JP2002206430A - 発電方法および発電設備 - Google Patents
発電方法および発電設備Info
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- JP2002206430A JP2002206430A JP2001002091A JP2001002091A JP2002206430A JP 2002206430 A JP2002206430 A JP 2002206430A JP 2001002091 A JP2001002091 A JP 2001002091A JP 2001002091 A JP2001002091 A JP 2001002091A JP 2002206430 A JP2002206430 A JP 2002206430A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 部分負荷時のタービン入口温度を全負荷時と
同等にするのでは、熱効率の向上が制約される。 【解決手段】 部分負荷時にはタービンの回転速度が低
下するため、全負荷時に比べ、タービンにかかる応力が
低下する。この応力低下時には、クリープ変形速度も遅
くなることから、その分タービン入口温度を上げても、
タービンの耐久性を損なうことなく部分負荷時の効率を
向上させることができる。このことから、出力−温度変
換器１０は、負荷率で与えられる部分負荷時にクリープ
変形で制限されるタービン入口温度まで高める温度指令
を出力して熱効率を高める。なお、低負荷時にタービン
入口温度を下げることにより熱効率の低下を回避するこ
と、タービンの羽根の酸化や窒素酸化物の増加による化
学的な要因による制約でタービン入口温度を制限するこ
とも含む。
同等にするのでは、熱効率の向上が制約される。 【解決手段】 部分負荷時にはタービンの回転速度が低
下するため、全負荷時に比べ、タービンにかかる応力が
低下する。この応力低下時には、クリープ変形速度も遅
くなることから、その分タービン入口温度を上げても、
タービンの耐久性を損なうことなく部分負荷時の効率を
向上させることができる。このことから、出力−温度変
換器１０は、負荷率で与えられる部分負荷時にクリープ
変形で制限されるタービン入口温度まで高める温度指令
を出力して熱効率を高める。なお、低負荷時にタービン
入口温度を下げることにより熱効率の低下を回避するこ
と、タービンの羽根の酸化や窒素酸化物の増加による化
学的な要因による制約でタービン入口温度を制限するこ
とも含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンによ
って発電機を駆動する発電方法および発電設備に係り、
特に熱効率を高めるためのタービン入口温度の制御に関
する。
って発電機を駆動する発電方法および発電設備に係り、
特に熱効率を高めるためのタービン入口温度の制御に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンは、気体を圧縮機で圧縮
し、これを燃焼器で加熱し、生じた高温高圧ガスをター
ビン中で膨張させることによって、タービンで発電機等
を駆動することができる。
し、これを燃焼器で加熱し、生じた高温高圧ガスをター
ビン中で膨張させることによって、タービンで発電機等
を駆動することができる。
【０００３】発電用ガスタービンとしては、小型の発電
用には１／Ｃ／Ｅ型ガスタービン、大型の発電用には１
／Ｃ型などが用いられている。また、航空機用エンジン
を発電に転用する場合には１／ＬＰ、２ＳＣ／ＣＬＰ、
２ＳＣ／ＬＰ型などが用いられている。
用には１／Ｃ／Ｅ型ガスタービン、大型の発電用には１
／Ｃ型などが用いられている。また、航空機用エンジン
を発電に転用する場合には１／ＬＰ、２ＳＣ／ＣＬＰ、
２ＳＣ／ＬＰ型などが用いられている。
【０００４】このうち、１／Ｃ／Ｅ型ガスタービンは、
図３に示すように、１つの圧縮機１と１つのタービン２
が軸結合され、圧縮機１で圧縮された空気を熱交換器３
によってタービン２からの排気で予熱し、これを燃焼器
４で加熱してタービン２に高温高圧を導入する再生サイ
クルガスタービンになる。これにより、タービンからの
廃熱の回収で、単純サイクルのガスタービンに比べて、
熱効率を１０％程度改善することができる。
図３に示すように、１つの圧縮機１と１つのタービン２
が軸結合され、圧縮機１で圧縮された空気を熱交換器３
によってタービン２からの排気で予熱し、これを燃焼器
４で加熱してタービン２に高温高圧を導入する再生サイ
クルガスタービンになる。これにより、タービンからの
廃熱の回収で、単純サイクルのガスタービンに比べて、
熱効率を１０％程度改善することができる。
【０００５】再生サイクルガスタービンを原動機とした
発電設備では、タービンから直接あるいは減速機を介し
て発電機を駆動し、発電機からの発電出力を電気負荷に
供給する。この場合、発電機は発電電力の周波数を一定
とする制約があるため、発電機の回転速度は電気負荷の
変動に関係なく一定に保たれ、これに直接あるいは減速
機を通して軸結合されるタービンも一定速度で運転され
る。
発電設備では、タービンから直接あるいは減速機を介し
て発電機を駆動し、発電機からの発電出力を電気負荷に
供給する。この場合、発電機は発電電力の周波数を一定
とする制約があるため、発電機の回転速度は電気負荷の
変動に関係なく一定に保たれ、これに直接あるいは減速
機を通して軸結合されるタービンも一定速度で運転され
る。
【０００６】ガスタービンを原動機とする一部の発電設
備では、ガスタービンと発電機を直結し、直流発電機の
発電電力をインバータ等で一定周波数にして出力する構
成、または交流発電機の発電電力をコンバータ等で一旦
直流電力に変換し、これをインバータ等で一定周波数に
して出力する構成がある。これらの発電設備の場合、発
電機の回転速度（発電出力の周波数）を要因としてガス
タービンの速度を一定にする必要はないが、発電電圧
（回転数に比例）を一定にするため、ガスタービンの回
転速度をほぼ一定にしている。
備では、ガスタービンと発電機を直結し、直流発電機の
発電電力をインバータ等で一定周波数にして出力する構
成、または交流発電機の発電電力をコンバータ等で一旦
直流電力に変換し、これをインバータ等で一定周波数に
して出力する構成がある。これらの発電設備の場合、発
電機の回転速度（発電出力の周波数）を要因としてガス
タービンの速度を一定にする必要はないが、発電電圧
（回転数に比例）を一定にするため、ガスタービンの回
転速度をほぼ一定にしている。
【０００７】上記のように、ガスタービンを原動機とす
る発電設備では、ガスタービンが一定速度で運転され
る。この場合、発電機の電気負荷が低下する部分負荷時
にガスタービンの熱効率が大幅に低下する。
る発電設備では、ガスタービンが一定速度で運転され
る。この場合、発電機の電気負荷が低下する部分負荷時
にガスタービンの熱効率が大幅に低下する。
【０００８】図４は、再生サイクルガスタービンの負荷
特性を示し、部分負荷時に対する熱効率およびタービン
入口温度変化を示す。同図中、発電機を負荷とする場合
は一定速度特性として示し、送風機やポンププロペラな
どを負荷とする場合はプロペラ特性として示す。発電機
負荷の場合、例えば、負荷率４０％時には全負荷時に比
べて熱効率が十数％低下する。
特性を示し、部分負荷時に対する熱効率およびタービン
入口温度変化を示す。同図中、発電機を負荷とする場合
は一定速度特性として示し、送風機やポンププロペラな
どを負荷とする場合はプロペラ特性として示す。発電機
負荷の場合、例えば、負荷率４０％時には全負荷時に比
べて熱効率が十数％低下する。
【０００９】これら部分負荷時の熱効率を高める発電方
式として、負荷の大小にかかわらずガスタービンの入口
温度を高く保つ方式を本願出願人は既に提案している。
この方式は、負荷の大小にかかわらず、タービン入口温
度を全負荷時と同様の高温でほぼ一定に保つようにす
る。
式として、負荷の大小にかかわらずガスタービンの入口
温度を高く保つ方式を本願出願人は既に提案している。
この方式は、負荷の大小にかかわらず、タービン入口温
度を全負荷時と同様の高温でほぼ一定に保つようにす
る。
【００１０】そして、タービン入口温度を一定に維持す
ると、負荷によってタービン速度が変化し、発電機速度
（周波数）および発電電圧が変化しようとするのを、発
電機軸の機械的インピーダンスを負荷の電気的インピー
ダンスと独立に調整できるようにすることで発電機を一
定速度に維持する。
ると、負荷によってタービン速度が変化し、発電機速度
（周波数）および発電電圧が変化しようとするのを、発
電機軸の機械的インピーダンスを負荷の電気的インピー
ダンスと独立に調整できるようにすることで発電機を一
定速度に維持する。
【００１１】図５は、上記のインピーダンス変換方式の
基本構成例を示す。発電機５と電気負荷Ｌとの間にイン
ピーダンス変換部７を設け、タービン入口温度または他
の機器の温度指令とその検出温度から温度制御部８によ
りインピーダンス変換部７のフィードバック制御を行
う。電力制御部９は、電気負荷Ｌに供給する電流または
電力の検出値と発電出力指令から燃焼器４への燃料供給
量を制御する。
基本構成例を示す。発電機５と電気負荷Ｌとの間にイン
ピーダンス変換部７を設け、タービン入口温度または他
の機器の温度指令とその検出温度から温度制御部８によ
りインピーダンス変換部７のフィードバック制御を行
う。電力制御部９は、電気負荷Ｌに供給する電流または
電力の検出値と発電出力指令から燃焼器４への燃料供給
量を制御する。
【００１２】この構成において、ファラデーの電磁誘導
の法則ｅ＝ｄφ／ｄｔにより、発電機の回転速度は電圧
ｅに相当し、トルクは電流ｉに相当する。すなわち、タ
ービンの回転速度ωとトルクＴの比ω／Ｔは、電圧ｅと
電流ｉの比ｅ／ｉに比例し、タービンの負荷になる発電
機軸の機械的インピーダンスを意味する。一方、発電機
の電気負荷は発電機からみて電気的インピーダンスに相
当する。したがって、インピーダンス変換部７により、
機械的インピーダンスと負荷の電気的インピーダンスと
は独立に調整できるようにすることで、負荷の大小にか
かわらずタービン入口温度を一定の高温にし、熱効率を
高めることができる。
の法則ｅ＝ｄφ／ｄｔにより、発電機の回転速度は電圧
ｅに相当し、トルクは電流ｉに相当する。すなわち、タ
ービンの回転速度ωとトルクＴの比ω／Ｔは、電圧ｅと
電流ｉの比ｅ／ｉに比例し、タービンの負荷になる発電
機軸の機械的インピーダンスを意味する。一方、発電機
の電気負荷は発電機からみて電気的インピーダンスに相
当する。したがって、インピーダンス変換部７により、
機械的インピーダンスと負荷の電気的インピーダンスと
は独立に調整できるようにすることで、負荷の大小にか
かわらずタービン入口温度を一定の高温にし、熱効率を
高めることができる。
【００１３】図６は、インピーダンス変換部７の具体的
構成例を示す。発電機５からの発電出力を整流部７Ａで
整流・平滑し、この直流電力を直流昇圧チョッパ構成の
電圧変換部７Ｂで発電電圧を昇圧制御し、この昇圧した
直流電力を周波数変換部７Ｃで周波数を調整した交流電
力に変換する。電圧変換部７Ｂは、半導体スイッチＴＲ
のオンによりリアクトルＬに一時的に短絡電流を流し、
この後にスイッチＴＲをオフすることによりリアクトル
ＬからダイオードＤに昇圧した整流電流を得て平滑コン
デンサＣに昇圧出力を得る。
構成例を示す。発電機５からの発電出力を整流部７Ａで
整流・平滑し、この直流電力を直流昇圧チョッパ構成の
電圧変換部７Ｂで発電電圧を昇圧制御し、この昇圧した
直流電力を周波数変換部７Ｃで周波数を調整した交流電
力に変換する。電圧変換部７Ｂは、半導体スイッチＴＲ
のオンによりリアクトルＬに一時的に短絡電流を流し、
この後にスイッチＴＲをオフすることによりリアクトル
ＬからダイオードＤに昇圧した整流電流を得て平滑コン
デンサＣに昇圧出力を得る。
【００１４】この構成では、発電機５からの発電出力を
電圧変換部７Ｂによって無段階で任意の電圧に昇圧する
ことで機械インピーダンスを調整し、周波数変換部７Ｃ
によって一定周波数に調整する。
電圧変換部７Ｂによって無段階で任意の電圧に昇圧する
ことで機械インピーダンスを調整し、周波数変換部７Ｃ
によって一定周波数に調整する。
【００１５】なお、インピーダンス変換部７は、昇降圧
チョッパによる発電電圧の制御に代えて、倍電圧整流回
路による整流電圧の切り替え、タップ付き変圧器のタッ
プ切り替え、タップ付き発電機のタップ切り替え、発電
機の励磁電流調整回路による調整、差動複巻直流発電機
による調整など、他の電気的、磁気的に調整することが
できる。さらに、インピーダンス変換部７は、発電電圧
の制御として、発電機の回転子と固定子の間の磁束調
整、ガスタービンと発電機の間に設けた変速機の変速比
調整など、機械的に調整することもできる。
チョッパによる発電電圧の制御に代えて、倍電圧整流回
路による整流電圧の切り替え、タップ付き変圧器のタッ
プ切り替え、タップ付き発電機のタップ切り替え、発電
機の励磁電流調整回路による調整、差動複巻直流発電機
による調整など、他の電気的、磁気的に調整することが
できる。さらに、インピーダンス変換部７は、発電電圧
の制御として、発電機の回転子と固定子の間の磁束調
整、ガスタービンと発電機の間に設けた変速機の変速比
調整など、機械的に調整することもできる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】一般に、ガスタービン
は、タービン入口温度を高くするほど効率を高めること
ができる。しかし、タービン入口温度の最高値は、全負
荷時のタービンのクリープ変形を基に制限される。すな
わち、タービンは、発電機の駆動によって羽根には高温
で遠心力と曲げの応力が発生しており、長時間の応力に
よって羽根の歪みが増大するクリープ現象が起きないよ
うタービン入口温度が制限される。
は、タービン入口温度を高くするほど効率を高めること
ができる。しかし、タービン入口温度の最高値は、全負
荷時のタービンのクリープ変形を基に制限される。すな
わち、タービンは、発電機の駆動によって羽根には高温
で遠心力と曲げの応力が発生しており、長時間の応力に
よって羽根の歪みが増大するクリープ現象が起きないよ
うタービン入口温度が制限される。
【００１７】前記の従来方式においても、全負荷時のタ
ービン入口温度をクリープ限度を基に制限しており、負
荷の大小にかかわらず全負荷時のタービン入口温度以下
に制限するため、それ以上のタービン熱効率の向上はな
されていない。
ービン入口温度をクリープ限度を基に制限しており、負
荷の大小にかかわらず全負荷時のタービン入口温度以下
に制限するため、それ以上のタービン熱効率の向上はな
されていない。
【００１８】本発明の目的は、クリープ変形等を基にし
てタービン入口温度を制限しながら、熱効率を高めるこ
とができる発電方法および設備を提供することにある。
てタービン入口温度を制限しながら、熱効率を高めるこ
とができる発電方法および設備を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】（１）発明の原理的な説
明 タービン入口温度を負荷の大小にかかわらず全負荷時と
同様に高温で一定に保つ場合、部分負荷時にはタービン
の回転速度が低下するため、全負荷時に比べ、タービン
にかかる応力が低下する。この応力低下時には、クリー
プ変形速度も遅くなることから、その分タービン入口温
度を上げても、タービンの耐久性を損なうことなく部分
負荷時の効率を向上させることができる。
明 タービン入口温度を負荷の大小にかかわらず全負荷時と
同様に高温で一定に保つ場合、部分負荷時にはタービン
の回転速度が低下するため、全負荷時に比べ、タービン
にかかる応力が低下する。この応力低下時には、クリー
プ変形速度も遅くなることから、その分タービン入口温
度を上げても、タービンの耐久性を損なうことなく部分
負荷時の効率を向上させることができる。
【００２０】図７は、タービンの羽根に多用されるＮｉ
基合金のクリープ特性の例を示し、各応力において、１
０5時間後のクリープ変形が１％になる温度を示す。こ
の特性から、全負荷時に応力１５５ＭＰａ、タービン入
口温度１０７３Ｋで使用しているとすると、部分負荷時
に応力が約半分の８０ＭＰａまで低下すると、タービン
入口温度を１１６８Ｋまで上げたときにクリープ変形速
度が全負荷時と同じになる。
基合金のクリープ特性の例を示し、各応力において、１
０5時間後のクリープ変形が１％になる温度を示す。こ
の特性から、全負荷時に応力１５５ＭＰａ、タービン入
口温度１０７３Ｋで使用しているとすると、部分負荷時
に応力が約半分の８０ＭＰａまで低下すると、タービン
入口温度を１１６８Ｋまで上げたときにクリープ変形速
度が全負荷時と同じになる。
【００２１】本発明は、上記のタービンのクリープ特性
により、温度の限界が部分負荷時に高くなることに着目
し、部分負荷時には全負荷時よりも高いタービン入口温
度にすることで熱効率を高める。
により、温度の限界が部分負荷時に高くなることに着目
し、部分負荷時には全負荷時よりも高いタービン入口温
度にすることで熱効率を高める。
【００２２】次に、ガスタービンは、タービン入口温度
一定で運転すると、約２０％以下の低負荷における効率
が、プロペラ負荷等の他の運転条件に比べて低くなる。
そこで、本発明は、低負荷時にタービン入口温度を下げ
ることにより熱効率の低下を回避する。
一定で運転すると、約２０％以下の低負荷における効率
が、プロペラ負荷等の他の運転条件に比べて低くなる。
そこで、本発明は、低負荷時にタービン入口温度を下げ
ることにより熱効率の低下を回避する。
【００２３】なお、タービン入口温度の上限は、クリー
プ変形を基にした制約のほか、タービンの羽根の酸化や
窒素酸化物（ＮＯX）の増加による化学的な要因による
制約がある。そこで、本発明は、クリープ変形を基にし
たタービン入口温度制御における上限温度をこれら化学
的な要因による制約を基に制限する。
プ変形を基にした制約のほか、タービンの羽根の酸化や
窒素酸化物（ＮＯX）の増加による化学的な要因による
制約がある。そこで、本発明は、クリープ変形を基にし
たタービン入口温度制御における上限温度をこれら化学
的な要因による制約を基に制限する。
【００２４】以上のことから、本発明は、図８中にター
ビン入口温度制限特性（実際は曲線になるがその模式図
で示す）Ａ−Ｂ−Ｃを示すように、特性Ａの領域では負
荷率とクリープ変形速度で許容される温度までタービン
入口温度を高めて効率を向上させ、このタービン入口温
度の上限を羽根の酸化等による化学的な要因による制約
条件になる特性Ｂを基にして制限する。また、特性Ｃの
領域では低負荷になるほどタービン入口温度を下げて効
率低下を防止し、このタービン入口温度の上限を羽根の
酸化等による化学的な要因による制約条件になる特性Ｂ
を基にして制限する。従って本発明は、以下の発電方法
および発電設備を特徴とする。
ビン入口温度制限特性（実際は曲線になるがその模式図
で示す）Ａ−Ｂ−Ｃを示すように、特性Ａの領域では負
荷率とクリープ変形速度で許容される温度までタービン
入口温度を高めて効率を向上させ、このタービン入口温
度の上限を羽根の酸化等による化学的な要因による制約
条件になる特性Ｂを基にして制限する。また、特性Ｃの
領域では低負荷になるほどタービン入口温度を下げて効
率低下を防止し、このタービン入口温度の上限を羽根の
酸化等による化学的な要因による制約条件になる特性Ｂ
を基にして制限する。従って本発明は、以下の発電方法
および発電設備を特徴とする。
【００２５】（２）方法の発明 （ａ）ガスタービンによって発電機を駆動し、一定周波
数および一定電圧の発電出力を得、発電機軸の機械的イ
ンピーダンスを電気的、磁気的、または機械的に調整し
て発電機の部分負荷時のタービン入口温度を調整可能に
する発電方法において、前記タービン入口温度の調整
は、部分負荷においてガスタービンに働く応力が低下し
た状態でのクリープ強さで制限される温度まで高めるこ
とを特徴とする。
数および一定電圧の発電出力を得、発電機軸の機械的イ
ンピーダンスを電気的、磁気的、または機械的に調整し
て発電機の部分負荷時のタービン入口温度を調整可能に
する発電方法において、前記タービン入口温度の調整
は、部分負荷においてガスタービンに働く応力が低下し
た状態でのクリープ強さで制限される温度まで高めるこ
とを特徴とする。
【００２６】（ｂ）ガスタービンによって発電機を駆動
し、一定周波数および一定電圧の発電出力を得、発電機
軸の機械的インピーダンスを電気的、磁気的、または機
械的に調整して発電機の部分負荷時のタービン入口温度
を調整可能にする発電方法において、前記タービン入口
温度の調整は、低負荷になるほどタービン入口温度を下
げることを特徴とする。
し、一定周波数および一定電圧の発電出力を得、発電機
軸の機械的インピーダンスを電気的、磁気的、または機
械的に調整して発電機の部分負荷時のタービン入口温度
を調整可能にする発電方法において、前記タービン入口
温度の調整は、低負荷になるほどタービン入口温度を下
げることを特徴とする。
【００２７】（ｃ）前記タービン入口温度の調整は、そ
の最高温度をガスタービンの化学的な要因による制約条
件で制限することを特徴とする。
の最高温度をガスタービンの化学的な要因による制約条
件で制限することを特徴とする。
【００２８】（３）装置の発明 （ａ）ガスタービンによって発電機を駆動し、一定周波
数および一定電圧の発電出力を得、発電機軸の機械的イ
ンピーダンスを電気的、磁気的、または機械的に調整し
て発電機の部分負荷時のタービン入口温度を調整可能に
する温度制御手段を備えた発電設備において、前記温度
制御手段は、部分負荷においてガスタービンに働く応力
が低下した状態でのクリープ強さで制限される温度まで
タービン入口温度を高める手段を備えたことを特徴とす
る。
数および一定電圧の発電出力を得、発電機軸の機械的イ
ンピーダンスを電気的、磁気的、または機械的に調整し
て発電機の部分負荷時のタービン入口温度を調整可能に
する温度制御手段を備えた発電設備において、前記温度
制御手段は、部分負荷においてガスタービンに働く応力
が低下した状態でのクリープ強さで制限される温度まで
タービン入口温度を高める手段を備えたことを特徴とす
る。
【００２９】（ｂ）ガスタービンによって発電機を駆動
し、一定周波数および一定電圧の発電出力を得、発電機
軸の機械的インピーダンスを電気的、磁気的、または機
械的に調整して発電機の部分負荷時のタービン入口温度
を調整可能にする温度制御手段を備えた発電設備におい
て、前記温度制御手段は、低負荷になるほどタービン入
口温度を下げる手段を備えたことを特徴とする。
し、一定周波数および一定電圧の発電出力を得、発電機
軸の機械的インピーダンスを電気的、磁気的、または機
械的に調整して発電機の部分負荷時のタービン入口温度
を調整可能にする温度制御手段を備えた発電設備におい
て、前記温度制御手段は、低負荷になるほどタービン入
口温度を下げる手段を備えたことを特徴とする。
【００３０】（ｃ）前記温度制御手段は、タービン入口
温度の最高温度をガスタービンの化学的な要因による制
約条件で制限する手段を備えたことを特徴とする。
温度の最高温度をガスタービンの化学的な要因による制
約条件で制限する手段を備えたことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
発電設備構成である。同図が図５と異なる部分は、温度
制御部８への温度指令を、出力−温度変換器１０を通し
て得る点にある。
発電設備構成である。同図が図５と異なる部分は、温度
制御部８への温度指令を、出力−温度変換器１０を通し
て得る点にある。
【００３２】出力−温度変換器１０は、電力制御部９へ
の発電出力指令を負荷率として入力し、この負荷率に応
じて図８に示す特性Ａ−Ｂ−Ｃに合わせたタービン入口
温度指令を発生する。
の発電出力指令を負荷率として入力し、この負荷率に応
じて図８に示す特性Ａ−Ｂ−Ｃに合わせたタービン入口
温度指令を発生する。
【００３３】温度制御部８は、負荷率に対する特性Ａ−
Ｂ−Ｃに従ったタービン入口温度指令によりインピーダ
ンス変換部７のインピーダンス制御を行い、結果的に現
在の負荷率でガスタービンに許容される最大のタービン
入口温度に制御する。
Ｂ−Ｃに従ったタービン入口温度指令によりインピーダ
ンス変換部７のインピーダンス制御を行い、結果的に現
在の負荷率でガスタービンに許容される最大のタービン
入口温度に制御する。
【００３４】これにより、低負荷時から全負荷時までの
任意の負荷状態にもガスタービンにクリープ変形を起こ
すことなく最大の熱効率による発電が可能となる。
任意の負荷状態にもガスタービンにクリープ変形を起こ
すことなく最大の熱効率による発電が可能となる。
【００３５】図２は、ガスタービンをコンピュータ制御
する発電設備の場合の出力−温度変換器１０の機能を実
現するためのフローチャートを示す。ガスタービンをコ
ンピュータ制御する場合、起動・停止シーケンス制御機
能、温度制御部８や電力制御部９の各種演算機能は、コ
ンピュータのソフトウェア構成で実現され、この演算機
能の一部として出力−温度変換器１０の変換機能を設け
る。
する発電設備の場合の出力−温度変換器１０の機能を実
現するためのフローチャートを示す。ガスタービンをコ
ンピュータ制御する場合、起動・停止シーケンス制御機
能、温度制御部８や電力制御部９の各種演算機能は、コ
ンピュータのソフトウェア構成で実現され、この演算機
能の一部として出力−温度変換器１０の変換機能を設け
る。
【００３６】この変換機能を実現する図２のフローチャ
ートでは、設計時に特性Ａ−Ｂ−Ｃになる制御定数を予
めＲＯＭ（リードオンリーメモリ）に書込んでおき、発
電設備の運転開始時に特性Ａ−Ｂ−ＣをＲＯＭから読み
込でおき（Ｓ１）、温度制御の制御周期になる度に（Ｓ
２）、現在の負荷率（発電出力指令）αを取り込み（Ｓ
３）、この負荷率αに対応するタービン入口温度Ｔを特
性Ａ−Ｂ−Ｃから決定し（Ｓ４）、決定したタービン入
口温度Ｔで今回の制御周期での温度指令として温度制御
部８の設定値を更新する（Ｓ５）。
ートでは、設計時に特性Ａ−Ｂ−Ｃになる制御定数を予
めＲＯＭ（リードオンリーメモリ）に書込んでおき、発
電設備の運転開始時に特性Ａ−Ｂ−ＣをＲＯＭから読み
込でおき（Ｓ１）、温度制御の制御周期になる度に（Ｓ
２）、現在の負荷率（発電出力指令）αを取り込み（Ｓ
３）、この負荷率αに対応するタービン入口温度Ｔを特
性Ａ−Ｂ−Ｃから決定し（Ｓ４）、決定したタービン入
口温度Ｔで今回の制御周期での温度指令として温度制御
部８の設定値を更新する（Ｓ５）。
【００３７】なお、出力−温度変換器１０の変換機能
は、上記のフローチャートになるソフトウェア構成に限
らず、温度制御部８等をアナログ制御系をもつ自動制御
方式とする場合では負荷率を入力とし出力が特性Ａ−Ｂ
−Ｃになる関数発生器に構成すること、温度制御部８の
出力リミッタ値を特性Ａ−Ｂ−Ｃで制限する構成など、
適宜設計変更して同等の作用効果を得ることができる。
は、上記のフローチャートになるソフトウェア構成に限
らず、温度制御部８等をアナログ制御系をもつ自動制御
方式とする場合では負荷率を入力とし出力が特性Ａ−Ｂ
−Ｃになる関数発生器に構成すること、温度制御部８の
出力リミッタ値を特性Ａ−Ｂ−Ｃで制限する構成など、
適宜設計変更して同等の作用効果を得ることができる。
【００３８】また、本実施形態は、図１の発電設備構成
に適用する場合を示すが、他の設備構成に適用できる。
例えば、図１では、温度制御にタービン入口温度の検出
によるフィードバック制御を行うが、タービン入口温度
制御は数度の誤差が発生するも何ら問題がないことか
ら、タービン入口温度を出力−温度変換器によるフィー
ドフォワード制御する発電設備に適用できる。また、タ
ービン入口温度は、ガスタービンの設置場所の気温や湿
度等で影響を受けるが、これら気温や湿度を省略した発
電設備に適用できる。また、より本質的にタービン回転
数を基に応力を演算し、フィードバック制御を行うこと
もできる。
に適用する場合を示すが、他の設備構成に適用できる。
例えば、図１では、温度制御にタービン入口温度の検出
によるフィードバック制御を行うが、タービン入口温度
制御は数度の誤差が発生するも何ら問題がないことか
ら、タービン入口温度を出力−温度変換器によるフィー
ドフォワード制御する発電設備に適用できる。また、タ
ービン入口温度は、ガスタービンの設置場所の気温や湿
度等で影響を受けるが、これら気温や湿度を省略した発
電設備に適用できる。また、より本質的にタービン回転
数を基に応力を演算し、フィードバック制御を行うこと
もできる。
【００３９】また、発電設備構成としては、図１の発電
設備において、他の機器と複合化、例えば燃焼器４を燃
料電池やガス炉等に置き換える発電設備があり、これら
発電設備にも適用できる。
設備において、他の機器と複合化、例えば燃焼器４を燃
料電池やガス炉等に置き換える発電設備があり、これら
発電設備にも適用できる。
【００４０】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、発電機
軸の機械的インピーダンスを電気的、磁気的、または機
械的に調整して発電機の部分負荷時のタービン入口温度
を調整することで部分負荷時の熱効率を高めるにおい
て、タービン入口温度を負荷率とガスタービンのクリー
プ変形速度で制限される温度まで高めるようにしたた
め、クリープ変形を基にしてタービン入口温度を制限し
ながら、熱効率を一層高めることができる。
軸の機械的インピーダンスを電気的、磁気的、または機
械的に調整して発電機の部分負荷時のタービン入口温度
を調整することで部分負荷時の熱効率を高めるにおい
て、タービン入口温度を負荷率とガスタービンのクリー
プ変形速度で制限される温度まで高めるようにしたた
め、クリープ変形を基にしてタービン入口温度を制限し
ながら、熱効率を一層高めることができる。
【００４１】また、タービン入口温度の調整は、低負荷
になるほどタービン入口温度を下げることで熱効率の低
下を防止できる。
になるほどタービン入口温度を下げることで熱効率の低
下を防止できる。
【００４２】また、これらタービン入口温度の調整に、
最高温度をガスタービンの化学的な要因による制約条件
で制限するため、ガスタービンの酸化やＮＯｘの発生を
確実に防止できる。
最高温度をガスタービンの化学的な要因による制約条件
で制限するため、ガスタービンの酸化やＮＯｘの発生を
確実に防止できる。
【図１】本発明の実施形態を示す発電設備構成図。
【図２】実施形態における出力−温度変換器１０の温度
制御フローチャート。
制御フローチャート。
【図３】１／Ｃ／Ｅ型ガスタービンの構成例。
【図４】１／Ｃ／Ｅ型ガスタービンの負荷特性。
【図５】インピーダンス変換の基本構成例。
【図６】インピーダンス変換の具体的構成例。
【図７】耐熱合金のクリープ特性の例。
【図８】本発明におけるタービン入口温度制御特性。
１…圧縮機 ２…ガスタービン ３…熱交換器 ４…燃焼器 ５…発電機 ７…インピーダンス変換部 ８…温度制御部 ９…電力制御部 １０…出力−温度変換器
Claims (6)
- 【請求項１】 ガスタービンによって発電機を駆動し、
一定周波数および一定電圧の発電出力を得、発電機軸の
機械的インピーダンスを電気的、磁気的、または機械的
に調整して発電機の部分負荷時のタービン入口温度を調
整可能にする発電方法において、 前記タービン入口温度の調整は、部分負荷においてガス
タービンに働く応力が低下した状態でのクリープ強さで
制限される温度まで高めることを特徴とする発電方法。 - 【請求項２】 ガスタービンによって発電機を駆動し、
一定周波数および一定電圧の発電出力を得、発電機軸の
機械的インピーダンスを電気的、磁気的、または機械的
に調整して発電機の部分負荷時のタービン入口温度を調
整可能にする発電方法において、 前記タービン入口温度の調整は、低負荷になるほどター
ビン入口温度を下げることを特徴とする発電方法。 - 【請求項３】 前記タービン入口温度の調整は、その最
高温度をガスタービンの化学的な要因による制約条件で
制限することを特徴とする請求項１または２に記載の発
電方法。 - 【請求項４】 ガスタービンによって発電機を駆動し、
一定周波数および一定電圧の発電出力を得、発電機軸の
機械的インピーダンスを電気的、磁気的、または機械的
に調整して発電機の部分負荷時のタービン入口温度を調
整可能にする温度制御手段を備えた発電設備において、 前記温度制御手段は、部分負荷においてガスタービンに
働く応力が低下した状態でのクリープ強さで制限される
温度までタービン入口温度を高める手段を備えたことを
特徴とする発電設備。 - 【請求項５】 ガスタービンによって発電機を駆動し、
一定周波数および一定電圧の発電出力を得、発電機軸の
機械的インピーダンスを電気的、磁気的、または機械的
に調整して発電機の部分負荷時のタービン入口温度を調
整可能にする温度制御手段を備えた発電設備において、 前記温度制御手段は、低負荷になるほどタービン入口温
度を下げる手段を備えたことを特徴とする発電設備。 - 【請求項６】 前記温度制御手段は、タービン入口温度
の最高温度をガスタービンの化学的な要因による制約条
件で制限する手段を備えたことを特徴とする請求項４ま
たは５に記載の発電設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001002091A JP2002206430A (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | 発電方法および発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001002091A JP2002206430A (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | 発電方法および発電設備 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002206430A true JP2002206430A (ja) | 2002-07-26 |
Family
ID=18870648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001002091A Pending JP2002206430A (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | 発電方法および発電設備 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002206430A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007303417A (ja) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | Nishishiba Electric Co Ltd | ターボチャージャ発電装置 |
| CN102893509A (zh) * | 2010-12-27 | 2013-01-23 | 三菱重工业株式会社 | 涡轮增压发电装置 |
| CN107771243A (zh) * | 2015-06-03 | 2018-03-06 | 西门子股份公司 | 包括内插工作曲线偏差的燃气轮机的运行 |
-
2001
- 2001-01-10 JP JP2001002091A patent/JP2002206430A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007303417A (ja) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | Nishishiba Electric Co Ltd | ターボチャージャ発電装置 |
| CN102893509A (zh) * | 2010-12-27 | 2013-01-23 | 三菱重工业株式会社 | 涡轮增压发电装置 |
| US9112441B2 (en) | 2010-12-27 | 2015-08-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbo charger generator |
| CN102893509B (zh) * | 2010-12-27 | 2016-04-27 | 三菱重工业株式会社 | 涡轮增压发电装置 |
| CN107771243A (zh) * | 2015-06-03 | 2018-03-06 | 西门子股份公司 | 包括内插工作曲线偏差的燃气轮机的运行 |
| CN107771243B (zh) * | 2015-06-03 | 2019-07-12 | 西门子股份公司 | 包括内插工作曲线偏差的燃气轮机的运行 |
| US10371058B2 (en) | 2015-06-03 | 2019-08-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Operation of a gas turbine comprising an interpolated operating curve deviation |
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