太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置
【課題】タワーの積載重量低減によりタワー製作コストを抑制することができる太陽熱ガスタービンを提供する。
【解決手段】空気を吸入して昇圧させる圧縮機１と、集光器Ｈで集めた太陽光の熱により圧縮機１で昇圧された高圧空気を加熱して昇温させる受熱器２と、高温高圧空気が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービン３とを具備し、受光器２とともにタワーＴ上に設置して運転される太陽熱ガスタービンＧＴ１において、圧縮機１をタービン３から分離して圧縮機駆動用電動機７と連結し、圧縮機１を地上設置の電動機駆動方式にした。
【解決手段】空気を吸入して昇圧させる圧縮機１と、集光器Ｈで集めた太陽光の熱により圧縮機１で昇圧された高圧空気を加熱して昇温させる受熱器２と、高温高圧空気が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービン３とを具備し、受光器２とともにタワーＴ上に設置して運転される太陽熱ガスタービンＧＴ１において、圧縮機１をタービン３から分離して圧縮機駆動用電動機７と連結し、圧縮機１を地上設置の電動機駆動方式にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を利用して生成される空気等の圧縮性作動流体を用いて駆動される太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化等の環境問題を解決するため、太陽光や風力等の自然エネルギーが注目されている。
そこで、自然エネルギーの一つである太陽光を利用し、太陽光の熱により高圧の圧縮性作動流体を加熱して駆動する太陽熱ガスタービン、そして、この太陽熱ガスタービンにより発電機を駆動して発電する太陽熱ガスタービン発電装置が提案されている。
【０００３】
図１０に示す太陽熱ガスタービンＧＴは、圧縮性作動流体を圧縮して昇圧させる圧縮機１と、太陽光を変換した熱により圧縮性作動流体を加熱して昇温させる受熱器２と、高温高圧の圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービン３とを主な構成要素とする装置である。すなわち、太陽熱ガスタービンＧＴは、天然ガス等の燃料を燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器に代えて、太陽光の熱エネルギーを利用して圧縮性作動流体を加熱して昇温する受熱器２を設けたものである。
【０００４】
この場合の受熱器２は、太陽光を熱エネルギーに変換するための装置であり、集光器（ヘリオスタット）Ｈにより集めた光の熱を用いて、高圧の圧縮性作動流体を加熱して昇温させることができる。
また、発電機４を太陽熱ガスタービンＧＴと同軸に連結し、太陽熱ガスタービンＧＴで発電機４を駆動するように構成すれば、太陽光を利用して発電する太陽熱ガスタービン発電装置となる。なお、図中の符号５は、タービン３で仕事をした後に煙突６から大気へ排出される圧縮性作動流体の排熱を用い、圧縮機１で昇圧された高圧の圧縮性作動流体を予熱するための再熱器である。
【０００５】
このような太陽熱ガスタービン発電装置は、集光器Ｈ以外の機器、すなわち太陽熱ガスタービンＧＴが破線で示すタワーＴの上に配置されている。このような配置は、高所配置となる受熱器２の出口からタービン３の入口まで、たとえば流体温度が９００℃程度の高温配管となるため、この高温配管を最短にしたものである。
一方、ガスジェネレータモジュールと減速ギアボックスモジュールとを備えたガスタービンエンジンにおいて、ガスジェネレータモジュールの出力軸と減速ギアボックスモジュールの軸とをオフセットし、減速ギアボックスモジュールが、ガスジェネレータモジュールの出力軸に対して傾斜した中間軸により駆動される構成が開示されている。（たとえば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５１３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置においては、高温配管の長さを最短とするため、太陽熱ガスタービンＧＴが受熱器２とともにタワーＴの上部（高所）に設置されている。このため、タワーＴの高所に作用する積載重量は大きくなり、従って、タワー製作に要するコストが増大するという問題を有している。
さらに、太陽熱ガスタービンＧＴを受熱器２とともに設置するタワーＴの高さについては、集光器Ｈの構造上、ミラーを設置する敷地面積が同じであれば高いタワーＴほど受熱量を増すことになる。従って、太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置の効率面では、できるだけ高いタワーＴを使用することが望ましい。
【０００８】
このため、太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置においては、タワーＴの上部積載重量を低減できる構成を開発し、タワーＴの製作コストを抑制することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タワーの積載重量低減によりタワー製作コストを抑制することができる太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の太陽熱ガスタービンは、圧縮性作動流体を吸入して昇圧させる圧縮機と、集光器で集めた太陽光の熱により前記圧縮機で昇圧された圧縮性作動流体を加熱して昇温させる受熱器と、高温高圧の圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービンとを具備し、前記受光器とともにタワー上に設置して運転される太陽熱ガスタービンにおいて、前記圧縮機を前記タービンから分離して圧縮機駆動用電動機と連結し、前記圧縮機を地上設置の電動機駆動方式にしたことを特徴とするものである。
【００１０】
このような太陽熱ガスタービンによれば、圧縮機をタービンから分離して圧縮機駆動用電動機と連結し、圧縮機を地上設置の電動機駆動方式にしたので、高温配管の長さが最短に維持されるとともに、圧縮機を地上設置にした分だけタワーの積載重量が低減される。なお、タービンから分離された圧縮機は、同じく地上設置にした圧縮機駆動用電動機と連結して駆動されるので、圧縮性作動流体を吸入して昇圧させる機能上の問題はない。
【００１１】
上記の太陽熱ガスタービンにおいて、前記圧縮機から流出する高圧の圧縮性作動流体を前記タービンから排出される高温の圧縮性作動流体との熱交換で予熱する再熱器を備え、該再熱器は、タワー上または地上に設置されていることが好ましく、これにより、タービンで仕事をした高温の圧縮性作動流体が保有する排熱を有効利用できる。
【００１２】
本発明の太陽熱ガスタービン発電装置は、請求項１または２に記載の太陽熱ガスタービンと、該太陽熱ガスタービンで駆動されて発電する発電機とを備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
このような太陽熱ガスタービン発電装置によれば、請求項１または２に記載の太陽熱ガスタービンと、該太陽熱ガスタービンで駆動されて発電する発電機とを備えているので、タワーの積載重量を低減してタワー製作コストを抑え、自然エネルギーの太陽光を利用して発電することができる。
【００１４】
上記の太陽熱ガスタービン発電装置において、前記タービンから排出される高温の圧縮性作動流体を蒸気発生器に導入し、該蒸気発生器で生成した蒸気により運転される蒸気タービンが発電機を駆動して発電する蒸気発電サイクルを設けることが好ましく、これにより、タービンより排出される圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを有効利用し、装置全体の熱効率を向上させることができる。
この場合、蒸気発電サイクルは地上設置とすることが一般的であるが、前記蒸気発生器をタワー上に設置すれば、タービンの排ガスダクトを短くして熱損失を低減することができる。
【００１５】
上記の太陽熱ガスタービン装置発電装置において、前記蒸気タービンを前記圧縮機及び前記圧縮機駆動用電動機と同軸に連結し、運転時には前記蒸気タービンが前記圧縮機駆動用電動機とともに前記圧縮機を駆動させることが好ましく、これにより、圧縮機駆動用電動機を小型化することができる。
【００１６】
上記の太陽熱ガスタービン装置発電装置において、前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを前記圧縮機及び前記蒸気タービンと連結して地上設置することが好ましく、これにより、地上の発電機を廃止することができる。
【００１７】
上記の太陽熱ガスタービン装置発電装置において、前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを発電機と連結して地上設置するとともに、前記高圧タービンを前記圧縮機と連結してタワー上に設置することが好ましく、これにより、効率よりコストを優先した構成となる。
【００１８】
上記の太陽熱ガスタービン装置発電装置において、前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを前記蒸気タービン及び発電機と連結して地上設置するとともに、前記高圧タービンを圧縮機と連結してタワー上に設置することが好ましく、これにより、相対的に重い発電機を地上に設置することができる。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明によれば、タワーの上部積載重量を低減し、タワーの製作コストを抑制することができる。この結果、集光器のミラーを設置する敷地面積が同じであれば、太陽熱ガスタービンを受熱器とともに設置するタワーを高くし、集光器から受熱器への受熱量を増すことができるようになる。従って、自然エネルギーである太陽光を利用して運転する太陽熱ガスタービン、及び自然エネルギーである太陽光を利用して発電する太陽熱ガスタービン発電装置の効率向上に大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第１の実施形態を示す構成図（系統図）である。
【図２】図１に示す第１の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第１変形例を示す構成図（系統図）である。
【図３】図１に示す第１の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第２変形例を示す構成図（系統図）である。
【図４】本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第２の実施形態を示す構成図（系統図）である。
【図５】図４に示す第２の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第１変形例を示す構成図（系統図）である。
【図６】図４に示す第２の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第２変形例を示す構成図（系統図）である。
【図７】本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第３の実施形態を示す構成図（系統図）である。
【図８】図７に示す第３の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第１変形例を示す構成図（系統図）である。
【図９】図７に示す第３の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第２変形例を示す構成図（系統図）である。
【図１０】太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置の従来例を示す構成図（系統図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１に示す実施形態において、太陽熱ガスタービンＧＴ１は、圧縮性作動流体を吸入して昇圧させる圧縮機１と、集光器Ｈで集めた太陽光の熱により圧縮機１で昇圧された圧縮性作動流体を加熱して昇温させる受熱器２と、高温高圧の圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービン３とを具備して構成される。
そして、図示の太陽熱ガスタービンＧＴ１は、タービン３と同軸に連結した発電機４を設けることにより、太陽光を利用して発電する太陽熱ガスタービン発電装置となる。
【００２２】
圧縮機１は、圧縮性作動流体を吸入して所望の高圧に圧縮する装置であり、タービン３から分離して専用の圧縮機駆動用電動機７と連結されている。圧縮機１で圧縮する圧縮性作動流体には、たとえば大気から吸入した空気が使用される。以下の説明では、圧縮性作動流体を空気として説明するが、これに限定されることはない。
圧縮機１で昇圧された圧縮性作動流体の空気は、高圧空気流路１１を通って受熱器２に導かれる。図示の構成例では、高圧空気流路１１の途中に再熱器５が設けられている。この再熱器５は、圧縮機１で昇圧された高圧空気と、タービン３で仕事をした高温空気とを熱交換させる装置である。すなわち、再熱器５は、タービン３で仕事をして煙突６から大気へ放出される高温空気の排熱を有効利用し、高圧空気を予熱することによって太陽熱ガスタービンＧＴ１及び太陽熱ガスタービン発電装置の熱効率を向上させる熱交換器である。
【００２３】
再熱器５を通過する際に予熱され、圧縮機１の出口温度より温度上昇した高圧空気は、高圧空気流路１１を通って受熱器２に導かれる。
受熱器２は、タワーＴの上部に配置されて太陽光を熱エネルギーに変換するための装置であり、地上に配置した多数の鏡を主な構成要素とする集光器Ｈにより集めた光の熱を用いて高圧空気を加熱するので、高圧空気の温度を上昇させることができる。すなわち、受熱器２は、高圧空気を流す多数の配管に集光器Ｈから光を当てることにより、配管及び配管内の高圧空気を加熱して昇温させる加熱装置である。
【００２４】
受熱器２で加熱された高圧空気は、たとえば出口温度が９００℃程度の高温高圧空気となり、高温高圧空気流路１２を通ってタービン３へ供給される。
タービン３に供給された高温高圧空気は、タービン内の動翼／静翼間を通過する際に膨張し、動翼と一体のタービン軸を回転させてタービン出力を発生させる。タービン３で発生した出力は、同軸に連結された発電機４の駆動力として用いられる。タービン３で仕事をした高温高圧空気は、タービン入口より圧力及び温度が低下した高温高圧空気（以下では、「使用済み空気」ともいう）となり、排気流路１３を通って再熱器５に導かれる。この使用済み空気は、再熱器５で高圧空気流路１１を通って導入された高圧空気との熱交換を行って予熱するので、さらに温度低下して煙突６から大気へ放出される。
【００２５】
このように構成された太陽熱ガスタービンＧＴ１及び太陽熱ガスタービン発電装置は、圧縮機及び圧縮機駆動用電動機７が集光器Ｈとともに地上Ｇに設置され、他の構成要素である受熱器２、タービン３、発電機４、再熱器５及び煙突６がタワーＴの上部に設置されている。すなわち、タービン３から分離して圧縮機駆動用電動機７と連結された圧縮機１については、タワーＴの上部に設置されてタービン３から出力の一部をもらい受ける従来の駆動方式から、圧縮機駆動用電動機７とともに地上設置された電動機駆動方式に変更されている。なお、煙突６の位置については特に限定されるものではないが、再熱器５の出口に近いタワーＴ上が望ましい。
【００２６】
このように構成された太陽熱ガスタービンＧＴ１及び太陽熱ガスタービン発電装置は、タワーＴの上部に設置される機器類の重量から地上設置された圧縮機１の重量が減少するので、タワーＴの積載重量を低減することができる。このようなタワーＴの積載重量低減は、たとえば１００ｍ程度の高さを有するタワーＴの製作コストを低減するのに有効であり、あるいは、同じ製作コストでより高いタワーＴを建設することができる。
また、受熱器２及びタービン３は、従来通りタワーＴの上部に設置されているので、両者の位置関係については従来と略同じにすることができる。従って、高価な配管素材や断熱対策等が必要となる高温高圧配管１２の配管長については、従来通りの略最短長さを維持することができる。
【００２７】
次に、本実施形態の第１変形例を図２に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この第１変形例は、圧縮機１が圧縮機駆動用電動機７とともに地上設置される電動機駆動方式に加えて、再熱器５についても同様に地上設置したものである。なお、煙突６の位置については、特に限定されるものではない。
【００２８】
このように構成された第１変形例の太陽熱ガスタービンＧＴ２及び太陽熱ガスタービン発電装置は、再熱器５を地上設置にした分だけタワーＴの積載荷重はさらに低減されるので、タワーＴの製作コストをより一層低減することが可能になる。
また、受熱器２及びタービン３は、タワーＴの上部に設置されているので、両者の位置関係については従来と略同じにすることができ、従って、高温流体を取り扱う高温高圧配管１２の配管長については、従来通りの略最短長さを維持することができる。
【００２９】
次に、本実施形態の第２形例を図３に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この第２変形例では、圧縮機１が圧縮機駆動用電動機７とともに地上設置される電動機駆動方式を採用するとともに、熱効率の向上に有利な再熱器５を廃止したものである。なお、煙突６の位置については、タービン３の出口に近いタワーＴ上としているが、特に限定されるものではない。
【００３０】
このように構成された第２変形例の太陽熱ガスタービンＧＴ３及び太陽熱ガスタービン発電装置は、再熱器５がない分だけタワーＴの積載荷重はさらに低減されるので、タワーＴの製作コストをより一層低減することができる。
また、受熱器２及びタービン３は、タワーＴの上部に設置されているので、両者の位置関係については従来と略同じにすることができ、従って、高温高圧配管１２の配管長については、従来通りの略最短長さを維持することができる。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第２の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、太陽熱ガスタービンにより発電機を駆動して発電する太陽熱ガスタービン発電装置が、以下に説明する蒸気発電サイクル２０を備えている。なお、図４に示す構成例では、再熱器５のない図３に示した太陽熱ガスタービンＧＴ３及び太陽熱ガスタービン発電装置に地上設置の蒸気発電サイクル２０を追設しているが、これに限定されるものではない。
【００３２】
図示の蒸気発電サイクル２０は、タービン３から排出される使用済み空気を蒸気発生器２１に導入し、蒸気発生器２１内で水を加熱して蒸気を生成する。蒸気発生器２１で生成した蒸気は蒸気タービン２２に供給され、この蒸気により運転される蒸気タービン２２が発電機２３を駆動して発電する。
蒸気タービン２２で仕事をした蒸気は、復水器２４を通過して水に戻された後、再び蒸気発生器２１に供給される。従って、蒸気発生器２１で使用済み空気に加熱される水は、水及び蒸気の状態変化を繰り返して閉回路の配管流路を循環する。
【００３３】
このように、蒸気発電サイクル２０を備えた太陽熱ガスタービンＧＴ３及び太陽熱ガスタービン発電装置とすることにより、タービン３より排出される高温高圧の使用済み空気が保有する熱エネルギーを有効利用し、装置全体の熱効率を向上させることができる。すなわち、タービン３より排出される使用済み空気をそのまま煙突６から大気へ放出するのではなく、蒸気タービン２２を運転するための蒸気生成により熱回収をし、タービン３に駆動される発電機４の発電量に加えて、蒸気タービン２２により駆動される発電機２３の発電量を得て熱効率の向上を達成している。
【００３４】
ところで、上述した蒸気発電サイクル２０は、地上設置が一般的である。しかし、たとえば図５に示す本実施形態の第１変形例のように、蒸気発生器２１をタービン３とともにタワーＴの上に設置する配置を採用すれば、タービン３から蒸気発生器２１に使用済み空気を導く排気流路（排ガスダクト）１３を短くすることができる。このため、使用済み空気が排気流路１３を流れる際、外気に放熱して温度低下する熱損失は低減される。
【００３５】
また、図６に示す本実施形態の第２変形例では、蒸気発電サイクル２０Ａの蒸気タービン２２を圧縮機１及び圧縮機駆動用電動機７と同軸に連結している。そして、太陽熱ガスタービン発電装置の運転時には、蒸気タービン２２が圧縮機駆動用電動機７とともに圧縮機１を駆動するように構成されている。
【００３６】
このような構成を採用することにより、地上の発電機２３を廃止するとともに、圧縮機駆動用電動機７を小型化することができる。すなわち、この変形例は、タービン３から排出される使用済み空気の排熱について、蒸気タービン２２の出力で発電機２３を駆動する発電に使用するのではなく、蒸気タービン２２の出力で圧縮機１を駆動するのに必要な駆動力の一部を補うために使用している。
なお、図６に示す構成例では、蒸気発生器２１がタワーＴ上に配置されているが、図４に示す地上配置としてもよい。
【００３７】
＜第３の実施形態＞
本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第３の実施形態を図７に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、太陽熱ガスタービンにより発電機を駆動して発電する太陽熱ガスタービン発電装置において、上述したタービン３が低圧タービン３Ｌ及び高圧タービン３Ｈに分離されている。
【００３８】
高圧タービン３Ｈ及び低圧タービン３Ｌは、受熱器２及び蒸気発生器２１の間に直列配置されている。すなわち、受熱器２の出口と高圧タービン３Ｈの入口との間が高温高圧空気流路１２によって接続され、高圧タービン３Ｈの出口と低圧タービン３Ｌの入口との間が高温高圧空気流路１２ａによって接続され、さらに、低圧タービン３Ｌの入口と蒸気発生器２１との間が排気流路１３によって接続されている。
また、受熱器２と高圧タービン３Ｈとの間を接続する高温高圧空気流路１２には、流路途中から分岐して高圧タービン３Ｈの下流側で高温高圧空気流路１２ａに合流するバイパス流路１２ｂが設けられている。このバイパス流路１２ｂには、流量調整可能なバイパス弁１４が設けられている。このバイパス流路１２ｂは、バイパス弁１４の開度調整に応じて高圧タービン３Ｈのバイパス空気流量を調整できるため、たとえば起動時等にはバイパス空気流量を増して圧縮機１の駆動力を確保する運転制御が可能となる。
【００３９】
上述した高圧タービン３Ｈは、発電機４と同軸に連結されてタワーＴの上部に設置されている。一方、上述した低圧タービン３Ｌは、圧縮機１及び蒸気タービン２２と同軸に連結されて地上に設置されている。
このように構成された太陽熱ガスタービン発電装置においては、高圧タービン３Ｈが発電機４を駆動して発電を行い、低圧タービン３Ｌが蒸気タービン２２と協働して圧縮機１を駆動するので、圧縮機１を駆動するための電動機７が不要となる。すなわち、本実施形態の構成では、地上に設置されている圧縮機１を駆動するため駆動源が不要となるので、地上設置の発電機７を廃止することができる。
【００４０】
図８に示す本実施形態の第１変形例では、上述した実施形態と同様に、タービン３を低圧タービン３Ｌ及び高圧タービン３Ｈに分離している。しかし、この変形例では、地上に設置された低圧タービン３Ｌが発電機４と連結され、かつ、タワーＴ上に設置された高圧タービン３Ｈが圧縮機１と連結されている。
従って、この場合の低圧タービン３Ｌは発電機４を駆動して発電を行い、高圧タービン３Ｈは圧縮機１を駆動して空気を圧縮するための駆動源となる。このような構成は、装置の効率面では不利になるが、圧縮機１を駆動する電動機が不要となるためコスト面では有利になり、効率よりコストを優先した構成となる。
【００４１】
図９に示す本実施形態の第２変形例では、上述した実施形態と同様に、タービン３を低圧タービン３Ｌ及び高圧タービン３Ｈに分離している。しかし、この変形例では、低圧タービン３Ｌを蒸気タービン２２及び発電機２３と連結して地上設置するとともに、高圧タービン３Ｈを圧縮機１と連結してタワーＴ上に設置している。
従って、この場合の低圧タービン３Ｌは、蒸気タービン２２との協働により発電機２３を駆動して発電を行い、高圧タービン３Ｈは、圧縮機１を駆動して空気を圧縮するための駆動源となる。このような構成は、相対的に重い発電機２３を地上に設置できるので、タワーＴの上部積載荷重を低減して製作コストを抑制することができる。
【００４２】
このように、上述した各実施形態によれば、タワーＴの上部積載重量を低減し、タワーＴの製作コストを抑制することができる。この結果、集光器Ｈのミラーを設置する敷地面積が同じであれば、太陽熱ガスタービンを受熱器２とともに設置するタワーＴを高くし、受熱器２が集光器Ｈから受熱する熱量を増すことができる。従って、自然エネルギーである太陽光を利用して運転する太陽熱ガスタービン、及び自然エネルギーである太陽光を利用して発電する太陽熱ガスタービン発電装置の効率を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば再熱器５の有無が限定されないなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 圧縮機
２ 受熱器
３ タービン
３Ｌ 低圧タービン
３Ｈ 高圧タービン
４，２３ 発電機
５ 再熱器
６ 煙突
７ 圧縮機駆動用電動機
１１ 高圧空気流路
１２，１２ａ 高温高圧空気流路
１２ｂ バイパス流路
１３ 排気流路
１４ バイパス弁
２０，２０Ａ 蒸気発電サイクル
２１ 蒸気発生器
２２ 蒸気タービン
２４ 復水器
ＧＴ１〜ＧＴ３ 太陽熱ガスタービン
Ｈ 集光器
Ｔ タワー
Ｇ 地上
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を利用して生成される空気等の圧縮性作動流体を用いて駆動される太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化等の環境問題を解決するため、太陽光や風力等の自然エネルギーが注目されている。
そこで、自然エネルギーの一つである太陽光を利用し、太陽光の熱により高圧の圧縮性作動流体を加熱して駆動する太陽熱ガスタービン、そして、この太陽熱ガスタービンにより発電機を駆動して発電する太陽熱ガスタービン発電装置が提案されている。
【０００３】
図１０に示す太陽熱ガスタービンＧＴは、圧縮性作動流体を圧縮して昇圧させる圧縮機１と、太陽光を変換した熱により圧縮性作動流体を加熱して昇温させる受熱器２と、高温高圧の圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービン３とを主な構成要素とする装置である。すなわち、太陽熱ガスタービンＧＴは、天然ガス等の燃料を燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器に代えて、太陽光の熱エネルギーを利用して圧縮性作動流体を加熱して昇温する受熱器２を設けたものである。
【０００４】
この場合の受熱器２は、太陽光を熱エネルギーに変換するための装置であり、集光器（ヘリオスタット）Ｈにより集めた光の熱を用いて、高圧の圧縮性作動流体を加熱して昇温させることができる。
また、発電機４を太陽熱ガスタービンＧＴと同軸に連結し、太陽熱ガスタービンＧＴで発電機４を駆動するように構成すれば、太陽光を利用して発電する太陽熱ガスタービン発電装置となる。なお、図中の符号５は、タービン３で仕事をした後に煙突６から大気へ排出される圧縮性作動流体の排熱を用い、圧縮機１で昇圧された高圧の圧縮性作動流体を予熱するための再熱器である。
【０００５】
このような太陽熱ガスタービン発電装置は、集光器Ｈ以外の機器、すなわち太陽熱ガスタービンＧＴが破線で示すタワーＴの上に配置されている。このような配置は、高所配置となる受熱器２の出口からタービン３の入口まで、たとえば流体温度が９００℃程度の高温配管となるため、この高温配管を最短にしたものである。
一方、ガスジェネレータモジュールと減速ギアボックスモジュールとを備えたガスタービンエンジンにおいて、ガスジェネレータモジュールの出力軸と減速ギアボックスモジュールの軸とをオフセットし、減速ギアボックスモジュールが、ガスジェネレータモジュールの出力軸に対して傾斜した中間軸により駆動される構成が開示されている。（たとえば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５１３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置においては、高温配管の長さを最短とするため、太陽熱ガスタービンＧＴが受熱器２とともにタワーＴの上部（高所）に設置されている。このため、タワーＴの高所に作用する積載重量は大きくなり、従って、タワー製作に要するコストが増大するという問題を有している。
さらに、太陽熱ガスタービンＧＴを受熱器２とともに設置するタワーＴの高さについては、集光器Ｈの構造上、ミラーを設置する敷地面積が同じであれば高いタワーＴほど受熱量を増すことになる。従って、太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置の効率面では、できるだけ高いタワーＴを使用することが望ましい。
【０００８】
このため、太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置においては、タワーＴの上部積載重量を低減できる構成を開発し、タワーＴの製作コストを抑制することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タワーの積載重量低減によりタワー製作コストを抑制することができる太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の太陽熱ガスタービンは、圧縮性作動流体を吸入して昇圧させる圧縮機と、集光器で集めた太陽光の熱により前記圧縮機で昇圧された圧縮性作動流体を加熱して昇温させる受熱器と、高温高圧の圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービンとを具備し、前記受光器とともにタワー上に設置して運転される太陽熱ガスタービンにおいて、前記圧縮機を前記タービンから分離して圧縮機駆動用電動機と連結し、前記圧縮機を地上設置の電動機駆動方式にしたことを特徴とするものである。
【００１０】
このような太陽熱ガスタービンによれば、圧縮機をタービンから分離して圧縮機駆動用電動機と連結し、圧縮機を地上設置の電動機駆動方式にしたので、高温配管の長さが最短に維持されるとともに、圧縮機を地上設置にした分だけタワーの積載重量が低減される。なお、タービンから分離された圧縮機は、同じく地上設置にした圧縮機駆動用電動機と連結して駆動されるので、圧縮性作動流体を吸入して昇圧させる機能上の問題はない。
【００１１】
上記の太陽熱ガスタービンにおいて、前記圧縮機から流出する高圧の圧縮性作動流体を前記タービンから排出される高温の圧縮性作動流体との熱交換で予熱する再熱器を備え、該再熱器は、タワー上または地上に設置されていることが好ましく、これにより、タービンで仕事をした高温の圧縮性作動流体が保有する排熱を有効利用できる。
【００１２】
本発明の太陽熱ガスタービン発電装置は、請求項１または２に記載の太陽熱ガスタービンと、該太陽熱ガスタービンで駆動されて発電する発電機とを備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
このような太陽熱ガスタービン発電装置によれば、請求項１または２に記載の太陽熱ガスタービンと、該太陽熱ガスタービンで駆動されて発電する発電機とを備えているので、タワーの積載重量を低減してタワー製作コストを抑え、自然エネルギーの太陽光を利用して発電することができる。
【００１４】
上記の太陽熱ガスタービン発電装置において、前記タービンから排出される高温の圧縮性作動流体を蒸気発生器に導入し、該蒸気発生器で生成した蒸気により運転される蒸気タービンが発電機を駆動して発電する蒸気発電サイクルを設けることが好ましく、これにより、タービンより排出される圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを有効利用し、装置全体の熱効率を向上させることができる。
この場合、蒸気発電サイクルは地上設置とすることが一般的であるが、前記蒸気発生器をタワー上に設置すれば、タービンの排ガスダクトを短くして熱損失を低減することができる。
【００１５】
上記の太陽熱ガスタービン装置発電装置において、前記蒸気タービンを前記圧縮機及び前記圧縮機駆動用電動機と同軸に連結し、運転時には前記蒸気タービンが前記圧縮機駆動用電動機とともに前記圧縮機を駆動させることが好ましく、これにより、圧縮機駆動用電動機を小型化することができる。
【００１６】
上記の太陽熱ガスタービン装置発電装置において、前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを前記圧縮機及び前記蒸気タービンと連結して地上設置することが好ましく、これにより、地上の発電機を廃止することができる。
【００１７】
上記の太陽熱ガスタービン装置発電装置において、前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを発電機と連結して地上設置するとともに、前記高圧タービンを前記圧縮機と連結してタワー上に設置することが好ましく、これにより、効率よりコストを優先した構成となる。
【００１８】
上記の太陽熱ガスタービン装置発電装置において、前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを前記蒸気タービン及び発電機と連結して地上設置するとともに、前記高圧タービンを圧縮機と連結してタワー上に設置することが好ましく、これにより、相対的に重い発電機を地上に設置することができる。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明によれば、タワーの上部積載重量を低減し、タワーの製作コストを抑制することができる。この結果、集光器のミラーを設置する敷地面積が同じであれば、太陽熱ガスタービンを受熱器とともに設置するタワーを高くし、集光器から受熱器への受熱量を増すことができるようになる。従って、自然エネルギーである太陽光を利用して運転する太陽熱ガスタービン、及び自然エネルギーである太陽光を利用して発電する太陽熱ガスタービン発電装置の効率向上に大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第１の実施形態を示す構成図（系統図）である。
【図２】図１に示す第１の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第１変形例を示す構成図（系統図）である。
【図３】図１に示す第１の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第２変形例を示す構成図（系統図）である。
【図４】本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第２の実施形態を示す構成図（系統図）である。
【図５】図４に示す第２の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第１変形例を示す構成図（系統図）である。
【図６】図４に示す第２の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第２変形例を示す構成図（系統図）である。
【図７】本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第３の実施形態を示す構成図（系統図）である。
【図８】図７に示す第３の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第１変形例を示す構成図（系統図）である。
【図９】図７に示す第３の実施形態に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第２変形例を示す構成図（系統図）である。
【図１０】太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置の従来例を示す構成図（系統図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１に示す実施形態において、太陽熱ガスタービンＧＴ１は、圧縮性作動流体を吸入して昇圧させる圧縮機１と、集光器Ｈで集めた太陽光の熱により圧縮機１で昇圧された圧縮性作動流体を加熱して昇温させる受熱器２と、高温高圧の圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービン３とを具備して構成される。
そして、図示の太陽熱ガスタービンＧＴ１は、タービン３と同軸に連結した発電機４を設けることにより、太陽光を利用して発電する太陽熱ガスタービン発電装置となる。
【００２２】
圧縮機１は、圧縮性作動流体を吸入して所望の高圧に圧縮する装置であり、タービン３から分離して専用の圧縮機駆動用電動機７と連結されている。圧縮機１で圧縮する圧縮性作動流体には、たとえば大気から吸入した空気が使用される。以下の説明では、圧縮性作動流体を空気として説明するが、これに限定されることはない。
圧縮機１で昇圧された圧縮性作動流体の空気は、高圧空気流路１１を通って受熱器２に導かれる。図示の構成例では、高圧空気流路１１の途中に再熱器５が設けられている。この再熱器５は、圧縮機１で昇圧された高圧空気と、タービン３で仕事をした高温空気とを熱交換させる装置である。すなわち、再熱器５は、タービン３で仕事をして煙突６から大気へ放出される高温空気の排熱を有効利用し、高圧空気を予熱することによって太陽熱ガスタービンＧＴ１及び太陽熱ガスタービン発電装置の熱効率を向上させる熱交換器である。
【００２３】
再熱器５を通過する際に予熱され、圧縮機１の出口温度より温度上昇した高圧空気は、高圧空気流路１１を通って受熱器２に導かれる。
受熱器２は、タワーＴの上部に配置されて太陽光を熱エネルギーに変換するための装置であり、地上に配置した多数の鏡を主な構成要素とする集光器Ｈにより集めた光の熱を用いて高圧空気を加熱するので、高圧空気の温度を上昇させることができる。すなわち、受熱器２は、高圧空気を流す多数の配管に集光器Ｈから光を当てることにより、配管及び配管内の高圧空気を加熱して昇温させる加熱装置である。
【００２４】
受熱器２で加熱された高圧空気は、たとえば出口温度が９００℃程度の高温高圧空気となり、高温高圧空気流路１２を通ってタービン３へ供給される。
タービン３に供給された高温高圧空気は、タービン内の動翼／静翼間を通過する際に膨張し、動翼と一体のタービン軸を回転させてタービン出力を発生させる。タービン３で発生した出力は、同軸に連結された発電機４の駆動力として用いられる。タービン３で仕事をした高温高圧空気は、タービン入口より圧力及び温度が低下した高温高圧空気（以下では、「使用済み空気」ともいう）となり、排気流路１３を通って再熱器５に導かれる。この使用済み空気は、再熱器５で高圧空気流路１１を通って導入された高圧空気との熱交換を行って予熱するので、さらに温度低下して煙突６から大気へ放出される。
【００２５】
このように構成された太陽熱ガスタービンＧＴ１及び太陽熱ガスタービン発電装置は、圧縮機及び圧縮機駆動用電動機７が集光器Ｈとともに地上Ｇに設置され、他の構成要素である受熱器２、タービン３、発電機４、再熱器５及び煙突６がタワーＴの上部に設置されている。すなわち、タービン３から分離して圧縮機駆動用電動機７と連結された圧縮機１については、タワーＴの上部に設置されてタービン３から出力の一部をもらい受ける従来の駆動方式から、圧縮機駆動用電動機７とともに地上設置された電動機駆動方式に変更されている。なお、煙突６の位置については特に限定されるものではないが、再熱器５の出口に近いタワーＴ上が望ましい。
【００２６】
このように構成された太陽熱ガスタービンＧＴ１及び太陽熱ガスタービン発電装置は、タワーＴの上部に設置される機器類の重量から地上設置された圧縮機１の重量が減少するので、タワーＴの積載重量を低減することができる。このようなタワーＴの積載重量低減は、たとえば１００ｍ程度の高さを有するタワーＴの製作コストを低減するのに有効であり、あるいは、同じ製作コストでより高いタワーＴを建設することができる。
また、受熱器２及びタービン３は、従来通りタワーＴの上部に設置されているので、両者の位置関係については従来と略同じにすることができる。従って、高価な配管素材や断熱対策等が必要となる高温高圧配管１２の配管長については、従来通りの略最短長さを維持することができる。
【００２７】
次に、本実施形態の第１変形例を図２に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この第１変形例は、圧縮機１が圧縮機駆動用電動機７とともに地上設置される電動機駆動方式に加えて、再熱器５についても同様に地上設置したものである。なお、煙突６の位置については、特に限定されるものではない。
【００２８】
このように構成された第１変形例の太陽熱ガスタービンＧＴ２及び太陽熱ガスタービン発電装置は、再熱器５を地上設置にした分だけタワーＴの積載荷重はさらに低減されるので、タワーＴの製作コストをより一層低減することが可能になる。
また、受熱器２及びタービン３は、タワーＴの上部に設置されているので、両者の位置関係については従来と略同じにすることができ、従って、高温流体を取り扱う高温高圧配管１２の配管長については、従来通りの略最短長さを維持することができる。
【００２９】
次に、本実施形態の第２形例を図３に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この第２変形例では、圧縮機１が圧縮機駆動用電動機７とともに地上設置される電動機駆動方式を採用するとともに、熱効率の向上に有利な再熱器５を廃止したものである。なお、煙突６の位置については、タービン３の出口に近いタワーＴ上としているが、特に限定されるものではない。
【００３０】
このように構成された第２変形例の太陽熱ガスタービンＧＴ３及び太陽熱ガスタービン発電装置は、再熱器５がない分だけタワーＴの積載荷重はさらに低減されるので、タワーＴの製作コストをより一層低減することができる。
また、受熱器２及びタービン３は、タワーＴの上部に設置されているので、両者の位置関係については従来と略同じにすることができ、従って、高温高圧配管１２の配管長については、従来通りの略最短長さを維持することができる。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第２の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、太陽熱ガスタービンにより発電機を駆動して発電する太陽熱ガスタービン発電装置が、以下に説明する蒸気発電サイクル２０を備えている。なお、図４に示す構成例では、再熱器５のない図３に示した太陽熱ガスタービンＧＴ３及び太陽熱ガスタービン発電装置に地上設置の蒸気発電サイクル２０を追設しているが、これに限定されるものではない。
【００３２】
図示の蒸気発電サイクル２０は、タービン３から排出される使用済み空気を蒸気発生器２１に導入し、蒸気発生器２１内で水を加熱して蒸気を生成する。蒸気発生器２１で生成した蒸気は蒸気タービン２２に供給され、この蒸気により運転される蒸気タービン２２が発電機２３を駆動して発電する。
蒸気タービン２２で仕事をした蒸気は、復水器２４を通過して水に戻された後、再び蒸気発生器２１に供給される。従って、蒸気発生器２１で使用済み空気に加熱される水は、水及び蒸気の状態変化を繰り返して閉回路の配管流路を循環する。
【００３３】
このように、蒸気発電サイクル２０を備えた太陽熱ガスタービンＧＴ３及び太陽熱ガスタービン発電装置とすることにより、タービン３より排出される高温高圧の使用済み空気が保有する熱エネルギーを有効利用し、装置全体の熱効率を向上させることができる。すなわち、タービン３より排出される使用済み空気をそのまま煙突６から大気へ放出するのではなく、蒸気タービン２２を運転するための蒸気生成により熱回収をし、タービン３に駆動される発電機４の発電量に加えて、蒸気タービン２２により駆動される発電機２３の発電量を得て熱効率の向上を達成している。
【００３４】
ところで、上述した蒸気発電サイクル２０は、地上設置が一般的である。しかし、たとえば図５に示す本実施形態の第１変形例のように、蒸気発生器２１をタービン３とともにタワーＴの上に設置する配置を採用すれば、タービン３から蒸気発生器２１に使用済み空気を導く排気流路（排ガスダクト）１３を短くすることができる。このため、使用済み空気が排気流路１３を流れる際、外気に放熱して温度低下する熱損失は低減される。
【００３５】
また、図６に示す本実施形態の第２変形例では、蒸気発電サイクル２０Ａの蒸気タービン２２を圧縮機１及び圧縮機駆動用電動機７と同軸に連結している。そして、太陽熱ガスタービン発電装置の運転時には、蒸気タービン２２が圧縮機駆動用電動機７とともに圧縮機１を駆動するように構成されている。
【００３６】
このような構成を採用することにより、地上の発電機２３を廃止するとともに、圧縮機駆動用電動機７を小型化することができる。すなわち、この変形例は、タービン３から排出される使用済み空気の排熱について、蒸気タービン２２の出力で発電機２３を駆動する発電に使用するのではなく、蒸気タービン２２の出力で圧縮機１を駆動するのに必要な駆動力の一部を補うために使用している。
なお、図６に示す構成例では、蒸気発生器２１がタワーＴ上に配置されているが、図４に示す地上配置としてもよい。
【００３７】
＜第３の実施形態＞
本発明に係る太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置について、第３の実施形態を図７に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、太陽熱ガスタービンにより発電機を駆動して発電する太陽熱ガスタービン発電装置において、上述したタービン３が低圧タービン３Ｌ及び高圧タービン３Ｈに分離されている。
【００３８】
高圧タービン３Ｈ及び低圧タービン３Ｌは、受熱器２及び蒸気発生器２１の間に直列配置されている。すなわち、受熱器２の出口と高圧タービン３Ｈの入口との間が高温高圧空気流路１２によって接続され、高圧タービン３Ｈの出口と低圧タービン３Ｌの入口との間が高温高圧空気流路１２ａによって接続され、さらに、低圧タービン３Ｌの入口と蒸気発生器２１との間が排気流路１３によって接続されている。
また、受熱器２と高圧タービン３Ｈとの間を接続する高温高圧空気流路１２には、流路途中から分岐して高圧タービン３Ｈの下流側で高温高圧空気流路１２ａに合流するバイパス流路１２ｂが設けられている。このバイパス流路１２ｂには、流量調整可能なバイパス弁１４が設けられている。このバイパス流路１２ｂは、バイパス弁１４の開度調整に応じて高圧タービン３Ｈのバイパス空気流量を調整できるため、たとえば起動時等にはバイパス空気流量を増して圧縮機１の駆動力を確保する運転制御が可能となる。
【００３９】
上述した高圧タービン３Ｈは、発電機４と同軸に連結されてタワーＴの上部に設置されている。一方、上述した低圧タービン３Ｌは、圧縮機１及び蒸気タービン２２と同軸に連結されて地上に設置されている。
このように構成された太陽熱ガスタービン発電装置においては、高圧タービン３Ｈが発電機４を駆動して発電を行い、低圧タービン３Ｌが蒸気タービン２２と協働して圧縮機１を駆動するので、圧縮機１を駆動するための電動機７が不要となる。すなわち、本実施形態の構成では、地上に設置されている圧縮機１を駆動するため駆動源が不要となるので、地上設置の発電機７を廃止することができる。
【００４０】
図８に示す本実施形態の第１変形例では、上述した実施形態と同様に、タービン３を低圧タービン３Ｌ及び高圧タービン３Ｈに分離している。しかし、この変形例では、地上に設置された低圧タービン３Ｌが発電機４と連結され、かつ、タワーＴ上に設置された高圧タービン３Ｈが圧縮機１と連結されている。
従って、この場合の低圧タービン３Ｌは発電機４を駆動して発電を行い、高圧タービン３Ｈは圧縮機１を駆動して空気を圧縮するための駆動源となる。このような構成は、装置の効率面では不利になるが、圧縮機１を駆動する電動機が不要となるためコスト面では有利になり、効率よりコストを優先した構成となる。
【００４１】
図９に示す本実施形態の第２変形例では、上述した実施形態と同様に、タービン３を低圧タービン３Ｌ及び高圧タービン３Ｈに分離している。しかし、この変形例では、低圧タービン３Ｌを蒸気タービン２２及び発電機２３と連結して地上設置するとともに、高圧タービン３Ｈを圧縮機１と連結してタワーＴ上に設置している。
従って、この場合の低圧タービン３Ｌは、蒸気タービン２２との協働により発電機２３を駆動して発電を行い、高圧タービン３Ｈは、圧縮機１を駆動して空気を圧縮するための駆動源となる。このような構成は、相対的に重い発電機２３を地上に設置できるので、タワーＴの上部積載荷重を低減して製作コストを抑制することができる。
【００４２】
このように、上述した各実施形態によれば、タワーＴの上部積載重量を低減し、タワーＴの製作コストを抑制することができる。この結果、集光器Ｈのミラーを設置する敷地面積が同じであれば、太陽熱ガスタービンを受熱器２とともに設置するタワーＴを高くし、受熱器２が集光器Ｈから受熱する熱量を増すことができる。従って、自然エネルギーである太陽光を利用して運転する太陽熱ガスタービン、及び自然エネルギーである太陽光を利用して発電する太陽熱ガスタービン発電装置の効率を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば再熱器５の有無が限定されないなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 圧縮機
２ 受熱器
３ タービン
３Ｌ 低圧タービン
３Ｈ 高圧タービン
４，２３ 発電機
５ 再熱器
６ 煙突
７ 圧縮機駆動用電動機
１１ 高圧空気流路
１２，１２ａ 高温高圧空気流路
１２ｂ バイパス流路
１３ 排気流路
１４ バイパス弁
２０，２０Ａ 蒸気発電サイクル
２１ 蒸気発生器
２２ 蒸気タービン
２４ 復水器
ＧＴ１〜ＧＴ３ 太陽熱ガスタービン
Ｈ 集光器
Ｔ タワー
Ｇ 地上
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮性作動流体を吸入して昇圧させる圧縮機と、集光器で集めた太陽光の熱により前記圧縮機で昇圧された圧縮性作動流体を加熱して昇温させる受熱器と、高温高圧の圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービンとを具備し、前記受光器とともにタワー上に設置して運転される太陽熱ガスタービンにおいて、
前記圧縮機を前記タービンから分離して圧縮機駆動用電動機と連結し、前記圧縮機を地上設置の電動機駆動方式にしたことを特徴とする太陽熱ガスタービン。
【請求項２】
前記圧縮機から流出する高圧の圧縮性作動流体を前記タービンから排出される高温の圧縮性作動流体との熱交換で予熱する再熱器を備え、該再熱器がタワー上または地上に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱ガスタービン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽熱ガスタービンと、該太陽熱ガスタービンで駆動されて発電する発電機とを備えていることを特徴とする太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項４】
前記タービンから排出される高温高圧の圧縮性作動流体を蒸気発生器に導入し、該蒸気発生器で生成した蒸気により運転される蒸気タービンが発電機を駆動して発電する蒸気発電サイクルを設けたことを特徴とする請求項３に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項５】
前記蒸気発生器をタワー上に設置したことを特徴とする請求項４に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項６】
前記蒸気タービンを前記圧縮機及び前記圧縮機駆動用電動機と同軸に連結し、運転時には前記蒸気タービンが前記圧縮機駆動用電動機とともに前記圧縮機を駆動させることを特徴とする請求項４に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項７】
前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを前記圧縮機及び前記蒸気タービンと連結して地上設置したことを特徴とする請求項６に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項８】
前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを発電機と連結して地上設置するとともに、前記高圧タービンを前記圧縮機と連結してタワー上に設置したことを特徴とする請求項３に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項９】
前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを前記蒸気タービン及び発電機と連結して地上設置するとともに、前記高圧タービンを圧縮機と連結してタワー上に設置したことを特徴とする請求項４に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項１】
圧縮性作動流体を吸入して昇圧させる圧縮機と、集光器で集めた太陽光の熱により前記圧縮機で昇圧された圧縮性作動流体を加熱して昇温させる受熱器と、高温高圧の圧縮性作動流体が保有する熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービンとを具備し、前記受光器とともにタワー上に設置して運転される太陽熱ガスタービンにおいて、
前記圧縮機を前記タービンから分離して圧縮機駆動用電動機と連結し、前記圧縮機を地上設置の電動機駆動方式にしたことを特徴とする太陽熱ガスタービン。
【請求項２】
前記圧縮機から流出する高圧の圧縮性作動流体を前記タービンから排出される高温の圧縮性作動流体との熱交換で予熱する再熱器を備え、該再熱器がタワー上または地上に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱ガスタービン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽熱ガスタービンと、該太陽熱ガスタービンで駆動されて発電する発電機とを備えていることを特徴とする太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項４】
前記タービンから排出される高温高圧の圧縮性作動流体を蒸気発生器に導入し、該蒸気発生器で生成した蒸気により運転される蒸気タービンが発電機を駆動して発電する蒸気発電サイクルを設けたことを特徴とする請求項３に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項５】
前記蒸気発生器をタワー上に設置したことを特徴とする請求項４に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項６】
前記蒸気タービンを前記圧縮機及び前記圧縮機駆動用電動機と同軸に連結し、運転時には前記蒸気タービンが前記圧縮機駆動用電動機とともに前記圧縮機を駆動させることを特徴とする請求項４に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項７】
前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを前記圧縮機及び前記蒸気タービンと連結して地上設置したことを特徴とする請求項６に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項８】
前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを発電機と連結して地上設置するとともに、前記高圧タービンを前記圧縮機と連結してタワー上に設置したことを特徴とする請求項３に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【請求項９】
前記タービンを低圧タービン及び高圧タービンに分離し、前記低圧タービンを前記蒸気タービン及び発電機と連結して地上設置するとともに、前記高圧タービンを圧縮機と連結してタワー上に設置したことを特徴とする請求項４に記載の太陽熱ガスタービン発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２７５９９７（Ｐ２０１０−２７５９９７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３２１３５（Ｐ２００９−１３２１３５）
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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