JP7253403B2 - 発電システム - Google Patents

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Description

本発明は、発電システムに関する。
下記特許文献1には、ガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、を備えるガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)の発電システムが開示されている。
上記発電システムでは、発電量を急速に増加させるためにガスタービンの起動を速くすると、ガスタービンからの排ガスの温度が急上昇し、排熱回収ボイラが許容する排ガスの温度上昇率を超えてしまう場合がある。したがって、上記発電システムは、発電量を急速に増加させることができない。そこで、上記問題を解決するために、ガスタービンと排熱回収ボイラとの間に排ガスを排出するバイパススタックを設置する場合がある。
特許第4469222号公報
バイパススタックを設置する場合、発電システム全体が大型化する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、バイパススタックを用いなくても発電量を急速に増加させることができる発電システムを提供することである。
(1)本発明の一態様は、ガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、を備える発電システムであって、前記ガスタービンから前記排熱回収ボイラに供給される前記排ガスを冷却する冷却部と、を備えることを特徴とする、発電システムである。
(2)上記(1)の発電システムであって、前記冷却部は、前記排熱回収ボイラで熱が回収される前の前記排ガスに冷却水を噴射することで前記排ガスを冷却してもよい。
(3)上記(2)の発電システムであって、前記冷却水の噴射量を制御する制御装置をさらに備え、前記制御装置は、前記ガスタービンの起動速度の目標値に基づいて前記ガスタービンから前記排熱回収ボイラに供給される前記排ガスの状態を推定し、推定した前記排ガスの状態に基づいて前記冷却水の噴射量をフィードフォワード制御してもよい。
(4)上記(3)の発電システムであって、前記制御装置は、前記ガスタービンの起動速度の目標値に基づいて、前記排熱回収ボイラに供給される前記排ガスの熱量及び当該熱量の変化量を第1の状態として推定し、前記ガスタービンの運転状態に基づいて前記排熱回収ボイラに供給される前記排ガスの熱量及び当該熱量の変化量を第2の状態として推定し、推定した前記第1の状態と前記第2の状態とに基づいて前記排ガスの温度を目標値に制御するための前記噴射量をフィードフォワード指令値として求めるフィードフォワード制御部と、前記フィードフォワード指令値に基づいて前記冷却部から噴射される前記噴射量を制御する駆動制御部と、を備えてもよい。
(5)上記(4)の発電システムであって、前記冷却部で冷却された後の前記排ガスの温度を計測する温度計測部と、前記フィードフォワード制御部により算出された前記噴射量が前記排ガスに噴射された後の当該排ガスの温度の予測値と、前記温度計測部の計測値との偏差に基づいてフィードバック指令値を算出するフィードバック制御部と、を備え、前記駆動制御部は、前記フィードフォワード指令値及び前記フィードバック指令値に基づいて、前記冷却部から噴射される前記噴射量を制御してもよい。
以上説明したように、本発明によれば、バイパススタックを用いなくても発電量を急速に増加させることができる。
本実施形態に係る発電システムAの概略構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る制御装置8の機能ブロック図である。 変形例1の制御装置8Bの機能ブロック図である。 変形例2の制御装置8Cの機能ブロック図である。 変形例3の制御装置8Dの機能ブロック図である。
以下、本実施形態に係る発電システムを、図面を用いて説明する。
図1は、本実施形態に係る発電システムAの概略構成の一例を示す図である。本実施形態に係る発電システムAは、ガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)プラントである。
図1に示すように、発電システムAは、吸気流路1、第1の温度計測部2、ガスタービン3、発電機4、排熱回収ボイラ5、冷却部6、第2の温度計測部7及び制御装置8を備える。
吸気流路1は、ガスタービン3に接続され、吸気流体として外気を吸気する。
第1の温度計測部2は、ガスタービン3に吸気される吸入流体の温度(吸気温度)Tiを計測する。第1の温度計測部2は、吸気流路1の内部に設けられている。例えば、第1の温度計測部2は、複数の温度センサ2aを備えている。第1の温度計測部2は、計測した吸入流体の温度Tiを制御装置8に無線又は有線で出力する。
ガスタービン3は、発電機4の駆動源であり、燃料を燃焼させることにより回転動力を発生させる。具体的には、ガスタービン3は、圧縮機10、燃焼器11及びタービン12を備える。
圧縮機10は、タービン12と同軸で接続されている。圧縮機10は、タービン12の回転によって回転し、吸気流路1を介して取り込んだ吸気流体を所定圧まで圧縮して圧縮流体(圧縮空気)を生成する。圧縮機10は、生成した圧縮流体を燃焼器11に供給する。
圧縮機10の入口には、インレットガイドベーン(IGV)10aが設けられている。圧縮機10に吸入される吸気流体の流量は、IGV10aの開度が調整されることで調整される。なお、IGV10aの開度(以下、「IGV開度」という。)の情報は、制御装置8に有線又は無線で送信される。また、圧縮機10には、ブリード弁10bが設けられており、ブリード弁10bの開度が制御されることで、圧縮機10の圧力が規定値を超えないように制御される。なお、ブリード弁10bの開度(以下、「ブリード弁開度」という。)の情報は、制御装置8に有線又は無線で送信される。
燃焼器11は、圧縮機10によって圧縮された圧縮流体と、燃料(例えば、天然ガス)とを混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する。
タービン12は、燃焼器11において生成された燃焼ガスによって回転し、当該回転によって得られた回転エネルギーを、回転軸Gを通じて圧縮機10及び発電機4に伝達する。
発電機4は、タービン12から伝達された回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。すなわち、発電機4は、タービン12の駆動によって回転軸Gが回転し、当該回転によって電力を発電する。
排熱回収ボイラ5は、ガスタービン3から排気された排ガスの熱を用いて蒸気を発生させる。具体的には、排熱回収ボイラ5は、ボイラ本体21、低圧側予熱器22、低圧側スチームドラム23、低圧側蒸発器24、低圧側過熱器25、高圧側予熱器26、高圧側スチームドラム27、高圧側蒸発器28及び高圧側過熱器29を備える。
ボイラ本体21は、タービン12の排気口と接続される。タービン12を回転させた後の排ガスは、ボイラ本体21を流通する過程で熱回収され、ボイラ本体21の後端に設けられた煙突21aから排気される。
低圧側予熱器22は、ボイラ本体21において最下流側に配置され、排ガスとの熱交換によって水を予熱する。低圧側予熱器22は、ポンプ22aによって水の一部を循環させる。低圧側予熱器22は、蒸気タービンの復水器から水を供給されてもよい。低圧側予熱器22で予熱された水は、低圧側スチームドラム23に供給される。
低圧側スチームドラム23は、低圧側予熱器22から供給された水を低圧側蒸発器24に導入し、蒸気を生成させる。低圧側スチームドラム23には、脱気器23aが設けられている。脱気器23aは、空気やその他の溶解ガスを除去する。
低圧側蒸発器24は、ボイラ本体21において低圧側予熱器22よりも上流側に配置され、排ガスとの熱交換によって水を加熱することで蒸気を生成する。低圧側蒸発器24により生成された蒸気は、低圧側スチームドラム23に導入される。低圧側スチームドラム23に導入された蒸気は、低圧側過熱器25に供給される。
低圧側過熱器25は、ボイラ本体21において低圧側蒸発器24よりも上流側に配置され、排ガスとの熱交換によって蒸気を過熱し、蒸気タービン等に供給する。
低圧側スチームドラム23に導入された水の一部は、ポンプ23bによって高圧側予熱器26に供給される。なお、ポンプ23bによって輸送される水の一部は、高圧側予熱器26をバイパスして、高圧側過熱器29に供給される。
高圧側予熱器26は、ボイラ本体21において低圧側過熱器25よりも上流側に配置され、排ガスとの熱交換によって水を予熱する。高圧側予熱器26で予熱された水は、高圧側スチームドラム27に供給される。
高圧側スチームドラム27は、供給された水を高圧側蒸発器28に導入し、蒸気を生成させる。
高圧側蒸発器28は、ボイラ本体21において高圧側予熱器26よりも上流側に配置され、排ガスとの熱交換によって水を加熱し、蒸気を生成する。高圧側蒸発器28により生成された蒸気は、高圧側スチームドラム27に導入される。高圧側スチームドラム27に導入された蒸気は、高圧側過熱器29に供給される。
高圧側過熱器29は、ボイラ本体21において高圧側蒸発器28よりも上流側に配置され、排ガスとの熱交換によって蒸気を過熱し、蒸気タービン等に供給する。
冷却部6は、ガスタービン3から排熱回収ボイラ5に供給される排ガス(ボイラ入口排ガス)を冷却する。本実施形態の冷却部6は、ボイラ入口排ガスに対して冷却水を噴射することで当該排ガスを冷却する。例えば、冷却部6は、排熱回収ボイラ5における排ガスの入り口に向けて冷却水を噴射してもよい。また、冷却部6は、排熱回収ボイラ5における排ガスの入り口から排熱回収ボイラ5の下流側に向けて冷却水を噴射してもよい。ただし、本実施形態に係る冷却部6は、排熱回収ボイラ5で熱が回収される前の排ガスに冷却水を噴射することで当該排ガスを冷却することができればよく、冷却水を噴射する方向や冷却部6の設置位置には特に限定されない。なお、本実施形態の「噴射」とは、注水を含む概念である。
以下に、冷却部6の構成の一例について説明する。
本実施形態に係る冷却部6は、配管31、流量調節弁32及び噴射ノズル33を備える。
配管31には、排ガスを冷却するための冷却水が通流する。配管31は、噴射ノズル33に接続されており、冷却水を噴射ノズル33に供給する。
流量調節弁32は、配管31に設けられ、配管31を通流する冷水の流量を調節する。この流量調節弁32の開度は、制御装置8により制御される。
噴射ノズル33は、配管31と連通する噴射口を備え、配管31を通流してき冷却水を噴射口から噴射する。この噴射ノズル33から噴射される冷却水の噴射量Wは、制御装置8により制御される。
第2の温度計測部7は、冷却部6により冷却された後の排ガスであり、且つ、排熱回収ボイラ5で排ガスの熱が回収される前の排ガスの温度Toを計測する。例えば、第2の温度計測部7は、ボイラ本体21内に設けられており、排熱回収ボイラ5の入り口付近であって、噴射ノズル33よりも下流側に設けられている。例えば、第2の温度計測部7は、ボイラ本体21内において、噴射ノズル33と高圧側過熱器29との間に設けられている。例えば、第2の温度計測部7は、複数の温度センサ7aを備えている。第2の温度計測部7は、計測した排ガスの温度Toを制御装置8に無線又は有線で出力する。
次に、本実施形態に係る制御装置8について説明する。
制御装置8は、流量調節弁32の開度を制御することにより冷却水の噴射量Wを制御する。制御装置8は、流量調節弁32の開度を制御して排ガスに冷却水を噴射させることで、ガスタービン3の起動時において急速に温度上昇する排ガスを冷却する。したがって、制御装置8は、ガスタービン3が起動している状態において、流量調節弁32の開度を制御して排ガスに冷却水を噴射させてもよい。ここで、本実施形態の制御装置8は、冷却水の最適な噴射量Wを求めるために、フィードフォワード制御を用いる。
以下に、本実施形態に係る制御装置8の機能部について、図2を用いて説明する。図2は、本実施形態に係る制御装置8の機能ブロック図である。
図2に示すように、制御装置8は、フィードフォワード制御部40及びフィードバック制御部50及び駆動制御部60を備える。
フィードフォワード制御部40は、ガスタービン3の起動速度の目標値を含む情報に基づいて、ボイラ入口排ガスの熱量(入熱量)及び当該入熱量の変化量を第1の状態として推定する。また、フィードフォワード制御部40は、ガスタービン3の運転状態の計測値を含む情報に基づいてボイラ入口排ガスの入熱量及び当該入熱量の変化量を第2の状態として推定する。そして、フィードフォワード制御部40は、推定した第1の状態と第2の状態とに基づいて排ガスの温度を目標値(以下、「ボイラ入口排ガス目標温度」という。)に制御するための噴射量Wをフィードフォワード指令値として求める。
以下に、本実施形態に係るフィードフォワード制御部40について、具体的に説明する。フィードフォワード制御部40は、第1の演算部41と第2の演算部42を備える。
第1の演算部41は、エンジンモデル411及び第1の噴射量演算部412を備える。
エンジンモデル411は、目標起動レートに基づいて、ガスタービン3か排気される排ガスの温度と、当該排ガスの流量とをそれぞれ推定することで第1の状態を推定する。そして、エンジンモデル411は、推定した排ガスの温度(以下、「排ガス温度推定値」という。)Ts1と、推定した当該排ガスの流量(以下、「排ガス流量推定値」という。)Fs1と、を第1の噴射量演算部412に出力する。ここで、目標起動レートとは、発電システムAの運転条件を示す情報である。例えば、目標起動レートとは、ガスタービン3の起動速度の目標値である。したがって、エンジンモデル411は、ガスタービン3が起動している状態において、ガスタービンから排気される排ガスの第1の状態を推定することができる。
第1の噴射量演算部412は、ボイラ入口排ガスがボイラ入口排ガス目標温度になるような噴射量W1を第1のフィードフォワード指令値として算出する。ここで、ボイラ入口排ガス目標温度は、排熱回収ボイラ5の起動時に許容される排ガスの温度であって、予め設定される。ここで、排熱回収ボイラ5の起動時に許容される、排熱回収ボイラ5の入熱量とその変化量はあらかじめ定められている。したがって、ボイラ入口排ガス目標温度は、排熱回収ボイラ5の起動時に許容される、排熱回収ボイラ5の入熱量とその変化量とに基づいて設定されてもよい。
例えば、第1の噴射量演算部412は、目標昇圧レート、排ガス温度推定値Ts1及び排ガス流量推定値Fs1に基づいて、ボイラ入口排ガスがボイラ入口排ガス目標温度になるような噴射量W1を第1のフィードフォワード指令値として算出する。ここで、目標昇圧レートとは、排熱回収ボイラ5で生成される蒸気の昇圧速度の目標値であって、排熱回収ボイラ5で許容される昇圧速度に設定されている。
第1の噴射量演算部412は、算出した第1のフィードフォワード指令値を第2の演算部42に出力する。
さらに、第1の噴射量演算部412は、算出した噴射量W1の冷却水を排ガス(ボイラ入口排ガス)に噴射した後の当該排ガスの温度を推定する。第1の噴射量演算部412は、推定した排ガスの温度(以下、「噴射後排ガス温度推定値」という。)Txを、フィードバック制御部50に出力する。
第2の演算部42は、排ガス状態算出部421、偏差器422,423、及び第2の噴射量演算部424を備える。
排ガス状態算出部421は、ガスタービン3を起動と同時にボイラ入口排ガスの温度及び流量を、ガスタービン3の運転状態に関する情報(以下、「運転情報」という。)を含む情報に基づいて算出することで第2の状態を推定する。運転情報を含む情報とは、運転情報のみでもよいし、燃焼器11で用いられる燃料の情報(以下、「燃料情報」という。)をさらに含んでもよい。ここで、燃料情報は、燃焼器11で用いられる燃料に関する情報であって、例えば、当該燃料の圧力、燃料の温度、燃料の種類、燃料の組成、発熱量の少なくとも一以上を含む。運転情報は、例えば、IGV開度、ブリード弁開度、吸気温度Ti、補機(吸気冷却器,吸気加熱器)の運転状態及びガスタービン3の出力等の計測値の少なくとも一以上を含む。なお、排ガス状態算出部421が算出した排ガスの温度を「排ガス温度推定値Ts2」と標記する。排ガス状態算出部421が算出した排ガスの流量を「排ガス流量推定値Fs2」と標記する。ここで、補機(吸気冷却器,吸気加熱器)の運転状態とは、例えば、補機の出力、補機に印加している電流値、補機に印加している電圧値、補機が消費している電力値等の少なくとも一以上を含む。
排ガス状態算出部421は、排ガス温度推定値Ts2及び排ガス流量推定値Fs2を求めるにあたって、ガスタービン3の出力の計測値を運転情報として用いなくてもよい。これは、ガスタービン3の出力の計測値は、フィードフォワード制御に用いるには遅いためである。したがって、例えば、排ガス状態算出部421は、排ガス温度推定値Ts2及び排ガス流量推定値Fs2を求めるにあたって、IGV開度、ブリード弁開度、吸気温度Ti及び補機(吸気冷却器,吸気加熱器)の運転状態を運転情報として用いてもよい。
偏差器422は、排ガス温度推定値Ts1と排ガス温度推定値Ts2との差分値ΔTsを求め、その求めた差分値ΔTsを第2の噴射量演算部424に出力する。
偏差器423は、排ガス流量推定値Fs1と排ガス流量推定値Fs2との差分値ΔFsを求め、その求めた差分値ΔFsを第2の噴射量演算部424に出力する。
第2の噴射量演算部424は、第1のフィードフォワード指令値、フィードバック指令値、差分値ΔTs及び差分値ΔFsに基づいて、冷却部6から噴射する冷却水の噴射量Woutを制御指令値として求める。例えば、第2の噴射量演算部424は、差分値ΔTs、差分値ΔFs及び第1のフィードフォワード指令値に基づいて、ボイラ入口排ガスがボイラ入口排ガス目標温度になるような噴射量W1´を第2のフィードフォワード指令値を生成する。例えば、第2の噴射量演算部424は、差分値ΔTsと差分値ΔFsとに基づく補正量により噴射量W1(第1のフィードフォワード指令値)を補正することで噴射量W1´である第2のフィードフォワード指令値を生成する。そして、第2の噴射量演算部424は、第2のフィードフォワード指令値とフィードバック指令値とに基づいて制御指令値を生成し、生成した制御指令値を駆動制御部60に出力する。なお、この制御指令値は、最終的に冷却部6から噴射させる噴射量Woutに相当する。
例えば、第2の噴射量演算部424は、差分値ΔTs及び差分値ΔFsがなくなるように第1のフィードフォワード指令値を補正することで、その補正後の第1のフィードフォワード指令値、すなわち第2のフィードフォワード指令値を求める。
フィードバック制御部50は、第2の温度計測部7が計測した排ガスの温度Toを取得する。そして、フィードバック制御部50は、排ガスの温度Toと噴射後排ガス温度推定値Txとの差分値ΔTxを求め、その差分値ΔTxがなくなるような冷却水の噴射量W2を求める。例えば、フィードバック制御部50は、差分値ΔTxに対してPI制御又はPID制御を適用することにより冷却水の噴射量W2を求める。そして、フィードバック制御部50は、求めた噴射量W2をフィードバック指令値として第2の演算部42に出力する。
駆動制御部60は、制御指令値に基づいて流量調節弁32の開度を制御する。これにより、冷却部6から適切な噴射量の冷却水が噴射される。したがって、制御装置8は、ボイラ入口排ガスの温度の急激な上昇を抑制することができる。このため、ガスタービン3の負荷上昇は、ガスタービン3単独の場合に近くしながらも、排熱回収ボイラ5入口では、温度上昇が制限を受けない。これにより、バイパススタックを用いなくても発電量を急速に増加させることができる。
次に、本実施形態に係る制御装置8の動作について説明する。
制御装置8は、目標起動レート(発電システムAの運転条件)が設定された段階で、当該目標起動レートからエンジンモデル411よりボイラ入口排ガスの第1の状態を推定し、ボイラ入口排ガスの温度がボイラ入口排ガス目標温度に見合うように噴射量W1を算出する。
さらに、制御装置8は、ガスタービン3を起動と同時にボイラ入口排ガスの第2の状態を燃料情報や運転情報等の各種計測データから算出する。そして、制御装置8は、噴射量W1をベースとして、ボイラ入口排ガスの第2の状態を補正量として噴射量W1を補正して噴射量W1´を得る。そして、制御装置8は、噴射量W1´をフィードフォワード指令値として冷却部6をフィードフォワード制御する。これにより、制御装置8は、排ガスの温度Toのフィードバック制御に先行して、より正確な噴射量を算出かつ補正することができ、冷却部6から噴射される噴射量を迅速かつ安定した制御を実現できる。なお、制御装置8は、冷却水の噴射を、例えば、ガスタービン3が起動している状態のときだけ行ってもよいし、発電システムAの発電量を急速に増加させるためにガスタービン3の起動速度を速くするときに行ってもよい。例えば、ガスタービン3の起動速度を速くするときとは、例えば、ガスタービン3の起動速度又は発電量の増加量が所定値を超える場合等が考えられる。
上述したように、本実施形態の発電システムAは、ガスタービン3から排熱回収ボイラ5に供給される排ガスであるボイラ入口排ガスを冷却する冷却部6を備える。これにより、発電システムAは、発電量を急速に増加させるためにガスタービン3の起動を速くしてもガスタービン3からの排ガスの温度を許容値に制御することができる。これにより、発電システムAは、バイパススタックを用いなくても発電量を急速に増加させることができる。
ここで、バイパススタックは高温下で弁の開閉を行う必要がある。ただし、発電システムAは、バイパススタックダンパを装備しなくてすむため、発電システムAの発電設備の信頼性が向上する。さらに、発電システムAの発電設備の用地のサイズが限られているケースが多いが、発電システムAは、高温の排ガスを放出するために必要な内径が大きくかつ断熱材を有するバイパススタック自体を削減できる。そのため、発電システムAの発電設備の接地面積をコンパクトにできる。
また、発電システムAは、ボイラ入口排ガスの温度を低減することができるため、ガスタービン3で急速に発電量を増やしながらも、排熱回収ボイラ5が熱応力で寿命を消費しないようにできる。
また、本実施形態の制御装置8は、ガスタービン3の起動速度の目標値に基づいて、ボイラ入口排ガスの入熱量及び当該入熱量の変化量を第1の状態として推定し、ガスタービン3の運転状態に基づいてボイラ入口排ガスの入熱量及び当該入熱量の変化量を第2の状態として推定するフィードフォワード制御部40を備える。そして、フィードフォワード制御部40は、推定した第1の状態と第2の状態とに基づいて排ガス(ボイラ入口排ガス)の温度を目標値に制御するための噴射量をフィードフォワード指令値として求める。駆動制御部60は、フィードフォワード指令値に基づいて冷却部6から噴射される噴射量を制御する。
これにより、制御装置8は、高速に変化するガスタービン3の状態に即応した排ガス状態量の予想を得てボイラ入口排ガスへの噴射量を算出する先行制御(フィードフォワード制御)が可能となる。したがって、制御装置8は、時間遅れを伴うボイラ入口排ガスの温度の実測値(温度To)に応じた制御(フィードバック制御)よりも素早い制御応答が得られるようになり、過不足のない最適な量の冷却水の噴射を実現できる。
さらに、制御装置8は、フィードフォワード制御部40により算出された噴射量が排ガスに噴射された後の当該排ガスの温度の予測値Txと、第2の温度計測部7が計測した排ガスの温度Toとの偏差に基づいてフィードバック指令値を算出するフィードバック制御部50を備える。そして。駆動制御部60は、フィードフォワード指令値及びフィードバック指令値に基づいて、冷却部6から噴射される噴射量を制御してもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
(変形例1)
本実施形態では、制御装置8は、フィードフォワード制御及びフィードバック制御を組み合わせて冷却部6の冷却水の噴射量を制御したが、本実施形態ではこれに限定されない。例えば、変形例1の制御装置8Bは、フィードフォワード制御のみを用いて冷却部6の冷却水の噴射量を制御してもよい。図3は、変形例1の制御装置8Bの機能ブロック図である。なお、変形例1の発電システムでは、制御装置8B以外の構成は、上述の実施形態と同様である。
変形例1の制御装置8Bは、フィードフォワード制御部40B及び駆動制御部60Bを備える。
フィードフォワード制御部40Bは、ガスタービン3の起動速度の目標値を含む情報に基づいて、ボイラ入口排ガスの熱量(入熱量)及び当該入熱量の変化量を第1の状態として推定する。そして、フィードフォワード制御部40Bは、推定した第1の状態に基づいて排ガスの温度を目標値に制御するための噴射量をフィードフォワード指令値として求める。
具体的には、フィードフォワード制御部40Bは、エンジンモデル411B及び第1の噴射量演算部412Bを備える。
エンジンモデル411Bは、目標起動レートに基づいて、ガスタービン3か排気される排ガスの温度と、当該排ガスの流量とをそれぞれ推定することで第1の状態を推定する。そして、エンジンモデル411Bは、推定した排ガス温度推定値Ts1と、推定した排ガス流量推定値Fs1と、を第1の噴射量演算部412Bに出力する。
第1の噴射量演算部412Bは、目標昇圧レート、排ガス温度推定値Ts1及び排ガス流量推定値Fs1に基づいて、排熱回収ボイラ5に供給される排ガスがボイラ入口排ガス目標温度になるような噴射量W1を第1のフィードフォワード指令値として算出する。
駆動制御部60Bは、第1のフィードフォワード指令値(制御指令値)に基づいて流量調節弁32の開度を制御する。これにより、冷却部6から適切な噴射量の冷却水が噴射される。したがって、制御装置8Bは、発電量を急速に増加させるためにガスタービン3の起動を速くしてもガスタービン3からの排ガスの温度を許容値に制御することができる。これにより、制御装置8Bを含む発電システムは、バイパススタックを用いなくても発電量を急速に増加させることができる。
なお、制御装置8Bは、冷却水の噴射を、例えば、ガスタービン3が起動している状態のときだけ行ってもよいし、発電量を急速に増加させるためにガスタービン3の起動速度を速くするときに行ってもよい。例えば、ガスタービン3の起動速度を速くするときとは、例えば、ガスタービン3の起動速度又は発電量の増加量が所定値を超える場合等が考えられる。
(変形例2)
本実施形態では、制御装置8は、フィードフォワード制御及びフィードバック制御を組み合わせて冷却部6の冷却水の噴射量を制御したが、本実施形態ではこれに限定されない。例えば、変形例2の制御装置8Cは、フィードフォワード制御のみを用いて冷却部6の冷却水の噴射量を制御してもよい。図4は、変形例2の制御装置8Cの機能ブロック図である。なお、変形例2の発電システムでは、制御装置8C以外の構成は、上述の実施形態と同様である。
変形例2の制御装置8Cは、フィードフォワード制御部40C及び駆動制御部60Cを備える。
フィードフォワード制御部40Cは、ガスタービン3の運転情報を含む情報に基づいて、ボイラ入口排ガスの熱量(入熱量)及び当該入熱量の変化量を第2の状態として推定する。そして、フィードフォワード制御部40Cは、推定した第2の状態に基づいて排ガスの温度を目標値に制御するための噴射量をフィードフォワード指令値として求める。
フィードフォワード制御部40Cは、排ガス状態算出部421C及び第2の噴射量演算部424Cを備える。
排ガス状態算出部421Cは、ガスタービン3を起動と同時にボイラ入口排ガスの温度Ts1及び流量Fs2を、ガスタービン3の運転情報を含む情報に基づいて算出することで第2の状態を推定する。
第2の噴射量演算部424Cは、第2の状態に基づいて、排熱回収ボイラ5に供給される排ガスがボイラ入口排ガス目標温度になるような噴射量をフィードフォワード指令値として算出する。
駆動制御部60Cは、第2の噴射量演算部424Cが算出したフィードフォワード指令値に基づいて流量調節弁32の開度を制御する。これにより、冷却部6から適切な噴射量の冷却水が噴射される。したがって、制御装置8Cは、発電量を急速に増加させるためにガスタービン3の起動を速くしてもガスタービン3からの排ガスの温度を許容値に制御することができる。これにより、制御装置8Cを含む発電システムは、バイパススタックを用いなくても発電量を急速に増加させることができる。
なお、制御装置8Cは、冷却水の噴射を、例えば、ガスタービン3が起動している状態のときだけ行ってもよいし、発電量を急速に増加させるためにガスタービン3の起動速度を速くするときに行ってもよい。例えば、ガスタービン3の起動速度を速くするときとは、例えば、ガスタービン3の起動速度又は発電量の増加量が所定値を超える場合等が考えられる。
(変形例3)
本実施形態の制御装置8は、図5示す構成を備えてもよい。図5は、変形例3の制御装置8Dの機能ブロック図である。例えば、変形例3の制御装置8Dは、フィードフォワード制御部40D、フィードバック制御部50D、加算器70及び駆動制御部60Dを備える。なお、変形例3の発電システムでは、制御装置8D以外の構成は、上述の実施形態と同様である。
フィードフォワード制御部40Dは、フィードフォワード制御部40Bと同様の構成を備える。フィードフォワード制御部40Dは、ガスタービン3の起動速度の目標値を含む情報に基づいて、ボイラ入口排ガスの熱量(入熱量)及び当該入熱量の変化量を第1の状態として推定する。そして、フィードフォワード制御部40Dは、推定した第1の状態に基づいて排ガスの温度を目標値に制御するための噴射量をフィードフォワード指令値として求める。
フィードバック制御部50Dは、第2の温度計測部7が計測した排ガスの温度Toを取得する。そして、フィードバック制御部50Dは、排ガスの温度Toとボイラ入口排ガス目標温度との差分値ΔToを求め、その差分値ΔToがなくなるような冷却水の噴射量W2´を求める。例えば、フィードバック制御部50Dは、差分値ΔToに対してPI制御又はPID制御を適用することにより冷却水の噴射量W2´を求める。そして、フィードバック制御部50Dは、求めた噴射量W2´をフィードバック指令値として加算器70に出力する。
加算器70は、フィードフォワード制御部40Dが求めたフィードフォワード指令値と、及びフィードバック制御部50Dが求めたフィードバック指令値とを加算することで実際に冷却部6から噴射する冷却水の噴射量Wout´である制御指令値を求める。そして、加算器70は、制御指令値を駆動制御部60Dに出力する。
駆動制御部60Dは、制御指令値に基づいて流量調節弁32の開度を制御する。これにより、冷却部6から噴射量Wout´の冷却水が噴射される。したがって、制御装置8Dは、発電量を急速に増加させるためにガスタービン3の起動を速くしてもガスタービン3からの排ガスの温度を許容値に制御することができる。これにより、制御装置8Dを含む発電システムは、バイパススタックを用いなくても発電量を急速に増加させることができる。
なお、制御装置8Dは、冷却水の噴射を、例えば、ガスタービン3が起動している状態のときだけ行ってもよいし、発電量を急速に増加させるためにガスタービン3の起動速度を速くするときに行ってもよい。例えば、ガスタービン3の起動速度を速くするときとは、例えば、ガスタービン3の起動速度又は発電量の増加量が所定値を超える場合等が考えられる。
なお、変形例3の制御装置8Dは、フィードフォワード制御部40Bをフィードフォワード制御部40Cに替えて構成されてもよい。
なお、上述した制御装置の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。この場合、上記コンピュータは、CPU、GPUなどのプロセッサ及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えてもよい。そして、上記制御装置の全部または一部の機能をコンピュータで実現するためのプログラムを上記コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムを上記プロセッサに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。ここで、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
A 発電システム
3 ガスタービン
5 排熱回収ボイラ
6 冷却部
8 制御装置
40 フィードフォワード制御部
50 フィードバック制御部
60 駆動制御部

Claims (3)

  1. ガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの熱を用いて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、を備える発電システムであって、
    前記ガスタービンから前記排熱回収ボイラに供給される前記排ガスを冷却する冷却部と、
    を備え
    前記冷却部は、前記排熱回収ボイラで熱が回収される前の前記排ガスに冷却水を噴射することで前記排ガスを冷却し、
    前記冷却水の噴射量を制御する制御装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記ガスタービンの起動速度の目標値に基づいて前記ガスタービンから前記排熱回収ボイラに供給される前記排ガスの状態を推定し、推定した前記排ガスの状態に基づいて前記冷却水の噴射量をフィードフォワード制御にする
    ことを特徴とする、発電システム。
  2. 前記制御装置は、
    前記ガスタービンの起動速度の目標値に基づいて、前記排熱回収ボイラに供給される前記排ガスの熱量及び当該熱量の変化量を第1の状態として推定し、前記ガスタービンの運転状態に基づいて前記排熱回収ボイラに供給される前記排ガスの熱量及び当該熱量の変化量を第2の状態として推定し、推定した前記第1の状態と前記第2の状態とに基づいて前記排ガスの温度を目標値に制御するための前記噴射量をフィードフォワード指令値として求めるフィードフォワード制御部と、
    前記フィードフォワード指令値に基づいて前記冷却部から噴射される前記噴射量を制御する駆動制御部と、
    を備えることを特徴とする、請求項に記載の発電システム。
  3. 前記冷却部で冷却された後の前記排ガスの温度を計測する温度計測部と、
    前記フィードフォワード制御部により算出された前記噴射量が前記排ガスに噴射された後の当該排ガスの温度の予測値と、前記温度計測部の計測値との偏差に基づいてフィードバック指令値を算出するフィードバック制御部と、
    を備え、
    前記駆動制御部は、前記フィードフォワード指令値及び前記フィードバック指令値に基づいて、前記冷却部から噴射される前記噴射量を制御することを特徴とする、請求項に記載の発電システム。
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