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WO2014034656A1 - 太陽熱集熱システムおよびその運用方法、太陽熱集熱システムを備えた発電プラント - Google Patents

太陽熱集熱システムおよびその運用方法、太陽熱集熱システムを備えた発電プラント Download PDF

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WO2014034656A1
WO2014034656A1 PCT/JP2013/072858 JP2013072858W WO2014034656A1 WO 2014034656 A1 WO2014034656 A1 WO 2014034656A1 JP 2013072858 W JP2013072858 W JP 2013072858W WO 2014034656 A1 WO2014034656 A1 WO 2014034656A1
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WO
WIPO (PCT)
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heliostat
heat collecting
mirror
heat
angle
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2013/072858
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French (fr)
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丸本　隆弘
康平 篠崎
哲夫 四方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Babcock Hitachi KK filed Critical Babcock Hitachi KK
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    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/77—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with flat reflective plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
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    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
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    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the present invention relates to a solar heat collecting system for collecting and using heat from the sun, and in particular, has a mirror that reflects sunlight, and the reflected light is installed on the tower according to the direction of incident light.
  • Solar heat collecting system having a plurality of heliostats (consisting of a mirror, a mirror orientation adjusting mechanism, a support frame for supporting these, etc.) for adjusting the direction of the mirror so as to collect light toward the heat collecting device, and the same
  • the present invention relates to an operation method and a power plant including a solar heat collection system.
  • heliostats installed mainly near the ground surface concentrate reflected light toward a heat collection device installed on the tower according to the direction of incident sunlight.
  • the mirror orientation (azimuth and elevation) must be adjusted individually.
  • FIG. 10 is a diagram showing an outline of a general tower-type solar heat collection system related to the prior art, and the heat medium a is sent to the heat collection device 3 installed on the heat collection device support base 2 by the supply pump 1. .
  • the light from the sun 4 is reflected by a mirror installed in the heliostat 5 and collected on the heat collecting surface 103 of the heat collecting device 3.
  • the temperature of the heat medium a rises due to the heat of the sun.
  • water-steam, synthetic oil, molten salt, or the like is used as the heat medium a.
  • a drive device such as a motor for adjusting the orientation of each individual heliostat and related equipment are provided.
  • (2) one in which a plurality of heliostats are connected by a cable and a link mechanism to form an aggregate so as to operate physically all at once.
  • the means (1) needs to be provided with necessary devices and devices for each heliostat installed in large numbers, the equipment cost increases.
  • the means (2) has a problem that, as the scale increases, facilities and mechanisms become complicated, and maintenance and inspection costs increase.
  • each heliostat itself does not include a drive device such as a motor for actively operating and related equipment, and a mobile heliostat is provided.
  • a technique also referred to as a robotic heliostat system
  • a stat-driven robot also referred to as a robotic controller
  • FIG. 11 is a view showing a robot type heliostat system in which the direction of the mirror of the heliostat is adjusted by the mobile heliostat drive robot related to the prior art shown in Patent Document 1 above.
  • the heliostat 5 includes a mirror 6 that reflects sunlight, a supporting steel frame (supporting member) 7 that holds the mirror 6, and a driven device 8 that is attached to the supporting steel frame 7.
  • the heliostat drive robot 10 is configured to move in a passage or track 9 provided so as to connect between a plurality of adjacent heliostats 5.
  • the driven device 8 which is a mirror angle adjusting mechanism does not include a motor for driving the heliostat 5 (for adjusting the azimuth angle and elevation angle), and the driving motor is driven by a heliostat. It is mounted on the robot 10 side.
  • the heliostat driving robot 10 with a built-in motor travels through the passage 9 and circulates the heliostat 5.
  • the heliostat drive robot 10 drives the driven device 8 installed in the heliostat 5 that is the circuit destination, and sequentially adjusts the direction of the mirror 6 to return to the original position.
  • a heliostat adjustment cycle the time from when the angle of the specific heliostat 5 is once adjusted by the heliostat driving robot 10 until the angle is adjusted next time is referred to as a heliostat adjustment cycle.
  • This heliostat adjustment cycle (a concept applied also in the present invention) is obtained when a specific plurality of heliostats 5 are configured to be angle-adjusted by a single heliostat drive robot 10. This is synonymous with the return time for the stat-driven robot 10 to go around the plurality of heliostats 5 and return to the original position.
  • Patent Document 2 a plurality of heliostats arranged concentrically around a support tower having a condensing part is divided into groups according to the distance from the support tower. It is disclosed that the direction of each heliostat is changed and controlled according to the incident angle of sunlight.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a heat collecting device in a general tower type solar heat collecting system.
  • FIG. 13 shows a distance from the heat collecting surface to the heliostat and a heliostat adjustment period (elapsed time after adjusting the heliostat). ) As parameters, and the heat load distribution on the heat collecting surface of the heat collecting device is characteristically displayed.
  • FIG. 14 is a graph showing the heliostat angle adjustment using the distance from the heat collecting surface to the heliostat shown in FIG. It is a figure showing the relationship between later elapsed time and the amount of heat collection.
  • the heat medium a supplied by the supply pump 1 is constituted by a plurality of heat transfer tubes via the inlet header 11 and forms a heat collecting surface 103 (see FIG. 10).
  • the heat medium a in the heat transfer tube is heated by receiving the heat of the sun.
  • the heated heat medium a flows out from the heat collecting device 3 through the outlet header 13.
  • FIG. 13 schematically shows the distribution of the heat load on the heat collecting surface 103 of the heat collecting device 3 classified by the distance from the heat collecting surface 103 of the heat collecting device 3 to the heliostat and the elapsed time after adjusting the heliostat. It is a representation.
  • the horizontal direction is the elapsed time after adjusting the heliostat (0 to 4 minutes), and the vertical direction is the distance from the heat collector 3 to the heliostat ([1]: 20 m, [2]: 50 m, [3]: 100 m) It is.
  • the dotted lines connect the same heat load portions as contour lines, and the region is expressed step by step.
  • the heat load of the heat collecting device 3 varies depending on the orientation and altitude of the sun. Although there are fluctuations, immediately after the heliostat adjustment (0 minutes), as shown in FIG. 13, it is generally the highest at the center (high heat load region b) and decreases toward the periphery (low heat load region c).
  • the shape of the incident light (all incidents) superimposed on the incident light from all the mirrors used (Also referred to as an optical pattern) is maintained in substantially the same pattern, and does not protrude from the heat collecting surface 103 of the heat collecting device 3.
  • FIG. 14 shows the elapsed time after adjusting the heliostat angle and the amount of collected heat (relative value when the adjustment time is 1.0) in each of the cases [1], [2], and [3] in FIG. It represents a relationship. Due to the phenomenon shown in FIG. 14, when the total incident light pattern starts to protrude from the heat collecting surface 103 of the heat collecting device 3, the amount of collected heat begins to decrease, and becomes zero when it completely shifts.
  • the entire incident light pattern does not protrude from the heat collector 3 even after about 4 minutes. The same amount of heat collection is maintained.
  • the entire incident light pattern does not protrude from the heat collecting device 3 until about 2 minutes later, and almost the same heat collection amount as that at the time of adjustment is maintained. A part of the heat collection surface 103 protrudes and the amount of heat collection is reduced.
  • the entire incident light pattern does not protrude from the heat collecting device 3 until about 1 minute later, and almost the same amount of heat collected as at the time of adjustment is maintained. It can be seen that a part of the load region protrudes from the heat collection surface 103, and the amount of heat collection decreases.
  • Patent Document 2 the concept of driving and controlling each heliostat by dividing a plurality of heliostats into groups based on the distance from the heat collector is shown.
  • the stat requires a drive mechanism for controlling the direction of the heliostat for each heliostat, and the concept of the mobile robot is not disclosed, resulting in increased equipment costs.
  • a plurality of heliostats having a mirror that reflects sunlight, an angle adjustment mechanism that adjusts an azimuth angle and an elevation angle of the mirror so as to change the direction of reflected light in accordance with the direction of the incident sunlight, and the plurality of heliostats
  • a heat collecting device having a heat collecting surface that receives sunlight reflected and collected by a heliostat, and a movable type that moves the at least one heliostat to drive the angle adjusting mechanism and adjust the angle of the mirror
  • a solar heat collecting system comprising a heliostat driving robot of The heliostat-driven robot is configured such that the period of angle adjustment of the mirror by the heliostat-driven robot is short and long with respect to the plurality of heliostats depending on the distance from the heat collecting device. Are arranged in a region where the distance is shorter than a region where the distance from the heat collecting device is far.
  • a plurality of heliostats having a mirror that reflects sunlight, an angle adjustment mechanism that adjusts the azimuth angle and elevation angle of the mirror so as to change the direction of reflected light according to the direction of solar incident light, and
  • a heat collecting device having a heat collecting surface for receiving sunlight reflected and collected by a plurality of heliostats, and at least one heliostat is moved to drive the angle adjusting mechanism to adjust the angle of the mirror.
  • a solar heat collection system comprising a mobile heliostat drive robot,
  • the plurality of heliostats includes at least a long-range heliostat group in a region far from the heat collector, and a short-range heliostat group in a region near the heat collector.
  • the helicopter is divided into two heliostat groups, and the mirror angle adjustment cycle by the heliostat driving robot is made short and long according to the distance from the heat collecting device for each heliostat group.
  • the number of heliostat driving robots is set to be less in the heliostat group that is closer than the heliostat group that is far from the heat collecting device.
  • the present invention it is possible to reduce the number of heliostat driving robots without reducing the amount of heat collection in the heat collection device, regardless of whether the arrangement of the heliostat is near or far from the heat collection device.
  • the equipment cost can be kept low.
  • FIG. 1 A solar heat collection system according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
  • the heat medium a is sent by a supply pump 1 to a heat collector 3 installed on a heat collector support base 2.
  • the light from the sun 4 is reflected by the mirror 6 (see FIG. 11) installed on the heliostat 5 and condensed on the heat collecting device 3.
  • the temperature of the heat medium a rises due to the heat of the sun.
  • water-steam, synthetic oil, molten salt, etc. can be used as the heat medium a.
  • the prior art heliostat shown in FIG. 11 a light collecting device including the heliostat, and the heat collecting device shown in FIG. 12 may be adopted.
  • the height of the heat collecting device is 40 m.
  • FIG. 11 shows an example in which the passage 9 is laid in the perspective direction to the heat collecting device 3.
  • the present invention is not limited to this, and the passage 9 is also provided in the direction orthogonal to the perspective direction. It is also possible to drive and control the driving robot 10 vertically and horizontally in the illustrated heliostat arrangement.
  • the dimensions of the mirror 6 are 1 m ⁇ 1 m, and several tens to several hundreds of mirrors 6 are arranged in each of the vertical and horizontal directions).
  • One drive robot may be assigned to a mirror arranged on a plane to control the direction of each mirror.
  • the present invention is not limited to this, and a plurality of heliostats are provided via an appropriate transmission / relay mechanism. Including a group of heliostats that are driven and controlled by a single robot ("moving every at least one heliostat" described in the claims) Synonymous).
  • the heliostat adjustment cycle by the heliostat driving robot 10 is varied according to the distance from the heat collecting device 3 to the heliostat 5, and from the heat collecting device 3.
  • the heliostat 5 from the heat collector 3 so that all incident light patterns overlap on the heat collecting surface 103.
  • the adjustment period of the heliostat is changed in accordance with the distance to the distance, and the adjustment period is set shorter as the distance from the heat collecting device 3 becomes longer.
  • the adjustment period is 5 minutes (there is no problem in overlapping of all incident light patterns even if the distance is 5 minutes), and between 100 m and 20 m
  • the adjustment period is continuously or intermittently changed over 1 to 5 minutes.
  • the adjustment period of the heliostat 5 and the number of the heliostat driving robots 10 have an inversely proportional relationship. That is, since the heliostat driving robot 10 travels in the passage 9 or the track at a constant speed, if the adjustment cycle of the heliostat 5 is long, the number of heliostats 5 that can be adjusted by one heliostat driving robot 10 is large. Therefore, the number of heliostat driving robots required for adjusting a predetermined number of heliostats is reduced. Conversely, if the adjustment cycle of the heliostat 5 is short, the number of heliostats 5 that can be adjusted by the heliostat driving robot 10 is reduced. Therefore, the number of heliostat driving robots necessary for adjusting a predetermined number of heliostats is reduced. Will increase.
  • the number of heliostat driving robots can be reduced by about 50% as compared with the conventional example as shown in FIG. 4 under the condition where the height of the heat collecting device is 40 m.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of a tower-type solar heat collecting system according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a heat collecting device and a helio in the tower-type solar heat collecting system according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an arrangement state of a stat
  • FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a heliostat adjustment period and a distance from a pyroelectric device in a tower type solar heat collecting system according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operational effects in the tower type solar heat collecting system according to another embodiment of the present invention by the number of heliostat driving robots.
  • the solar heat collecting system divides the heliostat 5 into three heliostat groups as an example according to the distance from the heat collecting device 3. .
  • the heliostat adjustment period of each heliostat group including the short-range heliostat group 14, the intermediate-range heliostat group 15, and the long-range heliostat group 16 shown in the figure is the distance from the heat collector 3 to the heliostat group.
  • the period is shortened as the distance from the heat collecting device 3 becomes longer. In other words, the shorter the distance from the heat collecting device 3 is, the longer the adjustment cycle is, and the number of heliostat driving robots in the short-distance heliostat group 14 is reduced.
  • the short distance heliostat group 14 is the range where the distance from the heat collecting device 3 is 20 m to 40 m, and the range where the distance is 50 m to 70 m is intermediate.
  • the distance heliostat group 15 is used, and the range of 80 to 100 m is used as the long distance heliostat group 16, and as shown in FIG. 7, the respective heliostat adjustment periods are 4 minutes, 2 minutes, and 1 minute, respectively. .
  • a robot is arranged for each heliostat group and the robot moves within the group (the robot moves across each group).
  • Other embodiments of the present invention are not excluded), and as shown in FIG. 8 due to the influence of grouping and the like, the heliostat drive robot is compared with the present embodiment shown in FIG. 2 and FIG.
  • the same effects and operations as in the present embodiment can be obtained.
  • the control of the heliostat driving robot is simplified for each group, the cost of the control system can be reduced.
  • the solar heat collecting system described above is provided, steam is generated using the heat collected through the heat collecting device 3, and a steam turbine is driven by the steam to generate power. And a power plant equipped with a solar heat collecting system.

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Description

太陽熱集熱システムおよびその運用方法、太陽熱集熱システムを備えた発電プラント
　本発明は、太陽からの熱を集熱して利用するための太陽熱集熱システムに係わり、特に太陽光を反射する鏡を有し、入射光の向きに応じて反射光をタワー上に設置された集熱装置に向けて集光させるように当該鏡の向きを調節する複数のヘリオスタット（鏡、鏡の向きの調整機構、これらを支える支持枠などからなるもの）を有する太陽熱集熱システム及びその運用方法、太陽熱集熱システムを備えた発電プラントに関する。
　タワー式の太陽熱集熱システムにおいて、主に地表付近に設置されるヘリオスタットは、入射する太陽光の向きに応じて反射光をタワー上に設置された集熱装置に向けて集光させるように鏡の向き（方位角と仰角）を個別に調節する必要がある。
　図１０は従来技術に関する一般的なタワー式太陽熱集熱システムの概略を示す図であり、熱媒体ａは供給ポンプ１により、集熱装置支持土台２上に設置された集熱装置３に送られる。太陽４からの光は、ヘリオスタット５に設置された鏡で反射され、集熱装置３の集熱面１０３に集光される。集熱装置３では、太陽の熱により、熱媒体ａの温度が上昇する。なお、熱媒体ａとして、一般的に水－蒸気、合成油、溶融塩等が用いられている。
　タワー式太陽熱集熱システムに利用可能なヘリオスタットの鏡の向きを調節する手段としては、（１）個々のヘリオスタット毎に向きを調整するためのモーター等の駆動装置及び関連機器類を設けて、能動的に動作させるもの、（２）複数のヘリオスタットをケーブル及びリンク機構で接続して物理的に一斉に動作するように集合体を構成するもの、等が広く知られている。しかし、上記（１）の手段は、多数設置されるヘリオスタット毎に個別に必要な装置・機器類を備える必要があるため、設備コストが高くなる。また、上記（２）の手段は、規模が大きくなると設備・機構が複雑になり、保守・点検の費用が嵩むといった課題がある。
　そこで、上述したようなヘリオスタットのシステム的な課題に対する別の手段として、個々のヘリオスタット自体は能動的に動作するためのモーター等の駆動装置及び関連機器類を備えることなく、移動式のヘリオスタット駆動ロボット（ｒｏｂｏｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒとも称する）を用いて、ヘリオスタットの鏡の向きが受動的に調整されるように構成された技術（ロボット式ヘリオスタットシステムとも称する）が、例えば特許文献１に提案されている。
　図１１は上記特許文献１に示す従来技術に関する移動式ヘリオスタットの駆動ロボットによってヘリオスタットの鏡の向きを調整するロボット式ヘリオスタットシステムを示す図である。ヘリオスタット５は、太陽光を反射する鏡６と、鏡６を保持する支持鉄骨（支持部材）７と、支持鉄骨７に取り付けられた被駆動装置８と、で構成されている。ヘリオスタット駆動ロボット１０は、隣接する複数基のヘリオスタット５の間を接続するように設けられた通路又は軌道９を移動するように構成されている。
　鏡の角度調整機構である被駆動装置８には、ヘリオスタット５を駆動するためのモータ（方位角と仰角を調整する角度調整動作用）は内蔵されておらず、駆動用モータはヘリオスタット駆動ロボット１０側に搭載されている。このような構成にすることで、駆動用モータの数を減らすことが可能となり、ヘリオスタットのシステムとしての設備費を低減できる。
　モータを内蔵したヘリオスタット駆動ロボット１０は、通路９を走行してヘリオスタット５を巡回する。ヘリオスタット駆動ロボット１０は、巡回先のヘリオスタット５に設置された被駆動装置８を駆動し、鏡６の向きを順次調整して元の位置に戻る。ここで、特定のヘリオスタット５がヘリオスタット駆動ロボット１０により、一度角度調整されてから、次回、角度調整されるまでの時間をヘリオスタット調整周期と称している。このヘリオスタット調整周期（本発明においても適用する概念）は、特定の複数基のヘリオスタット５が専ら１台のヘリオスタット駆動ロボット１０によって角度調整動作されるように構成されている場合、このヘリオスタット駆動ロボット１０が複数のヘリオスタット５を巡回して元の位置に戻る戻り時間と同義である。
　また、従来技術として、例えば特許文献２には、集光部を有する支持タワーを中心にして同心円状に配置された複数のヘリオスタットが、支持タワーからの距離に応じて群に分けられ、群毎のヘリオスタットを太陽光の入射角度に応じて向きを変更制御することが開示されている。
国際公開第２０１１／１５０３７３Ａ１号パンフレット 特開２００４－３７０３７号公報
　ここで、上記の特許文献１に開示された技術に対する課題について、図１２～図１４を参照しながら以下説明する。図１２は一般的なタワー式太陽熱集熱システムにおける集熱装置の構成例を示す図であり、図１３は集熱面からヘリオスタットまでの距離とヘリオスタット調整周期（ヘリオスタット調整後の経過時間）とをパラメータとして、集熱装置の集熱面における熱負荷分布について特性表示した説明図であり、図１４は図１３に示す集熱面からヘリオスタットまでの距離をパラメータとして、ヘリオスタット角度調整後の経過時間と集熱量との関係を表した図である。
　図１２～図１４において、供給ポンプ１で供給された熱媒体ａは、入口ヘッダ１１を介して、複数の伝熱管で構成され集熱面１０３（図１０を参照）を形成する伝熱パネル１２に流入し、太陽の熱を受けて伝熱管内の熱媒体ａが加熱される。加熱された熱媒体ａは出口ヘッダ１３を介し、集熱装置３から流出する。ロボット式ヘリオスタットシステムをタワー式の太陽熱集熱システムに用いた場合に、ロボット式ヘリオスタットシステムは、原理的に、１のヘリオスタット５の鏡６の向きを経時的に連続して調整することができず、上述の調整周期を伴うこととなる。
　図１３は、集熱装置３の集熱面１０３における熱負荷の分布を、集熱装置３の集熱面１０３からヘリオスタットまでの距離とヘリオスタット調整後の経過時間により分類して模式的に表したものである。横方向がヘリオスタット調整後の経過時間（０分～４分）、縦方向が集熱装置３からヘリオスタットまでの距離（[１]：２０ｍ、[２]：５０ｍ、[３]：１００ｍ）である。また、点線が等高線のように同じ熱負荷の部位を結んでおり、その領域を段階的に表現している。
　ヘリオスタットの設置条件（寸法・形状、設置領域・数量等）や追従方法（制御）にも依存し、太陽の方位と高度により、集熱装置３の熱負荷は、絶対値の上下や分布の変動を伴うものの、ヘリオスタット調整直後（０分）は、概ね、図１３に示すように、中央部で最も高く（高熱負荷領域ｂ）、周辺に行くに従って低下（低熱負荷領域ｃ）する。ここで、ヘリオスタット調整直後、すなわち、ほぼ連続的にヘリオスタットを調整すれば、タワー式太陽熱プラントの稼働期間中において、使用する鏡全てからの入射光を重ね合わせた入射光の形状（全入射光パターンとも称する）は、ほぼ同じパターンが維持され、集熱装置３の集熱面１０３からはみ出すこともない。
　しかしながら、実際上の動作においては、ヘリオスタット駆動ロボット１０による角度調整動作に多少の時間を必要とし、また、ヘリオスタット駆動ロボット１０が、別のヘリオスタットへと移動するにも時間を要するから、角度調整されたヘリオスタットが次回、角度調整されるまでには、相応の時間を要する。そして、ヘリオスタット調整後の経過時間（ヘリオスタット調整周期と同意）が長くなればなるほど、全入射光パターンが集熱装置３の集熱面１０３からはみ出す割合が大きくなるが、その傾向は、集熱装置３の集熱面１０３とヘリオスタット５の距離が離れれば離れるほど顕著である。
　図１４は、図１３の[１]、[２]、[３]の各場合において、ヘリオスタット角度調整後の経過時間と集熱量（調整時を１．０としたときの相対値）との関係を表したものである。図１４に示す現象により、全入射光パターンが集熱装置３の集熱面１０３からはみ出し始めると集熱量が低下し始め、完全にずれてしまうと零となる。
　図１４の例では、集熱装置３とヘリオスタット５の距離が短い[１]の場合であれば、約４分後でも、全入射光パターンが集熱装置３からはみ出すことなく、調整時とほぼ同じ集熱量が保たれる。一方、[２]の場合は約２分後までは全入射光パターンが集熱装置３からはみ出すことなく、調整時とほぼ同じ集熱量が保たれるが、３分後には、低熱負荷領域の一部が集熱面１０３からはみ出しており、集熱量が低下している。[３]の場合であれば、約１分後までは全入射光パターンが集熱装置３からはみ出すことなく、調整時とほぼ同じ集熱量が保たれるが、２分後には、早くも低熱負荷領域の一部が集熱面１０３からはみ出しており、集熱量が低下することがわかる。
　このように、特許文献１に示すような従来技術においては、集熱面１０３とヘリオスタットとの距離が大きくなるほど、集熱装置３における集熱量の低下を回避するために、短い調整周期で角度調整動作を行わなければならない。よって、広い範囲にヘリオスタットを設置して集光度を高めながら、集熱量の低下を抑えようとすると、ヘリオスタット駆動ロボット１０の数を相当に多く配置する必要があった。
　また、特許文献２に示す従来技術では、複数のヘリオスタットを集熱装置からの距離をもとに群に分けてそれぞれのヘリオスタットを駆動制御する考え方は示されているが、群内のヘリオスタットは各ヘリオスタット毎にヘリオスタットの向き制御のための駆動機構を必要とするものであり、移動式ロボットの概念は開示されておらず、設備費が嵩むこととなる。
　前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。　
　太陽光を反射する鏡、太陽入射光の向きに応じて反射光の向きを変えるように前記鏡の方位角と仰角の角度を調整する角度調整機構、を有する複数のヘリオスタットと、前記複数のヘリオスタットで反射され集光された太陽光を受光する集熱面を有する集熱装置と、少なくとも１つのヘリオスタット毎に移動して前記角度調整機構を駆動し前記鏡の角度調整を行う移動式のヘリオスタット駆動ロボットと、を備えた太陽熱集熱システムであって、
前記ヘリオスタット駆動ロボットによる前記鏡の角度調整の周期を、前記複数のヘリオスタットに対して前記集熱装置からの遠・近距離に応じて、短・長とすることによって、前記ヘリオスタット駆動ロボットの台数が、前記集熱装置からの距離が遠い領域よりもその距離が近い領域において、少なく配置される構成とする。
　また、太陽光を反射する鏡、太陽入射光の向きに応じて反射光の向きを変えるように前記鏡の方位角と仰角の角度を調整する角度調整機構、を有する複数のヘリオスタットと、前記複数のヘリオスタットで反射され集光された太陽光を受光する集熱面を有する集熱装置と、少なくとも１つのヘリオスタット毎に移動して前記角度調整機構を駆動し前記鏡の角度調整を行う移動式のヘリオスタット駆動ロボットと、を備えた太陽熱集熱システムであって、
前記複数のヘリオスタットが、前記集熱装置からの距離が遠い領域にある遠距離用ヘリオスタット群と、前記集熱装置からの距離が近い領域にある近距離用ヘリオスタット群と、を含む少なくとも２つのヘリオスタット群に分割され、前記ヘリオスタット駆動ロボットによる前記鏡の角度調整の周期を、前記ヘリオスタット群毎に前記集熱装置からの遠・近距離に応じて、短・長とすることによって、前記ヘリオスタット駆動ロボット台数が、前記集熱装置からの距離が遠いヘリオスタット群よりもその距離が近いヘリオスタット群において、少なく配置される構成とする。
　本発明によれば、ヘリオスタットの配置が集熱装置からの距離の遠近にかかわらず、集熱装置における集熱量を低下させることなく、ヘリオスタット駆動ロボットの数を低減することができ、ヘリオスタットの設備費を低く抑えることができる。
本発明の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムの概略を示す図である。 本実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおける集熱装置及びヘリオスタットの配置状況と、ヘリオスタット調整周期とを表す説明図である。 本実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおけるヘリオスタット調整周期と焦熱装置からの距離との関係を示す図である。 本実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおける作用効果をヘリオスタット駆動ロボットの数で表す説明図である。 本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムの概略を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおける集熱装置及びヘリオスタットの配置状況を表す説明図である。 本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおけるヘリオスタット調整周期と焦熱装置からの距離との関係を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおける作用効果をヘリオスタット駆動ロボットの数で表す説明図である。 本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおける集熱装置及びヘリオスタットの別の配置状態を表す説明図である。 従来技術に関する一般的なタワー式太陽熱集熱システムの概略を示す図である。 従来技術に関する移動式ヘリオスタットの駆動ロボットによってヘリオスタットの鏡の向きを調整するロボット式ヘリオスタットシステムを示す図である。 一般的なタワー式太陽熱集熱システムにおける集熱装置の構成例を示す図である。 集熱面からヘリオスタットまでの距離とヘリオスタット調整周期（ヘリオスタット調整後の経過時間）とをパラメータとして、集熱装置の集熱面における熱負荷分布について特性表示した説明図である。 図１３に示す集熱面からヘリオスタットまでの距離をパラメータとして、ヘリオスタット角度調整後の経過時間と集熱量との関係を表した図である。
　本発明の実施形態に係る太陽熱集熱システムについて、図１～図４を参照しながら以下説明する。図１に示すように、熱媒体ａは、供給ポンプ１により、集熱装置支持土台２上に設置された集熱装置３に送られる。一方、太陽４からの光は、ヘリオスタット５に設置された鏡６（図１１を参照）で反射され、集熱装置３に集光される。集熱装置３では、太陽の熱により、熱媒体ａの温度が上昇する。なお、熱媒体ａとして、水ー蒸気、合成油、溶融塩等を用いることができる。
　本実施形態では、図１１に示した従来技術のヘリオスタット、ヘリオスタットを含む集光装置、並びに、図１２に示した集熱装置を採用するものであってよい。本実施形態の一具体例として集熱装置の高さを４０ｍとする。各機器の詳細な説明については、背景技術欄の記載を援用する。
　本実施形態では、図１１に示すように、１台のヘリオスタット駆動ロボット１０が複数のヘリオスタット５の鏡６の向きを順次変更制御できるように、通路９又は軌道が設けられている。図１１では、集熱装置３への遠近方向に通路９が敷設されている例が示されているが、これに限らず、遠近方向と直交する方向にも通路９を設けて、図２に示すヘリオスタット配置において駆動ロボット１０を縦横に駆動制御することも可能である。
　換言すると、図２に示すヘリオスタット配置構成において（一例を示すと、鏡６の寸法が１ｍ×１ｍで、縦横それぞれに数十個～数百個の鏡６を配置）、縦横数個毎の平面上に配置された鏡に対して１台の駆動ロボットを割り当てて、各鏡の向きを制御してもよい。
　また、本実施形態では、１基のヘリオスタットを１台のロボットで駆動制御することを想定して以下説明するが、これに限らず、適宜の伝達・中継機構を介して複数基のヘリオスタットをひとまとまりとして、この一纏まりのヘリオスタットを１台のロボットで駆動制御するものも包含する（特許請求の範囲で記載している「少なくとも１つのヘリオスタット毎に移動」して駆動制御することと同義）。
　本実施形態では、図２および図３に示すように、ヘリオスタット駆動ロボット１０によるヘリオスタット調整周期を、集熱装置３からヘリオスタット５までの距離に応じて異ならせ、集熱装置３からの距離が長くなるほど、その周期を短く設定する。より具体的には、集熱装置３からヘリオスタット５までの距離である２０ｍ～１００ｍの範囲に対して、ヘリオスタット５の調整周期を５分～１分の範囲で連続的又は断続的に変化させる。
　上述した「発明が解決しようとする課題」の欄において、図１３と図１４を参照して説明したように、全入射光パターンが集熱面１０３で重なり合うように集熱装置３からヘリオスタット５までの距離に応じて、ヘリオスタットの調整周期を変更して、集熱装置３からの距離が長くなるほど調整周期を短く設定する。
　図３に示すように、従来技術では、集熱装置３からの距離が例えば１００ｍである場合にヘリオスタット調整周期を１分とする必要があるときに、距離が２０ｍである場合にも調整周期を１分としていたのに対して、本実施形態では、距離２０ｍの場合に調整周期を５分とし（５分であっても全入射光パターンの重なり合いにおいて差し支えがない）、１００ｍと２０ｍの間のヘリオスタットに対して、その調整周期を１分から５分に亘って連続的又は断続的に変更するものである。
　ここにおいて、ヘリオスタット５の調整周期とヘリオスタット駆動ロボット１０の数とには、反比例の関係がある。すなわち、ヘリオスタット駆動ロボット１０は、一定の速度で通路９又は軌道を走行するため、ヘリオスタット５の調整周期が長ければ、１台のヘリオスタット駆動ロボット１０で調整できるヘリオスタット５の数が多くなるため、所定の数のヘリオスタットを調整するために必要となるヘリオスタット駆動ロボットの数が少なくなる。逆に、ヘリオスタット５の調整周期が短ければ、ヘリオスタット駆動ロボット１０で調整できるヘリオスタット５の数が少なくなるため，所定の数のヘリオスタットを調整するために必要なるヘリオスタット駆動ロボットの数が多くなる。
　したがって、本実施形態によれば、集熱装置の高さが４０ｍの条件において、図４に示すように、ヘリオスタット駆動ロボットの数を、従来例よりも約５０％低減できることとなる。
　次に、本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムについて、図５～図８を参照しながら以下説明する。図５は本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムの概略を示す図であり、図６は本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおける集熱装置及びヘリオスタットの配置状況を表す説明図であり、図７は本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおけるヘリオスタット調整周期と焦熱装置からの距離との関係を示す図であり、図８は本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおける作用効果をヘリオスタット駆動ロボットの数で表す説明図である。
　本発明の他の実施形態に係る太陽熱集熱システムは、図５と図６に示すように、ヘリオスタット５を集熱装置３からの距離に応じて、一例として３つのヘリオスタット群に分割する。図示する近距離用ヘリオスタット群１４、中間距離用ヘリオスタット群１５、遠距離用ヘリオスタット群１６からなる各々のヘリオスタット群のヘリオスタット調整周期は、集熱装置３からヘリオスタット群までの距離に応じて異ならせ、集熱装置３からの距離が長くなるほど、その周期を短くしている。換言すると、集熱装置３からの距離が短くなるほど、その調整周期を長くしていて、近距離用ヘリオスタット群１４においてヘリオスタット駆動ロボットの数を低減している。
　より具体的には、集熱装置３の高さが４０ｍの条件において、集熱装置３からの距離が２０ｍ～４０ｍの範囲を近距離用ヘリオスタット群１４とし、距離５０ｍ～７０ｍの範囲を中間距離用ヘリオスタット群１５とし、距離８０ｍ～１００ｍの範囲を遠距離用ヘリオスタット群１６として、図７に示すように、各々のヘリオスタット調整周期を、それぞれ４分、２分および１分とする。
　本発明の他の実施形態に係る太陽熱集熱システムにおいては、ヘリオスタット群毎にロボットが配置され、当該群内でロボットが移動するものと仮定すると（各群をまたいでロボットが移動することを本発明の他の実施形態は排除するものではない）、群分けによる制約等が影響して図８に示すように、図２と図４に示す本実施形態との比較で、ヘリオスタット駆動ロボットの数が若干増加するが、本実施形態と同等の効果および作用が得られる。また、ヘリオスタット駆動ロボットの制御が群毎になって簡略化されるため、制御システムのコスト低減が図れる。
　次に、本発明の他の実施形態に係るタワー式太陽熱集熱システムにおける集熱装置及びヘリオスタットの別の配置状態について、図９を参照しながら説明する。ヘリオスタットの配置については、図６に示す直交配置の外に、図９に示すような同心円状の配置としてもよい。なお、ヘリオスタットの立地条件、通路又は軌道の敷設条件、集熱装置の高さ・構造などを考慮して、ヘリオスタットの配置の状態、形状は、種々変更可能である。
　また、本発明のさらに他の実施形態として、上述した太陽熱集熱システムを有して、集熱装置３を通じて集熱された熱を用いて蒸気を発生させ、蒸気により蒸気タービンを駆動して発電を行う太陽熱集熱システムを備えた発電プラントを挙げることができる。
　１　供給ポンプ
　２　集熱装置支持土台
　３　集熱装置
　４　太陽
　５　ヘリオスタット
　６　鏡
　７　支持鉄骨
　８　被駆動装置
　９　通路
　１０　ヘリオスタット駆動ロボット
　１１　入口ヘッダ
　１２　伝熱パネル
　１３　出口ヘッダ
　１４　近距離用ヘリオスタット群
　１５　中間距離用ヘリオスタット群
　１６　遠距離用ヘリオスタット群
　１０３　集熱面
　ａ　熱媒体
　ｂ　高熱負荷領域
　ｃ　低熱負荷領域

Claims (7)

  1. 　太陽光を反射する鏡、太陽入射光の向きに応じて反射光の向きを変えるように前記鏡の方位角と仰角の角度を調整する角度調整機構、を有する複数のヘリオスタットと、
    　前記複数のヘリオスタットで反射され集光された太陽光を受光する集熱面を有する集熱装置と、
    　少なくとも１つのヘリオスタット毎に移動して前記角度調整機構を駆動し前記鏡の角度調整を行う移動式のヘリオスタット駆動ロボットと、を備えた太陽熱集熱システムであって、
    　前記ヘリオスタット駆動ロボットによる前記鏡の角度調整の周期を、前記複数のヘリオスタットに対して前記集熱装置からの遠・近距離に応じて、短・長とすることによって、前記ヘリオスタット駆動ロボットの台数が、前記集熱装置からの距離が遠い領域よりもその距離が近い領域において、少なく配置される
    　ことを特徴とする太陽熱集熱システム。
  2. 　太陽光を反射する鏡、太陽入射光の向きに応じて反射光の向きを変えるように前記鏡の方位角と仰角の角度を調整する角度調整機構、を有する複数のヘリオスタットと、
    　前記複数のヘリオスタットで反射され集光された太陽光を受光する集熱面を有する集熱装置と、
    　少なくとも１つのヘリオスタット毎に移動して前記角度調整機構を駆動し前記鏡の角度調整を行う移動式のヘリオスタット駆動ロボットと、を備えた太陽熱集熱システムであって、
    　前記複数のヘリオスタットが、前記集熱装置からの距離が遠い領域にある遠距離用ヘリオスタット群と、前記集熱装置からの距離が近い領域にある近距離用ヘリオスタット群と、を含む少なくとも２つのヘリオスタット群に分割され、
    　前記ヘリオスタット駆動ロボットによる前記鏡の角度調整の周期を、前記ヘリオスタット群毎に前記集熱装置からの遠・近距離に応じて、短・長とすることによって、前記ヘリオスタット駆動ロボット台数が、前記集熱装置からの距離が遠いヘリオスタット群よりもその距離が近いヘリオスタット群において、少なく配置される
    　ことを特徴とする太陽熱集熱システム。
  3. 　請求項１または２において、
    　前記ヘリオスタット駆動ロボットが移動するための通路又は軌道を備えたことを特徴とする太陽熱集熱システム。
  4. 　太陽光を反射する鏡、太陽入射光の向きに応じて反射光の向きを変えるように前記鏡の方位角と仰角の角度を調整する角度調整機構、を有する複数のヘリオスタットと、
    　前記複数のヘリオスタットで反射され集光された太陽光を受光する集熱面を有する集熱装置と、
    　少なくとも１つのヘリオスタット毎に移動して前記角度調整機構を駆動し前記鏡の角度調整を行う移動式のヘリオスタット駆動ロボットと、を備えた太陽熱集熱システムの運用方法であって、
    　前記ヘリオスタット駆動ロボットの台数が前記集熱装置からの距離が遠い領域よりもその距離が近い領域において少なく配置されるように、前記ヘリオスタット駆動ロボットによる前記鏡の角度調整の周期を、前記集熱装置からの距離が遠い領域よりもその距離が近い領域において長くする
    　ことを特徴とする太陽熱集熱システムの運用方法。
  5. 　太陽光を反射する鏡、太陽入射光の向きに応じて反射光の向きを変えるように前記鏡の方位角と仰角の角度を調整する角度調整機構、を有する複数のヘリオスタットと、
    　前記複数のヘリオスタットで反射され集光された太陽光を受光する集熱面を有する集熱装置と、
    　少なくとも１つのヘリオスタット毎に移動して前記角度調整機構を駆動し前記鏡の角度調整を行う移動式のヘリオスタット駆動ロボットと、を備えた太陽熱集熱システムの運用方法であって、
    　前記複数のヘリオスタットが、前記集熱装置からの距離が遠い領域にある遠距離用ヘリオスタット群と、前記集熱装置からの距離が近い領域にある近距離用ヘリオスタット群と、を含む少なくとも２つのヘリオスタット群に分割され、
    　前記ヘリオスタット駆動ロボット台数が、前記集熱装置からの距離が遠いヘリオスタット群よりもその距離が近いヘリオスタット群において少なく配置されるように、前記ヘリオスタット駆動ロボットによる前記鏡の角度調整の周期を、前記集熱装置からの距離が遠いヘリオスタット群よりもその距離が近いヘリオスタット群において長くする
    　ことを特徴とする太陽熱集熱システムの運用方法。
  6. 　請求項４または５において、
    　前記ヘリオスタット駆動ロボットが移動するための通路又は軌道を備えたことを特徴とする太陽熱集熱システムの運用方法。
  7. 　請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽熱集熱システムを備え、
    　前記集熱装置を通じて集熱された熱を用いて蒸気を発生させ、前記蒸気により蒸気タービンを駆動して発電を行うことを特徴とする太陽熱集熱システムを備えた発電プラント。
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