KR101232393B1 - 터빈 발전기의 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 수요 전력이 감소되어 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 디젤 엔진의 연료 소비를 낭비하지 않고 발전 전력을 억제할 수 있는 터빈 발전기의 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
(해결 수단) 디젤 엔진 (3) 으로부터 배출되는 배기 가스의 배기 에너지를 동력원으로 하여 구동되는 파워 터빈 (7) 과 증기 터빈 (9) 을 직렬로 결합하여 이루어지는 터빈 발전기에 있어서, 디젤 엔진 (3) 은 배기 터보 과급기 (5) 를 구비하고, 그 배기 터보 과급기 (5) 에 공급되기 전의 배기 가스의 일부를 추기하여 배기 가스를 파워 터빈 (7) 에 공급량을 조정하여 공급하고, 이코노마이저 (11) 에 의해서 생성된 증기를 증기 터빈 (9) 에 공급량을 조정하여 공급하고, 수요 전력이 감소되어 발전 전력이 잉여로 되었을 때, 파워 터빈 (7) 에 대한 배기 가스 공급량을 감소시켜 파워 터빈 (7) 의 출력을 최소로 한 후, 증기 터빈 (9) 에 증기 공급량을 감소시킨다.

Description

터빈 발전기의 제어 방법 및 장치{CONTROL METHOD AND DEVICE FOR TURBINE GENERATOR}
본 발명은 선박용 디젤 엔진이나 육상 발전기용 디젤 엔진 등을 구성하는 엔진 본체로부터 배출되는 배기 가스 (연소 가스) 의 배기 에너지를 동력원으로 하여 구동되는 파워 터빈 (가스 터빈) 및 증기 터빈을 직렬로 결합하여 이루어지는 터빈 발전기의 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진의 배기 가스의 일부를 과급기에 보내지 않고, 파워 터빈 등에 유도하여 배기 에너지를 동력하여 회수하는 기술이 특허문헌 1 (일본 공개특허공보 소63-186916호) 에 의해서 알려져 있다.
또, 이 특허문헌 1 에는, 파워 터빈에 배기 가스가 들어갈 때 배기 가스량을 조정하여, 디젤 엔진으로부터 과급기에 보내지는 배기 가스량의 변화 폭을 작게 하는 기술이 기재되어 있다. 나아가, 파워 터빈에 들어가는 배기 가스량의 조정은, 파워 터빈의 가스 입구를 복수 통로로 형성하고, 각각의 통로에 바이패스 밸브를 형성하여 행하고 있다.
일본 공개특허공보 소63-186916호
상기 특허문헌 1 에서는, 파워 터빈에 들어가는 배기 가스량은, 바이패스 밸브의 개폐 제어에 의해서 행해지고 있다. 또, 디젤 엔진의 배기 가스의 일부를 추기 (抽氣) 하여, 그 추기 가스를 파워 터빈에 유도함과 함께, 배기 가스의 배열 (排熱) 을 이용하여 생성되는 증기를 증기 터빈에 유도하도록 하여 발전하는 배열 회수 시스템에 있어서는, 종래에는 파워 터빈에 대한 배기 가스의 도입량을 제어하는 입구 밸브는, 일반적으로 ON, OFF 의 개폐 밸브로서, 임의의 가스량으로 제어하는 기능은 갖지 않았다.
한편, 선박의 운항 상황에 따라서는, 상기 파워 터빈 및 증기 터빈에 의한 합계 출력이 선내 수요 전력에 대해서 잉여로 되는 경우가 있지만, 파워 터빈 및 증기 터빈의 발생 출력은, 디젤 엔진의 출력에 의존하기 때문에, 잉여 전력 대책을 적절히 행하는 것은 디젤 엔진의 연료 소비율 향상에 매우 효과적이다.
이러한 잉여 전력 대책으로서, 종래에는 축발전기 등을 복수 병설하여, 작동 발전기를 선택 제어하거나, 또 저항을 설치하여 소비시키거나, 추가로, 발생되는 증기의 잉여분을 버려 증기 터빈의 출력을 저하시키는 등의 대책이 채택되었다.
그러나, 축발전기 등을 복수 병설하기 위해서는 설치 비용이 증대되고, 또 그 이외의 잉여 전력의 조정에 수반되는 에너지의 계외로의 방출은, 디젤 엔진의 연료 낭비이기도 하다.
본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여, 수요 전력이 감소되어 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 디젤 엔진의 연료 소비를 낭비하지 않고 발전 전력을 억제할 수 있는 터빈 발전기의 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 달성하기 위해서, 본원 발명의 제 1 발명은, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 (연소 가스) 의 배기 에너지를 동력원으로 하여 구동되는 파워 터빈 (가스 터빈) 및 증기 터빈을 직렬로 결합하여 이루어지는 터빈 발전기의 제어 방법에 있어서, 상기 디젤 엔진은 배기 터보 과급기를 구비하고, 그 배기 터보 과급기에 공급되기 전의 배기 가스 (연소 가스) 의 일부를 추기하고, 그 추기된 배기 가스를 상기 파워 터빈에 공급량을 조정하여 공급하고, 배기 가스 열교환기에 의해서 생성된 증기를 상기 증기 터빈에 공급량을 조정하여 공급하고, 수요 전력이 감소되어 발전기의 전력이 잉여로 되었을 때, 파워 터빈에 대한 공급량을 감소시켜 파워 터빈의 출력을 최소로 한 후, 상기 증기 터빈에 대한 공급량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
또, 제 1 발명의 터빈 발전기의 제어 방법을 실시하기 위한 장치 발명에 관한 제 2 발명은, 상기 터빈 발전기의 제어 장치에 있어서, 상기 디젤 엔진은 배기 터보 과급기를 구비하고, 그 배기 터보 과급기에 공급되기 전의 배기 가스의 일부를 추기하여 그 추기를 상기 파워 터빈에 공급하는 추기 통로와, 그 추기 통로에 형성되어 공급량을 조정하는 배가스량 조정 밸브와, 배기 가스 열교환기에 의해서 배기 가스의 배열과 열교환하여 생성된 증기를 증기 터빈에 공급하는 증기 공급 통로와, 그 증기 공급 통로에 형성되어 공급량을 조정하는 증기량 조정 밸브와, 수요 전력이 감소되어 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 상기 배가스량 조정 밸브를 조여서 파워 터빈에 대한 공급량을 감소시켜 파워 터빈의 출력을 최소로 한 후, 상기 증기량 조정 밸브를 조여서 증기 터빈에 대한 공급량을 감소시키는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 한다.
이러한 제 1 발명, 제 2 발명에 의하면, 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 먼저 파워 터빈의 출력을 감소시키는 것을 행하기 위해서, 즉, 추기 가스량을 감소시킴으로써, 배기 터보 과급기의 터빈부에 대한 배기 가스량이 증대되어 컴프레서에 의해서 가압되어 디젤 엔진의 연소실에 대한 급기량이 증대되어 엔진의 연소 효율이 향상되어 연료 소비율이 개선된다.
증기 터빈 쪽부터 먼저 출력을 감소시키는 경우에는, 배기 가스 열교환기에서 생성된 증기를 버림 (덤프하여) 으로써 증기 터빈의 출력을 감소시켜야만 한다.
이 경우, 배기 가스 열교환기에 의해서 생성된 증기를 비효율적으로 버리게 되어, 디젤 엔진의 연료 소비율의 개선에는 바람직하지 않으나, 본 발명에서는 급기 압력을 높이도록 영향을 주기 때문에 엔진의 연소 효율의 개선이 효과적으로 얻어진다.
또한, 파워 터빈 및 증기 터빈 모두 빠른 출력 제어가 가능해지기 때문에, 발전기의 급격한 부하 변동시의 주파수, 전압 변동을 최소로 억제할 수 있다.
또, 제 1 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 파워 터빈에 의한 공급 가능 전력과 상기 증기 터빈에 의한 공급 가능 전력이 미리 설정되고, 상기 파워 터빈에 의한 공급 가능 전력을 최소로 한 후에 상기 증기 터빈에 의한 공급 전력을 감소시키면 된다.
제 2 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 컨트롤러에는, 미리 파워 터빈에 의한 공급 가능 전력과 상기 증기 터빈에 의한 공급 가능 전력이 설정되는 부하 분담 제어부를 구비하여, 공급 가능한 전력 비율이 설정되면 된다.
각각의 구성에 의하면, 상기 파워 터빈에 의한 공급 가능 전력과 상기 증기 터빈에 의한 공급 가능 전력을 미리 설정함으로써, 파워 터빈에 의한 출력 제어 범위를 미리 설정할 수 있어, 연료 소비량을 개선하면서 신뢰성 있는 잉여 전력의 억제가 가능해진다. 또, 미리 발전 능력을 설정할 수 있기 때문에, 발전기의 사용 용도에 따른 설계의 자유도를 갖는다.
또, 제 1 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 파워 터빈에 대한 배기 가스의 공급량을, 회전수 돌프 제어 함수를 갖는 파워 터빈용 거버너부로부터의 제어 신호에 의해서 행하고, 상기 증기 터빈에 대한 증기의 공급량을, 회전수 돌프 제어 함수를 갖는 증기 터빈용 거버너부로부터의 신호에 의해서 행하면 된다.
제 2 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 컨트롤러에는, 회전수 돌프 제어 함수를 갖는 파워 터빈용 거버너부와 증기 터빈용 거버너부를 각각 독립적으로 형성하고, 상기 배가스량 조정 밸브를 상기 파워 터빈용 거버너부로부터의 제어 신호에 의해서 제어하고, 상기 증기량 조정 밸브를 상기 증기 터빈용 거버너부로부터의 제어 신호에 의해서 제어하면 된다.
각각의 구성에 의하면, 파워 터빈의 출력 제어와, 증기 터빈의 출력 제어를 각각 독립된 파워 터빈용 거버너부 및 증기 터빈용 거버너부를 사용하여 제어하기 때문에, 파워 터빈의 출력 제어와 증기 터빈의 출력 제어를 관련 짓지 않고 따로따로 독자적으로 제어할 수 있어 최초로 파워 터빈만의 출력 감소가 가능해진다.
또한, 회전수 돌프 제어란, 파워 터빈 및 증기 터빈에 의해서 발전기를 회전 구동하는 발전기에 있어서, 발전기의 회전 속도를 제어하는 회전 속도 제어 방법의 하나로서 사용되는 제어 방법으로서, 회전 속도 목표치와 실제로 제어된 현재의 회전 속도의 편차에 비례 게인을 곱함으로써 연산되는 제어량을 이용하여 제어한다.
또, 제 2 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 터빈 발전기가 선박 추진용의 디젤 엔진의 배기 에너지에 의해서 구동됨과 함께, 상기 터빈 발전기와는 별도로 다른 디젤 엔진 발전기가 형성되고, 상기 컨트롤러의 부하 분담 제어부에는, 상기 터빈 발전기의 파워 터빈에 의한 공급 가능 전력과 증기 터빈에 의한 공급 가능 전력과 상기 다른 디젤 엔진 발전기의 공급 가능 전력이 설정되고, 상기 컨트롤러는 선박 내의 수요 전력이 감소되어 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 상기 다른 디젤 엔진 발전기의 출력을 최소로 하고, 다음으로 상기 파워 터빈의 출력을 최소로 하고, 마지막으로 상기 증기 터빈의 출력을 최소로 하면 된다.
이러한 구성에 의하면, 공급 전력이 잉여 상태에 있을 때, 최초로, 다른 디젤 엔진 발전기의 출력을 최소로 하고, 여전히 잉여 상태인 경우에는, 터빈 발전기의 파워 터빈의 출력을 최소로 하고, 더욱 잉여 상태인 경우에는, 증기 터빈의 출력을 최소로 함으로써, 즉, 증기 터빈의 출력 감소를 최종 단계로 함으로써, 공급 전력의 과잉시에 선박 추진용의 디젤 엔진, 추가로 다른 디젤 엔진 발전기에서 소비되는 연료 소비율의 개선을 달성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 발전기에 대해서 직렬로 접속되어 있는 파워 터빈의 출력을 먼저 감소시키고, 그 후 증기 터빈의 출력을 감소시키기 때문에, 최초로 파워 터빈의 출력 감소에 수반하여 디젤 엔진의 배기 터보 과급기의 터빈부에 대한 배기 가스량이 증대되고, 배기 터보 과급기에 의한 가압 급기의 증대에 의해서 디젤 엔진의 연소 효율이 향상되어 연료 소비율이 개선됨으로써, 잉여 전력의 발생을 디젤 엔진의 연료 소비를 낭비하지 않고 억제할 수 있는 터빈 발전기의 제어 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 관련된 터빈 발전기의 전체 구성도이다.
도 2 는 제 1 실시형태의 제어 장치 전체 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3 은 제 1 실시형태의 플로우 차트이다.
도 4 는 제 1 실시형태의 공급 전력의 잉여 억제 상태를 나타내는 설명도이다.
도 5 는 제 2 실시형태의 제어 장치 전체 구성을 나타내는 구성도이다.
도 6 은 제 2 실시형태의 플로우 차트이다.
이하에서, 본 발명을 도면에 나타낸 실시형태를 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 이 실시형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 이 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지는 아니다.
(제 1 실시형태)
도 1 은, 본 발명에 관련된 터빈 발전기의 전체 구성도이다. 선박용 디젤 엔진에 대한 적용을 예로 들어 설명한다.
터빈 발전기 (1) 는, 선박 추진용의 디젤 엔진 (3) 과, 배기 터보 과급기 (5) 와, 파워 터빈 (가스 터빈)(7) 과, 증기 터빈 (9) 과, 배기 가스 열교환기로서의 배기 가스 이코노마이저 (11) 를 구비하여 구성되어 있다.
디젤 엔진 (3) 으로부터의 출력은 프로펠러축을 개재하여 스크루 프로펠러에 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있다. 또, 디젤 엔진 (3) 의 각 기통의 실린더부 (13) 의 배기 포트는 배기 가스 집합관으로서의 배기 매니폴드 (15) 에 접속되고, 배기 매니폴드 (15) 는, 제 1 배기관 (L1) 을 개재하여 배기 터보 과급기 (5) 의 터빈부 (5a) 의 입구측과 접속되고, 또 배기 매니폴드 (15) 는 제 2 배기관 (L2)(추기 통로) 를 개재하여 파워 터빈 (7) 의 입구측과 접속되어, 배기 가스의 일부가, 배기 터보 과급기 (5) 에 공급되기 전에 추기되어 파워 터빈 (7) 에 공급되도록 되어 있다.
한편, 각 실린더부 (13) 의 급기 포트는 급기 매니폴드 (17) 에 접속되어 있고, 급기 매니폴드 (17) 는, 급기관 (K1) 을 개재하여 배기 터보 과급기 (5) 의 컴프레서부 (5b) 와 접속되어 있다. 또, 급기관 (K1) 에는 공기 냉각기 (인터 쿨러)(19) 가 설치되어 있다.
배기 터보 과급기 (5) 는, 터빈부 (5a) 와, 컴프레서부 (5b) 와, 터빈부 (5a) 와 컴프레서부 (5b) 를 연결하는 회전축 (5c) 으로 구성되어 있다.
파워 터빈 (7) 은, 제 2 배기관 (L2) 를 개재하여 배기 매니폴드 (15) 로부터 추기된 배기 가스에 의해서 회전 구동되도록 되어 있고, 또 증기 터빈 (9) 은, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 의해서 생성된 증기가 공급되어 회전 구동되도록 되어 있다.
이 배기 가스 이코노마이저 (11) 는, 배기 터보 과급기 (5) 의 터빈부 (5a) 의 출구측으로부터 제 3 배기관 (L3) 을 개재하여 배출되는 배기 가스와, 파워 터빈 (7) 의 출구측으로부터 제 4 배기관 (L4) 을 개재하여 배출되는 배기 가스가, 도입되어 열교환부 (21) 에 의해서, 배기 가스의 열에 의해서 급수관 (23) 에 의해서 공급된 물을 증발시켜 증기를 발생시킨다. 그리고, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에서 생성된 증기는 제 1 증기관 (J1) 을 개재하여 증기 터빈 (9) 에 도입되고, 또 그 증기 터빈 (9) 에서 작업을 종료한 증기는 제 2 증기관 (J2) 에 의해서 배출되어 도시되지 않은 콘덴서 (복수기 (復水器)) 에 유도되도록 되어 있다.
파워 터빈 (7) 과 증기 터빈 (9) 은 직렬로 결합되어 발전기 (25) 를 구동하도록 되어 있다. 증기 터빈 (9) 의 회전축 (29) 은 도시되지 않은 감속기 및 커플링을 개재하여 발전기 (25) 에 접속되고, 또, 파워 터빈 (7) 의 회전축 (27) 은 도시되지 않은 감속기 및 클러치 (31) 을 개재하여 증기 터빈 (9) 의 회전축 (29) 과 연결되어 있다.
또, 제 2 배기관 (L2) 에는, 파워 터빈 (7) 에 도입되는 가스량을 제어하는 배가스량 조정 밸브 (33) 와, 비상시에 파워 터빈 (7) 에 대한 배기 가스의 공급을 차단하는 비상 정지용 긴급 차단 밸브 (35) 가 형성되어 있다. 또, 비상 정지용 긴급 차단 밸브 (35) 가 차단되었을 때, 배기 터보 과급기 (5) 의 터빈부 (5a) 에 대한 과과급 (엔진의 최적 운전 압력을 초과했을 때의 과급) 을 방지하기 위해서 바이패스 밸브 (34) 가 제 4 배기관 (L4) 과의 사이에 형성되어 있다.
또한, 제 1 증기관 (J1) 에는, 증기 터빈 (9) 에 도입되는 증기량을 제어하는 증기량 조정 밸브 (37) 와, 비상시에 증기 터빈 (9) 에 대한 증기의 공급을 차단하는 비상 정지용 긴급 차단 밸브 (39) 가 설치되어 있다. 상기 배가스량 조정 밸브 (33) 및 증기량 조정 밸브 (37) 는, 후술하는 컨트롤러 (41) 에 의해서, 그 개도가 제어된다.
이상과 같이, 발전기 (25) 는, 선박 추진용의 디젤 엔진 (3) 의 배기 가스 (연소 가스) 의 배기 에너지를 동력으로 하여 구동되도록 되어 있고, 배기 에너지 회수 장치를 구성하고 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러 (43) 에는, 발전기 (25) 의 출력 전력을 검출하는 전력 센서 (45) 로부터의 신호가 입력되고, 발전기 (25) 의 회전 속도로써 증기 터빈 (9) 의 회전축 (29) 의 회전 속도를 검출하는 회전 센서 (49) 로부터의 신호가 입력되고 있다. 또한, 선내 소비 전력을 검출하는 선내 소비 전력 센서 (51) 로부터의 신호가 입력되고 있다.
또, 컨트롤러 (43) 에는, 부하 분담 제어부 (53), 파워 터빈용 거버너부 (55), 증기 터빈용 거버너부 (57) 를 구비하고, 부하 분담 제어부 (53) 에는, 미리 파워 터빈 (7) 에 의한 공급 가능 전력 (출력 분담 비율) 이, 예를 들어 A (KW) 로 설정되고, 증기 터빈 (9) 에 의한 공급 가능 전력 (출력 분담 비율) 이, 예를 들어 B (KW) 로 설정 (도 3 참조) 되어 있다.
그리고, 부하 분담 제어부 (53) 에서 설정된 분담 비율에 따른 발전 능력의 지시 신호가, 파워 터빈용 거버너부 (55), 증기 터빈용 거버너부 (57) 에 각각 출력된다.
파워 터빈용 거버너부 (55) 는, 미리 설정된 상기 부하 분담 제어부 (53) 로부터의 파워 터빈 (7) 의 출력 분담 비율에 따라, 설정되어 있는 회전수 돌프 제어 (비례 제어) 에 의한 제어 함수에 기초하여, 발전기 (25) 의 회전 속도 변동에 대해서 목표 회전 속도로 안정시키도록, 회전 센서 (49) 에서 검출되는 실회전 속도와의 편차에 기초하여 제어 신호가 산출된다. 그리고, 그 제어 신호가 배가스량 조정 밸브 (33) 에 출력되고, 그 배가스량 조정 밸브 (33) 의 개도가 제어되어 파워 터빈 (7) 에 공급되는 배기 가스 유량이 제어된다. 이 회전수 돌프 제어 함수란, 회전 속도 목표치와 실제로 제어된 현재의 회전 속도의 편차에 비례 게인을 곱함으로써 제어량을 연산하는 함수이다.
또, 증기 터빈용 거버너부 (57) 에 있어서도, 상기 파워 터빈용 거버너부 (55) 와 마찬가지로, 미리 설정된 상기 부하 분담 제어부 (53) 로부터의 증기 터빈 (9) 의 출력 부담 비율에 따라서, 설정되어 있는 회전수 돌프 제어 (비례 제어) 에 의한 제어 함수에 기초하여, 발전기 (25) 의 회전 속도 변동에 대해서 목표 회전 속도로 안정시키도록, 회전 센서 (49) 에서 검출되는 실회전 속도와의 편차를 기본으로 제어 신호가 산출된다. 그리고, 그 제어 신호가 증기량 조정 밸브 (37) 에 출력되고, 그 증기량 조정 밸브 (37) 의 개도가 제어되어 증기 터빈 (9) 에 공급되는 증기량이 제어되도록 되어 있다.
다음으로, 수요 전력이 감소되어 발전기 (25) 에 의한 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때의 출력 억제 방법에 대해서, 도 3 의 플로우 차트, 및 도 4 의 공급 전력 설명도에 기초하여 설명한다.
먼저, 단계 S1 에 있어서 제어를 개시하면, 단계 S2 에서 선내 소비 전력 센서 (51) 로부터의 신호와, 발전기 (25) 의 전력 센서 (45) 로부터의 신호에 기초하여, 발전기 (25) 로부터의 발전 전력이 선내 소비 전력을 초과하여 잉여 상태에 있는지의 여부를 판정한다. 초과하고 있는 경우에는, 단계 S3 에 있어서, 파워 터빈 (7) 의 출력을 감소시켜 최소까지 저하시킨다.
이 파워 터빈 (7) 의 출력을 감소시켜 최소로 한다는 것은, 미리 설정된 최소의 출력까지 저하시키는 것, 또 파워 터빈 (7) 의 출력을 제로로 하는 것도 포함한다. 그리고, 단계 S4 에 있어서, 다시 발전기 (25) 로부터의 발전 전력이 선내 소비 전력을 초과하여 잉여 상태에 있는지의 여부를 판정한다.
또, 파워 터빈 (7) 의 출력을 감소시켜 최소로 할 때, 단계적으로 최소까지 저하시켜도 되고 연속적으로 저하시켜도 되며, 최소에 도달하기 전에 단계 S4 의 판정을 행하여 잉여 상태에 있는지를 판정하면서 최소로 하도록 해도 되는 것은 물론이다.
파워 터빈 (7) 의 출력을 최소로 하기 위해서는, 구체적으로는 컨트롤러 (43) 에 구비된 파워 터빈용 거버너부 (55) 로부터의 신호에 의해서 배가스량 조정 밸브 (33) 의 개도가 조정된다. 발전기 (25) 의 회전수와 발전 전력은 거의 비례 관계에 있기 때문에, 잉여 전력의 경우에는, 선내 소비 전력에 기초하는 목표 발전 전력에 상당하는 발전기 (25) 의 목표 회전 속도가 되도록 파워 터빈 (7) 의 출력이 저하된다.
단계 S4 에 있어서, 발전기 (25) 로부터의 발전 전력이 선내 소비 전력을 초과하여 잉여 상태에 있는 경우에는, 이미 파워 터빈 (7) 은 최소까지 저하되어 있기 때문에, 다음의 단계 S5 로 진행하여 증기 터빈 (9) 의 출력을 감소시키고, 단계 S6 에서 종료한다.
단계 S6 에서 종료후에 다시 단계 S1 로 되돌아와, 단계 S2 에서부터의 처리를 반복한다. 반복은 일정한 시간 간격으로 행해진다.
상기 공급 전력의 억제 상태를 나타내는 도 4 에 있어서, 부하 분담 제어부 (53) 에 의해서 초기 설정된 파워 터빈 (PT)(7) 의 출력 A(KW) 와, 증기 터빈 (ST)(9) 의 출력 B(KW) 가, 파워 터빈 (7) 만이, 출력 억제되어 최소치로서 설정된 A-ΔA 로 전력이 저하된다.
이상의 제 1 실시형태에 의하면, 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 먼저 컨트롤러 (43) 에 의해서 파워 터빈 (7) 의 출력을 감소시키는 것을 행하기 때문에, 즉, 배기 매니폴드 (15) 로부터 추기된 배기 가스량이 감소되고, 배기 터보 과급기 (5) 의 터빈부 (5a) 에 대한 배기 가스량이 증대되고, 컴프레서부 (5b) 에 의해서 가압되어 디젤 엔진 (3) 의 연소실에 대한 급기량이 증대되고, 엔진의 연소 효율이 향상되어 연료 소비율이 개선된다.
증기 터빈 (9) 쪽부터 먼저 출력을 저하시키는 경우에는, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에서 생성된 증기를 버림 (덤프하여) 으로써 증기 터빈 (9) 의 출력을 저하시켜야만 한다. 이 경우, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 의해서 생성된 증기를 비효율적으로 버리게 되어, 디젤 엔진 (3) 의 연료 소비율의 개선에는 바람직하지 않다. 본 발명에서는 연소실에 대한 급기 압력을 높이도록 영향을 주기 때문에 엔진의 연소 효율의 개선이 효과적으로 얻어진다.
또한, 파워 터빈 (7) 및 증기 터빈 (9) 모두 빠른 출력 제어가 가능해지기 때문에, 발전기 (25) 의 급격한 부하 변동시의 주파수, 전압 변동을 최소로 억제할 수 있다.
또, 파워 터빈 (7) 에 의한 공급 가능 전력과, 증기 터빈 (9) 에 의한 공급 가능 전력을 미리 설정함으로써, 파워 터빈 (7) 에 의한 출력 제어 범위를 미리 설정할 수 있어, 연료 소비량을 개선하면서 신뢰성 있는 잉여 전력의 억제가 가능해진다. 또, 미리 발전 능력을 설정할 수 있기 때문에, 발전기의 사용 용도에 따른 설계 자유도를 갖는다.
추가로, 제 1 실시형태에 의하면, 파워 터빈 (7) 의 출력 제어와, 증기 터빈 (9) 의 출력 제어를 각각 독립된 파워 터빈용 거버너부 (55) 및 증기 터빈용 거버너부 (57) 를 사용하여 제어하기 때문에, 파워 터빈 (7) 의 출력 제어와 증기 터빈 (9) 의 출력 제어를 관련짓지 않고 따로따로 독자적으로 제어할 수 있어, 최초로 파워 터빈 (7) 만의 출력 감소가 가능해진다.
(제 2 실시형태)
다음으로, 제 2 실시형태에 대해서 도 5, 6 을 참조하여 설명한다. 제 2 실시형태는, 도 5 에 나타내는 바와 같이 발전기 (25) 에 의해서 발전된 전력이 선내에 공급됨과 함께, 선내에 별도 설치된 복수의 디젤 엔진 발전기 (다른 디젤 엔진 발전기)(60) 로부터의 전력과 합류하여 선내 전원으로서 사용된다.
즉, 제 1 실시형태에서 설명한 발전기 (25) 는, 프로펠러축을 개재하여 스크루 프로펠러에 직접적 또는 간접적으로 접속되는 선박 추진용의 디젤 엔진 (3) 으로부터의 배기 가스를 회수하여 사용함으로써 발전하는 것이나, 제 2 실시형태에 있어서는, 이 발전기 (25) 에 더하여, 추가로 별도의 발전 전용의 디젤 엔진 발전기 (60) 를 구비한 것이다.
컨트롤러 (62) 의 부하 분담 제어부 (64) 에는, 미리, 파워 터빈 (7) 에 의한 공급 가능 전력 (출력 분담 비율), 증기 터빈 (9) 에 의한 공급 가능 전력 (출력 분담 비율), 추가로 선내에 별도 설치된 복수의 디젤 엔진 발전기 (60) 에 의한 공급 가능 전력 (출력 분담 비율) 이 설정되어 있다.
그리고, 부하 분담 제어부 (64) 로부터, 상기 설정된 비율에서 산출한 공급 가능 전력, 또는 설정된 공급 가능 전력을 파워 터빈용 거버너부 (55), 증기 터빈용 거버너부 (57), 추가로 디젤 엔진 발전기 (60) 의 거버너부 (도시 생략) 에 지시한다.
다음으로, 발전기 (25) 및 디젤 엔진 발전기 (60) 에 의한 발전 출력이 선내 소비 전력을 상회하고, 발전 출력이 잉여 상태에 있을 때의 출력 억제 방법에 대해서, 도 6 의 플로우 차트를 참조하여 설명한다.
제 1 실시형태의 도 3 의 플로우 차트에 대해서, 단계 S12, S13 이 추가된 것으로서, 단계 S14 내지 S18 은 제 1 실시형태와 동일하다.
먼저, 단계 S11 에 있어서 제어를 개시하면, 단계 S12 에서 선내 소비 전력 센서 (51) 로부터의 신호와, 발전기 (25) 의 전력 센서 (45) 로부터의 전력 신호와, 디젤 엔진 발전기 (60) 로부터의 전력 신호에 기초하여, 발전기 (25) 로부터의 발전 전력과 디젤 엔진 발전기 (60) 의 합계 발전 전력이, 선내 소비 전력을 초과하여 잉여 상태에 있는지의 여부를 판정한다. 초과하고 있는 경우에는, 단계 S13 에 있어서, 디젤 엔진 발전기 (다른 디젤 엔진 발전기)(60) 의 출력을 최소로 한다. 그리고, 단계 S14 에서, 다시 발전기 (25) 로부터의 발전 전력과 디젤 엔진 발전기 (60) 로부터의 발전 전력의 합계 발전 전력이, 선내 소비 전력을 초과하여 잉여 상태에 있는지의 여부를 판정한다. 초과하고 있는 경우에는 단계 S15 에서 파워 터빈 (7) 의 출력을 최소로 한다. 단계 S14 이후는 제 1 실시형태와 동일하다.
이러한 제 2 실시형태에 의하면, 공급 전력이 잉여 상태에 있을 때, 최초로 디젤 엔진 발전기 (60) 의 출력을 최소로 하고, 여전히 잉여 상태인 경우에는, 파워 터빈 (7) 의 출력을 최소로 하고, 더욱 잉여 상태인 경우에는, 증기 터빈 (9) 의 출력을 최소로 함으로써, 즉, 증기 터빈 (9) 의 출력 저하를 최종 단계로 함으로써, 공급 전력의 과잉시에 터빈 발전용의 디젤 엔진 (3), 추가로 디젤 엔진 발전기 (60) 에서 소비되는 연료 소비율의 개선을 효율적으로 달성할 수 있다. 그 외의 것에 대해서는, 상기 제 1 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 및 작용 효과를 갖는다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 선박용 디젤 엔진이나 육상 발전기용 디젤 엔진 등을 구성하는 엔진 본체로부터 배출되는 배기 가스 (연소 가스) 의 배기 에너지를 동력원으로 하여 구동되는 파워 터빈 (가스 터빈) 및 증기 터빈을 직렬로 결합하여 이루어지는 터빈 발전기에 있어서, 수요 전력이 감소되어 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 디젤 엔진의 연료 소비를 낭비하지 않고 발전 전력을 억제할 수 있기 때문에, 터빈 발전기의 제어 방법 및 장치에 사용하기에 적절하다.

Claims (7)

  1. 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 (연소 가스) 의 배기 에너지를 동력원으로 하여 구동되는 파워 터빈 (가스 터빈) 및 증기 터빈을 직렬로 결합하여 이루어지는 터빈 발전기의 제어 방법에 있어서, 상기 디젤 엔진은 배기 터보 과급기를 구비하고, 그 배기 터보 과급기에 공급되기 전의 배기 가스 (연소 가스) 의 일부를 추기하고, 그 추기된 배기 가스를 상기 파워 터빈에 공급량을, 회전수 돌프 제어 함수를 갖는 파워 터빈용 거버너부로부터의 제어 신호에 의해서 조정하여 공급하고, 배기 가스 열교환기에 의해서 생성된 증기를 상기 증기 터빈에 공급량을, 회전수 돌프 제어 함수를 갖는 증기 터빈용 거버너부로부터의 신호에 의해서 조정하여 공급하고, 수요 전력이 감소되어 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 파워 터빈에 대한 공급량을 감소시켜 파워 터빈의 출력을 최소로 한 후, 상기 증기 터빈에 대한 공급량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워 터빈에 의한 공급 가능 전력과 상기 증기 터빈에 의한 공급 가능 전력이 미리 설정되고, 상기 파워 터빈에 의한 공급 가능 전력을 최소로 한 후에 상기 증기 터빈에 의한 공급 전력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기의 제어 방법.
  3. 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 (연소 가스) 의 배기 에너지를 동력원으로 하여 구동되는 파워 터빈 (가스 터빈) 및 증기 터빈을 직렬로 결합하여 이루어지는 터빈 발전기의 제어 장치에 있어서,
    상기 디젤 엔진은 배기 터보 과급기를 구비하고, 그 배기 터보 과급기에 공급되기 전의 배기 가스의 일부를 추기하여 그 추기를 상기 파워 터빈에 공급하는 추기 통로와, 그 추기 통로에 형성되어 공급량을 조정하는 배가스량 조정 밸브와, 배기 가스 열교환기에 의해서 배기 가스의 배열과 열교환하여 생성된 증기를 증기 터빈에 공급하는 증기 공급 통로와, 그 증기 공급 통로에 형성되어 공급량을 조정하는 증기량 조정 밸브와, 수요 전력이 감소되어 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 상기 배가스량 조정 밸브를 조여서 파워 터빈에 대한 공급량을 감소시켜 파워 터빈의 출력을 최소로 한 후, 상기 증기량 조정 밸브를 조여서 증기 터빈에 대한 공급량을 감소시키는 컨트롤러를 구비하고, 추가로 상기 컨트롤러에는, 회전수 돌프 제어 함수를 갖는 파워 터빈용 거버너부와 증기 터빈용 거버너부를 각각 독립적으로 형성하고, 상기 배가스량 조정 밸브를 상기 파워 터빈용 거버너부로부터의 제어 신호에 의해서 제어하고, 상기 증기량 조정 밸브를 상기 증기 터빈용 거버너로부터의 제어 신호에 의해서 제어하는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기의 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러에는, 미리 파워 터빈에 의한 공급 가능 전력과 상기 증기 터빈에 의한 공급 가능 전력이 설정되는 부하 분담 제어부를 구비하여, 공급 가능한 전력 비율이 설정되는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기의 제어 장치.
  5. 선박 추진용의 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 (연소 가스) 의 배기 에너지를 동력원으로 하여 구동되는 파워 터빈 (가스 터빈) 및 증기 터빈을 직렬로 결합하여 이루어지는 터빈 발전기와, 상기 터빈 발전기와는 별도로 설치되는 다른 디젤 엔진 발전기의 제어 장치에 있어서, 상기 디젤 엔진은 배기 터보 과급기를 구비하고, 그 배기 터보 과급기에 공급되기 전의 배기 가스의 일부를 추기하여 그 추기를 상기 파워 터빈에 공급하는 추기 통로와, 그 추기 통로에 형성되어 공급량을 조정하는 배가스량 조정 밸브와, 배기 가스 열교환기에 의해서 배기 가스의 배열과 열교환하여 생성된 증기를 증기 터빈에 공급하는 증기 공급 통로와, 그 증기 공급 통로에 형성되어 공급량을 조정하는 증기량 조정 밸브와, 상기 터빈 발전기의 파워 터빈에 의한 공급 가능 전력과 증기 터빈에 의한 공급 가능 전력과 상기 다른 디젤 엔진 발전기의 공급 가능 전력을 설정하는 부하 제어부와, 수요 전력이 감소되어 발전 전력이 잉여 상태로 되었을 때, 상기 다른 디젤 엔진 발전기의 출력을 최소로 하고, 다음으로 상기 배가스량 조정 밸브를 조여서 파워 터빈에 대한 공급량을 감소시켜 파워 터빈의 출력을 최소로 하고, 그 다음으로 상기 증기량 조정 밸브를 조여서 증기 터빈에 대한 공급량을 감소시키는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 터빈 발전기의 제어 장치.
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