JP2695974B2 - コージェネレーションプラントの出力制御装置 - Google Patents

コージェネレーションプラントの出力制御装置

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、電力供給と共に、熱供給システム等への蒸
気供給を行うコージェネレーションプラントの出力制御
装置に係わり、特に蒸気発生を蒸気需要に応じてスムー
ズに行なえるコージェエレーションプラントの出力制御
装置に関する。
(従来の技術) コージェネレーションプラントは、一般に、ガスター
ビンサイクルやディーゼルエンジン、あるいはガスエン
ジン等の内燃機関と、その排ガスのエネルギーを利用し
て蒸気を発生させる排熱回収ボイラとから構成されてい
る。また、排熱回収ボイラの発生蒸気の圧力が高い場合
には、その残余のエネルギーを電力として回収する蒸気
タービンを備えていることもある。
第4図は、ガスタービンと蒸気タービンを備えたコン
バインドサイクル・コージェネレーションプラントのシ
ステム構成を例示するもので、このシステムはガスター
ビンサイクル1と、蒸気タービンサイクル2とから成
る。
ガスタービンサイクル1においては、燃料ガスは燃料
弁3により供給量を調節され、燃焼器4でコンプレッサ
ー5からの圧縮空気と混合されて燃焼し、高温・高圧の
燃焼ガスを発生する。この燃焼ガスはガスタービン6に
導かれてこれを駆動し、発電機7を回転させる。
一方、蒸気タービンサイクル2においては、ガスター
ビン6からの排気を排熱回収ボイラ8に導き、その排気
熱で主蒸気を発生させる。
この排熱回収ボイラ8では、エコノマイザ9で余熱さ
れた給水が蒸気ドラム11を通してエバポレータ12に送ら
れ、更に、スーパーヒータ13で過熱されて過熱蒸気とな
り、加減弁14を通して蒸気タービン15に送られる。この
蒸気タービン15により発電機16が駆動され、その排気は
復水器(図示せず)において復水となり、再び排熱回収
ボイラ8へ給水として送られる。
排熱回収ボイラ8の発生排気の一部は、スーパーヒー
タ13の出口から分岐する蒸気供給ライン17を介して、熱
供給システム18へ送られる。
このようなコージェネレーション用コンバインドサイ
クルの発電および蒸気発生の出力調整は、両サイクルの
燃料弁3および加減弁14をそれぞれ適宜開度調整して行
われ、各サイクルの出力を調節することによって全体の
出力調整を行うようにしている。
また、蒸気圧力検出器19によって検出された蒸気圧力
信号と圧力セット信号は減算器20に入力され、それらの
差信号は圧力コントローラ21に入力される。
ガスタービン側の燃料弁3の制御系では、圧力コント
ローラ21からの信号S0は、ガスタービン出力(G/TMW)
信号S2と、蒸気タービン出力(S/TMW)信号S3と共に加
算器22に導かれ、加減算されてコンバインドサイクル出
力信号S1となる。この信号S1と、負荷指令(MWセット)
信号S4は加算器23にて減算され、それらの偏差信号S5が
負荷コントローラ24に入力される。加算器25では、圧力
コントローラ21の信号S0と、負荷コントローラ24の出力
信号S6と、回転数偏差Δfに基づくガスタービン調定率
ゲインS7とが加えられ、これらの和の信号S8によって燃
料弁3の開度がガバナーフリー制御される。
一方、蒸気タービンの制御系では、効率向上のため変
圧制御が採用されている。即ち、加算器26で、開度設定
信号Kに基づく信号S10と、回転数偏差Δfに基づく蒸
気タービン調定率ゲインS11と、圧力コントローラ27か
らの信号S12とを加算し、得られた信号S13で蒸気タービ
ンの加減弁14を開度調整し、蒸気タービンの出力を制御
するようにしている。
上記においては、コンバインドサイクル制御に加え、
蒸気供給量も同時に制御するため、蒸気の供給と需要の
バランス指標である蒸気圧力の制御をコンバインドサイ
クルの制御へ加味した例が示されている。即ち、蒸気供
給ライン17の圧力を蒸気圧力検出器19で検出し、圧力設
定との偏差を減算器20にて常に演算し、蒸気圧力が低く
なった場合は、圧力コントローラ21により、ガスタービ
ンに出力を増加させる信号S0を与え、蒸気タービンへ
は、加減弁を閉する指令S12を与えて、蒸気圧力の維持
を計るものである(例えば、特願昭59-195196号「コン
バインドサイクル発電プラントの出力制御装置」参
照)。
上述したように、コンバインドサイクル制御に加え、
蒸気発生量をも同時に制御することによって、蒸気の供
給と需要のバランス指標である蒸気圧力の制御をガスタ
ービン制御および蒸気タービン制御へ加味する制御方法
は既に公知である。
(発明が解決しようとする課題) 上述の第4図につき説明した方法は、蒸気供給量の変
動を蒸気圧力の変化で先行的に捕え、ガスタービンおよ
び蒸気タービンの制御系へ出力の増減信号を加え、蒸気
量の変化に応じたコンバインドサイクルの出力制御を行
うように考えられたもので、主として、定常運転時の蒸
気の安定供給を目的としたものである。
しかしながら、第4図の方法は、蒸気の供給不足を蒸
気圧力の低下で捕えてガスタービンの出力を変化させる
方法であるため、大きな蒸気供給量の変動に対しては適
切ではない。
その理由は、大きな蒸気供給量の変化、例えば一日の
時間単位で変化する蒸気量の変化に対しては、ガスター
ビンの出力変化から排熱回収ボイラでの蒸気発生までの
時間遅れが大きく(数分間程度)、常に蒸気圧力の低下
を来たし、好ましくないからである。
本発明はこのような従来技術の問題点を解消すべくな
されたもので、一日の時間単位で変わるような大きな蒸
気供給量の変化にスムーズに対応して発電プラントの出
力制御を円滑に行うことのできるコージェネレーション
プラントの出力制御装置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明のコージェネレーションプラントの出力制御装
置は、ガスタービン、ガスエンジン等の高温の排気熱を
有する発電システムと、排熱回収ボイラとを備え、電力
供給と共に、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を熱供
給システム等の蒸気需要家へ供給するコージェネレーシ
ョンシステムにおいて、一日の時間単位で変化するよう
な大きな蒸気需要変化を予め設定された標準パターンに
よりフィードフォワード的に出力制御するフィードフォ
ワード制御回路と、この標準パターンに合わない、その
時点における蒸気需要変化を供給蒸気圧力によるフィー
ドバック制御で対応する圧力制御回路とを備えることを
特徴とするものである。
(作用) 上述のように構成した本発明装置において、一日単位
で変化する大きな蒸気需要変化に対しては、フィードフ
ォワード制御回路からガスタービン制御装置への指令で
対応し、標準パターンに合わない時々刻々の蒸気需要変
化に対しては、圧力制御回路からの指令で対応すること
によって、全体として需要に見合った蒸気供給を行うこ
とができる。
(実施例) 次に、図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。なお、第4図におけると同一部分には同一の符号を
付し、重複する部分の説明は省略する。
第1図は本発明のコージェネレーションプラントの出
力制御装置の概略構成を示すもので、一日の時間単位で
変わるような大きな蒸気量変化は、予め設定されたパタ
ーンによりフィードフォワード的に出力制御するフィー
ドフォワード制御回路30に分担させ、このパターンに合
わない、その時点における蒸気供給量の変化または微少
な蒸気供給量の変化は、蒸気圧力によるフィドバック制
御で対応する圧力制御回路40に分担させる。
これらのフィードフォワード制御回路30と圧力制御回
路40の出力はガスタービン制御回路50に入力されて燃料
弁3を制御する。また、圧力制御回路40の出力は蒸気タ
ービン制御回路60に入力されて加減弁14を制御する。
第2図は、第1図における要部の詳細を示す実施例で
ある。なお、この実施例は、コンバインドサイクルを使
用した例であるが、ガスタービンの代わりにガスエンジ
ンやディーゼルエンジン等の内燃機関を使用してもよい
し、また蒸気タービンを省略して、排熱回収ボイラの発
生蒸気を全て蒸気供給するシステムでも制御方法は変わ
らない。
第2図において、フィードフォワード制御回路30は、
実時間(何月何日)により、標準パターンを選定し、こ
のパターンをフィードフォワード制御回路にセットする
蒸気需要パターン選定部31と、選ばれた標準パターンを
発生する標準パターン発生器32と、プラトンの蒸気需
要、即ちコージェネレーションプラントが発生しなけれ
ばならない蒸気発生量をヒートバランス計算に基づいた
ガスタービン負荷(燃料流量指令)に置換えるための信
号変換部33とから構成されている。
なお、第2図の例では、信号変換部33には、大気温度
検出器34の信号を用いて、蒸気需要からガスタービン負
荷への変換に修正を加えているが、これはガスタービン
がオープンサイクルシステムであり、大気温度によりガ
スタービン出力、排熱回収ボイラへ送る排ガスのエンタ
ルピーが変わり、従って同じ燃料流量でも蒸気発生量が
変わるために、この補正用として大気温度信号により蒸
気需要からガスタービン負荷への信号変換部分に修正を
加えているものである。
ところで、コージェネレーションプラントの一日の蒸
気需要は季節要因を考慮した曜日で決まる或るパターン
で概略予想することができる。
この蒸気需要は、例えば工場においては、朝の操業開
始で立上がり、昼に少し下がり、午後のピークを経て夜
間は低い需要で推移し、また翌朝の操業開始時に立上が
るというパターンをとる。このパターンは平日と休日で
変わり、また、夏と冬の季節要因によっても変化する。
従って、これらのいくつかの標準的なパターンを予め記
憶させおき、排熱回収ボイラの蒸気発生の時間遅れも加
味して先行的にガスタービン出力を変化させれば、標準
的に一日の蒸気需要変化に追従していくことができる。
なお、当然のことながら、時々刻々変化するその時の
蒸気需要は、標準パターンで予測した通りにはならな
い。この標準パターンで予測した蒸気需要予想量と、実
際の蒸気需要のずれは蒸気圧力の偏差となって現われる
ので、この偏差を例えば圧力制御回路30で逐一修正し、
全体として蒸気需要と蒸気発生が一致し、蒸気圧力が一
定となるようコージェネレーションプラントの出力制御
を行うことができる。
第2図の実施例において、蒸気需要パターン選定部31
には、季節や曜日で分類された過去の実績に基づく標準
的な一日の時間単位で変化する蒸気需要パターンが複数
種類収められており、当日の季節や曜日により、その日
の予想されるパターンが選定される。このパターンは標
準パターン発生器32にセットされている。このパターン
の一例を第3図に示す。
仮に、その日の標準パターンが第3図の(A)であっ
たとすると、この横軸時間の蒸気供給量目標は第3図
(C)のような大気温度をパラメータとした信号変換部
33の変換カーブで置き換えられ、信号変換部33からガス
タービン制御装置50に与えられるガスタービン負荷設定
値は第3図(B)のようになる。
第3図(B)の破線は大気温度が低い場合の例であ
り、一点鎖線は大気温度が高い場合の例である。即ち、
第3図(B)の如く、ガスタービンの負荷を時間的に変
化させれば、蒸気供給量は第3図(A)が実現される。
ここで、排熱回収ボイラの蒸気発生遅れは、標準パタ
ーンに加味しておけば、蒸気発生の立上がりを実際の蒸
気需要と合致したものとすることができる。
このように、標準パターンに応じて蒸気を発生して
も、時々刻々変化する蒸気需要は標準パターンで予想し
た通りにはならないが、この標準パターンと、実際の蒸
気需要の差は蒸気圧力制御回路40で補正することによっ
て解消することができる。
このように、本発明に係るコージェネレーションプラ
ントの出力制御装置によれば、一日の時間単位で変化す
る蒸気需要を、標準パターンでガスタービン出力制御
し、更にその時々の蒸気の需給バランスを蒸気圧力のフ
ィードバック制御で補正することによって、蒸気圧力の
安定したスムーズなコージェネレーションプラントの蒸
気供給制御を行うことができる。
[発明の効果] 上述のように本発明によれば、蒸気圧力の安定したス
ムーズなコージェネレーションプラント出力を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の実施例を示す系統図、第2図は本
発明装置の実施例における要部の詳細を示す系統図、第
3図(A)〜(C)は本発明装置の作動を説明するグラ
フ、第4図は従来のコージェネレーションプラントの出
力制御装置の系統図である。 1……ガスタービンサイクル 2……蒸気タービンサイクル 3……燃料弁 4……燃焼器 5……コンプレッサー 6……ガスタービン 7,16……発電機 8……排熱回収ボイラ 9……エコノマイザ 11……蒸気ドラム 12……エバポレータ 13……スーパーヒータ 14……加減弁 15……蒸気タービン 17……蒸気供給ライン 18……熱供給システム 19……蒸気圧力検出器 21……圧力コントローラ 24……負荷コントローラ 30……フィードフォワード制御回路 31……蒸気需要パターン選定部 32……標準パターン発生器 33……信号変換器 34……大気温度検出器 40……圧力制御回路 50……ガスタービン制御回路 60……蒸気タービン制御回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスタービン、ガスエンジン等の高温の排
    気熱を有する発電システムと、排熱回収ボイラとを備
    え、電力供給と共に、前記排熱回収ボイラで発生した蒸
    気を熱供給システム等の蒸気需要家へ供給するコージェ
    ネレーションシステムにおいて、一日の時間単位で変化
    するような大きな蒸気需要変化を予め設定された標準パ
    ターンによりフィードフォワード的に出力制御するフィ
    ードフォワード制御回路と、この標準パターンに合わな
    い、その時点における蒸気需要変化を供給蒸気圧力によ
    るフィードバック制御で対応する圧力制御回路とを備え
    ることを特徴とするコージェネレーションプラントの出
    力制御装置。
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