JP7287518B1 - 発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電プラントの燃料から送電端までの各設備における熱収支の計算より、送電端熱効率が改善される冷却塔のファン出力、循環ポンプの出力等の補機出力条件の組み合わせを導く発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法を提供する。【解決手段】発電機等含む主機１３と冷却塔１５等を含む補機とを備える発電プラント１で実現可能な送電端熱効率の予測方法であって、ボイラー１１における蒸気発生量または燃料使用量と、前記補機の運転条件設定に必要な熱収支計算とから、送電端熱効率が最大となる条件を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法に関する。

現在、重油、ＬＰＧガス等の燃料を用いて蒸気を生成し、発電を行う発電プラントが広く実施されている。この発電プラントでは、ボイラーで発生させた蒸気で発電機を運転して、電力を発生させている。一旦発生した蒸気を繰り返し利用するにあたり、発生した蒸気を凝縮していわゆる復水に戻すために冷却する必要がある。一方、復水器で冷却するときに、異なる水系にある冷却水を使用している。この冷却水の水系は、冷却塔を用いて冷却水を循環させて使用する方式が広く用いられている。冷却塔で大気による冷却を行うにあたり、電気を使用して冷却ファンを含む冷却塔と循環ポンプ等の設備を稼働させ、周囲の大気を利用して冷却を行なっている。このため、冷却塔と循環ポンプに要求される運転状態は、冷却塔等の運転性能だけではなく、周囲の気象条件（温度・湿度等）により変動している。

発電プラントでは、蒸気・復水の水系にある復水の温度等の条件によりボイラー、蒸気タービン、復水器等の運転状態も変動している。これは、蒸気・復水の水系と冷却水の水系とは独立に運転しているが互いに影響を与えてていることを示している。このために、冷却水を循環させる冷却塔等の運転状況は、発電機を含む発電プラント全体の送電端熱効率、炭酸ガス排出原単位、売電収益に影響を与えている。そこで、実際の運転の前に、発電プラントにおける冷却塔、冷却ファン等の補機が発電プラントの送電端熱効率、炭酸ガス排出原単位、売電収益に与える影響を予測する発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法が求められている。

例えば、特許文献１では、複数の補機を有するプラントにおいて前記複数の補機の動力を決定する補機動力決定装置であって、前記複数の補機の１つである第１の補機に影響を与える前記プラントの状態量に基づいて、前記複数の補機の１つである第２の補機の動力を決定する決定部を備える補機動力決定装置が開示されている。しかし、特許文献１では、発電プラントの売電額が最大となるような補機（＝冷却塔ファン、ポンプとする）の運転条件を与えるものであるが、発電機出力を維持する前提ではエネルギー効率や炭酸ガス排出原単位を悪化させるという問題点がある。

また、特許文献２では、汽力発電設備の蒸気タービンから復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水系統設備の制御装置であって、前記冷却水系統設備は、前記復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水を循環させる循環ポンプと、熱を放散する冷却ファンを有し、前記復水器で蒸気と熱交換した戻り冷却水を冷却する冷却塔と、を含み、前記制御装置は、第１制御部を有し、前記第１制御部は、前記復水器の器内温度が目標器内温度と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定し、復水器入口冷却水の温度が、設定した目標温度と一致するように、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの２つの補機うち、いずれか一方の補機の回転数をフィードバック制御する、冷却水系統設備の制御装置が開示されている。しかし、特許文献２では、タービン側の運転に影響を与えない前提で冷却塔の運転調整がなされており制御幅が小さいことから、すなわち得られるメリットが小さいという問題点がある。

特開２０１９－１００６６９号公報 特開２０２０－１３４１２８号公報

したがって、本発明では、上記問題点に鑑みて、発電プラントの燃料投入から送電端までの各設備における熱収支の計算より、送電端熱効率が最大となる冷却塔のファン出力、循環ポンプの出力等の補機出力条件の組み合わせを導く発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法を提供することを課題としている。

以下に、本発明の実施形態の特徴を説明する。

（１）本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、蒸気を発生させるボイラー、前記ボイラーから排出させた蒸気によって作動する蒸気タービン、前記蒸気タービンの作動によって駆動する発電器を含む主機と、前記蒸気タービンから排出させた蒸気を液化する復水器、前記復水器から排出させた温水を冷却する冷却塔を含む補機とを備える発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法であって、前記ボイラーにおける蒸気発生量または燃料使用量と、前記補機の運転条件設定に必要な熱収支計算とから、送電端熱効率が最大となる条件を算出する。

（２）本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、前記発電プラント全体での熱収支計算を一括して行う、（１）に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。

（３）本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、前記発電機出力の数値と前記補機動力の数値を入力項目として、前記蒸気タービン、前記復水器、前記冷却塔での熱収支を計算し、それぞれの熱収支の数値が収束した時の、燃料使用量を計算する、（１）又は（２）に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。

（４）本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、前記蒸気タービンでの熱収支計算では、前記ボイラーの出口蒸気と前記タービンの排気とのエンタルピー差が、発電機出力と合致する条件における前記ボイラーの出口蒸気の流量を収束するまで計算して求める、（３）に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。

（５）本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、前記復水器での熱収支計算では、運転データから得られる実行伝熱係数が、設計上の熱貫流率と合致する条件における前記タービンの排気温度を収束するまで計算して求める、（３）または（４）に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。

（６）本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、前記冷却塔での熱収支計算では、気象データと運転データから予測される要求移動単位数が、前記冷却塔の能力移動単位数と合致する条件における冷却塔水温レンジを収束するまで計算して求める、（３）、（４）または（５）のいずれかに記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。

（７）本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、前記蒸気タービン、前記復水器および前記冷却塔での熱収支計算によって得られた３つの出力数値は、異なる熱収支計算の入力数値に含まれており、互いに干渉しあっており、これらの熱収支計算の全てで熱収支が取れるまで繰り返し計算する、（３）～（６）のいずれか１項に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。

（８）本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、前記補機の動力を任意に変更させた計算を実行して、前記送電端熱効率が最大となる、燃料使用量と、補機運転条件の組み合わせを算出する、（１）～（７）のいずれか１項に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。

（９）本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、前記送電端熱効率が最大条件での運転における発電プラントの出力あたりの炭酸ガス排出原単位、および売電収益を計算する、（１）～（８）のいずれか１項に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。

本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法によって、発電プラントの燃料から送電端までの各設備における熱収支の計算より、送電端熱効率が最大となる冷却塔の冷却ファンの出力、循環ポンプの出力等の運転条件を導くことができる。
さらに、本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法によって、発電プラントにおける炭酸ガス排出原単位が最小となる冷却塔等の運転条件を導くことができる。
また、本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法によって、発電プラントにおける売電収益が改善される冷却塔等の運転条件を導くことができる。

本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法が想定する発電プラントの一例の構成を示している。 本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法のフローチャートを示している。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明は、本発明における実施の形態の一例であって、特許請求の範囲を限定するものではない。

本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、ボイラー等を含む主機と、冷却塔等を含む補機とを備え、ボイラーにおける蒸気発生量または燃料使用量と、補機の運転条件設定に必要な熱収支計算とから、送電端熱効率を算出する。

図１を参照して実施の形態に係る発電システムについて説明する。図１は、本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法が想定する発電プラントの一例の構成を示している（図１に関してのみ、番号を付して説明する。）。発電プラント１は、少なくとも、ボイラー１１、蒸気タービン１２、発電機１３含む主機と、復水器１４、冷却塔１５、冷却塔１５に用いられている冷却ファン１７、循環ポンプ１６１、給水ポンプ１６２を含む補機とを備え、および、これらの間で冷却水、復水、蒸気を移送するパイプラインを備えている。
そのなかで、ボイラー１１は、重油、ＬＰＧを燃料として、水を過熱して蒸気を発生している。ボイラー１１で発生した蒸気、または、この抽気を蒸気タービン１２に供給する。この供給された蒸気により、蒸気タービン１２に設けられているタービン羽根を回転させ、同軸で接続している発電機１３の軸が回転駆動する。発電機１３における回転軸のこの回転駆動を電磁力に変換して電流を生成する。この発電機１３から出た電力量が発電端電力量５であり、ボイラー１１に供給する燃料のエネルギーと発電端電力量の比が、発電端熱効率を表している。

また、蒸気タービン１２から排出された蒸気は、復水器１４に移送される。復水器１４は、循環する冷却水と熱交換して、蒸気を復水に戻し、ボイラー１１に移送し、この復水を循環させて繰り返し利用している。
復水器１４で熱交換により温められた温水は、冷却塔１５に移送され、冷却されて冷たい冷却水に戻している。冷却塔１５には、冷却水の蒸発を促すための多数の冷却ファン１７が設けられている。また、冷却塔１５から復水器１４に移送する冷却水の量を制御する循環ポンプ１６１が設けられている。発電プラント１は、冷却塔１５の冷却ファン１７と循環ポンプ１６１により冷却水の温度制御を実施している。なお、冷却塔１５の冷却ファン１７と循環ポンプ１６１は、ＶＶＶＦ（可変電圧周波数制御装置）で、風量、移送する水量を調整することができる。
これらの復水器１４、冷却塔１５の冷却ファン１７、循環ポンプ１６１を運転するために、発電機１３で製造した発電量を用いている。発電プラント１から外部に供給する電力は、発電端電気量５から、発電プラント１内の補機等の運転に必要な電力となる所内負荷７を引いた電力を、送電端電力量６と称し、そのときのボイラーに供給する燃料のエネルギーと送電端電力量の比が、送電端熱効率を表している。したがって、送電端熱効率は、冷却塔等の運転に必要な電力量である所内負荷７によって大きく異なってくる。

発電プラント１における発電量は、最初に投入する燃料の量により発生する蒸気により、蒸気タービン１２の羽根の回転状態が変わり、発電機１３による発電量が影響を受けることになる。また、復水器１４の蒸気圧は、冷却塔１５の冷却ファン１７と冷却水の移送量を制御する循環ポンプ１６１に影響する。このように、発電プラント１では、冷却水・復水を含む水、蒸気等によって相互に関連していて、影響を及ぼしている。
このなかで、本発明の発電プラント１で実現可能な送電端熱効率の予測方法は、ボイラー１１、蒸気タービン１２等の主機、復水器１４、冷却塔１５等の補機、さらに、これらを移送するパイプラインを含む発電プラント１を想定し、熱効率を１つに収束するように計算させて、全体として、送電端電力量、さらに、送電端熱効率が最大となる予測方法を提供する。
また、時間経過に伴って燃料価格が変動することもあり、また、売電価格も変動することがある。また、これらは、季節や気象条件により変動する。したがって、本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法は、併せて、最小の炭酸ガス排出原単位、および、売電収入を改善する予測方法を提供する。具体的に以下に説明する。

図２は、本発明の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法を実施するフローチャートを示している。本発明では、想定した発電プラントにいて、ボイラーにおける蒸気発生量または燃料使用量と、前記補機の運転条件設定に必要な熱収支計算とから、送電端熱効率が最大となる条件を算出する。
初めに、発電プラントのシミュレーションモデルの構築をする（ステップＳ１）。発電プラントは、少なくとも、ボイラー、蒸気タービン、発電機を含む主機と、復水器、冷却塔等を含む補機とをこれらの個々の機器仕様とともに、発電プラントの発電量を設定する。

次に、補機出力と気象条件の計算パラメーターを設定する（ステップ２）。補機としては、気象条件により最も影響を受ける冷却塔の熱効率を気象条件により設定する。補機として、冷却ファン、循環ポンプを含む冷却塔として熱効率を設定する。冷却塔は、高温では冷却水温度が上昇し、復水器の真空度が悪化することで、蒸気タービン効率が低下する。逆に、低温では冷却水温度が過冷却となり、真空度が高くなり過ぎて、蒸気タービンの振動が発生することがある。この冷却塔は、気象条件により変動することが知られていることから、気象条件を決定し、冷却塔の計算パラメーターとの設定をする。

さらに、冷却塔の熱効率を、タービン、復水器に挿入して、それぞれの熱収支を計算する（ステップ３）。発電機出力の数値と補機動力の数値を入力項目として、蒸気タービン、復水器、冷却塔での熱収支を計算する。

冷却塔の熱収支の計算は、気象データと運転データから予測される要求移動単位数が、前記冷却塔の能力移動単位数と合致する条件における冷却塔水温レンジを収束するまで計算して求める。冷却能力は、水量、風量、冷却水温度、大気温湿度など多くのパラメーターに依存している。しかし、移動単位数(ＮＴＵ)という無次元数を用いると、パラメーターを減らし解析を容易にすることができる。詳細には、気象データと運転データから予測される要求移動単位数（Ｕ／ＮＰ）が冷却塔の能力移動単位数（Ｕ／ＮＡ）と合致する条件（（Ｕ／ＮＰ）－（Ｕ／ＮＡ）＝０）における冷却塔水温レンジ（入口出口の水温差）を収束させて行う。
要求移動単位数（Ｕ／ＮＰ）の計算には外気湿球温度、冷却水水温レンジ、冷却塔入口出口水温における飽和水蒸気比エンタルピーと湿り空気比エンタルピーを用いる。
冷却塔の能力移動単位数（Ｕ／ＮＡ）の算出には、冷却塔の設計条件より得られる塔定数、および冷却水流量とガス流量の運転データを用いる。得られた水温レンジを冷却塔効率によって補正して、冷却塔出口水温を計算する。

要求移動単位数（Ｕ／ＮＰ）には、以下の式を用いる。
式(１)：（Ｕ／ＮＰ）＝Ｃｐｗ×∫（１/（ｈｓ－ｈ））ｄＴ_ｌ
Ｃｐｗ：水の定圧比熱（ｋＪ／ｋｇ）
ｈｓ：飽和水蒸比エンタルピー（ｋＪ／ｋｇ－ＤＡ）
ｈ ：Ｔ_ｌにおける湿り空気比エンタルピー（ｋＪ／ｋｇ－ＤＡ）

冷却塔の能力移動単位数（Ｕ／ＮＡ）には、以下の式を用いる。
式(２)：（Ｕ／ＮＡ）＝ＣＴ×（Ｌ／Ｇ）＾α
ＣＴ：塔定数（ｋｇ×℃／Ｊ）
Ｌ：循環する水量（ｋｇ／ｈ）
Ｇ：送風量（ｋｇ－ＤＡ／ｈ）
α：べき定数(-)

また、蒸気タービンの熱収支は、発電プラントにおける熱収支を収束させるために、発電端起電力となる発電出力が計画発電量となる主蒸気量（ボイラー出口蒸気量）を計算する。詳細には、ボイラー出口蒸気とタービン排気のエンタルピー差が発電機出力と合致する条件でのボイラー出口蒸気流量を収束させて算出する。エンタルピー算出には各流体の流量、比エンタルピーを用い、発電機出力の算出には定格発電量、所内電力のデータを用いる。

また、復水器の熱収支は、復水器の電熱量が設備能力通りになる排気温度を収束して算出する。ここでは、運転データから得られる実行伝熱係数Ｕが設計上の熱貫流率Ｋと合致する条件（Ｕ－Ｋ＝０）におけるタービン排気温度を算出にて求め、収束させている。
実行伝熱係数Ｕの算出には、伝熱面の冷却面積、冷却水とタービン排気の対数平均温度差、復水器抜熱量を用いる。
熱貫流率Ｋの計算には冷却水の流量と復水器入口温度、復水器清浄度、チューブの材質と肉厚と外径のデータを用いる。復水器抜熱量はタービン排気のエンタルピーおよび流量にて算出する。

ここで、実行伝熱係数Ｕは、以下の式を用いて計算する。
式（３）：（実行伝熱係数Ｕ）＝Ｓ×θｍ／Ｑ
Ｓ：冷却面積（ｍ^２）
θｍ：対数平均温度差（℃）
Ｑ：抜熱量（ｋＷ）

ここで、熱貫流率Ｋは、以下の式を用いて計算する。
式(４)：（熱貫流率Ｋ）＝φ１・φ２・φ３・ＣＣ・Ｖ１／２
φ１：冷却水復水器入口水温に関する補正係数(-)
φ２：冷却管の清浄度(-)
φ３：冷却管材質および肉厚に関する補正係数(-)
ＣＣ：冷却管外径により決定する係数(-)
Ｖ：管内流速（ｍ／ｓ）

次に、タービン、復水器、冷却塔の熱収支が１つに収束するまで、交互に繰り返し、それぞれの熱効率を計算する（ステップ４）。タービン、復水器、冷却塔の熱収支の計算の中で、それぞれの計算の中で出力の項目が、他の装置の計算の入力の項目に含まれているものがあり、互いに干渉しあっている。全装置で熱収支が１つにまとまるまで計算を繰り返す必要がある。

次に、各装置とも熱収支が取れると所定の発電機の出力を得るために必要な冷却塔動力と蒸気量が示されることから、蒸気量を燃料使用量へ換算して、発電プラントの送電端熱効率を計算する（ステップ５）。これで、発電プラント全体での熱収支計算を一括して行うことができる。さらに、冷却塔等の補機の出力と気象データから算出した計算パラメーターから、必要蒸気量と送電端熱効率を計算することができる。

次に、冷却塔の出力を変えて計算パラメーターを設定し、ステップＳ２～Ｓ５を繰り返し計算する（ステップ６)。ステップ５で得られる必要蒸気量と送電端熱効率は、１つの気象データと１つの冷却塔の運転条件に過ぎない。したがって、気象条件は、過去のデータから予想し構築する。これに、冷却塔の出力条件を変更し計算することで、必要蒸気量と送電端熱効率を計算することができる。

次に、冷却塔の出力条件を変更して計算した結果から、送電端熱効率が最大となる必要蒸気量、補機である冷却塔の出力条件として冷却ファン出力、循環ポンプ出力の出力条件を算出する（ステップ７)。これによって、冷却ファン、循環ポンプの出力を任意に変えた上記計算により、送電端熱効率が最大となる冷却塔の運転条件を得ることができる。
また、このときに、同時に送電端電力量を計算することができる。この送電端電力量からの電力量によって、固定価格買取制度（ＦＩＴ）を用いることで売電価格を計算することができる。

本発明によって、発電プラントの燃料から送電端までの各設備におけるエネルギーバランス計算より、送電端熱効率が最大となる燃料使用量、冷却ファン出力として出力周波数、循環ポンプ出力として出力周波数の組み合わることが可能となり、送電端熱効率、炭酸ガス排出原単位、売電収益に関して燃料使用量まで含めた発電プラント全体を１つとして最適な冷却塔における冷却ファン、循環ポンプの運転条件を計算することができる。また、安定した運転に加えて、発電した電力により高い利益を上げることが求められており、その売電収益を提供することができる。

以下に具体的な実施例を挙げて本発明の形態とその効果を詳細に説明するが、ここで挙げる実施例は本発明の形態の一例を示すものであって、下記の実施例を以って本発明の範囲や効果を制限するものではない。
この実施例は、想定した発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法を、以下に示す順序で実施した。

送電端熱効率の予測方法の計算条件として、想定している発電プラントの構成は、次の通りである。
（１）想定発電プラントの構成（木質バイオマス発電の仮想プラント）
定格発電量:８８ＭＷ
ボイラー
蒸気発生エネルギー：２１ＭＷ
ボイラー効率 ：８０％
タービン
定格出力 ：１４．５ＭＷ
タービン効率 ：８０％
復水器
伝熱量 ：２８ＭＷ
清浄度 ：７０％
冷却塔
除熱量 ：３５ＭＷ
冷却塔効率 ：９０％
燃料コスト ：１０円／ｋｇ
売電価格 ：３０円／ｋＷｈ

（２）予測方法の計算条件
冷却ファンと冷却水の循環ポンプの出力はインバータ制御により３０～６０Ｈｚの間で任意に変更可能とする。
ボイラーにおける主蒸気量は、上限値６４４００ｋｇ／ｈ（６．０ＭＰａ）未満で任意に変更可能とする。
冷却ファンと循環ポンプの出力調整により復水器の冷却条件が変わってもボイラー蒸気量が調整されて発電機は定格出力を維持するものとする。ただし、蒸気量が使用量上限を超える蒸気が必要となる場合では発電機出力は下がるものとする。
冷却塔動力を含む所内電力を差し引いた残りを送電端電力とし、全量をＦＩＴ価格で売電する。
気象庁の２０２０年６月１日の日次平均を使用する。

次に、ボイラー、復水器、冷却塔における熱収支を計算するパラメーターを設定する。
ボイラーは、ボイラーの仕様によるＰｈ－熱平衡図から主蒸気の流量と、エンタルピーを設定する。この主蒸気の流量と、エンタルピーから、発電量に対する熱収支を計算することができる。復水器は、設計仕様書と外形図から熱貫流率、伝熱面仕様、設計運転条件を設定する。さらに、運転しているデータから得られる実行伝熱係数Ｕと、これらの設定から求められる熱貫流率Ｋから熱収支を計算することができる。また、冷却塔は、運行データから得られる要求移動係数（Ｕ／ＮＰ）を求め、設計仕様書より塔定数から能力移動単位数（Ｕ／ＮＡ）を計算する。この要求移動係数（Ｕ／ＮＰ）と能力移動単位数（Ｕ／ＮＡ）とが等しくなる熱収支を計算する。

次に、冷却塔効率、乾球温度、相対湿度、大気圧の条件を入力し、蒸気タービン出力としてタービン排気温度、冷却ファン出力周波数、循環ポンプ出力周波数、復水器清浄度を入力し、熱収支を計算する。
さらに、ボイラー、復水器、冷却塔の熱収支計算を交互に行い、３か所全てが収束するまで繰り返し、計算する。
ここで、計算から得られた主蒸気量から発生する発電端電力量から、タービンから冷却塔までの動力を含む発電プラント全体の負荷となる電力を差し引いた送電端電力量から送電端熱効率を算出する。

さらに、補機の出力条件を定格値内で変えることで、ボイラー、復水器、冷却塔の熱収支の計算し、かつ、同様に、３か所全てが収束するまで繰り返し計算する。補機としては、冷却塔のファン、循環ポンプを用いて計算する。
さらに、この計算で求めた表から、発電プラントの送電端熱効率が最大となるボイラーの蒸気量、冷却ファン出力周波数、循環ポンプ出力周波数を計算して求めることができる。

（実施例１）
上記条件では冷却ファン・循環ポンプの出力周波数をともに３０Ｈまで下げても発電機の電力が定格値を下回ることはなかった。任意の出力周波数でファン、ポンプを運転しても発電量不足に陥ることはないことを意味する。
表１は、送電端熱効率と冷却塔の運転条件、冷却塔のファン出力周波数（Ｈｚ）と循環ポンプ出力周波数（Ｈｚ）を示す表である。

表１に示すように、ボイラー、復水器、冷却塔のエネルギー収支計算を交互に行い、３か所全てが収束するまで計算し、そのときの、冷却塔が使用した冷却ファンの出力周波数と循環ポンプの出力周波数と、送電端熱効率を表わしている。実施例１で想定している発電プラントでは、例えば、冷却塔の冷却ファンの出力周波数６０Ｈｚ、循環ポンプの出力周波数６０Ｈｚでの、送電端熱効率は２２．８２％である。
表１から、送電端熱効率が最大となる冷却塔の冷却ファン電力と循環ポンプの条件は、送電端熱効率が最大値２３．０５％となる冷却塔の出力条件は冷却ファン：４５Ｈｚ、循環ポンプ：４２Ｈｚであった。

表２は、送電端電力をＦＩＴ（固定価格買取制度）価格で売電したときの、売電収益（千円／ｈ）と冷却塔のファン出力周波数と循環ポンプの出力周波数を示す表である。表４から分かるように、送電端熱効率が最大値２３．０５％となる冷却塔の出力条件は冷却ファン：４５Ｈｚ、循環ポンプ：４２Ｈｚであった。また、この時の売電収益は１３７．２千円／ｈと算出された。
また、表２より、売電収益が改善され最大値となるのは、冷却塔の出力条件は冷却ファン：３９Ｈｚ、循環ポンプ：３９Ｈｚで、この時の売電収益は１３７．６千円／ｈと算出された。
これから、送電端熱効率が最大値と売電収益が改善され最大値となる冷却塔のファン出力と循環ポンプの出力条件が異なっていることを予測することができた。

（比較例1）
実施例１と同条件で計算を行い、冷却ファンと循環ポンプの出力範囲に以下の制約を掛けた。一般的に発電プラントの冷却塔はタービン排気温度もしくは排気圧力が設定水準に収まるよう冷却ファンと循環ポンプの出力調整がされることから、タービン排気温度に閾値を設けた。閾値は４２～４３℃とした。一般的な管理方法に倣い、冷却ファンと循環ポンプのどちらか一方のみの出力を調整し、他方は定格運転とした。
表３は、タービン排気温度（℃）と冷却塔の運転条件、冷却塔のファン出力周波数（Ｈｚ）と循環ポンプ出力周波数（Ｈｚ）を示す表である。
タービン排気温度が設定水準となる冷却塔出力条件を抽出すると表３に示す通りであった（破線楕円の箇所）。冷却ファンと循環ポンプの一方のみを調整する制約条件を加えると下表の通りであった（実線楕円の箇所）。

したがって、表３からわかるように、タービン排気温度を閾値は４２～４３℃の範囲内で、発電プラントにおける発電プラントの冷却ファン出力周波数、循環ポンプ出力周波数における送電端熱効率、売電収益を算出することができる。

表４は、タービン排気温度を閾値は４２～４３℃の範囲内で、発電プラントにおける発電プラントの冷却ファン出力周波数、循環ポンプ出力周波数における送電端熱効率を示している。

表５は、タービン排気温度を閾値は４２～４３℃の範囲内で、発電プラントにおける発電プラントの冷却ファン出力周波数、循環ポンプ出力周波数における売電収益を示している。

表１と表４、表２と表５とを比較した結果をそれぞれ表６と表７に示している。
表６は、タービン排気温度を閾値は４２～４３℃の範囲内で、発電プラントにおける発電プラントの冷却ファン出力周波数を調整する条件における送電端熱効率と売電収益を示している。

表７は、タービン排気温度を閾値は４２～４３℃の範囲内で、発電プラントにおける発電プラントの冷却ファン出力周波数を調整する条件における出力周波数の条件と、その時の送電端熱効率と売電収益を、実施例１と比較した結果を示している。ここで、送電端熱効率は実施例１の最大値２３．０５％と、この時の送電端熱効率における売電収益である１３７．２千円／ｈと比較した。
表７に示すように、比較例１は実施例１よりも送電端熱効率、売電収益の両面で劣る結果となった。

（比較例２）
実施例1と同条件で計算を行い、売電収益が改善され最大値となる冷却ファン・循環ポンプの運転条件を抽出した
表８は、売電収益が改善され最大値となる冷却塔の運転条件、冷却塔のファン出力周波数（Ｈｚ）と循環ポンプ出力周波数（Ｈｚ）を表している。

表９は、売電収益が改善され最大値となる送電端熱効率と冷却塔の運転条件、冷却塔のファン出力周波数（Ｈｚ）と循環ポンプ出力周波数（Ｈｚ）を表わしている。

表１０は、比較例２における売電収益が改善され最大値となる発電プラントの冷却ファン出力周波数を調整する条件における送電端熱効率と売電収益を示している。

表１１は、売電収益が改善され最大値となる発電プラントの冷却ファン出力周波数を調整する条件における出力周波数の条件と、その時の送電端熱効率と売電収益を、実施例１と比較した結果を示している。

表１１に示すように、比較例２は実施例１よりもエネルギー効率で劣る結果となったが、売電収益では、＋０．４千円／ｈとなった。
比較例２は実施例１よりも売電収益は大きいが送電端熱効率は小さい。経済性のみを追求すると環境負荷が増大する可能性があることを示唆している。

１ 発電プラント
２ 変電所
３ 母線
５ 発電端電力量
６ 送電端電力量
７ 所内負荷
１１ ボイラー
１２ 蒸気タービン
１３ 発電機
１４ 復水器
１５ 冷却塔
１６１ 循環ポンプ
１６２ 給水ポンプ
１７ 冷却ファン

Claims (6)

1. 蒸気を発生させるボイラー、前記ボイラーから排出させた蒸気によって作動する蒸気タービンおよび前記蒸気タービンの作動によって駆動する発電機を含む主機と、
   前記蒸気タービンから排出させた蒸気を液化する復水器、前記復水器から排出させた温水を冷却する冷却塔を含む補機と、を備える発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法であって、
   前記ボイラーにおける蒸気発生量または燃料使用量と、前記補機の運転条件設定に必要な熱収支計算とから、前記発電機出力の数値と前記補機動力の数値を入力項目として前記蒸気タービン、前記復水器、前記冷却塔での熱収支を計算し、それぞれの熱収支の数値が収束した時の燃料使用量を計算し、前記発電プラント全体での熱収支計算を一括して行い、送電端熱効率が最大となる条件を算出する、
   ここで、前記蒸気タービンでの熱収支計算では、前記ボイラーの出口蒸気と前記蒸気タービンの排気とのエンタルピー差が、発電機出力と合致する条件における前記ボイラーの出口蒸気の流量を収束するまで計算して求める、発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。
2. 前記復水器での熱収支計算では、運転データから得られる実行伝熱係数が、設計上の熱貫流率と合致する条件における前記タービンの排気温度を収束するまで計算して求める、請求項１に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。
3. 前記冷却塔での熱収支計算では、気象データと運転データから予測される要求移動単位数が、前記冷却塔の能力移動単位数と合致する条件における冷却塔水温レンジを収束するまで計算して求める、請求項１又は２に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。
4. 前記蒸気タービン、前記復水器および前記冷却塔での熱収支計算によって得られた３つの出力数値は、異なる熱収支計算の入力数値に含まれており、互いに干渉しあっており、これらの熱収支計算の全てで熱収支が取れるまで繰り返し計算する、請求項１～３のいずれか１項に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。
5. 前記補機の動力を任意に変更させた計算を実行して、前記送電端熱効率が最大となる、燃料使用量と、補機運転条件の組み合わせを算出する、請求項１～４のいずれか１項に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。
6. 前記送電端熱効率が最大条件での運転における発電プラントの出力あたりの炭酸ガス排出原単位、および売電収益を計算する、請求項１～５のいずれか１項に記載の発電プラントで実現可能な送電端熱効率の予測方法。

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