太阳热空气涡轮发电系统技术方案

本发明专利技术涉及太阳热空气涡轮发电系统，在降低建设成本和发电成本的同时，不使用化石燃料。具备：吸入空气来进行升压的压缩机；受热器，其通过由聚光器收集的太阳光的热来加热由压缩机进行升压的压缩空气而使之升温；空气涡轮机，其导入由受热器加热的压缩空气来驱动压缩机和发电机；再生热交换器，其设置在压缩机和受热器之间，将来自空气涡轮的排气作为加热介质加热由压缩机进行升压的压缩空气；和分配装置，其设置在压缩机和再生热交换器之间，将压缩空气的流量分配到再生热交换器侧和空气涡轮的入口侧即旁路侧，还具备控制装置，其通过调节作为加热介质而流入再生热交换器的来自空气涡轮机的排气流量，控制空气涡轮机入口空气温度为固定。

【技术实现步骤摘要】
太阳热空气涡轮发电系统
本专利技术涉及一种太阳热空气涡轮发电系统。
技术介绍
作为利用了太阳热的太阳热发电系统，具备压缩导入的空气而生成压缩流体的压缩机、通过太阳热进一步加热压缩流体而成为高温压缩流体的太阳聚光受热器、导入高温压缩流体后得到输出的燃气轮机以及与燃气轮机连接的发电机(例如参照专利文献1)。构成上述的太阳热发电系统的太阳聚光受热器为了使高温配管的长度为最短，而与太阳热燃气涡轮机一起配置在塔的上方。因此，会有塔的制作成本增大的问题。具有一种太阳热燃气轮机和太阳热燃气轮机发电装置，该太阳热燃气轮机通过将压缩机和涡轮机分离配置，从而降低塔的载重，能够抑制塔的制作成本(例如参照专利文献2)。专利文献1中记载的太阳热发电系统在不能充分地得到太阳光的情况下，通过配置在太阳聚光受热器和涡轮机之间的辅助燃烧器使化石燃料进行喷射燃烧，需要使提供给涡轮机的压缩流体升温到预定的温度。因此，需要辅助燃烧器用的化石燃料供给设备，因此建设成本上升的同时，消耗化石燃料，从而发电成本变高。专利文献2中记载的太阳热燃气轮机发电装置在地上设置压缩机1和压缩机驱动用电动机7，汇集受热器2、涡轮机3、发电机4以及再热器5后设置在集热器塔T的顶上。因此，塔T的载重比专利文献1的情况要低，不过是在塔上装载涡轮机3和发电机4的结构，所以涡轮机3的运行变得不稳定，担心存在塔T的基础建设成本增加和运行时的振动对策的问题。另外，成为不直接从涡轮机轴提供压缩机1的动力的轴结构，因此会有以下问题，即需要驱动压缩机1的大型电动机7从而导致设备费用的增加。专利文献1：日本特开2011-7149号公报专利文献2：日本特开2010-275997号公报
技术实现思路
本专利技术是根据以上情况提出的，其目的为提供一种在降低建设成本和发电成本的同时，不使用化石燃料的太阳热空气涡轮发电系统。为了解决上述课题，例如采用专利保护范围所记载的结构。本申请包括多个解决上述问题的手段，如果列举其一例，则提供一种太阳热空气涡轮发电系统，具备：压缩机，其吸入空气来进行升压；受热器，其通过由聚光器收集的太阳光的热来加热通过上述压缩机进行升压后的压缩空气而使压缩空气升温；空气涡轮机，其导入由上述受热器进行加热的压缩空气来驱动上述压缩机和发电机；再生热交换器，其设置在上述压缩机的下游侧且上述受热器的上游侧，将来自上述空气涡轮的排气作为加热介质来加热通过上述压缩机进行升压后的压缩空气；分配装置，其设置在上述压缩机的下游侧且上述再生热交换器的上游侧，将通过上述压缩机进行升压后的压缩空气分配到上述再生热交换器侧和上述空气涡轮机的入口侧即旁路侧，该太阳热空气涡轮发电系统通过调节作为加热介质而流入上述再生热交换器的来自上述空气涡轮机的排气流量，控制上述空气涡轮机入口的空气温度成为固定值。根据本专利技术，能够提供一种太阳热空气涡轮发电系统，其能够降低建设成本和发电成本，并且不使用化石燃料。附图说明图1是表示本专利技术的太阳热空气涡轮发电系统的一个实施方式的结构的概念图。图2A是用于说明构成本专利技术的太阳热空气涡轮发电系统的一个实施方式的压缩机的启动方式的特性图。图2B是用于说明构成现有的燃气轮机的压缩机的启动方式的特性图。图3A是为了说明本专利技术的太阳热空气涡轮发电系统的一个实施方式的针对1天的天气变化的设备的动作，表示大气温度、涡轮机入口高温空气温度以及直达太阳照射强度的特性的特性概念图。图3B是为了说明本专利技术的太阳热空气涡轮发电系统的一个实施方式的针对1天的天气变化的设备的动作，表示冷水旁路流量和再生热交换器旁路空气量的特性的特性概念图。图3C是为了说明本专利技术的太阳热空气涡轮发电系统的一个实施方式的针对1天的天气变化的设备的动作，表示发电机输出、太阳热集热装置侧空气量以及太阳热集热旁路侧空气量的特性的特性概念图。符号的说明1：空气压缩机、2：空气涡轮、3：发电机、4：空气冷却器、5：冷水循环泵、6：涡轮制冷机、7：三通冷水流量调整阀、16：温度传感器(空气冷却器出口空气温度)、17：空气冷却器出口空气温度控制装置、18：温度传感器(空气涡轮机入口空气温度)、19：温度传感器(太阳热集热装置出口空气温度)、20：温度传感器(太阳热集热装置旁路空气温度)、21：温度传感器(空气涡轮机出口空气温度)、22：温度传感器(空气压缩机出口空气温度)、23：温度传感器(再生热交换器出口空气温度)、24：温度传感器(空气冷却器入口空气温度)、25：压力传感器(太阳热集热装置出口空气压力)、26：高温空气泄压控制装置、27：空气泄压调整阀、28：轴连接器、29：太阳热受热器、30：塔、32：太阳热反射装置、33：直达太阳照射光、34：直达太阳照射光反射光、35：再生热交换器旁路阀、36：偏差运算装置、37：压缩空气分配控制装置、38：三通压缩空气分配蝶阀、39：直达太阳热量计、43：压缩机入口蝶阀、45：再生热交换器、47：太阳热集热装置入口蝶阀、52：太阳热集热装置出口蝶阀、60：系统联络断路器、61：主电路断路器、62：主变压器、64：变频器装置、67：所内变压器断路器、68：所内变压器高压侧电路、69：所内变压器、70：发电机出口主电路、71：主变压器低压侧电路、75：外部系统、80：所内辅机电路、90：再生热交换器出口空气温度控制装置、91：太阳热集热量控制装置。具体实施方式以下说明本专利技术的太阳热空气涡轮发电系统的实施方式。构成本专利技术的太阳热空气涡轮发电系统的实施方式主要设备，除了太阳热集热器，别名、太阳热受热器被设置在塔的顶上的高位置以外，设置在地上。即，具备：多个反射镜，其面向设置在塔上的太阳受热器，反射来自太阳的直达太阳照射光后反射到太阳热受热器；压缩机；太阳热空气涡轮发电机，其直接连接空气涡轮机和发电机；冷却机，其冷却压缩机的吸入空气；再生热交换器，其进一步将压缩机出口空气进行加热；变频器装置，用于在起动时将太阳热空气涡轮发电机作为电动机而使用。通过太阳热空气涡轮发电机所输出的电力，能够不影响1天的天气变化，将一切有害的化石燃料的燃烧气体不排出到大气中，从而能够从太阳热稳定地生成经济且廉价的电。从所内电力系统取出太阳热空气涡轮发电机的产生电力的一部分，驱动冷水冷却机，例如涡轮冷却机等而生成冷水，通过将该冷水流到空气冷却器，冷却压缩机的吸入空气。通过使用将压缩机出口的中压中温空气分配到太阳热受热器侧和对太阳热受热器进行旁路的侧的三通空气分配装置，根据天气的变化分配压缩机出口空气的流出目的地。通过从日出的经过时间和当天的天气来控制该分配空气的运用。另外，根据由于天气的变化而连续不断时刻变化的大气温度和直达太阳照射强度，通过三通冷水流量调节阀控制向空气冷却器的冷水通过流量并控制压缩机入口的空气温度的下降量，由此间接地对空气涡轮机入口高温空气温度进行固定控制。进而，为了进一步加热压缩机出口的中温空气而成为高温空气，将再生热交换器设置在压缩机出口，通过空气涡轮机的排气空气来加热压缩机出口的中温空气。空气涡轮的排气空气流入再生热交换器流入系统和再生热交换器旁路系统，通过设置在再生热交换器旁路系统的三通旁路空气流量调整阀，调整旁路空气流量。这样，不受天气变化的影响而间接地将空气涡轮机入口温度控制在固定温度，达到空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳热空气涡轮发电系统，具备：压缩机，其吸入空气来进行升压；受热器，其通过由聚光器会聚的太阳光的热对由上述压缩机进行升压的压缩空气进行加热而使压缩空气升温；空气涡轮机，其导入通过上述受热器加热后的压缩空气来驱动上述压缩机和发电机；再生热交换器，其设置在上述压缩机的下游侧且上述受热器的上游侧，将来自上述空气涡轮机的排气作为加热介质来加热通过上述压缩机进行升压的压缩空气；以及分配装置，其设置在上述压缩机的下游侧且上述再生热交换器的上游侧，将通过上述压缩机进行升压后的压缩空气分配到上述再生热交换器侧和上述空气涡轮机的入口侧即旁路侧，该太阳热空气涡轮发电系统的特征在于，通过调节作为加热介质而流入上述再生热交换器的来自上述空气涡轮机的排气流量，控制上述空气涡轮机入口的空气温度成为固定值。

【技术特征摘要】
2014.07.31 JP 2014-1568411.一种太阳热空气涡轮发电系统的启动方法，上述太阳热空气涡轮发电系统具备：压缩机，其吸入空气来进行升压；受热器，其通过由聚光器会聚的太阳光的热对由上述压缩机进行升压的压缩空气进行加热而使压缩空气升温；空气涡轮机，其导入通过上述受热器加热后的压缩空气来驱动上述压缩机和发电机；再生热交换器，其设置在上述压缩机的下游侧且上述受热器的上游侧，将来自上述空气涡轮机的排气作为加热介质来加热通过上述压缩机进行升压的压缩空气；分配装置，其设置在上述压缩机的下游侧且上述再生热交换器的上游侧，将通过上述压缩机进行升压后的压缩空气分配到上述再生热交换器侧和上述空气涡轮机的入口侧即旁路侧；控制装置，其通过调节作为加热介质而流入上述再生热交换器的来自上述空气涡轮机的排气流量，控制上述空气涡轮机入口的空气温度成为固定值；变频器装置，其将来自所内电力系统的电力转换为变频电源后提供给上述发电机；太阳热集热装置入口蝶阀，其设置在上述受热器的入口侧；以及，太阳热集热装置出口蝶阀，其设置在上述受热器的出口侧，上述启动方法的特征在于，在前一天的运行结束后，通过关闭上述太阳热集热装置入口蝶阀和上述太阳热集热装置出口蝶阀，将在太阳热集热装置的系统内进行热存储的高温空气导入上述空气涡轮机后使之低速旋转，之后，将通过上述变频器装置进行转换后的预定的频率电源提供给上述发电机，将上述发电机作为电动机进行驱动，在空气涡轮机轴和发电机轴之间的转速的差成为预定的值之后，通过轴连接器连接空气涡轮机轴和发电机轴，经由与发电机旋转轴连接的空气涡轮机轴使压缩机的转速上升后，将压缩空气提供给上述受热器，在来自上述受热器的高温空气量和高温空气温度成为预定的值之后，将发电机和所内电力系统从受电运行切换到送电运行，以及在上述发电机输出到达额定之后通过上述分配装置将压缩空气全部量提供给受热器侧。2.根据权利要求1所述的太阳热空气涡轮发电系统的启动方法，其特征在于，上述太阳热空气涡轮发电系统具备：再生热交换器流入系统，其将上述空气涡轮机的排气导入上述再生热交换器；再生热交换器旁路系统，其对上述空气涡轮机的排气向上述再生热交换器的流入进行旁路；以及流量调节阀，其对流入上述再生热交换器旁路系统的排气流量进行调节，上述控制装置是控制上述流量调节阀的开度的控制装置。3.根据权利要求1所述的太阳热空气涡轮发电系统的启动方法，其特征在于，上述太阳热空气涡轮发电系统具备：空气冷却器，其将上述压缩机...

【专利技术属性】
技术研发人员：三岛信义，长田俊幸，永渕尚之，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP