JPH0261307A - 舶用発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は舶用発電プラントに関する。

従来のこの種のプラン１１こは船舶の主推進機関（以下
主機という）に発電機を直結又は歯車等を介して連結し
、主機により発電機を直接駆動し船内負荷に給電するも
のがあるが、このようなプラントでは、主機が停止中又
は低速回転の場合は発電できないという欠点がある。ま
た船舶の航行速度は主機の回転数を変化させることによ
り調節するのが通常であるから、そのままでは出力周波
数が変動するので、これを一定に保つために主機と発電
機との間に変速接手を挿入するか、又は同期発電機の出
力を周波数変換器を介して一定周波数の電力として供給
するようにするものもあるが、このようなものはコスト
高となる欠点がある。サイリスタを使用した周波数変換
器もあるが、これは一般に無効電力の供給ができないと
いう欠点がある。

そこで、上記欠点を除去するものとして、主機からの排
気ガスに含まれる排熱を排ガスエコノマイザを用いて蒸
気の形で回収し、この蒸気Ｉこよりターボ発電機を駆動
する排ガスターボ発電プラントがあるが、従来の排ガス
ターボ発電プラントには下記するような欠点がある。

すなわち、 （１）　　一般に排ガスターボ発電機の容量は通常航行
時における最大船内電力を供給可能なものとされ、一方
排ガスエコノマイザの蒸気発生量は海象、気象の変化、
熱交換器の汚れ等の経年変化を見込んで、航行中宮に発
生できる蒸気量が排ガスターボ発電機の容量１こ見合う
ものとして設定される。

そこで、通常航行中ｔこ発生す°る平均的電力需要は一
般に発を機容量よりもかなり下層る場合がほとんどであ
り、この場合は排ガスエコノマイザにより回収される蒸
発量（以下電力換算値をいう）の内、電力需要を上層る
ものは余剰蒸気となるので、コンデンサにて海水と熱交
換され熱エネルギは海水に棄てられ、さらに熱交換させ
るための海水の吸入、吐出のためのエネルギも損失を増
大させる。

（２）船内平均電力が排ガスエコノマイザの蒸発量を上
層る場合は、船内電力を排ガスエコノマイザで供給する
ことはできないので、排ガスターボ発電機が設置されな
い場合も多いが、この場合は主機排ガスの有する熱エネ
ルギは回収されないまま棄てられてしまう。

（３）　　さらに、平均電力と蒸発量とが見合う形で設
置された排ガスターボ発電プラントは船内最大電力の需
要が生じた場合、例えば発電機容量を超える大型電動機
を始動するに先立ち、まず同電動機の始動後の電力量を
予測し、この予測電力量に従って補助のディーゼル発電
機を１台又は２台始動させ、これを排ガスターボ発電機
と並行運転後に同電動機を始動させる等の複雑な予測機
能を有する制御装置が必要となる。

また、負荷電力量によってはディーゼル発電機の台数制
御のためディーゼル発電機の著しい低負荷運転となり、
シリンダの汚れ等好ましくない結果を招き、また同ｔｉ
機の始動は発電機の兼行運転後となる等の時間遅れを伴
い、同電動機の始動後の電力予測が適切でない場合、発
電機の過負荷を招く惧れもあるので、このようなプラン
トは船内電力の変化ｌこ対して発電量を速やかに対応さ
せることができない欠点がある。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、主
機の排ガスの熱エネルギを完全に回収し、船内負荷電力
の変化に対して発電量を常時即応させ、系統周波数を一
定に保つとともに排ガスエコノマイザのドラム圧力を規
定値に制御する舶用発電プラントを提供することを目的
とする。

本願発明による舶用発電プラントは、排ガスエコノマイ
ザに接続された排ガスターボ発電機と、上記排ガスター
ボ発電機と並列運転され、かつ、主機との間で電力の授
受が自由に制御可能な主機駆動発電機と、上記排ガスエ
コノマイザの蒸気ドラムの圧力を検出するドラム圧力検
出器と、主母線の周波数を検出する系統周波数検出器と
、上記ドラム圧力を規定値に保つように上記排ガスター
ボ発電機の回転数を制御する排ガスターボ発電機制御装
置と、上記系統周波数を規定値に保つように上記主機駆
動発電機の出力（含電動出力）を制御する主機駆動発電
機制御装置とを具えたことを特徴とする。

本発明の一実施例を図面について説明すると、第１図は
その系統図、第２図は第１図の制御系統を示すブロック
線図、第３図は第１図の排ガスエコノマイザと排ガスタ
ーボ発電機との関係を示す説明図、第４図は第１図の主
機と主機駆動発電機とめ関係を示す説明図、第５図は第
１図における原動機負荷と発電周波数との関係を示す線
図、第６図は本発明による船内電力、蒸気発生量、主機
駆動発電機機の電力の変動を示す線図である。

まず、第１図において、ｌは主機３に直結された主機駆
動発電機２の軸により駆動されるプロペラ、５は主機３
の排ガスを導く煙筒４に付設された排ガスエコノマイザ
で、水ドラム６、蒸気ドラム７、加熱コイルＺ９よりな
る。８は蒸気ドラム７からの蒸気により駆動する排ガス
蒸気タービン、９は排ガス蒸気タービン８に直結された
排ガスターボ発電機、ＩＯはタービン調速弁、１１は蒸
気ダンプ弁、！２は蒸気ドラム２の圧力を検出するドラ
ム圧力検出器、Ｉ３は排ガスターボ発電機９の出力を検
出する排ガスターボ発電機発生電力検出器、１４は主機
駆動発電機２の出力を検出する主機駆動発電機発生電力
検出器、１５は系統周波数検出器、１６は船内負荷、１
７は電源プラント制御器、１８は主機駆動発電機周波数
制御器、Ｉ９は加熱コイル、２０は主母線、２１はコン
デンサである。

次ζζ、第２図において、２２は蒸気ドラム７の圧力を
設定するドラム圧力設定器、２３は減算器、２４は関数
発生器、２５は比例積分型増巾器、２７は減算器、２８
は比例増巾器、２９は系統周波数設定器、３１は減算器
、３２は比例積分型増巾器、３３は減算器、３５は比例
増巾器、３７は減算器、３８は排ガス蒸気タービン用速
度調速器、４０は減算器、４１は主機駆動発電機周波数
制御器であり、またＡａはドラム圧力測定値、Ａｓはド
ラム圧力設定値、Ａｅはドラム圧力偏差値、ＥＢａは排
ガスエコノマイザ蒸発量測定値、ＥＴａは排ガスターボ
発電機発生電力測定値、ＥＴｅは排ガスターボ発電機発
生電力偏差値、Ｆｓは系統周波数設定値、Ｆａは系統周
波数測定値、Ｆｅは系統周波数偏差値、Ｅａは系統電力
測定値、　Ｂａａ　は主機駆動発電機発生電力測定値、
ＥＳｅは系統電力偏差値、ＰＳＳは主機駆動発電機周波
数設定値、ＰＳｅは主機駆動発電機周波数偏差値、ＰＳ
ａは主機駆動発電機周波数測定値、ＮＴ′Ｓは排ガスタ
ーボ発電機回転数設定値、ＮＴｅは排ガスターボ発電機
回転数偏差値、Ｎ′ｒａは排ガスターボ発電機回転数測
定値である。

このようなプラントにおいて、ドラム圧力検出器Ｉ２に
より検出されたドラム圧力測定値Ａａ　は関数発生器２
４および減算器２７に伝送され、ドラム圧力設定器２２
により設定されたドラム圧力設定値Ａｓから減算され、
ドラム圧力偏差値Ａｅ　＝　Ａｓ−Ａａを得る。

ドラム圧力偏差値Ａｅは比例積分型増巾器２５により増
巾されて排ガスエコノマイザ蒸発量測定値ＢＢａとなり
、ＥＢａはそのまま排ガスターボ発電機の発生電力の設
定値として減算器２７に伝送され、ここで排ガスターボ
発電機発生電力検出器Ｉ３により検出された発生電力測
定値ＥＴａを減じ、排ガスターボ発電機発生電力偏差値
ＥＴｅ　＝　ＥＢａ　−ＥＴａとなる。ＥＴａは比例増
巾器２８へ伝送されその出力ＮＴｓは排ガスターボ発電
機回転数設定値として減算器３７へ伝送され、ここで排
ガスターボ発電機回転数測定値ＮＴａを減じ、そのまオ
排ガス蒸気タービン用速度調整器３８へ入力し、同速度
調整器の出力信号は排ガス蒸気タービン８へ入力し、そ
の出力は同タービンの回転数測定値ＮＴａとなる。

一方、系統周波数検出器１５により検出された系統周波
数測定値Ｆａは、系統周波数設定器２９による設定値Ｆ
３から減算器３１により減算され、その偏差値Ｆｅ＝Ｆ
ｓ−Ｆａ比例積分型増巾器３２に入力し、出力Ｅａは系
統電力の測定値となる。

Ｅａは減算器３３により、主機駆動発電機発生電力検出
器Ｚ４Ｊこより検出された主機駆動発電機発生電力測定
値ＥＳａおよび排ガスエコノマイザ蒸発量測定値ＥＢａ
を減算され系統電力偏差値ＥＳｅとなり、比例増巾器３
５を経て主機駆動発電機周波数設定値ＰＳｓとなる。

ＰＳｓは減算器４０により主機駆動光を機周波数測定値
ＰＳａを減算され、主機駆動発電機周波数偏差値ＰＳｅ
となり、これは主機駆動発電機周波数制御器４１に入力
し、その出力は主機駆動発電機周波数測定値ＰＳａとな
る。

さらに、ドラム圧力測定値Ａａがドラム蒸気の異常発生
又は排ガスターボ発電機の異常停止等により異常上昇し
た場合にもドラム圧力を規定値に保つために、Ａａは関
数発生器２４に入力し、もしＡａが規定値以上であれば
、その出力は蒸気ダンプ弁１１を開き蒸気ドラム７の蒸
気をコンデンサ２１へ逃がす。

（１）　　このような舶用発電プラントにおいて、電源
の定常状態においては、下記の関係が成立する。

（ａ）　　ＥＢａは排ガスエコノマイザ蒸気発生ｉ　（
ｔカ換算値）に比例する。

第３図に示すように、排ガスエコノマイザの蒸気ドラム
７の気相部において（１）式が成立する。

ただし、Ｖ　：蒸気ドラム気相部容積、Ｇａ：蒸発ｉ　
（ｔＥ圧力算値）、 ＥＴａ　：排カスターボ発電機発生電力、ｒ　：蒸気の
比重量、 ここで、定常状態であれば、蒸発蒸気の温度おｒ よびドラム気相部の圧力は一定であるから、−ｔ ＝０であり、したがってＧａ　＝　ＥＴａとなる。一方
、Ａａ　、　Ａｓ　、　ＥＢａ　、　ＥＴａ　、　ＥＴ
ｅ　、　ＮＴｓ　、　Ｎ’ｌ’ｅ　、　ＮＴａから構成
される制御系統を考えれば、定常状態であるからＥＴｅ
　＝　ＥＢａ　−ＥＴａ　＝　Ｏが成立し、したがつて
、Ｇａ　＝　ＥＴａ　＝　ＥＢａとなる。

（ｂ）　　Ｅａは負荷電力量に比例する。

第４図に示す主機および主機駆動発電機Ｉこついては（
２）の運動方程式が成立する。

ただし、ＥＥａ： ＥＳａ　： ω　： Ｔｊ： 主機出力 主機駆動発［機発生電力測定値 角速度 加速定数 定常状態であるから、角速度ωの変化はなく、ｄω １７；０であるので、ＥＥａ　＝　ＥＳａとなる。

一方、Ｆｓ　、　Ｆａ　、　Ｅａ　、　ＢＳａ　、　Ｅ
Ｓｅ　、　ＰＳｓ　、　ＰＳｅ　、　Ｐｅａ　。

ＥＢａ　、　ＥＴａ　、　ＥＴｅ　、　ＮＴｓ　、　Ｎ
Ｔｅ　、　ＮＴａから構成される制御系を考えれば、定
常状態であるから、 ＥＳｅ　＝　Ｅａ　−ＥＳａ　−ＥＴａ　＝　Ｑとなり
、Ｅａ　＝　Ｅｒａ　＋　ＥＴａとなる。

（２）以上述べた関係より、定常状態においては、排ガ
スターボ発電機は排ガスエコノマイザの蒸発量に等しい
電力を発生しくＥＴａ＝Ｇａ）、主機駆動発電機は負荷
電力から排ガスエコノマイザ蒸発量に相当する電力量を
差引いた出力ＥＳａ　＝　Ｅａ　−ＥＴａで運転される
よう制御される。

もし、排ガスエコノマイザの蒸発量が負荷電力を上進る
場合はＥＳａ　＝　Ｅａ　−ＢＴａ　＜　Ｏとなり主機
駆動発電機は電動機として排ガスターボ発電機より電力
を受けて主機を駆動する。

０であるからＦｓ　＝　Ｆａとなり、排ガスエコノマイ
ザの気相部圧力および系統周波数は設定値に等しく制御
される。

（３）　　さらに、負荷変化および蒸発量変化の場合の
動作を第５図について説明する。

（ａ）　　同図において、主機駆動発電機はＳ２点、タ
ーボ発電機は１８点でそれぞれ運転中であるとき、排ガ
スエコノマイザの蒸発量がＥＴａ、からＥＴａ。

に増加したとする。この増加はドラム圧力測定値Ａａの
増加、ドラム圧力偏差値Ａｅの減少、排ガスエコノマイ
ザ蒸発量測定値ＥＢａの増加、排ガスターボ発電機発生
電力偏差値ＥＴｅの増加、ターボ発ｉｔ機ガバナ周波数
設定値ＮＴｓの上昇となり、ターボ発電機の運転点はＴ
、からＴ、へと移る。

一方、負荷すなわち系統電力測定値Ｅａ　は一定である
ので、当初主機駆動発電機発生電力測定値ＥＳａを一定
とすれば、系統電力偏差値ＥＳｅは負となり、主機駆動
発電機の運転点はＳｌからＳ、へ移り、この点にて Ｈａ　−ＥＢａ　−ＥＳａ　＝　ＥＳｅ　＝　Ｑとなり
定常状態となる。

排ガスターボ発電機の蒸発量が減少した場合も同様であ
る。

（ｂ）　　排ガスターボ発電機がＴ１点、主機駆動発電
機が８１点でそれぞれ運転中に系統負荷が零となフた場
合、系統の周波数ＦａはＦａｏ　　まで上昇し始め、Ｆ
ｅは減少し、Ｅａは減少する。しかし、ＥＢａは依然と
してＥＴａ　Ｈに存在するので、当初ＥＳａ一定として
Ｅｖｅは減少し始め、最終的にはＥａ　＝　０　、　Ｅ
Ｓａ　＜　Ｏ、Ｅｓｅ　＝　−ＢＳａ　−ＢＢａ　＝　
Ｑとなる。すなわち、主機駆動発電機の運転点もＴ。

点となり、排ガスターボ発電機の出力を主機駆動発電機
が受けて、主機駆動発電機が電動機として作用する。

（Ｃ）　　排ガスターボ発電機がＴｉ点、主機駆動発電
機が８８点にて運転中に系統負荷電力が急増した場合、
系統の周波数ＦａはＦａｏ−Ｔ１点、Ｆａｏ　−８１点
に沿って低下し始め、Ｆｅは増加、　Ｆａは増加、当初
はＥＳｅは増加、ＢＳａは増加となり、最終的にはＥＳ
ａ　＝　Ｂａ　−ＥＢａとなり、主機駆動発電機の発生
電力が増加する。

第６図は以上述べた船内電力、蒸発量、主機駆動発電機
の発電量の変動の一例で、鎖線は船内需要電力、実線は
排ガスエコノマイザ蒸発量すなわち排ガスターボ発電機
発生電力をそれぞれ示し、Ｐｌは主機駆動発電機が電動
機として主機を駆動する電力、Ｐ、は主機駆動発電機が
発電機として発電する電力をそれぞれ示す。

このような舶用発電プラントによれば、下記効果が奏せ
られる。すなわち、 （１）排ガスエコノマイザの蒸発量が船内需要電力に等
しい場合には、排ガスターボ発電機により船体電力を供
給し、主機駆動発電機は無負荷にて運転することにより
、船舶の主機が発生する排気熱エネルギは可能な限り電
力として回収することができる。

さらに、ダンプされる余剰蒸気も存在しないので、コン
デンサの冷却海水量も減少し、したがって海水を循環す
るポンプに要する電力量も節減される。

（２）排ガスエコノマイザの蒸発量が船内需要電力を上
廻る場合、排ガスターボ発電機により回収された電力エ
ネルギは主機駆動発電機へ供給され、同発電機を電動機
として主機を駆動することにより、主機の燃料消費量を
軽減することができる。

（３）船内需要電力が排ガスターボ発電機の発電電力を
上廻る際に、瞬時に主機駆動発電機を増加した船内需要
電力への供給源とするように、また船内需要電力が排ガ
スターボ発電機の発電電力を下層る際に瞬時に主機駆動
発電機を減少した船内需要電力の回収源とするように、
常時フィードバック制御を行なうこと１こより、特別の
操作監視手段なしに、船内需要電力の増減に即応するこ
とができる。

（４）　　排ガスエコノマイザの蒸発量が船内電力に比
較して小であるために排ガスターボ発電機による排ガス
エネルギの回収を行なっていない舶用発電プラントでも
、本発明を適用して排ガスターボ発電機、主機駆動発電
機の並列運転を行なうことにより、船内需要電力への即
応性が増加するととも１こ排ガスエネルギの回収が可能
となる。

要するに、本発明によれば、排ガスエコノマイザに接続
された排ガスターボ発電機と、上記排ガスターボ発電機
と並列運転され、かつ、主機との間で電力の授受が自由
に制御可能な主機駆動発電機と、上゛記排ガスエコノマ
イザの蒸気ドラムの圧力を検出するドラム圧力検出器と
、主母線の周波数を検出する系統周波数検出器と、上記
ドラム圧力を規定値に保つように上記排ガスターボ発電
機の回転数を制御する排ガスターボ発電機制御装置と、
上記系統周波数を規定値に保つように上記主機駆動発電
機の出力（含電動出力）を制御する主機駆動発電機制御
装置とを具えたことにより、主機の排ガスの熱エネルギ
を完全に回収し、船内需要電力の変動に対して発電量を
常時即応させる舶用発電プラントを得るから本発明は産
業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は第１
図の制御系統を示すブロック線図、第３図は第１図の排
ガスエコノマイザと排ガスターボ発電機との関係を示す
説明図、第４図は第１図の主機と主機駆動発電機との関
係を示す説明図、第５図は第１図における原動機負荷と
発電周波数との関係を示す線図、第６図は本発明による
船内電力、蒸気発生器、主機駆動発電機の電力の変動を
示す線図である。 ！・・・プロペラ、２・・・主機駆動発電機、３・・：
主機、４・・・煙筒、５・・・排ガスエコノマイザ、６
・・・水ドラム、７・・・蒸気ドラム、８・・・排ガス
蒸気タービン、９・・・排ガスターボ発電機、ＩＯ・・
・タービン調速弁、１１・・・蒸気ダンプ弁、１２・・
・ドラム圧力検出器、１３・・・排ガスターボ発電機発
生電力検出器、Ｉ４・・・主機駆動発電機発生電力検出
器、Ｉ５・・・系統周波数検出器、Ｉ６・・・船内負荷
、Ｉ７・・・電源プラント制御器、１８・・・主機駆動
発電機周波数制御器、１９・・・加熱コイル、２ｏ・・
・主母線、２１・・・コンデンサ、２２・・・ドラム圧
力設定器、２３・・・減算器、２４・・・関数発生器、
２５・・・比例積分型増巾器、２７・・・減算器、２８
・・・比例増巾器、２９川系統周波数設定器、３Ｉ・・
・減算器、３２川比例積分型増巾器、３３・・・減算器
、３５・・・比例増巾器、３７・・・減算器、３８・・
・排ガス蒸気タービン用速度調速機、４０・・・減算器
、４Ｉ・・・主機駆動発電機周波数制御器、Ａａ・・・
ドラム圧力測定値、Ａｓ・・・ドラム圧力設定値、Ａｅ
・・・ドラム圧力偏差値、ＥＢａ・・・排ガスエコノマ
イザ蒸発量測定値、ＥＴａ・・・排ガスターボ発電機発
生電力測定値、ＥＴｅ・・・排ガスターボ発電機発生型
読電力測定値、ＥＳａ・・・主機駆動発電機発生電力測
定値、ＥＳｅ・・・系統電力偏差値、ＰＳＳ・・・主機
駆動発電機周波数設定値、ＰＳｅ・・・主機駆動発電機
周波数偏差値、ＰＳａ・・・主機駆動発電機周波数測定
値、ＮＴｓ・・・排ガスターボ発電機回転数設定値、Ｎ
Ｔｅ・・・排ガスターボ発電機回転数偏差値、ＮＴａ・
・・排ガスターボ発電機回転数測定値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　排ガスエコノマイザに接続された排ガスターボ発電機
   と、上記排ガスターボ発電機と並列運転され、かつ、主
   機との間で電力の授受が自由に制御可能な主機駆動発電
   機と、上記排ガスエコノマイザの蒸気ドラムの圧力を検
   出するドラム圧力検出器と、主母線の周波数を検出する
   系統周波数検出器と、上記ドラム圧力を規定値に保つよ
   うに上記排ガスターボ発電機の回転数を制御する排ガス
   ターボ発電機制御装置と、上記系統周波数を規定値に保
   つように上記主機駆動発電機の出力（含電動出力）を制
   御する主機駆動発電機制御装置とを具えたことを特徴と
   する舶用発電プラント。