JP2014066188A

JP2014066188A - 蒸気タービン発電設備及びその運転方法

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Publication number: JP2014066188A
Application number: JP2012211853A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sakakibara; 正彦榊原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-04-17

Abstract

【課題】
系統周波数低下時に急速に負荷上昇する運用において、発電設備や外部の状況に応じて様々な負荷上昇を行うことが可能な蒸気タービン発電設備及びその運転方法を提供する。
【解決手段】
蒸気タービン発電設備は、ボイラ、タービン、発電機、復水器、タービンからの抽気蒸気で復水を加熱するヒータを含む復水給水系統を備え、タービンからの抽気蒸気を外部に出気するように構成され、系統周波数低下時、一時的に復水流量や抽気流量を絞ることで負荷上昇させる手法と、外部出気を一時的に絞ることで負荷上昇させる手法とを組合せて急速負荷上昇を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気タービン発電設備及びその運転方法に係り、特に、急速に負荷上昇することが可能な蒸気タービン発電設備及びその運転方法に関するものである。

電力系統の安定化のため、系統周波数低下時には発電所は負荷上昇を求められる。特に、欧州などでは発電所に対してグリッドコードにより具体的に30s以内に定格負荷の数％上昇させる機能の要求がある。このような要求に対して、従来、例えば、特許文献１や特許文献２に記載の手法が提案されている。特許文献１では、系統周波数の低下時に復水加熱器への抽気を取り止めてタービンへの蒸気供給を増やしタービンの出力を上昇させることが記載されている。また、特許文献２では、出力増加要求時に背圧式タービンから外部（例えば海水淡水化装置）への出気を遮断し、復水式タービンタービンへの蒸気供給量を増加させて、復水式タービンの出力を上昇させることが記載されている。

欧州特許公開公報ＥＰ２３５１９１４Ａ１欧州特許公開公報ＥＰ００２６７９８Ａ１

従来、系統周波数低下時に急速に負荷上昇する運用においては、何れか単一の手段で行われており、手段が限られていることから、例えば、さらなる負荷上昇やさらなる急速負荷上昇が要求された場合、容易に目標を達成できない。また、外部出気の制限のみで負荷上昇させる場合、蒸気蓄積装置など特別な機器を設けなければ、外部への影響を小さくすることができない。

本発明の目的は、系統周波数低下時に急速に負荷上昇する運用において、発電設備や外部の状況に応じて様々な負荷上昇を行うことが可能な蒸気タービン発電設備及びその運転方法を提供することにある。

本発明は、系統周波数低下時、一時的に復水流量や抽気流量を絞ることで負荷上昇させる手法と、外部出気を一時的に絞ることで負荷上昇させる手法とを組合せて急速負荷上昇させることを特徴とする。

本発明によれば、発電設備や外部の状況に応じて様々な負荷上昇を行うことができ、外部への影響も小さくしながら、電力系統安定化に寄与することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例の蒸気タービン発電設備の系統図である。本発明の実施例の蒸気タービン発電設備の運転方法に用いられる制御回路の一例を示す図である。本発明の実施例の蒸気タービン発電設備の運転方法を示すタイムチャートである（実施例１）。本発明の実施例の蒸気タービン発電設備の運転方法を示すタイムチャートである（実施例２）。本発明の実施例の蒸気タービン発電設備の運転方法を示すタイムチャートである（実施例３）。本発明の実施例の蒸気タービン発電設備の運転方法を示すタイムチャートである（実施例４）。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例の蒸気タービン発電設備の系統図を示す。本実施例の蒸気タービン発電設備は、外部へ出気するように構成されている。即ち、欧州等では地域暖房用などで発電用の蒸気の一部を抽気系統等から外部に出気することが行われており、本実施例の蒸気タービン発電設備はそのような外部出気に対応するように構成されている。

本実施例の蒸気タービン発電設備は、ボイラ（図示省略）、高圧タービン１００、中圧タービン２００、低圧タービン３００、発電機４００、復水器９、復水や給水を中圧タービン２００や低圧タービン３００からの抽気蒸気で加熱するヒータなど復水給水系統から構成されている。本実施例では、中圧タービン２００からの抽気蒸気を脱気器１４に供給し、低圧タービン３００からの抽気蒸気を低圧ヒータ１０〜１３に供給している。

低圧ヒータ１１〜１３への抽気ラインの途中には抽気弁５〜７がそれぞれ設置されている。また、本実施例では、これらの抽気ラインの途中から分岐して外部へ出気するように構成されており、それの分岐ラインには出気調節弁１〜３がそれぞれ設置されている。

また、復水器９から復水給水系統に供給する復水の流量を調節する復水調節弁４が復水ポンプの下流に設置されている。また、復水調節弁４の下流には外部に出気した蒸気の凝縮水が合流するように構成され、その合流ラインには出気復水調節弁８が設置されている。

このように構成された蒸気タービン発電設備において、本実施例では、系統周波数低下時に急速に負荷上昇するという目的を、特別な機器を追加することなく実現している。

図２を用いて、系統周波数低下時における蒸気タービン発電設備の運転方法を実行する制御回路を説明する。

本実施例における制御回路は、復水流量と抽気流量を絞ることで負荷上昇させる手法を行う際に、さらに負荷上昇が必要ならば追加で出気も絞ることが可能であり、また、出気を絞ることでさらに急速な負荷上昇が可能であり、また、復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇へ寄与する割合を減少させてその減少による不足分の負荷上昇量を出気を絞ることにより補うことを可能とするものである。なお、急速負荷上昇後、負荷上昇した状態が要求される場合には、ボイラの出力を増加して、復水流量や抽気流量、外部出気をもとに戻すように運用される。

具体的には、制御回路は、負荷上昇量演算回路１５、弁開度演算回路（抽気弁、復水調節弁）１６、弁開度演算回路（出気調節弁、出気復水調節弁）１７などを備えている。

負荷上昇量演算回路１５では、定格の系統周波数と実際の系統周波数の偏差である周波数偏差が入力され、その偏差が系統周波数低下の場合、発電設備に対して要求される負荷上昇量を演算する。この負荷上昇量の演算では、目標負荷上昇量設定１９を考慮して負荷上昇量を求める。即ち、発電設備の運用において可能な負荷上昇量（目標負荷上昇量）が予め設定されている。例えば、復水流量と抽気流量を絞ることによって可能な負荷上昇以上の目標設定をしている場合、周波数偏差で要求される負荷上昇量が復水流量と抽気流量を絞ることによって可能な負荷上昇以上の場合、その不足分を補うように出気を絞ることによって負荷上昇を行うことになる。

また、弁開度演算回路（抽気弁、復水調節弁）１６は、発電機出力などのパラメータをもとに、負荷上昇量演算回路１５からの負荷上昇量の指令に応じて、抽気弁５〜７、復水調節弁４の開度指令をそれぞれ演算する。この弁開度演算において、寄与率設定２０により復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇を抑えることができるように構成されている。即ち、寄与率は、発電設備に対する全体の負荷上昇量に対して、復水流量や抽気流量を絞ることで負荷上昇させる割合を決めるものである。発電設備の運用において、外部出気が優先の場合には、寄与率が大きく設定され、外部出気への出気条件が出気遮断を許容するものである場合は、寄与率が小さく設定される。例えば、寄与率がゼロであれば、必要な負荷上昇量は全て出気の絞りによる負荷上昇が担うことになる。

また、弁開度演算回路（出気調節弁、出気復水調節弁）１７は、復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇量を差し引いた負荷上昇量の指令に応じて、出気調節弁１〜３、出気復水調節弁８の開度指令をそれぞれ演算する。また、この弁開度演算では、変化率設定２１の値に基づいた変化率制限１８によって開度指令が最終的に定まる。即ち、発電設備の運用において急速上昇を必要とする場合、変化率が大きく設定される。この変化率は、例えば、復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇変化率を基準に設定される。出気を絞ることによる負荷上昇を、負荷上昇を復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇に比べてさらに急速に行う必要がある場合、変化率は大きく設定される。また、出気を絞ることによる負荷上昇を復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇と同等の負荷上昇変化率とすることもできる。このように、変化率を設定することにより負荷上昇変化率を調整可能である。

このような制御回路により、復水流量と抽気流量を絞ることで負荷上昇させる手法を行う際に、さらに負荷上昇が必要ならば追加で出気も絞ることが可能であり、また、出気を絞ることでさらに急速な負荷上昇が可能であり、また、復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇へ寄与する割合を減少させてその減少による不足分の負荷上昇量を出気を絞ることにより補うことも可能となる。

従って、本実施例によれば、外部出気も一時的に絞ることにより系統周波数低下時の急速負荷上昇を容易にし、外部出気量が大きい場合は、他の手法のみで可能な負荷上昇以上に大きく負荷上昇可能となり、より急速な負荷上昇も可能となる。この効果により、電力系統安定化への寄与がより大きくなる。また、外部出気を絞る手段しかない場合には、外部での利用先への影響もあるが、他の手法との組み合わせにより、外部への影響も小さくし、電力系統安定化への効果を得ることが可能となる。

次に、図３〜図６を用いて蒸気タービン発電設備の具体的な運転方法を説明する。

図３の実施例は、（１）目標負荷上昇設定は復水流量と抽気流量を絞ることによって可能な負荷上昇量と同じに設定して、（２）寄与率も１００％のまま減少させないとして、（３）変化率設定のみ大きく設定した運転方法である。このような運転方法とすると、図３の様に、一時的に出気の絞りが行われ、復水流量と抽気流量を絞ることのみによる負荷上昇よりも急速な負荷上昇を実現できる。

図４の実施例は、（１）目標負荷上昇設定は復水流量と抽気流量を絞ることによって可能な負荷上昇量より大きく設定して、（２）寄与率は１００％のまま減少させないとして、（３）変化率設定を大きく設定した運転方法である。このような運転方法とすると、図４の様に、図３の実施例と同様に急速な負荷上昇を行うことができ、また、目標負荷上昇に対して復水流量と抽気流量を絞ることによって可能な負荷上昇量の不足分を出気の絞りによって補うことができる。即ち、発電設備として大きな負荷上昇を担うことができ、系統安定化への寄与度が大きくなる。

図５の実施例は、（１）目標負荷上昇設定は復水流量と抽気流量を絞ることによって可能な負荷上昇量より大きく設定して、（２）寄与率は１００％のまま減少させないとして、（３）変化率設定は復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇の変化率と同じに設定した運転方法である。このような運転方法とすると、図５の様に、目標負荷上昇に対する復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇量の不足分を出気の絞りによって補うことができる。

図６の実施例は、（１）目標負荷上昇設定は復水流量と抽気流量を絞ることによって可能な負荷上昇量と同じに設定して、（２）寄与率を１００％から減少させて、（３）変化率設定は復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇の変化率より小さく設定した運転方法である。このような運転方とすると、図６の様に、復水流量と抽気流量を絞ることによる負荷上昇量の減少分を出気の絞りによって補うことになる。従って、復水流量と抽気流量を絞ることによる効率の低下を小さく押さえることができ、また、外部出気を絞ることによる外部への影響を少なくすることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。

１〜３…出気調節弁、４…復水調節弁、５〜７…抽気弁、８…出気復水調節弁、９…復水器、１０〜１３…低圧ヒータ、１４…脱気器、１５…負荷上昇量演算回路、１６…弁開度演算回路（抽気弁、復水調節弁）、１７…弁開度演算回路（出気調節弁、出気復水調節弁）、１８…変化率制限、１９…目標負荷上昇設定、２０…寄与率設定、２１…変化率設定、１００…高圧タービン、２００…中圧タービン、３００…低圧タービン、４００…発電機。

Claims

ボイラ、タービン、発電機、復水器、タービンからの抽気蒸気で復水を加熱するヒータを含む復水給水系統を備え、前記タービンからの抽気蒸気を外部に出気するようにした蒸気タービン発電設備であって、
系統周波数低下時に蒸気タービン発電設備の負荷上昇を制御する制御回路を備え、前記制御回路は、前記復水器から前記復水給水系統へ供給する復水流量又は前記抽気蒸気の抽気流量を絞ることで負荷上昇させる制御と、前記外部への出気を絞ることで負荷上昇させる制御とを組合せて負荷上昇を制御することを特徴とする蒸気タービン発電設備。
外部へ出気する系統を有する蒸気タービン発電設備の運転方法であって、
系統周波数低下時、復水流量または抽気流量を絞ることで負荷上昇させる制御と、外部出気を絞ることで負荷上昇させる制御とを組合せて急速負荷上昇させることを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法。
請求項２に記載の蒸気タービン発電設備の運転方法において、
前記負荷上昇を、前記復水流量または抽気流量を絞る制御によって主に行い、前記復水流量または抽気流量を絞る制御による負荷上昇をさせる際に、蒸気タービン発電設備に要求される負荷上昇に対して、前記復水流量または抽気流量を絞る制御による負荷上昇では不足が生じる場合、前記外部への出気を絞る制御を併せて行うことを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法。
請求項２に記載の蒸気タービン発電設備の運転方法において、
前記負荷上昇を、前記復水流量または抽気流量を絞る制御によって主に行い、前記復水流量または抽気流量を絞る制御による負荷上昇をさせる際に、前記復水流量と抽気流量を絞る制御による負荷上昇変化率よりも早い負荷上昇を必要とする場合、前記外部への出気を絞る制御を併せて行うことを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法。
請求項２に記載の蒸気タービン発電設備の運転方法において、
前記負荷上昇を、前記復水流量または抽気流量を絞る制御によって主に行い。前記復水流量または抽気流量を絞る制御による負荷上昇をさせる際に、前記負荷上昇への寄与する割合を減少させることにより、蒸気タービン発電設備に要求される前記負荷上昇に対して生じる不足分を、前記外部への出気を絞る制御を併せて行うことを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法。