JP4025206B2 - バイオマスガスタービンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマス（生物資源）を燃料とするガスタービンプラントを制御するバイオマスガスタービンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、限られた地球資源を有効活用するために循環型経済システムの実現が必要とされており、再生可能エネルギーの使用が強く求められている。木屑等のバイオマスのエネルギー利用は化石燃料（天然ガス等のガス燃料や灯油等の液体燃料）の消費を抑制する有効な手段である。
【０００３】
バイオマスの燃焼ガスでタービンを回す直接燃焼ガスタービンが研究されている。バイオマスガスタービン及びその制御装置としては、ガスタービンの燃料供給のためのバイオマス燃焼装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この装置はガスタービンに燃料を供給するためにバイオマス粒子を燃焼させるための装置で、燃焼室にバイオマス粒子を給送する給送する給送装置を備え、タービン速度制御装置、タービン入口温度制御装置、暖機燃料バルブ制御装置、解放バルブ制御装置を含み、解放バルブ制御装置は圧縮機吐出空気を解放することにより圧力の高められた燃焼室を減圧する解放バルブを制御するものであり、タービン入口温度制御装置はバイオマスの給送を制御するものであり、バイオマスの燃焼によって自立運転が開始されるまでは起動装置により回転を維持するというものである。
【０００５】
【特許文献１】
特表平７−５０８８１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このバイオマス燃焼装置は、ガスタービンを暖機したのち化石燃料の使い方について考慮されていない。すなわち、ガスタービン速度上昇の過程および発電機出力上昇の過程で、要求燃料流量をバイオマス燃料と化石燃料で分担させることが必要なバイオマスガスタービンに対しては実用上の困難がある。また、タービン入口温度制御装置および解放バルブ制御装置についても、バイオマス燃料流量の制御と解放バルブの制御の関係に関して制御上の考慮がされていないので実用上の困難がある。また、バイオマス燃料の給送についても、給送するための空気圧力の制御の必要性について考慮されていない。
【０００７】
本発明の目的は、バイオマス燃料と化石燃料とを併用してガスタービン起動と発電機出力上昇を行うことができるバイオマスガスタービンの制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のバイオマスガスタービンの制御装置は、バイオマス燃料と化石燃料を併用してガスタービン起動と発電機出力上昇を行うために、タービン速度負荷設定あるいは発電機出力要求をバイオマス燃料と化石燃料への要求に分配する手段を備えたものである。そして、バイオマス燃料を使用したガスタービン速度フィードバック制御と化石燃料を使用したガスタービン速度フィードバック制御とを併用する手段を備えている。
【０００９】
また、バイオマス燃料と化石燃料とのいずれか一方で発電機出力あるいはガスタービン速度のフィードバック制御を行い、残りの一方は発電機出力要求あるいはタービン速度負荷設定に基づき燃料流量指令を決める手段を備え、ガスタービン起動過程で加速制御を化石燃料で行いながらバイオマス燃料を加速中に供給する手段を備えている。さらに、ガスタービン起動過程で着火、暖機を化石燃料で行い、バイオマス燃料で加速制御を行う手段を備えている。
【００１０】
また、燃焼器内の燃焼ガス温度、サイクロンセパレータ内の燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度、ガスタービン排ガス温度のいずれかがそれぞれの所定設定値を超えたときには、バイオマス燃料と化石燃料のいずれか、あるいは双方の燃料流量を減少させるとともに、燃焼ガスの一部をバイパス制御弁により排出する手段を備えて、燃焼器の器内圧力を下げて燃焼速度を抑制するとともに、バイパス制御弁が復旧できるようにしている。
【００１１】
さらに、バイオマス燃料搬送空気圧力と空気圧縮機吐出空気圧力の圧力差の大きさに応じてバイオマス燃料流量指令を修正する手段を備えて、所望のバイオマス燃料流量を燃焼器に供給できるようにしている。また、バイオマス燃料搬送空気圧力が空気圧縮機吐出空気圧力より高くなるように搬送管の圧力制御弁を制御する手段を備えている。
【００１２】
また、発電機負荷が急減または喪失したとき、バイオマス燃料流量と化石燃料流量に基づく換算出力の和と所定設定値の差に応じた開度までバイパス制御弁を開いて燃焼ガスの一部を排出する手段を備えて、ガスタービン過速度を防止するとともに、燃焼器の器内圧力を下げて燃焼速度を抑制するようにしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明のバイオマスガスタービンの制御装置が適用されるバイオマスガスタービンプラントの系統図であり、図２は本発明のバイオマスガスタービンの制御装置の入出力信号の説明図である。
【００１４】
起動モータ１はトルクコンバータ２を介してガスタービン軸に動力を伝達し空気圧縮機４、タービン５および発電機６を回転させる。空気圧縮機４は空気を吸い込み高圧圧縮空気を出口空気配管１１に吐出する。圧力検出器７は、その吐出空気圧力信号PCを図２のバイオマスガスタービン制御装置５０に送る。圧縮機吐出空気は空気配管１２および空気配管２５に分かれて送られる。モータ１３は圧縮機１４を駆動し、圧縮機１４は空気配管１２の高圧空気を更に圧縮し、圧縮機４の吐出空気圧力より高い圧力にして、空気配管１５に送り出す。圧縮機１４の吐出空気は、バイオマスガスタービン制御装置５０の制御信号PCRにより制御される圧力制御弁１６により圧力調整されて搬送配管１７を通り燃焼器１９に供給される。
【００１５】
燃料容器２０には図示しない外部から供給された木屑などのバイオマス燃料が貯えられており、そのバイオマス燃料はバイオマスガスタービン制御装置５０の制御信号FSRMにより制御されるモータ２１により回転伝達軸２２を介してコンベヤ２３によりバイオマス燃料供給管２４より搬送管１７に供給され、バイオマス燃料として燃焼器１９に供給される。また燃焼器１９には燃料噴射ノズル３３を介して燃料配管３２より天然ガスや灯油などのガス燃料や液体燃料が供給される。ここでは燃料配管３２より供給されるそれら燃料をまとめて化石燃料と表現されている。
【００１６】
図１の構成は一般には液体燃料の場合における構成で、燃料配管２９より供給された燃料は燃料ポンプ３０により昇圧される。昇圧された燃料の一部は、バイオマスガスタービン制御装置５０の制御信号FSRFにより制御される燃料制御弁３１の弁開度に応じて、燃料ポンプ３０の入口側に還流される。残りの燃料が燃料配管３２および燃料噴射ノズル３３より燃焼器１９に供給される。バイオマス燃料および化石燃料は燃焼器１９で燃焼し高温高圧の燃焼ガスとなって燃焼ガス配管３４を通りサイクロンセパレータ３６に入る。
【００１７】
燃焼器１９のバイオマス燃焼用空気は、空気配管１１より分岐した空気配管２５と空気配管２６を通って、図１に図示のように例えば３本の供給管に分かれて燃焼器に供給される。３本の供給管から送給された燃焼用空気は燃焼器内で旋回流を形成し木屑などのバイオマス燃料は旋回しながら時間遅れをもって燃焼する。空気配管２５より分岐した空気配管２７から送られた高圧空気は調節弁２８を経由して、燃焼ガスの希釈用空気として燃焼器１９に供給される。
【００１８】
温度検出器３５は燃焼器内の燃焼ガス温度を検出しバイオマスガスタービン制御装置５０に燃焼ガス温度信号TF1を送る。サイクロンセパレータ３６では灰分が分離されて排出弁３７によりサイクロンセパレータ外部に排出される。サイクロンセパレータ３６で灰分を除去された燃焼ガスは燃焼ガス配管３８、燃焼ガス配管４０を通ってタービン５に送給される。燃焼ガス温度検出器３９はサイクロンセパレータ３６の燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度を検出する温度検出器で、便宜上、サイクロンセパレータ３６内に図示されている。燃焼ガス温度信号TF2をバイオマスガスタービン制御装置５０に送る。バイパス制御弁４１は常時は閉じていて、バイオマスガスタービン制御装置５０の制御信号ＢＰＲにより制御されて開き、燃焼ガス配管３８の燃焼ガスの一部をバイパス制御弁４１の弁開度に応じて外部に排出することができる。
【００１９】
タービン５に送給された燃焼ガスは、タービン５で仕事をして圧縮機４および発電機６を駆動し、排ガスとなって煙突４２へ送られ大気中に排出される。発電機６は図示しない減速機を介してタービン５より駆動されてもよい。温度検出器１０はガスタービン排ガス温度を検出する温度検出器でバイオマスガスタービン制御装置５０に排ガス温度信号ＴＸを送る。発電機出力検出器９は発電機６の発電機出力を検出し、バイオマスガスタービン制御装置５０に発電機出力信号ＭＷを送る。
【００２０】
（第１の実施の形態）（請求項１，２対応）
図３は本発明の第１の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置５０のブロック構成図である。発電機出力要求すなわち発電機出力設定値ＭＷＤが与えられて、発電機出力設定値ＭＷＤと発電機出力ＭＷの制御偏差が加減算器５１で演算される。制御偏差はその大きさに応じて高低制限器５２により制限されて速度負荷設定器５３の入力となる。速度負荷設定器５３は積分器であり、速度負荷設定値ＮＲを与える。速度負荷設定値ＮＲは制御偏差の極性に応じ、高低制限器５２の高低制限値から決まる変化率で増加あるいは減少する。
【００２１】
分配器５４は関数発生器であり、共通の速度負荷設定値ＮＲから化石燃料による速度制御回路の速度負荷設定値ＮＲ１を出力する。分配器６２も関数発生器であり、共通の速度負荷設定値ＮＲからバイオマス燃料による速度負荷制御回路の速度負荷設定値ＮＲ２を出力する。
【００２２】
速度負荷設定ＮＲ１とガスタービン速度Ｎの偏差が加減算器５５で演算される。この偏差信号が比例制御器５６に通されて得られた信号とバイアス設定器５８のバイアス信号が加減算器５７で加算されて速度負荷制御信号ＦＳＲＮ１を得る。そして、この速度負荷制御信号ＦＳＲＮ１と、起動制御回路６０が与える起動制御信号ＦＳＲＳ１と、加速制御回路６１が与える加速制御信号ＦＳＲＡ１とが低値選択器５９に入力される。低値選択器５９はこれら３入力のうち最も小さい信号を選択して燃料流量指令ＦＳＲＦとする。この燃料流量指令ＦＳＲＦは、図示しない回路を介して燃料制御弁３１を制御し、燃料流量指令ＦＳＲＦに対応する所望の燃料流量を燃焼器１９に供給する。
【００２３】
一方の速度負荷設定値ＮＲ２も、ガスタービン速度Ｎとの偏差が加減算器６３で演算される。この偏差信号が比例制御器６４に通されて得られた信号とバイアス設定器６６のバイアス信号が加減算器６５で加算されて速度負荷制御信号ＦＳＲＮ２を得る。この速度負荷制御信号ＦＳＲＮ２がバイオマス燃料の流量指令にあたることから、便宜上、バイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢと呼ぶこととする。バイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢは変換器６７によりモータ２１の制御指令ＦＳＲＭに変換されて、バイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢに対応するバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給する。
【００２４】
次に、通常時の動作を説明する。ガスタービン起動開始には化石燃料が適用される。すなわち、ガスタービン起動過程の間はバイオマス燃料流量指令FSRBは零に保たれる。ガスタービン起動の開始時にはガスタービン速度負荷設定値NRは定格速度１００％が初期値として設定されている。そして化石燃料に適用される分配器５４により与えられる速度負荷設定値NR1およびバイオマス燃料に適用される分配器６２により与えられる速度負荷設定値NR2も１００％になるように分配器５４、６２が設定されている。なお、ガスタービン起動過程の間はバイオマス燃料流量指令FSRBは零に保たれるので、分配器６２の速度負荷設定値NR2が有効となるのはタービン起動が完了した後、つまりガスタービン速度が定格回転速度になった後である。
【００２５】
起動初期にはガスタービン速度が低いので速度負荷設定NR1とガスタービン速度の速度偏差が大きく速度負荷制御信号は大きな値となるので低値選択器５９では選択されない。起動初期は起動制御回路６０の起動制御信号FSRS1が低値選択器５９で選択されて燃料流量指令FSRFとなり、この燃料流量指令FSRFに対応する化石燃料流量が燃焼器１９に供給される。
【００２６】
図４は起動制御回路６０の特性図であり、時刻経過にしたがい燃料流量指令FSRS1が変化する特性を示している。図１に図示の起動モータ１およびトルクコンバータ２によりガスタービン軸が所定速度になると、燃焼器１９には着火条件に合う圧縮空気が得られるので着火操作が行われる。燃料流量指令FSRS1を着火流量設定に切換えて着火流量を燃焼器１９に供給するとともに図示しない点火プラグで着火を行わせる。火炎が検知されると燃料流量指令FSRS1を減少させて暖機流量設定に切換えて所定時間の暖機を行う。暖機が完了すると、トルクコンバータ２を調節して起動モータ１から伝達されるトルクを増しながら、燃料流量指令FSRS1を所定変化率で増加させる。ガスタービン速度Nが加速を始めると、起動制御信号FSRS1より加速制御信号FSRA1が小さくなることにより、燃料流量制御は起動制御回路６０から加速制御回路６１に切り換わる。
【００２７】
図５は加速制御回路６１のブロック構成図である。ガスタービン速度Nを微分器８０で微分してガスタービン加速率を演算する。加速率設定器８１のガスタービン加速率設定値とガスタービン加速率の偏差を加減算器８２で演算し、比例積分制御器８３により加速制御信号FSRA1を得るようにしている。加速制御回路６１はこのように構成されるので、ガスタービン加速率が上昇すると加速率設定値との偏差が減少し加速制御信号FSRA1は起動制御信号FSRS1より小さくなって低値選択器５９で燃料流量指令FSRFとして選択される。
【００２８】
加速制御信号FSRA1の増加に従いガスタービン速度Nが上昇していき、ガスタービン速度Nが自立速度に到達すると起動モータ１が切離されて燃料のみによる起動が行われる。そしてガスタービン速度Nが定格速度１００％すなわち速度負荷設定値NR1に近づいていくに従い速度偏差が減少していき、やがて速度負荷制御信号FSRN1が加速制御信号FSRA1よりも低値となって低値選択器５９で燃料流量指令FSRFとして選択される。これ以降、化石燃料流量制御は速度負荷制御信号FSRN1により行われることになる。
【００２９】
次に、ガスタービン速度Nが定格速度１００％に制御されている状態で発電機６は電力系統に併入され、ガスタービン速度Nは電力系統の周波数に同期した速度となる。なお、以上の起動過程の間、バイオマス燃料流量指令FSRBは零であり、発電機６が電力系統に併入され、ガスタービン速度Nが電力系統の周波数に同期した速度となってからバイオマス燃料流量指令FSRBが有効となる。そして、発電機出力を増加させていく過程でバイオマス燃料を零から増加させていき化石燃料は逆に減少させていく。
【００３０】
図６は、本発明の第１の実施の形態における分配器５４、６２の関数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図６には、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR２との関数（分配器６２）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００３１】
図６において、発電機６が電力系統に併入された直後の状態は、速度負荷設定値NRが１００％で速度負荷設定値NR1が１００％のA1点、速度負荷設定値NR2が１００％のA2点、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLであるA3点で示されている。
【００３２】
図３からわかるように、化石燃料を制御する回路において速度負荷設定値NR1およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器５５の出力信号は零となり、制御器５６として比例制御器を選ぶとバイアス設定器５８のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN1となり、燃料流量指令FSRFとなる。
【００３３】
一方、図３のバイオマス燃料を制御する回路においては速度負荷設定値NR2およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器６３の出力信号は零となり、制御器６４として比例制御器を選ぶとバイアス設定器６６のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN2となるが、このバイアス設定信号を零に設定しておくと速度負荷制御信号FSRN2すなわち燃料流量指令FSRBが零となる。
【００３４】
図６のA３点は、このときの状態を示しており、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLである。この燃料量は燃料種別の相異を考慮して出力換算した量として表現されており、燃料量NLは化石燃料流量指令FSRFにより指令される燃料流量に対応する量であり、バイアス設定器５８のバイアス設定値に対応する量である。このＡ３点ではバイオマス燃料量は上述のように零である。
【００３５】
図６では破線が化石燃料に関する特性曲線であり、一点鎖線がバイオマス燃料に関する特性曲線であり、実線は化石燃料とバイオマス燃料とを加えた燃料総量に関する特性曲線を示している。
【００３６】
図３において、発電機出力要求すなわち発電機出力設定値MWDが増加すると発電機出力MWとの偏差すなわち加減算器５１の出力信号の極性が正となり、積分器として動作する速度負荷設定器５３の速度負荷設定値NRが増加する。発電機６は電力系統に併入していてガスタービン速度Nはほぼ定格速度１００％なので、速度負荷設定値NR1および速度負荷設定値NR2の増加の仕方に応じて加減算器５５および６３の速度偏差信号が増加し、化石燃料流量指令FSRFおよびバイオマス燃料流量指令FSRBが増加する。
【００３７】
発電機出力設定値MWDの増加に従い上述のように速度負荷設定値NRが増加する。以下、一例として比例制御器５６、６４の比例ゲインを２５倍に設定した場合について説明する。図６において、化石燃料を制御するための分配器５４は、速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR1が１００％すなわちA1点、速度負荷設定値NRが１０４％のとき速度負荷設定値NR1が（１００―α）％すなわちB1点となる関数に設定される。（１００−α）％は化石燃料の供給を遮断するための最少流量に相当する設定値である。
【００３８】
一方、バイオマス燃料を制御するための分配器６２は、速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR２が１００％すなわちA2点、速度負荷設定値NRが１０４％のとき速度負荷設定値NR２が１０４％すなわちB２点となる関数に設定される。つまり、速度負荷設定値NR2の４％の変化に対応して４％×２５倍＝１００％の発電機出力変化およびバイオマス燃料流量変化をさせるように設定される。
【００３９】
その結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが０％のときは、バイオマス燃料量は零で化石燃料量NLすなわちA3点で示す状態にある。発電機出力設定値MWDの増加に従いバイオマス燃料量は増加し化石燃料量は減少する。そして発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが１００％に到達したとき燃料量はバイオマス燃料量FL、化石燃料量は零となりB3点で示す状態となる。
【００４０】
図６に示すように速度負荷設定値NRに対応づけて、分配器５４の関数すなわち化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1、および分配器６２の関数すなわちバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR2を設定することにより、発電機出力要求に応じながらバイオマス燃料量と化石燃料量の比率を変えていくことができる。
【００４１】
ところで、速度負荷設定値はガスタービン速度Nに対する目標値であり、発電機６が電力系統に併入まではガスタービン速度Nの速度制御の目標値となる。発電機６が電力系統に併入されたのちは、ガスタービン速度Nは電力系統周波数に同期した速度になるので、速度負荷設定値とガスタービン速度Nの速度偏差が燃料流量指令を決める要素になる。つまり発電機６が電力系統に併入されたのちは速度負荷設定値は燃料流量指令の大きさを決める信号すなわち燃料流量指令に相当する信号となる。それゆえに、速度負荷設定値をバイオマス燃料のための配分と化石燃料のための配分に分配器により分配することができるのである。
【００４２】
また、図３から明らかなように発電機出力およびガスタービン速度をフィードバックする閉ループで化石燃料流量およびバイオマス燃料流量を制御できるように構成しているので、発電機出力要求および電力系統周波数変化に応じながら発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行いながら両燃料の比率を変えていくことができる。
【００４３】
図６の一例では、発電機６が電力系統に併入したのちに、徐々に化石燃料からバイオマス燃料に比率を切り換えていく場合であるが、発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を増加させていき発電機出力がほぼ定格出力に到達した段階で燃料を化石燃料からバイオマス燃料に切り換えるようにすることも可能である。
【００４４】
図７は、その場合の分配器５４、６２の関数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図７には、図６と同様に、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR２との関数（分配器６２）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００４５】
図７において、発電機６が電力系統に併入された直後の状態は、速度負荷設定値NRが１００％で速度負荷設定値NR1が１００％のC1点、速度負荷設定値NR2が１００％のC2点、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLであるC3点で示されている。
【００４６】
図７においても破線が化石燃料に関する特性曲線であり、一点鎖線がバイオマス燃料に関する特性曲線であり、実線が化石燃料とバイオマス燃料とを加えた燃料総量に関する特性曲線である。
【００４７】
図３からわかるように、化石燃料を制御する回路において速度負荷設定値NR1およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器５５の出力信号は零となり、制御器５６として比例制御器を選ぶとバイアス設定器５８のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN1となり、燃料流量指令FSRFとなる。
【００４８】
一方、図３のバイオマス燃料を制御する回路においては速度負荷設定値NR2およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器６３の出力信号は零となり、制御器６４として比例制御器を選ぶとバイアス設定器６６のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN2となるが、このバイアス設定信号を零に設定しておくと速度負荷制御信号FSRN2すなわち燃料流量指令FSRBが零となる。
【００４９】
図７のC３点がこのときの状態を示し、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLである。C3点において化石燃料およびバイオマス燃料の総量を示す実線と化石燃料を示す破線とが、わかり易さの便宜のために、ずらして図示されているが、正しくは実線の上に破線が重なる。後述するD3点においても同様である。
【００５０】
化石燃料を制御するための分配器５４は速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR1が１００％すなわちC1点、速度負荷設定値NRが１０４％のとき速度負荷設定値NR1が１０４％すなわちD1点となる関数に設定する。つまり速度負荷設定値NR１の４％の変化に対応して４％×２５倍＝１００％の発電機出力変化および化石燃料流量変化をさせるように設定する。
【００５１】
一方、バイオマス燃料を制御するための分配器６２は速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR２が１００％すなわちC2点、速度負荷設定値NRが１０４％のときにも速度負荷設定値NR２が１００％すなわちD２点となる関数に設定する。つまり速度負荷設定値NR2は１００％を保持し、その間はバイオマス燃料量は零である。
【００５２】
その結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが０％のときバイオマス燃料量は零で化石燃料量NLすなわちC3点で示す状態にある。発電機出力設定値MWDの増加に従いバイオマス燃料量は零のままで化石燃料量は増加する。そして発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが１００％に到達したとき燃料量は化石燃料量FL、バイオマス燃料量は零となりD3点で示す状態となる。
【００５３】
この状態から化石燃料のための速度負荷設定値NR1を１０４％から（１００−α）％まですなわちD1点からE1点まで降下させる。同時にバイオマス燃料のための速度負荷設定値NR2を１００％から１０４％まですなわちD2点からE2点まで上昇させる。
【００５４】
その結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWを１００％に保持したまま、化石燃料量をFLから零まですなわちD3点からE3点まで減少させ、バイオマス燃料を零からFLまですなわちE3点からD3点まで増加させることができる。その間の燃料総量はFLを保持しD3点にとどまることができる。
【００５５】
図７に示すように速度負荷設定値NRに対応づけて、分配器５４の関数すなわち化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1、および分配器６２の関数すなわちバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR2を設定することにより、発電機出力要求に応じながらバイオマス燃料量と化石燃料量の比率を変えることができる。
【００５６】
また、図３から明らかなように発電機出力およびガスタービン速度をフィードバックする閉ループで化石燃料流量およびバイオマス燃料流量を制御できるように構成したので、発電機出力要求および電力系統周波数変化に応じながら発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行いながら両燃料の比率を変えることができる。
【００５７】
このように、化石燃料を多く供給して燃焼ガス温度が十分高い温度になってからバイオマス燃料を供給するので、バイオマス燃料が適切な燃焼条件に達してからバイオマス燃料を投入できる。
【００５８】
図７の一例では、発電機６が電力系統に併入したのちに、化石燃料のみで発電機出力MWを上昇させ、ほぼ発電機出力MWが定格出力に到達した状態で、燃料を化石燃料からバイオマス燃料に切り換えていく場合であるが、
次に発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を燃焼安定化のための火種として極力少ない供給量にとどめ、バイオマス燃料を増加させていくようにすることも可能である。
【００５９】
図８は、その場合の分配器５４、６２の関数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図８には、図６と同様に、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR２との関数（分配器６２）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００６０】
図８において、発電機６が電力系統に併入された直後の状態は、速度負荷設定値NRが１００％で速度負荷設定値NR1が１００％のF1点、速度負荷設定値NR2が１００％のF2点、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLであるF3点で示されている。図８においても破線が化石燃料に関する特性曲線であり、一点鎖線がバイオマス燃料に関する特性曲線であり、実線が化石燃料とバイオマス燃料とを加えた燃料総量に関する特性曲線である。
【００６１】
図３からわかるように、化石燃料を制御する回路において速度負荷設定値NR1およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器５５の出力信号は零となり、制御器５６として比例制御器を選ぶとバイアス設定器５８のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN1となり、燃料流量指令FSRFとなる。
【００６２】
一方、図３のバイオマス燃料を制御する回路においては速度負荷設定値NR2およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器６３の出力信号は零となり、制御器６４として比例制御器を選ぶとバイアス設定器６６のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN2となるが、このバイアス設定信号を零に設定しておくと速度負荷制御信号FSRN2すなわち燃料流量指令FSRBが零となる。
【００６３】
図８のF３点がこのときの状態を示し、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLである。
【００６４】
化石燃料を制御するための分配器５４は速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR1が１００％すなわちF1点、速度負荷設定値NRが１０４％のときにも速度負荷設定値NR1が１００％すなわちG1点となる関数に設定する。つまり速度負荷設定値NR１を１００％に保持して化石燃料量をNL一定に保持されるように設定する。
【００６５】
一方、バイオマス燃料を制御するための分配器６２は速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR２が１００％すなわちF2点、速度負荷設定値NRが１０４％のとき速度負荷設定値NR２が１０４％すなわちG２点となる関数に設定する。つまり速度負荷設定値NR２の４％の変化に対応して４％×２５倍＝１００％の発電機出力変化およびバイオマス燃料流量変化をさせるように設定する。
【００６６】
その結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが０％のときバイオマス燃料量は零で化石燃料量NLすなわち燃料総量はF3点で示す状態にある。発電機出力設定値MWDの増加に従い化石燃料量はNLのままでバイオマス燃料量は増加する。そして発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが１００％に到達したとき燃料量は化石燃料量FL、化石燃料量とバイオマス燃料量の総量はFLとなりG3点で示す状態となる。
【００６７】
図８に示すように速度負荷設定値NRに対応づけて、分配器５４の関数すなわち化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1、および分配器６２の関数すなわちバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR2を設定することにより、発電機出力要求に応じながらバイオマス燃料量と化石燃料量の比率を変えることができる。
【００６８】
また図３から明らかなように発電機出力およびガスタービン速度をフィードバックする閉ループで化石燃料流量およびバイオマス燃料流量を制御できるように構成したので、発電機出力要求および電力系統周波数変化に応じながら発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行いながら両燃料の比率を変えることができる。
【００６９】
このように、発電機６が電力系統に併入したのちに、化石燃料流量を燃焼安定化のための極力少ない燃料流量に維持しながら発電機出力MWをバイオマス燃料を増加させることにより上昇させるようにしたので、化石燃料を燃焼安定化のための燃料流量にとどめ、発電機出力上昇をバイオマス燃料によるようにできる。従って、より多くのバイオマス燃料を利用できる。
【００７０】
第１の実施の形態によれば、発電機出力範囲の全域において化石燃料、バイオマス燃料のいずれかを使用してあるいは両方を使用して発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行える。
【００７１】
（第２の実施の形態）（請求項１，３対応）
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。図９は本発明の第２の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第２の実施の形態は図３に示した第１の実施の形態に対し、図３におけるバイオマス燃料による速度制御回路に代えて係数器６８を設けている。速度負荷設定値ＮＲ２に対応づけて、係数器６８によりバイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢを与えるようにしたものである。すなわち、この第２の実施の形態は、そのときのガスタービン速度信号によらず、速度負荷設定値ＮＲ２によりバイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢの大きさを決めるようにし、ガスタービン速度のフィードバック制御は化石燃料により行う点に特徴がある。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７２】
通常時の動作を説明する。化石燃料を使用してガスタービン速度Nが定格速度１００％に到達し、発電機６が電力系統に併入され、ガスタービン速度Nが電力系統の周波数に同期した速度となるまでの起動動作は第１の実施の形態の場合と同じである。
【００７３】
いま、発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を燃焼安定化のための火種として極力少ない供給量にとどめ、バイオマス燃料を増加させていく場合について説明する。
【００７４】
図１０は、その場合の分配器５４、６２の関数、係数器６８の係数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図１０には、図６と同様に、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR２との関数（分配器６２）、さらにバイオマス燃料を制御するための分配器６２の速度負荷設定値NR２とバイオマス燃料流量指令FSRBとの係数（係数器６８）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００７５】
図１０において、発電機６が電力系統に併入された直後の状態は、速度負荷設定値NRが１００％で速度負荷設定値NR1が１００％のH1点、分配器６２の設定値NR2が１００％のH2点、バイオマス燃料流量指令FSRBがH3点、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLであるH4点で示されている。図１０においても破線が化石燃料に関する特性図であり、一点鎖線がバイオマス燃料に関する特性図であり、実線が化石燃料とバイオマス燃料を加えた燃料総量に関する特性図である。
【００７６】
図９からわかるように、化石燃料を制御する回路において速度負荷設定値NR1およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器５５の出力信号は零となり、制御器５６として比例制御器を選ぶとバイアス設定器５８のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN1となり、燃料流量指令FSRFとなる。
【００７７】
一方、図９のバイオマス燃料を制御する回路においては分配器６２の設定値NR2は１００％で、設定値NR2が１００％のとき係数器６８の出力信号であるバイオマス燃料流量指令FSRBが零になるように係数器６８が選ばれている。
【００７８】
図１０のH4点がこのときの状態を示し、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLである。
【００７９】
化石燃料を制御するための分配器５４は速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR1が１００％すなわちH1点、速度負荷設定値NRが１０４％のときにも速度負荷設定値NR1が１００％すなわちJ1点となる関数に設定する。つまり速度負荷設定値NR１を１００％に保持して化石燃料量をNL一定に保持されるように設定する。
【００８０】
一方、バイオマス燃料を制御するための分配器６２は速度負荷設定値NRが１００％のとき設定値NR２が１００％すなわちH2点でバイオマス燃料流量指令FSRBが零すなわちH3点となるように設定され、速度負荷設定値NRが１０４％のとき分配器６２の設定値NR２が１０４％すなわちJ２点でバイオマス燃料流量指令FSRBがBR1となるように係数器６８が設定される。つまり設定値NR２の４％の変化に対応して１００％の発電機出力変化およびバイオマス燃料流量変化をさせるように設定する。つまり設定値BR1は出力換算された燃料量FLに対応する燃料流量であるその結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが０％のときバイオマス燃料量は零で化石燃料量NLすなわち燃料総量はH4点で示す状態にある。発電機出力設定値MWDの増加に従い化石燃料量はNLのままでバイオマス燃料量は増加する。そして発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが１００％に到達したとき燃料量は化石燃料量FL、化石燃料量とバイオマス燃料量の総量はFLとなりJ4点で示す状態となる。
【００８１】
図１０に示すように速度負荷設定値NRに対応づけて、分配器５４の関数すなわち化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1、分配器６２の関数設定値NR2および係数器６８の関数を設定することにより、発電機出力要求に応じながらバイオマス燃料量と化石燃料量の比率を変えることができる。
【００８２】
また図９から明らかなように発電機出力およびガスタービン速度をフィードバックする閉ループで化石燃料流量を制御できるようにするとともに速度負荷設定値NRに対応づけてバイオマス燃料流量を決める構成にしたので、発電機出力要求および電力系統周波数変化に応じながら発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行いながら両燃料の比率を変えることができる。
【００８３】
第２の実施の形態によれば、バイオマス燃料の燃焼時間遅れを考慮して、バイオマス燃料はガスタービン速度フィードバック制御に使用しないで、速度負荷設定値の上昇に応じて流量指令を決めるようにして発電機出力の上昇に寄与させながら、化石燃料を発電機出力MWおよびガスタービン速度の変化に対し応動するようにできる。
【００８４】
（第３の実施の形態）（請求項５対応）
次に本発明の第３の実施の形態を説明する。図１１は本発明の第３の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第３の実施の形態は図９に示した第２の実施の形態に対し、速度負荷設定値ＮＲ２を与える分配器の入力を共通の速度負荷設定値ＮＲに代えて発電機出力設定値ＭＷＤとしている。同時に、速度負荷設定値ＮＲの信号レンジに合わせた分配器６２を発電機出力設定値ＭＷＤの信号レンジに合わせた分配器６９に取り換えている。第２の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８５】
次に通常時の動作を説明する。化石燃料を使用してガスタービン速度Nが定格速度１００％に到達し、発電機６が電力系統に併入され、ガスタービン速度Nが電力系統の周波数に同期した速度となるまでの起動動作は第２の実施の形態に同じである。
【００８６】
いま、発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を燃焼安定化のための火種として極力少ない供給量にとどめ、バイオマス燃料を増加させていく場合について説明する。
【００８７】
図１２は、その場合の分配器５４、６９の関数、係数器６８の係数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図１２には、図１０と同様に、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、発電機出力設定値MWDとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR２との関数（分配器６９）、バイオマス燃料を制御するための分配器６９の速度負荷設定値NR２とバイオマス燃料流量指令FSRBとの係数（係数器６８）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００８８】
図１２と図１０の相異点は、図１０では分配器６２の設定値NR2を速度負荷設定値NRに対応づけて決めたのに対し、図１２では分配器６９の設定値NR2を発電機出力設定値MWDに対応づけて決めた点である。
【００８９】
発電機出力設定値が０〜１００％の範囲を動くと、前述のように速度負荷設定値NRは１００〜１０４％の範囲を動くので、図１２の特性は図１０で説明した動作と等価な動作をすると言うことができる。ここで、発電機出力設定値MWDの変化に対し速度負荷設定値NRの変化は遅れるので、第３の実施の形態の方が第２の実施の形態よりも、発電機出力設定値MWDの変化がより速くバイオマス燃料流量指令の変化となって現れる。
【００９０】
以上のように、第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態の効果に加え、発電機出力要求をより速やかにバイオマス燃料流量指令に伝え、発電機出力の追従を速めることができる。
【００９１】
（第４の実施の形態）（請求項１，４対応）
次に本発明の第４の実施の形態を説明する。図１３は本発明の第４の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第４の実施の形態は図３に示した第１の実施の形態に対し、図３における化石燃料による速度制御回路に代えて係数器７０を設け、速度負荷設定値ＮＲ１に対応づけて、係数器７０により化石燃料流量指令ＦＳＲＥを与えるようにしている。この第４の実施の形態は、そのときのガスタービン速度信号によらず、速度負荷設定値ＮＲ１により化石燃料流量指令ＦＳＲＥすなわちＦＳＲＦの大きさを決めるようにし、ガスタービン速度のフィードバック制御はバイオマス燃料により行う点に特徴がある。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９２】
通常時の動作を説明する。化石燃料を使用して加速制御信号FSRA1の増加に従いガスタービン速度Nが上昇し定格速度１００％に近づいていくところまでの起動過程は第１の実施の形態と同じである。図１３においては、分配器５４の設定値NR1は係数器７０により、ガスタービン定格速度に相当する化石燃料流量指令より低い化石燃料流量指令がFSREとして与えられるように設定されている。この化石燃料流量指令の値は後述の設定値FR1にあたる。
【００９３】
そのため、加速制御信号FSRA1が化石燃料流量指令より大きくなったとき、化石燃料流量指令FSRFは低値選択器７１により加速制御信号FSRA1から燃料流量指令FSREに切り換わる。そしてガスタービン速度Nは燃料流量指令FSREに相当する、ガスタービン定格速度１００％より低い速度に保持される。この時点ではまだバイオマス燃料は燃焼器１９には供給されていない。
【００９４】
図１３のバイオマス燃料を使った速度制御回路においては、バイオマス燃料流量指令は零あるいは負の値になるようにバイアス設定器６６のバイアス信号が設定されている。このバイアス設定器６６のバイアス設定を増加させることにより、ガスタービン速度Nを定格速度１００％まで上昇させる。そして発電機６が電力系統に併入され、ガスタービン速度Nが電力系統の周波数に同期した速度となるようにしている。
【００９５】
いま、発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を燃焼安定化のための火種として極力少ない供給量にとどめ、バイオマス燃料を増加させていく場合について説明する。図１４は、その場合の分配器５４の関数、係数器７０の係数、分配器６２の関数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図１４には、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、化石燃料流量指令FSREと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との係数（係数器７０）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR2との関数（分配器６２）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００９６】
図１４において、発電機６が電力系統に併入された直後の状態は、速度負荷設定値NRが１００％で分配器５４の設定値NR1が１００％のK1点、化石燃料流量指令FSREがFR1のK2点、分配器６２の速度負荷設定値NR2が１００％のK3点、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLであるK4点で示されている。
【００９７】
図１４においても破線が化石燃料に関する特性曲線であり、一点鎖線がバイオマス燃料に関する特性曲線であり、実線が化石燃料とバイオマス燃料を加えた燃料総量に関する特性曲線である。
【００９８】
図１３からわかるように、化石燃料を制御する回路において、分配器５４の設定値NR1は１００％で、設定値NR１が１００％のとき係数器７０の出力信号である化石燃料流量指令FSREが値FR1になるように係数器７０が選ばれている。この値FR1が燃料流量指令FSRFとなる。
【００９９】
一方、図１３のバイオマス燃料を制御する回路においては、分配器６２の速度負荷設定値NR2およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器６３の出力信号は零となり、制御器６４として比例制御器を選ぶとバイアス設定器６６のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN２すなわちバイオマス燃料流量指令FSRBとなる。
【０１００】
図１４のK4点がこのときの化石燃料とバイオマス燃料を合わせた燃料総量NLの状態を示し、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、化石燃料流量指令FR1とバイオマス燃料流量指令FSRBのそれぞれの出力換算された和がNLであることを示している。
【０１０１】
化石燃料を制御するための分配器５４は速度負荷設定値NRが１００％のとき設定値NR1が１００％すなわちK1点、速度負荷設定値NRが１０４％のときにも設定値NR1が１００％すなわちL1点となる関数に設定する。そして設定値NR1が１００％のとき係数器７０は所定値FR1を燃料流量指令FSREすなわち燃料流量指令FSRFとして与えるように設定される。それがK２点の状態にあたる。
【０１０２】
一方、バイオマス燃料を制御するための分配器６２は速度負荷設定値NRが１００％のとき設定値NR２が１００％すなわちK3点で、速度負荷設定値NRが１０４％のとき分配器６２の速度負荷設定値NR２が１０４％すなわちL3点となるように設定される。つまり設定値NR２の４％の変化に対応して１００％の発電機出力変化およびバイオマス燃料流量変化をさせるように設定する。
【０１０３】
その結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが０％のときバイオマス燃料量と化石燃料量の燃料総量はK4点で示す状態にある。発電機出力設定値MWDの増加に従い化石燃料量は保持されたままでバイオマス燃料量は増加する。そして発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが１００％に到達したとき燃料量は化石燃料量とバイオマス燃料量の総量はFLとなりL4点で示す状態となる。
【０１０４】
図１４に示すように速度負荷設定値NRに対応づけて、分配器５４の化石燃料を制御するための設定値NR1、係数器７０、分配器６２の速度負荷設定値NR2を設定することにより、発電機出力要求に応じながらバイオマス燃料量と化石燃料量の比率を変えることができる。
【０１０５】
また図１３から明らかなように発電機出力およびガスタービン速度をフィードバックする閉ループでバイオマス燃料流量を制御できるようにするとともに速度負荷設定値NRに対応づけて化石燃料流量を決める構成にしたので、発電機出力要求および電力系統周波数変化に応じながら発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行いつつ両燃料の比率を変えることができる。
【０１０６】
第４の実施の形態によれば、発電機６が電力系統に併入したのちに、化石燃料流量を燃焼安定化のための極力少ない燃料流量に維持しながら発電機出力MWをバイオマス燃料を増加させるので、化石燃料流量の比率を極力小さくできる。また、バイオマス燃料を発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御に使用し、速度負荷設定値の上昇に応じて、化石燃料を発電機出力MWおよびガスタービン速度の変化に対し応動させることができる。
【０１０７】
（第５の実施の形態）（請求項６，７対応）
次に本発明の第５の実施の形態を説明する。図１５は本発明の第５の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第５の実施の形態は図１３に示した第４の実施の形態に対し、速度負荷設定値ＮＲ１を与える分配器の入力を共通の速度負荷設定値ＮＲに代えて発電機出力設定値ＭＷＤとしている。同時に、速度負荷設定値ＮＲの信号レンジに合わせた分配器５４を発電機出力設定値ＭＷＤの信号レンジに合わせた分配器７２に取り換えたものである。第４の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０８】
通常時の動作を説明する。化石燃料を使用してガスタービンを加速制御FSRA1により速度上昇させ、ガスタービン速度Nが定格速度１００％に達する手前の速度で燃料流量指令FSRFが加速制御FSRA1から燃料流量指令FSREに切り換わるようにし、そのガスタービン速度から定格速度１００％までの速度上昇をバイオマス燃料のための速度制御回路のバイアス設定器６６の設定値を増加させることによりバイオマス燃料を供給してガスタービン速度Nを定格速度１００％まで上昇させたのち発電機６を電力系統に併入し、ガスタービン速度Nが電力系統の周波数に同期した速度となるまでの起動動作は、第４の実施の形態に同じである。
【０１０９】
いま、発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を燃焼安定化のための火種として極力少ない供給量にとどめ、バイオマス燃料を増加させていく場合について説明する。
【０１１０】
図１６は、その場合の分配器７２の関数、係数器７０の係数、分配器６２の関数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図１６には、発電機出力設定値MWDと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器７２）、化石燃料流量指令FSREと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との係数（係数器７０）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR2との関数（分配器６２）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【０１１１】
図１６と図１４の相異点は、図１４では分配器５４の設定値NR１を速度負荷設定値NRに対応づけて決めたのに対し、図１６では分配器７２の設定値NR１を発電機出力設定値MWDに対応づけて決めた点である。
【０１１２】
発電機出力設定値が０〜１００％の範囲を動くと、前述のように速度負荷設定値NRは１００〜１０４％の範囲を動くので、図１６の特性は図１４で説明した動作と等価な動作をすると言うことができる。ここで、発電機出力設定値MWDの変化に対し速度負荷設定値NRの変化は遅れるので、一般には図１５で示された第５の実施の形態の方が第４の実施の形態よりも、発電機出力設定値MWDの変化がより速く化石燃料流量指令の変化となって現れる。
【０１１３】
第５の実施の形態によれば、第４の実施の形態の効果に加え、バイオマス燃料の燃焼時間は化石燃料の燃焼時間に比べ一般に大きいので、例えば図１６において発電機出力設定値MWDの増加に従い化石燃料流量指令FSREが増加するような設定にした場合には、化石燃料の増加による発電機出力MWの増加への寄与が大きいという顕著な効果が得られる。
【０１１４】
（第６の実施の形態）（請求項１，２，８，９対応）
次に本発明の第６の実施の形態を説明する。図１７は本発明の第６の実施の形態の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第６の実施の形態は図３に示した第１の実施の形態に対し、起動制御回路７３および低値選択器７４を追加し、起動制御回路７３の制御信号ＦＳＲＳ２を低値選択器７４の入力としたものである。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１５】
通常時の動作を説明する。図１８はバイオマス燃料による起動制御回路７３の詳細を示す図である。起動制御回路７３はガスタービン速度Nに基づき起動制御信号FSRS2を発生する関数発生器９０を有する。関数発生器９０の特性は図１９に示すように、ガスタービン速度Nが速度N1以下では起動制御信号FSRS2が零でバイオマス燃料は供給されない。速度N1でバイオマス燃料の供給を開始し、速度N1以上ではガスタービン速度Nの増加にしたがい起動制御信号FSRS2が増加し、バイオマス燃料流量が増加するように構成されている。
【０１１６】
次にバイオマス燃料の供給を開始する前後の起動過程を説明する。図１７における化石燃料のための起動制御回路６０の起動制御信号FSRS1により制御された化石燃料で暖機が行われ、十分な暖機が完了したのちに、起動制御信号FSRS1が所定変化率で上昇を開始するとガスタービンが加速され、化石燃料流量指令FSRFは起動制御信号FSRS1から加速制御信号FSRA1に切り換わり、ガスタービンは加速制御信号FSRA1により速度上昇する。
【０１１７】
バイオマス燃料は、ガスタービンの暖機が完了して十分バイオマス燃料の燃焼が可能となった時点ないし加速制御信号FSRA1により加速制御されている時点に供給を開始する。つまりバイオマス燃料供給の開始時点をガスタービン速度N1とすることにより、暖機が完了して十分バイオマス燃料の燃焼が可能となった時点ないし加速制御信号FSRA1により加速制御されている時点に合致するように選ぶことができる。その結果、バイオマス燃料はガスタービン速度Nの上昇とともに増量するようにし、ガスタービンの加速率は化石燃料により制御される。
【０１１８】
第６の実施の形態によれば、ガスタービン起動のより早い段階からバイオマス燃料を制御上の無理なく使用していくことができ、より多くのバイオマス燃料を利用できる。従って、ガスタービンの起動中から広い発電機出力範囲の全域において化石燃料、バイオマス燃料のいずれかを使用してあるいは両方を使用して発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行うことができる。
【０１１９】
（第７の実施の形態）（請求項１，２，１０対応）
次に本発明の第７の実施の形態を説明する。図２０は本発明の第７の実施の形態の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第７の実施の形態は図３に示した第１の実施の形態に対し、化石燃料による加速制御回路６１を削除し、バイオマス燃料による加速制御回路７５および低値選択器７４を追加し、加速制御回路７５の制御信号ＦＳＲＡ２を低値選択器７４の入力としている。この加速制御回路７５は、図５に示した加速制御回路６１と同様な構成であり加速制御信号ＦＳＲＡ１に代えて加速制御信号ＦＳＲＡ２を出力する。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２０】
通常時の動作を説明する。図２１はバイオマス燃料による加速制御回路７５のブロック構成図である。ガスタービンの起動過程における暖機完了までの動作は第１の実施の形態における動作に同じである。
【０１２１】
バイオマス燃料は化石燃料による暖機が完了して十分バイオマス燃料の燃焼が可能となった時点に供給が開始される。暖機が完了すると加速制御回路７５を活かしバイオマス燃料を供給する。ガスタービンの加速率はバイオマス燃料による加速制御回路７５により行われる。化石燃料も暖機完了とともに徐徐に所定変化率で増量することにより燃焼安定化を図ることが望ましい。
【０１２２】
バイオマス燃料により加速制御されたガスタービンが自立速度に到達すると起動モータ１が切離されて燃料のみによる起動が行われる。そしてガスタービン速度Nが定格速度１００％すなわち速度負荷設定値NR２に近づいていくに従い速度偏差が減少していき、やがて速度負荷制御信号FSRN２が加速制御信号FSRA２よりも低値となって低値選択器７４で燃料流量指令FSRBとして選択される。これ以降、バイオマス燃料流量制御は速度負荷制御信号FSRN２により行われることになる。このとき、速度偏差すなわち加減算器６３の出力信号は零なので、速度負荷制御信号FSRN2はバイアス設定器６６に設定されたバイアス信号に等しくなる。
【０１２３】
この時点における、化石燃料による速度制御回路でも、速度負荷設定NR1およびガスタービン速度Nが１００％なので、速度負荷制御信号FSRN1はバイアス設定器５８に設定されたバイアス信号に等しい。この時点における加速制御信号FSRS1よりも速度負荷制御信号FSRN1の方が小さくなるようにバイアス設定器５８のバイアス設定値を選んでおく。
【０１２４】
このようにすることにより、バイオマス燃料流量指令FSRBとして速度負荷制御信号FSRN2が低値選択器７４により選択され、化石燃料流量指令FSRFとして速度負荷制御信号FSRN1が低値選択器５９により選択されるようにできる。
【０１２５】
次にガスタービン速度Nが定格速度１００％に制御されている状態で発電機６は電力系統に併入され、ガスタービン速度Nは電力系統の周波数に同期した速度となる。
【０１２６】
発電機出力要求すなわち発電機出力設定MWDの増加に対応して速度負荷設定値NRが増加し、分配器５４と分配器６２の設定により化石燃料流量とバイオマス燃料流量の比率が決められるのは、前述の実施の形態に同様である。
【０１２７】
第７の実施の形態によれば、起動過程の加速制御の段階からより多くのバイオマス燃料を供給してバイオマス燃料による加速制御を行うことができる。従って、ガスタービンの起動中から広い発電機出力範囲の全域において化石燃料、バイオマス燃料のいずれかを使用してあるいは両方を使用して発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行うことができる。
【０１２８】
（第８の実施の形態）（請求項１，２，１１，１２対応）
次に本発明の第８の実施の形態を説明する。図２２は本発明の第８の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第８の実施の形態は図３に示した第１の実施の形態に対し、バイオマス燃料による制御回路に低値選択器７４を追加して設けると共に燃焼ガス温度制御回路７６および排ガス温度制御回路７７を追加して設け、さらに、比例制御器１０５、１０６、１０７および高値選択器１０８を設け、燃焼ガス温度が異常に高くなった場合にバイパス制御弁４１を開くようにしたものである。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２９】
燃焼ガス温度制御回路７６の制御信号FSRTFAは燃焼ガス温度（燃焼器内ガス温度）TF1が温度高で化石燃料を減少させる信号であり、制御信号FSRTFBは燃焼ガス温度（例えばサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度）TF2が温度高でバイオマス燃料を減少させる信号である。
【０１３０】
ここで、燃焼ガス温度TF2としてはサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度の代わりにタービン入口ガス温度をTF2として使用してもよい。燃焼ガス温度TF2はサイクロンセパレータ３６からタービン入口までの燃焼ガス流路の燃焼ガス温度を代表する温度であり、以下、一例としてサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度を用いた場合で説明する。
【０１３１】
また、制御信号FSRTFDは燃焼ガス温度（サイクロンセパレータ内燃焼ガス温度）TF2が温度高で化石燃料を減少させる信号であり、制御信号FSRTFDは燃焼ガス温度（燃焼器内ガス温度）TF1が温度高でバイオマス燃料を減少させる信号である。
【０１３２】
また、排ガス温度制御回路７７の制御信号FSRTFX1は排ガス温度高で化石燃料を減少させる信号であり、制御信号FSRTFX2は排ガス温度高でバイオマス燃料を減少させる信号である。
【０１３３】
さらに、燃料ガス温度制御回路７６の制御信号TF1Eは燃焼ガス温度（燃焼器内ガス温度）TF1が温度高でバイパス制御弁４１を開く信号であり、制御信号TF2Eは燃焼ガス温度（例えばサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度）TF2が温度高でバイパス制御弁４１を開く信号であり、排ガス温度制御回路７７の制御信号TXEは排ガス温度TXが温度高でバイパス制御弁４１を開く信号である。
【０１３４】
燃焼ガス温度制御回路７６の制御信号FSRTFAおよび制御信号FSRTFC、排ガス温度制御回路７７の制御信号FSRTFX1は化石燃料の制御回路の低値選択器５９に入力され、燃焼ガス温度制御回路７６の制御信号FSRTFBおよび制御信号FSRTFD、排ガス温度制御回路７７の制御信号FSRTFX2はバイオマス燃料の制御回路の低値選択器７４に入力される。
【０１３５】
図２３は燃焼ガス温度制御回路７６のブロック構成図である。燃焼ガス温度設定器８４ａに設定された燃焼ガス温度設定値TF1Rと燃焼器内ガス温度TF1との差が加減算器８５ａで演算される。燃焼ガス温度設定値TF1Rは燃焼ガス温度TF1に対応する。加減算器８５ａで得た温度偏差は比例積分制御器８６ａに入力され燃焼ガス温度制御信号FSRTFAが演算され、比例積分制御器８６ｂにて燃焼ガス温度制御信号FSRTFBが演算される。また、加減算器８５ａで得られた温度偏差は極性反転器１０９ａにて燃焼ガス温度偏差TF1Eが演算される。
【０１３６】
同様に、燃焼ガス温度設定器８４ｂに設定された燃焼ガス温度設定値TF2Rとサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度TF2との差が加減算器８５ｂで演算される。燃焼ガス温度設定値TF2Rはサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度TF2に対応する温度設定値である。
【０１３７】
加減算器８５ｂで得た温度偏差は比例積分制御器８６ｃに入力され燃焼ガス温度制御信号FSRTFCが演算され、比例積分制御器８６ｄにて燃焼ガス温度制御信号FSRTFDが演算される。また、加減算器８５ｂで得られた温度偏差は極性反転器１０９ｂにて燃焼ガス温度偏差TF2Eが演算される。燃焼ガス温度偏差TF1Eは（燃焼ガス温度TF1―燃焼ガス温度設定値TF1R）であり、燃焼ガス温度偏差TF2Eは（燃焼ガス温度TF2―燃焼ガス温度設定値TF2R）である。
【０１３８】
次に、図２４は排ガス温度制御回路７７のブロック構成図である。排ガス温度制御回路７７では、排ガス温度設定器８７に設定された排ガス温度設定値TXRと排ガス温度TXとの差が加減算器８８で演算される。加減算器８８で得た温度偏差は比例積分制御器８９に入力され、化石燃料を調節して排ガス温度を制御するための排ガス温度制御信号FSRTFX1およびバイオマス燃料を調節して排ガス温度を制御するための排ガス温度制御信号FSRTFX2が演算される。また、加減算器８８で得た温度偏差は極性反転器１１０に通して排ガス温度偏差TXEを得るようにしている。排ガス温度偏差TXEは（排ガス温度TX−排ガス温度設定値TXR）である。
【０１３９】
図２２において、燃焼ガス温度偏差TF1Eを比例制御器１０５に通し得られた制御信号TF1Bを高値選択器１０８に入力する。燃焼ガス温度偏差TF2Eを比例制御器１０６に通し得られた制御信号TF2Bを高値選択器１０８に入力する。排ガス温度偏差TXEを比例制御器１０７に通し得られた制御信号TXBを高値選択器１０８に入力する。高値選択器１０８はこれら３つの制御信号TF1B、TF2B、TXBのうちの最も高い信号を選択しバイパス制御弁４１に開度指令BPRを送る。
【０１４０】
次に、通常時の動作を説明する。何らかの異常が発生して燃焼器１９内の燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えたとすると図２３の加減算器８５ａで演算された温度偏差が負極性となり、図２３および図２２の燃焼ガス温度制御信号FSRTFAおよび燃焼ガス温度制御信号FSRTFBが減少を始める。図２２における燃焼ガス温度制御信号FSRTFAが速度負荷制御信号FSRN1より低くなると化石燃料流量指令FSRFは速度負荷制御信号FSRN1から燃焼ガス温度制御信号FSRTFAに切り換わり化石燃料流量を減少させることにより燃焼ガス温度TF1を低下させる動作をする。また燃焼ガス温度制御信号FSRTFBが速度負荷制御信号FSRN2より低くなるとバイオマス燃料流量指令FSRBは速度負荷制御信号FSRN2から燃焼ガス温度制御信号FSRTFBに切り換わりバイオマス燃料流量を減少させることにより燃焼ガス温度TF1を低下させる動作をする。
【０１４１】
ところが、これから供給する燃料流量を減少しても、すでに供給されて燃焼器１９までの配管中にある残留燃料流量を減少させることはできない。そこで燃料流量を減少させる制御動作に加えて、サイクロンセパレータ３６からタービン入口につながる燃焼ガス配管の途中からバイパス制御弁４１を開いて燃焼ガスを外部に排出し、燃焼器１９の器内圧力を低下させることにより燃焼ガス温度の低下を図る。
【０１４２】
すなわち、燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えると燃焼ガス温度偏差TF1Eが正極性の信号となり比例制御器１０５により制御信号TF1Bが高値選択器１０８を通りバイパス制御弁開度指令BPRとなってバイパス制御弁４１を適切な開度まで開き燃焼ガスの一部を排出し、その結果、燃焼器１９およびサイクロンセパレータ３６の内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる。
【０１４３】
燃焼ガス温度が下がればバイパス制御弁４１は全閉に復旧する。バイパス制御弁４１を閉じても、供給される燃料流量が上述のように絞られているので、再び燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えることはなく、高温の燃焼ガスがバイパス制御弁４１を通過するのも短時間で済むので、バイパス制御弁４１の耐久性に関しても問題はない。
【０１４４】
燃焼ガス温度TF2、排ガス温度TXが燃焼ガス温度設定値TF2R、排ガス温度設定値TXRを超えたときの動作も、上述の燃焼ガス温度TF1の場合と同様なので説明は省略する。
【０１４５】
なお、排ガス温度TXはタービン入口ガス温度を監視するためのもので、タービン特性からタービン入口温度を排ガス温度に換算して、高温のタービン入口ガス温度に代えてより低い排ガス温度で監視しようとするものである。高温の燃焼ガス温度を検出するより、やや低い排ガス温度を検出する方が温度検出器の耐久性の点で有利であることから、特に燃焼ガス温度検出が困難なガスタービンプラントに適用できる。
【０１４６】
以上の説明では、化石燃料の制御回路とバイオマス燃料の制御回路に対して共通の燃焼ガス温度制御回路７６および排ガス温度制御回路７７を設けたが、それぞれ別々に燃焼ガス温度制御回路７６および排ガス温度制御回路７７を設けるようにしても良い。
【０１４７】
第８の実施の形態によれば、燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えたときには機器保護のために化石燃料およびバイオマス燃料の供給を減少させて燃焼ガス温度を下げる制御を行うと共にサイクロンセパレータとタービン入口の間の燃焼ガス配管からバイパス制御弁を適切な開度まで開いて燃焼ガスの一部を排出することにより、燃焼器内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる制御を併用したので、残留燃料の燃焼に対しても燃焼ガス温度上昇を抑制でき、バイパス制御弁の高温燃焼ガスをバイパスする時間も短時間ですむ。
【０１４８】
（第９の実施の形態）（請求項１６，１８対応）
次に本発明の第９の実施の形態を説明する。図２５は本発明の第９の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第９の実施の形態は図９に示した第２の実施の形態に対し、バイオマス燃料による制御回路に低値選択器７４を設けると共に、バイオマス燃料による燃焼ガス温度制御回路７６Ａおよび排ガス温度制御回路７７Ａを追加して設け、燃焼ガス温度制御回路７６Ａの制御信号ＦＳＲＴＦＢ、ＦＳＲＴＦＤおよび排ガス温度制御回路７７ＡのＦＳＲＴＦＸ２を低値選択器７４の入力としたものである。第２の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１４９】
図２５において、燃焼ガス温度制御回路７６Ａは、図２３に示した第８の実施の形態において用いた燃料ガス温度制御回路７６と同等のものであり、制御信号FSRTFAおよび制御信号FSRTFCを化石燃料の制御回路における低値選択回路５９に出力しないようにしたものである。同様に、排ガス温度制御回路７７Ａは図２４に示した第８の実施の形態において用いた排ガス温度制御回路７７と同等のものであり、制御信号FSRTX1を化石燃料の制御回路における低値選択回路５９に出力しないようにしたものである。
【０１５０】
また、燃焼ガス温度偏差TF1E、燃焼ガス温度偏差TF2Eおよび排ガス温度偏差TXEからバイパス制御弁４１の開度指令BPRを得る回路については、第８の実施の形態のものと同じであるのでここでは説明を省略する。
【０１５１】
次に通常時の動作を説明する。何らかの異常が発生して燃焼器１９内の燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えると、燃料ガス温度制御回路７６Ａの加減算器８５ａで演算された温度偏差が負極性となり、図２３および図２５の燃焼ガス温度制御信号FSRTFBが減少を始める。図２５における燃焼ガス温度制御信号FSRTFBがバイオマス燃料流量指令FSRBXより低くなるとバイオマス燃料流量指令FSRBはバイオマス燃料流量指令FSRBXから燃焼ガス温度制御信号FSRTFBに切り換わりバイオマス燃料流量を減少させることにより燃焼ガス温度TF1を低下させる動作をする。
【０１５２】
ところが、これから供給する燃料流量を減少しても、すでに供給されて燃焼器１９までの配管中にある残留燃料流量を減少させることはできない。そこで燃料流量を減少させる制御動作に加えて、サイクロンセパレータ３６からタービン入口につながる燃焼ガス配管の途中からバイパス制御弁４１を開いて燃焼ガスを外部に排出し、燃焼器１９の器内圧力を低下させることにより燃焼ガス温度の低下を図る。
【０１５３】
すなわち、燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えると燃焼ガス温度偏差TF1Eが正極性の信号となり比例制御器１０５により制御信号TF1Bが高値選択器１０８を通りバイパス制御弁開度指令BPRとなってバイパス制御弁４１を適切な開度まで開き燃焼ガスの一部を排出し、その結果、燃焼器１９およびサイクロンセパレータ３６の内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる。
【０１５４】
燃焼ガス温度が下がればバイパス制御弁４１は全閉に復旧する。バイパス制御弁４１を閉じても、供給される燃料流量が上述のように絞られているので、再び燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えることはなく、高温の燃焼ガスがバイパス制御弁４１を通過するのも短時間で済むので、バイパス制御弁４１の耐久性に関しても問題はない。
【０１５５】
燃焼ガス温度TF2、排ガス温度TXが燃焼ガス温度設定値TF2R、排ガス温度設定値TXRを超えたときの動作も、上述の燃焼ガス温度TF1の場合と同様なので説明は省略する。
【０１５６】
第９の実施の形態によれば、燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えたときには機器保護のためにバイオマス燃料の供給を減少させて燃焼ガス温度を下げる制御を行うとともにサイクロンセパレータとタービン入口の間の燃焼ガス配管からバイパス制御弁を適切な開度まで開いて燃焼ガスの一部を排出することにより燃焼器内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる制御を併用したので、残留燃料の燃焼に対しても燃焼ガス温度上昇を抑制でき、バイパス制御弁の高温燃焼ガスをバイパスする時間も短時間ですむという顕著な効果がある。
【０１５７】
（第１０の実施の形態）（請求項１７，１８対応）
次に本発明の第１０の実施の形態を説明する。図２６は本発明の第１０の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第１０の実施の形態は図１３に示した第４の実施の形態に対し、化石燃料による燃焼ガス温度制御回路７６Ｂおよびガスタービン排ガス温度制御回路７７Ｂを追加し、燃焼ガス温度制御回路７６Ｂの制御信号ＦＳＲＴＦＡ、ＦＳＲＴＦＣおよび排ガス温度制御回路７７Ｂの制御信号ＦＳＲＴＦＸ１を低値選択器７１の入力としたものである。第４の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１５８】
図２６において、燃焼ガス温度制御回路７６Ｂは、図２３に示した第８の実施の形態において用いた燃料ガス温度制御回路７６と同等のものであり、制御信号FSRTFBおよび制御信号FSRTFDをバイオマス燃料の制御回路に出力しないようにしたものである。同様に、排ガス温度制御回路７７Ｂは図２４に示した第８の実施の形態において用いた排ガス温度制御回路７７と同等のものであり、制御信号FSRTX2をバイオマス燃料の制御回路に出力しないようにしたものである。
【０１５９】
また、燃焼ガス温度偏差TF1E、燃焼ガス温度偏差TF2Eおよび排ガス温度偏差TXEからバイパス制御弁４１の開度指令BPRを得る回路については、第８の実施の形態のものと同じであるのでここでは説明を省略する。
【０１６０】
次に通常時の動作を説明する。何らかの異常が発生して燃焼器１９内の燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えると図２３の加減算器８５ａで演算された温度偏差が負極性となり、図２３および図２６の燃焼ガス温度制御信号FSRTFAが減少を始める。図２６における燃焼ガス温度制御信号FSRTFAが化石燃料流量指令FSREより低くなると化石燃料流量指令FSRFは化石燃料流量指令FSREから燃焼ガス温度制御信号FSRTFAに切り換わり化石燃料流量を減少させることにより燃焼ガス温度TF1を低下させる動作をする。
【０１６１】
ところが、これから供給する燃料流量を減少しても、すでに供給されて燃焼器１９までの配管中にある残留燃料流量を減少させることはできない。そこで燃料流量を減少させる制御動作に加えて、サイクロンセパレータ３６からタービン入口につながる燃焼ガス配管の途中からバイパス制御弁４１を開いて燃焼ガスを外部に排出し、燃焼器１９の器内圧力を低下させることにより燃焼ガス温度の低下を図る。
【０１６２】
すなわち、燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えると燃焼ガス温度偏差TF1Eが正極性の信号となり比例制御器１０５により制御信号TF1Bが高値選択器１０８を通りバイパス制御弁開度指令BPRとなってバイパス制御弁４１を適切な開度まで開き燃焼ガスの一部を排出し、その結果、燃焼器１９およびサイクロンセパレータ３６の内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる。
【０１６３】
燃焼ガス温度が下がればバイパス制御弁４１は全閉に復旧する。バイパス制御弁４１を閉じても、供給される燃料流量が上述のように絞られているので、再び燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えることはなく、高温の燃焼ガスがバイパス制御弁４１を通過するのも短時間で済むので、バイパス制御弁４１の耐久性に関しても問題はない。
【０１６４】
燃焼ガス温度TF2、排ガス温度TXが燃焼ガス温度設定値TF2R、排ガス温度設定値TXRを超えたときの動作も、上述の燃焼ガス温度TF1の場合と同様なので説明は省略する。
【０１６５】
第１０の実施の形態によれば、燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えたときには機器保護のために化石燃料の供給を減少させて燃焼ガス温度を下げる制御を行うとともにサイクロンセパレータとタービン入口の間の燃焼ガス配管からバイパス制御弁を適切な開度まで開いて燃焼ガスの一部を排出することにより燃焼器内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる制御を併用したので、残留燃料の燃焼に対しても燃焼ガス温度上昇を抑制でき、バイパス制御弁の高温燃焼ガスをバイパスする時間も短時間ですむという顕著な効果がある。
【０１６６】
（第１１の実施の形態）（請求項１３対応）
次に本発明の第１１の実施の形態を説明する。図２７は本発明の第１１の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第１１の実施の形態は図１１に示した第３の実施の形態に対し、バイオマス燃料による制御回路の係数器６８と変換器６７との間に乗算器９３を挿入するとともに、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと、空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣの差圧ＤＰを演算するための加減算器９１と、差圧ＤＰとに基づき修正係数ＤＰＣを得るための関数発生器９２を追加したものである。第３の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【０１６７】
関数発生器９２は、修正係数ＤＰＣを与える関数発生器９２は、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣとの差圧ＤＰに基づいて、修正係数ＤＰＣを発生させるものである。図２８は関数発生器９２の特性図である。図２８に示すように、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣとの差圧ＤＰが設計値ＤＰ１に等しければ修正係数を１．０とし、その設計値ＤＰ１点からの差圧DPのずれに応じて修正係数を１．０を中心にして増減させる修正係数ＤＰＣを出力する特性となっている。関数発生器９２で得られた修正係数ＤＰＣは乗算器９３においてバイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢに乗算され修正する。
【０１６８】
次に通常時の動作を説明する。バイオマス燃料流量指令FSRBは変換器６７により電気信号FSRMに変換されてモータ２１を制御して、バイオマス燃料流量指令FSRBに相当するバイオマス燃料流量を搬送管１７に供給するように設計されている。
【０１６９】
ここで、設計通りのバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給するためには、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと燃焼器１９の器内圧力との圧力差が所定圧力で、搬送用空気が搬送管１７内を所定の流速で流れている必要がある。その流速に応じてバイオマス燃料供給管２４からの供給量に影響を及ぼすので、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣとの差圧ＤＰの大きさに応じてバイオマス燃料流量指令FSRBに修正を加えて、差圧DPが設計値に等しければ関数発生器９２が与える修正係数を１．０とし、設計点からの差圧DPのずれに応じて修正係数を１．０を中心にして増減させる。これにより、所望のバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給する。
【０１７０】
なお、空気圧縮機吐出空気圧力PCを検出するための検出器７は図１では空気圧縮機４の出口に取り付けられるように図示されているが、空気圧縮機４の吐出口から空気配管２５、空気配管２６を経由して燃焼器１９に供給されるまでの範囲のどの位置に取り付けてもよい。
【０１７１】
第１１の実施の形態によれば、搬送用空気圧力PBが設計圧力からずれることがあってもバイオマス燃料流量指令FSRBを修正して所望のバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給することができる。
【０１７２】
（第１２の実施の形態）（請求項１４対応）
次に本発明の第１２の実施の形態を説明する。図２９は本発明の第１２の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のバイオマス燃料を供給するための圧縮圧力を調節する圧力制御弁１６の制御部分を示すブロック構成図である。
【０１７３】
図２９において、差圧設定器９４は搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣとの差圧ＤＰの制御目標値ＤＰＲを与える。搬送用空気圧力ＰＢと空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣとの差圧ＤＰは加減算器９５により演算され、差圧設定値ＤＰＲと差圧ＤＰとの制御偏差が加減算器９６により演算される。この制御偏差に基づき制御器９７は制御信号ＰＣＲを圧力制御弁１６に送り弁開度を指令する。すなわち圧力制御弁１６は差圧ＤＰを差圧設定値ＤＰＲに制御される。
【０１７４】
次に通常時の動作を説明する。バイオマス燃料流量指令FSRBは変換器６７により電気信号FSRMに変換されてモータ２１を制御して、バイオマス燃料流量指令FSRBに相当するバイオマス燃料流量を搬送管１７に供給するように設計されている。
【０１７５】
ここで、設計通りのバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給するためには、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと燃焼器１９の器内圧力との圧力差DPが所定圧力で、搬送用空気が搬送管１７内を所定の流速で流れている必要がある。そのために差圧設定器９４の差圧設定値DPRと差圧DPとが比較され、その差圧DPが差圧設定値DPRに一致するように制御器９７は制御信号PCRにより圧力制御弁１６の弁開度を制御する。発電機出力MWの増加とともに燃焼器１９の器内圧力すなわち燃焼ガス圧力と空気圧縮機４の吐出空気圧力PCは上昇するので、圧力制御弁１６により差圧DPを差圧設定値DPRに追従させることにより、バイオマス燃料流量指令は所望のバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給することができる。
【０１７６】
なお、空気圧縮機吐出空気圧力PCを検出するための検出器７は図１では空気圧縮機４の出口に取り付けられるように図示されているが、空気圧縮機４の吐出口から空気配管２５、空気配管２６を経由して燃焼器１９に供給されるまでの範囲のどの位置に取り付けてもよい。
【０１７７】
第１２の実施の形態によれば、空気圧縮機４の吐出空気圧力PCの圧力変化に応じて、バイオマス燃料搬送用空気圧力PBと空気圧縮機吐出空気圧力PCの差圧DPを差圧設定値DPRに制御するようにしたので、空気圧縮機４の吐出空気圧力PCの圧力変化によらず、バイオマス燃料流量指令は所望のバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給することができる効果がある。
【０１７８】
（第１３の実施の形態）（請求項１５対応）
次に本発明の第１３の実施の形態を説明する。図３０は本発明の第１３の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のバイパス制御弁４１の制御部分を示すブロック構成図である。
【０１７９】
図３０において、化石燃料流量指令ＦＳＲＦを係数器９８により出力換算された信号と、バイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢを係数器９９により出力換算された信号とが加減算器１００により加算され燃料による出力の和ＦＳＲが算出される。燃料出力の和ＦＳＲと設定器１０１が与える無負荷定格速度における燃料の出力設定値ＮＬとの偏差ＤＦが加減算器１０２で演算される。そして係数器１０３により偏差ＤＦに対応した制御指令ＢＰＲがバイパス制御弁４１に送られ、バイパス制御弁４１の開度は偏差ＤＦの大きさに対応した開度まで開けられる。
【０１８０】
次に通常時の動作を説明する。発電機負荷が急減または喪失したときには、一般には図示しない装置から検出信号が送信される。そして、その検出信号に対応した発電機負荷すなわちガスタービン出力を決めることができる。その出力を第１３の実施の形態では出力設定値NLとして与えている。
【０１８１】
発電機負荷が急減または喪失したときには、ガスタービン入力である燃料流量を出力設定値NLに相当する燃料流量まで絞る制御動作を行う。しかしながら、これから供給する燃料流量を減少しても、すでに供給されて燃焼器１９までの配管中にある残留燃料流量および燃焼器１９からタービン入口までの燃焼ガス配管内の燃焼ガスを減少させることはできない。そこで燃料流量を減少させる制御動作に加えて、サイクロンセパレータ３６からタービン入口につながる燃焼ガス配管の途中からバイパス制御弁４１を開いて燃焼ガスの一部を外部に排出してガスタービンの過速度を防止し、燃焼器１９の器内圧力を低下させることにより燃焼速度の低下を図り、出力設定値NLに合致した燃焼器１９の内圧に直ちに移行させようとするものである。
【０１８２】
発電機負荷が急減または喪失すると、その時点あるいは直前の燃料出力の和FSRが演算され、その和FSRと出力設定値NLとが比較され、その偏差DFに対応した弁開度までバイパス制御弁４１を開き、所望の燃焼ガスの一部を排出して、ガスタービン過速度の防止を図るとともに、燃焼器１９の内圧を低下させて所望の燃焼速度を得るようにしている。なお、第１３の実施の形態ではバイオマス燃料および化石燃料が併用されている場合について説明したが、例えば高負荷域でいずれか一方の燃料しか使用しない運用をするガスタービンプラントなら、もう一方の燃料の燃料流量は削除あるいは零としてもよい。
【０１８３】
第１３の実施の形態によれば、発電機負荷が急減または喪失したとき、バイオマス燃料流量と化石燃料流量に基づく換算出力の和と所定設定値の差の大きさに応じた弁開度までバイパス制御弁を開き、燃焼器１９からタービン入口までの燃焼ガス配管内の燃焼ガスの一部を排出するようにしたので、ガスタービンの過速度を防止するとともに、燃焼器１９の器内圧力を低下させて所望の燃焼速度を得ることができる。
【０１８４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、タービン速度負荷設定あるいは発電機出力要求をバイオマス燃料と化石燃料への要求に分配するので、バイオマス燃料と化石燃料を併用してガスタービン起動と発電機出力上昇を行うことができる。
【０１８５】
また、バイオマス燃料を使用したガスタービン速度フィードバック制御と化石燃料を使用したガスタービン速度フィードバック制御とを併用でき、あるいは、バイオマス燃料と化石燃料とのいずれか一方で発電機出力あるいはガスタービン速度のフィードバック制御を行い、残りの一方は発電機出力要求あるいはタービン速度負荷設定に基づき燃料流量指令を決めるように制御できる。
【０１８６】
従って、ガスタービンの起動中から広い発電機出力範囲の全域において化石燃料、バイオマス燃料のいずれかを使用してあるいは両方を使用して発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行うことができる。
【０１８７】
また、燃焼器内の燃焼ガス温度、サイクロンセパレータ内の燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度、ガスタービン排ガス温度のいずれかがそれぞれの所定設定値を超えたときには、バイオマス燃料と化石燃料のいずれか、あるいは双方の燃料流量を減少させるとともに、燃焼ガスの一部をバイパス制御弁により排出するので、燃焼器の器内圧力を下げて燃焼速度を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバイオマスガスタービンの制御装置が適用されるバイオマスガスタービンプラントの系統図。
【図２】本発明のバイオマスガスタービンの制御装置の入出力信号の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における起動制御回路の特性図。
【図５】本発明の第１の実施の形態における加速制御回路のブロック構成図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図。
【図７】本発明の第１の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の他の一例を示す特性図。
【図８】本発明の第１の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性のさらに別の他の一例を示す特性図。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図１６】本発明の第５の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図。
【図１７】本発明の第６の実施の形態の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図１８】本発明の第６の実施の形態におけるバイオマス燃料の起動制御回路のブロック構成図。
【図１９】本発明の第６の実施の形態におけるバイオマス燃料の起動制御回路の特性を示す特性図。
【図２０】本発明の第７の実施の形態の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図２１】 本発明の第７の実施の形態における加速制御回路のブロック構成図。
【図２２】本発明の第８の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図２３】本発明の第８の実施の形態における燃焼ガス温度制御回路のブロック構成図。
【図２４】本発明の第８の実施の形態における排ガス温度制御回路のブロック構成図。
【図２５】本発明の第９の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図２６】本発明の第１０の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図２７】本発明の第１１の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図２８】本発明の第１１の実施の形態における修正係数を与える関数発生器の特性を示す特性図。
【図２９】本発明の第１２の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のバイオマス燃料を供給するための圧縮圧力を調節する圧力制御弁の制御部分を示すブロック構成図。
【図３０】本発明の第１３の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のバイパス制御弁の制御部分を示すブロック構成図。
【符号の説明】
１…起動モータ、２…トルクコンバータ、３…ガスタービン軸、４…圧縮機、５…タービン、６…発電機、７…圧力検出器、８…速度検出器、９…発電機出力検出器、１０…温度検出器、１１…空気配管、１２…空気配管、１３…モータ、１４…圧縮機、１５…空気配管、１６…圧力制御弁、１７…バイオマス燃料搬送管、１８…圧力検出器、１９…燃焼器、２０…燃料容器、２１…モータ、２２…回転伝達軸、２３…コンベヤ、２４…バイオマス燃料供給管、２５…空気配管、２６…空気配管、２７…空気配管、２８…調節弁、２９…燃料配管、３０…燃料ポンプ、３１…燃料制御弁、３２…燃料配管、３３…燃料噴射ノズル、３４…燃焼ガス配管、３５…温度検出器、３６…サイクロンセパレータ、３７…排出弁、３８…燃焼ガス配管、３９…温度検出器、４０…燃焼ガス配管、４１…バイパス制御弁、４２…煙突、５０…バイオマスガスタービン制御装置、５１…加減算器、５２…高低制限器、５３…速度負荷設定器（積分器）、５４…分配器、５５…加減算器、５６…制御器、５７…加減算器、５８…バイアス設定器、５９…低値選択器、６０…起動制御回路、６１…加速制御回路、６２…分配器、６３…加減算器、６４…制御器、６５…加減算器、６６…バイアス設定器、６７…変換器、６８…係数器、６９…分配器、７０…係数器、７１…低値選択器、７２…分配器、７３…起動制御回路、７４…低値選択器、７５…加速制御回路、７６…燃焼ガス温度制御回路、７７…排ガス温度制御回路、７８…燃焼ガス温度制御回路、７９…排ガス温度制御回路、８０…微分器、８１…加速率設定器、８２…加減算器、８３…制御器、８４…燃焼ガス温度設定器、８５…加減算器、８６…制御器、８７…排ガス温度設定器、８８…加減算器、８９…制御器、９０…関数発生器、９１…加減算器、９２…関数発生器、９３…乗算器、９４…差圧設定器、９５…加減算器、９６…加減算器、９７…制御器、９８…係数器、９９…係数器、１００…加減算器、１０１…設定器、１０２…加減算器、１０３…係数器、１０５…制御器、１０６…制御器、１０７…制御器、１０８…高値選択器、１０９…極性反転器、１１０…極性反転器
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマス（生物資源）を燃料とするガスタービンプラントを制御するバイオマスガスタービンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、限られた地球資源を有効活用するために循環型経済システムの実現が必要とされており、再生可能エネルギーの使用が強く求められている。木屑等のバイオマスのエネルギー利用は化石燃料（天然ガス等のガス燃料や灯油等の液体燃料）の消費を抑制する有効な手段である。
【０００３】
バイオマスの燃焼ガスでタービンを回す直接燃焼ガスタービンが研究されている。バイオマスガスタービン及びその制御装置としては、ガスタービンの燃料供給のためのバイオマス燃焼装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この装置はガスタービンに燃料を供給するためにバイオマス粒子を燃焼させるための装置で、燃焼室にバイオマス粒子を給送する給送する給送装置を備え、タービン速度制御装置、タービン入口温度制御装置、暖機燃料バルブ制御装置、解放バルブ制御装置を含み、解放バルブ制御装置は圧縮機吐出空気を解放することにより圧力の高められた燃焼室を減圧する解放バルブを制御するものであり、タービン入口温度制御装置はバイオマスの給送を制御するものであり、バイオマスの燃焼によって自立運転が開始されるまでは起動装置により回転を維持するというものである。
【０００５】
【特許文献１】
特表平７−５０８８１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このバイオマス燃焼装置は、ガスタービンを暖機したのち化石燃料の使い方について考慮されていない。すなわち、ガスタービン速度上昇の過程および発電機出力上昇の過程で、要求燃料流量をバイオマス燃料と化石燃料で分担させることが必要なバイオマスガスタービンに対しては実用上の困難がある。また、タービン入口温度制御装置および解放バルブ制御装置についても、バイオマス燃料流量の制御と解放バルブの制御の関係に関して制御上の考慮がされていないので実用上の困難がある。また、バイオマス燃料の給送についても、給送するための空気圧力の制御の必要性について考慮されていない。
【０００７】
本発明の目的は、バイオマス燃料と化石燃料とを併用してガスタービン起動と発電機出力上昇を行うことができるバイオマスガスタービンの制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のバイオマスガスタービンの制御装置は、バイオマス燃料と化石燃料を併用してガスタービン起動と発電機出力上昇を行うために、タービン速度負荷設定あるいは発電機出力要求をバイオマス燃料と化石燃料への要求に分配する手段を備えたものである。そして、バイオマス燃料を使用したガスタービン速度フィードバック制御と化石燃料を使用したガスタービン速度フィードバック制御とを併用する手段を備えている。
【０００９】
また、バイオマス燃料と化石燃料とのいずれか一方で発電機出力あるいはガスタービン速度のフィードバック制御を行い、残りの一方は発電機出力要求あるいはタービン速度負荷設定に基づき燃料流量指令を決める手段を備え、ガスタービン起動過程で加速制御を化石燃料で行いながらバイオマス燃料を加速中に供給する手段を備えている。さらに、ガスタービン起動過程で着火、暖機を化石燃料で行い、バイオマス燃料で加速制御を行う手段を備えている。
【００１０】
また、燃焼器内の燃焼ガス温度、サイクロンセパレータ内の燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度、ガスタービン排ガス温度のいずれかがそれぞれの所定設定値を超えたときには、バイオマス燃料と化石燃料のいずれか、あるいは双方の燃料流量を減少させるとともに、燃焼ガスの一部をバイパス制御弁により排出する手段を備えて、燃焼器の器内圧力を下げて燃焼速度を抑制するとともに、バイパス制御弁が復旧できるようにしている。
【００１１】
さらに、バイオマス燃料搬送空気圧力と空気圧縮機吐出空気圧力の圧力差の大きさに応じてバイオマス燃料流量指令を修正する手段を備えて、所望のバイオマス燃料流量を燃焼器に供給できるようにしている。また、バイオマス燃料搬送空気圧力が空気圧縮機吐出空気圧力より高くなるように搬送管の圧力制御弁を制御する手段を備えている。
【００１２】
また、発電機負荷が急減または喪失したとき、バイオマス燃料流量と化石燃料流量に基づく換算出力の和と所定設定値の差に応じた開度までバイパス制御弁を開いて燃焼ガスの一部を排出する手段を備えて、ガスタービン過速度を防止するとともに、燃焼器の器内圧力を下げて燃焼速度を抑制するようにしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明のバイオマスガスタービンの制御装置が適用されるバイオマスガスタービンプラントの系統図であり、図２は本発明のバイオマスガスタービンの制御装置の入出力信号の説明図である。
【００１４】
起動モータ１はトルクコンバータ２を介してガスタービン軸に動力を伝達し空気圧縮機４、タービン５および発電機６を回転させる。空気圧縮機４は空気を吸い込み高圧圧縮空気を出口空気配管１１に吐出する。圧力検出器７は、その吐出空気圧力信号PCを図２のバイオマスガスタービン制御装置５０に送る。圧縮機吐出空気は空気配管１２および空気配管２５に分かれて送られる。モータ１３は圧縮機１４を駆動し、圧縮機１４は空気配管１２の高圧空気を更に圧縮し、圧縮機４の吐出空気圧力より高い圧力にして、空気配管１５に送り出す。圧縮機１４の吐出空気は、バイオマスガスタービン制御装置５０の制御信号PCRにより制御される圧力制御弁１６により圧力調整されて搬送配管１７を通り燃焼器１９に供給される。
【００１５】
燃料容器２０には図示しない外部から供給された木屑などのバイオマス燃料が貯えられており、そのバイオマス燃料はバイオマスガスタービン制御装置５０の制御信号FSRMにより制御されるモータ２１により回転伝達軸２２を介してコンベヤ２３によりバイオマス燃料供給管２４より搬送管１７に供給され、バイオマス燃料として燃焼器１９に供給される。また燃焼器１９には燃料噴射ノズル３３を介して燃料配管３２より天然ガスや灯油などのガス燃料や液体燃料が供給される。ここでは燃料配管３２より供給されるそれら燃料をまとめて化石燃料と表現されている。
【００１６】
図１の構成は一般には液体燃料の場合における構成で、燃料配管２９より供給された燃料は燃料ポンプ３０により昇圧される。昇圧された燃料の一部は、バイオマスガスタービン制御装置５０の制御信号FSRFにより制御される燃料制御弁３１の弁開度に応じて、燃料ポンプ３０の入口側に還流される。残りの燃料が燃料配管３２および燃料噴射ノズル３３より燃焼器１９に供給される。バイオマス燃料および化石燃料は燃焼器１９で燃焼し高温高圧の燃焼ガスとなって燃焼ガス配管３４を通りサイクロンセパレータ３６に入る。
【００１７】
燃焼器１９のバイオマス燃焼用空気は、空気配管１１より分岐した空気配管２５と空気配管２６を通って、図１に図示のように例えば３本の供給管に分かれて燃焼器に供給される。３本の供給管から送給された燃焼用空気は燃焼器内で旋回流を形成し木屑などのバイオマス燃料は旋回しながら時間遅れをもって燃焼する。空気配管２５より分岐した空気配管２７から送られた高圧空気は調節弁２８を経由して、燃焼ガスの希釈用空気として燃焼器１９に供給される。
【００１８】
温度検出器３５は燃焼器内の燃焼ガス温度を検出しバイオマスガスタービン制御装置５０に燃焼ガス温度信号TF1を送る。サイクロンセパレータ３６では灰分が分離されて排出弁３７によりサイクロンセパレータ外部に排出される。サイクロンセパレータ３６で灰分を除去された燃焼ガスは燃焼ガス配管３８、燃焼ガス配管４０を通ってタービン５に送給される。燃焼ガス温度検出器３９はサイクロンセパレータ３６の燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度を検出する温度検出器で、便宜上、サイクロンセパレータ３６内に図示されている。燃焼ガス温度信号TF2をバイオマスガスタービン制御装置５０に送る。バイパス制御弁４１は常時は閉じていて、バイオマスガスタービン制御装置５０の制御信号ＢＰＲにより制御されて開き、燃焼ガス配管３８の燃焼ガスの一部をバイパス制御弁４１の弁開度に応じて外部に排出することができる。
【００１９】
タービン５に送給された燃焼ガスは、タービン５で仕事をして圧縮機４および発電機６を駆動し、排ガスとなって煙突４２へ送られ大気中に排出される。発電機６は図示しない減速機を介してタービン５より駆動されてもよい。温度検出器１０はガスタービン排ガス温度を検出する温度検出器でバイオマスガスタービン制御装置５０に排ガス温度信号ＴＸを送る。発電機出力検出器９は発電機６の発電機出力を検出し、バイオマスガスタービン制御装置５０に発電機出力信号ＭＷを送る。
【００２０】
（第１の実施の形態）（請求項１，２対応）
図３は本発明の第１の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置５０のブロック構成図である。発電機出力要求すなわち発電機出力設定値ＭＷＤが与えられて、発電機出力設定値ＭＷＤと発電機出力ＭＷの制御偏差が加減算器５１で演算される。制御偏差はその大きさに応じて高低制限器５２により制限されて速度負荷設定器５３の入力となる。速度負荷設定器５３は積分器であり、速度負荷設定値ＮＲを与える。速度負荷設定値ＮＲは制御偏差の極性に応じ、高低制限器５２の高低制限値から決まる変化率で増加あるいは減少する。
【００２１】
分配器５４は関数発生器であり、共通の速度負荷設定値ＮＲから化石燃料による速度制御回路の速度負荷設定値ＮＲ１を出力する。分配器６２も関数発生器であり、共通の速度負荷設定値ＮＲからバイオマス燃料による速度負荷制御回路の速度負荷設定値ＮＲ２を出力する。
【００２２】
速度負荷設定ＮＲ１とガスタービン速度Ｎの偏差が加減算器５５で演算される。この偏差信号が比例制御器５６に通されて得られた信号とバイアス設定器５８のバイアス信号が加減算器５７で加算されて速度負荷制御信号ＦＳＲＮ１を得る。そして、この速度負荷制御信号ＦＳＲＮ１と、起動制御回路６０が与える起動制御信号ＦＳＲＳ１と、加速制御回路６１が与える加速制御信号ＦＳＲＡ１とが低値選択器５９に入力される。低値選択器５９はこれら３入力のうち最も小さい信号を選択して燃料流量指令ＦＳＲＦとする。この燃料流量指令ＦＳＲＦは、図示しない回路を介して燃料制御弁３１を制御し、燃料流量指令ＦＳＲＦに対応する所望の燃料流量を燃焼器１９に供給する。
【００２３】
一方の速度負荷設定値ＮＲ２も、ガスタービン速度Ｎとの偏差が加減算器６３で演算される。この偏差信号が比例制御器６４に通されて得られた信号とバイアス設定器６６のバイアス信号が加減算器６５で加算されて速度負荷制御信号ＦＳＲＮ２を得る。この速度負荷制御信号ＦＳＲＮ２がバイオマス燃料の流量指令にあたることから、便宜上、バイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢと呼ぶこととする。バイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢは変換器６７によりモータ２１の制御指令ＦＳＲＭに変換されて、バイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢに対応するバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給する。
【００２４】
次に、通常時の動作を説明する。ガスタービン起動開始には化石燃料が適用される。すなわち、ガスタービン起動過程の間はバイオマス燃料流量指令FSRBは零に保たれる。ガスタービン起動の開始時にはガスタービン速度負荷設定値NRは定格速度１００％が初期値として設定されている。そして化石燃料に適用される分配器５４により与えられる速度負荷設定値NR1およびバイオマス燃料に適用される分配器６２により与えられる速度負荷設定値NR2も１００％になるように分配器５４、６２が設定されている。なお、ガスタービン起動過程の間はバイオマス燃料流量指令FSRBは零に保たれるので、分配器６２の速度負荷設定値NR2が有効となるのはタービン起動が完了した後、つまりガスタービン速度が定格回転速度になった後である。
【００２５】
起動初期にはガスタービン速度が低いので速度負荷設定NR1とガスタービン速度の速度偏差が大きく速度負荷制御信号は大きな値となるので低値選択器５９では選択されない。起動初期は起動制御回路６０の起動制御信号FSRS1が低値選択器５９で選択されて燃料流量指令FSRFとなり、この燃料流量指令FSRFに対応する化石燃料流量が燃焼器１９に供給される。
【００２６】
図４は起動制御回路６０の特性図であり、時刻経過にしたがい燃料流量指令FSRS1が変化する特性を示している。図１に図示の起動モータ１およびトルクコンバータ２によりガスタービン軸が所定速度になると、燃焼器１９には着火条件に合う圧縮空気が得られるので着火操作が行われる。燃料流量指令FSRS1を着火流量設定に切換えて着火流量を燃焼器１９に供給するとともに図示しない点火プラグで着火を行わせる。火炎が検知されると燃料流量指令FSRS1を減少させて暖機流量設定に切換えて所定時間の暖機を行う。暖機が完了すると、トルクコンバータ２を調節して起動モータ１から伝達されるトルクを増しながら、燃料流量指令FSRS1を所定変化率で増加させる。ガスタービン速度Nが加速を始めると、起動制御信号FSRS1より加速制御信号FSRA1が小さくなることにより、燃料流量制御は起動制御回路６０から加速制御回路６１に切り換わる。
【００２７】
図５は加速制御回路６１のブロック構成図である。ガスタービン速度Nを微分器８０で微分してガスタービン加速率を演算する。加速率設定器８１のガスタービン加速率設定値とガスタービン加速率の偏差を加減算器８２で演算し、比例積分制御器８３により加速制御信号FSRA1を得るようにしている。加速制御回路６１はこのように構成されるので、ガスタービン加速率が上昇すると加速率設定値との偏差が減少し加速制御信号FSRA1は起動制御信号FSRS1より小さくなって低値選択器５９で燃料流量指令FSRFとして選択される。
【００２８】
加速制御信号FSRA1の増加に従いガスタービン速度Nが上昇していき、ガスタービン速度Nが自立速度に到達すると起動モータ１が切離されて燃料のみによる起動が行われる。そしてガスタービン速度Nが定格速度１００％すなわち速度負荷設定値NR1に近づいていくに従い速度偏差が減少していき、やがて速度負荷制御信号FSRN1が加速制御信号FSRA1よりも低値となって低値選択器５９で燃料流量指令FSRFとして選択される。これ以降、化石燃料流量制御は速度負荷制御信号FSRN1により行われることになる。
【００２９】
次に、ガスタービン速度Nが定格速度１００％に制御されている状態で発電機６は電力系統に併入され、ガスタービン速度Nは電力系統の周波数に同期した速度となる。なお、以上の起動過程の間、バイオマス燃料流量指令FSRBは零であり、発電機６が電力系統に併入され、ガスタービン速度Nが電力系統の周波数に同期した速度となってからバイオマス燃料流量指令FSRBが有効となる。そして、発電機出力を増加させていく過程でバイオマス燃料を零から増加させていき化石燃料は逆に減少させていく。
【００３０】
図６は、本発明の第１の実施の形態における分配器５４、６２の関数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図６には、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR２との関数（分配器６２）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００３１】
図６において、発電機６が電力系統に併入された直後の状態は、速度負荷設定値NRが１００％で速度負荷設定値NR1が１００％のA1点、速度負荷設定値NR2が１００％のA2点、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLであるA3点で示されている。
【００３２】
図３からわかるように、化石燃料を制御する回路において速度負荷設定値NR1およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器５５の出力信号は零となり、制御器５６として比例制御器を選ぶとバイアス設定器５８のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN1となり、燃料流量指令FSRFとなる。
【００３３】
一方、図３のバイオマス燃料を制御する回路においては速度負荷設定値NR2およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器６３の出力信号は零となり、制御器６４として比例制御器を選ぶとバイアス設定器６６のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN2となるが、このバイアス設定信号を零に設定しておくと速度負荷制御信号FSRN2すなわち燃料流量指令FSRBが零となる。
【００３４】
図６のA３点は、このときの状態を示しており、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLである。この燃料量は燃料種別の相異を考慮して出力換算した量として表現されており、燃料量NLは化石燃料流量指令FSRFにより指令される燃料流量に対応する量であり、バイアス設定器５８のバイアス設定値に対応する量である。このＡ３点ではバイオマス燃料量は上述のように零である。
【００３５】
図６では破線が化石燃料に関する特性曲線であり、一点鎖線がバイオマス燃料に関する特性曲線であり、実線は化石燃料とバイオマス燃料とを加えた燃料総量に関する特性曲線を示している。
【００３６】
図３において、発電機出力要求すなわち発電機出力設定値MWDが増加すると発電機出力MWとの偏差すなわち加減算器５１の出力信号の極性が正となり、積分器として動作する速度負荷設定器５３の速度負荷設定値NRが増加する。発電機６は電力系統に併入していてガスタービン速度Nはほぼ定格速度１００％なので、速度負荷設定値NR1および速度負荷設定値NR2の増加の仕方に応じて加減算器５５および６３の速度偏差信号が増加し、化石燃料流量指令FSRFおよびバイオマス燃料流量指令FSRBが増加する。
【００３７】
発電機出力設定値MWDの増加に従い上述のように速度負荷設定値NRが増加する。以下、一例として比例制御器５６、６４の比例ゲインを２５倍に設定した場合について説明する。図６において、化石燃料を制御するための分配器５４は、速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR1が１００％すなわちA1点、速度負荷設定値NRが１０４％のとき速度負荷設定値NR1が（１００―α）％すなわちB1点となる関数に設定される。（１００−α）％は化石燃料の供給を遮断するための最少流量に相当する設定値である。
【００３８】
一方、バイオマス燃料を制御するための分配器６２は、速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR２が１００％すなわちA2点、速度負荷設定値NRが１０４％のとき速度負荷設定値NR２が１０４％すなわちB２点となる関数に設定される。つまり、速度負荷設定値NR2の４％の変化に対応して４％×２５倍＝１００％の発電機出力変化およびバイオマス燃料流量変化をさせるように設定される。
【００３９】
その結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが０％のときは、バイオマス燃料量は零で化石燃料量NLすなわちA3点で示す状態にある。発電機出力設定値MWDの増加に従いバイオマス燃料量は増加し化石燃料量は減少する。そして発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが１００％に到達したとき燃料量はバイオマス燃料量FL、化石燃料量は零となりB3点で示す状態となる。
【００４０】
図６に示すように速度負荷設定値NRに対応づけて、分配器５４の関数すなわち化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1、および分配器６２の関数すなわちバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR2を設定することにより、発電機出力要求に応じながらバイオマス燃料量と化石燃料量の比率を変えていくことができる。
【００４１】
ところで、速度負荷設定値はガスタービン速度Nに対する目標値であり、発電機６が電力系統に併入まではガスタービン速度Nの速度制御の目標値となる。発電機６が電力系統に併入されたのちは、ガスタービン速度Nは電力系統周波数に同期した速度になるので、速度負荷設定値とガスタービン速度Nの速度偏差が燃料流量指令を決める要素になる。つまり発電機６が電力系統に併入されたのちは速度負荷設定値は燃料流量指令の大きさを決める信号すなわち燃料流量指令に相当する信号となる。それゆえに、速度負荷設定値をバイオマス燃料のための配分と化石燃料のための配分に分配器により分配することができるのである。
【００４２】
また、図３から明らかなように発電機出力およびガスタービン速度をフィードバックする閉ループで化石燃料流量およびバイオマス燃料流量を制御できるように構成しているので、発電機出力要求および電力系統周波数変化に応じながら発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行いながら両燃料の比率を変えていくことができる。
【００４３】
図６の一例では、発電機６が電力系統に併入したのちに、徐々に化石燃料からバイオマス燃料に比率を切り換えていく場合であるが、発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を増加させていき発電機出力がほぼ定格出力に到達した段階で燃料を化石燃料からバイオマス燃料に切り換えるようにすることも可能である。
【００４４】
図７は、その場合の分配器５４、６２の関数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図７には、図６と同様に、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR２との関数（分配器６２）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００４５】
図７において、発電機６が電力系統に併入された直後の状態は、速度負荷設定値NRが１００％で速度負荷設定値NR1が１００％のC1点、速度負荷設定値NR2が１００％のC2点、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLであるC3点で示されている。
【００４６】
図７においても破線が化石燃料に関する特性曲線であり、一点鎖線がバイオマス燃料に関する特性曲線であり、実線が化石燃料とバイオマス燃料とを加えた燃料総量に関する特性曲線である。
【００４７】
図３からわかるように、化石燃料を制御する回路において速度負荷設定値NR1およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器５５の出力信号は零となり、制御器５６として比例制御器を選ぶとバイアス設定器５８のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN1となり、燃料流量指令FSRFとなる。
【００４８】
一方、図３のバイオマス燃料を制御する回路においては速度負荷設定値NR2およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器６３の出力信号は零となり、制御器６４として比例制御器を選ぶとバイアス設定器６６のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN2となるが、このバイアス設定信号を零に設定しておくと速度負荷制御信号FSRN2すなわち燃料流量指令FSRBが零となる。
【００４９】
図７のC３点がこのときの状態を示し、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLである。C3点において化石燃料およびバイオマス燃料の総量を示す実線と化石燃料を示す破線とが、わかり易さの便宜のために、ずらして図示されているが、正しくは実線の上に破線が重なる。後述するD3点においても同様である。
【００５０】
化石燃料を制御するための分配器５４は速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR1が１００％すなわちC1点、速度負荷設定値NRが１０４％のとき速度負荷設定値NR1が１０４％すなわちD1点となる関数に設定する。つまり速度負荷設定値NR１の４％の変化に対応して４％×２５倍＝１００％の発電機出力変化および化石燃料流量変化をさせるように設定する。
【００５１】
一方、バイオマス燃料を制御するための分配器６２は速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR２が１００％すなわちC2点、速度負荷設定値NRが１０４％のときにも速度負荷設定値NR２が１００％すなわちD２点となる関数に設定する。つまり速度負荷設定値NR2は１００％を保持し、その間はバイオマス燃料量は零である。
【００５２】
その結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが０％のときバイオマス燃料量は零で化石燃料量NLすなわちC3点で示す状態にある。発電機出力設定値MWDの増加に従いバイオマス燃料量は零のままで化石燃料量は増加する。そして発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが１００％に到達したとき燃料量は化石燃料量FL、バイオマス燃料量は零となりD3点で示す状態となる。
【００５３】
この状態から化石燃料のための速度負荷設定値NR1を１０４％から（１００−α）％まですなわちD1点からE1点まで降下させる。同時にバイオマス燃料のための速度負荷設定値NR2を１００％から１０４％まですなわちD2点からE2点まで上昇させる。
【００５４】
その結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWを１００％に保持したまま、化石燃料量をFLから零まですなわちD3点からE3点まで減少させ、バイオマス燃料を零からFLまですなわちE3点からD3点まで増加させることができる。その間の燃料総量はFLを保持しD3点にとどまることができる。
【００５５】
図７に示すように速度負荷設定値NRに対応づけて、分配器５４の関数すなわち化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1、および分配器６２の関数すなわちバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR2を設定することにより、発電機出力要求に応じながらバイオマス燃料量と化石燃料量の比率を変えることができる。
【００５６】
また、図３から明らかなように発電機出力およびガスタービン速度をフィードバックする閉ループで化石燃料流量およびバイオマス燃料流量を制御できるように構成したので、発電機出力要求および電力系統周波数変化に応じながら発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行いながら両燃料の比率を変えることができる。
【００５７】
このように、化石燃料を多く供給して燃焼ガス温度が十分高い温度になってからバイオマス燃料を供給するので、バイオマス燃料が適切な燃焼条件に達してからバイオマス燃料を投入できる。
【００５８】
図７の一例では、発電機６が電力系統に併入したのちに、化石燃料のみで発電機出力MWを上昇させ、ほぼ発電機出力MWが定格出力に到達した状態で、燃料を化石燃料からバイオマス燃料に切り換えていく場合であるが、
次に発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を燃焼安定化のための火種として極力少ない供給量にとどめ、バイオマス燃料を増加させていくようにすることも可能である。
【００５９】
図８は、その場合の分配器５４、６２の関数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図８には、図６と同様に、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR２との関数（分配器６２）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００６０】
図８において、発電機６が電力系統に併入された直後の状態は、速度負荷設定値NRが１００％で速度負荷設定値NR1が１００％のF1点、速度負荷設定値NR2が１００％のF2点、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLであるF3点で示されている。図８においても破線が化石燃料に関する特性曲線であり、一点鎖線がバイオマス燃料に関する特性曲線であり、実線が化石燃料とバイオマス燃料とを加えた燃料総量に関する特性曲線である。
【００６１】
図３からわかるように、化石燃料を制御する回路において速度負荷設定値NR1およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器５５の出力信号は零となり、制御器５６として比例制御器を選ぶとバイアス設定器５８のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN1となり、燃料流量指令FSRFとなる。
【００６２】
一方、図３のバイオマス燃料を制御する回路においては速度負荷設定値NR2およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器６３の出力信号は零となり、制御器６４として比例制御器を選ぶとバイアス設定器６６のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN2となるが、このバイアス設定信号を零に設定しておくと速度負荷制御信号FSRN2すなわち燃料流量指令FSRBが零となる。
【００６３】
図８のF３点がこのときの状態を示し、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLである。
【００６４】
化石燃料を制御するための分配器５４は速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR1が１００％すなわちF1点、速度負荷設定値NRが１０４％のときにも速度負荷設定値NR1が１００％すなわちG1点となる関数に設定する。つまり速度負荷設定値NR１を１００％に保持して化石燃料量をNL一定に保持されるように設定する。
【００６５】
一方、バイオマス燃料を制御するための分配器６２は速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR２が１００％すなわちF2点、速度負荷設定値NRが１０４％のとき速度負荷設定値NR２が１０４％すなわちG２点となる関数に設定する。つまり速度負荷設定値NR２の４％の変化に対応して４％×２５倍＝１００％の発電機出力変化およびバイオマス燃料流量変化をさせるように設定する。
【００６６】
その結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが０％のときバイオマス燃料量は零で化石燃料量NLすなわち燃料総量はF3点で示す状態にある。発電機出力設定値MWDの増加に従い化石燃料量はNLのままでバイオマス燃料量は増加する。そして発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが１００％に到達したとき燃料量は化石燃料量FL、化石燃料量とバイオマス燃料量の総量はFLとなりG3点で示す状態となる。
【００６７】
図８に示すように速度負荷設定値NRに対応づけて、分配器５４の関数すなわち化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1、および分配器６２の関数すなわちバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR2を設定することにより、発電機出力要求に応じながらバイオマス燃料量と化石燃料量の比率を変えることができる。
【００６８】
また図３から明らかなように発電機出力およびガスタービン速度をフィードバックする閉ループで化石燃料流量およびバイオマス燃料流量を制御できるように構成したので、発電機出力要求および電力系統周波数変化に応じながら発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行いながら両燃料の比率を変えることができる。
【００６９】
このように、発電機６が電力系統に併入したのちに、化石燃料流量を燃焼安定化のための極力少ない燃料流量に維持しながら発電機出力MWをバイオマス燃料を増加させることにより上昇させるようにしたので、化石燃料を燃焼安定化のための燃料流量にとどめ、発電機出力上昇をバイオマス燃料によるようにできる。従って、より多くのバイオマス燃料を利用できる。
【００７０】
第１の実施の形態によれば、発電機出力範囲の全域において化石燃料、バイオマス燃料のいずれかを使用してあるいは両方を使用して発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行える。
【００７１】
（第２の実施の形態）（請求項１，３対応）
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。図９は本発明の第２の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第２の実施の形態は図３に示した第１の実施の形態に対し、図３におけるバイオマス燃料による速度制御回路に代えて係数器６８を設けている。速度負荷設定値ＮＲ２に対応づけて、係数器６８によりバイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢを与えるようにしたものである。すなわち、この第２の実施の形態は、そのときのガスタービン速度信号によらず、速度負荷設定値ＮＲ２によりバイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢの大きさを決めるようにし、ガスタービン速度のフィードバック制御は化石燃料により行う点に特徴がある。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７２】
通常時の動作を説明する。化石燃料を使用してガスタービン速度Nが定格速度１００％に到達し、発電機６が電力系統に併入され、ガスタービン速度Nが電力系統の周波数に同期した速度となるまでの起動動作は第１の実施の形態の場合と同じである。
【００７３】
いま、発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を燃焼安定化のための火種として極力少ない供給量にとどめ、バイオマス燃料を増加させていく場合について説明する。
【００７４】
図１０は、その場合の分配器５４、６２の関数、係数器６８の係数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図１０には、図６と同様に、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR２との関数（分配器６２）、さらにバイオマス燃料を制御するための分配器６２の速度負荷設定値NR２とバイオマス燃料流量指令FSRBとの係数（係数器６８）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００７５】
図１０において、発電機６が電力系統に併入された直後の状態は、速度負荷設定値NRが１００％で速度負荷設定値NR1が１００％のH1点、分配器６２の設定値NR2が１００％のH2点、バイオマス燃料流量指令FSRBがH3点、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLであるH4点で示されている。図１０においても破線が化石燃料に関する特性図であり、一点鎖線がバイオマス燃料に関する特性図であり、実線が化石燃料とバイオマス燃料を加えた燃料総量に関する特性図である。
【００７６】
図９からわかるように、化石燃料を制御する回路において速度負荷設定値NR1およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器５５の出力信号は零となり、制御器５６として比例制御器を選ぶとバイアス設定器５８のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN1となり、燃料流量指令FSRFとなる。
【００７７】
一方、図９のバイオマス燃料を制御する回路においては分配器６２の設定値NR2は１００％で、設定値NR2が１００％のとき係数器６８の出力信号であるバイオマス燃料流量指令FSRBが零になるように係数器６８が選ばれている。
【００７８】
図１０のH4点がこのときの状態を示し、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLである。
【００７９】
化石燃料を制御するための分配器５４は速度負荷設定値NRが１００％のとき速度負荷設定値NR1が１００％すなわちH1点、速度負荷設定値NRが１０４％のときにも速度負荷設定値NR1が１００％すなわちJ1点となる関数に設定する。つまり速度負荷設定値NR１を１００％に保持して化石燃料量をNL一定に保持されるように設定する。
【００８０】
一方、バイオマス燃料を制御するための分配器６２は速度負荷設定値NRが１００％のとき設定値NR２が１００％すなわちH2点でバイオマス燃料流量指令FSRBが零すなわちH3点となるように設定され、速度負荷設定値NRが１０４％のとき分配器６２の設定値NR２が１０４％すなわちJ２点でバイオマス燃料流量指令FSRBがBR1となるように係数器６８が設定される。つまり設定値NR２の４％の変化に対応して１００％の発電機出力変化およびバイオマス燃料流量変化をさせるように設定する。つまり設定値BR1は出力換算された燃料量FLに対応する燃料流量であるその結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが０％のときバイオマス燃料量は零で化石燃料量NLすなわち燃料総量はH4点で示す状態にある。発電機出力設定値MWDの増加に従い化石燃料量はNLのままでバイオマス燃料量は増加する。そして発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが１００％に到達したとき燃料量は化石燃料量FL、化石燃料量とバイオマス燃料量の総量はFLとなりJ4点で示す状態となる。
【００８１】
図１０に示すように速度負荷設定値NRに対応づけて、分配器５４の関数すなわち化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1、分配器６２の関数設定値NR2および係数器６８の関数を設定することにより、発電機出力要求に応じながらバイオマス燃料量と化石燃料量の比率を変えることができる。
【００８２】
また図９から明らかなように発電機出力およびガスタービン速度をフィードバックする閉ループで化石燃料流量を制御できるようにするとともに速度負荷設定値NRに対応づけてバイオマス燃料流量を決める構成にしたので、発電機出力要求および電力系統周波数変化に応じながら発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行いながら両燃料の比率を変えることができる。
【００８３】
第２の実施の形態によれば、バイオマス燃料の燃焼時間遅れを考慮して、バイオマス燃料はガスタービン速度フィードバック制御に使用しないで、速度負荷設定値の上昇に応じて流量指令を決めるようにして発電機出力の上昇に寄与させながら、化石燃料を発電機出力MWおよびガスタービン速度の変化に対し応動するようにできる。
【００８４】
（第３の実施の形態）（請求項５対応）
次に本発明の第３の実施の形態を説明する。図１１は本発明の第３の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第３の実施の形態は図９に示した第２の実施の形態に対し、速度負荷設定値ＮＲ２を与える分配器の入力を共通の速度負荷設定値ＮＲに代えて発電機出力設定値ＭＷＤとしている。同時に、速度負荷設定値ＮＲの信号レンジに合わせた分配器６２を発電機出力設定値ＭＷＤの信号レンジに合わせた分配器６９に取り換えている。第２の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８５】
次に通常時の動作を説明する。化石燃料を使用してガスタービン速度Nが定格速度１００％に到達し、発電機６が電力系統に併入され、ガスタービン速度Nが電力系統の周波数に同期した速度となるまでの起動動作は第２の実施の形態に同じである。
【００８６】
いま、発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を燃焼安定化のための火種として極力少ない供給量にとどめ、バイオマス燃料を増加させていく場合について説明する。
【００８７】
図１２は、その場合の分配器５４、６９の関数、係数器６８の係数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図１２には、図１０と同様に、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、発電機出力設定値MWDとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR２との関数（分配器６９）、バイオマス燃料を制御するための分配器６９の速度負荷設定値NR２とバイオマス燃料流量指令FSRBとの係数（係数器６８）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００８８】
図１２と図１０の相異点は、図１０では分配器６２の設定値NR2を速度負荷設定値NRに対応づけて決めたのに対し、図１２では分配器６９の設定値NR2を発電機出力設定値MWDに対応づけて決めた点である。
【００８９】
発電機出力設定値が０〜１００％の範囲を動くと、前述のように速度負荷設定値NRは１００〜１０４％の範囲を動くので、図１２の特性は図１０で説明した動作と等価な動作をすると言うことができる。ここで、発電機出力設定値MWDの変化に対し速度負荷設定値NRの変化は遅れるので、第３の実施の形態の方が第２の実施の形態よりも、発電機出力設定値MWDの変化がより速くバイオマス燃料流量指令の変化となって現れる。
【００９０】
以上のように、第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態の効果に加え、発電機出力要求をより速やかにバイオマス燃料流量指令に伝え、発電機出力の追従を速めることができる。
【００９１】
（第４の実施の形態）（請求項１，４対応）
次に本発明の第４の実施の形態を説明する。図１３は本発明の第４の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第４の実施の形態は図３に示した第１の実施の形態に対し、図３における化石燃料による速度制御回路に代えて係数器７０を設け、速度負荷設定値ＮＲ１に対応づけて、係数器７０により化石燃料流量指令ＦＳＲＥを与えるようにしている。この第４の実施の形態は、そのときのガスタービン速度信号によらず、速度負荷設定値ＮＲ１により化石燃料流量指令ＦＳＲＥすなわちＦＳＲＦの大きさを決めるようにし、ガスタービン速度のフィードバック制御はバイオマス燃料により行う点に特徴がある。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９２】
通常時の動作を説明する。化石燃料を使用して加速制御信号FSRA1の増加に従いガスタービン速度Nが上昇し定格速度１００％に近づいていくところまでの起動過程は第１の実施の形態と同じである。図１３においては、分配器５４の設定値NR1は係数器７０により、ガスタービン定格速度に相当する化石燃料流量指令より低い化石燃料流量指令がFSREとして与えられるように設定されている。この化石燃料流量指令の値は後述の設定値FR1にあたる。
【００９３】
そのため、加速制御信号FSRA1が化石燃料流量指令より大きくなったとき、化石燃料流量指令FSRFは低値選択器７１により加速制御信号FSRA1から燃料流量指令FSREに切り換わる。そしてガスタービン速度Nは燃料流量指令FSREに相当する、ガスタービン定格速度１００％より低い速度に保持される。この時点ではまだバイオマス燃料は燃焼器１９には供給されていない。
【００９４】
図１３のバイオマス燃料を使った速度制御回路においては、バイオマス燃料流量指令は零あるいは負の値になるようにバイアス設定器６６のバイアス信号が設定されている。このバイアス設定器６６のバイアス設定を増加させることにより、ガスタービン速度Nを定格速度１００％まで上昇させる。そして発電機６が電力系統に併入され、ガスタービン速度Nが電力系統の周波数に同期した速度となるようにしている。
【００９５】
いま、発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を燃焼安定化のための火種として極力少ない供給量にとどめ、バイオマス燃料を増加させていく場合について説明する。図１４は、その場合の分配器５４の関数、係数器７０の係数、分配器６２の関数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図１４には、速度負荷設定値NRと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器５４）、化石燃料流量指令FSREと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との係数（係数器７０）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR2との関数（分配器６２）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【００９６】
図１４において、発電機６が電力系統に併入された直後の状態は、速度負荷設定値NRが１００％で分配器５４の設定値NR1が１００％のK1点、化石燃料流量指令FSREがFR1のK2点、分配器６２の速度負荷設定値NR2が１００％のK3点、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、燃料は化石燃料のみが供給されていて、その燃料量はNLであるK4点で示されている。
【００９７】
図１４においても破線が化石燃料に関する特性曲線であり、一点鎖線がバイオマス燃料に関する特性曲線であり、実線が化石燃料とバイオマス燃料を加えた燃料総量に関する特性曲線である。
【００９８】
図１３からわかるように、化石燃料を制御する回路において、分配器５４の設定値NR1は１００％で、設定値NR１が１００％のとき係数器７０の出力信号である化石燃料流量指令FSREが値FR1になるように係数器７０が選ばれている。この値FR1が燃料流量指令FSRFとなる。
【００９９】
一方、図１３のバイオマス燃料を制御する回路においては、分配器６２の速度負荷設定値NR2およびガスタービン速度Nは１００％なので、速度偏差すなわち加減算器６３の出力信号は零となり、制御器６４として比例制御器を選ぶとバイアス設定器６６のバイアス設定信号が速度負荷制御信号FSRN２すなわちバイオマス燃料流量指令FSRBとなる。
【０１００】
図１４のK4点がこのときの化石燃料とバイオマス燃料を合わせた燃料総量NLの状態を示し、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが零で、化石燃料流量指令FR1とバイオマス燃料流量指令FSRBのそれぞれの出力換算された和がNLであることを示している。
【０１０１】
化石燃料を制御するための分配器５４は速度負荷設定値NRが１００％のとき設定値NR1が１００％すなわちK1点、速度負荷設定値NRが１０４％のときにも設定値NR1が１００％すなわちL1点となる関数に設定する。そして設定値NR1が１００％のとき係数器７０は所定値FR1を燃料流量指令FSREすなわち燃料流量指令FSRFとして与えるように設定される。それがK２点の状態にあたる。
【０１０２】
一方、バイオマス燃料を制御するための分配器６２は速度負荷設定値NRが１００％のとき設定値NR２が１００％すなわちK3点で、速度負荷設定値NRが１０４％のとき分配器６２の速度負荷設定値NR２が１０４％すなわちL3点となるように設定される。つまり設定値NR２の４％の変化に対応して１００％の発電機出力変化およびバイオマス燃料流量変化をさせるように設定する。
【０１０３】
その結果、発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが０％のときバイオマス燃料量と化石燃料量の燃料総量はK4点で示す状態にある。発電機出力設定値MWDの増加に従い化石燃料量は保持されたままでバイオマス燃料量は増加する。そして発電機出力設定値MWDおよび発電機出力MWが１００％に到達したとき燃料量は化石燃料量とバイオマス燃料量の総量はFLとなりL4点で示す状態となる。
【０１０４】
図１４に示すように速度負荷設定値NRに対応づけて、分配器５４の化石燃料を制御するための設定値NR1、係数器７０、分配器６２の速度負荷設定値NR2を設定することにより、発電機出力要求に応じながらバイオマス燃料量と化石燃料量の比率を変えることができる。
【０１０５】
また図１３から明らかなように発電機出力およびガスタービン速度をフィードバックする閉ループでバイオマス燃料流量を制御できるようにするとともに速度負荷設定値NRに対応づけて化石燃料流量を決める構成にしたので、発電機出力要求および電力系統周波数変化に応じながら発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行いつつ両燃料の比率を変えることができる。
【０１０６】
第４の実施の形態によれば、発電機６が電力系統に併入したのちに、化石燃料流量を燃焼安定化のための極力少ない燃料流量に維持しながら発電機出力MWをバイオマス燃料を増加させるので、化石燃料流量の比率を極力小さくできる。また、バイオマス燃料を発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御に使用し、速度負荷設定値の上昇に応じて、化石燃料を発電機出力MWおよびガスタービン速度の変化に対し応動させることができる。
【０１０７】
（第５の実施の形態）（請求項６，７対応）
次に本発明の第５の実施の形態を説明する。図１５は本発明の第５の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第５の実施の形態は図１３に示した第４の実施の形態に対し、速度負荷設定値ＮＲ１を与える分配器の入力を共通の速度負荷設定値ＮＲに代えて発電機出力設定値ＭＷＤとしている。同時に、速度負荷設定値ＮＲの信号レンジに合わせた分配器５４を発電機出力設定値ＭＷＤの信号レンジに合わせた分配器７２に取り換えたものである。第４の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０８】
通常時の動作を説明する。化石燃料を使用してガスタービンを加速制御FSRA1により速度上昇させ、ガスタービン速度Nが定格速度１００％に達する手前の速度で燃料流量指令FSRFが加速制御FSRA1から燃料流量指令FSREに切り換わるようにし、そのガスタービン速度から定格速度１００％までの速度上昇をバイオマス燃料のための速度制御回路のバイアス設定器６６の設定値を増加させることによりバイオマス燃料を供給してガスタービン速度Nを定格速度１００％まで上昇させたのち発電機６を電力系統に併入し、ガスタービン速度Nが電力系統の周波数に同期した速度となるまでの起動動作は、第４の実施の形態に同じである。
【０１０９】
いま、発電機出力を増加させていく過程で化石燃料を燃焼安定化のための火種として極力少ない供給量にとどめ、バイオマス燃料を増加させていく場合について説明する。
【０１１０】
図１６は、その場合の分配器７２の関数、係数器７０の係数、分配器６２の関数、化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図である。図１６には、発電機出力設定値MWDと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との関数（分配器７２）、化石燃料流量指令FSREと化石燃料を制御するための速度負荷設定値NR1との係数（係数器７０）、速度負荷設定値NRとバイオマス燃料を制御するための速度負荷設定値NR2との関数（分配器６２）、燃料量と発電機出力設定値MWD（発電機出力MW）との関係を示している。
【０１１１】
図１６と図１４の相異点は、図１４では分配器５４の設定値NR１を速度負荷設定値NRに対応づけて決めたのに対し、図１６では分配器７２の設定値NR１を発電機出力設定値MWDに対応づけて決めた点である。
【０１１２】
発電機出力設定値が０〜１００％の範囲を動くと、前述のように速度負荷設定値NRは１００〜１０４％の範囲を動くので、図１６の特性は図１４で説明した動作と等価な動作をすると言うことができる。ここで、発電機出力設定値MWDの変化に対し速度負荷設定値NRの変化は遅れるので、一般には図１５で示された第５の実施の形態の方が第４の実施の形態よりも、発電機出力設定値MWDの変化がより速く化石燃料流量指令の変化となって現れる。
【０１１３】
第５の実施の形態によれば、第４の実施の形態の効果に加え、バイオマス燃料の燃焼時間は化石燃料の燃焼時間に比べ一般に大きいので、例えば図１６において発電機出力設定値MWDの増加に従い化石燃料流量指令FSREが増加するような設定にした場合には、化石燃料の増加による発電機出力MWの増加への寄与が大きいという顕著な効果が得られる。
【０１１４】
（第６の実施の形態）（請求項１，２，８，９対応）
次に本発明の第６の実施の形態を説明する。図１７は本発明の第６の実施の形態の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第６の実施の形態は図３に示した第１の実施の形態に対し、起動制御回路７３および低値選択器７４を追加し、起動制御回路７３の制御信号ＦＳＲＳ２を低値選択器７４の入力としたものである。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１５】
通常時の動作を説明する。図１８はバイオマス燃料による起動制御回路７３の詳細を示す図である。起動制御回路７３はガスタービン速度Nに基づき起動制御信号FSRS2を発生する関数発生器９０を有する。関数発生器９０の特性は図１９に示すように、ガスタービン速度Nが速度N1以下では起動制御信号FSRS2が零でバイオマス燃料は供給されない。速度N1でバイオマス燃料の供給を開始し、速度N1以上ではガスタービン速度Nの増加にしたがい起動制御信号FSRS2が増加し、バイオマス燃料流量が増加するように構成されている。
【０１１６】
次にバイオマス燃料の供給を開始する前後の起動過程を説明する。図１７における化石燃料のための起動制御回路６０の起動制御信号FSRS1により制御された化石燃料で暖機が行われ、十分な暖機が完了したのちに、起動制御信号FSRS1が所定変化率で上昇を開始するとガスタービンが加速され、化石燃料流量指令FSRFは起動制御信号FSRS1から加速制御信号FSRA1に切り換わり、ガスタービンは加速制御信号FSRA1により速度上昇する。
【０１１７】
バイオマス燃料は、ガスタービンの暖機が完了して十分バイオマス燃料の燃焼が可能となった時点ないし加速制御信号FSRA1により加速制御されている時点に供給を開始する。つまりバイオマス燃料供給の開始時点をガスタービン速度N1とすることにより、暖機が完了して十分バイオマス燃料の燃焼が可能となった時点ないし加速制御信号FSRA1により加速制御されている時点に合致するように選ぶことができる。その結果、バイオマス燃料はガスタービン速度Nの上昇とともに増量するようにし、ガスタービンの加速率は化石燃料により制御される。
【０１１８】
第６の実施の形態によれば、ガスタービン起動のより早い段階からバイオマス燃料を制御上の無理なく使用していくことができ、より多くのバイオマス燃料を利用できる。従って、ガスタービンの起動中から広い発電機出力範囲の全域において化石燃料、バイオマス燃料のいずれかを使用してあるいは両方を使用して発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行うことができる。
【０１１９】
（第７の実施の形態）（請求項１，２，１０対応）
次に本発明の第７の実施の形態を説明する。図２０は本発明の第７の実施の形態の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第７の実施の形態は図３に示した第１の実施の形態に対し、化石燃料による加速制御回路６１を削除し、バイオマス燃料による加速制御回路７５および低値選択器７４を追加し、加速制御回路７５の制御信号ＦＳＲＡ２を低値選択器７４の入力としている。この加速制御回路７５は、図５に示した加速制御回路６１と同様な構成であり加速制御信号ＦＳＲＡ１に代えて加速制御信号ＦＳＲＡ２を出力する。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２０】
通常時の動作を説明する。図２１はバイオマス燃料による加速制御回路７５のブロック構成図である。ガスタービンの起動過程における暖機完了までの動作は第１の実施の形態における動作に同じである。
【０１２１】
バイオマス燃料は化石燃料による暖機が完了して十分バイオマス燃料の燃焼が可能となった時点に供給が開始される。暖機が完了すると加速制御回路７５を活かしバイオマス燃料を供給する。ガスタービンの加速率はバイオマス燃料による加速制御回路７５により行われる。化石燃料も暖機完了とともに徐徐に所定変化率で増量することにより燃焼安定化を図ることが望ましい。
【０１２２】
バイオマス燃料により加速制御されたガスタービンが自立速度に到達すると起動モータ１が切離されて燃料のみによる起動が行われる。そしてガスタービン速度Nが定格速度１００％すなわち速度負荷設定値NR２に近づいていくに従い速度偏差が減少していき、やがて速度負荷制御信号FSRN２が加速制御信号FSRA２よりも低値となって低値選択器７４で燃料流量指令FSRBとして選択される。これ以降、バイオマス燃料流量制御は速度負荷制御信号FSRN２により行われることになる。このとき、速度偏差すなわち加減算器６３の出力信号は零なので、速度負荷制御信号FSRN2はバイアス設定器６６に設定されたバイアス信号に等しくなる。
【０１２３】
この時点における、化石燃料による速度制御回路でも、速度負荷設定NR1およびガスタービン速度Nが１００％なので、速度負荷制御信号FSRN1はバイアス設定器５８に設定されたバイアス信号に等しい。この時点における加速制御信号FSRS1よりも速度負荷制御信号FSRN1の方が小さくなるようにバイアス設定器５８のバイアス設定値を選んでおく。
【０１２４】
このようにすることにより、バイオマス燃料流量指令FSRBとして速度負荷制御信号FSRN2が低値選択器７４により選択され、化石燃料流量指令FSRFとして速度負荷制御信号FSRN1が低値選択器５９により選択されるようにできる。
【０１２５】
次にガスタービン速度Nが定格速度１００％に制御されている状態で発電機６は電力系統に併入され、ガスタービン速度Nは電力系統の周波数に同期した速度となる。
【０１２６】
発電機出力要求すなわち発電機出力設定MWDの増加に対応して速度負荷設定値NRが増加し、分配器５４と分配器６２の設定により化石燃料流量とバイオマス燃料流量の比率が決められるのは、前述の実施の形態に同様である。
【０１２７】
第７の実施の形態によれば、起動過程の加速制御の段階からより多くのバイオマス燃料を供給してバイオマス燃料による加速制御を行うことができる。従って、ガスタービンの起動中から広い発電機出力範囲の全域において化石燃料、バイオマス燃料のいずれかを使用してあるいは両方を使用して発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行うことができる。
【０１２８】
（第８の実施の形態）（請求項１，２，１１，１２対応）
次に本発明の第８の実施の形態を説明する。図２２は本発明の第８の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第８の実施の形態は図３に示した第１の実施の形態に対し、バイオマス燃料による制御回路に低値選択器７４を追加して設けると共に燃焼ガス温度制御回路７６および排ガス温度制御回路７７を追加して設け、さらに、比例制御器１０５、１０６、１０７および高値選択器１０８を設け、燃焼ガス温度が異常に高くなった場合にバイパス制御弁４１を開くようにしたものである。第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２９】
燃焼ガス温度制御回路７６の制御信号FSRTFAは燃焼ガス温度（燃焼器内ガス温度）TF1が温度高で化石燃料を減少させる信号であり、制御信号FSRTFBは燃焼ガス温度（例えばサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度）TF2が温度高でバイオマス燃料を減少させる信号である。
【０１３０】
ここで、燃焼ガス温度TF2としてはサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度の代わりにタービン入口ガス温度をTF2として使用してもよい。燃焼ガス温度TF2はサイクロンセパレータ３６からタービン入口までの燃焼ガス流路の燃焼ガス温度を代表する温度であり、以下、一例としてサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度を用いた場合で説明する。
【０１３１】
また、制御信号FSRTFDは燃焼ガス温度（サイクロンセパレータ内燃焼ガス温度）TF2が温度高で化石燃料を減少させる信号であり、制御信号FSRTFDは燃焼ガス温度（燃焼器内ガス温度）TF1が温度高でバイオマス燃料を減少させる信号である。
【０１３２】
また、排ガス温度制御回路７７の制御信号FSRTFX1は排ガス温度高で化石燃料を減少させる信号であり、制御信号FSRTFX2は排ガス温度高でバイオマス燃料を減少させる信号である。
【０１３３】
さらに、燃料ガス温度制御回路７６の制御信号TF1Eは燃焼ガス温度（燃焼器内ガス温度）TF1が温度高でバイパス制御弁４１を開く信号であり、制御信号TF2Eは燃焼ガス温度（例えばサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度）TF2が温度高でバイパス制御弁４１を開く信号であり、排ガス温度制御回路７７の制御信号TXEは排ガス温度TXが温度高でバイパス制御弁４１を開く信号である。
【０１３４】
燃焼ガス温度制御回路７６の制御信号FSRTFAおよび制御信号FSRTFC、排ガス温度制御回路７７の制御信号FSRTFX1は化石燃料の制御回路の低値選択器５９に入力され、燃焼ガス温度制御回路７６の制御信号FSRTFBおよび制御信号FSRTFD、排ガス温度制御回路７７の制御信号FSRTFX2はバイオマス燃料の制御回路の低値選択器７４に入力される。
【０１３５】
図２３は燃焼ガス温度制御回路７６のブロック構成図である。燃焼ガス温度設定器８４ａに設定された燃焼ガス温度設定値TF1Rと燃焼器内ガス温度TF1との差が加減算器８５ａで演算される。燃焼ガス温度設定値TF1Rは燃焼ガス温度TF1に対応する。加減算器８５ａで得た温度偏差は比例積分制御器８６ａに入力され燃焼ガス温度制御信号FSRTFAが演算され、比例積分制御器８６ｂにて燃焼ガス温度制御信号FSRTFBが演算される。また、加減算器８５ａで得られた温度偏差は極性反転器１０９ａにて燃焼ガス温度偏差TF1Eが演算される。
【０１３６】
同様に、燃焼ガス温度設定器８４ｂに設定された燃焼ガス温度設定値TF2Rとサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度TF2との差が加減算器８５ｂで演算される。燃焼ガス温度設定値TF2Rはサイクロンセパレータ内燃焼ガス温度TF2に対応する温度設定値である。
【０１３７】
加減算器８５ｂで得た温度偏差は比例積分制御器８６ｃに入力され燃焼ガス温度制御信号FSRTFCが演算され、比例積分制御器８６ｄにて燃焼ガス温度制御信号FSRTFDが演算される。また、加減算器８５ｂで得られた温度偏差は極性反転器１０９ｂにて燃焼ガス温度偏差TF2Eが演算される。燃焼ガス温度偏差TF1Eは（燃焼ガス温度TF1―燃焼ガス温度設定値TF1R）であり、燃焼ガス温度偏差TF2Eは（燃焼ガス温度TF2―燃焼ガス温度設定値TF2R）である。
【０１３８】
次に、図２４は排ガス温度制御回路７７のブロック構成図である。排ガス温度制御回路７７では、排ガス温度設定器８７に設定された排ガス温度設定値TXRと排ガス温度TXとの差が加減算器８８で演算される。加減算器８８で得た温度偏差は比例積分制御器８９に入力され、化石燃料を調節して排ガス温度を制御するための排ガス温度制御信号FSRTFX1およびバイオマス燃料を調節して排ガス温度を制御するための排ガス温度制御信号FSRTFX2が演算される。また、加減算器８８で得た温度偏差は極性反転器１１０に通して排ガス温度偏差TXEを得るようにしている。排ガス温度偏差TXEは（排ガス温度TX−排ガス温度設定値TXR）である。
【０１３９】
図２２において、燃焼ガス温度偏差TF1Eを比例制御器１０５に通し得られた制御信号TF1Bを高値選択器１０８に入力する。燃焼ガス温度偏差TF2Eを比例制御器１０６に通し得られた制御信号TF2Bを高値選択器１０８に入力する。排ガス温度偏差TXEを比例制御器１０７に通し得られた制御信号TXBを高値選択器１０８に入力する。高値選択器１０８はこれら３つの制御信号TF1B、TF2B、TXBのうちの最も高い信号を選択しバイパス制御弁４１に開度指令BPRを送る。
【０１４０】
次に、通常時の動作を説明する。何らかの異常が発生して燃焼器１９内の燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えたとすると図２３の加減算器８５ａで演算された温度偏差が負極性となり、図２３および図２２の燃焼ガス温度制御信号FSRTFAおよび燃焼ガス温度制御信号FSRTFBが減少を始める。図２２における燃焼ガス温度制御信号FSRTFAが速度負荷制御信号FSRN1より低くなると化石燃料流量指令FSRFは速度負荷制御信号FSRN1から燃焼ガス温度制御信号FSRTFAに切り換わり化石燃料流量を減少させることにより燃焼ガス温度TF1を低下させる動作をする。また燃焼ガス温度制御信号FSRTFBが速度負荷制御信号FSRN2より低くなるとバイオマス燃料流量指令FSRBは速度負荷制御信号FSRN2から燃焼ガス温度制御信号FSRTFBに切り換わりバイオマス燃料流量を減少させることにより燃焼ガス温度TF1を低下させる動作をする。
【０１４１】
ところが、これから供給する燃料流量を減少しても、すでに供給されて燃焼器１９までの配管中にある残留燃料流量を減少させることはできない。そこで燃料流量を減少させる制御動作に加えて、サイクロンセパレータ３６からタービン入口につながる燃焼ガス配管の途中からバイパス制御弁４１を開いて燃焼ガスを外部に排出し、燃焼器１９の器内圧力を低下させることにより燃焼ガス温度の低下を図る。
【０１４２】
すなわち、燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えると燃焼ガス温度偏差TF1Eが正極性の信号となり比例制御器１０５により制御信号TF1Bが高値選択器１０８を通りバイパス制御弁開度指令BPRとなってバイパス制御弁４１を適切な開度まで開き燃焼ガスの一部を排出し、その結果、燃焼器１９およびサイクロンセパレータ３６の内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる。
【０１４３】
燃焼ガス温度が下がればバイパス制御弁４１は全閉に復旧する。バイパス制御弁４１を閉じても、供給される燃料流量が上述のように絞られているので、再び燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えることはなく、高温の燃焼ガスがバイパス制御弁４１を通過するのも短時間で済むので、バイパス制御弁４１の耐久性に関しても問題はない。
【０１４４】
燃焼ガス温度TF2、排ガス温度TXが燃焼ガス温度設定値TF2R、排ガス温度設定値TXRを超えたときの動作も、上述の燃焼ガス温度TF1の場合と同様なので説明は省略する。
【０１４５】
なお、排ガス温度TXはタービン入口ガス温度を監視するためのもので、タービン特性からタービン入口温度を排ガス温度に換算して、高温のタービン入口ガス温度に代えてより低い排ガス温度で監視しようとするものである。高温の燃焼ガス温度を検出するより、やや低い排ガス温度を検出する方が温度検出器の耐久性の点で有利であることから、特に燃焼ガス温度検出が困難なガスタービンプラントに適用できる。
【０１４６】
以上の説明では、化石燃料の制御回路とバイオマス燃料の制御回路に対して共通の燃焼ガス温度制御回路７６および排ガス温度制御回路７７を設けたが、それぞれ別々に燃焼ガス温度制御回路７６および排ガス温度制御回路７７を設けるようにしても良い。
【０１４７】
第８の実施の形態によれば、燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えたときには機器保護のために化石燃料およびバイオマス燃料の供給を減少させて燃焼ガス温度を下げる制御を行うと共にサイクロンセパレータとタービン入口の間の燃焼ガス配管からバイパス制御弁を適切な開度まで開いて燃焼ガスの一部を排出することにより、燃焼器内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる制御を併用したので、残留燃料の燃焼に対しても燃焼ガス温度上昇を抑制でき、バイパス制御弁の高温燃焼ガスをバイパスする時間も短時間ですむ。
【０１４８】
（第９の実施の形態）（請求項１６，１８対応）
次に本発明の第９の実施の形態を説明する。図２５は本発明の第９の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第９の実施の形態は図９に示した第２の実施の形態に対し、バイオマス燃料による制御回路に低値選択器７４を設けると共に、バイオマス燃料による燃焼ガス温度制御回路７６Ａおよび排ガス温度制御回路７７Ａを追加して設け、燃焼ガス温度制御回路７６Ａの制御信号ＦＳＲＴＦＢ、ＦＳＲＴＦＤおよび排ガス温度制御回路７７ＡのＦＳＲＴＦＸ２を低値選択器７４の入力としたものである。第２の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１４９】
図２５において、燃焼ガス温度制御回路７６Ａは、図２３に示した第８の実施の形態において用いた燃料ガス温度制御回路７６と同等のものであり、制御信号FSRTFAおよび制御信号FSRTFCを化石燃料の制御回路における低値選択回路５９に出力しないようにしたものである。同様に、排ガス温度制御回路７７Ａは図２４に示した第８の実施の形態において用いた排ガス温度制御回路７７と同等のものであり、制御信号FSRTX1を化石燃料の制御回路における低値選択回路５９に出力しないようにしたものである。
【０１５０】
また、燃焼ガス温度偏差TF1E、燃焼ガス温度偏差TF2Eおよび排ガス温度偏差TXEからバイパス制御弁４１の開度指令BPRを得る回路については、第８の実施の形態のものと同じであるのでここでは説明を省略する。
【０１５１】
次に通常時の動作を説明する。何らかの異常が発生して燃焼器１９内の燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えると、燃料ガス温度制御回路７６Ａの加減算器８５ａで演算された温度偏差が負極性となり、図２３および図２５の燃焼ガス温度制御信号FSRTFBが減少を始める。図２５における燃焼ガス温度制御信号FSRTFBがバイオマス燃料流量指令FSRBXより低くなるとバイオマス燃料流量指令FSRBはバイオマス燃料流量指令FSRBXから燃焼ガス温度制御信号FSRTFBに切り換わりバイオマス燃料流量を減少させることにより燃焼ガス温度TF1を低下させる動作をする。
【０１５２】
ところが、これから供給する燃料流量を減少しても、すでに供給されて燃焼器１９までの配管中にある残留燃料流量を減少させることはできない。そこで燃料流量を減少させる制御動作に加えて、サイクロンセパレータ３６からタービン入口につながる燃焼ガス配管の途中からバイパス制御弁４１を開いて燃焼ガスを外部に排出し、燃焼器１９の器内圧力を低下させることにより燃焼ガス温度の低下を図る。
【０１５３】
すなわち、燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えると燃焼ガス温度偏差TF1Eが正極性の信号となり比例制御器１０５により制御信号TF1Bが高値選択器１０８を通りバイパス制御弁開度指令BPRとなってバイパス制御弁４１を適切な開度まで開き燃焼ガスの一部を排出し、その結果、燃焼器１９およびサイクロンセパレータ３６の内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる。
【０１５４】
燃焼ガス温度が下がればバイパス制御弁４１は全閉に復旧する。バイパス制御弁４１を閉じても、供給される燃料流量が上述のように絞られているので、再び燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えることはなく、高温の燃焼ガスがバイパス制御弁４１を通過するのも短時間で済むので、バイパス制御弁４１の耐久性に関しても問題はない。
【０１５５】
燃焼ガス温度TF2、排ガス温度TXが燃焼ガス温度設定値TF2R、排ガス温度設定値TXRを超えたときの動作も、上述の燃焼ガス温度TF1の場合と同様なので説明は省略する。
【０１５６】
第９の実施の形態によれば、燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えたときには機器保護のためにバイオマス燃料の供給を減少させて燃焼ガス温度を下げる制御を行うとともにサイクロンセパレータとタービン入口の間の燃焼ガス配管からバイパス制御弁を適切な開度まで開いて燃焼ガスの一部を排出することにより燃焼器内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる制御を併用したので、残留燃料の燃焼に対しても燃焼ガス温度上昇を抑制でき、バイパス制御弁の高温燃焼ガスをバイパスする時間も短時間ですむという顕著な効果がある。
【０１５７】
（第１０の実施の形態）（請求項１７，１８対応）
次に本発明の第１０の実施の形態を説明する。図２６は本発明の第１０の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第１０の実施の形態は図１３に示した第４の実施の形態に対し、化石燃料による燃焼ガス温度制御回路７６Ｂおよびガスタービン排ガス温度制御回路７７Ｂを追加し、燃焼ガス温度制御回路７６Ｂの制御信号ＦＳＲＴＦＡ、ＦＳＲＴＦＣおよび排ガス温度制御回路７７Ｂの制御信号ＦＳＲＴＦＸ１を低値選択器７１の入力としたものである。第４の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１５８】
図２６において、燃焼ガス温度制御回路７６Ｂは、図２３に示した第８の実施の形態において用いた燃料ガス温度制御回路７６と同等のものであり、制御信号FSRTFBおよび制御信号FSRTFDをバイオマス燃料の制御回路に出力しないようにしたものである。同様に、排ガス温度制御回路７７Ｂは図２４に示した第８の実施の形態において用いた排ガス温度制御回路７７と同等のものであり、制御信号FSRTX2をバイオマス燃料の制御回路に出力しないようにしたものである。
【０１５９】
また、燃焼ガス温度偏差TF1E、燃焼ガス温度偏差TF2Eおよび排ガス温度偏差TXEからバイパス制御弁４１の開度指令BPRを得る回路については、第８の実施の形態のものと同じであるのでここでは説明を省略する。
【０１６０】
次に通常時の動作を説明する。何らかの異常が発生して燃焼器１９内の燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えると図２３の加減算器８５ａで演算された温度偏差が負極性となり、図２３および図２６の燃焼ガス温度制御信号FSRTFAが減少を始める。図２６における燃焼ガス温度制御信号FSRTFAが化石燃料流量指令FSREより低くなると化石燃料流量指令FSRFは化石燃料流量指令FSREから燃焼ガス温度制御信号FSRTFAに切り換わり化石燃料流量を減少させることにより燃焼ガス温度TF1を低下させる動作をする。
【０１６１】
ところが、これから供給する燃料流量を減少しても、すでに供給されて燃焼器１９までの配管中にある残留燃料流量を減少させることはできない。そこで燃料流量を減少させる制御動作に加えて、サイクロンセパレータ３６からタービン入口につながる燃焼ガス配管の途中からバイパス制御弁４１を開いて燃焼ガスを外部に排出し、燃焼器１９の器内圧力を低下させることにより燃焼ガス温度の低下を図る。
【０１６２】
すなわち、燃焼ガス温度TF1が燃焼ガス温度設定値TF1Rを超えると燃焼ガス温度偏差TF1Eが正極性の信号となり比例制御器１０５により制御信号TF1Bが高値選択器１０８を通りバイパス制御弁開度指令BPRとなってバイパス制御弁４１を適切な開度まで開き燃焼ガスの一部を排出し、その結果、燃焼器１９およびサイクロンセパレータ３６の内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる。
【０１６３】
燃焼ガス温度が下がればバイパス制御弁４１は全閉に復旧する。バイパス制御弁４１を閉じても、供給される燃料流量が上述のように絞られているので、再び燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えることはなく、高温の燃焼ガスがバイパス制御弁４１を通過するのも短時間で済むので、バイパス制御弁４１の耐久性に関しても問題はない。
【０１６４】
燃焼ガス温度TF2、排ガス温度TXが燃焼ガス温度設定値TF2R、排ガス温度設定値TXRを超えたときの動作も、上述の燃焼ガス温度TF1の場合と同様なので説明は省略する。
【０１６５】
第１０の実施の形態によれば、燃焼ガス温度が燃焼ガス温度設定値を超えたときには機器保護のために化石燃料の供給を減少させて燃焼ガス温度を下げる制御を行うとともにサイクロンセパレータとタービン入口の間の燃焼ガス配管からバイパス制御弁を適切な開度まで開いて燃焼ガスの一部を排出することにより燃焼器内圧を適切な圧力にまで下げて燃焼ガス温度を下げる制御を併用したので、残留燃料の燃焼に対しても燃焼ガス温度上昇を抑制でき、バイパス制御弁の高温燃焼ガスをバイパスする時間も短時間ですむという顕著な効果がある。
【０１６６】
（第１１の実施の形態）（請求項１３対応）
次に本発明の第１１の実施の形態を説明する。図２７は本発明の第１１の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図である。この第１１の実施の形態は図１１に示した第３の実施の形態に対し、バイオマス燃料による制御回路の係数器６８と変換器６７との間に乗算器９３を挿入するとともに、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと、空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣの差圧ＤＰを演算するための加減算器９１と、差圧ＤＰとに基づき修正係数ＤＰＣを得るための関数発生器９２を追加したものである。第３の実施の形態と同一要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【０１６７】
関数発生器９２は、修正係数ＤＰＣを与える関数発生器９２は、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣとの差圧ＤＰに基づいて、修正係数ＤＰＣを発生させるものである。図２８は関数発生器９２の特性図である。図２８に示すように、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣとの差圧ＤＰが設計値ＤＰ１に等しければ修正係数を１．０とし、その設計値ＤＰ１点からの差圧DPのずれに応じて修正係数を１．０を中心にして増減させる修正係数ＤＰＣを出力する特性となっている。関数発生器９２で得られた修正係数ＤＰＣは乗算器９３においてバイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢに乗算され修正する。
【０１６８】
次に通常時の動作を説明する。バイオマス燃料流量指令FSRBは変換器６７により電気信号FSRMに変換されてモータ２１を制御して、バイオマス燃料流量指令FSRBに相当するバイオマス燃料流量を搬送管１７に供給するように設計されている。
【０１６９】
ここで、設計通りのバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給するためには、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと燃焼器１９の器内圧力との圧力差が所定圧力で、搬送用空気が搬送管１７内を所定の流速で流れている必要がある。その流速に応じてバイオマス燃料供給管２４からの供給量に影響を及ぼすので、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣとの差圧ＤＰの大きさに応じてバイオマス燃料流量指令FSRBに修正を加えて、差圧DPが設計値に等しければ関数発生器９２が与える修正係数を１．０とし、設計点からの差圧DPのずれに応じて修正係数を１．０を中心にして増減させる。これにより、所望のバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給する。
【０１７０】
なお、空気圧縮機吐出空気圧力PCを検出するための検出器７は図１では空気圧縮機４の出口に取り付けられるように図示されているが、空気圧縮機４の吐出口から空気配管２５、空気配管２６を経由して燃焼器１９に供給されるまでの範囲のどの位置に取り付けてもよい。
【０１７１】
第１１の実施の形態によれば、搬送用空気圧力PBが設計圧力からずれることがあってもバイオマス燃料流量指令FSRBを修正して所望のバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給することができる。
【０１７２】
（第１２の実施の形態）（請求項１４対応）
次に本発明の第１２の実施の形態を説明する。図２９は本発明の第１２の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のバイオマス燃料を供給するための圧縮圧力を調節する圧力制御弁１６の制御部分を示すブロック構成図である。
【０１７３】
図２９において、差圧設定器９４は搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣとの差圧ＤＰの制御目標値ＤＰＲを与える。搬送用空気圧力ＰＢと空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣとの差圧ＤＰは加減算器９５により演算され、差圧設定値ＤＰＲと差圧ＤＰとの制御偏差が加減算器９６により演算される。この制御偏差に基づき制御器９７は制御信号ＰＣＲを圧力制御弁１６に送り弁開度を指令する。すなわち圧力制御弁１６は差圧ＤＰを差圧設定値ＤＰＲに制御される。
【０１７４】
次に通常時の動作を説明する。バイオマス燃料流量指令FSRBは変換器６７により電気信号FSRMに変換されてモータ２１を制御して、バイオマス燃料流量指令FSRBに相当するバイオマス燃料流量を搬送管１７に供給するように設計されている。
【０１７５】
ここで、設計通りのバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給するためには、搬送管１７の搬送用空気圧力ＰＢと燃焼器１９の器内圧力との圧力差DPが所定圧力で、搬送用空気が搬送管１７内を所定の流速で流れている必要がある。そのために差圧設定器９４の差圧設定値DPRと差圧DPとが比較され、その差圧DPが差圧設定値DPRに一致するように制御器９７は制御信号PCRにより圧力制御弁１６の弁開度を制御する。発電機出力MWの増加とともに燃焼器１９の器内圧力すなわち燃焼ガス圧力と空気圧縮機４の吐出空気圧力PCは上昇するので、圧力制御弁１６により差圧DPを差圧設定値DPRに追従させることにより、バイオマス燃料流量指令は所望のバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給することができる。
【０１７６】
なお、空気圧縮機吐出空気圧力PCを検出するための検出器７は図１では空気圧縮機４の出口に取り付けられるように図示されているが、空気圧縮機４の吐出口から空気配管２５、空気配管２６を経由して燃焼器１９に供給されるまでの範囲のどの位置に取り付けてもよい。
【０１７７】
第１２の実施の形態によれば、空気圧縮機４の吐出空気圧力PCの圧力変化に応じて、バイオマス燃料搬送用空気圧力PBと空気圧縮機吐出空気圧力PCの差圧DPを差圧設定値DPRに制御するようにしたので、空気圧縮機４の吐出空気圧力PCの圧力変化によらず、バイオマス燃料流量指令は所望のバイオマス燃料流量を燃焼器１９に供給することができる効果がある。
【０１７８】
（第１３の実施の形態）（請求項１５対応）
次に本発明の第１３の実施の形態を説明する。図３０は本発明の第１３の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のバイパス制御弁４１の制御部分を示すブロック構成図である。
【０１７９】
図３０において、化石燃料流量指令ＦＳＲＦを係数器９８により出力換算された信号と、バイオマス燃料流量指令ＦＳＲＢを係数器９９により出力換算された信号とが加減算器１００により加算され燃料による出力の和ＦＳＲが算出される。燃料出力の和ＦＳＲと設定器１０１が与える無負荷定格速度における燃料の出力設定値ＮＬとの偏差ＤＦが加減算器１０２で演算される。そして係数器１０３により偏差ＤＦに対応した制御指令ＢＰＲがバイパス制御弁４１に送られ、バイパス制御弁４１の開度は偏差ＤＦの大きさに対応した開度まで開けられる。
【０１８０】
次に通常時の動作を説明する。発電機負荷が急減または喪失したときには、一般には図示しない装置から検出信号が送信される。そして、その検出信号に対応した発電機負荷すなわちガスタービン出力を決めることができる。その出力を第１３の実施の形態では出力設定値NLとして与えている。
【０１８１】
発電機負荷が急減または喪失したときには、ガスタービン入力である燃料流量を出力設定値NLに相当する燃料流量まで絞る制御動作を行う。しかしながら、これから供給する燃料流量を減少しても、すでに供給されて燃焼器１９までの配管中にある残留燃料流量および燃焼器１９からタービン入口までの燃焼ガス配管内の燃焼ガスを減少させることはできない。そこで燃料流量を減少させる制御動作に加えて、サイクロンセパレータ３６からタービン入口につながる燃焼ガス配管の途中からバイパス制御弁４１を開いて燃焼ガスの一部を外部に排出してガスタービンの過速度を防止し、燃焼器１９の器内圧力を低下させることにより燃焼速度の低下を図り、出力設定値NLに合致した燃焼器１９の内圧に直ちに移行させようとするものである。
【０１８２】
発電機負荷が急減または喪失すると、その時点あるいは直前の燃料出力の和FSRが演算され、その和FSRと出力設定値NLとが比較され、その偏差DFに対応した弁開度までバイパス制御弁４１を開き、所望の燃焼ガスの一部を排出して、ガスタービン過速度の防止を図るとともに、燃焼器１９の内圧を低下させて所望の燃焼速度を得るようにしている。なお、第１３の実施の形態ではバイオマス燃料および化石燃料が併用されている場合について説明したが、例えば高負荷域でいずれか一方の燃料しか使用しない運用をするガスタービンプラントなら、もう一方の燃料の燃料流量は削除あるいは零としてもよい。
【０１８３】
第１３の実施の形態によれば、発電機負荷が急減または喪失したとき、バイオマス燃料流量と化石燃料流量に基づく換算出力の和と所定設定値の差の大きさに応じた弁開度までバイパス制御弁を開き、燃焼器１９からタービン入口までの燃焼ガス配管内の燃焼ガスの一部を排出するようにしたので、ガスタービンの過速度を防止するとともに、燃焼器１９の器内圧力を低下させて所望の燃焼速度を得ることができる。
【０１８４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、タービン速度負荷設定あるいは発電機出力要求をバイオマス燃料と化石燃料への要求に分配するので、バイオマス燃料と化石燃料を併用してガスタービン起動と発電機出力上昇を行うことができる。
【０１８５】
また、バイオマス燃料を使用したガスタービン速度フィードバック制御と化石燃料を使用したガスタービン速度フィードバック制御とを併用でき、あるいは、バイオマス燃料と化石燃料とのいずれか一方で発電機出力あるいはガスタービン速度のフィードバック制御を行い、残りの一方は発電機出力要求あるいはタービン速度負荷設定に基づき燃料流量指令を決めるように制御できる。
【０１８６】
従って、ガスタービンの起動中から広い発電機出力範囲の全域において化石燃料、バイオマス燃料のいずれかを使用してあるいは両方を使用して発電機出力フィードバック制御およびガスタービン速度フィードバック制御を行うことができる。
【０１８７】
また、燃焼器内の燃焼ガス温度、サイクロンセパレータ内の燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度、ガスタービン排ガス温度のいずれかがそれぞれの所定設定値を超えたときには、バイオマス燃料と化石燃料のいずれか、あるいは双方の燃料流量を減少させるとともに、燃焼ガスの一部をバイパス制御弁により排出するので、燃焼器の器内圧力を下げて燃焼速度を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバイオマスガスタービンの制御装置が適用されるバイオマスガスタービンプラントの系統図。
【図２】本発明のバイオマスガスタービンの制御装置の入出力信号の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における起動制御回路の特性図。
【図５】本発明の第１の実施の形態における加速制御回路のブロック構成図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図。
【図７】本発明の第１の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の他の一例を示す特性図。
【図８】本発明の第１の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性のさらに別の他の一例を示す特性図。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図１６】本発明の第５の実施の形態における分配器の関数と化石燃料およびバイオマス燃料の分配の特性の一例を示す特性図。
【図１７】本発明の第６の実施の形態の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図１８】本発明の第６の実施の形態におけるバイオマス燃料の起動制御回路のブロック構成図。
【図１９】本発明の第６の実施の形態におけるバイオマス燃料の起動制御回路の特性を示す特性図。
【図２０】本発明の第７の実施の形態の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図２１】 本発明の第７の実施の形態における加速制御回路のブロック構成図。
【図２２】本発明の第８の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図２３】本発明の第８の実施の形態における燃焼ガス温度制御回路のブロック構成図。
【図２４】本発明の第８の実施の形態における排ガス温度制御回路のブロック構成図。
【図２５】本発明の第９の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図２６】本発明の第１０の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図２７】本発明の第１１の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のブロック構成図。
【図２８】本発明の第１１の実施の形態における修正係数を与える関数発生器の特性を示す特性図。
【図２９】本発明の第１２の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のバイオマス燃料を供給するための圧縮圧力を調節する圧力制御弁の制御部分を示すブロック構成図。
【図３０】本発明の第１３の実施の形態に係るバイオマスガスタービンの制御装置のバイパス制御弁の制御部分を示すブロック構成図。
【符号の説明】
１…起動モータ、２…トルクコンバータ、３…ガスタービン軸、４…圧縮機、５…タービン、６…発電機、７…圧力検出器、８…速度検出器、９…発電機出力検出器、１０…温度検出器、１１…空気配管、１２…空気配管、１３…モータ、１４…圧縮機、１５…空気配管、１６…圧力制御弁、１７…バイオマス燃料搬送管、１８…圧力検出器、１９…燃焼器、２０…燃料容器、２１…モータ、２２…回転伝達軸、２３…コンベヤ、２４…バイオマス燃料供給管、２５…空気配管、２６…空気配管、２７…空気配管、２８…調節弁、２９…燃料配管、３０…燃料ポンプ、３１…燃料制御弁、３２…燃料配管、３３…燃料噴射ノズル、３４…燃焼ガス配管、３５…温度検出器、３６…サイクロンセパレータ、３７…排出弁、３８…燃焼ガス配管、３９…温度検出器、４０…燃焼ガス配管、４１…バイパス制御弁、４２…煙突、５０…バイオマスガスタービン制御装置、５１…加減算器、５２…高低制限器、５３…速度負荷設定器（積分器）、５４…分配器、５５…加減算器、５６…制御器、５７…加減算器、５８…バイアス設定器、５９…低値選択器、６０…起動制御回路、６１…加速制御回路、６２…分配器、６３…加減算器、６４…制御器、６５…加減算器、６６…バイアス設定器、６７…変換器、６８…係数器、６９…分配器、７０…係数器、７１…低値選択器、７２…分配器、７３…起動制御回路、７４…低値選択器、７５…加速制御回路、７６…燃焼ガス温度制御回路、７７…排ガス温度制御回路、７８…燃焼ガス温度制御回路、７９…排ガス温度制御回路、８０…微分器、８１…加速率設定器、８２…加減算器、８３…制御器、８４…燃焼ガス温度設定器、８５…加減算器、８６…制御器、８７…排ガス温度設定器、８８…加減算器、８９…制御器、９０…関数発生器、９１…加減算器、９２…関数発生器、９３…乗算器、９４…差圧設定器、９５…加減算器、９６…加減算器、９７…制御器、９８…係数器、９９…係数器、１００…加減算器、１０１…設定器、１０２…加減算器、１０３…係数器、１０５…制御器、１０６…制御器、１０７…制御器、１０８…高値選択器、１０９…極性反転器、１１０…極性反転器
Claims (18)
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、速度負荷設定をバイオマス燃料と化石燃料への要求に分配するようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 請求項１に記載のバイオマスガスタービンの制御装置において、バイオマス燃料によるガスタービン速度フィードバック制御と、化石燃料によるガスタービン速度フィードバック制御を行うようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 請求項１に記載のバイオマスガスタービンの制御装置において、バイオマス燃料流量指令は速度負荷設定に応じて決まるようにし、化石燃料によりガスタービン速度フィードバック制御を行うようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 請求項１に記載のバイオマスガスタービンの制御装置において、化石燃料流量指令は速度負荷設定に応じて決まるようにし、バイオマス燃料によりガスタービン速度フィードバック制御を行うようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、発電機出力要求をバイオマス燃料と化石燃料への要求に分配するにあたり、バイオマス燃料流量指令は発電機出力要求に応じて決まるようにし、化石燃料によりガスタービン速度フィードバック制御を行うようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、発電機出力要求をバイオマス燃料と化石燃料への要求に分配するにあたり、化石燃料流量指令は発電機出力要求に応じて決まるようにし、バイオマス燃料により発電機出力フィードバック制御を行うようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、発電機出力要求をバイオマス燃料と化石燃料への要求に分配するにあたり、化石燃料流量指令は発電機出力要求に応じて決まるようにし、バイオマス燃料によりガスタービン速度フィードバック制御を行うようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、ガスタービン加速制御を化石燃料により行いながら、加速中にバイオマス燃料を供給するようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置
- 請求項８に記載のバイオマスガスタービンの制御装置において、ガスタービン速度に応じたバイオマス燃料流量を供給するようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、着火と暖機を化石燃料で行い、ガスタービン加速制御をバイオマス燃料で行うようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、燃焼器内燃焼ガス温度、サイクロンセパレータ内燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度、ガスタービン排ガス温度のいずれかが各所定温度を超えたときにバイオマス燃料または化石燃料を減少させるとともにバイパス制御弁を開いて燃焼ガスの一部を排出するようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 請求項１１に記載のバイオマスガスタービンの制御装置において、燃焼器内燃焼ガス温度、サイクロンセパレータ内燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度、ガスタービン排ガス温度のいずれかと各所定温度との温度差に基づいて、燃焼ガスの一部を排出するバイパス制御弁開度を制御するようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、バイオマス燃料搬送空気圧力とガスタービンの空気圧縮機吐出空気圧力の圧力差の大きさに応じてバイオマス燃料流量指令を修正するようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、バイオマス燃料搬送空気圧力とガスタービンの空気圧縮機吐出空気圧力の圧力差が所定圧力になるようにバイオマス燃料搬送空気配管の圧力制御弁を制御するようにしたバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、発電機負荷が急減または喪失したとき、バイオマス燃料流量と化石燃料流量に基づく換算出力の和と所定設定値の差の大きさに応じた弁開度までバイパス制御弁を開き燃焼ガスの一部をバイパス制御弁で排出するようにしたことを特徴とするバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、燃焼器内燃焼ガス温度、サイクロンセパレータ内燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度、ガスタービン排ガス温度のいずれかが各所定温度を超えたときにバイオマス燃料を減少させるとともにバイパス制御弁を開いて燃焼ガスの一部を排出するようにしたバイオマスガスタービンの制御装置。
- 空気圧縮機吐出空気とバイオマス燃料と化石燃料を燃焼器に供給して発生した燃焼ガスをタービンに導き、前記タービンが発電機を駆動するようにしたバイオマスガスタービンプラントの前記バイオマス燃料と前記化石燃料の流量を制御するバイオマスガスタービンの制御装置において、燃焼器内燃焼ガス温度、サイクロンセパレータ内燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度、ガスタービン排ガス温度のいずれかが各所定温度を超えたときに化石燃料を減少させるとともにバイパス制御弁を開いて燃焼ガスの一部を排出するようにしたバイオマスガスタービンの制御装置。
- 請求項１６または請求項１７のいずれかに記載のバイオマスガスタービンの制御装置において、燃焼器内燃焼ガス温度、サイクロンセパレータ内燃焼ガス温度またはタービン入口ガス温度、ガスタービン排ガス温度のいずれかと各所定温度との温度差に基づいて、燃焼ガスの一部を排出するバイパス制御弁開度を制御するようにしたバイオマスガスタービンの制御装置。
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