JPH11173160A - ガスタービン発電システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電力需要の変動にシステムを停止することなく
連続的に対応でき、かつ発電機出力を増加させることが
できるガスタービン発電システムを提供する。 【解決手段】空気を圧縮する圧縮機１２と、この圧縮機
から吐出された空気および燃料を燃焼させる燃焼器６
と、この燃焼器から噴出される高温燃焼ガスにより駆動
されるガスタービン５とを備え、前記圧縮機１２への供
給空気量をガスタービンの出力に応じて制御するように
形成されているガスタービン発電システムにおいて、前
記システムに、余剰電力若しくはＬＮＧの冷熱を用いて
空気を液化する液化設備と、前記発電システムの電力需
要増大時に前記圧縮機の空気流量を抑制する制御装置
と、この制御装置の空気流量抑制量に応じて前記流体貯
蔵装置の液体空気を前記燃焼器に供給する空気供給装置
とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばコンバイン
ドサイクル発電システムなどに採用されているガスター
ビン発電システムおよびその制御方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に電気の使用量は昼間に集中しがち
であり、昼間と夜間とでは使用量が大きく異なることか
ら、水力発電所やコンバインドサイクル発電所などは、
主に昼間にフル活動運転するようにしている。しかし需
要の集中する昼間の特定時間帯においてはこれでも電力
供給不足となる場合があり、このような場合には、原子
力発電所などで発生した余剰の夜間電力を揚水発電を利
用して供給し、電力の需要と供給のバランスを保つよう
にしている。

【０００３】この不足電力を補う揚水発電は，原子力発
電所で発生した余剰の夜間電力を用いてポンプを駆動
し、高所に設けられている貯水池に移送して位置エネル
ギーとして貯蔵し、これを需要集中時に流下させて発電
するものである。

【０００４】しかし最近になり、例えば業務用や家庭用
エアコンなどの普及がめざましく昼間の最大電気需要量
と夜間の最低電気需要量の差が年々大きくなる傾向にあ
り、電力の需要と供給のバランスが保てなくなってきて
いる。特に、季節による需要の違いも増大する傾向にあ
り、例えば夏季においては最大需要の必要時期は、真夏
の１０日ほどと短く、この短期間だけのために大規模な
揚水発電設備を増設することは経済性に問題を生ずる嫌
いがあり、また、たとえ経済的な問題が解決されたとし
ても国内においては、大規模な揚水発電所の建設場所が
少なく今後の課題となっているのが実状である。

【０００５】このようなことから、これらに変わる大容
量のエネルギー貯蔵方式を必要としている。従来から考
えられているこの種のエネルギー貯蔵方式としては次の
ようなものが知られている。すなわち、ガスタービンに
よる発電とこのガスタービンからの排熱にて蒸気を発生
させ蒸気タービンを駆動し発電するコンバインドサイク
ル発電である。

【０００６】すなわち、このコンバインドサイクル発電
について、もう少し詳しく説明すると、図２はその発電
所の系統を示すもので、まず軸流式の圧縮機１２で大気
を１０〜１５気圧まで圧縮して燃焼器６に供給する。こ
こに、石油やＬＮＧ、石炭ガス化などの気体燃料１４を
高圧で噴霧して燃焼させ、得られた高温、高圧の燃焼ガ
スをガスタービン５で膨張させ、その過程で得られる回
転エネルギーから発電電動機１５で電気を発生させる。

【０００７】ガスタービン５の排気ガスは６００℃近い
高温なので、これを排熱回収ボイラー１６に導き高圧の
水と熱交換させて、１００℃近くまで冷却して高い煙突
から大気に放出する。途中で排気ガスに含まれる窒素酸
化物を触媒層を通して無害な酸素と窒素に分解する。こ
の排熱回収ボイラー１６における熱交換で発生した高温
・高圧の蒸気は、復水器２６との圧力差を利用して蒸気
タービン１８を回転させて電気エネルギーに変換する。
燃焼器６で空気に与えられた熱エネルギーは、それぞれ
の温度領域に適したガスタービン５と蒸気タービン１８
により電気エネルギーに変換することで、発電端効率は
４８％もの高い値になる。

【０００８】ただしこの場合、ガスタービン５の内部を
みると、さらに大幅に出力を増大できる可能性がある。
例えば、電気出力１５０ＭＷクラスのガスタービンにお
いて、高温・高圧の燃焼ガスによりタービンで発生する
機械エネルギーは電気出力の２倍である３００ＭＷもあ
るが、約半分が空気を圧縮するために圧縮機１２で動力
として消費されてしまう。蒸気タービン系で高圧蒸気を
得るには、液体状態の水をポンプ２７で加圧するが、こ
れに必要なエネルギーは蒸気タービン１８で得られるエ
ネルギーの高々数％であるのと比較して大きな違いであ
る。

【０００９】これは、圧力変化に伴って体積が大幅に変
化する空気を加圧するのに、大きな機械エネルギーを必
要とするためである。この圧縮機の必要エネルギーを減
少させることができれば、発電所全体の電気出力を増大
させることが可能となる。この圧縮機動力を削減し、電
力を平準化する方法として、夜間電力を用いて多量の圧
縮空気を製造しこれを岩塩層内の空洞に貯蔵し、昼間に
燃焼器に供給するシステムが欧米では実用化されてい
る。しかし日本国内には岩塩層が無いので、高圧の圧縮
空気を経済的に貯蔵することが難しい。

【００１０】そこで、これに代わる方式として、夜間電
力を用いて液体空気を製造し、これを大気圧状態で貯蔵
して、昼間にポンプで高圧にした液体空気を燃焼器に供
給するエネルギー貯蔵システムが考案され、電力需要ピ
ーク時を補うようにする考えがある。なお、この種エネ
ルギー貯蔵型システムに関連するものとしては、例えば
特開平４−１３２８３７号公報が挙げられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】現在実用化されている
圧縮空気を貯蔵するエネルギー貯蔵システムおよび貯蔵
液体空気を燃焼器に供給するエネルギー貯蔵システムと
も、１)通常運転、２)エネルギー充填、３)エネルギー
放出の３通りの運転モードをクラッチによって切替え、
燃焼器に供給する空気の全量を圧縮機から貯蔵していた
圧縮空気または液体空気に切り替えるようにしており、
この場合、次のような２つの問題がある。

【００１２】すなわち、第一にクラッチの切り替えに伴
い、一度ガスタービンの運転を停止する必要があり、後
段の蒸気タービン系も考慮すると再起動に３０分ほどを
必要とし、電力需要の増大に対応するのに、一時的とは
言え発電が停止する嫌いがあり、また第二に既存のコン
バインドサイクルやガスタービンに簡単な改良でエネル
ギー貯蔵機能を付加する場合に、全量圧縮機からの空気
量を無くすと、発電電力量を２倍近く増加することにな
り、発電機内部の発熱や駆動軸の強度の関係で、全設備
を交換する必要性が生じるなどの嫌いがあった。

【００１３】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、電力需要の変動に連続的に対応で
き、すなわちガスタービン発電システムを停止すること
なく、連続的に出力を上昇させることができ、発電機の
出力を増加することが可能なこの種のガスタービン発電
システムおよびその制御方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、空気
を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気
と燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、この
燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆動するタービンと、
液体空気または液体酸素を貯蔵する貯蔵タンクと、前記
貯蔵タンク内に貯蔵される液体空気または液体酸素を気
化して前記燃焼器へ供給する気化装置とを有するガスタ
ービン発電システムにおいて、前記圧縮機へ供給する空
気を加熱する加熱装置を設け所期の目的を達成するよう
にしたものである。

【００１５】また、空気を圧縮する空気圧縮機と、前記
圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼して燃焼ガスを
発生する燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼ガスによ
り駆動するタービンと、液体空気または液体酸素を貯蔵
する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内に貯蔵される液体
空気または液体酸素を気化して前記燃焼器へ供給する気
化装置とを有するガスタービン発電システムにおいて、
前記ガスタービンから排出される排ガスと前記圧縮機へ
供給する空気とを熱交換する熱交換器を設けるようにし
たものである。

【００１６】また、空気を圧縮する空気圧縮機と、前記
圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼して燃焼ガスを
発生する燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼ガスによ
り駆動するタービンと、液体空気または液体酸素を貯蔵
する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内に貯蔵される液体
空気または液体酸素を気化して前記燃焼器へ供給する気
化装置とを有するガスタービン発電システムにおいて、
前記ガスタービンから排出される排ガスを前記圧縮機へ
供給する供給管を設けるようにしたものである。

【００１７】またこの場合、前記圧縮機へ供給する空気
の温度または流量に基づいて、前記気化設備で気化され
て前記燃焼器へ供給する空気または酸素の流量を調節す
る流量調節装置を設けるようにしたものである。

【００１８】また本発明は、空気を圧縮する空気圧縮機
と、前記圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼して燃
焼ガスを発生する燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼
ガスにより駆動するタービンと、液体空気または液体酸
素を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内に貯蔵さ
れる液体空気または液体酸素を気化して前記燃焼器へ供
給する気化装置とを有するガスタービン発電システムに
おいて、前記圧縮機圧縮された空気と前記気化装置で気
化された空気または酸素とを同時に前記燃焼器へ供給す
るようにしたものである。

【００１９】また本発明は、空気を圧縮する空気圧縮機
と、前記圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼して燃
焼ガスを発生する燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼
ガスにより駆動するタービンと、液体空気または液体酸
素を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内に貯蔵さ
れる液体空気または液体酸素を気化して前記燃焼器へ供
給する気化装置とを有するガスタービン発電システムの
制御方法において、前記圧縮機へ供給する空気を加熱し
て、前記圧縮機で圧縮された空気を前記燃焼器へ供給す
ると同時に前記気化装置で気化された空気または酸素を
前記燃焼器へ供給するようにしたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１にはそのガスタービン発電
システムが系統図で示されている。なお、この図はガス
タービン発電システムをコンバインドサイクル発電所に
適用した場合の例である。図中、点線で囲まれた部分１
１が、通常のガスタービンと蒸気タービンのコンバイン
ドサイクルを示すもので、５がガスタービンであり、１
５が発電機、１８が蒸気タービンである。

【００２１】このコンバインドサイクルには、蓄冷槽１
が設けられ、この蓄冷槽の中央に液体空気貯蔵タンク２
が設けられている。このシステムで、例えば夕方の時点
では蓄冷槽１内に充填された蓄冷材は、極低温に冷却さ
れている。なお、蓄冷槽１としては、パイプに破石やセ
ラミックスあるいは金属球などを充填した固体冷媒方式
のものや、プロパンやブタンあるいはフレオン類などの
低温で、かつ液体状態で存在する物質を冷媒に使った液
体冷媒方式のものなどが考えられる。

【００２２】このシステムの運転は、まず夜間に原子力
発電所や石炭火力発電所で発生する電力の内、消費しき
れない余剰電力を用いて圧縮機３を稼動し、この圧縮機
により空気を臨界圧力（３８気圧）を超える４２気圧ま
で加圧する。なお、この場合、圧縮機３に供給される空
気は大気から直接取り入れる場合と、圧縮機１２の出口
空気の一部を取り込む場合の２通りが考えられる。

【００２３】次いで、この高圧空気を必要により室温ま
で冷却し、その後蓄冷槽１に通すことにより蓄冷材との
熱交換でさらに冷却される。液体空気温度近くまで冷却
してから、膨張弁４により大気圧まで減圧させると、高
圧空気はJoule-Thomson 効果により等エンタルピーで膨
張し、その一部が液体空気を生成する。

【００２４】液化率は、臨界圧力以下であると低温にし
ても３０％以下と少ないが、臨界圧力以上の空気は９５
Ｋ以下の温度に冷却すると液化率は８０％を超え、８５
Ｋ以下では９０％を超えることになる。

【００２５】従来においては、空気液化装置では１００
Ｋ前後まで高圧空気を冷却する冷熱源が存在しないの
で、高圧空気の半分以上を膨張タービンで自由膨張させ
て冷媒を製造し、この冷媒で残りの空気を冷却する方式
が用いられている。このために液化できる空気量が加圧
した空気の３０％以下と少なく、エネルギーの貯蔵効率
が悪かった。そこで、昼間にガスタービン５の燃焼器６
に供給する液体空気を蓄冷槽１を通して気化する過程
で、液体空気の冷熱で蓄冷材を冷却し、夜間にこの蓄冷
材を用いて高圧空気を冷却すれば、空気の半分以上を膨
張タービンで減圧して冷媒を作成する必要がなくなるの
で、液化できる空気の割合を従来の２倍以上に向上する
ことができる。すなわち、蓄冷槽１内の蓄冷材は、夕方
には液体空気温度近くまで冷却し、明け方は常温近くま
で加熱されることになる。

【００２６】図１における蓄冷槽１は、鋼管内に石など
の球形の無機物を充填したもので、長い流路を構成して
いる。液体空気貯蔵タンク２はこの鋼管群の中心にあ
り、外部からの熱流入が抑制されている。液体空気貯蔵
タンク２はステンレス材料で構成され、大気圧で液体空
気を貯蔵する。勿論液体酸素でも良い。外部からの熱流
入は蓄冷槽１により少なくなっているが、若干の熱流入
により貯蔵中の液体空気の一部が蒸発する。そこで、圧
力調整弁７を介して、蒸発した空気は外部に放出する
が、途中で蓄冷槽１の各部の冷却に活用する。

【００２７】また、膨張弁４による液化プロセスで、液
体空気にならなかった大気圧の極低温空気は、蓄冷槽１
に流入してくる高圧空気と熱交換して冷熱を回収し、ほ
ぼ大気温度になってから外部に放出する。

【００２８】鋼管の直径は２０ｃｍで定尺４ｍのステン
レス配管を６本垂直に溶接で接合したもので、液体空気
貯蔵タンク２の周囲を垂直に取り巻いている。鋼管は熱
収縮による応力の発生を緩和するために、下部を固定し
上部は拘束物が無く、伸び縮みが可能になっている。

【００２９】また、鋼管内部での圧力損失を低減するた
めに、鋼管は１０本を一群として平行な流路を構成する
ことで、管内流速を低減している。鋼管は下部に設けら
れたヘッダー８で流路の分配を行う。ヘッダー間は自動
弁を介在して配管で結合し、自動弁の開閉により鋼管群
を流れる流路を任意に設定することが可能である。ま
た、鋼管群を結ぶ配管には、高圧空気を取り出せる系統
が接続しており、発電所内で必要とする任意の温度条件
の高圧空気を抽出することが可能である。鋼管の間隙に
は断熱材を充填し、外部からの熱流入をできるだけ小さ
くしている。

【００３０】電力需要が高まった午後に、常圧で液体空
気貯蔵タンク２に保存されていた液体空気を取り出し、
ポンプ９で必要な圧力に昇圧する。そこから下部ヘッダ
ー８を通じて蓄冷槽１の流路のうち冷熱が貯えられてい
ない部分を選択して導く。蓄冷槽１に導かれた液体空気
は、蓄冷槽１内に充填された蓄冷媒体に冷熱を与えるこ
とで気化、昇温し、高圧な空気となって上部ヘッダー１
０を通じてコンバインドサイクル発電設備１１に導く。

【００３１】圧縮機１２で圧縮された空気と、液体空気
から気化させた高圧な空気とを混合器１３で混合し、燃
焼器６に投入する。ここに、石油やＬＮＧなどの燃料１
４を高圧で噴霧して燃焼させ、得られた高温かつ高圧の
燃焼ガスをガスタービン５で膨張させ、その過程で得ら
れる回転エネルギーから発電電動機１５で電気を発生さ
せる。

【００３２】ガスタービン５から生成した６００℃の高
温の排気ガスは、排熱回収ボイラー１６で、高圧水を加
熱して水蒸気とする過程で１００−２００℃まで冷却さ
れてから、煙突１７を経由して大気に放出される。発生
した水蒸気は蒸気タービン１８を駆動して電気を発生さ
せる。

【００３３】本実施例では、空気加熱器１９や調整用の
仕切り２０、２１およびその制御装置により圧縮機の空
気流量を抑制し、この空気流量の抑制量に応じて空気供
給装置，すなわち液体空気貯蔵タンク２，流量調整弁２
３，あるいはポンプ９により液体空気を燃焼器に供給す
ることが行われる。すなわち、煙突１７の手前に空気加
熱器１９を設け、圧縮機１２へのダクトに設けた調整用
の仕切り２０、２１で流路面積を調整し、流入する空気
の一部を空気加熱器１９を通すことで加熱し、圧縮機１
２入口の温度を大気温度から１００℃の間で調整する。

【００３４】なお、ガスタービン排気ガスとしては、排
熱回収ボイラ１６がある場合は、排熱回収ボイラ１６の
手前のガスタービン排気ガス、または排熱回収ボイラ１
６内のガスタービン排気ガス、または排熱回収ボイラ１
６から排出されたガスタービン排気ガスのいずれでも良
い。

【００３５】圧縮機１２は体積流量がほぼ一定なので、
常温から１００℃まで入口温度が上昇すると、図３に示
されているように、流量は２０％低下する。また、圧縮
機１２の入口温度が上昇すると出口温度はそれ以上に増
加する。新しい圧縮機１２とガスタービン５の開発には
相当の期間を必要とするので、できるだけ既存の機器を
小規模な改造で活用することが望ましい。この場合、液
体空気を気化した空気を供給しないときに対して、液体
空気を気化した空気を供給するときのガスタービン５の
入口温度と流量を同一にすることが制御の目標となり、
この目的での制御ロジックを図４に示し、以下図１を参
照しながら図４の制御フローに沿って制御方法を詳細に
記載する。

【００３６】先ず仕切り２０を全開にした後、仕切り２
１を前後の差圧が水頭で１００ｍｍになるまで閉める。
差圧が生じることで仕切り２０を通り空気加熱器１９を
経由する空気が生じ、空気加熱器１９で加温されること
で、合流した空気の温度が上昇する。空気加熱器では温
度の上昇に時間遅れがあるので、流路内の３個所で熱伝
対２２で測定した温度の平均値が、時間変化が無くなっ
た時点で、３個所の熱線風速計２８でダクト内の風速を
測定し、

【００３７】

【数１】 ｛Ｖ＝（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）／３ ×Ａ×ｆ｝ …（１） の式より体積流量を求める。ここで、Ｖは圧縮機１２に
流入する体積流量で、ｖ１とｖ２、ｖ３は熱線風速計２
８で計測した流速、Ａはダクトの断面積である。補正係
数ｆは０．９０から０．９８までの値を持ち、ダクト壁
面の影響で流速が低下する効果である。

【００３８】圧縮機入口の温度と図３を用いて、圧縮機
出口での温度を予測する。圧縮機入口の温度上昇による
流量低下分を補充するために、流量調整弁２３出口での
流量が十分になるように、流量調整弁２３の開度を少し
開く。なお、蓄冷槽１から混合器１３への流量を調整す
る方式には、混合器１３直前の流量調整弁２３の開度を
変えることの他にポンプ９の回転数を増減させる方式が
考えられる。

【００３９】流量調整弁２３を用いるのは応答性は良い
が、圧力損失が生じてプラントの効率が低下する。一方
ポンプ９で調整するのは、効率は良いが混合器１３まで
の鋼管内部体積が多く、応答が悪い。そこで、圧縮機１
２の流量低下を開始する前に、低回転数でポンプ９を駆
動し、流量調整弁手前の圧力を高め、当初は流量調整弁
の開度で流量を調整する。

【００４０】その後、ポンプ９の回転数を上げながら、
主としてポンプ９で流量を調整し、最後は流量調整弁２
３を全開にして、流量調整弁２３での圧力調整を無く
す。燃焼器６の流入する空気量は同じになったが、温度
は従来より高めになっている。燃焼器入口における温度
測定結果を基に、この空気が持つエンタルピーの上昇分
に見合うだけ、燃焼器に供給するＬＮＧの供給量を低下
させる。

【００４１】この制御の妥当性は常にガスタービン５出
口で排気ガス温度を計測して確認し、必要によりＬＮＧ
流量の調整を行う。ガスタービン５の流量と入口温度が
同じで、圧縮機の空気流量が低下するので、電気出力が
増加する。この増加出力が所定の値になるまで、図４に
示されているように、仕切り２１の開度を差圧が水頭で
１００ｍｍづつ上昇するように調整し、所定の出力増加
が得られるまでこの制御を繰り返す。

【００４２】各温度計や圧力計、流量計の測定結果は制
御室内に設ける制御用計算機（図示せず）に入力する。
制御用計算機には図４の制御ロジックが事前に組み込ん
であり、この結果を基に仕切り２０、２１や流量調整弁
２３、ポンプ９の運転を、出力上昇が設定値になるよう
に自動的に運転を行う。

【００４３】この場合ガスタービン５を通過する燃焼ガ
スの流量が従来と同じなので、既存のガスタービンをそ
のまま使用することができる。同様に排熱回収ボイラー
１６や蒸気タービン１８の制御方法に変更の必要は無
い。

【００４４】ガスタービン５の流量が一定の状態で、圧
縮機１２の流量低下とともに発電機１５の出力が増加す
る。発電機の発電限界のひとつにステータのジュール発
熱による絶縁材料の劣化がある。１００％定格運転に対
しては、ステータの冷却には水素ガスが使用されてい
る。これは、冷却能力が大きい水を用いると、漏洩した
時に短絡が発生しやすいために、電気的な絶縁特性に優
れたガスを用いるのが望ましい。ただし、一般のガス体
は水に比べて比熱が小さいので、比熱の大きな水素ガス
が用いられている。

【００４５】既存の発電機をそのままで１２０％以上の
高出力に使用するため、ステータを外部から極低温の空
気で冷却することが考えられる。一度液体空気になった
ものは途中で水分が除去されているので、湿分を含まず
冷却ガスとして優れた特性が示されている。

【００４６】空気は水素ガスより比熱は小さいが、温度
差が大きいので水素ガス以上の冷却特性が示されてい
る。ステータの温度を測定し、必要に応じて蓄冷槽１か
ら必要な温度条件の高圧空気２４を抽出して冷却に用い
ることができる。また、他の電気機械に適用しても同様
の効果が得られる。

【００４７】また、ガスタービン５の発電効率を上げる
ためには、入口の燃焼ガスの温度を上げればよいがター
ビン翼の材料が耐えられる温度は限られている。そこで
近年、翼の材質の研究とともに翼の表面の冷却方法の研
究が進められている。

【００４８】通常は空気圧縮機１２で圧縮した空気の一
部を燃焼器６を通さずにガスタービン５へ導き、翼の表
面から噴射する。その場合、２０℃１気圧の空気を圧縮
機３で１５気圧まで圧縮したものを使用すると、既に約
３５０℃という高温である。しかし、ガスタービン５入
口の温度をさらに上昇させる場合や、本実施例のように
ガスタービン５への流量を通常よりも増加させる場合、
圧縮空気の温度が高くて充分に冷却できない可能性があ
る。

【００４９】そこで、貯蔵しておいた液体空気をポンプ
で必要な圧力（圧縮機で圧縮された空気の圧力に相当す
る圧力またはそれ以上）に昇圧し、蓄冷槽１を通して必
要な温度に昇温したもの２５を使用する。通常、燃焼器
に投入する場合の流路の途中から抽出すれば、低い温度
で取り出すことが可能となる。

【００５０】本実施例によれば、圧縮機の流量を８０％
にして液体空気からの流量を圧縮機の１００％負荷に対
する２０％とすると、ガスタービンの流量は従来と同じ
１００％であるが、圧縮機にかかる動力が２０％削減さ
れるので、ガスタービンとしての電気出力は２０％増加
できる。電気出力は圧縮機入口温度を調整することで、
０−２０％の間で任意に調整できる。

【００５１】これらの運転は電力需要が高まったときバ
ルブの絞り具合等で調整できるので、コンバインドサイ
クルの運転を一時停止せずに連続的に変化させることが
可能である。また、燃焼器出口温度１３００℃のガスタ
ービンを使用する場合、圧縮機入口温度１５℃では圧縮
機出口温度３５０℃で、９５０℃分だけＬＮＧの燃焼熱
で空気温度を上昇させる。圧縮機入口温度を１００℃と
８５℃増加させると、同じ燃焼器出口温度にするのに必
要なＬＮＧ量が約８％低減できるので、熱効率が相対値
で８％上昇できることになる。

【００５２】なお以上の実施例において、加圧した液体
空気の供給量を圧縮機で削減した空気量と同一とした
が、削減した空気量以上に液体空気からの供給量を増加
することも可能である。この場合の制御方法としては、
ガスタービンの入口温度を一定にすることが望ましいの
で、燃焼器の空気流量に比例する形で燃料の流量を増加
させる。また、ガスタービンから排出されるガス流量が
増加すると、排熱回収ボイラーの流量も増加するので、
空気流量に比例する形で高圧水の流量も増加させる。

【００５３】なお、以上の実施例では、圧縮機に供給す
る空気温度を上昇させる方法として入口空気を排熱回収
ボイラー出口で空気加熱器を用いて加熱したが、常にこ
うようにしなければならないわけではなく、例えばガス
タービン排気ガスの一部または全部を圧縮機入口に戻す
ようにしても良い。また、ガスタービン排気ガスとして
は、排熱回収ボイラ１６がある場合は、排熱回収ボイラ
１６の手前のガスタービン排気ガス、または排熱回収ボ
イラ１６内のガスタービン排気ガス、または排熱回収ボ
イラ１６から排出されたガスタービン排気ガスのいずれ
でも良い。

【００５４】すなわち、図５にはその例が示されてい
る。この図の制御方法で前述実施例と異なるのは、次の
２点である。先ず、仕切り２１の開度を調整する代わり
にブロワー２９の回転数を変化させて高温ガスを圧縮機
入口に戻す量を変化させる。次に、排熱回収ボイラー１
６で蒸気に伝えられる熱量が低下するので、圧縮機１２
への流量を増加させるとともに、高圧水の流量を低下さ
せる制御工程を追加することである。本実施例によれば
回転数が制御可能な小型のブロワーを設けるだけで、ガ
スタービンとしての電気出力を２０％増加させることが
可能となる。

【００５５】また、その他の実施例として、圧縮機１２
の空気流入口近傍に熱交換器を設け、圧縮機１２へ供給
する空気の温度を上昇しても良い。その熱交換器の熱源
としては、ガスタービン排ガスや、排熱回収ボイラ１６
のガスタービン排ガスや、排熱回収ボイラ１６から排出
されるガスを用いるのが好ましい。

【００５６】以上種々説明してきたようにこのように形
成されたガスタービン発電システムであると、圧縮機と
燃焼器、タービンで構成されるガスタービン発電システ
ムで余剰電力やＬＮＧの冷熱を用いて液体空気を製造
し、これを電気需要の増大時に燃焼器に供給する時に、
その冷熱を蓄冷槽に貯蔵し液体空気製造時に使用するこ
とで液体空気の製造効率を大幅に向上させ、また圧縮機
の空気量を入口空気温度を上昇させる等の方式で一部削
減し、それに相当する空気量を液体空気を加圧して燃焼
器に供給することで、ガスタービン発電システムを停止
することなく、連続的に出力を上昇させることが可能と
なるのである。

【００５７】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、電力需要の変動に連続的に対応でき、すなわちガス
タービン発電システムを停止することなく、連続的に出
力を上昇させることができ、かつ発電機出力を増大する
ことが可能なこの種のガスタービン発電システムを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタービン発電システムの一実施例
を示す系統図である。

【図２】従来のガスタービン発電システムの概略系統図
である。

【図３】ガスタービンの温度と流量比を表す特性図であ
る。

【図４】本発明のガスタービン発電システムの制御手順
を示す流れ図である。

【図５】本発明のガスタービン発電システムの他の実施
例を示す系統図である。

【符号の説明】

１…蓄冷槽、５…ガスタービン、６…燃焼器、８…下部
ヘッダー、９…ポンプ、１０…上部ヘッダー、１２…圧
縮機、２０，２１…調整用の仕切り、２２…温度計、２
８…熱線風速計、２９…ブロワー。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮
   機で圧縮された空気と燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生
   する燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆
   動するタービンと、液体空気または液体酸素を貯蔵する
   貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内に貯蔵される液体空気
   または液体酸素を気化して前記燃焼器へ供給する気化装
   置とを有するガスタービン発電システムにおいて、 前記圧縮機へ供給する空気を加熱する加熱装置を有する
   ことを特徴とするガスタービン発電システム。
2. 【請求項２】 空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮
   機で圧縮された空気と燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生
   する燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆
   動するタービンと、液体空気または液体酸素を貯蔵する
   貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内に貯蔵される液体空気
   または液体酸素を気化して前記燃焼器へ供給する気化装
   置とを有するガスタービン発電システムにおいて、 前記ガスタービンから排出される排ガスと前記圧縮機へ
   供給する空気とを熱交換する熱交換器を有することを特
   徴とするガスタービン発電システム。
3. 【請求項３】 空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮
   機で圧縮された空気と燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生
   する燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆
   動するタービンと、液体空気または液体酸素を貯蔵する
   貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内に貯蔵される液体空気
   または液体酸素を気化して前記燃焼器へ供給する気化装
   置とを有するガスタービン発電システムにおいて、 前記ガスタービンから排出される排ガスを前記圧縮機へ
   供給する供給管を有することを特徴とするガスタービン
   発電システム。
4. 【請求項４】 前記圧縮機へ供給する空気の温度または
   流量に基づいて、前記気化設備で気化されて前記燃焼器
   へ供給する空気または酸素の流量を調節する流量調節装
   置を有してなる請求項１，２または３記載のガスタービ
   ン発電システム。
5. 【請求項５】 空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮
   機で圧縮された空気と燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生
   する燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆
   動するタービンと、液体空気または液体酸素を貯蔵する
   貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内に貯蔵される液体空気
   または液体酸素を気化して前記燃焼器へ供給する気化装
   置とを有するガスタービン発電システムにおいて、 前記圧縮機で圧縮された空気と前記気化装置で気化され
   た空気または酸素とを同時に前記燃焼器へ供給すること
   を特徴とするガスタービン発電システム。
6. 【請求項６】 空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮
   機で圧縮された空気と燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生
   する燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆
   動するタービンと、液体空気または液体酸素を貯蔵する
   貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内に貯蔵される液体空気
   または液体酸素を気化して前記燃焼器へ供給する気化装
   置とを有するガスタービン発電システムの制御方法にお
   いて、 前記圧縮機へ供給する空気を加熱して、前記圧縮機で圧
   縮された空気を前記燃焼器へ供給すると同時に前記気化
   装置で気化された空気または酸素を前記燃焼器へ供給す
   ることを特徴とするガスタービン発電システムの制御方
   法。