JP2000337170A - ガスタービン発電システムおよびその運転方法 - Google Patents
ガスタービン発電システムおよびその運転方法Info
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
るガスタービン発電システム及びその制御方法を提供す
ることにある。 【解決手段】夜間電力を利用した液体空気製造時におい
て、圧縮空気との熱交換に伴う蓄冷槽の温度上昇を検出
して、蓄冷槽の冷熱による液体空気の製造能力状態を判
定し、蓄冷槽と空気圧縮機から燃焼器への空気供給量を
適正配分する。また、気化空気製造時においては、蓄冷
槽の温度変化から液体空気の気化時に蓄冷槽に回収され
る冷熱量を検出して、蓄冷槽と液体空気との熱交換状態
を判定し、蓄冷槽と空気圧縮機から燃焼器への空気供給
量を適正配分する発電システム構成とする。
Description
ステムおよびその運転方法に関する。
るので、従来より水力発電所とコンバインドサイクル発
電所は需要量の多い昼間のみ運転している場合が多い。
さらに、揚水発電所のように夜間電力を用いてポンプを
駆動し、発電所より高位置の貯蔵池に水を移送して位置
エネルギーとして貯蔵し、それを昼間に流下させて発電
することで、電気の需要と供給のバランスを取ってき
た。
が普及したために電気の最大需要量と最低需要量の比が
年々大きくなり、特に季節による需要の違いが増大して
いる。最大需要の必要時期は真夏の10日ほどと短く、
このためだけに大型の発電設備を設けるのは経済的に引
き合わない。また、大規模な揚水発電所の建設場所が日
本国内には少なくなってきており、大容量のエネルギー
貯蔵方式を必要としている。この対策として、エネルギ
ー貯蔵効率が高い種々の電池システムの研究が進められ
ているが、設置面積当たりのエネルギー貯蔵量が少な
く、大規模な電力量の十分な調整が可能にはなっていな
い。
間の電力需要の格差調整のために、夜間電力を利用して
液体空気を蓄冷槽にて製造してエネルギー貯蔵し、昼間
の電力ピーク時にこの液体空気を加熱気化させて、この
気化空気を燃焼器に供給しガスタービンを駆動するエネ
ルギー貯蔵型のガスタービン発電システムについて記載
されている。
空気を製造及び貯蔵して、電力需要のピーク時に液体空
気を気化させてガスタービンの燃焼器に供給するエネル
ギー貯蔵型の発電システムにおいては、圧縮空気及び液
体空気に対する蓄冷槽での冷熱の熱交換状態が特に重要
となる。すなわち、蓄冷槽での圧縮空気の冷却に必要な
冷熱量が不足した場合には、昼間の電力ピーク時の発電
に使用される液体空気の製造量が十分に得られなくな
る。また、液体空気の加熱に必要な蓄熱量が不足した場
合には、やはり昼間の電力ピーク時に燃焼器へ供給され
る気化空気量を確保することができなくなり、昼間の発
電に支障を来たしてしまう虞があった。
とするガスタービン発電システム及びその制御方法を提
供することにある。
に、本発明は以下のガスタービン発電システムを提供す
る。
テムは、空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮空気を
冷却するおよび、または液化空気を気化して該気化空気
の冷熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄冷槽で冷却された空気
を液化する装置と、前記液化された液体空気を貯蔵する
貯蔵槽と、空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器と、前記
燃焼器で生じた燃焼ガスにより駆動されるガスタービン
とを備えたガスタービン発電システムにおいて、前記蓄
冷槽で気化され前記燃焼器に導かれる空気の流量を制御
する第1の制御手段と、前記空気圧縮機で圧縮され前記
燃焼器に導かれる空気の流量を制御する第2の制御手段
とを備えたものである。
は、前記蓄冷槽で気化された空気の流量または/および
前記空気圧縮機で圧縮された空気の流量を、前記蓄冷槽
で気化された気化空気の温度に基づいて制御するもので
ある。
御手段は、前記蓄冷槽で気化され前記燃焼器に導かれる
空気の流量と、前記空気圧縮機で圧縮され前記燃焼器に
導かれる空気の流量の合計値が所定値に制御するもので
ある。
システムは、前記燃焼器に供給される燃料と前記空気圧
縮機に供給される空気とを熱交換する熱交換器を備えた
ものである。
は、空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮空気を冷却
するおよび、または液化空気を気化して該気化空気の冷
熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄冷槽で冷却された空気を液
化する装置と、該液化された液体空気を貯蔵する貯蔵槽
と、空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器と、前記燃焼器
で生じた燃焼ガスにより駆動されるガスタービンとを備
えたガスタービン発電システムにおいて、前記蓄冷槽で
気化され前記燃焼器に導かれる空気の流量を制御する第
1の制御弁と、前記空気圧縮機で圧縮され前記燃焼器に
導かれる空気の流量を制御する第2の制御弁と、前記蓄
冷槽の温度に基づいて前記第1及び第2の制御弁を制御
する制御装置を備えたものである。
は、空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮空気を冷却
するおよび、または液化空気を気化して該気化空気の冷
熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄冷槽で冷却された空気を液
化する装置と、前記液化された液体空気を貯蔵する貯蔵
槽と、空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器と、前記燃焼
器で生じた燃焼ガスにより駆動されるガスタービンとを
備えたガスタービン発電システムにおいて、前記蓄冷槽
で加熱気化された空気の少なくとも一部と、前記空気圧
縮機で圧縮された空気の少なくとも一部とを前記蓄冷槽
の温度に基づいて混合させて供給する手段を備えたもの
である。
は、空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮空気を冷却
するおよび、または液化空気を気化して該気化空気の冷
熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄冷槽で冷却された空気を液
化する装置と、前記液化された液体空気を貯蔵する貯蔵
槽と、空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器と、前記燃焼
器で生じた燃焼ガスにより駆動されるガスタービンとを
備えたガスタービン発電システムにおいて、前記空気圧
縮機で圧縮された空気を前記蓄冷槽に導く第1の経路の
途中から分岐し、前記蓄冷槽で気化された空気を前記燃
焼器に導く第2の経路の途中に連通する第3の経路を設
置し、前記蓄冷槽で気化され前記燃焼器に供給される空
気の流量を制御する第1の制御手段と、前記空気圧縮機
で圧縮された空気の流量を制御する第2の制御手段を夫
々備えたものである。
は、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から導かれる
空気を冷却するおよび、または液体空気を気化して該気
化空気の冷熱を貯蔵する第1の蓄冷槽と、該第1の蓄冷
槽で冷却された空気を液化する装置と、前記液化された
液体空気を貯蔵する貯蔵槽と、空気に燃料を混合して燃
焼する燃焼器と、該燃焼器に供給される燃料の冷熱を貯
蔵して前記圧縮機に導く空気を冷却する第2の蓄冷槽
と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより駆動されるガス
タービンと、前記第1の蓄冷槽で気化され前記燃焼器に
導かれる空気の流量を制御する第1の制御手段と、前記
空気圧縮機で圧縮され前記燃焼器に導かれる空気の流量
を制御する第2の制御手段とを備えたものである。
のガスタービン発電システムの運転方法を提供する。
テムの運転方法は、空気を圧縮する空気圧縮機と、液体
空気製造時に圧縮空気を冷却し、気化空気製造時に液体
空気を気化して該気化空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽と、
該蓄冷槽で冷却された空気を液化する装置と、前記液化
された空気を貯蔵する貯蔵槽と、空気に燃料を混合して
燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより
駆動されるガスタービンとを備えたガスタービン発電シ
ステムの運転方法において、前記蓄冷槽で気化され前記
燃焼器に導かれる空気の流量と、前記空気圧縮機で圧縮
され前記燃焼器に導かれる空気の流量を前記蓄冷槽の温
度に基づいて制御するものである。
の運転方法は、空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮
空気を冷却するおよび、または液化空気を気化して該気
化空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄冷槽で冷却され
た空気を液化する装置と、前記液化された液体空気を貯
蔵する貯蔵槽と、空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器
と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより駆動されるガス
タービンとを備えたガスタービン発電システムの運転方
法において、前記蓄冷槽で気化され前記燃焼器に導かれ
る空気の流量と、前記空気圧縮機で圧縮され前記燃焼器
に導かれる空気の流量の合計値を所定値に制御するもの
である。
図面を用いて詳細に説明する。
ー貯蔵型のガスタービン発電システムの構成図を示す。
貯槽タンク1には、冷熱を有する液化天然ガス(以下L
NGと称する)として貯蔵されている。この貯蔵される
LNGは、弁2を介してコンクリートや砂利などの蓄冷
材が充填された蓄冷槽3に供給され、ここで常温の空気
と熱交換され加熱気化される。気化された天然ガス(以
下、NGと称する)は、ブロア−8によって大気から取
り込まれ、含有する水分や二酸化炭素が吸着塔9にて除
去された空気と混合され、燃焼器5にて燃焼される。
場合には、LNGは弁21を介して気化器4に供給さ
れ、ここで海水等を用いて更に加熱気化される。気化さ
れたNGは弁22を介して燃焼器5へ供給される。燃焼
器5で燃焼され発生した高温の燃焼ガスは、ガスタービ
ン6内にて膨張し、ガスタービン6と連結された発電機
7を回転させることにより発電する。また、気化したL
NGのうち、余剰となった天然ガス(NG)は、他のガ
スタービン発電システム80にて使用されることにな
る。
焼器5においてNGと混合される空気は、空気圧縮機1
1にて加圧圧縮された空気が使用される。この時、空気
圧縮機11とガスタービン6や発電機7の運転は連動し
ており、発電機7にて発生した電力の一部は空気圧縮機
11の動力用電力として消費されることになる。
間の余剰電力にて空気圧縮機11に連結された電動機1
2を駆動させて、圧縮空気を蓄冷槽3,15にて冷却す
ることにより液体空気を夜間に製造している。製造され
た液体空気は、昼間の電力ピーク時にポンプ29によっ
て加圧された後に蓄冷槽15で加熱することで気化さ
せ、再生熱交換器4でガスタービン排ガスとさらに熱交
換が行われた後に燃焼器5に供給される。このような運
転方法によれば、昼間のガスタービン発電システムにお
いて、空気圧縮機11を動作させることなく高圧の燃焼
用空気を得ることができる。すなわち、昼間の電力ピー
ク時において、空気圧縮機11の動力が不要となること
から、ガスタービン発電システムによる発電量が増加さ
せることができる。
及び昼間における液体空気の気化方法について、以下詳
細に説明する。
下の方法による。液体空気用の原料空気は、ブロアー8
にて大気より取り込まれ、水分や二酸化炭素が吸着塔9
にて除去される。乾燥状態となった空気は、蓄冷槽3に
て外部冷熱源であるLNGと熱交換し、LNGの冷熱に
より必要とされる温度まで冷却される。LNG流量は、
蓄冷槽3の出口における冷却後の空気温度に応じて調整
される。冷却された空気は、弁10を介して空気圧縮機
11に供給される。空気圧縮機11は、電動機12によ
り夜間電力を使用して駆動され、空気は所定の圧力とし
て、例えば、空気の臨界圧力以上である約40気圧まで
一段、あるいは複数段の圧縮にて昇圧される。なお、循
環弁13は、空気圧縮機11の安定運転を想定し、ここ
では閉状態としている。
圧により温度がLNG温度付近から常温程度まで上昇し
ており、予め冷却され冷熱が貯蔵された状態の蓄冷槽1
5にて再び熱交換され、空気の臨界温度である−140
℃以下に再冷却される。蓄冷槽15は、温度上昇した圧
縮空気により加熱されるため、貯蔵している冷熱量は減
少する。蓄冷槽15の出口にて空気の臨界状態以上とな
った空気は、ジュールトムソン弁16にて大気圧まで等
エンタルピーにて自由膨張して取り出され、約−190
℃まで温度低下する。その結果、空気の一部は液化し、
液体空気貯槽17に分離貯蔵される。液化しなかった空
気については、その温度は約−190℃程度であり、蓄
冷槽15内部及び弁132,19が設けられた熱交換経
路にて、その空気の冷熱は回収される。
へ液体空気を気化し供給するのは、以下の方法による。
すなわち、夜間に製造し液体空気貯槽17に貯蔵された
液体空気は、再循環弁28を有するポンプ29にて、例
えば約40気圧まで昇圧され、弁30を介して蓄冷槽1
5に移送される。蓄冷槽15は、圧縮空気の冷却により
部分的には常温程度まで温度上昇しているため、この液
体空気との熱交換により加熱された結果、約40気圧の
空気に気化することになる。この気化した空気は、再生
熱交換器14によりタービン排ガスで更に加熱された
後、弁32を介してガスタービン6の燃焼器5に供給さ
れる。この時、ガスタービン発電システムが必要とする
燃焼用空気圧力まで液体空気の状態にてポンプで加圧す
る動力は、気体空気の状態にて空気圧縮機で加圧する場
合と比較して、より少ない動力にて実現することがで
き、ガスタービン発電システムの効率向上にも寄与する
ことになる。なお、気化空気が安定に供給されるまでに
おいては、弁33の開度調整により燃焼器5への空気供
給量を調整する。
気からの気化空気製造時間との関係は、代表的には以下
のような運転パターンで示される。すなわち、一日24
時間を1サイクルとし、電力需要が比較的少ない夜間の
8時間にて空気圧縮機11と蓄冷槽3,15により空気
圧縮と冷却を行い、前述した方法により液体空気を製造
する。その後の5時間は、液体空気を液体空気貯槽17
に貯蔵しておく。そして昼間に、例えば約5時間の電力
ピークを迎えると、ポンプ29と蓄冷槽15により液体
空気の加圧と加熱気化を行い、気化した空気は燃焼器5
に供給されて、ガスタービン6を回転させ発電機7によ
る発電を行う。
テムでは、これまで述べたように、圧縮空気及び液体空
気に対する蓄冷槽15での冷熱の交換状態が特に重要と
なる。すなわち、蓄冷槽での圧縮空気の冷却に必要な冷
熱量が不足した場合には、昼間の電力ピーク時の発電に
使用される液体空気の製造量が十分に得られなくなる。
また、液体空気の加熱に必要な蓄熱量が不足した場合に
は、やはり昼間の電力ピーク時に燃焼器へ供給される気
化空気量を確保することができなくなり、昼間の発電に
支障をきたすことになる。このような蓄冷槽状態となっ
た場合には、エネルギー貯蔵型発電システムとしての機
能を十分には果たしてるとはいえず、蓄冷槽の熱交換状
態に応じた燃焼用空気の供給方法が必要である。
空気圧縮機11で圧縮された空気を畜冷槽15に導く経
路の途中から分岐し、畜冷槽15で気化された空気を燃
焼器5へ導く経路の途中に連通するバイパス経路を設置
し、このバイパス経路に圧縮空気流量調節弁56を設け
た構成としている。圧縮空気流量調節弁56は、蓄冷槽
15の温度状態に応じてバイパス経路を流れる圧縮空気
流量を調節する。このような構成とすることにより、従
来のエネルギー貯蔵型ガスタービン発電システムと比較
して、大きく次の二つの特徴がある。
低温圧縮空気について、その使用方法が液体空気を製造
するだけでなく、直接的に再生熱交換器14を介してガ
スタービン6の燃焼器5へ供給することが可能となるた
め、液体空気の製造及び圧縮空気を用いた発電を同時に
行うことができる。
圧縮空気流量の調節は、空気圧縮機流量制御器50によ
り行われる。すなわち、空気圧縮機11への空気は予め
蓄冷槽3によりLNG冷熱を利用して冷却されているこ
とから、空気圧縮機11の動力の低減が図られ、結果的
にはLNG冷熱を利用した高効率な発電が実現できる。
なお、燃焼器5における空気供給圧力の条件と空気圧縮
機11の出口圧力との条件が不一致となり、その結果発
電効率の低下が大きくなる場合や燃焼温度などで不都合
が発生する場合などには、空気圧縮機11を多段階圧縮
としたり空気取入口のガイドベーンの調整などにより圧
力条件の一致を図ることが可能である。次に二点目とし
て、燃焼器5への燃焼用空気の供給といった点からみる
と、蓄冷槽15に蓄熱した圧縮空気の熱による液体空気
の気化空気だけでなく、空気圧縮機11からの圧縮空気
を混合してガスタービン6の燃焼器5へ供給することが
可能となる。そして、蓄冷槽15の温度状態が液体空気
の気化能力を十分に保有していないと判断されたような
場合、あるいは、蓄冷槽15の熱容量を小さく設計して
いるような場合などにおいては、蓄冷槽15による液体
空気の気化機能をバイパスした運用が可能となる。この
時、圧縮空気流量調節弁56を流れる圧縮空気流量の調
節は、燃焼空気流量制御器51により行われる。
スタービン発電システムにおいて、液体空気によるエネ
ルギー貯蔵だけでなく、空気圧縮機11を連続的に運転
し、LNG冷熱を利用して発電するような場合の動作特
性を図2を用いて詳細に説明する。この時は、蓄冷槽温
度変化の把握が重要となる。なお、図2は蓄冷槽15の
温度上昇の上限値への到達時間と、液体空気製造の運転
時間とが一致した例を示している。
1日24時間を発電システムの運転の1サイクルとし、
液体空気の製造に関わる運転時間を8時間、空気気化に
関わる運転時間を5時間とし、またそれぞれの運転時間
の間に6時間、及び5時間の蓄冷槽15の運転休止時間
を設定する。ここで、空気圧縮機11はLNG冷熱によ
り蓄冷槽3にて冷却された空気を連続的に圧縮し、一定
流量の空気圧縮機流量を供給している。
給される圧縮空気流量は空気圧縮機流量から分岐されて
いるため、蓄冷槽15の運転休止時間中の空気圧縮機流
量に比較して燃焼器空気流量は減少し、その結果、燃料
であるNG流量も減少させるため発電機出力は減少す
る。また、液体空気貯槽17の液体空気の貯蔵量は、図
2に示すように、液体空気製造に関わる時間(Ta,T
b)において増加することになり、液体空気によるエネ
ルギー貯蔵が行われる。
圧縮空気流量の調節は、空気圧縮機11の電動機12の
運転状態信号S1の条件成立を受け、空気圧縮機流量制
御器50により以下のように行われる。すなわち、当初
想定した液体空気製造時における発電機出力の設定値に
対応して、圧縮空気流量調節弁56の開度を設定し、空
気圧縮機11の圧縮空気の残りについては、蓄冷槽15
に供給する。蓄冷槽15は、液体空気製造時における圧
縮空気の熱によって温度上昇するが、最終的にはジュー
ルトムソン弁16の前段における圧縮空気温度が臨界温
度である約−140℃以上とならなければ、液体空気の
製造を継続することができる。しかしながら、圧縮空気
温度が臨界温度付近となるに従って、ジュールトムソン
弁16により膨張させた空気の液化率は低下する。この
ため、蓄冷槽15の出口空気の温度上昇を検出し、その
温度信号S2に基づいて蓄冷槽入口弁54の開度要求信
号S4を減少させ、蓄冷槽15への圧縮空気の供給量を
減少させる。また、蓄冷槽入口弁54の開度要求信号S
4の減少に伴い、空気圧縮機流量を一定とするために、
圧縮空気流量調節弁56の開度要求信号S3を増加さ
せ、圧縮空気による発電へと連続的に移行させる。
図2に示すように、液体空気製造に関わる時間(Tc,
Td)において減少することになり、液体空気を気化し
た空気を利用した発電が行われる。このような状態にお
いて、燃焼器5へ供給される燃焼器空気流量は、空気圧
縮機流量が合流されているため増加し、その結果、燃料
であるNG流量も増加させるため発電機出力は増加す
る。
圧縮空気流量の調節は、空気圧縮機11と連結された電
動機12の運転状態信号S1とポンプ29の運転状態信
号S8の条件成立を受け、燃焼空気流量制御器51によ
り以下のように行われる。すなわち、当初想定した気化
空気製造時における発電機出力の設定値に対応して、圧
縮空気流量調節弁56の開度を設定し、発電機出力の設
定値に対する空気不足分については、蓄冷槽15からの
気化空気を供給する。蓄冷槽15の温度は、気化空気の
冷熱により低下し、最終的には液体空気温度程度である
約−160℃となる。
に従い、液体空気の気化及び気化空気の加熱性能が低下
する。このため、蓄冷槽15の出口側の気化空気の温度
低下を検出し、その温度信号S7に基づいて蓄冷槽出口
弁55の開度要求信号S6を減少させ、蓄冷槽15から
の気化空気の供給量を減少させる。空気圧縮機流量につ
いては、空気圧縮機11の安定な運転状態を考慮して一
定流量運転としているため、圧縮空気流量調節弁56の
開度要求信号S5についてはここでは全開状態から変更
せず、従って発電機出力は気化空気の減少に伴って燃焼
器空気流量が減少した分だけ減少することになる。
の気化空気の製造を行わない蓄冷槽15の運転休止時間
(Tb,Tc)及び(Td,Te)では、空気圧縮機1
1により低温圧縮空気を圧縮空気流量調節弁56、及び
再生熱交換器14を介して直接的に燃焼器へ供給し、L
NG冷熱の利用により圧縮機動力を低減した高効率発電
を行う。
冷槽の温度状態に応じて必要とされる発電を行うことが
できるようになるため、運転パターンに対応した発電を
実現することにより、当初計画されている電力ピーク時
の電力需要格差の調整に対して大きく寄与することがで
きる。
ビン発電システムの構成図である。なお、図1と同一の
構成については説明を省略する。図1と異なるのは、空
気圧縮機11からの圧縮空気について、蓄冷槽出口側と
圧縮空気流量調節弁56を介して接続する構成にて、圧
縮空気流量調節弁56の開度調整を空気圧縮機流量制御
器50のみによって行う点である。
冷槽15の温度が上昇すると、効率的に空気液化ができ
なくなるが、本実施例では、この蓄冷槽15の温度上昇
を温度検出器で検出し、蓄冷槽入口弁54の開度を絞る
とともに、空気圧縮機11からの圧縮空気流量が一定と
なるように圧縮空気流量調節弁56の開度を増加させて
いる。このように本実施例によれば、空気圧縮機11を
一定運転状態として、蓄冷槽15の温度状態に応じて液
体空気製造のための蓄冷槽15への圧縮空気の供給量
と、発電のための燃焼器5への圧縮空気の供給量を調整
することができる。
ービン発電システムの構成図である。なお、図1と同一
の構成については説明を省略する。本実施例では、空気
圧縮機11からの低温圧縮空気について、蓄冷槽出口側
と圧縮空気流量調節弁56を介して接続する構成におい
て、圧縮空気流量調節弁56の開度調整を燃焼空気流量
制御器51で制御している。
冷槽15の温度が下降すると、効率的に空気気化ができ
なくなるが、この蓄冷槽15の温度低下を温度検出器で
検出し、蓄冷槽出口弁55の開度を絞り、空気圧縮機1
1からの圧縮空気流量を一定状態となるように圧縮空気
流量調節弁56の開度を保持している。このように本実
施例によれば、空気圧縮機11を一定運転状態とした場
合、蓄冷槽15の温度状態に応じて気化空気製造のため
の蓄冷槽15への加圧した液体空気の供給量を調整し、
発電のための燃焼器5への圧縮空気の供給量を調整する
ことができる。よって、ガスタービン発電システムが何
らかの理由により停止した場合、停止した原因が除去さ
れれば、速やかに発電システムの運転再開をすることに
より設備の利用率を高めることができる。図5に示した
運転正常パターンに従い発電システムを運用している場
合には、本発明によれば速やかに発電再開が可能とな
る。以下、図5について詳細に説明する。
図である。エネルギー貯蔵型発電システムの運転パター
ンとして、液体空気製造のみの運転時間を8時間,空気
気化製造とその空気を用いた発電運転時間を5時間と
し、それらの運転時間の間に6時間及び5時間の運転休
止時間をここでは想定する。液体空気製造の運転中に何
らかの原因により発電システムが時間T1で停止した場
合、蓄冷槽15の温度は空気圧縮の熱を十分に蓄熱して
いない状態となる。発電システムの停止原因が除去さ
れ、このような状態から運転再開をする場合には、以下
の大きく二つの方法が考えられる。
パターンの時間内に、発電システムを運転再開する場合
(case−A)である。この場合には、蓄冷槽15に残っ
ている冷熱を利用し、液体空気の製造が継続可能となる
ことから大きな影響はない。具体的には、時間Teで発
電システムが運転再開した場合には、時間T3までの液
体空気製造時間により、次の液体空気を気化するための
圧縮空気の熱の蓄熱と、液体空気貯槽17の液体空気量
を確保することができる。仮に、液体空気製造時間の運
転パターンの時間内に液体空気製造の運転が完了しない
ような場合には、液体空気製造の時間を幾分延長するこ
とにより、当初計画されている電力ピーク時の空気気化
とそれに伴う発電の時間帯には支障を及ぼさない。
るいずれかの運転パターンの時間内に、発電システムを
運転再開する場合(case−B)については、従来技術に
おいては、以下のような問題が発生する。すなわち、こ
の場合には、蓄冷槽15に蓄熱した圧縮空気の熱を利用
して液体空気を気化するため、液体空気製造途中におけ
る発電システムの停止は、圧縮空気の熱の蓄熱に不足を
引き起こすことになる。具体的には、時間Tcで発電シ
ステムが運転再開した場合には、時間T2まで液体空気
を気化することはできるが、時間T2から時間Tdまで
はこのままでは気化空気を得ることができないために、
発電の続行ができず発電時間に制約が発生する。
ン発電システムでは、このような状態を以下の方法によ
り回避することができる。すなわち、蓄冷槽15の温度
低下を検出して液体空気の気化能力の低下を判定して、
圧縮空気流量調節弁56を開状態とするとともに、一時
的に空気圧縮機11を起動して蓄冷槽3にてLNG冷熱
により冷却された空気を圧縮し、冷温圧縮空気を再生熱
交換器14を介して、直接的にガスタービン6の燃焼器
5へ供給することである。以上によれば、引き続き発電
を継続することができる。このとき、圧縮空気流量調節
弁56で調節する圧縮空気の流量は、蓄冷槽15から燃
焼器5へ供給される空気供給量との合計を継続運転に必
要な流量に制御することで、負荷を低下させることなく
安定した発電を継続して行うことができる。なお、時間
Tdまで空気圧縮機11を運転した後は、この運転パタ
ーンの場合には発電を継続する必要がないため、空気圧
縮機11は運転を停止する。
度状態に復帰しているために、発電システムとしての運
転方法についても通常の運転パターンに復帰することに
なる。
を実現することにより、当初計画されている電力ピーク
時の電力需要格差の調整に対して大きく寄与することが
できる。
である。図6に示すように、空気気化の運転中に何らか
の原因により発電システムが時間Tiで停止した場合、
蓄冷槽15の温度は気化空気の冷熱を十分に回収してい
ない状態となる。発電システムの停止原因が除去され、
このような状態から運転再開をする場合には、大きく以
下の二つの発電システムの状態が考えられる。
パターンの時間内に、発電システムを運転再開する場合
(case−C)である。この場合には、蓄冷槽15に残っ
ている冷熱を利用し、液体空気の製造が継続可能となる
ことから大きな影響はない。具体的には、時間Taで発
電システムが運転再開した場合には、時間Tjまでの液
体空気製造時間により、次の液体空気を気化するための
圧縮空気の熱の蓄熱と、液体空気貯槽17の液体空気量
を確保することができる。仮に、液体空気製造時間の運
転パターン内の時間に液体空気製造の運転が完了しない
ような場合には、液体空気製造の時間を幾分延長するこ
とにより、当初計画されている電力ピーク時の空気気化
とそれに伴う発電の時間帯には支障を及ぼさない。
いずれかの運転パターンの時間内に、発電システムを運
転再開する場合(case−D)については、従来技術にお
いては、以下のような問題が発生する。すなわち、この
場合には、蓄冷槽15に蓄熱した圧縮空気の熱を利用し
て液体空気を気化するため、気化空気製造途中における
発電システムの停止は、蓄冷槽15に残っている圧縮空
気の熱の蓄熱量不足を引き起こすことになる。具体的に
は、時間Tcで発電システムが運転再開した場合には、
時間Tkまで液体空気を気化することはできるが、発電
が必要とされる時間Tkから時間Tdまでは、このまま
では気化空気を得ることができないために、発電の続行
ができない。
うな状態を以下の方法により回避することができる。す
なわち、蓄冷槽15の温度低下を検出して液体空気の気
化能力の低下を判定して、圧縮空気流量調節弁56を開
状態とするとともに、一時的に空気圧縮機11を起動し
て蓄冷槽3にてLNG冷熱により冷却された空気を圧縮
し、冷温圧縮空気を再生熱交換器14を介して、直接的
にガスタービン6の燃焼器5へ供給することにより、発
電を継続することができる。なお、時間Tdまで空気圧
縮機11を運転した後は、この運転パターンの場合には
発電を継続する必要がないため、空気圧縮機11は運転
を停止する。その後は、蓄冷槽の冷熱状態は正常温度状
態に復帰しているために、発電システムとしての運転方
法についても通常の運転パターンに復帰することにな
る。
冷槽の温度状態に応じて必要とされる発電を行うことが
できるようになるため、運転パターンに対応した発電を
実現することにより、当初計画されている電力ピーク時
の電力需要格差の調整に対して大きく寄与することがで
きる。
も安定して運転継続することが可能となるという効果を
奏する。
テムの構成図。
ステムの構成図。
ステムの構成図。
…発電機、11…空気圧縮機、16…ジュールトムソン
弁、17…液体空気貯槽、29…ポンプ、50…空気圧
縮機流量制御器、51…燃焼空気流量制御器、56…圧
縮空気流量調節弁。
Claims (11)
- 【請求項1】空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮空
気を冷却するおよび、または液化空気を気化して該気化
空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄冷槽で冷却された
空気を液化する装置と、前記液化された液体空気を貯蔵
する貯蔵槽と、空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより駆動されるガスター
ビンとを備えたガスタービン発電システムにおいて、 前記蓄冷槽で気化され前記燃焼器に導かれる空気の流量
を制御する第1の制御手段と、前記空気圧縮機で圧縮さ
れ前記燃焼器に導かれる空気の流量を制御する第2の制
御手段とを備えたことを特徴とするガスタービン発電シ
ステム。 - 【請求項2】空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮空
気を冷却するおよび、または液化空気を気化して該気化
空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄冷槽で冷却された
空気を液化する装置と、該液化された液体空気を貯蔵す
る貯蔵槽と、空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器と、前
記燃焼器で生じた燃焼ガスにより駆動されるガスタービ
ンとを備えたガスタービン発電システムにおいて、 前記蓄冷槽で気化され前記燃焼器に導かれる空気の流量
を制御する第1の制御弁と、前記空気圧縮機で圧縮され
前記燃焼器に導かれる空気の流量を制御する第2の制御
弁と、前記蓄冷槽の温度に基づいて前記第1及び第2の
制御弁を制御する制御装置を備えたことを特徴とするガ
スタービン発電システム。 - 【請求項3】空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮空
気を冷却するおよび、または液化空気を気化して該気化
空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄冷槽で冷却された
空気を液化する装置と、前記液化された液体空気を貯蔵
する貯蔵槽と、空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより駆動されるガスター
ビンとを備えたガスタービン発電システムにおいて、 前記蓄冷槽で加熱気化された空気の少なくとも一部と、
前記空気圧縮機で圧縮された空気の少なくとも一部とを
前記蓄冷槽の温度に基づいて混合させて供給する手段を
備えたことを特徴とするガスタービン発電システム。 - 【請求項4】空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮空
気を冷却するおよび、または液化空気を気化して該気化
空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄冷槽で冷却された
空気を液化する装置と、前記液化された液体空気を貯蔵
する貯蔵槽と、空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより駆動されるガスター
ビンとを備えたガスタービン発電システムにおいて、 前記空気圧縮機で圧縮された空気を前記蓄冷槽に導く第
1の経路の途中から分岐し、前記蓄冷槽で気化された空
気を前記燃焼器に導く第2の経路の途中に連通する第3
の経路を設置し、前記蓄冷槽で気化され前記燃焼器に供
給される空気の流量を制御する第1の制御手段と、前記
空気圧縮機で圧縮された空気の流量を制御する第2の制
御手段を夫々備えたことを特徴とするガスタービン発電
システム。 - 【請求項5】空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から
導かれる空気を冷却するおよび、または液体空気を気化
して該気化空気の冷熱を貯蔵する第1の蓄冷槽と、該第
1の蓄冷槽で冷却された空気を液化する装置と、前記液
化された液体空気を貯蔵する貯蔵槽と、空気に燃料を混
合して燃焼する燃焼器と、該燃焼器に供給される燃料の
冷熱を貯蔵して前記圧縮機に導く空気を冷却する第2の
蓄冷槽と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより駆動され
るガスタービンと、前記第1の蓄冷槽で気化され前記燃
焼器に導かれる空気の流量を制御する第1の制御手段
と、前記空気圧縮機で圧縮され前記燃焼器に導かれる空
気の流量を制御する第2の制御手段とを備えたことを特
徴とするガスタービン発電システム。 - 【請求項6】前記第1及び第2の制御手段は、前記蓄冷
槽で気化された空気の流量または、および前記空気圧縮
機で圧縮された空気の流量を、前記蓄冷槽で気化された
気化空気の温度に基づいて制御することを特徴とする請
求項1に記載のガスタービン発電システム。 - 【請求項7】前記第1及び第2の制御手段は、前記蓄冷
槽で気化され前記燃焼器に導かれる空気の流量と、前記
空気圧縮機で圧縮され前記燃焼器に導かれる空気の流量
の合計値が所定値に制御することを特徴とする請求項1
に記載のガスタービン発電システム。 - 【請求項8】前記燃焼器に供給する燃料は液化天然ガス
であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記
載のガスタービン発電システム。 - 【請求項9】前記ガスタービン発電システムは、前記燃
焼器に供給される燃料と前記空気圧縮機に供給される空
気とを熱交換する熱交換器を備えたことを特徴とする請
求項1から4のいずれかに記載のガスタービン発電シス
テム。 - 【請求項10】空気を圧縮する空気圧縮機と、液体空気
製造時に圧縮空気を冷却し、気化空気製造時に液体空気
を気化して該気化空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄
冷槽で冷却された空気を液化する装置と、前記液化され
た空気を貯蔵する貯蔵槽と、空気に燃料を混合して燃焼
する燃焼器と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより駆動
されるガスタービンとを備えたガスタービン発電システ
ムの運転方法において、 前記蓄冷槽で気化され前記燃焼器に導かれる空気の流量
と、前記空気圧縮機で圧縮され前記燃焼器に導かれる空
気の流量を前記蓄冷槽の温度に基づいて制御することを
特徴とするガスタービン発電システムの運転方法。 - 【請求項11】空気を圧縮する空気圧縮機と、前記圧縮
空気を冷却するおよび、または液化空気を気化して該気
化空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽と、該蓄冷槽で冷却され
た空気を液化する装置と、前記液化された液体空気を貯
蔵する貯蔵槽と、空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器
と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスにより駆動されるガス
タービンとを備えたガスタービン発電システムの運転方
法において、 前記蓄冷槽で気化され前記燃焼器に導かれる空気の流量
と、前記空気圧縮機で圧縮され前記燃焼器に導かれる空
気の流量の合計値を所定値に制御することを特徴とする
ガスタービン発電システムの運転方法。
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JP15112099A JP3777875B2 (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | ガスタービン発電システムおよびその運転方法 |
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