特開2021-32191(P2021-32191A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特開2021-32191熱水貯蔵発電システム及び熱水貯蔵発電システムの運転方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-32191(P2021-32191A)
(43)【公開日】2021年3月1日
(54)【発明の名称】熱水貯蔵発電システム及び熱水貯蔵発電システムの運転方法
(51)【国際特許分類】
   F01K 1/16 20060101AFI20210201BHJP
   F01K 3/02 20060101ALI20210201BHJP
   F01D 17/04 20060101ALI20210201BHJP
【FI】
   F01K1/16
   F01K3/02 C
   F01D17/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】OL
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2019-155368(P2019-155368)
(22)【出願日】2019年8月28日
(71)【出願人】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱パワー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】木曽 文彦
(72)【発明者】
【氏名】瀬川 清
【テーマコード(参考)】
3G071
【Fターム(参考)】
3G071AB01
3G071BA04
3G071DA05
3G071FA01
3G071GA04
3G071HA02
(57)【要約】      (修正有)
【課題】本発明は、再生可能エネルギーを使用する発電システムにおける短周期の発電出力の変動と長周期の発電出力の変動とのいずれも吸収することができる熱水貯蔵発電システムを提供する。
【解決手段】本発明の熱水貯蔵発電システムは、蒸気を生成する蒸気発生源10と、蒸気発生源で生成される過熱蒸気12を使用して駆動する定格負荷運転用蒸気タービン20と、蒸気発生源で生成される水蒸気5を使用して、熱水7及び飽和蒸気6を貯蔵する熱水貯蔵タンク40と、を有する熱水貯蔵発電システムであって、蒸気発生源で生成される過熱蒸気と熱水貯蔵タンクの飽和蒸気との混合蒸気、又は、蒸気発生源で生成される過熱蒸気と熱水貯蔵タンクの熱水との混合蒸気、を使用して駆動する高速負荷追従専用蒸気タービン50を有することを特徴とする。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
蒸気を生成する蒸気発生源と、前記蒸気発生源で生成される過熱蒸気を使用して駆動する定格負荷運転用蒸気タービンと、前記蒸気発生源で生成される水蒸気を使用して、熱水及び飽和蒸気を貯蔵する熱水貯蔵タンクと、を有する熱水貯蔵発電システムであって、
前記蒸気発生源で生成される過熱蒸気と前記熱水貯蔵タンクの飽和蒸気との混合蒸気、又は、前記蒸気発生源で生成される過熱蒸気と前記熱水貯蔵タンクの熱水との混合蒸気、を使用して駆動する高速負荷追従専用蒸気タービンを有することを特徴とする熱水貯蔵発電システム。
【請求項2】
請求項1に記載の熱水貯蔵発電システムであって、
前記飽和蒸気と前記過熱蒸気とを混合する混合器と、前記熱水と前記過熱蒸気とを混合する混合器と、を有することを特徴とする熱水貯蔵発電システム。
【請求項3】
蒸気発生源で蒸気を生成し、前記蒸気発生源で生成される過熱蒸気を使用して定格負荷運転用蒸気タービンを駆動し、前記蒸気発生源で生成される水蒸気を使用して、熱水貯蔵タンクに熱水及び飽和蒸気を貯蔵する熱水貯蔵発電システムの運転方法であって、
前記蒸気発生源で生成される過熱蒸気と前記熱水貯蔵タンクの飽和蒸気との混合蒸気、又は、前記蒸気発生源で生成される過熱蒸気と前記熱水貯蔵タンクの熱水との混合蒸気、を生成することを特徴とする熱水貯蔵発電システムの運転方法。
【請求項4】
請求項3に記載の熱水貯蔵発電システムの運転方法であって、
前記蒸気発生源で生成される過熱蒸気と前記熱水貯蔵タンクの飽和蒸気との混合蒸気、又は、前記蒸気発生源で生成される過熱蒸気と前記熱水貯蔵タンクの熱水との混合蒸気、を使用して高速負荷追従専用蒸気タービンを駆動することを特徴とする熱水貯蔵発電システムの運転方法。
【請求項5】
請求項3に記載の熱水貯蔵発電システムの運転方法であって、
発電指令が定格負荷より小さい時間帯に、前記蒸気発生源で生成される水蒸気を抽出し、前記熱水貯蔵タンクに貯蔵することを特徴とする熱水貯蔵発電システムの運転方法。
【請求項6】
請求項3に記載の熱水貯蔵発電システムの運転方法であって、
発電指令の低下率が前記定格負荷運転用蒸気タービンの最大負荷変化率より大きい場合に、前記蒸気発生源で生成される水蒸気を抽出し、前記熱水貯蔵タンクに貯蔵することを特徴とする熱水貯蔵発電システムの運転方法。
【請求項7】
請求項4に記載の熱水貯蔵発電システムの運転方法であって、
発電指令の上昇率が前記定格負荷運転用蒸気タービンの最大負荷変化率より大きい場合に、前記飽和蒸気と前記過熱蒸気とを混合し、混合蒸気を生成し、前記混合蒸気で前記高速負荷追従専用蒸気タービンを駆動することを特徴とする熱水貯蔵発電システムの運転方法。
【請求項8】
請求項4に記載の熱水貯蔵発電システムの運転方法であって、
発電指令の上昇率が前記定格負荷運転用蒸気タービンの最大負荷変化率より大きい場合に、前記熱水と前記過熱蒸気とを混合し、混合蒸気を生成し、前記混合蒸気で前記高速負荷追従専用蒸気タービンを駆動することを特徴とする熱水貯蔵発電システムの運転方法。
【請求項9】
請求項4に記載の熱水貯蔵発電システムの運転方法であって、
発電指令が前記定格負荷運転用蒸気タービンによる発電出力より大きい場合に、前記飽和蒸気と前記過熱蒸気とを混合し、混合蒸気を生成し、前記混合蒸気で前記高速負荷追従専用蒸気タービンを駆動することを特徴とする熱水貯蔵発電システムの運転方法。
【請求項10】
請求項4に記載の熱水貯蔵発電システムの運転方法であって、
発電指令が前記定格負荷運転用蒸気タービンによる発電出力より大きい場合に、前記熱水と前記過熱蒸気とを混合し、混合蒸気を生成し、前記混合蒸気で前記高速負荷追従専用蒸気タービンを駆動することを特徴とする熱水貯蔵発電システムの運転方法。
【請求項11】
請求項4に記載の熱水貯蔵発電システムの運転方法であって、
発電指令が定格負荷又は前記定格負荷の近傍の時間帯に、前記熱水を前記蒸気発生源に供給することを特徴とする熱水貯蔵発電システムの運転方法。
【請求項12】
請求項4に記載の熱水貯蔵発電システムの運転方法において、
前記高速負荷追従専用蒸気タービンへウォーミング用の補助蒸気を供給することを特徴とする熱水貯蔵発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱水貯蔵発電システム及び熱水貯蔵発電システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーを使用する発電システムと、高温高圧の蒸気を使用し、蒸気タービンを駆動して発電する蒸気タービン発電システムと、を組み合わせ、再生可能エネルギーを使用する発電システムによる発電出力の変動を、蒸気タービン発電システムに吸収させる発電システムが提案されている。
【0003】
つまり、再生可能エネルギーを使用する発電システムは、例えば、太陽光発電では、太陽が雲に隠れ発電出力が変化する短周期の発電出力の変動や昼間と夜間との発電出力の相違による長周期の発電出力の変動が存在する。このような再生可能エネルギーを使用する発電システムによる発電出力の変動を、蒸気タービン発電システムが、吸収する。
【0004】
再生可能エネルギーを使用する発電システムによる発電出力の変動を吸収するためには、再生可能エネルギーを使用する発電システムによる発電出力の変動に合わせ、蒸気タービン発電システムによる発電出力を、増減する必要がある。そして、蒸気タービン発電システムによる発電出力の増減は、例えば、燃料供給量を増減することによって、実現することができる。
【0005】
しかし、蒸気タービン発電システムの負荷変化率を向上させることには、限界がある。
【0006】
まず、直焚きボイラなどの蒸気発生源は、燃料と空気とを燃焼させた排ガスの顕熱を、伝熱管を介して蒸気として回収するため、燃料供給量を増減した後、排ガス量が増減し、伝熱管の温度が上昇下降し、蒸気発生量が増減するまでには、時間遅れが存在する。
【0007】
こうした本技術分野の背景技術として、特開2016−160848号公報(特許文献1)がある。特許文献1には、排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで生成される蒸気によって駆動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラで生成される蒸気を貯留し、貯留される蒸気を蒸気タービンに供給するスチームアキュムレータと、スチームアキュムレータで生成される凝縮水を貯留するドレントラップとを有し、ドレントラップの凝縮水又はスチームアキュムレータの蒸気を、熱源として使用する排熱回収システムが記載される(要約参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2016−160848号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献1には、貯留される蒸気を蒸気タービンに供給するスチームアキュムレータと、スチームアキュムレータで生成される凝縮水を貯留するドレントラップと、を有する排熱回収システムが記載される。
【0010】
しかし、特許文献1には、再生可能エネルギーを使用する発電システムにおける短周期の発電出力の変動と長周期の発電出力の変動とのいずれも吸収することができる熱水貯蔵発電システムについては、記載されていない。
【0011】
そこで、本発明は、再生可能エネルギーを使用する発電システムにおける短周期の発電出力の変動と長周期の発電出力の変動とのいずれも吸収することができる熱水貯蔵発電システム及び熱水貯蔵発電システムの運転方法を提供する。
【0012】
つまり、本発明は、例えば、太陽光発電における、太陽が雲に隠れ発電出力が変化する短周期の発電出力の変動や昼間と夜間との発電出力の相違による長周期の発電出力の変動を、蒸気タービン発電システムによって吸収することができ、負荷変化率が向上した熱水貯蔵発電システム及び熱水貯蔵発電システムの運転方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記課題を解決するため、本発明の熱水貯蔵発電システムは、蒸気を生成する蒸気発生源と、蒸気発生源で生成される過熱蒸気を使用して駆動する定格負荷運転用蒸気タービンと、蒸気発生源で生成される水蒸気を使用して、熱水及び飽和蒸気を貯蔵する熱水貯蔵タンクと、を有する熱水貯蔵発電システムであって、蒸気発生源で生成される過熱蒸気と熱水貯蔵タンクの飽和蒸気との混合蒸気、又は、蒸気発生源で生成される過熱蒸気と熱水貯蔵タンクの熱水との混合蒸気、を使用して駆動する高速負荷追従専用蒸気タービンを有することを特徴とする。
【0014】
また、本発明の熱水貯蔵発電システムは、飽和蒸気と過熱蒸気とを混合する混合器と、熱水と過熱蒸気とを混合する混合器と、を有することを特徴とする。
【0015】
また、本発明の熱水貯蔵発電システムの運転方法は、蒸気発生源で生成される過熱蒸気と熱水貯蔵タンクの飽和蒸気との混合蒸気、又は、蒸気発生源で生成される過熱蒸気と熱水貯蔵タンクの熱水との混合蒸気、を生成し、そして、高速負荷追従専用蒸気タービンを駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、再生可能エネルギーを使用する発電システムにおける短周期の発電出力の変動と長周期の発電出力の変動とのいずれも吸収することができる熱水貯蔵発電システム及び熱水貯蔵発電システムの運転方法を提供することができる。
【0017】
そして、例えば、太陽光発電における、太陽が雲に隠れ発電出力が変化する短周期の発電出力の変動や昼間と夜間との発電出力の相違による長周期の発電出力の変動を、蒸気タービン発電システムによって吸収することができ、負荷変化率が向上した熱水貯蔵発電システム及び熱水貯蔵発電システムの運転方法を提供することができる。
【0018】
なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明によって、明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】実施例1に記載する熱水貯蔵発電システム及びその制御装置を説明する説明図である。
図2】実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法1を説明する説明図である。
図3】実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法2を説明する説明図である。
図4】実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法3を説明する説明図である。
図5】実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法4を説明する説明図である。
図6】実施例2に記載する熱水貯蔵発電システムを説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施例を、図面を使用して説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。
【実施例1】
【0021】
まず、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システム及びその制御装置を説明する。
【0022】
図1は、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システム及びその制御装置を説明する説明図である。
【0023】
実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムは、ボイラ10、熱水貯蔵タンク40、復水器30、定格負荷運転用蒸気タービン20(以下、説明の都合上、「蒸気タービン20」と呼称する。)、高速負荷追従専用蒸気タービン50(以下、説明の都合上、「蒸気タービン50」と呼称する。)、給水ポンプ31、を有する。
【0024】
なお、実施例1において、蒸気タービン発電システムは、高温高圧の蒸気を使用し、蒸気タービンを駆動して発電する蒸気タービン20及び蒸気タービン50である(以下の実施例でも同様。)。
【0025】
また、実施例1において、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーを使用する発電システムについては、その説明を省略するが、再生可能エネルギーを使用する発電システムにおける短周期の発電出力の変動や長周期の発電出力の変動を吸収するため、その変動分が、発電指令90に、加味される(以下の実施例でも同様。)。
【0026】
ボイラ10は、蒸気を生成する蒸気発生源であり、内部には、伝熱管11を有する。ボイラ10には、石炭や重油などの燃料1と空気2とが供給される。燃料1と空気2とが燃焼し、高温排ガスを生成する。そして、高温排ガスの顕熱を、伝熱管11を介して、蒸気として回収する。つまり、ボイラ10は、高温排ガスを使用し、ボイラ給水4から水蒸気5(気液混合状態の蒸気)や過熱蒸気12(気体状態の蒸気であり、過熱状態の蒸気又は超臨界状態の蒸気)を生成する。なお、高温排ガスは、顕熱が回収され、排ガス3として、ボイラ10から排出される。
【0027】
なお、実施例1では、ボイラ10は、石炭や重油などの燃料1を使用して高温排ガスを生成し、この高温排ガスと熱交換することによって、蒸気を生成する直焚きボイラであるが、天然ガスや液化石油ガスなどの燃料を使用して生成される燃焼ガスで、ガスタービンを駆動し、ガスタービンから排出される高温排ガスと熱交換することによって、蒸気を発生する排熱回収ボイラであってもよい。
【0028】
熱水貯蔵タンク40は、熱水7及び蒸気(飽和蒸気6)を貯蔵するものであり、熱水貯蔵タンク40には、ボイラ10で生成される水蒸気5(伝熱管11の後中段の蒸気)が供給される。
【0029】
蒸気タービン20には、ボイラ10で生成される過熱蒸気12(伝熱管11の出口側の蒸気)が供給され、過熱蒸気12を使用して駆動する。蒸気タービン20には、発電機21が接続される。蒸気タービン20は発電機21を駆動し、発電機21が発電する。
【0030】
実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムは、熱水貯蔵タンク40の熱水7を減圧沸騰して生成される飽和蒸気6とボイラ10で生成される過熱蒸気12とを混合する混合器42、熱水貯蔵タンク40の熱水7とボイラ10で生成される過熱蒸気12とを混合する混合器43、を有する。
【0031】
蒸気タービン50には、混合器42で混合(生成)される蒸気(混合蒸気)又は混合器43で混合(生成)される蒸気(混合蒸気)が供給され、いずれかの混合蒸気を使用して駆動する。蒸気タービン50には、発電機51が接続される。蒸気タービン50は発電機51を駆動し、発電機51が発電する。
【0032】
復水器30は、蒸気タービン20が排出する温度及び圧力が低下した蒸気、又は、蒸気タービン50が排出する温度及び圧力が低下した蒸気を、ボイラ給水4に復水する。
【0033】
給水ポンプ31は、復水器30のボイラ給水4を、伝熱管11の入口側に供給する。
【0034】
なお、蒸気タービン50は、蒸気タービン20の1/10〜1/5程度の大きさ(発電出力)であり、蒸気タービン20に比較して、動翼とケーシングとの隙間が若干大きく、負荷変化率が高いことが好ましい。
【0035】
実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムは、以下の配管や流量調節弁を有する。
【0036】
伝熱管11の後中段と熱水貯蔵タンク40とを接続する配管を有し、水蒸気5を熱水貯蔵タンク40に供給する。なお、この配管は、流量調節弁61を有する。
【0037】
伝熱管11の出口側と混合器42とを接続する配管を有し、過熱蒸気12を混合器42に供給する。なお、この配管は、流量調節弁62を有する。
【0038】
熱水貯蔵タンク40と混合器42とを接続する配管を有し、熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6を混合器42に供給する。なお、この配管は、流量調節弁63を有する。
【0039】
熱水貯蔵タンク40と伝熱管11の前中段とを接続する配管を有し、熱水貯蔵タンク40の熱水7を伝熱管11の前中段に供給する。なお、この配管は、流量調節弁64を有する。また、この配管は、熱水貯蔵タンク40の圧力が伝熱管11の圧力よりも低い状態であっても、熱水貯蔵タンク40の熱水7を伝熱管11に供給することができるようにするため、給水ポンプ41を有する。
【0040】
熱水貯蔵タンク40と混合器43とを接続する配管を有し、熱水貯蔵タンク40の熱水7を混合器43に供給する。なお、この配管は、流量調節弁65を有する。
【0041】
混合器43と蒸気タービン50とを接続する配管を有し、混合器43で生成される蒸気又は混合器42で生成される蒸気を蒸気タービン50に供給する。なお、この配管は、流量調節弁66を有する。
【0042】
蒸気タービン50の停止時に、蒸気タービン50にウォーミング用の補助蒸気8を供給する配管を有し、この配管は、流量調節弁67を有する。
【0043】
ボイラ10に供給される燃料1の流量を調節する流量調節弁68を有する。
【0044】
伝熱管11の出口側と蒸気タービン20とを接続する配管を有し、過熱蒸気12を蒸気タービン20に供給する。
【0045】
混合器42と混合器43とを接続する配管を有し、混合器42で生成される蒸気又は過熱蒸気12を混合器43に供給する。
【0046】
実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムは、以下の温度計や圧力計などを有する。
【0047】
熱水貯蔵タンク40は、温度計71、圧力計72、熱水レベル計73を有し、熱水貯蔵タンク40の熱水7の温度、熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6の圧力、熱水貯蔵タンク40の熱水7の熱水レベルを計測する。
【0048】
混合器42と混合器43とを接続する配管は、温度計74、圧力計75を有し、この配管を流通する混合器42で生成される蒸気又は過熱蒸気12の温度及び圧力を計測する。
【0049】
混合器43と蒸気タービン50とを接続する配管は、温度計76、圧力計77を有し、この配管を流通する混合器43で生成される蒸気又は混合器42で生成される蒸気の温度及び圧力を計測する。
【0050】
そして、実施例1に記載する制御装置70は、温度計71、圧力計72、熱水レベル計73、温度計74、圧力計75、温度計76、及び、圧力計77の計測値、発電機21が発電する発電出力、発電機51が発電する発電出力、並びに、発電指令90を入力し、流量調節弁61、流量調節弁62、流量調節弁63、流量調節弁64、流量調節弁65、流量調節弁66、流量調節弁68、及び、給水ポンプ41を制御する。
【0051】
このように、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムは、過熱蒸気12で駆動する蒸気タービン20と、混合器42で生成される蒸気又は混合器43で生成される蒸気で駆動する蒸気タービン50とを有する。
【0052】
そして、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムは、熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6と過熱蒸気12とを混合する混合器42と、熱水貯蔵タンク40の熱水7と過熱蒸気12とを混合する混合器43と、を有する。
【0053】
つまり、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムは、蒸気発生源(ボイラ10)で生成する蒸気(水蒸気5又は過熱蒸気12)を使用し、蒸気タービン(蒸気タービン20及び/又は蒸タービン50)を駆動して発電する蒸気タービン発電システムに、飽和蒸気6及び熱水7を貯蔵する熱水貯蔵タンク40、熱水貯蔵タンクの飽和蒸気6と過熱蒸気12とを混合する混合器42、熱水貯蔵タンク40の熱水7と過熱蒸気12とを混合する混合器43、を設置する。
【0054】
これにより、再生可能エネルギーを使用する発電システムにおける短周期の発電出力の変動と長周期の発電出力の変動とのいずれにも対応することができる。
【0055】
そして、ボイラ10の時間遅れを解消し、蒸気タービン発電システムの負荷変化率を向上させることができる。
【0056】
また、蒸気タービンは、供給される蒸気の温度が変動すると、熱疲労により寿命を消費する。実施例1では、蒸気タービン20に供給される蒸気の温度の変動幅及び蒸気タービン50に供給される蒸気の温度の変動幅を、それぞれ小さくすることができ、蒸気タービン20及び蒸気タービン50のそれぞれの寿命を延ばすことができる。
【0057】
また、蒸気タービン発電システムは、運転を継続するために必要な最低負荷が存在する。一旦、燃料供給を停止し、運転を停止すると、再度、運転を開始するためには、時間を要する。このため、最低負荷で運転を継続する必要があるが、余剰電力が発生する。実施例1では、こうした余剰電力を効果的に使用することができる。
【0058】
実施例1によれば、例えば、太陽光発電の発電出力が大きく、蒸気タービン発電システムに対する発電指令が小さい昼間に熱水や蒸気を貯蔵し、貯蔵される熱水や蒸気を夜間に使用し、長周期の発電出力の変動を吸収することができる。そして、太陽が雲に隠れ、太陽光発電の発電出力が変化する短周期の発電出力の変動を吸収することができる。つまり、実施例1によれば、太陽光発電の発電出力が、時々刻々と変化するような時間スケールの発電出力の変動にも対応することができる。
【0059】
また、実施例1によれば、再生可能エネルギーを使用する発電システムの発電出力が大きく低下する場合であっても、蒸気タービン50を使用することによって、不足する発電出力を、ボイラ10への燃料供給量を増加することなく、補うことができる。
【0060】
次に、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法を説明する。
【0061】
まず、定格負荷運転(運転方法0)は、流量調節弁68を開放し、流量調節弁61、流量調節弁62、流量調節弁63、流量調節弁64、流量調節弁65、流量調節弁66、及び、流量調節弁67、を閉止し、過熱蒸気12を蒸気タービン20に供給する。
【0062】
実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法は、ボイラ10で蒸気を生成し、ボイラ10で生成される過熱蒸気12を使用して蒸気タービン20を駆動し、ボイラ10で生成される水蒸気5を使用して、熱水貯蔵タンク40に熱水7及び飽和蒸気6を貯蔵する。そして、ボイラ10で生成される過熱蒸気12と熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6との混合蒸気、又は、ボイラ10で生成される過熱蒸気12と熱水貯蔵タンク40の熱水7との混合蒸気、を生成する。
【0063】
更に、ボイラ10で生成される過熱蒸気12と熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6との混合蒸気、又は、ボイラ10で生成される過熱蒸気12と熱水貯蔵タンク40の熱水7との混合蒸気、を使用して蒸気タービン50を駆動する。
【0064】
次に、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法1を説明する。
【0065】
図2は、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法1を説明する説明図である。
【0066】
熱水貯蔵タンク40に、水蒸気5を供給し、熱水7を貯蔵する運転(運転方法1)は、流量調節弁61を開放し、流量調節弁62、流量調節弁63、流量調節弁64、流量調節弁65、及び、流量調節弁66を閉止し、水蒸気5を熱水貯蔵タンク40に供給する。これにより、熱水貯蔵タンク40には、熱水7が貯蔵される。なお、流量調節弁67を開放し、蒸気タービン50にウォーミング用の補助蒸気8を供給する。
【0067】
蒸気タービン50は、起動や停止を繰り返す。このため、蒸気タービン50の停止時(流量調節弁67の閉止時)には、蒸気タービン50にウォーミング用の補助蒸気8を供給する。これにより、蒸気タービン50は、熱疲労による寿命消費が抑制される。
【0068】
つまり、蒸気タービン50は、高速に起動する場合がある。温度が低下した蒸気タービン50に、高温の蒸気が供給されると、熱疲労により寿命が消費される。そして、蒸気タービン50の停止時に供給されるウォーミング用の補助蒸気8は、蒸気タービン50のメタル温度に応じて、補助蒸気流量が、流量調節弁67にて、調節される。
【0069】
運転方法1は、発電指令90が定格負荷よりも小さい時間帯に、定格負荷よりも小さい発電指令90を満足するために必要な燃料供給量よりも多くの燃料をボイラ10に供給し、蒸気タービン20を定格負荷よりも小さい発電指令90と等しくなるように運転する。そして、余剰分の水蒸気5をボイラ10から抽出し、熱水貯蔵タンク40に熱水7及び飽和蒸気6として、貯蔵する。
【0070】
なお、運転方法1は、発電指令90が、蒸気タービン20の最低負荷よりも小さい場合に有効である。熱水貯蔵タンク10を設置することによって、蒸気タービン50を駆動する蒸気を生成することができ、つまり、蒸気タービン50を設置することができる。これにより、蒸気タービン発電プラントの最低負荷を低下させ、運転することができる負荷範囲を広げることができる。
【0071】
また、運転方法1は、発電指令90の低下率が、蒸気タービン20の最大負荷変化率よりも大きい場合に、蒸気タービン20を発電指令90と等しくなるように運転する。そして、余剰分の水蒸気5をボイラ10から抽出し、熱水貯蔵タンク40に熱水7及び飽和蒸気6として、貯蔵する。これにより、蒸気タービン発電プラントは、蒸気タービン20の最大負荷変化率よりも速く負荷を低下させることができる。例えば、急に風が強くなり、風力発電の発電出力が急に増加する場合などの発電出力の変動を吸収することができる。
【0072】
次に、熱水貯蔵タンク40に貯蔵される熱水7や飽和蒸気6を使用する運転方法を説明する。
【0073】
熱水貯蔵タンク40に貯蔵される熱水7や飽和蒸気6を使用する運転方法は、以下の場合に実行される。
(1)発電指令90が、蒸気タービン20の発電出力よりも大きい場合。
(2)発電指令90が、蒸気タービン20の定格負荷以下であり、発電指令90の上昇率が、蒸気タービン20の最大負荷変化率よりも大きい場合。
【0074】
なお、いずれの場合も、ボイラ10への燃料供給量を増加することなく、発電出力を増加することができる。特に、(2)の場合は、例えば、風力発電において風が急に止み発電出力が急減する場合や太陽光発電において太陽が急に雲に隠れ発電出力が急減する場合などの場合に、発電出力を高速に上昇させ、発電出力の急減を補うことができる。
【0075】
そして、熱水貯蔵タンク40に貯蔵される熱水7や飽和蒸気6を使用する運転方法は、以下の2つがある。
【0076】
実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法2(2つの内の1つ目)を説明する。
【0077】
図3は、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法2を説明する説明図である。
【0078】
運転方法2は、例えば(1)や(2)の場合に、熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6と過熱蒸気12とを混合し、この混合蒸気を使用して、蒸気タービン50を駆動する運転である。
【0079】
運転方法2は、流量調節弁62、流量調節弁63、及び、流量調節弁66を開放し、流量調節弁61、流量調節弁64、流量調節弁65、及び、流量調節弁67を閉止する。
【0080】
そして、熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6と過熱蒸気12とを混合器42で混合し、混合器42で生成される蒸気を使用して、蒸気タービン50を駆動する。
【0081】
これにより、蒸気タービン20の発電出力の不足分を、蒸気タービン50で補うことができる。
【0082】
なお、運転方法2では、流量調節弁63と流量調節弁62とを、蒸気タービン50に供給することができる蒸気条件(蒸気流量)で調節し、蒸気タービン50で必要な発電出力が得られるように調節する。
【0083】
なお、運転方法2は、蒸気タービン20に供給される過熱蒸気12は減少(混合器42に供給される過熱蒸気12分が減少)する。しかし、混合器42で生成される蒸気を使用して、蒸気タービン50を駆動するため、蒸気タービン発電プラントの発電出力は上昇する。
【0084】
実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法3(2つの内の2つ目)を説明する。
【0085】
図4は、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法3を説明する説明図である。
【0086】
運転方法3は、例えば(1)や(2)の場合に、熱水貯蔵タンク40の熱水7と過熱蒸気12とを混合し、この混合蒸気を使用して、蒸気タービン50を駆動する運転である。
【0087】
運転方法3は、流量調節弁62、流量調節弁65、及び、流量調節弁66を開放し、流量調節弁61、流量調節弁63、流量調節弁64、及び、流量調節弁67を閉止する。
【0088】
そして、熱水貯蔵タンク40の熱水7と過熱蒸気12とを混合器43で混合し、混合器43で生成される蒸気を使用して、蒸気タービン50を駆動する。
【0089】
これにより、蒸気タービン20の発電出力の不足分を、蒸気タービン50で補うことができる。
【0090】
なお、運転方法3では、流量調節弁65と流量調節弁62とを、蒸気タービン50に供給することができる蒸気条件(蒸気流量)で調節し、蒸気タービン50で必要な発電出力が得られるように調節する。
【0091】
次に、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法4を説明する。
【0092】
図5は、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムの運転方法4を説明する説明図である。
【0093】
運転方法4は、熱水貯蔵タンク40の熱水7を、伝熱管11の前中段に供給する運転である。
【0094】
運転方法4は、流量調節弁64、及び、流量調節弁67を開放し、流量調節弁61、流量調節弁62、流量調節弁63、流量調節弁65、及び、流量調節弁66を閉止する。
【0095】
そして、熱水貯蔵タンク40の熱水7を、伝熱管11の前中段に供給する。
【0096】
熱水貯蔵タンク40の熱水7の温度や熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6の圧力が低下し、熱水貯蔵タンク40の熱水7や熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6を使用し、蒸気タービン50を駆動することができない場合に、特に、発電指令90が蒸気タービン20の定格負荷(定格負荷の近傍も含む)の時間帯に、熱水貯蔵タンク40の熱水7を、伝熱管11の前中段に供給し、蒸気タービン20を発電指令90と等しくなるように運転する。
【0097】
これにより、伝熱管11に供給される熱水7の供給量に応じて、ボイラ12で生成される過熱蒸気12が増加するため、ボイラ10への燃料供給量を減少させることができる。
【0098】
なお、熱水貯蔵タンク40から伝熱管11へ熱水7を供給する場合には、流量調節弁64にて、伝熱管11に供給される熱水7の供給量が調節される。
【0099】
また、運転方法4では、特に、熱水貯蔵タンク40の圧力が伝熱管11の圧力よりも低い場合に、給水ポンプ41を駆動する。
【0100】
このように、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムは、熱水貯蔵タンク40に設置される温度計71、圧力計72、及び熱水レベル計73が計測する熱水貯蔵タンク40の熱水7の温度、熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6の圧力、及び熱水貯蔵タンク40の熱水7の熱水レベルに基づいて、運転方法1、運転方法2、運転方法3、運転方法4を、適宜、選択する。
【0101】
運転方法2は、熱水貯蔵タンク40の圧力が飽和蒸気6を得ることができる場合に、実行する。つまり、熱水貯蔵タンク40の熱水7を、減圧沸騰させ、飽和蒸気6を生成し、飽和蒸気6を蒸気タービン50の駆動に使用する。そして、運転方法2の場合には、混合して得られる蒸気を蒸気タービン50に供給することができる温度及び圧力の蒸気とするため、熱水貯蔵タンク40の温度及び圧力と過熱蒸気12の温度及び圧力とに基づいて、制御装置70にて、最適な混合比率を計算し、流量調節弁62及び流量調節弁63を調節する。
【0102】
運転方法3は、熱水貯蔵タンク40の圧力が飽和蒸気6を得ることができない場合に、実行する。つまり、熱水貯蔵タンク40の熱水7を、蒸気タービン50の駆動に使用する。そして、運転方法3の場合には、混合して得られる蒸気を蒸気タービン50に供給することができる温度及び圧力の蒸気とするため、熱水貯蔵タンク40の温度及び圧力と過熱蒸気12の温度及び圧力とに基づいて、制御装置70にて、最適な混合比率を計算し、流量調節弁62及び流量調節弁65を調節する。
【0103】
運転方法4は、熱水貯蔵タンク40の温度が低下し、熱水貯蔵タンク40の熱水7を過熱蒸気12と混合しても、蒸気タービン50を駆動する蒸気を得ることができない場合に、実行する。つまり、熱水貯蔵タンク40の熱水7をボイラ10に供給する。
【0104】
このように、実施例1によれば、蒸気タービン20と蒸気タービン50とを設置することにより、また、混合器42と混合器43とを設置することにより、再生可能エネルギーを使用する発電システムにおける短周期の発電出力の変動と長周期の発電出力の変動とのいずれも吸収することができる。
【0105】
そして、例えば、太陽光発電における、太陽が雲に隠れ発電出力が変化する短周期の発電出力の変動や昼間と夜間との発電出力の相違による長周期の発電出力の変動を、蒸気タービン発電システムによって吸収することができ、負荷変化率が向上した熱水貯蔵発電システムを提供することができる。
【実施例2】
【0106】
次に、実施例2に記載する熱水貯蔵発電システムを説明する。
【0107】
図6は、実施例2に記載する熱水貯蔵発電システムを説明する説明図である。
【0108】
実施例2に記載する熱水貯蔵発電システムは、実施例1に記載する熱水貯蔵発電システムが、燃料1と空気2とを燃焼し、高温排ガスを生成するボイラ10を使用するのに対して、排熱回収ボイラ80を使用する。
【0109】
排熱回収ボイラ80は、天然ガスや液化石油ガスなどの燃料を使用して生成される燃焼ガスで、ガスタービンを駆動し、ガスタービンから排出される燃焼排ガス9(高温排ガス)と熱交換することによって、蒸気を発生する。
【0110】
燃焼排ガス9を、排熱回収ボイラ80に供給し、燃焼排ガス9の顕熱を、伝熱管を介して、蒸気として回収する。
【0111】
つまり、排熱回収ボイラ80の節炭器82に、ボイラ給水4が供給され、節炭器82で加熱されたボイラ給水4が蒸気ドラム81に供給される。蒸気ドラム81の下部には排熱回収ボイラ80の蒸発器83が接続され、蒸気ドラム81にて、水蒸気5が生成される。
【0112】
蒸気ドラム81が生成する水蒸気5は、排熱回収ボイラ80の過熱器84に供給され、過熱蒸気12が生成される。過熱蒸気12は、蒸気タービン20に供給される。また、蒸気ドラム81が生成する水蒸気5は、熱水貯蔵タンク40に供給される。
【0113】
実施例2に記載する熱水貯蔵発電システムは、以下の配管や流量調節弁を有する。
【0114】
蒸気ドラム81と熱水貯蔵タンク40とを接続する配管を有し、水蒸気5を熱水貯蔵タンク40に供給する。なお、この配管は、流量調節弁61を有する。
【0115】
過熱器84と混合器42とを接続する配管を有し、過熱蒸気12を混合器42に供給する。なお、この配管は、流量調節弁62を有する。
【0116】
熱水貯蔵タンク40と混合器42とを接続する配管を有し、熱水貯蔵タンク40の飽和蒸気6を混合器42に供給する。なお、この配管は、流量調節弁63を有する。
【0117】
熱水貯蔵タンク40と節炭器82とを接続する配管を有し、熱水貯蔵タンク40の熱水7を節炭器82に供給する。なお、この配管は、流量調節弁64を有する。また、この配管は、熱水貯蔵タンク40の圧力が節炭器82の圧力よりも低い状態であっても、熱水貯蔵タンク40の熱水7を節炭器82に供給することができるようにするため、給水ポンプ41を有する。
【0118】
熱水貯蔵タンク40と混合器43とを接続する配管を有し、熱水貯蔵タンク40の熱水7を混合器43に供給する。なお、この配管は、流量調節弁65を有する。
【0119】
混合器43と蒸気タービン50とを接続する配管を有し、混合器43で生成される蒸気又は混合器42で生成される蒸気を蒸気タービン50に供給する。なお、この配管は、流量調節弁66を有する。
【0120】
蒸気タービン50の停止時に、蒸気タービン50にウォーミング用の補助蒸気8を供給する配管を有し、この配管は、流量調節弁67を有する。
【0121】
過熱器84と蒸気タービン20とを接続する配管を有し、過熱蒸気12を蒸気タービン20に供給する。
【0122】
混合器42と混合器43とを接続する配管を有し、混合器42で生成される蒸気又は過熱蒸気12を混合器43に供給する。
【0123】
このように、実施例2によれば、蒸気タービン20と蒸気タービン50とを設置することにより、また、混合器42と混合器43とを設置することにより、再生可能エネルギーを使用する発電システムにおける短周期の発電出力の変動と長周期の発電出力の変動とのいずれも吸収することができ、負荷変化率が向上した熱水貯蔵発電システムを提供することができる。
【0124】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されない。また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の一部を、追加、削除、置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【0125】
1…燃料、2…空気、3…排ガス、4…ボイラ給水、5…水蒸気、6…飽和蒸気、7…熱水、8…補助蒸気、9…燃焼排ガス、10…ボイラ、11…伝熱管、12…過熱蒸気、20…定格負荷運転用蒸気タービン、21…発電機、30…復水器、31…給水ポンプ、40…熱水貯蔵タンク、41…給水ポンプ、42…飽和蒸気と過熱蒸気との混合器、43…熱水と過熱蒸気との混合器、50…高速負荷追従専用蒸気タービン、51…発電機、61…流量調節弁、62…流量調節弁、63…流量調節弁、64…流量調節弁、65…流量調節弁、66…流量調節弁、67…流量調節弁、68…流量調節弁、70…制御装置、71…温度計、72…圧力計、73…熱水レベル計、80…排熱回収ボイラ、81…蒸気ドラム、82…節炭器、83…蒸発器、84…過熱器、90…発電指令。
図1
図2
図3
図4
図5
図6