JP7253403B2

JP7253403B2 - 発電システム

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Publication number: JP7253403B2
Application number: JP2019029396A
Authority: JP
Inventors: 綾乃相馬; 幸宏芳村; 武雄鈴木; 大輔村岡
Original assignee: IHI Power Systems Co Ltd
Current assignee: IHI Power Systems Co Ltd
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2023-04-06
Anticipated expiration: 2039-02-21
Also published as: JP2020133532A

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

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。
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１に記載の発電システム。
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２に記載の発電システム。