記の太陽熱発電プラントにおいて、前記蓄熱用熱媒回路が、前記蓄熱用熱媒の熱エネルギを前記発電用熱媒に移動させる熱交換器と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の上流側に形成された高温側回路と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側に形成された低温側回路を有しており、前記低温側回路が、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側にそれぞれ流量制御弁を有していることを特徴とする。
　この構成により、太陽熱発電プラントの建造コストを抑制することができる。これは、流量制御弁により、蓄熱槽を通過する蓄熱用熱媒の流量を制御することができるからである。この流量制御弁を設置しない場合は、高温側回路に蓄熱用熱媒の流れを制御する大型且つ高コストの切り替え弁や流量制御弁を設置しなくてはならない。高温側の弁は、耐熱性等の要求が厳しいため高コストとなる。
　上記の太陽熱発電プラントにおいて、前記低温側回路が、前記蓄熱槽の下流側にそれぞれ設置された三方弁を有しており、前記三方弁が、切り替え制御により前記低温側回路を流れる前記蓄熱用熱媒を前記蓄熱槽の下流側から上流側に向けて流すように構成されたことを特徴とする。
　この構成により、太陽熱発電プラントの建造コストを抑制することができる。これは、三方弁により、蓄熱槽から熱エネルギを取り出し、高温側回路を介して熱交換器に熱エネルギを伝達することが容易にできるからである。また、蓄熱槽ごとに三方弁を設置する構成により、蓄熱を行う蓄熱槽と、放熱を行う蓄熱槽を任意に選択する制御を行うことができる。
　上記の太陽熱発電プラントにおいて、前記蓄熱用熱媒が、空気であることを特徴とする。この構成により、太陽熱発電プラントの建造コストを抑制することができる。これは、蓄熱用熱媒回路及び蓄熱槽の内部の圧力を低圧（大気圧程度）とすることができるからである。なお、発電装置を蒸気タービンとした場合、発電用熱媒は水蒸気とすることが望ましい。この構成により、発電用受熱部や蓄熱槽の熱で生成された水蒸気を直接発電装置に供給し、熱効率を維持することができるからである。
　上記の太陽熱発電プラントにおいて、前記太陽熱発電プラントが、制御装置を有しており、前記制御装置が、前記蓄熱槽から前記蓄熱用熱媒及び前記熱交換器を介して、前記発電用熱媒に熱エネルギを伝達し、前記熱エネルギを利用して前記発電装置で発電する蓄熱発電制御を行う構成を有していることを特徴とする。
　この構成により、太陽熱発電プラントの建造コストを抑制することができる。これは、蓄熱槽の熱エネルギで発電を行う際、発電用熱媒回路に接続した発電装置を利用することができるからである。
　また、太陽熱発電プラントは、十分な太陽光を得られない夜間、雨天、日の出直後や日没直前の場合であっても、安定して発電を行うことができる。これは、蓄熱発電制御により、蓄熱槽の熱エネルギを利用して発電を行うことができるからである。
　上記の太陽熱発電プラントにおいて、前記太陽熱発電プラントが、制御装置を有しており、前記制御装置が、少なくとも一部の前記ヘリオスタットで太陽光を前記発電用受熱部に集光する太陽熱発電制御を行う構成と、少なくとも一部の前記ヘリオスタットで太陽光を前記蓄熱用受熱部に集光する蓄熱制御を行う構成を有していることを特徴とする。
　この構成により、太陽熱発電プラントの発電効率を向上することができる。これは、ヘリオスタットの制御により、発電用受熱部には必要且つ十分な熱エネルギを送り、余剰なエネルギは蓄熱用受熱部を介して蓄熱槽に蓄熱できるからである。つまり、従来は捨てられていたエネルギを利用することができる。
　上記の目的を達成するための本発明に係る太陽熱発電プラントの制御方法は、太陽光を反射する複数のヘリオスタットと、前記ヘリオスタットで反射された太陽光を受光する受熱部と、前記受熱部から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する太陽熱発電プラントであり、前記太陽熱発電プラントが、それぞれ独立した発電用熱媒回路と蓄熱用熱媒回路を有し、前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電力に変換する発電装置を有し、前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも１つの蓄熱槽と、前記蓄熱用熱媒の熱エネルギを前記発電用熱媒に移動させる熱交換器を有する太陽熱発電プラントの制御方法であって、少なくとも一部の前記ヘリオスタットで太陽光を前記発電用受熱部に集光する制御を行う太陽熱発電ステップと、少なくとも一部の前記ヘリオスタットで太陽光を前記蓄熱用受熱部に集光する制御を行う蓄熱ステップと、前記蓄熱槽から前記蓄熱用熱媒及び前記熱交換器を介して前記発電用熱媒に熱エネルギを伝達し、前記熱エネルギを利用して前記発電装置で発電する蓄熱発電制御を行う蓄熱発電ステップを有することを特徴とする。この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。
　上記の太陽熱発電プラントの制御方法において、前記太陽熱発電ステップを実行する際に、複数の前記蓄熱槽のうち少なくとも１つが放熱するように前記蓄熱発電ステップを同時に実行することを特徴とする。
　この構成により、日中等の太陽熱発電ステップを実行している最中に、雲が太陽熱発電プラントの上空を横切る等の影響で発電用受熱部に入力される熱エネルギの量が短時間であれ上下したとしても、発電量を一定に維持することができる。これは、蓄熱槽から放熱される熱エネルギが、バッファとして働き、不足する熱エネルギを補うように発電用熱媒に供給されるからである。
　本発明による太陽熱発電プラント及びその制御方法によれば、建造コストを抑制し、夜間や雨天の際にも発電が可能であり、且つ発電効率を向上させることが可能な太陽熱発電プラント及びその制御方法を提供することができる。
図１は、本発明に係る実施の形態の太陽熱発電プラントの概略を示した図である。 図２は、本発明に係る実施の形態の太陽熱発電プラントの概略を示した図である。 図３は、太陽熱発電プラントにおけるエネルギの変化量と時刻の関係を示した図である。 図４は、本発明に係る実施の形態の太陽熱発電プラントの異なる制御の概略を示した図である。 図５は、本発明に係る実施の形態の太陽熱発電プラントの異なる制御の概略を示した図である。 図６は、太陽熱発電プラントにおけるエネルギの変化量と時刻の関係の異なる例を示した図である。 図７は、太陽熱発電プラントにおけるヘリオスタットの制御の概略を示した図である。 図８は、太陽熱発電プラントにおけるヘリオスタットの制御の概略を示した図である。 図９は、従来の太陽熱発電プラントの一例を示した図である。 図１０は、従来の太陽熱発電プラントの異なる例を示した図である。 図１１は、従来の太陽熱発電プラントにおけるエネルギの変化量と時刻の関係を示した図である。
　以下、本発明に係る実施の形態の太陽熱発電プラント及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の太陽熱発電プラントの概略を示す。太陽熱発電プラント１は、それぞれ独立した発電用熱媒回路４Ｓと蓄熱用熱媒回路４Ａを有している。
　発電用熱媒回路４Ｓは、発電用熱媒（例えば水蒸気）が循環するように構成された発電用受熱部３Ｓと、発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置５を有している。発電用熱媒を水蒸気とした場合、この発電装置５は、蒸気タービン１１及び発電機１２で構成される。発電用熱媒回路４Ｓは、発電用受熱部３Ｓで加熱された水蒸気等の発電用熱媒を、発電装置５に循環させ、再び発電用受熱部３Ｓに戻すように構成されている。
　蓄熱用熱媒回路４Ａは、蓄熱用熱媒（例えば空気）が循環するように構成された蓄熱用受熱部３Ａと、蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う第１蓄熱槽６ａ、第２蓄熱槽６ｂ、第３蓄熱槽６ｃ（以下、総称する場合は蓄熱槽６とする）を有している。また、蓄熱用熱媒回路４Ａは、空気等の蓄熱用熱媒の熱エネルギを発電用熱媒に移動させる熱交換器７を有している。ここで、蓄熱用熱媒を空気等の気体とした場合、この空気等を蓄熱用受熱部３Ａに送り込むためのブロア１３を設置することが望ましい。
　蓄熱用熱媒回路４Ａは、蓄熱用受熱部３Ａで加熱された空気等の蓄熱用熱媒を、蓄熱槽６及び熱交換器７に循環させ、再び蓄熱用受熱部３Ａに戻すように構成されている。ここで、蓄熱用熱媒回路４Ａにおいて、蓄熱槽６及び熱交換器７の上流側の回路を特に高温側回路と呼び、蓄熱槽６及び熱交換器７の下流側の回路を特に低温側回路と呼ぶこととする。この低温側回路は、各蓄熱槽６及び熱交換器７の下流側にそれぞれ設置された流量制御弁１４を有している。また、低温側回路は、各蓄熱槽６の下流側にそれぞれ設置された三方弁１５を有している。更に、太陽熱発電プラント１は、この流量制御弁１４や三方弁１５等を制御するための制御装置８を有している。なお、一点鎖線は信号線を示している。また、流量制御弁１４及び三方弁１５のうち、閉止しているものは、黒で塗りつぶして示している。
　次に、太陽熱発電プラント１の作動について説明する。まず、太陽熱発電プラント１に、太陽熱が十分に供給される日中等における作動について説明する。発電用熱媒回路４Ｓでは、発電用熱媒（以下、水蒸気を例に説明する）が、発電用受熱部３Ｓで約６５０～８５０℃に加熱され、蒸気タービン１１に送られる。蒸気タービン１１を通過した水蒸気は、再び発電用受熱部３Ｓに送られる。以上を繰り返しながら、発電用熱媒回路４Ｓは、従来と同様に発電する（太陽熱発電制御、又は太陽熱発電ステップ）。
　他方、蓄熱用熱媒回路４Ａでは、蓄熱用熱媒（以下、空気を例に説明する）が、蓄熱用受熱部３Ａで約６５０～８５０℃に加熱され、蓄熱槽６に送られる。蓄熱槽６で熱を奪われ約１００～２００℃となった空気は、再び蓄熱用受熱部３Ａに送られる。このとき、熱交換器７は使用しないので、熱交換器７の低温側回路（下流側）に設置した流量制御弁１４は閉止している。以上を繰り返しながら、蓄熱用熱媒回路４Ａは、蓄熱槽６に熱エネルギを蓄積していく（蓄熱制御、又は蓄熱ステップ）。
　次に、太陽熱発電プラント１に、太陽熱が十分に供給されない夜間や雨天時等における作動について図２を参照しながら説明する。このとき、発電用受熱部３Ｓ及び蓄熱用受熱部３Ａは、太陽から熱エネルギを受けることができない。蓄熱用熱媒回路４Ａでは、三方弁１５の切り替えにより、空気が蓄熱槽６の下流側（図２下方）から上流側に送られる。蓄熱槽６から熱を受け約６５０～８５０℃に加熱された空気は、熱交換器７に送られる。熱交換器７で熱を奪われた空気は、再び蓄熱槽６に送られる。なお、ブロア１３と蓄熱用熱媒回路４Ａの間に設置した流量制御弁１４は閉止している。また、流量制御弁１４や三方弁１５は、制御装置８により開閉を制御される。
　他方、発電用熱媒回路４Ｓでは、水蒸気が、熱交換器７で約６５０～８５０℃に加熱され、蒸気タービン１１に送られる。蒸気タービン１１を通過した水蒸気は、再び熱交換器７に送られる。以上を繰り返しながら、発電用熱媒回路４Ｓは、蓄熱槽６の熱エネルギを利用して発電装置５で発電を行う（蓄熱発電制御、又は蓄熱発電ステップ）。
　図３に、太陽熱発電プラントにおけるエネルギの変化量と時刻の関係を示す。図３のグラフにおいて、ＥＩＮは、発電用受熱部３Ｓ及び蓄熱用受熱部３Ａに受けた太陽の熱エネルギの合計量を示している。また、Ｅ０は、太陽熱発電制御により、発電用受熱部３Ｓに受けた熱エネルギを、電力に変換した際の出力エネルギ量を示している。更に、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、蓄熱制御により、蓄熱用受熱部３Ａに受けた熱エネルギを、蓄熱槽６に蓄熱した際のエネルギ量を示している。加えて、Ｅ４は、蓄熱発電制御により、蓄熱槽６に溜めた熱エネルギを、電力に変換した際の出力エネルギ量を示している。
　上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第１に、太陽熱発電プラント１を、メインの発電プラントとして独立して使用することができる。十分な太陽光を得られない夜間（例えば１８時以降）、雨天であっても、蓄熱槽６に溜めた熱エネルギを利用して安定して発電を行うことができるからである。なお、蓄熱槽６の容量次第では、蓄熱槽６に溜めた熱エネルギを利用して翌日の日の出の時刻まで、電力を安定して供給することが可能となる。
　第２に、太陽熱発電プラントの発電効率を飛躍的に向上することができる。これは、従来、発電に寄与しなかった太陽光の入力エネルギ（Ｅ１～Ｅ３に相当）を、蓄熱槽６に蓄熱し、発電に利用することができるからである。特に、日中、太陽熱発電制御を行う発電用熱媒回路４Ｓと、蓄熱制御を行う蓄熱用熱媒回路４Ａをそれぞれ独立した回路として形成した構成により、従来の太陽熱発電制御に影響を与えることなく、余剰エネルギのみを利用して蓄熱制御を実行することが可能となる。また、蓄熱槽６は、太陽からの入力エネルギの小さい日の出直後及び日没直前であっても、エネルギを回収して溜めることができる。
　第３に、太陽熱発電プラントの建造コストを抑制することができる。これは、流量制御弁１４を設置する構成により、蓄熱槽６を通過する空気の流量を制御することができるからである。この流量制御弁１４を設置しない場合は、高温側回路に蓄熱用熱媒の流れを制御するための大型且つ高コストのダンパー等の切り替え弁や流量制御弁を設置しなくてはならないからである。具体的には、蓄熱用熱媒を気体とした場合は、温度により体積が大幅に膨張するため、高温側回路の管径は、低温側回路の管径に比べ大きくなり、必要となる弁が大きくなるため、高コストとなる。
　なお、発電用熱媒回路４Ｓと蓄熱用熱媒回路４Ａの間に熱交換器７を設置しない構成とすることもできる。この構成であっても、従来発電に寄与しなかった太陽光の入力エネルギ（Ｅ１～Ｅ３に相当）から、電力を回収することができる。ただし、この場合は、蓄熱用熱媒回路４Ａに別途発電装置を設置する必要があり、太陽熱発電プラントの建造コストが上昇する。
　また、蓄熱槽６は、少なくとも１つ設置されていればよい。この蓄熱槽６には、蓄熱材として水等の液体を充填してもよいが、固体の蓄熱材を利用することが望ましい。具体的には、セラミックやコンクリート等を、球状、粒子状又は塊状に形成して蓄熱槽６に充填することができる。
　更に、蓄熱用熱媒は、既存の液体及び気体を利用することができるが、望ましくは空気とする。この構成により、蓄熱用熱媒回路４Ａ及び蓄熱槽６の内部の圧力を低圧（大気圧程度）とすることができ、太陽熱発電プラント１の建造コストを抑制することができるからである。
　加えて、発電用熱媒は、既存の液体及び気体を利用することができるが、望ましくは水蒸気とする。この構成により、発電用受熱部３Ｓや熱交換器７で生成された水蒸気を直接発電装置５の蒸気タービン１１に供給し、熱効率を維持することができるからである。
　図４に、太陽熱発電プラント１の日中における異なる制御方法の概略を示す。図４に示すように、蓄熱用熱媒回路４Ａは、一部の蓄熱槽６ａ、６ｂに蓄熱用受熱部３Ａで加熱された空気を送り、蓄熱制御を行うと同時に、一部の蓄熱槽６ｃで加熱された空気を熱交換器７に送り、この熱で発電用熱媒回路４Ｓの水蒸気を加熱し、発電を行う蓄熱発電制御を行っている（バッファ制御）。このバッファ制御を行う太陽熱発電プラント１は、少なくとも２つの蓄熱槽６を有している。
　また、日没後等は、図５に示すように、各流量制御弁１４及び三方弁１５を、制御装置８により制御し、蓄熱発電制御を行う。このとき、日中、熱エネルギを放出していた蓄熱槽６ｃには、蓄熱用熱媒が流れないように、流量制御弁１４を閉止することが望ましい。
　図６に、前述のバッファ制御を利用した太陽熱発電プラントにおけるエネルギの変化量と時刻の関係を示す。図６のグラフにおいて、ＥＩＮは、発電用受熱部３Ｓ及び蓄熱用受熱部３Ａに受けた太陽の熱エネルギの合計量を示している。この入力エネルギＥＩＮは、天候によっては、雲が太陽熱発電プラント１の上空を横切る等の影響により、短時間で急激に変動する可能性がある。
　この入力エネルギＥＩＮの変動により、発電用熱媒回路４Ｓを流れる水蒸気等のエネルギ量が変動し、発電装置５による出力エネルギ量Ｅ０が変動する可能性がある。しかし、前述のバッファ制御を行うことにより、発電用熱媒回路４Ｓの水蒸気等のエネルギ量が不足した場合は、蓄熱槽６から水蒸気等に熱エネルギを供給することができる。つまり、バッファ制御により、たとえ、天候等の変化があったとしても、発電装置５による発電量を一定に維持することが可能となる。ここで、バッファ制御により、蓄熱槽６から放出される熱エネルギは、その放出タイミング等を特に制御されておらず、蓄熱用熱媒回路４Ａに常時放出されるように構成している。この構成により、入力エネルギＥＩＮに瞬間的な変動が生じたとしても、発電装置５は、発電量を一定に維持することができる。
　なお、バッファ制御を行う太陽熱発電プラント１は、三方弁１５を設置する構成により、蓄熱槽６から熱エネルギを取り出し、高温側回路を介して熱交換器７に熱エネルギを伝達することが容易にできる。また、蓄熱槽６ごとに三方弁１５を設置する構成により、蓄熱を行う蓄熱槽６と、放熱を行う蓄熱槽６を任意に選択する制御を行うことができる。
　図７に、太陽熱発電プラント１で太陽熱発電制御を行った場合の概略（図７上）と、発電制御及び蓄熱制御を同時に行った場合の概略（図７下）を示す。太陽熱発電制御を行う場合は、第１～４ヘリオスタット２１、２２、２３、２４が、太陽光を発電用受熱部３Ｓに集光する（図７上）。発電用受熱部３Ｓに対して、入力エネルギが過剰となった場合は、例えば第１、第２ヘリオスタット２１、２２を、制御装置８（図１参照）からの信号で傾動させ、蓄熱用受熱部３Ａに集光するように変更する（図７下）このとき、第３、第４ヘリオスタット２３、２４は、発電用受熱部３Ｓに集光する状態を維持する。そのため、太陽熱発電制御と同時に蓄熱制御を行うことができる。
　次に、本発明に係る異なる実施の形態の太陽熱発電プラントの制御の概略を説明する。図８に、太陽熱発電プラントの平面図を示す。この太陽熱発電プラントは、発電用受熱部３Ｓを有するタワーと、蓄熱用受熱部３Ａを有するタワーと、複数のヘリオスタット２を有している。つまり、太陽熱発電プラントが、発電用受熱部３Ｓ又は蓄熱用受熱部３Ａのうち少なくとも一方を設置されたタワーを、２つ以上有するように構成している（以下、マルチタワー方式という）。また、黒く塗りつぶしてあるヘリオスタット２は、蓄熱用受熱部３Ａに集光しており、その他のヘリオスタットは、発電用受熱部３Ｓに集光している。つまり、マルチタワー方式のヘリオスタット２は、集光の目標とするタワーが固定されていない。つまり、例えばあるヘリオスタットは、蓄熱制御の際と、太陽熱発電制御の際に集光の対象とするタワーが異なる場合もありうる。
　この構成により、太陽熱発電プラントの発電効率を最適化することができる。これは、タワーに対するそれぞれのヘリオスタットの位置及び方向により、各時間帯における最適な集光効率が異なるためである。
１     太陽熱発電プラント
２     ヘリオスタット
３Ｓ   発電用受熱部
３Ａ   蓄熱用受熱部
４Ｓ   発電用熱媒回路
４Ａ   蓄熱用熱媒回路
５     発電装置
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 蓄熱槽
７     熱交換器
８     制御装置
１１   蒸気タービン
１２   発電機
１４   流量制御弁
１５   三方弁

Claims (8)

  1. 　太陽光を反射する複数のヘリオスタットと、前記ヘリオスタットで反射された太陽光を受光する受熱部と、前記受熱部から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する太陽熱発電プラントにおいて、
    　前記太陽熱発電プラントが、それぞれ独立した発電用熱媒回路と蓄熱用熱媒回路を有しており、
    　前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置を有しており、
    　前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも１つの蓄熱槽を有していることを特徴とする太陽熱発電プラント。
  2. 　前記蓄熱用熱媒回路が、前記蓄熱用熱媒の熱エネルギを前記発電用熱媒に移動させる熱交換器と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の上流側に形成された高温側回路と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側に形成された低温側回路を有しており、
    　前記低温側回路が、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側にそれぞれ流量制御弁を有していることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱発電プラント。
  3. 　前記低温側回路が、前記蓄熱槽の下流側にそれぞれ設置された三方弁を有しており、
    　前記三方弁が、切り替え制御により前記低温側回路を流れる前記蓄熱用熱媒を前記蓄熱槽の下流側から上流側に向けて流すように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の太陽熱発電プラント。
  4. 　前記蓄熱用熱媒が、空気であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽熱発電プラント。
  5. 　前記太陽熱発電プラントが、制御装置を有しており、
    　前記制御装置が、前記蓄熱槽から前記蓄熱用熱媒及び前記熱交換器を介して、前記発電用熱媒に熱エネルギを伝達し、前記熱エネルギを利用して前記発電装置で発電する蓄熱発電制御を行う構成を有していることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の太陽熱発電プラント。
  6. 　前記太陽熱発電プラントが、制御装置を有しており、
    　前記制御装置が、少なくとも一部の前記ヘリオスタットで太陽光を前記発電用受熱部に集光する太陽熱発電制御を行う構成と、
    　少なくとも一部の前記ヘリオスタットで太陽光を前記蓄熱用受熱部に集光する蓄熱制御を行う構成を有していることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の太陽熱発電プラント。
  7. 　太陽光を反射する複数のヘリオスタットと、前記ヘリオスタットで反射された太陽光を受光する受熱部と、前記受熱部から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する太陽熱発電プラントであり、
    　前記太陽熱発電プラントが、それぞれ独立した発電用熱媒回路と蓄熱用熱媒回路を有し、前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電力に変換する発電装置を有し、前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも１つの蓄熱槽と、前記蓄熱用熱媒の熱エネルギを前記発電用熱媒に移動させる熱交換器を有する太陽熱発電プラントの制御方法であって、
    　少なくとも一部の前記ヘリオスタットで太陽光を前記発電用受熱部に集光する太陽熱発電制御を行う太陽熱発電ステップと、
    　少なくとも一部の前記ヘリオスタットで太陽光を前記蓄熱用受熱部に集光する蓄熱制御を行う蓄熱ステップと、
    　前記蓄熱槽から前記蓄熱用熱媒及び前記熱交換器を介して前記発電用熱媒に熱エネルギを伝達し、前記熱エネルギを利用して前記発電装置で発電する蓄熱発電制御を行う蓄熱発電ステップを有することを特徴とする制御方法。
  8. 　前記太陽熱発電ステップを実行する際に、複数の前記蓄熱槽のうち少なくとも１つが放熱するように前記蓄熱発電ステップを同時に実行することを特徴とする請求項７に記載の制御方法。
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