JP5596715B2 - 太陽熱複合発電システム及び太陽熱複合発電方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽熱複合発電システム及び太陽熱複合発電方法に係り、特に、汽力発電のボイラ装置と太陽熱集熱装置を組み合わせて、ボイラ燃料用の化石燃料の使用量を減らすようにした太陽熱複合発電システム及び太陽熱複合発電方法に関する。
太陽熱を利用した発電システムとしては、太陽熱により蒸気を発生させ、この蒸気を用いて蒸気タービンを回す太陽熱発電システムや、特許文献１に記載のように、太陽熱エネルギを利用して圧縮性作動流体を加熱昇温して太陽熱ガスタービンを回す太陽熱発電システムがある。
また、太陽熱発電システムでは、夜明けから日没までの日中の天気の大きな変化を考慮する必要があり、例えば、特許文献２には、蒸気を発生させる熱交換器に太陽光によって加熱された熱媒体を供給する熱媒体供給通路の途中にバーナを用いた熱媒体加熱装置を設置し、太陽光によって加熱された熱媒体が温度変動している場合であっても、その温度が低下しているときの熱媒体を熱媒体加熱装置によって加熱して熱交換器に供給するようにし、蒸気タービンに供給される蒸気状態の変動を効果的に抑制することができるようにした太陽熱発電システムが提案されている。
また、特許文献３には、太陽熱エネルギと化石燃料の両方を用いた発電システムとして、太陽熱流体により圧縮空気を予熱してガスタービン燃焼器に供給する太陽熱予熱器と、ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収蒸気発生器からの加熱作動流体を太陽熱流体により加熱して蒸気タービンに蒸気を供給する太陽熱蒸発器／過熱器とを設けた太陽熱複合発電システムが提案されている。
太陽熱エネルギのみを用いた太陽熱発電システムでは、夜間や雨天等の太陽熱が得られない天候状態において、タービンを駆動するエネルギ源がなくなり、タービンを運転できない時間が増加し、稼働率の低下につながる。発電所は安定供給が第１の使命であり、太陽熱のみで発電所を建設することはリスクが高い。
従って、天候状態に影響を受けないで安定的に発電するために、化石燃料を併用した太陽熱発電システムが有効と考えられる。
化石燃料を併用した太陽熱発電システムとしては、特許文献２や３に記載の発電システムがあり、それぞれ、蒸気状態の変動抑制や、燃料や太陽熱エネルギの状況に応じた運転が可能などの効果がある。太陽熱利用としては、特許文献２では太陽熱で蒸気を発生するシステムであり、特許文献３ではガスタービン燃焼用の圧縮空気や蒸気タービンに供給する蒸気を太陽熱で加熱するシステムである。
本発明の目的は、化石燃料を併用した太陽熱発電システムであって、従来とは異なる太陽熱利用により、天候状態に影響を受けないで安定的に発電することが可能な太陽熱複合発電システム及び太陽熱複合発電方法を提供することにある。
本発明は、太陽熱エネルギをボイラの燃焼用空気の加熱源として活用するようにしたものであり、ボイラを加圧ボイラとして、圧縮した燃焼用空気を太陽熱エネルギで過熱して加圧ボイラに導入し、圧縮・過熱した燃焼用空気によりボイラ燃料を燃焼して高温高圧ガスを発生させ、この高温高圧ガスにより蒸気を発生させて蒸気タービンに供給し蒸気タービン発電機を駆動するとともに、加圧ボイラからの高圧排ガスを膨張ガスタービンに導入し、膨張ガスタービンによりボイラの燃焼用空気を圧縮する圧縮機とガスタービン発電機を駆動するようにしたことを特徴とする。
また、本発明は、加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間に減温器を設け、減温器により蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節するようにしたことを特徴とする。
また、本発明は、太陽熱蓄熱装置を備え、太陽熱蓄熱装置からの高温加熱媒体を用いて圧縮した燃焼用空気を過熱するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、天候状態に影響を受けないで安定的に発電することが可能な化石燃料を併用した新たな太陽熱複合発電システムを実現できる。
本実施例の太陽熱複合発電システムは、汽力発電のボイラ装置と太陽熱集熱装置を組み合わせて、ボイラ燃料用の化石燃料の使用量を減らすようにしたものである。具体的には、ボイラ装置を、例えば、火力発電の一形態である加圧流動床複合発電所におけるボイラ装置のように、圧力容器の中にボイラを設置した加圧ボイラ装置とし、加圧ボイラ装置には、燃焼用空気供給系統に太陽熱利用の空気過熱装置を設けている。そして、太陽熱エネルギによりボイラ燃焼用の高圧空気を過熱して加圧ボイラに投入し、燃料を空気燃焼させ、高温高圧ガスと作動流体の熱交換で発生した蒸気により蒸気タービンを駆動し、加圧ボイラの高圧排ガスによりガスタービンを駆動するようにしている。言い換えれば、加圧ボイラで蒸気と高温高圧ガスを生み出し、蒸気タービンとガスタービンを同時に駆動するようにしている。そして、ガスタービンによりボイラ燃焼用空気を圧縮し、また、発電を行うようにしている。
本実施例では、加圧ボイラに燃焼用空気を太陽熱利用で過熱して供給することから、以下、加圧ボイラを太陽熱加圧ボイラと称し、太陽熱複合発電システムを太陽熱加圧複合発電システムと称する。
以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。図１は、太陽熱加圧複合発電システムの系統図を示すもので、太陽熱集熱装置（太陽熱回収装置）１００、空気過熱装置２００、太陽熱加圧ボイラ装置３００、ガスタービン発電・圧縮装置４００、及び蒸気タービン発電装置５００からなる太陽熱加圧複合発電システムの一例を示している。
本実施例の太陽熱集熱装置１００は、太陽熱を集めると同時に蓄熱するもので、太陽光の集熱を行う太陽熱集熱部と太陽熱を蓄熱する太陽熱集熱装置から構成されている。本実施例では、太陽熱蓄熱装置を用いているが、太陽熱蓄熱装置を用いないで、太陽熱集熱部（太陽熱集熱器６３）から空気過熱装置２００に熱媒体を供給するようにしても良い。但し、本発明の太陽熱加圧複合発電システムからすれば、太陽熱蓄熱装置の利用は好適であり、また、天候の急変時や夜間の利用を考慮すると、太陽熱蓄熱装置を用いた方が良い。即ち、太陽熱蓄熱装置を用い、昼間に蓄熱しておいた太陽熱エネルギを利用して、化石燃料の燃焼用空気を夜間時に過熱して、夜間も太陽熱を活用した太陽熱加圧複合発電が行える。
太陽熱集熱部として、本実施例では、太陽光反射鏡（ヘリオスタット）５と太陽熱集熱器６３にて太陽熱を集熱するタワー式が用いられている。太陽熱集熱部としては、タワー式に限定されず、曲面反射鏡を使うトラフ型または長い平面鏡を使うフレネル型でも適用可能である。即ち、太陽熱を集熱する考え方はこの３種類とも同様であり、特に限定されない。
太陽熱蓄熱装置は、高温熱媒体蓄熱槽６と低温熱媒体蓄熱槽７とから構成されている。集熱した太陽熱エネルギを蓄熱或いは放熱するための蓄熱用の熱媒体として、本実施例では溶融塩を用いている。溶融塩としては硝酸ナトリウムや硝酸カリウムの溶融塩が用いられる。また、太陽熱エネルギを蓄熱する場合、太陽熱集熱器を流れる熱媒体（水など）と太陽熱蓄熱装置を流れる熱媒体（溶融塩）を別にし、太陽熱集熱器で集熱した熱媒体と太陽熱蓄熱装置からの低温熱媒体とを熱交換させて太陽熱蓄熱装置に蓄熱するようにしても良い。
太陽６０から発せられた太陽光６１は多数の太陽光反射鏡５で反射され太陽光反射光線６２となって太陽熱集熱器６３に集められる。太陽熱集熱器６３は太陽熱集熱塔４の頂上の高い位置に設置されている。
太陽熱集熱器６３で加熱された高温熱媒体は太陽熱集熱塔内高温熱媒体配管８内を流れ高温熱媒体蓄熱槽６に貯められる。高温熱媒体蓄熱槽６を出た高温熱媒体は高温熱媒体空気過熱器入口配管９と高温熱媒体空気過熱器入口弁５０を通過して、空気過熱器６６に導入され、空気圧縮機１５から送られてきた高圧空気をさらに過熱する（詳細は後述）。空気過熱器６６を出た低温熱媒体は、低温熱媒体空気過熱器出口配管１０と低温熱媒体空気過熱器出口弁５０を通過して低温熱媒体蓄熱槽７に貯められる。
低温熱媒体は、低温熱媒体蓄熱槽７内に設置された熱媒体循環ポンプ（図示省略）にて低温熱媒体蓄熱槽出口配管１１内を通過して太陽熱集熱器６３に移送され再加熱されて、高温熱媒体となり、再び、高温熱媒体蓄熱槽６を介して空気過熱器６６に送りこまれる。
このようにして集熱した太陽熱エネルギを、次のように汽力発電のボイラ装置に利用して、ボイラ燃料用の化石燃料の使用量を減らすようにしている。
即ち、本実施例では、回収した太陽熱エネルギを、特許文献３のようなガスタービンの燃焼用空気でなく、ボイラの燃焼用空気として活用するようにしている。そして、ボイラの燃焼用空気を圧縮空気としており、圧縮空気を太陽熱により過熱してボイラに投入し、燃料を燃焼させ高温高圧ガスを発生させるようにしている。言い換えれば、太陽熱エネルギと化石燃料燃焼エネルギを同時に活用するために、空気圧縮機から供給されるボイラ燃焼用空気をさらに太陽熱エネルギを使って過熱して、高温高圧空気に変えて太陽熱加圧ボイラに投入するようにしている。ボイラの排ガスは高圧排ガスとなることから、ガスタービンの作動流体として利用することができる。高圧排ガスで駆動されるガスタービンは、発電機の他に、ボイラの燃焼用空気の圧縮機の駆動源として利用するようにしている。
ガスタービン入り口ガス温度は太陽熱加圧ボイラ内の燃焼温度により確保されており、燃焼用空気温度が高ければ高いほど太陽熱加圧ボイラで燃焼させる燃料使用量は減少し、経済的である（高効率な太陽熱加圧複合発電システムとなる。）。同時に太陽熱加圧ボイラの燃焼ガス量の減少により有害な窒素酸化物や硫黄酸化物と二酸化炭素の排出量の大幅低減効果を同時にもたらす。
先ず、空気過熱装置２００について説明する。空気過熱装置２００は、燃焼用空気を過熱して太陽熱加圧ボイラ１に投入するために、空気圧縮機１５で加圧された高圧高温空気を太陽熱エネルギで加熱した高温熱媒体によりさらに昇温過熱するものである。空気過熱装置２００の空気過熱器６６には加熱媒体として太陽熱エネルギで加熱された高温熱媒体が導入され、被加熱媒体として圧縮空気が導入されている。
図２を用いて構造を詳細に説明する。図２は、図１の太陽熱加圧複合発電システムの中で、太陽熱集熱装置１００と空気過熱装置２００内の空気過熱器６６回りの系統を摘出して示すもので、同等の構成要素には図１と同一の符号を付してある。
空気過熱器６６にはその中に空気過熱器伝熱管７１が設けられている。高温熱媒体空気過熱器入口配管９を通じて送られる高温熱媒体蓄熱槽６からの高温熱媒体が空気過熱器６６の中に設けられた空気過熱器内伝熱管入口ヘッダーを介して空気過熱器伝熱管７１に供給される。一方、空気過熱器６６内に空気圧縮機１５からの圧縮空気が空気過熱器入口配管１６を通じて導入される。高温熱媒体は空気過熱器伝熱管７１中を順じ流れ、導入された圧縮空気をさらに過熱して自身は冷却され、空気過熱器６６出口の空気過熱器内伝熱管出口ヘッダーに集められる。また、空気過熱器伝熱管７１は、空気過熱器６６の圧縮空気入口側で温度が最も高い状態の高温熱媒体により圧縮空気を加熱し、空気過熱器６６の圧縮空気出口側で次に温度が高い状態の高温熱媒体により圧縮空気を過熱するように配置されている。過熱されて高温となった圧縮空気（高温高圧空気）は空気過熱器出口配管１７を通じて太陽熱加圧ボイラウインドボックス６９に送られ、ここで太陽熱加圧ボイラ１の燃焼用空気として利用される。空気過熱器６６内で熱交換を行なった高温熱媒体は低温熱媒体と変化して空気過熱器内伝熱管出口ヘッダーを介して空気加熱器６６から出て低温熱媒体空気過熱器出口配管１０を通じて低温熱媒体蓄熱槽７へ送られる。
空気過熱器６６の被過熱側に供給される圧縮空気は、ガスタービン発電・圧縮装置の空気圧縮機１５により作られる。空気入り口ダクト１２から取り入れられた空気は空気圧縮機入口弁１３を通過して空気圧縮機入口ダクト１４を流れ空気圧縮機１５に導入され圧縮される。空気圧縮機入口弁１３は、起動時、空気圧縮機１５のサージング事故を防ぐために絞り運用を行い、圧縮機吸い込み圧力を下げて空気流量を絞り、空気圧縮機１５の圧力比を規定値に保ち、空気圧縮機１５を安全に運用する。圧縮空気は、空気過熱器入口止弁６４を通過して空気過熱器入口配管１６内を流れて空気過熱器６６に導入される。ここで、空気圧縮機１５出口の圧縮空気は中温空気であり、空気過熱器６６においてさらに過熱されて昇温され高温空気となる。高温高圧空気は空気過熱器出口止弁６５を通過して空気過熱器出口配管１７内を流れ太陽熱加圧ボイラウインドボックス６９に投入されて、化石燃料の燃焼用の高温高圧空気として使用される。
次に、太陽熱加圧ボイラ装置３００について説明する。本実施例の太陽熱加圧ボイラ装置３００は、加圧流動床複合発電所におけるボイラ装置のように圧力容器（図示省略）の中にボイラを設置、若しくは、ボイラ自体を圧力容器としたもので、燃焼用空気が太陽熱エネルギで過熱された高温高圧空気であることに特徴がある。
太陽熱加圧ボイラ装置３００には太陽熱加圧ボイラウインドボックス６９が設けられており、太陽熱加圧ボイラウインドボックス６９には燃料ノズル７０が設置されている。
ボイラ燃料は化石燃料供給配管６８を流下して燃料ノズル７０内で高温空気と混ざり、太陽熱加圧ボイラ１内に噴射され、太陽熱加圧ボイラ１内で高温高圧空気を使って燃焼する。ボイラ燃料としては液化天然ガスまたは石油や石炭等の燃料が用いられる。
この燃焼により、高温高圧の燃焼ガスを生み出し、太陽熱加圧ボイラ１内に設けられた太陽熱加圧ボイラ蒸発器３９及び太陽熱加圧ボイラ過熱器４１で作動流体を加熱／過熱して主蒸気を作り出し、また、太陽熱加圧ボイラ再熱器２４で作動流体を過熱して再熱蒸気を作り出す。
熱交換した後の高圧燃焼ガスは膨張ガスタービン２に導入される。太陽熱加圧ボイラ過熱器４１からの主蒸気は主蒸気配管４２を通過して高圧蒸気タービン３に導入される。太陽熱加圧ボイラ再熱器２４からの再熱蒸気は高温再熱配管４４を通過して中低圧蒸気タービン２５に導入される。
本実施例の太陽熱加圧ボイラ装置３００には、太陽熱加圧ボイラ蒸発器３９と太陽熱加圧ボイラ過熱器４１との間に過熱器減温器が設けられ、過熱器減温器により蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節するようにしており、また、太陽熱加圧ボイラ再熱器２４の途中に再熱器減温器３０が設けられ、過熱器減温器により蒸気タービンに供給する再熱蒸気温度を調節するようにしている。これらの蒸気温度調整システムは、天候急変等（例えば、太陽光遮断時）で空気過熱器６６での過熱が変動（低下）して燃焼ガス温度が変動（低下）し、主蒸気温度や再熱蒸気温度が変動（低下）するのを抑制するのに有効であり、特に太陽熱蓄熱装置を持たない太陽熱発電システムの場合に有効である。
主蒸気温度の調整システムは、次のように構成されている。太陽熱加圧ボイラ蒸発器３９から加圧太陽熱ボイラ連絡配管４０を介して出た蒸気は過熱器減温器２８内で常時（太陽熱集熱装置が通常動作時）減温制御するようにしている。太陽熱加圧ボイラ過熱器４１を出る蒸気（主蒸気）の温度（主蒸気温度）は過熱器減温器スプレー調整弁２９から過熱器減温器２８内に供給されるスプレー水で常時制御されている。スプレー水はボイラ給水ポンプ３６出口の過熱器減温器スプレー配管５４を通過して過熱器減温器スプレー調整弁２９に供給される。
太陽熱エネルギ回収量が天候の急変により急に変動した場合、過熱器減温器スプレー調整弁２９のスプレー制御により対応することができる。即ち、太陽熱エネルギ回収量が変動することにより主蒸気温度が急低下する場合には、減温を急停止又は減温割合を急低下させるように、過熱器減温器スプレー調整弁２９にてスプレー水の量を急減する制御を行い、主蒸気が定格温度となるようにする。また、太陽熱エネルギの変動に対しては、急変動が落ち着いた後に、必要に応じてボイラ投入燃料量の増減操作を行い、発電出力の調整を行うようにする。
天候の急変により、太陽熱回収エネルギの回収量が急変し、主蒸気温度が急変した場合には、蒸気タービンの損傷事故発生が懸念されるが、本実施例では、スプレー水量を急減することにより蒸気温度を調整しているので、蒸気温度応答の遅れが生じない。そして、蒸気温度を一定に保つために新たな化石燃料の燃焼も不要である。
再熱蒸気温度の調整システムも同様に構成されている。即ち、太陽熱加圧ボイラ再熱器２４を出た蒸気は再熱器減温器３０を通過するときに、再熱器減温器スプレー調整弁４９により常時減温制御されており、太陽熱エネルギ回収量が天候の急変により変動した場合、再熱器減温器スプレー調整弁４９のスプレー制御により対応することができる。スプレー水はボイラ給水ポンプ３６のボイラ給水ポンプ中間段スプレー配管５２を通過して再熱器減温器スプレー調整弁４９に供給される。
次に、ガスタービン発電・圧縮装置４００について説明する。ガスタービン発電・圧縮装置は、膨張ガスタービン２と空気圧縮機１５とガスタービン発電機２３とで構成されている。
太陽熱加圧ボイラ１で生み出された高温高圧ガスは、太陽熱加圧ボイラ過熱器４１や加圧太陽熱ボイラ蒸発器３９等を流れる作動流体と熱交換して冷却され、高圧中温ガスとなり、太陽熱加圧ボイラ出口ガス配管１８内を流れて膨張ガスタービン入口弁６７を通過して膨張ガスタービン２に導入される。
膨張ガスタービン２を駆動して温度が下がったガスは、脱硝装置２６を通過して窒素酸化物が除去され、さらに、ガスタービン排熱回収器２０に導入される。ガスタービン排熱回収器２０内で、低圧給水加熱器３４を出た復水により熱回収されガス温度を下げた後に、脱硫装置２７に導入される。化石燃料成分として石油や石炭のごとく硫黄分を含む燃料を燃焼する場合この脱硫装置２７が必要となる。化石燃料成分として液化天然ガスのごとく硫黄分を含まない燃料を燃焼する場合この脱硫装置２７は必要とならない。脱硫装置出口ダクト２１を通過したガスは煙突２２を抜けて大気に排出される。
膨張ガスタービン２により空気圧縮機１５とガスタービン発電機２３が駆動される。空気圧縮機１５は上述したように構成されている。
次に、蒸気タービン発電装置５００について説明する。蒸気タービン発電装置５００は蒸気タービン（高圧蒸気タービン３と中低圧蒸気タービン２５）と蒸気タービン発電機３１により構成されている。高圧蒸気タービン３と中低圧蒸気タービン２５は同軸で構成されており、蒸気タービン発電機３１を駆動して発電する。
太陽熱加圧ボイラ１で発生した蒸気は主蒸気配管４２内を流れ高圧蒸気タービン３に導入される。高圧蒸気タービン３の排気蒸気は低温再熱配管４３内を流れ太陽熱加圧ボイラ再熱器２４にて蒸気が再熱され高温再熱配管４４を流下して中低圧蒸気タービン２５に導入される。
中低圧蒸気タービン２５の排気蒸気は復水器３２に排出され冷却され復水に戻る。この復水は復水ポンプ３３により昇圧され低圧給水加熱器３４とガスタービン排熱回収器２０にて加熱され脱気器３５に入る。脱気器３５を出た給水はボイラ給水ポンプ３６にて昇圧され、高圧給水加熱器入口給水管５３を通じて高圧給水加熱器３７に送られる。高圧給水加熱器３７にて昇温された給水は太陽熱ボイラ給水配管３８にて太陽熱加圧ボイラ蒸発器３９に導かれる。
中低圧蒸気タービン２５から抽気した抽気蒸気は低圧給水加熱器加熱配管５５内を流れ低圧給水加熱器３４に導かれ復水ポンプ３３出口の復水を加熱した後、ドレンとなり低圧給水加熱器ドレン配管４８を通過して復水器３２に流れる。また、中低圧蒸気タービン２５から抽気した抽気蒸気は脱気器加熱配管４５内を流れ脱気器３５に流下して、復水と合流して復水を加温脱気してボイラ給水ポンプ３６に流れる。
高圧蒸気タービン３から抽気した抽気蒸気は高圧給水加熱器加熱配管４６内を流れ高圧給水加熱器３７に導かれ給水ポンプ３６出口の給水を加熱した後、ドレンとなり高圧給水加熱器ドレン配管４７を通過して復水器３２に流れる。
本実施例によれば、コストがかからない太陽熱エネルギを、太陽熱加圧ボイラの燃焼用空気の過熱エネルギとして回収利用して、太陽熱加圧ボイラの高圧排ガスをガスタービンの作動流体と利用しているので、化石燃料の使用量を大幅に減少させて発電を行うことができる。さらに、液化天然ガスのような化石燃料を燃焼する場合、硫黄酸化物の発生がなく、かつ燃費の向上により窒素酸化物の発生量が減らせることができ、脱硝装置の負担を軽減できる。また、石油や石炭のような化石燃料を燃焼する場合は、脱硫装置の負担を軽減できる。これらにより発電コストを大幅に低減することが可能な太陽熱複合発電システムを提供することができる。
また、太陽熱発電の弱点である、天候の変動による、太陽熱エネルギの変動が生じても、太陽熱エネルギと化石燃料エネルギを併用しているので、安定した太陽熱発電が可能となる。また、本実施例では、太陽熱蓄熱装置及び／又は減温器スプレーによる主蒸気温度／再熱蒸気温度の調整システムを備えているので、さらに、天候の急変による、太陽熱エネルギの急変が生じても、安定した太陽熱発電が可能となる。また、本実施例では、太陽熱蓄熱装置を備え（好ましくは減温器スプレーによる主蒸気温度／再熱蒸気温度の調整システムも備え）、太陽熱エネルギと化石燃料の燃焼エネルギとの組み合わせでボイラを運転しているので、夜間太陽熱エネルギが回収できない場合でも、太陽熱を一部活用しながら発電を継続することができ、経済的な太陽熱発電が可能である。
また、太陽熱エネルギの供給先を一箇所に絞っていることから、特許文献３のように、回収した太陽熱エネルギをガスタービン燃焼器側とガスタービン排熱回収ボイラの発生蒸気側に分割制御する場合と比べて制御システムが複雑化することがない。
１ 太陽熱加圧ボイラ
２ 膨張ガスタービン
３ 高圧蒸気タービン
４ 太陽熱集熱塔
５ 太陽光反射鏡（ヘリオスタット）
６ 高温熱媒体蓄熱槽
７ 低温熱媒体蓄熱槽
８ 太陽熱集熱塔内高温熱媒体配管
９ 高温熱媒体空気過熱器入口配管
１０ 低温熱媒体空気過熱器出口配管
１１ 低温熱媒体蓄熱槽出口配管
１２ 空気入り口ダクト
１３ 空気圧縮機入口弁
１４ 空気圧縮機入口ダクト
１５ 空気圧縮機
１６ 空気過熱器入口配管
１７ 空気過熱器出口配管
１８ 太陽熱加圧ボイラ出口ガス配管
１９ 膨張タービン出口ダクト
２０ ガスタービン排熱回収器
２１ 脱硫装置出口ダクト
２２ 煙突
２３ ガスタービン発電機
２４ 太陽熱加圧ボイラ再熱器
２５ 中低圧蒸気タービン
２６ 脱硝装置
２７ 脱硫装置
２８ 過熱器減温器
２９ 過熱器減温器スプレー調整弁
３０ 再熱器減温器
３１ 蒸気タービン発電機
３２ 復水器
３３ 復水ポンプ
３４ 低圧給水加熱器
３５ 脱気器
３６ ボイラ給水ポンプ
３７ 高圧給水加熱器
３８ 太陽熱加圧ボイラ給水管
３９ 太陽熱加圧ボイラ蒸発器
４０ 太陽熱加圧ボイラ連絡配管
４１ 太陽熱加圧ボイラ過熱器
４２ 主蒸気配管
４３ 低温再熱配管
４４ 高温再熱配管
４５ 脱気器加熱配管
４６ 高圧給水加熱器加熱配管
４７ 高圧給水加熱器ドレン配管
４８ 低圧給水加熱器ドレン配管
４９ 再熱器減温器スプレー調整弁
５０ 高温熱媒体空気過熱器入口弁
５１ 低温熱媒体空気過熱器出口弁
５２ ボイラ給水ポンプ中間段スプレー配管
５３ 高圧給水加熱器入口給水管
５４ 過熱器減温器スプレー配管
５５ 低圧給水加熱器加熱配管
６０ 太陽
６１ 太陽光
６２ 太陽光反射光線
６３ 太陽熱集熱器
６４ 空気過熱器入口止弁
６５ 空気過熱器出口止弁
６６ 空気過熱器
６７ 膨張ガスタービン入口弁
６８ 化石燃料供給配管
６９ 太陽熱加圧ボイラウインドボックス
７０ 燃料ノズル
７１ 空気過熱器伝熱管
１００ 太陽熱集熱装置
２００ 空気過熱装置
３００ 太陽熱加圧ボイラ装置
４００ ガスタービン発電・圧縮装置
５００ 蒸気タービン発電装置
２ 膨張ガスタービン
３ 高圧蒸気タービン
４ 太陽熱集熱塔
５ 太陽光反射鏡（ヘリオスタット）
６ 高温熱媒体蓄熱槽
７ 低温熱媒体蓄熱槽
８ 太陽熱集熱塔内高温熱媒体配管
９ 高温熱媒体空気過熱器入口配管
１０ 低温熱媒体空気過熱器出口配管
１１ 低温熱媒体蓄熱槽出口配管
１２ 空気入り口ダクト
１３ 空気圧縮機入口弁
１４ 空気圧縮機入口ダクト
１５ 空気圧縮機
１６ 空気過熱器入口配管
１７ 空気過熱器出口配管
１８ 太陽熱加圧ボイラ出口ガス配管
１９ 膨張タービン出口ダクト
２０ ガスタービン排熱回収器
２１ 脱硫装置出口ダクト
２２ 煙突
２３ ガスタービン発電機
２４ 太陽熱加圧ボイラ再熱器
２５ 中低圧蒸気タービン
２６ 脱硝装置
２７ 脱硫装置
２８ 過熱器減温器
２９ 過熱器減温器スプレー調整弁
３０ 再熱器減温器
３１ 蒸気タービン発電機
３２ 復水器
３３ 復水ポンプ
３４ 低圧給水加熱器
３５ 脱気器
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３７ 高圧給水加熱器
３８ 太陽熱加圧ボイラ給水管
３９ 太陽熱加圧ボイラ蒸発器
４０ 太陽熱加圧ボイラ連絡配管
４１ 太陽熱加圧ボイラ過熱器
４２ 主蒸気配管
４３ 低温再熱配管
４４ 高温再熱配管
４５ 脱気器加熱配管
４６ 高圧給水加熱器加熱配管
４７ 高圧給水加熱器ドレン配管
４８ 低圧給水加熱器ドレン配管
４９ 再熱器減温器スプレー調整弁
５０ 高温熱媒体空気過熱器入口弁
５１ 低温熱媒体空気過熱器出口弁
５２ ボイラ給水ポンプ中間段スプレー配管
５３ 高圧給水加熱器入口給水管
５４ 過熱器減温器スプレー配管
５５ 低圧給水加熱器加熱配管
６０ 太陽
６１ 太陽光
６２ 太陽光反射光線
６３ 太陽熱集熱器
６４ 空気過熱器入口止弁
６５ 空気過熱器出口止弁
６６ 空気過熱器
６７ 膨張ガスタービン入口弁
６８ 化石燃料供給配管
６９ 太陽熱加圧ボイラウインドボックス
７０ 燃料ノズル
７１ 空気過熱器伝熱管
１００ 太陽熱集熱装置
２００ 空気過熱装置
３００ 太陽熱加圧ボイラ装置
４００ ガスタービン発電・圧縮装置
５００ 蒸気タービン発電装置
Claims (11)
- 太陽熱集熱装置と、前記太陽熱集熱装置で集熱した熱媒体を加熱媒体とする空気過熱器と、前記空気過熱器に被加熱媒体として圧縮空気を供給する空気圧縮機と、前記空気圧縮機を駆動するガスタービンと、前記ガスタービンにより駆動されるガスタービン発電機と、前記空気過熱器で過熱された圧縮空気を燃焼用空気として導入して化石燃料を燃焼させ、燃焼ガスにより蒸気を発生させると共に燃焼排ガスを前記ガスタービンに供給する加圧ボイラと、前記加圧ボイラで発生した蒸気を導入する蒸気タービンと、前記蒸気タービンにより駆動される発電機を備えることを特徴とする太陽熱複合発電システム。
- 請求項１に記載の太陽熱複合発電システムにおいて、
前記加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間に減温器を設け、前記減温器により蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節するようにしたことを特徴とする太陽熱複合発電システム。 - 請求項１に記載の太陽熱複合発電システムにおいて、
前記蒸気タービンとして高圧蒸気タービンと中低圧蒸気タービンとを有し、
前記加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間に高圧蒸気タービンに供給する主蒸気の減温器を設け、前記主蒸気の減温器により前記高圧蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節し、
前記加圧ボイラの再熱器の途中に前記中低圧蒸気タービンに供給する再熱蒸気の減温器を設け、前記再熱蒸気の減温器により前記中低圧蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節するようにしたことを特徴とする太陽熱複合発電システム。 - 請求項１に記載の太陽熱複合発電システムにおいて、
前記太陽熱集熱装置は、太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で集熱した太陽熱を蓄熱する蓄熱装置とを有することを特徴とする太陽熱複合発電システム。 - 請求項１に記載の太陽熱複合発電システムにおいて、
前記加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間に減温器を設け、前記減温器により蒸気タービンに供給する蒸気温度を調節するようにし、
前記太陽熱集熱装置は、太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で集熱した太陽熱を蓄熱する蓄熱装置とを有することを特徴とする太陽熱複合発電システム。 - 請求項１に記載の太陽熱複合発電システムにおいて、
前記空気圧縮機の入口に空気吸い込み量絞り機能を持つ圧縮機入口弁を設けたことを特徴とする太陽熱複合発電システム。 - 請求項１に記載の太陽熱複合発電システムにおいて、
前記空気過熱器は、前記太陽熱集熱装置からの熱媒体を管内にながし、管外に流れる前記空気圧縮機からの圧縮空気を過熱する伝熱管を備えることを特徴とする太陽熱複合発電システム。 - 圧縮した燃焼用空気を太陽熱エネルギで過熱して加圧ボイラに導入し、圧縮・過熱した燃焼用空気によりボイラ燃料を燃焼して高温高圧ガスを発生させ、この高温高圧ガスにより蒸気を発生させて蒸気タービンに供給し蒸気タービン発電機を駆動するとともに、前記加圧ボイラで熱交換して冷却された中温高圧ガスをガスタービンに導入し、ガスタービンにより前記ボイラの燃焼用空気を圧縮する圧縮機とガスタービン発電機を駆動するようにしたことを特徴とする太陽熱複合発電方法
- 請求項８に記載の太陽熱複合発電方法において、
通常運転時、前記加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間で、前記蒸発器で発生した蒸気を常に減温し、天候急変により太陽熱エネルギが急減した場合、前記減温を停止若しくは前記減温の割合を小さくして、前記過熱器から前記蒸気タービンに供給される蒸気温度の変動を抑制するようにしたことを特徴とする太陽熱複合発電方法。 - 請求項８に記載の太陽熱複合発電方法において、
前記太陽熱エネルギを蓄熱装置に蓄熱し、
太陽熱エネルギを活用できない時間帯は、前記蓄熱装置内の太陽熱エネルギを取り出し、前記燃焼用空気を過熱することを特徴とする太陽熱複合発電方法。 - 請求項１０に記載の太陽熱複合発電方法において、
通常運転時、前記加圧ボイラの蒸発器と過熱器との間で、前記蒸発器で発生した蒸気を常に減温し、前記太陽熱エネルギを活用できない時間帯は、前記減温を停止若しくは前記減温の割合を小さくして太陽熱複合発電を継続するようにしたことを特徴とする太陽熱複合発電方法。
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