特開 2024-121241 火力発電システム、及び制御装置

(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】P2024121241

(43)【公開日】2024-09-06

(54)【発明の名称】火力発電システム、及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20240830BHJP

   F01K 23/10 20060101ALI20240830BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20240830BHJP

   B01D 53/96 20060101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

B01D53/62 ZAB

F01K23/10 U

B01D53/78

B01D53/96

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023028226

(22)【出願日】2023-02-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(72)【発明者】

【氏名】後藤 功一

【テーマコード（参考）】

3G081

4D002

【Ｆターム（参考）】

3G081BA01

3G081BA11

3G081BC07

4D002AA09

4D002AC01

4D002AC04

4D002AC10

4D002BA02

4D002BA13

4D002CA07

4D002DA31

4D002DA35

4D002EA01

4D002EA08

4D002FA01

4D002GA03

4D002GB20

4D002HA08

(57)【要約】

【課題】燃焼排ガスから二酸化炭素を回収可能な火力発電システムにおいて、電力が余剰状態の時の発電電力を用いて、電力が余剰状態でない時の発電量の低下を抑制可能な火力発電システムを提供することや、蒸気の熱を利用している場合は熱利用先の熱利用量の低下を抑制可能な火力発電システムを提供する。
【解決手段】
本実施形態に係る火力発電システムにおいて、燃焼ボイラは、炭素原子を含む燃料を用いて燃焼することにより加熱して蒸気を生成する。蒸気タービンは、燃焼ボイラから流出した蒸気を用いて回転駆動する。発電機は、蒸気タービンの駆動力を用いて発電する。復水器は、蒸気タービンの排気を冷却し、水に凝縮させる。ポンプは水を循環させる。二酸化炭素回収装置は、燃焼ボイラが排出する燃焼排ガスから二酸化炭素を回収する。電気ヒータは、電力を用いて発熱可能である。蓄熱槽は、電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、二酸化炭素回収装置の熱源として用いる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

搬送された水を、炭素原子を含む燃料を燃焼することにより加熱して蒸気を生成する燃焼ボイラと、
前記燃焼ボイラから流出した蒸気を用いて回転駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動力を用いて発電する発電機と、
前記蒸気タービンの排気を冷却し、水に凝縮させる復水器と、
前記水を循環させるポンプと、
熱源から供給される熱を用いて、前記燃焼ボイラが排出する燃焼排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、
電力を用いて発熱可能である電気ヒータと、
前記電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、前記二酸化炭素回収装置の前記熱源として用いる蓄熱槽と、
を備える、火力発電システム。

【請求項2】

炭素原子を含む燃料を用いた燃焼器の燃焼排ガスを流通する事で回転駆動力を生成するガスタービンと、
前記ガスタービンから流出した前記燃焼排ガスを用いて、搬送された水を加熱することにより蒸気を生成し、排ガスを排出するボイラと、
前記ボイラから流出した蒸気を用いて回転駆動する蒸気タービンと、
前記ガスタービン、及び前記蒸気タービンの少なくとも一方の駆動力を用いて発電する発電機と、
前記蒸気タービンの排気を冷却し、水に凝縮させる復水器と、
前記水を循環させるポンプと、
熱源から供給される熱を用いて、前記ボイラが排出する前記排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、
電力を用いて発熱可能である電気ヒータと、
前記電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、前記二酸化炭素回収装置の前記熱源として用いる蓄熱槽と、
を備える、火力発電システム。

【請求項3】

炭素原子を含む燃料を燃焼することにより、回転駆動力を生成し、排ガスを排出する内燃機関と、
前記内燃機関の駆動力を用いて発電する発電機と、
熱源から供給される熱を用いて、前記内燃機関が排出する前記排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、
電力を用いて発熱可能である電気ヒータと、
前記電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、前記二酸化炭素回収装置の前記熱源として用いる蓄熱槽と、
を備える、火力発電システム。

【請求項4】

電力が余剰状態である時に蓄熱運転を実施し、余剰電力を前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の全部あるいは一部を前記蓄熱槽に蓄熱させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の火力発電システム。

【請求項5】

前記電力が余剰状態でない時に放熱運転を実施し、前記蓄熱槽から放熱された熱を前記二酸化炭素回収装置に供給させる、請求項４に記載の火力発電システム。

【請求項6】

前記電力が余剰状態である時に、前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の一部を前記二酸化炭素回収装置に供給し、かつ前記熱の一部を蓄熱槽に蓄熱させる、請求項４に記載の火力発電システム。

【請求項7】

前記電力が余剰状態である時は前記ボイラを、前記電力が余剰状態でない時と比べて、より低負荷運転にする、請求項５に記載の火力発電システム。

【請求項8】

前記蓄熱運転を実施する際は、前記電気ヒータと前記蓄熱槽の間で熱媒体を循環させることにより、前記蓄熱槽内に蓄熱させる、請求項４に記載の火力発電システム。

【請求項9】

前記放熱運転を実施する際は、前記蓄熱槽と前記二酸化炭素回収装置の間で熱媒体を循環させることにより、前記二酸化炭素回収装置に対して熱を供給させる、請求項５に記載の火力発電システム。

【請求項10】

前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の一部を前記二酸化炭素回収装置に供給する場合には、前記電気ヒータと前記二酸化炭素回収装置の間で熱媒体を循環させることにより、前記二酸化炭素回収装置に熱を供給させる、請求項５に記載の火力発電システム。

【請求項11】

前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の一部を前記二酸化炭素回収装置に供給し、かつ前記熱の一部を蓄熱槽に蓄熱する場合には、前記電気ヒータを流出した前記熱媒体を分岐し、前記二酸化炭素回収装置と前記蓄熱槽それぞれに流入させ、前記二酸化炭素回収装置と前記蓄熱槽それぞれから流出した前記熱媒体を前記電気ヒータに流入させる、請求項１０に記載の火力発電システム。

【請求項12】

前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の一部を前記二酸化炭素回収装置に供給し、かつ前記熱の一部を蓄熱槽に蓄熱する際は、前記電気ヒータを流出した前記熱媒体を前記二酸化炭素回収装置に流入させ、前記二酸化炭素回収装置から流出した前記熱媒体を前記蓄熱槽に流入させ、前記蓄熱槽から流出した前記熱媒体を前記電気ヒータに流入させる、請求項１０に記載の火力発電システム。

【請求項13】

前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の一部を前記二酸化炭素回収装置に供給し、かつ前記熱の一部を蓄熱槽に蓄熱する場合には、前記電気ヒータを流出した前記熱媒体を前記蓄熱槽に流入させ、前記蓄熱槽から流出した前記熱媒体を前記二酸化炭素回収装置に流入させ、前記二酸化炭素回収装置から流出した前記熱媒体を前記電気ヒータに流入させる、請求項１０に記載の火力発電システム。

【請求項14】

前記二酸化炭素回収装置は、
水分を含有する吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔から供給される前記吸収液から二酸化炭素を放出させる再生塔と、
前記再生塔の前記吸収液を加熱するリボイラと、
を有し、
前記リボイラにおける前記吸収液の加熱に、前記蓄熱槽から放熱した熱を供給する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の火力発電システム。

【請求項15】

搬送された水を、炭素原子を含む燃料を燃焼することにより加熱して蒸気を生成する燃焼ボイラと、前記燃焼ボイラから流出した蒸気を用いて回転駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの駆動力を用いて発電する発電機と、前記蒸気タービンの排気を冷却し、水に凝縮させる復水器と、前記水を循環させるポンプと、熱源から供給される熱を用いて、前記燃焼ボイラが排出する燃焼排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、電力を用いて発熱可能である電気ヒータと、前記電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、前記二酸化炭素回収装置の前記熱源として用いる蓄熱槽と、を備える、火力発電システムの制御装置であって、
前記制御装置は、前記発電機の発電する電力が余剰状態である時に蓄熱運転を実施し、余剰電力を前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の全部あるいは一部を前記蓄熱槽に蓄熱させ、
前記電力が余剰状態でない時に放熱運転を実施し、前記蓄熱槽から放熱された熱を前記二酸化炭素回収装置に供給させる、火力発電システムの制御装置。

【請求項16】

炭素原子を含む燃料を用いた燃焼器の燃焼排ガスを流通する事で回転駆動力を生成するガスタービンと、前記ガスタービンから流出した前記燃焼排ガスを用いて、搬送された水を加熱することにより蒸気を生成し、排ガスを排出するボイラと、前記ボイラから流出した蒸気を用いて回転駆動する蒸気タービンと、前記ガスタービン、及び前記蒸気タービンの少なくとも一方の駆動力を用いて発電する発電機と、前記蒸気タービンの排気を冷却し、水に凝縮させる復水器と、前記水を循環させるポンプと、熱源から供給される熱を用いて、前記ボイラが排出する前記排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、電力を用いて発熱可能である電気ヒータと、前記電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、前記二酸化炭素回収装置の前記熱源として用いる蓄熱槽と、を備える、火力発電システムの制御装置であって、
前記制御装置は、前記発電機の発電する電力が余剰状態である時に蓄熱運転を実施し、余剰電力を前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の全部あるいは一部を前記蓄熱槽に蓄熱させ、
前記電力が余剰状態でない時に放熱運転を実施し、前記蓄熱槽から放熱された熱を前記二酸化炭素回収装置に供給させる、火力発電システムの制御装置。

【請求項17】

炭素原子を含む燃料を燃焼することにより、回転駆動力を生成し、排ガスを排出する内燃機関と、前記内燃機関の駆動力を用いて発電する発電機と、熱源から供給される熱を用いて、前記内燃機関が排出する前記排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、電力を用いて発熱可能である電気ヒータと、前記電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、前記二酸化炭素回収装置の前記熱源として用いる蓄熱槽と、を備える、火力発電システムの制御装置であって、
前記制御装置は、前記発電機の発電する電力が余剰状態である時に蓄熱運転を実施し、余剰電力を前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の全部あるいは一部を前記蓄熱槽に蓄熱させ、
前記電力が余剰状態でない時に放熱運転を実施し、前記蓄熱槽から放熱された熱を前記二酸化炭素回収装置に供給させる、火力発電システムの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、火力発電システム、及び制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

地球温暖化対策は世界的な課題であり、温室効果ガスである二酸化炭素を回収して貯留する技術の適用が進められている。この技術では、石炭や天然ガスといった炭素原子を含む化石燃料を燃焼する火力発電所など二酸化炭素を大量に排出する施設から排出される排気を大気に放散する前に、排気の中から二酸化炭素だけを分離回収し、地中深くの安定した地層に圧入し、長期間にわたって貯留する。また、回収した二酸化炭素を有効利用する技術の適用も進められている。この技術では、例えば二酸化炭素を古い油田に注入することで、油田に残った原油を圧力で押し出しつつ、二酸化炭素を地中に貯留する。この場合、石油の増産にもつながっている。さらに、二酸化炭素を資源として化学品や燃料などの原料に使用して有価物を製造する取り組みも進んでいる。

【0003】

二酸化炭素回収方法として、二酸化炭素回収装置を用いる例が知られている（特許文献１参照）。この二酸化炭素回収装置は、水分を含有する吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、吸収塔から供給される吸収液から二酸化炭素を放出させる再生塔と、再生塔の吸収液を加熱するリボイラを有している。吸収液は例えばアミン水溶液である。なお、二酸化炭素回収方法は他に一般に知られている。

【0004】

従来技術１に係る火力発電システム２００を、図１１を用いて説明する。図１１は、従来技術１に係る火力発電システム２００の構成例を示す図である。火力発電システム２００は、石炭火力発電所に二酸化炭素回収装置３４を組み込んだ例である。図１１に示すように、火力発電システム２００は、燃焼ボイラ１と、復水ポンプ９と、蒸気タービン１０と、二酸化炭素回収装置３４と、復水器３５と、発電機４０とを備えて構成される。

【0005】

ここで、燃焼ボイラ１は、例えば石炭ボイラであり、燃料２は石炭とする。燃焼ボイラ１（石炭ボイラ）に燃料２（石炭）と燃焼用空気３を入れ、石炭２を燃焼させ燃焼排ガス４を発生する。二酸化炭素回収装置３４は主に吸収塔５と再生塔６と、再生塔６に内蔵されているリボイラと、吸収液ポンプと吸収液から構成される。なお、リボイラ、吸収液ポンプ、吸収液は図示を省略している。

【0006】

燃焼排ガス４は、吸収塔５内に導かれる。吸収塔には、二酸化炭素を吸収する吸収液が供給され、この供給された吸収液は、導入された燃焼排ガス４と気液接触して、燃焼排ガス４中の二酸化炭素を吸収する。これにより、吸収後の吸収液は再生塔６へ流入するが、その際、吸収液内の二酸化炭素７も再生塔６へ移動する。一方で、吸収液に二酸化炭素を吸収された残りの燃焼排ガスは、大気へ放出される。再生塔６は、吸収後の吸収液をリボイラにより加熱し、吸収液から二酸化炭素８を放出させる。二酸化炭素８を放出し元に戻った吸収液は吸収塔５へ流入する。この吸収液は、吸収液ポンプにより、吸収塔５と再生塔６の間を循環する。なお、二酸化炭素８の吸収塔５における吸収や、再生塔６における放出や、吸収塔５から再生塔６への移動は、詳細には描かず模式的に描いている。

【0007】

二酸化炭素８が回収された燃焼排ガス４は大気へ放出される。図示していないが、吸収液から放出させた二酸化炭素８は貯留先あるいは有価物製造先に搬送される。燃焼ボイラ１では、復水ポンプ９により搬入された水２３を、燃焼排ガス４の熱により加熱し、蒸気２４を製造する。蒸気２４は、蒸気タービン１０内を低温低圧になりながら流通することで、羽根車である蒸気タービン１０を回転駆動させ、蒸気タービン１０に機械的に接続させた発電機４０が発電する。

【0008】

蒸気タービン１０から排出された蒸気２４は、復水器３５により冷却水、例えば海水により冷却され、水２３に変化して、復水ポンプ９により循環する。蒸気タービン１０の途中から抽気された抽気蒸気１１は、再生塔６に内蔵されたリボイラに流入し、吸収後の吸収液を加熱した後、復水器３５に流入し水２３に変化する。また、バイオマス火力発電所や廃棄物燃焼発電所に二酸化炭素回収装置３４を組み込むことも可能である。この場合には、前記例における石炭ボイラをそれぞれバイオマスボイラや廃棄物燃焼ボイラに置き換えた状態とすることが可能である。また、バイオマス火力発電所や廃棄物燃焼発電所に二酸化炭素回収装置３４を組み込む場合は、前記例における石炭ボイラをそれぞれバイオマスボイラや廃棄物燃焼ボイラに置き換えた状態である。

【0009】

従来技術２に係る火力発電システム２０２を、図１２を用いて説明する。図１２は、従来技術２に係る火力発電システム２０２の構成例を示す図である。火力発電システム２０２は、天然ガス１２を燃料としたコンバインド火力発電所に二酸化炭素回収装置３４を組み込んだ例である。図１２に示すように、この火力発電システム２０２は、ガスタービン１３と、復水ポンプ９と、蒸気タービン１０と、二酸化炭素回収装置３４と、復水器３５と、発電機４０、４２とを、備えて構成される。また、ガスタービン１３は圧縮機１４、燃焼器１５、膨張機１６から構成される。

【0010】

羽根車である圧縮機１４は、大気３を圧縮し燃焼用空気として燃焼器１５に流入させる。燃焼器１５は、流入した天然ガス１２を燃焼用空気により燃焼させ高温高圧の燃焼排ガスが発生する。燃焼排ガスは、膨張機１６内を低温低圧になりながら流通する事で、羽根車である膨張機１６を回転駆動させ、膨張機１６に機械的に接続させた圧縮機１４を回転駆動させる。

【0011】

膨張機１６に機械的に接続させた発電機４２が発電する。膨張機１６から排出されたガスタービン１３の燃焼排ガス４は、排熱回収ボイラ１７ａを流通する。排熱回収ボイラ１７ａでは、復水ポンプ９により搬入された水２３を、燃焼排ガス４の熱により加熱し蒸気２４を製造する。

【0012】

従来技術２に係る復水ポンプ９、二酸化炭素回収装置３４、及び復水器３５は、従来技術１に係る火力発電システム２００の復水ポンプ９、蒸気タービン１０、二酸化炭素回収装置３４、及び復水器３５（図１１参照）と同等の構造である。すなわち、ガスタービン１３の排ガス４は、吸収塔５内に導かれる。吸収塔には、二酸化炭素を吸収する吸収液が供給され、この供給された吸収液は、導入された燃焼排ガス４と気液接触して、燃焼排ガス４中の二酸化炭素を吸収する。

【0013】

排熱回収ボイラ１７ａでは、復水ポンプ９により搬入された水２３を、ガスタービン１３の排ガス１８の熱により加熱し蒸気２４を製造する。後は、従来技術１に係る火力発電システム２００と同様の処理により、蒸気タービン１０に接続される発電機が発電する。すなわち、蒸気２４は、蒸気タービン１０内を低温低圧になりながら流通する事で、蒸気タービン１０を回転駆動させ、蒸気タービン１０に機械的に接続させた発電機４０が発電する。なお、本実施形態では、排ガス１８を燃焼排ガス１８と、称する場合がある。

【0014】

一方で、ガスタービン１３と蒸気タービン１０それぞれの回転軸が機械的に接続されている場合には、その回転軸に１台の発電機を機械的に接続して発電することも可能である。蒸気タービン１０から排出された蒸気２４は、復水器３５において例えば海水により冷却され、水２３に変化し、循環する。蒸気タービン１０の途中から抽気された抽気蒸気１１は、リボイラに流入し、吸収後の吸収液を加熱した後、復水器３５に流入し水２３に変化する。

【0015】

従来技術３に係る火力発電システム２０４を、図１３を用いて説明する。図１３は、従来技術３に係る火力発電システム２０４の構成例を示す図である。火力発電システム２０４は、内燃機関３８に二酸化炭素回収装置３４を組み込んだ例である。図１３に示すように、火力発電システム２０４は、内燃機関３８と、復水ポンプ９と、蒸気タービン１０と、二酸化炭素回収装置３４と、復水器３５と、発電機４４とを備えて構成される。更に熱利用先３７が図示されている。

【0016】

内燃機関３８は例えばガスエンジンやディーゼルエンジンであり、ガスエンジンであれば燃料２は都市ガスであり、ディーゼルエンジンであれば燃料２はディーゼル燃料である。内燃機関３８に燃料２と燃焼用空気３を入れ、燃料２を燃焼させ燃焼排ガス４が発生する。この爆発的燃焼により回転軸を回転駆動させ、内燃機関３８に機械的に接続させた発電機４４が発電する。

【0017】

燃焼排ガス４は排熱回収ボイラ３６に流入する。排熱回収ボイラ３６では、復水ポンプ９により搬入された水２３を、燃焼排ガス４の熱により加熱し蒸気２４を製造する。

【0018】

従来技術３に係る復水ポンプ９、二酸化炭素回収装置３４、及び復水器３５は、従来技術１に係る火力発電システム２００の復水ポンプ９、蒸気タービン１０、二酸化炭素回収装置３４、及び復水器３５（図１１参照）と同等の構造である。すなわち、内燃機関３８の排ガス４は、吸収塔５内に導かれる。吸収塔には、二酸化炭素を吸収する吸収液が供給され、この供給された吸収液は、導入された燃焼排ガス４と気液接触して、燃焼排ガス４中の二酸化炭素を吸収する。二酸化炭素回収装置３４から排出された蒸気２４は、熱利用先３７において熱利用される。蒸気２４は熱利用先３７により冷却され水２３に変化し、循環する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0019】

【特許文献1】特許第６３９２０９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0020】

ところが、石炭火力発電所、バイオマス火力発電所、廃棄物燃焼発電所いずれにおいても、リボイラの加熱源として、火力発電プラント等の蒸気タービン内から抽気した抽気蒸気の熱を利用している。そのため、蒸気タービン内において抽気した場所より下流では、蒸気タービン内を流通している蒸気流量が減っており、その分、熱利用量が低下してしまう。これにより、発電量が減少してしまう。このように、熱利用量が減少するという課題がある。

【0021】

また、内燃機関を用いた発電所や分散電源においては、リボイラにおける、吸収後の吸収液の加熱に、排熱回収ボイラが製造した蒸気の熱を利用している。そのため、熱利用先で使用される熱量が減っており、その分、熱利用量が減少する。よって、この熱利用量の減少をなくしたいという課題がある。このように、蒸気を利用する蒸気タービン、熱利用先などの負荷は、リボイラの加熱源に蒸気を抽気されると、熱利用量が低下してしまう。

【0022】

ところで、夜間など電力が余剰状態の時は発電不要であり、発電運転を停止させたい要求がある。しかし、石炭火力発電所、バイオマス火力発電所、廃棄物燃焼発電所では、それぞれ石炭ボイラ、バイオマスボイラ、廃棄物燃焼ボイラは一旦停止すると再起動まで時間がかかるため停止させることができず、燃料を消費して余剰電力を増やしてしまう。このため、従来捨てている余剰電力を有効利用したいという課題がある。

【0023】

本発明が解決しようする課題は、電力が余剰状態の時の発電電力を用いて、電力が余剰状態でない時の発電量の低下を抑制可能な火力発電システムを提供することや、蒸気の熱を利用している場合は熱利用先の熱利用量の低下を抑制可能な火力発電システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0024】

本実施形態に係る火力発電システムは、燃焼ボイラと、蒸気タービンと、発電機と、復水器と、ポンプと、二酸化炭素回収装置と、電気ヒータと、蓄熱槽と、を備える。燃焼ボイラは、搬送された水を、炭素原子を含む燃料を燃焼することにより加熱して蒸気を生成する。蒸気タービンは、燃焼ボイラから流出した蒸気を用いて回転駆動する。発電機は、蒸気タービンの駆動力を用いて発電する。復水器は、蒸気タービンの排気を冷却し、水に凝縮させる。ポンプは水を循環させる。二酸化炭素回収装置は、燃焼ボイラが排出する燃焼排ガスから二酸化炭素を回収する。電気ヒータは、電力を用いて発熱可能である。蓄熱槽は、電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、二酸化炭素回収装置の熱源として用いる。

【発明の効果】

【0025】

本実施形態によれば、燃焼排ガスから二酸化炭素を回収可能な火力発電システムにおいて、電力が余剰状態の時の発電電力を用いて、電力が余剰状態でない時の発電量の低下を抑制可能な火力発電システムを提供することや、蒸気の熱を利用している場合は熱利用先の熱利用量の低下を抑制可能な火力発電システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】第１実施形態に係る火力発電システムの構成、及び電力余剰時の運転状態図。

【図2】第１実施形態に係る火力発電システムの構成、及び電力余剰時でない運転状態図。

【図3】第２実施形態に係る火力発電システムの構成、及び電力余剰時の運転状態図。

【図4】第２実施形態に係る火力発電システムの構成、及び電力余剰時でない運転状態図

【図5】第３実施形態に係る火力発電システムの構成、及び電力余剰時の運転状態図。

【図6】第３実施形態に係る火力発電システムの構成、及び電力余剰時でない運転状態図

【図7】第４実施形態に係る火力発電システムの構成、及び電力余剰時の運転状態図。

【図8】第４実施形態に係る火力発電システムの構成、及び電力余剰時でない運転状態図

【図9】第５実施形態に係る火力発電システムの構成、及び電力余剰時の運転状態図。

【図10】第５実施形態に係る火力発電システムの構成、及び電力余剰時でない運転状態図

【図11】従来技術１に係る火力発電システムの構成例を示す図。

【図12】従来技術２に係る火力発電システムの構成例を示す図。

【図13】従来技術３に係る火力発電システムの構成例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。下記の実施形態は、本発明を限定するものではない。

【0028】

（第１実施形態）
図１及び図２は、第１実施形態に係る火力発電システム１００の構成、及び状態例を示す図である。図１は、電力が余剰である時の運転状態を示す図である。図２は、電力余剰時でない時の運転状態を示す図である。なお、従来技術と同じである部分の説明は、同一の番号を付して説明を省略する場合がある。また、これ以降、弁は、開状態を白抜きで、閉状態を黒塗りで図示する。

【0029】

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る火力発電システム１００は、燃焼ボイラ１と、復水ポンプ９と、蒸気タービン１０と、搬送機２０と、電気ヒータ２１と、蓄熱槽２２と、弁２５、２６、２７、２８、２９と、二酸化炭素回収装置３４と、復水器３５と、発電機４０と、制御装置５０と、を備えて構成される。制御装置50はなくてもよく、ない場合は、火力発電システム１００の運転員が操作する事で制御する。すなわち、本実施形態では、火力発電システム１００の各構成を運転員が運転操作する第１モードと、制御装置50により運転操作する第２モードと、を有する。以下の説明では、第２モードとして説明する場合もあるが、第１モードでも同じ運転操作が可能である。また、二酸化炭素回収装置３４は、吸収塔５と、再生塔６とを、有する。さらに、図１、及び２では、炭素原子を含む燃料２、燃焼用空気３、燃焼排ガス４、吸収液内の二酸化炭素７、二酸化炭素８、熱媒体１９、水２３、蒸気２４が図示されている。なお、本実施形態では、燃焼排ガス４を、排ガスと称する場合がある。

【0030】

図１及び図２に示すように、燃焼ボイラ１は、弁３０を介して蒸気タービン１０と連通している。蒸気タービン１０は、復水器３５と連通し、復水器３５は、復水ポンプ９を介して燃焼ボイラ１と連通し、循環流路をしている。

【0031】

また、燃焼ボイラ１の排出流路は、二酸化炭素回収装置３４の吸収塔５に連通している。また、再生塔６は、弁２７、及び弁２９の一方を介して、蓄熱槽２２に連通可能である。また、電気ヒータ２１は、弁２６を介して吸収塔５と連通可能であり、弁２５を介して搬送機２０と連通可能である。

【0032】

すなわち、燃焼ボイラ１は、復水ポンプ９から搬送された水２３を、炭素原子を含む燃料２を用いて燃焼することにより加熱して蒸気２４を生成する。蒸気タービン１０は、燃焼ボイラ１から流出した蒸気２４を用いて回転駆動する。発電機４０は、蒸気タービン１０の駆動力を用いて発電する。なお、本実施形態に係る蒸気タービン１０が負荷部に対応する。すなわち、本実施形態に係る発電機４０は、負荷部である蒸気タービン１０の駆動力を用いて発電する。また、復水器３５は、蒸気タービン１０の排気を冷却し、水に凝縮させ、復水ポンプ９を介して燃焼ボイラ１に循環させる。

【0033】

熱媒体１９は例えば熱媒油や水や蒸気や空気であり、搬送機２０は、例えば搬送機２０を流通する際に熱媒体１９が液体であればポンプであり、気体であればブロワである。

【0034】

電気ヒータ２１は、商用電力を用いて発熱する。この電気ヒータ２１は、搬送機２０で搬送された熱媒体１９を加熱する。なお、電気ヒータ２１は、発電機４０の発電電力の利用も可能である。

【0035】

蓄熱槽２２は、熱媒体１９の保有熱を吸熱し蓄熱が可能な蓄熱材を有する。この蓄熱槽２２は、電気ヒータの発生させた熱の全部あるいは一部を蓄熱し、二酸化炭素回収装置３４の熱源として利用する。すなわち、この蓄熱槽２２は、電気ヒータ２１で加熱された全部あるいは一部である熱媒体１９の保有熱を吸熱し蓄熱する。また、蓄熱槽２２は、蓄熱した熱を放熱して、二酸化炭素回収装置３４に受け渡すことが可能である。

【0036】

二酸化炭素回収装置３４は、水分を含有する吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔５と、吸収塔５から供給される吸収液から二酸化炭素を放出させる再生塔６と、再生塔６の吸収液を加熱するリボイラと、を有する。このリボイラにおける吸収液の加熱には、蓄熱槽２２から放熱した熱により加熱された熱媒体１９、及び電気ヒータ２１により加熱された熱媒体１９の少なくとも一方が利用される。

【0037】

制御装置５０は、火力発電システム１００内の各構成を制御することが可能な装置である。また、この制御装置５０は、火力発電システム１００の運転状態に対応させて弁２５、２６、２７、２８、２９の開閉を制御することが可能である。すなわち、この制御装置５０は、蓄熱運転、及び放熱運転のいずれかに蓄熱槽２２の運転状態を制御することが可能である。例えば、制御装置５０には、状態信号が入力され、電力が余剰である時と、電力が余剰でない時とを判別可能に構成される。或いは、制御装置５０は、時間帯により、電力が余剰である時と、電力が余剰でない時とを判別してもよい。或いは、制御装置５０は、不図示の再生可能エネルギ発電設備の発電量に応じて、電力が余剰である時と、電力が余剰でない時とを判別してもよい。

【0038】

（電力が余剰である時の運転状態）
図１を参照しつつ、電力が余剰である時の運転状態を説明する。電力が余剰である時とは、例えば電力需要の小さい夜間であり、昼間でも太陽光発電の発電量が大きい時などに余剰になる。制御装置５０は、電力が余剰である時に、弁２５、２６、２７、２８を開き、弁２９を閉じ、電気ヒータ２１に商用電力を通電し、搬送機２０を稼働させる。これにより、搬送機２０、弁２５、電気ヒータ２１、弁２６、及び二酸化炭素回収装置３４の第１循環流路と、弁２７、蓄熱槽２２、弁２８、搬送機２０、弁２５、電気ヒータ２１、弁２６の第２循環流路と、が構成される。搬送機２０、弁２５、電気ヒータ２１、弁２６の流路は重複している。

【0039】

本実施形態に係る制御装置５０は、蓄熱運転を実施し、余剰電力を電気ヒータ２１に通電させて発生させた熱の全部あるいは一部を蓄熱槽２２に蓄熱させる制御を実行する。すなわち、本実施形態に係る制御装置５０は、電気ヒータ２１に通電させて発生させた熱の一部を二酸化炭素回収装置３４に受け渡して利用させ、かつ熱の一部を蓄熱槽２２に蓄熱させる制御を実行する。例えば制御装置５０は、電気ヒータ２１と蓄熱槽２２の間で熱媒体１９を、第２循環流路を用いて循環させることにより、蓄熱槽２２内に蓄熱させる制御を実行する。また、例えば、制御装置５０は、電気ヒータ２１に通電させて発生させた熱の一部を二酸化炭素回収装置３４に受け渡して利用する際は、電気ヒータ２１と二酸化炭素回収装置３４の間で熱媒体１９を、第１循環流路を用いて循環させることにより、二酸化炭素回収装置３４に熱を受け渡させる制御を実行する。

【0040】

より具体的には、搬送機２０で搬送された熱媒体１９は、弁２５を介して電気ヒータ２１に流入し、電気ヒータ２１で加熱され温度上昇する。温度上昇した熱媒体１９は、電気ヒータ２１から弁２６を介して流出した後に、２つに分岐する。一方は、二酸化炭素回収装置３４に、他方は、弁２７を介して蓄熱槽２２に流入する。なお、熱媒体１９が水や蒸気である場合は、吸熱放熱に伴い相変化してもよい。

【0041】

二酸化炭素回収装置３４の再生塔６に流入した熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４内の吸収液に熱を受け渡し、温度低下する。また、再生塔６ないで加熱された吸収液からは、二酸化炭素８を放出させる。二酸化炭素８を放出し元に戻った吸収液は吸収塔５へ流入する。

【0042】

蓄熱槽２２に流入した熱媒体１９は、蓄熱槽２２内の蓄熱物質を加熱し、温度低下する。二酸化炭素回収装置３４から流出した熱媒体１９と、蓄熱槽２２から弁２８を介して流出した熱媒体１９と、は合流し、搬送機２０に流入し循環する。このように、電気ヒータ２１に通電させて発生させた熱の一部を二酸化炭素回収装置３４に受け渡して利用し、かつ熱の一部を蓄熱槽２２に蓄熱する際は、電気ヒータ２１、弁２６を介して流出した熱媒体１９を分岐し、二酸化炭素回収装置３４と、弁２７を介して蓄熱槽２２それぞれに流入させる。そして、二酸化炭素回収装置３４から流出した熱媒体１９と、蓄熱槽２２、弁２８を介して流出した熱媒体１９を、搬送機２０、及び弁２５を介して電気ヒータ２１に流入させる。

【0043】

制御装置５０は、熱媒体１９の流量や分岐流量比を、搬送機２０の出力と弁２７等の開度で調整する。また、制御装置５０は、熱媒体１９の初期温度を電気ヒータ２１の出力で調節する。電気ヒータ２１により加熱された熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４では熱源として利用され、蓄熱槽２２では蓄熱に利用される。

【0044】

（電力が余剰でない時の運転状態）
次に、図２を参照しつつ、電力が余剰でない時の運転状態を説明する。制御装置５０は、弁２７、２９を開き、弁２５、２６、２８を閉じ、電気ヒータ２１に通電せず、搬送機２０を稼働させる。これにより、搬送機２０、弁２９、蓄熱槽２２、弁２７、及び二酸化炭素回収装置３４の循環流路が構成される。

【0045】

制御装置５０は、蓄熱槽２２の放熱運転を実施し、蓄熱槽２２から放熱された熱を二酸化炭素回収装置３４に受け渡して利用させる制御を実行する。すなわち、本実施形態に係る制御装置５０は、蓄熱槽２２と二酸化炭素回収装置３４との間で循環流路により熱媒体１９を循環させることにより、二酸化炭素回収装置３４に熱を受け渡させる制御を実行する。

【0046】

より具体的には、搬送機２０で搬送された熱媒体１９は、弁２９を介して蓄熱槽２２に流入する。蓄熱槽２２に流入した熱媒体１９は、蓄熱槽２２内の蓄熱物質からの放熱により加熱され、温度上昇する。蓄熱槽２２を流出した熱媒体１９は弁２７を介して二酸化炭素回収装置３４に流入し、熱を受け渡し、温度低下する。二酸化炭素回収装置３４を流出した熱媒体１９は搬送機２０に流入し循環する。

【0047】

制御装置５０は、熱媒体１９の流量を搬送機２０の出力と弁２９等の開度で調節する。蓄熱槽２２において加熱された熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４では熱源として利用されている。仮に蓄熱槽２２の蓄熱状態を長時間保持するのならば、制御装置５０は、弁２７、２８、２９を閉じる制御を実行する。

【0048】

このように、電力が余剰である時も、余剰でない時も、二酸化炭素回収装置３４の熱源は、蒸気タービン１０の抽気蒸気１１ではないため、蒸気タービン１０に流通する蒸気流量は減少せず、発電量は減少しない。すなわち、発電機４０の発電量の低下を抑制できる。また、電力が余剰である時に従来捨てている余剰電力を、蓄熱槽２２の蓄熱、及び二酸化炭素回収装置３４の加熱のうちの少なくとも蓄熱槽２２の蓄熱に熱を供給することで有効利用している。また、本実施形態に係る火力発電システム１００は、蓄熱槽２２の蓄熱時に、蓄熱槽２２、二酸化炭素回収装置３４それぞれに流入する熱媒体１９の温度は同じだが、流量を異ならせることが可能となるので、そのような条件が望まれる場合に適している。

【0049】

このように、電気ヒータ２１の発生させた熱の全部あるいは一部を蓄熱し、二酸化炭素回収装置３４の熱源として利用する蓄熱槽２２を構成し、蓄熱槽２２から放熱された熱を二酸化炭素回収装置３４の熱源として利用することとした。これにより、電力が余剰である時に蓄熱槽２２に蓄熱し、電力が余剰でない時に、二酸化炭素回収装置３４の熱源として電気ヒータ２１を用いなくとも、蓄熱槽２２から放熱された熱を二酸化炭素回収装置３４の熱源として利用することが可能となる。これらから分かるように、電力が余剰である時と、電力が余剰でない時との、時間的なずれを利用して蓄熱槽２２の蓄熱と放熱とを行うことが可能となり、蒸気タービン１０の駆動に用いる蒸気を減少させずに、発電機４０の発電が可能となる。このように、電力が余剰である時の電気ヒータ２１の発生エネルギを用いて、電力が余剰でない時の発電機４０の発電量の低下を抑制できる。

【0050】

以上説明したように、本実施形態によれば、電気ヒータ２１の発生させた熱の全部あるいは一部を蓄熱することが可能な蓄熱槽２２を構成することとした。これにより、電力が余剰である時に、電気ヒータ２１の発生させた熱を用いて蓄熱槽２２に熱を蓄積し、電力が余剰でない時には、電気ヒータ２１を用いなくとも、蓄熱槽２２に蓄積された熱を用いて、二酸化炭素回収装置３４の熱源とすることが可能となる。このように、蓄熱槽２２の放熱を、発電機４０の運転中の二酸化炭素回収装置３４の熱源とすることが可能となる。このため、電力が余剰でない時における発電機４０の運転中の燃焼ボイラ１の発生する熱量を二酸化炭素回収装置３４の熱源とする必要がなくなり、電力が余剰でない時にも、発電機４０の発電量の低下が抑制可能となる。

【0051】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る火力発電システム１００ｃは、蓄熱槽２２の蓄熱をする場合に、二酸化炭素回収装置３４の下流側に流れる熱媒体１９を用いて蓄熱する点で、第１実施形態に係る火力発電システム１００と相違する。以下では、第１実施形態に係る火力発電システム１００と相違する点を説明する。

【0052】

図３及び図４は、第２実施形態に係る火力発電システム１００ａの構成、及び状態例を示す図である。図３は、電力が余剰である時の運転状態を示す図である。図４は、電力余剰時でない時の運転状態を示す図である。

【0053】

（電力が余剰である時の運転状態）
図３を参照しつつ、電力が余剰である時の運転状態を説明する。制御装置５０は、弁２５、２６、２８、３０を開き、弁２７、２９、３１を閉じ、電気ヒータ２１に商用電力を通電し、搬送機２０を稼働させる。これにより、搬送機２０、弁２５、電気ヒータ２１、弁２６、二酸化炭素回収装置３４、弁３０、蓄熱槽２２、及び弁２８の循環流路が構成される。

【0054】

制御装置５０は、電気ヒータ２１に通電させて発生させた熱の一部を二酸化炭素回収装置３４に受け渡して利用し、かつ、発生させた熱の一部を蓄熱槽２２に蓄熱する制御を実行する。この際に、制御装置５０は、電気ヒータ２１を流出した熱媒体１９を、弁２６を介して二酸化炭素回収装置３４に流入させ、二酸化炭素回収装置３４から流出した熱媒体１９を、弁３０を介して蓄熱槽２２に流入させ、蓄熱槽２２から流出した熱媒体１９を弁２８、及び、搬送機２０を介して電気ヒータ２１に流入させる。

【0055】

より詳細には、搬送機２０で搬送された熱媒体１９は、弁２５を介して電気ヒータ２１に流入し、電気ヒータ２１で加熱され温度上昇する。温度上昇した熱媒体１９は、電気ヒータ２１から弁２６を介して流出した後に、二酸化炭素回収装置３４に流入する。

【0056】

二酸化炭素回収装置３４に流入した熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４に熱を受け渡し、温度低下する。二酸化炭素回収装置３４を流出した熱媒体１９は、弁３０を介して蓄熱槽２２に流入する。蓄熱槽２２に流入した熱媒体１９は、蓄熱槽２２内の蓄熱物質を加熱し、温度低下する。蓄熱槽２２を流出した熱媒体１９は、弁２８を介して搬送機２０に流入し循環する。

【0057】

制御装置５０は、熱媒体１９の流量を、搬送機２０の出力と弁２５等の開度で調整する。また、制御装置５０は、二酸化炭素回収装置３４を流出した熱媒体１９を電気ヒータ２１の出力で調節する。電気ヒータ２１により加熱された熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４では熱源として利用され、蓄熱槽２２では蓄熱に利用される。

【0058】

（電力が余剰でない時の運転状態）
次に、図４を参照しつつ、電力が余剰でない時の運転状態を説明する。制御装置５０は、弁２７、２９、３１を開き、弁２５、２６、２８、３０を閉じ、電気ヒータ２１に通電せず、搬送機２０を稼働させる。これにより、搬送機２０、弁２９、蓄熱槽２２、弁２７、二酸化炭素回収装置３４、及び弁３１の循環流路が構成される。

【0059】

より具体的には、搬送機２０で搬送された熱媒体１９は、弁２９を介して蓄熱槽２２に流入する。蓄熱槽２２に流入した熱媒体１９は、蓄熱槽２２内の蓄熱物質からの放熱により加熱され、温度上昇する。蓄熱槽２２を流出した熱媒体１９は、弁２７を介して二酸化炭素回収装置３４に流入し、熱を受け渡し、温度低下する。二酸化炭素回収装置３４を流出した熱媒体１９は、弁３１を介して搬送機２０に流入し循環する。制御装置５０は、熱媒体１９の流量は搬送機２０の出力や弁２９等の開度で調節する。蓄熱槽２２において加熱された熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４では熱源として利用されている。仮に蓄熱槽２２の蓄熱状態を長時間保持するのならば、制御装置５０は、弁２７、２８、３０を閉じる制御を実行する。このように、本実施形態に係る火力発電システム１００ａも第１実施形態に係る火力発電システム１００と同等の効果を得ることが可能である。

【0060】

本実施形態に係る火力発電システム１００ａは、蓄熱槽２２に蓄熱時に、蓄熱槽２２、二酸化炭素回収装置３４それぞれに流入する熱媒体１９の流量は同じだが、二酸化炭素回収装置３４への流入温度は蓄熱槽２２への流入温度より高いので、そのような条件が望まれる場合に適している。

【0061】

以上説明したように、本実施形態によれば、電力が余剰である時に、電気ヒータ２１を流出した熱媒体１９を、弁２６を介して二酸化炭素回収装置３４に流入させ、二酸化炭素回収装置３４から流出した熱媒体１９を、弁３０を介して蓄熱槽２２に流入させこととした。これにより、電気ヒータ２１に通電させて発生させた熱の一部を二酸化炭素回収装置３４に受け渡して利用させ、かつ熱の一部を蓄熱槽２２に蓄熱させることが可能となる。また、二酸化炭素回収装置３４に流入し、熱を受け渡し、温度低下した熱媒体１９を蓄熱槽２２に流入させことが可能となる。

【0062】

（第３実施形態）
第３実施形態に係る火力発電システム１００ｂは、蓄熱槽２２の蓄熱をする場合に、蓄熱槽２２の下流側に流れる熱媒体１９を用いて二酸化炭素回収装置３４を加熱する点で、第１実施形態に係る火力発電システム１００と相違する。以下では、第１実施形態に係る火力発電システム１００と相違する点を説明する。

【0063】

図５及び図６は、第３実施形態に係る火力発電システム１００ｂの構成、及び状態例を示す図である。図５は、電力が余剰である時の運転状態を示す図である。図６は、電力余剰時でない時の運転状態を示す図である。

【0064】

（電力が余剰である時の運転状態）
図５を参照しつつ、電力が余剰である時の運転状態を説明する。制御装置５０は、弁２５、２６、２８を開き、弁２９を閉じ、電気ヒータ２１に商用電力を通電し、搬送機２０を稼働させる。これにより、搬送機２０、弁２５、電気ヒータ２１、弁２６、蓄熱槽２２、弁２８、及び二酸化炭素回収装置３４の循環流路が構成される。

【0065】

より詳細には、搬送機２０で搬送された熱媒体１９は、弁２５を介して電気ヒータ２１に流入し、電気ヒータ２１で加熱され温度上昇する。温度上昇した熱媒体１９は、電気ヒータ２１から弁２６を介して流出した後に、蓄熱槽２２に流入する。蓄熱槽２２に流入した熱媒体１９は、蓄熱槽２２内の蓄熱物質を加熱し、温度低下する。

【0066】

蓄熱槽２２を流出した熱媒体１９は、弁２８を介して二酸化炭素回収装置３４に流入する。二酸化炭素回収装置３４に流入した熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４に熱を受け渡し、温度低下する。二酸化炭素回収装置３４を流出した熱媒体１９は搬送機２０に流入し循環する。

【0067】

制御装置５０は、熱媒体１９の流量を、搬送機２０の出力や弁２６等の開度で調整する。また、制御装置５０は、二酸化炭素回収装置３４に流入する熱媒体１９の温度を電気ヒータ２１の出力で調節する。電気ヒータ２１により加熱された熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４では熱源として利用され、蓄熱槽２２では蓄熱に利用される。このように、蓄熱槽２２を流出し、流入時よりも温度低下した熱媒体１９により二酸化炭素回収装置３４が加熱される。

【0068】

（電力が余剰でない時の運転状態）
次に、図６を参照しつつ、電力が余剰でない時の運転状態を説明する。制御装置５０は、弁２８、２９を開き、弁２５、２６を閉じ、電気ヒータ２１に通電せず、搬送機２０を稼働させる。すなわち、電力が余剰でない時の運転状態では、搬送機２０、弁２９、蓄熱槽２２、弁２８、及び二酸化炭素回収装置３４の循環流路が構成される。

【0069】

より具体的には、搬送機２０で搬送された熱媒体１９は、弁２９を介して蓄熱槽２２に流入する。蓄熱槽２２に流入した熱媒体１９は、蓄熱槽２２内の蓄熱物質からの放熱により加熱され、温度上昇する。蓄熱槽２２を流出した熱媒体１９は弁２９を介して二酸化炭素回収装置３４に流入し、熱を受け渡し、温度低下する。二酸化炭素回収装置３４を流出した熱媒体１９は搬送機２０に流入し循環する。

【0070】

制御装置５０は、熱媒体１９の流量を搬送機２０の出力や弁２９等の開度で調節する。また、蓄熱槽２２において加熱された熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４では熱源として利用されている。制御装置５０は、仮に蓄熱槽２２の蓄熱状態を長時間保持するのならば、弁２６、２８、２９を閉じる制御を実行する。

【0071】

このように、本実施形態に係る火力発電システム１００ｂは、実施形態１、２に係る火力発電システム１００、１００ａ、と同等の効果が得られる。また、本実施形態に係る火力発電システム１００ｂは、蓄熱槽２２の蓄熱時に、蓄熱槽２２、及び二酸化炭素回収装置３４それぞれに流入する熱媒体１９の流量は同じだが、蓄熱槽２２への流入温度は二酸化炭素回収装置３４への流入温度より高いので、そのような条件が望まれる場合に適している。

【0072】

以上説明したように、本実施形態によれば、電力が余剰である時に、電気ヒータ２１を流出した熱媒体１９を、弁２６を介して蓄熱槽２２に流入させ、蓄熱槽２２から流出した熱媒体１９を、弁２８を介して二酸化炭素回収装置３４に流入させこととした。これにより、電気ヒータ２１に通電させて発生させた熱の一部を二酸化炭素回収装置３４に受け渡して利用させ、かつ熱の一部を蓄熱槽２２に蓄熱させることが可能となる。また、蓄熱槽２２に流入し、熱を受け渡し、温度低下した熱媒体１９を二酸化炭素回収装置３４に流入させことが可能となる。

【0073】

（第４実施形態）
第４実施形態に係る火力発電システム１０２は、ガスタービン１３の排ガス１８を排熱回収ボイラ１７ａに供給している点で、第１実施形態に係る火力発電システム１００と相違する。以下では、第１実施形態に係る火力発電システム１００と相違する点を説明する。

【0074】

図７及び図８は、第４実施形態に係る火力発電システム１０２の構成、及び状態例を示す図である。図７は、電力が余剰である時の運転状態を示す図である。図８は、電力余剰時でない時の運転状態を示す図である。

【0075】

図７及び図８に示すように、４実施形態に係る火力発電システム１０２は、ガスタービン１３と、発電機４２と、排熱回収ボイラ１７ａとを更に有する点で第１実施形態に係る火力発電システム１００と相違する。ガスタービン１３は圧縮機１４、燃焼器１５、膨張機１６から構成される。なお、本実施形態に係るガスタービン１３が燃焼部に対応する。

【0076】

羽根車である圧縮機１４は、大気３を圧縮し燃焼用空気として燃焼器１５に流入させる。燃焼器１５は、流入した天然ガス１２を燃焼用空気により燃焼させ高温高圧の燃焼排ガス１８が発生する。燃焼排ガス１８は、膨張機１６内を低温低圧になりながら流通する事で、羽根車である膨張機１６を回転駆動させ、膨張機１６に機械的に接続させた圧縮機１４を回転駆動させる。

【0077】

膨張機１６に機械的に接続させた発電機４２が発電する。膨張機１６から排出されたガスタービン１３の燃焼排ガス４は、排熱回収ボイラ１７ａを流通する。排熱回収ボイラ１７ａでは、復水ポンプ９により搬入された水２３を、燃焼排ガス４の熱により加熱し蒸気２４を製造する。なお、ガスタービン１３と、蒸気タービン１０が同軸である場合には、発電機４０、及び発電機４２の一方のみを構成させてもよい。この場合、発電機４０、及び発電機４２の一方は、ガスタービン１３と蒸気タービン１０との駆動力により駆動する。

【0078】

（電力が余剰である時の運転状態）
図７を参照しつつ、電力が余剰である時の運転状態を説明する。制御装置５０は、ガスタービン１３と蒸気タービン１０とを停止し、弁３２、３３を閉じる。また、制御装置５０は、ガスタービン１３の停止中は燃焼排ガス４が発生しないので、二酸化炭素回収装置３４を停止する。さらにまた、制御装置５０は、弁２５、２６、２８を開き、弁２７、２９を閉じ、電気ヒータ２１に商用電力を通電し、搬送機２０を稼働させる。

【0079】

すなわち、電力が余剰である時の運転状態では、搬送機２０、弁２５、電気ヒータ２１、弁２６、蓄熱槽２２、及び弁２８の循環流路が構成される。より詳細には、搬送機２０で搬送された熱媒体１９は、弁２５を介して電気ヒータ２１に流入し、電気ヒータ２１で加熱され温度上昇する。温度上昇した熱媒体１９は、電気ヒータ２１から弁２６を介して流出した後に、蓄熱槽２２に流入する。蓄熱槽２２に流入した熱媒体１９は、蓄熱槽２２内の蓄熱物質を加熱し、温度低下する。蓄熱槽２２を流出した熱媒体１９は、弁２８を介して搬送機２０に流入し、循環する。

【0080】

制御装置５０は、熱媒体１９の流量を、搬送機２０の出力や弁２５等の開度で調整する。また、制御装置５０は、蓄熱槽２２に流入する熱媒体１９の温度を電気ヒータ２１の出力で調節する。このように、本実施形態に係る火力発電システム１００ｃは、蓄熱槽２２の蓄熱を、二酸化炭素回収装置３４を停止した状態で行うことが可能となる。このため、より少ない電力で、蓄熱槽２２の蓄熱が可能となる。

【0081】

（電力が余剰でない時の運転状態）
次に、図８を参照しつつ、電力が余剰でない時の運転状態を説明する。制御装置５０は、弁３２、３３を開いて、ガスタービン１３と蒸気タービン１０を運転する。また、制御装置５０は、二酸化炭素回収装置３４を運転する。さらにまた、制御装置５０は、弁２６、２７、２９を開き、弁２５、２８を閉じ、電気ヒータ２１に通電せず、搬送機２０を稼働させる。

【0082】

すなわち、電力が余剰でない時の運転状態では、第１実施形態に係る火力発電システム１００と同様（図２参照）に、搬送機２０、弁２９、蓄熱槽２２、弁２７、及び二酸化炭素回収装置３４の循環流路が構成される。より詳細には、搬送機２０で搬送された熱媒体１９は、弁２９を介して蓄熱槽２２に流入する。蓄熱槽２２に流入した熱媒体１９は、蓄熱槽２２内の蓄熱物質からの放熱により加熱され、温度上昇する。蓄熱槽２２を流出した熱媒体１９は弁２７を介して二酸化炭素回収装置３４に流入し、熱を受け渡し、温度低下する。二酸化炭素回収装置３４を流出した熱媒体１９は搬送機２０に流入し循環する。

【0083】

制御装置５０は、熱媒体１９の流量を搬送機２０の出力と弁２９等の開度で調節する。蓄熱槽２２において加熱された熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４では熱源として利用されている。仮に蓄熱槽２２の蓄熱状態を長時間保持するのならば、制御装置５０は、弁２７、２８、２９を閉じる制御を実行する。このように、第１乃至第３実施形態に係る火力発電システム１００、１００ａ、１００ｂと同等の効果が得られる。従来技術２に係る火力発電システム２０２では、リボイラにおける、吸収後の吸収液の加熱に、蒸気タービン１０から抽気した蒸気２４の熱を利用しているため、蒸気タービン１０で使用される蒸気が減っており、その分、発電機４０の発電量が低下する。これに対して、本実施形態では、排熱回収ボイラ１７ａが製造した蒸気２４の熱を二酸化炭素回収装置３４のリボイラに流通しないで蒸気タービン１０に流入するため、発電機４０の発電量の低下を抑制できるという効果がある。また、電力が余剰である時に従来捨てている余剰電力を有効利用している。

【0084】

以上説明したように、本実施形態によれば、電気ヒータ２１の発生させた熱の全部あるいは一部を蓄熱することが可能な蓄熱槽２２を構成することとした。これにより、電力が余剰である時に、電気ヒータ２１の発生させた熱を用いて蓄熱槽２２に熱を蓄積し、電力が余剰でない時には、電気ヒータ２１を用いなくとも、蓄熱槽２２に蓄積された熱を用いて、二酸化炭素回収装置３４の熱源とすることが可能となる。このように、蓄熱槽２２の放熱を、発電機４０の運転中の二酸化炭素回収装置３４の熱源とすることが可能となる。このため、電力が余剰でない時における発電機４０の運転中の燃焼ボイラ１の発生する熱量を二酸化炭素回収装置３４の熱源とする必要がなくなり、電力が余剰でない時にも、発電機４０の発電量の低下が抑制可能となる。また、蓄熱槽２２の蓄熱を、二酸化炭素回収装置３４を停止した状態で行うことが可能となる。このため、より少ない電力で、蓄熱槽２２の蓄熱が可能となる。

【0085】

（第５実施形態）
第５実施形態に係る制御装置５０は、電力が余剰である時に、電力余剰状態でない時と比べて、燃焼ボイラ１をより低負荷で運転させる。これにより、燃焼排ガス４の流量をより抑制できると共に、余剰電力の増加を抑制できる。特に、制御装置５０は、電力が余剰である時に、燃焼ボイラ１を最低負荷運転にさせることが可能である。これにより制御装置５０は、燃焼排ガス４の流量を最小に制御することが可能となり、二酸化炭素回収装置３４の負荷を最小にすることができる。また、発電機４０の発電量が最小になり、余剰電力の増加を更に抑制できる。

【0086】

（第６実施形態）
第６実施形態に係る火力発電システム１０４は、内燃機関３８の排ガス４を排熱回収ボイラ３６に供給している点で、第１実施形態に係る火力発電システム１００と相違する。以下では、第１実施形態に係る火力発電システム１００と相違する点を説明する。

【0087】

図９及び図１０は、第６実施形態に係る火力発電システム１０４の構成、及び状態例を示す図である。図９は、電力が余剰である時の運転状態を示す図である。図１０は、電力余剰時でない時の運転状態を示す図である。

【0088】

図９及び図１０に示すように、第６実施形態に係る火力発電システム１０４は、排熱回収ボイラ３６と、熱利用先３７と、内燃機関３８と、発電機４４と、を更に有する点で第１実施形態に係る火力発電システム１００と相違する。内燃機関３８は例えばガスエンジンやディーゼルエンジンであり、ガスエンジンであれば燃料２は都市ガスであり、ディーゼルエンジンであれば燃料２はディーゼル燃料である。内燃機関３８に燃料２と燃焼用空気３を入れ、燃料２を燃焼させ燃焼排ガス４が発生する。この爆発的燃焼により回転軸を回転駆動させ、内燃機関３８に機械的に接続させた発電機４４が発電する。なお、本実施形態に係る内燃機関３８が燃焼部に対応する。

【0089】

燃焼排ガス４は排熱回収ボイラ３６に流入する。排熱回収ボイラ３６では、復水ポンプ９により搬入された水２３を、燃焼排ガス４の熱により加熱し蒸気２４を製造する。熱利用先３７は、蒸気２４の熱エネルギを利用する。蒸気２４は熱利用先３７により冷却され水２３に変化し、循環する。なお、本実施形態に係る熱利用先３７が負荷部に対応する。

【0090】

（電力が余剰である時の運転状態）
図９を参照しつつ、電力が余剰である時の運転状態を説明する。制御装置５０は、内燃機関３８を停止し、弁３９を閉じる。また、制御装置５０は、内燃機関３８の停止中は燃焼排ガス４が発生しないので、二酸化炭素回収装置３４を停止させ、排熱回収ボイラ３６も稼働しないので、復水ポンプ９を停止させる。さらにまた、制御装置５０は、弁２５、２６、２８を開き、弁２７、２９を閉じ、電気ヒータ２１に商用電力を通電し、搬送機２０を稼働させる。

【0091】

すなわち、電力が余剰である時の運転状態では、搬送機２０、弁２５、電気ヒータ２１、弁２６、蓄熱槽２２、及び弁２８の循環流路が構成される。より詳細には、搬送機２０で搬送された熱媒体１９は、弁２５を介して電気ヒータ２１に流入し、電気ヒータ２１で加熱され温度上昇する。温度上昇した熱媒体１９は、電気ヒータ２１から弁２６を介して流出した後に、蓄熱槽２２に流入する。蓄熱槽２２に流入した熱媒体１９は、蓄熱槽２２内の蓄熱物質を加熱し、温度低下する。蓄熱槽２２を流出した熱媒体１９は、弁２８を介して搬送機２０に流入し、循環する。

【0092】

制御装置５０は、熱媒体１９の流量を、搬送機２０の出力や弁２５等の開度で調整する。また、制御装置５０は、蓄熱槽２２に流入する熱媒体１９の温度を電気ヒータ２１の出力で調節する。このように、本実施形態に係る火力発電システム１００ｃは、蓄熱槽２２の蓄熱を、二酸化炭素回収装置３４を停止した状態で行うことが可能となる。このため、より少ない電力で、蓄熱槽２２の蓄熱が可能となる。

【0093】

（電力が余剰でない時の運転状態）
次に、図１０を参照しつつ、電力が余剰でない時の運転状態を説明する。制御装置５０は、弁３９を開いて内燃機関３８を運転し、復水ポンプ９を運転する。また、制御装置５０は、内燃機関３８を運転させる。さらにまた、制御装置５０は、弁２６、２７、２９を開き、弁２５、２８を閉じ、電気ヒータ２１に通電せず、搬送機２０を稼働させる。

【0094】

すなわち、電力が余剰でない時の運転状態では、第１実施形態に係る火力発電システム１００と同様（図２参照）に、搬送機２０、弁２９、蓄熱槽２２、弁２７、及び二酸化炭素回収装置３４の循環流路が構成される。より詳細には、搬送機２０で搬送された熱媒体１９は、弁２９を介して蓄熱槽２２に流入する。蓄熱槽２２に流入した熱媒体１９は、蓄熱槽２２内の蓄熱物質からの放熱により加熱され、温度上昇する。蓄熱槽２２を流出した熱媒体１９は弁２７を介して二酸化炭素回収装置３４に流入し、熱を受け渡し、温度低下する。二酸化炭素回収装置３４を流出した熱媒体１９は搬送機２０に流入し循環する。

【0095】

制御装置５０は、熱媒体１９の流量を搬送機２０の出力と弁２９等の開度で調節する。蓄熱槽２２において加熱された熱媒体１９は、二酸化炭素回収装置３４では熱源として利用されている。仮に蓄熱槽２２の蓄熱状態を長時間保持するのならば、制御装置５０は、弁２７、２８、２９を閉じる制御を実行する。このように、第１乃至第３実施形態に係る火力発電システム１００、１００ａ、１００ｂと同等の効果が得られる。従来技術３に係る火力発電システム２０６では、リボイラにおける、吸収後の吸収液の加熱に、排熱回収ボイラ３６が製造した蒸気２４の熱を利用しているため、熱利用先３７で使用される熱量が減っており、その分、熱利用量が減少する。これに対して、本実施形態では、排熱回収ボイラ３６が製造した蒸気２４の熱を、二酸化炭素回収装置３４のリボイラに流通しないで熱利用先３７に流入するため、熱利用量の減少が抑制される効果を有する。また、電力が余剰である時に従来捨てている余剰電力を有効利用することが可能となる。

【0096】

以上説明したように、本実施形態によれば、電気ヒータ２１の発生させた熱の全部あるいは一部を蓄熱することが可能な蓄熱槽２２を構成することとした。これにより、電力が余剰である時に、電気ヒータ２１の発生させた熱を用いて蓄熱槽２２に熱を蓄積し、電力が余剰でない時には、電気ヒータ２１を用いなくとも、蓄熱槽２２に蓄積された熱を用いて、二酸化炭素回収装置３４の熱源とすることが可能となる。このように、蓄熱槽２２の放熱を、発電機４４の運転中の二酸化炭素回収装置３４の熱源とすることが可能となる。このため、電力が余剰でない時における発電機４０の運転中の排熱回収ボイラ３６の発生する熱量を二酸化炭素回収装置３４の熱源とする必要がなくなり、電力が余剰でない時にも、熱利用先３７の熱利用量の減少が抑制される。また、蓄熱槽２２の蓄熱を、二酸化炭素回収装置３４を停止した状態で行うことが可能となる。このため、より少ない電力で、蓄熱槽２２の蓄熱が可能となる。

【符号の説明】

【0097】

１：燃焼ボイラ、２：燃料、３：燃焼用空気、４：燃焼排ガス、５：吸収塔、６：再生塔、７：吸収液内の二酸化炭素、８：二酸化炭素、９：復水ポンプ、１０：蒸気タービン、１１：抽気蒸気、１３：ガスタービン、１４：圧縮機、１５：燃焼器、１６：膨張機、１７ａ：排熱回収ボイラ、１８：排ガス、１９：熱媒体、２０：搬送機、２１：電気ヒータ、２２：蓄熱槽、２３：水、２４：蒸気、２５、弁、２６：弁、２７：弁、２８：弁、２９：弁、３０：弁、３１：弁、３２：弁、３３：弁、３４：二酸化炭素回収装置、３５：復水器、３７：熱利用先、３８：内燃機関、３９：弁、４０、４２、４４：発電機、５０：制御装置、１００～１００ｂ、１０２、１０４：火力発電システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】