JP5545944B2

JP5545944B2 - ガス化発電システム

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Publication number: JP5545944B2
Application number: JP2009244949A
Authority: JP
Inventors: 章博原; 太司赤坂
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2029-10-23
Also published as: JP2011089070A

Description

本発明は、ガス化発電システムの技術に関し、特に、エンジン発電機を備えるガス化発電システムの制御技術に関する。

従来からガス化発電システムの一種として、ガス化炉で生成されたガス（以下単に「生成ガス」という。）を燃焼して発電するエンジン発電機を備えるガス化発電システムが知られている（特許文献１参照）。従来のガス化発電システムでは、フィーダーによって常時一定量の原料がガス化炉に供給される。そして、ガス化炉で生成されたガスがエンジン発電機に供給され、エンジン発電機が生成ガスを燃焼して発電し、余剰ガス（ガス化炉の生成ガスの内、エンジン発電機に供給されなかったガス）がフレアスタックで燃焼される。

特開平１１−３２４７１４号公報

しかしながら、従来のガス化発電システムでは、エンジン発電機が運転停止中であっても、フィーダーによって常時一定量の原料がガス化炉に供給され続ける。このため、ガス化炉で生成されたガスの大部分が、余剰ガスとなってフレアスタックで無駄に燃焼されたり、ガス化炉内の残渣（燃え殻）が無駄に発生したりする、という問題があった。

本発明の解決しようとする課題は以上のとおりであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、ガス化炉で原料をガス化してガスを生成し、複数のエンジン発電機で当該生成ガスを燃焼して発電する、ガス化発電システムにおいて、前記ガス化炉は、ガス化炉コントローラーによって制御され、当該ガス化炉コントローラーは、前記ガス化炉の運転モードとして、前記ガス化炉内の原料が不完全燃焼となり当該ガス化炉がガスを生成する運転モードである、定格負荷運転モード及び低負荷運転モードを有しており、当該定格負荷運転モードは、前記複数のエンジン発電機の全てが、ガス燃料運転する量のガスを生成する運転モードであり、当該低負荷運転モードは、前記複数のエンジン発電機の一部のみがガス燃料運転する量のガスを生成する運転モードであり、前記ガス化炉コントローラーは、前記複数のエンジン発電機の全てがガス燃料運転する場合、前記定格負荷運転モードで前記ガス化炉を運転し、前記複数のエンジン発電機の一部のみがガス燃料運転する場合、前記低負荷運転モードで前記ガス化炉を運転し、前記ガス化炉コントローラーは、前記ガス化炉の運転モードとして、前記ガス化炉内の原料が完全燃焼となり、当該ガス化炉がガスを生成しない運転モードである、保温運転モードを有し、当該ガス化炉コントローラーは、前記複数のエンジン発電機の全てが運転停止中の場合、前記ガス化炉を当該保温運転モードで運転するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、ガス化炉はエンジン発電機の台数に応じた分のガスしか生成しないため、無駄な生成ガスが発生しない。従って、生成ガスの大部分が余剰ガスとなってフレアスタックで無駄に燃焼されたり、ガス化炉内の残渣が無駄に発生したりすることがない。

また、全てのエンジン発電機が運転停止中の場合、ガス化炉はガスを生成せずに保温に必要な分の原料を燃焼するだけであるため、無駄な生成ガスが発生しない。

従って、生成ガスの大部分が余剰ガスとなってフレアスタックで無駄に燃焼されたり、ガス化炉内の残渣が無駄に発生したりすることがない。

本発明の一実施形態に係るガス化発電システムを示す図。ガス化発電システムに係る制御フローを示す図。電主運転モードの制御フローを示す図。ガス主運転モードの制御フローを示す図。ピークカット制御の制御フローを示す図。

以下、本発明の一実施形態に係るガス化発電システム１００について図面に基づき説明する。

図１に示すガス化発電システム１００は、ガス化炉１、ガス調質設備２、二台の第一・第二エンジン発電機３・４、フレアスタック５、及び負荷設備９を備える構成である。このガス化発電システム１００は、ガス化炉１で原料をガス化してガスを生成し、この生成ガスをガス調質設備２で調質し、調質後の生成ガスを第一・第二エンジン発電機３・４に供給して第一・第二エンジン発電機３・４で燃焼して発電し、この発電した電力を負荷設備９に供給する。そして、ガス化炉１の生成ガスの内、第一・第二エンジン発電機３・４に供給されなかったガス（余剰ガス）を、フレアスタック５で燃焼する。また、ガス化発電システム１００において、これらガス化炉１、ガス調質設備２、第一・第二エンジン発電機３・４、及びフレアスタック５の間は、適宜の流路を介してガスが流れるように連通する。

なお、ガス化発電システム１００において、ガス化炉１の生成ガスは、ガス化炉１側から第一・第二エンジン発電機３・４（又はフレアスタック５）側に流れるものである。従って以下の説明では、生成ガスの流路においてガス化炉１側を「上流側」といい、第一・第二エンジン発電機３・４（又はフレアスタック５）側を「下流側」という。

ガス化炉１には、原料がフィーダー６によって搬送されて供給される。ガス化炉１は、この原料を素にガスを生成（原料をガス化）する。なお、ガス化発電システム１００においてガス化炉１に供給される「原料」には、木質系バイオマス（例えば木屑、大鋸屑、剪定枝、バーク）や廃棄物（例えばゴミ、農業廃棄物、建設廃棄物）あるいは化石燃料（例えば石炭）等が用いられる。

ガス調質設備２は、滞留槽や冷却器等を備えており、生成ガスを第一・第二エンジン発電機３・４に適したものに調質（具体的には、生成ガスに含まれるタールの分解・改質、煤の除去、ガスの冷却）する。このガス調質設備２の下流側には、ブロワ７が設けられる。このブロワ７の下流側において、生成ガスの流路は第一エンジン発電機３側と第二エンジン発電機４側とに分岐される。調質後の生成ガスは、ブロワ７によって吸引されて円滑に下流側に流れ、この生成ガスの流れは第一エンジン発電機３側と第二エンジン発電機４側とに分岐する。

そして、第一エンジン発電機３側と第二エンジン発電機４側との分岐箇所の下流側において、第一エンジン発電機３の上流側には、第一遮断弁１２が設けられ、第二エンジン発電機４の上流側には、第二遮断弁１３が設けられる。この第一・第二遮断弁１２・１３が開・閉されることにより、生成ガスが第一エンジン発電機３側及び第二エンジン発電機４側に流れるか否か（つまり、生成ガスが第一・第二エンジン発電機３・４に供給されるか否か）が切り替えられる。

第一・第二エンジン発電機３・４は、いずれもエンジンと発電機とを備えており、エンジンで発電機を駆動して発電する。第一・第二エンジン発電機３・４に備えられる各エンジンは、「ガス燃料」又は「液体燃料」で駆動する内燃機関である。本実施形態に係る第一・第二エンジン発電機３・４では、主燃料として「ガス燃料」が使用され、補助燃料として「液体燃料」が使用される。

ここで、前記「ガス燃料」としては、ガス化炉１の生成ガス、すなわちＣＯ（一酸化炭素）を主成分とする可燃ガスが用いられる。なお以下の説明では、第一・第二エンジン発電機３・４が生成ガスを主燃料して運転することを「ガス燃料運転」という。なお、この「ガス燃料運転」には、主燃料としてガス燃料を使用する場合において補助的に液体燃料を使用する（ガス燃料に少量の液体燃料を混ぜて使用する）場合を含む。つまり、生成ガスは都市ガス等に比べて発熱量が極端に低いので燃焼が不安定になり易く、安定的に発電できない恐れがあるが、補助的に液体燃料を使用することにより、安定的に発電することを担保できる。

また、前記「液体燃料」としては、化石燃料（例えば軽油）やバイオディーゼルフューエル（例えば植物油）等が用いられる。この液体燃料は、燃料タンク２１に貯溜される。なお以下の説明では、第一・第二エンジン発電機３・４が液体燃料を主燃料として運転することを「液体燃料運転」という。

そして、第一・第二エンジン発電機３・４で発電された電力は、負荷設備９に供給される。この負荷設備９は、電気を駆動源とする設備（例えば工場内の電気設備）であり、商用電力２２に加えて第一・第二エンジン発電機３・４で発電された電力を利用する設備である。

また、ガス調質設備２と第一・第二エンジン発電機３・４との間（詳細にはブロワ７と第一・第二遮断弁１２・１３との間）の流路には、圧力制御弁８を介してフレアスタック５が連通する。この圧力制御弁８の開度が調節されることにより、余剰ガスがフレアスタック５側に流れて、第一・第二エンジン発電機３・４側に流れる生成ガスの圧力が一定に制御される。

また、ガス化発電システム１００には、ガス化炉１を制御するガス化炉コントローラー１０、及び第一・第二エンジン発電機３・４を制御するエンジン発電機コントローラー１１が備えられている。ガス化炉コントローラー１０には、フィーダー６、ブロワ７、圧力制御弁８に加えて、センサ類が接続される。エンジン発電機コントローラー１１には、第一・第二エンジン発電機３・４、第一・第二遮断弁１２・１３に加えて、センサ類が接続される。ガス化炉コントローラー１０とエンジン発電機コントローラー１１とは、適宜の通信手段（例えば通信線）によって情報を共有化できるように構成される。

なお、本実施形態では二台のエンジン発電機３・４に対して一台のエンジン発電機コントローラー１１を備える構成であるが、例えば二台のエンジン発電機に対してそれぞれコントローラー（合計二台のコントローラー）を備える構成でもよい。

次に、ガス化炉コントローラー１０及びエンジン発電機コントローラー１１に接続されるセンサ類について説明する。

先ず、ガス化炉コントローラー１０に接続されるセンサ類は、原料処理量計１４、ガス流量計１５、ガス圧力計１６、及びガス発熱量計２０である。

原料処理量計１４は、ガス化炉１での原料の処理量（以下「原料処理量Ｆ１」という。）、換言すると、フィーダー６の原料搬送量を検出する。原料処理量計１４は、フィーダー６とガス化炉１との間の流路上に設けられる。原料処理量計１４としては、例えば原料の重量を検出するロードセルが用いられる。

ガス流量検出手段としてのガス流量計１５は、生成ガスの流量（以下「ガス流量Ｆ２」という。）を検出する。ガス流量計１５は、ブロワ７と第一・第二エンジン発電機３・４との間の流路上、詳細にはブロワ７とフレアスタック５との間の流路上に設けられる。

ガス圧力計１６は、生成ガスの圧力（以下「ガス圧力Ｐ」という。）を検出する。ガス圧力計１６は、ブロワ７と第一・第二エンジン発電機３・４との間の流路上、詳細にはフレアスタック５と第一・第二エンジン発電機３・４の分岐箇所との間の流路上に設けられる。ガス化炉コントローラー１０は、第一・第二エンジン発電機３・４側に流れる生成ガスの圧力（ガス圧力Ｐ）が一定となるように、圧力制御弁８の開度を調節して余剰ガスがフレアスタック５側に流れるように制御する。

ガス発熱量検出手段としてのガス発熱量計２０は、生成ガスの発熱量（以下「ガス発熱量Ｑ」という。）を検出する。ガス発熱量計２０は、ブロワ７と第一・第二エンジン発電機３・４との間の流路上、詳細にはフレアスタック５と第一・第二エンジン発電機３・４の分岐箇所との間の流路上に設けられる。ガス発熱量計２０としては、例えば生成ガスのＣＯ濃度を検出するＣＯ濃度計、生成ガスの各成分濃度を検出するガスクロマトグラフィー等が用いられる。

続いて、エンジン発電機コントローラー１１に接続されるセンサ類は、受電電力計１７、第一出力電力計１８、及び第二出力電力計１９である。これら受電電力計１７、第一出力電力計１８、及び第二出力電力計１９を合わせたものが、負荷設備９の負荷電力を検出する負荷電力検出手段となる。

受電電力計１７は、商用電力２２からの受電電力（以下「受電電力Ｗ１」という。）を検出する。つまり、この受電電力計１７が検出した電力は、負荷設備９が使用する商用電力２２を示す。

第一出力電力計１８は、第一エンジン発電機３の出力電力（以下「出力電力Ｗ２」という。）を検出する。つまり、この第一出力電力計１８が検出した電力は、第一エンジン発電機３が発電した電力を示す。

第二出力電力計１９は、第二エンジン発電機４の出力電力（以下「出力電力Ｗ３」という。）を検出する。つまり、この第二出力電力計１９が検出した電力は、第二エンジン発電機４が発電した電力を示す。

すなわち、受電電力Ｗ１に出力電力Ｗ２及び出力電力Ｗ３を加えた電力が、負荷設備９が使用する合計の電力（以下「負荷電力Ｗｔ」という。）である。

次に、ガス化炉コントローラー１０及びエンジン発電機コントローラー１１について説明する。

先ず、ガス化炉コントローラー１０は、記憶機能や演算機能を有する装置である。ガス化炉コントローラー１０は、ガス化炉１の運転モードとして三つの運転モード、具体的には、「定格負荷運転モード」、「低負荷運転モード」及び「保温運転モード」を有している。また、ガス化炉コントローラー１０は、定格負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ａ及びガス流量Ｆ２ａ、低負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｂ及びガス流量Ｆ２ｂ、並びに保温運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｃ及びガス流量Ｆ２ｃ、を記憶している。そして、ガス化炉コントローラー１０は、各運転モード毎に原料処理量Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ及びガス流量Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ、Ｆ２ｃが一定となるように、フィーダー６及びブロワ７の周波数（回転数）を制御する。

加えて、ガス化炉コントローラー１０は、ガス発熱量Ｑに係る閾値Ｑｘ、ガス流量Ｆ２に係る閾値Ｆ２ｘ、及びこの閾値Ｆ２ｘよりも大きいガス流量Ｆ２に係る閾値Ｆ２ｙ、を記憶している。そして、ガス化炉コントローラー１０は、負荷電力Ｗｔ、ガス流量Ｆ２及びガス発熱量Ｑが上昇すると、運転モードが「保温運転モード」→「低負荷運転モード」→「定格負荷運転モード」の順序で切り替わるように、ガス化炉１を制御する。

「定格負荷運転モード」は、ガス化炉１内の原料が不完全燃焼となる運転モード、換言すると、ガス化炉１がＣＯ（一酸化炭素）を主成分とする可燃ガスを生成する運転モードである。この定格負荷運転モードは、全て（本実施形態では二台分）の第一・第二エンジン発電機３・４がガス燃料運転する量のガスを生成する運転モードである。そして、定格負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ａは、全て（本実施形態では二台分）の第一・第二エンジン発電機３・４をガス燃料運転させる生成ガス量を得るために必要な原料処理量に基づいて設定される。また、定格負荷運転モードに係るガス流量Ｆ２ａは、全て（本実施形態では二台分）の第一・第二エンジン発電機３・４をガス燃料運転させるために必要な生成ガス量に基づいて設定される。

「低負荷運転モード」は、ガス化炉１内の原料が不完全燃焼となる運転モード、換言すると、ガス化炉１がＣＯ（一酸化炭素）を主成分とする可燃ガスを生成する運転モードである。この低負荷運転モードは、一部（本実施形態では一台分）の第一エンジン発電機３（又は第二エンジン発電機４）がガス燃料運転する量のガスを生成する運転モードである。つまり、低負荷運転モードは、定格負荷運転モードよりも少ない原料をガス化炉１に供給して、生成ガスの生成量が定格負荷運転モードよりも少ない運転モードである。そして、低負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｂは、一部（本実施形態では一台分）の第一エンジン発電機３（又は第二エンジン発電機４）をガス燃料運転させる生成ガス量を得るために必要な原料処理量に基づいて設定される。つまり、低負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｂは、定格負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ａよりも少なく設定される（Ｆ１ｂ＜Ｆ１ａ）。また、低負荷運転モードに係るガス流量Ｆ２ｂは、一部（本実施形態では一台分）の第一エンジン発電機３（又は第二エンジン発電機４）をガス燃料運転させるために必要な生成ガス量に基づいて設定される。つまり、低負荷運転モードに係るガス流量Ｆ２ｂは、定格負荷運転モードに係るガス流量Ｆ２ａよりも少なく設定される（Ｆ２ｂ＜Ｆ２ａ）。

「保温運転モード」は、ガス化炉１内の原料が完全燃焼となる運転モード、換言すると、ガス化炉１が自然放熱にて損失する熱量を原料の完全燃焼にて発生した反応熱量にて補い、炉内温度を保温する運転モードである。この保温運転モードは、全て（本実施形態では二台分）の第一・第二エンジン発電機３・４が停止している（ガス燃料運転をしていない）場合の運転モードである。そして、保温運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｃは、ガス化炉１を保温する（ガス化炉１内の温度を一定に保つ）ために必要な原料処理量に基づいて設定される。つまり、保温運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｃは、定格負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ａ及び低負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｂよりも少なく設定される（Ｆ１ｃ＜Ｆ１ｂ＜Ｆ１ａ）。

ここで、前述のようにガス化炉１から第一・第二エンジン発電機３・４までの間は、適宜の流路を介して連通しているため、ガス化炉１の生成ガスがブロワ７によって吸引されると、これに連動してガス化炉１内に外気が流れ込む（ガス化炉１内に空気が導入される）。そして、ガス流量Ｆ２ｃはブロワ７下流側のガス流量であり、このブロワ７下流側のガス流量（ガス流量Ｆ２ｃ）とガス化炉１内に導入される空気量との間には、一定の相関がある。この相関関係に基づいて、ガス化炉１内の原料を完全燃焼させるために必要な空気量が得られるように、保温モードに係るガス流量Ｆ２ｃが設定される。

続いて、エンジン発電機コントローラー１１は、記憶機能や演算機能を有する装置である。エンジン発電機コントローラー１１は、負荷電力Ｗｔに係る閾値Ｗｔａ、閾値Ｗｔｂ、閾値Ｗｔｃ、及び閾値Ｗｔｄを記憶している。これらの閾値に係る大小関係は、閾値Ｗｔａ、閾値Ｗｔｂ、閾値Ｗｔｃ、閾値Ｗｔｄの順に大きい関係にある（Ｗｔａ＜Ｗｔｂ＜Ｗｔｃ＜Ｗｔｄ）。

また、エンジン発電機コントローラー１１は、第一・第二エンジン発電機３・４の運転モードとして二つの運転モード、具体的には、「電主運転モード」及び「ガス主運転モード」を有している。電主運転モードは、第一・第二エンジン発電機３・４を「運転停止」又は「液体燃料運転」又は「ガス燃料運転」に切り替える運転モードである。ガス主運転モードは、第一・第二エンジン発電機３・４を「運転停止」又は「ガス燃料運転」に切り替える運転モードである。電主運転モード又はガス主運転モードの選択は、手動（又は自動）により行われる。エンジン発電機コントローラー１１は、負荷電力Ｗｔ、ガス流量Ｆ２及びガス発熱量Ｑが上昇すると、「運転停止」→「液体燃料運転」→「ガス燃料運転」の順序で切り替わるように、第一・第二エンジン発電機３・４を制御する。

次に、ガス化発電システム１００の制御フローについて説明する。

図２に示すように、電主運転モードが選択されると（Ｓ１、Ｓ２）、エンジン発電機コントローラー１１は、「電主運転モード」で第一・第二エンジン発電機３・４を制御する。一方、ガス主運転モードが選択されると（Ｓ１、Ｓ３）、エンジン発電機コントローラー１１は、「ガス主運転モード」で第一・第二エンジン発電機３・４を制御する。

先ず、図３に示す電主運転モードが選択された場合において（Ｓ２）、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔａ未満の場合（Ｓ４：Ｎｏ）、第一・第二エンジン発電機３・４は、いずれも運転停止となる（Ｓ５）。そして、ガス化炉１は「保温運転モード」で運転される（Ｓ６）。ガス化炉コントローラー１０は、保温運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｃ及びガス流量Ｆ２ｃとなるように、フィーダー６及びブロワ７の周波数（回転数）を制御する。

一方、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔａ以上になると（Ｓ４：Ｙｅｓ）、第一エンジン発電機３は、液体燃料運転となり、第二エンジン発電機４は、運転停止となる（Ｓ７）。そして、ガス化炉１は「低負荷運転モード」で運転される（Ｓ８）。ガス化炉コントローラー１０は、低負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｂ及びガス流量Ｆ２ｂとなるように、フィーダー６及びブロワ７の周波数（回転数）を制御する。

その後、ガス流量Ｆ２が閾値Ｆ２ｘ以上、かつガス発熱量Ｑが閾値Ｑｘ以上になると（Ｓ９：Ｙｅｓ）、第一エンジン発電機３は、ガス燃料運転となり、第二エンジン発電機４は、継続して運転停止となる（Ｓ１０）。つまり、第一エンジン発電機３は、液体燃料運転からガス燃料運転に切り替わる。

なお、ガス流量Ｆ２が閾値Ｆ２ｘ以上でなく、かつガス発熱量Ｑが閾値Ｑｘ以上でない場合（Ｓ９：Ｎｏ）、つまり、ガス流量Ｆ２が閾値Ｆ２ｘ未満又はガス発熱量Ｑが閾値Ｑｘ未満の場合、第一エンジン発電機３は、継続して液体燃料運転となり、第二エンジン発電機４は、継続して運転停止となる。

そして、第一エンジン発電機３がガス燃料運転となり、第二エンジン発電機４が運転停止となっている場合において（Ｓ１０）、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｂ以上になると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、第一エンジン発電機３は、継続してガス燃料運転となるが、第二エンジン発電機４は、液体燃料運転となる（Ｓ１２）。つまり、第二エンジン発電機４は、運転停止から液体燃料運転に切り替わる。そして、ガス化炉１は「定格負荷運転モード」で運転される（Ｓ１３）。つまり、ガス化炉１は、低負荷運転モードから定格負荷運転モードに切り替わる。ガス化炉コントローラー１０は、定格負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ａ及びガス流量Ｆ２ａとなるように、フィーダー６及びブロワ７の周波数（回転数）を制御する。

なお、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｂ未満の場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、第一エンジン発電機３は、継続してガス燃料運転となり、第二エンジン発電機４は、継続して運転停止となる。

その後、ガス流量Ｆ２が閾値Ｆ２ｙ以上、かつガス発熱量Ｑが閾値Ｑｘ以上になると（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、第一・第二エンジン発電機３・４は、いずれもガス燃料運転となる（Ｓ１５）。つまり、第二エンジン発電機４は、液体燃料運転からガス燃料運転に切り替わる。

その後、負荷設備９の負荷電力Ｗｔが低下した場合は、上記とは逆の順序の制御フローとなる。つまり、第一・第二エンジン発電機３・４は「ガス燃料運転」→「液体燃料運転」→「運転停止」の順に切り替わり、ガス化炉１は「定格負荷運転モード」→「低負荷運転モード」→「保温運転モード」の順に切り替わる。

例えば、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｂ未満になると、第二エンジン発電機４は、ガス燃料運転から液体燃料運転を経て運転停止に切り替わり、第一エンジン発電機３は、継続してガス燃料運転となる。つまり、ガス化炉１は、定格負荷運転モードから低負荷運転モードに切り替わって、一台の第一エンジン発電機３（第二エンジン発電機４）のガス燃料運転に必要なガスを生成する。

その後、更に負荷電力Ｗｔが低下して閾値Ｗｔａ未満になると、第一エンジン発電機３は、ガス燃料運転から液体燃料運転を経て運転停止に切り替わり、第二エンジン発電機４は、継続して運転停止となる。つまり、ガス化炉１は、低負荷運転モードから保温運転モードに切り替わり、ガス化炉１を保温して第一・第二エンジン発電機３・４の運転再開に備える。

続いて、図４に示すガス主運転モードが選択された場合において（Ｓ３）、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔａ未満の場合（Ｓ１６：Ｎｏ）、第一・第二エンジン発電機３・４は、いずれも運転停止となる（Ｓ１７）。そして、ガス化炉１は、「保温運転モード」で運転される（Ｓ１８）。ガス化炉コントローラー１０は、保温運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｃ及びガス流量Ｆ２ｃとなるように、フィーダー６及びブロワ７の周波数（回転数）を制御する。

一方、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔａ以上になると（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、第一・第二エンジン発電機３・４は、いずれも運転停止となる（Ｓ１９）。そして、ガス化炉１は、「低負荷運転モード」で運転される（Ｓ２０）。ガス化炉コントローラー１０は、低負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ｂ及びガス流量Ｆ２ｂとなるように、フィーダー６及びブロワ７の周波数（回転数）を制御する。この第一エンジン発電機３が運転停止となる点が、電主運転モードと相違する（電主運転モードでは、第一エンジン発電機３は液体燃料運転となる）。

その後、ガス流量Ｆ２が閾値Ｆ２ｘ以上、かつガス発熱量Ｑが閾値Ｑｘ以上になると（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、第一エンジン発電機３は、ガス燃料運転となり、第二エンジン発電機４は、運転停止を継続する（Ｓ２２）。つまり、第一エンジン発電機３は、運転停止からガス燃料運転に切り替わる。ガス主運転モードでは、負荷電力Ｗｔに加えてガス流量Ｆ２及びガス発熱量Ｑが各閾値以上にならないと、第一エンジン発電機３が液体燃料運転（ガス燃料運転）しない点で、電主運転モードと相違する。

なお、ガス流量Ｆ２が閾値Ｆ２ｘ以上でなく、かつガス発熱量Ｑが閾値Ｑｘ以上でない場合（Ｓ２１：Ｎｏ）、つまり、ガス流量Ｆ２が閾値Ｆ２ｘ未満又はガス発熱量Ｑが閾値Ｑｘ未満の場合、ピークカット制御（図５参照）が行われる（Ｓ２３）。

そして、第一エンジン発電機３がガス燃料運転となり、第二エンジン発電機４が運転停止なっている場合において（Ｓ２２）、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｂ以上になると（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、第一エンジン発電機３は、継続してガス燃料運転となり、第二エンジン発電機４は、継続して運転停止となる（Ｓ２５）。そして、ガス化炉１は、「定格負荷運転モード」で運転される（Ｓ２６）。つまり、ガス化炉１は、低負荷運転モードから定格負荷運転モードに切り替わる。ガス化炉コントローラー１０は、定格負荷運転モードに係る原料処理量Ｆ１ａ及びガス流量Ｆ２ａとなるように、フィーダー６及びブロワ７の周波数（回転数）を制御する。この第二エンジン発電機４が継続して運転停止となる点が、電主運転モードと相違する（電主運転モードでは、第二エンジン発電機４は液体燃料運転となる）。

なお、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｂ未満の場合（Ｓ２４：Ｎｏ）、第一エンジン発電機３は、継続してガス燃料運転となり、第二エンジン発電機４は、継続して運転停止となる。

その後、ガス流量Ｆ２が閾値Ｆ２ｙ以上、かつガス発熱量Ｑが閾値Ｑｘ以上になると（Ｓ２７：Ｙｅｓ）、第一エンジン発電機３は、継続してガス燃料運転となり、第二エンジン発電機４は、ガス燃料運転となる（Ｓ２８）。つまり、第二エンジン発電機４は、運転停止からガス燃料運転に切り替わる。ガス主運転モードでは、負荷電力Ｗｔに加えてガス流量Ｆ２及びガス発熱量Ｑが各閾値以上にならないと、第二エンジン発電機４が液体燃料運転（ガス燃料運転）をしない点で、電主運転モードと相違する。

その後、負荷設備９の負荷電力Ｗｔが低下した場合は、上記とは逆の順序の制御フローとなる。つまり、第一・第二エンジン発電機３・４は「ガス燃料運転」→「運転停止」の順に切り替わり、ガス化炉１は「定格負荷運転モード」→「低負荷運転モード」→「保温運転モード」の順に切り替わる。

例えば、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｂ未満になると、第二エンジン発電機４は、ガス燃料運転から運転停止に切り替わり、第一エンジン発電機３は、継続してガス燃料運転となる。つまり、ガス化炉１は、定格負荷運転モードから低負荷運転モードに切り替わり、一台の第一エンジン発電機３（第二エンジン発電機４）のガス燃料運転に必要なガスを生成する。

その後、更に負荷電力Ｗｔが低下して閾値Ｗｔａ未満になると、第一エンジン発電機３は、ガス燃料運転から運転停止に切り替わり、第二エンジン発電機４は、継続して運転停止となる。つまり、ガス化炉１は、低負荷運転モードから保温運転モードに切り替わり、ガス化炉１を保温して第一・第二エンジン発電機３・４の運転再開に備える。

ここで、ガス主運転モードにおけるピークカット制御について説明する。図５に示すように、ピークカット制御（Ｓ２３）は、第一・第二エンジン発電機３・４のいずれもが運転停止となっている場合（Ｓ２９）、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｃ以上になると（Ｓ３０：Ｙｅｓ）、第一エンジン発電機３は、液体燃料運転となり、第二エンジン発電機４は、継続して運転停止となる（Ｓ３１）。つまり、第一エンジン発電機３は、運転停止から液体燃料運転に切り替わる。

なお、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｃ未満の場合は（Ｓ３０：Ｎｏ）、第一・第二エンジン発電機３・４は、いずれも継続して運転停止となる。

その後、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｄ以上になると（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、第一エンジン発電機３は、継続して液体燃料運転となり、第二エンジン発電機４は、液体燃料運転となる（Ｓ３３）。つまり、第二エンジン発電機４は、運転停止から液体燃料運転に切り替わる。

なお、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｄ未満の場合は（Ｓ３２：Ｎｏ）、第一エンジン発電機３は、液体燃料運転を継続し、第二エンジン発電機４は、運転停止を継続する。

その後、負荷設備９の負荷電力Ｗｔが低下した場合は、上記とは逆の順序の制御フローとなる。つまり、第一・第二エンジン発電機３・４は「液体燃料運転」→「運転停止」の順に切り替わる。

例えば、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｄ未満になると、第二エンジン発電機４は、液体燃料運転から運転停止に切り替わり、第一エンジン発電機３は、継続して液体燃料運転となる。その後、更に負荷電力Ｗｔが低下して閾値Ｗｔｃ未満になると、第一エンジン発電機３は、液体燃料運転から運転停止に切り替わり、第二エンジン発電機４は、継続して運転停止となる。

なお、電主運転モード、ガス主運転モード及びピークカット制御において、負荷電力Ｗｔが低下した場合における、閾値Ｗｔａ、閾値Ｗｔｂ、閾値Ｗｔｃ、及び閾値Ｗｔｄは、負荷電力Ｗｔが上昇した場合における、閾値Ｗｔａ、閾値Ｗｔｂ、閾値Ｗｔｃ、及び閾値Ｗｔｄよりも小さい値に設定、つまり、デファレンシャルを設けることもできる。

以上のように、ガス化発電システム１００は、ガス化炉１で原料をガス化してガスを生成し、第一・第二エンジン発電機３・４で生成ガスを燃焼して発電する、ガス化発電システム１００において、ガス化炉１は、ガス化炉コントローラー１０によって制御され、ガス化炉コントローラー１０は、ガス化炉１の運転モードとして、ガス化炉１内の原料が不完全燃焼となりガス化炉１がガスを生成する運転モードである、定格負荷運転モード及び低負荷運転モードを有しており、定格負荷運転モードは、第一・第二エンジン発電機３・４の全てがガス燃料運転する量のガスを生成する運転モードであり、低負荷運転モードは、第一・第二エンジン発電機３・４の一部のみがガス燃料運転する量のガスを生成する運転モードであり、ガス化炉コントローラー１０は、第一・第二エンジン発電機３・４の全てがガス燃料運転する場合、定格負荷運転モードでガス化炉１を運転し、第一・第二エンジン発電機３・４の一部のみがガス燃料運転する場合、低負荷運転モードでガス化炉１を運転するものである。

このような構成により、ガス化炉１は第一・第二エンジン発電機３・４の台数に応じた分のガスしか生成しないため、無駄な生成ガスが発生しない。従って、生成ガスの大部分が余剰ガスとなってフレアスタック５で無駄に燃焼されたり、ガス化炉１内の残渣が無駄に発生したりすることがない。

そして、ガス化炉コントローラー１０は、ガス化炉１の運転モードとして、ガス化炉１内の原料が完全燃焼となりガス化炉１がガスを生成しない運転モードである、保温運転モードを有し、ガス化炉コントローラー１０は、第一・第二エンジン発電機３・４の全てが運転停止中の場合、ガス化炉１を当該保温運転モードで運転するものである。

このような構成により、全ての第一・第二エンジン発電機３・４が運転停止中の場合、ガス化炉１はガスを生成せずに保温に必要な分の原料を燃焼するだけであるため、無駄な生成ガスが発生しない。従って、生成ガスの大部分が余剰ガスとなってフレアスタック５で無駄に燃焼されたり、ガス化炉１内の残渣が無駄に発生したりすることがない。

また、ガス化炉１で原料をガス化してガスを生成し、第一・第二エンジン発電機３・４で生成ガスを燃焼して発電する、ガス化発電システム１００において、第一・第二エンジン発電機３・４は、液体燃料又はガス燃料で運転し、エンジン発電機コントローラー１１によって制御され、エンジン発電機コントローラー１１は、第一・第二エンジン発電機３・４の運転モードとして、電主運転モード及びガス主運転モードを選択可能に有し、電主運転モードは、第一・第二エンジン発電機３・４の各々を運転停止又は液体燃料運転又はガス燃料運転に切り替える運転モードであり、ガス主運転モードは、第一・第二エンジン発電機３・４の各々を運転停止又はガス燃料運転に切り替える運転モードである。

このような構成により、電主運転モードを選択することにより、ガス化炉１が運転停止中でガスを生成していない場合でも、第一・第二エンジン発電機３・４は液体燃料にて運転して発電できるとともに、ガス主運転モードを選択することにより、第一・第二エンジン発電機３・４は液体燃料によらずにガス燃料にて運転して発電できる。従って、電主運転モードに加えてガス主運転モードを使用することにより、第一・第二エンジン発電機３・４の液体燃料の使用量を少なくでき、液体燃料の価格高騰に起因する、ガス化発電システム１００のランニングコストの増加を抑制できる。

さらに、ガス化炉１は、ガス化炉コントローラー１０によって制御され、ガス化炉コントローラー１０には、ガス化炉１の生成ガスの流量を検出するガス流量計１５が接続され、ガス化炉コントローラー１０は、ガス化炉１の生成ガスの流量に係り各々異なる値の閾値Ｆ２ｘ、Ｆ２ｙを記憶し、ガス化炉コントローラー１０とエンジン発電機コントローラー１１とは、通信手段によって情報を共有化できるように構成され、エンジン発電機コントローラー１１は、ガス流量計１５によって検出された生成ガスの流量Ｆ２が各閾値Ｆ２ｘ、Ｆ２ｙ以上になる毎に、第一・第二エンジン発電機３・４を一台ずつ運転停止又は液体燃料運転からガス燃料運転に順次切り替えるものである。

このような構成により、生成ガスの流量Ｆ２に応じて第一・第二エンジン発電機３・４を一台ずつ運転停止又は液体燃料運転から液体燃料運転に順次切り替えることができるため、ガス化発電システム１００の制御がきめ細かくなり、ガス化発電システム１００のランニングコストの増加を更に抑制できる。

そして、ガス化炉１で原料をガス化してガスを生成し、第一・第二エンジン発電機３・４で生成ガスを燃焼して発電し、第一・第二エンジン発電機３・４で発電した電力を負荷設備９に供給する、ガス化発電システム１００において、第一・第二エンジン発電機３・４は、液体燃料又はガス燃料で運転し、エンジン発電機コントローラー１１によって制御され、エンジン発電機コントローラー１１には、負荷設備９の負荷電力を検出する受電電力計１７、第一出力電力計１８、及び第二出力電力計１９が接続され、エンジン発電機コントローラー１１は、負荷設備９の負荷電力Ｗｔに係る閾値Ｗｔｃ、Ｗｔｄを記憶し、第一・第二エンジン発電機３・４のいずれもが運転停止中の場合、負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｃ（又はＷｔｄ）以上になると、運転停止中の第一エンジン発電機３（又は第二エンジン発電機４）を液体燃料運転に切り替えるものである。

このような構成により、負荷設備９の負荷電力Ｗｔが閾値Ｗｔｃ、Ｗｔｄ以上になると、運転停止中の第一・第二エンジン発電機３・４を液体燃料運転に切り替えることにより、ガス化炉１の生成ガス量が少ない場合でも、自家発電電力を増加させて、負荷設備９が使用する商用電力が契約受電電力を超過する事態を回避できる。

また、エンジン発電機コントローラー１１は、負荷設備９の負荷電力Ｗｔに係り各々異なる値の閾値Ｗｔｃ、Ｗｔｄを記憶し、負荷電力Ｗｔが各閾値Ｗｔｃ、Ｗｔｄ以上になる毎に、第一・第二エンジン発電機３・４を一台ずつ運転停止から液体燃料運転に順次切り替えるものである。

このような構成により、各負荷電力段階に応じて第一・第二エンジン発電機３・４を一台ずつ運転停止から液体燃料運転に順次切り替えることができるため、ガス化発電システム１００の制御がきめ細かくなり、負荷設備９が使用する商用電力が契約受電電力を超過する事態をより確実に回避できる。

１ガス化炉
３第一エンジン発電機
４第二エンジン発電機
９負荷設備
１０ガス化炉コントローラー
１１エンジン発電機コントローラー
１５ガス流量計（ガス流量検出手段）
１７受電電力計（負荷電力検出手段）
１８第一出力電力計（負荷電力検出手段）
１９第二出力電力計（負荷電力検出手段）
２０ガス発熱量計（ガス発熱量検出手段）
１００ガス化発電システム
Ｆ２ｘ閾値（生成ガスの流量に係る閾値）
Ｆ２ｙ閾値（生成ガスの流量に係る閾値）
Ｑｘ閾値（生成ガスの発熱量に係る閾値）
Ｗｔ負荷電力
Ｗｔａ閾値（負荷電力に係る閾値）
Ｗｔｂ閾値（負荷電力に係る閾値）
Ｗｔｃ閾値（負荷電力に係る閾値）
Ｗｔｄ閾値（負荷電力に係る閾値）

Claims

ガス化炉で原料をガス化してガスを生成し、複数のエンジン発電機で当該生成ガスを燃焼して発電する、ガス化発電システムにおいて、
前記ガス化炉は、ガス化炉コントローラーによって制御され、当該ガス化炉コントローラーは、前記ガス化炉の運転モードとして、前記ガス化炉内の原料が不完全燃焼となり当該ガス化炉がガスを生成する運転モードである、定格負荷運転モード及び低負荷運転モードを有しており、
当該定格負荷運転モードは、前記複数のエンジン発電機の全てが、ガス燃料運転する量のガスを生成する運転モードであり、当該低負荷運転モードは、前記複数のエンジン発電機の一部のみがガス燃料運転する量のガスを生成する運転モードであり、
前記ガス化炉コントローラーは、前記複数のエンジン発電機の全てがガス燃料運転する場合、前記定格負荷運転モードで前記ガス化炉を運転し、前記複数のエンジン発電機の一部のみがガス燃料運転する場合、前記低負荷運転モードで前記ガス化炉を運転し、
前記ガス化炉コントローラーは、前記ガス化炉の運転モードとして、前記ガス化炉内の原料が完全燃焼となり、当該ガス化炉がガスを生成しない運転モードである、保温運転モードを有し、
当該ガス化炉コントローラーは、前記複数のエンジン発電機の全てが運転停止中の場合、前記ガス化炉を当該保温運転モードで運転する
ことを特徴とするガス化発電システム。