JP2007002762A - ガスタービン発電プラント及びガスタービン発電プラントの制御方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の目的は、一の燃料と他の燃料とを使用して直流発電機による発電を行うガスタービン発電プラントであって、一の燃料が他の燃料に優先して使用され、タービンの回転数が一定に制御されるガスタービン発電プラントを提供することである。
【解決手段】
本発明のガスタービン発電プラントは、圧縮機(1)と、燃焼器(2)と、タービン(3)と、直流発電機(4)と、前記燃焼機に供給される前記第1燃料の流量を制御する第1燃料弁(6)と、前記燃焼機に供給される前記第2燃料の流量を制御する第2燃料弁(7)と、前記直流発電機の発電出力に基づいて前記第1燃料弁及び前記第2燃料弁をそれぞれ制御する第1燃料弁制御部(21)及び第2燃料弁制御部(22)と、前記タービンの回転数に基づいて前記発電出力を制御する発電出力制御部(23)とを具備している。
【選択図】 図1
Description
本発明の第1の実施形態に係るガスタービン発電プラントを図1に示す。本実施形態に係るガスタービン発電プラントは、圧縮機1と、燃焼器2と、タービン3と、直流発電機4と、軸5と、インバータ8とを具備している。圧縮機1と、タービン3と、直流発電機4とは、軸5により接続されている。圧縮機1は空気を吸い込んで圧縮し、燃焼器に供給する。燃焼器2は、供給された空気を利用して燃料を燃焼し、高温の燃焼ガスを発生する。タービン3は、燃焼ガスの膨張により得られる回転動力により、圧縮機1と直流発電機4とを駆動する。直流発電機4は、タービン3により駆動されて発電を行う。インバータ8は、直流発電機4が発電した電力を交流に変換し、電力系統に供給する。
本発明の第2の実施形態に係るガスタービン発電プラントを図3に示す。本実施形態に係るガスタービンプラントは、圧縮機1と、燃焼器2と、タービン3と、直流発電機4と、軸5と、第1燃料弁6と、第2燃料弁7と、インバータ8と、第1燃料供給管41と、第2燃料供給管42とを具備している。これらの機能及び接続関係は第1の実施形態にかかるガスタービン発電プラントと共通である。
本発明の第3の実施形態に係るガスタービン発電プラントを図8に示す。本実施形態に係るガスタービン発電プラントの基本部分は、第2の実施形態に係るガスタービン発電プラントと同様である。本実施形態に係るガスタービン発電プラントは、制御ユニット600のかわりに制御ユニット600’を具備し、更に、温度検出器13と、圧力検出器14とを具備する。制御ユニット600’は、中央制御部60’と、第1燃料弁制御部61’と、第2燃料弁制御部62’と、発電出力制御部63’とを有している。温度検出器13は、タービン3の出口の温度を検出し、温度検出値PV4として出力する。また、圧力検出器14は、圧縮機2の出口の圧力を検出し、圧力検出値PV5として出力する。制御ユニット600’は、発電出力検出値PV1と、回転数検出値PV2と、温度検出値PV4と、圧力検出値PV5とに基づいて、第1燃料弁6と第2燃料弁7とインバータ8とを操作する。
第4の実施形態に係るガスタービン発電プラントを図11に示す。第4の実施形態に係るガスタービン発電プラントは、第1の実施形態に係るガスタービン発電プラントにおける第2燃料弁7の制御に上述の最小値選択を適用したものである。本実施形態に係るガスタービン発電プラントは、第1の実施形態に係るガスタービン発電プラントの構成に加えて、温度検出器13と、圧力検出器14と、調節計26及び28と、最小値選択回路34とを第3の実施形態に係るガスタービン発電プラントと同様に具備している。ここで、調節計28は、温度検出値PV4と温度基準値SV4とに基づいて制御演算TC2により第2燃料弁操作量MV4を出力する調節計26は、圧力検出値PV5と圧力基準値SV5とに基づいて制御演算PC2により第2燃料弁操作量MV6を出力する。最小値選択回路34は、第2燃料弁操作量MV2、MV4、及びMV6の中から最小のものを第2燃料弁操作量MV32として出力する。第2燃料弁は、第2燃料弁操作量MV32に応じて弁の開度を調節する。したがって、タービン3の高温破損とサージングとが防がれる。
2…燃焼器
3…タービン
4…直流発電機
5…軸
6…第1燃料弁
7…第2燃料弁
8…インバータ
11…発電出力検出器
12…回転数検出器
13…温度検出器
14…圧力検出器
21〜28…調節計
31〜33…運転モード切替器
34、35…最小値選択回路
51…再生熱交換器
52…空気予熱器
53…固体酸化物型燃料電池(SOFC)
53−1…空気極
53−2…燃料極
54…コンプレッサ
60、60’…中央制御部
61、61’…第1燃料弁制御部
62、62’…第2燃料弁制御部
63、63’…発電出力制御部
600、600’…制御ユニット
Claims (17)
- 圧縮機と、
前記圧縮機から供給される燃焼器用空気を用いて第1燃料と第2燃料とを燃焼させることで燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼ガスから回転動力を取り出すタービンと、
前記タービンにより駆動される直流発電機と、
前記燃焼機に供給される前記第1燃料の流量を制御する第1燃料弁と、
前記燃焼機に供給される前記第2燃料の流量を制御する第2燃料弁と、
前記タービンの回転数を検出し、回転数検出値として出力する回転数検出器と
前記直流発電機の発電出力を検出し、発電出力検出値として出力する発電出力検出器と、
第1燃料弁制御部と、
第2燃料弁制御部と、
発電出力制御部と
を具備し、
前記第1燃料弁制御部は、前記発電出力検出値と第1発電出力目標値に基づいて
前記第1燃料弁の開度を操作し、
前記第2燃料弁制御部は、前記発電出力検出値と第2発電出力目標値とに基づいて
前記第2燃料弁の開度を操作し、
前記発電出力制御部は、前記回転数検出値に基づいて前記発電出力を操作し、
前記第1発電出力目標値は前記第2発電出力目標値よりも小さい
ガスタービン発電プラント。 - 請求項1に記載のガスタービン発電プラントであって、
前記第1燃料弁制御部は、第1燃料弁操作発電出力制御部を有しており、
前記第1燃料弁操作発電出力制御部は、前記発電出力検出値と第1発電出力目標値に基づいて第1燃料弁操作発電出力制御操作量を出力し、
前記第1燃料弁制御部は、前記第1燃料弁操作発電出力制御操作量に基づいて前記第1燃料弁の開度を操作し、
前記第2燃料弁制御部は、第2燃料弁操作発電出力制御部を有しており、
前記第2燃料弁操作発電出力制御部は、前記発電出力検出値と第2発電出力目標値とに基づいて第2燃料弁操作発電出力制御操作量を出力し、
前記第2燃料弁制御部は、前記第2燃料弁操作発電出力制御操作量に基づいて前記第2燃料弁の開度を操作する
ガスタービン発電プラント。 - 請求項2に記載のガスタービン発電プラントであって、
中央制御部を具備し、
前記第1燃料弁制御部は、第1燃料弁操作回転数制御部を有しており、
前記発電出力制御部は、発電出力操作回転数制御部を有しており、
前記中央制御部は、運転モード信号を出力し、
前記第1燃料弁操作回転数制御部は、前記回転数検出値に基づいて第1燃料弁操作回転数制御操作量を出力し、
前記発電出力操作回転数制御部は、前記回転数検出値に基づいて発電出力操作回転数制御操作量を出力し、
前記第1燃料弁制御部は、前記運転モード信号に応じて、前記第1燃料弁操作回転数制御操作量に基づいて前記第1燃料弁の開度を操作する第1運転モードから前記第1燃料弁操作発電出力制御操作量に基づいて前記第1燃料弁の開度を操作する第2運転モードへと運転モードの切替えを行い、
前記第2燃料弁制御部は、前記運転モード信号に応じて、所定の第2燃料弁第1操作量に基づいて前記第2燃料弁の開度を操作する第1運転モードから前記第2燃料弁操作発電出力制御操作量に基づいて前記第2燃料弁の開度を操作する第2運転モードへと運転モードの切替えを行い
前記発電出力制御部は、前記運転モード信号に応じて、所定の発電出力第1操作量に基づいて前記発電出力を操作する前記第1運転モードから前記発電出力操作回転数制御操作量に基づいて前記発電出力を操作する第2運転モードへと運転モードの切替えを行う
ガスタービン発電プラント。 - 請求項2又は3に記載のガスタービン発電プラントであって、
前記圧縮機の出口圧力を検出し、圧力検出値として出力する圧力検出器と、
前記タービンの出口温度を検出し、温度検出値として出力する温度検出器とを具備し、
前記第2燃料弁制御部は、第2燃料弁操作温度制御部と、第2燃料弁操作圧力制御部とを有し、
前記第2燃料弁操作温度制御部は、前記温度検出値に基づいて第2燃料弁操作温度制御操作量を出力し、
前記第2燃料弁操作圧力制御部は、前記圧力検出値に基づいて第2燃料弁操作圧力制御操作量を出力し、
前記第2燃料弁制御部は、前記第2燃料弁操作発電出力制御操作量と、前記第2燃料弁操作温度制御操作量と、前記第2燃料弁操作圧力制御操作量の最小値に基づいて前記第2燃料弁の開度を操作する
ガスタービン発電プラント。 - 請求項3に記載のガスタービン発電プラントであって、
前記圧縮機の出口圧力を検出し、圧力検出値として出力する圧力検出器と、
前記タービンの出口温度を検出し、温度検出値として出力する温度検出器とを具備し、
前記発電出力制御部は、発電出力操作温度制御部と、発電出力操作圧力制御部とを有しており、
前記発電出力操作温度制御部は、前記温度検出値に基づいて発電出力操作温度制御操作量を出力し、
前記発電出力操作圧力制御部は、前記圧力検出値に基づいて発電出力操作圧力制御操作量を出力し、
前記発電出力制御部は、前記発電出力第1操作量と、前記発電出力操作温度制御操作量と、前記発電出力操作圧力制御操作量の最小値に基づいて前記発電出力を操作する
ガスタービン発電プラント。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載のガスタービン発電プラントであって、
空気極と、燃料極とを有する固体酸化物型燃料電池を具備し、
前記燃料極には燃料電池用燃料が供給され、
前記圧縮機は前記空気極に燃料電池用空気を供給し、
前記固体酸化物型燃料電池は、前記燃料電池用空気中の含有酸素が空気極・燃料極間ガス透過膜を透過し、前記燃料極側で前記燃料電池用燃料との化学反応により発電し、
前記空気極は、前記燃料極側に透過した酸素が減少した前記燃料電池用空気を前記燃焼用空気として前記燃焼器に供給し、
前記燃料極は、前記化学反応を経た前記燃料電池用燃料を前記第2燃料として前記燃焼器に供給する
ガスタービン発電プラント。 - 請求項6に記載のガスタービン発電プラントであって、
再生熱交換器と、
空気予熱器とを具備し、
前記再生熱交換器は、前記タービンから排出されるタービン排ガスと前記燃料電池用空気とを熱交換して前記燃料電池用空気を加熱し、
前記空気予熱器は、前記再生熱交換器において加熱された前記燃料電池用空気を更に加熱する
ガスタービン発電プラント。 - 圧縮機と、
前記圧縮機から供給される燃焼器用空気を用いて第1燃料と第2燃料とを燃焼させることで燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼ガスから回転動力を取り出すタービンと、
前記タービンにより駆動される直流発電機と、
前記燃焼機に供給される前記第1燃料の流量を制御する第1燃料弁と、
前記燃焼機に供給される前記第2燃料の流量を制御する第2燃料弁と
を具備するガスタービン発電プラントの制御方法であって、
前記タービンの回転数を回転数検出値として検出することと、
前記直流発電機の発電出力を発電出力検出値として検出することと、
前記回転数検出値に基づいて前記発電出力を操作することと、
前記発電出力検出値と所定の第1発電出力目標値とに基づいて前記第1燃料弁の開度を操作することと、
前記発電出力検出値と所定の第2発電出力目標値に基づいて前記第2燃料弁の開度を操作することと、
前記第1発電出力目標値が前記第2発電出力目標値より小さいこととを含む
ガスタービン発電プラントの制御方法。 - 請求項8に記載のガスタービン発電プラントの制御方法であって、
前記回転数検出値に基づいて発電出力操作回転数制御操作量を決定することと、
前記発電出力操作回転数制御操作量に基づいて前記発電出力を操作することと、
前記発電出力検出値と所定の第1発電出力目標値とに基づいて第1燃料弁操作発電出力制御操作量を決定することと、
前記第1燃料弁操作発電出力制御操作量に基づいて前記第1燃料弁の開度を操作することと、
前記発電出力検出値と所定の第2発電出力目標値に基づいて第2燃料弁操作発電出力制御操作量を決定することと、
前記第2燃料弁操作発電出力制御操作量に基づいて前記第2燃料弁の開度を操作することとを含む
ガスタービン発電プラントの制御方法。 - 請求項9に記載のガスタービン発電プラントの制御方法であって、
前記回転数検出値に基づいて第1燃料弁操作回転数制御操作量を決定することと、
第1運転モードと、
第2運転モードと、
第1運転モードから第2運転モードへ切替える運転モード切替えとを含み、
前記第1運転モードにおいては、
前記第1燃料弁操作回転数制御操作量に基づいて前記第1燃料弁の開度を操作することと、
所定の第2燃料弁第1操作量に基づいて前記第2燃料弁の開度を操作することと、
所定の発電出力第1操作量に基づいて前記発電出力を操作することとを含んでおり、
前記第2運転モードにおいては、
前記第1燃料弁操作発電出力制御操作量に基づいて前記第1燃料弁の開度を操作することと、
前記第2燃料弁操作発電出力制御操作量に基づいて前記第2燃料弁の開度を操作することと、
前記発電出力操作回転数制御操作量に基づいて前記発電出力を操作することとを含む
ガスタービン発電プラントの制御方法。 - 請求項10に記載のガスタービン発電プラントの制御方法であって、
前記第2運転モードにおいては、
前記第1発電出力目標値が前記発電出力第1操作量より小さいことと、
前記第2発電出力目標値が前記発電出力第1操作量より大きいこととを含む
ガスタービン発電プラントの制御方法。 - 請求項11に記載のガスタービン発電プラントの制御方法であって、
前記第1運転モードの前記運転モード切替えの直前においては、
前記第1発電出力目標値及び前記第2発電出力目標値は前記発電出力検出値に一致しており、
前記第1燃料弁操作発電出力制御操作量は前記第1燃料弁操作回転数制御操作量に一致しており、
前記第2燃料弁操作発電出力制御操作量は前記第2燃料弁第1操作量に一致しており、
前記発電出力操作回転数制御操作量は前記発電出力第1操作量に一致している
ガスタービン発電プラントの制御方法。 - 請求項12に記載のガスタービン発電プラントの制御方法であって、
前記第2運転モードにおいては、
前記第1発電出力目標値を前記発電出力第1操作量より小さい発電出力下限値に所定の第1変化率でランプ状に減少させる第1発電出力目標値減少操作を含む
ガスタービン発電プラントの制御方法。 - 請求項13に記載のガスタービン発電プラントの制御方法であって、
前記第1発電出力目標値減少操作の後に、前記第2発電出力目標値を前記発電出力第1操作量より大きい発電出力上限値に所定の第2変化率でランプ状に増加させることを含む
ガスタービン発電プラントの制御方法。 - 請求項9乃至14のいずれかに記載のガスタービン発電プラントの制御方法であって、
前記圧縮機の出口圧力を圧力検出値として検出することと、
前記タービンの出口温度を温度検出値として検出することとを含んでおり、
前記第2燃料弁操作発電出力制御操作量は、
前記温度検出値と前記圧力検出値とにさらに基づいて決定される
ガスタービン発電プラントの制御方法。 - 請求項10乃至14のいずれかに記載のガスタービン発電プラントの制御方法であって、
前記圧縮機の出口圧力を圧力検出値として検出することと、
前記タービンの出口温度を温度検出値として検出することとを含んでおり、
前記発電出力第1操作量は、
前記温度検出値と、前記圧力検出値とに基づいて決定される
ガスタービン発電プラントの制御方法。 - 請求項8乃至16のいずれかに記載のガスタービン発電プラントの制御方法であって、
前記ガスタービン発電プラントは、空気極と、燃料極とを有する固体酸化物型燃料電池を具備し、
前記燃料極には燃料電池用燃料が供給され、
前記圧縮機は前記空気極に燃料電池用空気を供給し、
前記固体酸化物型燃料電池は、前記燃料電池用空気中の含有酸素が空気極・燃料極間ガス透過膜を透過し、前記燃料極側で前記燃料電池用燃料との化学反応により発電し、
前記空気極は、前記燃料極側に透過した酸素が減少した前記燃料電池用空気を前記燃焼器用空気として前記燃焼器に供給し、
前記燃料極は、前記化学反応を経た前記燃料電池用燃料を前記第2燃料として前記燃焼器に供給する
ガスタービン発電プラントの制御方法。
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