JP2021117880A - プラント機器評価システム、プラント機器評価方法、およびプラント機器評価プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】発電プラント内の機器の特性を適切に評価することが可能なプラント機器評価システムを提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、プラント機器評価システムは、発電プラント内の複数の機器に関するデータを記憶する記憶部を備える。前記システムはさらに、前記記憶部内に記憶されたデータに基づいて、前記複数の機器のうちの１台以上の機器に関するグラフを表示するためのデータを算出する算出部を備える。前記システムはさらに、前記算出部により算出されたデータに基づいて、電気出力を第１軸とし、蒸気供給量を第２軸とする前記グラフ上に、前記１台以上の機器の運転範囲を表示する表示部を備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、プラント機器評価システム、プラント機器評価方法、およびプラント機器評価プログラムに関する。

発電プラントに関する情報処理を行うシステムとして、発電プラントの運転を制御するプラント運転制御システムや、発電プラントの運転計画を策定するプラント運転計画策定システムが知られている。プラント運転計画策定システムは例えば、発電プラントの運転を安定に保ったまま、発電プラントを最も効率よく運転するための運転計画を策定する。また、プラント運転制御システムは例えば、発電プラントの運転コストが最小になるように、発電プラントの運転を制御する。

特許第５０１７０１９号公報

火力原子力発電必携 改訂第７版 第２４６頁

例えば、発電プラントの最適化モデルや発電プラントに関する入力データに基づいて、発電プラントの運転コストを最小化する最適運転点を計算し、最適運転点に基づいて発電プラントを自動制御するプラント運転制御システムが知られている。このシステムによれば、発電プラントの運転を最適化することが可能となる。

このシステムでは、上記の入力データに対しては最適化の妥当性が担保されるが、発電プラントの運転条件が上記の入力データから変化すると、ケーススタディを繰り返すことでしか最適化の妥当性を確認できない。そのため、ケーススタディを事前に実施しておかなければ、発電プラントの運転をリアルタイムに最適化することが難しくなってしまう。また、このシステムでは、入力データを大量かつ容易に収集できるようになると、最適化の妥当性を判断することが難しくなってしまう。

このように、発電プラントに関する情報処理を行うシステムでは、情報処理の結果の妥当性をどのように担保するかや、情報処理の結果の妥当性をどのように判断するかが問題となる。例えば、発電プラント内の機器の特性を評価するためのプラント機器評価システムでは、どのようにして機器の特性を適切に評価できるようにするかが問題となる。

そこで、本発明の実施形態は、発電プラント内の機器の特性を適切に評価することが可能なプラント機器評価システム、プラント機器評価方法、およびプラント機器評価プログラムを提供することを課題とする。

一の実施形態によれば、プラント機器評価システムは、発電プラント内の複数の機器に関するデータを記憶する記憶部を備える。前記システムはさらに、前記記憶部内に記憶されたデータに基づいて、前記複数の機器のうちの１台以上の機器に関するグラフを表示するためのデータを算出する算出部を備える。前記システムはさらに、前記算出部により算出されたデータに基づいて、電気出力を第１軸とし、蒸気供給量を第２軸とする前記グラフ上に、前記１台以上の機器の運転範囲を表示する表示部を備える。

第１実施形態の発電プラントの構成を示す模式図である。 第１実施形態のプラント機器評価システムの構成を示すブロック図である。 第１実施形態のプラント機器評価システムの表示画面の例を示す図である。 無抽気の背圧タービンの運転範囲を示すグラフである。 １抽気の復水タービンの運転範囲を示すグラフである。 バイパス弁の運転範囲を示すグラフである。 ガスエンジンの運転範囲を示すグラフである。 背圧タービンおよびバイパス弁の運転範囲を示すグラフである。 復水タービンおよびガスエンジンの運転範囲を示すグラフである。 復水タービンおよびガスエンジンの運転範囲を示す別のグラフである。 復水タービンおよびガスエンジンの運転範囲を示す別のグラフである。 背圧タービンの運転範囲を示す別のグラフである。 背圧タービン、復水タービン、およびガスエンジンの運転範囲を示すグラフである。 背圧タービン、復水タービン、およびガスエンジンの運転範囲を示す別のグラフである。 背圧タービン、復水タービン、およびガスエンジンの運転範囲を示す別のグラフである。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１から図１５において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の発電プラントの構成を示す模式図である。図１の発電プラントは、例えば自家用発電プラントである。

図１の発電プラントは、ボイラ（Ｂ）１と、ガスエンジン（ＧＥ）２と、背圧タービン３と、背圧タービン３用の発電機４と、復水タービン５と、復水タービン５用の発電機６と、復水器７と、背圧タービン３用の主蒸気弁１１と、復水タービン５用の主蒸気弁１２と、背気弁１３と、抽気弁１４と、バイパス弁１５とを備えている。復水タービン５は、前段タービン５ａと、後段タービン５ｂとを備えている。ボイラ１、背圧タービン３、発電機４、復水タービン５、発電機６、および復水器７は、蒸気を用いて発電を行う蒸気発電部の例であり、ガスエンジン２は、ガスを用いて発電を行うガス発電部の例である。

ボイラ１は、燃料を燃焼させて発生した熱により水を加熱して、蒸気を発生させる。ボイラ１から排出された蒸気は、高圧ヘッダに供給されると共に、主蒸気弁１１を介して背圧タービン３に、主蒸気弁１２を介して復水タービン５に導入される。

ガスエンジン２は、天然ガスを燃焼させることで発電を行う。ガスエンジン２から出力された電気（電力）は、例えば発電プラントの電力需要者に供給される。電力需要者の例は、電気を使用する工場である。この電力需要者は、図１の発電プラント以外の設備から供給される電力を購入してもよい（買電）。

背圧タービン３は、主蒸気弁１１を介して高圧ヘッダに接続された給気箇所と、背気弁１３を介して低圧ヘッダに接続された排気箇所とを備えている。背圧タービン３は、ボイラ１により生成された蒸気をその給気箇所から導入し、この蒸気により駆動され、背圧タービン３に接続された発電機４を駆動させる。その結果、発電機４が発電を行う。

発電機４から出力された電気は、例えば上記の電力需要者に供給される。一方、背圧タービン３を通過した蒸気は、その排気箇所から背気弁１３を介して低圧ヘッダへと排出される。低圧ヘッダの蒸気は、例えば発電プラントの蒸気需要者に供給される。蒸気需要者の例は、蒸気を使用する上述の工場である。

復水タービン５は、前段タービン５ａと後段タービン５ｂとを備えている。前段タービン５ａは、主蒸気弁１２を介して高圧ヘッダに接続された給気箇所と、抽気弁１４を介して低圧ヘッダに接続された排気箇所とを備えている。後段タービン５ｂは、前段タービン５ａの排気箇所に接続された給気箇所と、復水器７に接続された排気箇所とを備えている。前段タービン５ａは、ボイラ１により生成された蒸気をその給気箇所から導入し、この蒸気により駆動され、前段タービン５ａに接続された発電機５を駆動させる。後段タービン５ｂは、ボイラ１により生成された蒸気を前段タービン５ａを介してその給気箇所から導入し、この蒸気により駆動され、後段タービン５ｂに接続された発電機５を駆動させる。その結果、発電機６が発電を行う。

発電機６から出力された電気は、例えば上記の電力需要者に供給される。一方、前段タービン５ａを通過した蒸気は、その排気箇所から抽気弁１４を介して低圧ヘッダへと排出されるか、その排出箇所から後段タービン５ｂの給気箇所へと排出される。また、後段タービン５ｂを通過した蒸気は、その排気箇所から復水器７へと排出される。復水器７は、後段タービン５ｂから排出された蒸気を冷却して水に戻す。なお、上記の蒸気需要者は、背圧タービン３からの蒸気と前段タービン５ａからの蒸気とを、低圧ヘッダから供給される。

主蒸気弁１１は、高圧ヘッダと背圧タービン３の給気箇所との間に設けられている。主蒸気弁１２は、高圧ヘッダと前段タービン５ａの給気箇所との間に設けられている。背気弁１３は、背圧タービン３の排気箇所と低圧ヘッダとの間に設けられている。抽気弁１４は、前段タービン５ａの排気箇所と低圧ヘッダとの間に設けられている。バイパス弁１５は、高圧ヘッダと低圧ヘッダとの間に設けられている。バイパス弁１５を開くと、高圧ヘッダの蒸気が、背圧タービン３や復水タービン５をバイパスして低圧ヘッダに供給される。バイパス弁１５は例えば、高圧ヘッダと低圧ヘッダとの間の圧力を減圧する際に使用される。主蒸気弁１１、主蒸気弁１２、背気弁１３、抽気弁１４、およびバイパス弁１５の開閉や開度は、例えば発電プラント内の制御部（図示せず）により制御される。なお、上記の蒸気需要者は、背気弁１３、抽気弁１４、およびバイパス弁１５からの蒸気を低圧ヘッダから供給される。

ガスエンジン２、発電機４、および発電機６は、発電プラント（発電所）の所内系統に接続されている。上記の電力需要者は、ガスエンジン２、発電機４、および発電機６からこの所内系統を介して電力を供給される。

図２は、第１実施形態のプラント機器評価システムの構成を示すブロック図である。

図２のプラント機器評価システムは、図１の発電プラント内の機器の特性を評価するためのシステムであり、入力装置２１と、通信装置２２と、表示装置２３と、演算装置２４とを備えている。演算装置２４は、記憶部２４ａと、算出部２４ｂと、表示部２４ｃとを備えている。

図２のプラント機器評価システムは、例えばＰＣ（Personal Computer）である。入力装置２１は、例えばキーボードやマウスを備えている。通信装置２２は、例えば有線通信用または無線通信用の通信インタフェースを備えている。表示装置２３は、例えば液晶ディスプレイを備えている。演算装置２４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＨＤＤ（Hard Disc Drive）を備えている。図２のプラント機器評価システムは、２台以上のＰＣにより構成されていてもよいし、ＰＣとサーバ装置により構成されていてもよい。

記憶部２４ａは、発電プラント内の複数の機器に関するデータを記憶する。これらの機器の例は、背圧タービン３、復水タービン５、バイパス弁１５、ガスエンジン２などである。記憶部２４ａは例えば、背圧タービン３やその他の機器の電気出力および蒸気供給量の計測値や、背圧タービン３やその他の機器の動作に関する法定基準値を記憶している。

算出部２４ｂは、記憶部２４ａ内に記憶されたデータに基づいて、上記複数の機器のうちの１台以上の機器に関するグラフを表示するためのデータを算出する。このグラフの例は、図３に示されている。算出部２４ｂは例えば、背圧タービン３の電気出力および蒸気供給量の複数の計測値に最小二乗法を適用し、このグラフに表示される直線の式を算出する。このグラフの例は、図４から図１５にも示されている。

表示部２４ｃは、算出部２４ｂにより算出されたデータに基づいて、電気出力を横軸とし、蒸気供給量を縦軸とする上記のグラフ上に、上記１台以上の機器の運転範囲を表示する。横軸は第１軸の例であり、縦軸は第２軸の例である。このグラフは、表示部２４ｃにより表示装置２３に表示される。図３は、背圧タービン３の運転範囲を、上記の直線と、出力下限値と、定格出力とにより表示している。背圧タービン３の出力下限値および定格出力は、記憶部２４ａに法定基準値として記憶されているか、記憶部２４ａに記憶された法定基準値から算出部２４ｂにより算出される。運転範囲の例は、図４から図１５にも示されている。図３から図１５の詳細については、後述する。

記憶部２４ａ、算出部２４ｂ、および表示部２４ｃの機能は例えば、演算装置２４内にインストールされたコンピュータプログラムにより実現される。このコンピュータプログラムは、このプログラムを記録した記録媒体をプラント機器評価システム内に挿入することでインストールされてもよいし、このプログラムをネットワークを介してプラント機器評価システムにダウンロードすることでインストールされてもよい。

図３は、第１実施形態のプラント機器評価システム（表示装置２３）の表示画面３１の例を示す図である。

図３の表示画面３１は、表示ウィンドウ３２と、グラフ表示領域３３と、機器を選択するためのチェックボックス３４と、需要を表示するか否かを選択するためのチェックボックス３５と、表示ボタン３６と、設定ボタン３７とを含んでいる。

グラフ表示領域３３は、表示ウィンドウ３２内において上記のグラフを表示するための領域である。表示部２４ｃは、算出部２４ｂにより算出されたデータに基づいて、このグラフ上に評価対象機器（ここでは背圧タービン３）の運転範囲を表示する。このグラフの横軸は、背圧タービン３の電気出力（ＭＷ）を示し、このグラフの縦軸は、背圧タービン３の蒸気供給量（ｔ／ｈ）を示している。図３は、背圧タービン３の運転範囲を、上記の直線と、出力下限値と、定格出力とにより表示している。プラント機器評価システムのユーザは、このグラフを見ることで、背圧タービン３の特性を評価することができる。

チェックボックス３４は、グラフ表示領域３３にグラフ（運転範囲）を表示する機器を選択するために使用される。例えば、背圧タービン３のチェックボックス３４にチェックを入れて表示ボタン３６を押すと、グラフ表示領域３３に背圧タービン３の運転範囲が表示される。

チェックボックス３５は、グラフ表示領域３３に需要を表示するか否かを選択するために使用される。例えば、背圧タービン３のチェックボックス３４と需要のチェックボックス３５とにチェックを入れて表示ボタン３６を押すと、グラフ表示領域３３に背圧タービン３の運転範囲が需要点と共に表示される（図１２のＧ１を参照）。

表示ボタン３６は、上述のように、グラフ表示領域３３にグラフ（運転範囲）を表示するために使用される。設定ボタン３７は、グラフに関する種々の設定を入力するために使用される。例えば、設定ボタン３７を押すと、種々の設定を入力するための設定ウィンドウが表示される。設定ウィンドウで入力可能な設定の例は、グラフ表示領域３３に表示する需要点の個数の設定である（図１５のＧ１’を参照）。

ここで、上記グラフの横軸を電気出力とし、縦軸を蒸気供給量とする理由について説明する。

一般に、工場用のタービンの評価は、蒸気消費量線図を使用して行う。蒸気消費量線図は、横軸に発電機出力（電気出力）をとり、縦軸にタービン入口蒸気量をとることで描かれる。例えば、背圧タービン３の蒸気消費量線図を描く際には、背圧タービン３に接続された発電機４の電気出力が横軸に示され、背圧タービン３の給気箇所における蒸気量が縦軸に示される。

しかしながら、この図（蒸気消費量線図）は、タービンの特性を評価するには適切であっても、工場に供給する電気および蒸気の量を検討するには適切ではない。そこで、本実施形態では、横軸に電気出力をとり、縦軸に蒸気供給量をとった図（グラフ）を使用する。例えば、背圧タービン３のグラフを表示する際には、背圧タービン３に接続された発電機４の電気出力が横軸に示され、背圧タービン３の排気箇所における蒸気量が縦軸に示される。横軸に示す電気出力（ＭＷ）と、縦軸に示す蒸気供給量（ｔ／ｈ）が、背圧タービン３から工場へと供給される。

以下、図４から図１５を参照し、このようなグラフの種々の例について説明する。

図４は、無抽気の背圧タービン３の運転範囲を示すグラフである。

図４では、背圧タービン３の運転範囲が、直線Ａ１と、出力下限値と、定格出力により示されている。例えば、直線Ａ１は、算出部２４ｂにより算出され、出力下限値および定格出力は、記憶部２４ａ内に記憶されている。横軸の電気出力は、背圧タービン３に接続された発電機４の電気出力を示す。縦軸の蒸気供給量は、背圧タービン３の排気箇所における蒸気量（背気量）を示す。図４のグラフは、図３の背圧タービン３のチェックボックス３４にチェックを入れて表示ボタン３６を押すと表示される。なお、ここではＡ１を直線としたが、より詳細な特性を用いることでＡ１は曲線としてもよい。

まず、横軸を見ると、背圧タービン３の定格出力と出力下限値との間で、電気出力を調整することが可能である。一方で、電気出力は、主蒸気弁１１における主蒸気流量で決まることから、電気出力が決まると、主蒸気弁１１における主蒸気流量が決まる。なお、図４では、主蒸気弁１１における主蒸気条件（温度・圧力）と、背気弁１３における背気条件（温度・圧力）は、一定に制御されているものとする。

次に、縦軸を見ると、電気出力の出力下限値および定格出力により決まる範囲で、蒸気供給量を調整できることが分かる。シール蒸気を無視すると、主蒸気弁１１における主蒸気流量は、背気弁１３における背気流量と同じであるから、蒸気供給量はこの主蒸気流量により決まる。

よって、背圧タービン３の蒸気供給量および電気出力は、図４に示した直線Ａ１上で変化する。

図５は、１抽気の復水タービン５の運転範囲を示すグラフである。

図５では、復水タービン５の運転範囲が、直線Ｂ２〜Ｂ５で囲まれた領域Ｂ１により示されている。直線Ｂ３は、最低主蒸気量を示す直線上に位置し、直線Ｂ４は、電気出力が定格出力の直線となっている。例えば、領域Ｂ１は、記憶部２４ａ内に記憶された上記のデータや、記憶部２４ａ内に記憶された最低主蒸気量および定格出力に基づいて、算出部２４ｂにより算出される。横軸の電気出力は、復水タービン５に接続された発電機６の電気出力を示す。縦軸の蒸気供給量は、復水タービン５の排気箇所から排出され抽気弁１４を通過する蒸気量（抽気量）を示す。図５のグラフは、図３の復水タービン５のチェックボックス３４にチェックを入れて表示ボタン３６を押すと表示される。

図５に示すように、蒸気供給量がゼロの場合には、復水タービン５は、電気出力の出力下限値から定格出力まで運転することが可能である。ここで、出力下限値は、直線Ｂ２と直線Ｂ３との交点に位置し、定格出力は、直線Ｂ２と直線Ｂ４との交点に位置する。

一方、蒸気供給量は、抽気弁１４における抽気量と同じである。抽気弁１４における抽気量（抽気流量）は、主蒸気弁１２における主蒸気量（主蒸気流量）と、復水器７における復水量（復水流量）との差で与えられる（抽気量＝主蒸気量−復水量）。この式から分かるように、主蒸気流量が一定の場合、抽気流量を増加させるためには、復水流量を減少させればよい。復水流量を減少させるためには、抽気弁１４の開度を増加させればよい。このように抽気弁１４の開度を増加させると、抽気量が増加する。また、抽気弁１４の開度を最大にした状態で主蒸気流量を増加させると、蒸気供給量と共に電気出力も増加することから、直線Ｂ５で示すように蒸気供給量と電気出力の両方が増加する。

さらに、抽気弁１４の開度を調整することで抽気流量を変更すると、抽気量が変化することから、蒸気供給量も変化する。このとき、抽気弁１４の開度は最大開度と最小開度との間で調整可能である。よって、直線Ｂ２が直線Ｂ５へと変化して、領域Ｂ１の運転範囲が得られる。

図６は、バイパス弁１５の運転範囲を示すグラフである。

図６では、バイパス弁１５の運転範囲が、直線Ｃ１と、バイパス弁上限により示されている。例えば、直線Ｃ１は、算出部２４ｂにより算出され、バイパス弁上限は、記憶部２４ａ内に記憶されている。横軸の電気出力は、バイパス弁１５の電気出力を示す。縦軸の蒸気供給量は、バイパス弁１５における蒸気量を示す。図６のグラフは、図３のバイパス弁１５のチェックボックス３４にチェックを入れて表示ボタン３６を押すと表示される。

バイパス弁１５からは電気出力は得られないので、蒸気供給量は、バイパス弁１５の開度の上限（バイパス弁上限）と下限（ゼロ）との間で変化することとなる。なお、バイパス弁１５の後段に減温器が設置されている場合には、減温器に供給されるスプレー水流量により減温器の蒸気供給量は増加する。

図７は、ガスエンジン２の運転範囲を示すグラフである。

図７では、ガスエンジン２の運転範囲が、直線Ｄ１と、出力下限値と、定格出力により示されている。例えば、直線Ｄ１は、算出部２４ｂにより算出され、出力下限値および定格出力は、記憶部２４ａ内に記憶されている。横軸の電気出力は、ガスエンジン２の電気出力を示す。縦軸の蒸気供給量は、ガスエンジン２から供給される蒸気量を示す。図７のグラフは、図３のガスエンジン２のチェックボックス３４にチェックを入れて表示ボタン３６を押すと表示される。

ガスエンジン２は蒸気供給を行わないので、電気出力は、出力下限値と定格出力との間で変化することとなる。なお、ガスエンジン２から排熱回収を行って蒸気供給を行うシステムもあるが、ここでは考えない。

図４から図７は、１台の機器を動作させる場合の運転範囲を示しているが、図８および図９は、複数の機器を同時に動作させる場合の運転範囲を示している。

図８は、背圧タービン３およびバイパス弁１５の運転範囲を示すグラフである。

図８では、背圧タービン３およびバイパス弁１５の運転範囲が、１つの運転範囲として領域Ｅ１により示されている。領域Ｅ１は、上述の直線Ａ１と、上述のＣ１を平行移動させた直線Ｃ１’とにより張られる平行四辺形である。なお、Ａ１が曲線の場合には、Ｅ１は平行四辺形ではないが、以下の議論には影響しない。領域Ｅ１の横軸方向の範囲は、背圧タービン３の定格出力と出力下限値との間に位置している。例えば、領域Ｅ１は、記憶部２４ａ内に記憶された上記のデータや、記憶部２４ａ内に記憶された背圧タービン３およびバイパス弁１５の法定基準値に基づいて、算出部２４ｂにより算出される。横軸の電気出力は、背圧タービン３に接続された発電機４の電気出力と、バイパス弁１５の電気出力との和を示す。縦軸の蒸気供給量は、背圧タービン３の排気箇所における蒸気量（背気量）と、バイパス弁１５における蒸気量との和を示す。図８のグラフは、図３の背圧タービン３およびバイパス弁１５のチェックボックス３４にチェックを入れて表示ボタン３６を押すと表示される。

背圧タービン３およびバイパス弁１５が同時に動作する場合、バイパス弁１５により蒸気供給量が増加するので、領域Ｅ１は、背圧タービン３の運転範囲（直線Ａ１）を上に移動させて得られる形となる。

なお、バイパス弁１５の後段に減温器を設置していない場合において、バイパス弁１５の蒸気流量を増加させて、背圧タービン３の主蒸気流量を減少させると、蒸気供給量は変化せずに電気出力が減少するから、図８中で運転点は左に変化する（ただし、ボイラ１の出力は変更せず、背圧タービン３の主蒸気流量とバイパス弁１５の蒸気流量の合計値は一定とする）。一方、バイパス弁１５の後段に減温器を設置した場合には、減温器により蒸気流量が増加するため、図８中で運転点はさらに上に変化する。よって、背圧タービン３の主蒸気流量を減少させ、バイパス弁１５の蒸気流量をその分だけ増加させ、さらに減温器により蒸気温度を減少させると、図８中で運転点は左上に移動することとなる。この移動の様子が、図８中で線Ｅ３と領域Ｅ２により示されている。線Ｅ３のような移動により、領域Ｅ１は領域Ｅ２に変化する。

図９は、復水タービン５およびガスエンジン２の運転範囲を示すグラフである。

図９では、復水タービン５およびガスエンジン２の運転範囲が、１つの運転範囲として領域Ｆ１により示されている。領域Ｆ１は、上述の領域Ｂ１を平行移動させた領域Ｂ１’と、上述の直線Ｄ１を平行移動させた直線Ｄ１’とを組み合わせることで得られた五角形である。例えば、領域Ｆ１は、記憶部２４ａ内に記憶された上記のデータや、記憶部２４ａ内に記憶された復水タービン５およびガスエンジン２の法定基準値に基づいて、算出部２４ｂにより算出される。横軸の電気出力は、復水タービン５に接続された発電機６の電気出力と、ガスエンジン２の電気出力との和を示す。縦軸の蒸気供給量は、復水タービン５の排気箇所から排出され抽気弁１４を通過する蒸気量（抽気量）と、ガスエンジン２から供給される蒸気量との和を示す。図９のグラフは、図３の復水タービン５およびガスエンジン２のチェックボックス３４にチェックを入れて表示ボタン３６を押すと表示される。

復水タービン５およびガスエンジン２が同時に動作する場合、ガスエンジン２により電気出力が増加するため、領域Ｆ１は、復水タービン５の運転範囲（領域Ｂ１）を右に移動させて得られる形となる。

次に、図１０から図１２を参照し、グラフ上に、図１の発電プラントに対する電気出力および蒸気供給量の需要を表示する場合について説明する。

図１０は、復水タービン５およびガスエンジン２の運転範囲を示す別のグラフである。

図１０は、復水タービン５およびガスエンジン２の運転範囲を、１つの運転範囲として領域Ｆ１により示している。図１０はさらに、復水タービン５の運転範囲を示す領域Ｂ１と、ガスエンジン２の運転範囲を示す直線Ｄ１とを示している。

図１０はさらに、発電プラントに対する電気出力および蒸気供給量の需要を、グラフ上の点Ｇ１として表示している。図１０では、点Ｇ１が×印により表示されている。点Ｇ１の横軸方向の値は、上述の工場から発電プラントへの電力需要を表し、点Ｇ１の縦軸方向の値は、上述の工場から発電プラントへの蒸気需要を表す。本実施形態のグラフは、横軸を電気出力とし、縦軸を蒸気供給量として描かれているため、電力需要および蒸気需要をグラフ上の点として示すことができる。本実施形態では、過去の電力需要および蒸気需要のデータ（需要データ）が記憶部２２ａ内に記憶されており、表示部２２ｃは、記憶部２２ａ内に記憶されている需要データを点Ｇ１としてグラフ上に表示する。この需要データは、発電プラントに関する運転データの例である。

本実施形態の表示部２２ｃは、需要が運転範囲内に入っているか否かを、ユーザが表示画面３１上で確認できるように需要を表示する。具体的には、需要を示す点と、運転範囲を示す領域等が、同じグラフ上に表示される。例えば、点Ｇ１が領域Ｆ１内に位置する場合には、この需要が復水タービン５およびガスエンジン２の運転範囲内に入っている。一方、点Ｇ１が領域Ｆ１内に位置しない場合には、この需要が復水タービン５およびガスエンジン２の運転範囲内に入っていない。

図１０では、点Ｇ１で示される需要は、復水タービン５のみの運転範囲（領域Ｂ１）内には入っていないが、復水タービン５およびガスエンジン２の運転範囲（領域Ｆ１）内には入っている。これは、復水タービン５のみを運転する場合には需要を満たすことができないが、復水タービン５およびガスエンジン２を運転する場合には需要を満たすことができることを意味する。よって、ユーザは、需要を満たすために復水タービン５およびガスエンジン２を運転するという運転計画を立案することができる。このような運転計画の立案は、図１０に示すような需要と運転範囲との関係に基づいて、プラント機器評価システムが自動的に行ってもよい。

図１１は、復水タービン５およびガスエンジン２の運転範囲を示す別のグラフである。

図１１は、復水タービン５およびガスエンジン２の運転範囲を、１つの運転範囲として領域Ｆ１により示している。図１１はさらに、復水タービン５の運転範囲を示す領域Ｂ１と、ガスエンジン２の運転範囲を示す直線Ｄ１とを示している。

図１１は、矢印Ｈ１と矢印Ｈ２により、復水タービン５およびガスエンジン２による需要（Ｇ１）への供給について示している。ただし、矢印Ｈ１と矢印Ｈ２は、復水タービン５とガスエンジン２の負荷率が異なる。

矢印Ｈ１では、ガスエンジン２を定格運転し、需要を満たすために復水タービン５で調整を行っている。この調整は、主蒸気弁１２における主蒸気流量と、復水器７における復水流量とを制御することで実行可能である。一方、矢印Ｈ２では、復水タービン５の電気出力が定格出力となるように主蒸気弁１１における主蒸気流量を調整し、かつ、抽気弁１４を調整することで蒸気供給量を調整している。この場合、需要を満たすために、ガスエンジン２の出力を調整する。矢印Ｈ１や矢印Ｈ２のような手法を採用することで、需要を満たす復水タービン５およびガスエンジン２の運転を実現できる。ユーザが上記の調整を行う作業は、表示画面３１上で行えるようになっていてもよい。また、プラント機器評価システムが、このような調整を自動的に行ってもよい。

ここで、矢印Ｈ１と矢印Ｈ２の２種類の運転方法を示したが、運転方法はこの他でもよい。矢印Ｈ１の場合のガスエンジン２の出力と、矢印Ｈ２の場合のガスエンジン２の出力との間の値であれば、ガスエンジン２の出力は調整可能であるから、復水タービン５の出力を需要を満たすように調整すれば、この値により需要を満たすことが可能である。従って、矢印Ｈ１と矢印Ｈ２との間でバランスを調整する場合は、どのようなバランスでも、需要を満たすように復水タービン５およびガスエンジン２を運転できることとなる。

図１２は、背圧タービン５の運転範囲を示す別のグラフである。

図１２は、背圧タービン５の運転範囲を示す直線Ａ１と、直線Ａ１上の運転点Ｉ１とを示している。図１２は、背圧タービン５を使って、需要を満たすように発電プラントを運転する方法を示している。

図１２に示すとおり、蒸気需要を満たすように背圧タービン５の運転点Ｉ１が決まる。これは、蒸気需要が、背圧弁１３における背気流量であり、すなわち、主蒸気弁１１における主蒸気流量であることによる。この場合、背圧タービン５の電気出力は、背圧タービン５の特性で決まるため、需要（Ｇ１）に対して電力が不足する。具体的には、矢印Ｉ２で示すように電力を増加させなけば、需要を満たすことができない。この需要を満たすことは、背圧タービン５だけでは実現することができない。

そこで、重要を満たすためには、買電を行う必要がある。すなわち、図１の発電プラント以外の設備から供給される電力を、上述の工場が購入する必要がある。買電量は、電力需要と、背圧タービン５からの電気出力との差で定まる。ここでは、不足する電力を買電で賄うとしたが、不足する電力をガスエンジン２が供給してもよいし、不足する電力を上述の工場やその他の場所に設置した電池が供給してもよい。なお、買電量の算出は、ユーザが表示画面３１上で行えるようになっていてもよいし、プラント機器評価システムが自動的に行ってもよい。

図４から図１２は、１台または２台の機器を対象とした運転範囲を示しているが、図１３から図１３は、３台の機器を対象とした運転範囲を示している。

図１３は、背圧タービン３、復水タービン５、およびガスエンジン２の運転範囲を示すグラフである。

図１３は、復水タービン５およびガスエンジン２の運転範囲を、１つの運転範囲として領域Ｆ１により示し、背圧タービン３およびガスエンジン２の運転範囲を、１つの運転範囲として領域Ｊ１により示している。領域Ｆ１は、上述のように、領域Ｂ１を平行移動させた領域と、直線Ｄ１を平行移動させた直線とを組み合わせることで得られた五角形である。領域Ｊ１は、直線Ａ１を平行移動させた直線と、直線Ｄ１を平行移動させた直線とにより張られる平行四辺形である。図１３では、領域Ｆ１と領域Ｊ１が互いに重なるように表示されている。領域Ｆ１で示す運転範囲は、第１運転範囲の例であり、復水タービン５およびガスエンジン２は、第１機器の例である。また、領域Ｊ１で示す運転範囲は、第２運転範囲の例であり、背圧タービン３およびガスエンジン２は、第２機器の例である。

図１４は、背圧タービン３、復水タービン５、およびガスエンジン２の運転範囲を示す別のグラフである。

図１４は、上述の領域Ｆ１および領域Ｊ１を示すと共に、図１の発電プラントに対する電気出力および蒸気供給量の需要を、グラフ上の点Ｇ１として示している。点Ｇ１は、領域Ｆ１には含まれているが、領域Ｊ１には含まれていない。よって、復水タービン５およびガスエンジン２を運転する場合には、需要を満たすことができるが、背圧タービン３およびガスエンジン２を運転する場合には、買電を行わない限り需要を満たすことができない。ただし、点Ｇ１は、領域Ｊ１の近くに位置していることに留意されたい。

一般に、電力需要および蒸気需要の値は一定ではなく、工場の外気条件や、工場内で電力および蒸気を使用するプロセスの運用などにより変動する。従って、需要は、常に一定には維持されずに、一定範囲で変動することが一般的である。一方、自家用発電プラント内で使用される機器の組み合わせは、短期間で変更されることは少なく、長期間変更されないのが一般的である。

よって、需要の変動域が、領域Ｊ１内に収まるのであれば、背圧タービン３およびガスエンジン２を使用することが考えられる。一方、需要の変動域が、ほとんどのすべての時間において領域Ｊ１を外れるが領域Ｆ１内にあるのであれば、復水タービン５およびガスエンジン２を使用することが考えられる。そのため、図１５に示すように、複数の需要に対する複数の点Ｇ１’をグラフ上に表示することが考えられる。

図１５は、背圧タービン３、復水タービン５、およびガスエンジン２の運転範囲を示す別のグラフである。

図１５は、上述の領域Ｆ１および領域Ｊ１を示すと共に、図１の発電プラントに対する複数の需要を、グラフ上の複数の点Ｇ１’として示している。これらの需要の例は、１月の需要、２月の需要、３月の需要など、月別の需要である。この場合、ユーザは、過去における需要の変動範囲をこれらの点Ｇ１’に基づいて確認することで、将来の需要の変動範囲を予測することができる。本実施形態のプラント機器評価システムは、ユーザによるこのような予想作業を効率化するために、これらの点Ｇ１’を包囲する曲線を算出し、この曲線をグラフ上に表示してもよい。

図１５では、１個の点Ｇ１’が領域Ｊ１内に位置し、２個の点Ｇ１’が領域Ｊ１の境界付近に位置し、１１個の点Ｇ１’が明らかに領域Ｊ１外に位置している。よって、この場合には、復水タービン５およびガスエンジン２を使用することが望ましい。ただし、電気出力が不足する場合には買電を行うことが可能であれば、この場合でも、背圧タービン３およびガスエンジン２を使用することが考えられる。また、余剰な蒸気は、大気放出することが考えられる。

ここで、発電プラントで使用する機器が変更されると、発電プラントの運転コストが変化する。例えば、運転コストとして発電コストを考えると、次式で計算した発電単価に発電量を乗じれば、発電コストを算出できる。

発電単価［円/kWh］= １［kWh］×（１/η）× （１/ボイラ効率）
÷（（燃料発熱量［MJ/Nm3］/ 3.6）
× 燃料単価［円/Nm3］
ここで、ηは、発電プラントの熱効率を表す。この熱効率ηは、発電プラントの設計時の値でもよいし、発電プラントの建設後に計測された実測値から算出された値でもよい。

図１５に示すように、ある点Ｇ１’が、領域Ｆ１および領域Ｊ１が重なる領域に入っている場合がある。この場合、計算部２４ｂは、この点Ｇ１’の需要を満たすために復水タービン５およびガスエンジン２を使用する場合の発電プラントの運転コストと、この点Ｇ１’の需要を満たすために背圧タービン３およびガスエンジン２を使用する場合の発電プラントの運転コストとを、上記の式を用いて算出してもよい。さらに、表示部２４ｃは、前者の運転コストと後者の運転コストを表示画面３１上に表示してもよい。これにより、ユーザは、運転コストをもとに、どの機器を使用するかを決定することが可能となる。

なお、本実施形態で使用する需要データは、過去の電力需要および蒸気需要のデータであるが、代わりに将来の予測電力需要および予測蒸気需要のデータでもよい。例えば、過去の需要データから将来の予測需要データをあらかじめ算出（予測）し、記憶部２２ａ内に記憶させておいてもよい。この場合、需要を示す点Ｇ１’は、この予測需要データを用いて表示される。また、本実施形態の表示部２４ｃは、需要データ以外の運転データをグラフ上に表示してもよく、この運転データは、過去の運転データでも将来の予測運転データでもよい。

以上のように、本実施形態では、発電プラント内の複数の機器に関するデータを記憶部２４ａ内に記憶し、記憶されたデータに基づいて、１台以上の機器に関するグラフを表示するためのデータを算出し、算出されたデータに基づいて、電気出力を横軸とし、蒸気供給量を縦軸とするグラフ上に、上記１台以上の機器の運転範囲を表示する。よって、本実施形態によれば、発電プラント内の機器の特性を適切に評価するための情報を提供することが可能となる。例えば、ユーザに対し、発電プラントの運転計画を容易に立案するための情報を提供することが可能となる。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステム、方法、およびプログラムは、その他の様々な形態にて実施することができる。また、本明細書で説明したシステム、方法、およびプログラムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：ボイラ、２：ガスエンジン、３：背圧タービン、４：発電機、５：復水タービン、
５ａ：前段タービン、５ｂ：後段タービン、６：発電機、７：復水器、
１１：主蒸気弁、１２：主蒸気弁、１３：背気弁、１４：抽気弁、１５：バイパス弁、
２１：入力装置、２２：通信装置、２３：表示装置、２４：演算装置、
２４ａ：記憶部、２４ｂ：算出部、２４ｃ：表示部、
３１：表示画面、３２：表示ウィンドウ、３３：グラフ表示領域、
３４：チェックボックス、３５：チェックボックス、
３６：表示ボタン、３７：設定ボタン

Claims (15)

1. 発電プラント内の複数の機器に関するデータを記憶する記憶部と、
   前記記憶部内に記憶されたデータに基づいて、前記複数の機器のうちの１台以上の機器に関するグラフを表示するためのデータを算出する算出部と、
   前記算出部により算出されたデータに基づいて、電気出力を第１軸とし、蒸気供給量を第２軸とする前記グラフ上に、前記１台以上の機器の運転範囲を表示する表示部と、
   を備えるプラント機器評価システム。
2. 前記表示部は、前記グラフ上に、１台の機器の運転範囲を表示する、請求項１に記載のプラント機器評価システム。
3. 前記表示部は、前記グラフ上に、２台以上の機器の運転範囲を１つの運転範囲として表示する、請求項１に記載のプラント機器評価システム。
4. 前記表示部は、前記グラフ上に、１台以上の第１機器の運転範囲を１つの第１運転範囲として表示し、１台以上の第２機器の運転範囲を１つの第２運転範囲として表示する、請求項１に記載のプラント機器評価システム。
5. 前記表示部はさらに、前記グラフ上に、前記発電プラントに対する前記電気出力および前記蒸気供給量の需要を表示する、請求項１から４のいずれか１項に記載のプラント機器評価システム。
6. 前記表示部は、前記需要を、前記グラフ上の点として表示する、請求項５に記載のプラント機器評価システム。
7. 前記表示部は、前記需要として、過去の需要または将来の予測需要を表示する、請求項５または６に記載のプラント機器評価システム。
8. 前記表示部は、前記需要が前記運転範囲内に入っているか否かを確認できるように前記需要を表示する、請求項５から７のいずれか１項に記載のプラント機器評価システム。
9. 前記表示部は、複数の運転範囲が重なる領域内に前記需要が入っている場合に、各運転範囲の運転コストを表示する、請求項５から８のいずれか１項に記載のプラント機器評価システム。
10. 前記表示部はさらに、前記グラフ上に、前記発電プラントに関する過去の運転データまたは将来の予測運転データを表示する、請求項１から４のいずれか１項に記載のプラント機器評価システム。
11. 前記表示部は、前記過去の運転データまたは前記将来の予測運転データを、前記グラフ上の点として表示する、請求項１０に記載のプラント機器評価システム。
12. 前記発電プラントは、自家用発電プラントである、請求項１から１１のいずれか１項に記載のプラント機器評価システム。
13. 前記発電プラントは、蒸気を用いて発電を行う蒸気発電部と、ガスを用いて発電を行うガス発電部とを備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載のプラント機器評価システム。
14. 発電プラント内の複数の機器に関するデータを記憶部内に記憶し、
    前記記憶部内に記憶されたデータに基づいて、前記複数の機器のうちの１台以上の機器に関するグラフを表示するためのデータを算出部により算出し、
    前記算出部により算出されたデータに基づいて、電気出力を第１軸とし、蒸気供給量を第２軸とする前記グラフ上に、前記１台以上の機器の運転範囲を表示部により表示する、
    ことを含むプラント機器評価方法。
15. 発電プラント内の複数の機器に関するデータを記憶部内に記憶し、
    前記記憶部内に記憶されたデータに基づいて、前記複数の機器のうちの１台以上の機器に関するグラフを表示するためのデータを算出部により算出し、
    前記算出部により算出されたデータに基づいて、電気出力を第１軸とし、蒸気供給量を第２軸とする前記グラフ上に、前記１台以上の機器の運転範囲を表示部により表示する、
    ことを含むプラント機器評価方法をコンピュータに実行させるプラント機器評価プログラム。

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