JP2014177929A - 蒸気タービン発電プラント - Google Patents

Abstract

【課題】熱応力等の熱影響量の調整幅を拡大し高効率に起動することができる蒸気タービン発電プラントを提供する
【解決手段】熱媒体で低温流体を加熱して高温流体を生成する熱源装置１と、熱源装置１で生成した高温流体により蒸気を発生させる蒸気発生装置２と、蒸気発生装置２で発生した蒸気で駆動する蒸気タービン３と、蒸気タービン３の回転動力を電力に変換する発電機４と、熱源装置１に対する熱媒体の供給量を調整する熱媒体調整装置１２と、熱源装置１に対する低温流体の供給流量を調整する低温流体調整装置１４と、蒸気タービン３の起動運転時に調整装置１２，１４の操作量を基に蒸気タービン３の熱影響量を予測する予測装置２２と、予測装置２２による予測値が熱影響量の制限値を超えないように調整装置１２，１４を制御する目標操作量設定装置２３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は蒸気タービン発電プラントに関する。

風力発電や太陽光発電に代表される再生可能エネルギーの電力系統への接続により、系統電力の不安定化を抑制すべく蒸気タービン発電プラントの起動時間の更なる短縮が求められている。しかし、蒸気タービンの起動時には蒸気の温度や流量が急激に上昇する結果、タービンロータの表面が内部に比較して急激に昇温し、半径方向の温度勾配が大きくなって熱応力が増大する。過大な熱応力はタービンロータの寿命を縮め得る。また、蒸気の温度変化が大きい場合、タービンロータとケーシングの間に熱容量の違いによる熱伸び差が生じる。この熱伸び差が大きくなると、回転するタービンロータと静止するケーシングが接触し損傷し得る。そのため、蒸気タービンはタービンロータの熱応力やケーシングとの熱伸び差が制限値を超えないように起動制御する必要がある（特許文献１，２等参照）。

特許４７２３８８４号 特開２００９−２８１２４８号公報

しかしながら、特許文献１，２では、熱応力や熱伸び差を調整するのに蒸気タービンに供給される蒸気流量を制御弁で制御するため、制御弁による蒸気流量の調整幅でしか熱応力や熱伸び差を調整することができない。また、蒸気タービンへの蒸気供給量を減らす場合にバイパス弁を介して余剰蒸気を捨てるため、エネルギー効率の面でも課題があった。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、熱応力等の熱影響量の調整幅を拡大し高効率に起動することができる蒸気タービン発電プラントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、熱媒体で低温流体を加熱して高温流体を生成する熱源装置と、前記熱源装置で生成した高温流体により蒸気を発生させる蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置で発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機と、前記熱源装置に対する熱媒体の供給量を調整する熱媒体調整装置と、前記熱源装置に対する低温流体の供給流量を調整する低温流体調整装置と、前記蒸気タービンの起動運転時に前記熱媒体調整装置及び前記低温流体調整装置の操作量を基に前記蒸気タービンの熱影響量を予測する予測装置と、前記予測装置による予測値が前記熱影響量の制限値を超えないように前記熱媒体調整装置及び前記低温流体調整装置を制御する目標操作量設定装置とを備える。

本発明によれば、熱応力等の熱影響量の調整幅を拡大し高効率に起動することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントの概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントの起動制御手順を表すフローチャートである。 蒸気タービン発電プラントの起動制御手順の補足説明図である。 図２の手順の工程Ｓ１０４の詳細を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントの概略構成図である。 本発明の第３の実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントの概略構成図である。 熱源装置の運転パターンの一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントの熱源装置の制御方法の説明図である。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
１．蒸気タービン発電プラント
図１は本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントの概略構成図である。

同図に示した蒸気タービン発電プラントは、熱源装置１、蒸気発生装置２、蒸気タービン３、発電機４、熱媒体調整装置１２、低温流体調整装置１４、蒸気タービン起動制御装置２１を備えている。本実施の形態では、熱源装置１がガスタービンである場合（つまり蒸気タービン発電プラントがコンバインドサイクル発電プラントである場合）を例に挙げて説明する。

熱源装置１では、熱媒体（本例ではガス燃料、液体燃料、水素含有燃料等の燃料）に保有される熱量により低温流体（本例では燃料とともに燃焼される空気）が加熱され、高温流体（本例ではガスタービンを駆動した燃焼ガス）として蒸気発生装置２に供給される。蒸気発生装置２（本例では排熱回収ボイラ）では、熱源装置１で生成した高温流体の保有熱との熱交換器により給水が加熱されて蒸気が発生する。そして、蒸気発生装置２で発生した蒸気によって蒸気タービン３が駆動する。蒸気タービン３には発電機４が同軸に連結されていて、蒸気タービン３の回転駆動力が発電機４により電力に変換される。発電機４の発電出力は、例えば電力系統（不図示）に出力される。

熱媒体量調整装置１２（本例では燃料調整弁）は、熱源装置１に対する熱媒体の供給経路に設けられていて、この熱媒体量調整装置１２によって熱源装置１に供給する熱媒体量が調整される。低温流体量調整装置１４（本例ではＩＧＶ）は、熱源装置１に対する低温流体の供給経路に設けられていて、この低温流体量調整装置１４によって熱源装置１に供給する低温流体量が調整される。これら調整装置１２，１４には操作量計測器１１，１３がそれぞれ備えられていて、操作量計測器１１，１３によって調整装置１２，１４の操作量（本例では弁開度）が計測される。操作量計測器１１，１３で計測された調整装置１２，１４の操作量は、蒸気タービン起動制御装置２１に入力される。

２．蒸気タービン起動制御装置
蒸気タービン起動制御装置２１は、予測装置２２、目標操作量設定装置２３、及び制御信号出力装置２４，２５の各要素を含んでいる。各要素について次に順次説明していく。

（１）予測装置
予測装置２２では、蒸気タービン３の起動運転時に調整装置１２，１４の操作量を基に蒸気タービン３の熱影響量について現在時刻から設定期間が経過した未来の値を予測し、予測値を目標操作量設定装置２３（本例ではガスタービン制御装置）に出力する。ここで言う設定期間とは予測期間（後述）かそれよりも長く設定した機関である。熱影響量とは、起動運転時に蒸気タービン３のタービンロータにかかる熱応力や、タービンロータ及びこれを収容するケーシングの軸方向の熱伸び差等、起動時の蒸気温度や蒸気圧力等の急激な上昇により蒸気タービン３に現れる状態量変化をいう。以下、単に「熱応力」といった場合にはタービンロータに係る熱応力をいい、単に「熱伸び差」といった場合にはタービンロータ及びケーシングの軸方向の熱伸び差をいう。

予測装置２２で演算される熱影響量には、予測期間中の蒸気タービン３の熱応力及び熱伸び差の少なくとも一方が含まれ、本実施の形態においては特に熱応力を予測する場合を例に挙げて説明する。また、上記の予測期間とは、調整装置１２，１４を制御して熱源装置１の発生熱量に変化を与えてから蒸気タービン３の熱影響量の変化が発生するまでの応答遅延時間を包含する時間であって応答遅延時間かそれよりも長めに設定した時間である。予測期間は熱影響量の種類で異なる。例えば、伝熱遅れ等によって熱応力が変化し始める所要時間は、伝熱遅れ等によって熱伸び差が生じ始める所要時間より短い。

熱影響量の計算は公知の熱力学則や伝熱工学則により計算できる。一例として予測装置２２による熱応力の計算手順は次のＡ１−Ａ４の通りである。

・手順Ａ１
調整装置１２，１４の操作量は、熱源装置１への熱源媒体と低温流体の供給量に対応するため熱源装置１の熱的負荷状態に密接に関連する。そこで、まず操作量計測器１１，１３で計測された調整装置１２，１４の操作量を基に、熱源装置１から蒸気発生装置２を介して蒸気タービン３に至る熱と物質の伝播過程を計算し、この計算結果を基にして設定期間後の蒸気タービン３の入口蒸気の流量、圧力、温度等のプラント状態量を計算する。予測演算に際しては、ここでは現在の熱媒体量や低温流体量の変化率（すなわち調整装置１２，１４の操作量の変化率）が現在から設定期間後までは変化しないものと仮定して、操作量計測器１１，１３の計測値から設定期間後の調整装置１２，１４の操作量を計算し、この操作量を基に上記の通りプラント状態量を演算すれば良い。

・手順Ａ２
次に手順Ａ１の計算結果を基にして、蒸気タービン３の初段における圧力降下を考慮して蒸気タービン３の各段落の圧力、温度、熱伝達率等を計算する。

・手順Ａ３
手順Ａ２の計算結果を基にして、タービンロータへの蒸気の伝熱計算によりタービンロータの半径方向の温度分布を計算する。

・手順Ａ４
最後に、手順Ａ３の計算結果を基にして、線膨張率、ヤング率、ポアソン比等を用いた材料工学則により設定期間後の熱応力を計算する。

予測装置２２は、上記手順により熱影響量を所定のサンプリング周期で演算して記憶し、予測期間毎に予測期間分の時系列データを目標操作量設定装置２３に出力する。

（２）目標操作量設定装置
目標操作量設定装置２３では、予測装置２２から入力した予測値が蒸気タービン３の起動過程で予め設定した制限値を超えないように調整装置１２，１４の目標操作量を計算する。これら目標操作量は、予測装置２２から入力した熱影響量の時系列データの予測値（例えばピーク値）と制限値との偏差を基にして、例えば予測値が制限値を超えないように又は制限値に近付くように計算される。熱媒体調整装置１２に対する目標操作量は制御信号出力装置２４に、低温流体調整装置１４に対する目標操作量は制御信号出力装置２５にそれぞれ出力される。

（３）制御信号出力装置
制御信号出力装置２４では、目標操作量設定装置２３で計算された目標操作量を基に熱媒体調整装置１２に対する指令値が演算され、熱媒体調整装置１２に出力される。熱媒体調整装置１２に対する指令値は、数表化した機器特性により決定される。本実施の形態では、例えばガスタービン負荷指令（ＭＷＤ）を満たす燃料流量を基にして指令値が計算される。指令値を出力した結果、熱媒体調整装置１２では操作量計測器１１で計測される操作量が目標操作量に近付くようにＰＩＤ制御によって操作量が調整される。

一方、制御信号出力装置２５では、目標操作量設定装置２３で計算された目標操作量を基に低温流体調整装置１４に対する指令値が演算され、低温流体調整装置１４に出力される。低温流体調整装置１４に対する指令値も数表化した機器特性により決定される。本実施の形態の場合、例えばガスタービン回転数指令を満たす空気流量を基にして指令値が計算される。指令値を出力した結果、低温流体調整装置１４では操作量計測器１３で計測される操作量が目標操作量に近付くようにＰＩＤ制御によって操作量が調整される。

３．起動制御手順
図２は蒸気タービン起動制御装置２１による蒸気タービン３の起動制御手順を表すフローチャート、図３はその補足説明図である。

・工程１０１−１０３
図２に示した工程１０１−１０３は、予測装置２２により実行される熱的影響量の予測データのサンプリング手順である。すなわち、蒸気タービン起動制御装置２１は、蒸気タービン３の起動時に同図の手順を開始し、まず予測装置２２によって設定期間後のプラント状態量を演算し（工程Ｓ１０１）、プラント状態量から熱影響量を演算する（工程Ｓ１０２）。プラント状態量の演算手順、熱影響量の演算手順については前述した通りである。また、本実施の形態では処理を軽くするため、前述した通り設定時間内は現在の変化率で調整装置１２，１４の操作量が推移するものと割り切って、図３に示したような熱影響量（本例では熱応力）２０１の線型な推移を想定して計算する。

熱影響量を演算したら、続いてスタートから予測期間が経過したか否かを判定し（工程Ｓ１０３）、予測期間が経過するまで工程Ｓ１０１−Ｓ１０３を繰り返し一定周期（工程Ｓ１０１−Ｓ１０３の処理周期）で熱影響量の演算値をサンプリングしていく。予測期間分の熱影響量の予測値がサンプリングされたら、蒸気タービン起動制御装置２１は工程Ｓ１０４−Ｓ１０７に手順を移行する。

・工程１０４−１０７
工程Ｓ１０４−Ｓ１０７は目標操作量設定装置２３により実行される手順であり、調整装置１２，１４の制御手順である。

工程１０４では、工程Ｓ１０１−Ｓ１０３のサンプリング手順で得た予測期間分の予測熱影響量の時系列データを基に調整装置１２，１４の目標操作量を演算し（工程Ｓ１０４）、制御信号出力装置２４，２５を介して調整装置１２，１４に指令値を出力して調整装置１２，１４の操作量をそれぞれ補正する（工程Ｓ１０５）。本実施の形態の場合、図３の矢印２０２で表したように工程Ｓ１０５で調整装置１２，１４に指令値を出力する時間２０３は予測期間に対して短く、予測期間の始めの一定時間（この一定時間を操作量更新期間という）を占めるのみである。ここで、図２に示した手順を実行するプログラムは、操作量更新期間の間隔で複数個が時間差で作動している。そのため、時間差で動く各プログラムにより操作量更新期間の間隔で新たに調整装置１２，１４に対して指令値が与えられる。これにより、熱影響量の応答遅延時間以上の長さをとった予測期間分の熱影響量の予測データに基づく指令値が、予測期間よりも短い周期で調整装置１２，１４に与えられる。したがって、同図の手順を時間差で実行するプログラムの個数をＡとすると、予測期間＝操作量更新期間×Ａとすることで、指令値出力の連続性を担保しつつ指令値の重複出力が避けられる。

調整装置１２，１４に指令信号が出力されたら、起動完了条件が満たされているか否かが判定され（工程Ｓ１０６）、条件が満たされていれば図２の手順は終了し、満たされていなければスタートに手順が戻る。ここで、起動完了条件とは、蒸気タービン発電プラントが定格運転に移行したか否か（例えば燃料流量、タービン出力、発電出力等が定格に到達したいか否か等）の判定の基準となる条件であってプラント毎に規定されている。すなわち、起動完了条件が満たされるまでの間（起動運転中）は、蒸気タービン起動制御装置２１によって図２の手順が予測期間周期で実行されることになる。

以上の手順が繰り返し実行されることによって、蒸気発生装置２による発生蒸気の状態量が先行制御される。

４．目標操作量の演算手順
図４は図２の手順の工程Ｓ１０４の詳細を示すフローチャートである。

同図の手順では、まず熱影響量が閾値（設定値）未満であるかを判定する（工程Ｓ１０４ａ）。閾値は熱影響量の種類毎に異なり、対応する制限値よりも低く設定した値（例えば制限値の９０％の値）である。熱影響量が閾値未満である場合、熱媒体量及び低温流体量を増加させるように調整装置１２，１４の目標操作量を設定する（工程Ｓ１０４ｂ，Ｓ１０４ｃ）。熱影響量が閾値以上である場合、熱媒体量を減少させる一方で（工程Ｓ１０４ｄ）、低温流体量を維持する（工程Ｓ１０４ｅ）ように調整装置１２，１４の目標操作量を設定する。目標操作量は、例えば予測期間内の時系列データのピーク値と制限値（熱影響量毎の設定値）との差分を基に、設定期間後の熱影響量が制限値を超えないように設定される。工程Ｓ１０４ｂ，Ｓ１０４ｃ又は工程Ｓ１０４ｄ，Ｓ１０４ｅの手順を実行したら、工程Ｓ１０４の手順を終えて工程Ｓ１０５に移行する。工程Ｓ１０４ｂ，Ｓ１０４ｃは実行順序が逆でも良い。工程Ｓ１０４ｄ，Ｓ１０４ｅについても同様である。

５．効果
本実施の形態によれば、次のような効果が得られる。

（１）蒸気タービンの高速起動
本実施の形態によれば、蒸気発生装置２の前段の熱源装置１に対する熱媒体量及び低温流体量の少なくとも一方を制御することにより、蒸気発生装置２による蒸気の発生量及び温度を制御することができる。例えば、熱媒体調整装置１２を操作して熱媒体量を調整することで、主に蒸気温度を制御することができる。蒸気温度は、蒸気発生装置２に供給される高温流体の温度で変化するためである。また、低温流体調整装置１４を操作して低温流体量を調整することで、主に蒸気流量を制御することができる。低温流体量を調節することによって高温流体量が調整され、蒸気発生装置２における蒸気発生量が変化するためである。

このように、熱応力や熱伸び差等の熱影響量と密接に関連する物理量である蒸気の流量及び温度の双方が調整できるので、蒸気タービン３の状態に応じて蒸気流量及び蒸気温度を柔軟に制御し、適正な方法で蒸気タービン３を高速起動させることができる。

また、蒸気発生量自体を増加させることができるので、蒸気発生装置で既に発生した蒸気の流量を制御弁で制御して蒸気タービンへの蒸気流量を調整する従来構成に比べて蒸気タービンの起動時間を短縮できる。従来構成では制御弁で蒸気流量を絞ることはできても蒸気流量を増加させることはできず、蒸気流量の調整幅が狭く制限されていたためである。

（２）エネルギー損失の抑制
本実施の形態では蒸気発生装置２における蒸気発生量自体を調整することができるので、運転状況に応じて柔軟に蒸気温度や蒸気発生量を制御することができる。そのため、既に発生した蒸気の余剰分をバイパス弁で捨てて蒸気流量を調整する一般構成に比べてエネルギー損失を抑制することができる。

（３）予測計算の効率及び精度の確保
熱応力等を予測して蒸気タービンへの蒸気供給量を制御弁で制御する一般的構成の場合、通常、制御弁開度に対する指令値の出力１回当たりに複数パターンの予測計算を実行している。複数パターンの予測計算の結果を選択肢とすることで制御の妥当性を上げることが目的である。しかし、複数パターンの予測計算を実行することに起因して計算負荷が膨大となり、予測計算が熱影響量の変化に遅れないように制御盤の計算容量に余裕を持たせなくてはならなかったり計算速度を上げるためのアルゴリズムの構築に高度なノウハウを要したりしていた。

それに対し、本実施の形態の場合、操作量計測器１１，１３の計測値の変化率の想定推移を１パターンに限定して予測計算に限定することにより、予測計算を高速かすることができる。その結果、プラント状態量の予測値のサンプリング周波数を高めることができ、それだけ高頻度に操作量を制御することができる。このように良好な予測精度を確保しつつも計算量を抑えることができるので、制御盤のメモリやクロック周波数等の制約が減少し、実装が容易で安定した実機の運用への高い貢献が期待できる。また、熱影響量の応答遅延時間以上の時間を予測期間に設定することにより、対象とする熱影響量の予測精度が向上する。

（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントの概略構成図である。第１の実施の形態と同様の部分については同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

同図に示したように、本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、プラント状態量の予測値の補正機能を備えている点である。具体的に説明すると、同図に示した蒸気タービン発電プラントは、蒸気発生装置２と蒸気タービン３とを接続する蒸気配管に圧力計１５及び温度計１６を備えている。そして、蒸気タービン３に供給される蒸気の圧力及び温度が圧力計１５及び温度計１６で計測され、操作量計測器１１，１３の計測値とともに予測装置２２に入力される。予測装置２２では、操作量計測器１１，１３の計測値を基に予測したプラント状態量を圧力計１５及び温度計１６の計測値を基に補正する。

例えば、プラントの運用に伴って蒸気圧力及び蒸気温度の予測値と計測値との間に一定の相関関係が生じ得る。予測値が計測値に対して一定の値又は割合だけ高く又は低く計算される等である。予測装置２２では、このような相関関係を関係式又はテーブルとして記憶領域に記憶していて、プラント状態量の予測計算（前述した手順Ａ１）の際、操作量計測器１１，１３の計測値を基にして計算した予測値を上記相関関係に従って圧力計１５及び温度計１６の計測値を基に補正する。そして、補正後のプラント状態量を基にして、手順Ａ２−Ａ４を実行して熱影響量の予測値を計算する。

その他の点に関しては、構成や制御手順を含めて第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果が得られる。加えて、補正によりプラント状態量の予測値を高精度化することで、熱影響量の予測精度も向上し、蒸気タービン３の起動制御をより適正化することができる。

なお、本実施の形態では蒸気温度及び蒸気圧力の予測値の双方を補正する場合を例示したが、いずれか一方のみを補正する場合には圧力計１５又は温度計１６は省略することができる。

（第３の実施の形態）
図６は本発明の第３の実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントの概略構成図である。説明済みの実施の形態と同様の部分については同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

本実施の形態が前に説明した各実施の形態と相違する点は、熱源装置１側の運転モードに応じた点である。具体的には、本実施の形態における目標操作量設定装置２６は、熱源装置１の負荷（ガスタービン負荷）が予め（例えばプラント運用計画時に）定めた設定負荷になった場合に調整装置１２，１４に対する指令値を一定時間保持する機能を備えている。

一般にガスタービンには、負荷を保持すべき特定の帯域が複数設定されていて、各帯域に負荷が到達する度に設定時間負荷を保持しなければならない場合がある。このような運用上の制約があるガスタービンを備える発電プラントでは、図７に示すように負荷保持と負荷変化を繰り返しながら起動していく。本実施の形態は、このような起動制御方法の制約に対応したものである。

図８は目標操作量設定装置２６による熱源装置１の制御方法の説明図である。

起動運転中、目標操作量設定装置２６は、熱源装置１の負荷を演算する。熱源負荷１は熱媒体量（熱媒体調整装置１２の計測値）等から演算できる。目標操作量設定装置２６は熱源装置１の負荷が各設定負荷に到達したか否かを常に判定していて、熱源装置１の負荷が設定負荷に到達し運用上負荷を保持しなければならない場合、図８中の左図（Ａ）に示したように負荷保持時間を設定する。例えば、熱応力の制限値から予測熱応力のピーク値を引いた差をΔσとすると、図８の左図の例では、Δσが正の値であればΔσが大きい程負荷保持時間を短く、Δσが負の値であればΔσが大きい程負荷保持時間を長く設定する。そして、予測装置２２から入力される予測値によらず現在の操作量を目標操作量として制御信号出力装置２４，２５に出力する。その後、設定時間が経過するまで目標操作量の設定を保持し、設定時間が経過したら熱源装置１の負荷の可変制御に移行する。熱源装置１の運転状態が負荷変化の場合には、目標操作量設定装置２６は上記の目標操作量の保持手順は実行せずに熱源装置１の負荷の可変制御を実行する。

熱源装置１の負荷の可変制御の実行時には、目標操作量設定装置２６は、図８中の右図（Ｂ）のように負荷変化率指令値（目標操作量）を設定して制御信号出力装置２４，２５に出力する。例えば、Δσの値が正であれば負荷変化率はΔσの大きさに応じて大きく設定され、Δσの値が負であれば負荷変化率はΔσの大きさに応じて小さく設定される。この可変制御移よって熱源装置１の負荷が別の設定値に達したら再び目標操作量を設定時間保持して可変制御に戻る。

これにより、負荷の推移について熱源装置１に運用上の制約がある場合でも、前述した各実施の形態と同様の効果が得られる。

（その他）
以上の各実施の形態では、予測装置２３で熱応力を熱影響量として計算する場合を例に挙げて説明したが、熱伸び差、又は熱雄力及び熱伸び差の双方を熱影響量として計算するようにしても良い。予測装置２２による熱伸び差の計算手順については下記手順Ｂ１−Ｂ５の通り例示できる。

・手順Ｂ１
熱応力の計算の場合と同様に設定期間後の蒸気タービン３の入口蒸気の流量、圧力、温度等を計算する。

・手順Ｂ２
手順Ｂ１の計算結果に基づいて、タービンロータとケーシングの部位毎の圧力降下を考慮してタービンロータとケーシングの部位毎の圧力、温度、熱伝達率等を計算する。

・手順Ｂ３
手順Ｂ２の計算結果を基に、伝熱計算によりタービンロータとケーシングのタービン軸方向に分割した部位毎の温度を計算する。

・手順Ｂ４
手順Ｂ３の計算結果を基にして、タービンロータとケーシングの部位毎の軸方向への熱伸び量を計算する。

・手順Ｂ５
手順Ｂ４の計算結果を基にして、例えば線膨張率を用いた材料工学則に従ってタービンロータとケーシングの設定期間後の熱伸び差を計算する。

また、コンバインドサイクル発電プラントを例に挙げたが、汽力発電プラント、太陽熱発電プラントに代表される蒸気タービンを包含する発電プラントの全てに本発明は適用可能である。プラントの起動手順は同様である。

例えば、汽力発電プラントに本発明を適用した場合、熱媒体には石炭や天然ガス、低温流体には空気や酸素、調整装置１２，１４には燃料調整弁、熱源装置１にはボイラ中の火炉、高温流体には燃焼ガス、蒸気発生装置２にはボイラ中の伝熱部（蒸気発生部）、目標操作量設定装置２３にはボイラ負荷制御装置が対応する。

太陽熱発電プラントに本発明を適用した場合、熱媒体には太陽光、熱媒体調整装置１２には集熱パネルの駆動装置、熱源装置１には集熱パネル、操作量計測器１１には集熱パネルの向きや角度の計測器、低温流体及び高温熱媒体には油や高温溶媒塩等の太陽熱エネルギーを変換して保有する媒体、低温流体調整装置１４には油流量調整弁、目標操作量設定装置２３には集目標操作量設定装置が相当する。

また、予測計算手段３２に入力された上述の蒸気圧力・蒸気温度・燃料流量を、蒸気圧力あるいは蒸気温度のみとして熱応力の予測計算を実施してもよい。

更に、プラント状態量としては、蒸気タービン３に流入する蒸気（入口蒸気）の温度、圧力及び流量の他、出口蒸気の圧力、温度及び流量等を含めることもできる。プラント状態量の情報の種類を増やすことによって熱影響量の予測精度が向上し得る。また、熱影響量の予測計算に用いる調整装置１２，１４の操作量には操作量計測器１１，１３の計測値を用いたが、調整装置１２，１４に出力する指令値を用いることも考えられる。

１ 熱源装置
２ 蒸気発生装置
３ 蒸気タービン
４ 発電機
１２ 熱媒体調整装置
１４ 低温流体調整装置
２２ 予測装置
２３ 目標操作量設定装置

Claims (6)

1. 熱媒体で低温流体を加熱して高温流体を生成する熱源装置と、
   前記熱源装置で生成した高温流体により蒸気を発生させる蒸気発生装置と、
   前記蒸気発生装置で発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンの回転動力を電力に変換する発電機と、
   前記熱源装置に対する熱媒体の供給量を調整する熱媒体調整装置と、
   前記熱源装置に対する低温流体の供給流量を調整する低温流体調整装置と、
   前記蒸気タービンの起動運転時に前記熱媒体調整装置及び前記低温流体調整装置の操作量を基に前記蒸気タービンの熱影響量を予測する予測装置と、
   前記予測装置による予測値と前記熱影響量の制限値とを基に前記熱媒体調整装置及び前記低温流体調整装置の目標操作量を設定する目標操作量設定装置と、
   前記目標操作量に応じて前記熱媒体調整装置及び前記低温流体調整装置を指令値を出力する制御信号出力装置と
   を備えたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
2. 請求項１の蒸気タービン発電プラントにおいて、前記予測装置が、設定の予測期間中の前記蒸気タービンの熱応力及び熱伸び差の少なくとも一方を前記熱影響量の予測値として演算すること特徴とする蒸気タービン発電プラント。
3. 請求項２の蒸気タービン発電プラントにおいて、前記熱源装置の制御に対する前記熱影響量の応答遅延時間に対して前記予測期間を長く設定したこと特徴とする蒸気タービン発電プラント。
4. 請求項１の蒸気タービン発電プラントにおいて、
   前記蒸気タービンに供給される蒸気の圧力及び温度の少なくとも一方を計測する計測器を備え、
   前記計測器による計測値を基にして前記熱影響量の予測値を補正する
   こと特徴とする蒸気タービン発電プラント。
5. 請求項１の蒸気タービン発電プラントにおいて、
   前記熱源装置がガスタービン、前記熱媒体が燃料、前記低温流体が空気であることを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
6. 請求項５の蒸気タービン発電プラントにおいて、
   前記目標操作量設定装置が、ガスタービン負荷が設定負荷の場合には前記熱媒体調整装置及び前記低温流体調整装置に対する指令値を設定時間保持することを特徴とする蒸気タービン発電プラント。

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