JP3742310B2 - 発電設備の保守支援システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電設備の保守支援システムに係り、特に、発電設備を構成する各種機器とサービスセンターとを通信ネットワークを通して接続し、サービスセンターが常時各種機器の性能低下を監視し、ある機器の性能低下を検出したとき、その機器を保有する発電会社に、当該機器の性能低下に基づく各種の利害得失を表した機器保守情報を提供する発電設備の保守支援システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発電設備は、各種機器の組み合わせからなっており、それらの機器の中には、経年変化や故障により性能が低下するものがある。特に、発電設備を構成する各種機器の中の主要な機器の一つであるガスタービンは、何等かの原因によってその性能低下が生じた場合、発電するのに必要な燃料流量の増加をもたらし、による燃料費の上昇によって発電コストが増大し、ひいては発電会社の経営状態に悪い影響を与えるようになる。このような点から、ガスタービン等の発電設備を構成する各種機器は、常時、その性能を監視することが発電会社における重要な作業の一つとなる。
【０００３】
ところで、ガスタービンの性能を測定する方法としては、単位発電量に対して消費される燃料コストを求めることにより、発電コストを算出する方法がある。この方法によれば、当該ガスタービンの発電コストの推移を見ることにより、ガスタービンの性能低下がもたらす発電コストの増大を直感的に把握することができる。発電会社は、通常、運転日誌に１日の発電量と消費される燃料の量を記録するようにしている。このため、発電コストを求めるためには、消費された燃料の量とその燃料の入手価格とを用いて総合燃料費を求め、求めた総合燃料費を１日の発電量で除算することによって算出することができる。
【０００４】
発電設備の発電コストは、定常時ほぼ一定であるが、経年変化が生じるようになったり、何等かの原因でいずれかの機器に性能低下等が生じるようになった場合、発電コストは増加傾向になる。そして、発電コストが許容範囲を超えて増加した場合、発電設備の運転を停止させ、経年変化が生じた機器または性能低下を生じた機器を交換する等の補修作業が行われる。この補修作業を実行するか否かの判断は、発電設備の運転を停止させることから、多くの場合発電会社の補修課によって判断される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発電設備の発電コストは、機器の経年変化や機器の性能低下等、機器側に発生した不具合による増加だけでなく、使用する燃料の性状の変化、または周囲環境の変化、例えば温度変化、圧力変動、湿度変化等の外的条件の変化によっても増加するようになる。このため、発電会社は、発電設備の発電コストが増加した場合、その増加の原因が経年変化や性能低下等の機器側に発生した要因によるものであるか、または、燃料の性状の変化、周囲環境の変化等の外的条件の変化によるものであるかを判別する必要がある。これと同時に、発電会社は、発電設備の運転停止に伴い大きな経済的損失が生じることを考慮し、機器の経年変化や機器の性能低下が僅かに現われている段階で補修作業を実施することは現実的でなく、当該機器の経年変化や性能低下がどの程度になったとき、補修作業を実施するかの判断をしなければならない。また、発電会社は、補修作業を実施する場合においても、その補修の内容、例えば当該機器をそれと同型式の新品の機器と交換すればよいのか、それとも、当該機器よりも高い効率の機器と交換した方がよいのかについても、慎重に判断して実施する必要がある。
【０００６】
これまでは、発電設備のいずれかの機器を交換する場合、発電会社の補修課の担当員がその交換を行う時期の設定、交換する新たな機器の選択等を、担当員の主観に基づいて決めている場合が多く、特に、発電設備の発電コストを考慮して決めているものではなかった。このため、機器の交換によって発電設備の発電コストが必ずしも安価になるという保証はできないもので、この点から機器の交換の時期と発電コストとの間で定量的な指標に基づいた判断ができるような手法の開発が要望されていた。
【０００７】
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、機器の交換時期と発電コストとを定量的に算出し、その算出結果を用いて機器の交換時期を発電コストと関連させて決めることができる発電設備の保守支援システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による発電設備の保守支援システムは、１つ以上の発電設備とそれらの発電設備を保有する発電会社と共通のサービスセンターが通信ネットワークを介して接続されており、前記サービスセンターは、前記通信ネットワークを通して前記発電設備を構成する各種機器について測定したプロセスデータ及び前記発電設備の電気出力を取得するとともに、前記各種機器の機器モデルを組み合わせて構成した発電設備モデルを備えており、前記各種機器の機器モデルを用いて対応する各種機器の正常運転時のプロセスデータ及び前記発電設備モデルを用いて対応する発電設備の電気出力を算定するもので、前記各種機器について測定したプロセスデータと当該各種機器に対応した機器モデルで算定したプロセスデータとを比較し、これらのプロセスデータに偏差を生じていた場合、当該各種機器が正常な運転状態でないと判断し、この判断に続いて当該各種機器を含む発電設備について、この発電設備の電気出力に基づいた発電コストを算定し、正常な運転状態でない当該各種機器を運転し続けた場合の当該発電設備における発電コストと正常な運転状態にある前記発電設備モデルの電気出力に基づいた発電コストとを比較し、次いで、前記２つの発電コストの差である発電コスト増加分を運転時間に基づいて算出し、続いて、前記正常な運転状態でないと判断された当該各種機器を交換した場合の交換費用と前記交換した当該各種機器の性能向上に基づく発電コスト減少分を運転時間に基づいて算出し、得られた発電コスト増加分及び発電コスト減少分の算出結果を機器保守情報として前記通信ネットワークを通して前記発電設備を保有する発電会社に提供する手段を備える。
【０００９】
前記手段によれば、サービスセンターが１つ以上の発電設備を構成する各種機器のそれぞれから常時プラントデータを取得し、取得したプラントデータを用いて各種機器の性能低下を診断し、その診断結果により機器の性能低下を検出したとき、当該機器の性能低下による発電コスト上昇分と当該機器を交換したときの発電コスト増加分とを定量的に算出し、算出結果を含む機器保守情報を当該機器を保有する発電会社に通知するようにしたので、発電会社は受領した機器保守情報からその機器の交換時期を発電コストに関連させて客観的に決めることが可能になり、当該機器を最も適した交換時期に交換することができる。
【００１０】
また、前記手段における機器保守情報は、性能低下した機器の交換コストとその機器の交換による低減コストとの発電設備の運転日数に関連した増減情報を含むものである。
【００１１】
このような構成にすれば、発電会社は、交換すべき機器の交換時期をかなり早い時点に知覚することができるので、新たな機器の発注作業や運転停止させる発電設備の代替発電設備の手配作業等を時間的余裕をもった状態で実行することができる。
【００１２】
さらに、前記手段における機器保守情報は、性能低下した機器に対して、その機器を交換する際の製造メーカ別の交換コスト情報を含むものである。
【００１３】
このような構成にすれば、発電会社は、交換すべき機器について、新たな機器の性能等を勘案しながら交換すべき機器のコストを有利な条件で選択することができる。
【００１４】
また、前記手段における通信ネットワークは、発電設備を構成する各種機器を販売する１つ以上の販売会社が接続配置され、発電会社は選択した販売会社に対して自己会社が保有する性能低下した機器の発注を通信ネットワークを通して行うものである。
【００１５】
このような構成にすれば、発電会社は、自ら選択した販売会社を通して新たな機器を直接発注することができるので、多くの手間を掛けることなく交換すべき機器を取得することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明による発電設備の保守支援システムの一つの実施の形態を示すもので、その要部構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示されるように、この実施の形態の発電設備の保守支援システムは、少なくとも発電設備５と補修課６とを有する発電会社１と、発電会社１に機器保守情報を提供するサービスセンター２と、発電設備５を構成する各種機器の少なくとも１つの機器を製造する機器メーカ３と、インターネット等の通信ネットワーク４とからなっている。この場合、発電会社１の発電設備５及び補修課６、サービスセンター２、機器メーカ３は、それぞれ通信ネットワーク４を通して相互接続される。なお、図１においては、発電会社１及び機器メーカ３がそれぞれ１つである場合を図示しているが、実際、１つまたはそれ以上の発電会社１と１つまたはそれ以上の機器メーカ３とが通信ネットワーク４を通して相互接続されるものである。
【００１９】
次に、図２は、図１に図示されたサービスセンター２の要部構成を示すブロック図である。図２において、図１に示された構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付けている。
【００２０】
図２に示されるように、サービスセンター２は、制御部２０と、ファイアーウォール２１と、プロセス値受信部２２と、プロセス値データベース２３と、機器モデルデータベース２４と、材料情報データベース２５と、効率診断部２６と、寿命診断部２７と、設計情報データベース２８と、機器保守情報送信部２９と、コスト評価部３０と、改造情報データベース３１とからなっている。この場合、制御部２０は、サービスセンター２の全体の動作を統括制御するものである。
【００２１】
そして、制御部２０は、ファイアーウォール２１とプロセス値受信部２２とプロセス値データベース２３と効率診断部２６と寿命診断部２７とコスト評価部３０にそれぞれ接続される。ファイアーウォール２１は、プロセス値受信部２２と機器保守情報送信部２９とにそれぞれ接続されるとともに図２に図示されていない通信ネットワーク４に選択接続される。プロセス値データベース２３は、効率診断部２６と寿命診断部２７にそれぞれ接続される。機器モデルデータベース２４は効率診断部２６に接続され、材料情報データベース２５は寿命診断部２７に接続される。効率診断部２６は、設計情報データベース２８とコスト評価部３０にそれぞれ接続される。寿命診断部２７は、設計情報データベース２８とコスト評価部３０にそれぞれ接続される。機器保守情報送信部２９はコスト評価部３０に接続され、コスト評価部３０は改造情報データベース３１に接続される。
【００２２】
次いで、図３は、図１に図示された発電設備５の要部構成を示すブロック図である。図３において、図１に示された構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付けている。
【００２３】
図３に示されるように、発電設備５は、第１制御装置（制御装置１）５１と、第２制御装置（制御装置２）５２と、第１センサ（センサ１）５３と、第２センサ（センサ２）５４と、プロセス値算出部５５と、プロセス値送信部５６と、ファイアーウォール５７とからなっている。この場合、第１制御装置５１と、第２制御装置５２と、第１センサ５３と、第２センサ５４と、プロセス値算出部５５からなる構成部分５０は、本来、発電設備５が具備している構成部分５０であって、新たにプロセス値送信部５６とファイアーウォール５７とが付加されたものである。
【００２４】
そして、プロセス値算出部５５は、第１制御装置５１と、第２制御装置５２と、第１センサ５３と、第２センサ５４と、プロセス値送信部５６にそれぞれ接続される。ファイアーウォール５７は、プロセス値送信部５６に接続されるとともに図３に図示されていない通信ネットワーク４に選択接続される。なお、ファイアーウォール５７は、発電設備５がインターネット等の通信ネットワーク４に接続されるため、外部から発電設備５への不正アクセスを防止するために設けられるもので、通信ネットワーク４として専用線が使用される場合には、ファイアーウォール５７の設置は必要としない。
【００２５】
前記構成による発電設備の保守支援システムの動作を図１乃至図３を用いて説明する。
【００２６】
発電会社１は、自社が所有する発電設備５の監視業務をサービスセンター２に依頼する。このとき、サービスセンター２は、発電会社１が所有する１つまたはそれ以上の発電設備５に、当該発電設備５の各部で得られたプロセス値を通信ネットワーク４を通してサービスセンター２に送信する設備、具体的にはプロセス値送信部５６とファイアーウォール５７とを付加配置する。この場合、発電設備５は、プロセス値算出部５５が第１センサ５３及び第２センサ５４で検出した検出値に基づいて発電設備５の各部構成機器を制御する制御信号を算出し、算出した制御信号を第１制御装置５１及び第２制御装置５２を通して発電設備５の各部構成機器の運転状態を制御するとともに、各部構成機器の運転に必要な全てのプロセス値を内部メモリ（図３に図示なし）に格納する。プロセス値送信部５６は、プロセス値算出部５５を通してこれらのプロセス値を取り込み、送信タイミング時にファイアーウォール５７を通して通信ネットワーク４に送信する。このプロセス値の送信時に、プロセス値とともに時刻情報及び発電設備５を特定するＩＤを送信する。また、サービスセンター２は、必要になったとき、プロセス値算出部５５に対して第１センサ５３及び第２センサ５４で検出した検出値（センサ情報）を要求すると、プロセス値送信部５６は、前記処理と同様にしてこのセンサ情報を通信ネットワーク４に送信する。
【００２７】
サービスセンター２は、プロセス値送信部５６が通信ネットワーク４を通して送信した各種のプロセス値やセンサ情報等をファイアーウォール５７を介してプロセス値受信部１２が受信する。プロセス値受信部１２は、受信したプロセス値やセンサ情報等のプロセスデータを制御部２０を通してプロセス値データベース２３に格納する。
【００２８】
ここで、図４は、プロセス値データベース２３に格納されているプロセスデータ内容の一例を示す説明図である。
【００２９】
図４に示されるように、プロセスデータは、発電設備（発電ユニット）５毎にプロセス番号、例えばＰＩＤ００１乃至ＰＩＤ００３等によって管理される。このプロセス番号は、プロセスデータを識別するためのＩＤからなるもので、サービスセンター２が発電設備５から定期的にプロセスデータを得たときにそのプロセスデータとともに取り込んでいる。また、図４に図示の例では、データベースに格納している時刻データから判るように、１秒周期でプロセスデータの取り込みを行っている。
【００３０】
続いて、サービスセンタ２の効率診断部２６で実行される発電設備を構成する機器の効率診断処理について説明する。
【００３１】
効率診断部２６は、設計情報データベース２８を参照し、発電設備５を構成する各種機器の型式を調査する。
【００３２】
図５は、設計情報データベース２３に格納されている設計情報データの一例を示す説明図である。
【００３３】
図５に示されるように、設計情報データは、発電設備５を構成している各種機器毎に、機器の製造メーカとその機器の型式、及び、その機器の部品の製造メーカとその部品の型式からなるもので、例えば、発電所Ａの発電設備（発電ユニット）１の場合、ガスタービンはＡ社の型式ＧＴ００１の製品を採用しており、このガスタービンを構成する部品は、燃焼器がＢ社の型式ＣＢ００３の製品、タービンがＡ社の型式ＴＢ００１の製品、圧縮器がＡ社のＣＰ００１の製品を用いていることが示されている。
【００３４】
また、効率診断部２６は、機器モデルデータベース２４から機器の効率を算出するための機器モデルデータを取得する。
【００３５】
図６は、機器モデルデータベース２４に格納されている機器モデルデータの一例を示す説明図である。
【００３６】
図６に示されるように、機器モデルデータは、部品及び型式毎に表した機器モデルからなるもので、その実体はコンピュータ上で動作させることができるプログラムである。また、機器モデルデータは、機器モデル毎に、プログラムの入出力仕様となるプロセス値のプロセス番号が付随している。
【００３７】
効率診断部２６は、取得した機器モデルデータに付随する入出力仕様に従ってプログラムを動作させる。
【００３８】
次いで、効率診断部２６が取得した機器モデルデータを用いて効率診断を行う際の動作経緯について説明する。
【００３９】
ここで、図７は、各種機器によって構成されるガスタービンを示す概略構成図である。
【００４０】
図７に示されるように、ガスタービンは、主として圧縮機、燃焼器、タービンによって構成され、それらの機器間を空気、燃焼ガスまたは燃料が通流する。例えば、機器モデルデータベース２４に格納されている圧縮機、燃焼器、タービンの各モデルを組み合わせたとき、それぞれのモデルの性能を算出することによりガスタービン全体の性能の算出をすることができる。例えば、発電施設５から取得したプロセスデータ、すなわち燃料、軸回転数、吸込空気に関する流量、温度や燃料の性状（燃料が液化天然ガスの場合、窒素濃度やメタン濃度）等の実測値を対応する機器モデルの入力値に設定すると、その設定条件の元で本来出力される電気出力や排ガス温度等を算定（推定）することができる。この場合、それぞれの機器モデルは正常動作していると仮定し、電気出力や排ガス温度等を算出（推定）する。このため、機器モデルによって得られた算定（推定）値とその機器モデルの実機を用いて測定した実測値との間に偏差を生じた場合には、この機器（実機）は正常な動作状態でないと判断することができる。
【００４１】
次に、図８は、機器モデルデータにおいて電気出力の推定値と実測値との変化状態の一例を示す特性図である。
【００４２】
図８において、横軸は時間であり、縦軸は電気出力である。
【００４３】
図８に示されるように、初期の段階においては、電気出力の推定値と実測値との値がほぼ一致しているが、時間の経過とともに推定値と実測値との偏差が大きくなる。これは、ガスタービンを構成する部品のいずれか１つまたはそれ以上の部品の劣化に伴って性能が低下し、設計値通りの電気出力が得られないことを意味する。図８に図示の例では、ガスタービン全体の性能を算出したとき状態を示すものであるが、圧縮機、燃焼器、タービン等の部品単体毎の性能も算出することができる。このように部品単体毎の性能を求めた場合には、性能が低下している部品が特定できるので、故障原因を把握するのに有効である。
【００４４】
効率診断部２６は、機器モデルによって算出した性能を発電コストに換算し、この換算結果とプラントデータ実測値から求めた発電コストとを比較する。
【００４５】
図９は、効率診断部２６によって解析した発電コストの変化状態の一例を示す特性図である。
【００４６】
図９において、横軸は％で表した電気出力であり、縦軸は発電コストである。なお、発電コストは、単位発電量の電気出力を得るのに必要な燃料費として定義したもので、これを一定時間間隔（例えば１時間おき）に求めている。
【００４７】
図９に×印で表した１つの特性曲線における「実測値での評価」とは、プロセス値データベース２３に格納している電気出力及び燃料流量の値と、予め取得しておいた燃料価格とを用いて求めた発電コストを意味する。この場合、燃料流量に燃料価格を乗算し、その乗算結果を電気出力で除算すれば、発電コストを求めることができる。これに対して、図９の黒丸印で表した他の１つの特性曲線における「機器モデルによる推定値での評価」とは、燃料流量として実測値、電気出力として前記機器モデルによる推定値を用いて求めた発電コストである。両者の評価方法によって求めた発電コストをそれぞれ負荷毎にプロットすると、当該機器の性能が設計通り得られていれば、２つの特性曲線はほぼ一致する。図９に図示の例は、当該機器の性能が低下したことにより、発電コストが上昇した場合を示している。
【００４８】
このように、効率診断部２６は、通信ネットワーク４を通してオンラインで取得したプロセス値に基づいて、実測プロセス値を用いて発電コストを算出すると共に、機器モデルが正常状態であると仮定して機器モデルから得た推定値を用いて発電コストを評価する。そして、効率診断部２６で算出した発電コストを表すデータは、コスト評価部３０に供給される。
【００４９】
コスト評価部３０は、実測プロセス値から求めた発電コストと機器モデルによる推定値を用いて求めた発電コストとの偏差、すなわち発電コストの増加量を監視する。いずれかの機器の性能が低下するのに伴い、発電コストが増加し、その増加量がある一定値を超えると、サービスセンター２は、その機器の交換が必要であると判断し、その機器の交換に要するコストを評価する。このときのコスト評価は、改造情報データベース３１に格納してある改造情報データに基づいて行われる。
【００５０】
図１０は、改造情報データベース３１に格納されている改造情報データの一例を示す説明図である。
【００５１】
図１０に示されるように、改造情報データは、機器または部品毎の、メーカ／型式、価格、交換作業費、性能スペック（設計値）、改造前の機器のメーカ／型式、改造作業費からなっているものである。この場合、交換作業費は、ある機器または部品を同型式の機器または部品に交換する場合に要する作業費である。これに対し、改造作業費は、ある機器または部品を異なる型式の機器または部品に交換する場合に要する作業費である。異なる型式の機器または部品に交換する場合には配管等の周辺設備の改造が発生することがあるので、同型式のものの交換に比べて作業費は割高になることが多い。また、異なる型式の機器または部品に交換する場合は、以前の機器または部品の型式によってはその改造作業費が異なっている。
【００５２】
機器交換による効果をコストの観点から評価する場合は、高効率の機器または部品を使用することによる発電コストが低下する効果に加え、機器または部品の交換に要する初期費用の損失も考慮する必要がある。以上の点に基づけば、コスト評価部３０は、以下の式によってコスト効果を算出している。
【００５３】
【式１】
この場合、交換費用は、機器の購入費と設置に伴う作業費の合計、すなわち初期の支払費用である。これに対し、機器の性能向上によるコスト効果は、機器を使用するにつれて現れるため、運転日数の関数として表される。具体的には、発電コスト減少分、過去のプロセス値から求めた１日当りの発電量の実績値、運転日数を乗算することによって算出する。
【００５４】
発電コスト減少分を算出するには、同型式の機器または部品に交換する場合、効率診断部２６で評価した実測値と推定値とによる発電コストの偏差を求めればよく、異なる型式の機器または部品に交換する場合、改造情報データベース３１に格納されている性能スペックの情報を参照する。例えば、ガスタービンの場合には、発電コストのデータと、実測値から求めた発電コストとの差を求める。改造情報データベース３１に格納されている性能スペックのデータは、サービスセンター２と契約している発電会社の他の発電設備５で同型式の機器または部品が納入されている場合、オンラインで求めたデータを使用する。同型式の機器または部品の納入実績がない場合は、メーカが提供する仕様情報を参考に決定する。
【００５５】
前記コスト効果を算出する式１は、性能が低下した機器を交換せずに使い続けた場合と比較した時の相対値である。つまり、この式１の算出値が正になれば、機器の交換によるコスト効果が得られることを意味する。機器を交換した時点では、機器交換に伴う初期の支払費用がかかるため、コスト効果の値は負である。しかし、高効率の機器に交換した発電設備５を運転をするにしたがってコスト効果の値が正に転じる。
【００５６】
図１１は、コスト効果の値が負から正に転じるようになる場合の一例を示す特性図である。
【００５７】
図１１において、横軸が日で表した日数であり、縦軸がコスト効果である。
【００５８】
図１１に示されるように、機器を交換した最初の間はコスト効果が負であるが、機器を交換してからＮ日目にコスト効果が０になり、その後はコスト効果が正になっているもので、機器を交換してから採算が取れる運転日数の予想値を表す。これを数式で表すと以下のようになる。
【００５９】
【式２】
機器によっては運転経過時間に基づいてその寿命を設定している場合がある。寿命を全うした機器は、亀裂等の損傷が発生し、それにより大事故の原因となる可能性が高いので、直ちに廃棄し、新しい機器に交換する。寿命が式２で求めた採算の取れる運転日数よりも短ければ、コスト効果の点で交換しない方がよいと判断する。
【００６０】
例えば、ガスタービンの場合、等価運転時間と呼ばれる指標に基づいて寿命を評価する。等価運転時間は以下の式で算出する。
【００６１】
【式３】
ガスタービンのように高温にさらされる機器の場合には、クリープ損傷と熱疲労損傷と呼ばれる二種類の損傷パターンが生じる。クリープ損傷は、単純に運転経過時間に比例して進行するのに対し、熱疲労損傷は、応力変化が生じる負荷変動の回数に比例して進行する。等価運転時間とは、二つの損傷パターンによる機器の劣化を考慮するため、負荷変化の回数に変換係数を乗算して運転時間に換算した値と、実運転時間との合計によって定義する。この等価運転時間が、予め定義された基準時間に達した時点で、寿命と判断する。
【００６２】
等価運転時間と交換の基準時間から以下の式により運転可能な日数の予想値が求まる。
【００６３】
【式４】
ただし、ここでいう等価運転時間は、過去のプロセス値から求めた各日の等価運転時間の平均値である。
【００６４】
図１１に示された特性において、Ｍは運転可能な日数である。運転日数Ｍの時点ではコスト効果の値が正になっているので、機器を基準時間に達するまで使用すれば、十分に機器の交換によるコスト効果が得られることが判る。
【００６５】
サービスセンター２は、監視業務を契約した発電会社１の発電設備５について、各種機器の性能を監視し、それらの機器に性能の低下を検知した場合は、交換を要する機器または部品が生じたとして発電会社１に通知する。この通知は電子的な機器保守情報として機器保守情報送信部２９からファイアーウォール２１及び通信ネットワーク４を通して発電会社１に送信する。発電会社１においては、通信ネットワーク４に接続された補修課６の端末画面においてサービスセンター２から提供された機器保守情報の内容を確認する。
【００６６】
図１２は、補修課６の端末画面に機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【００６７】
このとき、補修課６の端末画面に表示される内容は、図９に図示された内容と、若干の付帯事項とを合わせた表示内容に係わるもので、サービスセンター２において解析した発電コストに関する機器保守情報を表示しているものである。発電会社１は、サービスセンター２から提供されたこの機器保守情報の表示画面を見ることにより、自己の発電設備５に機器の性能の低下状況を確認し、その機器を交換するか否かについて検討する。
【００６８】
また、サービスセンター２は、機器の交換に関する機器保守情報を提供する。
【００６９】
図１３は、補修課６の端末画面に機器の交換に関する機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【００７０】
このとき、補修課６の端末画面に表示される内容は、同型式の機器に交換する場合、改造を伴う新型の機器に交換する場合等、いくつかの対応策の候補を提供するもので、それぞれの候補について費用や性能（発電コスト）の情報を合わせて提供するものである。
【００７１】
さらに、サービスセンター２は、機器の交換によるコスト効果を示す機器保守情報を提供する。
【００７２】
図１４は、補修課６の端末画面に機器の交換によるコスト効果を示す機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【００７３】
このとき、補修課６の端末画面に表示される内容は、図１１に図示された内容に準じた表示内容に係わるもので、サービスセンター２において解析したコスト効果を示す機器保守情報を表示しているものである。発電会社１は、サービスセンター２から提供されたこの機器保守情報の表示画面を見ることにより、機器の交換を行ったとき、採算が取れるまでの日数と機器の寿命との関係を定量的に確認することができ、交換する機器を選定するための有効な情報を得ることができる。
【００７４】
この他にも、サービスセンター２は、機器の発注を行うための機器保守情報を提供する。
【００７５】
図１５は、補修課６の端末画面に機器の発注を行うための機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【００７６】
このとき、補修課６の端末画面に表示される内容は、メーカ／型式毎に、価格と、作業費と、合計金額と、発注欄とを表示するもので、発電会社１が希望するメーカ／型式に対応する発注欄をクリックによって選択すると、選択した内容の機器保守情報が通信ネットワーク４を通して図１に図示された機器メーカ３に転送され、機器メーカ３は、転送された機器保守情報に基づいて当該機器を受注する。その後、機器メーカ３は、受注した機器を発電会社１に納品し、発電設備５の改造等を含む機器の設置作業を行う。
【００７７】
この場合、機器保守情報の提供に対して、発電会社１は、サービスセンター２による機器保守情報の提供に対して、サービスセンター２に相応のサービス料金を支払う。また、機器メーカ３は、サービスセンター２の仲介に対してサービスセンター２に相応の仲介料金を支払う。
【００７８】
このように、本実施の形態による発電設備の保守支援システムによれば、電力会社１とサービスセンター２との間でサービス契約を結んだとき、サービスセンター２は、その電力会社１の発電設備５から常時プラントデータを取得し、そのプラントデータに基づいて発電設備５を構成する各種機器のなかのいずれかの機器の性能の低下を検知し、その結果を各種の機器保守情報として電力会社１に提供するもので、電力会社１は、提供された機器保守情報を見ることにより、性能の低下した機器の交換時期を正しく判断することができるものである。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、サービスセンターが１つ以上の発電設備を構成する各種機器のそれぞれから常時プラントデータを取得し、取得したプラントデータを用いて各種機器の性能低下を診断し、その診断結果により機器の性能低下を検出したとき、当該機器の性能低下による発電コスト上昇分と当該機器を交換したときの発電コスト増加分とを定量的に算出し、算出結果を含む機器保守情報を当該機器を保有する発電会社に通知するようにしたので、発電会社は受領した機器保守情報からその機器の交換時期を発電コストに関連させて客観的に決めることが可能になり、当該機器を最も適した交換時期に交換することができるという効果がある。
【００８０】
また、請求項２に記載の発明によれば、発電会社は、交換すべき機器の交換時期をかなり早い時点に知覚することができるので、新たな機器の発注作業や運転停止させる発電設備の代替発電設備の手配作業等を時間的余裕をもった状態で実行することができるという効果がある。
【００８１】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、発電会社は、交換すべき機器について、新たな機器の性能等を勘案しながら交換すべき機器のコストを有利な条件で選択することができるという効果がある。
【００８２】
また、請求項４に記載の発明によれば、発電会社は、自ら選択した販売会社を通して新たな機器を直接発注することができるので、多くの手間を掛けることなく交換すべき機器を取得することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発電設備の保守支援システムの一つの実施の形態を示すもので、その要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に図示されたサービスセンター２の要部構成を示すブロック図である。
【図３】図１に図示された発電設備の要部構成を示すブロック図である。
【図４】プロセス値データベースに格納されているプロセスデータ内容の一例を示す説明図である。
【図５】設計情報データベースに格納されている設計情報データの一例を示す説明図である。
【図６】機器モデルデータベースに格納されている機器モデルデータの一例を示す説明図である。
【図７】各種機器によって構成されるガスタービンを示す概略構成図である。
【図８】機器モデルデータにおいて電気出力の推定値と実測値との変化状態の一例を示す特性図である。
【図９】効率診断部によって解析した発電コストの変化状態の一例を示す特性図である。
【図１０】改造情報データベースに格納されている改造情報データの一例を示す説明図である。
【図１１】コスト効果の値が負から正に転じるようになる場合の一例を示す特性図である。
【図１２】補修課の端末画面に機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【図１３】補修課の端末画面に機器の交換に関する機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【図１４】補修課の端末画面に機器の交換によるコスト効果を示す機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【図１５】補修課の端末画面に機器の発注を行うための機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 発電会社
２ サービスセンター
３ 機器メーカ
４ 通信ネットワーク（インターネット）
５ 発電設備
６ 補修課
２０ 制御部
２１ ファイアーウォール
２２ プロセス値受信部
２３ プロセス値データベース
２４ 機器モデルデータベース
２５ 材料情報データベース
２６ 効率診断部
２７ 寿命診断部
２８ 設計情報データベース
２９ 機器保守情報送信部
３０ コスト評価部
３１ 改造情報データベース
５１ 第１制御装置（制御装置１）
５２ 第２制御装置（制御装置２）
５３ 第１センサ（センサ１）
５４ 第２センサ（センサ２）
５６ プロセス値算出部
５６ プロセス値送信部
５７ ファイアーウォール
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電設備の保守支援システムに係り、特に、発電設備を構成する各種機器とサービスセンターとを通信ネットワークを通して接続し、サービスセンターが常時各種機器の性能低下を監視し、ある機器の性能低下を検出したとき、その機器を保有する発電会社に、当該機器の性能低下に基づく各種の利害得失を表した機器保守情報を提供する発電設備の保守支援システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発電設備は、各種機器の組み合わせからなっており、それらの機器の中には、経年変化や故障により性能が低下するものがある。特に、発電設備を構成する各種機器の中の主要な機器の一つであるガスタービンは、何等かの原因によってその性能低下が生じた場合、発電するのに必要な燃料流量の増加をもたらし、による燃料費の上昇によって発電コストが増大し、ひいては発電会社の経営状態に悪い影響を与えるようになる。このような点から、ガスタービン等の発電設備を構成する各種機器は、常時、その性能を監視することが発電会社における重要な作業の一つとなる。
【０００３】
ところで、ガスタービンの性能を測定する方法としては、単位発電量に対して消費される燃料コストを求めることにより、発電コストを算出する方法がある。この方法によれば、当該ガスタービンの発電コストの推移を見ることにより、ガスタービンの性能低下がもたらす発電コストの増大を直感的に把握することができる。発電会社は、通常、運転日誌に１日の発電量と消費される燃料の量を記録するようにしている。このため、発電コストを求めるためには、消費された燃料の量とその燃料の入手価格とを用いて総合燃料費を求め、求めた総合燃料費を１日の発電量で除算することによって算出することができる。
【０００４】
発電設備の発電コストは、定常時ほぼ一定であるが、経年変化が生じるようになったり、何等かの原因でいずれかの機器に性能低下等が生じるようになった場合、発電コストは増加傾向になる。そして、発電コストが許容範囲を超えて増加した場合、発電設備の運転を停止させ、経年変化が生じた機器または性能低下を生じた機器を交換する等の補修作業が行われる。この補修作業を実行するか否かの判断は、発電設備の運転を停止させることから、多くの場合発電会社の補修課によって判断される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発電設備の発電コストは、機器の経年変化や機器の性能低下等、機器側に発生した不具合による増加だけでなく、使用する燃料の性状の変化、または周囲環境の変化、例えば温度変化、圧力変動、湿度変化等の外的条件の変化によっても増加するようになる。このため、発電会社は、発電設備の発電コストが増加した場合、その増加の原因が経年変化や性能低下等の機器側に発生した要因によるものであるか、または、燃料の性状の変化、周囲環境の変化等の外的条件の変化によるものであるかを判別する必要がある。これと同時に、発電会社は、発電設備の運転停止に伴い大きな経済的損失が生じることを考慮し、機器の経年変化や機器の性能低下が僅かに現われている段階で補修作業を実施することは現実的でなく、当該機器の経年変化や性能低下がどの程度になったとき、補修作業を実施するかの判断をしなければならない。また、発電会社は、補修作業を実施する場合においても、その補修の内容、例えば当該機器をそれと同型式の新品の機器と交換すればよいのか、それとも、当該機器よりも高い効率の機器と交換した方がよいのかについても、慎重に判断して実施する必要がある。
【０００６】
これまでは、発電設備のいずれかの機器を交換する場合、発電会社の補修課の担当員がその交換を行う時期の設定、交換する新たな機器の選択等を、担当員の主観に基づいて決めている場合が多く、特に、発電設備の発電コストを考慮して決めているものではなかった。このため、機器の交換によって発電設備の発電コストが必ずしも安価になるという保証はできないもので、この点から機器の交換の時期と発電コストとの間で定量的な指標に基づいた判断ができるような手法の開発が要望されていた。
【０００７】
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、機器の交換時期と発電コストとを定量的に算出し、その算出結果を用いて機器の交換時期を発電コストと関連させて決めることができる発電設備の保守支援システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による発電設備の保守支援システムは、１つ以上の発電設備とそれらの発電設備を保有する発電会社と共通のサービスセンターが通信ネットワークを介して接続されており、前記サービスセンターは、前記通信ネットワークを通して前記発電設備を構成する各種機器について測定したプロセスデータ及び前記発電設備の電気出力を取得するとともに、前記各種機器の機器モデルを組み合わせて構成した発電設備モデルを備えており、前記各種機器の機器モデルを用いて対応する各種機器の正常運転時のプロセスデータ及び前記発電設備モデルを用いて対応する発電設備の電気出力を算定するもので、前記各種機器について測定したプロセスデータと当該各種機器に対応した機器モデルで算定したプロセスデータとを比較し、これらのプロセスデータに偏差を生じていた場合、当該各種機器が正常な運転状態でないと判断し、この判断に続いて当該各種機器を含む発電設備について、この発電設備の電気出力に基づいた発電コストを算定し、正常な運転状態でない当該各種機器を運転し続けた場合の当該発電設備における発電コストと正常な運転状態にある前記発電設備モデルの電気出力に基づいた発電コストとを比較し、次いで、前記２つの発電コストの差である発電コスト増加分を運転時間に基づいて算出し、続いて、前記正常な運転状態でないと判断された当該各種機器を交換した場合の交換費用と前記交換した当該各種機器の性能向上に基づく発電コスト減少分を運転時間に基づいて算出し、得られた発電コスト増加分及び発電コスト減少分の算出結果を機器保守情報として前記通信ネットワークを通して前記発電設備を保有する発電会社に提供する手段を備える。
【０００９】
前記手段によれば、サービスセンターが１つ以上の発電設備を構成する各種機器のそれぞれから常時プラントデータを取得し、取得したプラントデータを用いて各種機器の性能低下を診断し、その診断結果により機器の性能低下を検出したとき、当該機器の性能低下による発電コスト上昇分と当該機器を交換したときの発電コスト増加分とを定量的に算出し、算出結果を含む機器保守情報を当該機器を保有する発電会社に通知するようにしたので、発電会社は受領した機器保守情報からその機器の交換時期を発電コストに関連させて客観的に決めることが可能になり、当該機器を最も適した交換時期に交換することができる。
【００１０】
また、前記手段における機器保守情報は、性能低下した機器の交換コストとその機器の交換による低減コストとの発電設備の運転日数に関連した増減情報を含むものである。
【００１１】
このような構成にすれば、発電会社は、交換すべき機器の交換時期をかなり早い時点に知覚することができるので、新たな機器の発注作業や運転停止させる発電設備の代替発電設備の手配作業等を時間的余裕をもった状態で実行することができる。
【００１２】
さらに、前記手段における機器保守情報は、性能低下した機器に対して、その機器を交換する際の製造メーカ別の交換コスト情報を含むものである。
【００１３】
このような構成にすれば、発電会社は、交換すべき機器について、新たな機器の性能等を勘案しながら交換すべき機器のコストを有利な条件で選択することができる。
【００１４】
また、前記手段における通信ネットワークは、発電設備を構成する各種機器を販売する１つ以上の販売会社が接続配置され、発電会社は選択した販売会社に対して自己会社が保有する性能低下した機器の発注を通信ネットワークを通して行うものである。
【００１５】
このような構成にすれば、発電会社は、自ら選択した販売会社を通して新たな機器を直接発注することができるので、多くの手間を掛けることなく交換すべき機器を取得することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明による発電設備の保守支援システムの一つの実施の形態を示すもので、その要部構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示されるように、この実施の形態の発電設備の保守支援システムは、少なくとも発電設備５と補修課６とを有する発電会社１と、発電会社１に機器保守情報を提供するサービスセンター２と、発電設備５を構成する各種機器の少なくとも１つの機器を製造する機器メーカ３と、インターネット等の通信ネットワーク４とからなっている。この場合、発電会社１の発電設備５及び補修課６、サービスセンター２、機器メーカ３は、それぞれ通信ネットワーク４を通して相互接続される。なお、図１においては、発電会社１及び機器メーカ３がそれぞれ１つである場合を図示しているが、実際、１つまたはそれ以上の発電会社１と１つまたはそれ以上の機器メーカ３とが通信ネットワーク４を通して相互接続されるものである。
【００１９】
次に、図２は、図１に図示されたサービスセンター２の要部構成を示すブロック図である。図２において、図１に示された構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付けている。
【００２０】
図２に示されるように、サービスセンター２は、制御部２０と、ファイアーウォール２１と、プロセス値受信部２２と、プロセス値データベース２３と、機器モデルデータベース２４と、材料情報データベース２５と、効率診断部２６と、寿命診断部２７と、設計情報データベース２８と、機器保守情報送信部２９と、コスト評価部３０と、改造情報データベース３１とからなっている。この場合、制御部２０は、サービスセンター２の全体の動作を統括制御するものである。
【００２１】
そして、制御部２０は、ファイアーウォール２１とプロセス値受信部２２とプロセス値データベース２３と効率診断部２６と寿命診断部２７とコスト評価部３０にそれぞれ接続される。ファイアーウォール２１は、プロセス値受信部２２と機器保守情報送信部２９とにそれぞれ接続されるとともに図２に図示されていない通信ネットワーク４に選択接続される。プロセス値データベース２３は、効率診断部２６と寿命診断部２７にそれぞれ接続される。機器モデルデータベース２４は効率診断部２６に接続され、材料情報データベース２５は寿命診断部２７に接続される。効率診断部２６は、設計情報データベース２８とコスト評価部３０にそれぞれ接続される。寿命診断部２７は、設計情報データベース２８とコスト評価部３０にそれぞれ接続される。機器保守情報送信部２９はコスト評価部３０に接続され、コスト評価部３０は改造情報データベース３１に接続される。
【００２２】
次いで、図３は、図１に図示された発電設備５の要部構成を示すブロック図である。図３において、図１に示された構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付けている。
【００２３】
図３に示されるように、発電設備５は、第１制御装置（制御装置１）５１と、第２制御装置（制御装置２）５２と、第１センサ（センサ１）５３と、第２センサ（センサ２）５４と、プロセス値算出部５５と、プロセス値送信部５６と、ファイアーウォール５７とからなっている。この場合、第１制御装置５１と、第２制御装置５２と、第１センサ５３と、第２センサ５４と、プロセス値算出部５５からなる構成部分５０は、本来、発電設備５が具備している構成部分５０であって、新たにプロセス値送信部５６とファイアーウォール５７とが付加されたものである。
【００２４】
そして、プロセス値算出部５５は、第１制御装置５１と、第２制御装置５２と、第１センサ５３と、第２センサ５４と、プロセス値送信部５６にそれぞれ接続される。ファイアーウォール５７は、プロセス値送信部５６に接続されるとともに図３に図示されていない通信ネットワーク４に選択接続される。なお、ファイアーウォール５７は、発電設備５がインターネット等の通信ネットワーク４に接続されるため、外部から発電設備５への不正アクセスを防止するために設けられるもので、通信ネットワーク４として専用線が使用される場合には、ファイアーウォール５７の設置は必要としない。
【００２５】
前記構成による発電設備の保守支援システムの動作を図１乃至図３を用いて説明する。
【００２６】
発電会社１は、自社が所有する発電設備５の監視業務をサービスセンター２に依頼する。このとき、サービスセンター２は、発電会社１が所有する１つまたはそれ以上の発電設備５に、当該発電設備５の各部で得られたプロセス値を通信ネットワーク４を通してサービスセンター２に送信する設備、具体的にはプロセス値送信部５６とファイアーウォール５７とを付加配置する。この場合、発電設備５は、プロセス値算出部５５が第１センサ５３及び第２センサ５４で検出した検出値に基づいて発電設備５の各部構成機器を制御する制御信号を算出し、算出した制御信号を第１制御装置５１及び第２制御装置５２を通して発電設備５の各部構成機器の運転状態を制御するとともに、各部構成機器の運転に必要な全てのプロセス値を内部メモリ（図３に図示なし）に格納する。プロセス値送信部５６は、プロセス値算出部５５を通してこれらのプロセス値を取り込み、送信タイミング時にファイアーウォール５７を通して通信ネットワーク４に送信する。このプロセス値の送信時に、プロセス値とともに時刻情報及び発電設備５を特定するＩＤを送信する。また、サービスセンター２は、必要になったとき、プロセス値算出部５５に対して第１センサ５３及び第２センサ５４で検出した検出値（センサ情報）を要求すると、プロセス値送信部５６は、前記処理と同様にしてこのセンサ情報を通信ネットワーク４に送信する。
【００２７】
サービスセンター２は、プロセス値送信部５６が通信ネットワーク４を通して送信した各種のプロセス値やセンサ情報等をファイアーウォール５７を介してプロセス値受信部１２が受信する。プロセス値受信部１２は、受信したプロセス値やセンサ情報等のプロセスデータを制御部２０を通してプロセス値データベース２３に格納する。
【００２８】
ここで、図４は、プロセス値データベース２３に格納されているプロセスデータ内容の一例を示す説明図である。
【００２９】
図４に示されるように、プロセスデータは、発電設備（発電ユニット）５毎にプロセス番号、例えばＰＩＤ００１乃至ＰＩＤ００３等によって管理される。このプロセス番号は、プロセスデータを識別するためのＩＤからなるもので、サービスセンター２が発電設備５から定期的にプロセスデータを得たときにそのプロセスデータとともに取り込んでいる。また、図４に図示の例では、データベースに格納している時刻データから判るように、１秒周期でプロセスデータの取り込みを行っている。
【００３０】
続いて、サービスセンタ２の効率診断部２６で実行される発電設備を構成する機器の効率診断処理について説明する。
【００３１】
効率診断部２６は、設計情報データベース２８を参照し、発電設備５を構成する各種機器の型式を調査する。
【００３２】
図５は、設計情報データベース２３に格納されている設計情報データの一例を示す説明図である。
【００３３】
図５に示されるように、設計情報データは、発電設備５を構成している各種機器毎に、機器の製造メーカとその機器の型式、及び、その機器の部品の製造メーカとその部品の型式からなるもので、例えば、発電所Ａの発電設備（発電ユニット）１の場合、ガスタービンはＡ社の型式ＧＴ００１の製品を採用しており、このガスタービンを構成する部品は、燃焼器がＢ社の型式ＣＢ００３の製品、タービンがＡ社の型式ＴＢ００１の製品、圧縮器がＡ社のＣＰ００１の製品を用いていることが示されている。
【００３４】
また、効率診断部２６は、機器モデルデータベース２４から機器の効率を算出するための機器モデルデータを取得する。
【００３５】
図６は、機器モデルデータベース２４に格納されている機器モデルデータの一例を示す説明図である。
【００３６】
図６に示されるように、機器モデルデータは、部品及び型式毎に表した機器モデルからなるもので、その実体はコンピュータ上で動作させることができるプログラムである。また、機器モデルデータは、機器モデル毎に、プログラムの入出力仕様となるプロセス値のプロセス番号が付随している。
【００３７】
効率診断部２６は、取得した機器モデルデータに付随する入出力仕様に従ってプログラムを動作させる。
【００３８】
次いで、効率診断部２６が取得した機器モデルデータを用いて効率診断を行う際の動作経緯について説明する。
【００３９】
ここで、図７は、各種機器によって構成されるガスタービンを示す概略構成図である。
【００４０】
図７に示されるように、ガスタービンは、主として圧縮機、燃焼器、タービンによって構成され、それらの機器間を空気、燃焼ガスまたは燃料が通流する。例えば、機器モデルデータベース２４に格納されている圧縮機、燃焼器、タービンの各モデルを組み合わせたとき、それぞれのモデルの性能を算出することによりガスタービン全体の性能の算出をすることができる。例えば、発電施設５から取得したプロセスデータ、すなわち燃料、軸回転数、吸込空気に関する流量、温度や燃料の性状（燃料が液化天然ガスの場合、窒素濃度やメタン濃度）等の実測値を対応する機器モデルの入力値に設定すると、その設定条件の元で本来出力される電気出力や排ガス温度等を算定（推定）することができる。この場合、それぞれの機器モデルは正常動作していると仮定し、電気出力や排ガス温度等を算出（推定）する。このため、機器モデルによって得られた算定（推定）値とその機器モデルの実機を用いて測定した実測値との間に偏差を生じた場合には、この機器（実機）は正常な動作状態でないと判断することができる。
【００４１】
次に、図８は、機器モデルデータにおいて電気出力の推定値と実測値との変化状態の一例を示す特性図である。
【００４２】
図８において、横軸は時間であり、縦軸は電気出力である。
【００４３】
図８に示されるように、初期の段階においては、電気出力の推定値と実測値との値がほぼ一致しているが、時間の経過とともに推定値と実測値との偏差が大きくなる。これは、ガスタービンを構成する部品のいずれか１つまたはそれ以上の部品の劣化に伴って性能が低下し、設計値通りの電気出力が得られないことを意味する。図８に図示の例では、ガスタービン全体の性能を算出したとき状態を示すものであるが、圧縮機、燃焼器、タービン等の部品単体毎の性能も算出することができる。このように部品単体毎の性能を求めた場合には、性能が低下している部品が特定できるので、故障原因を把握するのに有効である。
【００４４】
効率診断部２６は、機器モデルによって算出した性能を発電コストに換算し、この換算結果とプラントデータ実測値から求めた発電コストとを比較する。
【００４５】
図９は、効率診断部２６によって解析した発電コストの変化状態の一例を示す特性図である。
【００４６】
図９において、横軸は％で表した電気出力であり、縦軸は発電コストである。なお、発電コストは、単位発電量の電気出力を得るのに必要な燃料費として定義したもので、これを一定時間間隔（例えば１時間おき）に求めている。
【００４７】
図９に×印で表した１つの特性曲線における「実測値での評価」とは、プロセス値データベース２３に格納している電気出力及び燃料流量の値と、予め取得しておいた燃料価格とを用いて求めた発電コストを意味する。この場合、燃料流量に燃料価格を乗算し、その乗算結果を電気出力で除算すれば、発電コストを求めることができる。これに対して、図９の黒丸印で表した他の１つの特性曲線における「機器モデルによる推定値での評価」とは、燃料流量として実測値、電気出力として前記機器モデルによる推定値を用いて求めた発電コストである。両者の評価方法によって求めた発電コストをそれぞれ負荷毎にプロットすると、当該機器の性能が設計通り得られていれば、２つの特性曲線はほぼ一致する。図９に図示の例は、当該機器の性能が低下したことにより、発電コストが上昇した場合を示している。
【００４８】
このように、効率診断部２６は、通信ネットワーク４を通してオンラインで取得したプロセス値に基づいて、実測プロセス値を用いて発電コストを算出すると共に、機器モデルが正常状態であると仮定して機器モデルから得た推定値を用いて発電コストを評価する。そして、効率診断部２６で算出した発電コストを表すデータは、コスト評価部３０に供給される。
【００４９】
コスト評価部３０は、実測プロセス値から求めた発電コストと機器モデルによる推定値を用いて求めた発電コストとの偏差、すなわち発電コストの増加量を監視する。いずれかの機器の性能が低下するのに伴い、発電コストが増加し、その増加量がある一定値を超えると、サービスセンター２は、その機器の交換が必要であると判断し、その機器の交換に要するコストを評価する。このときのコスト評価は、改造情報データベース３１に格納してある改造情報データに基づいて行われる。
【００５０】
図１０は、改造情報データベース３１に格納されている改造情報データの一例を示す説明図である。
【００５１】
図１０に示されるように、改造情報データは、機器または部品毎の、メーカ／型式、価格、交換作業費、性能スペック（設計値）、改造前の機器のメーカ／型式、改造作業費からなっているものである。この場合、交換作業費は、ある機器または部品を同型式の機器または部品に交換する場合に要する作業費である。これに対し、改造作業費は、ある機器または部品を異なる型式の機器または部品に交換する場合に要する作業費である。異なる型式の機器または部品に交換する場合には配管等の周辺設備の改造が発生することがあるので、同型式のものの交換に比べて作業費は割高になることが多い。また、異なる型式の機器または部品に交換する場合は、以前の機器または部品の型式によってはその改造作業費が異なっている。
【００５２】
機器交換による効果をコストの観点から評価する場合は、高効率の機器または部品を使用することによる発電コストが低下する効果に加え、機器または部品の交換に要する初期費用の損失も考慮する必要がある。以上の点に基づけば、コスト評価部３０は、以下の式によってコスト効果を算出している。
【００５３】
【式１】
【００５４】
発電コスト減少分を算出するには、同型式の機器または部品に交換する場合、効率診断部２６で評価した実測値と推定値とによる発電コストの偏差を求めればよく、異なる型式の機器または部品に交換する場合、改造情報データベース３１に格納されている性能スペックの情報を参照する。例えば、ガスタービンの場合には、発電コストのデータと、実測値から求めた発電コストとの差を求める。改造情報データベース３１に格納されている性能スペックのデータは、サービスセンター２と契約している発電会社の他の発電設備５で同型式の機器または部品が納入されている場合、オンラインで求めたデータを使用する。同型式の機器または部品の納入実績がない場合は、メーカが提供する仕様情報を参考に決定する。
【００５５】
前記コスト効果を算出する式１は、性能が低下した機器を交換せずに使い続けた場合と比較した時の相対値である。つまり、この式１の算出値が正になれば、機器の交換によるコスト効果が得られることを意味する。機器を交換した時点では、機器交換に伴う初期の支払費用がかかるため、コスト効果の値は負である。しかし、高効率の機器に交換した発電設備５を運転をするにしたがってコスト効果の値が正に転じる。
【００５６】
図１１は、コスト効果の値が負から正に転じるようになる場合の一例を示す特性図である。
【００５７】
図１１において、横軸が日で表した日数であり、縦軸がコスト効果である。
【００５８】
図１１に示されるように、機器を交換した最初の間はコスト効果が負であるが、機器を交換してからＮ日目にコスト効果が０になり、その後はコスト効果が正になっているもので、機器を交換してから採算が取れる運転日数の予想値を表す。これを数式で表すと以下のようになる。
【００５９】
【式２】
【００６０】
例えば、ガスタービンの場合、等価運転時間と呼ばれる指標に基づいて寿命を評価する。等価運転時間は以下の式で算出する。
【００６１】
【式３】
【００６２】
等価運転時間と交換の基準時間から以下の式により運転可能な日数の予想値が求まる。
【００６３】
【式４】
【００６４】
図１１に示された特性において、Ｍは運転可能な日数である。運転日数Ｍの時点ではコスト効果の値が正になっているので、機器を基準時間に達するまで使用すれば、十分に機器の交換によるコスト効果が得られることが判る。
【００６５】
サービスセンター２は、監視業務を契約した発電会社１の発電設備５について、各種機器の性能を監視し、それらの機器に性能の低下を検知した場合は、交換を要する機器または部品が生じたとして発電会社１に通知する。この通知は電子的な機器保守情報として機器保守情報送信部２９からファイアーウォール２１及び通信ネットワーク４を通して発電会社１に送信する。発電会社１においては、通信ネットワーク４に接続された補修課６の端末画面においてサービスセンター２から提供された機器保守情報の内容を確認する。
【００６６】
図１２は、補修課６の端末画面に機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【００６７】
このとき、補修課６の端末画面に表示される内容は、図９に図示された内容と、若干の付帯事項とを合わせた表示内容に係わるもので、サービスセンター２において解析した発電コストに関する機器保守情報を表示しているものである。発電会社１は、サービスセンター２から提供されたこの機器保守情報の表示画面を見ることにより、自己の発電設備５に機器の性能の低下状況を確認し、その機器を交換するか否かについて検討する。
【００６８】
また、サービスセンター２は、機器の交換に関する機器保守情報を提供する。
【００６９】
図１３は、補修課６の端末画面に機器の交換に関する機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【００７０】
このとき、補修課６の端末画面に表示される内容は、同型式の機器に交換する場合、改造を伴う新型の機器に交換する場合等、いくつかの対応策の候補を提供するもので、それぞれの候補について費用や性能（発電コスト）の情報を合わせて提供するものである。
【００７１】
さらに、サービスセンター２は、機器の交換によるコスト効果を示す機器保守情報を提供する。
【００７２】
図１４は、補修課６の端末画面に機器の交換によるコスト効果を示す機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【００７３】
このとき、補修課６の端末画面に表示される内容は、図１１に図示された内容に準じた表示内容に係わるもので、サービスセンター２において解析したコスト効果を示す機器保守情報を表示しているものである。発電会社１は、サービスセンター２から提供されたこの機器保守情報の表示画面を見ることにより、機器の交換を行ったとき、採算が取れるまでの日数と機器の寿命との関係を定量的に確認することができ、交換する機器を選定するための有効な情報を得ることができる。
【００７４】
この他にも、サービスセンター２は、機器の発注を行うための機器保守情報を提供する。
【００７５】
図１５は、補修課６の端末画面に機器の発注を行うための機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【００７６】
このとき、補修課６の端末画面に表示される内容は、メーカ／型式毎に、価格と、作業費と、合計金額と、発注欄とを表示するもので、発電会社１が希望するメーカ／型式に対応する発注欄をクリックによって選択すると、選択した内容の機器保守情報が通信ネットワーク４を通して図１に図示された機器メーカ３に転送され、機器メーカ３は、転送された機器保守情報に基づいて当該機器を受注する。その後、機器メーカ３は、受注した機器を発電会社１に納品し、発電設備５の改造等を含む機器の設置作業を行う。
【００７７】
この場合、機器保守情報の提供に対して、発電会社１は、サービスセンター２による機器保守情報の提供に対して、サービスセンター２に相応のサービス料金を支払う。また、機器メーカ３は、サービスセンター２の仲介に対してサービスセンター２に相応の仲介料金を支払う。
【００７８】
このように、本実施の形態による発電設備の保守支援システムによれば、電力会社１とサービスセンター２との間でサービス契約を結んだとき、サービスセンター２は、その電力会社１の発電設備５から常時プラントデータを取得し、そのプラントデータに基づいて発電設備５を構成する各種機器のなかのいずれかの機器の性能の低下を検知し、その結果を各種の機器保守情報として電力会社１に提供するもので、電力会社１は、提供された機器保守情報を見ることにより、性能の低下した機器の交換時期を正しく判断することができるものである。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、サービスセンターが１つ以上の発電設備を構成する各種機器のそれぞれから常時プラントデータを取得し、取得したプラントデータを用いて各種機器の性能低下を診断し、その診断結果により機器の性能低下を検出したとき、当該機器の性能低下による発電コスト上昇分と当該機器を交換したときの発電コスト増加分とを定量的に算出し、算出結果を含む機器保守情報を当該機器を保有する発電会社に通知するようにしたので、発電会社は受領した機器保守情報からその機器の交換時期を発電コストに関連させて客観的に決めることが可能になり、当該機器を最も適した交換時期に交換することができるという効果がある。
【００８０】
また、請求項２に記載の発明によれば、発電会社は、交換すべき機器の交換時期をかなり早い時点に知覚することができるので、新たな機器の発注作業や運転停止させる発電設備の代替発電設備の手配作業等を時間的余裕をもった状態で実行することができるという効果がある。
【００８１】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、発電会社は、交換すべき機器について、新たな機器の性能等を勘案しながら交換すべき機器のコストを有利な条件で選択することができるという効果がある。
【００８２】
また、請求項４に記載の発明によれば、発電会社は、自ら選択した販売会社を通して新たな機器を直接発注することができるので、多くの手間を掛けることなく交換すべき機器を取得することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発電設備の保守支援システムの一つの実施の形態を示すもので、その要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に図示されたサービスセンター２の要部構成を示すブロック図である。
【図３】図１に図示された発電設備の要部構成を示すブロック図である。
【図４】プロセス値データベースに格納されているプロセスデータ内容の一例を示す説明図である。
【図５】設計情報データベースに格納されている設計情報データの一例を示す説明図である。
【図６】機器モデルデータベースに格納されている機器モデルデータの一例を示す説明図である。
【図７】各種機器によって構成されるガスタービンを示す概略構成図である。
【図８】機器モデルデータにおいて電気出力の推定値と実測値との変化状態の一例を示す特性図である。
【図９】効率診断部によって解析した発電コストの変化状態の一例を示す特性図である。
【図１０】改造情報データベースに格納されている改造情報データの一例を示す説明図である。
【図１１】コスト効果の値が負から正に転じるようになる場合の一例を示す特性図である。
【図１２】補修課の端末画面に機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【図１３】補修課の端末画面に機器の交換に関する機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【図１４】補修課の端末画面に機器の交換によるコスト効果を示す機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【図１５】補修課の端末画面に機器の発注を行うための機器保守情報の表示内容を表示したときの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 発電会社
２ サービスセンター
３ 機器メーカ
４ 通信ネットワーク（インターネット）
５ 発電設備
６ 補修課
２０ 制御部
２１ ファイアーウォール
２２ プロセス値受信部
２３ プロセス値データベース
２４ 機器モデルデータベース
２５ 材料情報データベース
２６ 効率診断部
２７ 寿命診断部
２８ 設計情報データベース
２９ 機器保守情報送信部
３０ コスト評価部
３１ 改造情報データベース
５１ 第１制御装置（制御装置１）
５２ 第２制御装置（制御装置２）
５３ 第１センサ（センサ１）
５４ 第２センサ（センサ２）
５６ プロセス値算出部
５６ プロセス値送信部
５７ ファイアーウォール
Claims (4)
- １つ以上の発電設備とそれらの発電設備を保有する発電会社と共通のサービスセンターが通信ネットワークを介して接続されており、前記サービスセンターは、前記通信ネットワークを通して前記発電設備を構成する各種機器について測定したプロセスデータ及び前記発電設備の電気出力を取得するとともに、前記各種機器の機器モデルを組み合わせて構成した発電設備モデルを備えており、前記各種機器の機器モデルを用いて対応する各種機器の正常運転時のプロセスデータ及び前記発電設備モデルを用いて対応する発電設備の電気出力を算定するもので、前記各種機器について測定したプロセスデータと当該各種機器に対応した機器モデルで算定したプロセスデータとを比較し、これらのプロセスデータに偏差を生じていた場合、当該各種機器が正常な運転状態でないと判断し、この判断に続いて当該各種機器を含む発電設備について、この発電設備の電気出力に基づいた発電コストを算定し、正常な運転状態でない当該各種機器を運転し続けた場合の当該発電設備における発電コストと正常な運転状態にある前記発電設備モデルの電気出力に基づいた発電コストとを比較し、次いで、前記２つの発電コストの差である発電コスト増加分を運転時間に基づいて算出し、続いて、前記正常な運転状態でないと判断された当該各種機器を交換した場合の交換費用と前記交換した当該各種機器の性能向上に基づく発電コスト減少分を運転時間に基づいて算出し、得られた発電コスト増加分及び発電コスト減少分の算出結果を機器保守情報として前記通信ネットワークを通して前記発電設備を保有する発電会社に提供することを特徴とする発電設備の保守支援システム。
- 前記機器保守情報は、性能低下した機器の交換コストと前記機器の交換による低減コストとの発電設備の運転日数に関連した増減情報を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の発電設備の保守支援システム。
- 前記機器保守情報は、性能低下した機器に対して、前記機器を交換する際の製造メーカ別の交換コスト情報を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の発電設備の保守支援システム。
- 前記通信ネットワークは、発電設備を構成する各種機器を販売する１つ以上の販売会社が接続配置され、前記発電会社は選択した販売会社に対して自己会社が保有する性能低下した機器の発注を前記通信ネットワークを通して行うことを特徴とする請求項１に記載の発電設備の保守支援システム。
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