JP4881809B2 - ガス発電設備の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、下水汚泥，食物性廃棄物の発酵あるいは木材，廃棄物の熱分解などにより発生する発生ガス量の変動量が大きいガスを燃料として発電するガス発電設備の制御装置に関する。

一般に、自家発電装置の発電機を駆動するガスエンジン，ガスタービンなどのガス燃料内燃機関のガス燃料としては性状の管理された天然ガスあるいは液化天然ガスを使用している。しかし、近年、省エネルギーや炭酸ガス排出削減に着目して、下水汚泥，食物性廃棄物の発酵あるいは木材，廃棄物の熱分解などの方法で製造されるガスの利用が増加している。

このようなガスとしては、下水処理場の消化ガス，メタン発酵によるバイオガス，部分酸化ガス化炉から発生するガス，炭鉱等から発生するガスなどがある。このようなガス発生装置するガス発生量は予測困難であり、その上、大きく変動する。

このようにガス発生量が大きく変動するガスを燃料として複数台の発電機を運転することが要求されている。従来、汚泥の消化ガスにより複数台の発電機を運転する場合に、消化ガス発生量の変動パターンと負荷予測に基づき発電機の台数制御することが知られている。このことは、例えば、下記の特許文献１に記載されている。

特開平８−２９８７２３号公報

従来技術は消化ガス発生量の変動パターンと負荷予測に基づき発電機の台数制御している。このため、運転している複数台の発電機を全て部分負荷運転するか、あるいはある発電機を定格運転し、他の発電機を部分負荷運転することになる。通常は複数台の発電機を全て部分負荷運転している。発電機は定格運転に対し部分負荷運転すると発電効率が低下する。したがって、発電機の発電効率が低下するので燃料ガスを有効に利用した高効率運転をできないという問題点を有する。

本発明の目的は、ガス燃料内燃機関で駆動される複数台の発電機を発電効率良く運転し、燃料ガスを有効に利用した高効率発電運転ができるガス発電設備の制御装置を提供することにある。

本発明の特徴とするところは、ガス燃料内燃機関で駆動される複数台の発電機のうち１台をマスタ発電機、他をスレイブ発電機とし、ガスタンクに貯留されている貯留ガス量が予め定めた基準ガス量より多い設定ガス量になるとマスタ発電機を定格運転させ、貯留ガス量がマスタ発電機を運転する設定ガス量より多くなるとスレイブ発電機を定格運転させて、スレイブ発電機の運転停止は貯留ガス量が基準ガス量より多いときに定格運転状態から行うようにしたことにある。

換言すると、本発明はガスタンクの貯留ガス量が予め定めた基準ガス量より多い状態で運転される全ての発電機を定格運転（１００％負荷運転）するようにしたものである。

本発明はガスタンクの貯留ガス量が予め定めた基準ガス量より多い状態で運転される全ての発電機を定格運転しているので、ガス燃料で駆動される複数台の発電機を発電効率良く運転でき、燃料ガスを有効に利用した高効率発電運転をすることができる。

本発明の一実施例を図１により説明する。

図１に本発明の一実施例を示す。図１は３台の発電機をガスエンジンでそれぞれ駆動する例を示している。

図１において、ガス発生装置１は、下水汚泥，食物性廃棄物の発酵あるいは木材，廃棄物の熱分解などによりガスを生成し発生する。ガス発生装置１の発生ガスはガス精製装置２に導かれ精製処理され、ガスタンク３に貯留される。

ガスタンク３の貯留ガスはブロア９により開閉弁（オンオフ弁）８を介してガス前処理装置１０ａに導かれる。貯留ガスはガス前処理装置１０ａを構成するガス冷却器１１ａに導入される。ガス冷却器１１ａは冷却水によりガスの水分を凝縮する。水分分離器１２ａはガス冷却器１２ａで冷却されたガスの凝縮水を分離排出し、凝縮水を分離したガスをガス加熱器１３ａに供給する。ガス加熱器１３ａは水分分離器１２ａで凝縮水を分離されたガスを再加熱する。ガス加熱器１３ａで加熱されたガスは活性炭フィルタ１４ａに導かれ気体状シロキサン成分を除去される。

ガス前処理装置１０ａで前処理されたガスは流量調節弁１５ａを介してガスエンジン１６ａに燃料として供給される。ガスエンジン１６ａは発電機１７ａを駆動する。なお、ガス前処理装置１０ａと流量調節弁１５ａの間には、発電機１７ａ（ガスエンジン１６ａ）の駆動時に開、停止時に閉する開閉弁が設けられているが、図示を省略している。また、通常、ガスエンジン１６ａで加熱された温水はガス加熱器１３ａにガス加熱熱源として供給されるようになっている。

発電機１７ａを駆動するガスエンジン１６ａにはこのような構成でガスが供給されるが、他の２台の発電機１７ｂ，１７ｃをそれぞれ駆動するガスエンジン１６ｂ，１６ｃも同様な構成でガスを供給される。

ガスタンク３の貯留ガス量はガス量検出器４で検出されエンジン制御装置５に加えられる。エンジン制御装置５は内燃機関制御装置を構成する。ガス量検出器４としてはタンクレベル計，圧力検出器などが用いられる。エンジン制御装置５はガスタンク３の貯留ガス量に基づき流量調節弁１５ａ〜１５ｃを開度制御してガスエンジン１６ａ〜１６ｃを起動，停止させる。

ガスタンク３の余剰ガスはエンジン制御装置５に開閉制御される開閉弁６を介してガス燃焼装置７に供給され、燃焼処理される。開閉弁６はエンジン制御装置５により開閉制御される。

次に、図２を参照して動作を説明する。ガスエンジン１６ａをマスタガスエンジン、２台のガスエンジン１６ｂ，１６ｃをスレイブガスエンジンとし、発電機１７ａをマスタ発電機、２台の発電機１７ｂ，１７ｃをスレイブ発電機として説明する。

自家発電装置の起動指令が与えられると開閉弁８を開にしてブロア９を起動する。エンジン制御装置５はガス量検出器４で検出されるガスタンク３の貯留ガス量を入力する。ガスエンジン制御装置５はガスタンク３の貯留ガス量が図２に示すように時刻ｔ１に予め定めた基準ガス量Ｑｓより多い設定ガス量Ｑ４になると流量調節弁１５ａを開操作してマスタガスエンジン１６ａを起動する。基準ガス量Ｑｓは一例として１５％、設定ガス量Ｑ４を４０％にしている。マスタ発電機１７ａはマスタガスエンジン１６ａにより駆動され、定格運転される。

図２は縦軸が貯留ガス量を示し、ガスタンク３の容量を％で表示している。基準ガス量Ｑｓはガスタンク３の容量、マスタガスエンジン１６ａを停止操作するために必要なガス量、マスタ発電機１７ａを部分負荷運転した場合の貯留ガス量の増加特性（ガス発生装置１のガス発生特性）などにより定められる。

マスタ発電機１７ａを定格運転している状態でガスタンク３の貯留ガス量が時刻ｔ２に設定ガス量Ｑ５（Ｑ５＞Ｑ４）になると、エンジン制御装置５は流量調節弁１５ｂを開操作してスレイブガスエンジン１６ｂを起動する。設定ガス量Ｑ５は５０％にしている。スレイブ発電機１７ｂはスレイブガスエンジン１６ｂにより駆動され、定格運転される。

マスタ発電機１７ａとスレイブ発電機１７ｂの２台を定格運転している状態でガスタンク３の貯留ガス量が時刻ｔ３に設定ガス量Ｑ６（Ｑ６＞Ｑ５）になると、エンジン制御装置５は流量調節弁１５ｃを開操作してスレイブガスエンジン１６ｃを起動する。設定ガス量Ｑ６は６０％にしている。スレイブ発電機１７ｃはスレイブガスエンジン１６ｃにより駆動され、定格運転される。

このようにしてマスタ発電機１７ａと２台のスレイブ発電機１７ｂ，１７ｃを運転するのであるが、貯留ガス量が設定ガス量Ｑ４より多くなるとスレイブガスエンジン１６ｂ，１６ｃを起動してスレイブ発電機１７ｂ，１７ｃを定格運転する。実施例では、貯留ガス量が所定量（１０％）増加する毎にスレイブ発電機１７ｂ，１７ｃを順次運転するようにしている。

なお、マスタ発電機１７ａとスレイブ発電機１７ｂ，１７ｃを定格運転している状態においてガスタンク３の貯留ガス量が１００％を超えた場合、エンジン制御装置５は開閉弁６を開にしてガスタンク３の余剰ガスをガス燃焼装置７に供給して燃焼処理する。

マスタ発電機１７ａ，スレイブ発電機１７ｂ，１７ｃの３台を定格運転している状態でガスタンク３の貯留ガス量が時刻ｔ４に設定ガス量Ｑ３（Ｑ３＞Ｑｓ）まで減少すると、エンジン制御装置５は流量調節弁１５ｃを閉操作してスレイブガスエンジン１６ｃを停止する。設定ガス量Ｑ３は３０％にしている。スレイブ発電機１７ｃは貯留ガス量が基準ガス量Ｑｓ以上の状態で運転停止となる。

スレイブ発電機１７ｃを運転停止してもガスタンク３の貯留ガス量が設定ガス量Ｑ３から所定量（１０％）減少して時刻ｔ５に設定ガス量Ｑ２（Ｑ２＞Ｑｓ）になると、エンジン制御装置５は流量調節弁１５ｂを閉操作してスレイブガスエンジン１６ｂを停止する。設定ガス量Ｑ２は２０％にしている。スレイブ発電機１７ｂは貯留ガス量が基準ガス量Ｑｓ以上の状態で運転停止となる。

このように２台のスレイブ発電機１７ｂ，１７ｃは、貯留ガス量が基準ガス量Ｑｓ以上において定格運転（１００％負荷運転）された状態で運転停止される。

貯留ガス量が基準ガス量Ｑｓの近傍である設定ガス量Ｑ２になると、エンジン制御装置５はガスタンク３の貯留ガス量が基準ガス量Ｑｓを維持するように流量調節弁１５ａの開度制御してマスタ発電機１７ａを部分負荷運転する。

マスタ発電機１７ａを部分負荷運転してもガスタンク３の貯留ガス量が減少し時刻ｔ６に設定ガス量Ｑ１（Ｑｓ＞Ｑ１）になると、エンジン制御装置５は流量調節弁１５ａを閉操作してマスタガスエンジン１６ａを停止する。設定ガス量Ｑ１は１０％にしている。マスタ発電機１７ａは貯留ガス量が設定ガス量Ｑ１の状態で運転停止となる。

このようにして複数台の発電機を制御するのであるが、ガスタンクの貯留ガス量が予め定めた基準ガス量より多い状態で運転される全ての発電機を定格運転しているので、ガス燃料で駆動される複数台の発電機を発電効率良く運転でき、燃料ガスを有効に利用した高効率発電運転をすることができる。

なお、上述の実施例は貯留ガス量が設定ガス量より所定量増加毎にスレイブ発電機を順次起動して定格運転しているが、貯留ガス量が設定ガス量より多い状態で複数台のスレイブ発電機を同時に起動して定格運転してもよく、また、運転している複数台のスレイブ発電機の運転停止を、貯留ガス量が所定量減少毎に順次行うようにしているが複数台のスレイブ発電機を同時に停止しても良いことは勿論のことである。

また、スレイブ発電機を順次起動する貯留ガス量の所定量増加と停止する所定量減少の所定量を異ならせても良いことは明らかなことである。

また、スレイブ発電機を順次起動する貯留ガス量の所定量増加と停止する所定量減少の所定量を異ならせても良いことは明らかなことである。

さらに、ガス燃料内燃機関としてガスエンジンの例を挙げて説明したが、ガスタービンなどであっても良いことは勿論のことである。

本発明の一実施例を示す構成図である。 本発明の動作を説明するための特性図である。

符号の説明

１ ガス発生装置
２ ガス精製装置
３ ガスタンク
４ ガス量検出器
６，８ 開閉弁
７ ガス燃焼装置
９ ブロア
１０ ガス前処理装置
１１ ガス冷却器
１２ 水分分離器
１３ ガス加熱器
１４ 活性炭フィルタ
１５ 流量調節弁
１６ ガスエンジン
１７ 発電機

Claims (3)

1. ガス発生量が変動するガス発生装置と、前記ガス発生装置の発生ガスを精製するガス精製装置と、前記ガス精製装置で精製されたガスを貯留するガスタンクと、前記ガスタンクに貯留されたガスを燃料として供給される、１台のマスタガス燃料内燃機関および複数台のスレイブガス燃料内燃機関と、前記マスタガス燃料内燃機関で駆動される１台のマスタ発電機と、前記複数台のスレイブガス燃料内燃機関によりそれぞれ駆動される複数台のスレイブ発電機と、前記ガスタンクに貯留されている貯留ガス量を検出するガス量検出器と、前記ガス量検出器で検出した貯留ガス量を入力して前記マスタガス燃料内燃機関とスレイブガス燃料内燃機関を制御する内燃機関制御装置とを具備し、前記内燃機関制御装置は、前記貯留ガス量が予め定めた基準ガス量より多い設定ガス量になると前記マスタガス燃料内燃機関を起動して前記マスタ発電機を定格運転させ、前記貯留ガス量が前記マスタ発電機を運転する前記設定ガス量より多くなると前記スレイブガス燃料内燃機関を起動して前記スレイブ発電機を定格運転させて、前記スレイブ発電機の運転停止は前記貯留ガス量が前記基準ガス量より多いときに定格運転状態から行うようにしたことを特徴とするガス発電設備の制御装置。
2. 請求項１において、前記内燃機関制御装置は、前記貯留ガス量が前記マスタ発電機を運転する前記設定ガス量より所定量増加毎に前記スレイブ発電機を順次定格運転させ、運転している複数台の前記スレイブ発電機の運転停止は前記貯留ガス量が所定量減少毎に定格運転状態から順次行うようにしたことを特徴とするガス発電設備の制御装置。
3. 請求項１において、前記内燃機関制御装置は、前記貯留ガス量が前記基準ガス量の近傍まで減少すると、前記貯留ガス量が前記基準ガス量を維持するように前記マスタ発電機を部分負荷運転させるようにしたことを特徴とするガス発電設備の制御装置。

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