JP2022049376A - システムの性能評価方法、発電プラントの性能評価方法、システムの性能評価プログラム及び発電プラントの性能評価プログラム - Google Patents

システムの性能評価方法、発電プラントの性能評価方法、システムの性能評価プログラム及び発電プラントの性能評価プログラム Download PDF

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Abstract

Figure 2022049376000001
【課題】非定常時における機器性能を得ることができるシステムの性能評価方法、発電プラントの性能評価方法、システムの性能評価プログラム及び発電プラントの性能評価プログラムを提供する。
【解決手段】発電プラントの発電出力、発電プラントを構成する機器の性能を表す機器性能、及び機器を流通する流体の状態を表す状態量の動特性を模擬した動特性モデルを作成し、動特性モデルを計算して得られる発電出力及び状態量が発電出力及び状態量の実データと一致するまで機器性能を変化させ、動特性モデルを計算して得られた発電出力及び状態量が実データに一致したときの機器性能を実データの取得時期における機器性能であるとして出力する。さらに、得られた前記機器性能、前記発電出力に影響を与える外的条件を用いて任意の発電出力まで運転を行ったとするシミュレーションにより、前記発電出力における熱効率を出力させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、システムの性能評価方法、発電プラントの性能評価方法、システムの性能評価プログラム及び発電プラントの性能評価プログラムに関する。
火力発電プラント、地熱発電プラント、原子力発電プラントなどの発電プラントにおいては、燃料節約・発電コスト低減の観点から、熱効率を維持・向上することが重要な課題となっている。そのために、発電プラントの熱効率や発電プラントを構成する各機器の性能を把握することが行われている。
このような機器性能を把握する一つの手法として特許文献１の解析方法が知られている。この解析方法は、発電プラントに関する静特性モデルを作成し、定常運転を行っている発電プラントにおける流体の状態量の実データを取得し、静特性モデルにその実データを入力して計算することで機器性能を得ている。
昨今では、再生可能エネルギーを用いた電源が増加しているため、発電プラントは電力需要の増減に加え、それら再生可能エネルギーを用いた電源による電力供給の増減に合わせた発電出力変動運転が多くなっている。したがって、発電出力が変動するとき、すなわち、発電プラントが非定常運転や過渡状態にあるとき（以下、非定常運転を行っている場合や過渡状態にあるときを「非定常時」と称する。）における実データを用いて発電プラントの熱効率や機器性能を把握することが重要になっている。
このような状況下において、特許文献１の解析方法は、静特性モデルを対象とし、発電プラントが定常運転を行っているときの実データを用いるものであるので、非定常時の実データを用いて機器性能を把握することができない。また、非定常時では、各機器の熱容量や体積などを要因とする時間遅れがある。このような時間遅れがあるので非定常時の実データを用いて発電プラントの熱効率や機器性能を計算することは容易ではない。
特開２０１２－２１４８７号公報
本発明は、上記事情に鑑み、定常時のみならず、非定常時の実データを用いても機器性能を得ることができるシステムの性能評価方法、発電プラントの性能評価方法、システムの性能評価プログラム及び発電プラントの性能評価プログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、少なくともシステムを構成する機器の性能を表す機器性能を入力値とし、少なくとも前記機器を流通する流体の状態を表す状態量を出力値とする前記システムの動作を表す数式群からなる動特性モデルを作成し、前記動特性モデルを計算して得られる前記状態量が前記状態量の実データと一致するまで前記機器性能を変化させ、前記動特性モデルを計算して得られた前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における前記機器性能であるとして出力することを特徴とするシステムの性能評価方法にある。
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載するシステムの性能評価方法において、得られた前記機器性能、及びシステムの出力に影響を与える外的条件を用いて、任意の出力まで運転を行ったとするシミュレーションにより、その出力における熱効率を算出することを特徴とするシステムの性能評価方法にある。
本発明の第３の態様は、少なくとも発電プラントを構成する機器の性能を表す機器性能を入力値とし、少なくとも前記機器を流通する流体の状態を表す状態量及び前記発電プラントの発電出力を出力値とする前記発電プラントの動作を表す数式群からなる動特性モデルを作成し、前記動特性モデルを計算して得られる前記発電出力及び前記状態量が前記発電出力及び前記状態量の実データと一致するまで前記機器性能を変化させ、前記動特性モデルを計算して得られた前記発電出力及び前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における前記機器性能であるとして出力することを特徴とする発電プラントの性能評価方法にある。
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の発電プラントの性能評価方法において、得られた前記機器性能、及び前記発電出力に影響を与える外的条件を用いて、任意の発電出力まで運転を行ったとするシミュレーションにより、前記発電出力における熱効率を出力させることを特徴とする発電プラントの性能評価方法にある。
本発明の第５の態様は、第３又は第４の態様に記載する発電プラントの性能評価方法において、前記動特性モデルは、大気及び海水の状態量、前記発電プラントで用いられる燃料の燃料組成並びに前記発電プラントに与えられた発電出力の指令を入力値とし、前記動特性モデルを計算して得られた前記発電出力及び前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における前記機器性能であるとして出力することを特徴とする発電プラントの性能評価方法にある。
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載する発電プラントの性能評価方法において、前記動特性モデルを計算して得られた前記状態量、前記発電出力及び前記機器性能、前記動特性モデルに入力した前記大気や海水の状態量、前記燃料組成から選ばれた２つの関係を出力することを特徴とする発電プラントの性能評価方法にある。
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載する発電プラントの性能評価方法において、前記実データを取得した時期のなかから当該時期よりも短い所定範囲を少なくとも２つ以上定め、前記所定範囲ごとに前記関係を出力することを特徴とする発電プラントの性能評価方法にある。
本発明の第８の態様は、コンピューターに、少なくともシステムを構成する機器の性能を表す機器性能を入力値とし、少なくとも前記機器を流通する流体の状態を表す状態量を出力値とする前記システムの動作を表す数式群からなる動特性モデルを作成する機能と、前記動特性モデルを計算して得られる前記状態量が前記状態量の実データと一致するまで前記機器性能を変化させる機能と、前記動特性モデルを計算して得られた前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における前記機器性能であるとして出力する機能と、を実現させることを特徴とするシステムの性能評価プログラムにある。
本発明の第９の態様は、第８の態様に記載するシステムの性能評価プログラムにおいて、得られた前記機器性能、及びシステムの出力に影響を与える外的条件を用いて、任意の出力まで運転を行ったとするシミュレーションにより、前記出力における熱効率を算出する機能を実現させることを特徴とするシステムの性能評価プログラムにある。
本発明の第１０の態様は、コンピューターに、少なくとも発電プラントを構成する機器の性能を表す機器性能を入力値とし、少なくとも前記機器を流通する流体の状態を表す状態量及び発電プラントの発電出力を出力値とする前記発電プラントの動作を表す数式群からなる動特性モデルを作成する機能と、前記動特性モデルを計算して得られる前記発電出力及び前記状態量が前記発電出力及び前記状態量の実データと一致するまで前記機器性能を変化させる機能と、前記動特性モデルを計算して得られた前記発電出力及び前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における前記機器性能であるとして出力させる機能と、を実現させることを特徴とする発電プラントの性能評価プログラムにある。
本発明の第１１の態様は、第１０の態様に記載する発電プラントの性能評価プログラムにおいて、得られた前記機器性能、及び前記発電出力に影響を与える外的条件を用いて、任意の発電出力まで運転を行ったとするシミュレーションにより、前記発電出力における熱効率を出力させる機能を実現させることを特徴とする発電プラントの性能評価プログラムにある。
本発明の第１２の態様は、第１０又は第１１の態様に記載する発電プラントの性能評価プログラムにおいて、前記動特性モデルは、大気及び海水の状態量、前記発電プラントで用いられる燃料の燃料組成並びに前記発電プラントに与えられた発電出力の指令値を入力値とし、前記機器性能を出力させる機能は、前記動特性モデルを計算して得られた前記発電出力及び前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における機器性能であるとして出力することを特徴とする発電プラントの性能評価プログラムにある。
本発明の第１３の態様は、第１２の態様に記載する発電プラントの性能評価プログラムにおいて、前記動特性モデルを計算して得られた前記状態量、前記発電出力及び前記機器性能、前記動特性モデルに入力した前記大気及び海水の状態量、前記燃料組成から選ばれた２つの関係を出力する機能を備えることを特徴とする発電プラントの性能評価プログラムにある。
本発明の第１４の態様は、第１３の態様に記載する発電プラントの性能評価プログラムにおいて、前記実データを取得した時期のなかから当該時期よりも短い所定範囲を少なくとも２つ以上定め、前記所定範囲ごとに前記関係を出力する機能を備えることを特徴とする発電プラントの性能評価プログラムにある。
本発明によれば、定常時のみならず、非定常時の実データを用いても機器性能を得ることができるシステムの性能評価方法、発電プラントの性能評価方法、システムの性能評価プログラム及び発電プラントの性能評価プログラムが提供される。
コンバインドサイクル発電プラントの概略構成図である。 ガスタービンに関する動特性モデルを説明するための図である。 高圧過熱器に関する動特性モデルを説明するための図である。 動特性モデルを計算して得られた温度Ｔ２と実データである。 動特性モデルを計算して得られた発電出力と実データである。 ガスタービンの発電出力と断熱効率の関係を示す図である。
図１に基づいて、本発明の実施形態に係る発電プラントの性能評価プログラムの解析対象となるコンバインドサイクル発電プラントの構成を説明する。
図示するように、発電プラントの一例であるコンバインドサイクル発電プラント１（以下、「プラント１」と記載する。）は、燃焼器２を備えている。燃焼器２は、燃料（例えば液化天然ガス）及び空気圧縮機３で加圧された空気が供給され、燃料と空気とが混合燃焼されて燃焼ガスとなる。燃焼ガスは、ガスタービン４に送られて膨張され、発電動力が得られる。
ガスタービン４で仕事を終えた排気ガスは、排熱回収ボイラ５により熱回収される。排熱回収ボイラ５は、高圧蒸発器６、中圧蒸発器７、低圧蒸発器８を備えており、これらの蒸発器で排気ガスから熱回収され、水蒸気が発生する。
高圧蒸発器６で生じた水蒸気は、高圧ドラム２３を経て、高圧過熱器９により排気ガスの熱でさらに加熱され、高圧タービン１２に送られる。中圧蒸発器７で生じた水蒸気は、中圧ドラム２４を経て、中圧過熱器１０にて加熱されたのち、高圧タービン１２を通過した蒸気とともに再熱器１４で加熱され、中低圧タービン１３に送られる。低圧蒸発器８で生じた水蒸気は、低圧ドラム２５を経て、低圧過熱器１１で加熱され、中低圧タービン１３に送られる。
ガスタービン４、空気圧縮機３、高圧タービン１２、中低圧タービン１３及び発電機１５は、直列に同軸で接続されている。高圧タービン１２及び中低圧タービン１３は、各蒸発器から供給された水蒸気を膨張させ、発電動力を発生させる。この発電動力により発電機１５は発電を行う。
中低圧タービン１３で仕事を終えた排気蒸気は、復水器１６により復水となり、復水ポンプ１７で低圧節炭器２２及び給水ポンプ１８にそれぞれ圧送される。低圧節炭器２２にて予熱された復水は低圧蒸発器８へ送られる。給水ポンプ１８に圧送された復水は、高圧節炭器１９及び中圧節炭器２０にそれぞれ圧送される。高圧節炭器１９にて予熱された給水は高圧蒸発器６へ、また、中圧節炭器２０にて予熱された給水は低圧蒸発器８及び中圧蒸発器７へとそれぞれ送られる。
なお、排熱回収ボイラ５で熱回収された排気ガスは、脱硝装置２１により窒素酸化物が除去され、煙突に送られて外部に排出される。
また、特に図示しないが、各機器には、例えば発電機の発電出力や流体の状態量を計測する各種センサーが配置されている。各種センサーで計測された流体の実データは、性能評価プログラムの入力データとして用いられる。また、プラント１には、発電出力や各部の温度、圧力、流量などを制御する制御器が設置されている。例として、ガスタービン４では発電出力の指令値に応じて燃料流量を調整する燃料制御、ガスタービン排ガス温度が目標値になるよう空気流量を調整する空気圧縮機３の入口案内翼の開度制御、排熱回収ボイラでは高圧ドラム２３、中圧ドラム２４、低圧ドラム２５のそれぞれの水位を目標値に保つため、各ドラムへの給水流量を調整するドラム水位制御等が設置されている。このような制御器としてPI制御器が使われる場合は、各目標値や制御器の制御パラメータ（比例ゲイン、積分ゲイン）を入力値に用いる。
本実施形態に係る発電プラントの性能評価プログラムは、プラント１を構成する各機器の性能（以下、機器性能）を求めるための諸機能をコンピューターに実現させるものである。性能評価プログラムは、コンピューターで実行可能な命令からなり、後述する各処理が実現される。なお、コンピューターは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶装置、マウスやキーボード等の入力装置、ディスプレイ、プリンタ等の出力装置、外部の機器との接続インタフェース、通信手段などを備えた一般的な情報処理装置である。
まず、性能評価プログラムは、プラント１の動特性モデルを作成する。動特性モデルとは、プラント１の動作を表す数式群、すなわち、プラント系統と制御系統の動作を表す数式群、及び各機器を流通する流体の状態量の変化を表す数式群からなる。プラント系統とは、各機器および各機器間の配管による繋がりからなり、制御系統とは、プラント系統における各制御器と各機器との制御線による繋がりからなる。このような動特性モデルは、プラント１の発電出力や状態量の動特性を模擬したものである。
動特性モデルの入力値としては、次のものが挙げられる。
・機器仕様
・機器性能
・計算開始時における各機器を流通する流体の状態量
・大気や海水の状態量、燃料組成（以下、外的条件）
・制御パラメータ
・発電出力の指令値
動特性モデルの出力値としては、次のものが挙げられる。
・発電出力
・機器を流通する流体の状態量
なお、動特性モデルは、性能評価プログラムが提供するユーザーインタフェースを介してユーザーにより作成される。動特性モデル自体は公知技術により作成することができるものであるので、詳細な説明は省略する。
動特性モデルの一部としてガスタービン４と高圧過熱器９について例示する。数１はガスタービンを流通する流体の熱物質収支式、及び断熱効率に関する動特性モデルであり、図２はその動特性モデルの説明するための図である。
Figure 2022049376000002
数１に示した動特性モデルは、ガスタービン４の機器仕様、ガスタービン４の機器性能及びガスタービン４の状態量から構成されている。また、各記号に付された添え字は、以下の通りである。
数字：位置
ad：断熱変化
Tout：ガスタービン出口
なお、Func1は、比エンタルピと圧力から温度を算出する関数を示す。
機器仕様とは、プラント１を構成する各機器の仕様を表す情報であり、例えば、機器の流体が流通する部分の体積や重量（熱容量）、配管などの流量係数などである。このような機器仕様は実際の機器から得られるものである。ガスタービン４の機器仕様の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Ｖ：体積
Ｋ：流量係数
これらに添え字が付くので、Ｖ１はガスタービン４の入口における流体の体積、Ｖ２はガスタービン４の出口における体積を表す。
機器性能とは、プラント１を構成する機器の性能を表す情報である。機器性能は、入力値である一方、動特性モデルによる解析結果から逆解析的に求めたいパラメータであり、ガスタービン４については断熱効率ηａｄである。
状態量は、動特性モデルの出力値となるものであり、プラント１を構成する機器を通過する流体の状態を表す情報である。また、ある機器についての動特性モデルを計算した結果として得られた状態量は、他の機器についての動特性モデルの計算に用いられる。ガスタービン４における状態量の具体例としては以下のとおりである。
Ｇ：質量流量
Ｇ０：位置０における流体の質量流量（※）
Ｇ１：位置１（ガスタービン４の入口）における流体の質量流量
ＧＴｏｕｔ：ガスタービン４の出口における流体の質量流量
Ｇ３：位置３における流体の質量流量
ｐ：圧力
ｐ０：位置０における流体の圧力（※）
ｐ１：位置１（ガスタービン４の入口）における流体の圧力
ｐ２：位置２における流体の圧力
ｈ：比エンタルピ
ｈ０：位置０における流体の比エンタルピ（※）
ｈ１：位置１（ガスタービン４の入口）における流体の比エンタルピ
ｈＴｏｕｔ：ガスタービン４の出口における流体の比エンタルピ
ｈ２：位置２における流体の比エンタルピ
ｈａｄ：断熱変化した場合のガスタービン出口における流体の比エンタルピ
ｓ：比エントロピ
ｓ１：位置１（ガスタービン４の入口）における流体の比エントロピ
Ｔ：温度
Ｔ０：位置０における流体の温度（※）
Ｔ２：位置２における流体の温度
ｖ：比体積
ｖ１：位置１における流体の比体積
ｖ２：位置２における流体の比体積
ガスタービン４の例では、※印が付された状態量が実データ又は他の機器についての動特性モデルを解くことにより得られるものである。このような※印が付された状態量を「入力状態量」とも称する。※印が付されていない他の状態量は、数１の動特性モデルを計算することによって得られるものである。このような※印が付されていない状態量を「出力状態量」とも称する。
数２は高圧過熱器９を流通する流体の熱物質収支式、及び断熱効率に関する動特性モデルであり、図３はその動特性モデルを説明するための図である。
Figure 2022049376000003
数２に示した動特性モデルは、高圧過熱器９の機器仕様、高圧過熱器９の機器性能及び高圧過熱器９を流通する流体の状態量から構成されている。また、各記号に付された添え字は、以下の通りである。
１：加熱側流体１（ガスタービン４から排出された排気）
２：被加熱側流体２（高圧蒸発器６から排出された高圧飽和蒸気）
ｍ：伝熱面材料
ｉ：高圧過熱器９の入口
ｏ：高圧過熱器９の出口
高圧過熱器９の機器仕様の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Ｖ：体積
Ｃｐ：熱容量
Ｍ：質量
Ａ：面積
Ｋ：流量係数
これらに添え字が付くので、Ｖ１は加熱側流体１の体積、Ｖ２は被加熱側流体２の体積を表す。同様に、Ｃｐｍは伝熱面材料の熱容量、Ｍｍは伝熱面材料の質量、Ｔｍは伝熱面材料の温度、Ａｍ１は加熱側流体１に面した面積、Ａｍ２は被加熱側流体２に面した面積、Ｋ１は加熱側流体１の流量係数、Ｋ２は被加熱側流体２の流量係数である。なお、Func1は、比エンタルピと圧力から温度を算出する関数を示す。
高圧過熱器９の機器性能は、数２の動特性モデルから求めたいパラメータであり、高圧過熱器９については熱貫流率Ｕｍである。
高圧過熱器９の状態量の具体例としては以下のとおりである。
Ｇ：質量流量
Ｇ１，ｉ：入口側における加熱側流体１の質量流量（※）
Ｇ１，ｏ：出口側における加熱側流体１の質量流量
Ｇ２，ｉ：入口側における被加熱側流体２の質量流量（※）
Ｇ２，ｏ：出口側における被加熱側流体２の質量流量
ｐ：圧力
ｐ１：高圧過熱器９内における加熱側流体１の圧力
ｐ２：高圧過熱器９内における被加熱側流体２の圧力
ｐ１，ｉ：入口側における加熱側流体１の圧力（※）
ｐ１，ｏ：出口側における加熱側流体１の圧力（※）
ｐ２，ｉ：入口側における被加熱側流体２の圧力（※）
ｐ２，ｏ：出口側における被加熱側流体２の圧力（※）
ｈ：比エンタルピ
ｈ１，ｉ：入口側における加熱側流体１の比エンタルピ（※）
ｈ１，ｏ：出口側における加熱側流体１の比エンタルピ
ｈ２，ｉ：入口側における被加熱側流体２の比エンタルピ（※）
ｈ２，ｏ：出口側における被加熱側流体２の比エンタルピ
Ｔ：温度
Ｔ１，ｉ：入口側における加熱側流体１の温度（※）
Ｔ１，ｏ：出口側における加熱側流体１の温度
Ｔ２，ｉ：入口側における被加熱側流体２の温度（※）
Ｔ２，ｏ：出口側における被加熱側流体２の温度
ｖ：比体積
ｖ１：高圧過熱器９内における加熱側流体１の比体積
ｖ２：高圧過熱器９内における被加熱側流体２の比体積
Ｑ：伝熱量
Ｑ１：高圧過熱器９内における加熱側流体１の伝熱量
Ｑ２：高圧過熱器９内における被加熱側流体２の伝熱量
高圧過熱器９の例では、※印が付された状態量が実データ又は他の機器についての動特性モデルを解くことにより得られるものである。このような※印が付された状態量を「入力状態量」とも称する。※印が付されていない他の状態量は、数２の動特性モデルを計算することによって得られるものである。このような※印が付されていない状態量を「出力状態量」とも称する。
このようにガスタービン４及び高圧過熱器９について動特性モデルの一部を例示したが、プラント１を構成する他の機器についても同様に動特性モデルを作成する。
上述したような動特性モデルに、機器仕様、機器性能、及び入力状態量を用いて計算することにより出力状態量及びプラント１の発電出力を得ることができる。機器性能は未知のものであるので、次のようにして機器性能を特定する。
１．初期の機器性能を適宜定める
２．動特性モデルを計算して出力状態量及び発電出力を得る
３．２の出力状態量及び発電出力を実データと比較する
４．一致しなければ、機器性能を変化させ２から再実行する
５．３で一致すれば、そのときの機器性能を出力する
つまり、機器性能に仮の値を入れて動特性モデルを計算し、その計算により得られた出力状態量が実データと一致するならば、その仮の値の機器性能は実際の機器性能であると推定するのである。なお、出力状態量と実データとの一致は厳密に一致している必要はなく、一定の範囲内（例えば±数％以内）にあれば一致していると判定してもよい。
ガスタービン４の場合、ガスタービン４の動特性モデルについて、機器仕様及び入力状態量を用いるとともに、機器性能である断熱効率ηａｄを適当な範囲で振って出力状態量を計算する。この例では、出力状態量のうち温度Ｔ２について、実際にガスタービン４から得られた流体の温度に関する実データと比較する。
高圧過熱器９の場合、高圧過熱器９の動特性モデルについて、機器仕様及び入力状態量を用いるとともに、機器性能である熱貫流率Ｕｍを適当な範囲で振って出力状態量を計算する。この例では、出力状態量のうち温度Ｔ１，ｏ、Ｔ２，ｏについて、実際に高圧過熱器９から得られた流体の温度に関する実データと比較する。
また、プラント１の全体の発電出力についても、動特性モデルを計算して得られるものと実データとしての発電出力とを比較する。
このようにして、動特性モデルを計算して得られた比較対象の出力状態量とその実データが一致し、かつ動特性モデルを計算して得られた発電出力とその実データが一致すれば、そのときの断熱効率ηａｄや熱貫流率Ｕｍなどを実データの取得時期における機器性能であるとしてこれらを出力する。動特性モデルを計算して得られた出力状態量又は発電出力が実データと一致しなければ、断熱効率ηａｄや熱貫流率Ｕｍなど各機器性能を変えて出力状態量を再計算する。
動特性モデルは微分項を含んでおり、定常状態のみならず非定常状態の発電プラントにおける状態量の時間遅れを含む変動を表している。したがって、動特性モデルを計算することで、機器性能や各種の状態量の変動を得ることができる。機器性能や各種の状態量の変動は、秒単位毎など任意の時間毎に得ることができる。本実施形態では機器性能や各種の状態量の変動を秒単位毎に計算したが、表１及び表２には、動特性モデルを計算して得られた結果の内、例として10分毎の数値を示す。
Figure 2022049376000004

Figure 2022049376000005
表１には運開当初、表２には運開５年後の所定範囲について、プラント１の発電出力、温度Ｔ２、ガスタービン４の断熱効率が示されている。運開当初とは、発電プラントを運用開始して間もないある一時期のことである。運開５年後とは、発電プラントを運用開始してから５年が経過したある一時期のことである。実データを取得した時期は少なくとも運転当初から５年以上分あるが、５年よりも短い所定範囲（ここでは６０分）を２つ定めてある。所定範囲の一つは、運開当初から間もないある日の６０分であり、もう一つは、運開５年後のある日の６０分である。
図４に動特性モデルを計算して得られた温度Ｔ２と実データを図示する。図４（ａ）は運開当初の温度Ｔ２の変動を図示したものであり、図４（ｂ）は運開５年後の温度Ｔ２の変動を図示したものである。
図４（ａ）及び図４（ｂ）の実線は温度Ｔ２の実データを表し、点線は動特性モデルを計算して得られた温度Ｔ２の解析結果である。動特性モデルを計算することにより得られた温度Ｔ２は、その実データと非常に精度良く一致している。
図５に動特性モデルを計算して得られたプラント１の発電出力と実データを示す。図５（ａ）は運開当初の発電出力の変動を図示したものであり、図５（ｂ）は運開５年後の発電出力の変動を図示したものである。
図５（ａ）及び図５（ｂ）の実線は発電出力の実データを表し、点線は動特性モデルを計算して得られた発電出力の解析結果である。動特性モデルを計算することにより得られた発電出力は、その実データと非常に精度良く一致している。
また、表１及び表２に示した計算結果のうち、発電出力（２列目）と断熱効率（４列目）の関係を出力してもよい。例えば、図６に示すように横軸に発電出力、縦軸に断熱効率をプロットして両者の関係を出力する。図中のＡは運開当初、Ｂは運開５年後における発電出力と断熱効率の関係を示している。
このように発電出力と、断熱効率との関係を出力することで、発電出力の変化にともなう機器性能の変化を把握することができる。さらに、運開当初と運開５年後の双方の関係を出力することで、運開当初から５年経つとどのように機器性能が変化したかを把握することができる。例えば、図６において発電出力が２０％のときには、運開当初では断熱効率が約４５％であったものが運開５年後では約３３％に低下していることが把握できる。
以上に説明したように、本実施形態に係る性能評価プログラムは、発電プラントを構成する機器の機器性能を含んだ動特性モデルを作成する。そして、動特性モデルを計算して得られた状態量（出力状態量）が実際のプラント１から得られた実データと一致するように機器性能を計算する。
この実データは、定常時のみならず、非定常時のものも用いることができる。これにより、図４や図５に示したように、状態量が変動している部分（非定常時）であっても実データに精度よく一致するような機器性能を求めることができる。なお、特許文献１では、状態量が変動している部分は、各機器の熱容量や体積などを要因とする時間遅れがあるため、実データから直接に機器性能を計算することができなかった。
このような性能評価プログラムにより、断熱効率ηａｄや熱貫流率Ｕｍなどを実データの取得時期における機器性能であるとしてこれらを得ることができる。本実施形態の例では、運開当初や運開５年後における非定常時の実データを用いて機器性能が得られる。
このような機器性能は、運開当初や運開５年後などの時点におけるプラント１のシミュレーションに用いることができる。例えば、運開当初と運開５年後のそれぞれの機器性能を用いて、また、同じ大気及び海水の状態量及び燃料組成などの外的条件として定格出力又は任意の発電出力まで出力上昇を行ったとするシミュレーションを行うことができる。これにより、運開当初と運開５年後において定格出力等、任意の発電出力で運転したら得られたであろう熱効率を算出し、同一の外的条件下で比較することができる。上述したように機器性能は、実データに合わせて計算されたものであるから、実際の機器性能に非常に近いものである。したがって、上記シミュレーションによりその発電出力における熱効率を精度よく計算することができる。なお、外的条件とは、プラント１の熱効率に対して影響を与える外的な条件のことであり、大気及び海水の状態量及び燃料組成は外的条件の一例にすぎない。
また、本実施形態に係る性能評価プログラムは、外的条件の一例として大気及び海水の状態量並びに燃料組成についても入力値とすることができる。そして、動特性モデルを計算して得られた発電出力及び状態量が実データに一致したときの機器性能を実データの取得時期における機器性能であるとして出力する。これにより、季節や燃料組成の影響による機器性能や熱効率の変化も考慮した機器の性能評価が可能となる。
また、本実施形態に係る性能評価プログラムは、動特性モデルを計算して得られた状態量（出力状態量）、発電出力、及び機器性能（例えば、表１、２の各列）、入力値の大気や海水の状態量、燃料組成のうちから選ばれた２つ（図６の例では、断熱効率と発電出力）の関係を出力する。これにより、発電出力、状態量、機器性能の関係を把握することができる。
さらに、本実施形態に係る性能評価プログラムは、実データを取得した時期のなかから当該時期よりも短い所定範囲を少なくとも２つ以上定め（例えば、運開当初、運開５年後）、それらの所定範囲ごとに関係を出力する。これにより、図４から図６に示したように、時間が経過するとどのように機器性能が変化したかを把握することができる。
なお、上述したように、コンピューターにより性能評価プログラムを実行させる場合に限らず、以下の性能評価方法を実行することによっても同様の効果を得ることができる。すなわち、プラント１の発電出力、プラント１の機器性能、及び機器を流通する流体の状態量の動特性を模擬した動特性モデルを作成する。次に、動特性モデルを計算して得られる発電出力及び状態量が発電出力及び状態量の実データと一致するまで機器性能を変化させる。そして、動特性モデルを計算して得られた発電出力及び状態量が実データに一致したときの断熱効率ηａｄや熱貫流率Ｕｍなどを実データの取得時期における機器性能であるとしてこれらを出力する。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、発電プラントとしてコンバインドサイクル発電プラントを例示したがこれに限定されず、任意の方式の発電プラントに本発明は適用できる。また、本発明は、発電プラントのみならず、化学プラントや産業プロセス、ヒートポンプ給湯機やエアコンなど、あらゆるシステムについて適用可能である。
つまり、本発明によれば、各種機器からなるシステムについても、機器性能を入力値とし、機器を流通する流体の状態を表す状態量を出力値とするシステムの動作を表す数式群からなる動特性モデルを作成し、動特性モデルを計算して得られる状態量が状態量の実データと一致するまで機器性能を変化させ、動特性モデルを計算して得られた状態量が実データに一致したときの機器性能を出力する。これにより、任意のシステムについても、定常時のみならず、非定常時における実データを用いて機器性能を把握することができる。
さらに、本発明は、得られた機器性能を用いて、システムを任意の大気及び海水の状態量及び燃料組成などの外的条件、並びに出力で運転させるシミュレーションを行い、その出力における熱効率を算出させる場合についても適用できる。これにより、任意のシステムについて、シミュレーションにより外的条件や出力における熱効率を精度よく計算することができる。
図４～図６では、運開当初と運開５年後の解析結果を例示したがそれら２つに限定されない。また、３つ以上の時期を採用してもよい。
図６には、発電出力と断熱効率との関係を例示したがこれに限定されない。発電出力、断熱効率以外の様々な機器性能、温度Ｔ２など様々な状態量、さらには大気や海水の状態量、燃料組成などの入力値のなかから任意に２つを選択して関係を出力してもよい。
発電プラントを設計、構築、運用、保守、点検等を行う産業分野で利用することができる。
１…プラント，４…ガスタービン，９…高圧過熱器

Claims (14)

  1. 少なくともシステムを構成する機器の性能を表す機器性能を入力値とし、少なくとも前記機器を流通する流体の状態を表す状態量を出力値とする前記システムの動作を表す数式群からなる動特性モデルを作成し、
    前記動特性モデルを計算して得られる前記状態量が前記状態量の実データと一致するまで前記機器性能を変化させ、
    前記動特性モデルを計算して得られた前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における前記機器性能であるとして出力する
    ことを特徴とするシステムの性能評価方法。
  2. 請求項１に記載のシステムの性能評価方法において、
    得られた前記機器性能、及びシステムの出力に影響を与える外的条件を用いて、任意の出力まで運転を行ったとするシミュレーションにより、その出力における熱効率を算出する
    ことを特徴とするシステムの性能評価方法。
  3. 少なくとも発電プラントを構成する機器の性能を表す機器性能を入力値とし、少なくとも前記機器を流通する流体の状態を表す状態量及び前記発電プラントの発電出力を出力値とする前記発電プラントの動作を表す数式群からなる動特性モデルを作成し、
    前記動特性モデルを計算して得られる前記発電出力及び前記状態量が前記発電出力及び前記状態量の実データと一致するまで前記機器性能を変化させ、
    前記動特性モデルを計算して得られた前記発電出力及び前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における前記機器性能であるとして出力する
    ことを特徴とする発電プラントの性能評価方法。
  4. 請求項３に記載の発電プラントの性能評価方法において、
    得られた前記機器性能、及び前記発電出力に影響を与える外的条件を用いて、任意の発電出力まで運転を行ったとするシミュレーションにより、前記発電出力における熱効率を出力させる
    ことを特徴とする発電プラントの性能評価方法。
  5. 請求項３又は請求項４に記載の発電プラントの性能評価方法において、
    前記動特性モデルは、大気及び海水の状態量、前記発電プラントで用いられる燃料の燃料組成並びに前記発電プラントに与えられた発電出力の指令値を入力値とし、
    前記動特性モデルを計算して得られた前記発電出力及び前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における前記機器性能であるとして出力する
    ことを特徴とする発電プラントの性能評価方法。
  6. 請求項５に記載する発電プラントの性能評価方法において、
    前記動特性モデルを計算して得られた前記状態量、前記発電出力及び前記機器性能、前記動特性モデルに入力した前記大気や海水の状態量、前記燃料組成から選ばれた２つの関係を出力する
    ことを特徴とする発電プラントの性能評価方法。
  7. 請求項６に記載する発電プラントの性能評価方法において、
    前記実データを取得した時期のなかから当該時期よりも短い所定範囲を少なくとも２つ以上定め、前記所定範囲ごとに前記関係を出力する
    ことを特徴とする発電プラントの性能評価方法。
  8. コンピューターに、
    少なくともシステムを構成する機器の性能を表す機器性能を入力値とし、少なくとも前記機器を流通する流体の状態を表す状態量を出力値とする前記システムの動作を表す数式群からなる動特性モデルを作成する機能と、
    前記動特性モデルを計算して得られる前記状態量が前記状態量の実データと一致するまで前記機器性能を変化させる機能と、
    前記動特性モデルを計算して得られた前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における前記機器性能であるとして出力する機能と、
    を実現させることを特徴とするシステムの性能評価プログラム。
  9. 請求項８に記載のシステムの性能評価プログラムにおいて、
    得られた前記機器性能、及びシステムの出力に影響を与える外的条件を用いて、任意の出力まで運転を行ったとするシミュレーションにより、前記出力における熱効率を算出する機能
    を実現させることを特徴とするシステムの性能評価プログラム。
  10. コンピューターに、
    少なくとも発電プラントを構成する機器の性能を表す機器性能を入力値とし、少なくとも前記機器を流通する流体の状態を表す状態量及び発電プラントの発電出力を出力値とする前記発電プラントの動作を表す数式群からなる動特性モデルを作成する機能と、
    前記動特性モデルを計算して得られる前記発電出力及び前記状態量が前記発電出力及び前記状態量の実データと一致するまで前記機器性能を変化させる機能と、
    前記動特性モデルを計算して得られた前記発電出力及び前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における前記機器性能であるとして出力させる機能と、
    を実現させることを特徴とする発電プラントの性能評価プログラム。
  11. 請求項１０に記載の発電プラントの性能評価プログラムにおいて、
    得られた前記機器性能、及び前記発電出力に影響を与える外的条件を用いて、任意の発電出力まで運転を行ったとするシミュレーションにより、前記発電出力における熱効率を出力させる機能
    を実現させることを特徴とする発電プラントの性能評価プログラム。
  12. 請求項１０又は請求項１１に記載の発電プラントの性能評価プログラムにおいて、
    前記動特性モデルは、大気及び海水の状態量、前記発電プラントで用いられる燃料の燃料組成並びに前記発電プラントに与えられた発電出力の指令値を入力値とし、
    前記機器性能を出力させる機能は、前記動特性モデルを計算して得られた前記発電出力及び前記状態量が前記実データに一致したときの前記機器性能を前記実データの取得時期における機器性能であるとして出力する
    ことを特徴とする発電プラントの性能評価プログラム。
  13. 請求項１２に記載する発電プラントの性能評価プログラムにおいて、
    前記動特性モデルを計算して得られた前記状態量、前記発電出力及び前記機器性能、前記動特性モデルに入力した前記大気及び海水の状態量、前記燃料組成から選ばれた２つの関係を出力する機能を備える
    ことを特徴とする発電プラントの性能評価プログラム。
  14. 請求項１３に記載する発電プラントの性能評価プログラムにおいて、
    前記実データを取得した時期のなかから当該時期よりも短い所定範囲を少なくとも２つ以上定め、前記所定範囲ごとに前記関係を出力する機能を備える
    ことを特徴とする発電プラントの性能評価プログラム。

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