JP2003065083A

JP2003065083A - 発電装置及びその運転制御方法

Info

Publication number: JP2003065083A
Application number: JP2001252697A
Authority: JP
Inventors: Toru Mogi; 木徹茂; Shinichi Kagiya; 屋慎一鍵
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】運転中にバイオガスの様な燃料の発熱量をリ
アルタイムで把握することや、その発熱量に合わせて燃
料スケジュールをマッチングすること無く、その出力を
好適に制御出来る様な発電装置の運転制御方法の提供。【解決手段】バイオガスと１３Ａ都市ガスを各々供給す
る系統と、該複数の燃料が供給される燃焼器１と、該燃
焼器１の燃焼ガスＧにより回転するガスタービン２と、
該ガスタービン２により駆動する発電手段３と、発電出
力から複数の燃料の混合比率を制御する制御手段４とを
有し、該制御手段４は、予め設定された燃料スケジュー
ル５を記憶する記憶手段６と、燃料スケジュール５と発
電出力とを比較する比較手段７と、複数の燃料の混合比
率を変更するか否かを判断する判断手段８と、判断手段
８の判断結果に基いて複数の燃料の混合比率を制御する
信号を発生する制御信号発生手段９、とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン燃焼器を
用いた発電装置に関する。より詳細には、複数の燃料ガ
ス（例えば、所謂「バイオガス」及び都市ガス）を燃料
としており、ガスタービン燃焼器を用いて発電する発電
装置及びその運転制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電システムにおいても、環境意識の高
まり、省エネルギーの要請、リサイクルの推進等の理由
に基き、所謂バイオガス（再生した低カロリーガス燃
料）と、補助燃料（例えば１３Ａ都市ガス）とを燃料と
して使用する場合が近年増加しつつある。なお、前記補
助燃料はバイオガスよりも高カロリーであり、バイオガ
スが不足した場合の補助として用いられる場合が多い。

【０００３】上記バイオガスと補助燃料とを燃料として
運転するガスタービンを用いた従来の発電の制御方法
は、例えば、タービン入り口温度（燃焼機で発生したガ
スがタービンに入る温度）或いはタービンの軸回転数を
検出し、該検出結果に基づき負荷に見合った燃料流量を
設定するもので、図５に示される様な燃焼器性能を基に
予め設計された燃料スケジュールに従って、図６のフロ
ーチャートで示す様に負荷変動に追従して制御する運転
が行われていた。或いは、図５に示される様な燃焼器性
能を基に予め設計された燃料スケジュールに従って、図
６のフローチャートで示す様な負荷変動を追従して制御
する運転が行われていた。尚、図５は横軸に負荷を、左
縦軸に燃料供給量を、右縦軸に出力、をとり、細線で網
掛けのグラフは負荷に対する燃料供給量の関係を、太線
は負荷に対する出力の関係を示したものである。

【０００４】しかし、上述の様にバイオガスを利用する
場合、バイオガスの組成が不均一であり、燃料組成に変
化を伴っている。燃料組成に変化が伴う場合、混合ガス
燃料の発熱量も変化するため、タービン入り口温度や燃
焼ガス量も変動してしまう。従って、燃焼器性能が反映
されている燃料スケジュールを用いるためには、運転中
に、リアルタイム（瞬時）にて燃料発熱量を把握する必
要がある。そして、燃焼器上流におけるバイオガスの発
熱量を測定し、その発熱量に合わせて、図５で示す様な
燃料スケジュールのマッチングを行う必要がある。しか
し、瞬時にバイオガスの組成を分析して、発熱量を把握
することは困難である。即ち、夫々の組成に合わせたス
ケジューリングが要求されるので、制御は困難なものと
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した様な
従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、運転
中にバイオガスの様な燃料の発熱量をリアルタイムで把
握することや、その発熱量に合わせて燃料スケジュール
をマッチングすること無く、複数の燃料（例えばバイオ
ガスの様な組成の不均一な燃料を含む）の混合燃料を燃
料とした場合においても、その出力を好適に制御出来る
様な発電装置及びその運転制御方法の提供を目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の発電装置は、複
数の燃料（例えば、バイオガスと１３Ａ都市ガス）を各
々供給する供給系統（Ｌｂ、Ｌａ）と、該複数の燃料が
供給される燃焼器１と、該燃焼器１の燃焼ガス（Ｇ）に
より回転するガスタービン（２）と、該ガスタービン
（２）により駆動する発電手段（３）と、発電出力（例
えば発電機に設けられた電力計で計測）から複数の燃料
の混合比率（混焼率）を制御する（例えば供給系統Ｌ
ｂ、Ｌａに介装された流量制御弁（Ｖｂ、Ｖａ）の開度
を調節して制御）制御手段（４）とを有し、該制御手段
（４）は、予め設定された燃料スケジュール（５）を記
憶する記憶手段（６）と、燃料スケジュール（５）と発
電出力とを比較する比較手段（７）と、複数の燃料の混
合比率を変更するか否かを判断する判断手段（８）と、
判断手段（８）の判断結果に基いて複数の燃料の混合比
率を制御する信号を発生する制御信号発生手段（９）、
とを有している（請求項１：図１）。

【０００７】係る発電装置を制御する本発明の運転制御
方法は、発電手段（３）に設けられた出力センサ（例え
ば電力計１０）を用いて発電出力を計測する工程（Ｓ
１）と、前記記憶手段（６）に記憶されている（予め設
定された）燃料スケジュール（５）と計測された発電出
力とを比較する比較工程（Ｓ２）と、比較した結果に基
いて前記複数の燃料の混合比率を変更するか否かを判断
する判断工程（Ｓ４）と、該判断工程（Ｓ４）の結果に
基いて前記複数の燃料の混合比率を制御する制御工程
（Ｓ５〜Ｓ７）、とを備えている（請求項２：図２）。

【０００８】係る構成を具備する本発明によれば、前記
複数の燃料の混合比率を制御することにより発電出力を
予め設定された燃料スケジュール（５）をトレースせし
めるか、或いは近似させるので、燃料スケジュール
（５）から外れること無く発電システムを運転すること
が出来る。その際に、燃料（例えば組成が不均一なバイ
オガス）の発熱量をリアルタイムに計測する必要は無
く、また、燃料スケジュール（５）のマッチングの問題
も生じない。

【０００９】本発明の実施に際して、前記判断工程（Ｓ
４）の結果に基いて決定された前記複数の燃料の混合比
率を記憶する工程と、記憶された混合比率を用いて燃料
スケジュールに当該混合比率を表示する工程、とを有す
ることが好ましい（図３）。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１及び図２に基づいて本発明の
実施形態を説明する。図１において、本発明の全体を符
号Ｍで表す発電装置は、燃焼器１と、該燃焼器１の燃焼
ガスＧにより回転するガスタービン２と、該ガスタービ
ン２により駆動する発電手段３とにより構成されてい
る。そして、前記発電機３には出力センサ（電力計）１
０が取りつけて有り、発電機３の発電量を検出してい
る。

【００１１】前記燃焼器１にはバイオガスを供給する供
給ライン（請求項１では供給系統：以降、供給ラインと
記載する）Ｌｂと、１３Ａ都市ガスを供給する供給ライ
ン（請求項１では供給系統：以降、供給ラインと記載す
る）Ｌａが接続されている。前記バイオガスを供給する
供給ラインＬｂには前記燃焼器１に近い側にバイオガス
の流量を制御する制御弁Ｖｂが、燃焼器１に遠い側にバ
イオガスの流量を検出する流量センサＳｂが夫々介装さ
れている。また、前記１３Ａ都市ガスを供給する供給ラ
インＬａには前記燃焼器１に近い側に１３Ａ都市ガスの
流量を制御する制御弁Ｖａが、燃焼器に遠い側に１３Ａ
都市ガスの流量を検出する流量センサＳａが夫々介装さ
れている。

【００１２】前記発電装置Ａを制御する制御装置４は、
予め設定された燃料スケジュール５を記憶する記憶手段
（データベース）６と、燃料スケジュール５と発電出力
とを比較する比較手段７と、複数の燃料の混合比率を変
更するか否かを判断する判断手段８と、判断手段８の判
断結果に基いて複数の燃料の混合比率を制御する信号を
発生する制御信号発生手段９、とを有している。

【００１３】制御手段４は、発電出力を検出する前記出
力センサ１０と入力信号ラインＬＩ１で、バイオガス供
給ラインＬｂに介装された前記流量センサＳｂと入力信
号ラインＬＩ２で、また、１３Ａ都市ガス供給ラインＬ
ａに介装された前記流量センサＳａと入力信号ラインＬ
Ｉ３で、夫々接続され発電量及び各供給燃料ガスの流量
を検知している。

【００１４】また、制御手段４は上述の様に得た検知情
報と、前記燃料スケジュール６とを前記比較手段７によ
り比較し、各燃料ガスの供給量を前記判断手段８によっ
て判断し、前記制御信号発生手段９から出力信号ライン
Ｌｏ１、Ｌｏ２を介して夫々前記流量制御弁Ｖｂ、Ｖａ
に制御信号を発信する様に構成されている。

【００１５】実施形態の制御の流れを図２の運転制御フ
ローチャートに基づいて図１をも参照して説明する。
尚、図２の運転制御フローチャートは、予め設定された
燃料スケジュール５に対して、現状の運転状況（１３Ａ
都市ガスとバイオガスの供給量と出力の関係）がずれて
いるかを判断し、そのずれを無くす方向に混焼率を制御
する過程を示したものである。

【００１６】ステップＳ１において、出力センサ１０に
よって発電出力を検出する。次のステップＳ２において
制御手段４は記憶手段（データベース）６に記憶された
予め設定された燃料スケジュール５と前記検出された発
電出力のデータとを前記比較手段７によって比較する。
比較結果、判断手段８によって予め設定された燃料スケ
ジュールに対応する出力か否かを判断する。

【００１７】予め設定された燃料スケジュールに対応す
る出力でなければ（ステップＳ２においてＮＯ）、次の
ステップＳ３に進み、対応する出力であれば（ステップ
Ｓ２においてＹＥＳ）、ステップＳ１からＳ２を繰り返
す。

【００１８】ステップＳ３では、前記流量センサＳｂで
バイオガス供給量と、前記流量センサＳａで都市ガスＡ
１３の供給量を検出し、これらの検出値の関係により、
各燃料の流量割合（混焼率）を検知する。そして、次の
ステップＳ４に進み、制御手段４は判断手段８によっ
て、予め設定された燃料スケジュールと、その時点の運
転状態（燃料供給量と出力との関係）の誤差が許容でき
る範囲内に有るか否かを判定する。

【００１９】判断手段８によって、予め設定された燃料
スケジュールと、その時点の運転状態の誤差が許容でき
る範囲内に有ると判断されれば（ステップＳ４において
ＹＥＳ）、ステップＳ５に進み、許容できる範囲内にな
いと判断されれば（ステップＳ４においてＮＯ）、ステ
ップＳ６に進む。

【００２０】ステップＳ５では、バイオガスと、補助燃
料の比率を一定のまま、混合燃料（バイオガスと補助燃
料との混合燃料）の流量を増減する制御を続行し、制御
は元のステップＳ１に戻る。

【００２１】ステップＳ６では、バイオガスの組成が変
動して、発熱量が変動したと判断し、次のステップＳ７
で都市ガスの混合率を増減させる様に指令を下し、その
後、制御は元のステップＳ１に戻る。

【００２２】図３は、図１及び図２の発電装置と制御方
法を実施して決定された（バイオガスと１３Ａ都市ガス
との）混焼率をも含めて表現した燃料スケジュールであ
る。細線グラフは横軸の負荷に対して、縦軸（図３の左
側の縦軸）に各ガス（バイオガス、１３Ａ都市ガス）の
単位時間当たりの供給量を示したものである。一方、太
線グラフは横軸の負荷に対して、縦軸（図３の右側の縦
軸）に発熱量の換算量としての出力を示したものであ
る。図３から明らかな様に、予め設定された燃焼スケジ
ュールと比較して、図示の実施形態の場合、燃料流量は
ほぼ一定であり、既存の燃焼器（高カロリー燃料専焼）
を交換すること無く、本発明は実施可能である。

【００２３】図４は混焼率制御の１例を示す図である。
主成分がメタンＣＨ４のバイオガス（組成；ＣＨ４＝６
５％、他、不活性ガスなど＝３５％）と都市ガス１３Ａ
を用いて混焼運転を行った場合を例に考える。Ａ１点で
運転を行っていたところ、出力が低下してきた（図示せ
ぬ出力検知手段により検知）。この時、混合燃料の流
量、及び混焼率を検知し予め設計されている燃料スケジ
ュールと比較照合する。混合燃料流量及び混焼率が設定
値にある場合、この出力低下の原因はバイオガスの発熱
量低下と判断できる。例えばバイオガスの組成がＣＨ４
＝６５％からＣＨ４＝６０％に減少した場合（Ｙ１矢
印）Ａ２点に移り、混合燃料の発熱量Ｈが低下するため
発電出力が低下してしまう。この場合、都市ガスの混焼
率（都市ガス比率）を増加し（Ｙ２矢印）Ｂ１点に移動
させ、所要の発熱量Ｈを得る様、混焼率制御を行う。上
記の様に、出力を常時検出しており、出力の増減に応じ
てバイオガスと都市ガスの成分比率を制御すれば発電装
置Ｍは常に安定した運転が可能となる。

【００２４】係る装置及び制御方法を具備する本実施形
態によれば、検出した各燃料流量と予め設計した燃料ス
ケジュール５とを照合させ、出力と燃料流量からバイオ
混合燃料発熱量（変化）を検知して、設定燃料発熱量と
なるように混合率の最適化を行うことが出来る。

【００２５】又、上記理由で、発生バイオガス熱量を測
定することなくバイオ発熱量を検知し、発熱量変動に対
し、混合燃料組成を一定（設計値）に保つことが出来
る。

【００２６】設計燃料スケジュールでの運転が可能なた
め、各負荷の燃焼状態において燃料ノズル噴射速度が設
計値に保たれる。また、燃料発熱量に注目し混焼率を制
御するため、バイオガスの組成変動によらず混合燃料中
の不活性ガス組成も混焼運転設計値に保たれるため、所
要の燃焼性能が担保される。

【００２７】図示の実施形態はあくまでも例示であり、
本発明の技術的範囲を限定するものではないことを付記
する。

【００２８】

【発明の効果】以下に本発明の効果を列挙する。（ａ）検出した各燃料流量と予め設計した燃料スケジュ
ールとを照合させ、出力と燃料流量からバイオ混合燃料
発熱量（変化）を検知して、設定燃料発熱量となるよう
に混合率の最適化を行うことが出来る。（ｂ）発生バイオガス熱量を測定することなくバイオ発
熱量を検知し、発熱量変動に対し、混合燃料組成を一定
（設計値）に保つことが出来る。（ｃ）設計燃料スケジュールでの運転が可能なため各燃
焼状態において燃焼ノズル噴射速度が設計値に保たれ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の実施形態の制御の流れを示す運転制御
フローチャート。

【図３】本発明の実施形態の燃料スケジュールを示すグ
ラフ。

【図４】本発明の実施形態である混焼率制御の１例を示
す図。

【図５】従来技術における燃料スケジュールを示すグラ
フ。

【図６】従来技術における制御の流れを示すフローチャ
ート。

【符号の説明】

１・・・燃焼器２・・・ガスタービン３・・・発電機４・・・制御手段５・・・燃料スケジュール６・・・記憶手段７・・・比較手段８・・・判断手段９・・・制御信号発生手段１０・・・出力センサＬｂ・・・バイオガス供給ラインＬａ・・・１３Ａ都市ガス供給ライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の燃料を各々供給する供給系統と、
該複数の燃料が供給される燃焼器と、該燃焼器の燃焼ガ
スにより回転するガスタービンと、該ガスタービンによ
り駆動する発電手段と、発電出力から複数の燃料の混合
比率を制御する制御手段とを有し、該制御手段は、予め
設定された燃料スケジュールを記憶する記憶手段と、燃
料スケジュールと発電出力とを比較する比較手段と、複
数の燃料の混合比率を変更するか否かを判断する判断手
段と、判断手段の判断結果に基いて複数の燃料の混合比
率を制御する信号を発生する制御信号発生手段、とを有
していることを特徴とする発電装置。
【請求項２】請求項１の発電装置の運転制御方法にお
いて、発電手段に設けられた出力センサを用いて発電出
力を計測する工程と、前記記憶手段に記憶されている燃
料スケジュールと計測された発電出力とを比較する比較
工程と、比較した結果に基いて前記複数の燃料の混合比
率を変更するか否かを判断する判断工程と、該判断工程
の結果に基いて前記複数の燃料の混合比率を制御する制
御工程、とを備えていることを特徴とする発電装置の運
転制御方法。