JPH06288204A - 一軸型コンバインド発電設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービン単体の容量に制約されることな
く、大容量の発電設備を構成でき、かつ設備全体の小型
化を図ることができ、しかも定検時のメンテナンスを要
する補機員数の削減を図り得る一軸型コンバインド発電
設備を提供すること。 【構成】 一軸型コンバインド発電設備において、複数
台のガスタービン１２，１３と、少なくとも１台の発電
機１４と、少なくとも１台の蒸気タービン１６とをカッ
プリング１８を介して直線上に連結して構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一軸型コンバインド発
電設備に係り、コンバインドサイクルの大容量化に際し
て効率の向上および小型化を図るために好適な一軸型コ
ンバインド発電設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりコンバインドサイクル発電設備
には、一軸型と多軸型とが存在する。

【０００３】従来の一軸型コンバインドサイクル発電設
備は、図２に示すように、ガスタービン３と、発電機４
と、蒸気タービン５と、排熱回収ボイラ７とを備えてい
る。前記ガスタービン３は、空気圧縮機１と、燃焼器２
とを有している。前記蒸気タービン５には、復水器８
と、給水ポンプ９とが付設されている。前記ガスタービ
ン３と発電機４と蒸気タービン５とは、カップリング６
を介して直線上に連結されている。

【０００４】そして、従来の一軸型発電設備では、１組
のユニットはガスタービン３と発電機４と蒸気タービン
５とが各々１台ずつ連結して構成されている。したがっ
て、１組のユニットの出力はガスタービン単体の容量に
より制約される。このため、大容量の発電設備を構成す
るためには、図４に示すように、複数組のユニットを並
列に配置している。

【０００５】また、近年一軸当たりの発電容量を増加さ
せる技術として、ガスタービンを大型化する技術が開発
されている。しかし、ガスタービン単体を大型化し、出
力を上げるには構造上限度がある。したがって、一軸型
発電設備では大容量の発電を行うためには複数列配置す
ることが必要である。

【０００６】他方、多軸型発電設備はガスタービンと発
電機を各々１台ずつ直線上に接続，配置し、発電する一
方、複数のガスタービンと発電機から構成されるユニッ
トの排熱を回収し、熱交換した蒸気を集約し、少数の蒸
気タービンを駆動し、蒸気タービンおよび発電機のユニ
ットにより発電するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術におい
て、大容量コンバインドサイクルを構成するための一軸
型発電設備では、ガスタービンと発電機と蒸気タービン
の各１台で構成されるユニットを、複数組並列に配置す
るようにしているので、図４から分かるように、占有ス
ペースが広くなり、広い面積の建屋を必要とする等の点
で設備費が嵩む問題があり、定検時にメンテナンスを必
要とする補機員数が多くなるという問題もあった。

【０００８】一方、従来の大容量の多軸型発電設備で
は、ガスタービンの稼動台数の増減による負荷調整の
際、蒸気タービンが部分負荷となり、効率が低下すると
いう問題がある。

【０００９】本発明の目的は、ガスタービン単体の容量
に制約されることなく、大容量の発電設備を構成でき、
かつ設備全体の小型化を図ることができ、しかも定検時
のメンテナンスを要する補機員数の削減を図り得る一軸
型コンバインド発電設備を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、負荷調整のためのガ
スタービンの稼動台数の増減にかかわらず、蒸気タービ
ンや発電機の効率を常に高く維持し得る一軸型コンバイ
ンド発電設備を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的は、一軸型コン
バインド発電設備において、ガスタービンを複数台設置
しかつ直線上に連結したことにより、達成される。

【００１２】また、前記目的は複数台設置されたガスタ
ービンの各々の間に、トルクコンバータを設置したこと
により、達成される。

【００１３】そして、前記他の目的は一軸型コンバイン
ド発電設備において、ガスタービンを複数台設置しかつ
直線上に連結し、前記蒸気タービンをガスタービンと同
じ台数設置しかつ直線上に連結するとともに、前記ガス
タービンと蒸気タービンとを同じ稼働台数ずつ選択的に
稼働可能に構成したことにより、達成される。

【００１４】さらに、前記他の目的は一軸型コンバイン
ド発電設備において、ガスタービンと発電機と蒸気ター
ビンとで１組をなすユニットを、複数組設置しかつ直線
上に連結するとともに、前記ユニットの稼働組数を選択
的に稼働可能に構成したことによって、達成される。

【００１５】

【作用】本発明では、一軸型コンバインド発電設備にお
いて、ガスタービンを複数台設置しているので、ガスタ
ービンの単機出力を組み合わせて取り出すことにより、
一軸上にガスタービンを単体で配置する技術に比べて、
大容量の出力を得ることができる。その結果、大容量の
発電設備に際しても、占有スペースが少なくて済み、建
屋の面積を大幅に縮小することができる等の点で設備費
を削減することが可能となる。しかも、本発明では複数
台のガスタービンを直線上に連結しているので、大容量
の発電設備であっても、多軸型発電設備に比較して定検
時のメンテナンスを要する補機員数を少なくすることが
可能となる。

【００１６】また、本発明では複数台のガスタービンの
各々の間に、トルクコンバータを設置している。これに
より、各々のガスタービンを独立に運転させることが可
能となる。その結果、ガスタービンの稼働台数を増減さ
せることにより、負荷調整を容易に行うことが可能とな
る。

【００１７】さらに、本発明では一軸型コンバインド発
電設備において、ガスタービンを複数台設置しかつ直線
上に連結し、蒸気タービンを前記ガスタービンと同じ台
数設置しかつ直線上に連結している。そして、前記ガス
タービンと蒸気タービンとを同じ稼働台数ずつ選択的に
稼働可能に構成しているので、ガスタービンの稼働台数
に応じて蒸気タービンを稼働させることにより、負荷調
整のためのガスタービンの稼働台数の増減にかかわら
ず、蒸気タービンの効率を常に高く維持することがで
き、部分負荷時の発電効率をより一層高く維持すること
ができる。

【００１８】また、本発明では一軸型コンバインド発電
設備において、ガスタービンと発電機と蒸気タービンと
で１組をなすユニットを、複数組設置しかつ直線上に連
結している。そして、前記ユニットの稼働組数を選択的
に稼働可能に構成しているので、ガスタービンおよび蒸
気タービンの稼働台数に応じて発電機の稼働台数を選択
することができるので、負荷調整のためのガスタービン
および蒸気タービンの稼働台数の増減にかかわらず、発
電機の効率を常に高く維持することができ、部分負荷時
の発電効率をさらに高く維持することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００２０】（第１の実施例）図１は本発明の第１の実
施例を示す系統図である。この図１に示す第１の実施例
では、１ユニットが複数台としての２台のガスタービン
１２，１３と、１台の発電機１４と、１台の蒸気タービ
ン１６と、これも１台の排熱回収ボイラ２１とを備えて
おり、前記ガスタービン１２，１３と発電機１４と蒸気
タービン１６とは、カップリング１８を介して直線上に
連結されていて、一軸型コンバインド発電設備に構成さ
れている。

【００２１】前記各ガスタービン１２，１３は、それぞ
れ空気圧縮機１０および燃焼器１１を有している。前記
空気圧縮機１０は、空気を吸い込んで圧縮し、その圧縮
空気を燃焼器１１に送るようになっている。前記燃焼器
１１は、空気圧縮機１０から送り込まれた圧縮空気と、
外部から送り込まれた燃料とを燃焼させ、高温高圧のガ
スを生成し、当該ガスタービン１２，１３に供給するよ
うになっている。各ガスタービン１２，１３は、前記燃
焼器１１から供給された高温高圧ガスにより回転駆動さ
れ、動力を発生し、その動力により発電機１４および空
気圧縮機１０を回転駆動するようになっている。また、
各ガスタービン１２，１３で仕事をしたのちの排気ガス
は、それぞれガス配管１９およびダンパ２０を介して排
熱回収ボイラ２１に導かれる。

【００２２】前記排熱回収ボイラ２１は、ガスタービン
１２，１３から導入された高温の排気ガスと、蒸気ター
ビン１６で仕事をしたのちの給水とを熱交換させ、蒸気
を発生させ、その蒸気を蒸気タービン１６に送り込むよ
うになっている。

【００２３】前記蒸気タービン１６には、復水器２３お
よび給水ポンプ２４が付設されている。そして、蒸気タ
ービン１６は排熱回収ボイラ２１から送り込まれた蒸気
により回転駆動され、動力を発生し、発電機１４を駆動
するようになっている。前記蒸気タービン１６で仕事を
したのちの蒸気は、復水器２３に導かれ、熱交換によっ
て凝縮されたのち、給水ポンプ２４により給水として再
び排熱回収ボイラ２１に送られるようになっている。

【００２４】前記発電機１４は、ガスタービン１２，１
３および蒸気タービン１６により駆動され、電力を発生
する。

【００２５】この第１の実施例では、前述のごとき一軸
型コンバインド発電設備において、２台のガスタービン
１２，１３を設置しているので、ガスタービン単体の容
量の制約を受けることなく、大容量の発電を行うことが
できる。また、２台のガスタービン１２，１３を直線上
に連結しているので、複数台のガスタービンを並列に配
置して大容量の発電を行う技術に比べて、定検時にメン
テナンスを必要とする補機員数を少なくすることが可能
となる。

【００２６】ところで、図３は図１に示す第１の実施例
を並列に２ユニット配置した発電設備の平面図、図４は
従来技術を採用しかつ図３の場合とほぼ同等の電力を発
生すべく３ユニット配置した発電設備の平面図である。

【００２７】本発明の図３に示す例では、２台のガスタ
ービン１２，１３を直線上に連結したユニットを２組並
列に配置しており、ガスタービン単体の容量に制約され
ず、大容量の発電を行うことができ、かつ設備全体の小
型化を図ることが可能となる。

【００２８】これに対して、従来技術を採用しかつ図３
に示す発電設備と同程度の発電を行うには、図４に示す
ごとく、単体のガスタービン３を備えたユニットを３組
並列に配置する必要がある。

【００２９】したがって、本発明の前記第１の実施例を
採用した場合には、従来技術に比較して発電設備の占有
スペースを約２０％低減できるので、建屋の面積を縮小
できる等の点で設備費を大幅に削減することが可能とな
る。また、ガスタービン１２，１３、発電機１４および
蒸気タービン１６等を運転するための制御機器や潤滑機
器を含む補機の台数も、配置する必要のあるユニット数
の差に相当する分、少なくすることができる。

【００３０】なお、本発明の第１の実施例において、ガ
スタービンを２台直線上に連結する場合に限らず、３台
以上のガスタービンを直線上に連結してもよい。

【００３１】（第２の実施例）次に、図５は本発明の第
２の実施例を示す系統図である。この図５に示す第２の
実施例では、２台のガスタービン１２，１３の間に、ト
ルクコンバータ２５が設置されている。

【００３２】これにより、２台のガスタービン１２，１
３を各々独立に運転することが可能となる。その結果、
ガスタービンの稼働台数を選択的に増減させることによ
り、負荷調整を容易に行うことができる。

【００３３】図６は本発明の第２の実施例と、従来技術
とについて、負荷に対する効率の特性を示すダイヤグラ
ムである。ただし、本発明の実施例は３台のガスタービ
ンを設置し、各ガスタービン間にトルクコンバータを設
置するとともに、直線上に連結した例を示す。

【００３４】この図６において、本発明の第２の実施例
で、電力需要に応じて負荷を徐々に上げる場合、低負荷
時に１台のガスタービンを稼働させることにより、効率
カーブ３１を得る。また、中負荷時に２台のガスタービ
ンを稼働させることにより、効率カーブ３２を得る。さ
らに、高負荷時に３台全部のガスタービンを稼働させる
ことにより、効率カーブ３３を得る。これに対して、従
来技術では効率カーブ３４となる。ここで、本発明の第
２の実施例と従来技術とを比較すると、本発明の第２の
実施例では部分負荷時における効率がよく、効率特性が
多軸型コンバインドサイクルプラントとほぼ同等にな
る。

【００３５】この第２の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第１の実施例と同様である。

【００３６】（第３の実施例）ついで、図７は本発明の
第３の実施例を示す系統図である。この図７に示す第３
の実施例では、１ユニットに２台のガスタービン１２，
１３が設置され、これに対応させて２台の蒸気タービン
１６，１７が設置されている。

【００３７】前記ガスタービン１２，１３と発電機１４
と蒸気タービン１６，１７は、直線上に連結されてい
る。前記ガスタービン１３と発電機１４とを結ぶ軸と、
発電機１４と蒸気タービン１６とを結ぶ軸とは、それぞ
れカップリング１８を介して接続されている。前記ガス
タービン１２，１３間、および蒸気タービン１６，１７
間には、それぞれトルクコンバータ２５が設置されてい
る。また、前記蒸気タービン１６，１７はそれぞれ流量
調整弁２２を有する蒸気配管を通じて排熱回収ボイラ２
１に接続されている。

【００３８】さらに、蒸気タービン１６，１７にはそれ
ぞれ復水器２３および給水ポンプ２４が付設されてい
る。

【００３９】その結果、この第３の実施例ではガスター
ビン１２，１３の稼働台数に応じて、蒸気タービン１
６，１７の稼働台数を選択的に稼働させることができ
る。

【００４０】図８は本発明の第３の実施例における負荷
に対する効率の特性を示すダイヤグラムである。ただ
し、この図８に示す例はガスタービンおよび蒸気タービ
ンを各々３台ずつ設置し、各ガスタービン間および各蒸
気タービン間にトルクコンバータを設置するとともに、
３台のガスタービンおよび蒸気タービンを直線上に連結
した場合を示す。

【００４１】而して、前記図８に示すように、低負荷時
にガスタービンと蒸気タービンを各々１台ずつ稼働させ
ることにより、効率カーブ３５を得る。また、中負荷時
にガスタービンと蒸気タービンを各々２台ずつ稼働させ
ることにより、効率カーブ３６を得る。さらに、高負荷
時にガスタービンと蒸気タービンを各々３台ずつ稼働さ
せることにより、効率カーブ３７を得る。そして、前記
図６に示した効率カーブ３１，３２，３３を、図８中に
対応させて示し、効率カーブ３１および３５、効率カー
ブ３２および３６、効率カーブ３３および３７を比較し
て見ると、本発明の第３の実施例によれば、ガスタービ
ンの台数と蒸気タービンの台数とを同じにし、かつガス
タービンの稼働台数に応じて蒸気タービンの稼働台数を
選択的に稼働させるように構成したことにより、負荷調
整のためのガスタービンの稼働台数の増減にかかわら
ず、蒸気タービンの効率を常に高く維持することがで
き、部分負荷時の発電効率をより一層高く維持すること
ができる。

【００４２】なお、この第３の実施例の他の構成，作用
については、前記第１の実施例と同様である。

【００４３】（第４の実施例）さらに、図９は本発明の
第４の実施例を示す系統図である。この図９に示す第４
の実施例では、直線上に２組のユニットＡ，Ｂが連結さ
れている。

【００４４】１組のユニットＡは、ガスタービン１２と
発電機１４と蒸気タービン１６とをカップリング１８を
介して直線上に連結して構成されている。他の１組のユ
ニットＢは、ガスタービン１３と発電機１５と蒸気ター
ビン１７とをカップリング１８を介して直線上に連結し
て構成されている。

【００４５】そして、前記２組のユニットＡ，Ｂはトル
クコンバータ２５を介して連結されていて、電力需要に
応じてユニットＡとユニットＢの稼働組数を選択的に稼
働可能に構成されている。つまり、１組のユニットＡも
しくはＢを選択的に稼働させ、または２組のユニット
Ａ，Ｂを同時に稼働させ得るように構成されている。

【００４６】これにより、ガスタービン１２，１３およ
び蒸気タービン１６，１７の稼働台数を選択的に稼働さ
せ得る外に、発電機１４，１５の稼働台数をも選択的に
稼働させることができるので、ガスタービン１２，１３
と蒸気タービン１６，１７の稼働台数の増減にかかわら
ず、発電機１４，１５の効率を常に高く維持することが
でき、部分負荷時の発電効率をさらに高く維持すること
ができる。

【００４７】この第４の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第３の実施例と同様である。

【００４８】また、この第４の実施例では２組のユニッ
トに限らず、３組以上のユニットを直線上に連結しても
よい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１記載の発
明によれば、一軸型コンバインド発電設備において、ガ
スタービンを複数台設置しているので、ガスタービン単
体の容量に制約されることなく、大容量の発電を行い得
る効果があり、前記複数台のガスタービンを直線上に連
結しているので、複数台のガスタービンを並列に配置し
て大容量の発電を行う技術に比べて設備全体の小型化を
図ることができ、したがって発電設備の占有スペースが
少なくて済み、建屋面積を大幅に縮小できる等の点で設
備費を削減し得る効果があり、定検時にメンテナンスを
要する補機員数を少なくすることができるという効果も
ある。

【００５０】また、本発明の請求項２記載の発明によれ
ば、前記複数台のガスタービンの各々の間に、トルクコ
ンバータを設置しており、複数台設置したガスタービン
を各々独立に運転することができるので、負荷調整を容
易に行い得る効果がある。

【００５１】さらに、本発明の請求項３記載の発明によ
れば、一軸型コンバインド発電設備において、ガスター
ビンを複数台設置しかつ直線上に連結し、蒸気タービン
をガスタービンと同じ台数設置しかつ直線上に連結する
とともに、前記ガスタービンと蒸気タービンとを同じ稼
働台数ずつ選択的に稼働可能に構成しており、電力需要
に応じてガスタービンと蒸気タービンの稼働台数を同数
ずつ選択して稼働させることができるので、負荷調整の
ためのガスタービンの稼働台数の増減にかかわらず、蒸
気タービンの効率を常に高く維持することができ、部分
負荷時の発電効率をより一層高く維持し得る効果があ
る。

【００５２】そして、本発明の請求項４記載の発明で
は、一軸型コンバインド発電設備において、ガスタービ
ンと発電機と蒸気タービンとで１組をなすユニットを、
複数組設置しかつ直線上に連結するとともに、前記ユニ
ットの稼働組数を選択的に稼働可能に構成しているの
で、ガスタービンおよび蒸気タービンの稼働台数を選択
的に稼働させ得る外に、発電機の稼働台数をも選択的に
稼働させることができる結果、負荷調整のためのガスタ
ービンと蒸気タービンの稼働台数の増減にかかわらず、
発電機の効率を常に高く維持することができ、部分負荷
時の発電効率をさらに高く維持し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す系統図である。

【図２】従来技術を示す系統図である。

【図３】図１に示す第１の実施例において２組のユニッ
トを並列に配置した発電設備の平面図である。

【図４】図２に示す従来技術を採用し、かつ図３に示す
第１の実施例の発電設備と同程度の発電を行うべく３組
のユニットを並列に配置した発電設備の平面図である。

【図５】本発明の第２の実施例を示す系統図である。

【図６】本発明の第２の実施例と従来技術とについて、
負荷に対する効率の特性を示すダイヤグラムである。

【図７】本発明の第３の実施例を示す系統図である。

【図８】本発明の第３の実施例における負荷に対する効
率の特性を示すダイヤグラムである。

【図９】本発明の第４の実施例を示す系統図である。

【符号の説明】

１０…空気圧縮機、１１…燃焼器、１２，１３…ガスタ
ービン、１４，１５…発電機、１６，１７…蒸気タービ
ン、１８…カップリング、２１…排熱回収ボイラ、２３
…復水器、２４…給水ポンプ、２５…トルクコンバー
タ、Ａ…ガスタービンと発電機と蒸気タービンとからな
る１組のユニット、Ｂ…同じく他の１組のユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諸橋 聡 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 萩庭 徹也 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 所 剛宗 茨城県日立市幸町一丁目20番２号 株式会 社日立ライフ内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンと発電機と蒸気タービンの
   各々の軸を、カップリングにより直線上に接続し配置し
   た一軸型コンバインド発電設備において、前記ガスター
   ビンを複数台設置しかつ直線上に連結したことを特徴と
   する一軸型コンバインド発電設備。
2. 【請求項２】 前記複数台のガスタービンの各々の間
   に、トルクコンバータを設置したことを特徴とする請求
   項１記載の一軸型コンバインド発電設備。
3. 【請求項３】 ガスタービンと発電機と蒸気タービンの
   各々の軸を、カップリングにより直線上に接続し配置し
   た一軸型コンバインド発電設備において、前記ガスター
   ビンを複数台設置しかつ直線上に連結し、前記蒸気ター
   ビンをガスタービンと同じ台数設置しかつ直線上に連結
   するとともに、前記ガスタービンと蒸気タービンとを同
   じ稼働台数ずつ選択的に稼働可能に構成したことを特徴
   とする一軸型コンバインド発電設備。
4. 【請求項４】 ガスタービンと発電機と蒸気タービンの
   各々の軸を、カップリングにより直線上に接続し配置し
   た一軸型コンバインド発電設備において、前記ガスター
   ビンと発電機と蒸気タービンとで１組をなすユニット
   を、複数組設置しかつ直線上に連結するとともに、前記
   ユニットの稼働組数を選択的に稼働可能に構成したこと
   を特徴とする一軸型コンバインド発電設備。