JP5400969B2 - ガスタービンシステム、ガスタービンシステムの制御装置及びガスタービンシステムの制御方法 - Google Patents
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Description
なお、ガスタービンシステムでは、夏場等大気温度が上昇する条件では圧縮機における空気の吸気量が減少し、それにともなってガスタービンの出力も低下することが知られている。大気温度の上昇にともなうガスタービンシステムの出力低下を抑制する手段の一つとして、例えば、特許文献2,3に記載の技術がある。特許文献2,3に記載の技術は、具体的には、再生サイクルの一種であるHAT(Humid Air Turbine)サイクルのガスタービンシステムであり、当該サイクル内における再生サイクル内の圧縮機出口の後置冷却器、圧縮機出口の圧縮空気を加湿する加湿器、加湿器へ供給する水を加熱する熱交換器等を含んで構成されている。そして、後置冷却器や熱交換器等で生成された高圧温水を、圧縮機入口に設置した噴霧装置にて減圧沸騰を利用して噴霧する技術が記載されている。
圧縮機内部では、エロージョンを生じさせるような大きさの液滴を形成させず、速やかに噴霧水を気化させることが、吸気の温度低下、圧縮機の健全性の観点から望ましい。つまり、常温水を圧縮機の吸気内に噴霧する場合は、気化潜熱による吸熱作用で噴霧された常温水の液滴が氷点下となり、圧縮機の入口部で氷結し易い上に、噴霧後の液滴の粒径が小さくなりにくく、圧縮機内部での速やかな気化が望めない状態が生じ得る。
しかし、高圧温水の生成に化石燃料を用いると、二酸化炭素が増加することになる。
このような構成により、集熱装置の規模、例えば、集光鏡の数を大幅に低減し、集熱装置の設置に要する敷地面積を大幅に縮小化した太陽熱エネルギを利用したガスタービンシステムが提供できる。
集熱装置により得られる高圧温水の生成率を計測する高圧温水生成率取得手段と、少なくとも、高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率に基づいて、太陽熱利用高圧温水噴霧系から高圧温水を噴霧する高圧温水噴霧モードと常温水噴霧系から常温水を噴霧する常温水噴霧モードとの切替決定する噴霧制御モード決定手段と、を有することを特徴とする。
ガスタービンシステムは、その運転を制御する制御装置を備え、制御装置は、集熱装置により生成される高圧温水の生成率を計測する高圧温水生成率取得手段と、高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率に基づいて、太陽熱利用高圧温水供給配管からの高圧温水を噴霧装置に供給する高圧温水噴霧モードと、常温水供給系からの常温水を噴霧装置に供給する常温水噴霧モードとの切替決定する噴霧制御モード決定手段と、を有し、
噴霧制御モード決定手段は、高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率に基づいて、圧縮機の吸気内に所要の噴霧率で噴霧可能な高圧温水を集熱装置で生成することが可能な時間を予測演算し、予測演算された時間が予め設定された閾値時間以上のときには、高圧温水噴霧モードとする決定をし、予め設定された閾値時間より短いときには、常温水噴霧モードとする決定をすることを特徴とする。
噴霧装置は、その噴霧ノズルから吸気室内に高圧温水又は常温水を噴霧する噴霧母管を吸気室内の吸気の方向に複数段有するとともに、制御装置により制御されて噴霧母管に高圧温水又は常温水切り替えて供給する切替手段を有し、
制御装置は、太陽熱利用高圧温水供給配管、貯留高圧温水供給配管及び常温水供給配管のそれぞれの流量を制御して高圧温水及び常温水の供給量を制御するとともに、高圧温水及び常温水のそれぞれの供給量に応じて切替手段を制御して、噴霧母管の各段の噴霧母管に供給する高圧温水及び常温水の切り替え設定を行うことを特徴とする。
高温水噴霧段数設定手段は、少なくとも、高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率、及び高圧温水貯留量取得手段により取得された高圧温水の貯留量に基づいて、高圧温水を予め設定された時間にわたって噴霧可能な噴霧母管の段数を演算して、高圧温水を噴霧させる前記噴霧母管を決定し、供給量設定手段は、演算された噴霧母管の段数に応じて、噴霧装置に供給する高圧温水の供給量と常温水の供給量とを設定することを特徴とする。
高圧温水噴霧段数設定手段は、気象情報取得手段により取得された気象情報と、高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率から今後の高圧温水生成率を推定演算し、推定演算された高圧温水生成率と、高圧温水貯留量取得手段により取得された高圧温水の貯留量とに基づいて、高圧温水を予め設定された時間にわたって噴霧可能な噴霧母管の段数を演算して、高圧温水を噴霧させる噴霧母管を決定し、供給量設定手段は、演算された噴霧母管の段数に応じて、噴霧装置に供給する高圧温水の供給量と常温水の供給量とを設定することを特徴とする。
図1から図8を参照し、本発明の第1の実施形態に係るガスタービンシステム500Aを説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るガスタービンシステムの構成図である。
図1に示すように本実施形態のガスタービンシステム500Aは、主に、ガスタービン装置100A、太陽熱を集熱して高圧温水を生成する集熱装置200、集熱装置200で生成された高圧温水を吸気5に噴霧するとともに、必要に応じて常温水を吸気5に噴霧する噴霧装置300A、集熱装置200で生成された高圧温水を保温貯留する蓄熱槽40、制御装置400A、気象情報受信装置(気象情報取得手段)410、給電指令受信装置411を含んで構成される。
ガスタービン装置100Aにおいて、圧縮機1の上流側には、例えば、断面が矩形の吸気ダクト6が設けられている。吸気ダクト6の入口側には、例えば、ルーバー6aが設けられ、更に塵埃の除去のためのフィルタ6bが配置されている。吸気ダクト6には、更に、フィルタ6bの下流側(圧縮機1側)に、吸気5に常温水を噴霧する噴霧ノズル32Bを、例えば、格子状に配置し、各噴霧ノズル32Bに常温水を供給する噴霧母管31Bと、噴霧ノズル32Bよりも下流側(圧縮機1側)に、吸気5に後記する高圧温水を噴霧する噴霧ノズル32Aを、例えば、格子状に配置し、各噴霧ノズル32Aに高圧温水を供給する噴霧母管31Aを配置し、これらで噴霧装置300Aを構成している。
図1の吸気ダクト6は、噴霧母管31A、噴霧ノズル32A並びに噴霧母管31B、噴霧ノズル32Bを表示するため、部分断面図で示してある。
吸気ダクト6にフィルタ6bや図示しないサイレンサが設置されている場合は、噴霧装置300Aは、フィルタ6bやサイレンサよりも吸気5の流れの下流側に設置することが望ましい。
大気条件の吸気5が吸気ダクト6を通して圧縮機1に吸引され、圧縮機1で加圧された後、圧縮空気7となって燃焼器3へ流入する。燃焼器3で圧縮空気7と流量調整弁61を介して供給された燃料8が混合されて燃焼し、高温の燃焼ガス9が発生する。燃焼ガス9はガスタービン2へ流入し、ガスタービン2を回転駆動する。また、ガスタービン2と軸を介し接続された発電機4は、ガスタービン2により回転駆動され、発電する。ガスタービン2を駆動した燃焼ガス9は、燃焼排ガス10としてガスタービン2より排出される。また、圧縮機1は、ガスタービン2の駆動軸11により回転駆動される。
次に、太陽熱エネルギを利用した集熱装置200と太陽熱利用高圧温水噴霧系の構成について説明する。
常温水を貯留する水タンク20内の水は、配管21Aを経てポンプ22Aに給水され、ポンプ22Aにて昇圧され、配管23A及び流量調整弁24A、配管25Aの順に送水されて集熱管27に圧送される。集熱管27には集光板26によって集光された太陽Sの太陽光が照射される。その集光板26によって集光され照射された太陽光の熱によって集熱管27内に供給された水は加熱され、高圧温水となる。集熱管27内の高圧温水は配管28、流量調整弁29、配管30Aの順に圧送され、前記した噴霧母管31Aに最終的に供給される。
図1では、集熱装置200として代表的に1つのユニットだけを表示してあるが、普通は複数のユニットがシリーズ又はパラレルに集熱管27が配管接続されるように設置され、そこで生成された高圧温水が配管28に合流するように構成されている。ディッシュ式集熱装置やタワー式集熱装置の場合は1つのユニットでも可能である。
蓄熱槽40には、配管46を経由して蓄熱槽40から貯留された高圧温水を吸水するポンプ42が接続される。そして、そのポンプ42の吐出側に配管47が、流量調整弁43を介在させて接続され、配管30Aに蓄熱槽40に貯留された高圧温水を合流させる配管構成となっている。
配管21A、ポンプ22A、配管23A,流量調整弁24A、配管25A、集熱管27、配管28、流量調整弁29、配管30Aは、請求の範囲に記載の「太陽熱利用高圧温水供給配管」を構成している。
また、ポンプ42、流量調整弁43、配管46,47は、請求の範囲に記載の「蓄熱槽高圧温水供給系」を構成している。配管45、流量調整弁41、蓄熱槽40、配管46、ポンプ42、配管47、流量調整弁43は、請求の範囲に記載の「貯留高圧温水供給配管」を構成している。
また、水タンク20内の水は、配管21Bを経てポンプ22Bに給水され、ポンプ22Bにて昇圧され、配管23B、流量調整弁24B、配管30Bの順に送水されて、前記した噴霧母管31Bに最終的に供給される。
ここで、水タンク20、配管21B、23B、ポンプ22B、配管30B、流量調整弁24B、噴霧母管31B,噴霧ノズル32Bが、請求の範囲に記載の「常温水噴霧系」を構成している。
ガスタービンシステム500Aには様々な計測センサが備え付けられており、流体の温度、圧力、流量や、発電機4での発電量を計測し、制御装置400Aに計測した信号を送り、前記したポンプ22A,22B,42の駆動を制御したり、流量調整弁19,24A,24B,29,43,61の開度を調整したりしている。そのために、図1中には、代表的な計測センサを例示してある。
集熱装置200の代表的な集熱管27の配管28に接続する出口側には、太陽熱エネルギで加熱された温水の温度を計測する温度センサ141Aと温水の圧力を計測する圧力センサ141Bが設けられている。また、集熱装置200の近傍には、太陽Sの照射量を計測する光量センサ142が設けられ、集熱装置200における高圧温水の生成率を制御装置400Aの後記する集熱量演算部427で演算可能になっている。
蓄熱槽40には、水位センサ145A、温度センサ145B、圧力センサ145Cが設けられ、それぞれからの水位信号、温度信号及び圧力信号は制御装置400A送信される。
配管47の流量調整弁43の下流側には、温度センサ組み込みの流量センサ147Aと圧力センサ147Bが設けられ、流量センサ147Aは、計測した体積流量から温度による密度補正された質量流量信号を、又圧力センサ147Bは、計測した圧力信号を制御装置400A送信する。
図1では、温度センサ143A、気圧センサ143B、湿度センサ143Cは、吸気ダクト6の外側に設けられているが、実際には、ルーバー6aより下流側の太陽光や雨水の当たらない箇所に、また、当然、噴霧装置300Aよりも上流側に設置されている。
これらのセンサの内、特に、温度センサ143Aは、夏場などの気温が高い場合、圧縮機1の入口温度が大気条件のままであれば、空気密度が低下して圧縮機1の吸入空気流量が減少した分だけ、ガスタービン2出力の低下とともに外部に取り出せる出力が減少するので、大気温度の上昇によるガスタービン2の出力低下を補完するため、高圧温水又は常温水を噴霧装置300Aから吸気ダクト6内に噴霧することにより、蒸発潜熱の効果で圧縮機1の入口の空気温度を低下させる制御に用いられる。
また、ガスタービン装置100Aには、燃焼器3に供給される燃料8の圧力、温度、体積流量をそれぞれ計測する圧力センサ172A,温度センサ172B,流量センサ172Cが設けられ、圧力信号、温度信号、体積流量信号が制御装置400Aに送信される。これらの信号は、燃焼器3に供給される燃料の質量流量を流量調整弁61で制御する制御ロジックにおける流量調整弁61の開度フィードバック制御に用いられる。
ちなみに、図1では、燃料供給系のポンプやタンクは省略されている。
ガスタービン2の排気側には、例えば、燃焼排ガスの温度や、ガスタービン2の背圧を計測する温度センサ174A、圧力センサ174Bが設けられ、温度信号及び圧力信号を制御装置400Aに送信している。これらの信号は、例えば、ガスタービン装置100Aの動作監視や効率監視等に用いられる。実際には、ガスタービン装置100Aには、更に計測センサが設置されて、ガスタービン装置100Aの動作監視がされているが、本発明には関係ないので省略する。
次に、図2を参照しながら制御装置400Aの機能構成について説明する。図2は、第1の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
制御装置400Aは、制御装置本体400aとコンソール400bとで構成されている。制御装置400Aは、例えば、プロセスコンピュータであり、コンソール400bは、表示装置と入力装置で構成されている。表示装置は例えば、液晶表示装置であり、入力装置は、例えば、マウスとキーボードで構成されている。
制御装置本体400aは、例えば、入力インタフェース401A、入出力インタフェース401B、出力インタフェース401C、CPU402、図示省略のROM、RAM、ハードディスク記憶装置等を有しており、ハードディスク記憶装置に記憶された図示しないプログラムやデータを読み出してCPU402で実行することにより、後記する各機能構成を実現する。
また、気象情報受信装置410からの気象情報(以下では、「天気予報情報」とも称する)、特に、予測大気温度変化、予測日照量変化の情報が入力インタフェース401Aに入力される。
更に、給電命令受信装置411が受信する出力目標値MWDが入力インタフェース401Aに入力される。
ちなみに、気象情報受信装置410、給電命令受信装置411は、例えば、無線通信又はインターネット回線で、発信元と通信する。
ちなみに、目標出力設定部420は、コンソール400bからの入力指示により出力目標値MWDの設定を変更する機能も有している。そして、コンソール400bからの出力目標値MWDの増加指令を受信したときは、その要求指令があったことと、新たな出力目標値MWDを制御モード切替部421に出力する。
ちなみに、集熱装置200において太陽エネルギにより生成する高圧温水は、例えば、150〜200℃の範囲で生成するようにポンプ22Aの回転速度、流量調整弁24Aの開度を制御することを前提とし、噴霧装置300Aの噴霧母管31Aには、150〜200℃の高圧温水を供給することを考えている。そこで、制御の簡単化のため、ここでは、150℃の高圧温水の生成率に換算したものを高圧温水生成率GWHとする。
高圧温水供給可能時間推定部423は、集熱量演算部427からの高圧温水生成率GWHと、気象情報受信装置410からの天気予報情報と、蓄熱槽40の水位S0に基づいて、高圧温水の供給可能時間を推定する。天気予報情報の特に大気温度TAire(t)の変化に対して、高圧温水の要求される噴霧率QWHe(t)を推定演算し、天気予報情報の特に日照量の変化に対して高圧温水生成率GWHe(t)を推定演算し、次式(1)で示す関係が維持される時間が、予め設定された時間TSHを超えるか、又は、次式(2)が満たされるかをチェックする。そしてその結果を、制御モード決定部425に出力する。
GWHe(t)≧QWHe(t) ・・・・・・・・・・・・・・・(1)
この制御モードA、制御モードBの詳細については、図4の説明の中で後記する。
また、高圧温水制御部430は、常温水を噴霧装置300Aで噴霧するモード(制御モードB)においては、図4に示すような後記するサブモードB1で、ポンプ22Aの運転制御をするとともに、流量調整弁24A,41の開度制御を行う。
高圧温水使用制御部430Aには、制御モード決定部425からの高圧温水を噴霧するか否かの信号と、集熱量演算部427からの高圧温水生成率の信号が入力される。また図2では省略してあるが、目標出力設定部420からの出力目標値MWD、センサ141A,141B,142,143A,143B,143C,144A,144B,145A,145B,145C,147A,147Bからのセンサ値が入力インタフェース401Aを介して入力される。
このデータマップ430aは、パラメータとして大気温度TAir以外に、例えば、大気湿度、気圧、高圧温水温度TWHを用いる。このパラメータにおける大気湿度は、湿度センサ143C(図1参照)からの計測信号が用いられ、高圧温水温度TWHとしては、集熱装置200からの高圧温水が噴霧装置300A(図1参照)に供給されるときは、温度センサ141A(図1参照)の計測温度が用いられ、蓄熱槽40(図1参照)からの高圧温水が噴霧装置300Aに供給されるときは、温度センサ145B(図1参照)が用いられる。
このデータマップ430aから分かるように、大気温度TAirが高いほど高圧温水の噴霧率QWHが増加する。
図3(b)は、常温水使用時の出力目標値MWDに対する常圧温水の噴霧率を設定するデータマップの説明図である。横軸が出力目標値MWD(単位:MW)を示し、縦軸が常温水の噴霧率QWC(単位:kg/sec)を示す。
このデータマップ440aは、パラメータとして大気温度TAir以外に、例えば、大気湿度、気圧、常温水温度TWCを用いる。このパラメータにおける大気湿度は、湿度センサ143Cからの計測信号が用いられ、常温水温度TWCとしては、温度センサ152C(図1参照)が用いられる。
このデータマップ440aから分かるように、大気温度TAirが高いほど常温水の噴霧率QWCが増加する。
なお、燃料噴射制御部450による目標燃料噴射率の制御は、この制御方法に限定されることなく、出力目標値MWDと他の計測センサからのセンサ信号とに基づいて制御する方法であっても良い。
次に、図4を参照しながら制御モード決定部425(図2参照)で決定された高圧温水を使用する制御モードA(高圧温水噴霧モード)の中のサブモードA1,A2,A3と、制御モード決定部425で決定された常温水を使用する制御モードB(常温水噴霧モード)の中のサブモードB1,B2について説明する。図4は、高圧温水使用の制御モード及び常温水使用の制御モードそれぞれの場合の、太陽熱利用高圧温水噴霧系及び常温水噴霧系の流量調整弁とポンプの動作説明図である。
また、このサブモードA1では、ポンプ22B,42は停止され、流量調整弁24B,41,43は全閉される。
また、このサブモードA2では、ポンプ22B,42は停止され、流量調整弁24B,43は全閉される。
ちなみに、図1における流量調整弁24A,24B,29,41,43は、本サブモードA2での動作状態を示している。
また、このサブモードA3では、ポンプ22Bは停止され、流量調整弁24Bは全閉される。
この制御における常温水の噴霧制御に係るポンプ22B(図1参照)と流量調整弁24Bの開度制御は、常温水使用制御部440Aが行うが、蓄熱槽40に高圧温水を溜める制御は、高圧温水使用制御部430Aにより行われる。
更に、このサブモードB2では、ポンプ42は停止され、流量調整弁29,43は全閉される。
このサブモードB2では、ポンプ22A,42は停止され、流量調整弁24A,29,41,43は全閉される。
出力目標値MWDが閾値GPth以上の場合(Yes)は、ステップS03へ進み、そうでない場合(No)は、ステップS05へ進む。
ステップS03では、温度センサ143A(図1参照)の示す大気温度TAirが閾値TAirth以上か否かをチェックする(「大気温度TAir≧閾値TAirth?」)。大気温度TAirが閾値TAirth以上の場合(Yes)は、ステップS07へ進み、そうでない場合(No)は、ステップS04へ進む。
ステップS08では、気象情報受信装置410からの気象情報(天気予報情報)に基づき、今後の大気温度TAire(t)を所定の時間TSHにわたって推定演算する。具体的には、現在大気温度を計測している温度センサ143Aから入力されている大気温度TAirと、大気温度の予報値の現在値とを比較して、大気温度の予報値の推移に対する補正係数を算出し、大気温度の予報値(気象情報)の推移に、前記した補正係数を乗じて、今後の大気温度TAire(t)を推定演算できる。
ステップS08の後、結合子(A)に従って、図6のステップS09へ進む。
ちなみに、ここでは、制御を簡単化するため高圧温水の噴霧率QWHe(t)は、例えば、150℃に換算して演算される。
ステップS12では、蓄熱槽40に設けられた水位センサ145A、温度センサ145B,圧力センサ145Cからの水位信号、温度信号、圧力信号から、例えば、150℃に換算して、現在、蓄熱槽40(図1参照)に貯留されている高圧温水の量S0を取得する。ステップS13では前記した式(1)が満たされるか否かをチェックする。ステップS13でYesの場合は、ステップS14へ進み、Noの場合は、ステップS19へ進む。
ここで、前記した所定の時間TSHは、予めコンソール400b(図2参照)から運転員(オペレータ)により入力されて設定された時間であり、例えば、夏場の場合は、空調機の消費電力が増加して電力需要が増加する時間帯の長さ、3時間とか値であり、季節に応じて適宜設定できるようになっている。
具体的にこの制御は前記した図4のサブモードA1,A2,A3のいずれかのサブモードで制御される。
ステップS17では、燃料噴射制御部450が、燃料噴射量Gfの制御を行う。そして、ステップS18では、高圧温水使用制御部430Aは、タイマtが一定時間TSHを経過したか否かをチェックする。一定時間TSHを経過した場合(Yes)は、ステップS24へ進み、一定時間TSHを経過していない場合(Yes)は、ステップS16へ戻る。
ステップS20では、高圧温水使用制御部430Aは、タイマtをスタートする。ステップS21では、常温水使用制御部440Aは、データマップ440aを用いて、温度センサ143A、気圧センサ143B、湿度センサ143Cが計測する大気温度TAir、気圧、湿度や出力目標値MWD等に応じた常温水の噴霧制御を行う{「大気温度TAir等に応じた常温水の噴霧制御(QWCの制御)」}。また、このとき高圧温水使用制御部430Aは、状況に応じ高圧温水を生成させて、蓄熱槽40に溜める制御、又は高圧温水を生成させない制御を行う。
具体的にこの制御は前記した図4のサブモードB1、B2のいずれかのサブモードで制御される。
本フローチャートが終了したタイミングで、開とされていた流量調整弁24B,29,43は閉とし、運転されていたポンプ22B,42は停止され、噴霧母管31A又は噴霧母管31Bに流体を供給しなくなる。
フローチャートのステップS12は、請求の範囲に記載の「高圧温水貯留量取得手段」に対応する。
次に、図8を参照しながら図2のプラント監視部428がコンソール400bの表示装置に表示するプラント監視画面801と太陽熱利用状況表示画面803について説明する。図8は、ガスタービンシステムのコンソールの表示装置に表示される画面の説明図であり、(a)は、監視画面例の説明図、(b)は太陽熱利用状況表示画面例の説明図である。
図8(a)に示すように、プラント監視画面801には、図1で示したガスタービンシステム500Aの概要系統図が表示される。概要系統図には、図1と同じ符号を付して示し、図1の説明と重複する説明を省略する。
なお、図8(a)に記載した項目以外にも、各配管30A,30B,47や集熱管27(図1参照)、蓄熱槽40における流体の温度や圧力等をプラント監視画面801に必要に応じて表示することもできる。
ここでは、1例として、これらのパラメータは、体積×エンタルピの結果を150℃の温水のエンタルピと密度で補正して、150℃の高圧温水状態で統一表示するようにしてある。
このように本実施形態における制御装置400Aでは、高圧温水を供給可能な時間や太陽熱の利用状況等のプラント運転状態を画面に表示することで、オペレータによるプラント監視を支援し、監視労力を低減する効果も得られる。
特に、中近東等の国等の砂塵が飛散しやすい環境にガスタービンシステム500Aが設置された場合、必要に応じて集熱装置200の掃除を必要とし、そのようなメンテナンスの時間にも、圧縮機1の吸気を冷却してガスタービンシステム500Aの出力低下を抑制できる。
ちなみに、このような蓄熱槽高圧温水供給系を有しない場合は、図4における制御モードA,Bにおけるサブモードは、A1,B2のみとなる。
次に、図9から図13を参照しながら本発明の第2の実施形態に係るガスタービンシステム500Bについて説明する。第1の実施形態と異なる点は、ガスタービン装置100Aがガスタービン装置100Bに代わる点と、制御装置400Aが制御装置400Bに代わる点である。
特に、ガスタービン装置100Bでは、吸気ダクト6内に高圧温水又は常温水を噴霧する噴霧装置300Bに代わる点が特徴であり、他は、ガスタービン装置100Aと同じ構成である。
第1の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、第1の実施形態と重複する説明は省略する。
これは、上流段の噴霧母管31の噴霧ノズル32から噴霧された常温水の液滴が下流段の噴霧ノズル32にかかって、大きな液滴となって圧縮機1に吸引されるとエロージョンの原因となりやすいからである。
図9では省略してあるが、開閉弁71_1,71_2,71_3,・・・,71_n,73_1,73_2,73_3,・・・,73_nには、それぞれの弁のオン、オフ状態を検出する弁オン・オフ検出センサが設けられ、制御装置400Bに入力されている。
次に、図10を参照しながら制御装置400Bの機能構成について説明する。図10は、第2の実施形態に係るガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
第1の実施形態における制御装置400Aと同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態における制御装置400Bでは、集熱装置200での高圧温水の生成率や蓄熱槽40に貯留されている高圧温水量が、要求される高圧温水を噴霧して継続する所定の時間TSHに対して不足している場合は、一定量の高圧温水を噴霧装置300Bから吸気ダクト6内に噴霧させ、不足分は常温水を噴霧させる制御をする点が第1の実施形態における制御装置400Aと異なる点である。
制御装置本体400aは、例えば、入力インタフェース401A、入出力インタフェース401B、出力インタフェース401C、CPU402、図示省略のROM、RAM、ハードディスク記憶装置等を有しており、ハードディスク記憶装置に記憶された図示しないプログラムやデータを読み出してCPU402で実行することにより、後記する各機能構成を実現する。
そして、高圧温水使用噴霧母管数決定部426は、高圧温水供給可能時間推定部424から入力された高圧温水の供給可能時間TSHXが所定の時間TSHに達しない場合は、要求される高圧温水の噴霧率のうちの一部分だけの高圧温水を噴霧装置300Bから噴霧させて、所定の時間TSH持続させることが可能な噴霧母管31の段数pを設定し、高圧温水使用制御部430B、常温水使用部440Bに入力する。
ここで噴霧率FAは、噴霧母管31の噴霧ノズル32の噴霧孔の形状、噴霧ノズル32の数により予め定まる値(単位:kg/sec)であり、高圧温水の噴霧されたときに減圧沸騰により液滴が気化するか又は十分小さくなるように予め設定して定められている。
ここで噴霧率FBは、噴霧母管31の噴霧ノズル32の噴霧孔の形状、噴霧ノズル32の数により予め定まる値(単位:kg/sec)であり、常温水の噴霧されたときの液滴が大きすぎないように、又、氷結しない値として予め設定して定められている。
以下に、本実施形態における高圧温水供給可能時間推定部424、高圧温水使用噴霧母管数決定部426、集熱量演算部427、高圧温水使用制御部430B、常温水使用制御部440Bの詳細な機能を図11から図13のフローチャートを用いて説明する。図11から図13は、第2の実施形態における高圧温水使用の制御モードの制御の流れを示すフローチャートである。
ただし、「高圧温水供給可能時間推定部423」は、「高圧温水供給可能時間推定部424」に読み直し、ステップS03,S04,S05においてYesの場合は、ステップS31へ進む。
ちなみに、ここでは、制御を簡単化するため高圧温水生成率GWHe(t)は、例えば、150℃に換算して演算される。
ちなみに、ここでは、制御を簡単化するため高圧温水の噴霧率QWHe(t)は、例えば、150℃に換算して演算される。
ステップS36では、蓄熱槽40に設けられた水位センサ145A(図1参照)、温度センサ145B(図1参照)、圧力センサ145C(図1参照)からの水位信号、温度信号、圧力信号から、例えば、150℃に換算して、現在、蓄熱槽40(図1参照)に貯留されている高圧温水の量St0を取得する。
ステップS40では、高圧温水使用噴霧母管数決定部426が、圧縮機1側から数えてp段の噴霧母管31は、高圧温水を使用し、残りの(n−p)段の噴霧母管31は、常温水を使用可能に設定する。そして、高圧温水使用噴霧母管数決定部426は、噴霧母管31の段数pを高圧温水使用制御部430Bに入力するとともに、噴霧母管31の段数(n−p)を常温水使用制御部440Bに入力する。
ステップS40の後、結合子(D)に従って、図13のステップS47へ進む。
ステップS42では、高圧温水使用制御部430Bは、データマップ430aを用いて、温度センサ143A、気圧センサ143B、湿度センサ143Cが計測する大気温度TAir、気圧、湿度や、出力目標値MWD等に応じた高圧温水の噴霧率QWHを演算して設定する(「現在の大気温度TAir等に応じた高圧温水の噴霧率QWCを設定)」)。ステップS43では、噴霧母管31の1段当たりの噴霧率FAに基づき、噴霧母管段数pを設定し、QWH=FA・pに再設定する。
ステップS44では、噴霧率QWHの制御を行う。具体的にこの制御は前記した図4のサブモードA1,A2,A3のいずれかのサブモードで制御される。
ステップS45では、燃料噴射制御部450が、燃料噴射量Gfの制御を行う。ステップS46では、一定時間Δt、ステップS44,S45の制御が保持される。Δtは、例えば、10〜30分程度の時間である。ステップS46の後、ステップS57へ進む。
t0が所定時間TSH以上になった場合(Yes)は、高圧温水又は常温水の噴霧の制御を終了し、そうでない場合(No)は、結合子(E)に従って、図11のステップS33に戻り、高圧温水又は常温水の噴霧の制御を続ける。
2 ガスタービン
3 燃焼器
4 発電機
6 吸気ダクト
21A 配管
21B 配管
22A ポンプ
22B ポンプ
23A 配管
23B 配管
24A 流量調整弁
24B 流量調整弁
25A 配管
26 集光板
27 集熱管
28 配管
29 流量調整弁
30A 配管
30B 配管
31(31_1,31_2,31_3,・・・31_n),31A,31B 噴霧母管
32(31_1,31_2,31_3,・・・31_n),32A,32B 噴霧ノズル
40 蓄熱槽
41 流量調整弁
42 ポンプ
43 流量調整弁
45 配管
46 配管
47 配管
71_1,71_2,71_3,・・・,71_n 開閉弁(切替手段)
73_1,73_2,73_3,・・・,73_n 開閉弁(切替手段)
100A,100B ガスタービン装置
141A 温度センサ
142 光量センサ
143A 温度センサ
200 集熱装置
300A,300B 噴霧装置
400A,400B 制御装置
400a 制御装置本体
410 気象情報受信装置
411 給電命令受信装置
420 目標出力設定部
421 制御モード切替部
423 高圧温水供給可能時間推定部
424 高圧温水供給可能時間推定部
425 制御モード決定部
426 高圧温水使用噴霧母管数決定部
427 集熱量演算部
428 プラント監視部
430 高圧温水制御部
430A 高圧温水使用制御部
430B 高圧温水使用制御部(供給量設定手段)
430a データマップ
440A 常温水使用制御部
440B 常温水使用制御部(供給量設定手段)
440a データマップ
500A,500B ガスタービンシステム
Claims (11)
- 吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、
該圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、
該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、
太陽熱エネルギを利用した集熱装置により高圧温水を生成し、前記圧縮機に吸気される前記空気中に前記高圧温水を噴霧ノズルから噴霧する太陽熱利用高圧温水噴霧系と、
前記圧縮機に吸気される前記空気中に常温水を噴霧ノズルから噴霧する常温水噴霧系と、を備えるガスタービンシステムにおける該ガスタービンシステムの運転を制御する制御装置であって、
前記集熱装置により得られる高圧温水の生成率を計測する高圧温水生成率取得手段と、
少なくとも、前記高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率に基づいて、前記太陽熱利用高圧温水噴霧系から高圧温水を噴霧する高圧温水噴霧モードと前記常温水噴霧系から常温水を噴霧する常温水噴霧モードとの切替決定する噴霧制御モード決定手段と、を有することを特徴とするガスタービンシステムにおける制御装置。 - 前記ガスタービンシステムの前記太陽熱利用高圧温水噴霧系は、
前記集熱装置で生成された高圧温水を保温して貯留する蓄熱槽と、
該蓄熱槽に貯留された前記高圧温水を前記圧縮機に吸気される前記空気中に噴霧する前記噴霧ノズルに供給する蓄熱槽高圧温水供給系と、を有し、
前記制御装置は、
前記蓄熱槽に貯留された高圧温水の貯留量を取得する高圧温水貯留量取得手段を有し、
前記噴霧制御モード決定手段は、
少なくとも、前記高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率、及び前記高圧温水貯留量取得手段により取得された高圧温水の貯留量に基づいて、前記高圧温水噴霧モードと前記常温水噴霧モードとの切替決定することを特徴とする請求の範囲第1項に記載のガスタービンシステムにおける制御装置。 - 前記ガスタービンシステムの前記太陽熱利用高圧温水噴霧系は、
前記集熱装置で生成された高圧温水を保温して貯留する蓄熱槽と、
該蓄熱槽に貯留された前記高圧温水を前記圧縮機に吸気される前記空気中に噴霧する前記噴霧ノズルに供給する蓄熱槽高圧温水供給系と、を有し、
前記制御装置は、
前記蓄熱槽に貯留された高圧温水の貯留量を取得する高圧温水貯留量取得手段と、
更に、予報された気象情報を取得する気象情報取得手段と、を有し、
前記噴霧制御モード決定手段は、
少なくとも、前記気象報情報手段により取得された気象情報、前記高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率及び予測される高圧温水の生成率、並びに前記高圧温水貯留量取得手段により取得された高圧温水の貯留量に基づいて、前記圧縮機の吸気内に所要の噴霧率で噴霧可能な時間を予測演算し、
該予測演算された時間が予め設定された閾値時間以上のときには、前記高圧温水噴霧モードとする決定をし、前記予測演算された時間が前記予め設定された閾値時間より短いときには、前記常温水噴霧モードとする決定することを特徴とする請求の範囲第1項に記載のガスタービンシステムにおける制御装置。 - 前記ガスタービンシステムの前記太陽熱利用高圧温水噴霧系は、
前記集熱装置で生成された高圧温水を保温して貯留する蓄熱槽と、
該蓄熱槽に貯留された前記高圧温水を前記圧縮機に吸気される前記空気中に噴霧する前記噴霧ノズルに供給する蓄熱槽高圧温水供給系と、を有し、
前記制御装置は、
前記蓄熱槽に貯留された高圧温水の貯留量を取得する高圧温水貯留量取得手段を有し、
前記噴霧制御モード決定手段は、
少なくとも、前記高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率、及び前記高圧温水貯留量取得手段により取得された高圧温水の貯留量に基づいて、前記圧縮機の吸気内に所要の噴霧率で噴霧可能な時間を予測演算し、
該予測演算された時間が予め設定された閾値時間以上のときには、前記高圧温水噴霧モードとする決定をし、前記予測演算された時間が前記予め設定された閾値時間より短いときには、前記常温水噴霧モードとする決定するとともに、
前記圧縮機内に所要の噴霧率で噴霧可能な時間を予測演算した結果を、表示装置に表示することを特徴とする請求の範囲第1項に記載のガスタービンシステムにおける制御装置。 - 吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、
前記圧縮機の上流側の吸気室内に設置され、前記圧縮機に供給される空気に水を噴霧して、前記圧縮機に供給される空気の温度を低下させる噴霧装置と、
前記噴霧装置に供給される水を、太陽熱を利用して前記圧縮機に供給される空気の温度よりも高温に加熱された高圧温水を生成する集熱装置を含む太陽熱利用高圧温水供給配管と、
常温水を前記噴霧装置に供給する常温水供給配管と、を少なくとも備えるガスタービンシステムにおける制御方法であって、
前記ガスタービンシステムは、その運転を制御する制御装置を備え、
該制御装置は、
前記集熱装置により生成される高圧温水の生成率を計測する高圧温水生成率取得手段と、
前記高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率に基づいて、前記太陽熱利用高圧温水供給配管からの高圧温水を前記噴霧装置に供給する高圧温水噴霧モードと、前記常温水供給系からの常温水を前記噴霧装置に供給する常温水噴霧モードとの切替決定する噴霧制御モード決定手段と、を有し、
前記噴霧制御モード決定手段は、
前記高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率に基づいて、前記圧縮機の吸気内に所要の噴霧率で噴霧可能な高圧温水を前記集熱装置で生成することが可能な時間を予測演算し、
該予測演算された前記時間が予め設定された閾値時間以上のときには、前記高圧温水噴霧モードとする決定をし、前記予め設定された閾値時間より短いときには、前記常温水噴霧モードとする決定をすることを特徴とするガスタービンシステムにおける制御方法。 - 前記ガスタービンシステムは、
前記集熱装置で生成された高圧温水を保温して貯留する蓄熱槽と、及び該蓄熱槽に貯留された高圧温水を前記噴霧装置に供給する貯留高圧温水供給配管と、を更に備え、
前記制御装置は、
前記蓄熱槽に貯留された高圧温水の貯留量を取得する高圧温水貯留量取得手段を有し、
前記噴霧制御モード決定手段は、
前記高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率及び前記高圧温水貯留量取得手段により取得された高圧温水の貯留量に基づいて、前記圧縮機の吸気内に所要の噴霧率で噴霧可能な時間を予測演算し、
該予測演算された前記時間が予め設定された閾値時間以上のときには、前記高圧温水噴霧モードとする決定をし、前記予め設定された閾値時間より短いときには、前記常温水噴霧モードと決定することを特徴とする請求の範囲第5項に記載のガスタービンシステムの制御装置における制御方法。 - 吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、を備えたガスタービンシステムであって、
前記圧縮機の上流側の吸気室内に設置され、前記圧縮機に供給される空気に水を噴霧して、前記圧縮機に供給される空気の温度を低下させる噴霧装置と、
前記噴霧装置に供給される水を、太陽熱を利用して前記圧縮機に供給される空気の温度よりも高温に加熱された高圧温水を生成する集熱装置を含む太陽熱利用高圧温水供給配管と、
前記集熱装置で生成された高圧温水を保温して貯留する蓄熱槽、及び該蓄熱槽に貯留された高圧温水を前記噴霧装置に供給する貯留高圧温水供給配管と、
必要に応じて常温水を前記噴霧装置に供給する常温水供給配管と、
前記ガスタービンシステムの運転を制御する制御装置と、を備え、
前記噴霧装置は、
その噴霧ノズルから前記吸気室内に前記高圧温水又は常温水を噴霧する噴霧母管を前記吸気室内の吸気の方向に複数段有するとともに、
前記制御装置により制御されて前記噴霧母管に前記高圧温水又は常温水切り替えて供給する切替手段を有し、
前記制御装置は、前記太陽熱利用高圧温水供給配管、前記貯留高圧温水供給配管及び前記常温水供給配管のそれぞれの流量を制御して前記高圧温水及び常温水の供給量を制御するとともに、前記高圧温水及び常温水のそれぞれの供給量に応じて前記切替手段を制御して、前記噴霧母管の各段の噴霧母管に供給する前記高圧温水及び常温水の切り替え設定を行うことを特徴とするガスタービンシステム。 - 請求の範囲第7項に記載のガスタービンシステムにおける制御装置であって、
前記集熱装置により生成される高圧温水の生成率を計測する高圧温水生成率取得手段と、
前記蓄熱槽に貯留された高圧温水の貯留量を取得する高圧温水貯留量取得手段と、
前記複数段の噴霧母管のうち何段の噴霧母管から前記高圧温水を噴霧させるかを設定する、高圧温水噴霧段数設定手段と、
前記噴霧装置への前記高圧温水及び前記常温水のそれぞれの供給量を設定する供給量設定手段と、を有し、
少なくとも、前記高温水噴霧段数設定手段は、前記高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率、及び前記高圧温水貯留量取得手段により取得された高圧温水の貯留量に基づいて、前記高圧温水を予め設定された時間にわたって噴霧可能な前記噴霧母管の段数を演算して、前記高圧温水を噴霧させる前記噴霧母管を決定し、
前記供給量設定手段は、前記演算された噴霧母管の段数に応じて、前記噴霧装置に供給する前記高圧温水の供給量と前記常温水の供給量とを設定することを特徴とするガスタービンシステムにおける制御装置。 - 前記高前記温水噴霧段数設定手段は、前記圧縮機に最も近い前記噴霧母管側から、前記演算された噴霧母管の段数に応じて前記高圧温水を噴霧させる前記噴霧母管を決定することを特徴とする請求の範囲第8項に記載のガスタービンシステムにおける制御装置。
- 請求の範囲第8項に記載のガスタービンシステムにおける制御装置による制御方法において、
前記制御装置は、更に、予報された気象情報を取得する気象情報取得手段を有し、
前記高圧温水噴霧段数設定手段は、
前記気象情報取得手段により取得された前記気象情報と、前記高圧温水生成率取得手段により取得された現在の高圧温水の生成率から今後の高圧温水生成率を推定演算し、推定演算された高圧温水生成率と、前記高圧温水貯留量取得手段により取得された高圧温水の貯留量とに基づいて、前記高圧温水を予め設定された時間にわたって噴霧可能な前記噴霧母管の段数を演算して、前記高圧温水を噴霧させる前記噴霧母管を決定し、
前記供給量設定手段は、前記演算された噴霧母管の段数に応じて、前記噴霧装置に供給する前記高圧温水の供給量と前記常温水の供給量とを設定することを特徴とするガスタービンシステムにおける制御方法。 - 前記高前記温水噴霧段数設定手段は、前記圧縮機に最も近い前記噴霧母管側から、前記演算された噴霧母管の段数に応じて前記高圧温水を噴霧させる前記噴霧母管を決定することを特徴とする請求の範囲第10項に記載のガスタービンシステムにおける制御方法。
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