JP2021528590A - 発電プラントを運転するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ガスタービン（２）と、当該ガスタービン（２）の下流に接続された排熱蒸気発生器（３）と、当該排熱蒸気発生器（３）に接続された蒸気タービン（４）と、追加的な熱源（５）とを有する発電プラント（１）を運転するための方法に関し、ここで所定の発電プラント出力を達成するために、当該蒸気タービン（４）の直前の設定圧力値が設定される。

Description

本発明は、発電プラントを運転するための方法に関する。

将来において、規制の撤廃された電力市場におけるエネルギー発生のためのプラントは、可能な限りの高い効率であると同時に、ますます非常に柔軟に運転されなければならないことが前提となっている。

ガスタービンプラントおよび蒸気タービンプラントでのより高い柔軟性は、たとえばチラーのような出力増大手段、および／または、たとえば追加燃焼部および／または蓄熱器のような追加的な熱源を利用することによって達成することができる。

従来はオペレータのこれまでの知識と経験により、このような手段が手動で運転されてきたか、あるいは自動的な運転方法が実装されており、この自動的な運転方法は、発電プラント全体（場合によりプロセススチームの供給または地域暖房を含む）に関する複雑なヒートバランス計算に基づいて、追加燃焼部でのフィードフォーワードされる設定値（たとえば火力設定値）および／または蓄熱器での取り出し出力を計算しており、この際まだ残っている制御ずれ（たとえば圧力制御ずれ）を、低速の補正制御器が補正しなければならなかった。

通常上述の手段は効率を悪化させるので、本発明の課題は、これらの手段が実際に必要な程度にだけ使用されるように、この手段の使用が自動化される方法を提供することである。このようにしてのみ可能な最高度のプラント効率を達成することができる。アイランドモード運転に使用されるプラントでは、これは、上記の出力増大手段がさらに、一次制御要素（たとえば周波数制御用のガスタービン）が常に制御範囲に保持されるように使用されることを必要とする。

本発明は、発電プラントを運転するための方法に対する課題を解決するものであり、ここで本発明は、発電プラントがガスタービンと、このガスタービンの下流に接続された排熱蒸気発生器と、この排熱蒸気発生器に接続された蒸気タービンと、追加的な熱源とを有し、所定の発電プラント出力を達成するために、この蒸気タービンの直前の設定圧力値が設定されることを想定している。

この際有利には本発明による方法は、プラントが自動的に常に最適の効率で運転されるように、一次制御要素の状態を利用し、これから導出される対応する設定値（上記の設定圧力値）を計算する。

この際この一次制御要素がガスタービン出力であることが好適である。

さらに上記の設定圧力値が上記の追加的な熱源に対する設定値であることが好適である。

本発明による方法の１つの有利な実施形態においては、排熱蒸気発生器に配設された追加燃焼部が追加的な熱源として用いられる。以上により蒸気出力が、そしてこれによって蒸気タービンの電気出力が、信頼性よく増大される。

本発明による方法の１つの代替の実施形態においては、追加的な熱源として蓄熱器が用いられる。必要の際にはこの蓄熱器からの熱が取り出され、そしてこれにより蒸気圧が蒸気タービンの前でさらに高められる。この蓄熱器は、排熱蒸気発生器においても、また蒸気の流れ方向においてこの排熱蒸気発生器の後方に配設されていてよい。さらにこのような蓄熱器は、追加燃焼部に対し追加的にも使用することができる。

有利には、上記の一次制御要素の状態における変化は増幅によって設定圧力値変化に変換され、この設定圧力値変化は現在の実圧力に加算される。

結局、発電プラント出力設定値が、その制御範囲内でのガスタービンおよび蒸気タービンだけによって達成することができないかまたは保持することができない場合にのみ、上記の追加的な熱源が運転されると有利である。

本発明は、入口圧と蒸気タービン出力との間の線形関係を利用している。たとえばより大きな出力が必要とされる場合、そしてガスタービンが既にその最大出力にあるかまたはその所定の制御範囲の上端にある場合、蒸気タービンのためのより多くの蒸気に対応して、追加燃焼部および／または蓄熱器からの取り出しを用いて新鮮蒸気圧の増大がもたらされる。これは追加的な熱源に対する設定圧力値を、現在の実圧力値の上の値まで高くすることによって達成される。蒸気タービン出力の増大を用いて、所望のより大きな出力が最適な効率で提供されるか、あるいは所望のより大きな出力が最適な効率で提供され、そしてガスタービンはその制御範囲に維持される。

ここで提示された革新的な制御アイデアでは、上記の一次制御要素の状態における変化が増幅によって（フィードフォーワードに対応する）設定圧力値増加に変換される。これは現在の実圧力に加算される。この増幅は、正でも負でもあり得るが、これはこの出力増大手段が、これがもはや必要でなくなればすぐに、今度は自動的に最適な効率で運転から除外されることを意味している。

この実圧力は蒸気質量流にのみ依存するので、この際この圧力はここではシステムに本来備わっている、統合的なフィードバックとして作用し、この蒸気質量流は、今度は追加燃焼部および／または蓄熱器からの取り出しにおける変化からも、またガスタービン出力における変化からも影響を受ける。

本発明のさらなる特徴は、上述の回路によって最初から正しい目標設定値（たとえば圧力）が、増幅の正確なパラメタリゼーション（すなわち蒸気タービンに必要とされるより大きな出力に対して要求される圧力増大）によりピンポイントで正確に計算されることである。ここで特別なことは、パラメタリゼーションがずれた場合でも、上述のフィードバックの結果、この正しい目標設定値が最終的に常に自動的にピンポイントで正確に達成されることであり、こうしてとにかく、短期間の設定値のオーバーシュートまたはアンダーシュートを用いてそしてこれにより上記の出力増大手段が達成されることである。これにもかかわらず、この際本来の制御パラメータ（ここでは出力）は、最初からこの目標設定値のままであり、これはこのシステムに非常に高い固有の安定性あるいはパラメタリゼーションの不正確さに対する誤差耐性を与えている。

より大きなあるいはより小さな増幅のこの効果はとりわけ、ガスタービンをより速くまたはよりゆっくりと再び制御範囲に戻すために利用することができ、たとえばより大きな増幅の場合にはより速く周波数変化に十分に反応することができ、あるいはより小さな増幅の場合には全体として最適な効率で運転することができる。

この革新的な自動化のアイデアは、面倒な熱バランスを全く必要とせず、また追加的な補正制御器も全く必要としない。上記の新鮮蒸気圧を介した、システムに本来備わっているフィードバックにより、現場での面倒な最適化は最早全く必要でない。

以上によりエンジニアリングに対しても、また現場での後の試運転に対しても労力は大幅に少なくなる。

熱バランスおよび補正制御器または手動操作を用いたアイデアとは対照的に、ここで提案する新しいアイデアを用いて、変更された目標値に向かって、直ちにピンポイントで正確に近づけられる。

従来のアイデアを用いれば、まず熱バランスに基づいてフィードフォーワードされて、対応する近似値まで達し、そして続いてたとえば低速の補正制御器によって圧力が制御されるであろう。以上により、変更された目標値は、ここで提案する新しいアイデアより常に遅く達成されることになる。

本発明による方法は、電気エネルギーの発生だけに限定されるものではない。たとえばプロセススチームの供給のような他のアプリケーションも同様に含むものである。

本発明を、例示的に図を参照して詳細に説明する。これらの図は概略的に示すものであり、縮尺は正確ではない。

発電プラントを示す。 発電プラントを運転するための本発明による制御を示す。

図１は、ガスタービン２、排熱蒸気発生器３、蒸気タービン４、および追加的な熱源５としての追加燃焼部１５を有する、発電プラント１を示す。この際ガスタービン２および追加燃焼部１５は、このガスタービン２の下流に接続された排熱蒸気発生器３用の熱源として用いられ、この排熱蒸気発生器において蒸気タービン４用の新鮮蒸気が発生される。追加燃焼部１５の代替としてあるいは追加的に、蓄熱器１４からの取り出しを用いて、熱が投入されてよい。この際蓄熱器１４は、図示されているように、排熱蒸気発生器３の内部に配設されていてよいが、ただし外部に配設されていてもよい。

図２は、発電プラント１に対する本発明による制御を示す。この際排熱蒸気発生器３は発電プラント１の運転において、ガスタービン２側で入熱６を受け、そして場合によっては追加的な熱源５の側で入熱７を受ける。以上より実圧力値８が生じる。

ガスタービン２に関しては、実出力９および最大出力１０が既知である。これらの値の差が確定される。場合により、とりわけ複数のアイランド電源においては、さらに電源周波数を安定化する手段のために余裕が保持されなければならず、こうしてガスタービン２が運転中に技術的に可能な最大出力１０まで到達しないように、むしろせいぜいこの最大出力１０よりも低い制御範囲限界１１までしか運転されないようにされる。

蒸気流（および蒸気タービン出力）の線形的な依存関係が入口圧のみによることから、蒸気タービン４の直前の蒸気圧に対する設定圧力値１３が、上記のガスタービンに対する値から増幅部１２によって決定される。次にこの設定圧力値は、発電プラント１への出力要求に応じて、ガスタービン２に対する目標値として、あるいはガスタービン２が既に制御範囲の上部で運転されている場合には、追加的な熱源５に対する目標値として用いられる。

Claims (8)

1. ガスタービン（２）と、前記ガスタービン（２）の下流に接続された排熱蒸気発生器（３）と、前記排熱蒸気発生器（３）に接続された蒸気タービン（４）と、追加的な熱源（５）とを有する発電プラント（１）を運転するための方法であって、
   所定の発電プラント出力を達成するために、前記蒸気タービン（４）の直前の設定圧力値が設定されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記設定圧力値は、一次制御要素の状態から導出されることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   前記一次制御要素は、ガスタービン出力であることを特徴とする方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の方法において、
   前記設定圧力値は、前記追加的な熱源（５）に対する設定値であることを特徴とする方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の方法において、
   追加的な熱源として前記排熱蒸気発生器に配設された追加燃焼部（１５）が用いられることを特徴とする方法。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の方法において、
   追加的な熱源として蓄熱器（１４）が用いられ、必要の際には前記蓄熱器（１４）からの熱が取り出されることを特徴とする方法。
7. 請求項２に記載の方法において、
   前記一次制御要素の状態における変化は増幅によって設定圧力値変化に変換され、前記設定圧力値変化は現在の実圧力に加算されることを特徴とする方法。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の方法において、
   発電プラント出力設定値が、その制御範囲内での前記ガスタービン（２）および前記蒸気タービン（４）だけによって達成することができないかまたは保持することができない場合にのみ、前記追加的な熱源（５）が運転されることを特徴とする方法。
   
   

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