JPH0346671B2

JPH0346671B2 -

Info

Publication number: JPH0346671B2
Application number: JP60101332A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Anzai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1991-07-16
Also published as: JPS61261678A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は太陽熱発電装置の運転方法に係り、特
に太陽熱利用効率の高い太陽熱発電装置の運転方
法に関する。

〔発明の背景〕

太陽熱発電装置は、太陽光エネルギーを熱エネ
ルギーとして収集し、この熱エネルギーから電気
エネルギーを得る装置である。地上で得られる太
陽光エネルギーは天候にに左右され、常に定常的
なエネルギーを得ることは期待出来ない。むし
ろ、急激な粗密を繰り返えす場合があり、急激な
熱変動をそのまま発電装置側に与えることはでき
ない。かかる問題に対処するために太陽熱発電装
置では、集光集熱装置と発電装置との間に蓄熱装
置を設置し、日射条件の良好な時に集熱量の一部
を貯え、日射条件の悪い時に蓄熱装置の熱を引き
出して発電を継続する方法を採用している。

第９図に、従来提案されている最も実用化に近
い太陽熱発電装置の概略を示す。

この第９図に示す太陽熱発電装置は、新エネル
ギー総合開発機構編：“太陽熱発電パイロツトプ
ラント”、昭和57年２月発行に発表されている通
産省サンシヤイン計画における1000kWe太陽熱
発電パイロツトランプである。

第９図に示す太陽熱発電装置には集光集熱装置
１、この集光集熱装置１と蒸気タービン４とを結
ぶ主蒸気配管１１，１２、この主蒸気配管１１，
１２間に設けられた溶融塩蓄熱器２、蒸気流入管
１３と蒸気放出管１４とを介して前記主蒸気管１
１，１２に接続されたアキユムレータ蓄熱槽、前
記主蒸気管１２を通じて設置された蒸気タービン
４、これに連結された発電機５、前記蒸気タービ
ン４の出口側に設けられた復水器６、この復水器
６と集光集熱装置１とを結ぶ給水配管に設けられ
た給水ポンプ７、前記主蒸気管１２に設けられた
弁８、前記蒸気流入管１３と蒸気放出管１４に設
けられた逆止弁９，１０等を備えており、前記溶
融塩蓄熱器２とアキユムレータ蓄熱槽３とにより
蓄熱装置を構成している。また溶融塩蓄熱器２
は、例えばKE−LiF−NaF（42−45.6−11.5mol
％，融点454℃、融解潜熱95kcal／Kg）あるいは
KCl−LiCl（41.5−58.5mol％，354℃，57kcal／
Kg）等の溶融塩類の中から、蒸気タービン４の運
転条件に適したものを蓄熱材とし、その融解潜熱
を利用して蓄熱するようになつている。

この太陽熱発電装置の運転方法は、集光集熱装
置１で給水を蓄熱器２の蓄熱材の融点より50〜
100℃高い温度に過熱蒸気し、蓄熱器２を通過さ
せて蓄熱する。ついで、発電出力が要求される場
合には蓄熱器２の出口蒸気を蒸気タービン４に供
給して発電し、発電出力が要求されていない場合
には全集熱蒸気量を、また発電はしても集熱蒸気
量の方が蒸気タービン４の蒸気消費量より多い場
合には余剰蒸気を蒸気流入管１３を通じてアキユ
ムレータ３に導びいて貯湯する。一方、日射条件
が悪い時などにおける集熱蒸気量の方が少ない場
合には不足蒸気量をアキユムレータ３で補い、発
生飽和蒸気を蒸気放出管１４で蓄熱器２に導び
き、過熱蒸気化して蒸気タービン４へ供給する。
さらに日射量が全くない時に発電出力が要求され
る場合には必要蒸気量の全てをアキユムレータ３
で補い、蓄熱器２によつて過熱蒸気化して蒸気タ
ービンを駆動する。すなわちアキユムレータ３と
溶融塩蓄熱器２とにより構成される蓄熱装置によ
り、日射量の変化に伴なう集熱蒸気条件の変動を
吸収し、プラントを安全にかつ負荷側の要求に合
わせて運転することが出来る。したがつて太陽熱
発電装置においては、蓄熱装置にある程度の蓄熱
量が蓄えられてから発電運転を開始する必要があ
り、従来の太陽熱発電装置の運転方法では、プラ
ントの運転を容易にするために所定量の規準蓄熱
量を経験的に定め、その値に蓄熱状態が達したと
き発電運転を開始している。この図に示す従来の
太陽熱発電装置の運転方法では、蓄熱装置の蓄熱
状態を示す一つの現象であるアキユムレータ３の
貯湯圧力を圧力計１５で測定し、その貯湯圧力が
前記規準蓄熱量に相当する設定圧力に上昇したと
きプラントの制御装置１６の指示により蒸気ター
ビン４、発電機５を駆動して発電出力を得てい
る。

ところで、熱源が無料、無尽蔵であるとはい
え、太陽熱発電装置においても、勿論高に効率、
性能が要求される。この太陽熱発電装置の性能を
向上させるには、 ○イ集光集熱装置の集熱効率を高めること、 ○ロ集熱した熱の利用効率を高めること、が必要である。そして、太陽熱発電装置の性能を
向上させるための開発研究は進められているが前
記○イ，○ロの観点から従来の太陽熱発電装置の運転
方法を見ると、熱利用効率が低い欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記従来の欠点をなくし、太
陽熱利用効率を向上させ得る、すなわち性能の高
い太陽熱発電装置の運転方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

一般に蒸気タービン・発電機の効率は、蒸気条
件が高いほど、しかも高負荷運転にするほど高
い。このような観点から太陽熱発電装置の運転方
法をシミユレーシヨン評価検討した結果、より効
率が高い運転方法を見い出したものである。以
下、本願発明を発明するための基礎となつた評価
計算結果を第２図〜第６図により説明する。

計算は、前記1000kWe太陽熱発電装置を例に
して、同発電装置における代表的な実績集熱デー
タを基に発電開始時の蓄熱状態をパラメータにシ
ミユレーシヨン計算し、発電電力量を予測したも
のである。計算方法は差分法によるものである。
また、前記100kWe太陽熱発電装置の仕様等は前
記参考文献１および参考文献２（日本電機工業会
編：太陽エネルギー利用システム調査研究，サン
シヤイン計画委託研究成果報告書，昭和56年３月
発行）で明らかにされており、ここでは省略す
る。

第２図は、評価計算に使用したデータの一つで
あり、前記100kWe太陽熱発電装置の1981年９月
29日における実績集熱データである。当日は午前
中の日射条件は極めて不安定であつたが、13時以
降安定した日射が得られ、１日当り約7500Kg、約
10MW・Ｈの集熱蒸気量を得、蓄熱装置系に供給
した。第３図は、同様に他の３つのデータを示す
ものであり、ａ図は1981年８月20日（約7500Kg、
約6.3MW・Ｈ）、ｂ図は1981年10月12日（約
16200Kg、18.8MW・Ｈ）、さらにｃ図は1981年10
月26日（約26100Kg、26.0MW・Ｈ）の実績集熱
データである。すなわち本評価計算は、異なる４
つの集熱データを基に、発電開始時の蓄熱状態を
パラメータに発電出力を計算するものである。

第４図は、前記第２図に示す1981年９月29日に
おける集熱データにより、発電開始条件を蓄熱装
置の蓄熱状態を表わすアキユムレータ貯湯圧力が
2.0MPaとした場合のプラント運転状況予測計算
結果を示すものである。第４図から分かるよう
に、集熱蒸気が得られた13時15分頃に蓄熱が開始
され、蓄熱が進むにしたがいアキユムレータ貯湯
圧力と溶融塩蓄熱器の出口蒸気温度が上昇してく
る。14時45分頃にアキユムレータ貯湯圧力が前記
2.0MPaに達し、蒸気タービン・発電機を駆動す
ることにより発電運転を開始する。当初1000kW
の出力を得るがタービン蒸気消費量に対して集熱
蒸気量が不足し、アキユムレータから補われる。
したがつてほぼ発電開始とともにアキユムレータ
貯湯圧力は降下する。アキユムレータから放出さ
れた飽和蒸気は、溶融塩蓄熱器で過熱蒸気化し、
蒸気タービンに供給される。15時25分頃、16時35
分頃に蓄熱装置の蓄熱量が減少するために発電出
力をそれぞれ500kW，250kWに下げ、さらに16
時55分頃には発電運転を停止する。かかる運転条
件の場合、すなわち1981年９月29日の集熱データ
において、発電開始蓄熱条件をアキユムレータ貯
湯圧力2.0MPaとした場合には、１日当り約
1232kW・Ｈの発電量が得られる。

第５図は、1981年９月29日の集熱データにおい
て、発電開始時のアキユムレータ貯湯圧力をパラ
メータに予測計算した結果を比較したものであ
る。発電開始アキユムレータ貯湯圧力を高圧力に
するほど、蓄熱運転時間を必要とするために発電
開始時刻は遅くなるが発電量は増え、2.7MPaの
とき最高出力（1281kW・Ｈ）に達する。これら
の主要因を計算結果を基に分析すると、アキユム
レータ貯湯圧力が高圧になるほど高負荷
（1000kW）で運転出来る時間帯が長くなるため
に蒸気タービンの効率が向上するためである。

しかし、それ以上に貯湯圧力を上げても、夕方
における集熱蒸気条件の低下により、タービン主
蒸気温度の低下や放熱損失などにより発電出力は
減少する傾向を示すが、その差違は少ない。

第６図は上記計算結果を含めて前記４つの異な
る集熱データを基に計算した結果をまとめたもの
である。いずれもより高圧力になるほど発電出力
は増える傾向を示す。日射条件の良い、すなわち
集熱蒸気熱量の多い1981年10月12日と1981年10月
26日の場合には、さらに高圧力になるほど発電量
はより増加すると思われるが、アキユムレータの
使用限界圧力を越えるため、ここでは計算してい
ない。

以上の評価計算結果により、太陽熱発電装置の
熱利用効率を高め、プラント性能を向上させるた
めには、 (i) 出来るだけ蓄熱量を蓄えた後に発電運転を開
始し、高負荷で発電する。

(ii) 蓄熱した熱は可能なかぎり使い切る。

ことが重要であることが明らかとなり、それが本
発明の基本的考え方である。

かかる検討結果に基づき本発明は、前記目的を
達成するために蓄熱量、時刻、日射量等を測定
し、所定の条件に達したときに発電運転を開始す
るものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の具体的な実施例を第１図により説
明する。第１図において第９図に示した従来の太
陽熱発電装置と同一部品は同一番号で示してあ
り、２０は時計、２１は日射計、２２は例えばコ
ンピユータ等のプラント制御装置である。かかる
時計２０、日射計２２１、制御装置２２は、従来
一般の太陽熱発電装置に設置されているのが普通
であり、本発明を実行するために新たに設置する
ものは少ない。

制御器２２には、発電運転を実施する蓄熱装置の最少蓄熱量、発電運転を実施する蓄熱装置の最大蓄熱量、集熱運転実施可能な最低日射量、最低日射量以下の集熱運転実施不可能な日射
量の継続時間、蓄熱運転限度時刻、を設定する。ここで蓄熱装置の最少蓄熱量は、
発電運転を開始する最底の蓄熱量であり、急激に
日射量が無くなつても蓄熱装置だけである程度発
電運転を継続出来る蓄熱量が適当である。例えば
前記1000kWe太陽熱発電装置の場合には、蓄熱
装置の蓄熱状態を表わすものの一つであるアキユ
ムレータの貯湯圧力などの値を設定する。蓄熱
装置の最大蓄熱量は、発電を開始する最大の蓄熱
量であり、蓄熱状態がこの値に達したら必らず発
電運転を実施し、これ以上に蓄熱しない値であ
る。蓄熱装置の設計条件、使用条件等から定めら
れ、例えば前記1000kWe太陽熱発電装置の場合
には、アキユムレータの使用最高貯湯圧力などの
値を設定する。また最底日射量は、集熱系配管
等における放熱損失より集熱量の方が多い。すな
わち有効な集熱量が得られる最低の日射量であ
る。集熱運転実施不可能な日射量の継続時間
は、日射量が前記最低日射量以下に低下したと
き、集光集熱装置の集熱運転の停止を指令するた
めの低日射量継続時間である。すなわち、太陽光
は雲の通過等にによつて一時的に日射量が最低日
射量以下に低下する場合もあるが、このような場
合には集熱運転を継続してもなんら問題がなく、
集熱運転実施不可能な日射量の継続時間は集熱運
転を停止する必要がある低日射量の最少な継続時
間である。さらに蓄熱運転限度時刻は、日射量
が減少するために蓄熱運転を行つても有効な蓄熱
量がそれほど増加せず、むしろ集熱系と蓄熱系と
を併用しながら発電運転を実施した方が効果的に
太陽熱を利用することが出来る時刻であり、集熱
系、蓄熱系およびタービン発電機系の規模さらに
季節にもよるが、例えば午後２時〜４時の日射量
が次第に減少する時刻が適当である。

本発明を実施した太陽熱発電装置の運転方法を
代表的な日射状態に対してパターン化すると、第
７図のように表わされる。

その一つは、可能なかぎり蓄熱運転を行ない、
アキユムレータ３の圧力計１５がその最大蓄熱量
（前記の設定値）に達したとき、制御装置２２
の指示によりタービン・発電機を駆動して発電出
力を得る。このような運転状態は日射条件が良好
なときにになり、第７図ａのごとくパターン化さ
れる。

二つめは、蓄熱運転を実施中に日射量が最低日
射量（前記の設定値）以下に低下した場合、す
ぐに日射量が回復すれば集熱運転−蓄熱運転を継
続するが、低日射量が所定時間（前記の設定
値）経過したときに蓄熱装置に最低蓄熱量（前記
の設定量値）以上の蓄熱量が蓄えられていれ
ば、日射計２１、時計２０、圧力計１５の測定値
から制御装置２２の指示によりタービン・発電機
を駆動し、発電出力を得る。このような運転状態
は途中で日射が得られないときになり、第７図ｂ
のごとくパターン化される。なお、蓄熱量が最低
蓄熱量に達していない場合には発電運転は不可能
であり、次の機会を待つ必要があることは当然で
ある。

三つめは、時刻が蓄熱運転限度時刻（前記の
設定値）に到つた場合、蓄熱装置が最低蓄熱量
（前記の設定値）以上に達していれば、時計２
０、圧力計１５の測定値から制御装置２２の指示
によりタービン・発電機を駆動し、発電出力を得
る。このような運転状態は途中から日射が得られ
るときに多く、第７図ｃのごとくパターン化され
る。なお、蓄熱運転限度時刻になつても最低蓄熱
量に達していない場合には、引き続き蓄熱運転を
続行する。

さらに四つめは、蓄熱運転限度時刻（前記の
設定値）以降になつて蓄熱装置が最低蓄熱量（前
記の設定値）に達した場合、時計２０、圧力計
１５の測定値から制御装置２２の指示によりター
ビン・発電機を駆動し、発電出力を得る。この場
合には、第７図ｄのごとくパターン化される。集
光集熱装置を停止す時刻になつても最低蓄熱量に
達しないときには、次の日に持越すのは無論のこ
とである。

１日の日射状態は複雑に変化する場合がある
が、どのような場合でも前記四つの方法により運
転することが出来る。

しかして本発明を実施した太陽熱発電装置の運
転方法では、前記本願発明の概要の項で記述した
ごとく、従来の太陽熱発電装置の運転方法に比較
してタービン・発電機を高負荷でかつ長時間の運
転が出来、さらに蓄熱した熱を残すことなく有効
に使用出来、太陽熱発電装置の性能を大巾に向上
させることが出来る。

以上は本発明の実施方法の基本を説明したが、
本願発明は上記以外の種々の応用形態、実施形態
がある。

前記実施例では蓄熱装置の一つにはアキユムレ
ータを使用した場合を例に記述したので、蓄熱量
の測定方法としてアキユムレータの貯湯圧力を測
定する方法を示したが、アキユムレータの貯湯温
度、あるいは蓄熱装置を構成する他の一つの溶融
塩蓄熱器の蓄熱温度を測定しても良い。また、蓄
熱装置に油、小石等を蓄熱材とした場合でもその
温度を測定することにより蓄熱量を知ることは出
来るし、本願発明は蓄熱方式を限定するのではな
い。さらに、本願発明の説明では、集熱媒体とし
てタービン作動媒体である水−蒸気を例に示した
が、油、空気、フレオン等に低沸点媒体などの他
の媒体でも良いことは無論のことであるし、太陽
光の集光方式に関してもタワー集光方式、パラボ
ワ集光方式、平板集光方式、あるいはこれらの組
み合わせによる集光方式などいずるの集光方式で
も良い。また、本発明の実施例において日射量を
発電運転を開始する一つの条件（前記の設定
値）として記述したが、集熱媒体の温度によつて
も同様に運転出来る。第８図は、このかうな他の
実施例を示すものである。第８図において２７は
蓄熱装置３０の蓄熱量を測定する蓄熱計であり、
２５は集光集熱装置１の出口側に取り付けた集熱
媒体温度測定器である。しかして本実施例では、
熱量計２７、媒体温度計２５および時計２０の測
定値により、前記四つの方法により発電運転を開
始する。

本願発明の運転方法は太陽熱発電装置ばかり
か、他の太陽熱利用装置や工場排熱、自然エネル
ギーなどの変動する熱エネルギーの利用効率の向
上に応用することが出来る。〔発明の効果〕以上説明してきたように本発明によれば、熱利
用の高い、すなわち性能の良い太陽熱発電装置の
運転方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施した太陽熱発電装置を
示す。第２図は、本発明の効果を検討するための
シミユレーシヨン計算にデータとして使用した集
熱データを示し、第３図は他の集熱データを示
す。第４図は太陽熱発電装置の運転特性シミユレ
ーヨン計算例を示し、第５図は発電運転開始条件
をパラメータにシミユレーシヨン計算した結果を
比較したものであり、さらに第６図は前記計算デ
ータごとのシミユレーシヨン計算結果を整理した
ものである。第７図は本願発明の太陽熱発電装置
の運転方法をパターン化して示したものである。
第８図は本発明の他の実施例を示すものであり、
第９図は従来の太陽熱発電装置を示すものであ
る。１……集光集熱装置、２……溶融塩蓄熱器、３
……アキユムレータ、４……蒸気タービン、５…
…発電機、６……復水器、７……給水ポンプ、８
……弁、９，１０，１１，１２，１３，１４……
配管、１５……圧力計、１６……制御装置、１
７，１８，２３，２４……信号線、２０……時
計、２１……日射計、２２……制御装置、２５…
…温度計、２７……熱量計、３０……蓄熱装置。

Claims

【特許請求の範囲】１太陽光を集光し媒体を加熱する集光集熱装
置、太陽光により加熱昇温された媒体あるいは集
光熱を蓄える蓄熱装置およびタービン・発電機か
ら構成される太陽熱発電装置の運転方法におい
て、前記タービン・発電機を起動するに際し、イ発電運転を実施する蓄熱装置の最少蓄熱量、ロ発電運転を実施する蓄熱装置の最大蓄熱量、ハ集熱運転実施可能なな最低日射量、ニ最低日射量以下の集熱運転実施不可能な日射
量の継続時間、ホ蓄熱運転限度時刻、を設定し、ａ蓄熱装置が最大蓄熱量（上記ロの設定値）に
達したとき、ｂ日射量が最低日射量（上記ハの設定値）以下
に低下し、かつ集熱運転実施不可能な日射量の
継続時間（上記ニの設定値）が経過したとき
に、蓄熱装置が最少蓄熱量（上記イの設定値）
以上に達しているとき、ｃ時刻が蓄熱運転限度時刻（上記ホの設定値）
に到つたときに、蓄熱装置が最少蓄熱量（上記
イの設定値）以上に達しているとき、ｄ時刻が蓄熱運転限度時刻（上記ホの設定値）
以降になつて、蓄熱装置が最少蓄熱量（上記イ
の設定値）に達したとき、上記ａ〜ｄのいずれかの条件に到つたときにタ
ービン・発電機を起動して発電出力を得るように
したことを特徴とする太陽熱発電装置の運転方
法。２太陽光を集光し媒体を加熱する集光集熱装
置、太陽光により加熱昇温された媒体あるいは集
光熱を蓄える蓄熱装置およびタービン・発電機か
ら構成される太陽熱発電装置の運転方法におい
て、前記タービン・発電機を起動するに際し、イ、発電運転を実施する蓄熱装置の最少蓄熱量、ロ発電運転を実施する蓄熱装置の最大蓄熱量、ハ集熱媒体最低利用温度、ニ蓄熱運転限度時刻、をを設定し、ａ蓄熱装置が最大蓄熱量（上記ロの設定値）に
達したとき、ｂ集熱媒体温度が最低利用温度（上記ハの設定
値）以下に低下したときに、蓄熱装置が最少蓄
熱量（上記イの設定値）以上に達していると
き、ｃ時刻が蓄熱運転限度時刻（上記ニの設定値）
に到つたときに、蓄熱装置が最少蓄熱量（上記
イの設定値）以上に達しているとき、ｄ時刻が蓄熱運転限度時刻（上記ニの設定値）
以降になつて、蓄熱装置が最少蓄熱量（上記イ
の設定値）に達したとき、上記ａ〜ｄのいずれかの条件に到つたときにタ
ービン・発電機を起動して発電出力を得るように
したことを特徴とする太陽熱発電装置の運転方
法。