JP2012002199A - Internal combustion engine stationary power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排熱を利用して工場等の施設内の電力を生成する、内燃機関定置型の発電システムに係り、特に内燃機関と、該内燃機関の出力軸に連結された回転駆動体と、前記内燃機関の排ガス中に含まれる排熱を回収して蒸気を生成する蒸気生成手段と、前記生成された蒸気又は前記排ガスを導入することによって駆動可能なタービンと、前記タービンの出力軸に連結され、前記タービンの回転駆動に伴って発電可能な発電機とを備える内燃機関定置型発電システムの技術分野に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine stationary power generation system that uses exhaust heat of an internal combustion engine to generate electric power in a facility such as a factory, and more particularly to an internal combustion engine and a rotation coupled to the output shaft of the internal combustion engine. A driving body, steam generating means for recovering exhaust heat contained in the exhaust gas of the internal combustion engine to generate steam, a turbine that can be driven by introducing the generated steam or the exhaust gas, and the turbine The present invention relates to a technical field of an internal combustion engine stationary power generation system including a generator connected to an output shaft and capable of generating electric power in accordance with the rotational drive of the turbine.
発電システムには、内燃機関の排ガスを利用して排ガスエコノマイザーを設けて主機関で仕事が済んだ排ガスの熱量を熱交換させて蒸気タービンを駆動して発電するシステムや、内燃機関に軸発電機を設けて該内燃機関の出力で軸発電機を回して発電を行うシステムがある。このような発電システムは、工場などの施設内に定置的に設けられる内燃機関を中心として構成されているものや、船舶の省エネ化技術として研究開発が進められているものがある。 In the power generation system, an exhaust gas economizer is installed using the exhaust gas of the internal combustion engine, and heat generated from the exhaust gas that has been worked in the main engine is exchanged for heat to drive the steam turbine to generate power. There is a system in which a generator is provided and a shaft generator is rotated by the output of the internal combustion engine to generate power. Such power generation systems include those configured mainly with internal combustion engines that are installed stationary in facilities such as factories, and those that are being researched and developed as energy-saving technologies for ships.
船舶に適用された例としては、特許文献1がある。特許文献1では、内燃機関の排ガスを利用してガスタービンを駆動し、船内負荷電力の一部を賄う技術が開示されている。 There exists patent document 1 as an example applied to the ship. Patent Document 1 discloses a technique for driving a gas turbine using exhaust gas from an internal combustion engine to cover a part of inboard load power.
内燃機関を中心として構成されるこの種の発電システムでは、内燃機関の排ガス中に含まれる排熱を電力変換して利用することによって、システム内のエネルギー効率の向上を図っている。ここで、内燃機関定置型発電システムでは、発電された電力を用いた駆動対象として、例えば施設内に設置された各種コンプレッサーやポンプなどの回転駆動体が考えられるが、内燃機関の回転運動から発電を行う際には少なからずエネルギーロスが生じる。電力の供給先である回転駆動体は、内燃機関と同様に回転運動することを考慮すると、このように内燃機関の回転駆動エネルギーを回転駆動体の回転駆動に直接利用せずに、電力変換を経由して利用することは、システムのエネルギー効率という観点から無駄が多いという技術的問題点がある。 In this type of power generation system configured mainly with an internal combustion engine, energy efficiency in the system is improved by converting the exhaust heat contained in the exhaust gas of the internal combustion engine into power. Here, in an internal combustion engine stationary power generation system, for example, a rotary drive body such as various compressors and pumps installed in a facility can be considered as a drive target using the generated power. There is not a little energy loss when performing. Considering that the rotary drive body to which power is supplied rotates in the same manner as the internal combustion engine, power conversion is not performed without directly using the rotational drive energy of the internal combustion engine for the rotary drive of the rotary drive body. There is a technical problem in that the use of the connection is wasteful from the viewpoint of the energy efficiency of the system.
また、特許文献1に開示された技術をもってしても、この種の発電システムのエネルギー効率は十分とは言えないのが現状である。そのため、エネルギー効率の更なる改善が一般的な要請として求められているのが実情である。 In addition, even with the technique disclosed in Patent Document 1, it is not possible to say that the energy efficiency of this type of power generation system is sufficient. Therefore, the actual situation is that further improvement of energy efficiency is required as a general request.
また、内燃機関定置型発電システムにおいて、駆動される回転駆動体の一種であるコンプレッサーやポンプなどの流体機械は、工場では工場内エア圧等の生成のために設けられており通常電気的に駆動されているが、夜間工場閉鎖時にその使用が大幅に低減するが安全確保のために、完全に停止する事は出来ないという特性を有している。そのため、内燃機関定置型発電システムでは、内燃機関の不具合発生時などの緊急時用に補助発電機を設置することが一般的となっている。しかしながら、補助発電機の設置には敷地やコストが余分にかかってしまうという技術的問題点がある。 In a stationary power generation system of an internal combustion engine, a fluid machine such as a compressor or a pump, which is a kind of driven rotational drive body, is provided in a factory for generating air pressure in the factory and is normally electrically driven. However, when the factory is closed at night, its use is greatly reduced, but for safety reasons, it cannot be completely stopped. For this reason, in an internal combustion engine stationary power generation system, it is common to install an auxiliary generator for emergencies such as when an internal combustion engine malfunction occurs. However, the installation of the auxiliary generator has a technical problem that it takes extra site and cost.
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、エネルギー効率が高く、信頼性に優れた内燃機関定置型発電システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of, for example, the above-described problems, and an object thereof is to provide an internal combustion engine stationary power generation system having high energy efficiency and excellent reliability.
本発明の内燃機関定置型発電システムは上記課題を解決するために、内燃機関と、該内燃機関の出力軸に連結された回転駆動体と、前記内燃機関の排ガス中に含まれる排熱を回収して蒸気を生成する蒸気生成手段と、前記生成された蒸気又は前記排ガスを導入することによって駆動可能なタービンと、前記タービンの出力軸に連結され、前記タービンの回転駆動に伴って発電可能な発電機とを備える内燃機関定置型発電システムにおいて、前記内燃機関の出力軸と前記回転駆動体の入力軸との間に連結され、前記発電機が発電した電力を利用することによって、前記内燃機関による前記回転駆動体の回転駆動を補助するためのアシストトルクを出力可能であると共に、前記内燃機関の出力の少なくとも一部を利用することによって発電可能な誘導電動機を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an internal combustion engine stationary power generation system of the present invention recovers exhaust heat contained in exhaust gas of the internal combustion engine, a rotary drive connected to the output shaft of the internal combustion engine, and the internal combustion engine. Steam generating means for generating steam, a turbine that can be driven by introducing the generated steam or the exhaust gas, and an output shaft of the turbine that is connected to the turbine so that power can be generated when the turbine is rotationally driven. An internal combustion engine stationary power generation system including a generator, wherein the internal combustion engine is connected between an output shaft of the internal combustion engine and an input shaft of the rotary drive body, and uses electric power generated by the generator. Can output an assist torque for assisting the rotational drive of the rotary drive body, and can generate electric power by utilizing at least a part of the output of the internal combustion engine. Characterized in that it comprises an electrically motor.
本発明の内燃機関定置型発電システムの一態様では、前記発電機及び前記誘導電動機によって発電された電力を外部送電網に送電するための送電手段を更に備えることを特徴とする。 One aspect of the internal combustion engine stationary power generation system of the present invention is characterized by further comprising power transmission means for transmitting the power generated by the generator and the induction motor to an external power transmission network.
本発明の内燃機関定置型発電システムの他の態様では、外部送電網から電力を受電するための受電手段を更に備え、前記受電された電力を利用して前記誘導電動機を駆動させることにより、前記内燃機関による前記回転駆動体の回転駆動を補助するためのアシストトルクを出力することを特徴とする。 In another aspect of the internal combustion engine stationary power generation system of the present invention, it further comprises power receiving means for receiving power from an external power transmission network, and driving the induction motor using the received power, An assist torque for assisting the rotational drive of the rotary drive body by the internal combustion engine is output.
本発明の内燃機関定置型発電システムの他の態様では、前記誘導電動機及び前記発電機によって発電された電力を蓄積可能な蓄電池を更に備えることを特徴とする。 In another aspect of the internal combustion engine stationary power generation system of the present invention, the induction motor and a storage battery capable of storing the electric power generated by the generator are further provided.
本発明の内燃機関定置型発電システムの他の態様では、前記内燃機関に要求される燃料噴射量に基づく内燃機関の負荷値を目標の負荷値にフィードバックするフィードバック制御手段と、前記内燃機関定置型発電システムで発生する余剰電力を検知し電力余剰を判定する電力余剰状態判定手段と、該電力余剰状態判定手段により電力余剰状態であるか否かを判定し電力余剰状態であれば前記誘導電動機の出力に基づき機関出力を演算する機関出力演算手段と、該機関出力と負荷値に基づき燃料噴射量を演算する補正燃料噴射量演算手段とを具備するフィードフォワード制御手段とを備え、前記フィードバック制御手段による燃料噴射量から、前記フィードフォワード制御手段によって演算された燃料噴射量を減算して前記燃焼噴射量を補正することを特徴とする。 In another aspect of the internal combustion engine stationary power generation system of the present invention, feedback control means for feeding back a load value of the internal combustion engine based on a fuel injection amount required for the internal combustion engine to a target load value, and the internal combustion engine stationary type A power surplus state determination unit that detects surplus power generated in the power generation system and determines a power surplus, and determines whether the power surplus state is determined by the power surplus state determination unit. A feedforward control means comprising engine output calculation means for calculating engine output based on the output, and corrected fuel injection amount calculation means for calculating fuel injection amount based on the engine output and load value; The fuel injection amount calculated by the feedforward control means is subtracted from the fuel injection amount by It is characterized in.
本発明に係る内燃機関定置型発電システムによれば、回転駆動体は、誘導電動機を介して内燃機関の出力軸に機械的に連結されているため、内燃機関定置型発電システム内で発電された電力を用いて回転駆動体を電気的に駆動する場合に比べて、電力変換時の損失が少なく、高効率な発電システムを実現することができる。 According to the internal combustion engine stationary power generation system according to the present invention, the rotary drive body is mechanically coupled to the output shaft of the internal combustion engine via the induction motor, so that power is generated in the internal combustion engine stationary power generation system. Compared with the case where the rotary drive body is electrically driven using electric power, there is less loss during power conversion, and a highly efficient power generation system can be realized.
また、誘導電動機は、発電機が発電した電力を利用することによって、基本的に内燃機関によって駆動される回転駆動体の動作を補助するためのアシストトルクを出力することができる。つまり、内燃機関の排ガス中の排熱を用いて発電された電力を動力源として、誘導電動機を駆動させることによって、実質的に内燃機関の排熱を再活用することができる。従って、内燃機関定置型発電システムのエネルギー効率をより一層高めることができる。また、内燃機関定置型発電システム内の発電により得られた電力を動力源として誘導電動機を駆動することは、同時に内燃機関の負荷軽減にも貢献するので、内燃機関の燃料消費量を削減することもできる。 In addition, the induction motor can output assist torque for assisting the operation of the rotary drive body that is basically driven by the internal combustion engine by using the electric power generated by the generator. That is, the exhaust heat of the internal combustion engine can be substantially reused by driving the induction motor using the electric power generated using the exhaust heat in the exhaust gas of the internal combustion engine as a power source. Therefore, the energy efficiency of the internal combustion engine stationary power generation system can be further enhanced. In addition, driving the induction motor using the electric power obtained by the power generation in the internal combustion engine stationary power generation system as a power source contributes to reducing the load on the internal combustion engine at the same time, thus reducing the fuel consumption of the internal combustion engine. You can also.
更に、誘導電動機は、内燃機関の出力の少なくとも一部を利用することによって発電することができるため、例えば、回転駆動体の駆動のために要求される出力量に対して、内燃機関の出力量が過大である場合には、内燃機関の余剰出力を利用して発電を行うことによって電力変換し、内燃機関の余剰出力を無駄にすることなく有効に利用することができる。 Furthermore, since the induction motor can generate electric power by using at least a part of the output of the internal combustion engine, for example, the output amount of the internal combustion engine with respect to the output amount required for driving the rotary drive body. Is excessive, the power can be converted by generating power using the surplus output of the internal combustion engine, and the surplus output of the internal combustion engine can be used effectively without wasting it.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
<第1実施形態>
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
<First Embodiment>
まず、第1実施形態に係る内燃機関定置型発電システム(以下、適宜「発電システム」と称する)の全体構成について、図1を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る発電システムの全体構成を示すブロック図である。 First, an overall configuration of an internal combustion engine stationary power generation system (hereinafter referred to as “power generation system” as appropriate) according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the power generation system according to the present embodiment.
発電システムは、燃料を燃焼することにより動力を供給可能な定置型内燃機関の一例であるエンジン1と、エンジン1の出力軸に連結された誘導電動機2と、誘導電動機2を介してエンジン1の出力を受けて回転駆動する回転駆動体3と、エンジン1に供給する空気を圧縮する過給機4と、過給機4からの空気を冷却する冷却器5と、排ガスエコノマイザー9と、誘導電動機2及び発電機8によって供給される施設内電力系統11とを含んで構成されている。 The power generation system includes an engine 1 which is an example of a stationary internal combustion engine capable of supplying power by burning fuel, an induction motor 2 connected to the output shaft of the engine 1, and the engine 1 via the induction motor 2. Rotation drive body 3 that rotates in response to output, supercharger 4 that compresses air supplied to engine 1, cooler 5 that cools air from supercharger 4, exhaust gas economizer 9, induction An in-facility power system 11 supplied by the electric motor 2 and the generator 8 is configured.
エンジン1は燃料を燃焼することにより、出力軸に連結された誘導電動機2を介して回転駆動体3を回転駆動すると共に、排ガスを排出する。エンジン1は内燃機関の一種であり、典型的には複数のシリンダーを備える多気筒エンジンであり、発電システムが設置された施設内に定置的に設けられた定置型エンジンである。尚、エンジン1と誘導電動機2との間には、図不示のクラッチ機構及び変速ギア機構が設けられており、これらの接続状態及びギア比を適宜変更することにより、エンジン1の出力を誘導電動機2側に所定の割合で伝達することができるように構成されている。 The engine 1 burns fuel, thereby rotating the rotational drive body 3 via the induction motor 2 connected to the output shaft and discharging exhaust gas. The engine 1 is a kind of internal combustion engine, and is typically a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders, and is a stationary engine provided stationary in a facility where a power generation system is installed. A clutch mechanism and a transmission gear mechanism (not shown) are provided between the engine 1 and the induction motor 2, and the output of the engine 1 is induced by appropriately changing the connection state and gear ratio. It is configured to be able to transmit to the electric motor 2 side at a predetermined rate.
エンジン1の排ガスは、過給機4を介して排ガスエコノマイザー9に供給される。過給機4では、エンジン1に供給する空気を圧縮し、空気の温度及び圧力を上昇させる。
The exhaust gas from the engine 1 is supplied to the exhaust gas economizer 9 via the
蒸気タービン7の後段には復水器12が設けられており、蒸気タービン7においてタービンを駆動させた蒸気は復水器12によって水に戻される。復水器12によって生成された水は冷却器5で過給機4からの空気を冷却した後、排ガスエコノマイザー9に供給される。冷却器5では例えば水をフィンに通し、フィンを介して空気と熱交換させることによって、冷却が行われる。尚、図1において、蒸気及び水の循環経路は、点線ラインで示してある。
A condenser 12 is provided at the rear stage of the steam turbine 7, and the steam that has driven the turbine in the steam turbine 7 is returned to the water by the condenser 12. The water generated by the condenser 12 is supplied to the exhaust gas economizer 9 after the air from the
排ガスエコノマイザー9では、エンジン1から排出され、過給機4若しくはガスタービン6を介して供給された排ガスを用いて、冷却器5から供給された水をもとに蒸気を生成する。排ガスエコノマイザー9で生成された蒸気は蒸気タービン7を駆動させ、ガスタービン6の動力と一緒にあわせて発電機8を回転させ、施設内電力系統11に給電する。
In the exhaust gas economizer 9, steam is generated based on the water supplied from the cooler 5 using the exhaust gas discharged from the engine 1 and supplied via the
回転駆動体3は、誘導電動機2を介してエンジン1の出力軸に接続された被回転体であり、例えば発電システムが設置された施設内に設けられたコンプレッサーやポンプなどの回転駆動する部位を有する各種機器類である。回転駆動体3は、誘導電動機2を介してエンジン1の出力軸に接続されることによって、回転駆動される。 The rotary drive body 3 is a rotated body connected to the output shaft of the engine 1 via the induction motor 2. For example, a rotationally driven part such as a compressor or a pump provided in a facility where the power generation system is installed is used. Various types of equipment. The rotational drive body 3 is rotationally driven by being connected to the output shaft of the engine 1 via the induction motor 2.
上述したように、回転駆動体3は、この種の発電システムにおいて発電された施設内電力系統11から電力供給されて電気的に駆動されることが一般的である。つまり、従来は、エンジン1の回転運動は一度電力に変換された後、回転駆動体3に供給される。そのため、電力変換の際に変換損失が生じてしまい、回転駆動体3の駆動効率はエネルギー的に良好ではなかった。その点、本実施形態に係る発電システムでは、回転駆動体3は、誘導電動機2を介してエンジン1の出力軸に接続されているため、エンジン1の回転運動を機械的にそのまま利用して駆動させることができるので、発電システム内のエネルギーを有効に活用することができる。即ち、本実施形態では電力変換を伴わずに回転駆動体3をエンジン1の回転に応じて機械的に駆動させることができるので、エネルギー損失が少ない発電システムを実現することができる。 As described above, the rotary drive body 3 is generally electrically driven by being supplied with power from the in-facility power system 11 generated in this type of power generation system. In other words, conventionally, the rotational motion of the engine 1 is once converted into electric power and then supplied to the rotational driving body 3. For this reason, conversion loss occurs during power conversion, and the driving efficiency of the rotary drive 3 is not good in terms of energy. In that respect, in the power generation system according to the present embodiment, since the rotary drive body 3 is connected to the output shaft of the engine 1 via the induction motor 2, the rotary drive of the engine 1 is mechanically used as it is. Therefore, the energy in the power generation system can be used effectively. That is, in the present embodiment, the rotary drive body 3 can be mechanically driven according to the rotation of the engine 1 without power conversion, so that a power generation system with little energy loss can be realized.
誘導電動機2は、図不示のクラッチ機構及び変速ギア機構を介して、エンジン1の出力トルクを回転駆動体3側に伝達することが可能である。例えば、エンジン1の出力トルクや回転速度が、回転駆動体3の駆動に要するトルク及び回転速度と異なっている場合には、両者が一致するように、クラッチの接続状態やギア比を適宜変更することができるように構成されている。 The induction motor 2 can transmit the output torque of the engine 1 to the rotary drive body 3 side through a clutch mechanism and a transmission gear mechanism (not shown). For example, when the output torque and rotational speed of the engine 1 are different from the torque and rotational speed required to drive the rotary drive 3, the clutch connection state and gear ratio are changed as appropriate so that they match. It is configured to be able to.
誘導電動機2は、発電機8において発電された電力を動力源として、エンジン1のアシストモータとしても機能することが可能である。例えば、回転駆動体3を駆動するためのエンジン1の出力トルクが不足している場合には、誘導電動機2が回転駆動体3(若しくはエンジン1の出力軸)に対してアシストトルクを供給することによって、エンジン1を補助することができる。このように、本実施形態に係る発電システムでは、エンジン1の排ガス中に含まれる排熱によって発電した電力を用いて誘導電動機3を駆動することによって再活用することができるので、発電システムのエネルギー効率をより一層向上させることができる。 The induction motor 2 can also function as an assist motor for the engine 1 using the electric power generated by the generator 8 as a power source. For example, when the output torque of the engine 1 for driving the rotary drive body 3 is insufficient, the induction motor 2 supplies assist torque to the rotary drive body 3 (or the output shaft of the engine 1). Thus, the engine 1 can be assisted. As described above, in the power generation system according to the present embodiment, the power can be reused by driving the induction motor 3 using the electric power generated by the exhaust heat contained in the exhaust gas of the engine 1. Efficiency can be further improved.
エンジン1は燃料を燃焼させることによって、本発電システムの動力源として機能する。ここで、エンジン1の燃料は、価格の変動が大きいというリスクを含んでいる。そこでこの種の発電システムでは、当該価格変動のリスクを軽減しつつ、高効率な発電システムを運用することが一般的要請として存在している。このような要請に対して、本実施形態に係る発電システムは、エンジン1からの排ガスに含まれる排熱を利用して発電を行い、当該発電により得られた余剰電力を動力源として誘導電動機2を駆動することによって、エンジン1の出力軸に対してアシストトルクを供給することにより、エンジン1の負荷を軽減し、エンジン1の燃料消費量を効果的に抑制することができる。 The engine 1 functions as a power source of the power generation system by burning fuel. Here, the fuel of the engine 1 includes a risk that the price fluctuates greatly. Therefore, in this type of power generation system, there is a general request to operate a highly efficient power generation system while reducing the risk of the price fluctuation. In response to such a request, the power generation system according to the present embodiment generates power using exhaust heat contained in the exhaust gas from the engine 1, and uses the surplus power obtained by the power generation as a power source for the induction motor 2. By driving the, the assist torque is supplied to the output shaft of the engine 1, thereby reducing the load on the engine 1 and effectively suppressing the fuel consumption of the engine 1.
また、誘導電動機2は発電機として機能させることも可能である。回転駆動体3を駆動するために要求される出力量に対して、エンジン1の出力量が過大である場合には、エンジン1の余剰出力を用いて、誘導電動機2において発電を行い、施設内電力系統11の一部として供給することができるので、エンジン1の余剰出力を無駄にすることなく、電力として活用することができる。 The induction motor 2 can also function as a generator. When the output amount of the engine 1 is excessive with respect to the output amount required to drive the rotary drive 3, the surplus output of the engine 1 is used to generate power in the induction motor 2, Since it can supply as a part of electric power grid | system 11, it can utilize as electric power, without wasting the surplus output of the engine 1. FIG.
続いて、本実施形態に係る発電システムは、図2の符号13に示すように、施設内電力系統11の少なくとも一部を外部送電網から買電したり、逆に本システムにおいて発電した電力を、外部送電網を介して売電することができる。即ち、符号13は本発明に係る「送電手段」及び「受電手段」の一例を示している。図2は、外部電力網と送受電手段を備えた発電システムの全体構成を示すブロック図の例である。
Subsequently, the power generation system according to the present embodiment purchases at least a part of the in-facility power system 11 from the external power transmission network as shown by
まず、施設内電力系統11の電力要求量が高く、その一部を外部送電網から買電することで対応する場合について説明する。この場合、図2の符号13は本発明に係る「受電手段」として機能する。背景技術に記載したように、この種の発電システムでは、回転駆動体3のメインの動力源であるエンジン1が故障した場合に備えて、補助発電機を設けることが一般的である。しかしながら、補助発電機は、設置するための敷地やコストが多大に必要となる。そこで、本実施形態に係る発電システムでは、外部から買電された電力を用いて誘導電動機2を駆動することにより、エンジン1からの動力を用いることなく、回転駆動体3を駆動させることができる。つまり、補助発電機を設けなくとも、エンジン1が故障した際などの非常時に、誘導電動機2を駆動させることによって対応することが可能である。
First, a description will be given of a case where the required power amount of the in-facility power system 11 is high and a part thereof is purchased by purchasing power from an external power transmission network. In this case,
次に、発電システムにおいて発電した電力を、外部送電網に対して売電する場合について説明する。この場合、図2の符号13は本発明に係る「送電手段」として機能する。例えば回転駆動体3として施設内のコンプレッサー等を採用したとすると、このようなコンプレッサー等は駆動するためのトルクが比較的小さくて済むので、要求される出力に対してエンジン1の出力が過大になりやすい傾向がある。このような場合、エンジン1の出力のうち過大となっている分量を、誘導電動機2を発電機として機能させることによって電力変換し、売電することによって、余剰エネルギーを無駄なく利用することができる。
Next, the case where the electric power generated in the power generation system is sold to the external power transmission network will be described. In this case, the code |
また、発電システムにおいて余剰したエネルギーを有効に利用するために、図3に示すように、システム内に蓄電池14を設けてもよい。図3は、蓄電池14を備えた発電システムの全体構成を示すブロック図の例である。この場合、誘導電動機2によって電力変換された余剰エネルギーを、電力の形で蓄電池14に蓄積することができる。そのため、後日、発電システムにおいて回転駆動体3を駆動するためにエネルギーが不足した場合に、蓄電池14に蓄積された電力を用いて誘導電動機2を駆動することによって、エンジン1に対してアシストトルクを供給して補助することができる。この例においても、緊急時の補助発電機を設ける必要がない点で有利である。 Further, in order to effectively use surplus energy in the power generation system, a storage battery 14 may be provided in the system as shown in FIG. FIG. 3 is an example of a block diagram illustrating the overall configuration of the power generation system including the storage battery 14. In this case, the surplus energy converted by the induction motor 2 can be stored in the storage battery 14 in the form of electric power. Therefore, when the energy is insufficient to drive the rotary drive body 3 in the power generation system at a later date, the assist motor 2 is driven by using the electric power stored in the storage battery 14, thereby providing assist torque to the engine 1. Can be supplied and assisted. This example is also advantageous in that it is not necessary to provide an emergency auxiliary generator.
また、蓄電池14を備える場合の他のメリットとしては、例えば施設内の電力負荷の多い昼間は、売電を控えて蓄電池14に蓄電し、施設内の電力負荷が少なくなった夜間に、エンジン1を停止し、蓄電池14に蓄積された電力を利用することによって誘導電動機2のみを動力源として、回転駆動体3を駆動させることができる。これにより、エンジン1の稼働時間を削減し、エンジン1の燃料消費量を有効に抑制することができる。
<第2実施形態>
In addition, as another merit when the storage battery 14 is provided, for example, during the daytime when the power load in the facility is large, the engine 1 is stored in the storage battery 14 in advance during the day when the power load in the facility is reduced. And the rotational drive body 3 can be driven using only the induction motor 2 as a power source by using the electric power stored in the storage battery 14. Thereby, the operating time of the engine 1 can be reduced and the fuel consumption of the engine 1 can be effectively suppressed.
Second Embodiment
上述の発電システムは、ガスタービン6、蒸気タービン7及び誘導電動機2で施設内の電力を賄っている。ここで、施設内の電力負荷が急激に減少することによって余剰電力が発生した場合、発生した余剰電力が誘導電動機2に供給され、誘導電動機2によるアシストトルクが外乱となり、回転駆動体3が急加速してしまうおそれがある。
In the above power generation system, the
そこで、第2実施形態に係る発電システムでは、図4に示す制御を行うことによって、このようなおそれを効果的に排除することができる。図4は、第2実施形態に係る発電システムの動作制御を示すブロック図である。尚、第2実施形態に係る発電システムの全体構成は、第1実施形態と共通するため、ここでは詳細な説明は省略することとする。 Therefore, in the power generation system according to the second embodiment, such a fear can be effectively eliminated by performing the control shown in FIG. FIG. 4 is a block diagram illustrating operation control of the power generation system according to the second embodiment. In addition, since the whole structure of the electric power generation system which concerns on 2nd Embodiment is common in 1st Embodiment, suppose that detailed description is abbreviate | omitted here.
回転駆動体3が所定の回転速度で回転駆動される際、回転駆動体3には然るべき負荷が印加される。つまり、回転駆動体3を所定の回転速度で駆動するためには、回転駆動体に印加される目標負荷値を算出する必要がある。 When the rotational drive body 3 is rotationally driven at a predetermined rotational speed, an appropriate load is applied to the rotational drive body 3. That is, in order to drive the rotational drive body 3 at a predetermined rotational speed, it is necessary to calculate a target load value applied to the rotational drive body.
図4に示すように、まず、目標負荷値で回転駆動体3を回転駆動するために、回転駆動体負荷指令が与えられる。回転駆動体負荷指令は、制御器21で燃料噴射量に換算され、エンジン22に対して燃料噴射指令が与えられる。
As shown in FIG. 4, first, a rotational drive body load command is given in order to rotationally drive the rotational drive body 3 with a target load value. The rotary drive load command is converted into a fuel injection amount by the
一方、施設内の電力負荷の急減により発生する余剰電力量を検知し、電力余剰状態であると判定されると、後述するマップAによる誘導電動機2の出力に相当する機関出力を、機関出力演算25で演算する。そして、燃料噴射量演算26でマップBによる機関負荷値、機関出力に相当する燃料噴射量を演算する。この余剰電力によって求められる燃料噴射量をアクチュエータ27へ伝送し、前記制御器21の燃料噴射指令から差し引き、当該差し引いて補正を行った燃料噴射指令をエンジン22へ与える。このようにして、上述したフィードフォワード制御により最終的にエンジンに供給すべき燃料噴射量を制御する。
On the other hand, when the surplus power amount generated by the sudden decrease in the power load in the facility is detected and it is determined that the power surplus is present, the engine output corresponding to the output of the induction motor 2 according to the map A described later is calculated as an
なお、図4ではエンジン22として、燃料噴射を機械的に制御する機械制御エンジンを用いているが、電子制御エンジンも好適に用いられる。
In FIG. 4, a mechanically controlled engine that mechanically controls fuel injection is used as the
続いて、誘導電動機2からのアシストトルクを加算し、流体負荷(例えば、回転駆動体3の一例であるコンプレッサーの羽を通過する空気抵抗)を減算した後に負荷値計算23を行い、フィードバックして回転駆動体3の負荷値の目標値と実負荷値との差が減算24にて計算される。
Subsequently, after adding the assist torque from the induction motor 2 and subtracting the fluid load (for example, the air resistance passing through the wings of the compressor which is an example of the rotary drive 3), the
なお、上述した機関出力演算25と、燃料噴射量演算26では、予め作成された図5(a)、(b)に示すマップA、マップBをそれぞれ用いて演算される。図5(a)のマップAは誘導電動機2(図1参照)の出力に相当する機関出力を演算することができるマップであり、2次元マップで示される。また、図5(b)のマップBは機関負荷値、機関出力に相当する燃料噴射量を演算することができるマップであり、3次元マップで示される。
In the
このように、誘導電動機2の出力を直接検知することができることから、図5(a),(b)に示すマップA、マップBにより、燃料噴射量を演算することができる。なお、マップによる演算だけでなく、換算係数を用いた数式モデルにより逐次計算しても良い。 As described above, since the output of the induction motor 2 can be directly detected, the fuel injection amount can be calculated from the maps A and B shown in FIGS. In addition, you may calculate not only by the calculation by a map but by the numerical formula model using a conversion factor one by one.
また、図4に示す制御を開始する電力余剰状態についての判定は、図6に示す電力余剰状態判定手段で判定される。 Moreover, the determination about the power surplus state which starts the control shown in FIG. 4 is determined by the power surplus state determination means shown in FIG.
電力余剰状態判定手段は、まず施設内要求電力演算31で電圧と電流値とから施設内要求電力が演算される。一方、本システムにおいては、図1に示すように発電機8と誘導電動機2とにおいて発電された電力の和が電力供給である。よって、発電機8と誘導電動機2において発電された電力の和から、施設内要求電力を減算することにより余剰電力を求めることができる。そして、電力余剰状態判定30で、求めた余剰電力と予め定めた閾値とを比較し、該余剰電力が閾値を越えたときに電力余剰状態と判定し、上述した図4に示す制御を開始する。
The power surplus state determination means first calculates the required power in the facility from the voltage and current value in the required
以上のことから、本実施形態に係る発電システムでは、余剰電力を検知して電力余剰状態であると判定された場合に回転駆動体3の負荷値が目標値になるようにフィードフォワード制御を用いてエンジンの燃料噴射量を制御することにより、施設内における電力負荷が急減した場合でも外乱による影響を効果的に抑制することができる。 From the above, in the power generation system according to the present embodiment, feedforward control is used so that the load value of the rotary drive body 3 becomes the target value when surplus power is detected and it is determined that the power surplus state is present. By controlling the fuel injection amount of the engine, the influence of disturbance can be effectively suppressed even when the power load in the facility is suddenly reduced.
尚、逆に、施設内における電力負荷が急増した場合についても種々の制御が考えられるが、例えばエンジン1の出力は定格出力を保持しつつ、不足分については蓄電池14に蓄積された電力にて補うとよい。この場合、蓄電池14に蓄積された電力は、余剰エネルギーを発電機8及び誘導電動機2によって電力変換し生成した電力であることから、発電システムにおいてエネルギーを無駄にすることなく有効活用していることとなる。 On the contrary, various control can be considered also when the power load in the facility increases rapidly. For example, the output of the engine 1 maintains the rated output, but the shortage is based on the power stored in the storage battery 14. It is good to supplement. In this case, since the electric power stored in the storage battery 14 is generated by converting the surplus energy by the generator 8 and the induction motor 2, it is effectively utilized without wasting energy in the power generation system. It becomes.
以上説明したように、本実施形態に係る発電システムによれば、エネルギー効率が高く、信頼性に優れた内燃機関定置型発電システムを提供することができる。 As described above, the power generation system according to the present embodiment can provide an internal combustion engine stationary power generation system that is high in energy efficiency and excellent in reliability.
本発明は、例えば内燃機関と、該内燃機関の出力軸に連結された回転駆動体と、前記内燃機関の排ガス中に含まれる排熱を回収して蒸気を生成する蒸気生成手段と、前記生成された蒸気又は前記排ガスを導入することによって駆動可能なタービンと、前記タービンの出力軸に連結され、前記タービンの回転駆動に伴って発電可能な発電機とを備える内燃機関定置型発電システムに利用することが可能である。 The present invention includes, for example, an internal combustion engine, a rotary drive connected to an output shaft of the internal combustion engine, steam generation means for recovering exhaust heat contained in exhaust gas of the internal combustion engine and generating steam, and the generation For use in an internal combustion engine stationary power generation system including a turbine that can be driven by introducing the generated steam or the exhaust gas, and a generator that is connected to an output shaft of the turbine and that can generate electric power when the turbine is driven to rotate Is possible.
1 エンジン
2 誘導電動機
3 回転駆動体
4 過給機
5 冷却器
6 ガスタービン
7 蒸気タービン
8 発電機
9 排ガスエコノマイザー
11 施設内電力
12 復水器
14 蓄電池
21 制御器
25 機関出力演算
26 燃料噴射量演算
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Induction motor 3
Claims (5)
前記内燃機関の出力軸と前記回転駆動体の入力軸との間に連結され、前記発電機が発電した電力を利用することによって、前記内燃機関による前記回転駆動体の回転駆動を補助するためのアシストトルクを出力可能であると共に、前記内燃機関の出力の少なくとも一部を利用することによって発電可能な誘導電動機を備えることを特徴とする内燃機関定置型発電システム。 An internal combustion engine, a rotary drive connected to the output shaft of the internal combustion engine, steam generation means for recovering exhaust heat contained in the exhaust gas of the internal combustion engine and generating steam, and the generated steam or the In an internal combustion engine stationary power generation system comprising a turbine that can be driven by introducing exhaust gas, and a generator that is connected to an output shaft of the turbine and that can generate electric power as the turbine is driven to rotate.
Assisted between the output shaft of the internal combustion engine and the input shaft of the rotary drive body, and assisting the rotational drive of the rotary drive body by the internal combustion engine by using the electric power generated by the generator An internal combustion engine stationary power generation system comprising an induction motor capable of outputting an assist torque and capable of generating power by utilizing at least a part of the output of the internal combustion engine.
前記受電された電力を利用して前記誘導電動機を駆動させることにより、前記内燃機関による前記回転駆動体の回転駆動を補助するためのアシストトルクを出力することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関定置型発電システム。 A power receiving means for receiving power from an external power grid;
The assist torque for assisting the rotational drive of the rotary drive body by the internal combustion engine is output by driving the induction motor using the received electric power. The internal combustion engine stationary power generation system described.
前記内燃機関定置型発電システムで発生する余剰電力を検知し電力余剰を判定する電力余剰状態判定手段と、
該電力余剰状態判定手段により電力余剰状態であるか否かを判定し電力余剰状態であれば前記誘導電動機の出力に基づき機関出力を演算する機関出力演算手段と、
該機関出力と負荷値に基づき燃料噴射量を演算する補正燃料噴射量演算手段とを具備するフィードフォワード制御手段と
を備え、
前記フィードバック制御手段による燃料噴射量から、前記フィードフォワード制御手段によって演算された燃料噴射量を減算して前記燃焼噴射量を補正することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の内燃機関定置型発電システム。 Feedback control means for feeding back a load value of the internal combustion engine based on a fuel injection amount required for the internal combustion engine to a target load value;
Power surplus state determination means for detecting surplus power generated in the internal combustion engine stationary power generation system and determining power surplus; and
Engine output calculating means for determining whether the power surplus state is determined by the power surplus state determining means and calculating the engine output based on the output of the induction motor if the power surplus state;
Feedforward control means comprising correction fuel injection amount calculation means for calculating a fuel injection amount based on the engine output and a load value;
5. The combustion injection amount is corrected by subtracting a fuel injection amount calculated by the feedforward control unit from a fuel injection amount by the feedback control unit. 6. The internal combustion engine stationary power generation system.
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