JP2008121620A - パワータービン発電装置 - Google Patents

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Tetsuo O
鉄夫 王
Toshiaki Mitsuhata
利昭 光畑
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Nishishiba Electric Co Ltd
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Abstract

【課題】負荷の消費電力が変化した時でも電力消費を極力減らしてシステム効率を向上させるパワータービン発電装置を提供する。
【解決手段】、内燃機関から排出される排気ガスでパワータービンを駆動し、さらに発電機を駆動して発生した電力を遮断器を介して母線に接続した負荷に給電を行うとともに、負荷の消費電力が変化した時にスイッチを開閉制御して負荷調整用抵抗器の入切りにより発電機の出力電力を一定に保つように構成されたパワータービン発電装置において、発電機に接続されたインバータと蓄電装置により電力を吸収あるいは放出して負荷調整用抵抗器による電力消費を極力減らしているので、システム効率を向上させたパワータービン発電装置を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶や発電プラントに使用されるパワータービン発電装置に関する。
従来のパワータービン発電装置は、例えば特許文献１に開示されており、その構成を図２を参照して説明する。一般に、パワータービン発電装置は、エンジン1から排気通路２を通じて排気される排気ガスを主弁３及び小弁４を介してパワータービン５へ送り、排気ガスの持つ熱エネルギーでパワータービン５を駆動し、パワータービン５に連結されている減速機６及びクラッチ７を介して発電機８を運転することで排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーへ変換し、遮断器９を介して母線１０へ給電する。母線１０へ給電を行うためには発電機８の周波数を母線１０の周波数に合わせる必要があるが、パワータービン５の速度制御は主弁３及び小弁４では行えないため、母線１０へ給電を行うためには何らかの方法を用いてパワータービン５の回転速度を制御する必要がある。パワータービン５の回転速度はエンジン１の排気ガスと負荷１６の量により決まる。ここでパワータービン５の回転速度をω、慣性モーメントをＪ、排気ガスがパワータービン５を駆動するトルクをＴE、発電機８の負荷トルクをＴGとすると式（１）の関係が成り立つ。
Figure 2008121620
ここで、負荷１６の消費電力が減少した場合、負荷トルクＴGが減少するので回転速度ωが上昇する。しかし回転速度ωが上がりすぎると運転が継続できなくなるので、スイッチ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを閉じて抵抗器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに電力を消費させて負荷トルクＴGを増やすことでパワータービン５の回転速度ωの上昇を抑えている。
逆に負荷１６の消費電力が増加した場合、負荷トルクＴGが増加するので回転速度ωが下降する。しかし回転速度ωが下がりすぎると運転が継続できなくなるので、スイッチ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを開いて抵抗器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの消費電力を減らして負荷トルクＴGを減らすことでパワータービン５の回転速度ωの下降を抑えている。このスイッチ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの開閉は制御装置１７で行われ、発電機８の出力が定格出力になるように制御される。
特開平６−１０６９９号公報
ところで、上述のようなパワータービン発電装置では、負荷１６の消費電力が低下した場合、パワータービン５の回転速度上昇を抑制するため抵抗器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを負荷１６の減少に見合った容量だけスイッチ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを投入して熱エネルギーとして電力を消費させなければならない。このため、パワータービン発電装置が発電した電力が有効に利用されないという問題がある。
本発明は、前記問題を解決するためになされたもので、その課題は抵抗器による電力消費を極力減らし、システム効率を向上させるパワータービン発電装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の請求項１は、内燃機関から排出される排気ガスでパワータービンを駆動し、さらに前記パワータービンで発電機を駆動して発生した電力を遮断器を介して母線に接続した負荷に給電すると共に、前記負荷の消費電力が変化した時に前記発電機に接続された負荷調整用抵抗器をスイッチで開閉制御して前記発電機の出力電力を一定に保つパワータービン発電装置において、前記発電機にインバータと蓄電装置を接続し、前記負荷の消費電力の増減に対応して蓄電装置が放電あるいは充電することにより前記発電機の出力電力を一定に保つように構成されたことを特徴とする。
本発明によれば、発電機に接続されたインバータと蓄電装置により電力を吸収あるいは放出して負荷調整用抵抗器による電力消費を極力減らしているので、システム効率を向上させたパワータービン発電装置を提供ができる。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を示す構成図であり、既に説明した図２の従来のパワータービン発電装置と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態のパワータービン発電装置が図２の従来例と相違する構成は、発電機８と母線１０間の回路に、蓄電装置１３と、インバータ１４と、スイッチ１５を設けた点である。蓄電装置１３は具体的にはバッテリーまたはコンデンサで構成する。
図１の本発明の第１の実施形態において、負荷１６の消費電力が低下した場合、パワータービン５の回転速度上昇を抑制するため、制御装置１８は発電機８の出力電力が減少したことを検出し、スイッチ１５を投入する。インバータ１４は交流電力を直流電力に変換するコンバータの作用を行い、蓄電装置１３に電力を蓄える。また、制御装置１８は蓄電装置１３の直流電圧を検出する。直流電圧が既定値以上になり、これ以上充電できなくなった場合には、スイッチ１５を開いて蓄電装置１３への充電を止め、発電機の出力電力に応じてスイッチ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを閉じて抵抗器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに電力を消費させる。この操作により、パワータービン５の回転速度上昇を抑えることができる。
また逆に負荷１６の消費電力が発電機８の定格出力を超過した場合、パワータービン５の回転速度降下を抑制するため、制御装置１８は発電機８の出力電力が増加したことを検出し、スイッチ１５を投入する。負荷１６の消費電力に応じて、インバータ１４は蓄電装置１３に蓄えている直流電力を交流電力に変換し、出力する。この操作により、パワータービン５の定格速度を維持することができる。
上述したように、本発明によると、負荷の消費電力の変動分を蓄電装置１３で吸収し、蓄電装置１３が満充電状態になったときのみ抵抗器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに電力を消費させるので、従来のパワータービン発電装置に比べて無駄な電力の消費を減らして、システム効率を向上させることができる。
本発明の第１の実施形態のパワータービン発電装置の構成図。 従来のパワータービン発電装置の構成図。
符号の説明
１…エンジン、２…排気通路、３…主弁、４…小弁、５…パワータービン、６…減速機、７…クラッチ、８…発電機、９…遮断器、１０…母線、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…抵抗器、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…スイッチ、１３…蓄電装置、１４…インバータ、１５…スイッチ、１６…負荷、１７，１８…制御装置。

Claims (1)

  1. 内燃機関から排出される排気ガスでパワータービンを駆動し、さらに前記パワータービンで発電機を駆動して発生した電力を遮断器を介して母線に接続した負荷に給電すると共に、前記負荷の消費電力が変化した時に前記発電機に接続された負荷調整用抵抗器をスイッチで開閉制御して前記発電機の出力電力を一定に保つパワータービン発電装置において、前記発電機にインバータと蓄電装置を接続し、前記負荷の消費電力の増減に対応して蓄電装置が放電あるいは充電することにより前記発電機の出力電力を一定に保つように構成されたことを特徴とするパワータービン発電装置。
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