JP2011089451A

JP2011089451A - 給電システム及びその制御方法

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Publication number: JP2011089451A
Application number: JP2009242563A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Miyamoto; 剛志宮本; Junichiro Shigematsu; 順一郎重松; Takashi Morita; 隆盛田
Original assignee: IHI Marine United Inc
Current assignee: IHI Marine United Inc
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】タービン発電機に比例制御を採用した場合であっても安定して電力を供給することができる給電システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の給電システムは、動力を供給するためのディーゼルエンジン（主機１）と、主機１の排ガスにより蒸気を加熱する排ガスエコノマイザ２と、排ガスエコノマイザ２により加熱された蒸気により駆動される蒸気タービン３と、蒸気タービン３に接続された発電機（タービン発電機４）と、主機１の出力状態に応じてタービン発電機４の定格出力値を変更可能な出力調整手段５と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービン発電機を使用した給電システム及びその制御方法に関し、特に、船舶の船内給電のように、蒸気量の変動が不安定な状況下において駆動されるタービンにより発電を行う給電システム及びその制御方法に関する。

ディーゼルエンジンを主機とする船舶では、主機の効率的な運用を行うために廃熱回収を行う排ガスエコノマイザを搭載していることが多い。排ガスエコノマイザは、主機の排ガスを熱源として、海水や給水タンク等に貯蓄された水から蒸気を発生させるボイラである。そして、排ガスエコノマイザにより発生された蒸気は、下流に配置された蒸気タービンを駆動し、該蒸気タービンに接続された発電機（以下、「タービン発電機」という）により発電し、船内の各種補機類、通信装置、航海計器、照明装置、電熱装置、居住区設備等に電力を供給している。また、このような排ガスエコノマイザを供えた給電システムでは、例えば、特許文献１に記載されたように、主機とは別に配置されたディーゼルエンジンに接続された発電機（以下、「ディーゼル発電機」という）を有していることが多い。排ガスエコノマイザから蒸気タービンに供給される蒸気量は、主機の出力状態（廃熱量）によって左右されるため、タービン発電機の排ガスエコノマイザから供給される蒸気による発電量は不安定であることから、タービン発電機とディーゼル発電機とを併用して安定した電力供給を行うようにしている。

このように、タービン発電機とディーゼル発電機とを併用した場合、これらの発電機をどのように制御するかが問題となる。一般的には、タービン発電機の定格出力とディーゼル発電機の定格出力との比率に応じて電力の負荷分担を決定する比例制御、タービン発電機の負荷電力を一定にして残りの負荷電力をディーゼル発電機で分担する溢流制御、蒸気圧が一定となるようにタービン発電機の負荷電力を変動させて残りの負荷電力をディーゼル発電機で分担する蒸気圧一定制御の３種類のいずれかが適用される。なお、特許文献１に記載された発電機の制御方法は、タービン入口蒸気弁の開度を指標として、開度が一定になるようにタービン発電機及びディーゼル発電機の発電量を制御するようにしたものであり、蒸気圧一定制御を利用したものである。

特開２００２−１１５５０３号公報

上述した比例制御では、あらかじめ各発電機に設定された定格出力値に基づいて電力の負荷分担を決定しているため、主機の出力状態によっては負荷分担電力に見合うだけの蒸気量を蒸気タービンに供給できない場合があり、タービン発電機からの電力供給が不安定になってしまうという問題があった。特に、タービン発電機の定格出力値が、船舶の最大出力航海時の発電量を基準に設定されているような場合には、タービン発電機の定格出力値が高く設定されているため負荷分担電力も大きくなり易く、出入航時や常用航海時等のように主機の負荷が最大出力航海時よりも低い場合には、負荷分担電力に見合うだけの蒸気量を蒸気タービンに供給できないケースが増加することとなる。

また、溢流制御や蒸気圧一定制御を採用している船舶であっても、比例制御は発電機制御の基本形であり、比例制御を併用している限りにおいて、上述した問題と同じ問題が生じ得る。

本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、タービン発電機に比例制御を採用した場合であっても安定して電力を供給することができる給電システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、動力を供給するためのディーゼルエンジンと、該ディーゼルエンジンの排ガスにより蒸気を発生させる排ガスエコノマイザと、該排ガスエコノマイザから供給される蒸気により駆動されるタービンと、該タービンに接続された発電機と、を有する給電システムにおいて、前記ディーゼルエンジンの出力状態に応じて前記発電機の定格出力値を変更可能な出力調整手段を有する、ことを特徴とする給電システムが提供される。ここで、前記ディーゼルエンジンは、例えば、船舶のプロペラに動力を供給する主機である。

前記出力調整手段は、例えば、前記ディーゼルエンジンの回転数、前記ディーゼルエンジンの出力率若しくは出力量、前記排ガスの温度又は前記蒸気の圧力若しくは流量のいずれかにより、前記発電機の定格出力値を変更する手段である。

また、前記給電システムが前記ディーゼルエンジンとは別に配置された第二ディーゼルエンジンと、該第二ディーゼルエンジンに接続された第二発電機と、該第二発電機及び前記発電機の電力の負荷分担を決定する電力制御手段と、を有する場合に、前記電力制御手段が、前記出力調整手段により定格出力値が変更された前記発電機と前記第二発電機の定格出力値の比率に応じて電力を負荷分担させるようにしてもよい。

また、本発明によれば、ディーゼルエンジンの排ガスにより蒸気を発生させ、該蒸気によりタービンを駆動し、該タービンに接続された発電機により電力を供給する給電システムの制御方法であって、前記ディーゼルエンジンの出力状態に応じて前記発電機の定格出力値を変更する、ことを特徴とする給電システムの制御方法が提供される。

前記ディーゼルエンジンの出力状態とは、例えば、前記ディーゼルエンジンの回転数、前記ディーゼルエンジンの出力率若しくは出力量、前記排ガスの温度又は前記蒸気の圧力若しくは流量のいずれかである。

また、前記給電システムが、第二ディーゼルエンジンに接続された第二発電機を前記発電機と並列に備えている場合には、前記ディーゼルエンジンの出力状態に応じて前記発電機の定格出力値を変更した後、前記発電機と前記第二発電機の定格出力値の比率に応じて電力を負荷分担させるようにしてもよい。

上述した本発明の給電システム及びその制御方法によれば、タービン発電機の定格出力値をディーゼルエンジンの出力状態に合わせて調節できるようにしたことにより、タービン発電機の定格出力値の初期設定がディーゼルエンジンの最大出力時を基準に設定されているような場合であっても、実際のディーゼルエンジンの出力に適した定格出力値を設定することができ、ディーゼルエンジンの負荷が低い場合であっても、それに見合った負荷をタービン発電機に課すことができ、安定した電力を供給することができる。特に、タービン発電機とディーゼル発電機とを併用した給電システムにおいて比例制御を採用した場合であっても、ディーゼルエンジンの負荷に見合った電力の負荷分担をタービン発電機に課すことができ、安定した電力を供給することができる。

本発明に係る給電システムを示す構成図である。タービン発電機（Ｔ／Ｇ）の発生可能電力と主機出力との関係を示す図であり、（Ａ）はＴ／Ｇ発生可能電力と主機出力率との関係図、（Ｂ）は主機出力率と主機回転数との対応表、を示している。本発明の給電システムを搭載した船舶の運航スケジュールに応じた主機回転数を示す図である。船内電力とタービン発電機（Ｔ／Ｇ）及びディーゼル発電機（Ｄ／Ｇ）の負荷分担電力との関係を示す図であり、（Ａ）は従来の給電システムの比例制御、（Ｂ）は本発明の給電システムにおける船内電力が２０００ｋｗの場合の比例制御、（Ｃ）は本発明の給電システムにおける船内電力が３０００ｋｗの場合の比例制御、（Ｄ）は本発明の給電システムにおける船内電力が４０００ｋｗの場合の比例制御、を示している。船内電力とＴ／Ｇ負荷分担電力との関係を示す図である。船内電力とタービン発電機（Ｔ／Ｇ）及びディーゼル発電機（Ｄ／Ｇ）の負荷分担電力との関係を示す図であり、（Ａ）は船内電力が２０００ｋｗの場合の溢流制御、（Ｂ）は船内電力が３０００ｋｗの場合の溢流制御、（Ｃ）は船内電力が４０００ｋｗの場合の溢流制御、を示している。本発明に係る給電システムの他の実施形態を示す構成図であり、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態、を示している。

以下、本発明の実施形態について図１〜図７を用いて説明する。ここで、図１は、本発明に係る給電システムを示す構成図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る給電システムは、動力を供給するためのディーゼルエンジン（主機１）と、主機１の排ガスにより蒸気を加熱する排ガスエコノマイザ２と、排ガスエコノマイザ２により加熱された蒸気により駆動される蒸気タービン３と、蒸気タービン３に接続された発電機（タービン発電機４）と、主機１の出力状態に応じてタービン発電機４の定格出力値を変更可能な出力調整手段５と、を有する。また、かかる給電システムは、主機１とは別に配置された第二ディーゼルエンジン６と、第二ディーゼルエンジン６に接続された第二発電機（ディーゼル発電機７）と、ディーゼル発電機７及びタービン発電機４の電力の負荷分担を決定する電力制御手段８と、を有し、電力制御手段８は、出力調整手段５により「定格出力値が変更されたタービン発電機４」と「ディーゼル発電機７」の定格出力値の比率に応じて電力を負荷分担させて比例制御を行うように構成されている。

前記主機１は、主たる動力を供給するためのメイン・ディーゼルエンジンであり、例えば、船舶のプロペラ１１に動力を供給するディーゼルエンジンである。また、主機１は、発電プラント等の産業用プラントに使用されるディーゼルエンジンであってもよい。

前記排ガスエコノマイザ２は、主機１の排ガスを熱源として、給水タンク等に貯蓄された水から蒸気を発生させるボイラである。排ガスエコノマイザ２により発生された蒸気は、下流に配置された蒸気タービン３に供給される。また、主機１の負荷が低かったり、主機１が停止したりしている場合に備えて、蒸気タービン３に蒸気を供給するラインには、補助ボイラ２１が接続されている。

前記蒸気タービン３は、排ガスエコノマイザ２又は補助ボイラ２１により供給される蒸気によって駆動されるタービンである。また、蒸気タービン３には、タービン発電機４が同軸に接続されている。したがって、蒸気タービン３が駆動されると、タービン発電機４も連動して駆動し発電を行う。タービン発電機４により発電された電力は、船内の各種補機類、通信装置、航海計器、照明装置、電熱装置、居住区設備等に供給される。

一般に、かかるタービン発電機４の定格出力は、船舶の常用航海時又は最高出力時における効率を考慮して設定されており、設定された定格出力に基づいて給電システムの制御が行われる。しかしながら、船舶の常用航海時や最高出力時等の主機１の負荷が高い場合の効率を優先した場合には、タービン発電機４の定格出力の設定値が高くなり易く、その結果、主機１の負荷が低い場合に、蒸気が不足してタービン発電機４に要求される電力を出力することができない場合があり得る。また、常用航海時であっても、冬場は夏場に比べて発生する蒸気量が減る傾向があり、冬場に蒸気が不足してタービン発電機４に要求される電力を出力することができない場合もあり得る。これらの場合に、補助ボイラ２１により蒸気タービン３に蒸気を供給することも考えられるが、補助ボイラ２１での蒸気生成には燃料を必要とするため、エネルギー効率的に好ましくない。そこで、本発明では、出力調整手段５を配置し、タービン発電機４の定格出力の設定値（定格出力値）を変更できるようにしている。

前記出力調整手段５は、主機１の出力状態に応じてタービン発電機４の定格出力値を変更可能な手段である。かかる出力調整手段５は、主機１の出力状態に応じてタービン発電機４の定格出力値を変更できる手段であれば、人が目視で出力状態を判断して手動でタービン発電機４の定格出力値を変更するものであってもよいし、出力状態に対応したスケジュールを組み込んだ制御装置により自動でタービン発電機４の定格出力値を変更するものであってもよい。また、主機１の出力状態とは、ここでは、主機１の回転数、出力率又は出力量のいずれかを意味する。なお、主機１の出力が低くなれば、排ガスの温度が低下し、排ガスエコノマイザ２により発生される蒸気量も低下することから、排ガスの温度や排ガスエコノマイザ２により発生した蒸気（又は蒸気タービン３に供給される蒸気）の流量や圧力を主機１の出力状態とみなし、これらの数値を監視することにより、タービン発電機４の定格出力値を変更するようにしてもよい。

前記第二ディーゼルエンジン６は、主機１とは別に配置されたディーゼルエンジンである。第二ディーゼルエンジン６には第二発電機（ディーゼル発電機７）が接続されており、第二ディーゼルエンジン６の駆動によりディーゼル発電機７が発電できるように構成されている。かかるディーゼル発電機７は、タービン発電機４の電力供給を補充するための発電機である。ここでは、１台のディーゼル発電機７を図示したが、複数台（例えば、２〜３台程度）を並列に配置することが多い。タービン発電機４及びディーゼル発電機７により発電された電力は、配電盤９の母線に送電され、所定の船内機器に配電される。

前記電力制御手段８は、タービン発電機４及びディーゼル発電機７に対して船内電力を満たす負荷分担電力を調整する手段である。電力制御手段８は、タービン発電機４及びディーゼル発電機７の定格出力値の比率に応じて電力を負荷分担させて比例制御を行う。このとき、タービン発電機４の定格出力値には出力調整手段５により変更された定格出力値が使用される。この変更されたタービン発電機４の定格出力値のデータは、出力調整手段５又はタービン発電機４から電力制御手段８に提供される。

上述した本実施形態に係る給電システムによれば、タービン発電機４の定格出力値を主機１の出力状態に合わせて調節できるようにしたことにより、実際の主機１の出力に適した定格出力値を設定することができ、主機１の負荷が低い場合であっても、それに見合った負荷をタービン発電機４に課すことができ、比例制御を採用した場合であっても安定した電力を供給することができる。

ここで、図２は、タービン発電機（Ｔ／Ｇ）の発生可能電力と主機出力との関係を示す図であり、（Ａ）はＴ／Ｇ発生可能電力と主機出力率との関係図、（Ｂ）は主機出力率と主機回転数との対応表、を示している。図２（Ａ）に示した関係図において、縦軸はＴ／Ｇ発生可能電力（ｋｗ）、横軸は主機出力率（％）を示している。また、常用航海に切り替わる際の主機出力率は７７．３％であり、そのときのＴ／Ｇ発生可能電力は約１４６０ｋｗである。なお、主機出力率１００％は、最高出力航海の状態を意味する。

本実施形態に係る給電システムでは、タービン発電機４の発生可能電力は、例えば、図２（Ａ）に示すように、定格出力値の変化に応じて変化する。ここでは主機出力５０〜１００％の範囲で比例制御を適用した場合について説明している。図示したように、Ｔ／Ｇ発生可能電力は、主機出力率が低い状態（主機１の負荷が低い状態）では１４００ｋｗ前後の低い数値を示しているが、主機出力率が高い状態（主機１の負荷が高い状態）では右肩上がりの高い数値を示している。このように主機出力率に適したＴ／Ｇ発生可能電力が得られるようにタービン発電機４の定格出力値が変更される。なお、図示しないが、Ｔ／Ｇ発生可能電力は、主機出力率の増加に応じて、徐々に増加する曲線に沿って変化させてもよいし、段階的に増加する階段状に変化させてもよい。

また、主機１の出力は回転数の３乗に比例するため、図２（Ｂ）に示すように、主機出力率（％）を主機回転数（％）に変換することができる。主機出力１００％を主機回転数１００％と設定すれば、例えば、主機出力５０％は主機回転数７９．４％、主機出力６０％は主機回転数８４．３％、主機出力７０％は主機回転数８８．８％、主機出力８０％は主機回転数９２．８％、主機出力９０％は主機回転数９６．５％、主機出力７７．３％（常用航海）は主機回転数９１．８％、のように算出される。また、ここでは主機回転数を率（％）で表示しているが、主機回転数（％）から主機回転数（ｒｐｍ）は容易に算出することができるし、同様に、主機出力率（％）から主機出力量（ＰＳ）も容易に算出することができる。したがって、出力調整手段５は、種々の出力形式により提供される主機１の出力状態に応じてタービン発電機４の定格出力値を変更することができる。

次に、本発明の給電システムを搭載した船舶の運航スケジュールについて説明する。ここで、図３は、本発明の給電システムを搭載した船舶の運航スケジュールに応じた主機回転数を示す図である。縦軸は主機回転数、横軸は時間を示している。一般に、船舶は、停泊→出航→増速→常用航海→減速→入港→停泊のスケジュールにより運航されるが、ここでは常用航海中に最大出力が必要となった場合について図示している。そして、排ガスエコノマイザ２を備えた船舶では、常用航海の前後の区間（停泊〜増速、減速〜停泊）は主機１の負荷が低くて廃熱回収できない低負荷モードにより運航され、常用航海の区間（最大出力を含む）は主機１の廃熱回収を行う廃熱回収モードにより運航される。従来の給電システムでは、タービン発電機４の定格出力を変更することができないため、低負荷モードでは比例制御ではなく溢流制御又は蒸気圧一定制御によりタービン発電機４の負荷分担電力を制御していた。一方、本発明の給電システムでは、タービン発電機４の定格出力を主機１の運転状況に応じて変更する制御方法を採用したことにより、低負荷モードでも比例制御を適用することができ、制御スキームを統一化、簡略化することができる。なお、本発明の給電システムでは電力制御手段８を利用して溢流制御を行うこともできる。

ここで、本発明に係る給電システムの制御方法について説明する。本発明の給電システムの制御方法は、主機１の排ガスにより蒸気を発生させ、該蒸気により蒸気タービン３を駆動し、タービン発電機４により電力を供給する給電システムの制御方法であって、主機１の出力状態に応じてタービン発電機４の定格出力値を変更するようにしたものである。また、図１に示したように、給電システムがディーゼル発電機７をタービン発電機４と並列に備えている場合には、主機１の出力状態に応じてタービン発電機４の定格出力値を変更した後、タービン発電機４とディーゼル発電機７の定格出力値の比率に応じて電力を負荷分担させるように制御している。

図４は、船内電力とタービン発電機（Ｔ／Ｇ）及びディーゼル発電機（Ｄ／Ｇ）の負荷分担電力との関係を示す図であり、（Ａ）は従来の給電システムの比例制御、（Ｂ）は本発明の給電システムにおける船内電力が２０００ｋｗの場合の比例制御、（Ｃ）は本発明の給電システムにおける船内電力が３０００ｋｗの場合の比例制御、（Ｄ）は本発明の給電システムにおける船内電力が４０００ｋｗの場合の比例制御、を示している。

図４（Ａ）に示すように、従来の給電システムでは、タービン発電機４とディーゼル発電機７の定格出力値は常に一定であるため、船内電力が定まればタービン発電機４とディーゼル発電機７の負荷分担電力は一義的に決定される。例えば、船内電力＝２０００ｋｗの場合には、各負荷分担率＝４０％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（８００ｋｗ，１２００ｋｗ）、船内電力＝３０００ｋｗの場合には、各負荷分担率＝６０％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１２００ｋｗ，１８００ｋｗ）、船内電力＝４０００ｋｗの場合には、各負荷分担率＝８０％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１６００ｋｗ，２４００ｋｗ）、と決定される。なお、タービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の定格出力値は２０００ｋｗであり、ディーゼル発電機７（Ｄ／Ｇ）の定格出力値は３０００ｋｗである。かかる従来の給電システムでは、特に、低負荷モードで比例制御を行った場合に、タービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の負荷分担電力がＴ／Ｇ発生可能電力を超えてしまうという問題があった。

一方、本発明の給電システムの制御方法を採用した場合には、次のようにタービン発電機４とディーゼル発電機７の負荷分担電力が決定される。図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示したタービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の定格出力の初期値Ｐは２０００ｋｗであるが、主機１の出力状態に応じて変更された定格出力（調整定格出力Ｃ）は、例えば、各図に示したように、初期値の５０％〜１００％の範囲で調整される。いま定格出力の初期値Ｐに乗じる割合を設定値αとすれば、調整定格出力Ｃ＝Ｐ×αと表現される。そして、本発明の給電システムの制御方法では、調整定格出力Ｃの値とディーゼル発電機７の定格出力値とを用いて比例制御を行い、負荷分担電力を決定する。

船内電力が２０００ｋｗの場合には、例えば、図４（Ｂ）に示したように、設定値α＝５０％の場合に、タービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の調整定格出力Ｃ＝１０００ｋｗとなり、各負荷分担率＝５０％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（５００ｋｗ，１５００ｋｗ）と決定される。以下、同様に、設定値α＝６０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１２００ｋｗとなり、各負荷分担率＝４８％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（５７１ｋｗ，１４２９ｋｗ）と決定され、設定値α＝７０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１４００ｋｗとなり、各負荷分担率＝４５％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（６３６ｋｗ，１３６４ｋｗ）と決定され、設定値α＝８０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１６００ｋｗとなり、各負荷分担率＝４３％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（６９６ｋｗ，１３０４ｋｗ）と決定され、設定値α＝９０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１８００ｋｗとなり、各負荷分担率＝４２％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（７５０ｋｗ，１２５０ｋｗ）と決定される。なお、設定値α＝１００％の場合は、調整定格出力Ｃ＝２０００ｋｗとなり、各負荷分担率＝４０％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（８００ｋｗ，１２００ｋｗ）と決定され、従来の比例制御と同じ結果となる。

船内電力が３０００ｋｗの場合には、例えば、図４（Ｃ）に示したように、設定値α＝５０％の場合に、タービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の調整定格出力Ｃ＝１０００ｋｗとなり、各負荷分担率＝７５％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（７５０ｋｗ，２２５０ｋｗ）と決定される。以下、同様に、設定値α＝６０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１２００ｋｗとなり、各負荷分担率＝７１％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（８５７ｋｗ，２１４３ｋｗ）と決定され、設定値α＝７０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１４００ｋｗとなり、各負荷分担率＝６８％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（９５５ｋｗ，２０４５ｋｗ）と決定され、設定値α＝８０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１６００ｋｗとなり、各負荷分担率＝６５％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１０４３ｋｗ，１９５７ｋｗ）と決定され、設定値α＝９０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１８００ｋｗとなり、各負荷分担率＝６３％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１１２５ｋｗ，１８７５ｋｗ）と決定される。なお、設定値α＝１００％の場合は、調整定格出力Ｃ＝２０００ｋｗとなり、各負荷分担率＝６０％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１２００ｋｗ，１８００ｋｗ）と決定され、従来の比例制御と同じ結果となる。

船内電力が４０００ｋｗの場合には、例えば、図４（Ｄ）に示したように、設定値α＝５０％の場合に、タービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の調整定格出力Ｃ＝１０００ｋｗとなり、各負荷分担率＝１００％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１０００ｋｗ，３０００ｋｗ）と決定される。以下、同様に、設定値α＝６０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１２００ｋｗとなり、各負荷分担率＝９５％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１１４３ｋｗ，２８５７ｋｗ）と決定され、設定値α＝７０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１４００ｋｗとなり、各負荷分担率＝９１％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１２７３ｋｗ，２７２７ｋｗ）と決定され、設定値α＝８０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１６００ｋｗとなり、各負荷分担率＝８７％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１３９１ｋｗ，２６０９ｋｗ）と決定され、設定値α＝９０％の場合に、調整定格出力Ｃ＝１８００ｋｗとなり、各負荷分担率＝８３％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１５００ｋｗ，２５００ｋｗ）と決定される。なお、設定値α＝１００％の場合は、調整定格出力Ｃ＝２０００ｋｗとなり、各負荷分担率＝８０％、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１６００ｋｗ，２４００ｋｗ）と決定され、従来の比例制御と同じ結果となる。

上述した本発明に係る給電システムの制御方法によれば、従来の給電システムで比例制御した場合よりもタービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の負荷分担電力を低減することができ、主機１が低負荷モードの場合であっても、タービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の負荷分担電力がＴ／Ｇ発生可能電力を超えないように調整することができ、安定した電力供給を行うことができる。

ここで、図５は、船内電力とＴ／Ｇ負荷分担電力との関係を示す図である。本図において、縦軸はＴ／Ｇ負荷分担電力（ｋｗ）、横軸は船内電力（ｋｗ）を示している。また、図４（Ａ）に示した従来の給電システムの比例制御に基づくタービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の負荷分担電力を○印で示し、図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示した本発明の給電システムの比例制御に基づくタービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の負荷分担電力をエ字状の線分で示している。図５に示したように、本発明の給電システムの制御方法では、種々の船内電力の要求に対して、Ｔ／Ｇ負荷分担電力を従来の数値よりも低く設定することができる。すなわち、主機１の負荷が低い場合等、排ガスエコノマイザ２から蒸気タービン３に供給される蒸気が少ない場合であっても、タービン発電機４の負荷分担電力が主機１の出力状態に応じて低く設定されているため、タービン発電機４の負荷分担電力に見合った蒸気量を蒸気タービン３に供給することができ、安定した電力を供給することができる。

上述した本発明に係る給電システムの制御方法では、タービン発電機４の負荷分担電力を決定する際に比例制御を用いていたが、本発明における出力調整手段５は溢流制御に応用することもできる。ここで、図６は、船内電力とタービン発電機（Ｔ／Ｇ）及びディーゼル発電機（Ｄ／Ｇ）の負荷分担電力との関係を示す図であり、（Ａ）は船内電力が２０００ｋｗの場合の溢流制御、（Ｂ）は船内電力が３０００ｋｗの場合の溢流制御、（Ｃ）は船内電力が４０００ｋｗの場合の溢流制御、を示している。

溢流制御は、タービン発電機４の負荷分担電力を一定にして残りの電力をディーゼル発電機７で分担する制御である。そして、本発明の給電システムでは、出力調整手段５によりタービン発電機４の負荷分担電力を主機１の出力状態に応じて変更することができる。例えば、タービン発電機４の定格出力Ｐに主機１の出力状態に応じた設定値βを乗じることにより、負荷分担電力を設定する基礎となる調整負荷出力Ｄを算出し、タービン発電機４の負荷分担電力は、原則として調整負荷出力Ｄと同じ値となるように設定される。

船内電力が２０００ｋｗの場合には、例えば、図６（Ａ）に示したように、設定値β＝５０％の場合に、タービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の調整負荷出力Ｄ＝１０００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１０００ｋｗ，１０００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（５０％，３３％）である。以下、同様に、設定値β＝６０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１２００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１２００ｋｗ，８００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（６０％，２７％）である。また、設定値β＝７０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１４００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１４００ｋｗ，６００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（７０％，２０％）である。また、設定値β＝８０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１６００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１４００ｋｗ，６００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（７０％，２０％）である。ここで、Ｔ／Ｇの負荷分担電力が調整負荷出力Ｄよりも低い数値に設定されているのは、Ｄ／Ｇの負荷分担電力の下限値が６００ｋｗであることに起因する。したがって、ここでは、設定値β≧７０％の場合における負荷分担電力は全て（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１４００ｋｗ，６００ｋｗ）に設定される。

船内電力が３０００ｋｗの場合には、例えば、図６（Ｂ）に示したように、設定値β＝５０％の場合に、タービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の調整負荷出力Ｄ＝１０００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１０００ｋｗ，２０００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（５０％，６７％）である。以下、同様に、設定値β＝６０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１２００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１２００ｋｗ，１８００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（６０％，６０％）である。また、設定値β＝７０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１４００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１４００ｋｗ，１６００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（７０％，５３％）である。また、設定値β＝８０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１６００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１６００ｋｗ，１４００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（８０％，４７％）である。また、設定値β＝９０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１８００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１８００ｋｗ，１２００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（９０％，４０％）である。また、設定値β＝１００％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝２０００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（２０００ｋｗ，１０００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１００％，３３％）である。

船内電力が４０００ｋｗの場合には、例えば、図６（Ｃ）に示したように、設定値β＝５０％の場合に、タービン発電機４（Ｔ／Ｇ）の調整負荷出力Ｄ＝１０００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１０００ｋｗ，３０００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（５０％，１００％）である。以下、同様に、設定値β＝６０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１２００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１２００ｋｗ，２８００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（６０％，９３％）である。また、設定値β＝７０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１４００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１４００ｋｗ，２６００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（７０％，８７％）である。また、設定値β＝８０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１６００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１６００ｋｗ，２４００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（８０％，８０％）である。また、設定値β＝９０％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝１８００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１８００ｋｗ，２２００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（９０％，７３％）である。また、設定値β＝１００％の場合に、調整負荷出力Ｄ＝２０００ｋｗとなり、負荷分担電力は（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（２０００ｋｗ，２０００ｋｗ）に設定される。このときの負荷分担率は、（Ｔ／Ｇ，Ｄ／Ｇ）＝（１００％，６７％）である。

最後に、本発明に係る給電システムの他の実施形態について説明する。ここで、図７は、本発明に係る給電システムの他の実施形態を示す構成図であり、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態、を示している。なお、図１に示した実施形態と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。

図７（Ａ）に示した第二実施形態の給電システムは、主機１の出力状態の代わりに排ガスの温度を監視しながら、出力調整手段５によりタービン発電機４の定格出力値を変更するようにしたものである。排ガスの温度を監視する場合には、例えば、主機１の排ガスを排ガスエコノマイザ２に供給する配管に温度計７１を接続すればよい。かかる第二実施形態では、主機１の出力状態が排ガスの温度に一定の影響を与えることを利用している。したがって、排ガスの温度を監視することによっても、図１に示した実施形態の同様の効果を奏する。

図７（Ｂ）に示した第三実施形態の給電システムは、主機１の出力状態の代わりに蒸気の圧力を監視しながら、出力調整手段５によりタービン発電機４の定格出力値を変更するようにしたものである。蒸気の圧力を監視する場合には、例えば、排ガスエコノマイザ２から蒸気タービン３に蒸気を供給する配管に圧力計７２を接続すればよい。かかる第三実施形態では、主機１の出力状態が蒸気タービン３に供給される蒸気の圧力に一定の影響を与えることを利用している。したがって、蒸気タービン３に供給される蒸気の圧力を監視することによっても、図１に示した実施形態の同様の効果を奏する。なお、圧力計７２は、排ガスエコノマイザ２の出口付近に設置してもよいし、蒸気タービン３の入口付近に設置してもよいし、圧力計７２に替えて流量計を設置して蒸気流量を計測するようにしてもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の給電システム及びその制御方法は、船舶以外のディーゼルエンジンを主機とする輸送用機器や発電プラント等の産業用プラント等にも適用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１主機（ディーゼルエンジン）
２排ガスエコノマイザ
３蒸気タービン
４タービン発電機
５出力調整手段
６第二ディーゼルエンジン
７ディーゼル発電機
８電力制御手段
９配電盤
１１プロペラ
２１補助ボイラ
７１温度計
７２圧力計

Claims

動力を供給するためのディーゼルエンジンと、該ディーゼルエンジンの排ガスにより蒸気を発生させる排ガスエコノマイザと、該排ガスエコノマイザから供給される蒸気により駆動されるタービンと、該タービンに接続された発電機と、を有する給電システムにおいて、
前記ディーゼルエンジンの出力状態に応じて前記発電機の定格出力値を変更可能な出力調整手段を有する、ことを特徴とする給電システム。
前記出力調整手段は、前記ディーゼルエンジンの回転数、前記ディーゼルエンジンの出力率若しくは出力量、前記排ガスの温度又は前記蒸気の圧力若しくは流量のいずれかにより、前記発電機の定格出力値を変更する手段である、ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
前記ディーゼルエンジンとは別に配置された第二ディーゼルエンジンと、該第二ディーゼルエンジンに接続された第二発電機と、該第二発電機及び前記発電機の電力の負荷分担を決定する電力制御手段と、を有し、前記電力制御手段は、前記出力調整手段により定格出力値が変更された前記発電機と前記第二発電機の定格出力値の比率に応じて電力を負荷分担させる、ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
前記ディーゼルエンジンは、船舶のプロペラに動力を供給する主機である、ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
ディーゼルエンジンの排ガスにより蒸気を発生させ、該蒸気によりタービンを駆動し、該タービンに接続された発電機により電力を供給する給電システムの制御方法であって、
前記ディーゼルエンジンの出力状態に応じて前記発電機の定格出力値を変更する、ことを特徴とする給電システムの制御方法。
前記ディーゼルエンジンの出力状態とは、前記ディーゼルエンジンの回転数、前記ディーゼルエンジンの出力率若しくは出力量、前記排ガスの温度又は前記蒸気の圧力若しくは流量のいずれかである、ことを特徴とする請求項５に記載の給電システムの制御方法。
前記給電システムは、第二ディーゼルエンジンに接続された第二発電機を前記発電機と並列に備え、前記ディーゼルエンジンの出力状態に応じて前記発電機の定格出力値を変更した後、前記発電機と前記第二発電機の定格出力値の比率に応じて電力を負荷分担させる、ことを特徴とする請求項５に記載の給電システムの制御方法。