JP6799697B1 - Power plant and power generation method - Google Patents
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Abstract
電力エネルギー創出に伴い発生する廃棄物を削減できる発電プラントの実現を、解決すべき課題とする。複数の光源を備え、複数の光源の少なくとも一部からの放射光を領域に集光する、光熱系統と、領域を熱源として蒸気を発生させる蒸気発生器、および、蒸気を動力源として駆動し発電するタービン発電機を備える、蒸気系統と、タービン発電機から供給される電力を複数の光源の少なくとも一部に配電するための、配電網を備える、電力系統と、を備える。The realization of a power plant that can reduce the waste generated by the creation of electric power energy is an issue to be solved. A photothermal system that has multiple light sources and collects radiated light from at least a part of the multiple light sources into a region, a steam generator that generates steam using the region as a heat source, and power generation driven by steam as a power source. A steam system comprising a turbo generator and a power system including a distribution network for distributing power supplied from the turbo generator to at least a part of a plurality of light sources.
Description
本発明は、発電プラントおよび発電方法に関する。 The present invention relates to a power plant and a power generation method.
発電プラントに関する技術改善は、地球環境の持続可能性を担保する上で、課題の1つとして認識されている。そして、当該技術改善における最重要項目の1つは、エネルギー創出のためのリソースマネジメントである。 Technological improvement related to power plants is recognized as one of the issues in ensuring the sustainability of the global environment. And one of the most important items in the technical improvement is resource management for energy creation.
発電プラントにおけるリソースマネジメントは、タービンに供給される熱エネルギーの源となるリソースの、調達、管理および廃棄を、指す。現代社会におけるリソースは、石炭、石油および天然ガスを含む化石燃料と、ウランおよびプルトニウムを含む核燃料と、を指す。また、近年では、太陽光エネルギーおよび風力エネルギーを含む自然エネルギーを代替リソースとする提案が、なされている。 Resource management in a power plant refers to the procurement, management and disposal of resources that are the source of the thermal energy supplied to the turbine. Resources in modern society refer to fossil fuels, including coal, oil and natural gas, and nuclear fuels, including uranium and plutonium. In recent years, proposals have been made to use natural energy including solar energy and wind energy as alternative resources.
化石燃料に基づく発電プラントは、化石燃料が枯渇性資源であるが故に、環境学的観点または経済学的観点において不安定な電源であるといえる。また、化石燃料は、燃焼に起因する排気ガスを含む副産物が地球環境に悪影響を及ぼすことから、地球環境の持続可能性を担保する上で、好適ではない。 A power plant based on fossil fuels can be said to be an unstable power source from an environmental or economic point of view because fossil fuels are a depleting resource. In addition, fossil fuels are not suitable for ensuring the sustainability of the global environment because by-products including exhaust gas caused by combustion adversely affect the global environment.
核燃料に基づく発電プラントは、核***反応による生成熱がタービン発電機の動力源となる。核燃料は、エネルギー密度が高く備蓄が容易であり、また、使用済燃料を再処理することで資源燃料として再利用できることから、核燃料に基づく電力エネルギーは、資源依存度が低い準国産エネルギーと位置づけられていた(非特許文献1)。 In nuclear fuel-based power plants, the heat generated by the fission reaction is the power source for turbine generators. Nuclear fuel has a high energy density and is easy to store, and since it can be reused as a resource fuel by reprocessing spent fuel, electric energy based on nuclear fuel is positioned as quasi-domestic energy with low resource dependence. (Non-Patent Document 1).
自然エネルギーに基づく発電プラントは、自然エネルギーが半永久資源であるが故に、リソースの調達コストを軽減できる。しかし、不確定性を有する気象現象にリソースの絶対量が影響され、エネルギー密度が化石燃料や核燃料と比較して小さいため、当該発電プラントは、電力網の運用上、安定性に欠けるという問題点を有する(非特許文献2)。 Power plants based on renewable energy can reduce the cost of procuring resources because renewable energy is a semi-permanent resource. However, since the absolute amount of resources is affected by uncertain meteorological phenomena and the energy density is smaller than that of fossil fuels and nuclear fuels, the power plant has a problem of lacking stability in the operation of the power grid. Has (Non-Patent Document 2).
これまで、エネルギー自給率の改善を目的として、発電プラントにおけるリソースを、核燃料を含む非化石燃料へ転換する試みがなされてきた(非特許文献1)。しかし、核燃料をリソースとする発電プラント(原子力発電所)の停止と、脱炭素社会への移行過程における不確実性と、が着目されるにつれ、安定的なリソース供給が期待できる化石燃料への再転換がなされている(非特許文献3)。これにより、化石燃料由来の廃棄物が増加し、地球環境の持続可能性を担保することが、容易ではなくなっており、廃棄物フリー(ゼロウェイスト)のシステムが求められている。ゼロウェイストとは、廃棄物を限りなく減らす、という考え方を意味する。 So far, attempts have been made to convert resources in power plants to non-fossil fuels including nuclear fuel for the purpose of improving the energy self-sufficiency rate (Non-Patent Document 1). However, as the shutdown of power plants (nuclear power plants) that use nuclear fuel as resources and the uncertainty in the process of transition to a carbon-free society are attracting attention, the reintroduction to fossil fuels, which can be expected to provide a stable supply of resources. Conversion has been made (Non-Patent Document 3). As a result, the amount of fossil fuel-derived waste has increased, making it difficult to ensure the sustainability of the global environment, and a waste-free (zero waste) system is required. Zero waste means the idea of reducing waste as much as possible.
特許文献1によると、太陽光によって励起されることにより生じたレーザー光を受光する地上に設置されたレーザー受光部と、レーザー受光部が受光したレーザー光を利用して発電する地上に設置された発電装置と、を備え、レーザー受光部は、受光したレーザー光を所定の位置及び範囲に集光するように反射させる凹面鏡を備え、発電装置は、凹面鏡から反射されたレーザー光が照射されることによって熱媒体から蒸気を発生させる蒸気発生部と、蒸気発生部によって発生された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、蒸気タービンの駆動力によって駆動される発電機と、を備えている発電システムによって、太陽光をエネルギー源として得られるエネルギーを効率的に搬送すると共に、そのエネルギーを利用して大規模な発電を行うことができる発電システムを提供する(特許文献1)。 According to Patent Document 1, a laser light receiving unit installed on the ground that receives laser light generated by being excited by sunlight and a laser light receiving unit installed on the ground that generates energy by using the laser light received by the laser light receiving unit. The power generation device is provided with a concave mirror that reflects the received laser light so as to be focused on a predetermined position and range, and the power generation device is irradiated with the laser light reflected from the concave mirror. By a power generation system comprising a steam generator that generates steam from a heat medium, a steam turbine driven by the steam generated by the steam generator, and a generator driven by the driving force of the steam turbine. Provided is a power generation system capable of efficiently transporting energy obtained by using sunlight as an energy source and using the energy to generate a large-scale power generation (Patent Document 1).
特許文献2によると、太陽熱を集熱して水から飽和蒸気を生成する太陽熱集熱システム、太陽熱集熱システムの飽和蒸気により駆動可能な飽和蒸気タービンを有する発電システム、太陽熱集熱システムの飽和蒸気及び発電システムの水を導入可能な蓄熱放熱システムを備える。蓄熱放熱システムは、固体蓄熱材で形成した蓄熱槽を含み、太陽熱集熱システムの飽和蒸気又は発電システムの水と熱交換する蓄熱放熱装置、太陽熱集熱システムの飽和蒸気を蓄熱放熱装置に供給する第1の蒸気供給配管、発電システムの水を蓄熱放熱装置に供給する給水配管、蓄熱放熱装置との熱交換で生じた気液二相流体を飽和蒸気と飽和水に分離する汽水分離器、分離した飽和蒸気を飽和蒸気タービンに供給する第2の蒸気供給配管を備える太陽熱発電システムを提供する(特許文献2)。 According to Patent Document 2, a solar heat collecting system that collects solar heat to generate saturated steam from water, a power generation system having a saturated steam turbine that can be driven by the saturated steam of the solar heat collecting system, saturated steam of the solar heat collecting system, and It is equipped with a heat storage and heat dissipation system that can introduce water from the power generation system. The heat storage and heat dissipation system includes a heat storage tank formed of a solid heat storage material, and supplies the saturated steam of the solar heat collection system or the heat storage and heat dissipation device that exchanges heat with the water of the power generation system, and the saturated steam of the solar heat collection system to the heat storage and heat dissipation device. First steam supply pipe, water supply pipe that supplies water from the power generation system to the heat storage radiator, steam water separator that separates the gas-liquid two-phase fluid generated by heat exchange with the heat storage radiator into saturated steam and saturated water, separation Provided is a solar thermal power generation system including a second steam supply pipe for supplying the saturated steam to the saturated steam turbine (Patent Document 2).
しかしながら、地上における自然太陽光の放射強度は、天候を含む地球環境に左右されるため、集光による熱生成に基づき、発電プラントの運転に要される放射強度を安定的に確保することは、容易ではない。 However, since the radiant intensity of natural sunlight on the ground depends on the global environment including the weather, it is not possible to stably secure the radiant intensity required for the operation of a power plant based on heat generation by condensing light. It's not easy.
近年では、複数の光源からなる人工太陽(ソーラシミュレータ)の研究が推し進められている。非特許文献4では、18基の放射光モジュールから発せられる放射光を5cm直径の微小領域に集光することで、7.5kWの放射強度を達成した研究報告が、なされている。非特許文献5および6では、149基のキセノンランプからなる人工太陽に関する報告の記載がされている。非特許文献6では、280kWの放射強度を達成した例について、報告がなされている。非特許文献4、5および6を鑑みると、発電プラントにおけるリソース候補として、人工太陽を挙げることができる。 In recent years, research on an artificial sun (solar simulator) consisting of multiple light sources has been promoted. Non-Patent Document 4 reports a research that achieves a radiant intensity of 7.5 kW by condensing synchrotron radiation emitted from 18 synchrotron radiation modules into a minute region having a diameter of 5 cm. Non-Patent Documents 5 and 6 describe a report on an artificial sun consisting of 149 xenon lamps. Non-Patent Document 6 reports an example of achieving a radiant intensity of 280 kW. In view of Non-Patent Documents 4, 5 and 6, artificial sun can be mentioned as a resource candidate in a power plant.
特許文献3によると、原子力発電所の核燃料棒・核***反応制御棒及び放射性成分を一掃撤去し、全設備を活用利用して太陽光発電に転換する。核燃料棒の代わりに、耐熱加熱棒を炉の下部水域から中央上部に通し、炉の上端部で耐熱加熱棒の周りを耐熱部材で強固に密封し、炉から上に出た耐熱加熱棒の先端部の周りを耐熱内壁ミラーボックスで囲み、その最上部先端を円錐形にして露出配備する。この耐熱加熱棒の最上部先端に、太陽光熱を集光した焦点を直接焦射して炉内の水を熱し水蒸気を発生させて蒸気タービンを回し、発電機を回転させて発電する(特許文献3)。このことから、既存の発電プラントを流用し、クリーンエネルギーへと転換せんとする技術潮流は、大きくなりつつある。 According to Patent Document 3, nuclear fuel rods, fission reaction control rods, and radioactive components of nuclear power plants will be wiped out, and all facilities will be utilized to convert to solar power generation. Instead of the nuclear fuel rod, pass the heat-resistant heating rod from the lower water area of the furnace to the upper center, tightly seal the circumference of the heat-resistant heating rod with a heat-resistant member at the upper end of the furnace, and the tip of the heat-resistant heating rod protruding from the furnace. Surround the part with a heat-resistant inner wall mirror box, and make the tip of the uppermost part conical and deploy it exposed. A focal point that collects solar heat is directly focused on the top tip of this heat-resistant heating rod to heat the water in the furnace to generate steam, which turns a steam turbine and rotates a generator to generate electricity (Patent Documents). 3). For this reason, the technological trend of diverting existing power plants to convert to clean energy is increasing.
着目すべき点は、人工太陽やソーラシミュレータであれば、化石燃料および核燃料の利用において問題視される廃棄物の発生を抑えられることにある。そのため、ゼロウェイスト型エネルギー創出の実現が、人工太陽の活用により、期待される。 It should be noted that artificial sun and solar simulators can suppress the generation of waste, which is a problem in the use of fossil fuels and nuclear fuels. Therefore, the realization of zero-waste energy creation is expected by utilizing the artificial sun.
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、電力エネルギー創出に伴い発生する廃棄物を削減できる発電プラントの実現を、解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the realization of a power plant capable of reducing the waste generated by the generation of electric power energy is an issue to be solved.
上記課題を解決するために、本発明は、ゼロウェイスト型エネルギー創出を実現するための、発電プラントであって、複数の光源を備え、複数の光源の少なくとも一部からの放射光を領域に集光する、光熱系統と、領域を熱源として蒸気を発生させる蒸気発生器、および、蒸気を動力源として駆動し電力を発電するタービン発電機を備える、蒸気系統と、タービン発電機から供給される電力を複数の光源の少なくとも一部に配電するための、配電網を備える、電力系統と、を備える。このような構成とすることで、本発明は、化石燃料の燃焼、または、核燃料の核***反応による、廃棄物の発生を抑えられる、発電プラントを、実現できる。また、本発明は、自然エネルギーに基づく発電ではないため、電源としての安定性を担保できる、という技術的効果を、奏する。 In order to solve the above problems, the present invention is a power generation plant for realizing zero-waste energy creation, which is provided with a plurality of light sources and collects radiated light from at least a part of the plurality of light sources in a region. A steam system and power supplied from a turbine generator, which comprises a light-emitting photothermal system, a steam generator that generates steam using a region as a heat source, and a turbo generator that is driven by steam as a power source to generate electric power. The power system is provided with a distribution network for distributing power to at least a part of a plurality of light sources. With such a configuration, the present invention can realize a power plant capable of suppressing the generation of waste due to the combustion of fossil fuel or the fission reaction of nuclear fuel. Further, since the present invention is not power generation based on natural energy, it has a technical effect that stability as a power source can be ensured.
本発明の好ましい形態では、光源は、エリプソイダルリフレクターを備える。このような構成とすることで、本発明は、領域への放射光の集光を、容易にする、という技術的効果を、奏する。 In a preferred embodiment of the invention, the light source comprises an ellipsoidal reflector. With such a configuration, the present invention has a technical effect of facilitating the collection of synchrotron radiation to a region.
本発明の好ましい形態では、光源は、キセノンガスを励起源とするショートアークランプである。このような構成とすることで、本発明は、領域における放射強度を向上できる、という技術的効果を、奏する。 In a preferred embodiment of the invention, the light source is a short arc lamp with xenon gas as the excitation source. With such a configuration, the present invention has a technical effect that the radiation intensity in the region can be improved.
本発明の好ましい形態では、領域は、1メートル四方以下の面積である。このような構成とすることで、本発明は、領域における放射強度を向上できる、という技術的効果を、奏する。 In a preferred embodiment of the present invention, the area is an area of 1 meter square or less. With such a configuration, the present invention has a technical effect that the radiation intensity in the region can be improved.
本発明の好ましい形態では、ゼロウェイスト型エネルギー創出を実現するための、発電プラントであって、タービン発電機から排気される蒸気を凝縮し水を発生させる復水器と、光熱系統および蒸気系統に対して、少なくとも前記水を、給水する給水器と、を含む、給水系統を、備え、電力系統は、配電網を介して、電力を給水系統に配電する。このような構成とすることで、本発明は、光熱系統、蒸気系統および給水系統を介した、水循環を実現し、光熱系統における光源を、好適に冷却できる、という技術的効果を、奏する。 In a preferred embodiment of the present invention, a power plant for realizing zero-waste energy creation, a water condensing device that condenses steam exhausted from a turbo generator to generate water, and a photothermal system and a steam system. On the other hand, a water supply system including at least a water dispenser for supplying the water is provided, and the power system distributes power to the water supply system via a power distribution network. With such a configuration, the present invention achieves the technical effect of realizing water circulation via the photothermal system, the steam system, and the water supply system, and appropriately cooling the light source in the photothermal system.
本発明では、ゼロウェイスト型エネルギー創出を実現するための、発電方法であって、複数の光源の少なくとも一部からの放射光を蒸気発生器と熱接続された領域に集光し、領域を熱源として蒸気発生器において蒸気を発生させ、蒸気を動力源としてタービン発電機を駆動し電力を発電させ、電力を複数の光源の少なくとも一部に配電する。 The present invention is a power generation method for realizing zero-waste energy creation, in which radiation from at least a part of a plurality of light sources is collected in a region thermally connected to a steam generator, and the region is heat-sourced. The steam is generated in the steam generator, the turbo generator is driven by the steam as a power source to generate electric power, and the electric power is distributed to at least a part of a plurality of light sources.
本発明の好ましい形態では、前記領域を、原子力発電所又は火力発電所における熱源の少なくとも一部とする。このような構成とすることで、既存の原子力発電所や火力発電所等のその発電に熱源を要する発電プラントにおいて、放射光が集光された領域を熱源として導入し、ゼロウェイスト型エネルギー創出の実現に寄与することができる。また、このような構成とすることで、既存の原子力発電所や火力発電所等の発電プラントにおいて、既存の熱源を、放射光が集光された領域を熱源に繋ぎ変え、ゼロウェイスト型エネルギー創出の実現に寄与することができる。 In a preferred embodiment of the invention, the area is at least part of a heat source in a nuclear or thermal power plant. With such a configuration, in a power generation plant such as an existing nuclear power plant or thermal power plant that requires a heat source for its power generation, a region where radiated light is condensed is introduced as a heat source to create zero waste energy. It can contribute to the realization. In addition, with such a configuration, in power plants such as existing nuclear power plants and thermal power plants, the existing heat source is connected to the area where the radiated light is condensed to the heat source, and zero waste type energy is created. Can contribute to the realization of.
本発明によれば、廃棄物を削減できるゼロウェイスト型エネルギー創出を行う発電プラントを、実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a power plant that creates zero-waste energy that can reduce waste.
以下、図面を用いて、本発明に係る発電プラントについて説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の一例であり、本発明を以下の実施形態に限定するものではない。本発明に係る実施形態は、様々な構成を採用できる。 Hereinafter, the power plant according to the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments shown below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. Various configurations can be adopted for the embodiment according to the present invention.
図1に示すとおり、発電プラント1は、光熱系統10と、蒸気系統20と、給水系統30と、電力系統40と、情報系統50と、を備える。
As shown in FIG. 1, the power generation plant 1 includes a
光熱系統10は、光源10Sと、領域10Rと、を備える。光源10Sから放射された放射光Lは、領域10Rに集光される。熱Hは、放射光Lが集光された領域10Rにおいて生成され、領域10Rから蒸気系統20へと伝導する。
The
蒸気系統20は、ボイラーを含む蒸気発生器20Bを備える。このとき、領域10Rと蒸気発生器20Bは、熱接続される。蒸気系統20は、過熱器20H1、20H2および20H3を、備える。蒸気系統20は、タービン20T1、20T2および20T3と、発電機20Gと、を含むタービン発電機20TGを、さらに備える。蒸気系統20は、領域10Rを熱源として、蒸気Sを生成し、タービン20T1、20T2および20T3へ、蒸気Sを導く。タービン20T1、20T2および20T3は、蒸気Sが有する熱エネルギーを運動エネルギーに変換し、発電機20Gを駆動させる。
The
給水系統30は、蒸気系統20から排気された蒸気Sを凝縮し水Wを生成する復水器30Cと、光熱系統10および蒸気系統20に対して水Wを給水する給水器30Pと、給水量を調整するためのバルブ30V1、30V2および30V3と、を備える。給水器30Pは、好ましくは、ポンプの態様で実現される。
The
電力系統40は、発電機20Gと接続された配電網40N(図示せず)と、昇圧を含む電圧調整を行う電圧調整器40Tと、を備える。本実施形態において、電力系統40は、少なくとも、光熱系統10と、給水系統30と、情報系統50と、に対して、電力Eを配電する。
The power system 40 includes a distribution network 40N (not shown) connected to the
情報系統50は、コンピュータ装置50Cと、ネットワーク50Nと、センサ端末50Sと、を備える。コンピュータ装置50Cは、例として、発電プラント1における電力収支や、蒸気Sに係る温度、流量および圧力を含む情報Dを格納し、監視するために用いられる。このとき、コンピュータ装置50Cは、ネットワーク50Nを介して、光熱系統10、蒸気系統20、給水系統30および電力系統40の少なくとも1つに備えられるセンサ端末50Sが取得した情報Dを、管理する。
The
図2に示すとおり、本実施形態における発電プラント1での発電は、主に、以下のステップを実施することで、実現される。
A:光熱系統10による放射光の集光と熱源生成(ステップSA)
B:蒸気系統20による蒸気の発生(ステップSB)
C:蒸気系統20におけるタービンの駆動(ステップSC)
D:蒸気系統20における発電(ステップSD)
E:給水系統30による復水(ステップSE)
F:給水系統30による光熱系統10および蒸気系統20への給水(ステップSF)
なお、当該ステップは、循環的に実施され、ステップSDと、ステップSEおよびSFと、は順不同である。As shown in FIG. 2, the power generation in the power plant 1 in the present embodiment is mainly realized by carrying out the following steps.
A: Concentration of synchrotron radiation and heat source generation by the photothermal system 10 (step SA)
B: Generation of steam by the steam system 20 (step SB)
C: Driving the turbine in the steam system 20 (step SC)
D: Power generation in steam system 20 (step SD)
E: Condensation by water supply system 30 (step SE)
F: Water supply to the
The steps are carried out cyclically, and step SD and steps SE and SF are in no particular order.
図3(a)に示すとおり、光熱系統10は、周期配列された複数の光源10Sを、備える。このとき、光源10S間の角度は、好ましくは、60度となる。
As shown in FIG. 3A, the
本実施形態における光熱系統10に備えられる光源10Sの数量は、好ましくは、149である。なお、当該数量は、所望の放射強度に基づき、決定される。
The number of light sources 10S provided in the
本実施形態における光熱系統10の中央部では、光源10Sに代えて、領域10Rにおける領域温度を測定するための、CCDカメラを一例とする、センサ端末50SLが備えられてもよい。
In the central portion of the
図3(b)に示すとおり、光源10Sは、発光部10Lと、エリプソイダルリフレクター10Mと、を備える。発光部10Lは、アノード10LAと、カソード10LCと、常温かつ所定の圧力で封入されたキセノンガスとを内部に備える、発光管10LBを、備える。発光部10Lは、発光管10LBと接続される端子10LTと、をさらに備える。なお、図3(b)における縦方向は、図3(a)中のA―A‘と対応する。
As shown in FIG. 3B, the light source 10S includes a
光源10Sでは、アノード10LAと、カソード10LCとの間におけるアーク放電により、キセノンガスが励起され、放射光Lが生じる。当該放射光Lは、エリプソイダルリフレクター10Mにより、反射され、領域10Rに向けて放射される。このとき、光源10Sは、放熱のためのフィン部をエリプソイダルリフレクター10Mの周囲に備える構成としてもよい。
In the light source 10S, the xenon gas is excited by the arc discharge between the anode 10LA and the cathode 10LC, and synchrotron radiation L is generated. The synchrotron radiation L is reflected by the
複数の光源10Sは、隣接する光源10S間で、放射光Lの放射方向軸において、所定の仰角10Aをもつよう、配列される。このとき、光熱系統10の開口部10MA側は、好ましくは、凹状に配列される。
The plurality of light sources 10S are arranged between adjacent light sources 10S so as to have a
仰角10Aは、好ましくは、光熱系統10が備える光源10Sの数量、および、領域10Rの面積に基づき、領域10Rにおける放射強度が最大となるよう、決定される。
The
開口部10MAの周長は、一例として、1メートルである。本実施形態では、開口部10MAの周長は、光熱系統10の自立が保たれる範囲で、制限はない。
The circumference of the opening 10MA is, for example, 1 meter. In the present embodiment, the peripheral length of the opening 10MA is not limited as long as the independence of the
光源10Sと領域10Rとの距離は、領域10Rの面積および光源10Sの焦点距離10Dに基づいて決定され、一例として、8メートルである。また、領域10Rの面積は、一例として、1メートル四方以下である。
The distance between the light source 10S and the
本実施形態における領域10Rは、キセノンランプおよびハロゲンランプを光源とした疑似太陽光が集光される構成としてもよい。このとき、複数の光源10Sは、キセノンランプ、ハロゲンランプおよびハーフミラーを備える構成としてもよい。
The
本実施形態における領域10Rは、太陽炉の態様で、レンズや反射鏡を介して自然太陽光が集光されてもよい。このとき、領域10Rは異なる2つの領域に分割され、一方の領域では光源10Sの放射光が集光され、もう一方の領域では自然太陽光が集光される。なお、当該2つの領域のいずれも、本実施形態における熱源となることはもちろんである。
The
図4(a)に示すとおり、光熱系統10は、光源10Sの取り付け先としての架台10Fと、光源10Sと熱接続された架台10Fとの熱交換を行う水槽10Pと、を備える。
As shown in FIG. 4A, the
架台10Fは、好ましくは、熱伝導性に優れる金属部材を備える。また、架台10Fの少なくとも一部は、好ましくは、水槽10Pと当接する。
The
水槽10Pは、給水系統30と熱接続される。給水器30Pから供給された水Wは、光源10Sと熱接続された架台10Fの冷却を含む熱交換のために用いられる。なお、水槽10Pは、塩化物イオンを含む不純物の混入を防ぐために、外気から遮断される構成としてもよい。このとき、水槽10Pは、水Wを内包するヒートシンクの態様で、架台10Fおよび給水系統30と熱接続される。
The
光源10Sは、架台10Fとの接続と光源10Sの位置調整とのための可動部10J1および10J2と、を備える。当該可動部10J1および10J2は、それぞれ、光源10Sに対応する上下および左右の光源回転角の調整のために用いられる。当該可動部10J1および10J2は、耐熱性を有するアクチュエータを備えることが好ましい。このとき、当該アクチュエータは、電力系統40および情報系統50と接続する。
The light source 10S includes movable portions 10J1 and 10J2 for connecting to the
光源10Sは、電力系統40との電気的接続がなされる。このとき、光源10Sにおけるアーク放電のために電力が、発電機20Gから供給される。なお、可動部10J1および10J2の電力が、発電機20Gから供給される構成としてもよい。
The light source 10S is electrically connected to the power system 40. At this time, electric power is supplied from the
本実施形態における光熱系統10は、ディーゼル発電機を一例とする予備電源40Gと、接続する構成としてもよい。予備電源40Gは、発電プラント1の始動において、用いられる。
The
本実施形態における光熱系統10は、複数の光源10Sと、複数の光源10Sのそれぞれに対応するリフレクターと、を備える構成としてもよい。このとき、領域10Rは、当該リフレクターにより集光された放射光により生成された熱Hを有する。
The
蒸気発生器20Bは、水Wを貯留するウォータードラム20BW(図示せず)と、領域10Rと熱接続され水Wから蒸気Sを発生させる炉20BF(図示せず)と、蒸気Sを貯留するスチームドラム20BS(図示せず)と、スチームドラム20BSに貯留する水Wをウォータードラム20BWに供給するウォーターウォール20BWW(図示せず)と、を備える。このとき、ウォータードラム20BWは、水Wの水中塩化物イオン濃度を測定するためのセンサ端末50SWBを、備える。
The steam generator 20B includes a water drum 20BW (not shown) that stores water W, a furnace 20BF (not shown) that is thermally connected to the
蒸気系統20は、過熱器20H1、20H2および20H3を備える。過熱器20H1は、スチームドラム20BSから供給された蒸気Sを過熱し、過熱器20H2へ供給する。過熱器20H2は、蒸気Sをさらに過熱し、タービン20T1へ供給する。タービン20T1から排気された蒸気Sは、過熱器20H3へ供給され、再過熱され、タービン20T2へ供給される。タービン20T2から排気された蒸気Sは、タービン20T3へ供給され、最後に、復水器30Cへ供給される。
The
タービン20T1、20T2および20T3は、それぞれ、高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンの態様で、駆動する。なお、過熱器20H1、20H2および20H3と、タービン20T1、20T2および20T3とは、蒸気Sの蒸気温度および蒸気圧を測定するためのセンサ端末50SSを、備える構成としてもよい。 The turbines 20T1, 20T2 and 20T3 are driven in the form of a high pressure turbine, a medium pressure turbine and a low pressure turbine, respectively. The superheaters 20H1, 20H2 and 20H3 and the turbines 20T1, 20T2 and 20T3 may be configured to include a sensor terminal 50SS for measuring the steam temperature and vapor pressure of steam S.
本実施形態では、500度以上、かつ、25MPaG前後の過熱蒸気を用いた発電プラント1について、例示するが、蒸気Sの種別に、制限はない。発電プラント1は、光熱系統10を備えれば、飽和蒸気、または、超臨界水を用いる態様で、蒸気系統20が構成されてもよい。
In this embodiment, the power plant 1 using superheated steam at 500 ° C. or higher and around 25 MPaG is illustrated, but the type of steam S is not limited. If the power plant 1 is provided with the
復水器30Cは、タービン20T3から供給された蒸気Sおよび代替水を、を熱交換させる熱交換器30CH(図示せず)と、スチームコンデンサ30CS(図示せず)と、を備える。このとき、当該代替水は、好ましくは、海水である。
The
熱交換器30CHは、熱交換により復水された水Wを、スチームコンデンサ30CSへ供給し、スチームコンデンサ30CSの漏れ蒸気と、代替水とを熱交換させる。水Wは、給水器30Pへ供給される。このとき、スチームコンデンサ30CSは、水Wの水中塩化物イオン濃度を測定するためのセンサ端末50SWCを、備える。
The heat exchanger 30CH supplies the water W restored by heat exchange to the steam condenser 30CS to exchange heat between the leaked steam of the steam condenser 30CS and the alternative water. The water W is supplied to the
給水系統30は、バルブ30V1、30V2および30V3を備える。バルブ30V1、30V2および30V3は、それぞれ、光熱系統10、蒸気発生器20Bおよび過熱器の給水量の調整のために、用いられる。バルブ30V1、30V2および30V3は、給水量を調整するためのセンサ端末50SVが、備えられる構成としてもよい。
The
コンピュータ装置50Cは、CPUを一例とする演算装置と、RAMを一例とする主記憶装置と、HDDを一例とする補助記憶装置と、キーボードを一例とする入力装置と、液晶ディスプレイを一例とする表示装置と、ネットワーク50Nを利用した通信を行うための通信装置と、を備える。
The
ネットワーク50Nには、センサ端末50Sが接続される。このとき、センサ端末50Sによる収集された情報Dに基づき、光熱系統10、蒸気系統20および給水系統30の少なくとも1つが、コンピュータ装置50Cおよびネットワーク50Nを介して、操作される。一例として、領域温度に基づき、可動部10J1および10J2を動作させ、光源10Sの光源回転角を調整する。このとき、当該領域温度が最大となるように、可動部10J1および10J2に係る光源回転角が、フィードバック制御される。
The sensor terminal 50S is connected to the network 50N. At this time, at least one of the
本実施形態では、既存の発電プラント設備を流用する観点において、蒸気系統20、給水系統30、電力系統40および情報系統50に係る構成は、適宜、決定されてもよい。
In the present embodiment, from the viewpoint of diverting the existing power plant equipment, the configurations related to the
本発明によれば、ゼロウェイスト型エネルギー創出を行う発電プラントが実現される。 According to the present invention, a power plant that creates zero-waste energy is realized.
本発明によれば、人工太陽(ソーラシミュレータ)を介して、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するようなエネルギー変換を実現することができ、貯蔵されるエネルギーの態様を電気・熱問わず、柔軟に変換するような運用に寄与することができる。 According to the present invention, it is possible to realize energy conversion such as converting electric energy into heat energy via an artificial sun (solar simulator), and the mode of stored energy can be flexibly set regardless of electricity or heat. It can contribute to operations such as conversion.
本発明の一実施形態に係る領域10Rは、上記原子力発電所又は火力発電所における熱源の少なくとも一部として扱われてよい。
本明細書中の説明における「原子力発電所」は、核燃料をリソースとする熱源を要する発電プラントとして把握される。また、本明細書中の説明における「火力発電所」は、化石燃料をリソースとする熱源を要する発電プラントとして把握される。 The "nuclear power plant" in the description in the present specification is grasped as a power plant that requires a heat source using nuclear fuel as a resource. Further, the "thermal power plant" in the description in the present specification is grasped as a power plant that requires a heat source using fossil fuel as a resource.
本明細書中の説明における「熱接続」とは、機械的接続の有無にかかわらず、2つの対象の間で熱伝導が発生すような接続を指す。このとき、2つの対象はその間に、気体が挿入されていてよく、所望の熱伝導率を呈する材料からなる部材等が挿入されていてよい。 As used herein, the term "thermal connection" refers to a connection in which heat conduction occurs between two objects, with or without mechanical connection. At this time, a gas may be inserted between the two objects, and a member or the like made of a material exhibiting a desired thermal conductivity may be inserted.
本発明の一実施形態に係る発電方法は、複数の光源又は複数の光源と対応するプロセッサを、複数の光源の少なくとも一部からの放射光が蒸気発生器と熱接続された領域に集光するよう制御し、蒸気発生器又は蒸気発生器と対応するプロセッサを、前記領域を熱源として蒸気を発生させるよう制御し、タービン発電機又はタービン発電機と対応するプロセッサを、前記蒸気を動力源として駆動させることで電力を発電させるよう制御し、配電網又は配電網を制御するプロセッサを、前記電力を前記複数の光源の少なくとも一部に配電させるよう制御する、と把握することができる。 In the power generation method according to the embodiment of the present invention, a plurality of light sources or a processor corresponding to the plurality of light sources is focused on a region where light emitted from at least a part of the plurality of light sources is thermally connected to the steam generator. Control the steam generator or the processor corresponding to the steam generator to generate steam using the region as a heat source, and drive the turbo generator or the processor corresponding to the turbine generator using the steam as a power source. It can be understood that the electric power is controlled to generate electric power, and the distribution network or the processor that controls the distribution network is controlled to distribute the electric power to at least a part of the plurality of light sources.
本発明の一実施形態に係る発電プラントを構成する光源・蒸気発生器・タービン発電機・配電網等の各装置のそれぞれは、プロセッサ(演算装置)を含むコンピュータを含み、情報系統50と適宜協調することで、電子制御され得る。
Each device such as a light source, a steam generator, a turbo generator, and a power distribution network constituting a power plant according to an embodiment of the present invention includes a computer including a processor (arithmetic device) and appropriately cooperates with the
1 発電プラント
10 光熱系統
10A 仰角
10C 中央体
10D 焦点距離
10F 架台
10J1、10J2 可動部
10L 発光部
10LA アノード
10LB 発光管
10LC カソード
10LT 端子
10M エリプソイダルリフレクター
10MA 開口部
10P 水槽
10R 領域
10S 光源
20 蒸気系統
20B 蒸気発生器
20BF 炉
20BS スチームドラム
20BW ウォータードラム
20BWW ウォーターウォール
20H1、20H2、20H3 過熱器
20TG タービン発電機
20T1、20T2、20T3 タービン
20G 発電機
30 給水系統
30C 復水器
30CH 熱交換器
30CS スチームコンデンサ
30P 給水器
30V1、30V2、30V3 バルブ
40 電力系統
40G 予備電源
40N 配電網
40T 電圧調整器
50 情報系統
50C コンピュータ装置
50N ネットワーク
50S、50SL、50SS、50SWB、50SWC、50SV センサ端末
D 情報
E 電力
L 放射光
H 熱
W 水
S 蒸気
SA、SB、SC、SD、SE、SF ステップ
1
Claims (6)
凹状かつ同心円状に周期配列された複数の光源を備え、前記複数の光源の少なくとも一部からの放射光である前記人工太陽光を領域に集光する、光熱系統と、
前記領域を熱源として蒸気を発生させる蒸気発生器、および、前記蒸気を動力源として駆動し電力を発電するタービン発電機を備える、蒸気系統と、
前記タービン発電機から供給される電力を前記複数の光源の少なくとも一部に配電するための、配電網を備える、電力系統と、
前記タービン発電機から排気される前記蒸気を凝縮し水を発生させる復水器と、前記光熱系統および蒸気系統に対して、少なくとも前記水を、給水する給水器と、を含む、給水系統とを、備え、
前記光熱系統は、前記光熱系統への電力供給が可能な予備電源と接続し、
前記電力系統は、前記配電網を介し前記電力を前記給水系統に配電し、
前記給水系統は、前記光源の取り付け先である架台の一部を内包し前記架台を冷却する水を内包する水槽と熱接続し、前記水は前記給水系統により給水される、発電プラント。 A power plant that uses artificial sunlight to realize zero-waste energy creation.
A photothermal system having a plurality of light sources arranged periodically in a concave and concentric manner and condensing the artificial sunlight, which is synchrotron radiation from at least a part of the plurality of light sources, in a region.
A steam system including a steam generator that generates steam using the region as a heat source and a turbine generator that drives the steam as a power source to generate electric power.
An electric power system including a distribution network for distributing electric power supplied from the turbo generator to at least a part of the plurality of light sources.
A water supply system including a condenser that condenses the steam exhausted from the turbine generator to generate water, and a water supply device that supplies at least the water to the photothermal system and the steam system. , Prepare,
The optical system is connected to a standby power source capable of supplying electric power to the optical system.
The electric power system distributes the electric power to the water supply system via the distribution network.
A power plant in which the water supply system is thermally connected to a water tank containing a part of a gantry to which the light source is attached and containing water for cooling the gantry, and the water is supplied by the water supply system.
前記エリプソイダルリフレクターの周囲においてフィン部を備える、
請求項1に記載の発電プラント。 The light source comprises an ellipsoidal reflector.
A fin portion is provided around the ellipsoidal reflector.
The power plant according to claim 1.
請求項1または2に記載の発電プラント。 The light source is a short arc lamp using xenon gas as an excitation source, and includes a movable portion for connecting to a gantry to which the light source is attached and adjusting the position of the light source, and each of the movable portions has a movable portion. Adjust the vertical and horizontal light source rotation angles corresponding to the light source.
The power plant according to claim 1 or 2.
前記領域は、自然太陽光が集光される領域、及び、前記放射光が集光される領域に分割される
請求項1〜3のいずれかに記載の発電プラント。 The area has an area of 1 meter square or less.
The power plant according to any one of claims 1 to 3, wherein the region is divided into a region where natural sunlight is collected and a region where synchrotron radiation is collected.
凹状かつ同心円状に周期配列された複数の光源の少なくとも一部からの放射光である前記人工太陽光を蒸気発生器と熱接続された領域に集光し、
前記領域を熱源として蒸気発生器において蒸気を発生させ、
前記蒸気を動力源としてタービン発電機を駆動し電力を発電させ、
前記電力を前記複数の光源の少なくとも一部に配電網を介して配電し、
前記タービン発電機から排気される前記蒸気を、復水器を用いて凝縮し水を発生させ、
水を内包し前記光源の取り付け先である架台の一部を内包することで該架台と熱接続した水槽に、前記復水器を用いて発生した水を、給水器を用いて給水することにより前記架台を冷却し、
さらに、前記復水器を用いて発生させた水を、前記給水器を用いて前記蒸気発生器に給水し、
予備電源を用いて前記光源に前記配電網を介して電力を供給し、
前記配電網を介し、前記タービン発電機により発電させた前記電力を前記復水器と前記給水器に配電する、発電方法。 A power generation method that uses artificial sunlight to realize zero-waste energy creation.
The artificial sunlight, which is synchrotron radiation from at least a part of a plurality of light sources arranged periodically in a concave and concentric manner, is focused on a region thermally connected to a steam generator.
Using the above region as a heat source, steam is generated in the steam generator to generate steam.
Using the steam as a power source, a turbine generator is driven to generate electric power.
And power distribution over a distribution network to the power to at least a portion of said plurality of light sources,
Wherein the steam exhausted from the turbine generator, by condensation coagulation with condenser to generate water,
In water was connected cross-platform and heat to the inner wrap at a portion of the frame is mounted away before Symbol source enclosing the aquarium, the water generated with the condenser, to the water supply using the water supply By cooling the gantry,
Further, the water generated by the condenser is supplied to the steam generator by using the water dispenser.
A standby power source is used to supply power to the light source via the power grid.
A power generation method in which the electric power generated by the turbo generator is distributed to the condenser and the water supply device via the distribution network .
請求項5に記載の発電方法。 The power generation method according to claim 5, wherein the region is at least a part of a heat source in a nuclear power plant or a thermal power plant.
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