JP5422057B2 - ガスタービンシステム及びその制御方法 - Google Patents
ガスタービンシステム及びその制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5422057B2 JP5422057B2 JP2012536097A JP2012536097A JP5422057B2 JP 5422057 B2 JP5422057 B2 JP 5422057B2 JP 2012536097 A JP2012536097 A JP 2012536097A JP 2012536097 A JP2012536097 A JP 2012536097A JP 5422057 B2 JP5422057 B2 JP 5422057B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hot water
- pressure hot
- flow rate
- gas turbine
- intake air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 257
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 140
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 99
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 62
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 19
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 16
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 14
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 28
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 28
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 21
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 7
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 4
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 2
- 235000006506 Brasenia schreberi Nutrition 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
- F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
- F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
- F02C7/1435—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages by water injection
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
- F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
- F01K21/047—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas having at least one combustion gas turbine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
- F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
- F03G6/064—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a gas turbine cycle, i.e. compressor and gas turbine combination
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
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に記載の技術がある。特許文献2に記載の技術は、具体的には、コンバインドサイクルプラントの圧縮機の吸気に水を噴霧してその気化熱で吸気を冷却して出力向上を図るものである。そこには、ガスタービンの燃焼排ガスで生成された蒸気を圧縮機の吸気に噴霧する技術の記載もある。
圧縮機内部で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。
図1から図3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、第1及び第2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100、太陽熱を集熱して高圧温水を生成する集熱装置(第1の高圧温水生成手段)200、ガスタービン装置100の燃焼排ガスの熱を利用して高圧温水を生成する熱交換器(第2の高圧温水生成手段)130、集熱装置200で生成された高圧温水を吸気106に噴霧する噴霧する噴霧装置300、制御装置145A(高圧温水取得調整手段)を含んで構成される。
ガスタービン装置100において、圧縮機101の上流側には、例えば、流れ方向に垂直な横断面が矩形の吸気ダクト105が設けられている。吸気ダクト105の入口側には、例えば、ルーバー(図示せず)が設けられ、更に塵埃の除去のためのフィルタ(図示せず)が配置されている。吸気ダクト105には、更に、フィルタの下流側(圧縮機101側)に、吸気106に高圧温水を噴霧する噴霧ノズル135を、例えば、格子状に配置し、各噴霧ノズル135に高圧温水を供給する噴霧母管134を配置し、噴霧装置300を構成している。図1では簡単化のため噴霧母管134は1段で表示してあるが、吸気106の流れ方向に多段に配置しても良い。
なお、高圧温水を減圧沸騰させて噴霧ノズル135から噴霧するので、微小液滴は、圧縮機101のエロージョンを生じさせることはない。
吸気ダクト105に図示しないフィルタやサイレンサが設置されている場合は、噴霧装置300は、フィルタやサイレンサよりも吸気106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106は、吸気ダクト105内で噴霧装置300からの噴霧水で冷却された吸気137(吸気106と噴霧水との混合気)となって圧縮機101に吸引され、圧縮機101で加圧された後、圧縮空気107となって燃焼器102へ流入する。燃焼器102において圧縮空気107と、流量調整弁112を介して供給された燃料108とが混合されて燃焼し、高温高圧の燃焼ガス109が発生する。燃焼ガス109はガスタービン103へ流入し、ガスタービン103を回転駆動し、ガスタービン103と軸を接続された発電機104を回転させて発電する。ガスタービン103を駆動した燃焼ガスは、燃焼排ガスとなってガスタービン103より排気ダクト110Bを経て、例えば、図示しない排熱回収ボイラに導入される。また、圧縮機101は、ガスタービン103の駆動軸111により回転駆動される。
前記した排気ダクト110Bには、制御装置145Aによってその開度が調整されるダンパ110aが設置され、ダンパ110aが開いているとき、ガスタービン103の燃焼排ガスの一部は、排気ダクト110Aを通じて後記する熱交換器130に導かれる。
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120内の水は、配管121を経てポンプ(高圧温水取得調整手段)122に給水され、ポンプ122にて昇圧され、配管123及び流量調整弁(高圧温水取得調整手段)124、配管125Aの順に送水され、配管125Aで分岐して配管125Bにて集熱管127に圧送される。集熱管127には集光板126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126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127内に供給された水は加熱され、高圧温水(第1の高圧温水)となる。集熱管127内の高圧温水は配管128、流量調整弁(高圧温水取得調整手段、第1の流量調整手段)129、配管133A、配管133Cの順に圧送され、前記した噴霧母管134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127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128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。
また、前記した配管125Aから配管125Cに分岐された常温水は、熱交換器130において、前記したダンパ110aにより一部抽出され、排気ダクト110Aにより導かれた燃焼排ガスにより加熱され、高圧温水となる。
前記した排気ダクト110Bには、制御装置145Aによってその開度が調整されるダンパ110aが設置され、ダンパ110aが開いているとき、ガスタービン103の燃焼排ガスの一部は、熱交換器130に導かれ、常温水を貯留した水タンク120から供給された常温水を、後記する流量調節弁(高圧温水取得調整手段、第2の流量調整手段)132が開状態のとき熱交換器130で加熱して、高圧温水(第2の高圧温水)を生成する。熱交換器130を通過した燃焼排ガス113は、そのまま大気放出される。熱交換器130で生成された高圧温水は、配管131、流量調整弁132、配管133Bを経て、配管133Cで集熱装置200からの高圧温水と合流し、混合された高圧温水(第3の高圧温水)となる。
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104での発電量(出力)を計測し、制御装置145Aに計測した信号を送り、前記したポンプ122の駆動を制御したり、流量調整弁112、124,129,132,ダンパ110aの開度を調整したりしている。
図1には、代表的な計測センサを例示する。
集熱装置200の集熱管127からの高圧温水を集める配管128には、太陽熱エネルギで加熱された高圧温水の温度を計測する温度センサ43と高圧温水の流量を計測する流量センサ44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42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145Aで演算可能になっている。
配管131には、温度センサ47と流量センサ48が設けられ、温度センサ47は温度TWH2を示す信号を、流量センサ48は、計測した体積流量から温度センサ47による温度の密度補正をした質量流量GWH2を示す信号を、それぞれ制御装置145Aへ送信する。
配管133Cには、温度センサ138と圧力センサ139と流量センサ140が設けられ、温度センサ138は高圧温水の温度TWHを示す信号を、圧力センサ139は高圧温水の圧力PWHを示す信号を、流量センサ140は、計測した体積流量から温度センサ138による温度の密度補正をした高圧温水の質量流量(高圧温水噴霧率)GWHを示す信号を、それぞれ制御装置145Aへ送信する。
図1では、温度センサ141は、吸気ダクト105の外側に設けられているが、実際には、ルーバー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300よりも上流側に設置されている。
温度センサ141は、夏場等の気温が高い場合、圧縮機101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101の吸入空気流量が減少した分だけ、ガスタービン103の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103の出力低下を補償するため、高圧温水を噴霧装置300から吸気ダクト105内に噴霧することにより、蒸発潜熱の効果で圧縮機101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100には、燃焼器102に供給される燃料108の質量流量を計測する流量センサ142が設けられ、質量流量Gfを示す信号が制御装置145Aへ送信される。この信号は、燃焼器102に供給される燃料108の質量流量を流量調整弁112で制御する流量調整弁112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。
なお、図1において、制御装置145Aによって制御されるポンプ122、流量調節弁112,124,129,132及びダンパ110aへの制御信号は、代表的に符号144で示してあるが、後記する図2の説明では区別して表示してある。
次に、図2を参照しながら制御装置145A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145Aは、図示省略の制御装置本体とコンソールとで構成されている。制御装置145Aは、例えば、プロセスコンピュータであり、コンソールは、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。
制御装置本体は、例えば、図示省略の入力インタフェース、出力インタフェース、コンソール用入出力インタフェース、CPU、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CPUで実行することにより、後記する各機能構成を実現する。
更に、指令器201が受信する出力目標値MWDが入力インタフェースに入力される。
ちなみに、指令器201は、無線通信やインターネット回線等で、例えば、給電指令室と通信する。
制御目標値発生部202Aは、指令器201から入力された出力目標値(目標発電出力)MWDと、出力センサ143で計測された発電機出力MWout、温度センサ141で計測された吸気温度TiAirを引数とし、目標燃料噴射率(燃料質量流量)GTfを演算する燃料噴射制御部202aと、出力目標値MWDと、発電機出力MWout、吸気温度TiAirを引数とし、噴霧装置300からの高圧温水噴霧率(質量流量)の目標値(目標噴霧率)GTWHを演算する高圧温水噴霧率制御部202bとを有している。
制御目標値発生部202Aの燃料噴射制御部202aは、先ず、出力目標値MWD及び吸気温度TiAirに基づいて、高圧温水を噴霧しない従来のガスタービン発電システムにおける目標燃料噴射率GTfを計算する。高圧温水噴霧率制御部202bは、次いで、出力目標値MWD、現在の発電機出力MWout、吸気温度TiAirを入力し、ガスタービンシステム500Aの出力レベル、例えば、50%定格出力未満の低レベル出力、50〜80%定格出力の中レベル出力、80%定格出力以上の高レベル出力の出力帯や、ガスタービンシステム500Aの機械的制約を勘案して噴霧する高圧温水の目標噴霧率GTWHを決定する。次に、燃料噴射制御部202aは、高圧温水を目標噴霧率GTWHで噴霧した際に得られる燃料消費量低減効果を計算し、高圧温水噴霧のない従来のガスタービン発電システムにおける目標燃料噴射率GTfを補正して新たな目標燃料噴射率GTfとして、減算器151に出力する。
制御部203では、減算器151で演算された目標燃料噴射率GTfと、流量センサ142で計測された燃料噴射率Gfとの偏差により流量調整弁112の弁開度の制御指令144Vfが計算され、燃料噴射率Gfを調整する。一方、制御部204では、目標噴霧率GTWHと流量センサ140で計測された高圧温水噴霧率GWHとの偏差によりポンプ122の回転速度の制御指令144Pが計算され、高圧温水霧率GWHを調整する。ここで、制御部203,204は、比例積分制御(PI制御)を行う。
ちなみに、減算器151の偏差が正値のとき流量調整弁112の開度は減じられ、偏差が負値のとき流量調整弁112の開度は増加するように制御される。減算器152の偏差が正値のときポンプ122の回転速度は減じられ、偏差が負値のときポンプ122の回転速度は増加するように制御される。
ちなみに、減算器153の偏差が正値のとき流量調整弁124の開度は減じられ、偏差が負値のとき流量調整弁124の開度は増加するように制御される。
制御目標値発生部208Aは、流量制御部208aとダンパ制御部208bを含んで構成されている。流量制御部208aは、光量センサ42で計測された太陽熱照射量、温度センサ43で計測された集熱装置200で生成された高圧温水の温度TWH1、流量センサ44で計測された質量流量GWH1、温度センサ47で計測された熱交換器130で生成された高圧温水の温度TWH2、流量センサ48で計測された質量流量GWH2、温度センサ138で計測された高圧温水の温度TWHに基づいて、温度センサ138で計測された高圧温水の温度TWHが目標高圧温水温度TTWHとなるように流量調整弁129と流量調整弁132の弁開度を計算して、制御指令144V2,144V3を流量調整弁129、132にそれぞれ出力する。
この制御は、温度センサ43,流量センサ44,温度センサ47,流量センサ48により、集熱装置200からの高圧温水の温度TWH1と質量流量GWH1、熱交換器130からの高圧温水の温度TWH2と質量流量GWH2がそれぞれ計測されているので、容易に算出制御できる。
なお、図2の制御部203、204、206及びダンパ制御部208bは、PI制御で例示したが、操作量を目標値に調整するための制御方法を限定するものではない。
図3は、第1の実施形態のガスタービンシステムの出力制御特性の説明図である。横軸は時刻を縦軸は発電機出力MWout(単位:MW)、燃料噴射率Gf(単位:kg/sec)、高圧温水噴霧率GWH(単位:kg/sec)を示している。
高圧温水の噴霧がなされない場合は、従来ガスタービン発電システムの最大出力以上の発電出力に到達できないが、本実施形態によれば、高圧温水噴霧による効果で従来ガスタービン発電システムの最大出力以上の出力目標値MWDに追従が可能である。
更に、圧縮機101の吸気温度を低下させるエネルギとして太陽熱とタービン103の排熱を利用しているので、温室効果ガスである二酸化炭素を増加せずに発電出力を向上でき、燃料消費量も削減でき、環境面で好ましいガスタービンシステムを提供できる。
次に、図1、図4、図5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。
図4は、第2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。第1の実施形態における図2の制御装置145Aと本実施形態の制御装置145Bとの異なる点は、以下の通りである。
本実施形態の制御装置145Bは、(1)運転モード選択部301と運転制御部302とを有し、(2)制御目標値発生部202A,208Aの代わりに制御目標値発生部202B,208Bを有している。
そして、制御目標値発生部202Bの燃料噴射制御部202a及び高圧温水噴霧率制御部202bは、運転制御部302から高圧温水を吸気ダクト105内に噴霧させない制御指令303(高圧温水不使用指令303)を受付け可能になっている。また、制御目標値発生部208Bの流量制御部208aとダンパ制御部208bも運転制御部302から高圧温水を吸気ダクト105内に噴霧させない制御指令304(高圧温水不使用指令304)を受付け可能になっている。
ちなみに、流量調整弁129,132を所定の部分開度に固定するのは、流量調整弁129,132を全閉にすると、配管128,131等の圧力が高まり配管損傷を生じることを防止するためである。
図5では、指令器201からの出力目標値MWDが一定の運転状態における本実施形態のガスタービンシステム500Bにおける制御特性を示す。所定のタイミングで運転員がコンソール145a(図4参照)からの入力指令により燃料節約運転モードから節水運転モードへ切り替えた場合の燃料噴射率Gf、高圧温水噴霧率GWH、発電機出力MWoutの時間推移を示している。
節水運転モードに切り替わると、燃料消費量を低減する効果が失われるため燃料噴射率Gfは増加するが、高圧温水噴霧率GWHが0となるため節水運転モードが実現する。
ちなみに、燃料節約運転モードと節水運転モードとの切り替えは、圧縮機101、ガスタービン103の運転特性から、所定の率で高圧温水噴霧率GWHを目標噴霧率GTWHまで徐々に変化させ、燃料噴射率Gfはその変化に追従して制御することが好ましい。
なお、運転モード選択部301への入力は本実施形態では、運転員が手動でコンソール145aから入力するとしたがそれに限定されるものではない。制御装置145Bに接続された図示しない日照量、大気温度の情報を含む天気予報情報を受信する気象情報受信装置や電力需要、光量センサ42等の外部情報から、制御装置145Bの運転モード選択部301において自動計算して自動設定しても良い。
このような燃料節約運転モードと節水運転モードとの切替は、部分出力運転において高圧温水の吸気106への噴霧による出力増大効果や燃料節約効果が少ない場合に、例えば、水のコストが高い中近東のような地域でのガスタービンシステム500Bの運用には、燃料節約と同様に節水もガスタービンシステム500Bの運転コスト、発電単価の点から必要である。
次に、図6、図7を参照して本発明の第3の実施形態に係るガスタービンシステムについて説明する。
図6は、第3及び第4の実施形態に係るガスタービンシステムの構成図、図7は、第3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。
本第3の実施形態のガスタービンシステム500Cは、第1の実施形態の変形であり、図6に示すように吸気ダクト105内に圧縮機101に吸気される噴霧装置300により冷却された吸気温度TciAirを検出する温度センサ(圧縮機入口吸気温度センサ)501を配置して、その計測信号を制御装置145Cに入力する点が異なる。
また、図7に示す制御装置145Cにおいて第1の実施形態の制御装置145Aとは、前記した温度センサ501から冷却された吸気温度TciAirが制御目標値発生部202Cに入力され、制御目標値発生部202Cは、燃料噴射制御部202aと、高圧温水噴霧率制御部202cを有する点が異なる。
第1の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
(1)出力目標値MWDが所定値以上、例えば、80%定格以上
(2)大気温度TiAirが所定値以上、例えば、30℃以上で、かつ、出力目標値MWDが所定値以上、例えば、50%定格以上
従って、本実施形態によれば、高圧温水を吸気ダクト105内に噴霧して圧縮機101の吸気温度を目標値に追従することで圧縮機101の吸気温度の変動を抑制することができ、発電出力MWoutをより精度良く出力目標値MWDに追従させることができる。これにより、第1の実施形態における効果である、圧縮機101の吸気温度を低下させるエネルギとして太陽熱とガスタービンの排熱を利用し、温室効果ガスである二酸化炭素を増加せずに発電出力を向上でき、燃料消費量も削減できる太陽熱利用のガスタービンシステム500Cを提供できる。更に、吸気温度TiAirの変化による太陽熱利用のガスタービンシステム500Cの出力変動も低減可能である。
次に、図6、図8を参照しながら本発明の第4の実施形態に係るガスタービンシステム500Dについて説明する。第3の実施形態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。
図8は、第4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。第3の実施形態における図7の制御装置145Cと本実施形態の制御装置145Dとの異なる点は、以下の通りである。
本実施形態の制御装置145Dは、(1)運転モード選択部301と運転制御部302とを有し、(2)制御目標値発生部202C,208Aの代わりに制御目標値発生部202D,208Bを有している。
これは、第1の実施形態に対する第2の実施形態の位置付けと同様である。
そして、制御目標値発生部202Dの燃料噴射制御部202a及び高圧温水噴霧率制御部202cは、運転制御部302から高圧温水を吸気ダクト105内に噴霧させない制御指令303(高圧温水不使用指令303)を受付け可能になっている。また、制御目標値発生部208Bの流量制御部208aとダンパ制御部208bも運転制御部302から高圧温水を吸気ダクト105内に噴霧させない制御指令304(高圧温水不使用指令304)を受付け可能になっている。
次に、図9、図10を参照しながら本発明の第5の実施形態に係るガスタービンシステム500Eについて説明する。図9は、第5及び第6の実施形態に係るガスタービンシステムの構成図、図10は、第5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。
本実施形態のガスタービンシステム500Eが、第1の実施形態のガスタービンシステム500Aと異なる点は、図9に示すようにガスタービンシステム500Eを排熱回収ボイラ(第2の温水生成手段)805と組み合わせて利用する点である。そのためガスタービンシステム500Eでは、熱交換器130(図1参照)を排熱回収ボイラ805に置き換えられている。また、制御装置145Aを制御装置145Eに変えている。
図9において、排熱回収ボイラ805の給水は、配管121よりポンプ122にて昇圧され配管123に吐出され、配管123からの分岐配管801より排熱回収ボイラ805へ送水される。ガスタービン103からダクト110により燃焼排ガス113は、排熱回収ボイラ805に導かれる。排熱回収ボイラ805は、複数の加熱管で構成された1段の加熱管列(符号省略)を構成し、更に多段の前記加熱管列を燃焼排ガス113の流れ方向に配置され、構成されている。燃焼排ガス113の流れの最上流の加熱管列は、蒸気管806で、図示省略の蒸気タービンに蒸気を供給している。この複数の加熱管列の最所の2段の間は連通管802で接続され、それに続く段の加熱管列の間は連通管803で接続されている。配管801からの給水は、燃焼排ガス113の流れの下流側に配置された加熱管列から燃焼排ガス113の流れの上流側の複数段の加熱管列へと順に導かれ、その過程で給水は未飽和水から飽和水に加熱され、更に蒸気、過熱蒸気と加熱される。
また、配管123は流量調整弁124、配管125Aを経由して集熱装置200の集熱管127に排熱回収ボイラ805への給水の一部を送水する。
第1の実施形態における図2の説明と重複するので、機能説明は省略する。
次に、図9、図11を参照して本発明の第6の実施形態に係るガスタービンシステム500Fについて説明する。図11は第6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。本実施形態は第1の実施形態に対する第2の実施形態の位置付けと同様である。
図11に示す本実施形態における制御装置145Fは、第5の実施形態の制御装置145Eに太陽熱利用のガスタービンシステム500Eの運用性を拡張するために、第2の実施形態と同様に運転モード選択部301と、運転制御部302とを有することを特徴とする。
ちなみに流量調整弁132を全閉にしても蒸気管806が蒸気タービンに蒸気を供給しているので配管804が過圧されることはない。
また、第1の実施形態と同様に圧縮機吸気温度を低下させるエネルギとして太陽熱とガスタービンの排熱を利用し、温室効果ガスである二酸化炭素を増加せずに発電出力を向上でき、燃料消費量も削減できる太陽熱利用のガスタービンシステム500Fを提供できる。
Claims (5)
- 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において、
太陽熱エネルギを利用して第1の高圧温水を生成する第1の高圧温水生成手段と、
前記ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水を生成する第2の高圧温水生成手段と、
前記第1の高圧温水と前記第2の高圧温水を任意の割合で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第3の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、
前記高圧温水取得調整手段により調整された前記第3の高圧温水を前記圧縮機の吸気に噴霧する噴霧装置と、
前記噴霧装置よりも前記圧縮機の吸気入口側に設けられ、前記噴霧装置からの前記第3の高圧温水の噴霧により冷却された前記圧縮機の吸気入口近傍の吸気の吸気温度を検出する圧縮機入口吸気温度センサと、を備え、
前記高圧温水取得調整手段は、前記圧縮機入口吸気温度センサにより検出された前記吸気温度が予め設定された目標温度になるように、前記第3の高圧温水の圧力、温度、及び流量を調整すること
を特徴とするガスタービンシステム。 - 前記噴霧装置から前記第3の高圧温水を噴霧させないようにする噴霧停止手段を有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。
- 前記高圧温水取得調整手段は、
前記第1の高圧温水生成手段及び前記第2の高圧温水生成手段に給水するポンプと、
前記第1の高圧温水の流量を制御する第1の流量調整弁と、
前記第2の高圧温水の流量を制御する第2の流量調整弁と、
前記第1及び第2の流量調整弁の開度ならびに前記ポンプの回転速度を制御する制御装置と、を有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。 - 前記第2の高圧温水生成手段は、排熱回収ボイラであ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。
- 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て第1の高圧温水生成する第1の高圧温水生成手段と、
前記ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水を生成する第2の高圧温水生成手段と、
前記第1の高圧温水と前記第2の高圧温水を任意の比で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第3の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、
前記高圧温水取得調整手段により調整された前記第3の高圧温水を前記圧縮機の吸気に噴霧する噴霧装置と、
前記噴霧装置よりも前記圧縮機の吸気入口側に設けられ、前記噴霧装置からの前記第3の高圧温水の噴霧により冷却された前記圧縮機の吸気入口近傍の吸気の吸気温度を検出する圧縮機入口吸気温度センサと、を備えたガスタービンシステムの制御方法において、
前記高圧温水取得調整手段は、
前記第1の高圧温水生成手段及び前記第2の高圧温水生成手段に給水するポンプと、
前記第1の高圧温水の流量を制御する第1の流量調整弁と、
前記第2の高圧温水の流量を制御する第2の流量調整弁と、
前記第1及び第2の流量調整弁の開度ならびに前記ポンプの回転速度を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記圧縮機入口吸気温度センサにより検出された前記吸気温度が予め設定された目標温度になるように、前記ポンプの回転速度ならびに前記第1及び第2の流量調整弁の開度を制御して、前記第3の高圧温水の圧力、温度、及び流量を調整すること
を特徴とするガスタービンシステムにおける制御方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2010/067168 WO2012042652A1 (ja) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | ガスタービンシステム及びその制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2012042652A1 JPWO2012042652A1 (ja) | 2014-02-03 |
JP5422057B2 true JP5422057B2 (ja) | 2014-02-19 |
Family
ID=45892156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012536097A Expired - Fee Related JP5422057B2 (ja) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | ガスタービンシステム及びその制御方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5422057B2 (ja) |
WO (1) | WO2012042652A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8978386B2 (en) | 2010-09-30 | 2015-03-17 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Gas turbine system, control device for gas turbine system, and control method for gas turbine system |
EP2623741B1 (en) | 2010-09-30 | 2018-11-28 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Combined cycle power generation plant utilzing solar heat |
JP6303700B2 (ja) * | 2014-03-28 | 2018-04-04 | 東京電力ホールディングス株式会社 | ガスタービンプラント及びガスタービンプラントの吸気冷却方法 |
CN112065513B (zh) * | 2020-08-20 | 2022-06-28 | 中广核太阳能德令哈有限公司 | 槽式太阳能光热电站汽轮机温态启动控制方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000514149A (ja) * | 1996-05-31 | 2000-10-24 | エレクトリック パワー リサーチ インスチテュート インコーポレイテッド | 太陽熱および燃料燃焼によるハイブリッド発電システム |
JP2000345857A (ja) * | 1999-06-04 | 2000-12-12 | Heishoku Boku | 低温蒸気利用リパワリングシステム |
JP2001214757A (ja) * | 2000-01-27 | 2001-08-10 | Hitachi Ltd | ガスタービン設備 |
JP2002519558A (ja) * | 1998-06-24 | 2002-07-02 | ナムローゼ・フェンノートシャップ・ケマ | 気体媒質の圧縮装置及び該装置を用いた圧縮システム |
JP2004324629A (ja) * | 2003-04-24 | 2004-11-18 | Takao Ishihara | ソーラーガスタービンコジェネレーションシステム |
JP2008175149A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Hitachi Ltd | 圧縮機の吸気噴霧装置 |
JP2010053690A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Hitachi Ltd | 吸気に水を噴霧する圧縮機を有する設備 |
JP2010144725A (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | General Electric Co <Ge> | 太陽熱加熱システムを使用した燃料加熱のためのシステムおよび方法 |
-
2010
- 2010-09-30 JP JP2012536097A patent/JP5422057B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2010-09-30 WO PCT/JP2010/067168 patent/WO2012042652A1/ja active Application Filing
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000514149A (ja) * | 1996-05-31 | 2000-10-24 | エレクトリック パワー リサーチ インスチテュート インコーポレイテッド | 太陽熱および燃料燃焼によるハイブリッド発電システム |
JP2002519558A (ja) * | 1998-06-24 | 2002-07-02 | ナムローゼ・フェンノートシャップ・ケマ | 気体媒質の圧縮装置及び該装置を用いた圧縮システム |
JP2000345857A (ja) * | 1999-06-04 | 2000-12-12 | Heishoku Boku | 低温蒸気利用リパワリングシステム |
JP2001214757A (ja) * | 2000-01-27 | 2001-08-10 | Hitachi Ltd | ガスタービン設備 |
JP2004324629A (ja) * | 2003-04-24 | 2004-11-18 | Takao Ishihara | ソーラーガスタービンコジェネレーションシステム |
JP2008175149A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Hitachi Ltd | 圧縮機の吸気噴霧装置 |
JP2010053690A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Hitachi Ltd | 吸気に水を噴霧する圧縮機を有する設備 |
JP2010144725A (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | General Electric Co <Ge> | 太陽熱加熱システムを使用した燃料加熱のためのシステムおよび方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012042652A1 (ja) | 2012-04-05 |
JPWO2012042652A1 (ja) | 2014-02-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yang et al. | Off-design performance of a supercritical CO2 Brayton cycle integrated with a solar power tower system | |
JP6038448B2 (ja) | 太陽熱複合発電システム及び太陽熱複合発電方法 | |
JP5399565B2 (ja) | 太陽熱利用コンバインドサイクル発電プラント | |
JP5400969B2 (ja) | 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 | |
CA2682865C (en) | A system and method for changing the efficiency of a combustion turbine | |
JP5596715B2 (ja) | 太陽熱複合発電システム及び太陽熱複合発電方法 | |
JP6340472B2 (ja) | 太陽エネルギ光熱及びbigcc一体化結合型発電システム | |
JP2008064014A (ja) | ガスタービンシステム | |
JP5422057B2 (ja) | ガスタービンシステム及びその制御方法 | |
JP5427953B2 (ja) | 太陽熱利用ガスタービンシステム | |
Sleiti et al. | Off-design performance analysis of combined CSP power and direct oxy-combustion supercritical carbon dioxide cycles | |
US20130014508A1 (en) | Optimized Heliostat Aiming | |
JP5422747B2 (ja) | 太陽熱利用コンバインドサイクルプラント | |
JP5745647B2 (ja) | 太陽熱コンバインドサイクル発電プラント | |
JP5422746B2 (ja) | 太陽熱利用ガスタービンプラント | |
CN115263565A (zh) | 一种燃气轮机宽负荷节能控制方法 | |
JP4648152B2 (ja) | ガスタービンシステム及びガスタービンシステムの運転方法 | |
JP7183130B2 (ja) | 熱水貯蔵発電システム及び熱水貯蔵発電システムの運転方法 | |
JP5538458B2 (ja) | 蒸気供給プラント及び太陽熱配管保温装置 | |
JP6965221B2 (ja) | ガスタービンシステム | |
Ahmad K et al. | Off-design performance analysis of combined CSP power and direct oxy-combustion supercritical carbon dioxide cycles | |
Ring et al. | Solar Powered Gas Turbine Prototype-Technology Development and Test Results |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131105 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131122 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5422057 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |