具体实施方式
第一实施方式
参照图1~图8说明本发明的第一实施方式的燃气轮机系统500A。图1是本发明的第一实施方式的燃气轮机系统的结构图。
如图1所示,本实施方式的燃气轮机系统500A主要包含燃气轮机装置100A、汇集太阳热来生成高压热水的集热装置200、将通过集热装置200生成的高压热水喷射到吸气5中,并且根据需要将常温水喷射到吸气5中的喷雾装置300A、保温贮存通过集热装置200生成的高压热水的蓄热槽40、控制装置400A、气象信息接收装置(气象信息取得单元)410、供电指令接收装置411。
(吸气管道和喷雾装置)
在燃气轮机装置100A中,在压缩机1的上游侧例如设置有截面为矩形的吸气管道6。在吸气管道6的入口侧例如设置有百叶窗6a,还设置有用于除尘的过滤器6b。在吸气管道6中,进而在过滤器6b的下游侧(压缩机1侧),例如格子状地配置向吸气5喷射常温水的喷雾喷嘴32B,在向各喷雾喷嘴32B供给常温水的喷雾母管31B和喷雾喷嘴32B的下游侧(压缩机1侧),例如格子状地配置向吸气5喷射后述的高压热水的喷雾喷嘴32A,配置向各喷雾喷嘴32A供给高压热水的喷雾母管31A,由它们构成喷雾装置300A。
为了显示出喷雾母管31A、喷雾喷嘴32A以及喷雾母管31B、喷雾喷嘴32B,用部分截面图来表示图1的吸气管道6。
理想的是在吸气管道6中设置有过滤器6b、未图示的消声器的情况下,喷雾装置300A相对于过滤器6b、消声器设置在吸气5的流动的下游侧。
(压缩机1、燃烧器3、燃气轮机2)
在大气条件下的吸气5通过吸气管道6被吸引到压缩机1,通过压缩机1被加压后成为压缩空气7,然后流入燃烧器3。通过燃烧器3将压缩空气7与经由流量控制阀61供给的燃料8混合并燃烧,产生高温的燃烧气体9。燃烧气体9流入到燃气轮机2,对燃气轮机2进行旋转驱动。另外,经由轴与燃气轮机2连接的发电机4通过燃气轮机2被旋转驱动,进行发电。驱动燃气轮机2的燃烧气体9作为燃烧废气10从燃气轮机2被排出。另外,压缩机1通过燃气轮机2的驱动轴11被旋转驱动。
(集热装置200和利用太阳热高压热水喷雾系统)
接着,说明利用了太阳热能的集热装置200和利用太阳热高压热水喷雾系统的结构。
贮存常温水的水罐20内的水经过配管21A向泵22A供水,通过泵22A升压,按照配管23A以及流量调整阀24A、配管25A的顺序被输送,被压送到集热管27。向集热管27照射通过聚光板26聚光的太阳S的太阳光。通过由该聚光板26聚光并照射的太阳光的热,供给到集热管27内的水被加热,成为高压热水。集热管27内的高压热水按照配管28、流量调整阀29、配管30A的顺序被压送,最终供给到上述的喷雾母管31A。
在此,聚光板26和集热管27构成集热装置200,但作为该集热装置200,具体地说,例如可以考虑以下的结构等:沿着集热管27配置曲面镜作为聚光板26,使太阳光聚集到曲面镜的线状的焦点的位置的集热管27的结构(槽式集热装置);将平面镜配置为大致V字形来作为聚光板26,将集热管27配置在通过配置为V字形的平面镜聚光的部分的结构;在平面型的菲涅尔透镜的焦点处配置集热管27的结构;以三维的抛物线形配置作为聚光板26的多个曲面镜或平面镜,在该抛物线形的焦点处配置圆盘形的集热管27的结构(抛物面反射器式集热装置)。
在图1中,作为集热装置200而代表性地只表示出一个单元,但一般将多个单元配置成通过配管串联或并联地将集热管27连接起来,因此,构成为所生成的高压热水合流到配管28中。在抛物面反射器式集热装置、塔式集热装置的情况下,即使一个单元也可以。
配管28在到达流量调整阀29的中途分支到经过流量调整阀41的配管45,与蓄热槽40连接。在通过集热管27生成的高压热水不被喷射到吸气管道6内的情况下、和生成的高压热水的生成率比喷射到吸气管道6内的喷雾率大的情况下,经过流量调整阀41将高压热水贮存在蓄热槽40中。
在蓄热槽40上经由配管46连接有从蓄热槽40吸取所贮存的高压热水的泵42。另外,配管的结构是经过流量调整阀43将配管47与该泵42的喷出侧连接起来,使贮存在蓄热槽40中的高压热水在配管30A中合流。
在此,水罐20、配管21A、泵22A、配管23A、流量调整阀24A、配管25A、集热管27、配管28、流量调整阀29、配管30A、配管45、流量调整阀41、蓄热槽40、配管46、泵42、配管47、流量调整阀43、喷雾母管31A、喷雾喷嘴32A构成了“利用太阳热高压热水喷雾系统”。
配管21A、泵22A、配管23A、流量调整阀24A、配管25A、集热管27、配管28、流量调整阀29、配管30A构成了“利用太阳热高压热水供给配管”。
另外,泵42、流量调整阀43、配管46、47构成了“蓄热槽高压热水供给系统”。配管45、流量调整阀41、蓄热槽40、配管46、泵42、配管47、流量调整阀43构成了“贮存高压热水供给配管”。
(常温水喷雾系统)
另外,水罐20内的水经过配管21B被供给到泵22B,通过泵22B升压,按照配管23B、流量调整阀24B、配管30B的顺序被输送,最终供给到上述的喷雾母管31B。
在此,水罐20、配管21B、23B、泵22B、配管30B、流量调整阀24B、喷雾母管31B、喷雾喷嘴32B构成了“常温水喷雾系统”。
另外,在水罐20中设置有水位传感器151,其水位信号被发送到控制装置400A,经由作为给水阀的开关阀19补给常温水,该开关阀19根据来自控制装置400A的信号进行开闭操作,使得维持适当的水位范围。
(测量传感器)
在燃气轮机系统500A中具备各种测量传感器,测量流体的温度、压力、流量、发电机4的发电量,向控制装置400A发送测量出的信号,控制上述泵22A、22B、42的驱动,或者调整流量调整阀19、24A、24B、29、43、61的开度。为此,在图1中示例了代表性的测量传感器。
在集热装置200的代表性的集热管27与配管28连接的出口侧,设置有测量通过太阳热能加热后的热水的温度的温度传感器141A、测量热水的压力的压力传感器141B。另外,在集热装置200的附近设置有测量太阳S的照射量的光量传感器142,通过控制装置400A的后述的集热量计算部427能够计算出集热装置200中的高压热水的生成率。
在配管30A与配管47的合流点的上游侧,设置有带有温度传感器的流量传感器144A和压力传感器144B,流量传感器144A向控制装置400A发送根据测量出的体积流量进行基于温度的密度修正后的质量流量信号,另外,压力传感器144B向控制装置400A发送测量出的压力信号。
在蓄热槽40中设置有水位传感器145A、温度传感器145B、压力传感器145C,向控制装置400A发送来自它们的水位信号、温度信号、压力信号。
在配管47的流量调整阀43的下游侧,设置有带有温度传感器的流量传感器147A和压力传感器147B,流量传感器147A向控制装置400A发送根据测量出的体积流量进行基于温度的密度修正后的质量流量信号,另外,压力传感器147B向控制装置400A发送测量出的压力信号。
在流量调整阀24B的下游侧的配管30B中设置有带有温度传感器的流量传感器152A、压力传感器152B、温度传感器152C,流量传感器152A向控制装置400A发送根据测量出的体积流量进行基于温度的密度修正后的质量流量信号,另外,压力传感器152B向控制装置400A发送测量出的压力信号,温度传感器152C向控制装置400A发送测量出的温度信号。
在吸气管道6的入口侧,设置有分别测量大气条件下的吸气5的温度、压力、湿度的温度传感器143A、气压传感器143B、湿度传感器143C,向控制装置400A发送各自的测量信号。
在图1中,温度传感器143A、气压传感器143B、湿度传感器143C设置在吸气管道6的外侧,但实际上设置在百叶窗6a的下游侧的不经受太阳光、雨水的位置,另外当然设置在喷雾装置300A的上游侧。
在这些传感器中,特别温度传感器143A在夏季等气温高的情况下,如果压缩机1的入口温度保持大气条件,则与空气密度降低,压缩机1的吸入空气流量减少的量对应地,与燃气轮机2输出降低的同时取出到外部的输出减少,因此,为对因大气温度的上升造成的燃气轮机2的输出降低进行补充,通过从喷雾装置300A向吸气管道6内喷射高压热水或常温水,来在通过蒸发潜热的效果降低压缩机1的入口的空气温度的控制中使用。
在发电机4的出口侧设置有检测发电量的输出传感器171,向控制装置发送发电量。
另外,在燃气轮机装置100A中设置有分别检测向燃烧器3供给的燃料8的压力、温度、体积流量的压力传感器172A、温度传感器172B、流量传感器172C,向控制装置400A发送压力信号、温度信号、体积流量信号。在通过流量调整阀61控制供给燃烧器3的燃料的质量流量的控制逻辑中的流量调整阀61的开度反馈控制中使用这些信号。
另外,在图1中省略了燃料供给系统的泵、罐。
进而,在压缩机1的出口侧的配管中,例如设置有分别测量通过压缩机1加压后的压缩空气的温度、压力、流量的温度传感器173A、压力传感器173B、流量传感器173C。
在燃气轮机2的排气侧,例如设置有测量燃烧废气的温度、燃气轮机2的背压的温度传感器174A、压力传感器174B,向控制装置400A发送温度信号和压力信号。例如在燃气轮机装置100A的动作监视、效率监视等中使用这些信号。实际上在燃气轮机装置100A中还设置有测量传感器,对燃气轮机装置100A的动作进行监视,但与本发明无关,因此省略。
另外,虽然在图1中省略,但设置有检测泵22A、22B、42的转速、开关状态的传感器,还设置有检测流量调整阀24A、24B、29、41、43、61的阀开度的阀开度传感器,将各个信号输入到控制装置400A。
(控制装置)
接着,参照图2说明控制装置400A的功能结构。图2是第一实施方式的燃气轮机系统的控制装置的功能模块结构图。
控制装置400A由控制装置本体400a和控制台400b构成。控制装置400A例如是生产过程计算机,控制台400b由显示装置和输入装置构成。显示装置例如是液晶显示装置,输入装置例如由鼠标、键盘构成。
控制装置主体400a例如具有输入接口401A、输入输出接口401B、输出接口401C、CPU402、省略图示的ROM、RAM、硬盘存储装置等,通过读出存储在硬盘存储装置中的未图示的程序、数据并由CPU402执行,来实现后述的各功能结构。
向输入接口401A输入来自上述的各种传感器141A、141B、142、143A、143B、143C、144A、144B、145A、145B、145C、147A、147B、151、152A、152B、171、172A、172B、172C、173A、173B、173C、174A、174B的测量信号(在图2中省略传感器的符号)。
另外,向输入接口401A输入来自气象信息接收装置410的气象信息(以下也称为“天气预报信息”),特别是预测大气温度变化、预测日照量变化的信息。
进而,向输入接口401A输入供电命令接收装置411接收的目标值MWD。
另外,气象信息接收装置410、供电命令接收装置411例如通过无线通信或因特网线路与发送源进行通信。
输入输出接口401B被输入来自控制台400b的上述输入装置的指示,输出向控制器400b的上述显示装置的显示输出。
输出接口401C向作为开/关阀的开闭阀19输出开闭控制信号,向流量调整阀24A、29、41、43、24B、61输出开度控制信号,向泵22A、22B、42输出启动、停止、转速控制信号。
作为通过CPU402实现的功能结构,如图2所示那样,主要包含目标输出设定部420、控制模式切换部(喷雾控制模式决定单元)421、集热量计算部(高压热水生成率取得单元)427、设备监视部428、高压热水使用控制部430A、常温水使用控制部440A、燃料喷射控制部450。
目标输出设定部420被输入由供电命令接收装置411接收到的输出目标值MWD,时刻地更新设定输出目标值MWD。更新设定的输出目标值MWD被输入到控制模式切换部421。
另外,目标输出设定部420还具有以下功能:根据来自控制台400b的输入指示变更输出目标值MWD的设定。另外,在接收到来自控制台400b的输出目标值MWD的增加指令时,向控制模式切换部421输出有该要求指令的信息、新的输出目标值MWD。
集热量计算部427根据来自光量传感器142的传感器信号,计算集热装置200中的高压热水的生成率,并输入到控制模式切换部421、设备监视部428、以及高压热水使用控制部430A。
另外,例如考虑以控制泵22A的转速、流量调整阀24A的开度,使得在150~200℃的范围内生成在集热装置200中通过太阳能生成的高压热水的情况为前提,向喷雾装置300A的喷雾母管31A供给150~200℃的高压热水。因此,为了简化控制,在此设换算为150℃的高压热水的生成率所得的结果为高压热水生成率GWH。
控制模式切换部421具有高压热水可供给时间推定部423和控制模式决定部425。向控制模式切换部421输入被输入到输入接口401A的传感器信号中的需要的信号。在后述的图5~图6的流程图的说明中说明具体使用的信号,因此省略。
高压热水可供给时间推定部423根据来自集热量计算部427的高压热水生成率GWH、来自气象信息接收装置410的天气预报信息、蓄热槽40的水位S0,推定高压热水的可供给时间。针对天气预报信息的特别是大气温度TAire(t)的变化,推定计算高压热水的所要求的喷雾率QWHe(t),针对天气预报信息的特别是日照量的变化,推定计算高压热水生成率GWHe(t),检查维持下式(1)所示的关系的时间超过预先设定的时间TSH、还是满足下式(2)。另外,将其结果输出到控制模式决定部425。
GWHe(t)≥QWHe(t)……(1)
控制模式决定部425在超过时间TSH而满足式1的情况下、或满足式(2)的情况下,设为通过喷雾装置300A喷射高压热水(控制模式A(参照图4)),否则,决定为通过喷雾装置300A喷射常温水(控制模式B(参照图4)),使高压热水使用控制部430A、常温水使用控制部440A执行控制模式A、控制模式B的控制。
在后面在图4的说明中说明该控制模式A、控制模式B的细节。
高压热水使用控制部430A在通过喷雾装置300A喷射高压热水的模式(控制模式A)中,依照图4所示那样的后述的子模式A1、A2、A3控制泵22A、42的运转,并且控制流量控制阀24A、29、41、43的开度,使用数据图表430a主要进行与来自温度传感器143A(参照图1)的大气温度TAir的信号和输出目标值MWD对应的高压热水的喷雾率QWH的控制。
另外,高压热水控制部430在通过喷雾装置300A喷射常温水的模式(控制模式B)中,按照图4所示的后述的子模式B1控制泵22A的运转,并且控制流量控制阀24A、41的开度。
向高压热水使用控制部430A输入来自控制模式决定部425的是否喷射高压热水的信号、来自集热量计算部427的高压热水生成率的信号。另外,在图2中省略,但经由输入接口401A输入来自目标输出设定部420的输出目标值MWD、来自传感器141A、141B、142、143A、143B、143C、144A、144B、145A、145B、145C、147A、147B的传感器值。
图3(a)是设定与使用高压热水时的输出目标值MWD对应的高压热水的喷雾率的数据图表的说明图。横轴表示输出目标值MWD(单位:MW),纵轴表示高压热水的喷雾率QWH(单位:kg/sec)。
该数据图表430a除了使用大气温度TAir以外,例如还使用大气湿度、气压、高压热水温度TWH作为参数。该参数中的大气湿度使用来自湿度传感器143C(参照图1)的测量信号,作为高压热水温度TWH,在向喷雾装置300A(参照图1)供给来自集热装置200的高压热水时,使用温度传感器141A(参照图1)的测量温度,在向喷雾装置300A供给来自蓄热槽40(参照图1)的高压热水时,使用温度传感器145B(参照图1)。
从该数据图表430a可知,大气温度TAir越高,高压热水的喷雾率QWH越增加。
常温水使用控制部440A在通过喷雾装置300A喷射常温水的模式(控制模式B)中,根据需要依照图4所示那样的后述的子模式B1控制泵22B的运转,并且控制流量调整阀24B的开度,使用数据图表440a主要进行与来自温度传感器143A的大气温度TAir的信号和输出目标值MWD对应的常温水的喷雾率QWC的控制。
在图2中省略,但除了向常温水使用控制部440A输入来自目标输出设定部420的输出目标值MWD以外,还经由输入接口401A输入来自传感器143A、143B、143C、152A、152B、152C的传感器值。
图3(b)是设定与使用常温水时的输出目标值MWD对应的常温水的喷雾率的数据图表的说明图。横轴表示输出目标值MWD(单位:MW),纵轴表示常温水的喷雾率QWC(单位:kg/sec)。
该数据图表440a除了使用大气温度TAir以外,例如还使用大气湿度、气压、常温水温度TWC作为参数。该参数中的大气湿度使用来自湿度传感器143C的测量信号,作为常温水温度TWC,使用温度传感器152C(参照图1)。
从该数据图表440a可知,大气温度TAir越高,常温水的喷雾率QWC越增加。
燃料喷射控制部450根据来自上述温度传感器173A、压力传感器173B、流量传感器173C的传感器信号、输出目标值MWD、来自输出传感器171的发电输出,设定目标燃料喷射率,对燃料喷射率Gf进行反馈控制。
另外,燃料喷射控制部450对目标燃料喷射率的控制并不限于该控制方法,也可以是根据输出目标值MWD和来自其他测量传感器的传感器信号进行控制的方法。
另外,设备监视部428读取各种传感器的值的必要数据,生成表示燃气轮机系统500A的运转状态的监视画面,并显示在控制台400b的显示装置上。
(控制模式)
接着,参照图4说明由控制模式决定部425(参照图2)决定的使用高压热水的控制模式A(高压热水喷雾模式)中的子模式A1、A2、A3、由控制模式决定部425决定的使用常温水的控制模式B(常温水喷雾模式)中的子模式B1、B2。图4是在使用高压热水的控制模式和使用常温水的控制模式各自的情况下的利用太阳热高压热水喷雾系统和常温水喷雾系统的流量调整阀和泵的动作说明图。
在图4中,在最左侧栏中表示出利用太阳热高压热水喷雾系统的流量调整阀24A、29、41、43(参照图1)、常温水喷雾系统的流量调整阀24B(参照图1)、利用太阳热高压热水喷雾系统的泵22A、42(参照图1)、常温水喷雾系统的泵22B(参照图1)。在其右侧,针对上述的通过喷雾装置300A(参照图1)喷射高压热水的控制模式A,进而表示出不将高压热水贮存在蓄热槽40(参照图1)中而从集热装置200(参照图1)直接向喷雾装置300A供给的子模式A1、将高压热水贮存在蓄热槽40中同时大部分供给喷雾装置300A的子模式A2、从集热装置200和蓄热槽40的双方向喷雾装置300A供给高压热水的子模式A3的栏,表示出各子模式A1~A3中的上述的流量调整阀24A、24B、29、41、43的开闭的动作状态,表示出泵22A、22B、42的运转或停止状态。
在更右侧的栏中,针对上述的通过喷雾装置300A不喷射高压热水而喷射常温水的控制模式B,进而表示出将高压热水贮存在蓄热槽40中的子模式B1、不将高压热水贮存在蓄热槽40中的子模式B2的栏,表示出各子模式B1、B2中的上述的流量调整阀24A、24B、29、41、43的开闭的动作状态,表示出泵22A、22B、42的运转或停止状态。
在此,对各流量调整阀24A、24B、29、41、43的“开”的记载并不意味着全开,而是意味着通过控制装置400A(参照图1)的高压热水使用控制部430A(参照图2)或常温水使用控制部440A(参照图2)在开状态下进行开度的控制。
子模式A1是以下的控制子模式,即向喷雾装置300A供给高压热水的由控制装置400A的高压热水使用控制部430A(参照图2)计算的要求目标值即喷雾率与通过集热装置200生成的150~200℃的高压热水的生成率大致平衡,直接向喷雾装置300A的喷雾母管31A(参照图1)供给通过集热装置200生成的高压热水。通过高压热水使用控制部430A进行该控制。
在该子模式A1中,对泵22A的转速控制、流量调整阀24A的开度、流量调整阀29的开度进行控制,使得来自流量传感器144A的流量信号和来自压力传感器141B、144B的压力信号表示与这时的输出目标值MWD对应的高压热水的喷雾率、以及与该喷雾率对应的需要压力。
另外,在该子模式A1中,泵22B、42停止,流量调整阀24B、41、43全闭。
子模式A2是以下的控制子模式,即相对于应该向喷雾装置300A供给高压热水的由控制装置400A的高压热水使用控制部430A计算的要求目标值即喷雾率,通过集热装置200生成的150~200℃的高压热水的生成率多而有富余,因此按照所要求的喷雾率向喷雾装置300A的喷雾母管31A供给通过集热装置200生成的高压热水,并且调整流量调整阀41的开度,使得用通过集热装置200所生成的富余的高压热水维持由流量传感器144A(参照图1)、压力传感器144B(参照图1)表示出的要求的喷雾率。通过高压热水使用控制部430A进行该控制。
在该子模式A2中,对泵22A的转速控制、流量调整阀24A的开度进行控制,使得即使配管28(参照图1)的流量比与这时的输出目标值MWD对应的高压热水的喷雾率高,也生成预定温度(150~200℃)的高压热水,对流量调整阀29、41的开度进行控制,使得来自流量传感器144A的流量信号和来自压力传感器141B、144B的压力信号表示与这时的输出目标值MWD对应的高压热水的喷雾率、与喷雾率对应的需要压力。
另外,在该子模式A2中,泵22B、42停止,流量调整阀24B、43全闭。
另外,图1中的流量调整阀24A、24B、29、41、43表示出本子模式A2中的动作状态。
子模式A3是以下的控制子模式,即相对于应该向喷雾装置300A供给高压热水的通过控制装置400A的高压热水使用控制部430A计算的要求目标值即喷雾率,通过集热装置200生成的150~200℃的高压热水的生成率不足,因此向喷雾装置300A的喷雾母管31A供给通过集热装置200生成的全部高压热水,并且控制泵43的转速、流量调整阀43的开度,使得用贮存在蓄热槽40中的高压热水追加根据流量传感器147A(参照图1)、压力传感器147B(参照图1)的测量信号而不足量的喷雾率。通过高压热水使用控制部430A进行该控制。
另外,在子模式A1和A3之间,对向喷雾装置300A的喷雾母管31A供给的高压热水的喷雾率设定滞后,而不在该子模式A1和A3的子模式之间高频度地进行切换控制,因此,在子模式A3中,根据需要使流量调整阀43打开,并根据需要使泵42进行运转并显示。
在该子模式A3中,对泵22A的转速控制、流量调整阀24A、29的开度进行控制,使得比与这时的输出目标值MWD对应的喷雾率低,但按照与输出目标值MWD对应的高压热水的喷雾率所对应的需要压力生成预定温度(150~200°)的高压热水,对流量调整阀29的开度进行控制,使得来自压力传感器141B、144B的压力信号表示出与这时的输出目标值MWD对应的高压热水的喷雾率下的需要压力。
进而,对泵42的转速控制和流量调整阀43的开度进行控制,使得来自流量传感器147A的表示配管47(参照图1)的流量的信号针对与输出目标值MWD对应的高压热水的喷雾率成为配管28的流量不足量的流量,压力传感器147B所示的压力与压力传感器144B所示的压力、即与输出目标值MWD对应的高压热水的喷雾率所对应的需要压力一致。
另外,在该子模式A3中,泵22B停止,流量调整阀24B全闭。
另外,在该子模式A3中,是以下的控制方法,即通过配管30A(参照图1)供给通过集热装置200生成的全部高压热水,并且从配管47(参照图1)向配管30A追加蓄热槽40的高压热水,但并不限于此。考虑贮存在蓄热槽40中的高压热水通过散热而温度降低的情况,因此,也可以经由配管45(参照图1)将通过集热装置200生成的高压热水全部贮存在一端的蓄热槽40中,同时进而控制泵42和流量调整阀43的开度,经由配管47、配管30A向喷雾装置300A的喷雾母管31A供给应该向喷雾装置300A供给高压热水的由控制装置400A的高压热水使用控制部430A计算的要求目标值即喷雾率。在该情况下,流量调整阀29不为图4所记载的“开”状态,而为“闭”状态。
子模式B1是以下的子模式,即向喷雾装置300A的喷雾母管31B(参照图1)供给应该向喷雾装置300A供给常温水的由控制装置400A的常温水使用控制部440A计算的要求目标值即喷雾率,并且将通过集热装置200生成的150~200℃的全部高压热水贮存在蓄热槽40中。即,是以下的情况,即通过集热装置200得到的高压热水的生成率相对于作为要求目标值的喷雾率过低,并且没有在蓄热槽40中贮存充分的高压热水。
由常温水使用控制部440A进行该控制中的常温水的喷雾控制相关的泵22B(参照图1)和流量调整阀24B的开度控制,但通过高压热水使用控制部430A进行将高压热水贮存在蓄热槽40中的控制。
在该子模式B1中,对泵22B的转速控制和流量调整阀24B的开度进行控制,使得来自流量传感器152A的流量信号和来自压力传感器152B的压力信号表示出与这时的输出目标值MWD对应的常温水的喷雾率和该喷雾率下的需要压力。另外,在该子模式B2中,对泵22A的转速控制和流量调整阀24A、41的开度进行控制,使得生成预定温度(150~200℃)的高压热水。
进而,在子模式B2中,泵42停止,流量调整阀29、43全闭。
子模式B2是适用于以下情况的子模式,即在只通过向喷雾装置300A的喷雾母管31B(参照图1)供给应该向喷雾装置300A供给常温水的由控制装置400A的常温水使用控制部440A计算的要求目标值即喷雾率,无法通过集热装置200生成高压热水的情况(阴天等太阳热能不足而无法生成高压热水的情况、或集热装置200由于检修等而无法运转的情况)。与子模式B1同样地,由常温水使用控制部440A进行该控制中的常温水的喷雾控制相关的泵22B(参照图1)和流量调整阀24B的开度控制。
在该子模式B2中,泵22A、42停止,流量调整阀24A、29、41、43全闭。
接着,参照图5~图6并适当地参照图1、图2说明从喷雾装置300A喷射高压热水的喷雾控制和从喷雾装置300A喷射常温水的喷雾控制的切换方法。图5、图6是表示第一实施方式的选择使用高压热水的控制模式或使用常温水的控制模式、或不选择这些控制模式的控制流程的流程图。通过高压热水可供给时间推定部423进行该流程图的步骤S01~S13的处理,通过控制模式决定部425对步骤S14、S19的控制进行处理,通过高压热水使用控制部430A对步骤S15~S18、S24的控制进行处理,通过常温水使用控制部440A对步骤S20~S24的控制进行处理。
在步骤S01中,高压热水可供给时间推定部423从目标输出设定部420接收输出目标值MWD。在步骤S02中,检查输出目标值MWD是否为阈值GPth以上(输出目标值≥阈值GPth?)。这是用于在燃气轮机装置100A(参照图1)进行部分输出而成为不满阈值GPth的输出目标值的情况下,为了增大输出不需要进行高压热水喷雾或常温水喷雾的判定。
在输出目标值MWD为阈值GPth以上的情况下(是),前进到步骤S03,否则(否),前进到步骤S05。
在步骤S03中,检查温度传感器143A(参照图1)所示的大气温度TAir是否为阈值TAirth以上(大气温度TAir≥TAirth?)。在大气温度TAir为阈值TAirth以上的情况下(是),前进到步骤S07,否则(否),前进到步骤S04。
在步骤S04中,检查相对于输出目标值MWD,来自输出传感器171(参照图1)的当前的输出MWOut是否降低了预定阈值ε以上。在步骤S04中为“是”的情况下,前进到步骤S07,在“否”的情况下,返回到步骤S01。在步骤S05中,在来自目标输出设定部420的信号中,检查是否从控制台400b(参照图2)有了输出增加要求。在有输出增加要求的情况下(是),前进到步骤S06,在没有输出增加要求的情况下(否),返回到步骤S01。在步骤S06中,进行输出目标值MWD的设定更新,前进到步骤S07。
在步骤S07中,根据来自气象信息接收装置410(参照图2)的气象信息(天气预报信息),在预定的时间TSH内推定计算今后的高压热水生成率GWHe(t)。具体地说,在当前从集热量计算部427输入的高压热水生成率GWH中,对天气预报信息中的日照量的预报值的当前值和来自光量传感器142的照射量进行比较,计算与日照量的预报值的变化的推移对应的修正系数,将日照量的预报值(气象信息)的推移乘以当前的高压热水生成率GWH和上述的修正系数,能够推定计算今后的高压热水生成率GWHe(t)。
另外,在此为了简化控制,例如换算为150℃来计算高压热水生成率GWHe(t)。
在步骤S08中,根据来自气象信息接收装置410的气象信息(天气预报信息),在预定的时间TSH内推定计算今后的大气温度TAire(t)。具体地说,对当前从测量大气温度的温度传感器143A输入的大气温度TAir和大气温度的预报值的当前值进行比较,计算与大气温度的预报值的推移对应的修正系数,将大气温度的预报值(气象信息)的推移乘以上述的修正系数,能够推定计算今后的大气温度TAire(t)。
在步骤S08之后,依照结合标志(A)前进到图6的步骤S09。
在步骤S09中,在预定时间TSH内预测计算针对在步骤S08中推定计算出的今后的大气温度TAire(t)的变化所要求的高压热水的喷雾率QWHe(t)的推移。
另外,在此为了简化控制,例如换算为150℃来计算高压热水的喷雾率QWHe(t)。
在步骤S10中,对在步骤S07中推定的高压热水生成率GWHe(t)和在步骤S09中预测计算出的喷雾率QWHe(t)进行比较,计算满足GWHe(t)≥QWHe(t)的时间T1。在步骤S11中,检查T1是否为预定时间TSH以上。在T1为预定的时间TSH以上的情况下(是),前进到步骤S14,否则(否),前进到步骤S12。
在步骤S12中,根据来自设置在蓄热槽40中的水位传感器145A、温度传感器145B、压力传感器145C的水位信号、温度信号、压力信号,例如换算为150℃来取得当前贮存在蓄热槽40(参照图1)中高压热水的量S0。在步骤S13中,检查是否满足上述的公式(1)。在步骤S13中为“是”的情况下,前进到步骤S14,在“否”的情况下,前进到步骤S19。
在步骤S14中,控制模式决定部425设定为使用高压热水的模式。然后,将该设定信号输入到高压热水使用控制部430A、常温水使用控制部440A。
在此,上述的预定的时间TSH是预先由运转员(操作者)从控制台400b(参照图2)输入并设定的时间,例如在夏季的情况下,是空调机的消耗电力增加而电力需求增加的时间段的长度、3小时那样的值,能够根据季节适当地设定。
在步骤S15中,高压热水使用控制部430A启动计时器t。在步骤S16中,高压热水使用控制部430A使用数据图表430a,与由温度传感器143A、气压传感器143B、湿度传感器143C测量的大气温度TAir、气压、湿度、输出目标值MWD对应地进行高压热水的喷雾控制(“与大气温度TAir等对应的高压热水的喷雾控制(QWH的控制)”)。
具体地说,在上述的图4的子模式A1、A2、A3的某一个子模式下进行该控制。
在步骤S17中,燃料喷射控制部450进行燃料喷射量Gf的控制。然后,在步骤S18中,高压热水使用控制部430A检查计时器t是否经过了一定时间TSH。在经过了一定时间TSH的情况下(是),前进到步骤S24,在没有经过一定时间TSH的情况下(是),返回到步骤S16。
如果从步骤S13前进到步骤S19,则控制模式决定部425设定为使用常温水的模式。然后,将该设定信号输入到高压热水使用控制部430A、常温水使用控制部440A。
在步骤S20中,高压热水使用控制部430A启动计时器t。在步骤S21中,常温水使用控制部440A使用数据图表440a,与由温度传感器143A、气压传感器143B、湿度传感器143C测量的大气温度TAir、气压、湿度、输出目标值MWD对应地进行常温水的喷雾控制(“与大气温度TAir等对应的常温水的喷雾控制(QWC的控制)”)。另外,这时高压热水使用控制部430A与状况对应地进行生成高压热水并贮存在蓄热槽40中的控制、或不生成高压热水的控制。
具体地说,在上述的图4的子模式B1、B2的某一个子模式下进行该控制。
在步骤S22中,燃料喷射控制部450进行燃料喷射量Gf的控制。然后,在步骤S23中,常温水使用控制部440A检查计时器t是否经过了一定时间TSH。在经过了一定时间TSH的情况下(是),前进到步骤S24,在没有经过一定时间TSH的情况下(是),返回到步骤S21。
在步骤S24中,高压热水使用控制部430A或常温水使用控制部440A结束高压热水喷雾或常温水喷雾的控制模式。
在本流程结束的时刻,将开着的流量调整阀24B、29、43关闭,将已运转的泵22B、42停止,不向喷雾母管31A或喷雾母管31B供给流体。
流程的步骤S12对应于“高压热水贮存量取得单元”。
接着,参照图7说明流量调整阀24B、29、43的控制逻辑。图7是在图2中省略的流量调整阀24B、29、43的控制逻辑的说明图。向减法器601输入目标压力值和测量压力值并计算偏差,在流量调整增益部602中将通过减法器601计算出的偏差乘以预定的增益值,计算出流量增减值并输入到加法器604。将目标流量值和测量流量值输入到减法器603并计算偏差,输入到加法器604。在加法器604中,将通过流量调整增益部602计算出的流量增减值和通过减法器603计算出的偏差相加,将其结果输入到PI控制部605。PI控制部605设定阀开度并输出。由此,容易地进行流量调整阀24B、29、43的开度控制。
(监视画面)
接着,参照图8,说明图2的设备监视部428显示在控制台400b的显示装置上的设备监视画面801和太阳热利用状况显示画面803。图8是显示在燃气轮机系统的控制台的显示装置上的画面的说明图,(a)是监视画面例子的说明图,(b)太阳热利用状况显示画面例子的说明图。
如图8(a)所示,在设备监视画面801中,显示图1所示的燃气轮机系统500A的概要系统图。在概要系统图中附加与图1相同的符号来表示,并省略与图1的说明重复的说明。
如图8(a)所示,在设备监视部428中,准备有显示为“集热量”的集热量显示栏830、显示为“水位”的水罐20的水位显示栏831、显示为“高压热水量”的蓄热槽40的高压热水量显示栏832、显示为“发电量”的输出显示栏833、显示为“高压热水可维持时间”的高压热水可供给时间显示栏834。显示在集热量显示栏830中的值表示通过集热量计算部427计算出的高压热水生成率(kg/sec)。例如换算为150℃来显示该值。用水罐20的水位自身(单位:m)或罐的贮水量(单位:吨)来显示水位。例如通过换算为150℃的高压热水的高压热水贮存量(单位:吨)来显示高压热水量。发电量显示通过检测发电量的输出传感器171检测出的发电机4当前所发电的输出(单位:MWe)。高压热水可维持时间显示在图5~图7的流程图所示的控制中在高压热水可供给时间推定部423中计算出的结果。
另外,除了图8(a)所记载的项目以外,还可以根据需要在设备监视画面801中显示各配管30A、30B、47、集热管27(参照图1)、蓄热槽40中的流体的温度、压力等。
另外,如图8(b)所示,设横轴为该日的时刻,设纵轴为高压热水喷雾率(Kg/sec)、高压热水生成率(kg/sec)、高压热水贮存量(kg),曲线841表示高压热水生成率的时间推移,曲线843表示高压热水喷雾率的时间推移,曲线845表示高压热水的贮存量的时间推移。
在此,作为一个例子,用150℃的热水的焓和密度对体积×焓的结果进行修正,在150℃的高压热水状态下统一显示这些参数。
另外,在本实施方式的图8(b)中没有记载,但也能够向控制装置400A内追加计算由于利用太阳热产生的成本优势或CO2削减量的功能,并将这些计算结果显示在显示装置中。
这样,在本实施方式的控制装置400A中,在画面中显示能够供给高压热水的时间、太阳热的利用状况等设备运转状态,由此支持操作者的设备监视,还能够得到降低监视劳力的效果。
根据本实施方式,从喷雾装置300A的喷雾母管31A的喷雾喷嘴32A(参照图1)喷射降低压缩机1的吸气的入口温度的高压热水,因此通过高压热水的减压沸腾而完全气化,不会产生对压缩机1产生腐蚀那样的有恶劣影响的液滴。另外,为了生成高压热水,利用太阳热能作为能量,不增加作为温室效应气体的CO2,能够提高燃气轮机系统500A的输出,能够提供在环保性方面理想的燃气轮机系统500A。
但是,当一天中太阳S(参照图1)的日照量随着时间变化时,利用太阳热的集热装置200中的高压热水的生成率也变化。根据本实施方式,具备应对与该日照量在一天中的变化对应的高压热水的生成率的变动的功能。即,在日照量多的天或时间段中,将剩余的高压热水积蓄在蓄热槽40中,在日照量少的天或时间段中,能够使用积蓄在蓄热槽40中的高压热水。
另外,在日照少而且在蓄热槽40中没有积蓄高压热水时,还能够压送水罐20的常温水,从喷雾装置300A的喷雾母管31B的喷雾喷嘴32B(参照图1)进行喷雾。通过喷射常温水,能够得到增加输出的效果。例如无论在夜间还是在热带夜晚,在发电电力的输出目标值MWD的值高的情况下,通过喷射常温水能够得到增加输出的效果。在该情况下,从配置在吸气管道6的从压缩机1离开的上游侧的喷雾母管31B喷雾喷嘴32B喷射常温水,因此,能够得到液滴在吸气管道6中气化而颗粒直径变小的时间。另外,将喷雾喷嘴32B和喷雾喷嘴32A的喷射孔的形状构成为喷雾喷嘴32B的液滴直径进一步减小,由此能够降低压缩机1的腐蚀的可能性。
因此,在由于维护而无法使用生成高压热水的集热装置200(参照图1)的情况下,如果从控制台400b(参照图2)向控制模式切换部421输出只能够运用使用常温水的子模式B2的指令,而进行控制设定使得无法使用其他的子模式A1~A3、B1,则也能够通过常温水对吸气进行喷雾。
特别在中东、近东等的国家等的沙尘容易飞散的环境中设置了燃气轮机系统500A的情况下,根据需要而需要集热装置200的清扫,在这样的维护的时间中也能够冷却压缩机1的吸气来抑制燃气轮机系统500A的输出降低。
进而,在本实施方式中,根据通过高压热水可供给时间推定部423求出的时间,在控制模式决定部425中选择喷射高压热水的控制模式A和喷射常温水的控制模式B。在喷射高压热水的情况和喷射常温水的情况下使用的配管系统不同,因此,如果频繁地切换2个模式,则成为干扰的发生原因,在燃气轮机系统500A的运用方面是不理想的。在本实施方式中,通过控制模式决定部425决定控制模式A还是控制模式B,由此能够在一定时间(TSH)的期间抑制控制模式A、B之间的切换。由此,能够抑制对燃气轮机系统500A的干扰的产生频度。
另外,在本实施方式的图5、图6所示的流程的步骤S07~S13中,根据天气预报信息推定计算高压热水生成率GWHe(t)、大气温度TAire(t)、高压热水的喷雾率QWHe(t),并使用其结果,但并不限于此。也可以使用到步骤S07时的高压热水生成率GWH、通过温度传感器143A测量出的大气温度TAir、基于大气温度TAir所要求的高压热水的喷雾率QWH,假设其值在TSH时间内持续,代替高压热水生成率GWHe(t)、大气温度TAire(t)、高压热水的喷雾率QWHe(t)来进行计算。另外,在该情况下,理想的是将TSH的值设为更短的时间、例如1小时,从而能够追随日照量的变化。
进而,在本实施方式中,构成为具备蓄热槽40、和将贮存在蓄热槽40中的高压热水供给到向吸入到压缩机1的吸气5中进行喷雾的喷雾母管31A的喷雾喷嘴32A的蓄热槽高压热水供给系统,但并不限于此。也可以没有蓄热槽40,而构成为只经由流量调整阀29、配管30A将通过集热装置200生成的高压热水供给到喷雾母管31A的喷雾喷嘴32A。在该情况下,控制装置400A的高压热水可供给时间推定部423根据当前的集热装置200中的高压热水的生成率,或还考虑到基于天气预报信息的今后的集热装置200中的高压热水的生成率的变化,预测计算集热装置200的高压热水的生成率满足需要的高压热水喷雾率的时间,判定是否超过预先设定的时间TSH。将控制模式的信号输出到控制模式决定部425,使得在满足需要的高压热水喷雾率的时间超过预先设定的时间TSH的情况下,设为将来自集热装置200的高压热水供给到喷雾装置300A的喷雾母管31A的子模式A1(参照图4)的控制,否则设为将常温水供给到喷雾装置300A的喷雾母管31B的子模式B2(参照图4)的控制。
另外,在不具有这样的蓄热槽高压热水供给系统的情况下,图4中的控制模式A、B中的子模式只有A1、B2。
第二实施方式
接着,参照图9~图13说明本发明的第二实施方式的燃气轮机系统500B。与第一实施方式不同的点在于:将燃气轮机装置100A代替为燃气轮机装置100B;将控制装置400A代替为控制装置400B。
特别地在燃气轮机装置100B中,其特征在于代替为向吸气管道6内喷射高压热水或常温水的喷雾装置300B,其他的结构与燃气轮机装置100A相同。
对与第一实施方式相同的结构附加相同的符号,省略与第一实施方式重复的说明。
图9是本发明的第二实施方式的燃气轮机系统中的压缩机的吸气管道所具备的喷雾母管、向其供给高压热水或常温水的配管的结构图。如图9所示,本实施方式中的喷雾装置300B以从吸气管道6的压缩机1的入口侧向吸气的流动的上游侧表示为符号31_1、31_2、31_3、…、31_n的方式将喷雾母管31设置为n段。理想的是该各段之间的吸气的流动方向的距离是等距离。另外,对于喷雾母管31_1、31_2、31_3、…、31_n分别格子状地配置多个喷雾喷嘴32_1、32_2、32_3、…、32_n。该多个喷雾喷嘴32_1、32_2、32_3、…、32_n,相对于在与吸气的流动方向垂直的截面中配置在同一位置,错开配置是理想的。
这是因为:如果从上游段的喷雾母管31的喷雾喷嘴32喷射的常温水的液滴通过下游段的喷雾喷嘴32成为大的液滴而被压缩机1吸引,则容易成为腐蚀的原因。
如图9所示,配管30A经由作为开关阀的开闭阀(切换单元)71_1、71_2、71_3、…、71_n与各喷雾母管31_1、31_2、31_3、…、31_n连接,并且配管30B也经由作为开关阀的开闭阀(切换单元)73_1、73_2、73_3、…、73_n与各喷雾母管31_1、31_2、31_3、…、31_n连接。
在图9中省略,但在开闭阀71_1、71_2、71_3、…、71_n、73_1、73_2、73_3、…、73_n中设置检测各个阀的开/关状态的阀开/关检测传感器,并输入到控制装置400B。
(控制装置)
接着,参照图10说明控制装置400B的功能结构。图10是第二实施方式的燃气轮机系统的控制装置的功能模块结构图。
对与第一实施方式的控制装置400A相同的结构附加相同的符号,省略重复的说明。
在本实施方式的控制装置400B中,在以下方面与第一实施方式的控制装置400A不同:进行控制,使得在集热装置200中的高压热水的生成率、贮存在蓄热槽40中的高压热水量相对于持续喷射所要求的高压热水的预定的时间TSH不足的情况下,从喷雾装置300B向吸气管道6内喷射一定量的高压热水,针对不足量,喷射常温水。
控制装置主体400a例如具备输入接口401A、输入输出接口401B、输出接口401C、CPU402、省略图示的ROM、RAM、硬盘存储装置等,通过读出存储在硬盘存储装置中的未图示的程序、数据并由CPU402执行,来实现后述的各功能结构。
向输入接口401A输入来自与上述的图1的第一实施方式相同的各种传感器的测量信号,但还输入来自上述检测开闭阀71_1、71_2、71_3、…、71_n、73_1、73_2、73_3、…、73_n的开/关状态的阀开/关检测传感器的信号。
输出接口401C输出对作为开/关阀的开闭阀19(参照图1)、71_1、71_2、71_3、…、71_n、73_1、73_2、73_3、…、73_n的开闭控制信号,输出对流量调整阀24A、29、41、43、24B、61(参照图1)的开度控制信号,输出对泵22A、22B、42(参照图1)的启动、停止、转速控制信号。
作为CPU402的功能结构,如图10所示那样,主要包含目标输出设定部420、高压热水可供给时间推定部(高压热水喷雾段数设定单元)424、高压热水使用喷雾母管数决定部(高压热水喷雾段数设定单元)426、集热量计算部(高压热水生成率取得单元)427、设备监视部428、高压热水使用控制部(供给量设定单元)430B、常温水使用控制部(供给量设定单元)440B、燃料喷射控制部450。
在本实施方式中,集热量计算部427计算集热装置200中的高压热水的生成率,并输入到高压热水可供给时间推定部424、设备监视部428以及高压热水使用控制部430B。
高压热水可供给时间推定部424根据基于气象信息预测的集热装置200中的高压热水的生成率GWHe(t)、贮存在蓄热槽40中的高压热水量St0、主要由基于所要求的输出目标值MWD和气象信息预测的大气温度TAire(t)所决定的预测值的高压热水的喷雾率QWHe(t),计算出假设将全部高压热水供给喷雾装置300B来进行喷雾时的高压热水的可供给时间TSHX。
另外,高压热水使用喷雾母管数决定部426在从高压热水可供给时间推定部424输入的高压热水的可供给时间TSHX没有达到预定的时间TSH的情况下,从喷雾装置300B喷射所要求的高压热水的喷雾率中的一部分高压热水,设定能够持续预定的时间TSH的喷雾母管31的段数p,输入到高压热水使用控制部430B、常温水使用控制部440B。
高压热水使用控制部430B进行如下控制:依照从高压热水使用喷雾母管数决定部426输入的喷射高压热水的喷雾母管31的段数p,并依照这时的大气温度TAir等参数,与每一段的喷雾母管31的喷雾率FA的能力对应地使用最大段数p以下的喷雾母管段数,喷射高压热水。
在此,喷雾率FA是根据喷雾母管31的喷雾喷嘴32的喷雾孔的形状、喷雾喷嘴32的个数预先确定的值(单位:kg/sec),被预先设定来确定,使得在喷射高压热水时液滴通过减压沸腾气化或变得充分小。
另外,常温水使用控制部440B为了喷射在高压热水使用控制部430B喷射的高压热水的喷雾率QWH中不足的量所对应的常温水而进行如下控制:与每一段的喷雾母管31的喷雾率FB的能力对应地设定喷雾母管31的段数,从喷雾装置300B进行喷雾。
在此,喷雾率FB是根据喷雾母管31的喷雾喷嘴32的喷雾孔的形状、喷雾喷嘴32的个数预先确定的值(单位:kg/sec),被预先设定来确定为喷射常温水时的液滴不会过大、或不结冰的值。
因此,在本实施方式中,在高压热水使用控制部430B在图4的控制模式B的子模式A1、A2、A3的任意一个下进行动作控制的过程中,常温水使用控制部440B并行地在子模式B2下进行动作控制。
以下,使用图11~图13的流程图说明本实施方式的高压热水可供给时间推定部424、高压热水使用喷雾母管数决定部426、集热量计算部427、高压热水使用控制部430B、常温水使用控制部440B的详细功能。图11~图13是表示第二实施方式的使用高压热水的控制模式的控制流程的流程图。
通过高压热水可供给时间推定部424进行该流程图的步骤S01~S05、步骤S31~S38、S57、S58的处理,通过高压热水使用喷雾母管数设定部426对步骤S39~S41的控制进行处理,通过高压热水使用控制部430B对步骤S42~S44、S46、S47~S51的控制进行处理,通过常温水使用控制部440B对步骤S52~S54、S56的控制进行处理。
在图11中,步骤S01~S05与第一实施方式相同,因此省略说明。
其中,“高压热水可供给时间推定部423”被改称为“高压热水可供给时间推定部424”,在步骤S03、S04、S05中为“是”的情况下,前进到步骤S31。
在步骤S31中,高压热水可供给时间推定部424使计时器t启动。在步骤S32中,设定为t0=0。在步骤S33中,根据来自气象信息接收装置410(参照图10)的气象信息(天气预报信息),推定计算计时器t到TSH为止的高压热水生成率GWHe(t)。具体地说,在当前从集热量计算部427输入的高压热水生成率GWH中,对天气预报信息中的日照量的预报值的当前值和来自光量传感器142的照射量进行比较,计算出与日照量的预报值的变化的推移对应的修正系数,将日照量的预报值(气象信息)的推移乘以当前的高压热水生成率GWH和上述的修正系数,能够推定计算今后的高压热水生成率GWHe(t)。
另外,在此为了简化控制,例如换算为150℃来计算高压热水的喷雾率QWHe(t)。
在步骤S34中,根据来自气象信息接收装置410的气象信息(天气预报信息),推定计算计时器t成为TSH为止的大气温度TAire(t)。具体地说,对从测量当前大气温度的温度传感器143A输入的大气温度TAir、与天气预报信息中的大气温度的预报值的当前值进行比较,计算与大气温度的预报值的推移对应的修正系数,将大气温度的预报值(气象信息)的推移乘以上述的修正系数,能够推定计算今后的大气温度TAire(t)。
在步骤S35中,到计时器t成为TSH为止,预测计算针对在步骤S34中推定计算出的今后的大气温度TAire(t)的变化根据输出目标值MWD所要求的高压热水的喷雾率QWHe(t)的推移。在步骤S35之后,依照结合标志(B),前进到图12的步骤S36。
另外,在此为了简化控制,例如换算为150℃来计算高压热水的喷雾率QWHe(t)。
在步骤S36中,根据来自设置在蓄热槽40中的水位传感器145A(参照图1)、温度传感器145B(参照图1)、压力传感器145C(参照图1)的水位信号、温度信号、压力信号,例如换算为150℃,而取得当前贮存在蓄热槽40(参照图1)中的高压热水的量St0。
在步骤S37中,检查是否满足以下式(3)。在步骤S37中为“是”的情况下,前进到步骤S41,在“否”的情况下,前进到步骤S38。
在步骤S38中,计算满足以下式(4)的最大的TSHX。
在步骤S39中,高压热水使用喷雾母管数决定部426计算出满足p≤{(TSH)/(TSH)}·n的最大的整数p。在此,n是上述的喷雾母管31的全体的段数n。
在步骤S40中,高压热水使用喷雾母管数决定部426设定为从压缩机1侧数p段的喷雾母管31使用高压热水,剩余的(n-p)段的喷雾母管31使用常温水。另外,高压热水使用喷雾母管数决定部426将喷雾母管31的段数p输入到高压热水使用控制部430B,并且将喷雾母管31的段数(n-p)输入到常温水使用控制部440B。
在步骤S40之后,依照结合标志(D),前进到图13的步骤S47。
如果在步骤S37中为“是”,前进到步骤S41,则全部段n的喷雾母管31被设定为能够使用高压热水。然后,高压热水使用喷雾母管数决定部426将喷雾母管31的段数n输入到高压热水使用控制部430B,并且将喷雾母管31的段数0输入到常温水使用控制部440B。在步骤S41之后,依照结合标志(C),前进到图13的步骤S42。
在步骤S42中,高压热水使用控制部430B使用数据图表430a,计算与由温度传感器143A、气压传感器143B、湿度传感器143C测量的大气温度TAir、气压、湿度、输出目标值MWD等对应的高压热水的喷雾率QWH(“设定与当前的大气温度TAir等对应的高压热水的喷雾率QWC”)。在步骤S43中,根据喷雾母管31的每段的喷雾率FA,设定喷雾母管段数p,再设定QWH=FA·p。
在步骤S44中,进行喷雾率QWH的控制。具体地说,在上述的图4的子模式A1、A2、A3的某一个下进行该控制。
在步骤S45中,燃料喷射控制部450进行燃料喷射量Gf的控制。在步骤S46中,将步骤S44、S45的控制保持一定时间Δt。Δt例如是10~30分钟左右的时间。在步骤S46之后,前进到步骤S57。
在步骤S47中,高压热水使用控制部430B根据每一段的喷雾率FA,临时决定喷雾母管31的p段的高压热水的喷雾率(QWH’=FA·p)。在步骤S48中,高压热水使用控制部430B,使用数据图表430a,计算与由温度传感器143A、气压传感器143B、湿度传感器143C测量的大气温度TAir、气压、湿度、输出目标值MWD等对应的高压热水的喷雾率QWH(“计算与当前的大气温度TAir等对应的高压热水的喷雾率QWC”)。在步骤S49中,检查是否是QWH≥QWH’(QWH≥QWH’?)。在步骤S49中为“是”的情况下,前进到步骤S50,将QWH’设定为高压热水的喷雾率。然后,前进到步骤S52。在步骤S49中为“否”的情况下,前进到步骤S51,设定为高压热水的QWH=FA·(p-1)。然后,前进到步骤S44。在输出目标值MWD暂时从到此为止的值变低的情况下,可能产生向该步骤S44的流程。
在步骤S52中,常温水使用控制部440B用常温水对针对当前的大气温度TAir等不足的高压热水的喷雾率进行换算,计算常温水的喷雾率QWC。具体地说,用常温水对在步骤S48中计算出的高压热水的喷雾率QWH和在步骤S47、S50中设定的喷雾率QWH(实际上是喷雾率QWH’)之间的差分的喷雾率进行换算,计算常温水的喷雾率QWC。这根据温度传感器152C的常温水的温度检测值,可知常温水的每kg的焓,因此,能够容易地换算为与上述的高压热水的喷雾率的差分对应的常温水的喷雾率QWC,使得常温水的喷雾率减少与换算为150℃的高压热水的每kg的焓的差分相应的量。
在步骤S53中,常温水使用控制部440B根据喷雾母管31的每段的喷雾率FB,设定常温水喷雾母管数,决定不超过在步骤S52中设定的常温水的喷雾率QWC的段数r,再设定喷雾率QWC(QWC=FB·r)。在步骤S54中,高压热水使用控制部430B进行喷雾率QWH的控制,常温水使用控制部440B进行喷雾率QWC的控制(喷雾率QWH、QWC的控制)。在步骤S55中,燃料喷射控制部450进行燃料喷射量Gf的控制。在步骤S56中,将步骤S54、S55的控制保持一定时间Δt。在步骤S56之后,前进到步骤S57。
在步骤S57中,在经过一定时间Δt后,高压热水可供给时间推定部424设为t0=t0+Δt,在步骤S58中检查t0是否为预定时间TSH以上。
在t0为预定时间TSH以上的情况下(是),结束高压热水或常温水的喷雾的控制,否则(否),依照结合标志(E)返回到图11的步骤S33,继续进行高压热水或常温水的喷雾的控制。
但是,也能够通过操作者的手动介入,在任意的时刻使高压热水可供给时间推定部424、高压热水使用喷雾母管数决定部426动作。
根据本实施方式,在集热装置200所生成的高压热水的生成率相对于需要喷射到压缩机1的吸气的需要喷雾率不足的情况下,也与从接近压缩机1侧的喷雾母管31以预定段数喷射高压热水并行地,从吸气的气流的上游侧的喷雾母管31喷射与喷射高压热水的喷雾母管31不同的常温水。其结果是相对于第一实施方式的情况,能够进行控制使得尽可能灵活地马上使用通过太阳热生成的高压热水,能够降低将高压热水贮存在蓄热槽40中而产生伴随散热的损失的情况。
另外,高压热水可供给时间推定部424和高压热水使用喷雾母管数决定部426根据推定计算出的集热装置200的高压热水生成率GWHe(t)、蓄热槽40的高压热水的贮存量St0、针对今后的大气温度TAire(t)的变化根据输出目标值MWD所要求的高压热水的喷雾率QWHe(t)的推移,计算在预先设定的时间Δt中能够喷射高压热水的喷雾母管32的段数,决定喷射高压热水的喷雾母管32,高压热水使用控制部430B与计算出的喷射高压热水的喷雾母管的段数对应地,设定向喷雾装置300B供给的高压热水的供给量。另外,常温水使用控制部440B在向喷雾装置300B供给的高压热水的供给量不足的情况下,设定常温水的供给量。其结果是能够使喷射高压热水的喷雾母管32的段数在预先设定的时间Δt内固定,因此,能够防止成为过快地使用高压热水而从中途喷射水的喷雾母管32,能够降低由于从压缩机1入口侧附近的喷雾母管32_1喷射常温水造成的压缩机1的腐蚀的可能性。
符号的说明
1:压缩机;2:燃气轮机;3:燃烧器;4:发电机;6:吸气管道;21A:配管;21B:配管;22A:泵;22B:泵;23A:配管:23B:配管;24A:流量调整阀;24B:流量调整阀;25A:配管;26:聚光板;27:集热管;28:配管;29:流量调整阀;30A:配管;30B:配管;31(31_1、31_2、31_3、…、31_n)、31A、31B:喷雾母管;32(31_1、31_2、31_3、…、31_n)、32A、32B:喷雾喷嘴;40:蓄热槽;41:流量调整阀;42:泵;43:流量调整阀;45:配管;46:配管;47:配管;71_1、71_2、71_3、…、71_n:开闭阀(切换单元);73_1、73_2、73_3、…、73_n:开闭阀(切换单元);100A、100B:燃气轮机装置;141A:温度传感器;142:光量传感器;143A:温度传感器;200:集热装置;300A、300B:喷雾装置;400A、400B:控制装置;400a:控制装置本体;410:气象信息接收装置;411:供电命令接收装置;420:目标输出设定部;421:控制模式切换部;423:高压热水可供给时间推定部;424:高压热水可供给时间推定部;425:控制模式决定部;426:高压热水使用喷雾母管数决定部;427:集热量计算部;428:设备监视部;430:高压热水控制部;430A:高压热水使用控制部;430B:高压热水使用控制部(供给量设定单元);430a:数据图表;440A:常温水使用控制部;440B:常温水使用控制部(供给量设定单元);440a:数据图表;500A、500B:燃气轮机系统。