JP5653693B2

JP5653693B2 - 発電部の発電出力制御システム

Info

Publication number: JP5653693B2
Application number: JP2010200342A
Authority: JP
Inventors: 政雄村田; 健一中尾; 義治村田; 高木　大輔; 大輔高木; 渡部　秀樹; 秀樹渡部
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: JP2012057512A

Description

本発明は、発電部の発電出力を制御することが可能な発電部の発電出力制御システムに関する。

蒸気タービンを利用することにより発電を行う発電所では、蒸気タービンを回転させるために用いられた蒸気を復水するための復水器を備える。復水器には、取水口から取水された海水等の冷却水が送水管を介して供給される。また、蒸気との間で熱交換が行われた冷却水は、送水管を介して放水口に供給され、放水口から放水される。

ところで、取水口から取水される冷却水の取水温度と、放水口から放水される冷却水の放水温度との温度差は、地方自治体との間で結ばれた協定により、正時から正時までの１時間の平均値が所定の温度（例えば、７℃）以下になっていなければならない。このため、取水温度と放水温度との温度差が所定の温度を超えるおそれがある場合、発電の制御を行う発電制御部は、発電出力を抑制している（特許文献１参照）。

特開２０１０−２４８７１号公報

冷却水として海水を利用する場合、取水温度は、潮位変動の影響を受けて急激に低下する場合がある。この場合、水温が低下した冷却水（海水）が取水口から取水されてから復水器を通過し、放水口から放水されるまでに時間がかかるため、その時間内では、取水温度と放水温度の温度差が、取水温度が低下する前に比べて大きくなる。しかしながら、特許文献１に記載の発明では、発電出力を抑制するときの規定値が一定であるため、潮位の変動を受けて取水温度が急激に低下した場合に、取水温度と放水温度との温度差が規定値を超える可能性が高くなり、発電制御部により発電出力を抑制する必要がないにもかかわらず発電出力を抑制しなければならない。

本発明は、不要な発電出力の抑制を回避して、効率よく発電を行うことが可能な発電部の発電出力制御システムを提供することを目的とする。

本発明は、蒸気タービンを利用して所定の電力で発電を行う発電部と、前記発電部において利用される蒸気を復水する復水器と、取水口から取水された冷却水を前記復水器に送水し、前記復水器において熱交換が行われた冷却水を放水口から放水する冷却水送水部とを備えた発電所における発電部の発電出力制御システムであって、前記取水口から取水されて、前記冷却水送水部により前記復水器に送水される冷却水の取水温度を測定する取水温度測定部と、前記冷却水送水部により前記復水器から送水されて、前記放水口から放水される冷却水の放水温度を測定する放水温度測定部と、前記取水温度測定部により測定された取水温度と前記放水温度測定部により測定された放水温度との温度差を算出する温度差算出部と、前記温度差算出部により算出される温度差が第１の値に到達した場合に、取水温度が低下しているか否かを判定する判定部と、前記判定部により取水温度が低下していると判定された場合には、前記発電部の発電出力を抑制するときの取水温度と放水温度との温度差を第１の値よりも大きな第２の値に設定する設定部と、前記判定部により取水温度が低下していると判定されたことによって前記設定部により第２の値が設定され、前記温度差算出部により算出される温度差が第２の値を超えた場合に前記発電部の発電出力を抑制し、前記判定部により取水温度が低下していないと判定された場合に前記発電部の発電出力を制御する発電制御部と、を備えることを特徴とする発電部の発電出力制御システムに関する。

また、前記判定部により判定される取水温度の低下は、前記取水口が配置される海における潮位の変動により発生する。

また、発電部の発電出力制御システムは、前記温度差算出部により算出される温度差が前記第１の値を超える前に前記復水器の逆洗を行う逆洗制御部をさらに備えることが好ましい。

本発明によれば、不要な発電出力の抑制を回避して、効率よく発電を行うことができる。

発電所に備えられた発電部の発電出力制御システムの一実施形態について説明するための図である。復水器及び冷却水送水部の詳細について説明するための図である。夏季における、潮位、取水温度及び放水温度の一例について説明するための図である。発電部の発電出力制御システムの動作について説明するための第１のフローチャートである。発電部の発電出力制御システムの動作について説明するための第２のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る発電部の発電出力制御システム（以下、発電出力制御システム１という。）について説明する。発電出力制御システム１は、発電所１００において利用されるシステムであるため、まず、発電所１００について説明する。図１は、発電所１００に備えられた発電出力制御システム１の一実施形態について説明するための図である。

発電所１００は、発電部１０と、復水器１３と、冷却水送水部１５と、発電出力制御システム１とを備える。発電部１０は、蒸気タービン１１を利用して所定の出力で発電を行う。発電部１０は、蒸気タービン１１と、蒸気タービン１１を利用することにより発電を行う発電機１２とを備える。復水器１３は、蒸気タービン１１において利用される蒸気を復水する。

冷却水送水部１５は、取水口１６から取水された冷却水（ここでは海水）を復水器１３に送水し、復水器１３において熱交換が行われた冷却水を放水口１７から放水する。具体的には、冷却水送水部１５は、取水口１６と復水器１３とを接続すると共に、復水器１３と放水口１７とを接続する送水管１８を備える。送水管１８には、動翼（図示せず）を備える循環ポンプ１９が配置される。動翼は、開度が０％から１００％の間で遷移可能とされている。動翼の開度が１００％の場合には、循環ポンプ１９は、最大流量の冷却水を送水する。動翼の開度は、制御部３０による自動制御により、又は手動制御により調整することができる。

発電出力制御システム１は、取水温度測定部２０と、放水温度測定部２１と、温度差算出部３１と、温度変化算出部３２と、判定部３３と、設定部３４と、発電制御部３５と、逆洗制御部３６とを備える。なお、温度差算出部３１と、温度変化算出部３２と、判定部３３と、設定部３４と、発電制御部３５と、逆洗制御部３６とは、制御部３０に備えられる。制御部３０は、演算装置（ＣＰＵ）や、所定のソフトウェアを記憶する記憶装置等を備えるコンピュータ等から構成される。

取水温度測定部２０は、取水口１６から取水されて、冷却水送水部１５により復水器１３に送水される冷却水の取水温度を測定する温度センサである。放水温度測定部２１は、冷却水送水部１５により復水器１３から送水されて、放水口１７から放水される冷却水の放水温度を測定する温度センサである。温度差算出部３１は、取水温度測定部２０により測定された取水温度と放水温度測定部２１により測定された放水温度との温度差を算出する。

温度変化算出部３２は、取水温度測定部により測定される取水温度の変化量を算出する。温度変化算出部３２は、例えば、取水温度測定部２０において測定された冷却水の取水温度と、前回測定された冷却水の取水温度との差を算出することに基づいて、取水温度の変化量を得る。

判定部３３は、温度差算出部３１により算出される温度差が第１の値に到達した場合に、前記温度変化算出部により算出される変化量が所定の変化量をよりも低下しているかを判定する。すなわち、判定部３３は、後述するように、取水温度測定部２０において測定される温度が急激に低下しているかを判定する。第１の値は、適宜設定されればよく、一例として６．８℃に設定される。

設定部３４は、温度変化算出部３２により算出される変化量が所定の変化量をよりも低下していると判定部３３により判定された場合に、発電部１０の発電出力を抑制するときの取水温度と放水温度との温度差を第１の値よりも大きな第２の値に設定する。第２の値は、適宜設定されればよく、一例として７．４℃に設定される。

発電制御部３５は、温度変化算出部３２により算出される変化量が所定の変化量よりも低下していないと判定部３３により判定された場合に、発電部１０の発電出力を抑制する。また、発電制御部３５は、設定部３４により第２の値が設定された状態で、温度差算出部３１により算出される温度差が第２の値を超えた場合に、発電部１０の発電出力を抑制する。発電制御部３５は、例えば、蒸気タービン１１への蒸気の流入量を少なくすることに基づいて、発電出力を抑制する。

また、発電制御部３５は、設定部３４により第２の値が設定され、温度変化算出部３２により算出される変化量が所定の変化量をよりも低下していると判定部３３により判定されてから所定の時間経過した場合に、温度差算出部３１により算出される温度差が低下しないときには、発電部１０の発電出力を抑制する。所定の時間は、取水口１６から取水された冷却水が復水器１３を通過して、放水口１７から放水されるまでの時間に応じて適宜設定され、一例として３０分に設定される。すなわち、冷却水の取水温度が急激に低下した場合、その冷却水が復水器１３を通過して放水口１７まで放水されるまでに時間がかかる。このため、冷却水の取水温度が急激に低下して、所定の時間経過しない場合には、温度差算出部３１により算出される温度差は、冷却水の取水温度が急激に低下する前の温度差に比べて上昇する。冷却水の取水温度が急激に低下してから所定の時間経過した場合には、取水温度が低下した冷却水が復水器１３を通過して放水口１７から放水されるので、冷却水の放水温度は低下する。したがって、温度差算出部３１により算出される温度差は、所定の時間経過する前に比べて低下する。ところが、何らかの理由により、所定の時間を経過しても、温度差算出部３１により算出される温度が低下しない場合には、発電制御部３５は、発電部１０の発電出力を抑制する。これにより、放水温度が低下することに基づいて、温度差算出部３１により算出される温度差は低下する。

逆洗制御部３６は、温度差算出部３１により算出される温度差が上記の第１の値を超える前に復水器１３の逆洗を行う。逆洗は、復水器１３の細管（図示せず）に付着した海洋生物等を除去して、細管内を冷却水が円滑に流れるようにするために行われる。図２は、復水器１３及び冷却水送水部１５の詳細（一例）について説明するための図である。ここで、図２（Ａ）は、復水処理時について説明するための図である。また、図２（Ｂ）は、逆洗処理時について説明するための図である。冷却水送水部１５は、逆洗制御部３６による制御に基づいて冷却水の流れる向きを切り替える逆洗弁１８ｅを備える。逆洗弁１８ｅには、取水口１６と連通させる第１送水管１８ａと、復水器１３の一方の端部１３ａ側と連通させる第２送水管１８ｂと、復水器１３の他方の端部１３ｂ側と連通させる第３送水管１８ｃと、放水口１７と連通させる第４送水管１８ｄとが接続される。図２（Ａ）に示すように、復水器１３において復水処理を行う場合には、第１送水管１８ａと第２送水管１８ｂとを接続すると共に、第３送水管１８ｃと第４送水管１８ｄとを接続するように、逆洗弁１８ｅは逆洗制御部３６により制御される。これにより、復水器１３には、一方の端部１３ａ側から他方の端部１３ｂ側に冷却水が流れる。一方、図２（Ｂ）に示すように、復水器１３の逆洗処理を行う場合には、第１送水管１８ａと第３送水管１８ｃとを接続すると共に、第２送水管１８ｂと第４送水管１８ｄとを接続するように、逆洗弁１８ｅは逆洗制御部３６により制御される。これにより、復水器１３には、他方の端部１３ｂ側から一方の端部１３ａ側に冷却水が流れる。

次に、取水温度測定部２０において測定される取水温度の変動について説明する。図３は、夏季における、潮位、取水温度及び放水温度の一例について説明するための図である。ここで、図３の縦軸は、取水温度測定部２０及び放水温度測定部２１において測定される冷却水（ここでは海水）の温度［℃］を示す。また、横軸は、時刻を示す。

実線Ａは、潮位の変動を示し、点Ａ１において干潮となり、点Ａ２において満潮となる。
実線Ｂは、取水温度測定部２０において測定される取水温度を示す。取水温度は、潮位が干潮から満潮に遷移する間のＢ１において、急激な低下を示している。取水温度の急激な低下は、次のような理由によるものである。すなわち、夏季では、海の表層部の水温が高い一方、中層部や底層部の水温が表層部よりも低い。そして冷却水の取水温度は、干潮時には表層部の海水が取水口１６に多く流入するため高くなるが、潮が満ちてきた時には中層部や底層部の海水が取水口１６に流入するため低下する。したがって、干潮から満潮に遷移する場合には、取水口１６に中層部や底層部の海水が流入するため、取水温度は急激に低下する。なお、所定の時間ｔで所定の温度Ｔを低下した場合に、取水温度の急激な低下が発生したとすればよい。ここで、所定の時間ｔは、適宜設定される時間であり、一例としては３０分である。また、所定の温度Ｔは、適宜設定される温度であり、一例としては１℃である。

実線Ｃは、放水温度測定部２１において測定される放水温度を示す。放水温度は、取水温度の急激な低下が発生してから約３０分経過したＣ１において、急激な低下を示している。これは、取水口１６から取水された低温の冷却水が復水器１３を通過して放水口１７から放水されたためである。

なお、取水温度の急激な低下は、冬季においても発生する。すなわち、冬季では、海の表層部の水温が低い一方、中層部や底層部の水温が表層部よりも高い。そして冷却水の取水温度は、満潮時には中層部や底層部の海水が取水口１６に流入するため高くなるが、潮が引いた時には表層部の海水が取水口１６に流入するため低下する。したがって、満潮から干潮に遷移する場合には、取水口１６に表層部の海水が流入するため、取水温度は急激に低下する。

次に、発電出力制御システム１の動作について説明する。図４は、発電出力制御システム１の動作について説明するための第１のフローチャートである。図５は、発電出力制御システム１の動作について説明するための第２のフローチャートである。

図４に示すステップＳ１０１において、制御部３０は、取放水口の温度差（取水温度と放水温度との温度差）は第１の値（例えば、６．８℃）に到達したかを判断する。なお、取放水口の温度差は、温度差算出部により算出される。取放水口の温度差が第１の値に到達した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０２に進む。取放水口の温度差が第１の値に到達していない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１０１の判断を再度行う。

ステップＳ１０２において、制御部３０は、循環ポンプ１９の動翼の開度が１００％か否かを判断する。動翼の開度が１００％未満の場合には、ステップＳ１０３に進む。動翼の開度が１００％の場合には、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０３において、オペレータが操作盤（図示せず）を操作して循環ポンプ１９の動翼の開度を１００％に設定したことに基づいて、制御部３０は、動翼の開度が１００％になるよう動翼（循環ポンプ１９）を制御する。

ステップＳ１０４において、制御部３０は、ステップＳ１０３の制御を行ってから予め決められた時間（例えば、２０分）経過させる。ステップＳ１０４の処理の後は、ステップＳ１０１に進む。

ステップＳ１０２において循環ポンプ１９の開度が１００％であると判断された場合、ステップＳ１０５において、判定部３３は、温度変化算出部３２による取水温度の変化量の算出結果に基づいて、取水温度の動向を確認する。すなわち、判定部３３は、取水温度が低下している（急激に低下している）か否かを判断する。取水温度の急激な低下現象がある場合には、ステップＳ１０６に進む。取水温度の急激な低下現象がない場合には、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１０６において、設定部３４は、発電部１０の発電出力を抑制するときの取水温度と放水温度との温度差を第２の値に設定する。

ステップＳ１０７において、制御部３０は、取水温度と放水温度との温度差が設定部３４により設定された第２の値（例えば、７．４℃）を超えたか否かを判断する。温度差が第２の値を超過していない場合には、ステップＳ１０８に進む。温度差が第２の値を超過した場合には、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１０８において、制御部３０は、取水温度の低下が始まってから予め決められた時間（例えば、３０分）経過させる。

ステップＳ１０９において、制御部３０は、取放水口の温度差（取水温度と放水温度との温度差）が低下したか否かを判断する。取放水口の温度差が低下している場合には、ステップＳ１１０に進む。取放水口の温度差が低下していない場合には、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１０において、制御部３０は、予め決められた時間（例えば、１５分）経過させる。

ステップＳ１１１において、制御部３０は、取放水口の温度差（取水温度と放水温度との温度差）が予め設定された温度（例えば、６．５℃）を超えるか否かを判断する。取放水口の温度差が６．５℃以下の場合には、ステップＳ１１２に進む。取放水口の温度差が６．５℃を超える場合には、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１２において、制御部３０は、予め決められた時間（例えば、３０分）経過させる。ステップＳ１１２の処理の後は、図５に示すステップＳ２０７に進む。

ステップＳ１１３において、発電制御部３５は、発電部１０の発電出力を現状よりも５０ＭＷ降下させる。

ステップＳ１１４において、制御部３０は、取放水口の温度差（取水温度と放水温度との温度差）が予め設定された温度（例えば、６．５℃）を超えるか否かを判断する。取放水口の温度差が６．５℃以下の場合には、図５に示すステップＳ２０１に進む。取放水口の温度差が６．５℃を超える場合には、ステップＳ１１３に進む。

次に、図５に示すステップＳ２０１において、逆洗制御部３６は、復水器１３の逆洗処理を行うよう制御する。

ステップＳ２０２において、制御部３０は、予め決められた時間（例えば、３０分）経過させる。

ステップＳ２０３において、制御部３０は、取放水口の温度差（取水温度と放水温度との温度差）が予め設定された温度（例えば、６．０℃）を超えるか否かを判断する。取放水口の温度差が６．０℃以下の場合には、ステップＳ２０４に進む。取放水口の温度差が６．０℃を超える場合には、ステップＳ２０１に進む。

ステップＳ２０４において、制御部３０は、発電出力の下降の有無（ステップＳ１１３の処理が行われているか否か）を判断する。発電出力の下降がされている場合（有）には、ステップＳ２０５に進む。発電出力の下降がされていない場合（無）には、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０５において、発電制御部３５は、発電部１０の発電出力を現状よりも５０ＭＷ上昇させる。

ステップＳ２０６において、制御部３０は、予め決められた時間（例えば、３０分）経過させる。

ステップＳ２０７において、オペレータが操作盤（図示せず）を操作して循環ポンプ１９動翼の開度を９０％に設定したことに基づいて、制御部３０は、動翼の開度が９０％になるよう動翼（循環ポンプ１９）を制御する。

ステップＳ２０８において、制御部３０は、予め決められた時間（例えば、２０分）経過させる。

ステップＳ２０９において、制御部３０は、取放水口の温度差（取水温度と放水温度との温度差）が予め設定された温度（例えば、６．２℃）を超えるか否かを判断する。取放水口の温度差が６．２℃以下の場合には、ステップＳ２１０に進む。取放水口の温度差が６．２℃を超える場合には、図４に示すステップＳ１０３に進む。

ステップＳ２１０において、制御部３０は、循環ポンプ１９の動翼の開度を制御部３０により自動制御するように設定する。

以上説明したように、本実施形態の発電出力制御システム１によれば、以下の効果が奏される。
すなわち、本実施形態の発電出力制御システム１は、判定部３３により取水温度が低下していると判定された場合には、発電制御部３５により発電出力の抑制を実行するときの温度差を第１の値よりも大きな第２の値に設定し、温度差算出部３１により算出される温度差が第２の値を超えると発電部１０の発電出力を抑制するので、不要な発電出力の抑制を回避して、効率よく発電を行うことができる。

また、発電出力制御システム１は、温度差算出部３１により算出される温度差が第１の値を超える前に復水器１３の逆洗を行うので、取水温度と放水温度との温度差の上昇を緩和することができ、不要な発電出力の抑制を回避して、効率よく発電を行うことができる。

１発電出力制御システム
１０発電部
１１蒸気タービン
１３復水器
２０取水温度測定部
２１放水温度測定部
３１温度差算出部
３３判定部
３４設定部
３５発電制御部

Claims

蒸気タービンを利用して所定の電力で発電を行う発電部と、前記発電部において利用される蒸気を復水する復水器と、取水口から取水された冷却水を前記復水器に送水し、前記復水器において熱交換が行われた冷却水を放水口から放水する冷却水送水部とを備えた発電所における発電部の発電出力制御システムであって、
前記取水口から取水されて、前記冷却水送水部により前記復水器に送水される冷却水の取水温度を測定する取水温度測定部と、
前記冷却水送水部により前記復水器から送水されて、前記放水口から放水される冷却水の放水温度を測定する放水温度測定部と、
前記取水温度測定部により測定された取水温度と前記放水温度測定部により測定された放水温度との温度差を算出する温度差算出部と、
前記取水温度測定部により測定される取水温度の変化量を、潮位の変動の影響を受ける取水温度の急激な温度変化に対応し得る所定の時間間隔で算出する温度変化算出部と、
前記温度差算出部により算出される温度差が第１の値に到達した場合に、前記温度変化算出部により算出される変化量が所定の変化量をよりも低下しているかを判定する判定部と、
前記温度変化算出部により算出される変化量が所定の変化量よりも低下していないと前記判定部により判定された場合に、前記発電部の発電出力を抑制する発電制御部と、
前記温度変化算出部により算出される変化量が所定の変化量よりも低下していると前記判定部により判定された場合に、前記発電部の発電出力を抑制するときの取水温度と放水温度との温度差を第１の値よりも大きな第２の値に設定する設定部と、を備え、
前記発電制御部は、前記設定部により第２の値が設定された状態で、前記温度差算出部により算出される温度差が第２の値を超えた場合に、前記発電部の発電出力を抑制する
ことを特徴とする発電部の発電出力制御システム。
前記判定部により判定される取水温度の低下は、前記取水口が配置される海における潮位の変動により発生する
ことを特徴とする請求項１に記載の発電部の発電出力制御システム。
前記温度差算出部により算出される温度差が前記第１の値を超える前に前記復水器の逆洗を行う逆洗制御部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電部の発電出力制御システム。