JP2011163594A - 太陽熱受熱器の運転制御システムおよび運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受熱器内の温度を正確に監視することで、ヘリアスタットの補正精度を高めることができるようにした。
【解決手段】ケーシング１１内部の温度を監視するための複数のサーモグラフィー４０と、サーモグラフィー４０で取得した温度画像データとその位置を関連付けた温度分布を作成し、温度異常部を抽出する解析を行う画像処理装置４１と、画像処理装置４１で得られた温度異常部に基づいて任意のヘリオスタット１０２の角度を補正するヘリオスタット制御装置４２とを備え、受熱器の運転制御する構成とした。
【選択図】図８

Description

本発明は、太陽熱発電装置のタービンを駆動する流体媒体を昇温するための太陽熱受熱器の運転制御システムおよび運転制御方法に関する。

近年、地球温暖化の防止、化石燃料の使用抑制の観点から、二酸化炭素や窒素酸化物などの有害物質の排出が少ない自然エネルギー、資源を再利用するリサイクルエネルギーなどのクリーンエネルギーを利用した発電が注目されている。クリーンエネルギーは、全世界で必要とされる電力エネルギーを上回る量がある。しかしながら、クリーンエネルギーのエネルギー分布は広範囲にわたり、有効エネルギー（外部に取り出して利用可能なエネルギー）が低い。これに起因して、クリーンエネルギーを利用した発電は、電力への変換効率が低く発電コストが高くなるため、十分に普及していない。そこで、発電方式としては、ガスタービン、蒸気タービン及びカスタービンコンバインドサイクル（ＧＴＣＣ）などの発電技術を利用した太陽熱エネルギーによる発電が期待されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、太陽熱エネルギーの利用においては、通常、鏡を用いた集光装置と受熱器の組合せにより集光・集熱を行う。集光装置と受熱器の組合せ方式として、一般的にトラフ集光方式とタワー集光方式という２種類の方式がある。
トラフ集光方式とは、半円筒型のミラー（トラフ）によって太陽光線を反射させ、円筒の中心を通るパイプに集光・集熱し、パイプ内を通る熱媒体の温度を上昇させるものである。しかしながら、トラフ集光方式では、ミラーが太陽光線を追尾するよう向きを変えるものの一軸制御であるため、熱媒体の高い温度上昇を期待することはできない。

これに対して、タワー集光方式とは、地上から立設されたタワー部（支持部）上に集光受熱器を配置するとともに、タワー部の周囲を取り囲むようにヘリオスタット（太陽光集光システム）と呼ばれる集光用の反射光制御鏡を複数配置し、これらヘリオスタットで反射される太陽光線を集光受熱器に導くことで集光・集熱するものである。近年では、発電サイクルの更なる高効率化を図るという観点から、集光受熱器で熱交換される熱媒体について、より高温化が可能なタワー集光方式の発電装置（タワー集光装置）の開発が盛んに行われている。

特許第２９５１２９７号公報

しかしながら、従来の受熱器においては、以下のような問題があった。
すなわち、従来のタワー集光装置における受熱器では、内部が黒体化されており、入射した太陽熱で内部放射伝熱することにより全体を高温にする方式をとっているが、この場合、入射口は受熱器内部からの放射放熱の損失を抑えるために、可能な限り小さくし、この開口部付近で集めた光の焦点を結び、受熱器内へは光が広がって入射する構造をなしている。そのため、受熱器の入射口に近い部分には、略軸対象に配列されたヘリオスタット群の外側に配列されたヘリオスタットから入射されるので面積（ヘリオスタットの枚数）効果により、多くの光が照射されるが、これにより入射口付近の受熱管への入熱量が大きくなっている。

一方、従来の受熱器の制御方法では、季節や時刻により日射強度が変化するために、通常は日射強度が低い条件でヘリオスタットの設置枚数を決定し、日射量が多いときは余分なヘリオスタットを傾け、集光しない等の制御を行っている。このような制御を行う従来の受熱器においては、とくに入射口に近く入射熱量が多い領域では、ヘリオスタットの角度制御の分解能、機械的な誤差により受熱器内でオーバーラップする太陽像にばらつきが生じて受熱管にヒートスポットが生じ、溶損や変形のおそれがあった。また、ヘリオスタットの一部に当たる日光が雲で遮られると、受熱管の長手方向に温度分布が付いたり、複数の受熱管の一部に温度分布が付き、熱膨張差による変形やガスの温度変動が生じ、一部のヘリオスタットの機構又は制御系が故障し、光が局部的に集中した部分が熱変形や溶断するおそれがあった。そのため、複数の受熱管出口のガス温度が変動して出側の集合ガス温度が不安定になり、タービンの運転が不安定になることにより、発電量が安定しない等の不具合が生じていた。

そこで、従来では、受熱管出口のガス温度を管理し、設定温度を外れる場合には、ヘリオスタットの角度を補正している。しかしながら、受熱管のガス温度だけで受熱器内部の部分的な温度を把握するのは困難であり、補正精度が十分でなく、その点で改良の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、受熱器内の温度を正確に監視することで、ヘリアスタットの補正精度を高めることができる太陽熱受熱器の運転制御システムおよび運転制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る太陽熱受熱器の運転制御システムでは、ヘリオスタットで反射される太陽光が入射する開口部を有するケーシングと、ケーシング内にケーシング周方向に配列するとともに内部に熱媒体が流通する複数の受熱管とを備える太陽熱受熱器の運転制御システムであって、ケーシング内部の温度を監視する温度監視手段と、温度監視手段で取得した温度データとその位置を関連付けた温度分布を作成し、温度異常部を抽出する解析を行う温度処理手段と、温度処理手段で得られた温度異常部に基づいて任意のヘリオスタットの角度を補正するヘリオスタット制御手段と、を備えることを特徴としている。

また、本発明に係る太陽熱受熱器の運転制御方法では、ヘリオスタットで反射される太陽光が入射する開口部を有するケーシングと、ケーシング内にケーシング周方向に配列するとともに内部に熱媒体が流通する複数の受熱管とを備える太陽熱受熱器の運転制御方法であって、ケーシング内部の温度を監視する第１工程と、第１工程で取得した温度データとその位置を関連付けた温度分布を作成し、温度異常部を抽出する解析を行う第２工程と、第２工程により得られた温度異常部に基づいて任意のヘリオスタットの角度を補正する第３工程と、を有することを特徴としている。

本発明では、ケーシング内部の温度を監視することにより得られた温度データとその位置を関連付けた温度分布を作成し、その温度異常部を抽出する解析を行い、その温度異常部に基づいて任意のヘリオスタットの角度を補正することで、熱流束が大きい部分の受熱管に対して受熱管温度がその材料の使用温度以上にならないように精度よく調整することができるので、受熱管の変形・溶損を防ぐことができ強度寿命を向上させることができる。

また、本発明に係る太陽熱受熱器の運転制御システムでは、温度監視手段は、温度画像を撮像する赤外線サーモグラフィーであり、温度処理手段は、赤外線サーモグラフィーで得られた温度画像データを解析する画像処理装置であることが好ましい。
本発明では、赤外線サーモグラフィーを用いることで温度画像データを取得することができ、この温度画像データを画像処理することで温度異常部を確実に検出することができる。

また、本発明に係る太陽熱受熱器の運転制御方法では、第１工程では、温度画像を撮像する赤外線サーモグラフィーが用いられ、温度分布は、赤外線サーモグラフィーで撮像したケーシング内部の展開図をメッシュ分割することにより得られることが好ましい。
本発明では、ケーシング内部の展開図をメッシュ分割することで、高さ方向および周方向の温度分布の比較が容易になるうえ、正確な位置を特定することができる。

また、本発明に係る太陽熱受熱器の運転制御方法では、ヘリオスタットには、日射強度を測定する日射計が設けられ、日射強度に応じて使用するヘリオスタットを特定するとともにケーシング内に入射させる太陽光の熱量を算出する入熱量計算装置が設けられ、入熱量計算装置で得られた結果に基づいて第３工程で得られた補正データに反映させることが好ましい。
本発明では、日射強度に基づいて算出した結果を温度異常部から得られたヘリオスタットの角度をさらに補正することができるので、より精度の高い運転制御を行うことができる。

また、本発明に係る太陽熱受熱器の運転制御方法では、第１工程において、予め設定された温度の平均値を外れる温度異常部を温度分布より検出する工程と、この温度異常部とその周囲との温度差および位置関係により温度傾斜角度を算出する工程と、温度傾斜角度に対応するヘリオスタットを特定するとともにその角度を調整する補正を行う工程と、 を有することが好ましい。

また、本発明に係る太陽熱受熱器の運転制御方法では、受熱管の出側ガス温度に異常が検出されたときに第１工程から第３工程が行われることが好ましい。
本発明では、受熱管の出側ガス温度を運転制御方法に反映させることができるので、例えば出側ガス温度の低下が著しい場合には、使用するヘリオスタットを増やす制御を行うことができる。

本発明の運転制御システムおよび運転制御方法によれば、赤外線サーモグラフィー等を用いて受熱器内の温度を正確に監視し、その温度データに基づいてヘリオスタットの角度を高精度に補正することができ、熱流束が大きい部分の受熱管に対して受熱管温度がその材料の使用温度以上にならないように精度よく調整することができるので、受熱管の変形・溶損を防ぐことができ強度寿命を向上させることができる。したがって、受熱管出口のガス温度の変動が抑えられ、出側の集合ガス温度の安定が図れるので、タービンの運転を安定させることができる。

本発明の実施の形態によるタワー型太陽光集光受熱器を示す図である。 タワー周辺のヘリオスタットの配置構成を示す平面図である。 タワー上部の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はタワー上部の概略構成を示す平面図、（ｂ）はタワー上部の概略構成を示す断面図である。 受熱器の概略構成を示す斜視図である。 図４に示す受熱管の斜視図である。 図３（ｂ）に示すＡ−Ａ線断面図であって、放射シールド板の構成を示す図である。 図６の矢印Ｂから見た斜視図である。 受熱器の運転制御システムの概要構成を示す模式図である。 受熱器の運転制御方法を説明するための図であって、受熱器の平面図である。 サーモグラフィーから取得した温度画像データのメッシュ分割を示す図である。 日射強度に基づく運転制御システムの概要構成を示す模式図である。 受熱器の運転制御方法の動作フローを示す図である。

以下、本発明の実施の形態による運転制御システムおよび運転制御方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

先ず、本実施の形態による運転制御システムおよび運転制御方法が採用されるタワー型太陽光集光受熱器の構成について図面に基づいて説明する。
図１に示すタワー型太陽光集光受熱器は、受熱器を高いタワーの上に置き、周囲の地上にヘリオスタットと呼ばれる集光用の反射光制御鏡を多数台置き、タワー上部の受熱器に集光させるものである。
図１に示すように、グランドＧ上にはヘリオスタットフィールド１０１が設けられている。このヘリオスタットフィールド１０１上には、太陽光線を反射するための複数のヘリオスタット１０２が配置されている。また、ヘリスタットフィールド１０１の中央部には、ヘリオスタット１０１で導かれた太陽光線を受けるタワー型太陽光集光受熱器１００が設けられている。図２に示すように、ヘリオスタット１０２はタワー型太陽光集光受熱器１００の３６０度全周に配置されている。

タワー型太陽光集光受熱器１００は、グランドＧに立設されたタワー１１０と、タワー１１０上部の収容室１２０内に設置された受熱器１０（太陽熱受熱器）とから構成されている。

タワー１１０には、複数の補強部材１１１が設けられている。補強部材１１１は、タワー１１０の長手方向に交差して間隔（隣り合う補強部材間の距離）Ｐを空けて設けられている。間隔Ｐは、ヘリオスタット１０２から受熱器１０に太陽からの光を入光させる光路となる範囲でタワー１１０上部（受熱器１０の設置された側）に近づくにつれて大きくなっている。これにより、ヘリオスタット１０２により反射された光が補強部材１１１に遮られることなくタワー１１０上部の受熱器１０に集光される。なお、補強部材１１１の配置構造としては、剛性確保の面から例えばトラス構造とするのがよい。

タワー１１０上部の収容室１２０は、平面視円形状になっている。
収容室１２０は、上部収容室１２１及び下部収容室１２２の２つの収容室を有する構造となっている。下部収容室１２２の下面側には、太陽光線を取り込むための開口部１２２ｃが設けられている。開口部１２２ｃは太陽光線のスポット径に応じて円形状となっている。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、受熱器１０は、円筒形状のケーシング１１と、受熱管２０とから構成され、下部収容室１２２内に設けられている。具体的には、受熱器１０は下部収容室１２２の上壁１２２ａに吊り具１２を介して固定され、下部収容室１２２内において上壁１２２ａから吊り下げられる構造となっている。つまり、受熱器１０は下部収容室１２２の内壁と接触しないように、下部収容室１２２の内壁と離間して配置されている。吊り具１２は上壁１２２ａの周方向に複数設けられており、可撓性を有する構造となっている。また、吊り具１２はケーシング１１を貫通している。これにより、受熱器１０内部で熱交換が行われ高温（例えば９００℃以上）となった場合、ケーシング１１の熱膨張による変形を許容できるようになっている。また、ケーシング１１の下面側には、太陽光線を取り込むための開口部１１ｂが設けられている。開口部１１ｂは、前述の開口部１２２ｃと同様に、太陽光線のスポット径に応じて円形状となっている。

一方、上部収容室１２１内には、受熱器１０によって加熱された流体（熱媒体）を作動流体として作動するガスタービン３０及びガスタービン３０の作動エネルギーを電力として取り出す発電機３３が配置されている。ガスタービン３０は、熱媒体となる流体（例えば大気）を吸入して圧縮し圧縮流体を生成する圧縮機３１と、該圧縮機３１で圧縮されるとともに受熱器１０によって加熱された流体を作動流体として作動するタービン３２とを有している。そして、タービン３２の回転により生じる運動エネルギーが発電機３３によって電気エネルギーに変換され、電力として取り出される。

なお、上部収容室１２１内には必要に応じて、受熱器１０が受けた熱を検知する温度センサー、ガスタービン３０を始動させる補助駆動装置、作動流体が受熱器１０で加熱される前に作動流体とタービン３２の排気との熱交換を行う再生熱交換器、作動流体を補助燃焼してタービン３２に流入させる補助燃焼器、発電機３３の振動を打ち消す消振器などの装置が配置されていてもよい。このように、タワー１１０上部に装置を集約して配置することで、設備設置面積を縮小することができる。

また、上部収容室１２１の側面には、圧縮機３１に供給される流体（大気）を取り込むための開口部１２１ｂが設けられている。なお、開口部１２１ｂは必要に応じてタービン３２からの排気を外部に放出するために用いられる。

図３〜図５に示すように、受熱管２０は、下部ヘッダー管２１と、上部ヘッダー管２２と、受熱管本体２３と、を有して構成されている。下部ヘッダー管２１は、環形状となっておりケーシング１１下部に配置されている。具体的には、下部ヘッダー管２１はケーシング１１の外側に露出され、下部収容室１２２内の下壁１２２ｂ近傍に配置されている。

受熱管本体２３は、上部ヘッダー管２２と下部ヘッダー管２１との間に複数設けられており、一端が上部ヘッダー管２２に接続され、他端が下部ヘッダー管２１に接続されている。これら受熱管本体２３は、下部ヘッダー管２１から流出した作動流体を上部ヘッダー管２１に流出するものである。また、受熱管本体２３は、上部ヘッダー管２２（下部ヘッダー管２１）の周方向に所定の間隔（隙間）を空けて設けられている。受熱管本体２３の他端はケーシング１１の外側に露出している。受熱管本体２３はケーシング１１の長手方向に沿った直線形状となっており、自重による曲げ応力がかからないようになっている。
また、受熱管本体２３内を流れる作動流体の流動方向が一方向になるようになっている。

下部ヘッダー管２１は、環形状あるいは多角形屈折管となっておりケーシング１１下部に配置されている。具体的には、下部ヘッダー管２１はケーシング１１の外側に露出され、下部収容室１２２内の下壁１２２ｂ近傍に配置されている。以上の構成により、受熱管２０は、上部ヘッダー管２２が下部収容室１２２内の上壁１２２ａに吊り具１２を介して固定され、全体として上壁１２２ａから吊り下げられる構造となっている。

また、下部ヘッダー管２１にはＬ字状の入口配管１３が設けられている。この入口配管１３と圧縮機３１との間には接続配管１４が設けられている。接続配管１４は、ケーシング１１の外側に露出され、下部収容室１２２の内壁に沿って配置されている。圧縮機３１により生成された圧縮流体は、接続配管１４及び入口配管１３を経由して下部ヘッダー管２１に供給されるようになっている。下部ヘッダー管２１に供給された圧縮流体は、複数の受熱管本体２３及び上部ヘッダー管２２を経由する間、開口部１１ｂから入射した太陽光線の熱エネルギーにより加熱される。

図４、図６、および図７に示すように、ケーシング１１の内壁面には、太陽熱を吸収する断熱材１５が設けられている。断熱材１５で吸収した熱により断熱材１５内面は温度上昇し、受熱管本体２３の背面（太陽光線が直接入射しない側の面）に熱放射し受熱管２０の周方向全体が加熱される。また、断熱材１５は、受熱管本体２３から発せられる輻射熱を受熱管本体２３の背面に戻し、受熱管本体２３を安定して加熱させている。また、断熱材１５は、受熱管本体２３及び上部ヘッダー管２２から外部に向かう放熱量を低減させている。

一方、上部ヘッダー管２２には複数の接続配管２４を介して出口配管２５が接続されている。複数の接続配管２４は、一端が上部ヘッダー管２２に接続され、他端が出口配管２５に接続され、平面視Ｘ字状になっている。出口配管２５は上部収容室１２１内において屈曲して断面視Ｌ字状になっており、出口配管２５の複数の接続配管２４に接続された側と反対の側の端部はタービン３２に接続されている。受熱管本体２３及び上部ヘッダー管２２を通って加熱された圧縮流体は、複数の接続配管２４を経由してさらに出口配管２５を経由した後、高温高圧の作動流体となりタービン３２に供給される。

次に、受熱器１０の運転の制御システムの構成について図面に基づいて説明する。
図８および図９に示すように、ケーシング１１内部の温度を監視するための複数（図では２台が記載されている）の赤外線サーモグラフィー（温度監視手段、以下、単に「サーモグラフィー４０」という）と、サーモグラフィー４０で取得した温度画像データとその位置を関連付けた温度分布を作成し、温度異常部を抽出する解析を行う画像処理装置４１（温度処理手段）と、画像処理装置４１で得られた前記温度異常部に基づいて任意のヘリオスタット１０２の角度を補正するヘリオスタット制御装置４２（ヘリオスタット制御手段）とを備えている。

サーモグラフィー４０は、受熱器１０の外部でケーシング１１の高さ方向（受熱管２０の長さ方向）で略中間に位置するとともに、その視野角θに応じて受熱管１０の周方向に所定の間隔をもって配置され、周方向に隣り合うサーモグラフィー４０で撮像される画像面ｘの端部同士が一部重なり合うように配置されている。
ここで、サーモグラフィー４０の設置個数Ｎは、受熱器１０の半径Ｒとサーモグラフィーの視野角θ（°）による（１）式により算出される。

なお、本実施例では、サーモグラフィー４０で視野角θがケーシング１１内側の高さ方向全範囲をモニタリング可能であるので、高さ方向には１台のサーモグラフィー４０が設置されている。

画像処理装置４１は、上述したようにサーモグラフィー４０で得られた温度画像データを取り込み、解析し、ヘリオスタット制御装置４２へ出力するものである。具体的には、各サーモグラフィー４０により取得した温度画像データに基づいてケーシング内部の展開図としての温度データマップが作成され、適宜な分割数で図１０に示すようにメッシュ分割し、メッシュ毎の温度データから温度異常部を抽出してヘリオスタット制御装置４２へ出力するものである。
なお、図１０は、メッシュ分割の一例であり、縦横方向にそれぞれ１０分割（縦に符号Ａ〜Ｈ、横に符号１〜１０）され、図において色の濃い部分が高温であるとき、メッシュ番号４Ｂ、３Ｄ、４Ｄ、４Ｆが高温部と判定される。

また、図１１に示すように、本制御システムでは、任意のヘリオスタット１０２に設けられた日射計４４で測定された日射強度をモニタリングするとともに、その日射強度に応じて使用するヘリオスタット１０２を特定するとともにケーシング１１内に入射させる太陽光の熱量を算出する入熱量計算装置４３が設けられ、入熱量計算装置４３で得られた結果に基づいてヘリオスタット制御装置４２で得られた補正データに反映させる制御も行えるようになっている。

入熱量計算装置４３は、受熱管２０の材料の使用限界温度以下になるように、日射強度データに基づいて使用するヘリオスタット１０２の使用数を計算し、この使用するヘリオスタットの数量と受熱器１０内へ入射させる熱量とを調整することにより、上述した画像処理装置４１で解析したサーモグラフィー４０による結果を補正するものである。

ここで、メッシュの分割寸法は、好ましくは受熱管２０の外径寸法とされ、最大でも受熱器１０内への太陽像の直径以下とされる。
例えば、受熱器１０内へ投影させるスポット径は、平面鏡の場合で、鏡直径＋０．００９３×（鏡と受熱器との距離）であり、凹面鏡の場合で、太陽径（略１３９２，０００ ｋｍ）×（鏡と受熱器との距離）／太陽と鏡の距離（略１４９，６００，０００ ｋｍ）であり、鏡と受熱器２０との距離が１００ｍのとき、像は略０．９３ｍとなる。

また、上述した、画像処理装置４１で処理されるメッシュから実際の位置を割り出す算定方法について、図１０を用いて説明する。
サーモグラフィー４０の視野角をθとすると、対面する受熱管２０および壁面（ケーシング１１の内面）の見える範囲は、受熱器１０の中心Ｏから角度βの範囲（β＝２θ）となる。そして、受熱管２０の設置本数をＮ本とすると、１本の受熱管と受熱管隙間ｓが受けもつ角度は３６０／Ｎとなり、視野角βに配置される受熱管２０はβ／（３６０／Ｎ）本、すなわち２θ／（３６０／Ｎ）本となる。
ここで、画像面の位置は、受熱管２０のピッチ円直径をｄとするとき、受熱器１０の中心Ｏから（ｄ／２）×ｃｏｓ（β／２）となる。

また、受熱管２０のピッチ円直径ｄの範囲で受熱管２０が占める割合をａとし、受熱管２０どうしの間の隙間ｓが占める割合をｂとしたとき、サーモグラフィー４０Ａの正面に見る受熱管を図９で符号２０Ａとすると、受熱管２０Ａが映る範囲は（２）式となり、図中右隣の受熱管２９の隙間ｓが映る範囲は（３）式となり、受熱管２０Ｂが映る範囲は（４）式となる。
よって、画像面中央を原点Ｏ´とすると、受熱管２０および隙間ｓが映る画像面上の範囲ｘは、（５）式、（６）式、（７）式となる。

また、視野の重複位置の検出、処理方法について説明する。
符号４０Ａのサーモグラフィーを基準とし、その隣に角度αで符号４０Ｂのサーモグラフィーを設置するときのオーバーラップする範囲の角度γは、（８）式となる。
したがって、次のサーモグラフィーの最初の（β―α）／２の範囲は重複するものと判断し、データから除外又は重なり合った領域を平均して出力する。

次に、上述した運転制御システムを用いた受熱器１０の運転制御方法について、図１２などに基づいて説明する。
なお、本実施の形態では、受熱管２０の温度監視とともに、受熱管２０の出側ガス温度についての監視も行っている。
図８〜図１２に示すように、受熱器１０の運転制御方法は、ケーシング内部の温度を監視する第１工程と、第１工程で取得した温度画像データとその位置を関連付けた温度分布を作成し、温度異常部を抽出する解析を行う第２工程と、第２工程により得られた温度異常部に基づいて任意のヘリオスタット１０２の角度を補正する第３工程と、を有する。

つまり、まず、ステップＳ１で本運転制御システムを起動して日時が入力された後、ステップＳ２で日射計４４により日射強度が測定される。このとき、入熱量計算装置４３において、日射強度データに基づいて受熱器１０内へ入射させる熱量と使用するヘリオスタットとが特定される。そして、ステップＳ３において、日時、太陽の位置に応じて各ヘリオスタット１０２の角度を制御する鏡方向制御が開始される。

続いて、ステップＳ４において、受熱管２０の温度監視制御が開始される。
具体的には、画像処理装置４１において、サーモグラフィー４０で撮像された温度画像データを取り込み、その温度画像データに基づいて受熱器１０内（ケーシング内部）を周方向に展開した温度データマップが作成される。そして、温度データマップに対して適宜な分割数で図１０に示すようにメッシュ分割され、メッシュ毎の温度データから温度異常部が検出された場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）には、その温度異常データを抽出してヘリオスタット制御装置４２へ出力し、ステップＳ６に進む。

つまり、受熱管２０に使用する配管材料の使用限界（例えば９２０℃以上）となる部分や異常低温部などの温度異常が抽出され、ヘリオスタット制御装置４２へ出力することにより、ステップＳ６において異常ヘリオスタット１０２を割り出し、その異常ヘリオスタット１０２の向きを調整したり、ヘリオスタット１０２の使用数を変更するといった機差の補正（具体的な機差の補正方法については後述する）が行われ、ステップＳ３の鏡方向制御へフィードバックされる。
一方、ステップＳ５において、画像処理装置４１で温度異常が検出されない場合（ステップＳ５；ＮＯ）には、ステップＳ７で受熱管２０内の圧縮流体によってタービンを回転させ、発電運転が維持される。

また、ステップＳ３の鏡方向制御の開始後、ステップＳ４の受熱管２０の温度監視制御とともに、受熱器１０における出側ガス温度の監視も開始される（ステップＳ８）。そして、予め設定されている目標ガス温度である場合（ステップＳ９；ＹＥＳ）には、ステップＳ７で受熱管内の圧縮流体によってタービンを回転させ、発電運転が維持される。また、目標ガス温度から外れる場合（ステップＳ９；ＮＯ）には、ステップＳ２に戻り日射計４４により日射強度が測定され、入熱量計算装置４３において日射強度データに基づいて受熱器１０内へ入射させる熱量が算出されるとともに、使用するヘリオスタット１０２を再チェックする制御が行われる。

次に、ヘリオスタット１０２の機差の補正方法の具体例について説明する。
つまり、予め設定された温度の平均値を外れる温度異常部を温度分布より検出し、この温度異常部とその周囲との温度差および位置関係により温度傾斜角度を算出し、この温度傾斜角度に対応するヘリオスタットを特定するとともにその角度を調整する補正を行う。

具体的には、先ず、画像処理装置４１によりサーモグラフィー４０より取得した温度画像データに基づいて、受熱器１０の周方向に温度分布が均一となるように監視する、すなわち周方向におけう温度分布（温度変化）の有無を判定する。そして、予め設定された平均値より温度が一番高い（低い）部分がある場合、高さ方向の温度分布を評価する。両サイドの高さ方向の温度分布が同じであれば、周方向のヘリオスタット１０２の補正を行い、高さ方向の温度分布があれば高さ方向のヘリオスタット１０２の補正を行う。

例えば、高温のメッシュを含む所定の領域の温度が高い場合には、その領域に近い周囲から温度の低い部分を判別し、低い部分に集光すべきヘリオスタット１０２を光路解析から特定する。 このとき、温度の高い部分から低い部分へ向かう傾斜角度を算出し、その角度に対応するヘリオスタット１０２の角度をオフセットすることにより補正する。なお、温度が低い場合や高さ方向の補正を行う場合についても同様の補正手順により行うことができるので、詳しい説明は省略する。

上記運転制御により、受熱管２０の出側ガス温度が低下する場合には、受熱管温度が低い部分への入射を行うように制御する。
また、雲の通過などによる温度低下時は、温度トレンド（温度低下勾配がきつい場合）と日射計４４から得られる日射強度データから判断し、出側ガス温度の低下が著しい場合には、使用するヘリオスタット１０２を増やす制御を行う。また、雲から太陽が出て受熱管２０の温度が上限値に近づいた場合には、そのヘリオスタット１０２を反転して遮光状態にする。

なお、設定した熱量に対し、必要又は不必要なヘリオスタット１０２の判断方法は、ヘリオスタット１０２に設置した日射計４４の出力により、必要なヘリオスタット１０２の使用数を決定し、受熱器１０内の周方向の温度分布が均一になるように、ヘリオスタット１０２を間引いて配置する。例えば、最も外周側に並んだヘリオスタット１０２で必要な入射量が５０％で良い場合には、１つおきに配置すればよい。

上述した本実施の形態による運転制御システムおよび運転制御方法では、サーモグラフィー４０を用いて受熱器２０内の温度を正確に監視し、その温度画像データに基づいてヘリオスタット１０２の角度を高精度に補正することができ、熱流束が大きい部分の受熱管２０に対して受熱管温度がその材料の使用温度以上にならないように精度よく調整することができるので、受熱管２０の変形・溶損を防ぐことができ強度寿命を向上させることができる。したがって、受熱管出口のガス温度の変動が抑えられ、出側の集合ガス温度の安定が図れるので、タービンの運転を安定させることができる。

以上、本発明による運転制御システムおよび運転制御方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では温度監視手段としてサーモグラフィー４０を採用しているが、このような温度監視手段に制限されることはなく、例えば、受熱管２０ごとに熱電対を取り付け、温度を検知する方法であってもかまわない。

また、本実施の形態では、受熱管２０の出側ガス温度やヘリオスタット１０２に備えた日射計４４で測定した日射強度の検出結果を、本運転制御システムのヘリオスタットの角度や使用数量などの補正に反映しているが、前記検出結果を反映させない方法であってもかまわない。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。

１０ 受熱器（太陽熱受熱器）
１１ ケーシング
１１ｂ 開口部
２０ 受熱管
２３ 受熱管本体
４０ サーモグラフィー（赤外線サーモグラフィー、温度監視手段）
４１ 画像処理装置（温度処理手段）
４２ ヘリオスタット制御装置（ヘリオスタット制御手段）
４３ 入熱量計算装置
４４ 日射計
１０２ ヘリオスタット

Claims (7)

1. ヘリオスタットで反射される太陽光が入射する開口部を有するケーシングと、該ケーシング内にケーシング周方向に配列するとともに内部に熱媒体が流通する複数の受熱管とを備える太陽熱受熱器の運転制御システムであって、
   前記ケーシング内部の温度を監視する温度監視手段と、
   該温度監視手段で取得した温度データとその位置を関連付けた温度分布を作成し、温度異常部を抽出する解析を行う温度処理手段と、
   該温度処理手段で得られた前記温度異常部に基づいて任意の前記ヘリオスタットの角度を補正するヘリオスタット制御手段と、
   を備えることを特徴とする太陽熱受熱器の運転制御システム。
2. 前記温度監視手段は、温度画像を撮像する赤外線サーモグラフィーであり、
   前記温度処理手段は、該赤外線サーモグラフィーで得られた温度画像データを解析する画像処理装置であることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱受熱器の運転制御システム。
3. ヘリオスタットで反射される太陽光が入射する開口部を有するケーシングと、該ケーシング内にケーシング周方向に配列するとともに内部に熱媒体が流通する複数の受熱管とを備える太陽熱受熱器の運転制御方法であって、
   前記ケーシング内部の温度を監視する第１工程と、
   該第１工程で取得した温度データとその位置を関連付けた温度分布を作成し、温度異常部を抽出する解析を行う第２工程と、
   該第２工程により得られた前記温度異常部に基づいて任意の前記ヘリオスタットの角度を補正する第３工程と、
   を有することを特徴とする太陽熱受熱器の運転制御方法。
4. 前記第１工程では、温度画像を撮像する赤外線サーモグラフィーが用いられ、
   前記温度分布は、前記赤外線サーモグラフィーで撮像した前記ケーシング内部の展開図をメッシュ分割することにより得られることを特徴とする請求項３に記載の太陽熱受熱器の運転制御方法。
5. 前記ヘリオスタットには、日射強度を測定する日射計が設けられ、
   前記日射強度に応じて使用する前記ヘリオスタットを特定するとともに前記ケーシング内に入射させる太陽光の熱量を算出する入熱量計算装置が設けられ、
   該入熱量計算装置で得られた結果に基づいて前記第３工程で得られた補正データに反映させることを特徴とする請求項３または４に記載の太陽熱受熱器の運転制御方法。
6. 前記第１工程において、
   予め設定された温度の平均値を外れる温度異常部を前記温度分布より検出する工程と、
   この温度異常部とその周囲との温度差および位置関係により温度傾斜角度を算出する工程と、
   該温度傾斜角度に対応する前記ヘリオスタットを特定するとともにその角度を調整する補正を行う工程と、
   を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の太陽熱受熱器の運転制御方法。
7. 前記受熱管の出側ガス温度に異常が検出されたときには前記第１工程から前記第３工程までが行われることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の太陽熱受熱器の運転制御方法。

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