JP6678561B2 - タービン制御装置および地熱タービン発電設備 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、タービン制御装置および地熱タービン発電設備に関する。

図７に示すように、地熱タービン発電設備では、熱水と蒸気とが混合した混相流体Ｆ１０が、蒸気生産井１０（地熱井）から汽水分離器１１へ流れる。汽水分離器１１においては、混相流体Ｆ１０が蒸気Ｆ１１と熱水（図示省略）とに分離される。そして、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３とが直列に並んだ流路を介して、汽水分離器１１で分離された蒸気Ｆ１１が蒸気タービン１４に作動流体として導入される。蒸気タービン１４では、その蒸気Ｆ１１の導入により、タービンケーシング（図示省略）の内部においてタービンロータ（図示省略）が回転する。そして、タービンロータの回転により、発電機１５が駆動して、発電が行われる。蒸気タービン１４から排出された蒸気は、復水器１６において凝縮される。なお、混相流体Ｆ１０のエネルギーを更に有効的に利用するために、汽水分離器１１で混相流体Ｆ１０から分離された熱水を、再度、汽水分離器に導入して、蒸気を更に取り出すように構成してもよい。

地熱タービン発電設備において、主蒸気止め弁１２は、弁油圧駆動機１２１によって開閉動作が行われるように構成されている。主蒸気止め弁１２は、「通常運転」が行われるときには全開状態であり、非常時に全閉状態になって蒸気Ｆ１１の流路を遮断する。このため、主蒸気止め弁１２の弁油圧駆動機１２１は、主蒸気止め弁１２が全閉状態と全開状態とのいずれか一方の状態になる機能を有しており、全閉状態と全開状態との間の中間状態で開度を保持する機能が無い。

蒸気加減弁１３は、主蒸気止め弁１２と同様に、弁油圧駆動機１３１によって開閉動作が行われるように構成されている。しかし、蒸気加減弁１３の弁油圧駆動機１３１は、主蒸気止め弁１２の弁油圧駆動機１２１と異なり、蒸気加減弁１３の開度が全閉状態と全開状態との間の中間状態に保持される機能を有する。弁油圧駆動機１３１は、タービン制御装置２００から出力される開度指令Ｓ２４に応じて蒸気加減弁１３の開度を調整する。タービン制御装置２００は、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて各演算器が演算処理を行うことによって、開度指令Ｓ２４を出力する。

具体的には、タービン制御装置２００において、速度制御ユニット２０は、蒸気タービン１４について実測した実回転数と、予め設定された設定回転数との間の偏差を、回転数誤差信号Ｓ２０（回転数指令）として出力する。

負荷制御ユニット１９は、速度制御ユニット２０が出力した回転数誤差信号Ｓ２０と、負荷設定信号（図示省略）との両者に基づいて、流量指令Ｓ１９を出力する。

圧力検出器２２は、汽水分離器１１から蒸気タービン１４へ流れる蒸気Ｆ１１の圧力値Ｄ１１を検出し、その検出結果を実圧検出信号Ｓ２２として出力する。ここでは、圧力検出器２２は、汽水分離器１１と主蒸気止め弁１２との間の流路を流れる蒸気Ｆ１１の圧力値Ｄ１１を実測する。

圧力制御ユニット２１は、圧力検出器２２で実測した圧力（Ｓ２２）と、予め設定した目標圧力との偏差を圧力誤差信号Ｓ２１（圧力指令）として出力する。

蒸気加減弁制御ユニット２４は、負荷制御ユニット１９から流量指令Ｓ１９が入力されると共に、圧力制御ユニット２１から圧力誤差信号Ｓ２１が入力される。蒸気加減弁制御ユニット２４は、流量指令Ｓ１９と圧力誤差信号Ｓ２１との両者に基づいて、開度指令Ｓ２４を出力する。ここでは、蒸気加減弁制御ユニット２４は、流量と開度との間を関連付けた関数が予め設定されており、その関数を用いて開度指令Ｓ２４を出力する。具体的には、蒸気加減弁制御ユニット２４は、流量指令Ｓ１９に応じた流量と、圧力誤差信号Ｓ２１に応じた流量とのうち流量が低い方を選択し、その選択した低値の流量に対応する開度を開度指令Ｓ２４として出力する。蒸気加減弁制御ユニット２４が出力した開度指令Ｓ２４は、弁油圧駆動機１３１に入力され、その開度指令Ｓ２４に応じて弁油圧駆動機１３１が蒸気加減弁１３の開度を調整する。

地熱タービン発電設備では、蒸気生産井１０によって得られる蒸気は、比較的、圧力が低いと共に温度が低いので、地熱タービン発電設備について「通常運転」を行うためには、蒸気タービン１４へ作動媒体として供給する蒸気の流量を大きくする必要がある。このため、弁口径が大きいバタフライ弁（蝶型弁）が、蒸気加減弁１３として選ばれている。蒸気加減弁１３として大口径のバタフライ弁を採用することで、蒸気加減弁１３を通過する蒸気の流速が低減するため、蒸気加減弁１３で生ずる圧力損失が低減すると共に、振動の発生を抑制可能である。

地熱タービン発電設備で利用される蒸気（地熱蒸気）は、珪素系化合物などの不純物（スケール成分）を多く含む。このため、蒸気の流路にスケールが堆積して、地熱タービン発電設備の性能が低下する場合がある。

スケールの生成を抑制するために、地熱タービン発電設備においては、薬品注入装置からキレート剤、アルカリ剤などの薬品を作動流体に注入すること等が提案されている。しかし、薬品注入装置が故障している期間、または、定期保守によって薬品注入装置の使用を停止する期間においては、地熱タービン発電設備の運転を停止する必要がある。

特開２０１３−４３１４５号公報

地熱タービン発電設備においては、流路を流れる蒸気の圧力および温度が低くなるに伴って、スケールの生成速度が大きくなる。このため、薬品注入装置の使用を行うこと以外に、地熱タービン発電設備の流路を流れる蒸気の圧力（機内圧力）が「通常運転」よりも高い「機内圧力上昇運転」を行うことによって、スケールの生成速度を低減し、スケールの生成を抑制することができる。

関連技術の地熱タービン発電設備において、「機内圧力上昇運転」を行う際には、主蒸気止め弁１２を全開にした状態で、蒸気加減弁１３の開度を「通常運転」の場合よりも小さくすることによって、蒸気タービン１４へ作動媒体として供給する蒸気の流量を制限する。「機内圧力上昇運転」を行う場合には、タービン制御装置２００では、速度制御ユニット２０および負荷制御ユニット１９は、「通常運転」の場合と同じ演算処理を行うのに対して、圧力制御ユニット２１では、「通常運転」の場合よりも高く設定された目標圧力と、圧力検出器２２で実測した圧力（Ｓ２２）との偏差を圧力誤差信号Ｓ２１（圧力指令）として出力する。そして、「機内圧力上昇運転」を行う場合には、蒸気加減弁１３は、「通常運転」の場合よりも開度が低い低開度域において、設定した機内圧力に応じて開度の調整が行われる。これにより、タービン速度、負荷、機内圧力などのパラメータが静定される。

しかし、地熱タービン発電設備では、蒸気加減弁１３は、低開度域では流量制御性が低い場合があり、揺動が発生する場合がある。特に、蒸気加減弁１３がバタフライ弁である場合には、この問題が生じやすい。その結果、蒸気タービン１４の運転を安定に行うことが困難になる場合がある。また、蒸気加減弁１３の開度を低開度域で調整して運転を行う状態では、蒸気の流れに起因して振動が増大し、蒸気弁などの破損が発生する可能性がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、「機内圧力上昇運転」を行う際に、蒸気タービンを安定に運転させることが可能であって、安全性を向上可能な、タービン制御装置および地熱タービン発電設備を提供することである。

実施形態のタービン制御装置は、蒸気生産井から混相流体が汽水分離器へ流れ、汽水分離器において分離された蒸気が主蒸気止め弁と蒸気加減弁とを介して蒸気タービンに作動流体として導入される地熱タービン発電設備を制御する。主蒸気止め弁は、全閉状態と全開状態との間の中間状態で開度を保持するように構成されている。タービン制御装置は、地熱タービン発電設備において流路を流れる蒸気の機内圧力が通常運転よりも高い機内圧力上昇運転を行う際には、主蒸気止め弁の開度と蒸気加減弁の開度とを調整する。

図１は、第1実施形態に係る地熱タービン発電設備の構成を模式的に示す図である。 図２は、第２実施形態に係る地熱タービン発電設備の構成を模式的に示す図である。 図３は、第３実施形態に係る地熱タービン発電設備の構成を模式的に示す図である。 図４Ａは、第４実施形態に係る地熱タービン発電設備の構成を模式的に示す図である。 図４Ｂは、第４実施形態に係る地熱タービン発電設備において、主蒸気止め弁制御ユニット２３が有する関数を模式的に示す図である。 図５Ａは、第５実施形態に係る地熱タービン発電設備の構成を模式的に示す図である。 図５Ｂは、第５実施形態に係る地熱タービン発電設備において、主蒸気止め弁制御ユニットが有する関数を模式的に示す図である。 図６Ａは、第６実施形態に係る地熱タービン発電設備の構成を模式的に示す図である。 図６Ｂは、第６実施形態に係る地熱タービン発電設備において、各蒸気加減弁１３の開度と、機内圧力との関係を示す図である。 図７は、関連技術に係る地熱タービン発電設備の一例を模式的に示す構成図である。

＜第１実施形態＞
第1実施形態に係る地熱タービン発電設備の構成について図１を用いて説明する。図１では、「機内圧力上昇運転」を行う際の電気信号の流れに関して破線で示している。本実施形態では、主蒸気止め弁１２の弁油圧駆動機１２１は、関連技術の場合と異なり、全閉状態と全開状態との間の中間状態で開度を保持する中間開度保持機能を有する。弁油圧駆動機１２１は、タービン制御装置２００から出力される開度指令Ｓ２３に応じて主蒸気止め弁１２の開度を調整するように構成されている。

本実施形態では、タービン制御装置２００は、関連技術の場合と異なり、主蒸気止め弁制御ユニット２３を更に有する。

「機内圧力上昇運転」を行う指令が操作装置（図示省略）に入力された際には、主蒸気止め弁制御ユニット２３は、負荷制御ユニット１９が出力した流量指令Ｓ１９に基づいて開度指令Ｓ２３を出力する。ここでは、主蒸気止め弁制御ユニット２３は、蒸気加減弁制御ユニット２４の場合と同様に、流量と開度との間を関連付けた関数が予め設定されており、その関数を用いて開度指令Ｓ２３を出力する。主蒸気止め弁制御ユニット２３が出力した開度指令Ｓ２３は、弁油圧駆動機１２１に入力され、弁油圧駆動機１２１が開度指令Ｓ２３に応じて主蒸気止め弁１２の開度を調整する。

以上のように、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う際には、蒸気加減弁１３の場合と同様に、主蒸気止め弁１２は、全閉状態と全開状態との間の中間状態になるように開度が調整される。つまり、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３とが直列に並んだ流路を流れる蒸気の流量は、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３との２段階で調整される。

このため、本実施形態の場合には、「機内圧力上昇運転」を行う際に、主蒸気止め弁１２を用いずに蒸気加減弁１３を用いて圧力の制御を行う場合よりも、蒸気加減弁１３の開度を大きくすることができる。したがって、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う際に、蒸気加減弁１３において、流量制御性が向上し、揺動の発生を抑制可能であるので、蒸気タービンを安定に運転させることが可能であって安全性を向上可能である。

なお、本実施形態において、「通常運転」を行う場合には、関連技術の場合と同様に、主蒸気止め弁１２を全開にした状態で、蒸気加減弁１３の開度を調整する。そして、非常時には、主蒸気止め弁１２が全閉状態になる。

また、「機内圧力上昇運転」の機内圧力は、目標圧力として複数が設定されていてもよい。その他、「通常運転」の機内圧力から「機内圧力上昇運転」の機内圧力へ連続的に変化するように、各部を制御してもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る地熱タービン発電設備は、図２に示すように、第１実施形態の場合（図１参照）と異なり、主蒸気止め弁１２として、第１主蒸気止め弁１２ａと第２主蒸気止め弁１２ｂとが設けられている。これと共に、本実施形態においては、蒸気加減弁１３として、第１蒸気加減弁１３ａと第２蒸気加減弁１３ｂとが設けられている。

本実施形態では、第１主蒸気止め弁１２ａと第１蒸気加減弁１３ａとが直列に並んだ流路（第１流路）、および、第２主蒸気止め弁１２ｂと第２蒸気加減弁１３ｂとが直列に並んだ流路（第２流路）を含み、汽水分離器１１で分離された蒸気Ｆ１１が、両者の流路に分岐して流れた後に合流し、蒸気タービン１４に作動流体として導入されるように、地熱タービン発電設備が構成されている。

主蒸気止め弁制御ユニット２３は、「機内圧力上昇運転」を行う指令を受けた際には、負荷制御ユニット１９が出力した流量指令Ｓ１９に基づいて、第１主蒸気止め弁１２ａの弁油圧駆動機１２１ａに開度指令Ｓ２３ａに出力すると共に、第２主蒸気止め弁１２ｂの弁油圧駆動機１２１ｂに開度指令Ｓ２３ｂに出力する。

また、蒸気加減弁制御ユニット２４は、「機内圧力上昇運転」を行う指令を受けた際には、負荷制御ユニット１９が出力した流量指令Ｓ１９と圧力制御ユニット２１が出力した圧力誤差信号Ｓ２１とに基づいて、第１蒸気加減弁１３ａの弁油圧駆動機１３１ａに開度指令Ｓ２４ａに出力すると共に、第２蒸気加減弁１３ｂの弁油圧駆動機１３１ｂに開度指令Ｓ２４ｂに出力する

本実施形態では、第１主蒸気止め弁１２ａと第１蒸気加減弁１３ａとが直列に並んだ流路（第１流路）と、第２主蒸気止め弁１２ｂと第２蒸気加減弁１３ｂとが直列に並んだ流路（第２流路）とのうち、一方の流路を全て閉じ、他方の流路を介して蒸気Ｆ１１が蒸気タービン１４に導入されるように、各部の制御が行われる。

たとえば、図２に示すように、後者の流路（第２流路）を介在させずに、前者の流路（第１流路）を介して蒸気Ｆ１１を蒸気タービン１４に導入するように、制御が行われる。この場合には、第２主蒸気止め弁１２ｂおよび第２蒸気加減弁１３ｂを全閉状態にする。そして、第１主蒸気止め弁１２ａおよび第１蒸気加減弁１３ａについては、全閉状態と全開状態との間の中間状態になるように開度の調整が行われる。

以上のように、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う場合には、第１蒸気加減弁１３ａの場合と同様に、第１主蒸気止め弁１２ａの開度が全閉状態と全開状態との間の中間状態に調整される。つまり、第１主蒸気止め弁１２ａと第１蒸気加減弁１３ａとが直列に並んだ流路（第１流路）を流れる蒸気は、第１主蒸気止め弁１２ａと第１蒸気加減弁１３ａとの２段階で流量が調整される。

このため、本実施形態の場合には、「機内圧力上昇運転」を行う際に、第１主蒸気止め弁１２ａを用いずに第１蒸気加減弁１３ａを用いて圧力の制御を行う場合よりも、第１蒸気加減弁１３ａの開度を大きくすることができる。したがって、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う際に、第１蒸気加減弁１３ａにおいて、流量制御性が向上し、揺動の発生を抑制可能であるので、蒸気タービンを安定に運転させることが可能であって安全性を向上可能である。

なお、本実施形態において、「通常運転」を行う場合には、第１主蒸気止め弁１２ａおよび第２主蒸気止め弁１２ｂを全開にした状態で、第１蒸気加減弁１３ｂと第２蒸気加減弁１３ｂとの開度を調整する。そして、非常時には、第１主蒸気止め弁１２ａおよび第２主蒸気止め弁１２ｂが全閉状態になる。

また、本実施形態では、主蒸気止め弁１２および蒸気加減弁１３が２つである場合について説明したが、これに限らない。主蒸気止め弁１２および蒸気加減弁１３が３つ以上であって、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁とが直列に並んだ３つ以上の流路を備えていてもよい。この場合に「機内圧力上昇運転」を行うときには、タービン制御装置２００は、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３とが直列に並んだ複数の流路のうち、少なくとも１つの流路を遮断し、残りの流路において主蒸気止め弁１２の開度と蒸気加減弁１３の開度とを調整する。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る地熱タービン発電設備は、図３に示すように、蒸気Ｆ１１の流路において圧力検出器２２が蒸気Ｆ１１の圧力値Ｄ１１を検出する位置が、第１実施形態の場合（図１参照）と異なる。ここでは、圧力検出器２２は、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３との間の流路を流れる蒸気Ｆ１１について圧力値Ｄ１１を検出し、その検出結果を実圧検出信号Ｓ２２として圧力制御ユニット２１に出力する。

圧力制御ユニット２１は、「機内圧力上昇運転」を行う指令を受けた際には、圧力検出器２２で実測した圧力（Ｓ２２）と目標圧力との偏差を圧力誤差信号Ｓ２１として求めて出力する。ここでは、目標圧力は、「通常運転」の場合と同じ圧力である。圧力制御ユニット２１が出力する圧力誤差信号Ｓ２１は、第１実施形態の場合と異なり、蒸気加減弁制御ユニット２４に出力されず、圧力制御ユニット２１に出力される。

主蒸気止め弁制御ユニット２３は、圧力誤差と開度との間を関連付けた関数が予め設定されており、「機内圧力上昇運転」を行う指令を受けた際には、その関数を用いて開度指令Ｓ２３を出力する。ここでは、上述したように、目標圧力が「通常運転」の場合と同じ圧力であって、主蒸気止め弁制御ユニット２３は、圧力検出器２２で検出される蒸気Ｆ１１の圧力値Ｄ１１が、「通常運転」の場合と同じ圧力になるように、開度指令Ｓ２３を出力する。主蒸気止め弁制御ユニット２３が出力した開度指令Ｓ２３は、主蒸気止め弁１２の弁油圧駆動機１２１に入力される。主蒸気止め弁１２の弁油圧駆動機１２１は、第１実施形態の場合と同様に、中間開度保持機能を有しており、開度指令Ｓ２３に応じて主蒸気止め弁１２の開度を調整する。

蒸気加減弁制御ユニット２４は、本実施形態では、上述したように、圧力制御ユニット２１から圧力誤差信号Ｓ２１が入力されず、負荷制御ユニット１９から流量指令Ｓ１９が入力される。このため、蒸気加減弁制御ユニット２４は、負荷制御ユニット１９から入力された流量指令Ｓ１９に基づいて開度指令Ｓ２４を出力する。本実施形態では、圧力検出器２２で検出される蒸気Ｆ１１の圧力値Ｄ１１が、「通常運転」の場合と同じ圧力になるため、蒸気加減弁制御ユニット２４は、「機内圧力上昇運転」を行う指令を受けた際においても、「通常運転」の場合と同様に開度指令Ｓ２４を出力する。蒸気加減弁制御ユニット２４が出力した開度指令Ｓ２４は、蒸気加減弁１３の弁油圧駆動機１３１に入力される。蒸気加減弁１３の弁油圧駆動機１３１は、中間開度保持機能を有しており、開度指令Ｓ２４に応じて蒸気加減弁１３の開度を調整する。

以上のように、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う場合には、第１実施形態の場合と同様に、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３とが直列に並んだ流路を流れる蒸気の流量は、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３との２段階で調整される。さらに、「機内圧力上昇運転」を行う際には、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３との間における蒸気Ｆ１１の圧力（蒸気加減弁１３の前圧：Ｄ１１）が「通常運転」の場合と同じ一定の圧力になるように、主蒸気止め弁１２の開度が調整されるので、蒸気加減弁１３は、「通常運転」の場合と同様に、開度が制御される。したがって、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う際に、蒸気タービンを更に安定に運転させることが可能であって安全性を向上可能である。なお、主蒸気止め弁１３の前圧（汽水分離器１１と主蒸気止め弁１２との間の圧力）は、「機内圧力上昇運転」の場合の方が「通常運転」の場合よりも高くなる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る地熱タービン発電設備は、図４Ａに示すように、第１実施形態の場合（図１参照）と異なり、圧力制御ユニット２１が出力した信号Ｓ２１（圧力誤差に相当する流量信号）が、蒸気加減弁制御ユニット２４に入力されずに、主蒸気止め弁制御ユニット２３に入力される。

圧力制御ユニット２１は、圧力検出器２２から実圧検出信号Ｓ２２が入力されると共に、タービン負荷に関する信号（図示省略）が入力される。圧力制御ユニット２１は、その入力された両者に基づいて、信号Ｓ２１を出力する。ここでは、圧力制御ユニット２１は、圧力検出器２２で実測した圧力（Ｓ２２）と予め設定した目標圧力との偏差を圧力誤差として算出する他に、圧力誤差とタービン負荷と開度との間を関連付けた関数を用いて信号Ｓ２１を出力する。圧力制御ユニット２１が出力した信号Ｓ２１は、主蒸気止め弁制御ユニット２３に入力される。主蒸気止め弁制御ユニット２３は、その入力された信号Ｓ２１に基いて開度指令Ｓ２３を弁油圧駆動機１２１に出力し、弁油圧駆動機１２１が開度指令Ｓ２３に応じて主蒸気止め弁１２の開度を調整する。

圧力制御ユニット２１が有する関数について図４Ｂを用いて説明する。図４Ｂにおいて、縦軸は、圧力制御ユニット２１が出力する信号Ｓ２１の信号値であり、横軸はタービン負荷の信号値である。実線Ｓ２２＿ｓｔｄは、圧力誤差が基準値である場合（機内圧力が目標圧力と同じ場合）の関数を示している。破線Ｓ２２＿ｌｏｗは、圧力誤差が基準値よりも低い場合（機内圧力が目標圧力より低い場合）の関数を示している。一点鎖線Ｓ２２＿ｈｉｇｈは、圧力誤差が基準値よりも高い場合（機内圧力が目標圧力より高い場合）の関数を示している。

図４Ｂに示すように、圧力制御ユニット２１が有する関数は、タービン負荷の信号値が増加するに伴って、圧力制御ユニット２１が出力する信号Ｓ２１の信号値が増加するように設定されている。

ここでは、圧力誤差が基準値よりも低い場合（破線Ｓ２２＿ｌｏｗ）には、圧力誤差が基準値である場合（実線Ｓ２２＿ｓｔｄ）よりも、圧力制御ユニット２１が出力する信号Ｓ２１の信号値が大きくなるように補正される。

これに対して、圧力誤差が基準値よりも高い場合（一点鎖線Ｓ２２＿ｈｉｇｈ）には、圧力誤差が基準値である場合（実線Ｓ２２＿ｓｔｄ）よりも、圧力制御ユニット２１が出力する信号Ｓ２１の信号値が小さくなるように補正される。

蒸気加減弁制御ユニット２４は、本実施形態では、上述したように、圧力制御ユニット２１から圧力誤差信号Ｓ２１が入力されず、負荷制御ユニット１９から流量指令Ｓ１９が入力される。このため、蒸気加減弁制御ユニット２４は、負荷制御ユニット１９から入力された流量指令Ｓ１９に基づいて開度指令Ｓ２４を出力する。蒸気加減弁制御ユニット２４が出力した開度指令Ｓ２４は、蒸気加減弁１３の弁油圧駆動機１３１に入力される。蒸気加減弁１３の弁油圧駆動機１３１は、中間開度保持機能を有しており、開度指令Ｓ２４に応じて蒸気加減弁１３の開度を調整する。

以上のように、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う場合には、第１実施形態の場合と同様に、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３とが直列に並んだ流路を流れる蒸気の流量は、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３との２段階で調整される。さらに、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う場合には、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３との間における蒸気Ｆ１１の圧力（蒸気加減弁１３の前圧）が「通常運転」の場合と同じ一定の圧力になるため、蒸気加減弁１３は、「通常運転」の場合と同様に、開度が制御される。したがって、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う際に、蒸気タービンを更に安定に運転させることが可能であって安全性を向上可能である。

＜第５実施形態＞
第５実施形態に係る地熱タービン発電設備は、図５Ａに示すように、第４実施形態の場合（図４Ａ参照）と異なり、蒸気加減弁制御ユニット２４が出力した開度指令Ｓ２４が、蒸気加減弁１３の弁油圧駆動機１３１と共に、圧力制御ユニット２１に入力される。つまり、圧力制御ユニット２１は、圧力検出器２２から実圧検出信号Ｓ２２が入力される他に、蒸気加減弁制御ユニット２４から開度指令Ｓ２４が入力される。

圧力制御ユニット２１は、その入力された両者に基づいて、信号Ｓ２１を出力する。ここでは、圧力制御ユニット２１は、圧力（圧力誤差）とタービン負荷と開度との間を関連付けた関数が予め設定されており、その関数を用いて信号Ｓ２１を出力する。圧力制御ユニット２１が出力した信号Ｓ２１は、主蒸気止め弁制御ユニット２３に入力される。主蒸気止め弁制御ユニット２３は、その入力された信号Ｓ２１に基いて開度指令Ｓ２３を弁油圧駆動機１２１に出力し、弁油圧駆動機１２１が開度指令Ｓ２３に応じて主蒸気止め弁１２の開度を調整する。

圧力制御ユニット２１が有する関数について図５Ｂを用いて説明する。図５Ｂにおいて、縦軸は、圧力制御ユニット２１が出力する信号Ｓ２１の信号値であり、横軸は、蒸気加減弁１３の開度（開度指令Ｓ２４の信号値）である（実線Ｓ２１＿ｓｔｄ、破線Ｓ２１＿ｌｏｗ、一点鎖線Ｓ２１＿ｈｉｇｈは、図４Ｂと同様）。

図５Ｂに示すように、圧力制御ユニット２１が有する関数は、蒸気加減弁１３の開度（開度指令Ｓ２４の信号値）が増加するに伴って、圧力制御ユニット２１が出力する信号Ｓ２１の信号値が増加するように設定されている。

ここでは、圧力誤差が基準値よりも低い場合（破線Ｓ２２＿ｌｏｗ）には、圧力誤差が基準値である場合（実線Ｓ２２＿ｓｔｄ）よりも、圧力制御ユニット２１が出力する信号Ｓ２１の信号値が大きくなるように補正される。

これに対して、圧力誤差が基準値よりも高い場合（一点鎖線Ｓ２２＿ｈｉｇｈ）には、圧力誤差が基準値である場合（実線Ｓ２２＿ｓｔｄ）よりも、圧力制御ユニット２１が出力する信号Ｓ２１の信号値が小さくなるように補正される。

以上のように、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う場合には、第４実施形態の場合と同様に、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３とが直列に並んだ流路を流れる蒸気の流量は、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３との２段階で調整される。さらに、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う場合には、主蒸気止め弁１２と蒸気加減弁１３との間における蒸気Ｆ１１の圧力（蒸気加減弁１３の前圧）が「通常運転」の場合と同じ一定の圧力になるため、蒸気加減弁１３は、「通常運転」の場合と同様に、開度が制御される。したがって、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行う際に、蒸気タービンを更に安定に運転させることが可能であって安全性を向上可能である。

＜第６実施形態＞
第６実施形態に係る地熱タービン発電設備は、図６Ａに示すように、関連技術の場合（図７参照）と異なり、蒸気加減弁１３として、第１蒸気加減弁１３ａと第２蒸気加減弁１３ｂと第３蒸気加減弁１３ｃとが設けられている。

本実施形態では、第１蒸気加減弁１３ａが設置された流路（第１流路）と、第２蒸気加減弁１３ｂが設置された流路（第２流路）と、第３蒸気加減弁１３ｃが設置された流路（第３流路）とを含み、汽水分離器１１で分離された蒸気Ｆ１１が、各流路に分岐して流れた後に合流し、蒸気タービン１４に作動流体として導入されるように、地熱タービン発電設備が構成されている。

蒸気加減弁制御ユニット２４は、流量指令Ｓ１９と圧力誤差信号Ｓ２１とに基づいて、第１蒸気加減弁１３ａの弁油圧駆動機１３１ａに開度指令Ｓ２４ａに出力し、第２蒸気加減弁１３ｂの弁油圧駆動機１３１ｂに開度指令Ｓ２４ｂに出力し、第３蒸気加減弁１３ｃの弁油圧駆動機１３１ｃに開度指令Ｓ２４ｃに出力する。

ここでは、「機内圧力上昇運転」を行う指令を受けた際には、機内圧力の増加に応じて、各蒸気加減弁１３が段階的に全閉状態になるように、制御を行う。

図６Ｂは、第６実施形態に係る地熱タービン発電設備において、各蒸気加減弁１３の開度と、機内圧力との関係を示す図である。

「機内圧力上昇運転」を行う指令を受けた際には、図６Ｂに示すように、機内圧力が第１圧力値Ｐ１から第２圧力値Ｐ２に増加するに伴って、第１蒸気加減弁１３ａの開度を小さくし、第１蒸気加減弁１３ａを全閉状態にする。そして、機内圧力が第２圧力値Ｐ２よりも大きい第３圧力値から第４圧力値Ｐ４に増加するに伴って、第２蒸気加減弁１３ｂの開度を小さくし、第２蒸気加減弁１３ｂを全閉状態にする。そして、第３蒸気加減弁１３ｃの開度を調整することで、「機内圧力上昇運転」を行う。

以上のように、本実施形態では、「機内圧力上昇運転」を行うときに、あらゆる運転範囲で各蒸気加減弁１３の開度を安定な運転が可能な範囲に収めることができる。このため、蒸気タービンを安定に運転させることが可能であって安全性を向上可能である。

具体的には、本実施形態では、蒸気加減弁１３が複数であって、蒸気加減弁１３の口径を小さくすることが可能であるので、複数の蒸気加減弁１３による制御性を向上することができる。つまり、口径が大きい弁の場合には振動等が発生する低流量域においても、複数の蒸気加減弁１３を制御して蒸気通路面積を絞ることで、安定に運転を行うことができる。このため、本実施形態では、蒸気加減弁１３の動作を制御する主蒸気止め弁制御ユニット２３が無くても、他の実施形態と同様な効果を得ることができる。

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。

１０…蒸気生産井、１１…汽水分離器、１２…主蒸気止め弁、１３…蒸気加減弁、１４…蒸気タービン、１５…発電機、１６…復水器、１９…負荷制御ユニット、２０…速度制御ユニット、２１…圧力制御ユニット、２２…圧力検出器、２３…主蒸気止め弁制御ユニット、２４…蒸気加減弁制御ユニット、１２１…弁油圧駆動機、１３１…弁油圧駆動機、２００…タービン制御装置

Claims (7)

1. 蒸気生産井から混相流体が汽水分離器へ流れ、前記汽水分離器において分離された蒸気が主蒸気止め弁と蒸気加減弁とを介して蒸気タービンに作動流体として導入される地熱タービン発電設備を制御するタービン制御装置であって、
   前記主蒸気止め弁は、全閉状態と全開状態との間の中間状態で開度を保持するように構成されており、
   当該タービン制御装置は、前記地熱タービン発電設備において流路を流れる蒸気の機内圧力が通常運転よりも高い機内圧力上昇運転を行う際には、前記主蒸気止め弁の開度と前記蒸気加減弁の開度とを調整することを特徴とする、
   タービン制御装置。
2. 前記地熱タービン発電設備は、前記主蒸気止め弁と前記蒸気加減弁とが直列に並んだ流路を複数備え、
   当該タービン制御装置は、前記機内圧力上昇運転を行う際には、前記複数の流路のうち少なくとも１つの流路を遮断し、残りの流路において前記主蒸気止め弁の開度と前記蒸気加減弁の開度とを調整する、
   請求項１に記載のタービン制御装置。
3. 前記機内圧力上昇運転を行う際には、前記主蒸気止め弁と前記蒸気加減弁との間において前記蒸気の圧力が一定になるように、前記主蒸気止め弁の開度を調整する、
   請求項１に記載のタービン制御装置。
4. 前記機内圧力上昇運転を行う際には、タービン負荷と前記機内圧力とに基づいて、前記主蒸気止め弁の開度を調整する、
   請求項１に記載のタービン制御装置。
5. 前記機内圧力上昇運転を行う際には、前記蒸気加減弁の開度と前記機内圧力とに基づいて、前記主蒸気止め弁の開度を調整する、
   請求項１に記載のタービン制御装置。
6. 蒸気生産井から混相流体が汽水分離器へ流れ、前記汽水分離器において分離された蒸気が主蒸気止め弁と蒸気加減弁とを介して蒸気タービンに作動流体として導入される地熱タービン発電設備を制御するタービン制御装置であって、
   前記蒸気加減弁が複数であり、
   当該タービン制御装置は、前記地熱タービン発電設備において流路を流れる蒸気の機内圧力が通常運転よりも高い機内圧力上昇運転を行う際には、前記機内圧力に応じて前記複数の蒸気加減弁を段階的に全閉状態にすることを特徴とする、
   タービン制御装置。
7. 蒸気生産井から混相流体が流れ、前記混相流体から蒸気を分離する汽水分離器と、
   前記汽水分離器で分離された蒸気が主蒸気止め弁と蒸気加減弁とを介して作動流体として導入される蒸気タービンと
   を備え、前記主蒸気止め弁が全閉状態と全開状態との間の中間状態で開度を保持するように構成されている地熱タービン発電設備であって、
   通常運転と、前記地熱タービン発電設備において流路を流れる蒸気の機内圧力が前記通常運転よりも高い機内圧力上昇運転とを行うように、前記地熱タービン発電設備を制御するタービン制御装置
   を有し、
   前記タービン制御装置は、前記機内圧力上昇運転を行う際には、前記主蒸気止め弁の開度と前記蒸気加減弁の開度とを調整することを特徴とする、
   地熱タービン発電設備。

Images