JP6587957B2 - 蒸気タービン起動支援システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービン起動支援システムに関する。

蒸気タービン発電プラントは、蒸気タービンを起動する際に消費する燃料の消費量を低減すると共に売電の機会が減少することを抑制するために、蒸気タービンを起動する起動時間を短縮することが求められている。しかし、起動時間の短縮化に伴って、タービンロータに発生する熱応力が大きくなると共に、タービンロータと車室との間の伸び差が熱膨張に起因して大きくなる。このため、蒸気タービンを起動する際には、タービンロータの熱応力、および、車室とタービンロータとの間の伸び差が規定値以下になるように、蒸気タービンの起動が制御される。

図３Ａは、関連技術に係る蒸気タービン発電プラントにおいて、蒸気タービンを起動する際にタービンロータの回転数ω（ｒｐｍ）が推移する起動推移パターンを示している。また、図３Ｂは、関連技術に係る蒸気タービン発電プラントにおいて、蒸気タービンを起動する際に負荷Ｌ（％）（発電出力）が推移する起動推移パターンを示している。

図３Ａおよび図３Ｂでは、起動推移パターンとして、通常起動推移パターンＰＪ（破線）、最適起動推移パターンＰＳ（実線）、および、急速起動推移パターンＰＫ（一点鎖線）を例示している。そして、図３Ｂでは、各起動推移パターンＰＪ，ＰＳ，ＰＫに関する起動時間ＴＪ，ＴＳ，ＴＫ（回転数ωの上昇を開始した時点（ｔ＝０）から負荷Ｌが定格負荷（１００％）に上昇する時点までの時間）を示している。図３Ｂに示すように、最適起動推移パターンＰＳにおいて起動時間ＴＳは、通常起動推移パターンＰＪの起動時間ＴＪよりも短く、急速起動推移パターンＰＫの起動時間ＴＫは、最適起動推移パターンＰＳの起動時間ＴＳよりも短い。

最適起動推移パターンＰＳで起動を行う際には、所定の起動時間で発生する熱応力および伸び差が規定値以下になるように、制御弁の操作量が設定される。そして、急速起動推移パターンＰＫで起動を行う際には、タービンロータ１２の寿命消費量に応じて求めた値以下に熱応力がなるように、制御弁の操作量が設定される（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００９−２８１２４８号公報

蒸気タービンを起動する際には、燃料費などの他に、タービンロータ１２の寿命消費量などの経済性に関するパラメータを考慮して、複数種の起動推移パターンから適切な起動推移パターンを選択することが必要である。

具体的には、燃料費が非常に高いときには、燃料費を抑制するために、起動時間が最も短い急速起動推移パターンＰＫを選択することが適切である。運転開始から数年が経過した後にタービンロータ１２の寿命消費量を抑制する必要があるときには、タービンロータ１２の寿命消費量が最も小さい通常起動推移パターンＰＪを選択することが適切である。燃料費が適正であって、タービンロータ１２の寿命消費量を優先的に考慮する必要がない場合には、最適起動推移パターンＰＳを選択することが適切である。

しかしながら、従来においては、ユーザが複数種の起動推移パターンに関して経済性の優劣を容易に把握することが困難である。このため、複数種の起動推移パターンから適切な起動推移パターンをユーザが選択することが容易でない。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、複数種の起動推移パターンから適切な起動推移パターンを容易に選択可能な、蒸気タービン起動支援システムを提供することである。

実施形態の蒸気タービン起動支援システムは、蒸気によってタービンロータが回転することによって発電機を駆動させる蒸気タービンにおいて起動推移パターンに応じて行われる起動を支援する。蒸気タービン起動支援システムは、起動推移パターン記録装置とパラメータ入力装置とパラメータ記録装置とロータ寿命記録装置と経済性評価装置と画面表示装置とを有する。起動推移パターン記録装置は、複数種の起動推移パターンを記録する。パラメータ入力装置は、蒸気を発生させるために消費される燃料の燃料単価、発電機の駆動で発電されて売却される電力の売電価格、タービンロータのロータ価格、燃料の燃料消費率、蒸気タービンの稼働率、タービンロータのロータ寿命制限値、および、発電機の駆動で出力される電力の出力目標値がパラメータとして入力される。パラメータ記録装置は、パラメータ入力装置に入力されたパラメータを記録する。
ロータ寿命記録装置は、タービンロータのロータ寿命に関する情報を記録する。経済性評価装置は、パラメータ記録装置に記録されたパラメータ、および、ロータ寿命記録装置に記録されたロータ寿命に関する情報に基づいて、起動推移パターン記録装置に記録された複数種の起動推移パターンについて経済性評価を行う。画面表示装置は、経済性評価装置が経済性評価を行った結果を表示する。

図１Ａは、実施形態に係る蒸気タービン発電プラントの要部を模式的に示す図である。 図１Ｂは、実施形態に係る蒸気タービン発電プラントにおいて、蒸気タービン起動支援システムの詳細を示すブロック図である。 図２は、実施形態に係る蒸気タービン起動支援システムにおいて、起動推移パターン記録装置に記録される複数種の起動推移パターンの一例を表で示す図である。 図３Ａは、関連技術に係る蒸気タービン発電プラントにおいて、蒸気タービンを起動する際にタービンロータの回転数ω（ｒｐｍ）が推移する起動推移パターンを示している。 図３Ｂは、関連技術に係る蒸気タービン発電プラントにおいて、蒸気タービンを起動する際に負荷Ｌ（％）（発電出力）が推移する起動推移パターンを示している。

図１Ａは、実施形態に係る蒸気タービン発電プラントの要部を模式的に示す図である。

蒸気タービン発電プラント１は、図１Ａに示すように、蒸気タービン１０、蒸気タービン起動支援システム２０、および、蒸気タービン起動制御装置３０を有する。

蒸気タービン１０は、車室１１とタービンロータ１２とを有する。蒸気タービン１０は、車室１１の内部にタービンロータ１２が収容されており、タービンロータ１２が軸受（図示省略）に回転自在に支持されている。車室１１は、蒸気通路部１３が内部に設けられており、蒸気通路部１３においては、複数段のタービン段落（図示省略）がタービンロータ１２の回転軸に沿った軸方向に配列されている。複数のタービン段落のそれぞれは、静翼翼列と動翼翼列とを含む。静翼翼列は、車室１１の内周面において複数の静翼（ノズル翼）が回転方向に配列されており、動翼翼列は、タービンロータ１２の外周面において、複数の動翼が回転方向に配列されている。

蒸気タービン１０においては、ボイラ（図示省略、排熱回収ボイラを含む）で生じた蒸気が主蒸気管Ｌ１０を介して車室１１の内部に作動流体として供給される。主蒸気管Ｌ１０は、制御弁Ｖ１０（蒸気加減弁）が設置されており、制御弁Ｖ１０の開度が制御されることによって、主蒸気管Ｌ１０を流れる蒸気の流量が調整される。制御弁Ｖ１０の開度は、蒸気タービン起動制御装置３０から出力された指令Ｓ３０に応じて制御される。

蒸気タービン１０において、車室１１の内部に作動流体として供給された蒸気は、複数のタービン段落のそれぞれにおいて順次仕事を行う。これにより、タービンロータ１２が回転することによって、発電機１４が駆動して発電が行われる。蒸気は、初段のタービン段落から最終段のタービン段落を流れた後に、車室１１の排気口（図示省略）から復水器（図示省略）へ排出される。

蒸気タービン起動支援システム２０は、蒸気タービン１０において起動推移パターンに応じて行われる起動を支援するために、起動推移パターンに関する情報Ｓ２０を出力信号として蒸気タービン起動制御装置３０に出力する。蒸気タービン起動支援システム２０の詳細な構成については後述する。

蒸気タービン起動制御装置３０は、蒸気タービン１０の起動を行う際には、起動推移パターンに関する情報Ｓ２０が蒸気タービン起動支援システム２０から入力される他に、蒸気タービン１０の各部において検出された検出データが入力される。ここでは、主蒸気管Ｌ１０を流れる蒸気（主蒸気）について、主蒸気圧力Ｐｍｓ、主蒸気温度Ｔｍｓ、主蒸気流量Ｆｌが検出され、その検出データが蒸気タービン起動制御装置３０に入力される。また、車室１１の温度について検出された車室温度Ｔｃ、初段のタービン段落のメタル部の温度について検出された第１段落メタル温度Ｔｍｅｔ、タービンロータ１２の温度について検出されたタービンロータ温度Ｔｒ、および、タービンロータ１２の回転数について検出されたタービン回転数ωが、蒸気タービン起動制御装置３０に検出データとして入力される。この他に、車室１１とタービンロータ１２との伸び差Ｅｘ、および、発電機１４の負荷ＭＷ（発電出力）の検出データが、蒸気タービン起動制御装置３０に入力される。

そして、蒸気タービン起動制御装置３０は、起動推移パターンに関する情報Ｓ２０および各検出データに基づいて、制御弁Ｖ１０の操作量に関する指令Ｓ３０を出力信号として制御弁Ｖ１０に出力する。これにより、蒸気タービン起動支援システム２０から入力された起動推移パターンで蒸気タービン１０の起動を行うように、制御弁Ｖ１０の操作量が制御される。その結果、蒸気タービン１０を起動する際に、タービンロータ１２の熱応力、および、車室１１とタービンロータ１２との間の伸び差が規定値以下になる。

なお、蒸気タービン起動制御装置３０は、演算器（図示省略）とメモリ（図示省略）とを含み、メモリが記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行い、その演算処理の結果を出力するように構成されている。

図１Ｂは、実施形態に係る蒸気タービン発電プラントにおいて、蒸気タービン起動支援システムの詳細を示すブロック図である。
起動推移パターン記録装置２１は、メモリなどの記録装置を含み、複数種の起動推移パターンに関する情報を記録するように構成されている。起動推移パターン記録装置２１は、複数種の起動推移パターンに関する情報について、複数の起動モードに分類して記録している。たとえば、起動モードは、蒸気タービン１０の運転を停止した時点から経過した経過時間に応じて、ホット起動モード、ウォーム起動モード、および、コールド起動モードの３つが設定されており、起動推移パターン記録装置２１は、複数種の起動推移パターンに関する情報を、その３つの起動モードに分類して記録する。

図２は、実施形態に係る蒸気タービン起動支援システムにおいて、起動推移パターン記録装置に記録される複数種の起動推移パターンの一例を表で示す図である。

図２に示すように、起動推移パターン記録装置２１は、起動モードがコールド起動モードである場合、たとえば、通常起動推移パターン（「通常」と表記）、第１最適起動推移パターン（「最適１」）、第２最適起動推移パターン（「最適２」）、第１急速起動推移パターン（「急速１」）、および、第２急速起動推移パターン（「急速２」）を、起動推移パターンとして記録している。各起動推移パターンは、タービンロータ１２の回転数の推移（図３Ａ参照）および負荷（発電出力）の推移（図３Ｂ参照）に関する情報（回転数の昇速率、負荷の上昇率、ヒートソーク時間など）として記録される。この他に、各起動推移パターンは、図２に示すように、１年間の起動回数と起動時間とＬＣＦＩ（一回の起動でロータの寿命が消費される割合）とロータ寿命年数とロータ寿命減少年数とトータル起動回数（ロータの寿命が来るまでに起動可能な全ての回数）の各パラメータが関連付けて記録される。通常起動推移パターン、第１最適起動推移パターン、第２最適起動推移パターン、第１急速起動推移パターン、および、第２急速起動推移パターンは、起動時間が、順次、短くなっており、起動時間の短縮に伴って、ＬＣＦＩが、順次、大きくなっている。

そして、起動推移パターン記録装置２１は、経済性評価装置２７で経済性評価が行われる際には、その記録された複数種の起動推移パターンに関する情報Ｓ２１ａを出力信号として経済性評価装置２７に出力する。また、起動推移パターン記録装置２１は、その複数種の起動推移パターンに関する情報Ｓ２１ａを出力信号として画面表示装置２８に出力する。

この他に、起動推移パターン記録装置２１は、起動推移パターン選択装置２９が起動推移パターンを選択した情報Ｓ２９が起動推移パターン選択装置２９から入力されたときには、その選択された起動推移パターンに関する情報Ｓ２１ｂを起動推移パターン選択装置２９に出力する。

起動推移パターン登録装置２２は、キーボードなどのユーザインターフェイスを含み、起動推移パターンに関する情報をユーザが入力可能なように構成されている。起動推移パターン登録装置２２は、起動推移パターンに関する情報が入力された際には、その入力された情報Ｓ２２を出力信号として起動推移パターン記録装置２１に出力する。

たとえば、起動推移パターン記録装置２１に記録されていない新規の起動推移パターンに関する情報を、ユーザが起動推移パターン登録装置２２に入力する。この場合には、その入力された新規の起動推移パターンに関する情報Ｓ２２を起動推移パターン登録装置２２が起動推移パターン記録装置２１に出力する。これにより、その新規な起動推移パターンに関する情報Ｓ２２が起動推移パターン記録装置２１に記録される。

また、起動推移パターン記録装置２１に既に記録されている起動推移パターンに関する情報について変更する情報を、ユーザが起動推移パターン登録装置２２に入力する。この場合には、その入力された情報Ｓ２２を起動推移パターン登録装置２２が起動推移パターン記録装置２１に出力する。これにより、既存の起動推移パターンに関する情報が起動推移パターン記録装置２１において変更されて記録される。

パラメータ入力装置２３において、燃料単価入力装置２３１は、ボイラで蒸気を生成するために消費する燃料の燃料単価に関する情報が入力される。そして、燃料単価入力装置２３１は、その入力された燃料単価に関する情報Ｓ２３１を、出力信号としてパラメータ記録装置２４に出力する。

ここでは、燃料単価入力装置２３１は、キーボードなどのユーザインターフェイスにユーザが燃料単価に関する情報を入力するように構成されており、たとえば、燃料を購入したときの燃料単価がユーザによって入力される。この他に、燃料単価入力装置２３１は、インターネットなどのネットワークを経由して、燃料単価に関する情報を含むウェブサイトにアクセスし、その燃料単価に関するリアルタイムな情報をウェブサイトから自動的に入手するように構成されていてもよい。

パラメータ入力装置２３において、売電価格入力装置２３２は、発電機１４の駆動で発電されて外部へ売却される電力の売電価格（売電単価）に関する情報が入力される。そして、売電価格入力装置２３２は、その入力された売電価格に関する情報Ｓ２３２を、出力信号としてパラメータ記録装置２４に出力する。

ここでは、売電価格入力装置２３２は、キーボードなどのユーザインターフェイスにユーザが売電価格に関する情報を入力するように構成されている。この他に、売電価格入力装置２３２は、インターネットなどのネットワークを経由して自動的に入手するように構成されていてもよい。

パラメータ入力装置２３において、ロータ価格入力装置２３３は、蒸気タービン１０に設置されるタービンロータ１２のロータ価格に関する情報が入力される。そして、ロータ価格入力装置２３３は、その入力されたロータ価格に関する情報Ｓ２３３を、出力信号としてパラメータ記録装置２４に出力する。

ここでは、ロータ価格入力装置２３３は、キーボードなどのユーザインターフェイスにユーザがロータ価格に関する情報を入力するように構成されている。具体的には、新規のタービンロータ１２を設置するときのロータ価格が入力される。この他に、通貨膨張（インフレーション）を考慮して、新規のタービンロータ１２を設置するときのロータ価格に所定の係数を積算した値がロータ価格として入力されてもよい。

パラメータ入力装置２３において、燃料消費率入力装置２３４は、ボイラで消費される燃料の燃料消費率に関する情報が入力される。そして、燃料消費率入力装置２３４は、その入力された燃料消費率に関する情報Ｓ２３４を、出力信号としてパラメータ記録装置２４に出力する。

ここでは、燃料消費率入力装置２３４は、キーボードなどのユーザインターフェイスにユーザが燃料消費率に関する情報を入力するように構成されている。具体的には、蒸気タービン１０の運転回数が予め定めた値以下の初期段階では、燃料消費率の設計値が入力される。この一方で、蒸気タービン１０の運転回数が予め定めた値よりも多くなった期間においては、たとえば、前回の起動で計測された燃料消費率の値が入力される。

パラメータ入力装置２３において、稼働率入力装置２３５は、蒸気タービン１０の稼働率に関する情報が入力される。そして、稼働率入力装置２３５は、その入力された稼働率に関する情報Ｓ２３５を、出力信号としてパラメータ記録装置２４に出力する。

ここでは、稼働率入力装置２３５は、キーボードなどのユーザインターフェイスにユーザが稼働率に関する情報を入力するように構成されている。

パラメータ入力装置２３において、ロータ寿命制限値入力装置２３６は、蒸気タービン１０に設置されるタービンロータ１２のロータ寿命制限値に関する情報が入力される。そして、ロータ寿命制限値入力装置２３６は、その入力されたロータ寿命制限値に関する情報Ｓ２３６を、出力信号としてパラメータ記録装置２４に出力する。

ここでは、ロータ寿命制限値入力装置２３６は、キーボードなどのユーザインターフェイスにユーザがロータ寿命制限値に関する情報を入力するように構成されている。

パラメータ入力装置２３において、出力目標値入力装置２３７は、発電機１４の駆動で出力される電力の出力目標値に関する情報が入力される。そして、出力目標値入力装置２３７は、その入力された出力目標値に関する情報Ｓ２３７を、出力信号としてパラメータ記録装置２４に出力する。

ここでは、出力目標値入力装置２３７は、キーボードなどのユーザインターフェイスにユーザが出力目標値に関する情報を入力するように構成されており、蒸気タービン１０の起動が完了した後に発電機１４が出力する電力の目標値がユーザによって入力される。

パラメータ記録装置２４は、メモリなどの記録装置を含み、パラメータ入力装置２３の各部から各パラメータに関する情報Ｓ２３１〜Ｓ２３７が入力され、その情報Ｓ２３１〜Ｓ２３７を記録するように構成されている。

また、パラメータ記録装置２４は、経済性評価装置２７で経済性評価が行われる際には、その記録された各パラメータに関する情報Ｓ２４を出力信号として経済性評価装置２７に出力する。また、パラメータ記録装置２４は、その情報Ｓ２４を画面表示装置２８に出力する。

ロータ寿命記録装置２５は、メモリなどの記録装置を含み、タービンロータ１２のロータ寿命に関する情報が入力され、その情報を記録するように構成されている。ここでは、ロータ寿命記録装置２５は、蒸気タービン１０の起動に起因してタービンロータ１２の寿命が消費されたロータ寿命消費量が入力され、そのロータ寿命消費量を記録する。

そして、ロータ寿命記録装置２５は、経済性評価装置２７で経済性評価が行われる際には、その記録されたロータ寿命に関する情報Ｓ２５を出力信号として経済性評価装置２７に出力する。

また、ロータ寿命記録装置２５は、蒸気タービン１０の起動によってロータ寿命消費量が累積した累積値を、ロータ寿命に関する情報Ｓ２５として画面表示装置２８に出力する。

この他に、ロータ寿命記録装置２５は、演算器（比較器）を含み、ロータ寿命に関する情報として記録されたロータ寿命消費量の累積値と、ロータ寿命制限値入力装置２３６に入力されたロータ寿命制限値とに基づいて、複数種の起動推移パターンで蒸気タービン１０の起動を行ったときにロータ寿命がロータ寿命制限値を超えるか否かを判断するように構成されていてもよい。この場合において、ロータ寿命がロータ寿命制限値を超える起動推移パターンがあると判断された場合には、ロータ寿命記録装置２５は、その起動推移パターンについてロータ寿命がロータ寿命制限値を超える旨を画面表示装置２８に出力する。

起動モード選択装置２６は、キーボードなどのユーザインターフェイスを含み、起動モードをユーザが選択可能なように構成されている。上述したように、蒸気タービン１０の運転を停止した時点から経過した経過時間に応じて複数の起動モード（たとえば、ホット起動モード、ウォーム起動モード、コールド起動モード）が設定されており、起動モード選択装置２６がユーザの指令に基づいて、その複数の起動モードから１つの起動モードを選択する。

たとえば、経過時間が所定値よりも長く蒸気タービン１０の温度が低いコールド状態であるときには、コールド起動モードが選択される。そして、経過時間がコールド起動モードの場合よりも短く蒸気タービン１０の温度がコールド起動モードよりも高いウォーム状態であるときには、ウォーム起動モードが選択される。そして、経過時間がウォーム起動モードの場合よりも短く蒸気タービン１０の温度がウォーム起動モードよりも高いホット状態であるときには、ホット起動モードが選択される。そして、起動モード選択装置２６は、経済性評価装置２７で経済性評価が行われる際に、上記のように選択した起動モードに関する情報Ｓ２６を経済性評価装置２７に出力する。

なお、上記においては、ユーザのマニュアル操作に応じて起動モードの選択が行われる場合について説明したが、これに限らない。蒸気タービン１０の運転を停止した時点から経過した時間に関する情報（図示省略）に基づいて、起動モード選択装置２６が起動モードを自動的に選択するように構成されていてもよい。

経済性評価装置２７は、演算器を含み、パラメータ記録装置２４に記録されたパラメータ、および、ロータ寿命記録装置２５に記録されたロータ寿命に関する情報に基づいて、起動推移パターン記録装置２１に記録された複数種の起動推移パターンについて経済性評価を行う。

具体的には、経済性評価装置２７は、起動推移パターン記録装置２１から複数種の起動推移パターンに関する情報Ｓ２１ａが入力される。本情報Ｓ２１ａには、起動時間ｔ_ｓ、１回の起動当たりのロータ寿命消費量ＬＣＦＩ、計画時指定されたプラントの耐用年数に対して起動時間短縮によるロータ寿命減少量Ｌ_ＲＤ、トータル起動回数Ｎ_Ｃが含まれる。また、パラメータ記録装置２４から各パラメータに関する情報Ｓ２４が入力される。本情報Ｓ２４には、燃料単価Ｓ_ｆ（＝Ｓ２３１）、売電価格Ｓ_ｅ（＝Ｓ２３２）、ロータ価格Ｓ_Ｒ（＝Ｓ２３３）、燃料消費率ｍ_ｆ（＝Ｓ２３４）、プラント稼働率Ａ（＝Ｓ２３５）、出力目標値Ｐ（＝Ｓ２３７）を含む。この他に、経済性評価装置２７は、ロータ寿命記録装置２５からロータ寿命に関する情報Ｓ２５が入力されると共に、起動モード選択装置２６が選択した起動モードに関する情報Ｓ２６とが入力される。

そして、経済性評価装置２７は、起動推移パターン記録装置２１に記録された複数種の起動推移パターンから、起動モード選択装置２６で選択された起動モードに応じた起動推移パターンを抽出する。さらに、経済性評価装置２７は、上記のように抽出した起動推移パターンから、蒸気タービン１０の起動後にロータ寿命消費量の累積値がロータ寿命制限値を超えないと判断される起動推移パターンを更に抽出する。

そして、経済性評価装置２７は、その抽出した起動推移パターンについて経済性評価を行う。つまり、本実施形態では、経済性評価装置２７は、複数種の起動推移パターンのうち、蒸気タービン１０の起動を行ったときにロータ寿命がロータ寿命制限値よりも小さい起動推移パターンについて、経済性評価を行う。

経済性評価では、起動推移パターンに関する情報Ｓ２１ａ、各パラメータに関する情報Ｓ２４、および、ロータ寿命に関する情報Ｓ２５を用いて、起動時経済パラメータを算出する。そして、経済性評価装置２７は、その経済性評価を行った結果に関する情報Ｓ２７を画面表示装置２８に出力信号として出力する。

経済性評価において、起動時経済パラメータＣは、下記式（Ａ）に示すように、燃料消費パラメータＣ_Ｆ、起動時の売電機会喪失パラメータＣ_Ｕ、ロータ寿命消費パラメータＣ_Ｒ、および、起動時間の短縮による経済効果パラメータＲに基づいて算出される。

Ｃ＝Ｃ_Ｆ＋Ｃ_Ｕ＋Ｃ_Ｒ−Ｒ ・・・（Ａ）

燃料消費パラメータＣ_Ｆは、下記式（Ｂ）に示すように、起動時間ｔ_ｓ、燃料消費率ｍ_ｆ、および、燃料単価Ｓ_ｆに基づいて算出される。

Ｃ_Ｆ＝ｔ_ｓ×ｍ_ｆ×Ｓ_ｆ ・・・（Ｂ）

起動時の売電機会喪失パラメータＣ_Ｕは、下記式（Ｃ）に示すように、起動時間ｔ_ｓ、売電価格Ｓ_ｅ、および、出力目標値Ｐに基づいて算出される。

Ｃ_Ｕ＝ｔ_ｓ×Ｓ_ｅ×Ｐ ・・・（Ｃ）

ロータ寿命消費パラメータＣ_Ｒは、下記式（Ｄ）に示すように、１回の起動当たりのロータ寿命消費量ＬＣＦＩ、ロータ価格Ｓ_Ｒ、計画時指定されたプラントの耐用年数に対して起動時間短縮によるロータ寿命減少量Ｌ_ＲＤ、プラント稼働率Ａ、出力目標値Ｐ、売電価格Ｓ_ｅ、および、トータル起動回数Ｎ_Ｃに基づいて算出される。

Ｃ_Ｒ＝（ＬＣＦＩ×Ｓ_Ｒ）＋（Ｌ_ＲＤ×Ａ×Ｐ×Ｓ_ｅ）／Ｎ_Ｃ ・・・（Ｄ）

起動時間の短縮による経済効果パラメータＲは、下記式（Ｅ）に示すように、通常起動推移パターンに対して起動時間が短縮された時間Δｔ_ＲＤ、売電単価Ｓ_ｅ、および、出力目標値Ｐに基づいて算出される。

Ｒ＝Δｔ_ＲＤ×Ｓ_ｅ×Ｐ ・・・（Ｅ）

なお、蒸気タービン１０の起動後に全負荷運転でなく部分負荷運転を行うときには、起動時間は、起動推移パターンに関連して記録された負荷上昇率に基づいて、全負荷運転の場合の値から換算された値を用いる。

画面表示装置２８は、ディスプレイを含み、各部から入力される各情報Ｓ２１ａ，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２７を示す画像をディスプレイの画面に表示する。

具体的には、画面表示装置２８は、複数種の起動推移パターンに関する情報Ｓ２１ａを示す画像として、たとえば、図２に示した表を画面に表示する。同様に、各パラメータに関する情報Ｓ２４を示す画像として、たとえば、各パラメータの表（図示省略）を画面表示装置２８が画面に表示する。

また、画面表示装置２８は、ロータ寿命に関する情報Ｓ２５を示す画像として、たとえば、ロータ寿命消費量の累積値を画面に表示する。ロータ寿命消費量の累積値がロータ寿命制限値を超えるとロータ寿命記録装置２５が判断したときには、ロータ寿命制限値を超える旨を画面表示装置２８が画面に警報として表示する。

この他に、画面表示装置２８は、経済性評価を行った結果に関する情報Ｓ２７を示す画像として、たとえば、経済性評価装置２７が算出した起動時経済パラメータＣを画面に表示する。

起動推移パターン選択装置２９は、キーボードなどのユーザインターフェイスを含み、複数種の起動推移パターンから一の起動推移パターンを選択するように構成されている。たとえば、経済性評価を行った結果に関する起動時経済パラメータＣを示す画像をユーザが観察し、経済性評価で最も経済性に優れると判断された起動推移パターンで起動を行う指令をユーザが入力したときには、その起動推移パターンを選択する。これに対して、経済性評価において最も経済性に優れると判断された起動推移パターン以外の起動推移パターンで起動を行う指令をユーザが入力したときには、その起動推移パターンを選択する。

そして、起動推移パターン選択装置２９は、その起動推移パターンが選択されたことを示す情報Ｓ２９を起動推移パターン記録装置２１に出力信号として出力する。これにより、起動推移パターン記録装置２１が、その選択された起動推移パターンに関する情報Ｓ２１ｂを出力し、起動推移パターン選択装置２９が、その起動推移パターンに関する情報Ｓ２１ｂを受ける。そして、起動推移パターン選択装置２９は、その起動推移パターンに関する情報Ｓ２０を出力信号として蒸気タービン起動制御装置３０に出力する。

上記においては、ユーザのマニュアル操作に応じて起動推移パターンの選択が行われる場合について説明したが、これに限らない。経済性評価を行った結果に関する情報Ｓ２７に基づいて、経済性評価で最も経済性に優れると判断された起動推移パターンを起動推移パターン選択装置２９が自動的に選択するように構成されていてもよい。たとえば、蒸気タービン１０の起動を的確に行うために、経済性評価装置２７で算出された起動時経済パラメータの値が最も高い起動推移パターンを起動推移パターン選択装置２９が選択するように構成されていてもよい。

以上のように、本実施形態の蒸気タービン起動支援システム２０においては、パラメータ記録装置２４に記録されたパラメータ、および、ロータ寿命記録装置２５に記録されたロータ寿命に関する情報に基づいて、起動推移パターン記録装置２１に記録された複数種の起動推移パターンについて、経済性評価装置２７が経済性評価を行う。そして、その経済性評価装置２７が経済性評価を行った結果を画面表示装置２８が表示する。このため、本実施形態では、複数種の起動推移パターンに関する経済性評価の結果をユーザが容易に把握可能であって、経済性評価で最も経済性に優れる起動推移パターンを容易に選択することができる。さらに、最も経済性に優れる起動推移パターンを蒸気タービン起動支援システム２０が自動的に選択するように構成することで、起動の設定を効率的に行うことができる。

本実施形態においては、起動推移パターン登録装置２２を用いて、起動推移パターンに関する情報をユーザが追加および変更し、起動推移パターン記録装置２１に記録されることができる。このため、売電計画に応じた起動推移パターンで、容易に起動を実行可能である。

本実施形態においては、蒸気タービン１０の起動に起因してタービンロータ１２の寿命が消費されたロータ寿命消費量の累積値が、ロータ寿命に関する情報として、ロータ寿命記録装置２５に記録される。そして、そのロータ寿命に関する情報を示す画像が、画面表示装置２８で表示される。このため、本実施形態では、ユーザがタービンロータ１２を交換する計画を容易に立てることができる。

本実施形態においては、ロータ寿命消費量の累積値がロータ寿命制限値を超えると判断されたときには、ロータ寿命制限値を超える旨（図示省略）が画面表示装置２８に警報として表示される。このため、本実施形態は、蒸気タービン１０を起動するときの安全性を高めることができる。

本実施形態においては、経済性評価装置２７は、複数種の起動推移パターンのうち、蒸気タービン１０の起動を行ったときにロータ寿命がロータ寿命制限値よりも小さい起動推移パターンについて、経済性評価装置２７が経済性評価を行う。このため、本実施形態は、演算処理の迅速化を容易に実現可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…蒸気タービン発電プラント、１０…蒸気タービン、１１…車室、１２…タービンロータ、１３…蒸気通路部、１４…発電機、２０…蒸気タービン起動支援システム、２１…起動推移パターン記録装置、２２…起動推移パターン登録装置、２３…パラメータ入力装置、２４…パラメータ記録装置、２５…ロータ寿命記録装置、２６…起動モード選択装置、２７…経済性評価装置、２８…画面表示装置、２９…起動推移パターン選択装置、３０…蒸気タービン起動制御装置、２３１…燃料単価入力装置、２３２…売電価格入力装置、２３３…ロータ価格入力装置、２３４…燃料消費率入力装置、２３５…稼働率入力装置、２３６…ロータ寿命制限値入力装置、２３７…出力目標値入力装置、Ｌ１０…主蒸気管、Ｖ１０…制御弁

Claims (7)

1. 蒸気によってタービンロータが回転することによって発電機を駆動させる蒸気タービンにおいて起動推移パターンに応じて行われる起動を支援する蒸気タービン起動支援システムであって、
   複数種の前記起動推移パターンを記録する、起動推移パターン記録装置と、
   前記蒸気を発生させるために消費される燃料の燃料単価、前記発電機の駆動で発電されて売却される電力の売電価格、前記タービンロータのロータ価格、前記燃料の燃料消費率、前記蒸気タービンの稼働率、前記タービンロータのロータ寿命制限値、および、前記発電機の駆動で出力される電力の出力目標値がパラメータとして入力される、パラメータ入力装置と、
   前記パラメータ入力装置に入力された前記パラメータを記録する、パラメータ記録装置と、
   前記タービンロータのロータ寿命に関する情報を記録する、ロータ寿命記録装置と、
   前記パラメータ記録装置に記録されたパラメータ、および、前記ロータ寿命記録装置に記録されたロータ寿命に関する情報に基づいて、前記起動推移パターン記録装置に記録された複数種の起動推移パターンについて経済性評価を行う、経済性評価装置と、
   前記経済性評価装置が経済性評価を行った結果を表示する、画面表示装置と、
   を有する、
   蒸気タービン起動支援システム。
2. 前記経済性評価装置が経済性評価を行った結果に基づいて、前記起動推移パターンを選択する、起動推移パターン選択装置
   を有し、
   前記起動推移パターン選択装置で選択された起動推移パターンに応じて前記蒸気タービンの起動を実行させる、
   請求項１に記載の蒸気タービン起動支援システム。
3. 前記ロータ寿命記録装置において前記ロータ寿命に関する情報として記録された前記ロータ寿命の消費量の累積値と、前記パラメータ入力装置に入力されたロータ寿命制限値とに基づいて、前記複数種の起動推移パターンのうちのそれぞれで前記蒸気タービンの起動を行ったときに前記ロータ寿命が前記ロータ寿命制限値を超えるか否かを判断し、
   前記ロータ寿命が前記ロータ寿命制限値を超える起動推移パターンがある場合には、当該起動推移パターンについて前記ロータ寿命が前記ロータ寿命制限値を超える旨を前記画面表示装置が警報として表示する、
   請求項１または２に記載の蒸気タービン起動支援システム。
4. 前記経済性評価装置は、前記複数種の起動推移パターンのうち、前記蒸気タービンの起動を行ったときに前記ロータ寿命が前記ロータ寿命制限値よりも小さい起動推移パターンについて、前記経済性評価を行う、
   請求項３に記載の蒸気タービン起動支援システム。
5. 前記起動推移パターンに関する情報が入力される起動推移パターン登録装置
   を有し、
   前記起動推移パターン記録装置に記録されていない新規の起動推移パターンが前記起動推移パターン登録装置に入力された場合には、前記新規の起動推移パターンを前記起動推移パターン登録装置が記録し、
   前記起動推移パターン記録装置に既に記録されている既存の起動推移パターンについて変更する情報が起動推移パターン登録装置に入力された場合には、前記起動推移パターン記録装置が前記既存の起動推移パターンについて変更された情報を記録する、
   請求項１から４のいずれかに記載の蒸気タービン起動支援システム。
6. 前記蒸気タービンの起動モードを選択する起動モード選択装置
   を有し、
   前記経済性評価装置は、前記起動推移パターン記録装置に記録された複数種の起動推移パターンから、前記起動モード選択装置で選択された起動モードに応じた起動推移パターンを抽出し、当該抽出した起動推移パターンについて前記経済性評価を行う、
   請求項１から５のいずれかに記載の蒸気タービン起動支援システム。
7. 前記起動モード選択装置は、前記蒸気タービンの運転を停止した時点から経過した時間に基づいて、前記起動モードを選択する、
   請求項６に記載の蒸気タービン起動支援システム。

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