KR101770534B1

KR101770534B1 - 제어 장치 및 제어 방법

Info

Publication number: KR101770534B1
Application number: KR1020167020228A
Authority: KR
Inventors: 마사토 무라야마; 다카노리 츠츠미; 요시노리 고야마; 겐 다무라; 다카시 후지이
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2017-08-22
Also published as: KR20160102304A; JP6288501B2; CN105917084A; WO2015122051A1; JP2015151939A; US10746105B2; US20170009606A1; CN105917084B

Abstract

연료를 연소하여 가동하는 제1 동력원에 의하여 발전을 행하는 발전 시스템의 제어 장치로서, 상기 제1 동력원에 상기 연료를 공급하는 전단 기구에 있어서의 부하 변화 전에 설정된 상기 연료의 압력과, 상기 전단 기구에 있어서의 부하 변화 후 설정된 상기 연료의 압력의 압력차에 근거하여 상기 전단 기구에 있어서의 상기 압력차를 보완하는 연료 용량을 특정하고, 상기 연료를 상기 제1 동력원에 공급하는 연료 공급 장치에 대하여 연료 공급량을 증감시키기 위한 지령값으로서, 특정한 상기 연료 용량을 가속하여 보완하는 연료 공급 가속 지령값을 이용하여 상기 연료 공급 장치에 대하여 출력하는 연료 공급 지령값을 산출한다.

Description

제어 장치 및 제어 방법{CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD}

본 발명은, 석탄 가스화 복합 발전 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

본원은, 2014년 2월 14일에, 일본에 출원된 특허출원 2014-026662호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

석탄 가스화 복합 발전 시스템(IGCC: Integrated coal Gasification Combined Cycle)은, 석탄, 바이오매스, 석유 잔사유 등의 탄소 수소 기원 연료를 가스화하여 얻어지는 가연성 가스를 연료로 하는 발전 장치이다.

IGCC는, 그러한 가연성 가스를 연료로 하는 가스 터빈과, 가스 터빈의 배열(排熱)을 회수하여 얻어지는 증기에 의하여 운전하는 증기 터빈을 구비한다. IGCC는, 가스 터빈 및 증기 터빈과 동축 또는 다축으로 구성된 발전기를 더 구비하고, 가스 터빈 및 증기 터빈에 의하여 발전기를 구동하여 발전한다.

이하, 도 1을 이용하여 IGCC의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은, IGCC의 구성도의 일례이다. 석탄 공급 설비(1)는, 원탄(原炭)을 분쇄하여, 미분탄을 가스화 노(2)에 공급한다. 공기 분리 장치(10)는, 대기를 흡입하여, 질소와 산소로 분리하고, 그것들을 가스화 노(2)에 공급한다. 또, 공기 승압기(11)는, 공기를 흡입하고, 압축하여 가스화 노(2)에 공급한다. 공기 분리 장치(10)로부터 공급되는 질소는, 석탄차콜 반송에 이용된다. 또, 공기 분리 장치(10)로부터 공급되는 산소와, 공기 승압기(11)로부터 공급되는 압축 공기는, 석탄의 가스화에 이용된다. 가스화 노(2)는, 석탄을 연소시켜, 연료 가스를 발생시킨다. 연료 가스는, 고온 필터(3)로 보내진다. 고온 필터(3)는 차콜을 회수한다. 연료 가스는, 추가로 가스 정제 설비(4)로 보내져, 황 화합물질소 화합물 등이 제거된다. 정제된 연료 가스는, 가스 터빈 거버너(14)에 의하여 유량을 제어하면서, 가스 터빈의 연소기(5)에 공급된다. 가스 터빈은, 가스 터빈 압축기(7)로부터 흡입한 대기와 연료 가스를 연소시켜, 가스 터빈(6)을 가동한다. HRSG(12)는, 가스 터빈의 배열을 회수하여 증기를 생성하고, 그 증기를 증기 터빈(8)에 공급한다. 증기 터빈(8)은, 공급된 증기에 의하여 가동된다. 증기 생성 시의 배기 가스는, 연돌(13)로부터 폐기된다. 가스 터빈(6)과 증기 터빈(8)의 축은, 발전기(9)에 연결되어, 발전기(9)를 구동하여, 발전을 행한다.

제어 장치(50)는, 석탄 가스화 복합 발전 장치의 출력을 제어한다. 이하, 도 6을 이용하여, 종래의 출력 제어에 대하여 설명한다. 도 6은, 종래의 IGCC의 출력 제어 계통의 일례를 나타내는 도이다. 제어 장치(50)는, 요구 부하에 따라, 발전기 출력 지령(MWD)을 결정한다(S100). 다음으로 제어 장치(50)는, 소정의 방법으로 측정한 발전기(9)의 출력값(S101)과, 발전기 출력 지령의 편차를 산출한다(S102). 제어 장치(50)는, 이 편차를 보정하는 GT 제어(S103)를 행하여, 가스 터빈 거버너(“GT GOV”)(14)의 개방도를 조정한다(S104).

또, 제어 장치(50)는, 상기 처리(S100~S104)와 병행하여, 발전기 출력 지령에 근거하여, 베이스 가스화 노 입력 지령(GID0)(S108)과, 시스템 가스 압력의 설정값을 산출한다. 발전기 출력 지령으로부터 시스템 가스 압력의 설정값을 산출할 때에는 함수 FX를 이용한다(S109).

또, 제어 장치(50)는, 압력계(15)가 측정한 시스템 가스 압력의 실측값(S110)을 취득하여, 시스템 가스 압력의 설정값과의 편차를 산출한다(S111). 제어 장치(50)는, 산출한 압력 편차에 근거하여, 가스화 노(2)에 투입되는 석탄과, 공기와, 산소의 유량을 나타내는 가스화 노 입력 지령 보정을 산출한다(S112). 제어 장치(50)는, 이들 베이스 가스화 노 입력 지령과, 가스화 노 입력 지령 보정을 가산하여(S113), 가스화 노 입력 지령(GID)을 구한다(S114). 제어 장치(50)는, 이 가스화 노 입력 지령으로부터 석탄 유량 지령(S115)과, 공기 유량 지령(S116)과, 산소 유량 지령(S117)을 산출하여, 가스화 노(2)에 투입되는 석탄, 산소, 공기를 제어한다. 이와 같이, 제어 장치(50)는, S111에서 산출한 압력 편차를 보정하는 가스화 노 입력 지령 보정을 이용함으로써 PI(Proportional Integral) 제어 등에 의한 피드백 제어를 행하고 있다.

이 출력 제어에 있어서, 부하가 일정하고 발전량이 정정(整定)되어 있는 경우, 가스화 노 입력 지령 보정값은, 대기 온도 등의 외란을 보상하기 위한 변동 이외에는, 거의 제로이다. 한편, 부하 변화 시에 있어서는, 제어 장치(50)는, 발전기 출력 지령의 시간적인 변화에 일치하도록 가스 터빈 거버너(14)의 개방도를 조정하여, 발전기(9)의 출력을 제어한다. 이 경우, 가스화 노 입력 지령 보정은, 출력의 변화에 의한 압력 변동을 억제하는 값이 된다. 이 때 가스화 노 입력 지령(GID)은, 발전기 출력 지령에 의하여 정해지는 베이스 가스화 노 입력 지령(GID0)과, 부하 변화에 의하여 발생하는 압력 편차를 보상하는 가스화 노 입력 지령 보정의 합으로서 부여된다.

또, 특허문헌 1에는, 부하 변화를 원활하게 행하도록 가스화 노(2)의 운전 상태를 촉진시키기 위한 값인 가스화 노 입력 가속 지령 “GIR”을, 가스화 노 입력 지령에 더하여 출력 제어를 행하는 기술에 대하여 개시가 있다.

(선행기술문헌)

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본 특허공보 제4745940호

그런데, 일반적으로 콤바인드 플랜트에 있어서의 부하 변화 시에는, 증기 터빈의 출력 응답에 지연이 발생된다. 그리고, 그와 같은 경우에서는, 가스 터빈의 출력을, 발전기 출력 지령의 변화율보다 빨리 변화시켜, 증기 터빈의 출력을 보완하여, 콤바인드 플랜트의 출력을 발전기 출력 지령에 추종시키는 제어가 행해진다. 이 때, 이 가스 터빈의 동작이 시스템 가스 압력의 변동을 일으킬 가능성이 있다.

IGCC에 있어서는, 이와 같은 가스 터빈의 동작에 더하여, 부하 변화에 따라, 가스 터빈 연료 압력 설정값 및 가스 터빈 연료 소비량(발열량에 의존)이 변동하기 때문에, 시스템 가스 압력이 크게 변동해 버릴 가능성이 있다.

이 시스템 가스 압력의 변동을, 피드백 제어에 의하여 정정(설정한 운전 상태를 계속하여 유지하고 있는 것)시키는 경우(S112), 정정까지는 시간을 필요로 하는 경향이 있다. 또, 피드백 제어의 게인을 너무 크게 하면, 정정 시에는 미소한 외란에 대해서도 과도한 응답을 나타내는 요인이 되어, 플랜트의 안정을 저해시킬 가능성이 있다.

본 발명은, 상술한 과제를 해결할 수 있는 제어 장치, 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 양태에 의하면, 발전 시스템의 제어 장치는, 연료를 연소하여 가동하는 제1 동력원에 의하여 발전을 행하는 발전 시스템의 제어 장치로서, 상기 제1 동력원에 상기 연료를 공급하는 전단(前段) 기구에 있어서의 부하 변화 전에 설정된 상기 연료의 압력과, 상기 전단 기구에 있어서의 부하 변화 후 설정된 상기 연료의 압력의 압력차에 근거하여 상기 부하 변화 후 설정된 상기 연료의 압력을 유지하는 연료 용량을 특정하고, 상기 연료를 상기 제1 동력원에 공급하는 연료 공급 장치에 대한 연료 공급량을 조정하기 위한 지령값으로서, 특정한 상기 연료 용량의 조정을 가속하여 행하는 연료 공급 가속 지령값을 이용하여 상기 연료 공급 장치에 대하여 출력하는 연료 공급 지령값을 산출한다.

본 발명의 제1 양태에 의하면, 연료 용량의 조정을 가속하여 행하는 연료 공급 가속 지령값을 이용하여 상기 연료 공급 장치에 대하여 출력하는 연료 공급 지령값을 산출함으로써 급격한 부하 변화에 대응할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 의하면, 발전 시스템의 제어 장치는, 상기 제1 동력원보다 출력 응답이 느린 제2 동력원을 구비하고, 제1 동력원과 제2 동력원에 의하여 발전을 행하는 발전 시스템의 제어 장치로서, 상기 발전 시스템에 대한 출력 지령값으로부터 상기 제2 동력원의 출력값을 뺀 상기 제1 동력원에 대한 출력 지령값에 근거하여 산출한 베이스 연료 공급 지령값과, 상기 연료 공급 가속 지령값을 가산한 상기 연료 공급 지령값을 산출하여 상기 연료 공급 장치로 출력한다.

본 발명의 제2 양태에 의하면, 발전 시스템에 대한 출력 지령값으로부터 제2 동력원의 출력값을 빼고 얻은 제1 동력원에 대한 출력 지령값에 근거하는 베이스 연료 공급 지령값과, 연료 공급 가속 지령값을 가산한 연료 공급 지령값을 산출하여 상기 연료 공급 장치로 출력함으로써 제1 동력원(예를 들면, 가스 터빈)보다 출력 응답이 느린 제2 동력원(예를 들면, 증기 터빈)의 응답 지연에 대응할 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 의하면, 발전 시스템의 제어 장치는, 상기 발전 시스템에 대한 출력 지령값에 근거하여 산출한 베이스 연료 공급 지령값과, 부하 변화에 있어서의 상기 제1 동력원에 의한 상기 연료의 압력의 변동에 대하여 입력하는 연료 공급량을 조정하기 위한 지령값인 출력 가속 지령값과 상기 연료 공급 가속 지령값에 근거하여 산출한 발전 시스템 가속 지령값을 가산한 연료 공급 지령값을 산출하여 상기 연료 공급 장치로 출력한다.

본 발명의 제3 양태에 의하면, 증기 터빈의 부하 변화에 대한 추종이 느린 응답을 고려할 필요가 없다.

본 발명의 제4 양태에 의하면, 발전 시스템의 제어 장치는, 상기 베이스 연료 공급 지령값을 대기 온도에 따라 보정한다.

본 발명의 제4 양태에 의하면, 대기 온도의 변화에도 대응할 수 있다.

본 발명의 제5 양태에 의하면, 발전 시스템의 제어 방법은, 연료를 연소하여 구동하는 제1 동력원에 의하여 발전을 행하는 발전 시스템을, 상기 제1 동력원에 상기 연료를 공급하는 전단 기구에 있어서의 부하 변화 전에 설정된 상기 연료의 압력과, 상기 전단 기구에 있어서의 부하 변화 후 설정된 상기 연료의 압력의 압력차에 근거하여 상기 전단 기구에 있어서의 상기 압력차를 보완하는 연료 용량을 특정하고, 상기 연료를 상기 제1 동력원에 공급하는 연료 공급 장치에 대하여 연료 공급량을 증감시키기 위한 지령값으로서, 특정한 상기 연료 용량을 가속하여 보완하는 연료 공급 가속 지령값을 이용하여 상기 연료 공급 장치에 대하여 출력하는 연료 공급 지령값을 산출한다.

본 발명의 제6 양태에 의하면, 발전 시스템의 제어 방법은, 상기 제1 동력원보다 출력 응답이 느린 제2 동력원을 구비하고, 제1 동력원과 제2 동력원에 의하여 발전을 행하는 발전 시스템을, 상기 발전 시스템에 대한 출력 지령값으로부터 상기 제2 동력원의 출력값을 뺀 상기 제1 동력원에 대한 출력 지령값에 근거하여 산출한 베이스 연료 공급 지령값과, 상기 연료 공급 가속 지령값을 가산한 상기 연료 공급 지령값을 산출하여 상기 연료 공급 장치로 출력한다.

본 발명의 제7 양태에 의하면, 발전 시스템의 제어 방법은, 상기 발전 시스템에 대한 출력 지령값에 근거하여 산출한 베이스 연료 공급 지령값과, 부하 변화에 있어서의 상기 제1 동력원에 의한 상기 연료의 압력의 변동에 대하여 입력하는 연료 공급량을 조정하기 위한 지령값인 출력 가속 지령값과 상기 연료 공급 가속 지령값에 근거하여 산출한 발전 시스템 가속 지령값을 가산한 연료 공급 지령값을 산출하여 상기 연료 공급 장치로 출력한다.

본 발명의 제8 양태에 의하면, 발전 시스템의 제어 방법은, 상기 베이스 연료 공급 지령값을 대기 온도에 따라 보정한다.

상기한 본 발명의 양태에 의하면, 발전 플랜트 전체의 압력온도 밸런스를 조정하여, 부하 변화에 대해서도, 발전 플랜트 전체의 안정적인 운전이 가능하다.

도 1은 IGCC의 구성도의 일례이다.
도 2는 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 IGCC의 출력 제어의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 가스화 노 입력 가속 지령의 결정 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 발명에 관한 제2 실시형태에 있어서의 IGCC의 출력 제어의 일례를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명에 관한 제3 실시형태에 있어서의 IGCC의 출력 제어의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은 종래의 IGCC의 출력 제어의 일례를 나타내는 도이다.

<제1 실시형태>

이하, 본 발명의 일 실시형태에 의한 IGCC의 출력 제어에 대하여 도 1~3을 참조하여 설명한다. IGCC의 구성은, 도 1을 이용하여 설명한 내용과 동일하다. 본 실시형태의 발전 시스템(IGCC)은, 연료를 연소하여 가동하는 제1 동력원(가스 터빈)과, 제1 동력원보다 출력 응답이 느린 제2 동력원(증기 터빈)을 구비하고, 그들에 의하여 발전기를 구동하여 발전을 행하는 발전 시스템이다. 본 실시형태는, 제어 장치(50)가 연료 공급 장치(가스화 노)에 공급하는 석탄, 산소, 공기 등의 연료 공급량을 나타내는 가스화 노 입력 지령(GID)을 결정하는 방법에 관한 것이다.

도 2는, 본 실시형태에 있어서의 IGCC의 출력 제어의 일례를 나타내는 도이다.

도 2를 이용하여, 본 실시형태에 있어서의 제어 장치(50)가 행하는 출력 제어에 대하여 설명한다.

제어 장치(50)는, 부하의 요구를 취득하여, 부하에 따른 발전기 출력 지령값(MWD)을 결정한다(S100). 제어 장치(50)는, 예를 들면 발전기(9)에 구비된 출력계로 측정한 발전기(9)의 출력값을 취득하여(S101), 발전기 출력 지령과 발전기(9)의 출력값의 편차를 계산한다(S102). 다음으로 제어 장치(50)는, 발전기(9)의 출력이 발전기 출력 지령과 일치하도록 가스 터빈 제어를 행한다(S103). 구체적으로는, 계산한 출력값의 편차를 보정하기 위한 가스 터빈 거버너(“GT GOV”)(14)의 개방도를 결정하고, 그 값에 따라, 가스 터빈 거버너(14)를 제어한다(S104). 이로써, 제어 장치(50)는, 연소기(5)에 공급하는 연료를 조정하여, 발전기(9)의 출력을 제어한다. 가스 터빈 거버너 개방도는, 예를 들면 출력값의 편차와 가스 터빈 거버너 개방도를 대응시킨 테이블이 미리 제어 장치(50)가 구비하는 기억부(도시하지 않음)에 기록되어 있으며, 그 값을 독출하여 결정해도 된다.

또, 제어 장치(50)는, 발전기 출력 지령에 따른 부하 변화 후의 시스템 가스 압력의 설정값을, 함수 FX에 의하여 구한다. 다음으로, 제어 장치(50)는, 부하 변화 전의 시스템 가스 압력 설정값과 부하 변화 후의 시스템 가스 압력 설정값의 차를 산출한다. 또한, 부하 변화 전의 시스템 가스 압력 설정값은, 미리 기억부에 기록되어 있으며, 제어 장치(50)가, 그 값을 읽어들이는 것으로 한다. 그리고, 제어 장치(50)는, 산출한 차에 따라 가스화 노 입력 가속 지령(GIR)을 결정한다(S105). 가스화 노 입력 가속 지령을 구할 때는, 가스 압력차와 가스화 노 입력 가속 지령(GIR)이 미리 대응되어 기억부에 기록되어 있으며, 제어 장치(50)는, 이 값을 기억부로부터 읽어들여 구해도 되고, 읽어들인 값을 이용하여 보간 계산에 의하여 구해도 된다. 또한, 시스템 가스 압력이란, 가스화 노(2)의 출구측의 가스관 계통에 있어서의 연료 가스의 압력이다. 또, 시스템 가스란 연료 가스이다. 본 실시형태에서는, 가스 터빈의 전단 기구(가스관 계통)에서의 부하 변화 전에 있어서의 설정된 연료 가스의 압력과, 부하 변화 후에 있어서의 설정된 연료 가스의 압력의 압력차나 압력비에 근거하여, 부하 변화 후에 있어서의 설정된 연료 가스의 압력을 유지하기 위한 필요 연료 용량을 특정한다. 그리고, 이 필요 연료 용량을 보완하기 위한 가스화 노 입력 가속 지령을 산출하고, 이 값을 고려하여 연료의 공급량을 결정한다. “설정된 연료 가스의 압력”은, 시뮬레이션 등에 의하여 산출한 계획값이어도 되고, 실기(實機)에 의하여 측정하여 구한 값이어도 된다. 또, 이 연료 용량을 고려한 가스화 노 입력 가속 지령에 대해서는, 이후에 도 3을 이용하여 설명한다.

또, 제어 장치(50)는, 소정의 방법으로 측정한 증기 터빈의 출력값을 취득하여(S106), 발전기 출력 지령의 차분(差分)을 산출한다(S107). 증기 터빈의 출력값은, 예를 들면 증기 터빈의 출입구에 있어서의 압력, 온도, 유량을 측정하여, 계산에 의하여 구해도 된다. 산출한 차분은, 가스 터빈에 대한 출력 지령(GT_MWD, 가스 터빈 출력 지령)이다. 이어서 제어 장치(50)는, 가스 터빈 출력 지령에 근거하여, 베이스 가스화 노 입력 지령(GID0)을 결정한다(S108). 베이스 가스화 노 입력 지령은, 미리 가스 터빈 출력 지령에 대응한 베이스 가스화 노 입력 지령이 기억부에 기록되어 있으며, 제어 장치(50)가, 가스 터빈 출력 지령을 이용하여 대응하는 베이스 가스화 노 입력 지령을 독출하여 결정해도 되고, 독출한 값으로부터 보간 계산을 행하여 산출하여 결정해도 된다.

또, 제어 장치(50)는, 발전기 출력 지령에 따라 결정하는 시스템 가스 압력의 설정값을, 함수 FX(S109)를 이용하여 결정한다. 또, 제어 장치(50)는, 압력계(15)로 측정한 압력(시스템 가스 압력)을 취득한다(S110). 그리고, 제어 장치(50)는, 시스템 가스 압력 설정값과 시스템 가스 압력의 편차를 계산한다(S111). 제어 장치(50)는, 계산한 편차에 근거하여, 시스템 가스 압력 제어를 행하는 가스화 노 입력 지령 보정을 산출한다(S112). 또한, 가스화 노 입력 지령 보정의 산출에는 PI 제어 등의 피드백 제어의 방법을 이용한다.

최종적으로 제어 장치(50)는, 가스화 노 입력 가속 지령(GIR)과, 베이스 가스화 노 입력 지령(GID0)과, 가스화 노 입력 지령 보정을 합계한다(S113). 이 합계한 값이, 가스화 노 입력 지령(GID)이다(S114). 제어 장치(50)는, 합계한 가스화 노 입력 지령에 근거하여 석탄 유량 지령(S115), 공기 유량 지령(S116), 산소 유량 지령(S117)의 각 값을 산출하고, 각 제어점에 대하여 출력한다. 또한, 가스화 노 입력 지령(GID)이란, 가스화 노에 대한 투입 물질의 유량을 결정하기 위한 지표이며, GID를 각 물질마다 설정된 함수를 이용하여, 연료 유량(예를 들면 석탄) 및 산화제 유량(예를 들면, 공기, 산소)을 산출하는 것이다.

다음으로, 상기 처리의 S105에서 결정한 가스화 노 입력 가속 지령에 대하여 설명한다.

도 3은, 부하 상승 시의 부하 변화 전후의 시스템 가스 압력차에 의한 시스템 가스 보유량의 차이에 대하여 설명하기 위한 도이다.

먼저, 좌측 도는, 부하 변화 전의 가스관 계통(전단 기구)의 압력이 a일 때의 시스템 가스의 체적을 나타내고 있다. 우측 도는, 부하 상승 시에, 부호 21이 나타내는 체적분의 시스템 가스를 추가하여 시스템 가스 압력을 b로 상승시켰을 때의, 부하 상승 전부터 가스관 계통에 존재하고 있던 시스템 가스의 체적을 나타내고 있다. 이 때, 원래 가스관 계통 내에 존재한 시스템 가스의 체적은, a/b가 된다(부호 22). 종래는, 부하 상승 시에 시스템 가스의 체적이 압축되는 것을 특별히 의식하지 않고, 발전기 출력 지령에 따른 베이스 가스화 노 입력 지령(S108)을 베이스로 하여, 시스템 가스 압력의 측정값과 설정값의 편차를 보정하는 피드백 제어(S112)를 행하고 있다. 이로 인하여, 발전기의 출력값이 정정할 때까지 시간을 필요로 하고 있었다.

본 실시형태에서는, 예를 들면, 도 3의 예의 경우, 부호 21이 나타내는 체적분의 시스템 가스를 보상하는 지령값을 미리 가미한 가스화 노 입력 가속 지령(S105)을 이용하여 피드 포워드 제어를 행한다. 이로 인하여, 시스템 가스 압력의 설정값과 시스템 가스 압력의 측정값의 편차를 작게 할 수 있어, 시스템 가스 압력의 변동을 정정할 때까지의 시간을 단축할 수 있다는 효과가 얻어진다. 이로써, 부하 변화에 대해서도 발전 플랜트 전체의 안정적인 운전이 가능해진다.

또한, 이 때의 가스화 노 입력 가속 지령은, 가스 터빈의 전단 기구, 즉 압력계(15)가 구비된 가스화 노(2)의 출구측의 가스관 계통에 있어서의, 부하 변화 전후의 연료 가스의 압력차에 근거하는, 연료 가스의 체적차를 고려한 가스화 노 입력 가속 지령(GIR)이다. 이 가스화 노 입력 가속 지령은, 시뮬레이션 및 실기에서의 시운전에 의하여 조정하여 결정된다.

<제2 실시형태>

또한, 제1 실시형태에서는, 도 2에 있어서 발전기 출력 지령으로부터 증기 터빈의 출력분을 감산하여 가스 터빈에 대한 출력 지령값을 산출했지만, 베이스 가스화 노 입력 지령을 가스 터빈 출력 지령에 근거하여 결정하는 것이 아닌, 발전기 출력 지령에 근거하여 결정하는 방법(제2 실시형태)도 생각할 수 있다. 도 4를 이용하여 제2 실시형태에 대하여 설명한다. 도 4는, 본 발명에 관한 제2 실시형태에 있어서의 IGCC의 출력 제어의 일례를 나타내는 도이다. 본 실시형태에서는, 상술과 같이, 베이스 가스화 노 입력 지령을 발전기 출력 지령에 근거하여 결정한다(S108). 이로 인하여, 본 실시형태의 가스화 노 입력 가속 지령에는, 도 3을 이용하여 설명한 압력 변화에 의한 연료 가스의 체적의 변화뿐만 아니라, 가스 터빈의 동작의 가속에 의한 시스템 가스 압력의 변동을 보상하는 값을 더한다. IGCC에 있어서는, 증기 터빈의 느린 출력 응답을 보상하여, 플랜트의 출력을 발전기 출력 지령에 추종시키기 위하여, 가스 터빈의 동작을 가속시키지만, 그 때, 가스 터빈의 동작이 시스템 가스 압력의 변동을 일으킬 가능성이 있다. 본 실시형태에 있어서의 가스화 노 입력 가속 지령에는, 이 시스템 가스 압력의 변동을 억제하기 위하여 입력하는 지령값인 출력 가속 지령값과, 제1 실시형태에 있어서의 가스화 노 입력 가속 지령에 근거하여 산출한 값(발전 시스템 가속 지령값)을 이용한다. 이 출력 가속 지령값은, 가스 터빈의 동작에 의하여 발생하는 시스템 가스 압력의 변동을 억제하기 위한 지령값으로서, 시뮬레이션 및 실기에서의 시운전에 의하여 조정하여 결정된다.

또한, 가스 터빈의 동작의 가속분이란, 이하의 설명에 있어서의 α를 말한다. 플랜트 전체의 부하 변화로서 발전기 출력 지령이 X%/min으로 변화하려고 한 경우, 가스 터빈과 증기 터빈의 부하 변화율도 X%/min으로 변화하려고 한다. 단, 증기 터빈의 출력은, 증기에 대한 열 전달 등에 의하여 응답에 지연이 발생된다. 이 지연 상태를 α%/min으로 하면, 증기 터빈의 부하 변화율은, X-α%/min이 된다. 이 때 플랜트 전체의 발전기 출력 지령의 변화율에 맞추기 위하여, 가스 터빈의 부하 변화율을, X+α%/min으로 한다.

본 실시형태에 의하면, 제1 실시형태에서의 가스화 노 입력 가속 지령에 더하여, 추가로 가스 터빈 동작의 가속을 고려한 가스화 노 입력 가속 지령을 이용함으로써, 출력 응답이 느린 증기 터빈이 플랜트에 포함되는 경우여도, 부하 변화 시의 시스템 가스 압력의 변동을 억제할 수 있다. 이로써, 부하 변화에 대해서도 발전 플랜트 전체의 안정적인 운전이 가능해진다.

<제3 실시형태>

이하, 본 발명의 제3 실시형태에 의한 출력 제어를, 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는, 본 발명에 관한 제3 실시형태에 있어서의 IGCC의 출력 제어의 일례를 나타내는 도이다.

도 5는, 제3 실시형태에 있어서의 처리 중, 제1 실시형태와 상이한 처리를 행하는 부분만을 추출한 도이다. 도면에 포함되어 있지 않은 처리에 대해서는 도 2와 동일하다.

제어 장치(50)는, 요구 부하에 따라 발전기 출력 지령을 결정한다(S100). 그리고, 증기 터빈의 출력값을 취득하여 발전기 출력 지령으로부터 증기 터빈의 출력값을 감산하여 가스 터빈 출력 지령(GT_MWD)을 산출한다(S107). 다음으로 제어 장치(50)는, 가스 터빈 압축기(7)의 근방에 구비된 온도계로부터 대기 온도를 취득한다. 다음으로 제어 장치(50)는, 기억부에 미리 기록된 대기 온도마다의 베이스 가스화 노 입력 지령과, 가스 터빈 출력 지령의 상관을 나타내는 함수나 테이블 등을 이용하여, 취득한 대기 온도와 가스 터빈 출력 지령을 조건으로, 대기 온도 보정을 행한 베이스 가스화 노 입력 지령 “GID0 Tx”를 산출한다. 이후의 처리에 대해서는 제1 실시형태와 동일하다. 즉 본 실시형태에서는, 대기 온도 보정을 행한 베이스 가스화 노 입력 지령 “GID0 Tx”와, 가스화 노 입력 가속 지령과, 시스템 가스 압력 보정값을 가산하여 가스화 노 입력 지령을 산출한다.

본 실시형태에 의하면, 베이스 가스화 노 입력 지령을 대기 온도에 따라 보정함으로써, 대기 온도 보정을 행한 석탄 유량 지령값, 공기 유량 지령값, 산소 유량 지령값을 산출할 수 있다. 이로써, 제1 실시형태의 효과에 더하여, 대기 온도의 영향을 받지 않고 발전 플랜트 전체를 안정적으로 운전할 수 있다. 본 실시형태는, 제1 실시형태 및 제2 실시형태와 조합하는 것이 가능하다.

또한, 가스 터빈은, 제1 동력원의 일례이다. 또, 시스템 가스 압력은, 전단 기구에 있어서의 부하 변화 전에 설정된 연료의 압력의 일례이다. 또, 가스화 노는, 연료를 제1 동력원에 공급하는 연료 공급 장치의 일례이다. 또, 증기 터빈은, 출력 응답이 느린 제2 동력원의 일례이다. 또, 가스화 노 입력 지령은, 연료 공급 지령값의 일례이다. 또, 베이스 연료 공급 지령값은, 베이스 연료 공급 지령값의 일례이다. 또, 가스화 노 입력 가속 지령은, 연료 공급 가속 지령값의 일례이다.

또한 상술한 제어 장치(50)는 내부에, 컴퓨터 시스템을 갖고 있다. 그리고, 상술 한 제어 장치(50)에 있어서의 각 처리의 과정은, 프로그램의 형식으로 컴퓨터 독취 가능한 기록 매체에 기억되어 있으며, 이 프로그램을 컴퓨터가 독출하여 실행함으로써, 상기 처리가 행해진다. 여기에서 컴퓨터 독취 가능한 기록 매체란, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등을 말한다.

또, 이 컴퓨터 프로그램을 통신회선에 의하여 컴퓨터에 배신(配信)하고, 이 배신을 받은 컴퓨터가 당해 프로그램을 실행하도록 해도 된다.

또, 상기 프로그램은, 전술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 된다.

또한, 전술한 기능을 컴퓨터 시스템에 미리 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것, 이른바 차분 파일(차분 프로그램)이어도 된다.

그 외, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기한 실시형태에 있어서의 구성 요소를 주지의 구성 요소로 치환하는 것은 적절히 가능하다. 또, 이 발명의 기술 범위는 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 본 발명에 관한 제어 장치는, 가스화 노, 가스 터빈을 포함하는 Poly-Generation이나 IGFC(석탄 가스화 연료 전지 복합 발전) 등의 플랜트에 있어서 적용 가능하다. 또, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경을 더하는 것이 가능하다.

(산업상 이용가능성)

상술한 제어 장치, 제어 방법에 의하면, 발전 플랜트 전체의 압력온도 밸런스를 조정하여, 부하 변화에 대해서도, 발전 플랜트 전체의 안정적인 운전이 가능하다.

1 : 석탄 공급 설비
2 : 가스화 노
3 : 고온 필터
4 : 가스 정제 설비
5 : 연소기
6 : 가스 터빈
7 : 가스 터빈 압축기
8 : 증기 터빈
9 : 발전기
10 : 공기 분리 장치
11 : 공기 승압기
12 : HRSG
13 : 연돌
14 : 가스 터빈 거버너
15 : 압력계

Claims

연료를 연소하여 가동하는 제1 동력원에 의하여 발전을 행하는 발전 시스템의 제어 장치로서,
상기 제1 동력원에 상기 연료를 공급하는 전단 기구에 있어서의 부하 변화 전에 설정된 상기 연료의 압력과, 상기 전단 기구에 있어서의 부하 변화 후 설정된 상기 연료의 압력의 압력차에 근거하여 상기 부하 변화 후 설정된 상기 연료의 압력을 유지하는 연료 용량을 특정하고, 상기 연료를 상기 제1 동력원에 공급하는 연료 공급 장치에 대한 연료 공급량을 조정하기 위한 지령값으로서, 특정한 상기 연료 용량의 조정을 가속하여 행하는 연료 공급 가속 지령값을 이용하여 상기 연료 공급 장치에 대하여 출력하는 연료 공급 지령값을 산출하는
발전 시스템의 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 동력원보다 출력 응답이 느린 제2 동력원을 구비하고, 제1 동력원과 제2 동력원에 의하여 발전을 행하는 발전 시스템의 제어 장치로서,
상기 발전 시스템에 대한 출력 지령값으로부터 상기 제2 동력원의 출력값을 뺀 상기 제1 동력원에 대한 출력 지령값에 근거하여 산출한 베이스 연료 공급 지령값과, 상기 연료 공급 가속 지령값을 가산한 상기 연료 공급 지령값을 산출하여 상기 연료 공급 장치로 출력하는
발전 시스템의 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 발전 시스템에 대한 출력 지령값에 근거하여 산출한 베이스 연료 공급 지령값과, 부하 변화에 있어서의 상기 제1 동력원에 의한 상기 연료의 압력의 변동에 대하여 입력하는 연료 공급량을 조정하기 위한 지령값인 출력 가속 지령값과 상기 연료 공급 가속 지령값에 근거하여 산출한 발전 시스템 가속 지령값을 가산한 연료 공급 지령값을 산출하여 상기 연료 공급 장치로 출력하는
발전 시스템의 제어 장치.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 베이스 연료 공급 지령값을 대기 온도에 따라 보정하는
발전 시스템의 제어 장치.
연료를 연소하여 구동하는 제1 동력원에 의하여 발전을 행하는 발전 시스템을,
상기 제1 동력원에 상기 연료를 공급하는 전단 기구에 있어서의 부하 변화 전에 설정된 상기 연료의 압력과, 상기 전단 기구에 있어서의 부하 변화 후 설정된 상기 연료의 압력의 압력차에 근거하여 상기 전단 기구에 있어서의 상기 압력차를 보완하는 연료 용량을 특정하고, 상기 연료를 상기 제1 동력원에 공급하는 연료 공급 장치에 대하여 연료 공급량을 증감시키기 위한 지령값으로서, 특정한 상기 연료 용량을 가속하여 보완하는 연료 공급 가속 지령값을 이용하여 상기 연료 공급 장치에 대하여 출력하는 연료 공급 지령값을 산출함으로써 제어하는
발전 시스템의 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 동력원보다 출력 응답이 느린 제2 동력원을 구비하고, 제1 동력원과 제2 동력원에 의하여 발전을 행하는 발전 시스템을,
상기 발전 시스템에 대한 출력 지령값으로부터 상기 제2 동력원의 출력값을 뺀 상기 제1 동력원에 대한 출력 지령값에 근거하여 산출한 베이스 연료 공급 지령값과, 상기 연료 공급 가속 지령값을 가산한 상기 연료 공급 지령값을 산출하여 상기 연료 공급 장치로 출력하는
발전 시스템의 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 발전 시스템에 대한 출력 지령값에 근거하여 산출한 베이스 연료 공급 지령값과, 부하 변화에 있어서의 상기 제1 동력원에 의한 상기 연료의 압력의 변동에 대하여 입력하는 연료 공급량을 조정하기 위한 지령값인 출력 가속 지령값과 상기 연료 공급 가속 지령값에 근거하여 산출한 발전 시스템 가속 지령값을 가산한 연료 공급 지령값을 산출하여 상기 연료 공급 장치로 출력하는
발전 시스템의 제어 방법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 베이스 연료 공급 지령값을 대기 온도에 따라 보정하는
발전 시스템의 제어 방법.