蒸気タービン発電設備およびその運転方法
【課題】二酸化炭素回収システムに必要なエネルギ源として、太陽熱を利用した蒸気タービンで発電をした後のエクセルギの低い排出蒸気を利用することにより、エネルギの損失を抑制し、高い発電効率が得られる蒸気タービン発電設備およびその運転方法を提供する。
【解決手段】蒸気タービン発電設備１０は、燃焼熱を利用して蒸気を発生させるボイラ２１や太陽光を利用して蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置３１からの蒸気によって蒸気タービンを駆動し発電を行う蒸気タービン設備２０と、ボイラ２１などからの燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収設備６０とを備える。また、集熱蒸気発生装置３１からの蒸気は、太陽熱蒸気タービン３２に導かれ、膨張仕事をした後、その一部が、配管５１を介して二酸化炭素回収設備６０へ導かれ、再生塔８０の吸収液１００を加熱する。
【解決手段】蒸気タービン発電設備１０は、燃焼熱を利用して蒸気を発生させるボイラ２１や太陽光を利用して蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置３１からの蒸気によって蒸気タービンを駆動し発電を行う蒸気タービン設備２０と、ボイラ２１などからの燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収設備６０とを備える。また、集熱蒸気発生装置３１からの蒸気は、太陽熱蒸気タービン３２に導かれ、膨張仕事をした後、その一部が、配管５１を介して二酸化炭素回収設備６０へ導かれ、再生塔８０の吸収液１００を加熱する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、ボイラ、タービン発電機などを備えた蒸気タービン発電設備およびその運転方法に係り、特に、蒸気の温度を上昇させることによって発電効率を向上させるとともに、ボイラから排出された燃焼ガスに含まれるＣＯ２を分離して回収する装置を備えた蒸気タービン発電設備およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蒸気タービン発電設備においては、蒸気の温度条件が６００℃以下であるため、高温の蒸気に曝される、例えば、タービンロータ、動翼、ノズルなどの構成部の部材は、製造性や経済性に優れたフェライト系耐熱鋼で構成されていた。一方、高温の蒸気に曝されない、例えば、給水加熱器を構成する材料には、炭素鋼が採用されてきた。
【０００３】
一方、近年、燃料節約や環境保全を背景とした蒸気タービン発電設備の高効率化が積極的に進められている。例えば、６００℃程度（６２０℃以下）の温度の高温蒸気を利用した蒸気タービンが運転されている。このような高温蒸気を利用した蒸気タービンにおいては、フェライト系耐熱鋼の諸特性では要求特性を満たすことのできない部品が少なからず存在する。そのため、より高温特性に優れたオーステナイト系耐熱鋼等が使用されている。しかし、オーステナイト系耐熱鋼を使用することは、設備コストの上昇を招く。さらに、オーステナイト系耐熱鋼は、フェライト系耐熱鋼に比較して熱伝導率が低く、かつ線膨張係数が大きいため、プラント起動時やプラント停止時などの負荷変化時に熱応力が発生しやすいという問題を有している。
【０００４】
さらに、現在、蒸気温度を７００℃以上とする７００℃超臨界圧発電システム、いわゆるＡ−ＵＳＣ（Advanced Ultra-Supercritical）が検討されている。蒸気タービンの入口蒸気温度が６５０℃以上になると、タービン抽気が５８０℃を超える部分が生じ、その抽気で加熱する給水加熱器にも耐熱鋼を使用する必要がある。しかし、５８０℃を超えるタービン抽気を給水加熱器に導入することは、給水温度と抽気温度の差に比例して発生する熱応力の観点から好ましくない。これを回避するために、高圧タービンから排出される蒸気の一部を一旦抽気背圧タービンに導入して仕事を取り出し、圧力および温度が低下した抽気背圧タービンからの抽気を給水加熱器に供給するサイクルが考案されている。また、この抽気背圧タービンは、従来、給水ポンプ駆動用として給水ポンプに直結されている。
【０００５】
また、地球温暖化現象の原因の一つとして二酸化炭素（ＣＯ２）による温室効果が指摘されている。そのため、例えば、大量の化石燃料を使用する火力発電所などを対象に、燃焼排ガスを吸収液と接触させ、燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去して回収する方法が精力的に研究されている。
【０００６】
図９は、燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去して回収する従来の二酸化炭素回収システム３００の一例を示す図である。
【０００７】
図９に示された従来の二酸化炭素回収システム３００において、例えば、ボイラにおいて化石燃料を燃焼して排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給口３１１から吸収塔３１０内に導かれる。吸収塔３１０の上部には、二酸化炭素を吸収する吸収液３２０が供給され、この供給された吸収液３２０は、導入された燃焼排ガスと気液接触して、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収する。
【０００８】
二酸化炭素を吸収した吸収液３２０は、吸収塔３１０の下部から吸収液循環ポンプ３３０によって熱交換器３４０を通過して、再生塔３５０に導かれる。なお、二酸化炭素を吸収した吸収液３２０の温度は、その吸収による反応熱、および燃焼排ガスが有する顕熱によって、二酸化炭素を吸収する前の吸収液３２０の温度よりも高くなる。
【０００９】
一方、吸収液３２０に二酸化炭素を吸収された残りの燃焼排ガスは、吸収塔３１０の上部から大気へ放出される。
【００１０】
再生塔３５０に導かれた吸収液３２０は、リボイラ３６０によって加熱され、吸収した二酸化炭素を放散し、再び二酸化炭素を吸収できる吸収液３２０に再生される。再生された吸収液３２０は、吸収液循環ポンプ３３１により、熱交換器３４０を介して吸収塔３１０の上部へ戻される。
【００１１】
一方、吸収液３２０から放散された二酸化炭素は、冷却器３４１を介して汽水分離器３７０に導かれ、水分が取り除かれた後に、二酸化炭素圧縮機３８０に導かれ回収される。また、汽水分離器３７０で分離された凝縮水は、再生塔３５０に導かれる。また、リボイラ３６０の加熱源としては、火力発電プラント等内の蒸気タービンサイクルから抽気した蒸気を主に利用するが、二酸化炭素を圧縮する過程における高温化した二酸化炭素ガスを用いることもできる（例えば、特許文献１−２参照。）。
【００１２】
例えば、特許文献２には、高圧タービンから排出された蒸気の一部を、二酸化炭素圧縮機を駆動するための背圧タービンに導入し、中圧タービンから排出された蒸気の一部を、補機駆動用（例えば、給水ポンプ駆動用）の背圧タービンに導入し、それぞれの蒸気タービンから排出された蒸気を二酸化炭素回収システムの加熱用に利用する技術が開示されている。
【００１３】
また、複合発電システムにおいて、太陽熱を併用したハイブリッドシステムに係る技術が開示されている（例えば、特許文献３−４参照。）。この太陽熱を併用したハイブリッドシステムでは、複合発電サイクルの排熱回収ボイラに、太陽熱を吸収した熱交換器を併設して、発電サイクル全体の燃費の改善を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第２８０９３８１号公報
【特許文献２】特開２００４−３２３３３９号公報
【特許文献３】特開２００８−３９３６７号公報
【特許文献４】特開２００８−１２１４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記した従来における、背圧タービンから排出された蒸気を吸収液の加熱蒸気として利用する二酸化炭素回収システムでは、二酸化炭素圧縮機および補機の必要とする駆動蒸気流量の合計が必ずしも二酸化炭素回収システムに必要な加熱蒸気流量と一致するとは限らなかった。そのため、必要な蒸気流量よりも駆動蒸気流量が多い場合には、余った蒸気は復水器などに捨てられることとなる。この場合、エクセルギの高い蒸気を、直接二酸化炭素回収システムに供給しているので、エネルギの損失となる。
【００１６】
また、従来の二酸化炭素回収システムにおいては、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収した吸収液から、何らかの方法によって、二酸化炭素を分離して回収しなければならない。この二酸化炭素の分離は、通常、吸収液を加熱して行うことが最も簡単であるため、従来から加熱放散方式が採用されてきた。しかし、二酸化炭素を分離する場合、分離に使用される熱量が大きく、蒸気タービンサイクル内の蒸気を抽出すると、発電効率が相対値で３０％程度低下すると言われている。
【００１７】
例えば、吸収液として、二酸化炭素の吸収性能が高いアミン系の吸収液を使用した場合、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素を分離する温度は、１００〜１５０℃程度である。この際必要となる熱量は、２．５〜３．５ＭＪ／（ｋｇ−ＣＯ２）、すなわち二酸化炭素１ｋｇ当たり２．５〜３．５ＭＪと言われている。この熱量は、例えば、ボイラの燃料として石炭を用いる場合、石炭の発熱量の１０〜２０％程度に相当する。
【００１８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、二酸化炭素回収システムに必要なエネルギ源として、太陽熱を利用した蒸気タービンで発電をした後のエクセルギの低い排出蒸気を利用することにより、エネルギの損失を抑制し、高い発電効率が得られる蒸気タービン発電設備およびその運転方法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】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、過熱器および少なくとも１つの再熱器を備えるボイラと、前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、前記再熱器で再加熱された、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、少なくとも、前記第３の蒸気タービンによって駆動される発電機と、前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と、太陽光を利用して前記復水の一部から蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置と、少なくとも前記集熱蒸気発生装置からの蒸気が導入されて駆動される第４の蒸気タービンとを備える蒸気タービン設備と、前記ボイラからの燃焼ガスが導入され、燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液により吸収する吸収塔と、前記第４の蒸気タービンから排出された蒸気を利用して、二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し、当該吸収液から二酸化炭素を放散させる再生塔と、前記再生塔で放散された二酸化炭素を回収する回収装置とを備える二酸化炭素回収設備とを具備することを特徴する蒸気タービン発電設備が提供される。
【００２０】
また、本発明の一態様によれば、過熱器および再熱器を備えるボイラと、前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、前記再熱器で再加熱された、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、少なくとも、前記第３の蒸気タービンによって駆動される発電機と、前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と、太陽光を利用して前記復水の一部から蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置と、少なくとも前記集熱蒸気発生装置からの蒸気が導入されて駆動される第４の蒸気タービンとを備える蒸気タービン設備と、前記ボイラからの燃焼ガスが導入され、燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液により吸収する吸収塔と、二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し、当該吸収液から二酸化炭素を放散させる再生塔と、前記再生塔で放散された二酸化炭素を回収する回収装置とを備える二酸化炭素回収設備とを具備し、前記再生塔において、前記第４の蒸気タービンから排出された蒸気を利用して、前記吸収液を加熱し、前記吸収液から二酸化炭素を放散させることを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の蒸気タービン発電設備およびその運転方法によれば、二酸化炭素回収システムに必要なエネルギ源として、太陽熱を利用した蒸気タービンで発電をした後のエクセルギの低い排出蒸気を利用することにより、エネルギの損失を抑制し、高い発電効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備の概要を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備における二酸化炭素回収設備の概要を示す図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。
【図４】１日における太陽熱エネルギと太陽熱蒸気タービンの出力との関係を説明するための図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備の概要を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備の概要を示す図である。
【図８】本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。
【図９】燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去して回収する従来の二酸化炭素回収システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０の概要を示す図である。
【００２５】
第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０は、燃焼熱を利用して蒸気を発生させるボイラ２１や太陽光を利用して蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置３１からの蒸気によって蒸気タービンを駆動し発電を行う蒸気タービン設備２０と、ボイラ２１などからの燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収設備６０とを備えている。
【００２６】
まず、蒸気タービン設備２０について説明する。
【００２７】
図１に示すように、蒸気タービン設備２０は、過熱器２１ａおよび再熱器２１ｂを備えるボイラ２１、第１の蒸気タービンとして機能する高圧タービン２２、第２の蒸気タービンとして機能する中圧タービン２３、第３の蒸気タービンとして機能する低圧タービン２４、復水器２５、復水ポンプ２６、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、脱気器２８、ボイラ給水ポンプ２９、高圧給水加熱器３０ａ、３０ｂを備えている。
【００２８】
また、蒸気タービン設備２０は、脱気器２８で脱気された給水の一部を太陽光の熱エネルギにより加熱して蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置３１、この集熱蒸気発生装置３１で発生した蒸気が導入される、第４の蒸気タービンとして機能する太陽熱蒸気タービン３２を備えている。また、太陽熱蒸気タービン３２から排出された蒸気の一部は、二酸化炭素回収設備６０へ供給される構成となっている。
【００２９】
集熱蒸気発生装置３１は、例えば、太陽光によって液状の熱媒体を加熱する加熱機構、この加熱機構から供給された熱媒体によって給水を加熱する熱交換器、加熱機構および熱交換器に熱媒体を循環させる配管に設けられた循環ポンプなどを備えている。具体的には、集熱蒸気発生装置３１は、例えば、太陽光を線状に集光する曲面鏡を備えるトラフ式の集光集熱装置や、平面鏡を用いて中央部の集熱器に太陽光を集光させるタワー式の集光集熱装置を使用することができる。これらの集光集熱装置では、太陽熱エネルギによって、油などの熱媒体が温められ、この熱媒体からの熱量が熱交換により給水に与えられる。トラフ式の集光集熱装置では、例えば、３７０〜４００℃の蒸気が得られる。一方、タワー式の集光集熱装置では、例えば、５００〜５５０℃の蒸気が得られる。そのため、集光集熱装置を選択する際、高圧タービン２２からの排出蒸気の温度に近い蒸気が得られる集光集熱装置を選択することが好ましい。
【００３０】
ここで、集熱蒸気発生装置３１と太陽熱蒸気タービン３２との間に、集熱蒸気発生装置３１で発生した蒸気の有する熱量の一部を蓄熱する蓄熱装置３４を備えてもよい。なお、蓄熱装置３４における蓄熱方式は、物質の顕熱を利用するもの、潜熱を利用するもの、化学反応を利用するもの等のいずれの方式を使用するものであってもよい。
【００３１】
蓄熱装置３４を備える場合、集熱蒸気発生装置３１と蓄熱装置３４との間には、集熱蒸気発生装置３１の熱媒体を循環させる循環配管３４ａが設けられる。そして、蓄熱装置３４に蓄熱する際、または蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を集熱蒸気発生装置３１で使用する際、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱または蓄熱された熱量の放出を行う。このように、蓄熱装置３４を備えることで、例えば、日照量が多い場合は、余剰の熱量を一旦蓄熱装置３４へ貯めることができる。一方、夜間や日照量が少ないために所定の太陽熱エネルギ量が得られない場合には、蓄熱された熱量を取り出すことができる。すなわち、蓄熱装置３４を備えることで、太陽熱の変動を吸収して平準化することができる。
【００３２】
ここで、太陽熱蒸気タービン３２は、低圧タービン２４と同一軸で接続され、発電機３５ａを駆動するように構成されている。また、高圧タービン２２は、中圧タービン２３と同一軸で接続され、発電機３５ｂを駆動するように構成されている。このように、各蒸気タービンを配置することで、全長が長くなるのを抑制し、タービンロータと、静止部材との熱伸び差による漏洩蒸気量を低減することができる。さらに、高温の蒸気が導入される蒸気タービンと、比較的低温の蒸気が導入される蒸気タービンを分けて構成し、それぞれにスラスト軸受けを適正に配置することにより、起動特性を改善することができる。
【００３３】
この蒸気タービン設備２０では、ボイラ２１の過熱器２１ａで発生した高温の蒸気は、主蒸気管４２を介して高圧タービン２２に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管４３を介してボイラ２１の再熱器２１ｂに導入される。ここで、過熱器２１ａから高圧タービン２２に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を高圧タービン２２に導入することもできる。また、高圧タービン２２から排出された蒸気の一部は、高圧タービン２２から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３から分岐された配管４４を介して高圧給水加熱器３０ａに導かれ、給水を加熱する。さらに、高圧タービン２２から抽気された蒸気は、配管４５を介して高圧給水加熱器３０ｂに導かれ、給水を加熱する。
【００３４】
ここで、高圧タービン２２から排出された蒸気の温度が、高圧給水加熱器３０ａに導く所定の蒸気温度よりも高い場合には、高圧給水加熱器３０ａとボイラ２１の過熱器２１ａとの間の給水管４９を流れる給水と、高圧タービン２２から排出された蒸気を高圧給水加熱器３０ａに導く配管４４を流れる蒸気との間で熱交換可能な熱交換器（図示しない）を設けることが好ましい。この場合、この熱交換器は、高圧タービン２２から排出された蒸気の有する顕熱の一部を給水に与える過熱低減器（デスーパヒータ）として構成するとよい。これによって、高圧給水加熱器３０ａに適正な温度の蒸気を導入することができる。
【００３５】
再熱器２１ｂで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管４６を介して中圧タービン２３に導入され、膨張仕事をした後、配管４７を介して、低圧タービン２４に導入される。ここで、再熱器２１ｂで加熱され、中圧タービン２３に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば６５０度程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を中圧タービン２３に導入することもできる。また、中圧タービン２３は、発電機３５ｂを駆動して発電する。
【００３６】
低圧タービン２４に導入され、膨張仕事をした蒸気は、復水器２５に導かれて凝縮し、復水となる。また、低圧タービン２４から抽気された蒸気は、配管４８を介して、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃに導かれ、給水を加熱する。また、低圧タービン２４は、発電機３５ａを駆動して発電する。
【００３７】
復水器２５の復水は、復水ポンプ２６によって、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、脱気器２８へ送られボイラ２１への給水として再利用される。脱気器２８へ送られた復水は、ボイラ給水ポンプ２９によって昇圧され、給水管４９を介して、高圧給水加熱器３０ａ、３０ｂを経て過熱器２１ａに給水される。一方、脱気器２８へ送られた給水（復水）の一部は、給水系統配管４０から分岐された配管４１を介して、給水ポンプ３３によって、集熱蒸気発生装置３１に導かれる。集熱蒸気発生装置３１に導かれた給水は、集熱蒸気発生装置３１によって加熱され蒸気となり、太陽熱蒸気タービン３２に導入される。
【００３８】
例えば、蓄熱装置３４を備えている場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を超える場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。
【００３９】
一方、蓄熱装置３４を備え、蓄熱装置３４がすでに熱量を蓄熱している場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を下回る場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を集熱蒸気発生装置３１で使用する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。
【００４０】
ここで、高圧タービン２２から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３から分岐され、太陽熱蒸気タービン３２の蒸気導入口に連通する配管５０を設けてもよい。例えば、蓄熱装置３４を備えない場合や、蓄熱装置３４を備えていても蓄熱装置３４で蓄熱された熱量だけでは、給水に与えるエネルギが足りない場合には、配管５０を介して、高圧タービン２２から排出された蒸気の一部を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。ここで、太陽熱蒸気タービン３２に導入される蒸気の温度は、集熱蒸気発生装置３１が発生させる蒸気と近い温度とするのが好ましく、例えば、集熱蒸気発生装置３１がトラフ式の場合は３７０〜４００℃、集熱蒸気発生装置３１がタワー式の場合は５００〜５５０℃の蒸気とするとよい。
【００４１】
太陽熱蒸気タービン３２に導かれた蒸気は、膨張仕事をした後、その一部が、配管５１を介して二酸化炭素回収設備６０へ供給され、その残りは、配管５１から分岐された配管５２を介して、上記した低圧タービン２４から抽気された蒸気とともに低圧給水加熱器２７ｃに導かれる。
【００４２】
ここで、太陽熱蒸気タービン３２から抽気された蒸気を、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼、ケーシングなどを冷却するための冷却蒸気として、配管５３を介して中圧タービン２３の所定のタービン段落に導入してもよい。これにより、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼のクリープ強度を確保することができる。さらに、太陽熱蒸気タービン３２から抽気した温度の低い冷却蒸気を使用することで、サイクル損失を低減することができる。なお、太陽熱蒸気タービン３２からの蒸気を抽気して中圧タービン２３を冷却する場合、中圧タービン２３の冷却部における蒸気の圧力よりも高い圧力の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２から抽気することが好ましい。
【００４３】
ここで、配管５０には、太陽熱蒸気タービン３２に導く蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ１が設けられている。また、配管５２には、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力を調整するための圧力調整弁Ｖ２が設けられている。また、太陽熱蒸気タービン３２から抽気した蒸気を、冷却蒸気として中圧タービン２３に導入する場合、配管５３には、太陽熱蒸気タービン３２からの抽気蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ３が設けられている。なお、蒸気タービン発電設備１０における発電出力は、発電機３５ａおよび発電機３５ｂの合計出力が目標出力に合うように、高圧タービン２２に導入する主蒸気の流量を蒸気加減弁（図示しない）で調整している。また、上記した各弁や各ポンプなどは、図示しない制御装置によって、例えば、図示しない、温度検知装置、流量検知装置、圧力検知装置などからの情報に基づいてフィードバック制御されている。
【００４４】
例えば、二酸化炭素回収設備６０へ導入される蒸気の流量や温度は、制御装置によって圧力調整弁Ｖ２などを制御することで、所定の流量や温度になるように調整される。具体的には、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が、二酸化炭素回収設備６０で必要とする蒸気の温度よりも低い場合には、例えば、圧力調整弁Ｖ２を絞ることにより、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力を上昇させる。これによって、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が上昇して、所定の温度に近づけることができる。なお、温度の微調整が必要な場合には、例えば、配管５１の一部をスプレー水などで冷却して温度調整を行ってもよい。また、二酸化炭素回収設備６０に導入される蒸気の流量が所定の流量より少ない場合は、例えば、給水ポンプ３３からの給水量を増加させたり、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくすることにより、所定の流量に近づけることができる。
【００４５】
なお、ここでは、二酸化炭素回収設備６０へ導入する蒸気の温度や流量に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整する一例を示したが、例えば、後述する、二酸化炭素回収設備６０の再生塔における吸収液の温度に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整してもよい。このように、吸収液の温度に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整することで、適正な制御をするための時間遅れを小さくすることができる。この際、制御を安定化するために、吸収液の流量を関数として流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を制御してもよい。
【００４６】
次に、二酸化炭素回収設備６０について説明する。
【００４７】
図２は、本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０における二酸化炭素回収設備６０の概要を示す図である。
【００４８】
図２に示すように、二酸化炭素回収設備６０は、吸収塔７０と、再生塔８０と、二酸化炭素回収装置９０とを備えている。
【００４９】
吸収塔７０は、ボイラ２１から排出された燃焼ガスを導入し、この燃焼ガスに吸収液１００を気液接触させて、燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液１００に吸収させるための塔である。
【００５０】
再生塔８０は、吸収塔７０において二酸化炭素を吸収した吸収液１００を、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の熱を利用して加熱し、吸収液１００から二酸化炭素を分離するための塔である。
【００５１】
二酸化炭素回収装置９０は、再生塔８０で分離された二酸化炭素を回収するための装置である。二酸化炭素回収装置９０は、例えば、分離された二酸化炭素を圧縮して回収する圧縮回収機などで構成される。
【００５２】
ここで、吸収液としては、二酸化炭素を吸収し、所定の条件で放散可能なものであればよく、例えば、アミン系水溶液などを使用することができる。アミン系水溶液として、具体的には、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等のアルカノールアミンのいずれか１つの水溶液、またはこれらのうちから２種以上を混合した水溶液を使用することができる。
【００５３】
上記した、二酸化炭素回収設備６０において、例えば、ボイラ２１において化石燃料を燃焼して排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給口７１から吸収塔７０内に導かれる。吸収塔７０の上部には、二酸化炭素を吸収する吸収液１００が供給され、この供給された吸収液１００は、例えば、下方に向けて噴霧され、導入された燃焼排ガスと気液接触して、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収する。
【００５４】
二酸化炭素を吸収した吸収液１００は、吸収塔７０の下部から吸収液循環ポンプ１１０によって熱交換器１２０を通過して、再生塔８０に導かれる。ここで、吸収液１００は、熱交換器１２０を通過する際、再生塔８０から吸収塔７０に導かれる吸収液１００によって加熱される。また、二酸化炭素を吸収した吸収液１００の温度は、その吸収による反応熱、および燃焼排ガスが有する顕熱によって、二酸化炭素を吸収する前の吸収液１００の温度よりも高くなる。
【００５５】
一方、吸収液１００に二酸化炭素を吸収させた残りの燃焼排ガスは、吸収塔７０の上部から大気へ放出される。
【００５６】
再生塔８０に導かれた吸収液１００は、リボイラ１３０によって加熱され、吸収した二酸化炭素を放散し、再び二酸化炭素を吸収できる吸収液１００に再生される。リボイラ１３０には、配管５１を介して太陽熱蒸気タービン３２から排出された蒸気が導入される。この太陽熱蒸気タービン３２から排出された蒸気によって、二酸化炭素を吸収した吸収液１００が加熱される。
【００５７】
ここで、リボイラ１３０に導入される、太陽熱蒸気タービン３２から排出された蒸気の温度は、前述した蒸気タービン設備２０における制御によって、所定の温度に設定されている。ここで、この所定の温度は、再生塔８０において効果的に二酸化炭素を放散できる温度に吸収液１００を加熱するのに必要な温度であり、使用する吸収液１００に対応して適宜に設定される。例えば、上記したアミン系水溶液を吸収液１００として使用した場合、効果的に二酸化炭素を放散できる温度は１００〜１２０℃である。すなわち、再生塔８０に導入された吸収液１００の温度を１００〜１２０℃に加熱できる熱量をリボイラ１３０で吸収液１００に与えられればよい。すなわち、二酸化炭素回収設備６０へ導入する蒸気の所定の温度は、加熱する吸収液１００の流量やリボイラ１３０に導入される蒸気の流量によっても異なるが、これらの流量を考慮すると、１３０〜１５０℃程度に設定されることが好ましい。
【００５８】
リボイラ１３０によって吸収液１００に熱を放出した蒸気は、図１に示した復水器２５に導かれ、復水となる。また、リボイラ１３０によって吸収液１００に熱を放出した蒸気が復水となる場合には、例えば、図１に示す、低圧給水加熱器２７ａと低圧給水加熱器２７ｂとの間の復水が流れる配管に、リボイラ１３０からの復水を導入してもよい。
【００５９】
また、二酸化炭素を放散し、再生された吸収液１００は、吸収液循環ポンプ１１１により、熱交換器１２０を介して再び吸収塔７０の上部へ戻される。ここで、吸収液１００は、熱交換器１２０を通過する際、吸収塔７０から再生塔８０に導かれる吸収液１００を加熱する。これにより、吸収塔７０に戻される吸収液１００の温度は、再生塔８０における温度よりも低い、吸収塔７０における燃焼排ガスの二酸化炭素の吸収に適した温度となる。すなわち、熱交換器１２０は、リボイラ１３０から吸収液循環ポンプ１１１を介して供給された、比較的温度が高い再生済みの吸収液１００の熱を、吸収塔７０の下部から吸収液循環ポンプ１１０を介して供給された、比較的温度が低く、吸収した二酸化炭素を放散させるために加熱が必要な二酸化炭素を吸収済みの吸収液１００に再生させる再生熱交換器である。
【００６０】
一方、再生塔８０において、吸収液１００から放散された二酸化炭素は、冷却器１２１を介して汽水分離器１４０に導かれ、水分が取り除かれた後に、二酸化炭素回収装置９０に導かれ回収される。また、汽水分離器１４０で分離された凝縮水は、再生塔８０に導かれる。
【００６１】
なお、吸収液循環ポンプ１１０、吸収液循環ポンプ１１１、二酸化炭素回収装置９０等は、前述した制御装置（図示しない）によって制御される。
【００６２】
次に、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０におけるサイクル効率について説明する。
【００６３】
図３は、本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。なお、図３には、比較のため、従来の一段再熱サイクルにおける状態変化も示している。また、ここでは、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０の高圧タービン２２に導入される蒸気の温度を６５０℃、従来の蒸気タービン発電設備における高圧タービンに導入される蒸気の温度を６００℃とした一例を示している。なお、図３において、各蒸気タービンにおける膨張過程は、断熱膨張を仮定している。
【００６４】
従来の蒸気タービン発電設備において、６→１は、過熱器での等圧昇温、１→２は、高圧タービンにおける断熱膨張、２→３は、再熱器における等圧再熱、３→４は、中圧タービンおよび低圧タービンにおける断熱膨張を示す。また、４→５は、復水器における等温凝縮、５→６は、給水ポンプおよび給水加熱器における昇圧、昇温を示す。
【００６５】
一方、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０では、高圧タービン２２に導入される蒸気の温度は、従来の蒸気タービン発電設備の高圧タービンに導入される蒸気の温度よりも高いため、高圧タービン２２での断熱膨張は、１ａ→２ａとなる。また、中圧タービン２３および低圧タービン２４での断熱膨張は、３ａ→４ａとなる。
【００６６】
図３において、従来の蒸気状態値から上の蒸気状態値で囲まれる面積（図３の斜線で示された部分の面積）が仕事として取り出せるエネルギ増加分、すなわち高温化による効率向上の寄与分である。
【００６７】
また、太陽熱蒸気タービン３２における断熱膨張は、２ａ→７で表され、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度は、排出される蒸気の圧力Ｐｅｘにより決まる。ここで、集熱蒸気発生装置３１で発生する蒸気の温度や圧力は、高圧タービン２２から排出された蒸気の温度や圧力とほぼ同じであるため、いずれから太陽熱蒸気タービン３２に導入された蒸気も、蒸気条件２ａとなる。
【００６８】
また、例えば、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が、二酸化炭素回収設備６０で必要とする蒸気の温度（例えば、１５０℃）よりも低い場合には、圧力調整弁Ｖ２を絞ることにより、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力Ｐｅｘを上昇させる。これによって、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が上昇して、所定の温度に近づけることができる。また、二酸化炭素回収設備６０に導入される蒸気の流量が、所定の流量より少ない場合は、例えば、給水ポンプ３３からの給水量を増加させたり、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくすることにより、所定の流量に近づけることができる。
【００６９】
上記した制御により、蒸気タービン発電設備１０全体の出力は、発電機３５ａと発電機３５ｂの合計で決まる。そのため、所定の出力を得るには、高圧タービン２２に導入する蒸気の流量を、蒸気加減弁（図示しない）によって制御し、発電機３５ａ、３５ｂの出力を制御することにより可能となる。
【００７０】
なお、二酸化炭素回収設備６０の吸収液１００の交換などのために、リボイラ１３０に導入する蒸気を遮断して蒸気タービン発電設備１０を運転する場合には、配管５１に設けられた遮断弁（図示しない）を閉じて、二酸化炭素回収設備６０への蒸気の流入を遮断する。さらに、圧力調整弁Ｖ２を全開にして、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の全量が、低圧給水加熱器２７ｃに導入されるように制御する。
【００７１】
ここで、蒸気タービン発電設備１０の蒸気タービン設備２０に蓄熱装置３４を備えた場合と、蓄熱装置３４を備えない場合とにおける、太陽熱エネルギと太陽熱蒸気タービン３２の出力について説明する。
【００７２】
図４は、１日における太陽熱エネルギと太陽熱蒸気タービン３２の出力との関係を説明するための図である。なお、ここでは、太陽熱蒸気タービン３２の出力（太陽熱蒸気タービン３２の排気量）を一定とする。
【００７３】
蓄熱装置３４を備えない場合には、図４に示すように、太陽熱エネルギに応じて太陽熱蒸気タービン３２の最大飲み込み可能な蒸気量（最大飲み込み量）まで出力することができる。しかし、太陽熱蒸気タービン３２の最大飲み込み量まで出力することができても、二酸化炭素回収設備６０に必要な蒸気量は決まっているため、その必要量を超えた余分なエネルギは損失となる。また、太陽熱エネルギを得ることができなくなると、上記した一定の出力を得るのに相当するエネルギ（図４の破線矢印間に相当するエネルギ）を、高圧タービン２２から排出された蒸気（バックアップ蒸気）で補わなければならない。なお、上記した蓄熱装置３４を備えない場合において、起動用助燃装置は備えられている。
【００７４】
一方、蓄熱装置３４を備えた場合には、多くの太陽熱エネルギが得られ、二酸化炭素回収設備６０に必要な蒸気量を超えた余分なエネルギは、蓄熱装置３４に蓄熱することができる。そのため、太陽熱エネルギが減少する夕方などに、蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を利用して、太陽熱蒸気タービン３２に蒸気を導入することができる。これにより、バックアップ蒸気によって補わなければならないエネルギは、蓄熱装置３４における熱量を利用しても不足するエネルギ（図４の実線矢印間に相当するエネルギ）のみで足りる。なお、上記した蓄熱装置３４を備えた場合には、起動用助燃装置は不要である。
【００７５】
上記したように、太陽熱蒸気タービン３２による燃費削減量は、蓄熱装置３４を備えない場合の太陽熱エネルギを用いることによる燃費削減量（図４の左下がりの斜線で示した部分のエネルギ量）から、蓄熱装置３４を備えた場合の太陽熱エネルギを用いることによる燃費削減量（図４の右下がりの斜線で示した部分のエネルギ量）まで増加することができる。
【００７６】
なお、例えば、一般に石炭火力は、ボイラの運用性が他の燃料より劣り、また、高温化により性能向上しているため、日中は性能のよい定格条件付近で運転される。また、電力需要の少ない夜間でも、蒸気タービン発電設備１０を止めずに運転していることが多い。特にこのような運転条件の蒸気タービン発電設備において、蓄熱装置３４を備えることが有効である。
【００７７】
上記したように、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、集熱蒸気発生装置３１および太陽熱蒸気タービン３２を備え、給水の一部を集熱蒸気発生装置３１において蒸気として太陽熱蒸気タービン３２に導入し、太陽熱蒸気タービン３２を駆動し、発電することができる。
【００７８】
また、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、蓄熱装置３４を備えることで太陽熱蒸気タービン３２による燃費削減量を増加することができる。
【００７９】
また、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、二酸化炭素回収設備６０の再生塔８０に必要なエネルギとして、太陽熱蒸気タービン３２で膨張仕事をした後のエクセルギの低い蒸気を利用することができる。これによって、エネルギの損失を抑制し、高い発電効率を得ることができる。
【００８０】
ここで、上記した蒸気タービン発電設備１０では、太陽熱蒸気タービン３２は、低圧タービン２４と同一軸で接続され、発電機３５ａを駆動するように構成され、高圧タービン２２は、中圧タービン２３と同一軸で接続され、発電機３５ｂを駆動するように構成されているが、各蒸気タービンの配置構成は、これらに限られるものではない。例えば、太陽熱蒸気タービン３２は、高圧タービン２２および中圧タービン２３と同一軸で接続されるように配置されてもよい。また、太陽熱蒸気タービン３２を単独で配置して、単独の発電機を備えるように構成してもよい。また、高圧タービン２２、中圧タービン２３、低圧タービン２４および太陽熱蒸気タービン３２を同一軸で接続するタンデムコンパウンドで構成してもよい。
【００８１】
また、太陽熱蒸気タービン３２を接続する際、ギア接続して回転数を上げるように構成してもよい。これによって、太陽熱蒸気タービン３２のコンパクト化、高性能化を図ることができる。
【００８２】
さらに低圧タービン２４を半速、すなわち通常の３６００ｒｐｍや３０００ｒｐｍに対して１８００ｒｐｍや１５００ｒｐｍとして遠心力を低減し、最終タービン段落のタービン動翼に長翼を採用してもよい。これによって、排気軸流速度を低減して、排気損失を低減することができる。ここで、以下の式（式（１）〜式（３））によって、排気環状面積、排気軸流速度および排気損失を定義する。
【００８３】
排気環状面積 ＝ 翼長（ｍ）×平均直径（ｍ）×π …式（１）
排気軸流速度 ＝ 排気体積流量（ｍ３／ｓ）／排気環状面積（ｍ２） …式（２）
排気損失 ＝ Ａ／２ｇ×排気質量流量（ｋｇ／ｓ）×（排気軸流速度）２ …式（３）
ここで、Ａは定数、ｇは重量加速度である。
【００８４】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の概要を示す図である。なお、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０と同一の構成部分には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。
【００８５】
第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１は、燃焼熱を利用して蒸気を発生させるボイラ２１や太陽光を利用して蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置３１からの蒸気によって蒸気タービンを駆動し発電を行う蒸気タービン設備２０と、ボイラ２１などからの燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収設備６０とを備えている。
【００８６】
まず、蒸気タービン設備２０について説明する。
【００８７】
図５に示すように、蒸気タービン設備２０は、過熱器２１ａおよび再熱器２１ｂ、２１ｃを備えるボイラ２１、第１の蒸気タービンとして機能する超高圧タービン３６、２つの蒸気タービンで構成される第２の蒸気タービンのうちの一方の蒸気タービンとして機能する高圧タービン２２、第２の蒸気タービンのうちの他方の蒸気タービンとして機能する中圧タービン２３、第３の蒸気タービンとして機能する低圧タービン２４、復水器２５、復水ポンプ２６、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、脱気器２８、ボイラ給水ポンプ２９、高圧給水加熱器３０ａ、３０ｂを備えている。
【００８８】
また、蒸気タービン設備２０は、脱気器２８で脱気された給水の一部から蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置３１、この集熱蒸気発生装置３１で発生した蒸気が導入される、第４の蒸気タービンとして機能する太陽熱蒸気タービン３２を備えている。また、太陽熱蒸気タービン３２から排出された蒸気の一部は、二酸化炭素回収設備６０へ供給される構成となっている。
【００８９】
集熱蒸気発生装置３１は、例えば、太陽光によって液状の熱媒体を加熱する加熱機構、この加熱機構から供給された熱媒体によって給水を加熱する熱交換器、加熱機構および熱交換器に熱媒体を循環させる配管に設けられた循環ポンプなどを備えている。集熱蒸気発生装置３１は、前述したように、例えば、トラフ式の集光集熱装置やタワー式の集光集熱装置を使用することができる。
【００９０】
また、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０と同様に、集熱蒸気発生装置３１と太陽熱蒸気タービン３２との間に、集熱蒸気発生装置３１で発生した蒸気の有する熱量の一部を蓄熱する蓄熱装置３４を備えてもよい。
【００９１】
ここで、太陽熱蒸気タービン３２は、低圧タービン２４と同一軸で接続され、発電機３５ａを駆動するように構成されている。また、超高圧タービン３６は、高圧タービン２２および中圧タービン２３と同一軸で接続され、発電機３５ｂを駆動するように構成されている。このように、各蒸気タービンを配置することで、全長が長くなるのを抑制し、タービンロータと、静止部材との熱伸び差による漏洩蒸気量を低減することができる。さらに、高温の蒸気が導入される蒸気タービンと、比較的低温の蒸気が導入される蒸気タービンを分けて構成し、それぞれにスラスト軸受けを適正に配置することにより、起動特性を改善することができる。
【００９２】
なお、各蒸気タービンの配置構成は、上記した構成に限られるものではなく、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０で示した他の配置構成と同様の構成を採用してもよい。
【００９３】
この蒸気タービン設備２０では、ボイラ２１の過熱器２１ａで発生した高温の蒸気は、主蒸気管４２を介して超高圧タービン３６に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管４３ａを介してボイラ２１の再熱器２１ｂに導入される。ここで、過熱器２１ａから超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を超高圧タービン３６に導入することもできる。また、超高圧タービン３６から排出された蒸気の一部は、超高圧タービン３６から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３ａから分岐された配管４４ａを介して高圧給水加熱器３０ｂに導かれ、給水を加熱する。
【００９４】
再熱器２１ｂで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管４６ａを介して高圧タービン２２に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管４３ｂを介してボイラ２１の再熱器２１ｃに導入される。ここで、再熱器２１ｂから高圧タービン２２に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を高圧タービン２２に導入することもできる。また、高圧タービン２２から排出された蒸気の一部は、高圧タービン２２から排出された蒸気を再熱器２１ｃに導く低温再熱蒸気管４３ｂから分岐された配管４４ｂを介して高圧給水加熱器３０ａに導かれ、給水を加熱する。
【００９５】
ここで、高圧タービン２２から排出された蒸気の温度が、高圧給水加熱器３０ａに導く所定の蒸気温度よりも高い場合には、高圧給水加熱器３０ａとボイラ２１の過熱器２１ａとの間の給水管４９を流れる給水と、高圧タービン２２から排出された蒸気を高圧給水加熱器３０ａに導く配管４４ｂを流れる蒸気との間で熱交換可能な熱交換器（図示しない）を設けることが好ましい。これによって、高圧給水加熱器３０ａに適正な温度の蒸気を導入することができる。
【００９６】
また、超高圧タービン３６から抽気された蒸気を、高圧タービン２２のタービンロータ、タービン動翼、ケーシングなどを冷却するための冷却蒸気として、配管５４を介して高圧タービン２２の所定のタービン段落に導入してもよい。これにより、高圧タービン２２のタービンロータ、タービン動翼のクリープ強度を確保することができる。
【００９７】
再熱器２１ｃで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管４６ｂを介して中圧タービン２３に導入され、膨張仕事をした後、配管４７を介して、低圧タービン２４に導入される。ここで、再熱器２１ｃで加熱され、中圧タービン２３に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば６５０度程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を中圧タービン２３に導入することもできる。また、中圧タービン２３は、発電機３５ｂを駆動して発電する。
【００９８】
低圧タービン２４に導入され、膨張仕事をした蒸気は、復水器２５に導かれて凝縮し、復水となる。また、低圧タービン２４から抽気された蒸気は、配管４８を介して、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃに導かれ、給水を加熱する。また、低圧タービン２４は、発電機３５ａを駆動して発電する。
【００９９】
復水器２５の復水は、復水ポンプ２６によって、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、脱気器２８へ送られボイラ２１への給水として再利用される。脱気器２８へ送られた復水は、ボイラ給水ポンプ２９によって昇圧され、給水管４９を介して、高圧給水加熱器３０ａ、３０ｂを経て過熱器２１ａに給水される。一方、脱気器２８へ送られた給水（復水）の一部は、給水系統配管４０から分岐された配管４１を介して、給水ポンプ３３によって、集熱蒸気発生装置３１に導かれる。集熱蒸気発生装置３１に導かれた給水は、集熱蒸気発生装置３１によって加熱され蒸気となり、太陽熱蒸気タービン３２に導入される。
【０１００】
例えば、蓄熱装置３４を備えている場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を超える場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。
【０１０１】
一方、蓄熱装置３４を備え、蓄熱装置３４がすでに熱量を蓄熱している場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を下回る場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を集熱蒸気発生装置３１で使用する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。
【０１０２】
ここで、超高圧タービン３６から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３ａから分岐され、太陽熱蒸気タービン３２の蒸気導入口に連通する配管５０を設けてもよい。例えば、蓄熱装置３４を備えない場合や、蓄熱装置３４を備えていても蓄熱装置３４で蓄熱された熱量だけでは、給水に与えるエネルギが足りない場合には、配管５０を介して、超高圧タービン３６から排出された蒸気の一部を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。ここで、太陽熱蒸気タービン３２に導入される蒸気の温度は、集熱蒸気発生装置３１が発生させる蒸気と近い温度とするのが好ましく、例えば、集熱蒸気発生装置３１がトラフ式の場合は３７０〜４００℃、集熱蒸気発生装置３１がタワー式の場合は５００〜５５０℃の蒸気とするとよい。
【０１０３】
太陽熱蒸気タービン３２に導かれた蒸気は、膨張仕事をした後、その一部が、配管５１を介して二酸化炭素回収設備６０へ供給され、その残りは、配管５１から分岐された配管５２を介して、上記した低圧タービン２４から抽気された蒸気とともに低圧給水加熱器２７ｃに導かれる。
【０１０４】
ここで、太陽熱蒸気タービン３２から抽気された蒸気を、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼、ケーシングなどを冷却するための冷却蒸気として、配管５３を介して中圧タービン２３の所定のタービン段落に導入してもよい。これにより、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼のクリープ強度を確保することができる。さらに、太陽熱蒸気タービン３２から抽気した温度の低い冷却蒸気を使用することで、サイクル損失を低減することができる。なお、太陽熱蒸気タービン３２からの蒸気を抽気して中圧タービン２３を冷却する場合、中圧タービン２３の冷却部における蒸気の圧力よりも高い圧力の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２から抽気することが好ましい。
【０１０５】
ここで、配管５０には、太陽熱蒸気タービン３２に導く蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ１が設けられている。また、配管５２には、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力を調整するための圧力調整弁Ｖ２が設けられている。また、太陽熱蒸気タービン３２から抽気した蒸気を、冷却蒸気として中圧タービン２３に導入する場合、配管５３には、太陽熱蒸気タービン３２からの抽気蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ３が設けられている。また、超高圧タービン３６から抽気した蒸気を、冷却蒸気として高圧タービン２２に導入する場合、配管５４には、超高圧タービン３６からの抽気蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ４が設けられている。
【０１０６】
なお、蒸気タービン発電設備１１における発電出力は、発電機３５ａおよび発電機３５ｂの合計出力が目標出力に合うように、超高圧タービン３６に導入する主蒸気の流量を蒸気加減弁（図示しない）で調整している。また、上記した各弁や各ポンプなどは、図示しない制御装置によって、例えば、図示しない、温度検知装置、流量検知装置、圧力検知装置などからの情報に基づいてフィードバック制御されている。
【０１０７】
例えば、二酸化炭素回収設備６０へ導入される蒸気の流量や温度は、制御装置によって圧力調整弁Ｖ２などを制御することで、所定の流量や温度になるように調整される。具体的には、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が、二酸化炭素回収設備６０で必要とする蒸気の温度よりも低い場合には、例えば、圧力調整弁Ｖ２を絞ることにより、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力を上昇させる。これによって、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が上昇して、所定の温度に近づけることができる。なお、温度の微調整が必要な場合には、例えば、配管５１の一部をスプレー水などで冷却して温度調整を行ってもよい。また、二酸化炭素回収設備６０に導入される蒸気の流量が所定の流量より少ない場合は、例えば、給水ポンプ３３からの給水量を増加させたり、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくすることにより、所定の流量に近づけることができる。
【０１０８】
なお、ここでは、二酸化炭素回収設備６０へ導入する蒸気の温度や流量に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整する一例を示したが、例えば、後述する、二酸化炭素回収設備６０の再生塔における吸収液の温度に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整してもよい。このように、吸収液の温度に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整することで、適正な制御をするための時間遅れを小さくすることができる。この際、制御を安定化するために、吸収液の流量を関数として流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を制御してもよい。
【０１０９】
なお、二酸化炭素回収設備６０の構成および作用効果は、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０における二酸化炭素回収設備６０と同様である。
【０１１０】
次に、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１におけるサイクル効率について説明する。
【０１１１】
図６は、本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。なお、図６には、比較のため、従来の二段再熱サイクルにおける状態変化も示している。また、ここでは、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度を６５０℃、従来の蒸気タービン発電設備における超高圧タービンに導入される蒸気の温度を６００℃とした一例を示している。さらに、図６においては、図３と同様に、各蒸気タービンにおける膨張過程は断熱膨張を仮定している。
【０１１２】
従来の蒸気タービン発電設備において、８→１は、ボイラ２１での等圧昇温、１→２は、超高圧タービンにおける断熱膨張、２→３は、再熱器における等圧再熱、３→４は、高圧タービンにおける断熱膨張、４→５は、再熱器における等圧再熱、５→６は、中圧タービンおよび低圧タービンにおける断熱膨張を示す。また、６→７は、復水器における等温凝縮、７→８は、給水ポンプおよび給水加熱器における昇圧、昇温を示す。
【０１１３】
一方、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１では、超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度は、従来の蒸気タービン発電設備の超高圧タービンに導入される蒸気の温度よりも高いため、超高圧タービン３６での断熱膨張は、１ａ→２ａとなる。また、高圧タービン２２での断熱膨張は、３ａ→４ａとなる。また、中圧タービン２３および低圧タービン２４での断熱膨張は、５ａ→６ａとなる。
【０１１４】
図６において、従来の蒸気状態値から上の蒸気状態値で囲まれる面積（図６の斜線で示された部分の面積）が仕事として取り出せるエネルギ増加分、すなわち高温化による効率向上の寄与分である。
【０１１５】
また、太陽熱蒸気タービン３２における断熱膨張は、２ａ→９で表され、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度は、排出される蒸気の圧力Ｐｅｘにより決まる。ここで、集熱蒸気発生装置３１で発生する蒸気の温度や圧力は、超高圧タービン３６から排出された蒸気の温度や圧力とほぼ同じであるため、いずれから太陽熱蒸気タービン３２に導入された蒸気も、蒸気条件２ａとなる。
【０１１６】
また、例えば、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が、二酸化炭素回収設備６０で必要とする蒸気の温度（例えば、１５０℃）よりも低い場合には、圧力調整弁Ｖ２を絞ることにより、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力Ｐｅｘを上昇させる。これによって、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が上昇して、所定の温度に近づけることができる。また、二酸化炭素回収設備６０に導入される蒸気の流量が、所定の流量より少ない場合は、例えば、給水ポンプ３３からの給水量を増加させたり、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくすることにより、所定の流量に近づけることができる。
【０１１７】
上記した制御により、蒸気タービン発電設備１０全体の出力は、発電機３５ａと発電機３５ｂの合計で決まる。そのため、所定の出力を得るには、超高圧タービン３６に導入する蒸気の流量を、蒸気加減弁（図示しない）によって制御し、発電機３５ａ、３５ｂの出力を制御することにより可能となる。
【０１１８】
なお、二酸化炭素回収設備６０の吸収液１００の交換などのために、リボイラ１３０に導入する蒸気を遮断して蒸気タービン発電設備１０を運転する場合には、配管５１に設けられた遮断弁（図示しない）を閉じて、二酸化炭素回収設備６０への蒸気の流入を遮断する。さらに、圧力調整弁Ｖ２を全開にして、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の全量が、低圧給水加熱器２７ｃに導入されるように制御する。
【０１１９】
上記したように、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１によれば、集熱蒸気発生装置３１および太陽熱蒸気タービン３２を備え、給水の一部を集熱蒸気発生装置３１において蒸気として太陽熱蒸気タービン３２に導入し、太陽熱蒸気タービン３２を駆動し、発電することができる。
【０１２０】
また、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１によれば、蓄熱装置３４を備えることで太陽熱蒸気タービン３２による燃費削減量を増加することができる。
【０１２１】
また、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１によれば、二酸化炭素回収設備６０の再生塔８０に必要なエネルギとして、太陽熱蒸気タービン３２で膨張仕事をした後のエクセルギの低い蒸気を利用することができる。これによって、エネルギの損失を抑制し、高い発電効率を得ることができる。
【０１２２】
（第３の実施の形態）
図７は、本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２の概要を示す図である。図８は、本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。なお、図８には、比較のため、従来の二段再熱サイクルにおける状態変化も示している。また、第１の実施の形態および第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０、１１と同一の構成部分には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。また、図８においては、図３と同様に、各蒸気タービンにおける膨張過程は、断熱膨張を仮定している。
【０１２３】
第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２は、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の太陽熱蒸気タービン３２を再熱タービンに構成し、再熱器として、集熱蒸気発生装置を備えた以外は、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１と同様の構成である。
【０１２４】
また、ここでは、超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度が６００℃程度であり、超高圧タービン３６から排出される蒸気の温度が、前述した第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の超高圧タービン３６から排出される蒸気の温度よりも低くなる場合を想定している。さらに、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度を、二酸化炭素回収設備６０で要求される温度（例えば１５０℃）にしようとしたときに、蒸気の状態が湿り域（図８に示された飽和蒸気線よりも下側の領域）に属するような場合を想定している。このように、排出される蒸気の状態が湿り域に属する場合には、例えば、最終タービン段落の動翼や静翼の侵食などの問題を有し、蒸気タービンの信頼性が低下する。
【０１２５】
なお、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の排気圧力を高めれば、飽和温度より高くすることができるが、排出される蒸気の温度を１５０℃程度にするためには、排出される蒸気の減圧減温が必要となり、エネルギの損失となる。
【０１２６】
そこで、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２では、図７に示すように、太陽熱蒸気タービン３２ａ、３２ｂ、再熱器である集熱蒸気発生装置３７を備えた再熱太陽熱蒸気タービンを備えている。なお、集熱蒸気発生装置３７は、集熱蒸気発生装置３１と同様の集光集熱装置で構成される。
【０１２７】
集熱蒸気発生装置３１と蓄熱装置３４との間には、集熱蒸気発生装置３１の熱媒体を循環させる循環配管３４ａが設けられる。また、集熱蒸気発生装置３７と蓄熱装置３４との間には、集熱蒸気発生装置３１の熱媒体を循環させる循環配管３４ｂが設けられる。そして、蓄熱装置３４に蓄熱する際、または蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を集熱蒸気発生装置３１で使用する際、循環配管３４ａおよび循環配管３４ｂに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱または蓄熱された熱量の放出を行う。このように、蓄熱装置３４を備えることで、例えば、日照量が多い場合は、余剰の熱量を一旦蓄熱装置３４へ貯めることができる。一方、夜間や日照量が少ないために所定の太陽熱エネルギ量が得られない場合には、蓄熱された熱量を取り出すことができる。すなわち、蓄熱装置３４を備えることで、太陽熱の変動を吸収して平準化することができる。
【０１２８】
なお、ここでは、循環配管３４ａと循環配管３４ｂとを並列に備えた一例を示しているが、集熱蒸気発生装置３１と蓄熱装置３４との間、および集熱蒸気発生装置３７と蓄熱装置３４との間を一つの循環配管で直列に構成してもよい。
【０１２９】
この蒸気タービン設備２０では、ボイラ２１の過熱器２１ａで発生した高温の蒸気は、主蒸気管４２を介して超高圧タービン３６に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管４３ａを介してボイラ２１の再熱器２１ｂに導入される。なお、ここでは、上記したように、過熱器２１ａから超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度は、６００℃程度である。また、超高圧タービン３６から排出された蒸気の一部は、超高圧タービン３６から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３ａから分岐された配管４４ａを介して高圧給水加熱器３０ｂに導かれ、給水を加熱する。
【０１３０】
再熱器２１ｂで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管４６ａを介して高圧タービン２２に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管４３ｂを介してボイラ２１の再熱器２１ｃに導入される。ここで、再熱器２１ｂから高圧タービン２２に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を高圧タービン２２に導入することもできる。また、高圧タービン２２から排出された蒸気の一部は、高圧タービン２２から排出された蒸気を再熱器２１ｃに導く低温再熱蒸気管４３ｂから分岐された配管４４ｂを介して高圧給水加熱器３０ａに導かれ、給水を加熱する。
【０１３１】
ここで、高圧タービン２２から排出された蒸気の温度が、高圧給水加熱器３０ａに導く所定の蒸気温度よりも高い場合には、高圧給水加熱器３０ａとボイラ２１の過熱器２１ａとの間の給水管４９を流れる給水と、高圧タービン２２から排出された蒸気を高圧給水加熱器３０ａに導く配管４４ｂを流れる蒸気との間で熱交換可能な熱交換器（図示しない）を設けることが好ましい。これによって、高圧給水加熱器３０ａに適正な温度の蒸気を導入することができる。
【０１３２】
また、超高圧タービン３６から抽気された蒸気を、高圧タービン２２のタービンロータ、タービン動翼、ケーシングなどを冷却するための冷却蒸気として、配管５４を介して高圧タービン２２の所定のタービン段落に導入してもよい。これにより、高圧タービン２２のタービンロータ、タービン動翼のクリープ強度を確保することができる。
【０１３３】
再熱器２１ｃで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管４６ｂを介して中圧タービン２３に導入され、膨張仕事をした後、配管４７を介して、低圧タービン２４に導入される。ここで、再熱器２１ｃで加熱され、中圧タービン２３に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば６５０度程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を中圧タービン２３に導入することもできる。また、中圧タービン２３は、発電機３５ｂを駆動して発電する。
【０１３４】
低圧タービン２４に導入され、膨張仕事をした蒸気は、復水器２５に導かれて凝縮し、復水となる。また、低圧タービン２４から抽気された蒸気は、配管４８を介して、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃに導かれ、給水を加熱する。また、低圧タービン２４は、発電機３５ａを駆動して発電する。
【０１３５】
復水器２５の復水は、復水ポンプ２６によって、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、脱気器２８へ送られボイラ２１への給水として再利用される。脱気器２８へ送られた復水は、ボイラ給水ポンプ２９によって昇圧され、給水管４９を介して、高圧給水加熱器３０ａ、３０ｂを経て過熱器２１ａに給水される。一方、脱気器２８へ送られた給水（復水）の一部は、給水系統配管４０から分岐された配管４１を介して、給水ポンプ３３によって、集熱蒸気発生装置３１に導かれる。集熱蒸気発生装置３１に導かれた給水は、集熱蒸気発生装置３１によって加熱され蒸気となり、太陽熱蒸気タービン３２に導入される。
【０１３６】
例えば、蓄熱装置３４を備えている場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を超える場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２ａに導入することができる。
【０１３７】
一方、蓄熱装置３４を備え、蓄熱装置３４がすでに熱量を蓄熱している場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を下回る場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を集熱蒸気発生装置３１で使用する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２ａに導入することができる。
【０１３８】
ここで、超高圧タービン３６から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３ａから分岐され、太陽熱蒸気タービン３２ａの蒸気導入口に連通する配管５０を設けてもよい。例えば、蓄熱装置３４を備えない場合や、蓄熱装置３４を備えていても蓄熱装置３４で蓄熱された熱量だけでは、給水に与えるエネルギが足りない場合には、配管５０を介して、超高圧タービン３６から排出された蒸気の一部を太陽熱蒸気タービン３２ａに導入することができる。ここで、太陽熱蒸気タービン３２に導入される蒸気の温度は、集熱蒸気発生装置３１が発生させる蒸気と近い温度とするのが好ましく、例えば、３７０〜４００℃にするとよい。
【０１３９】
太陽熱蒸気タービン３２ａに導かれた蒸気は、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管５５を介して集熱蒸気発生装置３７に導かれ、加熱される。集熱蒸気発生装置３７で加熱された蒸気は、高温再熱蒸気管５６を介して太陽熱蒸気タービン３２ｂに導入される。
【０１４０】
太陽熱蒸気タービン３２ｂに導かれた蒸気は、膨張仕事をした後、その一部が、配管５１を介して二酸化炭素回収設備６０へ供給され、その残りは、配管５１から分岐された配管５２を介して、上記した低圧タービン２４から抽気された蒸気とともに低圧給水加熱器２７ｃに導かれる。
【０１４１】
ここで、太陽熱蒸気タービン３２ｂから抽気された蒸気を、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼、ケーシングなどを冷却するための冷却蒸気として、配管５３を介して中圧タービン２３の所定のタービン段落に導入してもよい。これにより、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼のクリープ強度を確保することができる。さらに、太陽熱蒸気タービン３２ｂから抽気した温度の低い冷却蒸気を使用することで、サイクル損失を低減することができる。
【０１４２】
ここで、配管５０には、太陽熱蒸気タービン３２ａに導く蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ１が設けられている。また、配管５２には、太陽熱蒸気タービン３２ｂから排出される蒸気の圧力を調整するための圧力調整弁Ｖ２が設けられている。また、太陽熱蒸気タービン３２ｂから抽気した蒸気を、冷却蒸気として中圧タービン２３に導入する場合、配管５３には、太陽熱蒸気タービン３２ｂからの抽気蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ３が設けられている。また、超高圧タービン３６から抽気した蒸気を、冷却蒸気として高圧タービン２２に導入する場合、配管５４には、超高圧タービン３６からの抽気蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ４が設けられている。
【０１４３】
なお、蒸気タービン発電設備１０における発電出力は、発電機３５ａおよび発電機３５ｂの合計出力が目標出力に合うように、超高圧タービン３６に導入する主蒸気の流量を蒸気加減弁（図示しない）で調整している。また、上記した各弁や各ポンプなどは、図示しない制御装置によって、例えば、図示しない、温度検知装置、流量検知装置、圧力検知装置などからの情報に基づいてフィードバック制御されている。
【０１４４】
このように、太陽熱蒸気タービン３２ａから排出された蒸気を、集熱蒸気発生装置３７で加熱することで、二酸化炭素回収設備６０へ導入される蒸気は、その状態が湿り域に属することなく、適正な温度（例えば１５０℃）で二酸化炭素回収設備６０に導入される。
【０１４５】
なお、二酸化炭素回収設備６０の構成および作用効果は、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０における二酸化炭素回収設備６０と同様である。
【０１４６】
次に、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２におけるサイクル効率について、図８を参照して説明する。なお、ここで、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１におけるサイクル効率の説明と重複する説明を省略する。
【０１４７】
第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２における太陽熱蒸気タービン３２ａに導入される蒸気の温度（２における温度）は、超高圧タービン３６に導入する蒸気の温度が６００℃程度であるため、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の太陽熱蒸気タービン３２に導入される蒸気の温度（図６の２ａにおける温度）よりも低くなる。また、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２における太陽熱蒸気タービン３２ａから排出される蒸気の状態を、二酸化炭素回収設備６０で要求される温度（例えば１５０℃）にしようとすると、湿り域（図８に示された飽和蒸気線よりも下側の領域）に属することが想定される。
【０１４８】
そこで、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２では、太陽熱蒸気タービン３２ａから排出された蒸気（蒸気状態９ａ）を集熱蒸気発生装置３７で加熱して、太陽熱蒸気タービン３２ｂに導入している（蒸気状態９ｂ）。そして、太陽熱蒸気タービン３２ｂから排出される蒸気の状態（蒸気状態９ｃ）を二酸化炭素回収設備６０で要求される蒸気状態としている。
【０１４９】
ここで、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２では、超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度は、従来の蒸気タービン発電設備の超高圧タービンに導入される蒸気の温度と同等であるため、超高圧タービン３６での断熱膨張は、１→２となる。また、太陽熱蒸気タービン３２ａでの断熱膨張は、２→９ａとなる。また、太陽熱蒸気タービン３２ｂでの断熱膨張は、９ｂ→９ｃとなる。
【０１５０】
図８において、従来の蒸気状態値から上の蒸気状態値で囲まれる面積（図８の斜線で示された部分の面積）が仕事として取り出せるエネルギ増加分、すなわち高温化による効率向上の寄与分である。
【０１５１】
このように、太陽熱蒸気タービン３２ａおよび太陽熱蒸気タービン３２ｂを駆動することで、太陽熱蒸気タービン３２ｂから排出される蒸気状態を、飽和蒸気線より高温側（図８では、飽和蒸気線よりも上方側）の蒸気状態とすることができるとともに、二酸化炭素回収設備６０で要求される蒸気状態（例えば１５０℃）とすることができる。
【０１５２】
上記したように、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２によれば、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の作用効果に加えて、超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度が６００℃程度であっても、太陽熱蒸気タービン３２ｂから排出される蒸気の状態を、飽和蒸気線より高温側（図８では、飽和蒸気線よりも上方側）で、かつ二酸化炭素回収設備６０で要求される蒸気状態（例えば１５０℃）とすることができる。
【０１５３】
これによって、太陽熱蒸気タービン３２ｂから排出される蒸気は、過熱蒸気の状態を維持することができる。そのため、最終タービン段落の動翼や静翼の侵食などの問題を生じることなく、高い信頼性を有する蒸気タービン発電設備が得られる。
【０１５４】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
１０，１１，１２…蒸気タービン発電設備、２０…蒸気タービン設備、２１…ボイラ、２１ａ…過熱器、２１ｂ，２１ｃ…再熱器、２２…高圧タービン、２３…中圧タービン、２４…低圧タービン、２５…復水器、２６…復水ポンプ、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ…低圧給水加熱器、２８…脱気器、２９…ボイラ給水ポンプ、３０ａ，３０ｂ…高圧給水加熱器、３１，３７…集熱蒸気発生装置、３２，３２ａ，３２ｂ…太陽熱蒸気タービン、３３…給水ポンプ、３４…蓄熱装置、３４ａ，３４ｂ…循環配管、３５ａ，３５ｂ…発電機、３６…超高圧タービン、４０…給水系統配管、４１，４４，４４ａ，４４ｂ，４５，４７，４８，５０，５１，５２，５３，５４…配管、４２…主蒸気管、４３，４３ａ，４３ｂ，５５…低温再熱蒸気管、４６，４６ａ，４６ｂ，５６…高温再熱蒸気管、４９…給水管、６０…二酸化炭素回収設備、７０…吸収塔、７１…燃焼排ガス供給口、８０…再生塔、９０…二酸化炭素回収装置、１００…吸収液、１１０，１１１…吸収液循環ポンプ、１２０…熱交換器、１２１…冷却器、１３０…リボイラ、１４０…汽水分離器、Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４…流量調整弁、Ｖ２…圧力調整弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、ボイラ、タービン発電機などを備えた蒸気タービン発電設備およびその運転方法に係り、特に、蒸気の温度を上昇させることによって発電効率を向上させるとともに、ボイラから排出された燃焼ガスに含まれるＣＯ２を分離して回収する装置を備えた蒸気タービン発電設備およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蒸気タービン発電設備においては、蒸気の温度条件が６００℃以下であるため、高温の蒸気に曝される、例えば、タービンロータ、動翼、ノズルなどの構成部の部材は、製造性や経済性に優れたフェライト系耐熱鋼で構成されていた。一方、高温の蒸気に曝されない、例えば、給水加熱器を構成する材料には、炭素鋼が採用されてきた。
【０００３】
一方、近年、燃料節約や環境保全を背景とした蒸気タービン発電設備の高効率化が積極的に進められている。例えば、６００℃程度（６２０℃以下）の温度の高温蒸気を利用した蒸気タービンが運転されている。このような高温蒸気を利用した蒸気タービンにおいては、フェライト系耐熱鋼の諸特性では要求特性を満たすことのできない部品が少なからず存在する。そのため、より高温特性に優れたオーステナイト系耐熱鋼等が使用されている。しかし、オーステナイト系耐熱鋼を使用することは、設備コストの上昇を招く。さらに、オーステナイト系耐熱鋼は、フェライト系耐熱鋼に比較して熱伝導率が低く、かつ線膨張係数が大きいため、プラント起動時やプラント停止時などの負荷変化時に熱応力が発生しやすいという問題を有している。
【０００４】
さらに、現在、蒸気温度を７００℃以上とする７００℃超臨界圧発電システム、いわゆるＡ−ＵＳＣ（Advanced Ultra-Supercritical）が検討されている。蒸気タービンの入口蒸気温度が６５０℃以上になると、タービン抽気が５８０℃を超える部分が生じ、その抽気で加熱する給水加熱器にも耐熱鋼を使用する必要がある。しかし、５８０℃を超えるタービン抽気を給水加熱器に導入することは、給水温度と抽気温度の差に比例して発生する熱応力の観点から好ましくない。これを回避するために、高圧タービンから排出される蒸気の一部を一旦抽気背圧タービンに導入して仕事を取り出し、圧力および温度が低下した抽気背圧タービンからの抽気を給水加熱器に供給するサイクルが考案されている。また、この抽気背圧タービンは、従来、給水ポンプ駆動用として給水ポンプに直結されている。
【０００５】
また、地球温暖化現象の原因の一つとして二酸化炭素（ＣＯ２）による温室効果が指摘されている。そのため、例えば、大量の化石燃料を使用する火力発電所などを対象に、燃焼排ガスを吸収液と接触させ、燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去して回収する方法が精力的に研究されている。
【０００６】
図９は、燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去して回収する従来の二酸化炭素回収システム３００の一例を示す図である。
【０００７】
図９に示された従来の二酸化炭素回収システム３００において、例えば、ボイラにおいて化石燃料を燃焼して排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給口３１１から吸収塔３１０内に導かれる。吸収塔３１０の上部には、二酸化炭素を吸収する吸収液３２０が供給され、この供給された吸収液３２０は、導入された燃焼排ガスと気液接触して、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収する。
【０００８】
二酸化炭素を吸収した吸収液３２０は、吸収塔３１０の下部から吸収液循環ポンプ３３０によって熱交換器３４０を通過して、再生塔３５０に導かれる。なお、二酸化炭素を吸収した吸収液３２０の温度は、その吸収による反応熱、および燃焼排ガスが有する顕熱によって、二酸化炭素を吸収する前の吸収液３２０の温度よりも高くなる。
【０００９】
一方、吸収液３２０に二酸化炭素を吸収された残りの燃焼排ガスは、吸収塔３１０の上部から大気へ放出される。
【００１０】
再生塔３５０に導かれた吸収液３２０は、リボイラ３６０によって加熱され、吸収した二酸化炭素を放散し、再び二酸化炭素を吸収できる吸収液３２０に再生される。再生された吸収液３２０は、吸収液循環ポンプ３３１により、熱交換器３４０を介して吸収塔３１０の上部へ戻される。
【００１１】
一方、吸収液３２０から放散された二酸化炭素は、冷却器３４１を介して汽水分離器３７０に導かれ、水分が取り除かれた後に、二酸化炭素圧縮機３８０に導かれ回収される。また、汽水分離器３７０で分離された凝縮水は、再生塔３５０に導かれる。また、リボイラ３６０の加熱源としては、火力発電プラント等内の蒸気タービンサイクルから抽気した蒸気を主に利用するが、二酸化炭素を圧縮する過程における高温化した二酸化炭素ガスを用いることもできる（例えば、特許文献１−２参照。）。
【００１２】
例えば、特許文献２には、高圧タービンから排出された蒸気の一部を、二酸化炭素圧縮機を駆動するための背圧タービンに導入し、中圧タービンから排出された蒸気の一部を、補機駆動用（例えば、給水ポンプ駆動用）の背圧タービンに導入し、それぞれの蒸気タービンから排出された蒸気を二酸化炭素回収システムの加熱用に利用する技術が開示されている。
【００１３】
また、複合発電システムにおいて、太陽熱を併用したハイブリッドシステムに係る技術が開示されている（例えば、特許文献３−４参照。）。この太陽熱を併用したハイブリッドシステムでは、複合発電サイクルの排熱回収ボイラに、太陽熱を吸収した熱交換器を併設して、発電サイクル全体の燃費の改善を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第２８０９３８１号公報
【特許文献２】特開２００４−３２３３３９号公報
【特許文献３】特開２００８−３９３６７号公報
【特許文献４】特開２００８−１２１４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記した従来における、背圧タービンから排出された蒸気を吸収液の加熱蒸気として利用する二酸化炭素回収システムでは、二酸化炭素圧縮機および補機の必要とする駆動蒸気流量の合計が必ずしも二酸化炭素回収システムに必要な加熱蒸気流量と一致するとは限らなかった。そのため、必要な蒸気流量よりも駆動蒸気流量が多い場合には、余った蒸気は復水器などに捨てられることとなる。この場合、エクセルギの高い蒸気を、直接二酸化炭素回収システムに供給しているので、エネルギの損失となる。
【００１６】
また、従来の二酸化炭素回収システムにおいては、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収した吸収液から、何らかの方法によって、二酸化炭素を分離して回収しなければならない。この二酸化炭素の分離は、通常、吸収液を加熱して行うことが最も簡単であるため、従来から加熱放散方式が採用されてきた。しかし、二酸化炭素を分離する場合、分離に使用される熱量が大きく、蒸気タービンサイクル内の蒸気を抽出すると、発電効率が相対値で３０％程度低下すると言われている。
【００１７】
例えば、吸収液として、二酸化炭素の吸収性能が高いアミン系の吸収液を使用した場合、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素を分離する温度は、１００〜１５０℃程度である。この際必要となる熱量は、２．５〜３．５ＭＪ／（ｋｇ−ＣＯ２）、すなわち二酸化炭素１ｋｇ当たり２．５〜３．５ＭＪと言われている。この熱量は、例えば、ボイラの燃料として石炭を用いる場合、石炭の発熱量の１０〜２０％程度に相当する。
【００１８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、二酸化炭素回収システムに必要なエネルギ源として、太陽熱を利用した蒸気タービンで発電をした後のエクセルギの低い排出蒸気を利用することにより、エネルギの損失を抑制し、高い発電効率が得られる蒸気タービン発電設備およびその運転方法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】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、過熱器および少なくとも１つの再熱器を備えるボイラと、前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、前記再熱器で再加熱された、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、少なくとも、前記第３の蒸気タービンによって駆動される発電機と、前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と、太陽光を利用して前記復水の一部から蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置と、少なくとも前記集熱蒸気発生装置からの蒸気が導入されて駆動される第４の蒸気タービンとを備える蒸気タービン設備と、前記ボイラからの燃焼ガスが導入され、燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液により吸収する吸収塔と、前記第４の蒸気タービンから排出された蒸気を利用して、二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し、当該吸収液から二酸化炭素を放散させる再生塔と、前記再生塔で放散された二酸化炭素を回収する回収装置とを備える二酸化炭素回収設備とを具備することを特徴する蒸気タービン発電設備が提供される。
【００２０】
また、本発明の一態様によれば、過熱器および再熱器を備えるボイラと、前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、前記再熱器で再加熱された、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、少なくとも、前記第３の蒸気タービンによって駆動される発電機と、前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と、太陽光を利用して前記復水の一部から蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置と、少なくとも前記集熱蒸気発生装置からの蒸気が導入されて駆動される第４の蒸気タービンとを備える蒸気タービン設備と、前記ボイラからの燃焼ガスが導入され、燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液により吸収する吸収塔と、二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し、当該吸収液から二酸化炭素を放散させる再生塔と、前記再生塔で放散された二酸化炭素を回収する回収装置とを備える二酸化炭素回収設備とを具備し、前記再生塔において、前記第４の蒸気タービンから排出された蒸気を利用して、前記吸収液を加熱し、前記吸収液から二酸化炭素を放散させることを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の蒸気タービン発電設備およびその運転方法によれば、二酸化炭素回収システムに必要なエネルギ源として、太陽熱を利用した蒸気タービンで発電をした後のエクセルギの低い排出蒸気を利用することにより、エネルギの損失を抑制し、高い発電効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備の概要を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備における二酸化炭素回収設備の概要を示す図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。
【図４】１日における太陽熱エネルギと太陽熱蒸気タービンの出力との関係を説明するための図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備の概要を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備の概要を示す図である。
【図８】本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。
【図９】燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去して回収する従来の二酸化炭素回収システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０の概要を示す図である。
【００２５】
第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０は、燃焼熱を利用して蒸気を発生させるボイラ２１や太陽光を利用して蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置３１からの蒸気によって蒸気タービンを駆動し発電を行う蒸気タービン設備２０と、ボイラ２１などからの燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収設備６０とを備えている。
【００２６】
まず、蒸気タービン設備２０について説明する。
【００２７】
図１に示すように、蒸気タービン設備２０は、過熱器２１ａおよび再熱器２１ｂを備えるボイラ２１、第１の蒸気タービンとして機能する高圧タービン２２、第２の蒸気タービンとして機能する中圧タービン２３、第３の蒸気タービンとして機能する低圧タービン２４、復水器２５、復水ポンプ２６、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、脱気器２８、ボイラ給水ポンプ２９、高圧給水加熱器３０ａ、３０ｂを備えている。
【００２８】
また、蒸気タービン設備２０は、脱気器２８で脱気された給水の一部を太陽光の熱エネルギにより加熱して蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置３１、この集熱蒸気発生装置３１で発生した蒸気が導入される、第４の蒸気タービンとして機能する太陽熱蒸気タービン３２を備えている。また、太陽熱蒸気タービン３２から排出された蒸気の一部は、二酸化炭素回収設備６０へ供給される構成となっている。
【００２９】
集熱蒸気発生装置３１は、例えば、太陽光によって液状の熱媒体を加熱する加熱機構、この加熱機構から供給された熱媒体によって給水を加熱する熱交換器、加熱機構および熱交換器に熱媒体を循環させる配管に設けられた循環ポンプなどを備えている。具体的には、集熱蒸気発生装置３１は、例えば、太陽光を線状に集光する曲面鏡を備えるトラフ式の集光集熱装置や、平面鏡を用いて中央部の集熱器に太陽光を集光させるタワー式の集光集熱装置を使用することができる。これらの集光集熱装置では、太陽熱エネルギによって、油などの熱媒体が温められ、この熱媒体からの熱量が熱交換により給水に与えられる。トラフ式の集光集熱装置では、例えば、３７０〜４００℃の蒸気が得られる。一方、タワー式の集光集熱装置では、例えば、５００〜５５０℃の蒸気が得られる。そのため、集光集熱装置を選択する際、高圧タービン２２からの排出蒸気の温度に近い蒸気が得られる集光集熱装置を選択することが好ましい。
【００３０】
ここで、集熱蒸気発生装置３１と太陽熱蒸気タービン３２との間に、集熱蒸気発生装置３１で発生した蒸気の有する熱量の一部を蓄熱する蓄熱装置３４を備えてもよい。なお、蓄熱装置３４における蓄熱方式は、物質の顕熱を利用するもの、潜熱を利用するもの、化学反応を利用するもの等のいずれの方式を使用するものであってもよい。
【００３１】
蓄熱装置３４を備える場合、集熱蒸気発生装置３１と蓄熱装置３４との間には、集熱蒸気発生装置３１の熱媒体を循環させる循環配管３４ａが設けられる。そして、蓄熱装置３４に蓄熱する際、または蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を集熱蒸気発生装置３１で使用する際、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱または蓄熱された熱量の放出を行う。このように、蓄熱装置３４を備えることで、例えば、日照量が多い場合は、余剰の熱量を一旦蓄熱装置３４へ貯めることができる。一方、夜間や日照量が少ないために所定の太陽熱エネルギ量が得られない場合には、蓄熱された熱量を取り出すことができる。すなわち、蓄熱装置３４を備えることで、太陽熱の変動を吸収して平準化することができる。
【００３２】
ここで、太陽熱蒸気タービン３２は、低圧タービン２４と同一軸で接続され、発電機３５ａを駆動するように構成されている。また、高圧タービン２２は、中圧タービン２３と同一軸で接続され、発電機３５ｂを駆動するように構成されている。このように、各蒸気タービンを配置することで、全長が長くなるのを抑制し、タービンロータと、静止部材との熱伸び差による漏洩蒸気量を低減することができる。さらに、高温の蒸気が導入される蒸気タービンと、比較的低温の蒸気が導入される蒸気タービンを分けて構成し、それぞれにスラスト軸受けを適正に配置することにより、起動特性を改善することができる。
【００３３】
この蒸気タービン設備２０では、ボイラ２１の過熱器２１ａで発生した高温の蒸気は、主蒸気管４２を介して高圧タービン２２に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管４３を介してボイラ２１の再熱器２１ｂに導入される。ここで、過熱器２１ａから高圧タービン２２に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を高圧タービン２２に導入することもできる。また、高圧タービン２２から排出された蒸気の一部は、高圧タービン２２から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３から分岐された配管４４を介して高圧給水加熱器３０ａに導かれ、給水を加熱する。さらに、高圧タービン２２から抽気された蒸気は、配管４５を介して高圧給水加熱器３０ｂに導かれ、給水を加熱する。
【００３４】
ここで、高圧タービン２２から排出された蒸気の温度が、高圧給水加熱器３０ａに導く所定の蒸気温度よりも高い場合には、高圧給水加熱器３０ａとボイラ２１の過熱器２１ａとの間の給水管４９を流れる給水と、高圧タービン２２から排出された蒸気を高圧給水加熱器３０ａに導く配管４４を流れる蒸気との間で熱交換可能な熱交換器（図示しない）を設けることが好ましい。この場合、この熱交換器は、高圧タービン２２から排出された蒸気の有する顕熱の一部を給水に与える過熱低減器（デスーパヒータ）として構成するとよい。これによって、高圧給水加熱器３０ａに適正な温度の蒸気を導入することができる。
【００３５】
再熱器２１ｂで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管４６を介して中圧タービン２３に導入され、膨張仕事をした後、配管４７を介して、低圧タービン２４に導入される。ここで、再熱器２１ｂで加熱され、中圧タービン２３に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば６５０度程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を中圧タービン２３に導入することもできる。また、中圧タービン２３は、発電機３５ｂを駆動して発電する。
【００３６】
低圧タービン２４に導入され、膨張仕事をした蒸気は、復水器２５に導かれて凝縮し、復水となる。また、低圧タービン２４から抽気された蒸気は、配管４８を介して、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃに導かれ、給水を加熱する。また、低圧タービン２４は、発電機３５ａを駆動して発電する。
【００３７】
復水器２５の復水は、復水ポンプ２６によって、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、脱気器２８へ送られボイラ２１への給水として再利用される。脱気器２８へ送られた復水は、ボイラ給水ポンプ２９によって昇圧され、給水管４９を介して、高圧給水加熱器３０ａ、３０ｂを経て過熱器２１ａに給水される。一方、脱気器２８へ送られた給水（復水）の一部は、給水系統配管４０から分岐された配管４１を介して、給水ポンプ３３によって、集熱蒸気発生装置３１に導かれる。集熱蒸気発生装置３１に導かれた給水は、集熱蒸気発生装置３１によって加熱され蒸気となり、太陽熱蒸気タービン３２に導入される。
【００３８】
例えば、蓄熱装置３４を備えている場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を超える場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。
【００３９】
一方、蓄熱装置３４を備え、蓄熱装置３４がすでに熱量を蓄熱している場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を下回る場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を集熱蒸気発生装置３１で使用する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。
【００４０】
ここで、高圧タービン２２から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３から分岐され、太陽熱蒸気タービン３２の蒸気導入口に連通する配管５０を設けてもよい。例えば、蓄熱装置３４を備えない場合や、蓄熱装置３４を備えていても蓄熱装置３４で蓄熱された熱量だけでは、給水に与えるエネルギが足りない場合には、配管５０を介して、高圧タービン２２から排出された蒸気の一部を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。ここで、太陽熱蒸気タービン３２に導入される蒸気の温度は、集熱蒸気発生装置３１が発生させる蒸気と近い温度とするのが好ましく、例えば、集熱蒸気発生装置３１がトラフ式の場合は３７０〜４００℃、集熱蒸気発生装置３１がタワー式の場合は５００〜５５０℃の蒸気とするとよい。
【００４１】
太陽熱蒸気タービン３２に導かれた蒸気は、膨張仕事をした後、その一部が、配管５１を介して二酸化炭素回収設備６０へ供給され、その残りは、配管５１から分岐された配管５２を介して、上記した低圧タービン２４から抽気された蒸気とともに低圧給水加熱器２７ｃに導かれる。
【００４２】
ここで、太陽熱蒸気タービン３２から抽気された蒸気を、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼、ケーシングなどを冷却するための冷却蒸気として、配管５３を介して中圧タービン２３の所定のタービン段落に導入してもよい。これにより、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼のクリープ強度を確保することができる。さらに、太陽熱蒸気タービン３２から抽気した温度の低い冷却蒸気を使用することで、サイクル損失を低減することができる。なお、太陽熱蒸気タービン３２からの蒸気を抽気して中圧タービン２３を冷却する場合、中圧タービン２３の冷却部における蒸気の圧力よりも高い圧力の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２から抽気することが好ましい。
【００４３】
ここで、配管５０には、太陽熱蒸気タービン３２に導く蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ１が設けられている。また、配管５２には、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力を調整するための圧力調整弁Ｖ２が設けられている。また、太陽熱蒸気タービン３２から抽気した蒸気を、冷却蒸気として中圧タービン２３に導入する場合、配管５３には、太陽熱蒸気タービン３２からの抽気蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ３が設けられている。なお、蒸気タービン発電設備１０における発電出力は、発電機３５ａおよび発電機３５ｂの合計出力が目標出力に合うように、高圧タービン２２に導入する主蒸気の流量を蒸気加減弁（図示しない）で調整している。また、上記した各弁や各ポンプなどは、図示しない制御装置によって、例えば、図示しない、温度検知装置、流量検知装置、圧力検知装置などからの情報に基づいてフィードバック制御されている。
【００４４】
例えば、二酸化炭素回収設備６０へ導入される蒸気の流量や温度は、制御装置によって圧力調整弁Ｖ２などを制御することで、所定の流量や温度になるように調整される。具体的には、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が、二酸化炭素回収設備６０で必要とする蒸気の温度よりも低い場合には、例えば、圧力調整弁Ｖ２を絞ることにより、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力を上昇させる。これによって、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が上昇して、所定の温度に近づけることができる。なお、温度の微調整が必要な場合には、例えば、配管５１の一部をスプレー水などで冷却して温度調整を行ってもよい。また、二酸化炭素回収設備６０に導入される蒸気の流量が所定の流量より少ない場合は、例えば、給水ポンプ３３からの給水量を増加させたり、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくすることにより、所定の流量に近づけることができる。
【００４５】
なお、ここでは、二酸化炭素回収設備６０へ導入する蒸気の温度や流量に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整する一例を示したが、例えば、後述する、二酸化炭素回収設備６０の再生塔における吸収液の温度に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整してもよい。このように、吸収液の温度に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整することで、適正な制御をするための時間遅れを小さくすることができる。この際、制御を安定化するために、吸収液の流量を関数として流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を制御してもよい。
【００４６】
次に、二酸化炭素回収設備６０について説明する。
【００４７】
図２は、本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０における二酸化炭素回収設備６０の概要を示す図である。
【００４８】
図２に示すように、二酸化炭素回収設備６０は、吸収塔７０と、再生塔８０と、二酸化炭素回収装置９０とを備えている。
【００４９】
吸収塔７０は、ボイラ２１から排出された燃焼ガスを導入し、この燃焼ガスに吸収液１００を気液接触させて、燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液１００に吸収させるための塔である。
【００５０】
再生塔８０は、吸収塔７０において二酸化炭素を吸収した吸収液１００を、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の熱を利用して加熱し、吸収液１００から二酸化炭素を分離するための塔である。
【００５１】
二酸化炭素回収装置９０は、再生塔８０で分離された二酸化炭素を回収するための装置である。二酸化炭素回収装置９０は、例えば、分離された二酸化炭素を圧縮して回収する圧縮回収機などで構成される。
【００５２】
ここで、吸収液としては、二酸化炭素を吸収し、所定の条件で放散可能なものであればよく、例えば、アミン系水溶液などを使用することができる。アミン系水溶液として、具体的には、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等のアルカノールアミンのいずれか１つの水溶液、またはこれらのうちから２種以上を混合した水溶液を使用することができる。
【００５３】
上記した、二酸化炭素回収設備６０において、例えば、ボイラ２１において化石燃料を燃焼して排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給口７１から吸収塔７０内に導かれる。吸収塔７０の上部には、二酸化炭素を吸収する吸収液１００が供給され、この供給された吸収液１００は、例えば、下方に向けて噴霧され、導入された燃焼排ガスと気液接触して、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収する。
【００５４】
二酸化炭素を吸収した吸収液１００は、吸収塔７０の下部から吸収液循環ポンプ１１０によって熱交換器１２０を通過して、再生塔８０に導かれる。ここで、吸収液１００は、熱交換器１２０を通過する際、再生塔８０から吸収塔７０に導かれる吸収液１００によって加熱される。また、二酸化炭素を吸収した吸収液１００の温度は、その吸収による反応熱、および燃焼排ガスが有する顕熱によって、二酸化炭素を吸収する前の吸収液１００の温度よりも高くなる。
【００５５】
一方、吸収液１００に二酸化炭素を吸収させた残りの燃焼排ガスは、吸収塔７０の上部から大気へ放出される。
【００５６】
再生塔８０に導かれた吸収液１００は、リボイラ１３０によって加熱され、吸収した二酸化炭素を放散し、再び二酸化炭素を吸収できる吸収液１００に再生される。リボイラ１３０には、配管５１を介して太陽熱蒸気タービン３２から排出された蒸気が導入される。この太陽熱蒸気タービン３２から排出された蒸気によって、二酸化炭素を吸収した吸収液１００が加熱される。
【００５７】
ここで、リボイラ１３０に導入される、太陽熱蒸気タービン３２から排出された蒸気の温度は、前述した蒸気タービン設備２０における制御によって、所定の温度に設定されている。ここで、この所定の温度は、再生塔８０において効果的に二酸化炭素を放散できる温度に吸収液１００を加熱するのに必要な温度であり、使用する吸収液１００に対応して適宜に設定される。例えば、上記したアミン系水溶液を吸収液１００として使用した場合、効果的に二酸化炭素を放散できる温度は１００〜１２０℃である。すなわち、再生塔８０に導入された吸収液１００の温度を１００〜１２０℃に加熱できる熱量をリボイラ１３０で吸収液１００に与えられればよい。すなわち、二酸化炭素回収設備６０へ導入する蒸気の所定の温度は、加熱する吸収液１００の流量やリボイラ１３０に導入される蒸気の流量によっても異なるが、これらの流量を考慮すると、１３０〜１５０℃程度に設定されることが好ましい。
【００５８】
リボイラ１３０によって吸収液１００に熱を放出した蒸気は、図１に示した復水器２５に導かれ、復水となる。また、リボイラ１３０によって吸収液１００に熱を放出した蒸気が復水となる場合には、例えば、図１に示す、低圧給水加熱器２７ａと低圧給水加熱器２７ｂとの間の復水が流れる配管に、リボイラ１３０からの復水を導入してもよい。
【００５９】
また、二酸化炭素を放散し、再生された吸収液１００は、吸収液循環ポンプ１１１により、熱交換器１２０を介して再び吸収塔７０の上部へ戻される。ここで、吸収液１００は、熱交換器１２０を通過する際、吸収塔７０から再生塔８０に導かれる吸収液１００を加熱する。これにより、吸収塔７０に戻される吸収液１００の温度は、再生塔８０における温度よりも低い、吸収塔７０における燃焼排ガスの二酸化炭素の吸収に適した温度となる。すなわち、熱交換器１２０は、リボイラ１３０から吸収液循環ポンプ１１１を介して供給された、比較的温度が高い再生済みの吸収液１００の熱を、吸収塔７０の下部から吸収液循環ポンプ１１０を介して供給された、比較的温度が低く、吸収した二酸化炭素を放散させるために加熱が必要な二酸化炭素を吸収済みの吸収液１００に再生させる再生熱交換器である。
【００６０】
一方、再生塔８０において、吸収液１００から放散された二酸化炭素は、冷却器１２１を介して汽水分離器１４０に導かれ、水分が取り除かれた後に、二酸化炭素回収装置９０に導かれ回収される。また、汽水分離器１４０で分離された凝縮水は、再生塔８０に導かれる。
【００６１】
なお、吸収液循環ポンプ１１０、吸収液循環ポンプ１１１、二酸化炭素回収装置９０等は、前述した制御装置（図示しない）によって制御される。
【００６２】
次に、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０におけるサイクル効率について説明する。
【００６３】
図３は、本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。なお、図３には、比較のため、従来の一段再熱サイクルにおける状態変化も示している。また、ここでは、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０の高圧タービン２２に導入される蒸気の温度を６５０℃、従来の蒸気タービン発電設備における高圧タービンに導入される蒸気の温度を６００℃とした一例を示している。なお、図３において、各蒸気タービンにおける膨張過程は、断熱膨張を仮定している。
【００６４】
従来の蒸気タービン発電設備において、６→１は、過熱器での等圧昇温、１→２は、高圧タービンにおける断熱膨張、２→３は、再熱器における等圧再熱、３→４は、中圧タービンおよび低圧タービンにおける断熱膨張を示す。また、４→５は、復水器における等温凝縮、５→６は、給水ポンプおよび給水加熱器における昇圧、昇温を示す。
【００６５】
一方、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０では、高圧タービン２２に導入される蒸気の温度は、従来の蒸気タービン発電設備の高圧タービンに導入される蒸気の温度よりも高いため、高圧タービン２２での断熱膨張は、１ａ→２ａとなる。また、中圧タービン２３および低圧タービン２４での断熱膨張は、３ａ→４ａとなる。
【００６６】
図３において、従来の蒸気状態値から上の蒸気状態値で囲まれる面積（図３の斜線で示された部分の面積）が仕事として取り出せるエネルギ増加分、すなわち高温化による効率向上の寄与分である。
【００６７】
また、太陽熱蒸気タービン３２における断熱膨張は、２ａ→７で表され、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度は、排出される蒸気の圧力Ｐｅｘにより決まる。ここで、集熱蒸気発生装置３１で発生する蒸気の温度や圧力は、高圧タービン２２から排出された蒸気の温度や圧力とほぼ同じであるため、いずれから太陽熱蒸気タービン３２に導入された蒸気も、蒸気条件２ａとなる。
【００６８】
また、例えば、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が、二酸化炭素回収設備６０で必要とする蒸気の温度（例えば、１５０℃）よりも低い場合には、圧力調整弁Ｖ２を絞ることにより、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力Ｐｅｘを上昇させる。これによって、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が上昇して、所定の温度に近づけることができる。また、二酸化炭素回収設備６０に導入される蒸気の流量が、所定の流量より少ない場合は、例えば、給水ポンプ３３からの給水量を増加させたり、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくすることにより、所定の流量に近づけることができる。
【００６９】
上記した制御により、蒸気タービン発電設備１０全体の出力は、発電機３５ａと発電機３５ｂの合計で決まる。そのため、所定の出力を得るには、高圧タービン２２に導入する蒸気の流量を、蒸気加減弁（図示しない）によって制御し、発電機３５ａ、３５ｂの出力を制御することにより可能となる。
【００７０】
なお、二酸化炭素回収設備６０の吸収液１００の交換などのために、リボイラ１３０に導入する蒸気を遮断して蒸気タービン発電設備１０を運転する場合には、配管５１に設けられた遮断弁（図示しない）を閉じて、二酸化炭素回収設備６０への蒸気の流入を遮断する。さらに、圧力調整弁Ｖ２を全開にして、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の全量が、低圧給水加熱器２７ｃに導入されるように制御する。
【００７１】
ここで、蒸気タービン発電設備１０の蒸気タービン設備２０に蓄熱装置３４を備えた場合と、蓄熱装置３４を備えない場合とにおける、太陽熱エネルギと太陽熱蒸気タービン３２の出力について説明する。
【００７２】
図４は、１日における太陽熱エネルギと太陽熱蒸気タービン３２の出力との関係を説明するための図である。なお、ここでは、太陽熱蒸気タービン３２の出力（太陽熱蒸気タービン３２の排気量）を一定とする。
【００７３】
蓄熱装置３４を備えない場合には、図４に示すように、太陽熱エネルギに応じて太陽熱蒸気タービン３２の最大飲み込み可能な蒸気量（最大飲み込み量）まで出力することができる。しかし、太陽熱蒸気タービン３２の最大飲み込み量まで出力することができても、二酸化炭素回収設備６０に必要な蒸気量は決まっているため、その必要量を超えた余分なエネルギは損失となる。また、太陽熱エネルギを得ることができなくなると、上記した一定の出力を得るのに相当するエネルギ（図４の破線矢印間に相当するエネルギ）を、高圧タービン２２から排出された蒸気（バックアップ蒸気）で補わなければならない。なお、上記した蓄熱装置３４を備えない場合において、起動用助燃装置は備えられている。
【００７４】
一方、蓄熱装置３４を備えた場合には、多くの太陽熱エネルギが得られ、二酸化炭素回収設備６０に必要な蒸気量を超えた余分なエネルギは、蓄熱装置３４に蓄熱することができる。そのため、太陽熱エネルギが減少する夕方などに、蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を利用して、太陽熱蒸気タービン３２に蒸気を導入することができる。これにより、バックアップ蒸気によって補わなければならないエネルギは、蓄熱装置３４における熱量を利用しても不足するエネルギ（図４の実線矢印間に相当するエネルギ）のみで足りる。なお、上記した蓄熱装置３４を備えた場合には、起動用助燃装置は不要である。
【００７５】
上記したように、太陽熱蒸気タービン３２による燃費削減量は、蓄熱装置３４を備えない場合の太陽熱エネルギを用いることによる燃費削減量（図４の左下がりの斜線で示した部分のエネルギ量）から、蓄熱装置３４を備えた場合の太陽熱エネルギを用いることによる燃費削減量（図４の右下がりの斜線で示した部分のエネルギ量）まで増加することができる。
【００７６】
なお、例えば、一般に石炭火力は、ボイラの運用性が他の燃料より劣り、また、高温化により性能向上しているため、日中は性能のよい定格条件付近で運転される。また、電力需要の少ない夜間でも、蒸気タービン発電設備１０を止めずに運転していることが多い。特にこのような運転条件の蒸気タービン発電設備において、蓄熱装置３４を備えることが有効である。
【００７７】
上記したように、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、集熱蒸気発生装置３１および太陽熱蒸気タービン３２を備え、給水の一部を集熱蒸気発生装置３１において蒸気として太陽熱蒸気タービン３２に導入し、太陽熱蒸気タービン３２を駆動し、発電することができる。
【００７８】
また、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、蓄熱装置３４を備えることで太陽熱蒸気タービン３２による燃費削減量を増加することができる。
【００７９】
また、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、二酸化炭素回収設備６０の再生塔８０に必要なエネルギとして、太陽熱蒸気タービン３２で膨張仕事をした後のエクセルギの低い蒸気を利用することができる。これによって、エネルギの損失を抑制し、高い発電効率を得ることができる。
【００８０】
ここで、上記した蒸気タービン発電設備１０では、太陽熱蒸気タービン３２は、低圧タービン２４と同一軸で接続され、発電機３５ａを駆動するように構成され、高圧タービン２２は、中圧タービン２３と同一軸で接続され、発電機３５ｂを駆動するように構成されているが、各蒸気タービンの配置構成は、これらに限られるものではない。例えば、太陽熱蒸気タービン３２は、高圧タービン２２および中圧タービン２３と同一軸で接続されるように配置されてもよい。また、太陽熱蒸気タービン３２を単独で配置して、単独の発電機を備えるように構成してもよい。また、高圧タービン２２、中圧タービン２３、低圧タービン２４および太陽熱蒸気タービン３２を同一軸で接続するタンデムコンパウンドで構成してもよい。
【００８１】
また、太陽熱蒸気タービン３２を接続する際、ギア接続して回転数を上げるように構成してもよい。これによって、太陽熱蒸気タービン３２のコンパクト化、高性能化を図ることができる。
【００８２】
さらに低圧タービン２４を半速、すなわち通常の３６００ｒｐｍや３０００ｒｐｍに対して１８００ｒｐｍや１５００ｒｐｍとして遠心力を低減し、最終タービン段落のタービン動翼に長翼を採用してもよい。これによって、排気軸流速度を低減して、排気損失を低減することができる。ここで、以下の式（式（１）〜式（３））によって、排気環状面積、排気軸流速度および排気損失を定義する。
【００８３】
排気環状面積 ＝ 翼長（ｍ）×平均直径（ｍ）×π …式（１）
排気軸流速度 ＝ 排気体積流量（ｍ３／ｓ）／排気環状面積（ｍ２） …式（２）
排気損失 ＝ Ａ／２ｇ×排気質量流量（ｋｇ／ｓ）×（排気軸流速度）２ …式（３）
ここで、Ａは定数、ｇは重量加速度である。
【００８４】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の概要を示す図である。なお、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０と同一の構成部分には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。
【００８５】
第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１は、燃焼熱を利用して蒸気を発生させるボイラ２１や太陽光を利用して蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置３１からの蒸気によって蒸気タービンを駆動し発電を行う蒸気タービン設備２０と、ボイラ２１などからの燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収設備６０とを備えている。
【００８６】
まず、蒸気タービン設備２０について説明する。
【００８７】
図５に示すように、蒸気タービン設備２０は、過熱器２１ａおよび再熱器２１ｂ、２１ｃを備えるボイラ２１、第１の蒸気タービンとして機能する超高圧タービン３６、２つの蒸気タービンで構成される第２の蒸気タービンのうちの一方の蒸気タービンとして機能する高圧タービン２２、第２の蒸気タービンのうちの他方の蒸気タービンとして機能する中圧タービン２３、第３の蒸気タービンとして機能する低圧タービン２４、復水器２５、復水ポンプ２６、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、脱気器２８、ボイラ給水ポンプ２９、高圧給水加熱器３０ａ、３０ｂを備えている。
【００８８】
また、蒸気タービン設備２０は、脱気器２８で脱気された給水の一部から蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置３１、この集熱蒸気発生装置３１で発生した蒸気が導入される、第４の蒸気タービンとして機能する太陽熱蒸気タービン３２を備えている。また、太陽熱蒸気タービン３２から排出された蒸気の一部は、二酸化炭素回収設備６０へ供給される構成となっている。
【００８９】
集熱蒸気発生装置３１は、例えば、太陽光によって液状の熱媒体を加熱する加熱機構、この加熱機構から供給された熱媒体によって給水を加熱する熱交換器、加熱機構および熱交換器に熱媒体を循環させる配管に設けられた循環ポンプなどを備えている。集熱蒸気発生装置３１は、前述したように、例えば、トラフ式の集光集熱装置やタワー式の集光集熱装置を使用することができる。
【００９０】
また、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０と同様に、集熱蒸気発生装置３１と太陽熱蒸気タービン３２との間に、集熱蒸気発生装置３１で発生した蒸気の有する熱量の一部を蓄熱する蓄熱装置３４を備えてもよい。
【００９１】
ここで、太陽熱蒸気タービン３２は、低圧タービン２４と同一軸で接続され、発電機３５ａを駆動するように構成されている。また、超高圧タービン３６は、高圧タービン２２および中圧タービン２３と同一軸で接続され、発電機３５ｂを駆動するように構成されている。このように、各蒸気タービンを配置することで、全長が長くなるのを抑制し、タービンロータと、静止部材との熱伸び差による漏洩蒸気量を低減することができる。さらに、高温の蒸気が導入される蒸気タービンと、比較的低温の蒸気が導入される蒸気タービンを分けて構成し、それぞれにスラスト軸受けを適正に配置することにより、起動特性を改善することができる。
【００９２】
なお、各蒸気タービンの配置構成は、上記した構成に限られるものではなく、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０で示した他の配置構成と同様の構成を採用してもよい。
【００９３】
この蒸気タービン設備２０では、ボイラ２１の過熱器２１ａで発生した高温の蒸気は、主蒸気管４２を介して超高圧タービン３６に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管４３ａを介してボイラ２１の再熱器２１ｂに導入される。ここで、過熱器２１ａから超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を超高圧タービン３６に導入することもできる。また、超高圧タービン３６から排出された蒸気の一部は、超高圧タービン３６から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３ａから分岐された配管４４ａを介して高圧給水加熱器３０ｂに導かれ、給水を加熱する。
【００９４】
再熱器２１ｂで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管４６ａを介して高圧タービン２２に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管４３ｂを介してボイラ２１の再熱器２１ｃに導入される。ここで、再熱器２１ｂから高圧タービン２２に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を高圧タービン２２に導入することもできる。また、高圧タービン２２から排出された蒸気の一部は、高圧タービン２２から排出された蒸気を再熱器２１ｃに導く低温再熱蒸気管４３ｂから分岐された配管４４ｂを介して高圧給水加熱器３０ａに導かれ、給水を加熱する。
【００９５】
ここで、高圧タービン２２から排出された蒸気の温度が、高圧給水加熱器３０ａに導く所定の蒸気温度よりも高い場合には、高圧給水加熱器３０ａとボイラ２１の過熱器２１ａとの間の給水管４９を流れる給水と、高圧タービン２２から排出された蒸気を高圧給水加熱器３０ａに導く配管４４ｂを流れる蒸気との間で熱交換可能な熱交換器（図示しない）を設けることが好ましい。これによって、高圧給水加熱器３０ａに適正な温度の蒸気を導入することができる。
【００９６】
また、超高圧タービン３６から抽気された蒸気を、高圧タービン２２のタービンロータ、タービン動翼、ケーシングなどを冷却するための冷却蒸気として、配管５４を介して高圧タービン２２の所定のタービン段落に導入してもよい。これにより、高圧タービン２２のタービンロータ、タービン動翼のクリープ強度を確保することができる。
【００９７】
再熱器２１ｃで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管４６ｂを介して中圧タービン２３に導入され、膨張仕事をした後、配管４７を介して、低圧タービン２４に導入される。ここで、再熱器２１ｃで加熱され、中圧タービン２３に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば６５０度程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を中圧タービン２３に導入することもできる。また、中圧タービン２３は、発電機３５ｂを駆動して発電する。
【００９８】
低圧タービン２４に導入され、膨張仕事をした蒸気は、復水器２５に導かれて凝縮し、復水となる。また、低圧タービン２４から抽気された蒸気は、配管４８を介して、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃに導かれ、給水を加熱する。また、低圧タービン２４は、発電機３５ａを駆動して発電する。
【００９９】
復水器２５の復水は、復水ポンプ２６によって、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、脱気器２８へ送られボイラ２１への給水として再利用される。脱気器２８へ送られた復水は、ボイラ給水ポンプ２９によって昇圧され、給水管４９を介して、高圧給水加熱器３０ａ、３０ｂを経て過熱器２１ａに給水される。一方、脱気器２８へ送られた給水（復水）の一部は、給水系統配管４０から分岐された配管４１を介して、給水ポンプ３３によって、集熱蒸気発生装置３１に導かれる。集熱蒸気発生装置３１に導かれた給水は、集熱蒸気発生装置３１によって加熱され蒸気となり、太陽熱蒸気タービン３２に導入される。
【０１００】
例えば、蓄熱装置３４を備えている場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を超える場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。
【０１０１】
一方、蓄熱装置３４を備え、蓄熱装置３４がすでに熱量を蓄熱している場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を下回る場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を集熱蒸気発生装置３１で使用する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。
【０１０２】
ここで、超高圧タービン３６から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３ａから分岐され、太陽熱蒸気タービン３２の蒸気導入口に連通する配管５０を設けてもよい。例えば、蓄熱装置３４を備えない場合や、蓄熱装置３４を備えていても蓄熱装置３４で蓄熱された熱量だけでは、給水に与えるエネルギが足りない場合には、配管５０を介して、超高圧タービン３６から排出された蒸気の一部を太陽熱蒸気タービン３２に導入することができる。ここで、太陽熱蒸気タービン３２に導入される蒸気の温度は、集熱蒸気発生装置３１が発生させる蒸気と近い温度とするのが好ましく、例えば、集熱蒸気発生装置３１がトラフ式の場合は３７０〜４００℃、集熱蒸気発生装置３１がタワー式の場合は５００〜５５０℃の蒸気とするとよい。
【０１０３】
太陽熱蒸気タービン３２に導かれた蒸気は、膨張仕事をした後、その一部が、配管５１を介して二酸化炭素回収設備６０へ供給され、その残りは、配管５１から分岐された配管５２を介して、上記した低圧タービン２４から抽気された蒸気とともに低圧給水加熱器２７ｃに導かれる。
【０１０４】
ここで、太陽熱蒸気タービン３２から抽気された蒸気を、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼、ケーシングなどを冷却するための冷却蒸気として、配管５３を介して中圧タービン２３の所定のタービン段落に導入してもよい。これにより、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼のクリープ強度を確保することができる。さらに、太陽熱蒸気タービン３２から抽気した温度の低い冷却蒸気を使用することで、サイクル損失を低減することができる。なお、太陽熱蒸気タービン３２からの蒸気を抽気して中圧タービン２３を冷却する場合、中圧タービン２３の冷却部における蒸気の圧力よりも高い圧力の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２から抽気することが好ましい。
【０１０５】
ここで、配管５０には、太陽熱蒸気タービン３２に導く蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ１が設けられている。また、配管５２には、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力を調整するための圧力調整弁Ｖ２が設けられている。また、太陽熱蒸気タービン３２から抽気した蒸気を、冷却蒸気として中圧タービン２３に導入する場合、配管５３には、太陽熱蒸気タービン３２からの抽気蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ３が設けられている。また、超高圧タービン３６から抽気した蒸気を、冷却蒸気として高圧タービン２２に導入する場合、配管５４には、超高圧タービン３６からの抽気蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ４が設けられている。
【０１０６】
なお、蒸気タービン発電設備１１における発電出力は、発電機３５ａおよび発電機３５ｂの合計出力が目標出力に合うように、超高圧タービン３６に導入する主蒸気の流量を蒸気加減弁（図示しない）で調整している。また、上記した各弁や各ポンプなどは、図示しない制御装置によって、例えば、図示しない、温度検知装置、流量検知装置、圧力検知装置などからの情報に基づいてフィードバック制御されている。
【０１０７】
例えば、二酸化炭素回収設備６０へ導入される蒸気の流量や温度は、制御装置によって圧力調整弁Ｖ２などを制御することで、所定の流量や温度になるように調整される。具体的には、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が、二酸化炭素回収設備６０で必要とする蒸気の温度よりも低い場合には、例えば、圧力調整弁Ｖ２を絞ることにより、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力を上昇させる。これによって、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が上昇して、所定の温度に近づけることができる。なお、温度の微調整が必要な場合には、例えば、配管５１の一部をスプレー水などで冷却して温度調整を行ってもよい。また、二酸化炭素回収設備６０に導入される蒸気の流量が所定の流量より少ない場合は、例えば、給水ポンプ３３からの給水量を増加させたり、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくすることにより、所定の流量に近づけることができる。
【０１０８】
なお、ここでは、二酸化炭素回収設備６０へ導入する蒸気の温度や流量に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整する一例を示したが、例えば、後述する、二酸化炭素回収設備６０の再生塔における吸収液の温度に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整してもよい。このように、吸収液の温度に基づいて、流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を調整することで、適正な制御をするための時間遅れを小さくすることができる。この際、制御を安定化するために、吸収液の流量を関数として流量調整弁Ｖ１および圧力調整弁Ｖ２を制御してもよい。
【０１０９】
なお、二酸化炭素回収設備６０の構成および作用効果は、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０における二酸化炭素回収設備６０と同様である。
【０１１０】
次に、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１におけるサイクル効率について説明する。
【０１１１】
図６は、本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。なお、図６には、比較のため、従来の二段再熱サイクルにおける状態変化も示している。また、ここでは、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度を６５０℃、従来の蒸気タービン発電設備における超高圧タービンに導入される蒸気の温度を６００℃とした一例を示している。さらに、図６においては、図３と同様に、各蒸気タービンにおける膨張過程は断熱膨張を仮定している。
【０１１２】
従来の蒸気タービン発電設備において、８→１は、ボイラ２１での等圧昇温、１→２は、超高圧タービンにおける断熱膨張、２→３は、再熱器における等圧再熱、３→４は、高圧タービンにおける断熱膨張、４→５は、再熱器における等圧再熱、５→６は、中圧タービンおよび低圧タービンにおける断熱膨張を示す。また、６→７は、復水器における等温凝縮、７→８は、給水ポンプおよび給水加熱器における昇圧、昇温を示す。
【０１１３】
一方、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１では、超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度は、従来の蒸気タービン発電設備の超高圧タービンに導入される蒸気の温度よりも高いため、超高圧タービン３６での断熱膨張は、１ａ→２ａとなる。また、高圧タービン２２での断熱膨張は、３ａ→４ａとなる。また、中圧タービン２３および低圧タービン２４での断熱膨張は、５ａ→６ａとなる。
【０１１４】
図６において、従来の蒸気状態値から上の蒸気状態値で囲まれる面積（図６の斜線で示された部分の面積）が仕事として取り出せるエネルギ増加分、すなわち高温化による効率向上の寄与分である。
【０１１５】
また、太陽熱蒸気タービン３２における断熱膨張は、２ａ→９で表され、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度は、排出される蒸気の圧力Ｐｅｘにより決まる。ここで、集熱蒸気発生装置３１で発生する蒸気の温度や圧力は、超高圧タービン３６から排出された蒸気の温度や圧力とほぼ同じであるため、いずれから太陽熱蒸気タービン３２に導入された蒸気も、蒸気条件２ａとなる。
【０１１６】
また、例えば、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が、二酸化炭素回収設備６０で必要とする蒸気の温度（例えば、１５０℃）よりも低い場合には、圧力調整弁Ｖ２を絞ることにより、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の圧力Ｐｅｘを上昇させる。これによって、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度が上昇して、所定の温度に近づけることができる。また、二酸化炭素回収設備６０に導入される蒸気の流量が、所定の流量より少ない場合は、例えば、給水ポンプ３３からの給水量を増加させたり、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくすることにより、所定の流量に近づけることができる。
【０１１７】
上記した制御により、蒸気タービン発電設備１０全体の出力は、発電機３５ａと発電機３５ｂの合計で決まる。そのため、所定の出力を得るには、超高圧タービン３６に導入する蒸気の流量を、蒸気加減弁（図示しない）によって制御し、発電機３５ａ、３５ｂの出力を制御することにより可能となる。
【０１１８】
なお、二酸化炭素回収設備６０の吸収液１００の交換などのために、リボイラ１３０に導入する蒸気を遮断して蒸気タービン発電設備１０を運転する場合には、配管５１に設けられた遮断弁（図示しない）を閉じて、二酸化炭素回収設備６０への蒸気の流入を遮断する。さらに、圧力調整弁Ｖ２を全開にして、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の全量が、低圧給水加熱器２７ｃに導入されるように制御する。
【０１１９】
上記したように、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１によれば、集熱蒸気発生装置３１および太陽熱蒸気タービン３２を備え、給水の一部を集熱蒸気発生装置３１において蒸気として太陽熱蒸気タービン３２に導入し、太陽熱蒸気タービン３２を駆動し、発電することができる。
【０１２０】
また、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１によれば、蓄熱装置３４を備えることで太陽熱蒸気タービン３２による燃費削減量を増加することができる。
【０１２１】
また、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１によれば、二酸化炭素回収設備６０の再生塔８０に必要なエネルギとして、太陽熱蒸気タービン３２で膨張仕事をした後のエクセルギの低い蒸気を利用することができる。これによって、エネルギの損失を抑制し、高い発電効率を得ることができる。
【０１２２】
（第３の実施の形態）
図７は、本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２の概要を示す図である。図８は、本発明に係る第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２における蒸気の状態変化をＴ−ｓ線図（温度−エントロピ線図）で示した図である。なお、図８には、比較のため、従来の二段再熱サイクルにおける状態変化も示している。また、第１の実施の形態および第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０、１１と同一の構成部分には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。また、図８においては、図３と同様に、各蒸気タービンにおける膨張過程は、断熱膨張を仮定している。
【０１２３】
第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２は、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の太陽熱蒸気タービン３２を再熱タービンに構成し、再熱器として、集熱蒸気発生装置を備えた以外は、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１と同様の構成である。
【０１２４】
また、ここでは、超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度が６００℃程度であり、超高圧タービン３６から排出される蒸気の温度が、前述した第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の超高圧タービン３６から排出される蒸気の温度よりも低くなる場合を想定している。さらに、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の温度を、二酸化炭素回収設備６０で要求される温度（例えば１５０℃）にしようとしたときに、蒸気の状態が湿り域（図８に示された飽和蒸気線よりも下側の領域）に属するような場合を想定している。このように、排出される蒸気の状態が湿り域に属する場合には、例えば、最終タービン段落の動翼や静翼の侵食などの問題を有し、蒸気タービンの信頼性が低下する。
【０１２５】
なお、太陽熱蒸気タービン３２から排出される蒸気の排気圧力を高めれば、飽和温度より高くすることができるが、排出される蒸気の温度を１５０℃程度にするためには、排出される蒸気の減圧減温が必要となり、エネルギの損失となる。
【０１２６】
そこで、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２では、図７に示すように、太陽熱蒸気タービン３２ａ、３２ｂ、再熱器である集熱蒸気発生装置３７を備えた再熱太陽熱蒸気タービンを備えている。なお、集熱蒸気発生装置３７は、集熱蒸気発生装置３１と同様の集光集熱装置で構成される。
【０１２７】
集熱蒸気発生装置３１と蓄熱装置３４との間には、集熱蒸気発生装置３１の熱媒体を循環させる循環配管３４ａが設けられる。また、集熱蒸気発生装置３７と蓄熱装置３４との間には、集熱蒸気発生装置３１の熱媒体を循環させる循環配管３４ｂが設けられる。そして、蓄熱装置３４に蓄熱する際、または蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を集熱蒸気発生装置３１で使用する際、循環配管３４ａおよび循環配管３４ｂに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱または蓄熱された熱量の放出を行う。このように、蓄熱装置３４を備えることで、例えば、日照量が多い場合は、余剰の熱量を一旦蓄熱装置３４へ貯めることができる。一方、夜間や日照量が少ないために所定の太陽熱エネルギ量が得られない場合には、蓄熱された熱量を取り出すことができる。すなわち、蓄熱装置３４を備えることで、太陽熱の変動を吸収して平準化することができる。
【０１２８】
なお、ここでは、循環配管３４ａと循環配管３４ｂとを並列に備えた一例を示しているが、集熱蒸気発生装置３１と蓄熱装置３４との間、および集熱蒸気発生装置３７と蓄熱装置３４との間を一つの循環配管で直列に構成してもよい。
【０１２９】
この蒸気タービン設備２０では、ボイラ２１の過熱器２１ａで発生した高温の蒸気は、主蒸気管４２を介して超高圧タービン３６に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管４３ａを介してボイラ２１の再熱器２１ｂに導入される。なお、ここでは、上記したように、過熱器２１ａから超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度は、６００℃程度である。また、超高圧タービン３６から排出された蒸気の一部は、超高圧タービン３６から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３ａから分岐された配管４４ａを介して高圧給水加熱器３０ｂに導かれ、給水を加熱する。
【０１３０】
再熱器２１ｂで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管４６ａを介して高圧タービン２２に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管４３ｂを介してボイラ２１の再熱器２１ｃに導入される。ここで、再熱器２１ｂから高圧タービン２２に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を高圧タービン２２に導入することもできる。また、高圧タービン２２から排出された蒸気の一部は、高圧タービン２２から排出された蒸気を再熱器２１ｃに導く低温再熱蒸気管４３ｂから分岐された配管４４ｂを介して高圧給水加熱器３０ａに導かれ、給水を加熱する。
【０１３１】
ここで、高圧タービン２２から排出された蒸気の温度が、高圧給水加熱器３０ａに導く所定の蒸気温度よりも高い場合には、高圧給水加熱器３０ａとボイラ２１の過熱器２１ａとの間の給水管４９を流れる給水と、高圧タービン２２から排出された蒸気を高圧給水加熱器３０ａに導く配管４４ｂを流れる蒸気との間で熱交換可能な熱交換器（図示しない）を設けることが好ましい。これによって、高圧給水加熱器３０ａに適正な温度の蒸気を導入することができる。
【０１３２】
また、超高圧タービン３６から抽気された蒸気を、高圧タービン２２のタービンロータ、タービン動翼、ケーシングなどを冷却するための冷却蒸気として、配管５４を介して高圧タービン２２の所定のタービン段落に導入してもよい。これにより、高圧タービン２２のタービンロータ、タービン動翼のクリープ強度を確保することができる。
【０１３３】
再熱器２１ｃで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管４６ｂを介して中圧タービン２３に導入され、膨張仕事をした後、配管４７を介して、低圧タービン２４に導入される。ここで、再熱器２１ｃで加熱され、中圧タービン２３に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば６５０度程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を中圧タービン２３に導入することもできる。また、中圧タービン２３は、発電機３５ｂを駆動して発電する。
【０１３４】
低圧タービン２４に導入され、膨張仕事をした蒸気は、復水器２５に導かれて凝縮し、復水となる。また、低圧タービン２４から抽気された蒸気は、配管４８を介して、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃに導かれ、給水を加熱する。また、低圧タービン２４は、発電機３５ａを駆動して発電する。
【０１３５】
復水器２５の復水は、復水ポンプ２６によって、低圧給水加熱器２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、脱気器２８へ送られボイラ２１への給水として再利用される。脱気器２８へ送られた復水は、ボイラ給水ポンプ２９によって昇圧され、給水管４９を介して、高圧給水加熱器３０ａ、３０ｂを経て過熱器２１ａに給水される。一方、脱気器２８へ送られた給水（復水）の一部は、給水系統配管４０から分岐された配管４１を介して、給水ポンプ３３によって、集熱蒸気発生装置３１に導かれる。集熱蒸気発生装置３１に導かれた給水は、集熱蒸気発生装置３１によって加熱され蒸気となり、太陽熱蒸気タービン３２に導入される。
【０１３６】
例えば、蓄熱装置３４を備えている場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を超える場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２ａに導入することができる。
【０１３７】
一方、蓄熱装置３４を備え、蓄熱装置３４がすでに熱量を蓄熱している場合において、集熱蒸気発生装置３１によって得られた太陽熱エネルギが必要量を下回る場合には、循環配管３４ａに設けられた循環ポンプ（図示しない）を作動して、蓄熱装置３４に蓄熱された熱量を集熱蒸気発生装置３１で使用する。そして、給水に集熱蒸気発生装置３１から所定量の太陽熱エネルギが熱媒体を介して与えられ、適正な温度の蒸気を太陽熱蒸気タービン３２ａに導入することができる。
【０１３８】
ここで、超高圧タービン３６から排出された蒸気を再熱器２１ｂに導く低温再熱蒸気管４３ａから分岐され、太陽熱蒸気タービン３２ａの蒸気導入口に連通する配管５０を設けてもよい。例えば、蓄熱装置３４を備えない場合や、蓄熱装置３４を備えていても蓄熱装置３４で蓄熱された熱量だけでは、給水に与えるエネルギが足りない場合には、配管５０を介して、超高圧タービン３６から排出された蒸気の一部を太陽熱蒸気タービン３２ａに導入することができる。ここで、太陽熱蒸気タービン３２に導入される蒸気の温度は、集熱蒸気発生装置３１が発生させる蒸気と近い温度とするのが好ましく、例えば、３７０〜４００℃にするとよい。
【０１３９】
太陽熱蒸気タービン３２ａに導かれた蒸気は、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管５５を介して集熱蒸気発生装置３７に導かれ、加熱される。集熱蒸気発生装置３７で加熱された蒸気は、高温再熱蒸気管５６を介して太陽熱蒸気タービン３２ｂに導入される。
【０１４０】
太陽熱蒸気タービン３２ｂに導かれた蒸気は、膨張仕事をした後、その一部が、配管５１を介して二酸化炭素回収設備６０へ供給され、その残りは、配管５１から分岐された配管５２を介して、上記した低圧タービン２４から抽気された蒸気とともに低圧給水加熱器２７ｃに導かれる。
【０１４１】
ここで、太陽熱蒸気タービン３２ｂから抽気された蒸気を、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼、ケーシングなどを冷却するための冷却蒸気として、配管５３を介して中圧タービン２３の所定のタービン段落に導入してもよい。これにより、中圧タービン２３のタービンロータ、タービン動翼のクリープ強度を確保することができる。さらに、太陽熱蒸気タービン３２ｂから抽気した温度の低い冷却蒸気を使用することで、サイクル損失を低減することができる。
【０１４２】
ここで、配管５０には、太陽熱蒸気タービン３２ａに導く蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ１が設けられている。また、配管５２には、太陽熱蒸気タービン３２ｂから排出される蒸気の圧力を調整するための圧力調整弁Ｖ２が設けられている。また、太陽熱蒸気タービン３２ｂから抽気した蒸気を、冷却蒸気として中圧タービン２３に導入する場合、配管５３には、太陽熱蒸気タービン３２ｂからの抽気蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ３が設けられている。また、超高圧タービン３６から抽気した蒸気を、冷却蒸気として高圧タービン２２に導入する場合、配管５４には、超高圧タービン３６からの抽気蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ４が設けられている。
【０１４３】
なお、蒸気タービン発電設備１０における発電出力は、発電機３５ａおよび発電機３５ｂの合計出力が目標出力に合うように、超高圧タービン３６に導入する主蒸気の流量を蒸気加減弁（図示しない）で調整している。また、上記した各弁や各ポンプなどは、図示しない制御装置によって、例えば、図示しない、温度検知装置、流量検知装置、圧力検知装置などからの情報に基づいてフィードバック制御されている。
【０１４４】
このように、太陽熱蒸気タービン３２ａから排出された蒸気を、集熱蒸気発生装置３７で加熱することで、二酸化炭素回収設備６０へ導入される蒸気は、その状態が湿り域に属することなく、適正な温度（例えば１５０℃）で二酸化炭素回収設備６０に導入される。
【０１４５】
なお、二酸化炭素回収設備６０の構成および作用効果は、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０における二酸化炭素回収設備６０と同様である。
【０１４６】
次に、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２におけるサイクル効率について、図８を参照して説明する。なお、ここで、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１におけるサイクル効率の説明と重複する説明を省略する。
【０１４７】
第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２における太陽熱蒸気タービン３２ａに導入される蒸気の温度（２における温度）は、超高圧タービン３６に導入する蒸気の温度が６００℃程度であるため、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の太陽熱蒸気タービン３２に導入される蒸気の温度（図６の２ａにおける温度）よりも低くなる。また、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２における太陽熱蒸気タービン３２ａから排出される蒸気の状態を、二酸化炭素回収設備６０で要求される温度（例えば１５０℃）にしようとすると、湿り域（図８に示された飽和蒸気線よりも下側の領域）に属することが想定される。
【０１４８】
そこで、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２では、太陽熱蒸気タービン３２ａから排出された蒸気（蒸気状態９ａ）を集熱蒸気発生装置３７で加熱して、太陽熱蒸気タービン３２ｂに導入している（蒸気状態９ｂ）。そして、太陽熱蒸気タービン３２ｂから排出される蒸気の状態（蒸気状態９ｃ）を二酸化炭素回収設備６０で要求される蒸気状態としている。
【０１４９】
ここで、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２では、超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度は、従来の蒸気タービン発電設備の超高圧タービンに導入される蒸気の温度と同等であるため、超高圧タービン３６での断熱膨張は、１→２となる。また、太陽熱蒸気タービン３２ａでの断熱膨張は、２→９ａとなる。また、太陽熱蒸気タービン３２ｂでの断熱膨張は、９ｂ→９ｃとなる。
【０１５０】
図８において、従来の蒸気状態値から上の蒸気状態値で囲まれる面積（図８の斜線で示された部分の面積）が仕事として取り出せるエネルギ増加分、すなわち高温化による効率向上の寄与分である。
【０１５１】
このように、太陽熱蒸気タービン３２ａおよび太陽熱蒸気タービン３２ｂを駆動することで、太陽熱蒸気タービン３２ｂから排出される蒸気状態を、飽和蒸気線より高温側（図８では、飽和蒸気線よりも上方側）の蒸気状態とすることができるとともに、二酸化炭素回収設備６０で要求される蒸気状態（例えば１５０℃）とすることができる。
【０１５２】
上記したように、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備１２によれば、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の作用効果に加えて、超高圧タービン３６に導入される蒸気の温度が６００℃程度であっても、太陽熱蒸気タービン３２ｂから排出される蒸気の状態を、飽和蒸気線より高温側（図８では、飽和蒸気線よりも上方側）で、かつ二酸化炭素回収設備６０で要求される蒸気状態（例えば１５０℃）とすることができる。
【０１５３】
これによって、太陽熱蒸気タービン３２ｂから排出される蒸気は、過熱蒸気の状態を維持することができる。そのため、最終タービン段落の動翼や静翼の侵食などの問題を生じることなく、高い信頼性を有する蒸気タービン発電設備が得られる。
【０１５４】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
１０，１１，１２…蒸気タービン発電設備、２０…蒸気タービン設備、２１…ボイラ、２１ａ…過熱器、２１ｂ，２１ｃ…再熱器、２２…高圧タービン、２３…中圧タービン、２４…低圧タービン、２５…復水器、２６…復水ポンプ、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ…低圧給水加熱器、２８…脱気器、２９…ボイラ給水ポンプ、３０ａ，３０ｂ…高圧給水加熱器、３１，３７…集熱蒸気発生装置、３２，３２ａ，３２ｂ…太陽熱蒸気タービン、３３…給水ポンプ、３４…蓄熱装置、３４ａ，３４ｂ…循環配管、３５ａ，３５ｂ…発電機、３６…超高圧タービン、４０…給水系統配管、４１，４４，４４ａ，４４ｂ，４５，４７，４８，５０，５１，５２，５３，５４…配管、４２…主蒸気管、４３，４３ａ，４３ｂ，５５…低温再熱蒸気管、４６，４６ａ，４６ｂ，５６…高温再熱蒸気管、４９…給水管、６０…二酸化炭素回収設備、７０…吸収塔、７１…燃焼排ガス供給口、８０…再生塔、９０…二酸化炭素回収装置、１００…吸収液、１１０，１１１…吸収液循環ポンプ、１２０…熱交換器、１２１…冷却器、１３０…リボイラ、１４０…汽水分離器、Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４…流量調整弁、Ｖ２…圧力調整弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過熱器および少なくとも１つの再熱器を備えるボイラと、
前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、
前記再熱器で再加熱された、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、
前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、
少なくとも、前記第３の蒸気タービンによって駆動される発電機と、
前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、
前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と、
太陽光を利用して前記復水の一部から蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置と、
少なくとも前記集熱蒸気発生装置からの蒸気が導入されて駆動される第４の蒸気タービンと
を備える蒸気タービン設備と、
前記ボイラからの燃焼ガスが導入され、燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液により吸収する吸収塔と、
前記第４の蒸気タービンから排出された蒸気を利用して、二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し、当該吸収液から二酸化炭素を放散させる再生塔と、
前記再生塔で放散された二酸化炭素を回収する回収装置と
を備える二酸化炭素回収設備と
を具備することを特徴する蒸気タービン発電設備。
【請求項２】
前記蒸気タービン設備が、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気の一部を前記第４の蒸気タービンに導入可能に構成されていることを特徴する請求項１記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項３】
前記蒸気タービン設備が、前記集熱蒸気発生装置で得られた熱量の一部を蓄熱する蓄熱装置を備え、
前記蓄熱装置に蓄熱された熱量を利用して、前記第４の蒸気タービンに導入する蒸気を発生させることを特徴する請求項１または２記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項４】
前記第２の蒸気タービンが２つの蒸気タービンで構成され、一方の蒸気タービンには、前記再熱器で再加熱された、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入され、他方の蒸気タービンには、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気を加熱した再熱器とは別の再熱器で再加熱された、前記一方の蒸気タービンから排出された蒸気が導入され、前記他方の蒸気タービンから排出された蒸気は、前記第３の蒸気タービンに導入されることを特徴する請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項５】
前記第４の蒸気タービンから排出される蒸気の圧力を調整する圧力調整弁を備えることを特徴する請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項６】
前記第４の蒸気タービンから抽気された蒸気が、前記第２の蒸気タービンのタービンロータおよび／またはタービン動翼を冷却する冷却蒸気として、前記第２の蒸気タービンに導入されることを特徴する請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項７】
前記再生塔における吸収液の温度に基づいて、前記再生塔における前記吸収液の加熱に利用される、前記第４の蒸気タービンから排出される蒸気の流量を調整する流量調整弁を備えることを特徴する請求項１乃至６のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項８】
前記再生塔における吸収液の流量に基づいて、前記再生塔における前記吸収液の加熱に利用される、前記第４の蒸気タービンから排出される蒸気の流量を調整する流量調整弁を備えることを特徴する請求項１乃至６のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項９】
前記第４の蒸気タービンと前記第３の蒸気タービンとが同一軸で接続されていることを特徴する請求項１乃至８のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項１０】
過熱器および再熱器を備えるボイラと、
前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、
前記再熱器で再加熱された、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、
前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、
少なくとも、前記第３の蒸気タービンによって駆動される発電機と、
前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、
前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と、
太陽光を利用して前記復水の一部から蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置と、
少なくとも前記集熱蒸気発生装置からの蒸気が導入されて駆動される第４の蒸気タービンと
を備える蒸気タービン設備と、
前記ボイラからの燃焼ガスが導入され、燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液により吸収する吸収塔と、
二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し、当該吸収液から二酸化炭素を放散させる再生塔と、
前記再生塔で放散された二酸化炭素を回収する回収装置と
を備える二酸化炭素回収設備と
を具備し、
前記再生塔において、前記第４の蒸気タービンから排出された蒸気を利用して、前記吸収液を加熱し、前記吸収液から二酸化炭素を放散させることを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法。
【請求項１】
過熱器および少なくとも１つの再熱器を備えるボイラと、
前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、
前記再熱器で再加熱された、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、
前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、
少なくとも、前記第３の蒸気タービンによって駆動される発電機と、
前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、
前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と、
太陽光を利用して前記復水の一部から蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置と、
少なくとも前記集熱蒸気発生装置からの蒸気が導入されて駆動される第４の蒸気タービンと
を備える蒸気タービン設備と、
前記ボイラからの燃焼ガスが導入され、燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液により吸収する吸収塔と、
前記第４の蒸気タービンから排出された蒸気を利用して、二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し、当該吸収液から二酸化炭素を放散させる再生塔と、
前記再生塔で放散された二酸化炭素を回収する回収装置と
を備える二酸化炭素回収設備と
を具備することを特徴する蒸気タービン発電設備。
【請求項２】
前記蒸気タービン設備が、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気の一部を前記第４の蒸気タービンに導入可能に構成されていることを特徴する請求項１記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項３】
前記蒸気タービン設備が、前記集熱蒸気発生装置で得られた熱量の一部を蓄熱する蓄熱装置を備え、
前記蓄熱装置に蓄熱された熱量を利用して、前記第４の蒸気タービンに導入する蒸気を発生させることを特徴する請求項１または２記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項４】
前記第２の蒸気タービンが２つの蒸気タービンで構成され、一方の蒸気タービンには、前記再熱器で再加熱された、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入され、他方の蒸気タービンには、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気を加熱した再熱器とは別の再熱器で再加熱された、前記一方の蒸気タービンから排出された蒸気が導入され、前記他方の蒸気タービンから排出された蒸気は、前記第３の蒸気タービンに導入されることを特徴する請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項５】
前記第４の蒸気タービンから排出される蒸気の圧力を調整する圧力調整弁を備えることを特徴する請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項６】
前記第４の蒸気タービンから抽気された蒸気が、前記第２の蒸気タービンのタービンロータおよび／またはタービン動翼を冷却する冷却蒸気として、前記第２の蒸気タービンに導入されることを特徴する請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項７】
前記再生塔における吸収液の温度に基づいて、前記再生塔における前記吸収液の加熱に利用される、前記第４の蒸気タービンから排出される蒸気の流量を調整する流量調整弁を備えることを特徴する請求項１乃至６のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項８】
前記再生塔における吸収液の流量に基づいて、前記再生塔における前記吸収液の加熱に利用される、前記第４の蒸気タービンから排出される蒸気の流量を調整する流量調整弁を備えることを特徴する請求項１乃至６のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項９】
前記第４の蒸気タービンと前記第３の蒸気タービンとが同一軸で接続されていることを特徴する請求項１乃至８のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項１０】
過熱器および再熱器を備えるボイラと、
前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、
前記再熱器で再加熱された、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、
前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、
少なくとも、前記第３の蒸気タービンによって駆動される発電機と、
前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、
前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と、
太陽光を利用して前記復水の一部から蒸気を発生させる集熱蒸気発生装置と、
少なくとも前記集熱蒸気発生装置からの蒸気が導入されて駆動される第４の蒸気タービンと
を備える蒸気タービン設備と、
前記ボイラからの燃焼ガスが導入され、燃焼ガス中に含まれる二酸化炭素を吸収液により吸収する吸収塔と、
二酸化炭素を吸収した前記吸収液を加熱し、当該吸収液から二酸化炭素を放散させる再生塔と、
前記再生塔で放散された二酸化炭素を回収する回収装置と
を備える二酸化炭素回収設備と
を具備し、
前記再生塔において、前記第４の蒸気タービンから排出された蒸気を利用して、前記吸収液を加熱し、前記吸収液から二酸化炭素を放散させることを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−４７３６４（Ｐ２０１１−４７３６４Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８３７０（Ｐ２００９−１９８３７０）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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