JP5010032B2 - 地熱発電設備のオンライン診断方法 - Google Patents

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Description

本発明は、地熱発電設備の運転支援を行なうために、気水分離器から蒸気タービンに供給される蒸気の性状を測定する蒸気性状自動測定装置からの分析データ及び地熱発電設備の運転データを利用して地熱発電設備の機能低下や運転トラブルを未然に予測するようにした地熱発電設備のオンライン診断方法に関する。
地熱発電設備の生産井から噴出し蒸気タービンへ供給される地熱蒸気には種々の鉱物成分やガス成分が含まれている。この鉱物成分がタービン翼へ付着するとタービンの仕事率が低下し、また地熱蒸気中に含まれる非凝縮性ガス成分が増加すると復水器の圧力が上昇するなど地熱発電出力へ支障を来たす事態が発生する。
このため、通常運転時の経時的なスケール付着状況を定量的に表示・把握し、タービン翼のスケール除去作業やタービン翼の交換作業を行なう対策が特許文献１で提案されている。この特許文献１では、地下から噴出する天然蒸気が導かれる蒸気タービンのノズル板へのスケール・噴出物の付着量の増加に伴ってノズル出口圧力が経時的に低下してタービン出力が低下することをタービン運転中に監視することによりスケール付着状況を監視するようにしている。
特開２００２−２５０２７１号公報
しかしながら、特許文献１に記載の従来例にあっては、タービンノズルの前後圧力差に基づいてスケール付着状況を定量的に表示・把握するだけであり、スケール付着の原因を特定することや予測をすることは行なわれていない。
そのため、このような事象の原因の特定と不具合発生時期を予測し、そのような事態を未然に防止または発生を遅らせる対策はもっぱら長年の経験と実績に基づく熟練した運転員の判断にゆだねられていた。
また、蒸気中の溶存成分の分析は多くの場合、手分析で行われていて労力と費用が必要な為、地熱発電設備の管理者により月に1回程度の頻度で行われていることが多い。海外の地熱発電設備では、分析技術者の確保が難しいため蒸気中の溶存成分の分析が実施されていない例もある。
このように適宜データが得られない事や熟練運転員の養成と確保には多大な負担がかかっていたという未解決の課題がある。
しかも、地熱発電設備の大きな運転阻害要因として、気水分離器(以下、セパレータと称する)に供給する蒸気の性状変化があげられる。
地熱発電設備のセパレータの設計は、通常は開発初期の生産井の噴気特性に合わせて設計される。しかし生産井の性状は経年的に変化することが多く、坑口圧力の低下や気液比の変化により、開発初期の生産状態を維持している生産井はほとんどない。また、蒸気量確保のため新たに掘削合流した生産井が従来の生産井の噴気特性と大きく異なることも少なくない。従って、経年的に生産井の状況をモニタリングして、セパレータの設計に反映させること(改造や更新の実施)が理想的であるが、現実的には生産井の性状が変化し続けるために改造条件の設定が難しく、また改造に要する多額の費用が発生するなどの為、状況に合わせたセパレータの改造や更新が行われる例はほとんどない。
セパレータの改造が行われる例としては、タービンスケールの付着速度が速すぎて、定期点検までの連続運転ができない状況になった場合である。しかし、このように所定の定期点検まで継続運転が続けられない場合の経済的損失は非常に大きい。また、継続運転不能になってからの対策開始では、対策の完了までにタービンスケール清掃のため、さらに数回の発電停止を余儀なくされる。多くの地熱発電所では付着スケールの除去のため、年１回以上の高い頻度での開放点検を行い、スケール除去を行っている実態がある。
この蒸気の品質確保のため、生産井で採取した地熱蒸気はセパレータで水分除去し、温度・圧力・流量を管理した状態でタービンへ供給される。蒸気の品質は水分量・温度・圧力・流量を基本としたセパレータの条件設定で主に決まるが、その結果は化学的な組成に顕著に反映される。そのため化学的な組成の把握が極めて重要で、このデータを用いた運転管理こそが地熱発電設備の最適管理に生かされなければならない。しかし、過去において化学的な組成データを考慮した本格的な運転管理は行われていないのが実情である。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、蒸気タービンに供給される蒸気の性状を表す分析データ及び地熱発電設備の運転データをオンラインで監視することにより、地熱発電設備の異常の発生を早期に確認したり、また正確に予知・予測したりする診断を行なうことができる地熱発電設備のオンライン診断方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、一の実施形態に係る地熱発電設備のオンライン診断方法は、地熱発電設備の気水分離器から蒸気タービンに供給される蒸気の性状を測定する蒸気性状自動測定装置からの分析データと、前記地熱発電設備の運転データとをオンラインで受信し、これらの受信データに基づいて前記地熱発電設備の診断を行なう地熱発電設備のオンライン診断方法であって、前記分析データとして、少なくとも、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方と、シリカ濃度とを設定し、前記運転データとして、少なくとも前記気水分離器で分離された蒸気流量及び熱水流量を設定し、前記分析データ及び運転データをオンラインで収集し、収集した前記分析データ及び運転データと各データに対する管理上限値又は運転推奨値とに基づいて前記地熱発電設備の診断を行なう。
また、他の形態に係る地熱発電設備のオンライン診断方法は、地熱発電設備の気水分離器から蒸気タービンに供給される蒸気の性状を測定する蒸気性状自動測定装置からの分析データと、前記地熱発電設備の運転データとをオンラインで受信し、これらの受信データに基づいて前記地熱発電設備の診断を行なう地熱発電設備のオンライン診断方法である。このオンライン診断方法では、前記分析データとして、少なくとも、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方と、シリカ濃度と、非凝縮性ガス濃度と、ｐＨとを設定し、前記運転データとして、少なくとも前記気水分離器で分離された蒸気流量及び熱水流量を設定し、前記分析データ及び前記運転データをデータ格納部に時系列的に蓄積記憶し、該データ格納部に蓄積記憶された塩素イオン濃度及び酸導電率の一方と前記シリカ濃度とが管理上限値又は運転推奨値に達していないと判断されている状態で、前記データ格納部に蓄積記憶されている前記分析データ及び前記運転データから多変量解析の方法である主成分分析法と統計量計算とに基づき前記分析データ及び前記運転データの管理上限値又は運転推奨値からの逸脱の予兆を検知する。
他の形態に係る地熱発電設備のオンライン診断方法は、前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方とシリカ濃度とを監視して管理上限値又は運転推奨値に対するレベルに応じた警報を前記地熱発電設備に出力し、前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方とシリカ濃度との少なくとも一方が前記管理上限値又は運転推奨値を超えている場合、前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方と、前記蒸気流量及び前記熱水流量とに基づいて演算された前記気水分離器の水分除去率が基準値以下の場合に気水分離器の性能診断結果を出力する。
他の形態に係る地熱発電設備のオンライン診断方法は、前記運転データは、少なくとも前記蒸気流量、熱水流量及び前記気水分離器の水位であり、前記水分除去率が基準値以下で、かつ前記気水分離器の水位が水位上限値を超えていない場合、前記気水分離器から前記蒸気タービンに供給される蒸気に対して水スプレーを行なうスプレー装置に対してスプレー開始指示を出力する。
他の形態に係る地熱発電設備のオンライン診断方法は、前記シリカ濃度と前記蒸気流量から、前記蒸気タービンへ流入したシリカ積算量を演算し、演算したシリカ積算量と、これに密接な関係のあるタービン入口圧力、タービン出口圧力、タービン車室圧力を対比させその時系列的な傾向とにより前記蒸気タービンへのシリカ付着状態を推定する。
さらに他の形態に係る地熱発電設備のオンライン診断方法は、前記蒸気性状自動測定装置からの非凝縮性ガス濃度のデータと前記蒸気タービン後段の復水器の運転データから抽気すべきガス量を演算し、その傾向からガス抽出機の運転状況を診断する。
他の形態に係る地熱発電設備のオンライン診断方法は、前記運転データとして、前記地熱発電設備の生産井から噴出する地熱蒸気の流量調整を行う二次流量調整弁の弁開度を設定し、前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方とシリカ濃度との少なくとも一方が前記管理上限値又は運転推奨値を超えているとき、連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えておらず、かつ前記二次流量調整弁の弁開度の変化があった場合には前記生産井の脈動ありの診断結果を出力する。
他の形態に係る地熱発電設備のオンライン診断方法は、前記運転データとして、前記地熱発電設備の生産井から噴出する地熱蒸気の流量調整を行う二次流量調整弁の弁開度を設定し、前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方とシリカ濃度との少なくとも一方が前記管理上限値又は運転推奨値を超えているとき、連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えておらず、かつ前記二次流量調整弁の弁開度の変化がなかった場合、および連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えている場合には前記生産井の追加または削減による合流条件の変化ありの診断結果を出力する。
他の形態に係る地熱発電設備のオンライン診断方法は、前記運転データとして、前記地熱発電設備の生産井から噴出する地熱蒸気の流量調整を行う二次流量調整弁の弁開度を設定し、前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方とシリカ濃度との少なくとも一方が前記管理上限値又は運転推奨値を超えているとき、連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えておらず、かつ前記二次流量調整弁の弁開度の変化があった場合には前記生産井の脈動ありの診断結果を出力し、連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えておらず、かつ前記二次流量調整弁の弁開度の変化がなかった場合、および連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えている場合には前記生産井の追加または削減による合流条件の変化ありの診断結果を出力する。
本発明によれば、蒸気タービンに供給される蒸気の性状を表す分析データとして少なくともシリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方を設定し、運転データとして気水分離器の蒸気流量及び熱水流量を設定し、両データをオンラインで収集し、収集した分析データ及び運転データと各データに対する管理上限値又は運転推奨値とに基づいて地熱発電設備の診断を行なう。このため、地熱発電設備の診断を常時正確に行なうことができ、現状の地熱発電設備の診断結果を地熱発電設備にフィードバックすることにより、問題の発生を早期に発見したり、または未然に防止することにより、より安定した運転が可能となる。
殊に、分析データ及び運転データの蓄積データの診断を多変量解析の方法である主成分分析法及び統計量計算を適用して行なうことにより、分析データ及び運転データの管理上限値又は運転推奨値からの逸脱の予兆を検知することができる。
また、シリカ濃度、塩素イオン濃度を監視し、シリカ濃度と塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値又は運転推奨値を超えている場合、塩素イオン濃度、蒸気流量及び熱水流量に基づいて演算された気水分離器の水分除去率が基準値以下の場合に気水分離器の性能診断結果を出力することにより、気水分離器の能力低下を警告することができる。
このとき、水分除去率が基準値以下で、且つ気水分離器の水位が水位上限値以下である場合に、気水分離器及び蒸気タービン間に設けた蒸気に対して水スプレーを行なう水スプレー装置を作動させることにより、単位容積当りのミスト（微小水滴）の存在密度（個数）を増加させ、ミスト同士が接触合体（付着）する機会を増やし、蒸気中に浮遊する鉱物イオンを含むミストに水の粒を付着させて、全体の粒径を大きくして水分離効率を高めることができる。
さらに、蒸気タービンに流入したシリカ積算量と、これに密接な関係のあるタービン入口圧力、タービン出口圧力、タービン車室圧力を対比させその時系列的な傾向とにより前記蒸気タービンノズルへのシリカ付着状況を推定することができる。
さらにまた、蒸気性状自動測定装置からの非凝縮性ガス濃度のデータと前記蒸気タービン後段の復水器の運転データから抽気すべきガス量を演算し、その傾向からガス抽出機の運転状況を診断することができる。
なおさらに、シリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方が管理上限値を超える状態を監視することにより、複数の生産井の脈動であるか、合流条件の変化であるかを正確に診断することができる。
本発明の一実施形態を示す概略システム構成図である。 地熱発電設備を示す構成図である。 オンラインサポートセンターの具体的構成を示す機能ブロック図である。 熱水流量比とシリカ濃度の相関関係を示すグラフである。 Ｑ統計値及びＴ2統計値のタイムチャートである。 異常の構成要因を説明するための図であって、（ａ）は相関図、（ｂ）は寄与プロットを示すグラフである。 診断装置の診断処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７のＳ３に示す逸脱予知診断処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７のＳ４に示す気水分離器性能診断処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７のＳ５に示す気水分離器注水評価処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７のＳ６に示す蒸気タービンシリカ付着状態推定評価処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７のＳ７に示す生産井の脈動・合流条件評価処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７のＳ８に示すガス抽出システム運転状況診断処理手順の一例を示すフローチャートである。 図６（ａ）の相関図に関連する３変数の主成分分析法の説明に供する図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すシステム概略構成図、図２本発明を適用し得る地熱発電設備の系統図、図３はオンライン診断システムを示す機能ブロック図である。
図１において、１０は地熱発電設備であって、この地熱発電設備１０では、後述する気水分離器と蒸気タービンとの間の蒸気の性状を測定して分析データを出力する蒸気性状自動測定装置１１が設置され、この蒸気性状自動測定装置１１で測定され、出力された分析データが、地熱発電設備１０の運転状態を監視すると共に制御する監視・制御装置１２に伝送される。なお、蒸気性状自動測定装置１１は測定装置１１ａと演算器１１ｂとで構成されている。
この監視・制御装置１２では、所定時間毎に、伝送された分析データに自己が制御している気水分離器の運転データを付加した稼働データをインターネット、ローカルエリアネットワーク等の任意のネットワーク１５を介して運転サポートセンター２０へオンラインで送信する。この運転サポートセンター２０は、オンライン診断装置２１を有している。このオンライン診断装置２１は、地熱発電設備１０の監視・制御装置１２から送信された稼働データを中央演算装置２２で受信し、受信した稼働データに含まれる分析データ及び運転データをデータ格納部としてのデータロガ２３に時系列的に蓄積記憶する。中央演算装置２２では、後述する各種診断処理を実行する。
地熱発電設備１０の詳細は、図２に示すように、複数ｎ本（ｎは自然数）の生産井ＰＷ１〜ＰＷｎから噴出する地熱蒸気が二次流量調整弁ＰＬ１〜ＰＬｎで流量調整されて合流されて水スプレー装置１０１を通過して気水分離器としての高圧セパレータ１０２に供給される。
この高圧セパレータ１０２で蒸気と熱水とに分離し、分離された蒸気が水スプレー装置１０３を介してスクラバー１０４に供給されて蒸気を洗浄してからミストを除去し、このスクラバー１０４から出力される蒸気が発電機Ｇを接続した蒸気タービン１０５の高圧側に供給される。
一方、高圧セパレータ１０２で分離された熱水は低圧セパレータ（フラッシャー）１０６に供給されて熱水を減圧膨張し、二次蒸気を発生させる。この低圧セパレータ１０６で発生された二次蒸気は水スプレー装置１０７を介してデミスター１０８に供給され、このデミスター１０８でミストが除去されて蒸気タービン１０５の中圧側に供給される。
一方、低圧セパレータ１０６から排出される熱水は、ブライン再注入ポンプ１０９で加圧されて還元井１１０に供給されて地中に戻される。
また、蒸気タービン１０５から排出される蒸気は、復水器１１１に供給されて蒸気を凝縮して復水し、その復水はホットウェルポンプ１１２で加圧され、その大部分が冷水塔１１３に供給されて冷却される。また、ホットウェルポンプ１２で加圧された復水の残りが凝縮水再注入ポンプ１１４で再加圧されて還元井１１０に供給されて地中に戻される。
冷水塔１１３で冷却された冷水は、復水器１１１の散水ヘッダ１１１ａに戻されると共に、洗浄水ポンプ１１５を介して前述した各水スプレー装置１０１、１０３及び１０７に供給される。さらに、冷水塔１１３で冷却された冷水は、冷却水ポンプ１１６で加圧され、その一部が冷却器１１７で再冷却されて冷水塔１１３に戻され、残りがガス抽出システム１２０に供給される。
このガス抽出システムは、前述したスクラバー１０４でミストが除去された蒸気が駆動用として供給されたエジェクター１２１を有している。このエジェクター１２１によって、復水器１１１内の排出蒸気を吸引することにより、蒸気タービン１０５から排出される排気圧力を制御する。このエジェクター１２１で吸引された排出蒸気は、冷却水ポンプ１１６から冷水が供給されたバロメトリックコンデンサ１２２で凝縮されて気水分離される。分離された気体が冷却水ポンプ１１６から冷水が冷却用に供給された真空ポンプ１２３によって吸引されてポンプシール水分離器１２４から大気に放出される。バロメトリックコンデンサ１２２で分離された水は復水器１１１に戻されると共に、ポンプシール水分離器１２４にて分離されたポンプシール水も復水器１１１に戻される。
そして、スクラバー１０４及びデミスター１０８でミストが除去された蒸気が蒸気性状自動測定装置１１に供給されて測定される。この蒸気性状自動測定装置１１は、蒸気タービン１０５に供給される蒸気を常時測定して、シリカ濃度、塩化物イオン濃度、酸導電率、電気伝導率、ｐＨ及び非凝縮性ガス濃度を測定し、これらを分析データとして監視・制御装置１２に供給する。
監視・制御装置１２では、蒸気性状自動測定装置１１から入力される分析データと後述するオンライン診断装置２１から入力される診断結果とに基づいて、生産井ＰＷ１〜ＰＷｎの噴出蒸気量を調整する二次流量調整弁ＰＬ１〜ＰＬｎの流量、水スプレー装置１０１、１０３及び１０７でのスプレー量、エジェクター１２１の排出蒸気吸引量等を制御する。
また、監視・制御装置１２は、蒸気性状自動測定装置１１から分析データが入力されると、この分析データに自身が制御している復水器１１１の圧力データ及びエジェクター１２１の温度データ、高圧セパレータ１０２及び低圧セパレータ１０６で分離された蒸気流量及び熱水流量、坑口圧力、高圧セパレータ１０２の水位、蒸気タービン１０５の入口圧力及び出口圧力、復水器１１１の運転データ等の各種運転データを付加してネットワーク１５を介して運転サポートセンター２０に送信する。
運転サポートセンター２０では、オンライン診断装置２１の中央演算装置２２で、ネットワーク１５を介して分析データ及び運転データを受信すると、これら分析データ及び運転データに含まれるデータ毎に時系列的にデータロガ２３に格納すると共に、データロガ２３に格納された時系列的な蓄積データに基づいて地熱発電設備１０のオンライン診断処理を実行する。
ここで、中央演算装置２２は機能ブロック図で表すと図３に示すように構成されている。
すなわち、監視・制御装置１２から受信した分析データ及び運転データはデータロガ２３に各種データ毎に時系列的に蓄積されて格納されている。このデータロガ２３に記憶されている各種蓄積データが選択的に蒸気性状評価部３１、気水分離器評価部３２、注水評価部３３、蒸気タービンへのシリカ付着量評価部３４、生産井脈動・合流条件評価部３５及びガス抽出システム評価部３６に供給される。
蒸気性状評価部３１、気水分離器評価部３２、注水評価部３３、蒸気タービンへのシリカ付着量評価部３４、生産井脈動・合流条件評価部３５及びガス抽出システム評価部３６から出力される表示情報が情報出力部４０を構成する液晶ディスプレイ等の情報表示部４１に供給される。この情報表示部４１では、供給される各種表示情報を表示する。
また、蒸気性状評価部３１、気水分離器評価部３２、注水評価部３３、蒸気タービンへのシリカ付着量評価部３４、生産井脈動・合流条件評価部３５及びガス抽出システム評価部３６から出力される診断結果や警報を含む診断情報が情報出力部４０を構成する情報送信部４２に供給される。この情報送信部４２では、入力される診断情報を前述したネットワーク１５を介して地熱発電設備１０の監視・制御装置１２に送信する。
ここで、蒸気性状評価部３１では、シリカ濃度、塩素イオン濃度(または酸導電率)、非凝縮性ガス濃度、ｐＨがそれぞれ個別に設定された管理上限値に達していない状態で、データロガ２３に格納されている時系列的な蓄積データから多変量解析の方法である主成分分析法と統計量計算に基づき管理上限値からの逸脱の予兆を検知する。
この予兆を検知するには、先ず、プラント試運転時または、運転開始直後の前記分析データと前記運転データからなる多変数データより主成分分析法を適用し基準となる正常モデルを作成する。変数データ間の相関に着目し、統計量計算を行って、Ｑ統計量及びホテリングのＴ2統計量を算出し、（１）正常時の変数間の相関から外れていたら異常と判定する（Ｑ統計量）（２）正常時の変数間の相関に合っていても振幅（平均からの変動）が大きすぎれば異常と判定する（Ｔ2統計量）。
監視・制御装置１２からオンラインで送信されてくる前記分析データと前記運転データを、上記Ｑ統計量及びＴ2統計量の二つの指標により評価を行い異常データの検出を行う。さらに、寄与プロット解析により異常の構成要因を算出することで、異常の要因となっている変数とその影響度をメッセージによりオペレータに知らしめることで監視機能の強化を行っている。
ここで、熱水流量比を[(分離された熱水流量)/(分離された蒸気流量＋分離された熱水流量)]とすると、具体的には、今、２変数としてシリカ濃度と熱水流量比とを設定した場合、運転開始直後のシリカ濃度と熱水流量比との相関を表す正常モデルは、熱水流量比が上昇するとシリカ濃度も上昇することから、図４に示すように正の相関となって、相関軸を中心とする所定の範囲内に収まる。ここで、例えば高圧セパレータ１０２等に異常が発生して、熱水流量比に対するシリカ濃度が増加して相関関係が崩れることになり、熱水流量比及びシリカ濃度に基づく点が▲で表すように正常モデルの相関軸からずれた場合には、正常モデルの相関軸からのずれ量がＱ統計量で表される。これに対して、熱水流量比及びシリカ濃度が共に大きくなって、正常モデルの範囲を超える■で表される点となった場合には、熱水流量比及びシリカ濃度の相関は崩れないが、正常モデルの範囲を超えて値が大きくなるので、正常モデルの中心からの振幅がホテリングのＴ2統計量となる。
このため、Ｑ統計量及びホテリングのＴ2統計量を計算すると共に、正常モデルの範囲に基づいて図５に示すようにＱ統計量の閾値及びＴ2統計量の閾値を決定することにより、シリカ濃度が管理上限値を超えない場合でも、Ｑ統計量及びＴ2統計量の何れかが閾値を超えた場合に異常を予知することができる。
このとき、異常となったＱ統計量又はＴ2統計量に対する寄与プロットを行なうことにより、異常の構成要因を解析することができる。すなわち、例えば図６（ａ）に示すように、変数１及び変数２の２変数で表される場合に、Ｑ統計量が閾値を超えた場合には、▲で表される異常点のデータとこの異常点▲を通る相関軸からの垂線と相関軸との交点に存在する正常時のデータ●との差の内訳から異常の構成要因を算出することができる。この場合の構成要因は、統計学的な処理により図６（ｂ）に示すように異常の構成要因となっている変数１、変数２、変数３・・・と、その影響度を算出することができる。この影響度の大きい変数を異常の要因として特定することができる。
したがって、Ｑ統計量又はＴ2統計量に基づいて異常を予知した場合に、予知結果と、寄与プロットで表される影響度の大きい変数とを表す予知表示情報を情報表示部４１に出力することにより表示し、予知診断情報を情報送信部４２に出力することにより、ネットワーク１５を介して監視・制御部１２に送信して、特定された異常の要因となる変数を表示または修正制御する。
また、逸脱予知診断処理結果が正常であるときに、シリカ濃度及び塩素イオン濃度が気水分離器評価部３２に供給される。この気水分離器評価部３２で、先ず、シリカ濃度及び塩素イオン濃度のそれぞれが予め個別に設定された管理上限値を超えているか否かを判定し、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の双方が管理上限値以下である場合には、高圧セパレータ１０２が正常であると判断して、下記（１）式に基づいて水分除去率ηＷを演算する。
ηＷ＝[ (Fw×Cclw) /(Fw×Cclw＋Fs×Ccls) ]×100 …………（１）
ここで、ηＷ：水分の除去率(％)、Fs：蒸気流量(t/h)、Fw：熱水流量(t/h)、Ccls：蒸気中の塩素イオン(ppm)、Cclw：熱水中の塩素イオン(ppm)である。
また、高圧セパレータ１０２で分離された熱水中の塩素イオン濃度(Cclw)は、地熱発電所毎の性状により異なるが、国内では一般に300〜6000ppm程度である。このような高濃度塩素イオン分析計は現状では自動計測の信頼性に問題があり、手分析による計測を行う場合が多い。
そして、気水分離器評価部３２の水分除去率演算部３２ａで演算した水分除去率ηＷの表示データと、「気水分離器は有効に機能している」旨のガイダンス表示情報とで構成される正常表示情報を、情報出力部４０を構成する情報表示部４１に出力する。
一方、シリカ濃度又は塩素イオン濃度が管理上限値を超えている場合には、高圧セパレータ１０２の性能低下と判断して、水スプレー装置１０１、１０３及び１０７の注水量を水分除去率ηＷが予め設定した管理上限値ηＷｕ以上となるように設定し、「気水分離器単独で改善の可能性がある。気水分離器の水位を確認後、水スプレー実施を推奨」のガイダンス表示情報と現在の水分除去率ηＷの表示データとで構成される性能低下表示情報を、情報出力部４０を構成する情報表示部４１に出力する。
また、注水評価部３３では、逸脱予知診断処理結果が正常であるときに、シリカ濃度及び塩素イオン濃度が供給され、これらシリカ濃度又は塩素イオン濃度の何れかが管理上限値以下である場合には、高圧セパレータ１０２及び１０６が正常であると判断して、「気水分離器は有効に機能している。注水不要」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力する。
一方、シリカ濃度又は塩素イオン濃度が管理上限値を超えている場合には、管理上限値を超えているシリカ濃度又は塩素イオン濃度が管理上限値以下となるように水スプレー装置１０１、１０３及び１０７の注水量を設定し、設定した注水量情報を情報送信部４２に出力して、監視・制御装置１２にネットワーク１５を介して送信する。また、監視各管理上限値を超えているシリカ濃度又は塩素イオン濃度が管理上限値以下となったときには、「注水実施で気水分離器は有効に機能している」旨のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力する。
さらに、シリカ付着量評価部３４は、前述した蒸気性状自動測定装置１１からシリカ濃度を高頻度で取得すると共に、これに伴う運転データに含まれる蒸気流量も高頻度で取得することにより、蒸気タービン１０５へ流入したシリカ積算量を高精度で演算する。また、蒸気タービン１０５へのシリカ等の異物付着の指標となるタービン入口圧力、タービン出口圧力、タービン車室圧力の時系列的な傾向と、蒸気タービン１０５へ流入したシリカ積算量とにより蒸気タービン１０５へのシリカ付着程度を推定する。また、シリカ積算量の増加傾向と、タービン入口圧力、タービン出口圧力、タービン車室圧力の増加傾向を判断することにより、蒸気タービン１０５へのシリカ付着量の変化率を推定する。シリカ付着程度が所定量を超えたとき又はシリカ付着量の変化率が所定値を超えたときには、「シリカ積算量が増加し、車室圧力が上昇しています。」等のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力する。
生産井脈動・合流条件評価部３５は、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の双方が管理上限値未満であるときには、「生産井は有効に機能している」旨のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力する。シリカ濃度及び塩素イオン濃度の一方が管理上限値以上となったときには、管理上限値以上となった状態が所定期間連続している場合及び所定期間連続していない場合でも二次流量調整弁ＰＬ１〜ＰＬｎの開度に変動がない場合に合流条件に変化が発生したものと判断して、「合流条件変化あり」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力する。シリカ濃度及び塩素イオン濃度の一方が管理上限値以上となったときには、この状態が連続していない場合に、各二次流量調整弁ＰＬ１〜ＰＬｎの開度変動がある場合には、生産井ＰＷ１〜ＰＷｎの脈動があるものと判断して、「生産井の脈動あり」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力する。
さらにまた、ガス抽出システム評価部３６は、ガス抽出システム１２０の運転状況を診断するものである。ガス抽出システム１２０は、蒸気タービン１０５のタービン出口側の圧力を一定に保ち、蒸気タービン１０５に安定した仕事をさせるために重要な機器である。ガス抽出システム１２０の能力は、抽気すべきガス量によって決定される。この抽気すべきガス量は生産井蒸気にもともと含まれる非凝縮性ガスとタービン出口の復水器１１１の運転状態で飽和する水分および復水器１１１の冷却水から放出される空気である。このうち生産井特有のものは生産井蒸気に同伴する非凝縮性ガスである。ところが、このガスは生産井の追加合流や一部切り離しによって変わってくる。また経年と共に変化してくる場合が多い。前記蒸気性状自動測定装置１１からの非凝縮性ガス量比の測定データはガス抽出システム１２０の最適運転のため極めて有効である。初期の設計段階で想定した非凝縮性ガス量は、一般に安全側の事態を想定した余裕を持った値を採用している。エジェクター１２１を駆動する駆動蒸気量は、ガス抽出システム１２０の構成や運転圧力によって変わり一概には言えないが、ある例では２％程度の非凝縮性ガスを含む地熱蒸気の発電設備の場合、蒸気タービン１０５に供給する蒸気の４〜7％程度が消費されていた。この蒸気量を現状にあわせて最適化すればその蒸気節約分相当の発電量の増加が期待できる。
ガス抽出システム１２０の運転状況診断と警報に必要な運転データは、抽気ガスエジェクター入口温度と圧力、および復水器１１１の冷却水の入口と出口温度である。
上記の諸データが測定できれば、エジェクター１２１で抽気すべきガス量を演算することが可能である。
非凝縮性ガスと空気に飽和する蒸気量は、次式で求められる。
Fejt=[(Fncg+Fair)×[Ps/(Pt-Ps)] ] …………（２）
ここで、Fejt：非凝縮性ガスと空気に飽和する蒸気量(Nm3/h)、Fncg：非凝縮性ガス(Nm3/h)、Ps：エジェクター入口温度での水の蒸気圧(kPa)、Pt：エジェクター入口圧力(kPa)、Fair：空気量(Nm3/h)である。
また、復水器１１１の冷水が空冷式の冷水塔１１３の冷水であれば、この冷水から放出される空気量(Fair)もヘンリーの法則に基づき計算できる。即ち、冷たい状態の水に溶解する空気と抽気ガスを冷却して温まった状態の水に溶解する空気の差が放出される空気である。このヘンリーの法則に基づく計算方法は公知でありここでは省略するが、最終的にガス抽出システム１２０で抽気すべきガス総量は、
Fncg(非凝縮性ガス量)＋Fejt(非凝縮性ガスに飽和する蒸気量)＋Fair(冷却水から放出される空気量)
となり、非凝縮性ガスに飽和する蒸気量Fejtと冷却水から放出される空気量Fairは計算可能である。また、空気量Fairはガス抽出装置出口に設置されている流量計の指示から前記の飽和する水分を除いた値と、非凝縮性ガス量の差から計算で求める事も可能であるし、また抽気ガスの酸素濃度を実測する事でも想定可能である。即ち、次式の計算で求められる。
Fair＝(A×X1×0.01)/0.21 …………（３）
ここで、A: ガス抽出装置出口に設置されている流量計(Nm3/h)、X1: ガス抽出装置出口の酸素濃度(vol%)、0.21:大気中の酸素濃度が21%である。
そして、算出した抽気すべきガス総量が設計値を超えているか否かを判定し、抽気すべきガス総量が設計値以下である場合には、エジェクター入口圧力Ｐｔが設定値に達しているか否かを判定する。設定値に達していない場合には、「ガス抽出システムが正常に機能していません。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力する。設定値に達している場合には、「ガス抽出システムは正常に機能している。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力する。
また、抽気すべきガス総量が設計値を超えている場合には、非凝縮性ガス量、冷却水から放出される空気量および非凝縮性ガスに飽和する蒸気量のそれぞれが設計値を超えているか否かを判定することにより、設計値を超えている非凝縮性ガス量、空気量及び蒸気量の組み合わせに応じた警告ガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力して、オペレータに警告を発する。
そして、中央演算装置２２では、図７に示すオンライン診断処理を実行する。
このオンライン診断処理は、図７に示すように、先ず、ステップＳ１で、監視・制御装置１２から分析データ及び運転データを受信したか否かを判定する。分析データ及び運転データを受信していないときにはこれらを受信するまで待機し、分析データ及び運転データを受信したときにはステップＳ２に移行する。
このステップＳ２では、受信した分析データ及び運転データを各種データ毎にデータロガ２３に時系列的に格納し、次いでステップＳ３に移行して、管理上限値逸脱の予知を行なう逸脱予知診断処理を実行し、次いでステップＳ４に移行して、高圧セパレータ１０２の性能診断処理を実行してからステップＳ５に移行する。
このステップＳ５では、高圧セパレータ１０２の前後の注水評価処理を実行し、次いでステップＳ６に移行して、蒸気タービン１０５のシリカ付着状態推定評価処理を実行してからステップＳ７に移行する。
このステップＳ７では、生産井ＰＷ１〜ＰＷｎの脈動・合流条件変化を評価する脈動・合流評価処理を実行し、次いでステップＳ８に移行して、ガス抽出システム１２０の運転状況診断処理を実行してから前記ステップＳ１に戻る。
ここで、ステップＳ３の逸脱予知診断処理は、前述した蒸気性状評価部３１で実行する処理であって、図８に示すとおりである。
まず、ステップＳ１１で、データロガ２３に格納されているシリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方、非凝縮性ガス濃度及びｐＨ等の分析データを読込み、次いでステップＳ１２に移行して、分析データに含まれるシリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方、非凝縮性ガス濃度及びｐＨの少なくとも１つが個別に設定された管理上限値以上であるか否かを判定する。この判定結果が、分析データに含まれるシリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方、非凝縮性ガス濃度及びｐＨの少なくとも１つが管理上限値以上であるときにはステップＳ１３に移行する。このステップＳ１３では、「該当する分析データが管理上限値超過」の警報ガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力すると共に、管理上限値超過警報を情報出力部４０の情報送信部４２に出力してからステップＳ４に移行する。
また、前記ステップＳ１２の判定結果が、分析データに含まれるシリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方、非凝縮性ガス濃度及びｐＨの全てが管理上限値未満であるときにはステップＳ１４に移行する。このステップＳ１４では、分析データに含まれるシリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方、非凝縮性ガス濃度及びｐＨの少なくとも１つが管理上限値よりは低く設定された運転推奨値以上であるか否かを判定する。この判定結果が、分析データに含まれるシリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方、非凝縮性ガス濃度及びｐＨの少なくとも１つが運転推奨値以上であるときには、ステップＳ１５に移行する。このステップＳ１５では、「運転推奨値超過」を表す警報ガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力すると共に、運転推奨値超過警報を情報送信部４２に出力してからステップＳ４に移行する。
一方、ステップＳ１４の判定結果が、分析データに含まれるシリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方、非凝縮性ガス濃度及びｐＨの全てが運転推奨値未満であるときにはステップＳ１６に移行する。このステップＳ１６では、地熱発電設備１０の稼働開始時であるか否かを判定し、稼働開始時であるときには、ステップＳ１７に移行する。このステップＳ１７では、一定期間の分析データ及び運転データを収集したか否かを判定し、一定期間の分析データ及び運転データの収集が完了していないときには前記ステップＳ１１に戻り、一定期間の分析データ及び運転データの収集が完了したときには、ステップＳ１８に移行する。
このステップＳ１８では、一定期間の分析データ及び運転データから主成分分析法で正常モデルを作成し、次いでステップＳ１９に移行して、正常モデルとの対比によるＱ統計量及びＴ2統計量を算出する。
次いで、ステップＳ２０に移行して、算出したＱ統計量及びＴ2統計量の少なくとも一方が正常モデルのデータ存在範囲に基づいて個別に設定された管理上限値以上であるか否かを判定する。この判定結果が、管理上限値未満であるときにはステップＳ２１に移行して、「地熱発電設備は正常である。」旨のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ４に移行する。また、判定結果がＱ統計量及びＴ2統計量の少なくとも一方が管理上限値以上であるときにはステップＳ２２に移行して、予兆警報情報を情報送信部４２に出力すると共に、異常要因ガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ４に移行する。
さらに、前記ステップＳ４の気水分離器性能診断処理は、図９に示すとおりである。先ず、ステップＳ３１で、シリカ濃度、塩素イオン濃度、蒸気流量及び熱水流量を読込み、次いでステップＳ３２に移行して、読込んだシリカ濃度、塩素イオン濃度、蒸気流量及び熱水流量に基づいて前記（１）式の演算を行って高圧セパレータ１０２の水分除去率ηＷを算出する。
次いで、ステップＳ３３に移行して、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値を超えているか否かを判定する。シリカ濃度及び塩素イオン濃度の双方が管理上限値以下であるときには、ステップＳ３４に移行して、「セパレータは有効に機能している。水分除去率９９．○○％」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ４に移行する。
また、ステップＳ３３の判定結果が、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値を超えている場合には、ステップＳ３５に移行して、前記ステップＳ３２で算出した水分除去率ηＷが予め設定した基準値ηＷｓ以下であるか否かを判定する。この判定結果が、水分除去率ηＷが基準値ηＷｓを超えている場合には、ステップＳ３９に移行して、「セパレータは有効に機能しているが、更なる水分除去率の向上が必要。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ４に移行する。
また、ステップＳ３５の判定結果が、水分除去率ηＷが基準値ηＷｓ以下であるときには、ステップＳ３６に移行して、水スプレー装置１０１が存在するか否かを判定する。水スプレー装置１０１が存在する場合には、ステップＳ３７に移行して、「セパレータ単独で改善の可能性がある。セパレータ水位を確認後、水スプレー実施を推奨。水分除去率９９．○○％」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ４に移行する。
さらに、前記ステップＳ３６の判定結果が、水スプレー装置１０１が存在しない場合には、ステップＳ３８に移行して、「セパレータ単独で改善は不可能、このまま推移した場合、タービンの評価に進む。水分除去率９９．○○％」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ５に移行する。
また、ステップＳ５の気水分離器注水評価処理は、図１０に示すとおりである。先ず、ステップＳ４１で、シリカ濃度及び塩素イオン濃度を読込み、次いでステップＳ４２に移行して、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値を超えているか否かを判定する。この判定結果が、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の双方が管理上限値を超えていない場合にはステップＳ４３に移行して、「セパレータは有効に機能している。注水不要」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ５に移行する。
また、ステップＳ４２の判定結果が、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値を超えている場合には、ステップＳ４４に移行して、セパレータ水位が水位上限値を超えているか否かを判定する。この判定結果が、セパレータ水位が水位上限値を超えている場合には、水位が上がり分離された熱水が蒸気中に混入する可能性があるためステップＳ４５に移行して「セパレータは有効に機能していません。セパレータの水位を下げて下さい。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ５に移行する。
さらに、ステップＳ４４の判定結果が、セパレータ水位が水位上限値を超えていない場合には、ステップＳ４６に移行して、水スプレー装置１０１に対する注水量の指令値を情報送信部４２に出力してからステップＳ４７に移行する。
このステップＳ４７では、新たなシリカ濃度及び塩素イオン濃度を受信したか否かを判定する。シリカ濃度及び塩素イオン濃度を受信していないときには、これらを受信するまで待機し、新たなシリカ濃度及び塩素イオン濃度を受信したときには、ステップＳ４８に移行して、再度新たなシリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値を超えているか否かを判定する。新たなシリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値を超えているときには、前記ステップＳ４６に戻り、新たなシリカ濃度及び塩素イオン濃度の双方が管理上限値以下であるときにはステップＳ４９に移行して、「注水実施でセパレータは有効に機能している。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してから前記ステップＳ５に移行する。
ステップＳ６の蒸気タービンシリカ付着状態推定評価処理は、図１１に示すとおりである。先ず、ステップＳ５１でシリカ濃度、タービン入口圧力、タービン出口圧力、タービン車室圧力を読込み、次いでステップＳ５２に移行して、シリカ濃度から蒸気タービン１０５に流入するシリカ量を算出する。次いでステップＳ５３に移行して、算出したシリカ量を前回のシリカ積算量に加算した値を新たなシリカ積算量としてからステップＳ５４に移行する。このステップＳ５４では、新たなシリカ積算量と、蒸気タービン１０５へのシリカ等のスケール付着の指標となるタービン入口圧力、タージン出口圧力及びタービン車室圧力の時系列的な傾向とに基づいて蒸気タービン１０５へのシリカ付着量を推定する。
次いでステップＳ５５に移行して、推定したシリカ付着量が予め設定した管理上限値を超えたか否かを判定し、推定したシリカ付着量が管理上限値を超えていない場合には「蒸気タービンへのシリカ付着量は許容範囲内。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ６に移行する。
また、ステップＳ５５の判定結果が、推定したシリカ付着量が管理上限値を超えた場合には、ステップＳ５７に移行して「蒸気タービンへのシリカ付着量は許容範囲外。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ６に移行する。
なお、上記蒸気タービンシリカ付着状態推定評価処理においては、シリカ積算量とタービン入口圧力、タービン出口圧力及びタービン車室圧力の時系列な傾向とに基づいてシリカ付着程度を推定した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、シリカ積算量と、タービン入口圧力、タービン出口圧力及びタービン車室圧力の増加傾向を検知して、シリカ付着量の変化率が所定値を超えたときにガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力するようにしてもよい。
さらにまた、ステップＳ７の生産井の脈動・合流条件評価処理は、図１２に示すとおりである。先ず、ステップＳ６１で、シリカ濃度及び塩素イオン濃度を読込み、次いでステップＳ６２に移行して、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値を超えたか否かを判定する。この判定結果が、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の双方が管理上限値を超えていないときには、ステップＳ６３に移行して、「生産井は有効に機能している。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ７に移行する。
また、ステップＳ６２の判定結果が、シリカ濃度及び塩素濃度の少なくとも一方が管理上限値を超えている場合には、ステップＳ６４に移行して、管理上限値を超えているシリカ濃度及び塩素濃度の少なくとも一方が連続的に管理上限値を超えているか否かを判定する。この判定結果が、連続的に管理上限値を超えている場合には、ステップＳ６５に移行して、「合流条件の変化あり」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ７に移行し、連続的に管理上限値を超えていない場合にはステップＳ６６に移行する。
このステップＳ６６では、各二次流量調整弁ＰＬ１〜ＰＬｎの開度変化があるか否かを判定し、開度変化がない場合には、前記ステップＳ６５に移行し、開度変化がある場合には、ステップＳ６７に移行する。このステップＳ６７では、「生産井の脈動有り」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してからステップＳ７に移行する。
なおさらに、ステップＳ８のガス抽出システム運転状況診断処理は、図１３に示すとおりである。先ず、ステップＳ７１で、非凝縮性ガス量比、抽気ガスエジェクター入口温度と圧力、並びに復水器１１１の冷却水の入口及び出口温度とを読込む。次いでステップＳ７２に移行して、前記（２）式にしたがって、非凝縮性ガスに飽和する蒸気量Ｆｅｊｔを算出すると共に、冷却水から放出される空気量Ｆａｉｒ及び非凝縮性ガス量Ｆｎｃｇを算出する。
次いで、ステップＳ７３に移行して、非凝縮性ガス量Ｆｎｃｇ、非凝縮性ガスに飽和する蒸気量Ｆｅｊｔ及び冷却水から放出される空気量Ｆａｉｒを加算して抽気ガス総量Ｆａｌｌを算出する。
次いでステップＳ７４に移行して、抽気ガス総量Ｆａｌｌが予め設定した設計値Ｆａｌｌｐを超えているか否かを判定する。抽気ガス総量Ｆａｌｌが設計値Ｆａｌｌｐを超えてないときにはステップＳ７５に移行して、抽気圧力が設定値に達していないか否かを判定する。この判定結果が、抽気圧力が設定値に達していないときにはステップＳ７７に移行して、「ガス抽出システムが正常に機能していません。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してから前記ステップＳ１に戻る。また、ステップＳ７５の判定結果が抽気圧力が設定圧力に達しているときにはステップＳ７６に移行して、「ガス抽出システムは正常に機能している。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してから前記ステップＳ１に戻る。
さらに、ステップＳ７４の判定結果が、抽気ガス総量Ｆａｌｌが設計値Ｆａｌｌｐを超えているときには、ステップＳ７８に移行して、非凝縮性ガス量Ｆｎｃｇが予め設定した設計値Ｆｎｃｇｐを超えているか否かを判定する。この判定結果が、非凝縮性ガス量Ｆｎｃｇが設計値Ｆｎｃｇｐを超えているときには、ステップＳ７９に移行して、空気量Ｆａｉｒが予め設定した設計量Ｆａｉｒｐを超えているか否かを判定する。この判定結果が、空気量Ｆａｉｒが設計値Ｆａｉｒｐを超えているときには、ステップＳ８０に移行して、「非凝縮性ガス量Ｆｎｃｇと空気量Ｆａｉｒとが過大です。生産井のガスが増加の可能性があります。またシール部を点検して下さい。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してから前記ステップＳ１に戻る。
また、ステップＳ７９の判定結果が、空気量Ｆａｉｒが設計値Ｆａｉｒｐを超えていないときには、ステップＳ８１に移行して、蒸気量Ｆｅｊｔが予め設定された設計値Ｆｅｊｔｐを超えているか否かを判定する。この判定結果が、蒸気量Ｆｅｊｔが設計値Ｆｅｊｔｐを超えているときにはステップＳ８２に移行して、「非凝縮性ガス量と蒸気量が過大です。復水器温度を下げる事が有効です。また生産井のガス量が増加しています。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してから前記ステップＳ１に戻る。
さらに、ステップＳ８１の判定結果が、蒸気量Ｆｅｊｔが設定値Ｆｅｊｔｐを超えていない場合には、ステップＳ８３に移行して、「非凝縮性ガス量が過大です。生産井のガス量が増加している可能性があります。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してから前記ステップＳ１に戻る。
さらにまた、前記ステップＳ７８の判定結果が、非凝縮性ガス量Ｆｎｃｇが設計値Ｆｎｃｇｐを超えていない場合には、ステップＳ８４に移行して、空気量Ｆａｉｒが設計値Ｆａｉｒｐを超えているか否かを判定する。この判定結果が、空気量Ｆａｉｒが設計値Ｆａｉｒｐを超えている場合にはステップＳ８５に移行して、蒸気量が設計値を超えているか否かを判定する。蒸気量が設計値を超えていない場合には、どこかのガスシールから空気が吸い込まれている可能性があるため、ステップＳ８６に移行する。このステップＳ８６では「空気量が過大です。ガスシール部を点検して下さい。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してから前記ステップＳ１に戻る。ステップＳ８５において、蒸気量が設計値を超えている場合にはステップＳ８７に移行して、「空気量と蒸気量が過大。復水器温度を下げると有効。また、シール部の点検をして下さい。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してから前記ステップＳ１に戻る。
なおさらに、ステップＳ８４の判定結果が、空気量Ｆａｉｒが設計値Ｆａｉｒｐを超えていないときにはステップＳ８８に移行して、「蒸気量が過大です。復水器温度を下げる事が有効です。」のガイダンス表示情報を情報表示部４１に出力してから前記ステップＳ１に戻る。
ここで、ステップＳ３の処理及び図８の処理が蒸気性状評価部３１に対応し、ステップＳ４の処理及び図９の処理が気水分離器評価部３２に対応し、ステップＳ５の処理及び図１０の処理が注水評価部３３に対応し、ステップＳ６の処理及び図１１の処理がシリカ付着量評価部３４に対応し、ステップＳ７の処理及び図１２の処理が生産井脈動・合流条件評価部３５に対応し、ステップＳ８の処理及び図１３の処理がガス抽出システム評価部３６に対応している。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、地熱発電設備１０を新設した場合や、既存の地熱発電設備１０に蒸気性状自動測定装置１１及び診断装置２１を新設した場合には、蒸気性状自動測定装置１１及び診断装置２１を稼働開始させた時点で、診断装置２１の中央演算装置２２で、図７に示す診断処理を実行する。この診断処理では、蒸気性状自動測定装置１１から分析データ及び運転データを受信していないときには、これらを受信するまで待機し、分析データ及び運転データを受信すると、受信した分析データ及び運転データをデータロガ２３に各種データ毎に時系列的に格納する（ステップＳ２）。
次いで、図８に示す逸脱予知診断処理を実行する。この逸脱予知診断処理では、診断装置２１の稼働開始時点であるので、蒸気性状自動測定装置１１で収集する分析データ及び監視・制御装置１２で付加される運転データを一定期間収集したか否かを判定する（ステップＳ１７）。予兆診断は蓄積されたデータをもとに将来の状態を予測するシステムであるから、一定期間の収集が完了していないときには、予兆診断を行なうことができない。このため、ステップＳ１２で、シリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方、非凝縮性ガス濃度及びｐＨの少なくとも１つが管理上限値以上であるか否かを判定する。全てが管理上限値未満であるときにはステップＳ１４に移行して、管理上限値より小さい値の運転推奨値以上であるか否かを判定する。全てが運転推奨値未満であるときには地熱発電設備１０が正常であると判断して、その旨を表すガイダンス表示情報を情報表示部４１に表示する。このため、オペレータは情報表示部４１のガイダンス表示情報を視認することにより、地熱発電設備１０が正常であることを把握することができる。
この状態で、シリカ濃度、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方、非凝縮性ガス濃度及びｐＨの少なくとも１つが管理上限値以上となると、該当する分析データが管理上限値超過を表すガイダンス表示情報を情報表示部４１に表示すると共に、管理上限値超過となった分析データについての警報を情報送信部４２に出力する。このため、管理上限値超過となった分析データの警報がネットワーク１５を介して監視・制御装置１２に送信されるので、この監視・制御装置１２で警報に基づいて管理上限値超過となった分析データを管理上限値未満となるように必要な機器を制御する。
一方、一定期間の分析データの収集が完了すると、これらの分析データに基づいて主成分分析法に基づいて正常モデルを作成し、作成した正常モデルをデータロガ２３に記憶しておく。その後、分析データを受信する毎に、分析データに基づいて正常モデルとの対比によるＱ統計量及びＴ2統計量を算出し（ステップＳ１９）、算出したＱ統計量及びＴ2統計量の双方が管理上限値未満であるときには地熱発電設備１０が正常と判断して、その旨のガイダンス表示情報が情報表示部４１に表示される。
ところが、シリカ濃度及び塩素イオン濃度が管理上限値以下であるにもかかわらず、前述したように、例えば熱水流量に対するシリカ濃度が正常モデルの相関関係から外れてＱ統計量が正常モデルに基づいて設定される閾値を超えたり、熱水流量とシリカ濃度との相関関係を維持しているが振幅が大きくなって正常モデル範囲から逸脱してＴ2統計量が正常モデルに基づいて設定される閾値を超えたりした場合には、異常が発生する予兆であると判断する。そして、予兆警報を、情報送信部４２を介して監視・制御装置１２に送信すると共に、寄与プロットに基づいて異常の構成要因を算出し、算出した異常の構成要因を情報表示部４１に表示する。このため、オペレータが異常発生の予兆を把握して、異常が発生する前に異常の構成要因に基づいて対策を講じることにより、異常発生を未然に防止することができる。
このＱ統計量、Ｔ2統計量の監視こそが予兆診断の具体的な手法である。また、監視データの蓄積量に比例して、この予兆診断はより現実に即した信頼できるものになる特徴がある。
また、逸脱予知診断処理が終了すると、図９に示す気水分離器性能診断処理が実行される。この気水分離器性能診断処理では、シリカ濃度及び塩素イオン濃度が管理上限値を超えていない状態では、正常と判断されて、「セパレータは有効に機能している。水分除去率は９９．９９％」のガイダンス表示情報が情報表示部４１に表示される。
しかしながら、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値を超えると、セパレータの水分除去率ηＷを算出する。この算出した水分除去率ηＷが基準値ηＷｓ以下となったときには、水スプレー装置１０１が存在する場合には、「セパレータ単独で改善の可能性がある。セパレータ水位を確認後、水スプレー実施を推奨。水分除去率９９．○○％」のガイダンス表示情報が情報表示部４１に表示される。このため、オペレータが水スプレー装置１０１の注水量を設定して注水することにより、セパレータでの水分除去率ηＷを回復させることができる。
ところが、過去に設置された古い装置では水スプレー装置を備えていない例もあり、その場合には、セパレータの水分除去率ηＷを単独で改善不可能であるので、その旨及び水分除去率ηＷを表すガイダンス表示情報を情報表示部４１に表示する。
さらに、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値を超えたときに、水分除去率ηＷが基準値ηＷｓ以上であるときには、セパレータ自体は正常であるので、セパレータは有効に機能している旨のガイダンス表示情報を情報表示部４１に表示する。この場合には、蒸気タービンへの異物の付着等の他の要因による異常と判断することができる。
本実施形態では、気水分離器性能診断処理の次にステップＳ５に移行して図１０に示す気水分離器注水評価処理を実行するので、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理上限値を超える状態となると、水スプレー装置１０１、１０３及び１０７を作動させ蒸気をスプレー水で洗浄する。
このとき、水スプレー装置１０１は高圧セパレータ１０２の入口側に配置されているので、生産井ＰＷ１〜ＰＷｎからの蒸気をスプレー水で洗浄することにより、単位容積当りのミスト（微小水滴）の存在密度（個数）を増加させ、ミスト同士が接触合体（付着）する機会を増やし、蒸気中に浮遊する鉱物イオンを含むミストに更に水の粒を付着させ、粒径を大きくしてセパレータでの水分離効率を高める働きが期待できる。
水滴径（粒径）が大きくなると、分離効率が上昇する事は下記のストークスの遠心沈降速度の式から明らかである。
ｖc=(Dp2×Δρ×r×ω2)/(18×μ) …………（４）
ここで、ｖc：粒子の遠心沈降速度(m/s)、Δρ：粒子(水)と連続層(水蒸気)の密度差(kg/m3)、Dp：粒子の直径(m)、ω：回転角速度(rad/s)、μ：連続層(蒸気)の粘度(Pa・s)、ｒ：セパレータの半径(ｍ)である。
すなわち、粒子の遠心沈降速度は粒径の二乗に比例して増加する。遠心沈降速度が増加すればセパレータ内の滞留時間が同じならば確実に分離効率が上昇する。ここで、一般的な地熱発電に供する水蒸気は飽和蒸気であり、水分をスプレーしてもこの添加水分が蒸発して蒸気容量を増加させ、その結果セパレータ内の滞留時間を減少させることはあり得ない。従って分離効率は確実に向上する。
また、セパレータ分離蒸気中の鉱物質の量を計算する式は下記である。
Fm＝Fs×ηfw×(1―ηsw/100)×Cmw …………（５）
ここで、Fm：セパレータ分離蒸気中の鉱物質の量(g/h)、Fs：蒸気流量(t/h)、Fw：熱水流量(t/h)、ηfw：セパレータ供給2相流の水分含有率（−)=Fw/(Fs+Fw)、ηsw：水分の除去率(％)、Cmw：熱水中の鉱物濃度(ppm)である。
このスプレー水による蒸気洗浄は非常に効果的である。セパレータ供給蒸気の２％程度の水スプレーを実施すると0.04%程度の水分分離効率を高め、結果として飛沫同伴される鉱物質も減少する事が実際の装置で確認されている。
例えば、100t/h,熱水含有率5％で熱水中の鉱物質2000wppm(g/t)の生産井蒸気をセパレータに供給し、そのときの熱水分離効率が99.92%であるとすると、セパレータ分離蒸気中に含まれる鉱物質は、
(100t/h)×(0.05)×(1-0.9992)×(2000g/t)=8g/h …………（６）
である。
そこで、この生産井蒸気にセパレータ手前で２％の水スプレーを実施し熱水分離効率が0.04%増の99.96%に上昇すると、セパレータ分離蒸気中の鉱物質は、
[(100t/h)×(0.05＋0.02)]×(1-0.9996)×[(2000g/t)×5/(5+2)]=4g/h ………（７）
と半減する。
この様にセパレータ分離蒸気中の飛沫同伴鉱物質が低減できる事は実績に基づく計算からも明らかである。
この気水分離器注水評価処理が完了すると、ステップＳ６に移行して図１１に示す蒸気タービンシリカ付着状態推定評価処理が実行される。この蒸気タービンシリカ付着状態推定評価処理では、蒸気タービン１０５に供給される高圧セパレータ１０２及び低圧セパレータ１０６からの蒸気が蒸気性状自動測定装置１１で自動的にしかも短い周期で測定され、分析データとして監視・制御装置１２に送られる。そして、監視・制御装置１２で分析データに各種運転データを付加して診断装置２１にネットワーク１５を介してオンライン送信するので、診断装置２１でシリカ濃度データを短い周期で収集することができ、このシリカ濃度データに基づいて蒸気タービン１０５に対するシリカ付着積算量を算出することができる。しかも、シリカ付着積算量と、蒸気タービンへのシリカ等のスケール付着の指標となるタービン入口圧力、タービン出口圧力、タービン車室圧力の時系列的な傾向とで蒸気タービン１０５へのシリカ付着程度を推定することができる。このとき、シリカ積算量の増加傾向の検知とタービン入口圧力、タービン出口圧力、タービン車室圧力の増加傾向の検知とを行なうことにより、変化率に基づいて蒸気タービンノズルへのシリカ付着状態をより精度良く推定することができる。
そして、蒸気タービンシリカ付着状態推定評価処理が完了すると、続いて生産井の脈動・合流条件評価処理が実行される。この脈動・合流条件評価処理では、シリカ濃度及び塩素イオン濃度の少なくとも一方が管理基準値を超えたときに、その要因が生産井の脈動に基づくものであるか、生産井の追加又は削減による合流条件の変化であるかを正確に把握することができる。
そして、最後にステップＳ８でガス抽出システム運転状況診断処理が実行される。このガス抽出システム運転状況診断処理では、非凝縮性ガス量Ｆｎｃｇ、非凝縮性ガスに飽和する蒸気量Ｆｅｊｔ及び冷却水から放出される空気量Ｆａｉｒが算出され、これらの総和である抽気ガス総量Ｆａｌｌが管理上限値を超えているか否かを判定する。管理上限値を超えていない場合にはエジェクター１２１での抽気圧力が設定値に達しているか否かでガス抽出システム１２０が正常であるか否かを判断する。一方、抽気ガス総量Ｆａｌｌが管理上限値を超えている場合には、非凝縮性ガス量Ｆｎｃｇ、空気量Ｆａｉｒ及び蒸気量Ｆｅｊｔの何れか又は複数の組み合わせが設計値を超えているかを判定し、設計値を超えている量に対して適切なガイダンス表示情報を情報表示部４１に表示し、オペレータに伝達することができる。
そして、エジェクター駆動蒸気量はガス抽出システムの構成や運転圧力によって変わり、一概には言えないが、ある例では２％程度の非凝縮性ガスを含む地熱蒸気の発電装置の場合タービンに供給する蒸気の４〜7％程度が消費されていた。この蒸気量を現状にあわせて最適化すればその蒸気節約分相当の発電量の増加が期待できる。
なお、上記実施形態においては、シリカ濃度と塩素イオン濃度との少なくとも一方が管理上限値を超えているか否かに基づいて各種処理を行なう場合について説明したが、これに限定されるものではなく、塩素イオン濃度に代えて酸導電率を適用することもできる。
また、蒸気性状評価部３１で評価する分析データとしては、上述した塩素イオン濃度及び酸導電率の一方と、シリカ濃度と、非凝縮性ガス濃度と、ｐＨとの全てを適用する場合に限らず、地熱発電設備１０の蒸気性状に合わせて、上記のうちの一部のデータ或いは他の新たな分析データを追加することができる。蒸気性状評価部での逸脱予知診断処理で主成分分析法を適用しているので、分析データ数は限定されず、より多くの分析データ数で正常モデルを作成することにより、何れかのデータで異常が発生する場合でもその異常を未然に予知することができる。
さらに、上記実施形態では、主成分分析法として２変数を例にとって説明したが、これに限定されるものではない。例えば第１の変数ｘ１をシリカ濃度、第２の変数ｘ２をｐＨ、第３の変数ｘ３を熱水流量比としたとき、これらの変数は図１４に示すように３次元で表現される。このときデータの分布が平面状でｚ１及びｚ２平面上に分布しているものとすると、新たな座標ｚ１及びｚ２を導入して主成分を抽出することにより、図１４に示すように、２次元の低次元で主成分を表現することができ、座標原点からの半径方向の距離がＴ2統計量となり、上下方向の距離がＱ統計量となる。円内で表れる正常モデルから逸脱量で異常の有無を判断することができる。
さらにまた、上記実施形態では、分析データが管理上限値を超えているか否かで異常判断を行なうようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、管理上限値より小さい運転推奨値を超えているか否かで異常判断を行なうようにしてもよい。
１０…地熱発電設備、１１…蒸気性状自動測定装置、１２…監視・制御装置、１５…ネットワーク、２０…運転サポートセンター、２１…診断装置、２２…中央演算装置、２３…データロガ、３１…蒸気性状評価部、３２…気水分離器評価部、３３…注水評価部、３４…シリカ付着量評価部、３５…生産井脈動・合流条件評価部、３６…ガス抽出システム評価部、４０…情報出力部、４１…情報表示部、４２…情報送信部、１０１，１０３，１０７…水スプレー装置、１０２…高圧セパレータ、１０４…スクラバー、１０５…蒸気タービン、１０６…低圧セパレータ、１０８…デミスター、１１０…還元井、１１１…復水器、１１３…冷水塔、１２０…ガス抽出システム、１２１…エジェクター、１２３…真空ポンプ、１２４…ポンプシール水分離器

Claims (9)

  1. 地熱発電設備の気水分離器から蒸気タービンに供給される蒸気の性状を測定する蒸気性状自動測定装置からの分析データと、前記地熱発電設備の運転データとをオンラインで受信し、これらの受信データに基づいて前記地熱発電設備の診断を行なう地熱発電設備のオンライン診断方法であって、
    前記分析データとして、少なくとも、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方と、シリカ濃度とを設定し、前記運転データとして、少なくとも前記気水分離器で分離された蒸気流量及び熱水流量を設定し、前記分析データ及び運転データをオンラインで収集し、収集した前記分析データ及び運転データと各データに対する管理上限値又は運転推奨値とに基づいて前記地熱発電設備の診断を行なうことを特徴とする地熱発電設備のオンライン診断方法。
  2. 地熱発電設備の気水分離器から蒸気タービンに供給される蒸気の性状を測定する蒸気性状自動測定装置からの分析データと、前記地熱発電設備の運転データとをオンラインで受信し、これらの受信データに基づいて前記地熱発電設備の診断を行なう地熱発電設備のオンライン診断方法であって、
    前記分析データとして、少なくとも、塩素イオン濃度及び酸導電率の一方と、シリカ濃度と、非凝縮性ガス濃度と、ｐＨとを設定し、前記運転データとして、少なくとも前記気水分離器で分離された蒸気流量及び熱水流量を設定し、前記分析データ及び前記運転データをデータ格納部に時系列的に蓄積記憶し、該データ格納部に蓄積記憶された塩素イオン濃度及び酸導電率の一方と前記シリカ濃度とが管理上限値又は運転推奨値に達していないと判断されている状態で、前記データ格納部に蓄積記憶されている前記分析データ及び前記運転データから多変量解析の方法である主成分分析法と統計量計算とに基づき前記分析データ及び前記運転データの管理上限値又は運転推奨値からの逸脱の予兆を検知することを特徴とする地熱発電設備のオンライン診断方法。
  3. 前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方とシリカ濃度とを監視して管理上限値又は運転推奨値に対するレベルに応じた警報を前記地熱発電設備に出力し、前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方とシリカ濃度との少なくとも一方が前記管理上限値又は運転推奨値を超えている場合、前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方、前記蒸気流量及び前記熱水流量に基づいて演算された前記気水分離器の水分除去率が基準値以下の場合に気水分離器の性能診断結果を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の地熱発電設備のオンライン診断方法。
  4. 前記運転データは、少なくとも前記蒸気流量、熱水流量及び前記気水分離器の水位であり、前記水分除去率が基準値以下で、かつ前記気水分離器の水位が水位上限値を超えていない場合、前記気水分離器から前記蒸気タービンに供給される蒸気に対して水スプレーを行なうスプレー装置に対してスプレー開始指示を出力することを特徴とする請求項３に記載の地熱発電設備のオンライン診断方法。
  5. 前記シリカ濃度と前記蒸気流量から、前記蒸気タービンへ流入したシリカ積算量を演算し、演算したシリカ積算量と、これに密接な関係のあるタービン入口圧力、タービン出口圧力、タービン車室圧力を対比させその時系列的な傾向とにより前記蒸気タービンへのシリカ付着状態を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の地熱発電設備のオンライン診断方法。
  6. 前記蒸気性状自動測定装置からの非凝縮性ガス濃度のデータと前記蒸気タービン後段の復水器の運転データから抽気すべきガス量を演算し、その傾向からガス抽出機の運転状況を診断することを特徴とする請求項１または２に記載の地熱発電設備のオンライン診断方法。
  7. 前記運転データとして、前記地熱発電設備の生産井から噴出する地熱蒸気の流量調整を行う二次流量調整弁の弁開度を設定し、前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方とシリカ濃度との少なくとも一方が前記管理上限値又は運転推奨値を超えているとき、連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えておらず、かつ前記二次流量調整弁の弁開度の変化があった場合には前記生産井の脈動ありの診断結果を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の地熱発電設備のオンライン診断方法。
  8. 前記運転データとして、前記地熱発電設備の生産井から噴出する地熱蒸気の流量調整を行う二次流量調整弁の弁開度を設定し、
    前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方とシリカ濃度との少なくとも一方が前記管理上限値又は運転推奨値を超えているとき、連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えておらず、かつ前記二次流量調整弁の弁開度の変化がなかった場合、および連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えている場合には前記生産井の追加または削減による合流条件の変化ありの診断結果を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の地熱発電設備のオンライン診断方法。
  9. 前記運転データとして、前記地熱発電設備の生産井から噴出する地熱蒸気の流量調整を行う二次流量調整弁の弁開度を設定し、
    前記塩素イオン濃度及び酸導電率の一方とシリカ濃度との少なくとも一方が前記管理上限値又は運転推奨値を超えているとき、連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えておらず、かつ前記二次流量調整弁の弁開度の変化があった場合には前記生産井の脈動ありの診断結果を出力し、連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えておらず、かつ前記二次流量調整弁の弁開度の変化がなかった場合、および連続的に前記管理上限値又は運転推奨値を超えている場合には前記生産井の追加または削減による合流条件の変化ありの診断結果を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の地熱発電設備のオンライン診断方法。
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