JP2015528081A - 電源周波数を維持するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、発電所の電源周波数を維持するための方法に関する。当該発電所は、高圧弁が絞られていない状態で運転され、中圧弁の絞りが、電源周波数が低下した場合に解除される。

Description

本発明は、蒸気タービンを具備する発電所の電源周波数を維持するための方法であって、蒸気タービンが、高圧タービンセクションと中圧タービンセクションとを備えており、中圧弁が、前記中圧タービンセクションの上流に配置されている、方法に関する。

発電所の実施形態としての複合サイクル発電所は、通常、ガスタービンと蒸気タービンと発電機とを含んでおり、当該発電機は、ガスタービンおよび蒸気タービンとトルク結合式に接続されている。地域エネルギー供給の分野において、このような複合サイクル発電所では、ガスタービンは、主に電源周波数を維持するために用いられる。このことは、電源周波数が上昇した場合にガスタービンの出力を低減することによって、及び電源周波数が低下した場合にガスタービンの出力を増大させることによって実現される。実質的に蒸気タービンの出力は、ボイラーの慣性に関連して遅延するが、ガスタービンの出力に追従する。これにより、蒸気タービンは、周波数の維持に積極的に貢献しない。

蒸気発電所は、通常、ボイラーと蒸気タービンと発電機とを含んでいる。このような蒸気発電所において周波数を維持するために、蒸気タービンは、生蒸気弁が絞られ且つボイラ出力が低減された状態において動作される。電源周波数が低下すると、絞りは解除され、ボイラ出力が上昇する。しかしながら、生蒸気弁を開くことによって生蒸気システム内の圧力が低下するので、低下した圧力によって、水の気化量が、当該ボイラ出力についての静的作動時における水の気化量より一時的に大きくなる。これにより、生蒸気の質量流量が増大する。タービン出力も、生蒸気の質量流量と共に一時的に増大する。生蒸気弁の開放に加えて、ボイラ出力も同時に上昇する。しかしながら、当該変化の効果は緩やかである。言い換えれば、絞りを開放することによって出力が急速に増大するが、再び急速に消退する。

急速な出力上昇のために実施可能なさらなる措置は、純粋な蒸気発電所において予熱セクションを完全に又は部分的に結合解除することである。これにより、蒸気タービンを通過する質量流量が増大するので、電気的出力が増大し、且つ、出力低下が補償される。このことは、ボイラ出力の上昇に起因する、緩やかながら持続的な出力上昇によって生じる。要するに、上述の効果のすべてを組み合わせることによって、ほとんどの場合に送電線網についての契約要求事項を満たす急速且つ持続的な出力上昇を実現することができる。

例えば太陽エネルギーや風力エネルギーのような再生可能エネルギーを供給することによって、送電線網における変動が大きくなる。このことは、複合サイクル発電所において周波数を維持するために蒸気タービンが貢献することについて、ニーズが高まっていることを意味する。一般に、低減された出力で複合サイクル発電所におけるガスタービンが動作されることは望ましくない。ガスタービン出力は、純粋な蒸気発電所におけるボイラ出力より実質的に迅速に増大するが、さらなる出力増大に対して蒸気タービンが貢献することが望ましい。さらに、蒸気発電所に設けられている予熱セクションと同様の予熱セクションが、複合サイクルプロセスには設けられていないことに留意すべきである。

現在、これらニーズは、高圧タービンセクションの上流に配設された生蒸気弁を絞ることによって、複合サイクル発電所において実現されている。しかしながら、複合サイクル発電所のガスタービンは、長期間に亘り、低減された出力で動作されるべきではない。

従って、ガスタービンは全負荷で動作され、蒸気タービンは弁を絞った状態で動作される。出力を上昇させる際に絞りが開放された場合に、蓄積された蒸気を解放することによって出力は急速に上昇するが、絞り損失に相当する出力増大のみが長期間に亘り維持されるにすぎない。この一時的な効果を超えた蒸気タービンのさらなる貢献は、現在に至るまで考慮されていなかった。

本発明の目的は、この点に対処するものであり、発電所を運転するための改善された方法を提供することである。

上記の目的は、蒸気タービンを含む発電所の電源周波数を維持するための方法であって、蒸気タービンが、高圧タービンセクションと中圧タービンセクションを含んでおり、中圧弁が、中圧タービンセクションの上流に設けられ、発電所が、高圧弁が絞られていない状態で運転される、方法によって達成される。

従って、本発明は、高圧弁を絞る代わりに中圧弁を絞るという思想に基づいている。このことは、主に二つの効果を有している。第一に、高圧タービンセクションの出力が小さくなる。低温の再加熱において圧力を高めることによって膨張が低減されるためである。第二に、中圧タービンセクションの出力が小さくなる。結果として、中圧側において絞り損失が発生するからである。

望まれる効果は、例えば複合サイクル発電所において、ガスタービンが、全負荷出力で動作される一方、蒸気タービンは、中圧弁を絞ると共に再熱器の圧力を高めた状態で動作されることである。電源周波数が低下した場合には、中圧弁の絞りが開放され、電源周波数が低下した場合には、これにより、一層大きい出力が長期間に亘り利用可能となる。

さらなる優位な発展形態については、従属請求項に記載されている。

本発明における一の効果は、蒸気タービンが出力増大に一層貢献するので、これにより、一層大きい電力を一層急速に送電線網に供給可能となることである。その結果として、給電所としての仕様を満たすことができる。さらなる効果としては、全体効率が高まることである。

基本的に、同一の方法が、負荷の低下に対しても適用可能である。このことは、周波数維持のためにも必要とされる。

本発明について、一の典型的な実施例を参照しつつ詳述する。

ｈ−ｓ線図である。

基本的に、複合サイクル発電所は、蒸気タービンとガスタービンとを備えており、一般に、発電機は、ガスタービンと蒸気タービンとの間にトルクを伝達する形式で結合されている。また、本発明は、複数の軸を有する複合サイクル発電所にも適用可能とされる。同様に、本発明は、純粋な蒸気発電所にも適用可能とされる。ガスタービンから流出した高温のガス流は、蒸気タービンのための蒸気を発生させるために、ボイラーで利用される。一般に、蒸気タービンは、高圧タービンセクションと中圧タービンセクションと低圧タービンセクションとに分割されている。最初に、生蒸気が高圧タービンセクションに流入する。高圧タービンセクションに流入した後に、蒸気は、当該蒸気を一層高い温度に加熱するための再熱器を通過して流れ、その後に中圧タービンセクションに流入する。中圧タービンセクションに流入した後に、蒸気は、低圧タービンセクションに流入し、さらには再び蒸気を水に相転移させるための凝集器に流入する。

生蒸気弁は、高圧タービンセクションの上流において生蒸気配管内に配置されており、生蒸気配管を通過する流れを制御する。また、中圧弁は、中圧タービンセクションの上流に配置されており、当該中圧弁が中圧供給配管を通じて中圧タービンセクションに至る流れを制御可能とされるように構成されている。

従って、複合サイクル発電所は、中圧弁を絞った状態で運転され、電源周波数が低下した場合には、中圧弁の絞りを開放した状態で運転される。このことが、高圧弁を絞らない状態で複合サイクル発電所の電源周波数を維持するための方法を裏付けている。ガスタービンは略全負荷出力で動作される。電源周波数が低下した際に一層大きい出力が必要とされる場合には、中圧弁の絞りが開放されるので、一層大きい出力が長期間に亘り利用可能となる。

図１は、本発明における複合サイクル発電所の対応するエンタルピーエントロピー線図を示している。線１は、従来技術に基づく複合サイクル発電所のｈ−ｓ線図のプロファイルを示している。線２は、中圧弁を絞った状態における、本発明における複合サイクル発電所のｈ−ｓ線図の変更されたプロファイルを示している。

１ 従来技術に基づく複合サイクル発電所のｈ−ｓ線図のプロファイル
２ 本発明における複合サイクル発電所のｈ−ｓ線図のプロファイル

Claims (6)

1. 蒸気タービンを具備する発電所の電源周波数を維持するための方法において、
   前記蒸気タービンが、高圧タービンセクションと中圧タービンセクションとを備えており、
   中圧弁が、前記中圧タービンセクションの上流に配置されており、
   前記発電所が、高圧弁が絞られていない状態で運転されることを特徴とする方法。
2. 前記発電所が、中圧弁が絞られた状態で運転され、
   電源周波数が低下した場合に、前記中圧弁が、絞られていないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記発電所が、複合サイクル発電所として形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ガスタービンが、実質的に全負荷出力で動作されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記発電所が、蒸気発電所として形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
6. 前記中圧タービンセクションが、再熱器ユニットに流通していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

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