発電システム
【課題】余分な二酸化炭素を排出することなく太陽光発電で用いられる熱媒体の温度低下を防止することができる発電システムを提供する。
【解決手段】発電システム１は、ガスタービン１１を駆動して発電を行うガスタービン発電機１０と、ガスタービン１１の排熱を回収して作動媒体の蒸気を生成する排熱回収ボイラ２０と、太陽熱を収集して熱媒体を加熱するとともに熱媒体と作動媒体との間で熱交換を行って作動媒体の蒸気を生成する太陽熱収集装置５０と、排熱回収ボイラ２０及び太陽熱収集装置５０で生成される蒸気で低圧蒸気タービン３１ａ及び高圧蒸気タービン３１ｂを駆動して発電を行う蒸気タービン発電機３０と、排熱回収ボイラ２０に導かれるガスタービン１１の排熱を用いて作動媒体との間で熱交換が行われた熱媒体を加熱する低温域過熱器２７及び高温域過熱器２８とを備える。
【解決手段】発電システム１は、ガスタービン１１を駆動して発電を行うガスタービン発電機１０と、ガスタービン１１の排熱を回収して作動媒体の蒸気を生成する排熱回収ボイラ２０と、太陽熱を収集して熱媒体を加熱するとともに熱媒体と作動媒体との間で熱交換を行って作動媒体の蒸気を生成する太陽熱収集装置５０と、排熱回収ボイラ２０及び太陽熱収集装置５０で生成される蒸気で低圧蒸気タービン３１ａ及び高圧蒸気タービン３１ｂを駆動して発電を行う蒸気タービン発電機３０と、排熱回収ボイラ２０に導かれるガスタービン１１の排熱を用いて作動媒体との間で熱交換が行われた熱媒体を加熱する低温域過熱器２７及び高温域過熱器２８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼熱と太陽熱とを複合的に用いて発電を行う発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱効率を高めて排熱エネルギーの低減を図るべく、内燃力発電と汽力発電とを組み合わせ、内燃力発電の排熱で汽力発電を行う複合発電（所謂、コンバインドサイクル発電）が実現されている。具体的に、コンバインドサイクル発電は、ガスタービン発電設備で生ずる排熱をＨＲＳＧ（排熱回収ボイラ）で回収して蒸気を生成し、蒸気タービン発電設備を駆動することにより、双方の発電設備で複合的に発電を行うものである。
【０００３】
また、近年では、上記の燃焼熱を用いるコンバインドサイクル発電と太陽熱を用いて発電を行う太陽熱発電とを組み合わせた発電システムの開発が盛んに行われている。これらを組み合わせることにより、夜間や曇天の日に十分な発電量を得ることができないという太陽熱発電の欠点を補うことができるとともに、更なる熱効率の向上及び排熱エネルギーの低減を図ることができる。
【０００４】
以下の特許文献１には、ガスタービン発電機を太陽熱利用プラントと組み合わせ、ガスタービンの排熱ガスを蒸気の過熱及び供給水の加熱のみに利用し、太陽熱加熱器を供給水の沸騰又は蒸発のためにだけに利用する発電システムが開示されている。以下の特許文献２には、太陽熱収集装置と既存の火力発電発電機とを組み合わせた発電システムが開示されている。以下の特許文献３には、ＨＲＳＧで回収されるガスタービンの排熱と集熱装置で収集される太陽熱とによって蒸気を生成し、蒸気タービンを駆動するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０００−５１４１４９号公報
【特許文献２】特表平１０−５０１６００号公報
【特許文献３】特許第４３２２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したコンバインドサイクル発電と太陽熱発電とを組み合わせた発電システムでは、太陽光が照射されない夜間に、太陽熱で加熱される熱媒体から熱が放出されて熱媒体の温度が低下する。熱媒体の温度低下が生ずると、太陽熱発電設備の起動に要する時間が延びてしまい、温度低下の度合いによっては熱媒体が凍結する事態が生ずることもある。かかる事態を防止するために、従来の発電システムでは、熱媒体を加熱する助燃バーナ等の加熱装置を設置する等の対策が施されている。尚、加熱装置による熱媒体の加熱は、夜間のみならず昼間の日照量が不安定な場合にも行われることがある。
【０００７】
ここで、太陽熱発電は、温室効果ガスの一種である二酸化炭素（ＣＯ２）を殆ど放出することなく発電できる点が最大の利点である。コンバインドサイクル発電と太陽熱発電とを組み合わるのは、熱効率の向上及び排熱エネルギーの低減を図ることのみならず、二酸化炭素の排出量を低減するためでもある。助燃バーナ等の加熱装置によって太陽熱発電で用いられる熱媒体の加熱によって余分な二酸化炭素が排出されてしまい、二酸化炭素の排出量低減という太陽熱発電の利点が没却されてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、余分な二酸化炭素を排出することなく太陽光発電で用いられる熱媒体の温度低下を防止することができる発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の発電システムは、ガスタービン（１１）を駆動して発電を行う第１発電装置（１０）と、前記ガスタービンの排熱を回収して作動媒体の蒸気を生成する排熱回収装置（２０）と、太陽熱を収集して熱媒体を加熱するとともに該熱媒体と前記作動媒体との間で熱交換を行って前記作動媒体の蒸気を生成する太陽熱収集装置（５０）と、前記排熱回収装置及び前記太陽熱収集装置で生成される蒸気で蒸気タービン（３１ａ、３１ｂ）を駆動して発電を行う第２発電装置（３０）とを備える発電システム（１）において、前記排熱回収装置に導かれる前記ガスタービンの排熱、或いは前記排熱回収装置から外部に排出される排熱を用いて、前記作動媒体との間で熱交換が行われた前記熱媒体を加熱する加熱装置（２７、２８）を備えることを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記加熱装置が、前記排熱回収装置から外部に排出される排熱の温度域である第１温度域の排熱を用いて前記熱媒体を加熱する第１加熱装置（２７）と、前記第１温度域よりも高い温度域であって、前記熱媒体の最高使用可能温度よりも低い温度域である第２温度域の排熱を用いて熱媒体を加熱する第２加熱装置（２８）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記作動媒体との間で熱交換が行われた前記熱媒体を、前記第１，第２加熱装置に導くか否かを制御する制御装置（６４）を備えることを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記熱媒体の温度を検出する温度計（６２、６３）を備えており、前記制御装置が、前記熱媒体の温度が予め設定された第１閾温度を下回った場合に、前記熱媒体を前記第１加熱装置に導く制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記制御装置が、前記太陽熱収集装置が起動される場合に、前記熱媒体を前記第２加熱装置に導く制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記制御装置が、前記太陽熱収集装置が動作状態にある場合に、前記熱媒体の温度が前記第１閾温度よりも高く前記熱媒体の最高使用可能温度よりも低い第２閾温度以上であるときには前記第１，第２加熱装置への前記熱媒体の供給を停止する制御を行い、前記熱媒体の温度が前記第１閾温度以上であって前記第２閾温度未満であるときには前記熱媒体を前記第２加熱装置に導く制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記制御装置が、前記熱媒体の温度が前記第２閾温度を超えている場合には、前記熱媒体の温度が最高使用可能温度を超えないように前記熱媒体の流量制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記制御装置が、前記太陽熱収集装置が停止される場合に、前記第２加熱装置への前記熱媒体の供給が行われている場合には、該供給を予め設定されたタイミングで停止する制御を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、排熱回収装置に導かれるガスタービンの排熱、或いは排熱回収装置から外部に排出される排熱を用いて、太陽熱収集装置で用いられる熱媒体であって、蒸気タービンを駆動する蒸気を生成するために用いられる作動媒体との間で熱交換が行われた熱媒体を加熱しているため、余分な二酸化炭素を排出することなく太陽光発電で用いられる熱媒体の温度低下を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による発電システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による発電システムが備える制御系の要部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による発電システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による発電システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の発電システム１は、ガスタービン発電機１０（第１発電装置）、排熱回収ボイラ２０（排熱回収装置）、蒸気タービン発電機３０（第２発電装置）、凝縮器４０、及び太陽熱収集装置５０を備えており、燃焼熱と太陽熱とを複合的に用いて発電を行う。
【００１３】
ガスタービン発電機１０は、ガスタービン１１及び発電機１２を備えており、燃料の反応熱等で生成された高温のガスでガスタービン１１を回転駆動して得られる回転力によって発電機１２を駆動することにより発電を行う。排熱回収ボイラ２０は、カスタービン１１の排熱を回収して凝縮器４０から供給される作動媒体の蒸気を生成する。ガスタービン１１から排熱回収ボイラ２０に導かれる排熱の温度は５００℃程度であり、排熱回収ボイラ２０から外部に排出される排熱の温度域は１００〜１５０℃程度の温度域（第１温度域）である。
【００１４】
具体的に、排熱回収ボイラ２０は、低圧節炭器２１、低圧蒸発器２２、低圧過熱器２３、高圧節炭器２４、高圧蒸発器２５、及び高圧過熱器２６に加えて低温域加熱器２７（加熱装置、第１加熱装置）及び高温域加熱器２８（加熱装置、第２加熱装置）を備える。尚、ここにいう「低圧」とは１ＭＰａ程度の圧力を超えない圧力（例えば、０．６ＭＰａの圧力）をいいい、「高圧」とは１ＭＰａ程度の圧力を越える圧力（例えば、４．７ＭＰａの圧力）をいう。
【００１５】
低圧節炭器２１は、ボイラ効率を高めるべく、温度域が１００〜１５０℃程度の排熱を用いて凝縮器４０から供給される作動媒体を加熱する。低圧蒸発器２２は、低圧節炭器２１で加熱された作動媒体を加熱して作動媒体の低圧蒸気を生成する。低圧過熱器２３は、低圧蒸発器２２で生成された作動媒体の低圧蒸気を更に加熱して２００℃程度の過熱蒸気を生成する。低圧加熱器２３で生成された過熱蒸気は蒸気タービン発電機３０が備える低圧蒸気タービン３１ａに供給される。
【００１６】
高圧節炭器２４は、ボイラ効率を高めるべく、温度が２５０℃程度の排熱を用いて低圧蒸発器２２を介した作動媒体を加熱する。高圧蒸発器２５は、高圧節炭器２４で加熱された作動媒体を加熱して作動媒体の高圧蒸気を生成する。高圧過熱器２６は、高圧蒸発器２５で生成された作動媒体の高圧蒸気を更に加熱して４２０℃程度の過熱蒸気を生成する。高圧加熱器２６で生成された過熱蒸気は蒸気タービン発電機３０が備える高圧蒸気タービン３１ｂに供給される。
【００１７】
低温域加熱器２７は、排熱回収ボイラ２０の内部であって排熱が排出される排出口の近傍に設けられ、１００〜１５０℃程度の温度域（第１温度域）の排熱を用いて太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体（太陽熱により加熱される熱媒体）を加熱する。この低温域加熱器２７は、例えば太陽光が照射されない夜間おいて、熱媒体の温度が低下して熱媒体が凍結するのを防止するために設けられる。尚、低温域加熱器２７は、１００〜１５０℃程度の温度域の排熱が得られる排出口の近傍であれば排熱回収ボイラ２０の外部に設けられていても良い。
【００１８】
高温域加熱器２８は、高圧節炭器２４と高圧蒸発器２５との間に設けられ、３００〜３５０℃（第２温度域）の排熱を用いて太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体（太陽熱により加熱される熱媒体）を加熱する。高温域加熱器２８は、加熱する熱媒体の温度を３００℃程度まで上昇させることができるように設計されている。この高温域加熱器２８は、太陽熱収集装置５０の起動に要する時間を短縮し、また、太陽熱収集装置５０で収集される太陽熱が十分でない場合に熱媒体を加熱する熱量を補うために設けられる。尚、高温域加熱器２８が設けられる場所は、高圧節炭器２４と高圧蒸発器２５との間に限られる訳ではなく、排熱回収ボイラ２０から排出される排熱の温度域である１００〜１５０℃程度の温度域よりも高く、熱媒体の最高使用可能温度（例えば、４００℃）よりも低い温度の排熱が得られる場所であれば良い。
【００１９】
蒸気タービン発電機３０は、低圧蒸気タービン３１ａ、高圧蒸気タービン３１ｂ、及び発電機３２を備えており、排熱回収ボイラ２０から供給される過熱蒸気で低圧蒸気タービン３１ａ及び高圧蒸気タービン３１ｂを回転駆動して得られる回転力によって発電機３２を駆動することにより発電を行う。凝縮器４０は、低圧蒸気タービン３１ａを介した蒸気及び高圧蒸気タービン３１ｂを介した蒸気を、冷却水等の冷却媒体にて冷却して凝縮させる。
【００２０】
太陽熱収集装置５０は、ソーラーフィールド５１、蒸気発生器５２、タンク５３、バルブ５４ａ〜５４ｃ、及びポンプ５５を備えており、太陽熱を収集して熱媒体を加熱するとともに、熱媒体と凝縮器４０から供給される作動媒体との間で熱交換を行って作動媒体の蒸気を生成する。ソーラーフィールド５１は、太陽熱を収集する多数の集熱装置５１ａと熱媒体を循環させる複数の配管とが配設されており、集熱装置で収集された太陽熱によって熱媒体を加熱する数百メートル四方の敷地である。
【００２１】
蒸気発生器５２は、凝縮器４０から供給される作動媒体とソーラーフィールド５１を介した熱媒体とが供給されており、これら作動媒体と熱媒体との間で熱交換を行って作動媒体の蒸気を生成する。蒸気発生器５２で生成された蒸気は、排熱回収ボイラ２０が備える高圧過熱器２６に供給される。タンク５３は、蒸気発生器５２を介した熱媒体（熱交換が行われて温度が低下した熱媒体）を一時的に蓄える。このタンク５３の出力端は、配管によってバルブ５４ａ並びに排熱回収ボイラ２０に設けられた低温域加熱器２７及び高温域加熱器２８に接続されている。
【００２２】
バルブ５４ａは、タンク５３とポンプ５５とを接続する配管に設けられており、これらの間の流路を開閉する。バルブ５４ｂは、低温域加熱器２７とポンプ５５とを接続する配管に設けられており、これらの間の流路を開閉する。バルブ５４ｃは、高温域加熱器２８とポンプ５５とを接続する配管に設けられており、これらの間の流路を開閉する。尚、詳細は後述するが、これらバルブ５４ａ〜５４ｃの開閉は制御装置によって制御される。ポンプ５５は、バルブ５４ａ〜５４ｃが設けられた流路を介した熱媒体を加圧してソーラーフィールド５１に向けて送出することにより、太陽熱収集装置５０内で熱媒体を循環させる。
【００２３】
次に、太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体の循環を制御する制御系について詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態による発電システムが備える制御系の要部構成を示す図である。尚、図２においては、図１に示した構成と同じ構成については同一の符号を付してある。図２に示す通り、太陽熱収集装置５０は、図１を用いて説明したソーラーフィールド５１〜ポンプ５５（図２においては、タンク５４の図示を省略している）に加えて、バルブ６１、温度計６２，６３、制御装置６４、及びバルブ６５を備える。
【００２４】
尚、凝縮器４０から蒸気発生器５２を介して排熱回収ボイラ２０に至る作動媒体の流路には、ポンプ７１、予備加熱器７２、バルブ７３、液面調節計７４、過熱器７５、バルブ７６、及び圧力調整計７７が設けられている。まず、これらポンプ７１〜圧力調整計７７について簡単に説明する。
【００２５】
ポンプ７１は、凝縮器４０から供給される作動媒体を太陽熱収集装置５０に導くために、凝縮器４０からの作動媒体を加圧して蒸気発生器５２に向けて送出する。予備加熱器７２は、蒸気発生器５２を介した熱媒体を用いて、ポンプ７１から蒸気発生器５２に向けて送出される作動媒体の予備加熱を行う。バルブ７３は、予備加熱器７２と蒸気発生器５２とを接続する配管に設けられており、液面調節計７４の制御の下でこれらの間の流路を開閉する。液面調節計７４は、蒸気発生器５２に供給される作動媒体の液面を計測し、その計測結果に基づいてバルブ７３を制御する。
【００２６】
過熱器７５は、ソーラーフィールド５１を介した熱媒体を用いて、蒸気発生器５２で生成された作動媒体の蒸気を更に加熱する。バルブ７６は、過熱器７５と排熱回収ボイラ２０とを接続する配管に設けられており、圧力調整計７７の制御の下でこれらの間の流路を開閉する。圧力調整計７７は、排熱回収ボイラ２０に供給される作動媒体の蒸気の圧力を計測し、その計測結果に基づいてバルブ７６を制御する。
【００２７】
次に、上述したバルブ６１〜バルブ６５の詳細について説明する。バルブ６１は、ポンプ５５とソーラーフィールド５１とを接続する配管に設けられており、制御装置６４の制御の下でこれらの間の流路を開閉する。このバルブ６１は、制御装置６４の制御の下でソーラーフィールド５１に向けて送出される熱媒体の流量を可変するために設けられる。温度計６２は、ポンプ５５とバルブ５４ａ〜５４ｃとを接続する配管に取り付けられており、ソーラーフィールド５１に供給される熱媒体の温度を計測する。
【００２８】
温度計６３は、ソーラーフィールド５１と過熱器７５とを接続する配管に取り付けられており、ソーラーフィールド５１から排出される熱媒体の温度を計測する。これら温度計６２，６３の検出結果を示す信号は、制御装置６４に出力される。尚、バルブ６５は、ソーラーフィールド５１と過熱器７５とを接続する配管に設けられており、不図示のコントローラの制御の下でこれらの間の流路を開閉する。
【００２９】
制御装置６４は、温度計６２，６３の検出結果に基づいてバルブ５４ａ〜５４ｃ及びバルブ６１開閉状態を制御することにより、熱媒体を低温域加熱器２７及び高温域加熱器２８に導くか否かを制御する。ここで、太陽熱収集装置５０には複数の運転モードが予め用意されており、制御装置６４は太陽熱収集装置５０の運転モードに応じた制御を行う。具体的に、太陽熱収集装置５０の運転モードには、「凍結防止運転モード」、「起動準備モード」、「通常運転モード」、及び「停止準備モード」があり、各々の運転モードにおいて制御装置６４は以下に示す制御を行う。
【００３０】
［凍結防止運転モード］
「凍結防止運転モード」は、例えば太陽光が照射されない夜間おいて、熱媒体の凍結を防止するための運転モードである。この運転モードにおいて、制御装置６４は、温度計６２，６３で計測される温度の少なくとも一方が予め設定された凍結防止閾温度（例えば、１００℃：第１閾温度）を下回った場合に、バルブ５４ｂを開状態にして熱媒体（蒸気発生器５２を介した熱媒体）を低温域加熱器２７に導く制御を行う。尚、本動作モードでは、バルブ５４ａ，５４ｃは閉状態にされる。
【００３１】
［起動準備モード］
「起動準備モード」は、例えば早朝において、停止状態にある太陽熱収集装置５０、或いは「凍結防止運転モード」にある太陽熱収集装置５０を起動するための運転モードであり、太陽熱収集装置５０の起動に要する時間を短縮するために設けられる。この運転モードにおいて、制御装置６４は、予め設定されたタイミングでバルブ５４ｃを開状態にして熱媒体を高温域加熱器２８に導く制御を行う。また、制御装置６４は、例えば温度計６２，６３で計測される温度の双方が１２０℃を上回った場合にバルブ５４ｂを閉状態にする制御を行う。
【００３２】
以上の制御が終了した後に、太陽光がソーラーフィールド５１に照射されるにつれて熱媒体の温度が上昇し、これに伴って温度計６３で計測される温度も上昇する。制御装置６４は、温度計６３で計測される温度が、例えば３８０℃に到達した場合に、熱媒体の温度が目標温度（例えば、３６０℃：第２閾温度）となるように、バルブ５４ｃの開度を制御する。
【００３３】
［通常運転モード］
「通常運転モード」は、例えば太陽光が照射されている日中において、必要となる電力を発電させる運転モードである。この運転モードでは、制御装置６４は、温度計６３で計測される温度が目標温度に保たれるようにバルブ６１の開度を制御する。このとき、制御装置６４は、バルブ５４ｂ，５４ｃの双方を閉状態にするとともにバルブ５４ａを開状態にし、熱媒体が低温域加熱器２７及び高温域加熱器２８の双方に導かれずに直接ポンプ５５に導かれるようにして上記の制御を行う。尚、温度計６３で計測される温度が目標温度を超えている場合には、制御装置６４は、熱媒体の温度が最高使用可能温度を超えないように熱媒体の流量制御を行う。尚、流量制御に代えて、或いは流量制御とともにソーラーフィールド５１の集熱量を低下させる制御を行っても良い。
【００３４】
日照量の低下によって熱媒体の温度を目標温度以上に維持できない場合には、制御装置６４は、バルブ５４ｃを開状態にして熱媒体を高温域加熱器２８に導く制御を行う。つまり、熱媒体を高温域加熱器２８に導いて加熱することで、ソーラーフィールド５１で不足する熱媒体を加熱するための熱量を補う制御を行う。ここで、制御装置６４は、バルブ５４ｃの開度を制御して高温域加熱器２８に導かれる熱媒体の流量を変えることにより、熱媒体の温度が一定の温度（例えば、目標温度）に維持されるように制御する。
【００３５】
［停止準備モード］
「停止準備モード」は、例えば夕方において、太陽熱収集装置５０を停止させ、或いは「凍結防止運転モード」に移行させる運転モードである。上述の通り、熱媒体の温度を目標温度以上に維持できない場合には、制御装置６４の制御によってバルブ５４ｃが開状態にされて熱媒体が高温域加熱器２８に導かれて加熱される。日没によりソーラーフィールド５１に太陽光が照射されていない状態で、熱媒体を高温域加熱器２８で加熱したままにするとヒートロスが大きくなって効率が悪くなる。このため、本運転モードに移行したときに熱媒体が高温域加熱器２８に導かれている状態にある場合には、制御装置６４は、予め設定されたタイミングでバルブ５４ｃを閉状態にする制御を行い、太陽熱収集装置５０を停止させ、或いは「凍結防止運転モード」に移行させる。
【００３６】
次に、上記構成における発電システム１の動作について説明する。まず、太陽熱収集装置５０の運転モードが「通常運転モード」であるとすると、制御装置６４の制御によってバルブ５４ｂ，５４ｃが閉状態にされるとともにバルブ５４ａが開状態にされる。これにより、太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体は、ソーラーフィールド５１、バルブ６５、過熱器７５、蒸気発生器５２、予備加熱器７２、バルブ５４ａ、ポンプ５５、及びバルブ６１を順に介してソーラーフィールド５１に戻る流路を循環することになる。
【００３７】
温度計６２，６３の計測結果に基づいて、制御装置６４によりバルブ６１の開度が制御されることにより、ソーラーフィールド５１から排出される熱媒体の温度は、最高使用可能温度未満の温度であって目標温度以上の温度に維持される。ソーラーフィールド５１から排出された熱媒体が蒸気発生器５２に導かれると、凝縮器４０から蒸気発生器５２に導かれた作動媒体との間で熱交換が行われて作動媒体の蒸気が生成される。
【００３８】
蒸気発生器５２で生成された蒸気は、排熱回収ボイラ２０を介して蒸気タービン発電機３０に導かれて高圧蒸気タービン３１ｂを回転駆動し、これにより蒸気タービン発電機３０で発電が行われる。これと並行して、ガスタービン発電機１０においても燃料の反応熱等で生成された高温のガスでガスタービン１１が回転駆動されることにより発電が行われる。また、ガスタービン１１から排出される排熱を排熱回収ボイラ２０で回収することにより生成された作動媒体の蒸気が、蒸気タービン発電機３０に導かれて低圧蒸気タービン３１ａ及び高圧蒸気タービン３１ｂを回転駆動することによっても蒸気タービン発電機３０で発電が行われる。
【００３９】
ここで、日照量が低下して熱媒体の温度を目標温度以上に維持できない場合には、制御装置６４の制御によってバルブ５４ｃが開状態にされ、熱媒体が高温域加熱器２８に導かれて加熱される。これにより、ソーラーフィールド５１で不足する熱量が補われ、熱媒体の温度が一定に維持される。尚、温度計６３で計測される温度が目標温度を超えている場合には、熱媒体の温度が最高使用可能温度を超えないように、制御装置６４による熱媒体の流量制御、或いはソーラーフィールド５１の集熱量を低下させる制御が行われる。
【００４０】
日没により太陽熱収集装置５０の運転モードが「停止準備モード」になった場合に、バルブ５４ｃが開状態であるときには、制御装置６４の制御によりバルブ５４ｃが予め設定されたタイミングで閉状態にされ、高温域加熱器２８への熱媒体の供給が停止される。そして、太陽熱収集装置５０を停止させ、或いは「凍結防止運転モード」に移行させる制御が行われる。
【００４１】
仮に、太陽熱収集装置５０の運転モードが「凍結防止運転モード」に移行したとすると、温度計６２，６３で計測される温度の少なくとも一方が予め設定された凍結防止閾温度を下回ったか否かが制御装置６４によって判断される。ここで、凍結防止閾温度を下回ったと判断されると、制御装置６４の制御によってバルブ５４ａ，５４ｃが閉状態にされるとともにバルブ５４ｂが開状態にされる。
【００４２】
これにより、太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体は、ソーラーフィールド５１、バルブ６５、過熱器７５、蒸気発生器５２、予備加熱器７２、低温域加熱器２７、バルブ５４ｂ、ポンプ５５、及びバルブ６１を順に介してソーラーフィールド５１に戻る流路を循環することになる。すると、上記の流路を循環する熱媒体は低温域加熱器２７で加熱されるため、数百メートル四方の敷地であるソーラーフィールド５１内に配設された集熱装置５１ａを循環させても凍結が防止される。
【００４３】
次いで、太陽熱収集装置５０の運転モードが「起動準備モード」に移行したとすると、制御装置６４の制御によって予め設定されたタイミングでバルブ５４ｃが開状態にされ、熱媒体が高温域加熱器２８に導かれる。これにより、太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体は、ソーラーフィールド５１、バルブ６５、過熱器７５、蒸気発生器５２、及び予備加熱器７２を順に介した後に、低温域加熱器２７及び高温域加熱器２８の双方を介し、更にバルブ５４ｂ、ポンプ５５、及びバルブ６１を順に介してソーラーフィールド５１に戻る流路を循環することになる。
【００４４】
熱媒体は、低温域加熱器２７を介する流路のみならず高温域加熱器２８を介する流路も循環することになるため、過度に急激な温度上昇が生ずるのを防止することができる。バルブ５４ｃが開状態にされると、温度計６２，６３で計測される温度の双方が１２０℃を上回ったか否かが制御装置６４によって判断される。ここで、計測温度の双方が１２０℃を上回ったと判断されると、制御装置６４の制御によってバルブ５４ｂが閉状態にされる。これにより、熱媒体の温度を目標温度に近い温度（例えば、３００℃）程度まで上昇させることができる。
【００４５】
以上の制御が終了した後に、ソーラーフィールド５１に対する太陽光の照射量が増加して熱媒体の温度が上昇すると、これに伴って温度計６３で計測される温度も上昇する。すると、温度計６３で計測される温度が、例えば３８０℃に到達したか否かが制御装置６４により判断される。３８０℃に達したと判断されると、制御装置６４によって熱媒体の温度が目標温度となるようにバルブ５４ｃの開度が制御される。かかる制御が開始されると、太陽熱収集装置５０の運転モードは「通常運転モード」に移行し、前述した制御が行われる。
【００４６】
以上説明した通り、本実施形態では、排熱回収ボイラ２０に低温域加熱器２７を設け、排熱回収ボイラ２０に導かれるガスタービン１１の排熱、或いは排熱回収ボイラ２０から外部に排出される排熱を用いて、上記発生器５２を介した熱媒体を加熱するようにしている。このため、余分な二酸化炭素を排出することなく太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体の温度低下を防止することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、上記の低温域加熱器２７に加えて高温域加熱器２８を設け、上記発生器５２を介した熱媒体をこれら低温域加熱器２７及び高温域加熱器２８に導くか否かを制御している。このため、太陽熱収集装置５０の運転状態に応じて熱媒体の加熱状態を切り替えることにより、余分な二酸化炭素を排出することなく太陽熱収集装置５０の運転状態に応じて必要となる熱媒体の加熱を効率的に行うことができる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態による発電システムについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、排熱回収ボイラ２０が低温域加熱器２７と高温域加熱器２８とを備える態様について説明したが、排熱回収ボイラ２０はこれらのうちの何れか一方のみを備える態様であっても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１ 発電システム
１０ ガスタービン発電機
１１ ガスタービン
２０ 排熱回収ボイラ
２７ 低温域加熱器
２８ 高温域加熱器
３０ 蒸気タービン発電機
３１ａ 低圧蒸気タービン
３１ｂ 高圧蒸気タービン
５０ 太陽熱収集装置
６２，６３ 温度計
６４ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼熱と太陽熱とを複合的に用いて発電を行う発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱効率を高めて排熱エネルギーの低減を図るべく、内燃力発電と汽力発電とを組み合わせ、内燃力発電の排熱で汽力発電を行う複合発電（所謂、コンバインドサイクル発電）が実現されている。具体的に、コンバインドサイクル発電は、ガスタービン発電設備で生ずる排熱をＨＲＳＧ（排熱回収ボイラ）で回収して蒸気を生成し、蒸気タービン発電設備を駆動することにより、双方の発電設備で複合的に発電を行うものである。
【０００３】
また、近年では、上記の燃焼熱を用いるコンバインドサイクル発電と太陽熱を用いて発電を行う太陽熱発電とを組み合わせた発電システムの開発が盛んに行われている。これらを組み合わせることにより、夜間や曇天の日に十分な発電量を得ることができないという太陽熱発電の欠点を補うことができるとともに、更なる熱効率の向上及び排熱エネルギーの低減を図ることができる。
【０００４】
以下の特許文献１には、ガスタービン発電機を太陽熱利用プラントと組み合わせ、ガスタービンの排熱ガスを蒸気の過熱及び供給水の加熱のみに利用し、太陽熱加熱器を供給水の沸騰又は蒸発のためにだけに利用する発電システムが開示されている。以下の特許文献２には、太陽熱収集装置と既存の火力発電発電機とを組み合わせた発電システムが開示されている。以下の特許文献３には、ＨＲＳＧで回収されるガスタービンの排熱と集熱装置で収集される太陽熱とによって蒸気を生成し、蒸気タービンを駆動するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０００−５１４１４９号公報
【特許文献２】特表平１０−５０１６００号公報
【特許文献３】特許第４３２２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したコンバインドサイクル発電と太陽熱発電とを組み合わせた発電システムでは、太陽光が照射されない夜間に、太陽熱で加熱される熱媒体から熱が放出されて熱媒体の温度が低下する。熱媒体の温度低下が生ずると、太陽熱発電設備の起動に要する時間が延びてしまい、温度低下の度合いによっては熱媒体が凍結する事態が生ずることもある。かかる事態を防止するために、従来の発電システムでは、熱媒体を加熱する助燃バーナ等の加熱装置を設置する等の対策が施されている。尚、加熱装置による熱媒体の加熱は、夜間のみならず昼間の日照量が不安定な場合にも行われることがある。
【０００７】
ここで、太陽熱発電は、温室効果ガスの一種である二酸化炭素（ＣＯ２）を殆ど放出することなく発電できる点が最大の利点である。コンバインドサイクル発電と太陽熱発電とを組み合わるのは、熱効率の向上及び排熱エネルギーの低減を図ることのみならず、二酸化炭素の排出量を低減するためでもある。助燃バーナ等の加熱装置によって太陽熱発電で用いられる熱媒体の加熱によって余分な二酸化炭素が排出されてしまい、二酸化炭素の排出量低減という太陽熱発電の利点が没却されてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、余分な二酸化炭素を排出することなく太陽光発電で用いられる熱媒体の温度低下を防止することができる発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の発電システムは、ガスタービン（１１）を駆動して発電を行う第１発電装置（１０）と、前記ガスタービンの排熱を回収して作動媒体の蒸気を生成する排熱回収装置（２０）と、太陽熱を収集して熱媒体を加熱するとともに該熱媒体と前記作動媒体との間で熱交換を行って前記作動媒体の蒸気を生成する太陽熱収集装置（５０）と、前記排熱回収装置及び前記太陽熱収集装置で生成される蒸気で蒸気タービン（３１ａ、３１ｂ）を駆動して発電を行う第２発電装置（３０）とを備える発電システム（１）において、前記排熱回収装置に導かれる前記ガスタービンの排熱、或いは前記排熱回収装置から外部に排出される排熱を用いて、前記作動媒体との間で熱交換が行われた前記熱媒体を加熱する加熱装置（２７、２８）を備えることを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記加熱装置が、前記排熱回収装置から外部に排出される排熱の温度域である第１温度域の排熱を用いて前記熱媒体を加熱する第１加熱装置（２７）と、前記第１温度域よりも高い温度域であって、前記熱媒体の最高使用可能温度よりも低い温度域である第２温度域の排熱を用いて熱媒体を加熱する第２加熱装置（２８）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記作動媒体との間で熱交換が行われた前記熱媒体を、前記第１，第２加熱装置に導くか否かを制御する制御装置（６４）を備えることを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記熱媒体の温度を検出する温度計（６２、６３）を備えており、前記制御装置が、前記熱媒体の温度が予め設定された第１閾温度を下回った場合に、前記熱媒体を前記第１加熱装置に導く制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記制御装置が、前記太陽熱収集装置が起動される場合に、前記熱媒体を前記第２加熱装置に導く制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記制御装置が、前記太陽熱収集装置が動作状態にある場合に、前記熱媒体の温度が前記第１閾温度よりも高く前記熱媒体の最高使用可能温度よりも低い第２閾温度以上であるときには前記第１，第２加熱装置への前記熱媒体の供給を停止する制御を行い、前記熱媒体の温度が前記第１閾温度以上であって前記第２閾温度未満であるときには前記熱媒体を前記第２加熱装置に導く制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記制御装置が、前記熱媒体の温度が前記第２閾温度を超えている場合には、前記熱媒体の温度が最高使用可能温度を超えないように前記熱媒体の流量制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の発電システムは、前記制御装置が、前記太陽熱収集装置が停止される場合に、前記第２加熱装置への前記熱媒体の供給が行われている場合には、該供給を予め設定されたタイミングで停止する制御を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、排熱回収装置に導かれるガスタービンの排熱、或いは排熱回収装置から外部に排出される排熱を用いて、太陽熱収集装置で用いられる熱媒体であって、蒸気タービンを駆動する蒸気を生成するために用いられる作動媒体との間で熱交換が行われた熱媒体を加熱しているため、余分な二酸化炭素を排出することなく太陽光発電で用いられる熱媒体の温度低下を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による発電システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による発電システムが備える制御系の要部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による発電システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による発電システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の発電システム１は、ガスタービン発電機１０（第１発電装置）、排熱回収ボイラ２０（排熱回収装置）、蒸気タービン発電機３０（第２発電装置）、凝縮器４０、及び太陽熱収集装置５０を備えており、燃焼熱と太陽熱とを複合的に用いて発電を行う。
【００１３】
ガスタービン発電機１０は、ガスタービン１１及び発電機１２を備えており、燃料の反応熱等で生成された高温のガスでガスタービン１１を回転駆動して得られる回転力によって発電機１２を駆動することにより発電を行う。排熱回収ボイラ２０は、カスタービン１１の排熱を回収して凝縮器４０から供給される作動媒体の蒸気を生成する。ガスタービン１１から排熱回収ボイラ２０に導かれる排熱の温度は５００℃程度であり、排熱回収ボイラ２０から外部に排出される排熱の温度域は１００〜１５０℃程度の温度域（第１温度域）である。
【００１４】
具体的に、排熱回収ボイラ２０は、低圧節炭器２１、低圧蒸発器２２、低圧過熱器２３、高圧節炭器２４、高圧蒸発器２５、及び高圧過熱器２６に加えて低温域加熱器２７（加熱装置、第１加熱装置）及び高温域加熱器２８（加熱装置、第２加熱装置）を備える。尚、ここにいう「低圧」とは１ＭＰａ程度の圧力を超えない圧力（例えば、０．６ＭＰａの圧力）をいいい、「高圧」とは１ＭＰａ程度の圧力を越える圧力（例えば、４．７ＭＰａの圧力）をいう。
【００１５】
低圧節炭器２１は、ボイラ効率を高めるべく、温度域が１００〜１５０℃程度の排熱を用いて凝縮器４０から供給される作動媒体を加熱する。低圧蒸発器２２は、低圧節炭器２１で加熱された作動媒体を加熱して作動媒体の低圧蒸気を生成する。低圧過熱器２３は、低圧蒸発器２２で生成された作動媒体の低圧蒸気を更に加熱して２００℃程度の過熱蒸気を生成する。低圧加熱器２３で生成された過熱蒸気は蒸気タービン発電機３０が備える低圧蒸気タービン３１ａに供給される。
【００１６】
高圧節炭器２４は、ボイラ効率を高めるべく、温度が２５０℃程度の排熱を用いて低圧蒸発器２２を介した作動媒体を加熱する。高圧蒸発器２５は、高圧節炭器２４で加熱された作動媒体を加熱して作動媒体の高圧蒸気を生成する。高圧過熱器２６は、高圧蒸発器２５で生成された作動媒体の高圧蒸気を更に加熱して４２０℃程度の過熱蒸気を生成する。高圧加熱器２６で生成された過熱蒸気は蒸気タービン発電機３０が備える高圧蒸気タービン３１ｂに供給される。
【００１７】
低温域加熱器２７は、排熱回収ボイラ２０の内部であって排熱が排出される排出口の近傍に設けられ、１００〜１５０℃程度の温度域（第１温度域）の排熱を用いて太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体（太陽熱により加熱される熱媒体）を加熱する。この低温域加熱器２７は、例えば太陽光が照射されない夜間おいて、熱媒体の温度が低下して熱媒体が凍結するのを防止するために設けられる。尚、低温域加熱器２７は、１００〜１５０℃程度の温度域の排熱が得られる排出口の近傍であれば排熱回収ボイラ２０の外部に設けられていても良い。
【００１８】
高温域加熱器２８は、高圧節炭器２４と高圧蒸発器２５との間に設けられ、３００〜３５０℃（第２温度域）の排熱を用いて太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体（太陽熱により加熱される熱媒体）を加熱する。高温域加熱器２８は、加熱する熱媒体の温度を３００℃程度まで上昇させることができるように設計されている。この高温域加熱器２８は、太陽熱収集装置５０の起動に要する時間を短縮し、また、太陽熱収集装置５０で収集される太陽熱が十分でない場合に熱媒体を加熱する熱量を補うために設けられる。尚、高温域加熱器２８が設けられる場所は、高圧節炭器２４と高圧蒸発器２５との間に限られる訳ではなく、排熱回収ボイラ２０から排出される排熱の温度域である１００〜１５０℃程度の温度域よりも高く、熱媒体の最高使用可能温度（例えば、４００℃）よりも低い温度の排熱が得られる場所であれば良い。
【００１９】
蒸気タービン発電機３０は、低圧蒸気タービン３１ａ、高圧蒸気タービン３１ｂ、及び発電機３２を備えており、排熱回収ボイラ２０から供給される過熱蒸気で低圧蒸気タービン３１ａ及び高圧蒸気タービン３１ｂを回転駆動して得られる回転力によって発電機３２を駆動することにより発電を行う。凝縮器４０は、低圧蒸気タービン３１ａを介した蒸気及び高圧蒸気タービン３１ｂを介した蒸気を、冷却水等の冷却媒体にて冷却して凝縮させる。
【００２０】
太陽熱収集装置５０は、ソーラーフィールド５１、蒸気発生器５２、タンク５３、バルブ５４ａ〜５４ｃ、及びポンプ５５を備えており、太陽熱を収集して熱媒体を加熱するとともに、熱媒体と凝縮器４０から供給される作動媒体との間で熱交換を行って作動媒体の蒸気を生成する。ソーラーフィールド５１は、太陽熱を収集する多数の集熱装置５１ａと熱媒体を循環させる複数の配管とが配設されており、集熱装置で収集された太陽熱によって熱媒体を加熱する数百メートル四方の敷地である。
【００２１】
蒸気発生器５２は、凝縮器４０から供給される作動媒体とソーラーフィールド５１を介した熱媒体とが供給されており、これら作動媒体と熱媒体との間で熱交換を行って作動媒体の蒸気を生成する。蒸気発生器５２で生成された蒸気は、排熱回収ボイラ２０が備える高圧過熱器２６に供給される。タンク５３は、蒸気発生器５２を介した熱媒体（熱交換が行われて温度が低下した熱媒体）を一時的に蓄える。このタンク５３の出力端は、配管によってバルブ５４ａ並びに排熱回収ボイラ２０に設けられた低温域加熱器２７及び高温域加熱器２８に接続されている。
【００２２】
バルブ５４ａは、タンク５３とポンプ５５とを接続する配管に設けられており、これらの間の流路を開閉する。バルブ５４ｂは、低温域加熱器２７とポンプ５５とを接続する配管に設けられており、これらの間の流路を開閉する。バルブ５４ｃは、高温域加熱器２８とポンプ５５とを接続する配管に設けられており、これらの間の流路を開閉する。尚、詳細は後述するが、これらバルブ５４ａ〜５４ｃの開閉は制御装置によって制御される。ポンプ５５は、バルブ５４ａ〜５４ｃが設けられた流路を介した熱媒体を加圧してソーラーフィールド５１に向けて送出することにより、太陽熱収集装置５０内で熱媒体を循環させる。
【００２３】
次に、太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体の循環を制御する制御系について詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態による発電システムが備える制御系の要部構成を示す図である。尚、図２においては、図１に示した構成と同じ構成については同一の符号を付してある。図２に示す通り、太陽熱収集装置５０は、図１を用いて説明したソーラーフィールド５１〜ポンプ５５（図２においては、タンク５４の図示を省略している）に加えて、バルブ６１、温度計６２，６３、制御装置６４、及びバルブ６５を備える。
【００２４】
尚、凝縮器４０から蒸気発生器５２を介して排熱回収ボイラ２０に至る作動媒体の流路には、ポンプ７１、予備加熱器７２、バルブ７３、液面調節計７４、過熱器７５、バルブ７６、及び圧力調整計７７が設けられている。まず、これらポンプ７１〜圧力調整計７７について簡単に説明する。
【００２５】
ポンプ７１は、凝縮器４０から供給される作動媒体を太陽熱収集装置５０に導くために、凝縮器４０からの作動媒体を加圧して蒸気発生器５２に向けて送出する。予備加熱器７２は、蒸気発生器５２を介した熱媒体を用いて、ポンプ７１から蒸気発生器５２に向けて送出される作動媒体の予備加熱を行う。バルブ７３は、予備加熱器７２と蒸気発生器５２とを接続する配管に設けられており、液面調節計７４の制御の下でこれらの間の流路を開閉する。液面調節計７４は、蒸気発生器５２に供給される作動媒体の液面を計測し、その計測結果に基づいてバルブ７３を制御する。
【００２６】
過熱器７５は、ソーラーフィールド５１を介した熱媒体を用いて、蒸気発生器５２で生成された作動媒体の蒸気を更に加熱する。バルブ７６は、過熱器７５と排熱回収ボイラ２０とを接続する配管に設けられており、圧力調整計７７の制御の下でこれらの間の流路を開閉する。圧力調整計７７は、排熱回収ボイラ２０に供給される作動媒体の蒸気の圧力を計測し、その計測結果に基づいてバルブ７６を制御する。
【００２７】
次に、上述したバルブ６１〜バルブ６５の詳細について説明する。バルブ６１は、ポンプ５５とソーラーフィールド５１とを接続する配管に設けられており、制御装置６４の制御の下でこれらの間の流路を開閉する。このバルブ６１は、制御装置６４の制御の下でソーラーフィールド５１に向けて送出される熱媒体の流量を可変するために設けられる。温度計６２は、ポンプ５５とバルブ５４ａ〜５４ｃとを接続する配管に取り付けられており、ソーラーフィールド５１に供給される熱媒体の温度を計測する。
【００２８】
温度計６３は、ソーラーフィールド５１と過熱器７５とを接続する配管に取り付けられており、ソーラーフィールド５１から排出される熱媒体の温度を計測する。これら温度計６２，６３の検出結果を示す信号は、制御装置６４に出力される。尚、バルブ６５は、ソーラーフィールド５１と過熱器７５とを接続する配管に設けられており、不図示のコントローラの制御の下でこれらの間の流路を開閉する。
【００２９】
制御装置６４は、温度計６２，６３の検出結果に基づいてバルブ５４ａ〜５４ｃ及びバルブ６１開閉状態を制御することにより、熱媒体を低温域加熱器２７及び高温域加熱器２８に導くか否かを制御する。ここで、太陽熱収集装置５０には複数の運転モードが予め用意されており、制御装置６４は太陽熱収集装置５０の運転モードに応じた制御を行う。具体的に、太陽熱収集装置５０の運転モードには、「凍結防止運転モード」、「起動準備モード」、「通常運転モード」、及び「停止準備モード」があり、各々の運転モードにおいて制御装置６４は以下に示す制御を行う。
【００３０】
［凍結防止運転モード］
「凍結防止運転モード」は、例えば太陽光が照射されない夜間おいて、熱媒体の凍結を防止するための運転モードである。この運転モードにおいて、制御装置６４は、温度計６２，６３で計測される温度の少なくとも一方が予め設定された凍結防止閾温度（例えば、１００℃：第１閾温度）を下回った場合に、バルブ５４ｂを開状態にして熱媒体（蒸気発生器５２を介した熱媒体）を低温域加熱器２７に導く制御を行う。尚、本動作モードでは、バルブ５４ａ，５４ｃは閉状態にされる。
【００３１】
［起動準備モード］
「起動準備モード」は、例えば早朝において、停止状態にある太陽熱収集装置５０、或いは「凍結防止運転モード」にある太陽熱収集装置５０を起動するための運転モードであり、太陽熱収集装置５０の起動に要する時間を短縮するために設けられる。この運転モードにおいて、制御装置６４は、予め設定されたタイミングでバルブ５４ｃを開状態にして熱媒体を高温域加熱器２８に導く制御を行う。また、制御装置６４は、例えば温度計６２，６３で計測される温度の双方が１２０℃を上回った場合にバルブ５４ｂを閉状態にする制御を行う。
【００３２】
以上の制御が終了した後に、太陽光がソーラーフィールド５１に照射されるにつれて熱媒体の温度が上昇し、これに伴って温度計６３で計測される温度も上昇する。制御装置６４は、温度計６３で計測される温度が、例えば３８０℃に到達した場合に、熱媒体の温度が目標温度（例えば、３６０℃：第２閾温度）となるように、バルブ５４ｃの開度を制御する。
【００３３】
［通常運転モード］
「通常運転モード」は、例えば太陽光が照射されている日中において、必要となる電力を発電させる運転モードである。この運転モードでは、制御装置６４は、温度計６３で計測される温度が目標温度に保たれるようにバルブ６１の開度を制御する。このとき、制御装置６４は、バルブ５４ｂ，５４ｃの双方を閉状態にするとともにバルブ５４ａを開状態にし、熱媒体が低温域加熱器２７及び高温域加熱器２８の双方に導かれずに直接ポンプ５５に導かれるようにして上記の制御を行う。尚、温度計６３で計測される温度が目標温度を超えている場合には、制御装置６４は、熱媒体の温度が最高使用可能温度を超えないように熱媒体の流量制御を行う。尚、流量制御に代えて、或いは流量制御とともにソーラーフィールド５１の集熱量を低下させる制御を行っても良い。
【００３４】
日照量の低下によって熱媒体の温度を目標温度以上に維持できない場合には、制御装置６４は、バルブ５４ｃを開状態にして熱媒体を高温域加熱器２８に導く制御を行う。つまり、熱媒体を高温域加熱器２８に導いて加熱することで、ソーラーフィールド５１で不足する熱媒体を加熱するための熱量を補う制御を行う。ここで、制御装置６４は、バルブ５４ｃの開度を制御して高温域加熱器２８に導かれる熱媒体の流量を変えることにより、熱媒体の温度が一定の温度（例えば、目標温度）に維持されるように制御する。
【００３５】
［停止準備モード］
「停止準備モード」は、例えば夕方において、太陽熱収集装置５０を停止させ、或いは「凍結防止運転モード」に移行させる運転モードである。上述の通り、熱媒体の温度を目標温度以上に維持できない場合には、制御装置６４の制御によってバルブ５４ｃが開状態にされて熱媒体が高温域加熱器２８に導かれて加熱される。日没によりソーラーフィールド５１に太陽光が照射されていない状態で、熱媒体を高温域加熱器２８で加熱したままにするとヒートロスが大きくなって効率が悪くなる。このため、本運転モードに移行したときに熱媒体が高温域加熱器２８に導かれている状態にある場合には、制御装置６４は、予め設定されたタイミングでバルブ５４ｃを閉状態にする制御を行い、太陽熱収集装置５０を停止させ、或いは「凍結防止運転モード」に移行させる。
【００３６】
次に、上記構成における発電システム１の動作について説明する。まず、太陽熱収集装置５０の運転モードが「通常運転モード」であるとすると、制御装置６４の制御によってバルブ５４ｂ，５４ｃが閉状態にされるとともにバルブ５４ａが開状態にされる。これにより、太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体は、ソーラーフィールド５１、バルブ６５、過熱器７５、蒸気発生器５２、予備加熱器７２、バルブ５４ａ、ポンプ５５、及びバルブ６１を順に介してソーラーフィールド５１に戻る流路を循環することになる。
【００３７】
温度計６２，６３の計測結果に基づいて、制御装置６４によりバルブ６１の開度が制御されることにより、ソーラーフィールド５１から排出される熱媒体の温度は、最高使用可能温度未満の温度であって目標温度以上の温度に維持される。ソーラーフィールド５１から排出された熱媒体が蒸気発生器５２に導かれると、凝縮器４０から蒸気発生器５２に導かれた作動媒体との間で熱交換が行われて作動媒体の蒸気が生成される。
【００３８】
蒸気発生器５２で生成された蒸気は、排熱回収ボイラ２０を介して蒸気タービン発電機３０に導かれて高圧蒸気タービン３１ｂを回転駆動し、これにより蒸気タービン発電機３０で発電が行われる。これと並行して、ガスタービン発電機１０においても燃料の反応熱等で生成された高温のガスでガスタービン１１が回転駆動されることにより発電が行われる。また、ガスタービン１１から排出される排熱を排熱回収ボイラ２０で回収することにより生成された作動媒体の蒸気が、蒸気タービン発電機３０に導かれて低圧蒸気タービン３１ａ及び高圧蒸気タービン３１ｂを回転駆動することによっても蒸気タービン発電機３０で発電が行われる。
【００３９】
ここで、日照量が低下して熱媒体の温度を目標温度以上に維持できない場合には、制御装置６４の制御によってバルブ５４ｃが開状態にされ、熱媒体が高温域加熱器２８に導かれて加熱される。これにより、ソーラーフィールド５１で不足する熱量が補われ、熱媒体の温度が一定に維持される。尚、温度計６３で計測される温度が目標温度を超えている場合には、熱媒体の温度が最高使用可能温度を超えないように、制御装置６４による熱媒体の流量制御、或いはソーラーフィールド５１の集熱量を低下させる制御が行われる。
【００４０】
日没により太陽熱収集装置５０の運転モードが「停止準備モード」になった場合に、バルブ５４ｃが開状態であるときには、制御装置６４の制御によりバルブ５４ｃが予め設定されたタイミングで閉状態にされ、高温域加熱器２８への熱媒体の供給が停止される。そして、太陽熱収集装置５０を停止させ、或いは「凍結防止運転モード」に移行させる制御が行われる。
【００４１】
仮に、太陽熱収集装置５０の運転モードが「凍結防止運転モード」に移行したとすると、温度計６２，６３で計測される温度の少なくとも一方が予め設定された凍結防止閾温度を下回ったか否かが制御装置６４によって判断される。ここで、凍結防止閾温度を下回ったと判断されると、制御装置６４の制御によってバルブ５４ａ，５４ｃが閉状態にされるとともにバルブ５４ｂが開状態にされる。
【００４２】
これにより、太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体は、ソーラーフィールド５１、バルブ６５、過熱器７５、蒸気発生器５２、予備加熱器７２、低温域加熱器２７、バルブ５４ｂ、ポンプ５５、及びバルブ６１を順に介してソーラーフィールド５１に戻る流路を循環することになる。すると、上記の流路を循環する熱媒体は低温域加熱器２７で加熱されるため、数百メートル四方の敷地であるソーラーフィールド５１内に配設された集熱装置５１ａを循環させても凍結が防止される。
【００４３】
次いで、太陽熱収集装置５０の運転モードが「起動準備モード」に移行したとすると、制御装置６４の制御によって予め設定されたタイミングでバルブ５４ｃが開状態にされ、熱媒体が高温域加熱器２８に導かれる。これにより、太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体は、ソーラーフィールド５１、バルブ６５、過熱器７５、蒸気発生器５２、及び予備加熱器７２を順に介した後に、低温域加熱器２７及び高温域加熱器２８の双方を介し、更にバルブ５４ｂ、ポンプ５５、及びバルブ６１を順に介してソーラーフィールド５１に戻る流路を循環することになる。
【００４４】
熱媒体は、低温域加熱器２７を介する流路のみならず高温域加熱器２８を介する流路も循環することになるため、過度に急激な温度上昇が生ずるのを防止することができる。バルブ５４ｃが開状態にされると、温度計６２，６３で計測される温度の双方が１２０℃を上回ったか否かが制御装置６４によって判断される。ここで、計測温度の双方が１２０℃を上回ったと判断されると、制御装置６４の制御によってバルブ５４ｂが閉状態にされる。これにより、熱媒体の温度を目標温度に近い温度（例えば、３００℃）程度まで上昇させることができる。
【００４５】
以上の制御が終了した後に、ソーラーフィールド５１に対する太陽光の照射量が増加して熱媒体の温度が上昇すると、これに伴って温度計６３で計測される温度も上昇する。すると、温度計６３で計測される温度が、例えば３８０℃に到達したか否かが制御装置６４により判断される。３８０℃に達したと判断されると、制御装置６４によって熱媒体の温度が目標温度となるようにバルブ５４ｃの開度が制御される。かかる制御が開始されると、太陽熱収集装置５０の運転モードは「通常運転モード」に移行し、前述した制御が行われる。
【００４６】
以上説明した通り、本実施形態では、排熱回収ボイラ２０に低温域加熱器２７を設け、排熱回収ボイラ２０に導かれるガスタービン１１の排熱、或いは排熱回収ボイラ２０から外部に排出される排熱を用いて、上記発生器５２を介した熱媒体を加熱するようにしている。このため、余分な二酸化炭素を排出することなく太陽熱収集装置５０で用いられる熱媒体の温度低下を防止することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、上記の低温域加熱器２７に加えて高温域加熱器２８を設け、上記発生器５２を介した熱媒体をこれら低温域加熱器２７及び高温域加熱器２８に導くか否かを制御している。このため、太陽熱収集装置５０の運転状態に応じて熱媒体の加熱状態を切り替えることにより、余分な二酸化炭素を排出することなく太陽熱収集装置５０の運転状態に応じて必要となる熱媒体の加熱を効率的に行うことができる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態による発電システムについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、排熱回収ボイラ２０が低温域加熱器２７と高温域加熱器２８とを備える態様について説明したが、排熱回収ボイラ２０はこれらのうちの何れか一方のみを備える態様であっても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１ 発電システム
１０ ガスタービン発電機
１１ ガスタービン
２０ 排熱回収ボイラ
２７ 低温域加熱器
２８ 高温域加熱器
３０ 蒸気タービン発電機
３１ａ 低圧蒸気タービン
３１ｂ 高圧蒸気タービン
５０ 太陽熱収集装置
６２，６３ 温度計
６４ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンを駆動して発電を行う第１発電装置と、前記ガスタービンの排熱を回収して作動媒体の蒸気を生成する排熱回収装置と、太陽熱を収集して熱媒体を加熱するとともに該熱媒体と前記作動媒体との間で熱交換を行って前記作動媒体の蒸気を生成する太陽熱収集装置と、前記排熱回収装置及び前記太陽熱収集装置で生成される蒸気で蒸気タービンを駆動して発電を行う第２発電装置とを備える発電システムにおいて、
前記排熱回収装置に導かれる前記ガスタービンの排熱、或いは前記排熱回収装置から外部に排出される排熱を用いて、前記作動媒体との間で熱交換が行われた前記熱媒体を加熱する加熱装置を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記加熱装置は、前記排熱回収装置から外部に排出される排熱の温度域である第１温度域の排熱を用いて前記熱媒体を加熱する第１加熱装置と、
前記第１温度域よりも高い温度域であって、前記熱媒体の最高使用可能温度よりも低い温度域である第２温度域の排熱を用いて熱媒体を加熱する第２加熱装置と
を備えることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記作動媒体との間で熱交換が行われた前記熱媒体を、前記第１，第２加熱装置に導くか否かを制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項２記載の発電システム。
【請求項４】
前記熱媒体の温度を検出する温度計を備えており、
前記制御装置は、前記熱媒体の温度が予め設定された第１閾温度を下回った場合に、前記熱媒体を前記第１加熱装置に導く制御を行う
ことを特徴とする請求項３記載の発電システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記太陽熱収集装置が起動される場合に、前記熱媒体を前記第２加熱装置に導く制御を行うことを特徴とする請求項４記載の発電システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記太陽熱収集装置が動作状態にある場合に、前記熱媒体の温度が前記第１閾温度よりも高く前記熱媒体の最高使用可能温度よりも低い第２閾温度以上であるときには前記第１，第２加熱装置への前記熱媒体の供給を停止する制御を行い、前記熱媒体の温度が前記第１閾温度以上であって前記第２閾温度未満であるときには前記熱媒体を前記第２加熱装置に導く制御を行うことを特徴とする請求項５記載の発電システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記熱媒体の温度が前記第２閾温度を超えている場合には、前記熱媒体の温度が最高使用可能温度を超えないように前記熱媒体の流量制御を行うことを特徴とする請求項６記載の発電システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記太陽熱収集装置が停止される場合に、前記第２加熱装置への前記熱媒体の供給が行われている場合には、該供給を予め設定されたタイミングで停止する制御を行うことを特徴とする請求項５から請求項７の何れか一項に記載の発電システム。
【請求項１】
ガスタービンを駆動して発電を行う第１発電装置と、前記ガスタービンの排熱を回収して作動媒体の蒸気を生成する排熱回収装置と、太陽熱を収集して熱媒体を加熱するとともに該熱媒体と前記作動媒体との間で熱交換を行って前記作動媒体の蒸気を生成する太陽熱収集装置と、前記排熱回収装置及び前記太陽熱収集装置で生成される蒸気で蒸気タービンを駆動して発電を行う第２発電装置とを備える発電システムにおいて、
前記排熱回収装置に導かれる前記ガスタービンの排熱、或いは前記排熱回収装置から外部に排出される排熱を用いて、前記作動媒体との間で熱交換が行われた前記熱媒体を加熱する加熱装置を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記加熱装置は、前記排熱回収装置から外部に排出される排熱の温度域である第１温度域の排熱を用いて前記熱媒体を加熱する第１加熱装置と、
前記第１温度域よりも高い温度域であって、前記熱媒体の最高使用可能温度よりも低い温度域である第２温度域の排熱を用いて熱媒体を加熱する第２加熱装置と
を備えることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記作動媒体との間で熱交換が行われた前記熱媒体を、前記第１，第２加熱装置に導くか否かを制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項２記載の発電システム。
【請求項４】
前記熱媒体の温度を検出する温度計を備えており、
前記制御装置は、前記熱媒体の温度が予め設定された第１閾温度を下回った場合に、前記熱媒体を前記第１加熱装置に導く制御を行う
ことを特徴とする請求項３記載の発電システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記太陽熱収集装置が起動される場合に、前記熱媒体を前記第２加熱装置に導く制御を行うことを特徴とする請求項４記載の発電システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記太陽熱収集装置が動作状態にある場合に、前記熱媒体の温度が前記第１閾温度よりも高く前記熱媒体の最高使用可能温度よりも低い第２閾温度以上であるときには前記第１，第２加熱装置への前記熱媒体の供給を停止する制御を行い、前記熱媒体の温度が前記第１閾温度以上であって前記第２閾温度未満であるときには前記熱媒体を前記第２加熱装置に導く制御を行うことを特徴とする請求項５記載の発電システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記熱媒体の温度が前記第２閾温度を超えている場合には、前記熱媒体の温度が最高使用可能温度を超えないように前記熱媒体の流量制御を行うことを特徴とする請求項６記載の発電システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記太陽熱収集装置が停止される場合に、前記第２加熱装置への前記熱媒体の供給が行われている場合には、該供給を予め設定されたタイミングで停止する制御を行うことを特徴とする請求項５から請求項７の何れか一項に記載の発電システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−４１８８９（Ｐ２０１２−４１８８９Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５２８１（Ｐ２０１０−１８５２８１）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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