JP5202149B2 - 取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、発電所の復水器で利用する海水等の取排水の温度管理技術に係り、特に取排水温度差により発電機の出力を制限管理する取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法に関する。

発電所においてタービンで利用した蒸気は、復水器で復水に替える。この復水器を冷却する際に海水、河川水等を利用している。この冷却に利用する海水は取水口から取水し、循環ポンプで復水器に供給する。この海水は復水器で熱交換され、排水口から海域のような公共水域に排出している。このときの取水口から取水したときの温度と、排水口から排水したときの温度とでは温度差が生じ、これを取排水の温度差という。

このように発電プラントの運転に際しては、大量の海水を取水し、利用した後排水している。公共水域に放流される排水は、水温上昇により海生生物に悪影響を与えることがある。そこで、この排水については、海生生物の保護のためにその取排水温度差に制約がある。例えば、発電所では、取排水温度差が１日平均値で７℃以下、また瞬時値では１０℃以下になるように地方自治体と協定を結んでいる。

例えば、夏季では海水温度の上昇や海水中の藻類、貝類の繁殖の影響で復水器の冷却能力が低下する傾向がある。復水の飽和温度が上昇するため、その熱を奪った後の海水温度も上昇し、取排水温度差が上昇する。このため、最大負荷で運転すると協定値を守ることが厳しい状況にある。このとき、オペレータは環境監視装置の取排水温度差に基づき発電機の出力を調整していた。

従来の環境監視装置では、オペレータは現時点から０時にさかのぼった取排水温度差の累積平均は確認できる。またその時点の出力を継続した場合の２４時までの予測平均温度差も確認できる。しかし、環境監視装置は、協定値に収まる範囲内で発生できる発電機出力を演算する機能は無かった。そこで、取排水温度差と発電機出力の実績から協定値に収まるようにオペレータが出力調整を行っていた。オペレータの人的な判断に基づくため、その人的ミスにより協定値を超過するおそれがあった。そのために、オペレータに過度の操作負担を強いるという問題を有していた。

因みに温排水の排出量を低減でき、かつ発電プラントの電気出力を増大する技術は種々提案されている。例えば、特許文献１の特開２００１−１９４４８８公報「発電プラントの復水器冷却装置」に示すように、河川もしくは海洋に開口する取水口を有し、タービンから排出される蒸気が供給される復水器内に設けられた伝熱管に連絡された取水通路と、前記取水通路に設置され、前記取水口から取り入れられた冷却水を前記取水通路を通して前記伝熱管に供給するポンプと、前記伝熱管に連絡されて、河川もしくは海洋に開口する排水通路と、前記排水通路に連絡されて、前記取水口と前記ポンプとの間で前記取水通路に連絡される戻り通路と、前記戻り通路に設けられた冷却装置とを備えた発電プラントの復水器冷却装置が提案されている。
特開２００１−１９４４８８公報

一方、取排水の温度差が協定値を超過しないように、発電機の出力の設定値を低めにする傾向がある。しかし、これでは発電機の出力を最大限に利用できないという問題を有していた。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、取排水温度差と発電機出力の相関関係に着目し、取排水温度差から出力を演算することで、人的ミスによる協定値の超過を防止し、オペレータの負担を軽減し、協定値で運転できる最大の発電機出力を出せるように発電機の出力を円滑かつ容易に管理することができる取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法を提供することにある。

本発明は、発電プラントを運転する際に、復水器に供給するために取水した海水と、熱交換した後に排水する海水との取排水温度差を１日平均値で７℃以下とする協定値を遵守するために発電機（１）の出力を制限するための、取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法であって、前記発電プラントの取排水温度差に関するデータと、前記発電機（１）の出力に関するデータを常時採取し、前記発電プラントにおける各計測時の取排水温度差、現時点から０時にさかのぼった取排水温度差の累積平均である累積平均取排水温度差及び発電機の出力に関する種々のデータを記憶し、各計測時の取排水温度差と前記発電機（１）の出力の変化に従い、記憶された前記データに基づいて前記取排水温度差の協定値を遵守できる発電機（１）の設定出力について、現時点の取排水温度差が７℃以下であって、その計測時の温度差が以前の計測時より低くなる傾向のときは、前記発電機（１）の出力を現状より高い設定にし、低くなる傾向でないときは現状維持にし、逆に、現時点の取排水温度差が７℃以上であって、その計測時の温度差が以前の計測時より高くなる傾向のときは、前記発電機（１）の出力を現状より低い設定にし、高くなる傾向でないときは現状維持にすると、それぞれについて判定し、その設定出力に切り替える、ことを特徴とする。

例えば、前記取排水温度差の協定値を遵守できる発電機（１）の設定出力について判定する際に、さらに、記憶された前記データから導き出される各計測時における取排水温度差と前記発電機（１）の出力との相関関係に基づいて、前記累積平均取排水温度差を用いて、下記の数式（数１）により計算した取排水温度差から現時点以降の前記発電機（１）の出力を演算する。

（数１）
協定値を遵守するための取排水温度差（℃）
＝{取排水温度差の一日平均値についての協定値の上限（７℃）×１日（１４４０分）−０時から現時点までの経過時間（分）×現時点での累積平均取排水温度差（℃）}／現時点から２４時までの時間（分）

前記取排水温度差の協定値を遵守できる発電機（１）の設定出力について判定する際に、前記発電機（１）を運転しているときは、過去３日以内に採取した取排水温度差と発電機（１）の出力との相関関係に基づいて演算する。
また、前記取排水温度差の協定値を遵守できる発電機（１）の設定出力について判定する際に、前記発電機（１）を停止していたときは、その発電機（１）を最後に運転していた日に採取した取排水温度差と発電機（１）の出力との相関関係に基づいて演算する。

上記構成の発明では、発電プラントにおける海水等の取水温度と排水温度とを採取し、その取排水温度差、累積平均取排水温度差及び発電機（１）の出力に関するデータに基づき、その取排水温度差の変化に応じて、その発電機（１）の最適な出力について判定し、その発電機（１）の出力を自動的に設定する。そこで、発電機（１）の出力を的確に設定をすることができ、協定値で運転できる最大の発電機出力で運転することができる。

また、発電機（１）出力設定器の上限コントロールを制御し、この発電機（１）出力以上に設定されないよう制限することで協定値を遵守することができる。そこで、オペレータによる人的ミスによる協定値の超過を防止し、オペレータの負担を軽減することができる。

本発明の取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法は、発電プラントを運転する際に、復水器に供給するために取水した海水と、熱交換した後に排水する海水との取排水温度差が１日平均値では７℃以下、瞬時値では１０℃以下になるように発電機の出力の制限を管理する方法である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法を示す系統図である。
本発明の発電機の出力制限の管理方法を実施する発電プラントは、基本的に発電機１とこれを回転させるタービン２とから成る。このタービン２において利用した蒸気は復水器（図示していない。）で復水に変える。この復水器を冷却する際に、海水を取水口から取水し、循環ポンプで復水器に供給し、熱交換され温度上昇した海水は排水口から海域のような公共水域に排出している。この取水口から取水したときの温度と、排水口から排水したときの温度とは、環境監視装置３で監視している。なお、海水に限定されず、河川水、湖水等を利用することもできる。

本発明の発電機の出力制限の管理方法では、この環境監視装置３と、プラントデータ管理システム４とプラント自動制御装置（ＡＰＣ）５を用いることにより、取排水温度差の変化に応じて、発電機１の最適な出力について判定し、その発電機１の出力を自動的に設定する。この環境監視装置３では、この取排水の温度差について、現時点の取排水温度差、平均取排水温度差及び現時点から０時にさかのぼった取排水温度差の累積平均である累積平均取排水温度差に関する種々のデータを採取する。プラントデータ管理システム４では主に取排水温度差と発電機出力の相関関係から発電機１の最適な出力を演算する。例えば代表ポイント間をリニアカーブで結ぶモジュールを作成する。プラント自動制御装置（ＡＰＣ）５では、採取した温度差と発電機１の出力の変化に従い、プラントデータ管理システム４に記憶されたデータに基づいて、上述した取排水温度差の協定値を遵守できる発電機１の設定出力について判定する。この取排水温度差の状況に応じて、発電機１の出力を現状より高い設定、又は低い設定あるいは現状維持にすると判定し、その設定出力に切り替える。

図２は本発明の発電機の出力制限の管理方法を実施するプラントデータ管理システムのブロック図である。
本発明の発電機の出力制限の管理方法を実施するためのプラントデータ管理システム４は、演算処理装置１１、データベース１２、入力装置１３、入力処理部１４、判定処理部１５、出力処理部１６とから構成されたものである。データベース１２は、取水口から取水したときの海水の温度(水温)に関する取水温度データ１７、排水口から排水したときの温度(水温)に関する排水温度データ１８、その取水温度と排水温度との差に関する取排水温度差データ１９及び発電機１の設定出力に関する発電機出力データ２０等のデータとから成る。

演算処理装置１１は、入力装置１３から入力された環境監視装置３に採取した種々のデータ、手入力したその他の条件等に基づき各種の演算処理を実行するものであり、入力処理を行う入力処理部１４、取水温度データ１７、排水温度データ１８、取排水温度差データ１９及び発電機出力データ２０に基づいて判定する判定処理部１５、その判定の結果、最適な発電機１の設定出力について、上述したプラント自動制御装置（ＡＰＣ）５に出力し、発電機１の出力設定を切り替えるための制御処理を行う出力処理部１６を備える。

図３は本発明の発電機の出力の制限を管理する方法のフローチャートである。
本発明の発電機の出力制限の管理方法による処理の一例を説明する。
この採取した温度差と発電機１の出力の変化に伴い、データベース１２に記憶されたデータに基づいて取排水温度差の協定値を遵守できる発電機１の設定出力について、取排水温度差が７℃以下であって、その計測時の温度差が以前の計測時より低くなる傾向にあると判定したときは、発電機１の出力を現状より高い設定に切り替える。これは、冬季のように海水温度が下降し、復水器の冷却能力に影響がないときは発電機１の出力を現状より高い設定に切り替える。
また、低くなる傾向にないと判定したときは、発電機１の出力は現状維持にし、設定を切り替えない。

逆に、夏季は海水温度の上昇や海水中の藻類、貝類の繁殖の影響で復水器の冷却能力が低下し、復水の飽和温度が上昇するため、その熱を奪った後の海水温度も上昇し、取排水温度差が上昇する。そこで、取排水温度差が７℃以上であって、その計測時の温度差が以前の計測時より高くなる傾向にあると判定したときは、発電機１の出力を現状より低い設定に切り替える。
また、高くなる傾向にないと判定したときは、発電機１の出力は現状維持にし、設定を切り替えない。

但し、取排水温度差は発電機１の出力以外に取水温度と藻類・貝類の付着による冷却器の伝熱面積の滅少にも影響を受けるため、その不確定要素を極力排除する必要がある。そこで累積平均取排水温度差は環境監視装置３からリアルタイムで伝送させ、次のような演算を行い、この取排水温度差から可能な範囲の発電機１の設定出力について判定する。このときの取排水温度差は、下記（数１）の数式により計算する。

（数１）
協定値を遵守するための取排水温度差（℃）
＝{取排水温度差の一日平均値についての協定値の上限（７℃）×１日（１４４０分）−０時から現時点までの経過時間（分）×現時間点での累積平均取排水温度差（℃）}／現時点から２４時までの時間（分）

前記数式により計算するときは、次のようなデータを用いる。取排水温度差の協定値を遵守できる発電機１の設定出力について判定する際に、発電機１を運転しているときは、前日、２日、３日以内に採取した取排水温度差と発電機１の出力に関するデータを使用する。

また、発電機１を停止していたときは、その発電機１を運転していた末日運転していたときに採取した取排水温度差、発電機１の出力に関するデータを使用する。

なお、本発明は、取排水温度差と発電機１の出力の相関関係に着目し、取排水温度差から出力を演算することで、人的ミスによる協定値の超過を防止し、オペレータの負担を軽減し、協定値で運転できる最大の発電機１の出力を出せるように発電機の出力を円滑かつ容易に管理することができれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明の取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法は、発電所以外にも海水、河川水を取水し、それを熱交換に利用するプラント設備における温度管理にも利用することができる。

本発明の取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法を示す系統図である。 本発明の発電機の出力制限の管理方法を実施するプラントデータ管理システムのブロック図である。 本発明の発電機の出力の制限を管理する方法のフローチャートである。

１ 発電機
２ タービン
３ 環境監視装置
４ プラントデータ管理システム
５ プラント自動制御装置（ＡＰＣ）
１１ 演算処理装置
１２ データベース
１３ 入力装置
１４ 入力処理部
１５ 判定処理部
１６ 出力処理部
１７ 取水温度データ
１８ 排水温度データ
１９ 取排水温度差データ
２０ 発電機出力データ

Claims (4)

1. 発電プラントを運転する際に、復水器に供給するために取水した海水と、熱交換した後に排水する海水との取排水温度差を１日平均値で７℃以下とする協定値を遵守するために発電機（１）の出力を制限するための、取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法であって、
   前記発電プラントの取排水温度差に関するデータと、前記発電機（１）の出力に関するデータを常時採取し、
   前記発電プラントにおける各計測時の取排水温度差、現時点から０時にさかのぼった取排水温度差の累積平均である累積平均取排水温度差及び発電機の出力に関する種々のデータを記憶し、
   各計測時の取排水温度差と前記発電機（１）の出力の変化に従い、記憶された前記データに基づいて前記取排水温度差の協定値を遵守できる発電機（１）の設定出力について、
   現時点の取排水温度差が７℃以下であって、その計測時の温度差が以前の計測時より低くなる傾向のときは、前記発電機（１）の出力を現状より高い設定にし、低くなる傾向でないときは現状維持にし、
   逆に、現時点の取排水温度差が７℃以上であって、その計測時の温度差が以前の計測時より高くなる傾向のときは、前記発電機（１）の出力を現状より低い設定にし、高くなる傾向でないときは現状維持にすると、それぞれについて判定し、その設定出力に切り替える、ことを特徴とする取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法。
2. 前記取排水温度差の協定値を遵守できる発電機（１）の設定出力について判定する際に、さらに、記憶された前記データから導き出される各計測時における取排水温度差と前記発電機（１）の出力との相関関係に基づいて、
   前記累積平均取排水温度差を用いて、下記の数式（数１）により計算した取排水温度差から現時点以降の前記発電機（１）の出力を演算する、ことを特徴とする請求項１の取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法。
   （数１）
   協定値を遵守するための取排水温度差（℃）
   ＝{取排水温度差の一日平均値についての協定値の上限（７℃）×１日（１４４０分）−０時から現時点までの経過時間（分）×現時点での累積平均取排水温度差（℃）}／現時点から２４時までの時間（分）
3. 前記取排水温度差の協定値を遵守できる発電機（１）の設定出力について判定する際に、前記発電機（１）を運転しているときは、過去３日以内に採取した取排水温度差と発電機（１）の出力との相関関係に基づいて演算する、ことを特徴とする請求項２の取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法。
4. 前記取排水温度差の協定値を遵守できる発電機（１）の設定出力について判定する際に、前記発電機（１）を停止していたときは、その発電機（１）を最後に運転していた日に採取した取排水温度差と発電機（１）の出力との相関関係に基づいて演算する、ことを特徴とする請求項２の取排水の温度差による発電機の出力制限の管理方法。

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