(57)【要約】  ガスタービンシステム（５００Ａ）の運転状態に応じて、太陽熱エネルギを利用して生成された高圧温水を使用できない場合にも、出力増加の要求に対応可能なガスタービンシステムを提供する。  ガスタービンシステム（５００Ａ）において、太陽熱を利用した集熱装置（２００）で第１の高圧温水を生成するとともに、ガスタービン（１０３）の燃焼排ガスの一部を、ダンパ（１１０ａ）を開いて排気ダクト（１１０Ａ）を通じて熱交換器（１３０）へ導入し、熱交換器（１３０）で第２の高圧温水を生成する。そして、流量調整弁（１２９），（１３２）の開度を制御装置（１４５Ａ）で制御して圧縮機（１０１）で吸引する吸気（１０６）中に高圧温水を噴霧する。
2012042652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、該燃焼器からの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システムにおいて、
太陽熱エネルギを利用して第１の高圧温水を生成する第１の高圧温水生成手段と、
前記ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水を生成する第２の高圧温水生成手段と、
前記第１の高圧温水と前記第２の高圧温水を任意の割合で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、
前記高圧温水取得調整手段により調整された前記第３の高圧温水を前記圧縮機の吸気に噴霧する噴霧装置と、を備えたことを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項２】
前記噴霧装置から前記第３の高圧温水を噴霧させないようにする噴霧停止手段を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガスタービンシステム。
【請求項３】
前記高圧温水取得調整手段は、
前記第１の高圧温水生成手段及び前記第２の高圧温水生成手段に給水するポンプと、
前記第１の高圧温水の流量を制御する第１の流量調整弁と、
前記第２の高圧温水の流量を制御する第２の流量調整弁と、
前記第１及び第２の流量調整弁の開度及び前記ポンプの回転速度を制御する制御装置とを、有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガスタービンシステム。
【請求項４】
前記第２の高圧温水生成手段は、排熱回収ボイラであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガスタービンシステム。
【請求項５】
前記噴霧装置から前記所要の流量の高圧温水を前記圧縮機の吸気に噴霧した結果、冷却された吸気温度を検出する圧縮機入口吸気温度を検出する圧縮機入口吸気温度センサを備え、
前記高圧温水取得調整手段は、予め設定された目標温度に前記圧縮機入口吸気温度を制御すること特徴とする請求の範囲第１項に記載のガスタービンシステム。
【請求項６】
吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、
該圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、
該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、
太陽熱エネルギを利用して第１の高圧温水生成する第１の高圧温水生成手段と、
前記ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水生成する第２の高圧温水生成手段と、
前記第１の高圧温水と前記第２の高圧温水を任意の比で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、
前記高圧温水取得調整手段により調整された前記第３の高圧温水を前記圧縮機の吸気に噴霧する噴霧装置と、を備え、
前記高圧温水取得調整手段は、
前記第１の高圧温水生成手段及び前記第２の高圧温水生成手段に給水するポンプと、
前記流量を制御する第１の流量調整弁と、
前記第２の高圧温水の流量を制御する第２の流量調整弁と、
前記第１及び第２の流量調整弁の開度及び前記ポンプの回転速度を制御する制御装置とを、有するガスタービンシステムの制御方法において、
前記制御装置は、
前記第１の高圧温水の温度と流量をそれぞれセンサで検出するとともに、前記第２の高圧温水の温度と流量をそれぞれセンサで検出し、
更に、前記噴霧装置に供給される前記第３の高圧温水の温度と流量と圧力をそれぞれセンサ検出し、
前記所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水となるように前記ポンプの回転速度と前記第１及び第２の流量調整弁の開度を調整することを特徴とするガスタービンシステムにおける制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱エネルギをガスタービンに利用したガスタービンシステム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化物質の一つである二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量をできる限り抑制することが求められている。このような動向の中、再生可能エネルギの代表例としては、水力、風力、地熱、太陽（光／熱）エネルギ等が存在するが、これらの中でも特に太陽熱を利用した発電システムは、集熱装置で集熱して発生させた蒸気により蒸気タービンを駆動する方式が一般的である。この種の従来技術としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。【０００３】
一方、天然ガスや石油等の化石資源を燃料とする発電システムとして、ガスタービンシステムがある。
なお、ガスタービンシステムでは、夏場等大気温度が上昇する条件では圧縮機における空気の吸気量が減少し、それにともなってガスタービンの出力も低下することが知られている。大気温度の上昇にともなうガスタービンシステムの出力低下を抑制する手段の一つとして、例えば、特許文献２に記載の技術がある。特許文献２に記載の技術は、具体的には、コンバインドサイクルプラントの圧縮機の吸気に水を噴霧してその気化熱で吸気を冷却して出力向上を図るものである。そこには、ガスタービンの燃焼排ガスで生成された蒸気を圧縮機の吸気に噴霧する技術の記載もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３９３６７号公報
【特許文献２】特開平９−２３６０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記した太陽熱利用発電システムでは、蒸気の熱源である太陽熱を集熱するための集熱装置が必要となる。集熱方式としては、曲面鏡の前に設置した集熱管に太陽光を集光させて集熱するトラフト型、ヘリオスタットと呼ばれる多数の平面鏡で反射させた太陽光をタワーに集光させるタワー型等各種の方式が存在する。しかしながら、集熱方式を問わず、蒸気タービンを高効率化、すなわちより高温の蒸気を得て蒸気タービンを駆動させる、又は高出力化するためには、膨大な規模の集熱装置（反射鏡）が必要となる。これは、すなわち、集熱装置を設置するために広大な敷地が必要であることを意味する。例えば、出力５０ＭＷの太陽熱利用発電システムの場合、集熱装置の設置面積として１．２平方キロメートルが必要と言われている。【０００６】
一方、太陽熱発電システムをコストの面から評価すると、設置される集熱装置（反射鏡）の規模が膨大である故、システム全体に占める集熱装置のコストの割合は８０％程度になっているのが現状である。このため、コスト低減を図るためには集熱装置の規模を大幅に削減する必要があるが、集熱装置の規模の縮小は、太陽熱利用発電システムにおける高効率化、高出力化の目的とは相反する課題となっていた。【０００７】
また、特許文献２に記載の技術では、出力低下を抑制するために、圧縮機へ吸引される吸気ダクト内の空気に常温水を噴霧するが、本来、計画されていない運転範囲、例えば吸気温度が低い状態にて本技術を用いた場合には、次のような課題がある。
圧縮機内部でエロージョンを生じさせるような大きさの液滴を形成させず、速やかに噴霧水を気化させることが、吸気の温度低下、圧縮機の健全性の観点から望ましい。つまり、常温水を圧縮機の吸気内に噴霧する場合は、気化潜熱による吸熱作用で噴霧された常温水の液滴が氷点下となり、圧縮機の入口部で氷結し易い上に、噴霧後の液滴の粒径が小さくなりにくく、圧縮機内部での速やかな気化が望めない状態が生じ得る。【０００８】
そのため、高圧温水を吸気ダクト内に噴霧することが望ましい。すなわち、例えば、１５０〜２００℃の高圧温水の有する熱量の約７０〜８０％が気化潜熱であることを利用して、高圧状態から大気圧状態へと急激に減圧させて高圧温水を減圧沸騰させる。この場合、高圧温水の減圧沸騰では、液滴の微粒子化が促進され、圧縮機内部で速やかに気化できる。
しかし、高圧温水の生成に化石燃料を用いると、二酸化炭素が増加することになる。【０００９】
そこで、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された空気を供給して燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、太陽熱を集熱して高圧温水を生成する集熱装置と、圧縮機に取り込まれる空気に、集熱装置で生成された高圧温水を噴霧する噴霧装置と、を含む、ガスタービンシステムが考えられる。
このような構成により、集熱装置の規模、例えば、集光鏡の数を大幅に低減し、集熱装置の設置に要する敷地面積を大幅に縮小化した太陽熱エネルギを利用したガスタービンシステムが提供できる。【００１０】
しかしながら、このような太陽熱エネルギを利用したガスタービンシステムでも、日射量が少ないが大気温度は高い場合に、そのときの発電機の出力目標値を達成できるだけの高圧温水を太陽熱エネルギの利用のみで生成して吸気に噴霧することができない場合がある。【００１１】
本発明の目的は、ガスタービンシステムの運転状態に応じて、太陽熱エネルギを利用して生成された高圧温水が不足する場合にも、出力増加の要求に対応可能なガスタービンシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求の範囲第１項に係る発明は、吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、燃焼器からの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システムにおいて、太陽熱エネルギを利用して第１の高圧温水を生成する第１の高圧温水生成手段と、ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水を生成する第２の高圧温水生成手段と、第１の高圧温水と第２の高圧温水を任意の割合で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、高圧温水取得調整手段により調整された第３の高圧温水を圧縮機の吸気に噴霧する噴霧装置と、を備えたことを特徴とする。【００１３】
請求の範囲第１項に記載の発明によれば、太陽熱エネルギを利用して第１の高圧温水生成する第１の高圧温水生成手段と、前記ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水生成する第２の高圧温水生成手段と、前記第１の高圧温水と前記第２の高圧温水を任意の比で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、を備えているので、第１の高圧温水生成手段による高圧温水が不足する場合も第２の高圧温水生成手段からの高圧温水生成手段からの高圧温水が供給でき、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水に調整して噴霧装置から噴霧して、圧縮機に吸引される吸気の温度を低下できる。【００１４】
請求の範囲第６項に係る発明は、吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、太陽熱エネルギを利用して第１の高圧温水生成する第１の高圧温水生成手段と、ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水生成する第２の高圧温水生成手段と、第１の高圧温水と前記第２の高圧温水を任意の比で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、高圧温水取得調整手段により調整された前記第３の高圧温水を前記圧縮機の吸気に噴霧する噴霧装置と、を備え、高圧温水取得調整手段は、第１の高圧温水生成手段及び前記第２の高圧温水生成手段に給水するポンプと、流量を制御する第１の流量調整弁と、第２の高圧温水の流量を制御する第２の流量調整弁と、第１及び第２の流量調整弁の開度及びポンプの回転速度を制御する制御装置とを、有するガスタービンシステムの制御方法において、
制御装置は、第１の高圧温水の温度と流量をそれぞれセンサで検出するとともに、第２の高圧温水の温度と流量をそれぞれセンサで検出し、更に、前記噴霧装置に供給される第３の高圧温水の温度と流量と圧力をそれぞれセンサ検出し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水となるようにポンプの回転速度と第１及び第２の流量調整弁の開度を調整することを特徴とする。【００１５】
請求の範囲第６項に記載の発明によれば、制御装置は、第１の高圧温水の温度と流量をそれぞれセンサで検出するとともに、第２の高圧温水の温度と流量をそれぞれセンサで検出し、更に、噴霧装置に供給される第３の高圧温水の温度と流量と圧力をそれぞれセンサ検出し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水となるようにポンプの回転速度と第１及び第２の流量調整弁の開度を調整することができるので、第１の高圧温水生成手段が生成する第１の高圧温水の温度や流量が不足しても、第２の高圧温水生成手段が生成する第２の高圧温水の温度や流量と混合して、第３の高圧温水として要求される圧力、温度、及び流量を満たして圧縮機の吸気に噴霧させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ガスタービンシステムの運転状態に応じて、太陽熱エネルギを利用して生成された高圧温水が不足する場合にも、出力増加の要求に対応可能なガスタービンシステム及びその制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１及び第２の実施形態に係るガスタービンシステムの構成図である。
【図２】第１の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
【図３】第１の実施形態のガスタービンシステムの出力制御特性の説明図である。
【図４】第２の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
【図５】第２の実施形態のガスタービンシステムにおける燃料節約運転モードと節水運転モードとの切替による燃料噴射率の変化の説明図である。
【図６】第３及び第４の実施形態に係るガスタービンシステムの構成図である。
【図７】第３の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
【図８】第４の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
【図９】第５及び第６の実施形態に係るガスタービンシステムの構成図である。
【図１０】第５の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
【図１１】第６の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
《第１の実施形態》
図１から図３を参照し、本発明の第１の実施形態に係るガスタービンシステム５００Ａを説明する。図１は、第１及び第２の実施形態に係るガスタービンシステムの構成図である。
図１に示すように、本実施形態のガスタービンシステム５００Ａは、主に、ガスタービン装置１００、太陽熱を集熱して高圧温水を生成する集熱装置（第１の高圧温水生成手段）２００、ガスタービン装置１００の燃焼排ガスの熱を利用して高圧温水を生成する熱交換器（第２の高圧温水生成手段）１３０、集熱装置２００で生成された高圧温水を吸気１０６に噴霧する噴霧する噴霧装置３００、制御装置１４５Ａ（高圧温水取得調整手段）を含んで構成される。
【００１９】
（吸気ダクトと噴霧装置）
ガスタービン装置１００において、圧縮機１０１の上流側には、例えば、流れ方向に垂直な横断面が矩形の吸気ダクト１０５が設けられている。吸気ダクト１０５の入口側には、例えば、ルーバー（図示せず）が設けられ、更に塵埃の除去のためのフィルタ（図示せず）が配置されている。吸気ダクト１０５には、更に、フィルタの下流側（圧縮機１０１側）に、吸気１０６に高圧温水を噴霧する噴霧ノズル１３５を、例えば、格子状に配置し、各噴霧ノズル１３５に高圧温水を供給する噴霧母管１３４を配置し、噴霧装置３００を構成している。図１では簡単化のため噴霧母管１３４は１段で表示してあるが、吸気１０６の流れ方向に多段に配置しても良い。
【００２０】
図１の吸気ダクト１０５は、噴霧母管１３４、噴霧ノズル１３５を表示するため、部分断面図で示してある。噴霧ノズル１３５からは減圧沸騰して微小液滴又は気化した噴霧水１３６を放射状の点線で示してある。
なお、高圧温水を減圧沸騰させて噴霧ノズル１３５から噴霧するので、微小液滴は、圧縮機１０１のエロージョンを生じさせることはない。
吸気ダクト１０５に図示しないフィルタやサイレンサが設置されている場合は、噴霧装置３００は、フィルタやサイレンサよりも吸気１０６の流れの下流側に設置することが望ましい。
【００２１】
（圧縮機、燃焼器、ガスタービン）
大気条件の吸気１０６は、吸気ダクト１０５内で噴霧装置３００からの噴霧水で冷却された吸気１３７（吸気１０６と噴霧水との混合気）となって圧縮機１０１に吸引され、圧縮機１０１で加圧された後、圧縮空気１０７となって燃焼器１０２へ流入する。燃焼器１０２において圧縮空気１０７と、流量調整弁１１２を介して供給された燃料１０８とが混合されて燃焼し、高温高圧の燃焼ガス１０９が発生する。燃焼ガス１０９はガスタービン１０３へ流入し、ガスタービン１０３を回転駆動し、ガスタービン１０３と軸を接続された発電機１０４を回転させて発電する。ガスタービン１０３を駆動した燃焼ガスは、燃焼排ガスとなってガスタービン１０３より排気ダクト１１０Ｂを経て、例えば、図示しない排熱回収ボイラに導入される。また、圧縮機１０１は、ガスタービン１０３の駆動軸１１１により回転駆動される。
前記した排気ダクト１１０Ｂには、制御装置１４５Ａによってその開度が調整されるダンパ１１０ａが設置され、ダンパ１１０ａが開いているとき、ガスタービン１０３の燃焼排ガスの一部は、排気ダクト１１０Ａを通じて後記する熱交換器１３０に導かれる。
【００２２】
（集熱装置２００と太陽熱利用高圧温水噴霧系）
次に、太陽熱エネルギを利用した集熱装置２００と太陽熱利用高圧温水噴霧系の構成について説明する。
常温水を貯留する水タンク１２０内の水は、配管１２１を経てポンプ（高圧温水取得調整手段）１２２に給水され、ポンプ１２２にて昇圧され、配管１２３及び流量調整弁（高圧温水取得調整手段）１２４、配管１２５Ａの順に送水され、配管１２５Ａで分岐して配管１２５Ｂにて集熱管１２７に圧送される。集熱管１２７には集光板１２６によって集光された太陽Ｓの太陽光が照射される。その集光板１２６によって集光され照射された太陽光の熱によって集熱管１２７内に供給された水は加熱され、高圧温水（第１の高圧温水）となる。集熱管１２７内の高圧温水は配管１２８、流量調整弁（高圧温水取得調整手段、第１の流量調整手段）１２９、配管１３３Ａ、配管１３３Ｃの順に圧送され、前記した噴霧母管１３４に最終的に供給される。
【００２３】
ここで、集光板１２６と集熱管１２７が集熱装置２００を構成するが、この集熱装置２００としては、具体的には、例えば、集熱管１２７に沿って集光板１２６として曲面鏡を配置して太陽光を曲面鏡の線状の焦点の位置の集熱管１２７に集める構成（トラフ式集熱装置）、集光板１２６として平面鏡をほぼＶ字形に配置して、集熱管１２７をＶ字形に配置した平面鏡で集光する部分に配置する構成や、平面型のフレネルレンズの焦点に集熱管１２７を配置する構成、３次元のパラボラ形に集光板１２６である複数の曲面鏡又は平面鏡を配して、そのパラボラ形の焦点に円盤型の集熱管１２７を配置した構成（ディッシュ式集熱装置）等が考えられる。
図１では、集熱装置２００として代表的に１つのユニットだけを表示してあるが、普通は複数のユニットがシリーズ又はパラレルに集熱管１２７が配管接続されるように設置され、そこで生成された高圧温水が配管１２８に合流するように構成されている。ディッシュ式集熱装置やタワー式集熱装置の場合は１つのユニットでも可能である。
【００２４】
（排ガス加熱高圧温水噴霧系）
また、前記した配管１２５Ａから配管１２５Ｃに分岐された常温水は、熱交換器１３０において、前記したダンパ１１０ａにより一部抽出され、排気ダクト１１０Ａにより導かれた燃焼排ガスにより加熱され、高圧温水となる。
前記した排気ダクト１１０Ｂには、制御装置１４５Ａによってその開度が調整されるダンパ１１０ａが設置され、ダンパ１１０ａが開いているとき、ガスタービン１０３の燃焼排ガスの一部は、熱交換器１３０に導かれ、常温水を貯留した水タンク１２０から供給された常温水を、後記する流量調節弁（高圧温水取得調整手段、第２の流量調整手段）１３２が開状態のとき熱交換器１３０で加熱して、高圧温水（第２の高圧温水）を生成する。熱交換器１３０を通過した燃焼排ガス１１３は、そのまま大気放出される。熱交換器１３０で生成された高圧温水は、配管１３１、流量調整弁１３２、配管１３３Ｂを経て、配管１３３Ｃで集熱装置２００からの高圧温水と合流し、混合された高圧温水（第３の高圧温水）となる。
【００２５】
ここで、水タンク１２０、配管１２１、ポンプ１２２、配管１２３、流量調整弁１２４、配管１２５Ａ，１２５Ｂ、集熱管１２７、配管１２８、流量調整弁１２９、配管１３３Ａ，１３３Ｃ、噴霧母管１３４、噴霧ノズル１３５が、太陽熱利用高圧温水噴霧系を構成している。また、水タンク１２０、配管１２１、ポンプ１２２、配管１２３、流量調整弁１２４、配管１２５Ａ，１２５Ｃ、流量調整弁１３２、熱交換器１３０、配管１３１，１３３Ｂ，１３３Ｃ、噴霧母管１３４、噴霧ノズル１３５が、排ガス加熱高圧温水噴霧系を構成している。
【００２６】
（計測センサ）
ガスタービンシステム５００Ａには様々な計測センサが備え付けられており、流体の温度、圧力、流量や、発電機１０４での発電量（出力）を計測し、制御装置１４５Ａに計測した信号を送り、前記したポンプ１２２の駆動を制御したり、流量調整弁１１２、１２４，１２９，１３２，ダンパ１１０ａの開度を調整したりしている。
図１には、代表的な計測センサを例示する。
集熱装置２００の集熱管１２７からの高圧温水を集める配管１２８には、太陽熱エネルギで加熱された高圧温水の温度を計測する温度センサ４３と高圧温水の流量を計測する流量センサ４４が設けられている。また、集熱装置２００の近傍には、太陽Ｓの照射量を計測する光量センサ４２が設けられ、集熱装置２００における高圧温水の生成率を制御装置１４５Ａで演算可能になっている。
【００２７】
水タンク１２０には温度センサ４１が設けられ、水温ＴＷ０を示す信号を制御装置１４５Ａへ送信する。配管１２８には、温度センサ４３と流量センサ４４が設けられ、温度センサ４３は温度ＴＷＨ１を示す信号を、流量センサ４４は、計測した体積流量から温度センサ４３による温度の密度補正をした質量流量ＧＷＨ１を示す信号を、それぞれ制御装置１４５Ａへ送信する。
配管１３１には、温度センサ４７と流量センサ４８が設けられ、温度センサ４７は温度ＴＷＨ２を示す信号を、流量センサ４８は、計測した体積流量から温度センサ４７による温度の密度補正をした質量流量ＧＷＨ２を示す信号を、それぞれ制御装置１４５Ａへ送信する。
配管１３３Ｃには、温度センサ１３８と圧力センサ１３９と流量センサ１４０が設けられ、温度センサ１３８は高圧温水の温度ＴＷＨを示す信号を、圧力センサ１３９は高圧温水の圧力ＰＷＨを示す信号を、流量センサ１４０は、計測した体積流量から温度センサ１３８による温度の密度補正をした高圧温水の質量流量（高圧温水噴霧率）ＧＷＨを示す信号を、それぞれ制御装置１４５Ａへ送信する。
【００２８】
吸気ダクト１０５の入口側には大気条件の吸気１０６の温度を計測する温度センサ１４１が設けられており、その温度ＴｉＡｉｒを示す信号が、制御装置１４５Ａへ送信される。
図１では、温度センサ１４１は、吸気ダクト１０５の外側に設けられているが、実際には、ルーバーより下流側の太陽光や雨水の当たらない箇所に、また、当然、噴霧装置３００よりも上流側に設置されている。
温度センサ１４１は、夏場等の気温が高い場合、圧縮機１０１の入口温度が大気条件のままであれば、空気密度が低下して圧縮機１０１の吸入空気流量が減少した分だけ、ガスタービン１０３の出力の低下とともに外部に取り出せる出力が減少するので、大気温度の上昇によるガスタービン１０３の出力低下を補償するため、高圧温水を噴霧装置３００から吸気ダクト１０５内に噴霧することにより、蒸発潜熱の効果で圧縮機１０１の入口の空気温度を低下させる制御に用いられる。
【００２９】
発電機１０４には、発電量を検出する出力センサ１４３が設けられ、制御装置１４５Ａへ発電機出力ＭＷｏｕｔを示す信号が制御装置１４５Ａへ送信される。
また、ガスタービン装置１００には、燃焼器１０２に供給される燃料１０８の質量流量を計測する流量センサ１４２が設けられ、質量流量Ｇｆを示す信号が制御装置１４５Ａへ送信される。この信号は、燃焼器１０２に供給される燃料１０８の質量流量を流量調整弁１１２で制御する流量調整弁１１２の開度フィードバック制御に用いられる。
ちなみに、図１では、燃料供給系のポンプやタンクは省略されている。
【００３０】
また、図１では省略されているが、ポンプ１２２の回転速度やオン・オフ状態を検知するセンサが設けられるとともに、流量調整弁１１２，１２４，１２９，１３２の弁開度を検出する弁開度センサ、ダンパ１１０ａの開度を検出する角度センサが設けられ、それぞれの信号が制御装置１４５Ａに入力されている。
なお、図１において、制御装置１４５Ａによって制御されるポンプ１２２、流量調節弁１１２，１２４，１２９，１３２及びダンパ１１０ａへの制御信号は、代表的に符号１４４で示してあるが、後記する図２の説明では区別して表示してある。
【００３１】
（制御装置）
次に、図２を参照しながら制御装置１４５Ａの機能構成について説明する。図２は、第１の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
制御装置１４５Ａは、図示省略の制御装置本体とコンソールとで構成されている。制御装置１４５Ａは、例えば、プロセスコンピュータであり、コンソールは、表示装置と入力装置で構成されている。表示装置は例えば、液晶表示装置であり、入力装置は、例えば、マウスとキーボードで構成されている。
制御装置本体は、例えば、図示省略の入力インタフェース、出力インタフェース、コンソール用入出力インタフェース、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク記憶装置等を有しており、ハードディスク記憶装置に記憶された図示しないプログラムやデータを読み出してＣＰＵで実行することにより、後記する各機能構成を実現する。
【００３２】
入出力インタフェースは、前記した各種センサ４１，４２、４３，４４，４７，４８，１３８，１３９，１４０，１４１，１４２，１４３からの計測信号が入力される。
更に、指令器２０１が受信する出力目標値ＭＷＤが入力インタフェースに入力される。
ちなみに、指令器２０１は、無線通信やインターネット回線等で、例えば、給電指令室と通信する。
【００３３】
コンソール用入出力インタフェースは、コンソールの前記した入力装置からの指示が入力され、表示装置へのガスタービンシステムの運転状態等を示す表示データを出力する。
【００３４】
出力インタフェースは、流量調整弁１１２，１２４，１２９，１３２及びダンパ１１０ａへの開度制御信号を出力し、ポンプ１２２への起動、停止、回転速度制御信号を出力する。
【００３５】
図２に示すように、制御装置１４５ＡのＣＰＵが、プログラムを実行することによって実現される機能として、主に、制御目標値発生部２０２Ａ，２０８Ａ、減算器１５１，１５２，１５３、制御部２０３，２０４，２０６、信号発生部２０５，２０７を含んで構成されている
制御目標値発生部２０２Ａは、指令器２０１から入力された出力目標値（目標発電出力）ＭＷＤと、出力センサ１４３で計測された発電機出力ＭＷｏｕｔ、温度センサ１４１で計測された吸気温度ＴｉＡｉｒを引数とし、目標燃料噴射率（燃料質量流量）ＧＴｆを演算する燃料噴射制御部２０２ａと、出力目標値ＭＷＤと、発電機出力ＭＷｏｕｔ、吸気温度ＴｉＡｉｒを引数とし、噴霧装置３００からの高圧温水噴霧率（質量流量）の目標値（目標噴霧率）ＧＴＷＨを演算する高圧温水噴霧率制御部２０２ｂとを有している。
【００３６】
以下に、より具体的に制御目標値発生部２０２Ａにおける演算方法を説明する。
制御目標値発生部２０２Ａの燃料噴射制御部２０２ａは、先ず、出力目標値ＭＷＤ及び吸気温度ＴｉＡｉｒに基づいて、高圧温水を噴霧しない従来のガスタービン発電システムにおける目標燃料噴射率ＧＴｆを計算する。高圧温水噴霧率制御部２０２ｂは、次いで、出力目標値ＭＷＤ、現在の発電機出力ＭＷｏｕｔ、吸気温度ＴｉＡｉｒを入力し、ガスタービンシステム５００Ａの出力レベル、例えば、５０％定格出力未満の低レベル出力、５０〜８０％定格出力の中レベル出力、８０％定格出力以上の高レベル出力の出力帯や、ガスタービンシステム５００Ａの機械的制約を勘案して噴霧する高圧温水の目標噴霧率ＧＴＷＨを決定する。次に、燃料噴射制御部２０２ａは、高圧温水を目標噴霧率ＧＴＷＨで噴霧した際に得られる燃料消費量低減効果を計算し、高圧温水噴霧のない従来のガスタービン発電システムにおける目標燃料噴射率ＧＴｆを補正して新たな目標燃料噴射率ＧＴｆとして、減算器１５１に出力する。
【００３７】
また、制御目標値発生部２０２Ａは、目標噴霧率ＧＴＷＨを高圧温水噴霧率制御部２０２ｂおいて演算し、減算器１５２に出力するとともに、制御目標値発生部２０８Ａに出力する。
制御部２０３では、減算器１５１で演算された目標燃料噴射率ＧＴｆと、流量センサ１４２で計測された燃料噴射率Ｇｆとの偏差により流量調整弁１１２の弁開度の制御指令１４４Ｖｆが計算され、燃料噴射率Ｇｆを調整する。一方、制御部２０４では、目標噴霧率ＧＴＷＨと流量センサ１４０で計測された高圧温水噴霧率ＧＷＨとの偏差によりポンプ１２２の回転速度の制御指令１４４Ｐが計算され、高圧温水霧率ＧＷＨを調整する。ここで、制御部２０３，２０４は、比例積分制御（ＰＩ制御）を行う。
ちなみに、減算器１５１の偏差が正値のとき流量調整弁１１２の開度は減じられ、偏差が負値のとき流量調整弁１１２の開度は増加するように制御される。減算器１５２の偏差が正値のときポンプ１２２の回転速度は減じられ、偏差が負値のときポンプ１２２の回転速度は増加するように制御される。
【００３８】
信号発生部２０５には吸気ダクト１０５内部に噴霧するのに適した噴霧圧ＰＷＨの目標値（目標噴霧圧）ＰＴＷＨが予め記憶格納され、目標噴霧圧ＰＴＷＨが減算器１５３に入力される。減算器１５３では、目標噴霧圧ＰＴＷＨと圧力センサ１３９で計測された噴霧圧ＰＷＨとの偏差が演算される。制御部２０６では、減算器１５３で演算された偏差により流量調整弁１２４の弁開度の制御指令１４４Ｖ１が計算され、噴霧圧ＰＷＨを調整する。
ちなみに、減算器１５３の偏差が正値のとき流量調整弁１２４の開度は減じられ、偏差が負値のとき流量調整弁１２４の開度は増加するように制御される。
【００３９】
信号発生部２０７には吸気ダクト１０５内部に噴霧するのに適した高圧温水の温度の目標値（目標高圧温水温度）ＴＴＷＨが予め記憶格納されている。
制御目標値発生部２０８Ａは、流量制御部２０８ａとダンパ制御部２０８ｂを含んで構成されている。流量制御部２０８ａは、光量センサ４２で計測された太陽熱照射量、温度センサ４３で計測された集熱装置２００で生成された高圧温水の温度ＴＷＨ１、流量センサ４４で計測された質量流量ＧＷＨ１、温度センサ４７で計測された熱交換器１３０で生成された高圧温水の温度ＴＷＨ２、流量センサ４８で計測された質量流量ＧＷＨ２、温度センサ１３８で計測された高圧温水の温度ＴＷＨに基づいて、温度センサ１３８で計測された高圧温水の温度ＴＷＨが目標高圧温水温度ＴＴＷＨとなるように流量調整弁１２９と流量調整弁１３２の弁開度を計算して、制御指令１４４Ｖ２，１４４Ｖ３を流量調整弁１２９、１３２にそれぞれ出力する。
【００４０】
具体的には、流量制御部２０８ａでは、光量センサ４２で計測された太陽熱照射量と、供給される水の温度ＴＷ０とに基づいて、集熱装置２００において目標高圧温水温度ＴＴＷＨ、例えば、１５０℃の高圧温水の生成率、及び、目標高圧温水温度ＴＴＷＨが達成できない場合の高圧温水の温度を算出可能なマップデータ（図示省略）が予め記憶格納されている。そして、流量制御部２０８ａは前記マップデータにより集熱装置２００の目標高圧温水温度ＴＴＷＨが目標値に追従するための流量調整弁１２９から流入する集熱装置２００からの高圧温水のみで温度センサ１３８で計測された高圧温水の温度ＴＷＨが、目標高圧温水温度ＴＴＷＨにできるか計算し、可能であればこれを実現する流量調整弁１２９の弁開度とする制御指令１４４Ｖ２として出力する。
【００４１】
なお、集熱装置２００が太陽Ｓから充分な熱量を得られず、目標高圧温水温度ＴＴＷＨの高圧温水の生成率が目標噴霧率ＧＴＷＨを下回る場合や、目標高圧温水温度ＴＴＷＨ未満の温度の高圧温水しか生成できない場合には、流量調整弁１３２を開とし、配管１３３Ｃで集熱装置２００からの高圧温水と熱交換器１３０からの高圧温水を混合して所要の目標高圧温水温度ＴＴＷＨの所要の目標噴霧率ＧＴＷＨの高圧温水とする。
この制御は、温度センサ４３，流量センサ４４，温度センサ４７，流量センサ４８により、集熱装置２００からの高圧温水の温度ＴＷＨ１と質量流量ＧＷＨ１、熱交換器１３０からの高圧温水の温度ＴＷＨ２と質量流量ＧＷＨ２がそれぞれ計測されているので、容易に算出制御できる。
【００４２】
ダンパ制御部２０８ｂは、流量調整弁１３２への弁開度制御指令１４４Ｖ３に基づいて、ダンパ１１０ａの開度を高圧温水の温度ＴＷＨが目標高圧温水温度ＴＴＷＨとなるように、例えば、所定の比例関数で追従制御する。
なお、図２の制御部２０３、２０４、２０６及びダンパ制御部２０８ｂは、ＰＩ制御で例示したが、操作量を目標値に調整するための制御方法を限定するものではない。
【００４３】
次に図３に基づいて本実施形態のガスタービンシステム５００Ａの出力制御特性について説明する。
図３は、第１の実施形態のガスタービンシステムの出力制御特性の説明図である。横軸は時刻を縦軸は発電機出力ＭＷｏｕｔ（単位：ＭＷ）、燃料噴射率Ｇｆ（単位：ｋｇ／ｓｅｃ）、高圧温水噴霧率ＧＷＨ（単位：ｋｇ／ｓｅｃ）を示している。
【００４４】
図３は、夏季の大気温度上昇時における本実施形態の太陽熱利用ガスタービンシステムの制御特性を示したものであり、低出力の運転状態からから一点鎖線で示す指令器２０１の要求する出力目標値ＭＷＤにまで実際の発電機１０４（図１参照）の発電機出力ＭＷｏｕｔが上昇する時間推移を示すとともに、高圧温水噴霧率ＧＷＨの時間推移を示す。発電機出力ＭＷｏｕｔが高圧温水の噴霧可能な出力レベルに達してから高圧温水の噴霧を開始する制御をすると、燃料噴射率Ｇｆが一定でも高圧温水噴霧率ＧＷＨの増加につれて発電機出力ＭＷｏｕｔは増加する。その後、出力目標値ＭＷＤの増加に応じて高圧温水噴霧率ＧＷＨと燃料噴射率Ｇｆが増加制御される。高圧温水噴霧率ＧＷＨが出力目標値ＭＷＤに対応する所要値に達した後は、一定の高圧温水噴霧率ＧＷＨに固定制御される。
高圧温水の噴霧がなされない場合は、従来ガスタービン発電システムの最大出力以上の発電出力に到達できないが、本実施形態によれば、高圧温水噴霧による効果で従来ガスタービン発電システムの最大出力以上の出力目標値ＭＷＤに追従が可能である。
【００４５】
本実施形態によれば、図３に示すように制御装置１４５Ａにより目標噴霧圧ＰＴＷＨ及び目標高圧温水温度ＴＴＷＨへと制御された高圧温水は、噴霧ノズル１３５（図１参照）から噴出した直後に大気圧下まで減圧され、吸気ダクト１０５内部で減圧沸騰することで周囲の流体から吸熱する。これにより、吸気１０６と高圧温水が気化した噴霧水１３６との混合流の冷却された吸気１３７の温度が低下し、ガスタービン１０３の出力が向上する。その結果、燃料消費量を低減することができる。
【００４６】
高圧温水を得るための集熱装置２００における加熱量は水の顕熱分、例えば、１５０〜２００℃程度の高圧温水までのエンタルピ増加分であるので、太陽光の集光板１２６の面積は、蒸発潜熱までの加熱量を必要とする蒸気そのものを得る場合に比較して数分の一の設置スペースで済む。また、集熱装置２００における太陽熱による入熱が少ない場合も、熱交換器１３０を補助熱源として熱量を補償できるため、運転の安定化が図られる。
更に、圧縮機１０１の吸気温度を低下させるエネルギとして太陽熱とタービン１０３の排熱を利用しているので、温室効果ガスである二酸化炭素を増加せずに発電出力を向上でき、燃料消費量も削減でき、環境面で好ましいガスタービンシステムを提供できる。
【００４７】
《第２の実施形態》
次に、図１、図４、図５を参照しながら本発明の第２の実施形態に係るガスタービンシステム５００Ｂについて説明する。第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
図４は、第２の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。第１の実施形態における図２の制御装置１４５Ａと本実施形態の制御装置１４５Ｂとの異なる点は、以下の通りである。
本実施形態の制御装置１４５Ｂは、（１）運転モード選択部３０１と運転制御部３０２とを有し、（２）制御目標値発生部２０２Ａ，２０８Ａの代わりに制御目標値発生部２０２Ｂ，２０８Ｂを有している。
そして、制御目標値発生部２０２Ｂの燃料噴射制御部２０２ａ及び高圧温水噴霧率制御部２０２ｂは、運転制御部３０２から高圧温水を吸気ダクト１０５内に噴霧させない制御指令３０３（高圧温水不使用指令３０３）を受付け可能になっている。また、制御目標値発生部２０８Ｂの流量制御部２０８ａとダンパ制御部２０８ｂも運転制御部３０２から高圧温水を吸気ダクト１０５内に噴霧させない制御指令３０４（高圧温水不使用指令３０４）を受付け可能になっている。
【００４８】
運転モード選択部３０１は、コンソール１４５ａからの運転員の操作で、燃料節約運転モードと節水運転モードの切り替えの入力指令を受付け、熱交換器１３０（図１参照）の使用可否を選択する。
【００４９】
運転モード選択部３０１においてコンソール１４５ａからの燃料節約運転モードの指令が入力された場合には、運転モード選択部３０１の燃料節約運転モードの入力に応じて運転制御部３０２は、高圧温水不使用指令３０３，３０４を制御目標値発生部２０２Ｂ及び制御目標値発生部２０８Ｂへ出力しない。つまり、第１の実施形態と同じ制御を制御目標値発生部２０２Ｂ，２０８Ｂにおいて行う。
【００５０】
一方、節水運転モードの指令が運転モード選択部３０１に入力された場合には、運転モード選択部３０１の節水運転モードの入力に応じて運転制御部３０２は、高圧温水不使用指令３０３，３０４を制御目標値発生部２０２Ｂ，２０８Ｂに入力する。この場合、制御目標値発生部２０２Ｂの高圧温水噴霧率制御部２０２ｂは、高圧温水の目標噴霧率ＧＴＷＨの値を０として減算器１５２に出力する。これによりポンプ１２２が停止し、高圧温水の供給が遮断される。また、制御目標値発生部２０２Ｂの燃料噴射制御部２０２ａは、出力目標値ＭＷＤ、発電機出力ＭＷｏｕｔ、吸気温度ＴｉＡｉｒに基づいて、目標燃料噴射率ＧＴｆを従来のガスタービンシステムのように高圧温水を噴霧しない場合の目標燃料噴射率ＧＴｆを演算してそのまま減算器１５１に出力する。
【００５１】
更に、目標値発生部２０８Ｂに高圧温水不使用指令３０４が入力されると、目標値発生部２０８Ｂの流量制御部２０８ａは、流量調整弁１２９，１３２を所定の部分開度に固定し、ダンパ制御部２０８ｂは、排気ダクト１１０Ａ（図１参照）を全閉にするようにダンパ１１０ａを制御する。
ちなみに、流量調整弁１２９，１３２を所定の部分開度に固定するのは、流量調整弁１２９，１３２を全閉にすると、配管１２８，１３１等の圧力が高まり配管損傷を生じることを防止するためである。
【００５２】
図５は、第２の実施形態のガスタービンシステムにおける燃料節約運転モードと節水運転モードとの切替による燃料噴射率の変化の説明図である。横軸は時刻を縦軸は、発電機出力ＭＷｏｕｔ（単位：ＭＷ）、燃料噴射率Ｇｆ（単位：ｋｇ／ｓｅｃ）、高圧温水噴霧率ＧＷＨ（単位：ｋｇ／ｓｅｃ）を示している。
図５では、指令器２０１からの出力目標値ＭＷＤが一定の運転状態における本実施形態のガスタービンシステム５００Ｂにおける制御特性を示す。所定のタイミングで運転員がコンソール１４５ａ（図４参照）からの入力指令により燃料節約運転モードから節水運転モードへ切り替えた場合の燃料噴射率Ｇｆ、高圧温水噴霧率ＧＷＨ、発電機出力ＭＷｏｕｔの時間推移を示している。
節水運転モードに切り替わると、燃料消費量を低減する効果が失われるため燃料噴射率Ｇｆは増加するが、高圧温水噴霧率ＧＷＨが０となるため節水運転モードが実現する。
ちなみに、燃料節約運転モードと節水運転モードとの切り替えは、圧縮機１０１、ガスタービン１０３の運転特性から、所定の率で高圧温水噴霧率ＧＷＨを目標噴霧率ＧＴＷＨまで徐々に変化させ、燃料噴射率Ｇｆはその変化に追従して制御することが好ましい。
【００５３】
一方、図1において燃焼排ガスを高圧温水生成の熱源として利用しない場合、すなわち、本システムをコージェネレ―ションシステムや蒸気タービンコンバインドサイクルに適用する場合に、熱交換器１３０を不使用として燃焼排ガスを排気ダクト１１０Ｂに全量導くことになるので、燃焼排ガスの熱エネルギをタービン排気側に設置した排熱回収ボイラへと全量供給することができ、蒸気タービンによる発電量が増加する運転に有効である。
なお、運転モード選択部３０１への入力は本実施形態では、運転員が手動でコンソール１４５ａから入力するとしたがそれに限定されるものではない。制御装置１４５Ｂに接続された図示しない日照量、大気温度の情報を含む天気予報情報を受信する気象情報受信装置や電力需要、光量センサ４２等の外部情報から、制御装置１４５Ｂの運転モード選択部３０１において自動計算して自動設定しても良い。
このような燃料節約運転モードと節水運転モードとの切替は、部分出力運転において高圧温水の吸気１０６への噴霧による出力増大効果や燃料節約効果が少ない場合に、例えば、水のコストが高い中近東のような地域でのガスタービンシステム５００Ｂの運用には、燃料節約と同様に節水もガスタービンシステム５００Ｂの運転コスト、発電単価の点から必要である。
【００５４】
本実施家形態によれば、圧縮機吸気温度を低下させるエネルギとして太陽熱とガスタービン１０３の排熱を利用し、温室効果ガスである二酸化炭素を増加せずに発電出力を向上でき、燃料消費量も削減できる太陽熱利用のガスタービンシステム５００Ｂを提供できるとともに、その運用利便性を拡張できる。
【００５５】
《第３の実施形態》
次に、図６、図７を参照して本発明の第３の実施形態に係るガスタービンシステムについて説明する。
図６は、第３及び第４の実施形態に係るガスタービンシステムの構成図、図７は、第３の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
本第３の実施形態のガスタービンシステム５００Ｃは、第１の実施形態の変形であり、図６に示すように吸気ダクト１０５内に圧縮機１０１に吸気される噴霧装置３００により冷却された吸気温度ＴｃｉＡｉｒを検出する温度センサ（圧縮機入口吸気温度センサ）５０１を配置して、その計測信号を制御装置１４５Ｃに入力する点が異なる。
また、図７に示す制御装置１４５Ｃにおいて第１の実施形態の制御装置１４５Ａとは、前記した温度センサ５０１から冷却された吸気温度ＴｃｉＡｉｒが制御目標値発生部２０２Ｃに入力され、制御目標値発生部２０２Ｃは、燃料噴射制御部２０２ａと、高圧温水噴霧率制御部２０２ｃを有する点が異なる。
第１の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５６】
高圧温水噴霧率制御部２０２ｃの機能は、図２に示した第１の実施形態の高圧温水噴霧率制御部２０２ｂと基本的に同じ機能を有するが、例えば、次の（１），（２）のいずれかの条件を満たしたときに、温度センサ５０１により計測された冷却された吸気温度ＴｃｉＡｉｒを用いて、予め設定された吸気温度目標値ＴＴｃｉＡｉｒまで低下させるように、フィードバック演算して目標噴霧率ＧＴＷＨの値を補正演算し、補正された目標噴霧率ＧＴＷＨを減算器１５２及び制御目標値発生部２０８Ａに入力する。
（１）出力目標値ＭＷＤが所定値以上、例えば、８０％定格以上
（２）大気温度ＴｉＡｉｒが所定値以上、例えば、３０℃以上で、かつ、出力目標値ＭＷＤが所定値以上、例えば、５０％定格以上
【００５７】
このように、高圧温水噴霧率制御部２０２ｃは、温度センサ５０１により冷却された吸気１３７（図６参照）の温度ＴｃｉＡｉｒを計測して、例えば、夏季の大気温度上昇時、吸気温度目標値ＴＴｃｉＡｉｒまで低下させるに必要な目標噴霧率ＧＴＷＨを補正計算して出力し、ポンプ１２２の回転速度を調整することができるとともに、制御目標値発生部２０８Ａを介して流量調整弁１２９，１３２の開度、ダンパ１１０ａの開度を調整できる。
従って、本実施形態によれば、高圧温水を吸気ダクト１０５内に噴霧して圧縮機１０１の吸気温度を目標値に追従することで圧縮機１０１の吸気温度の変動を抑制することができ、発電出力ＭＷｏｕｔをより精度良く出力目標値ＭＷＤに追従させることができる。これにより、第１の実施形態における効果である、圧縮機１０１の吸気温度を低下させるエネルギとして太陽熱とガスタービンの排熱を利用し、温室効果ガスである二酸化炭素を増加せずに発電出力を向上でき、燃料消費量も削減できる太陽熱利用のガスタービンシステム５００Ｃを提供できる。更に、吸気温度ＴｉＡｉｒの変化による太陽熱利用のガスタービンシステム５００Ｃの出力変動も低減可能である。
【００５８】
《第４の実施形態》
次に、図６、図８を参照しながら本発明の第４の実施形態に係るガスタービンシステム５００Ｄについて説明する。第３の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
図８は、第４の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。第３の実施形態における図７の制御装置１４５Ｃと本実施形態の制御装置１４５Ｄとの異なる点は、以下の通りである。
本実施形態の制御装置１４５Ｄは、（１）運転モード選択部３０１と運転制御部３０２とを有し、（２）制御目標値発生部２０２Ｃ，２０８Ａの代わりに制御目標値発生部２０２Ｄ，２０８Ｂを有している。
これは、第１の実施形態に対する第２の実施形態の位置付けと同様である。
そして、制御目標値発生部２０２Ｄの燃料噴射制御部２０２ａ及び高圧温水噴霧率制御部２０２ｃは、運転制御部３０２から高圧温水を吸気ダクト１０５内に噴霧させない制御指令３０３（高圧温水不使用指令３０３）を受付け可能になっている。また、制御目標値発生部２０８Ｂの流量制御部２０８ａとダンパ制御部２０８ｂも運転制御部３０２から高圧温水を吸気ダクト１０５内に噴霧させない制御指令３０４（高圧温水不使用指令３０４）を受付け可能になっている。
【００５９】
運転モード選択部３０１は、コンソール１４５ａからの運転員の操作で、燃料節約運転モードと節水運転モードの切り替えの入力指令を受付け、熱交換器１３０（図６参照）の使用可否を選択する。
【００６０】
運転モード選択部３０１においてコンソール１４５ａからの燃料節約運転モードの指令が入力された場合には、運転モード選択部３０１の燃料節約運転モードの入力に応じて運転制御部３０２は、高圧温水不使用指令３０３，３０４を制御目標値発生部２０２Ｄ及び制御目標値発生部２０８Ｂへ出力しない。つまり、第３の実施形態と同じ制御を制御目標値発生部２０２Ｄ，２０８Ｂにおいて行う。
【００６１】
一方、節水運転モードの指令が運転モード選択部３０１に入力された場合には、運転モード選択部３０１の節水運転モードの入力に応じて運転制御部３０２は、高圧温水不使用指令３０３，３０４を制御目標値発生部２０２Ｄ，２０８Ｂに入力する。この場合、制御目標値発生部２０２Ｄの高圧温水噴霧率制御部２０２ｃは、高圧温水の目標噴霧率ＧＴＷＨの値を０として減算器１５２に出力する。これによりポンプ１２２が停止し、高圧温水の供給が遮断される。また、制御目標値発生部２０２Ｄの燃料噴射制御部２０２ａは、出力目標値ＭＷＤ、発電機出力ＭＷｏｕｔ、吸気温度ＴｉＡｉｒに基づいて、目標燃料噴射率ＧＴｆを従来のガスタービンシステムのように高圧温水を噴霧しない場合の目標燃料噴射率ＧＴｆを演算してそのまま減算器１５１に出力する。
【００６２】
更に、目標値発生部２０８Ｂに高圧温水不使用指令３０４が入力されると、目標値発生部２０８Ｂの流量制御部２０８ａは、流量調整弁１２９，１３２を所定の部分開度に固定し、ダンパ制御部２０８ｂは、排気ダクト１１０Ａ（図１参照）を全閉にするようにダンパ１１０ａを制御する。
【００６３】
本実施形態によれば、圧縮機吸気温度を低下させるエネルギとして太陽熱とガスタービン１０３の排熱を利用し、温室効果ガスである二酸化炭素を増加せずに発電出力を向上できる。その結果、燃料消費量を削減できる太陽熱利用のガスタービンシステム５００Ｄを提供できるとともに、その運用利便性を拡張できる。
【００６４】
《第５の実施形態》
次に、図９、図１０を参照しながら本発明の第５の実施形態に係るガスタービンシステム５００Ｅについて説明する。図９は、第５及び第６の実施形態に係るガスタービンシステムの構成図、図１０は、第５の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。
本実施形態のガスタービンシステム５００Ｅが、第１の実施形態のガスタービンシステム５００Ａと異なる点は、図９に示すようにガスタービンシステム５００Ｅを排熱回収ボイラ（第２の温水生成手段）８０５と組み合わせて利用する点である。そのためガスタービンシステム５００Ｅでは、熱交換器１３０（図1参照）を排熱回収ボイラ８０５に置き換えられている。また、制御装置１４５Ａを制御装置１４５Ｅに変えている。
【００６５】
第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
図９において、排熱回収ボイラ８０５の給水は、配管１２１よりポンプ１２２にて昇圧され配管１２３に吐出され、配管１２３からの分岐配管８０１より排熱回収ボイラ８０５へ送水される。ガスタービン１０３からダクト１１０により燃焼排ガス１１３は、排熱回収ボイラ８０５に導かれる。排熱回収ボイラ８０５は、複数の加熱管で構成された１段の加熱管列（符号省略）を構成し、更に多段の前記加熱管列を燃焼排ガス１１３の流れ方向に配置され、構成されている。燃焼排ガス１１３の流れの最上流の加熱管列は、蒸気管８０６で、図示省略の蒸気タービンに蒸気を供給している。この複数の加熱管列の最所の２段の間は連通管８０２で接続され、それに続く段の加熱管列の間は連通管８０３で接続されている。配管８０１からの給水は、燃焼排ガス１１３の流れの下流側に配置された加熱管列から燃焼排ガス１１３の流れの上流側の複数段の加熱管列へと順に導かれ、その過程で給水は未飽和水から飽和水に加熱され、更に蒸気、過熱蒸気と加熱される。
【００６６】
そして、本実施形態では、連通管８０２から一部の高圧温水（第２の高圧温水）が配管８０４を介して抽出され、流量調整弁１３２に接続している。配管８０４には温度センサ４７、流量センサ４８が設けられ、排熱回収ボイラ８０５で加熱された高圧温水の温度ＴＷＨ２と質量流量ＧＷＨ２示す計測信号が制御装置１４５Ｅへ送信される。連通管８０２から抽出された一部の高圧温水は、配管８０４を経て、配管１３３Ｃで集熱装置（第１の高圧温水生成手段）２００からの高圧温水（第１の高圧温水）と合流し、混合された高圧温水（第３の高圧温水）となる。
また、配管１２３は流量調整弁１２４、配管１２５Ａを経由して集熱装置２００の集熱管１２７に排熱回収ボイラ８０５への給水の一部を送水する。
【００６７】
なお、図９では排熱回収ボイラ８０５の連通管８０２の高圧温水を配管８０４で分岐させたが、蒸気管８０６から配管８０４を分岐させても良い。
【００６８】
図１０に示す制御装置１４５Ｅにおいて制御装置１４５Ａと異なる点は、制御目標値発生部２０８Ａが制御目標値発生部２０８Ｅに置き換わっている点である。制御目標値発生部２０８Ｅは、制御装置１４５Ａにおけるダンパ制御部２０８ｂの機能を取り除いた流量制御部２０８ａの機能だけを有している。ただし、制御装置１４５Ｅにおいては、ポンプ１２２は排熱回収ボイラ８０５への給水流量を調整するため、流量調整弁１２４は制御部２０４及び制御部２０６のから指令を加算器１５５で受信し、高圧温水噴霧率ＧＷＨと高圧温水の圧力ＰＷＨ２つの状態量を考慮して、流量調整弁１２４の開度を調整する。
第１の実施形態における図２の説明と重複するので、機能説明は省略する。
【００６９】
本実施形態によれば、太陽熱利用のガスタービンシステム５００Ｅの運転に関する効果は第１の実施形態と同様である。ただし、熱交換器１３０（図１参照）に代わり排熱回収ボイラを８０５を熱源とすることで、コンバインドサイクルのガスタービンシステム５００Ｅの構成を簡素化し、設備に掛かる費用を低減した太陽熱利用のガスタービンシステム５００Ｅを提供できる。
【００７０】
《第６の実施形態》
次に、図９、図１１を参照して本発明の第６の実施形態に係るガスタービンシステム５００Ｆについて説明する。図１１は第６の実施形態のガスタービンシステムの制御装置の機能ブロック構成図である。本実施形態は第１の実施形態に対する第２の実施形態の位置付けと同様である。
図１１に示す本実施形態における制御装置１４５Ｆは、第５の実施形態の制御装置１４５Ｅに太陽熱利用のガスタービンシステム５００Ｅの運用性を拡張するために、第２の実施形態と同様に運転モード選択部３０１と、運転制御部３０２とを有することを特徴とする。
【００７１】
その燃料節約運転モードと節水運転モードとの切り替え制御において、ダンパ制御部２０８ｂがないことによるダンパ１１０ａ（図１参照）の開度制御が不要になっていること、高圧温水不使用指令３０４が制御目標値発生部２０８Ｆに入力された場合、流量調整弁１３２は全閉にされる点が異なる。このように全閉にすることで給水の漏洩が防止できる。
ちなみに流量調整弁１３２を全閉にしても蒸気管８０６が蒸気タービンに蒸気を供給しているので配管８０４が過圧されることはない。
【００７２】
本実施形態によれば、運転モード選択部３０１で燃料節約運転モードと節水運転モードの切替が可能であり、太陽熱利用のガスタービンシステム５００Ｆの運用利便性を拡張し、コージェネレーションシステムや蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクルに適したガスタービンシステム５００Ｆを提供できる。
また、第１の実施形態と同様に圧縮機吸気温度を低下させるエネルギとして太陽熱とガスタービンの排熱を利用し、温室効果ガスである二酸化炭素を増加せずに発電出力を向上でき、燃料消費量も削減できる太陽熱利用のガスタービンシステム５００Ｆを提供できる。
【００７３】
なお、第５、第６の実施形態に対しても、第３及び第４の実施形態のように噴霧水で冷却された吸気温度ＴｃｉＡｉｒを温度センサ５０１で計測して、目標噴霧率ＧＴＷＨを補正してより精度良く発電出力ＭＷｏｕｔを制御可能にできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年9月9日(2013.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、該燃焼器からの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システムにおいて、
太陽熱エネルギを利用して第１の高圧温水を生成する第１の高圧温水生成手段と、
前記ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水を生成する第２の高圧温水生成手段と、
前記第１の高圧温水と前記第２の高圧温水を任意の割合で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、
前記高圧温水取得調整手段により調整された前記第３の高圧温水を前記圧縮機の吸気に噴霧する噴霧装置と、
前記噴霧装置よりも前記圧縮機の吸気入口側に設けられ、前記噴霧装置からの前記第３の高圧温水の噴霧により冷却された前記圧縮機の吸気入口近傍の吸気の吸気温度を検出する圧縮機入口吸気温度センサと、を備え、
前記高圧温水取得調整手段は、前記圧縮機入口吸気温度センサにより検出された前記吸気温度が予め設定された目標温度になるように、前記第３の高圧温水の圧力、温度、及び流量を調整すること
を特徴とするガスタービンシステム。
【請求項２】
前記噴霧装置から前記第３の高圧温水を噴霧させないようにする噴霧停止手段を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガスタービンシステム。
【請求項３】
前記高圧温水取得調整手段は、
前記第１の高圧温水生成手段及び前記第２の高圧温水生成手段に給水するポンプと、
前記第１の高圧温水の流量を制御する第１の流量調整弁と、
前記第２の高圧温水の流量を制御する第２の流量調整弁と、
前記第１及び第２の流量調整弁の開度ならびに前記ポンプの回転速度を制御する制御装置と、を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガスタービンシステム。
【請求項４】
前記第２の高圧温水生成手段は、排熱回収ボイラであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガスタービンシステム。
【請求項５】
吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、
該圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、
該燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、
太陽熱エネルギを利用して第１の高圧温水生成する第１の高圧温水生成手段と、
前記ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水を生成する第２の高圧温水生成手段と、
前記第１の高圧温水と前記第２の高圧温水を任意の比で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、
前記高圧温水取得調整手段により調整された前記第３の高圧温水を前記圧縮機の吸気に噴霧する噴霧装置と、
前記噴霧装置よりも前記圧縮機の吸気入口側に設けられ、前記噴霧装置からの前記第３の高圧温水の噴霧により冷却された前記圧縮機の吸気入口近傍の吸気の吸気温度を検出する圧縮機入口吸気温度センサと、を備えたガスタービンシステムの制御方法において、
前記高圧温水取得調整手段は、
前記第１の高圧温水生成手段及び前記第２の高圧温水生成手段に給水するポンプと、
前記第１の高圧温水の流量を制御する第１の流量調整弁と、
前記第２の高圧温水の流量を制御する第２の流量調整弁と、
前記第１及び第２の流量調整弁の開度ならびに前記ポンプの回転速度を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記圧縮機入口吸気温度センサにより検出された前記吸気温度が予め設定された目標温度になるように、前記ポンプの回転速度ならびに前記第１及び第２の流量調整弁の開度を制御して、前記第３の高圧温水の圧力、温度、及び流量を調整すること
を特徴とするガスタービンシステムにおける制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求の範囲第１項に係る発明は、吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、燃焼器からの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システムにおいて、太陽熱エネルギを利用して第１の高圧温水を生成する第１の高圧温水生成手段と、ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水を生成する第２の高圧温水生成手段と、第１の高圧温水と第２の高圧温水を任意の割合で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、高圧温水取得調整手段により調整された第３の高圧温水を圧縮機の吸気に噴霧する噴霧装置と、噴霧装置よりも圧縮機の吸気入口側に設けられ、噴霧装置からの第３の高圧温水の噴霧により冷却された圧縮機の吸気入口近傍の吸気の吸気温度を検出する圧縮機入口吸気温度センサと、を備え、高圧温水取得調整手段は、圧縮機入口吸気温度センサにより検出された吸気温度が予め設定された目標温度になるように、第３の高圧温水の圧力、温度、及び流量を調整することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求の範囲第５項に係る発明は、吸気される空気を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された空気と燃料とが混合されて燃焼される燃焼器と、燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるガスタービンと、太陽熱エネルギを利用して第１の高圧温水生成する第１の高圧温水生成手段と、ガスタービンの燃焼排ガスを利用して高圧温水生成する第２の高圧温水生成手段と、第１の高圧温水と前記第２の高圧温水を任意の比で混合し、所要の圧力、温度、及び流量の第３の高圧温水に調整する高圧温水取得調整手段と、高圧温水取得調整手段により調整された前記第３の高圧温水を前記圧縮機の吸気に噴霧する噴霧装置と、噴霧装置よりも前記圧縮機の吸気入口側に設けられ、噴霧装置からの第３の高圧温水の噴霧により冷却された圧縮機の吸気入口近傍の吸気の吸気温度を検出する圧縮機入口吸気温度センサと、を備えたガスタービンシステムの制御方法において、高圧温水取得調整手段は、第１の高圧温水生成手段及び前記第２の高圧温水生成手段に給水するポンプと、第１の高圧温水の流量を制御する第１の流量調整弁と、第２の高圧温水の流量を制御する第２の流量調整弁と、第１及び第２の流量調整弁の開度ならびに前記ポンプの回転速度を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記圧縮機入口吸気温度センサにより検出された前記吸気温度が予め設定された目標温度になるように、ポンプの回転速度ならびに第１及び第２の流量調整弁の開度を制御して、第３の高圧温水の圧力、温度、及び流量を調整することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2012042652.tif 000014
2012042652.tif 000015
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