JP2017125776A - プラント分析装置、プラント分析方法、およびプログラム - Google Patents

プラント分析装置、プラント分析方法、およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】オーバーファイアリング運転での運転可能時間を正確に算出する。【解決手段】状態量取得部は、タービンの温度を含む前記タービンの状態量を取得する。変数算出部は、状態量の履歴に関する履歴変数を算出する。時間算出部は、タービンの設計寿命に相当する履歴変数と、算出された履歴変数とに基づいて、タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する。【選択図】図２

Description

本発明は、プラント分析装置、プラント分析方法、およびプログラムに関する。
ガスタービンや蒸気タービンを備える火力発電プラントでは、電力需要に応じてベースロード（定格負荷，１００％負荷）での運転や部分負荷（例えば７５％負荷）での運転をしている。また、特許文献１には、ガスタービン部品の累積負荷により、オーバーファイアリング運転（重負荷運転）が可能か否かを判断してオーバーファイアリング運転を行う技術が開示されている。オーバーファイアリング運転とは、ベースロード運転の負荷（１００％負荷）より高い負荷（例えば１１０％負荷）でタービンを運転させることをいう。
特開２００３−１３７４４号公報
特許文献１に開示された技術では、ガスタービンの保守部品の累積負荷から算出される重負荷運転したときの運転保守期間が保守部品の交換時期から定められる所定期間確保できるか否かを判断することで、重負荷運転の途中で保守部品が損壊することを防止している。しかしながら、保守部品は、重負荷での運転を前提にした設計がなされていない。このため、重負荷運転を行うことで、保守部品は様々な要因により判断した期間より早く損壊してしまうことが考えられる。
本発明の目的は、タービンの状態量に基づいてオーバーファイアリング運転での運転可能時間を正確に算出することができるプラント分析装置、プラント分析方法、およびプログラムを提供することにある。
本発明の第１の態様によれば、プラント分析装置は、タービンの温度を含む前記タービンの状態量を取得する状態量取得部と、前記状態量の履歴に関する履歴変数を算出する変数算出部と、前記タービンの設計寿命に相当する履歴変数と、算出された前記履歴変数とに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する時間算出部とを備える。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係るプラント分析装置は、前記時間算出部が算出した前記運転可能時間に基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する第１判定部をさらに備える。
本発明の第３の態様によれば、第１または第２の態様に係るプラント分析装置は、前記時間算出部が、前記タービンの点検時期まで前記タービンを製品寿命に至らせないための前記運転可能時間を算出する。
本発明の第４の態様によれば、第１または第２の態様に係るプラント分析装置は、前記時間算出部が算出した前記運転可能時間に基づいて、前記タービンの点検時期を決定する点検時期決定部をさらに備える。
本発明の第５の態様によれば、第１から第４の何れかの態様に係るプラント分析装置は、前記状態量に基づいてマハラノビス距離を算出する距離算出部と、前記マハラノビス距離により前記タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する第２判定部とをさらに備える。
本発明の第６の態様によれば、第１から第５の何れかの態様に係るプラント分析装置は、売電価格が所定の閾値未満であるか否かに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する第３判定部をさらに備える。
本発明の第７の態様によれば、プラント分析方法は、タービンの温度を含む前記タービンの状態量を取得する状態量取得ステップと、前記状態量の履歴に関する履歴変数を算出する変数算出ステップと、前記タービンの設計寿命に相当する履歴変数と、算出された前記履歴変数とに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する時間算出ステップとを有する。
本発明の第８の態様によれば、プログラムは、コンピュータを、タービンの温度を含む前記タービンの状態量を取得する状態量取得部、前記状態量の履歴に関する履歴変数を算出する変数算出部、前記タービンの設計寿命に相当する履歴変数と、算出された前記履歴変数とに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する時間算出部として機能させる。
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、プラント分析装置は、タービンの温度を含む状態量に基づいて温度履歴変数を算出し、当該温度履歴変数からオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する。タービンのひずみは、温度が高いほど大きくなる。そのため、プラント分析装置は、タービンの温度履歴に基づいてタービンの寿命を管理することで、タービンの残り寿命を正確に特定することができる。したがって、プラント分析装置は、オーバーファイアリング運転での運転可能時間を正確に算出することができる。
分析対象の一例に係る発電プラントの概略構成図である。 第１の実施形態に係るプラント分析装置の構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係るプラント分析装置の収集周期ごとの動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るプラント分析装置によるオーバーファイアリング運転の可否判定動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るプラント分析装置が出力する提案情報の一例である。 第２の実施形態に係るプラント分析装置によるオーバーファイアリング運転の可否判定動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るプラント分析装置が出力する提案情報の一例である。 第３の実施形態に係るプラント分析装置の構成を示す概略ブロック図である。 第３の実施形態に係るプラント分析装置による点検時期決定動作を示すフローチャートである。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
《第１の実施形態》
以下、図面を参照しながら第１の実施形態について詳しく説明する。
図１は、分析対象の一例に係る発電プラントの概略構成図である。
プラント分析装置１は、発電プラント２が備えるタービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する。本実施形態において、プラント分析装置１の分析の対象となる発電プラント２は、図１に示すように、ガスタービンと蒸気タービンとを備えるＧＴＣＣプラントである。図１に示す発電プラント２は、ガスタービン１０と、第１発電機２０と、排熱回収ボイラー３０と、蒸気タービン４０と、第２発電機５０と、復水器６０とを備えている。ガスタービン１０は、空気Ａを圧縮し、圧縮された空気中で燃料Ｆを燃焼させることで発生する高温高圧の燃焼ガスにより駆動する。第１発電機２０は、ガスタービン１０の駆動で発電する。排熱回収ボイラー３０は、ガスタービン１０からの排気ガスの熱で蒸気Ｓを生成する。蒸気タービン４０は、排熱回収ボイラー３０からの蒸気Ｓで駆動する。第２発電機５０は、蒸気タービン４０の駆動で発電する。復水器６０は、蒸気タービン４０から排気された蒸気Ｓを冷却水Ｃにより冷却することで復水Ｗに戻す。復水器６０により戻された復水Ｗは、排熱回収ボイラー３０に供給される。なお、図１に示す発電プラント２は、分析対象の一例であって、プラント分析装置１の分析対象は、コンベンショナルプラントなどの他の火力発電プラントであっても良い。
図２は、第１の実施形態に係るプラント分析装置の構成を示す概略ブロック図である。
プラント分析装置１は、データ収集部１０１、ヒートバランス算出部１０２、弱点特定部１０３、消費寿命算出部１０４、消費寿命記憶部１０５、入力部１０６、部品寿命データベース１０７、点検時期記憶部１０８、時間算出部１０９、距離算出部１１０、売電情報取得部１１１、判定部１１２、出力部１１３を備える。
データ収集部１０１は、発電プラント２からリアルタイムにタービン等の発電プラント２の運転データを収集する。具体的には、データ収集部１０１は、タービン等に設けられたセンサから所定の収集周期（例えば、５分）ごとに、運転データを収集する。収集周期は、監視の即時性が失われない程度に短い周期である。運転データは、発電プラントが運転中であるか否かに関わらず収集される。運転データの例としては、流量、圧力、温度、振動、およびその他の状態量が挙げられる。タービンに設けられるセンサは、一般に用いられるセンサに加え、特殊計測用センサを含んでもよい。特殊計測用センサの例としては、最終段動翼で仕事をした流体のガス温度を計測するセンサおよび動翼先端と車室との隙間を計測するチップクリアランスセンサが挙げられる。データ収集部１０１は、タービンの状態量を取得する状態量収集部の一例である。
ヒートバランス算出部１０２は、データ収集部１０１が収集した運転データに基づいて、タービン等の発電プラント２のヒートバランスを算出する。ヒートバランスとは、タービン等の発電プラント２の複数の部分それぞれにおける温度、圧力、エンタルピ、流量、およびその他の状態量である。ヒートバランス算出部１０２は、運転データに基づくシミュレーションによりヒートバランスを算出する。ヒートバランス算出のためのシミュレーションの手法の例としては、ＦＥＭ（Finite Element Method）およびＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）が挙げられる。ヒートバランス算出部１０２は、タービンの状態量を取得する状態量収集部の一例である。
弱点特定部１０３は、ヒートバランス算出部１０２が算出したヒートバランスに基づいて、タービンの各パーツのうち高負荷運転時に最も高温となる部位を特定する。
消費寿命算出部１０４は、ヒートバランス算出部１０２が算出したヒートバランスに基づいて、直近の収集周期における各パーツの劣化量を示すＬＭＰ（Larson-Miller Parameter）値Ｌｃを算出する。つまり、消費寿命算出部１０４は、状態量の履歴に関する履歴変数を算出する変数算出部の一例である。ＬＭＰ値は、以下に示す式（１）により求められるパラメータである。
Figure 2017125776
Ｔｃは、パーツの熱力学温度を示す。熱力学温度は、セルシウス温度に２７３．１５を加算した値と等価である。パーツの熱力学温度は、ヒートバランス算出部１０２が算出したヒートバランスのうち弱点特定部１０３が特定した部位の温度によって特定される。ｔは、温度Ｔｃでのタービンの運転時間を示す。つまり、時間ｔは、データ収集部１０１による収集周期に等しい。Ｃは、パーツの材料により定められる定数である。例えばパーツの材料が低炭素鋼またはクロムモリブデン鋼である場合、定数Ｃは２０であってよい。また例えばパーツの材料がステンレス鋼である場合、定数Ｃは１５であってよい。
このように、ＬＭＰ値は、パーツの熱力学温度と運転時間とから特定されるパラメータである。つまり、ＬＭＰ値は、パーツに掛かる温度の履歴に関する履歴変数の一例である。ＬＭＰ値により、クリープ変形の程度の状態を表すことができる。
また消費寿命算出部１０４は、算出したＬＭＰ値Ｌｃに基づいて、以下に示す式（２）により、パーツの定格温度Ｔｓで換算したパーツの消費寿命ｔｃを算出する。
Figure 2017125776
消費寿命記憶部１０５は、消費寿命算出部１０４が算出した消費寿命ｔｃの積算値（以下、累積消費寿命Σｔｃという）を、タービンのパーツごとに記憶する。
入力部１０６は、運営者からオーバーファイアリング運転の可否判定処理の実行指示の入力を受け付ける。例えば、入力部１０６は、判定開始ボタンの押下により、実行指示の入力を受け付ける。
部品寿命データベース１０７は、タービンの各パーツの設計寿命ｔｓおよび定格温度Ｔｃを記憶する。
点検時期記憶部１０８は、予め定められたタービンの点検時期を記憶する。点検時期は、プラント分析装置１の運営者によって指定される日時である。
時間算出部１０９は、各パーツの累積消費寿命Σｔｃと、各パーツの設計寿命ｔｓと、タービンの点検時期とに基づいて、タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間ｔｏを算出する。具体的には、時間算出部１０９は、設計寿命ｔｓから累積消費寿命Σｔｃを減算することで、パーツの残寿命ｔｌを算出する。残寿命ｔｌは、定格温度ｔｃでのパーツの運転可能時間である。時間算出部１０９は、算出された残寿命ｔｌとパーツの定格温度ｔｃとに基づいて、以下に示す式（３）によりＬＭＰ値Ｌｌを算出する。そして、時間算出部１０９は、ＬＭＰ値Ｌｌとオーバーファイアリング温度Ｔｏとに基づいて、以下に示す式（４）により、点検時期まで全てのパーツを製品寿命に至らせないための運転可能時間ｔｏを算出する。
Figure 2017125776
Figure 2017125776
距離算出部１１０は、ヒートバランス算出部１０２が算出したヒートバランスに基づいてタービンのマハラノビス距離を算出する。マハラノビス距離は、特定時点のタービンの状態と正常状態との乖離の度合いを示す。具体的には、距離算出部１１０は、過去にタービンから取得された複数の状態量によって構成される単位空間に、ヒートバランス算出部１０２が算出したヒートバランスを射影することで、マハラノビス距離を算出する。単位空間とは、マハラノビス距離の算出の基準とするデータ群のことである。また、マハラノビス距離は、単位空間における状態量の分散や相関に応じて重み付けがなされた距離であり、単位空間におけるデータ群との類似度が低いほど大きい値となる。
売電情報取得部１１１は、現在の売電価格を示す売電情報を取得する。売電情報取得部１１１は、インターネットを介して外部サーバから売電情報を取得してもよいし、運営者によって売電情報が入力されてもよい。
判定部１１２は、時間算出部１０９が算出した運転可能時間、距離算出部１１０が算出したマハラノビス距離、および売電情報取得部１１１が取得した売電情報のそれぞれに基づいて、タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する。判定部１１２は、運転可能時間が所定時間未満である場合に、オーバーファイアリング運転をすべきでないと判定する。また、判定部１１２は、マハラノビス距離が所定距離を超える場合に、オーバーファイアリング運転をすべきでないと判定する。さらに、判定部１１２は、売電情報が示す売電価格が所定価格未満である場合に、オーバーファイアリング運転をすべきでないと判定する。
出力部１１３は、判定部１１２による判定結果を示す提案情報を出力する。提案情報の出力形式の例としては、ディスプレイへの表示、記憶媒体への記録、およびシートへの印刷が挙げられる。提案情報の例としては、運転可能時間に基づくオーバーファイアリング運転の可否、マハラノビス距離に基づくオーバーファイアリング運転の可否、および売電価格に基づくオーバーファイアリング運転の可否が記載されたリストが挙げられる。
ここで、本実施形態に係るプラント分析装置の動作について説明する。
図３は、第１の実施形態に係るプラント分析装置の収集周期ごとの動作を示すフローチャートである。
プラント分析装置１は、収集周期ごとに、以下に示す処理を実行する。
まずデータ収集部１０１は、タービン等の発電プラント２に設けられたセンサからタービンの運転データを収集する（ステップＳ１）。ヒートバランス算出部１０２は、収集された運転データを入力としてタービン等の発電プラント２のヒートバランスを算出する（ステップＳ２）。
次に、プラント分析装置１は、タービンのパーツを１つずつ選択し、選択されたパーツについて、それぞれ以下に示すステップＳ４からステップＳ６の処理を実行する（ステップＳ３）。
まず、弱点特定部１０３は、ヒートバランス算出部１０２の現在の演算結果および過去の演算結果の少なくとも一方に基づいて、選択されたパーツのうち、オーバーファイアリング運転時に最も高温となる部位を特定する（ステップＳ４）。
次に、消費寿命算出部１０４は、ヒートバランス算出部１０２が算出したヒートバランスのうち、弱点特定部１０３が特定した部位に係る温度Ｔを用いて、選択されたパーツの直近の収集周期ｔの間における温度履歴を示す消費寿命を算出する（ステップＳ５）。つまり、消費寿命算出部１０４は、上述した式（１）および式（２）により消費寿命を算出する。そして、消費寿命算出部１０４は、消費寿命記憶部１０５が記憶する選択されたパーツに関連付けられた累積消費寿命に、算出した消費寿命を加算する（ステップＳ６）。これにより、消費寿命算出部１０４は、消費寿命記憶部１０５が記憶する累積消費寿命を更新する。
プラント分析装置１は、上記ステップＳ１からステップＳ６の処理を収集周期ごとに実行することで、消費寿命記憶部１０５が記憶する累積消費寿命を最新の状態に保つことができる。
ここで、本実施形態に係るプラント分析装置１によるオーバーファイアリング運転の可否判定動作について説明する。
図４は、第１の実施形態に係るプラント分析装置によるオーバーファイアリング運転の可否判定動作を示すフローチャートである。
運営者がプラント分析装置１にオーバーファイアリング運転の可否判定処理の実行指示を入力すると、入力部１０６は、実行指示の入力を受け付ける（ステップＳ１０１）。時間算出部１０９は、タービンのパーツを１つずつ選択し、選択されたパーツについて、それぞれ以下に示すステップＳ１０３からステップＳ１０４の処理を実行する（ステップＳ１０２）。
まず、時間算出部１０９は、部品寿命データベース１０７が記憶する選択されたパーツに関連付けられた製品寿命から、消費寿命記憶部１０５が記憶する選択されたパーツに関連付けられた累積消費寿命を減算することで、選択されたパーツの残寿命を算出する（ステップＳ１０３）。次に、時間算出部１０９は、算出された残寿命と点検時期記憶部１０８が記憶する点検時期とに基づいて、現在時刻から点検時期までの間に選択されたパーツが設計寿命に至らないように、最大のオーバーファイアリング運転時間を算出する（ステップＳ１０４）。つまり、時間算出部１０９は、上述した式（３）および式（４）により、オーバーファイアリング運転時間を算出する。
時間算出部１０９は、全てのパーツについてステップＳ１０３からステップＳ１０４の処理を実行すると、算出された各パーツのオーバーファイアリング運転時間のうち、最も短いものを、点検時期までタービンを製品寿命に至らせないための運転可能時間として特定する（ステップＳ１０５）。
距離算出部１１０は、ヒートバランス算出部１０２が算出した直近のヒートバランスに基づいて、マハラノビス距離を算出する（ステップＳ１０６）。また、売電情報取得部１１１は、売電価格に関する売電情報を取得する（ステップＳ１０７）。
判定部１１２は、時間算出部１０９が算出した運転可能時間に基づいて、タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する（ステップＳ１０８）。具体的には、判定部１１２は、時間算出部１０９が算出した運転可能時間が所定時間（例えば、１時間）未満である場合に、オーバーファイアリング運転をすべきでないと判定する。次に、判定部１１２は、距離算出部１１０が算出したマハラノビス距離に基づいて、タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する（ステップＳ１０９）。具体的には、判定部１１２は、マハラノビス距離が所定距離（例えば、２）を超える場合に、オーバーファイアリング運転をすべきでないと判定する。判定部１１２は、売電情報取得部１１１が取得した売電情報に基づいて、タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する（ステップＳ１１０）。具体的には、判定部１１２は、売電情報が示す売電価格が所定価格（例えば、年間の平均売電価格）未満である場合に、オーバーファイアリング運転をすべきでないと判定する。
出力部１１３は、判定部１１２によるステップＳ１０８からステップＳ１１０の判定結果に基づいて、それぞれの判定結果を示す提案情報を生成する（ステップＳ１１１）。出力部１１３は、生成した提案情報を出力する（ステップＳ１１２）。
図５は、第１の実施形態に係るプラント分析装置が出力する提案情報の一例である。
図５に示すように、出力部１１３は、提案情報としては、運転可能時間に基づくオーバーファイアリング運転の可否、マハラノビス距離に基づくオーバーファイアリング運転の可否、および売電価格に基づくオーバーファイアリング運転の可否が記載されたリストを出力する。これにより、運営者は、提案情報を参照し、タービンをオーバーファイアリング運転させるか否かを判断することができる。なお、運営者は、提案情報において、一部の条件がオーバーファイアリング運転をすべきでないことを示す場合であっても、タービンをオーバーファイアリング運転させてよい。
このように、本実施形態によれば、プラント分析装置１は、タービンの設計寿命とタービンに掛かる温度履歴を示すＬＭＰ値とに基づいて、タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する。タービンのひずみは、温度が高いほど大きくなる。そのため、プラント分析装置１は、タービンの温度履歴に基づいてタービンの寿命を管理することで、タービンの残り寿命を正確に特定することができる。したがって、本実施形態に係るプラント分析装置１は、オーバーファイアリング運転での運転可能時間を正確に算出することができる。
また、本実施形態によれば、プラント分析装置１は、運転可能時間に基づいてタービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する。これにより、発電プラント２の運営者は、タービンをオーバーファイアリングすべきか否かを容易に判断することができる。なお、本実施形態に係るプラント分析装置１は、オーバーファイアリング運転の可否を提案情報として出力するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係るプラント分析装置１は、判定部１１２による判定結果に従ってタービンの運転を自動制御してもよい。また、他の実施形態に係るプラント分析装置１は、タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定せず、運転可能時間を出力するものであってもよい。
他の実施形態においては、プラント分析装置１は、ＬＭＰ値を用いずに運転可能時間を算出してもよい。例えば、他の実施形態に係るプラント分析装置１は、ＬＭＰ値以外の温度履歴変数に基づいて運転可能時間を算出してもよい。
また、本実施形態によれば、プラント分析装置１は、タービンの点検時期までタービンを製品寿命に至らせないための運転可能時間を算出する。これにより、当該運転可能時間に従ってタービンをオーバーファイアリング運転させた場合に、次回の点検時期に、ちょうど設計寿命に至ったパーツを交換することができる。つまり、当該運転可能時間に従ってタービンをオーバーファイアリング運転させることで、次回の点検時期の前にタービンを運転できなくなる可能性を低減することができる。
また、本実施形態によれば、プラント分析装置１は、タービンの状態量に基づいて算出されたマハラノビス距離によりタービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する。タービンのオーバーファイアリングは、ベースロード運転より高い負荷での運転であるため、パーツにクリープ以外の劣化が生じる可能性がある。そのため、プラント分析装置１がマハラノビス距離によりタービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定することで、オーバーファイアリングにより異常が生じるか否かを予測することができる。また、ベースロード運転を継続する分には問題がないが、オーバーファイアリング運転に切り替えると異常が生じ得る状態を予測するために、マハラノビス距離の判定に用いる閾値は、タービンの通常の障害の検出のために用いられる閾値より低い値であってよい。他方、他の実施形態に係るプラント分析装置１は、必ずしもマハラノビス距離に基づくオーバーファイアリング運転の可否の判定を行わなくてもよい。
また、本実施形態によれば、プラント分析装置１は、売電価格が所定の閾値未満である否かに基づいて、タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する。つまり、プラント分析装置１は、売電価格が比較的高いときにオーバーファイアリング運転ができると判定する。これにより、運営者は、オーバーファイアリング運転が収益に見合っているときに、タービンをオーバーファイアリング運転させることができる。他方、他の実施形態に係るプラント分析装置１は、必ずしも売電価格に基づくオーバーファイアリング運転の可否の判定を行わなくてもよい。
また、本実施形態によれば、プラント分析装置１は、マハラノビス距離および売電価格の少なくとも一方と運転可能時間とを含む基準に基づいてオーバーファイアリング運転の可否を判定する。これにより、運転可能時間のみに基づいてオーバーファイアリング運転の可否を判定する場合と比較し、より適切にオーバーファイアリング運転の可否を判定することができる。
《第２の実施形態》
以下、図面を参照しながら第２の実施形態について詳しく説明する。
第１の実施形態に係るプラント分析装置１は、現在時刻の売電価格に基づいて、オーバーファイアリング運転すべきか否かを判定する。これに対し、第２の実施形態に係るプラント分析装置１は、日ごとの売電価格示す売電価格スケジュールに基づいて、点検時期までの運転スケジュールを出力する。第２の実施形態に係るプラント分析装置１は、第１の実施形態に係るプラント分析装置１と判定部１１２の処理が異なる。
ここで、本実施形態に係るプラント分析装置１によるオーバーファイアリング運転の可否判定動作について説明する。なお、本実施形態に係る収集周期ごとの動作は、第１の実施形態と同様である。
図６は、第２の実施形態に係るプラント分析装置によるオーバーファイアリング運転の可否判定動作を示すフローチャートである。
運営者がプラント分析装置１にオーバーファイアリング運転の可否判定処理の実行指示を入力すると、入力部１０６は、実行指示の入力を受け付ける（ステップＳ２０１）。次に、時間算出部１０９は、タービンのパーツを１つずつ選択し、選択されたパーツについて、それぞれ以下に示すステップＳ２０３からステップＳ２０４の処理を実行する（ステップＳ２０２）。
まず、時間算出部１０９は、部品寿命データベース１０７に記憶する選択されたパーツの製品寿命から、消費寿命記憶部１０５に記憶する選択されたパーツの累積消費寿命を減算することで、選択されたパーツの残寿命を算出する（ステップＳ２０３）。次に、時間算出部１０９は、算出された残寿命と点検時期記憶部１０８が記憶する点検時期とに基づいて、現在時刻から点検時期までの間に選択されたパーツが設計寿命に至らないように、最大のオーバーファイアリング運転時間を算出する（ステップＳ２０４）。
時間算出部１０９は、全てのパーツについてステップＳ２０３からステップＳ２０４の処理を実行すると、算出された各パーツのオーバーファイアリング運転時間のうち、最も短いものを、点検時期までタービンを製品寿命に至らせないための運転可能時間として特定する（ステップＳ２０５）。
次に、距離算出部１１０は、ヒートバランス算出部１０２が算出した直近のヒートバランスに基づいて、マハラノビス距離を算出する（ステップＳ２０６）。また、売電情報取得部１１１は、売電情報として、日ごとの売電価格の推移を示す売電価格スケジュールを取得する（ステップＳ２０７）。
判定部１１２は、距離算出部１１０が算出したマハラノビス距離に基づいて、タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する（ステップＳ２０８）。具体的には、判定部１１２は、マハラノビス距離が所定距離（例えば、２）を超える場合に、オーバーファイアリング運転をすべきでないと判定する。
判定部１１２は、マハラノビス距離に基づく判定においてオーバーファイアリング運転ができると判定した場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、時間算出部１０９が算出した運転可能時間を１日あたりの運転継続時間で除算し、オーバーファイアリング運転ができる日数である運転可能日数を算出する（ステップＳ２０９）。次に、判定部１１２は、売電情報取得部１１１が取得した売電価格スケジュールに基づいて、現在から点検時期までの日の中から、売電価格が高い順に運転可能日数分の日を特定する（ステップＳ２１０）。そして、判定部１１２は、特定した日を、オーバーファイアリング運転ができる日であると判定する（ステップＳ２１１）。また、判定部１１２は、残りの日を、オーバーファイアリング運転をすべきでない日であると判定する（ステップＳ２１２）。つまり、判定部１１２は、時間算出部１０９が算出した運転可能時間と売電情報取得部１１１が取得した売電価格スケジュールとに基づいて、現在から点検時期までの各日について、オーバーファイアリング運転の可否を判定する。
他方、判定部１１２は、マハラノビス距離に基づく判定においてオーバーファイアリング運転をすべきでないと判定した場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、現在から点検時期までの各日を、オーバーファイアリングを運転すべきでない日であると判定する（ステップＳ２１３）。
出力部１１３は、判定部１１２によるステップＳ２１１およびステップＳ２１２の判定結果、またはステップＳ２１３の判定結果に基づいて、運転スケジュールを示す提案情報を生成する（ステップＳ２１４）。つまり、運転スケジュールは、オーバーファイアリング運転ができる日と判定された日について、オーバーファイアリング運転を提案する。運転スケジュールは、オーバーファイアリング運転をすべきでない日と判定された日について、ベースロード運転を提案する。出力部１１３は、生成した提案情報を出力する（ステップＳ２１５）。
図７は、第２の実施形態に係るプラント分析装置が出力する提案情報の一例である。
図７に示すように、出力部１１３は、提案情報として、現在から点検時期までの運転スケジュールを出力する。図７に示す提案情報は、６日、１３日、２０日、２４日、２５日、および２７日について、オーバーファイアリング運転を提案し（図７における「ＯＦ（Over Firing)」）、残りの日について、ベースロード運転を提案している（図７における「ＢＬ（Base Load）」。これにより、運営者は、提案情報を参照し、タービンをオーバーファイアリング運転させるか否かを判断することができる。なお、運営者は、提案情報において、ある日についてオーバーファイアリング運転が提案されていない場合であっても、タービンをオーバーファイアリング運転させてよい。
このように、本実施形態によれば、プラント分析装置１は、オーバーファイアリング運転での運転可能時間と売電価格スケジュールとに基づいて、現在から点検時期までの各日について、オーバーファイアリング運転の可否を判定する。これによりプラント分析装置１は、収益が最も高くなるような運転スケジュールを生成することができる。
《第３の実施形態》
以下、図面を参照しながら第３の実施形態について詳しく説明する。
第３の実施形態に係るプラント分析装置１は、タービンがオーバーファイアリング運転を継続する場合に、当該タービンの点検時期を決定する。つまり、第１の実施形態に係るタービンの点検時期は、点検時期記憶部１０８に記憶された時期である。これに対し、第３の実施形態に係るタービンの点検時期は、プラント分析装置１によって決定される時期である。
図８は、第３の実施形態に係るプラント分析装置の構成を示す概略ブロック図である。
第３の実施形態に係るプラント分析装置１は、第１の実施形態の構成に加え、点検時期決定部１１４をさらに備える。点検時期決定部１１４は、時間算出部１０９が算出した運転可能時間に基づいて、タービンの点検時期を決定する。他方、第３の実施形態に係るプラント分析装置１は、第１の実施形態の構成のうち、点検時期記憶部１０８および売電情報取得部１１１を備えない。また、第３の実施形態に係るプラント分析装置１は、時間算出部１０９および出力部１１３の動作が第１の実施形態と異なる。
ここで、本実施形態に係るプラント分析装置による点検時期の決定動作について説明する。なお、本実施形態に係る収集周期ごとの動作は、第１の実施形態と同様である。
図９は、第３の実施形態に係るプラント分析装置による点検時期の決定動作を示すフローチャートである。
運営者がプラント分析装置１に点検時期決定処理の実行指示を入力すると、入力部１０６は、実行指示の入力を受け付ける（ステップＳ３０１）。次に、時間算出部１０９は、タービンのパーツを１つずつ選択し、選択されたパーツについて、それぞれ以下に示すステップＳ３０３からステップＳ３０５の処理を実行する（ステップＳ３０２）。
まず、時間算出部１０９は、部品寿命データベース１０７に記憶する選択されたパーツの製品寿命から、消費寿命記憶部１０５に記憶する選択されたパーツの累積消費寿命を減算することで、選択されたパーツの残寿命を算出する（ステップＳ３０３）。次に、時間算出部１０９は、算出された残寿命に基づいて、現在時刻からオーバーファイアリング運転を継続して行う場合に、選択されたパーツが設計寿命に至るまでの時間であるオーバーファイアリング運転時間を算出する（ステップＳ３０４）。また、時間算出部１０９は、算出された残寿命に基づいて、現在時刻からベースロード運転を継続して行う場合に、選択されたパーツが設計寿命に至るまでの時間であるベースロード運転時間を算出する（ステップＳ３０５）。
時間算出部１０９は、全てのパーツについてステップＳ３０３からステップＳ３０５の処理を実行すると、算出された各パーツのオーバーファイアリング運転時間のうち、最も短いものを、タービンが製品寿命に至るまでのオーバーファイアリング運転可能時間として特定する（ステップＳ３０６）。また、時間算出部１０９は、算出された各パーツのベースロード運転時間のうち、最も短いものを、タービンが製品寿命に至るまでのベースロード運転可能時間として特定する（ステップＳ３０７）。
距離算出部１１０は、ヒートバランス算出部１０２が算出した直近のヒートバランスに基づいて、マハラノビス距離を算出する（ステップＳ３０８）。次に、判定部１１２は、距離算出部１１０が算出したマハラノビス距離に基づいて、タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する（ステップＳ３０９）。具体的には、判定部１１２は、マハラノビス距離が所定距離（例えば、２）を超える場合に、オーバーファイアリング運転をすべきでないと判定する。
判定部１１２がマハラノビス距離に基づく判定においてオーバーファイアリング運転ができると判定した場合（ステップＳ３０９：ＹＥＳ）、点検時期決定部１１４は、現在時刻からオーバーファイアリング運転可能時間が経過したときの日付を、点検時期に決定する（ステップＳ３１０）。他方、判定部１１２が、マハラノビス距離に基づく判定においてオーバーファイアリング運転をすべきでないと判定した場合（ステップＳ３０７：ＮＯ）、点検時期決定部１１４は、現在時刻からベースロード運転可能時間が経過したときの日付を、点検時期に決定する（ステップＳ３１１）。
出力部１１３は、判定部１１２による判定結果と、点検時期決定部１１４が決定した点検時期とを示す提案情報を生成する（ステップＳ３１２）。つまり、提案情報は、オーバーファイアリング運転の可否と、次回の点検時期とを提案する。次に、出力部１１３は、生成した提案情報を出力する（ステップＳ３１３）。
このように、本実施形態によれば、プラント分析装置１は、オーバーファイアリング運転可能時間に基づいて点検時期を決定する。これにより、プラント分析装置１は、タービンを常にオーバーファイアリングにより稼働する場合にも、適切な時期に点検時期を設定することができる。また、本実施形態によれば、プラント分析装置１は、マハラノビス距離に基づいてオーバーファイアリングをすべきでないと判定した場合、ベースロード運転可能時間に基づいて点検時期を決定する。これにより、プラント分析装置１は、オーバーファイアリング運転により異常が生じ得ると判断される場合に、ベースロード運転を提案し、かつベースロード運転に適切な時期に点検時期を設定することができる。
以上、図面を参照していくつかの実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、弱点特定部１０３が、オーバーファイアリング運転時に最も高温となる部位を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、オーバーファイアリング運転時に最も高温となる部位が、タービンの設計者などによって予め特定されていてもよい。また、他の実施形態に係る消費寿命算出部１０４は、オーバーファイアリング運転時に最も高温となる部位の温度ではなく、パーツの平均温度などの他の温度に基づいてＬＭＰ値を算出しても良い。
また、上述した実施形態では、プラント分析装置１が温度履歴変数としてＬＭＰ値を用いることで、クリープ変形によりパーツが寿命に至るか否かを判定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、他の温度履歴変数を用いても良い。例えば、他の実施形態に係るプラント分析装置１は、温度とサイクル数との関係を示す温度履歴変数を用いることで、低サイクル疲労によりパーツが寿命に至るか否かを判定してもよい。また、他の実施形態に係るプラント分析装置１は、複数の温度履歴変数を用いて、クリープ変形および低サイクル疲労など、複数の劣化事由に基づいてパーツが寿命に至るか否かを判定してもよい。
また、上述した実施形態では、プラント分析装置１がタービンを構成する各パーツについてのオーバーファイアリング運転時間に基づいて、タービン全体のオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係るプラント分析装置１は、パーツごとのオーバーファイアリング運転時間の算出を行わずに、タービン全体の設計寿命に基づいて直接的にタービン全体のオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出してもよい。
また、上述した実施形態では、弱点特定部１０３、消費寿命算出部１０４、および距離算出部１１０が、ヒートバランス算出部１０２が算出したヒートバランスに基づいて計算を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、弱点特定部１０３、消費寿命算出部１０４、および距離算出部１１０の少なくとも１つが、データ収集部１０１が収集した運転データに基づいて計算を行ってもよい。
特に、他の実施形態において、弱点特定部１０３、消費寿命算出部１０４、および距離算出部１１０のいずれもが、データ収集部１０１が収集した運転データに基づいて計算を行う場合、プラント分析装置１は、ヒートバランス算出部１０２を算出しなくてもよい。
図１０は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、インタフェース９０４を備える。
上述のプラント分析装置１は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵは、プログラムに従って、点検時期記憶部１０８および消費寿命記憶部１０５に対応する記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、部品寿命データベース１０７に対応する記憶領域を補助記憶装置９０３に確保する。
なお、少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置９０３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース９０４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行しても良い。
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置９０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
１ プラント分析装置
１０１ データ収集部
１０２ ヒートバランス算出部
１０３ 弱点特定部
１０４ 消費寿命算出部
１０５ 消費寿命記憶部
１０６ 入力部
１０７ 部品寿命データベース
１０８ 点検時期記憶部
１０９ 時間算出部
１１０ 距離算出部
１１１ 売電情報取得部
１１２ 判定部
１１３ 出力部
１１４ 点検時期決定部
９００ コンピュータ
９０１ ＣＰＵ
９０２ 主記憶装置
９０３ 補助記憶装置
９０４ インタフェース
本発明の第１の態様によれば、プラント分析装置は、タービンの温度を含む前記タービンの状態量を取得する状態量取得部と、所定周期ごとに前記状態量の履歴に関する履歴変数を算出する変数算出部と、前記履歴変数を所定温度における消費寿命に換算し、当該消費寿命を積算して累積消費寿命を算出する消費寿命算出部と、前記タービンの設計寿命と前記累積消費寿命とに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する時間算出部とを備える。
本発明の第７の態様によれば、プラント分析方法は、タービンの温度を含む前記タービンの状態量を取得する状態量取得ステップと、所定周期ごとに前記状態量の履歴に関する履歴変数を算出する変数算出ステップと、前記履歴変数を所定温度における消費寿命に換算し、当該消費寿命を積算して累積消費寿命を算出する累積寿命算出ステップと、前記タービンの設計寿命と前記累積消費寿命とに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する時間算出ステップとを有する。
本発明の第８の態様によれば、プログラムは、コンピュータを、タービンの温度を含む前記タービンの状態量を取得する状態量取得部、所定周期ごとに前記状態量の履歴に関する履歴変数を算出する変数算出部、前記履歴変数を所定温度における消費寿命に換算し、当該消費寿命を積算して累積消費寿命を算出する消費寿命算出部、前記タービンの設計寿命と前記累積消費寿命とに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する時間算出部として機能させる。

Claims (8)

  1. タービンの温度を含む前記タービンの状態量を取得する状態量取得部と、
    前記状態量の履歴に関する履歴変数を算出する変数算出部と、
    前記タービンの設計寿命に相当する履歴変数と、算出された前記履歴変数とに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する時間算出部と
    を備えるプラント分析装置。
  2. 前記時間算出部が算出した前記運転可能時間に基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する第１判定部をさらに備える
    請求項１に記載のプラント分析装置。
  3. 前記時間算出部が、前記タービンの点検時期まで前記タービンを製品寿命に至らせないための前記運転可能時間を算出する
    請求項１または請求項２に記載のプラント分析装置。
  4. 前記時間算出部が算出した前記運転可能時間に基づいて、前記タービンの点検時期を決定する点検時期決定部をさらに備える
    請求項１または請求項２に記載のプラント分析装置。
  5. 前記状態量に基づいてマハラノビス距離を算出する距離算出部と、
    前記マハラノビス距離により前記タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する第２判定部と
    をさらに備える請求項１から請求項４の何れか１項に記載のプラント分析装置。
  6. 売電価格が所定の閾値未満であるか否かに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転の可否を判定する第３判定部をさらに備える
    請求項１から請求項５の何れか１項に記載のプラント分析装置。
  7. タービンの温度を含む前記タービンの状態量を取得する状態量取得ステップと、
    前記状態量の履歴に関する履歴変数を算出する変数算出ステップと、
    前記タービンの設計寿命に相当する履歴変数と、算出された前記履歴変数とに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する時間算出ステップと
    を有するプラント分析方法。
  8. コンピュータを、
    タービンの温度を含む前記タービンの状態量を取得する状態量取得部、
    前記状態量の履歴に関する履歴変数を算出する変数算出部、
    前記タービンの設計寿命に相当する履歴変数と、算出された前記履歴変数とに基づいて、前記タービンのオーバーファイアリング運転での運転可能時間を算出する時間算出部
    として機能させるためのプログラム。
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