(57)【要約】      （修正有）【課題】発電システム及び発電方法との組み合わせに適した制御システム及び制御方法を提供する。【解決手段】制御システム及び制御方法は、例えば、半閉電力サイクルはもちろん、閉電力サイクルで使用できる。複合制御システム及び複合制御方法並びに発電システム及び発電方法は、制御部により受領される入力、及び制御部からの発電システムの１つ以上の部品への出力に基づき、自動で行うことができる、発電システムの動的制御及びその方法。【選択図】図１
2020162412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組込み型制御システムを有する発電システムであって、前記組込み型制御システムは、前記発電システムの少なくとも１つの部品の自動制御のために構成され、前記発電システムは、
ヒーターと、
発電機と、
少なくとも１つの制御部と、
を備え、
前記少なくとも１つの制御部は、前記ヒーターより下流の入力を受領し、前記ヒーターへの燃料の流れを調整するよう構成される出力を提供し、それにより、前記ヒーターにより出力される熱を制御するよう構成され、
前記少なくとも１つの制御部は、前記ヒーターより下流の同じ入力または異なる入力を受領し、前記ヒーターへの作動流体のストリームの流れを制御する出力を提供するよう構成される、発電システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの制御部は、前記発電機により産される電力に関する入力を受領し、前記ヒーターへの燃料の流れを調整するよう構成される出力を提供し、それにより、前記ヒーターにより出力される熱を制御するよう構成される電力制御部を含む、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記電力制御部は、
前記ヒーターによる熱生産を増加または減少させる前記ヒーターへの出力を提供する要件と、
より多くの燃料またはより少ない燃料を前記ヒーターに通すことを可能にする燃料弁への出力を提供する要件と、
のうち一方または両方を満たすよう構成される、請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの制御部は、前記ヒーターより下流の排気ストリームの温度に関する入力を受領し、前記ヒーターへの前記作動流体のストリームの流れを制御するポンプへの出力を提供するよう構成されるポンプ制御部を含む、請求項１に記載の発電システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの制御部は、前記ヒーター内への燃料の流量に関する入力と、前記ヒーター内への酸化剤の流量に関する入力とのうち一方または両方を受領し、
より多くの燃料またはより少ない燃料を前記ヒーターに通すことを可能にする燃料弁への出力と、
より多くの酸化剤またはより少ない酸化剤を前記ヒーターに通すことを可能にする酸化剤弁への出力と、
のうち一方または両方を提供するよう構成される燃料／酸化剤比制御部を含む、請求項１に記載の発電システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの制御部は、前記燃料の質量流量と、前記ヒーターに通される酸化剤の質量流量とのうち一方または両方に関する入力を受領し、前記燃料と前記酸化剤との質量流量比を算出するよう構成される酸化剤ポンプ制御部を含み、前記酸化剤ポンプ制御部は、前記燃料と前記ヒーターに通される酸化剤との質量流量比に影響を与えるよう前記ポンプの電力を変更させる酸化剤ポンプへの出力を提供するよう構成される、請求項１に記載の発電システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの制御部は、酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームの圧力に関する入力を受領し、前記酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームに前記作動流体のうちより多いものまたは前記作動流体のうちより少ないものを加えさせる出力を提供するよう構成される酸化剤圧力制御部を含む、請求項１に記載の発電システム。
【請求項８】
前記作動流体は、実質的に純粋なＣＯ２である、請求項１に記載の発電システム。
【請求項９】
前記ヒーターは燃焼器である、請求項１に記載の発電システム。
【請求項１０】
前記ヒーターは太陽熱ヒーターである、請求項１に記載の発電システム。
【請求項１１】
前記ヒーターは、４００℃超の温度にある流体ストリームから加熱を提供するよう構成される、請求項１に記載の発電システム。
【請求項１２】
発電システムの自動制御のための方法であって、前記方法は、
作動流体の存在下においてヒーター内で燃料を酸化剤で燃焼させ、前記ヒーターから排気ストリームを排出することと、
前記排気ストリームを用いて電力を産することと、
少なくとも１つの制御部を用いて、前記ヒーターより下流の少なくとも１つの入力を受領し、前記ヒーターへの前記燃料及び前記酸化剤のうち一方または両方の流れを調整する出力を提供し、それにより、前記排気ストリーム中の熱の量を制御することと、
前記少なくとも１つの制御部を用いて、前記ヒーターより下流の同じ入力または異なる入力を受領し、前記ヒーターへの前記作動流体のストリームの流れを制御する出力を提供することと、
を備える、方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの制御部は、発電機により産される電力に関する入力を受領し、前記ヒーターへの燃料の流れを調整する出力を提供し、それにより、前記排気ストリーム中の熱の量を制御する電力制御部を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電力制御部は、
前記ヒーターによる熱生産を増加または減少させる前記ヒーターへの出力を提供する要件と、
より多くの燃料またはより少ない燃料を前記ヒーターに通すことを可能にする燃料弁への出力を提供する要件と、
のうち一方または両方を満たすよう構成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの制御部は、前記ヒーターより下流の排気ストリームの温度に関する入力を受領し、前記ヒーターへの前記作動流体のストリームの流れを制御するポンプへの出力を提供するポンプ制御部を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの制御部は、前記ヒーター内への燃料の流量に関する入力と、前記ヒーター内への酸化剤の流量に関する入力とのうち一方または両方を受領し、
より多くの燃料またはより少ない燃料を前記ヒーターに通すことを可能にする燃料弁への出力と、
より多くの酸化剤またはより少ない酸化剤を前記ヒーターに通すことを可能にする酸化剤弁への出力と、
のうち一方または両方を提供する燃料／酸化剤比制御部を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの制御部は、前記燃料の質量流量と、前記ヒーターに通される酸化剤の質量流量とのうち一方または両方に関する入力を受領し、前記燃料と前記酸化剤との質量流量比を算出する酸化剤ポンプ制御部を含み、前記酸化剤ポンプ制御部は、前記燃料と前記ヒーターに通される酸化剤との質量流量比に影響を与えるよう前記ポンプの電力を変更させる酸化剤ポンプへの出力を提供する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの制御部は、酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームの圧力に関する入力を受領し、前記酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームに前記作動流体のうちより多いものまたは前記作動流体のうちより少ないものを加えさせる出力を提供する酸化剤圧力制御部を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記作動流体は、実質的に純粋なＣＯ２である、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、制御システム及び制御方法、より具体的には、発電システム及び発電方法に組込むことができる制御システム及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
増大する消費ニーズに応じることができる電力システムの開発が大いに必要とされている。化石燃料の燃焼を利用しないシステムの研究が十分に行われているが、化石燃料、特に石炭及び天然ガス（残油生成物などの廃棄炭化水素も含む）のコスト要因及び利用可能性により、具体的には、炭素を高効率で完全に回収することを伴い、このような燃料を燃焼するよう構成されるシステムは、継続して必要とされている。これら必要性を満たすため、電力システムの精密な制御のために提供することができる制御システムの開発が継続して望まれている。
【発明の概要】
【０００３】
１つ以上の実施形態において、本開示は、１つ以上の態様の発電システムに有用なシステム及び方法を提供することができる。制御システムは、具体的には、発電システムにおける、１つ以上の流れのストリームの圧力、温度、流量、及びストリーム成分のうち１つ以上の制御を提供することができる。制御システムは、発電システムの最適効率を提供することができる。制御システムは、さらに、システムのスタートアップ、システムのシャットダウン、システムにおける入力ストリーム（複数可）の変更、システムにおける出力ストリーム（複数可）の変更、システムに関する緊急時の動作対応、及び発電システムの動作に関する類似事項など、発電システムの態様の制御を提供することができる。
【０００４】
１つ以上の実施形態において、本開示は、発電所での使用に適した制御システムに関する場合がある。例えば、発電所は、実質的に純粋な酸素で、燃焼器において、約１２ＭＰａ以上の圧力で、循環ＣＯ２ストリームを加え、燃料（炭化水素、具体的には炭化水素ガスなど）を燃やし、燃焼生成物と循環ＣＯ２との複合ストリームを産するプラントであってもよい。一部の実施形態において、発電は、さらに、以下の点のうち１つ以上を特徴とすることができ、それは、任意の数または順で組み合わせることができる。
【０００５】
複合ストリームは、少なくとも１０ｂａｒの吐出圧で、発電タービンを通過してもよい。
【０００６】
タービン排気は、エコノマイザ熱交換器で冷却され、循環ＣＯ２ストリームを予熱してもよい。
【０００７】
タービン排気は、ほぼ周囲温度までさらに冷却されてもよく、復水は、除去されてもよい。
【０００８】
ＣＯ２ガスストリームは、ガスコンプレッサを使用してタービン吸込圧まで、またはほぼタービン吸込圧まで圧縮され、続いて、濃ＣＯ２ポンプにより、循環ＣＯ２ストリームが形成されてもよい。
【０００９】
燃焼器で産した正味量のＣＯ２は、タービン吸込圧からタービン排出圧までの間の圧力で除去されてもよい。
【００１０】
タービン排気と、エコノマイザ熱交換器を出る循環ＣＯ２ストリームとの間の温度差を約５０℃以下に減らすため、外部原因からの熱を導入し、循環ＣＯ２ストリームの一部を２００℃〜４００℃の範囲の温度に予熱してもよい。
【００１１】
燃料ガス流量は、タービンからの所要の電力出力を提供するよう制御されてもよい。
【００１２】
タービン排出温度は、ＣＯ２ポンプの速度により制御されてもよい。
【００１３】
ＣＯ２コンプレッサの吐出圧は、圧縮ＣＯ２流をコンプレッサの吸込口に再循環させることにより、制御されてもよい。
【００１４】
燃料ガス燃焼により産し、システムから除去された正味量のＣＯ２の流量は、ＣＯ２コンプレッサの吸込圧を制御するために使用されてもよい。
【００１５】
エコノマイザ熱交換器に入るタービン排気の温度と、エコノマイザ熱交換器を出る循環ＣＯ２ストリームの温度と間の差は、追加される熱源により加熱される循環ＣＯ２ストリームの一部の流量を制御することにより、５０℃以下に制御されてもよい。
【００１６】
システムから除去された、正味量の液水の流量及び燃料由来の不純物は、液水分離器の水準で制御されてもよい。
【００１７】
酸素流量は、燃料ガス流量に対する酸素の比率を維持するよう制御されてもよく、それにより、タービン吸込流における過剰酸素が所定量となり、燃料ガスの完全燃焼及び燃料ガスの成分の完全酸化を保証することができる。
【００１８】
ＣＯ２コンプレッサの吸込圧の酸素ストリームは、ＣＯ２コンプレッサの吸込口からの多量のＣＯ２と混合され、約１５％〜約４０％（モル濃度）の酸素成分を含む酸化剤ストリームを産してもよく、これにより、燃焼器における断熱火炎温度を下げることができる。
【００１９】
燃料ガスに対する所要の酸素比を産するのに要する酸化剤流は、酸化剤ポンプの速度により制御されてもよい。
【００２０】
酸化剤コンプレッサの吐出圧は、コンプレッサの吸込口に圧縮酸化剤流を再循環させることにより制御されてもよい。
【００２１】
酸化剤コンプレッサの吸込圧は、酸化剤ストリームを形成する酸素と混合したＣＯ２希釈剤の流量により制御されてもよい。
【００２２】
酸化剤ストリームにおけるＣＯ２に対する酸素の比率は、酸素の流れにより制御されてもよい。
【００２３】
酸素は、少なくともタービン吸込圧ほどの圧力で、発電システムに送達されてもよく、約１５％〜約４０％（モル濃度）の範囲の酸素成分を含む酸化剤ストリームが望まれる場合がある。
【００２４】
燃料ガスに対する酸素比は、酸素流により制御されてもよい。
【００２５】
酸素流におけるＣＯ２に対する酸素比は、ＣＯ２コンプレッサの吐出から得られたＣＯ２希釈剤の流れにより制御されてもよい。
【００２６】
本明細書にて論じる実施形態のうちいずれかにおいて、第２パラメータによる１つのパラメータの制御は、具体的には、第２パラメータが、（例えば、センサを用いて）計測される、もしくは別の方法でモニタリングされること、または第２パラメータが、追加で提供される情報、ルックアップテーブル、または推定値に基づき、コンピュータにより算出され、制御部が、計測または算出された第２パラメータに基づき、制御シーケンスを開始し、その結果、第１パラメータが、（例えば、弁の開閉、ポンプへの電力の増減などにより）適切に調整されることを示してもよい。言い換えれば、第２パラメータは、制御部が第１パラメータの調整を実施するトリガーとして使用される。
【００２７】
１つ以上の実施形態において、本開示は、発電システムの少なくとも１つの部品の自動制御のために構成することができる組込み型制御システムを含む発電システムを提供することができる。具体的には、制御システムは、発電システムの計測パラメータに関する入力を受領するよう構成され、自動制御の対象となる発電システムの少なくとも１つの部品への出力を提供するよう構成される少なくとも１つの制御部ユニットを含んでもよい。発電システム及び組込み型制御システムは、さらに、以下の記述のうち１つ以上に関して、定義することができ、それは、任意の数または順で組み合わせることができる。
【００２８】
発電システムは、燃料の燃焼を介した熱入力用に構成されてもよい。
【００２９】
発電システムは、非燃焼熱源を介した熱入力用に構成されてもよい。
【００３０】
発電システムは、ＣＯ２のストリームを再循環するために構成されてもよい。
【００３１】
発電システムは、パイプラインへ入力されるまたは油回収の向上など別の目的に利用されるなど、場合によりシステムから取り出すことができる量のＣＯ２を産するために構成されてもよい。
【００３２】
発電システムは、繰り返し、圧縮され、加熱され、膨張させられる作動流体を利用するために構成されてもよい。
【００３３】
組込み型制御システムは、発電システムの１つ以上の発電部品が産する電力に関する入力を受領するよう構成される電力制御部を含んでもよい。
【００３４】
電力制御部は、発電システムのヒーター部品による熱生産を増減させるヒーター部品への出力を提供する要件と、発電システムに入れる燃料の加減を可能にする燃料弁への出力を提供する要件とのうち１つまたは両方を満たすよう構成されてもよい。
【００３５】
組込み型制御システムは、燃料流量に関する入力と、酸化剤流量に関する入力とのうち１つまたは両方を受領するよう構成される燃料／酸化剤比制御部を含んでもよい。
【００３６】
燃料／酸化剤比制御部は、発電システムに入れる燃料の加減を可能にする燃料弁への出力を提供する要件と、発電システムに入れる酸化剤の加減を可能にする酸化剤弁への出力を提供する要件とのうち１つまたは両方を満たすよう構成されてもよい。
【００３７】
組込み型制御システムは、発電システムにあるタービンの排気ストリームの温度に関する入力を受領し、タービンより上流のポンプを出るストリームの流量を増減させるポンプへの出力を提供するよう構成されるポンプ制御部を含んでもよい。
【００３８】
組込み型制御システムは、発電システムにあるポンプより上流の流体における吸引圧に関する入力を受領し、ポンプより上流に配置されるスピルバック弁への出力を提供するよう構成されるポンプ吸引圧制御部を含んでもよい。
【００３９】
ポンプ吸引圧制御部は、スピルバック弁からさらに上流にある部位にスピルバックする流体を加減させる要件と、ポンプより上流で発電システムから除去される流体を加減させる要件とのうち１つまたは両方を満たすよう構成される。
【００４０】
組込み型制御システムは、発電システムにあるタービンの排気ストリームの圧力に関する入力を受領し、流体排出弁への出力を提供し、排気ストリームから流体を出すことを可能にし、場合によっては流体吸込弁への出力を提供し、排気ストリームへ流体を入れることを可能にするよう構成される圧力調節制御部を含んでもよい。
【００４１】
組込み型制御システムは、発電システムの分離器にある水の量に関する入力を受領し、分離器からの水の除去を可能または不可とし分離器にある水の量を所定値内に維持する水除去弁への出力を提供するよう構成される水分離器制御部を含んでもよい。
【００４２】
組込み型制御システムは、発電システムにおける、燃料の質量流量と、酸化剤の質量流量とのうち１つまたは両方に関する入力を受領し、燃料と酸化剤との質量流量比を算出するよう構成される酸化剤ポンプ制御部を含んでもよい。
【００４３】
酸化剤ポンプ制御部は、発電システムにおける燃料と酸化剤との質量流量比に影響を与えるようポンプの電力を変更させる酸化剤ポンプへの出力を提供するよう構成されてもよい。
【００４４】
組込み型制御システムは、酸化剤コンプレッサより下流の酸化剤ストリームの圧力に関する入力を受領し、コンプレッサを迂回する酸化剤を加減させる酸化剤バイパス弁への出力を提供するよう構成される酸化剤圧力制御部を含んでもよい。
【００４５】
組込み型制御システムは、酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームの圧力に関する入力を受領し、酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームに加えられる発電システムからの再循環流体を加減させる再循環流体弁への出力を提供するよう構成される酸化剤圧力制御部を含んでもよい。具体的には、再循環流体は、実質的に純粋なＣＯ２ストリームであってもよい。
【００４６】
組込み型制御システムは、酸化剤の質量流量と、希釈酸化剤ストリームの質量流量とのうち１つまたは両方に関する入力を受領し、酸化剤と希釈酸化剤との質量流量比を算出するよう構成される希釈制御部を含んでもよい。
【００４７】
希釈制御部は、希釈酸化剤に対する酸化剤の質量流量比を所定の範囲内とするよう、発電システムに入る酸化剤の加減を可能にする酸化剤エントリー弁への出力を提供するよう構成されてもよい。
【００４８】
組込み型制御システムは、発電システムにあるコンプレッサより上流の流体の吸引圧に関する入力を受領し、コンプレッサより下流に配置され、コンプレッサより上流にある部位にスピルバックする流体を加減させるスピルバック弁への出力を提供するよう構成されるコンプレッサ吸引圧制御部を含んでもよい。
【００４９】
組込み型制御システムは、ポンプより上流の吸引圧に関する入力を受領し、ポンプ速度を上下させるポンプへの出力を提供するよう構成されるポンプ速度制御部を含んでもよい。
【００５０】
組込み型制御システムは、発電システムにある高圧再循環ストリームの側方流のための算出された質量流量要件に関する入力を受領し、側方流における高圧再循環ストリームの量を増減させる側方流弁への出力を提供するよう構成される側方流加熱制御部を含んでもよい。
【００５１】
発電システムは、タービンと、タービンより下流にあり、タービンと流体連通するコンプレッサと、コンプレッサより下流にあり、コンプレッサと流体連通するポンプと、ポンプより下流に配置され、ポンプと流体連通し、タービンより上流に配置され、タービンと流体連通するヒーターとを備えてもよい。場合によっては、発電システムは、レキュペレータ熱交換器を含んでもよい。
【００５２】
１つ以上の実施形態において、本開示は、発電システムの自動制御のための方法を提供することができる。具体的には、方法は、タービンと、タービンより下流にあり、タービンと流体連通するコンプレッサと、コンプレッサより下流にあり、コンプレッサと流体連通するポンプと、ポンプより下流に配置され、ポンプと流体連通し、タービンより上流に配置され、タービンと流体連通するヒーターとを含む複数の部品を備える発電システムを動作させることを含んでもよい。さらに、発電システムを動作させることは、発電システムに組込まれる１つ以上の制御部を使用し、発電システムの計測パラメータに関する入力を受領し、発電システムの複数の部品のうち少なくとも１つを自動で制御する出力を提供することを含んでもよい。別の実施形態において、方法は、以下の工程のうち１つ以上を含んでもよく、それらは、任意の数または順で組み合わせることができる。
【００５３】
出力は、予めプログラミングされ、電子化された制御アルゴリズムに基づいてもよい。
【００５４】
動作させることは、燃料の燃焼を介した熱の入力を含んでもよい。
【００５５】
動作させることは、非燃焼熱源を介した熱の入力を含んでもよい。
【００５６】
動作させることは、ＣＯ２のストリームを再循環することを含んでもよい。
【００５７】
動作させることは、パイプラインへ入力されるまたは油回収の向上など別の目的に利用されるなど、場合によりシステムから取り出すことができる量のＣＯ２を産することを含んでもよい。
【００５８】
動作させることは、繰り返し、圧縮され、加熱され、膨張させられる作動流体を利用することを含んでもよい。
【００５９】
動作させることは、制御部を使用し、発電システムが産する電力に関する入力を受領し、ヒーターによる熱生産を増減させるヒーターへの出力を提供する動きと、発電システムに入れる燃料の加減を可能にする発電システムの燃料弁への出力を提供する動きとのうち１つまたは両方を指示することを含んでもよい。
【００６０】
動作させることは、制御部を使用し、燃料流量に関する入力と、酸化剤流量に関する入力とのうち１つまたは両方を受領し、発電システムに入れる燃料の加減を可能にする発電システムの燃料弁への出力を提供する動きと、発電システムに入れる酸化剤の加減を可能にする発電システムの酸化剤弁への出力を提供する動きとのうち１つまたは両方を指示することを含んでもよい。
【００６１】
動作させる方法は、制御部を使用し、タービンの排気ストリームの温度に関する入力を受領し、ポンプを出るストリームの流量を増減させるタービンより上流のポンプへの出力を提供することを含んでもよい。
【００６２】
動作させることは、制御部を使用し、ポンプより上流の流体における吸引圧に関する入力を受領し、ポンプより上流に配置されるスピルバック弁への出力を提供することを含んでもよい。具体的には、制御部がスピルバック弁からさらに上流にある部位にスピルバックする流体を加減させる要件と、制御部がポンプより上流で発電システムから除去される流体を加減させる要件とのうち１つまたは両方を満たすことができる。
【００６３】
動作させることは、制御部を使用し、タービンの排気ストリームの圧力に関する入力を受領し、流体排出弁への出力を提供し、排気ストリームから流体を出すことを可能にし、場合によっては流体吸込弁への出力を提供し、排気ストリームへ流体を入れることを可能にすることを含んでもよい。
【００６４】
動作させることは、制御部を使用し、発電システムに含まれる分離器にある水の量に関する入力を受領し、分離器からの水の除去を可能または不可とし分離器にある水の量を所定値内に維持する水除去弁への出力を提供することを含んでもよい。
【００６５】
動作させることは、制御部を使用し、発電システムに導入される、燃料の質量流量と、酸化剤の質量流量とのうち１つまたは両方に関する入力を受領し、燃料と酸化剤との質量流量比を算出することを含んでもよい。具体的には、制御部は、発電システムにおける燃料と酸化剤との質量流量比に影響を与えるようポンプの電力を変更させる酸化剤ポンプへの出力を提供することができる。
【００６６】
動作させることは、制御部を使用し、酸化剤コンプレッサより下流の酸化剤ストリームの圧力に関する入力を受領し、コンプレッサを迂回する酸化剤を加減させる酸化剤バイパス弁への出力を提供することを含んでもよい。
【００６７】
動作させることは、制御部を使用し、酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームの圧力に関する入力を受領し、酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームに加えられる再循環流体を加減させる再循環流体弁への出力を提供することを含んでもよい。具体的には、再循環流体は、実質的に純粋なＣＯ２ストリームであってもよい。
【００６８】
動作させることは、制御部を使用し、酸化剤の質量流量と、希釈酸化剤ストリームの質量流量とのうち１つまたは両方に関する入力を受領し、酸化剤と希釈酸化剤との質量流量比を算出することを含んでもよい。具体的には、制御部は、希釈酸化剤に対する酸化剤の質量流量比を所定の範囲内とするよう、発電システムに入る酸化剤の加減を可能にする酸化剤エントリー弁への出力を提供するよう構成されてもよい。
【００６９】
動作させることは、制御部を使用し、コンプレッサより上流の流体の吸引圧に関する入力を受領し、コンプレッサより下流に配置され、コンプレッサより上流にある部位にスピルバックする流体を加減させるスピルバック弁への出力を提供することを含んでもよい。
【００７０】
動作させることは、制御部を使用し、ポンプより上流の吸引圧に関する入力を受領し、ポンプ速度を上下させるポンプへの出力を提供することを含んでもよい。
【００７１】
動作させることは、制御部を使用し、高圧再循環ストリームの側方流のための算出された質量流量要件に関する入力を受領し、側方流における高圧再循環ストリームの量を増減させる側方流弁への出力を提供することを含んでもよい。
【課題を解決するための手段】
【００７２】
本開示は、多くの実施形態に関して特徴付けることができる。非限定の実施例として、本開示は、少なくとも以下の実施形態を含む。組込み型制御システムを備える発電システムの以下の実施形態のうちいずれか１つを、組込み型制御システムを備える発電システムの他の実施形態のうち１つ以上と組み合わせることができることを明確に理解すべきである。従って、実施形態のうちいずれかを包含または除外する制限なく、いずれか２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０つ、１１つ、１２つ、１３つ、１４つ、１５つ、１６つ、１７つ、１８つ、１９つ、２０つ、または２１つの実施形態を組み合わせることができよう。同様に、発電システムの自動制御のための方法の以下の実施形態のうちいずれか１つを、発電システムの自動制御のための方法の他の実施形態のうち１つ以上と組み合わせることができることを明確に理解すべきである。従って、実施形態のうちいずれかを包含または除外する制限なく、いずれか２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０つ、１１つ、１２つ、１３つ、１４つ、１５つ、１６つ、１７つ、１８つ、または１９つの実施形態を組み合わせることができよう。
【００７３】
実施形態１：発電システムの少なくとも１つの部品の自動制御のために構成される組込み型制御システムを備え、制御システムは、発電システムの計測パラメータに関する入力を受領するよう構成され、自動制御の対象となる発電システムの少なくとも１つの部品への出力を提供するよう構成される少なくとも１つの制御部ユニットを含む、発電システム。
【００７４】
実施形態２：組込み型制御システムは、発電システムの１つ以上の発電部品が産する電力に関する入力を受領するよう構成される電力制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００７５】
実施形態３：電力制御部は、
発電システムのヒーター部品による熱生産を増減させるヒーター部品への出力を提供する要件と、
発電システムに入れる燃料の加減を可能にする燃料弁への出力を提供する要件と
のうち１つまたは両方を満たすよう構成される、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００７６】
実施形態４：組込み型制御システムは、燃料流量に関する入力と、酸化剤流量に関する入力とのうち１つまたは両方を受領するよう構成される燃料／酸化剤比制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００７７】
実施形態５：燃料／酸化剤比制御部は、
発電システムに入れる燃料の加減を可能にする燃料弁への出力を提供する要件と、
発電システムに入れる酸化剤の加減を可能にする酸化剤弁への出力を提供する要件と
のうち１つまたは両方を満たすよう構成される、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００７８】
実施形態６：組込み型制御システムは、発電システムにあるタービンの排気ストリームの温度に関する入力を受領し、タービンより上流のポンプを出るストリームの流量を増減させるポンプへの出力を提供するよう構成されるポンプ制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００７９】
実施形態７：組込み型制御システムは、発電システムにあるポンプより上流の流体における吸引圧に関する入力を受領し、ポンプより上流に配置されるスピルバック弁への出力を提供するよう構成されるポンプ吸引圧制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００８０】
実施形態８：ポンプ吸引圧制御部は、
スピルバック弁からさらに上流にある部位にスピルバックする流体を加減させる要件と、
ポンプより上流で発電システムから除去される流体を加減させる要件と
のうち１つまたは両方を満たすよう構成される、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００８１】
実施形態９：組込み型制御システムは、発電システムにあるタービンの排気ストリームの圧力に関する入力を受領し、流体排出弁への出力を提供し、排気ストリームから流体を出すことを可能にし、場合によっては流体吸込弁への出力を提供し、排気ストリームへ流体を入れることを可能にするよう構成される圧力調節制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００８２】
実施形態１０：組込み型制御システムは、発電システムの分離器にある水の量に関する入力を受領し、分離器からの水の除去を可能または不可とし分離器にある水の量を所定値内に維持する水除去弁への出力を提供するよう構成される水分離器制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００８３】
実施形態１１：組込み型制御システムは、発電システムにおける、燃料の質量流量と、酸化剤の質量流量とのうち１つまたは両方に関する入力を受領し、燃料と酸化剤との質量流量比を算出するよう構成される酸化剤ポンプ制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００８４】
実施形態１２：酸化剤ポンプ制御部は、発電システムにおける燃料と酸化剤との質量流量比に影響を与えるようポンプの電力を変更させる酸化剤ポンプへの出力を提供するよう構成される、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００８５】
実施形態１３：組込み型制御システムは、酸化剤コンプレッサより下流の酸化剤ストリームの圧力に関する入力を受領し、コンプレッサを迂回する酸化剤を加減させる酸化剤バイパス弁への出力を提供するよう構成される酸化剤圧力制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００８６】
実施形態１４：組込み型制御システムは、酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームの圧力に関する入力を受領し、酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームに加えられる発電システムからの再循環流体を加減させる再循環流体弁への出力を提供するよう構成される酸化剤圧力制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００８７】
実施形態１５：再循環流体は、実質的に純粋なＣＯ２ストリームである、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００８８】
実施形態１６：組込み型制御システムは、酸化剤の質量流量と、希釈酸化剤ストリームの質量流量とのうち１つまたは両方に関する入力を受領し、酸化剤と希釈酸化剤との質量流量比を算出するよう構成される希釈制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００８９】
実施形態１７：希釈制御部は、希釈酸化剤に対する酸化剤の質量流量比を所定の範囲内とするよう、発電システムに入る酸化剤の加減を可能にする酸化剤エントリー弁への出力を提供するよう構成される、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００９０】
実施形態１８：組込み型制御システムは、発電システムにあるコンプレッサより上流の流体の吸引圧に関する入力を受領し、コンプレッサより下流に配置され、コンプレッサより上流にある部位にスピルバックする流体を加減させるスピルバック弁への出力を提供するよう構成されるコンプレッサ吸引圧制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００９１】
実施形態１９：組込み型制御システムは、ポンプより上流の吸引圧に関する入力を受領し、ポンプ速度を上下させるポンプへの出力を提供するよう構成されるポンプ速度制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００９２】
実施形態２０：組込み型制御システムは、発電システムにある高圧再循環ストリームの側方流のための算出された質量流量要件に関する入力を受領し、側方流における高圧再循環ストリームの量を増減させる側方流弁への出力を提供するよう構成される側方流加熱制御部を含む、前述または以下の実施形態に係る発電システム。
【００９３】
実施形態２１：
タービンと、
タービンより下流にあり、タービンと流体連通するコンプレッサと、
コンプレッサより下流にあり、コンプレッサと流体連通するポンプと、
ポンプより下流に配置され、ポンプと流体連通し、タービンより上流に配置され、タービンと流体連通するヒーターと
を備える、前述の実施形態に係る発電システム。
【００９４】
実施形態２２：発電システムの自動制御のための方法であって、
タービンと、
タービンより下流にあり、タービンと流体連通するコンプレッサと、
コンプレッサより下流にあり、コンプレッサと流体連通するポンプと、
ポンプより下流に配置され、ポンプと流体連通し、タービンより上流に配置され、タービンと流体連通するヒーターとを含む複数の部品を備える発電システムを動作させることを含み、
この動作させることは、発電システムに組込まれる１つ以上の制御部を使用し、発電システムの計測パラメータに関する入力を受領し、発電システムの複数の部品のうち少なくとも１つを自動で制御する出力を提供することを含む、方法。
【００９５】
実施形態２３：出力は、予めプログラミングされ、電子化された制御アルゴリズムに基づく、前述または以下の実施形態に係る方法。
【００９６】
実施形態２４：この動作させることは、制御部を使用し、発電システムが産する電力に関する入力を受領し、
ヒーターによる熱生産を増減させるヒーターへの出力を提供する動きと、
発電システムに入れる燃料の加減を可能にする発電システムにある燃料弁への出力を提供する動きと
のうち１つまたは両方を指示することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【００９７】
実施形態２５：この動作させることは、制御部を使用し、燃料流量に関する入力と、酸化剤流量に関する入力とのうち１つまたは両方を受領し、
発電システムに入れる燃料の加減を可能にする発電システムの燃料弁への出力を提供する動きと、
発電システムに入れる酸化剤の加減を可能にする発電システムの酸化剤弁への出力を提供する動きと
のうち１つまたは両方を指示することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【００９８】
実施形態２６：この動作させることは、制御部を使用し、タービンの排気ストリームの温度に関する入力を受領し、ポンプを出るストリームの流量を増減させるタービンより上流のポンプへの出力を提供することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【００９９】
実施形態２７：この動作させることは、制御部を使用し、ポンプより上流の流体における吸引圧に関する入力を受領し、ポンプより上流に配置されるスピルバック弁への出力を提供することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１００】
実施形態２８：
制御部がスピルバック弁からさらに上流にある部位にスピルバックする流体を加減させる要件と、
制御部がポンプより上流で発電システムから除去される流体を加減させる要件と
のうち１つまたは両方が満たされる、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１０１】
実施形態２９：この動作させることは、制御部を使用し、タービンの排気ストリームの圧力に関する入力を受領し、流体排出弁への出力を提供し、排気ストリームから流体を出すことを可能にし、場合によっては流体吸込弁への出力を提供し、排気ストリームへ流体を入れることを可能にすることを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１０２】
実施形態３０：この動作させることは、制御部を使用し、発電システムに含まれる分離器にある水の量に関する入力を受領し、分離器からの水の除去を可能または不可とし分離器にある水の量を所定値内に維持する水除去弁への出力を提供することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１０３】
実施形態３１：この動作させることは、制御部を使用し、発電システムに導入される、燃料の質量流量と、酸化剤の質量流量とのうち１つまたは両方に関する入力を受領し、燃料と酸化剤との質量流量比を算出することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１０４】
実施形態３２：制御部は、発電システムにおける燃料と酸化剤との質量流量比に影響を与えるようポンプの電力を変更させる酸化剤ポンプへの出力を提供する、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１０５】
実施形態３３：この動作させることは、制御部を使用し、酸化剤コンプレッサより下流の酸化剤ストリームの圧力に関する入力を受領し、コンプレッサを迂回する酸化剤を加減させる酸化剤バイパス弁への出力を提供することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１０６】
実施形態３４：この動作させることは、制御部を使用し、酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームの圧力に関する入力を受領し、酸化剤コンプレッサより上流の酸化剤ストリームに加えられる再循環流体を加減させる再循環流体弁への出力を提供することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１０７】
実施形態３５：再循環流体は、実質的に純粋なＣＯ２ストリームである、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１０８】
実施形態３６：この動作させることは、制御部を使用し、酸化剤の質量流量と、希釈酸化剤ストリームの質量流量とのうち１つまたは両方に関する入力を受領し、酸化剤と希釈酸化剤との質量流量比を算出することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１０９】
実施形態３７：制御部は、希釈酸化剤に対する酸化剤の質量流量比を所定の範囲内とするよう、発電システムに入る酸化剤の加減を可能にする酸化剤エントリー弁への出力を提供するよう構成される、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１１０】
実施形態３８：この動作させることは、制御部を使用し、コンプレッサより上流の流体の吸引圧に関する入力を受領し、コンプレッサより下流に配置され、コンプレッサより上流にある部位にスピルバックする流体を加減させるスピルバック弁への出力を提供することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１１１】
実施形態３９：この動作させることは、制御部を使用し、ポンプより上流の吸引圧に関する入力を受領し、ポンプ速度を上下させるポンプへの出力を提供することを含む、前述または以下の実施形態に係る方法。
【０１１２】
実施形態４０：この動作させることは、制御部を使用し、高圧再循環ストリームの側方流のための算出された質量流量要件に関する入力を受領し、側方流における高圧再循環ストリームの量を増減させる側方流弁への出力を提供することを含む、前述の実施形態に係る方法。
【０１１３】
本開示は、このように、上述の一般的な用語で記載されているが、ここで、添付図面を参照されたい。なお、添付図面は、必ずしも一定の比率で描かれてはいない。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本開示の実施形態に係る制御システムの部品を含む発電システムの概略図であり、この制御部品は、具体的には、熱制御のために構成される。
【図２】本開示の別の実施形態に係る制御システムの部品を含む発電システムの概略図であり、この制御部品は、さらに、熱源の制御のために構成される。
【図３】本開示の別の実施形態に係る制御システムの部品を含む発電システムの概略図であり、この制御部品は、具体的には、直火式発電システムの構成要素の制御のために構成される。
【図４】本開示の別の実施形態に係る制御システムの部品を含む発電システムの概略図であり、この制御部品は、具体的には、直火式発電システムの別の構成要素の制御のために構成される。
【図５】本開示の別の実施形態に係る制御システムの部品を含む発電システムの概略図であり、この制御部品は、具体的には、発電システムからの過剰な質量の除去を含む、直火式発電システムの別の構成要素の制御のために構成される。
【図６】本開示の別の実施形態に係る制御システムの部品を含む発電システムの概略図であり、この制御システムは、具体的には、発電システムからの過剰な質量の除去を含む、直火式発電システムの別の構成要素の制御のために構成される。
【図７】本開示の別の実施形態に係る制御システムの部品を含む発電システムの概略図であり、この制御部品は、具体的には、発電システムへの熱入力の制御のために構成される。
【発明を実施するための形態】
【０１１５】
次に、本発明を以降にてより詳細に記載する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施されることがあり、本明細書で述べる実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、それら実施形態は、本開示を完璧で完全とし、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるために提供される。本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈上、明白に別段の指示のない限り、複数のものを含む。
【０１１６】
１つ以上の実施形態において、本開示は、発電の制御のためのシステム及び方法を提供する。制御システム及び制御方法は、多種多様な発電システムに対して利用することができる。例えば、制御システムは、周囲圧力よりも加圧するか否かは問わないが、燃料を燃焼させ、ストリームに熱を産する１つ以上のシステムに適用することができる。制御システムは、同様に、繰り返し加熱及び冷却させる及び／または繰り返し加圧及び膨張させるために、作動流体を循環させる１つ以上のシステムに適用することができる。そのような作動流体は、例えば、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、及びＮ２のうち１つ以上を含んでもよい。
【０１１７】
本明細書に記載されるような制御システムを実装することができる発電システム及び発電方法の例は、Ｐａｌｍｅｒらによる米国特許第９，０６８，７４３号、Ａｌｌａｍらによる米国特許第９，０６２，６０８号、Ｐａｌｍｅｒらによる米国特許第８，９８６，００２号、Ａｌｌａｍらによる米国特許第８，９５９，８８７号、Ｐａｌｍｅｒらによる米国特許第８，８６９，８８９号、Ａｌｌａｍらによる米国特許第８，７７６，５３２号、及びＡｌｌａｍらによる米国特許第８，５９６，０７５号に開示され、それらの開示内容は参照により本明細書に組込まれる。非限定例として、ここで記載されるような制御システムを利用することがある発電システムは、燃焼器において、ＣＯ２循環流体の存在下でＯ２を用いて燃料を燃焼するために構成されてもよく、好ましくは、ＣＯ２は、少なくとも約１２ＭＰａの圧力で、少なくとも約４００℃の温度で導入され、ＣＯ２を含む燃焼生成物ストリームを提供し、好ましくは、燃焼生成物ストリームは、少なくとも約８００℃の温度である。そのような発電システムは、さらに、以下のうち１つ以上を特徴とすることができる。
【０１１８】
燃焼生成物ストリームは、約１ＭＰａ以上の吐出圧で、タービンを渡って膨張し、電力を発生させ、ＣＯ２を含むタービン吐出ストリームを提供してもよい。
【０１１９】
タービン吐出ストリームは、熱交換器ユニットを通過し、冷却吐出ストリームを提供してもよい。
【０１２０】
冷却タービン吐出ストリームは、ＣＯ２以外の１つ以上の第２成分を除去するよう処理され、精製吐出ストリームを提供してもよい。
【０１２１】
精製吐出ストリームは、圧縮され、超臨界ＣＯ２循環流体ストリームを提供してもよい。
【０１２２】
超臨界ＣＯ２循環流体ストリームは、冷却され、高密度ＣＯ２循環流体（好ましくは、密度が、少なくとも約２００ｋｇ／ｍ３である）を提供してもよい。
【０１２３】
高密度ＣＯ２循環流体は、燃焼器への入力に適した圧力にポンプで圧送されてもよい。
【０１２４】
加圧ＣＯ２循環流体は、タービン吐出ストリームから回収される熱を使用して、熱交換器ユニットを通過することにより、加熱されてもよい。
【０１２５】
全てまたは一部の加圧ＣＯ２循環流体は、タービン吐出ストリームから取り出したものではない熱でさらに加熱されてもよい（好ましくは、さらなる加熱は、熱交換器を通過する前、その最中、またはその後のうち１つ以上で、行われる）。
【０１２６】
加熱加圧ＣＯ２循環流体は、燃焼器に再循環されてもよい（好ましくは、燃焼器に入る加熱、加圧ＣＯ２循環流体の温度は、タービン吐出ストリームの温度よりも最大約５０℃低い）。
【０１２７】
本開示の制御システムは、具体的には、所望の性能及び安全性を提供するため精密な制御を必要とするパラメータなど、複数のストリームに関する複数のパラメータの精密な制御を提供するための必要性により、上記にて例示したような発電方法に関して有用である場合がある。例えば、１つ以上の実施形態において、本制御システムは、以下の機能のうち１つ以上に関して有用である場合がある。
【０１２８】
本制御システムは、発電タービンと、最後にタービンを通り膨張するストリームを圧縮するために利用するコンプレッサとで異なる速度制御を可能にする上で有用である場合がある。これは、コンプレッサ及びタービンが同じシャフトに搭載される従来のガスタービンを超える利点である。この従来の構成は、可変速度でコンプレッサを動作させることを不可能とする。一定の回転速度及び吸込状態は、コンプレッサへの、またそれ故タービンへの実質的に一定の質量スループットをもたらす。これは、吸込口ガイドベーンの使用を通じて、影響を受けることがあり、コンプレッサに入る気流を制限し、それにより、質量スループットを低下させる。本開示によれば、コンプレッサとタービンとの間でポンプを使用することにより、有意なレベルでの発電システムの制御が提供される。これにより、コンプレッサ−ポンプ間の繋がりの質量スループットと、タービン−コンプレッサ−発電機間の繋がりの回転速度とを切り離すことが可能となる。
【０１２９】
本制御システムは、加熱ガスストリームを膨張させるタービンの吸込圧及び／または排出圧を制御する上で有用である場合がある。加熱ガスストリームは、大半がＣＯ２であってもよい（質量％）。
【０１３０】
本制御システムは、タービンの排出温度を制御する上で有用である場合がある。
【０１３１】
本制御システムは、タービン排気量からのＣＯ２圧力を、タービン吸込量の圧力に上昇させ、結果としてそれら圧力を維持するＣＯ２圧縮手段を用いて、発電システムの動作を制御する上で有用である場合がある。
【０１３２】
本制御システムは、タービン排気圧からタービン吸込圧までのＣＯ２圧縮手段における任意の点で燃焼器の燃料ガスにある炭素から形成される正味量のＣＯ２の除去を制御する上で有用である場合がある。
【０１３３】
本制御システムは、再循環高圧ＣＯ２ストリームを加熱し、冷却タービン排気からの熱回収を保証することにより、可能な限り最も高い温度で、加熱再循環高圧ＣＯ２の燃焼器への最適な流れを提供しつつ、高温タービン排気をエコノマイザ熱交換器で冷却する、発電システムの動作を制御する上で有用である場合がある。
【０１３４】
本制御システムは、外部熱源からの（例えば、約４００℃以下の温度での）再循環ＣＯ２ストリームへの熱入力を最適化し、エコノマイザ熱交換器における温度差を４００℃未満に制御し、冷却タービン排気ストリームに対して加熱されてもよい再循環ＣＯ２の量を最大にし、エコノマイザ熱交換器のホットエンドの温度差を最小にする上で有用である場合がある。
【０１３５】
本制御システムは、高圧加熱再循環ＣＯ２ストリームと混合するときの燃焼生成物が、所要温度及び所要圧力で、タービンへの吸込ガスストリームを形成することを保証するよう、燃焼器への燃料流を制御する上で有用である場合がある。
【０１３６】
本制御システムは、タービン排出ストリームにおける所要の過剰ＣＯ２濃度を得、燃料の完全な燃焼を保証するよう、燃焼器への酸素流を制御する上で有用である場合がある。
【０１３７】
本制御システムは、燃焼処理で形成される水の凝結を最大にし、他の燃料または燃焼由来の不純物を伴う燃料ガス燃焼から正味量の水を生産させないため、エコノマイザ熱交換器を出るタービン排気ストリームを周囲冷却手段によりさらに冷却することができるよう、発電システムの動作を制御する上で有用である場合がある。
【０１３８】
１つ以上の実施形態において、本明細書に記載されるような制御システムの実装に適した発電システムは、化石燃料の燃料を経るもの以外の方法を介して加熱するために構成されてもよい。一非限定例として、燃焼器における化石燃料の燃焼由来の熱入力を補うまたはそれに代わるソーラーパワーを使用することができる。同様に、他の加熱手段を使用することができる。一部の実施形態において、４００℃以下の温度でのＣＯ２再循環ストリームへの熱入力の形態を使用することができる。例えば、濃縮ストリーム、ガスタービン排気、断熱圧縮ガスストリーム、及び／または４００℃超であってもよい他の高温流体ストリームを利用することができよう。
【０１３９】
一部の実施形態において、制御システムは、具体的には、利用されるエコノマイザ熱交換器の許容可能な最大温度により確定する最大値でタービン排出温度を制御する上で有用である場合がある。そのような制御は、タービン吸込圧及びタービン排出圧並びに熱交換器が動作するホットエンドの温度差に基づいてもよい。
【０１４０】
本開示の制御システムは、パラメータ（例えば、計測パラメータ及び／または算出パラメータ）が、１つ以上の実行可能な動きと関連する場合がある１つ以上の機能により定義されてもよい。実行可能な動きは、１つ以上の弁の開閉を経るなど、システムにおける流体の流れを調節する１つ以上の動きを含んでもよい。非限定例として、本開示に係る制御システムにおける計測パラメータは、流体流量、圧力、温度、液位、流体量  、及び流体成分などを含んでもよい。計測パラメータは、熱電対、圧力センサ、トランスデューサ、光検出器、流量計、分析装置（例えば、ＵＶ−ＶＩＳ分光計、ＩＲ分光計、質量分析計、ガスクロマトグラフィー、及び高速液体クロマトグラフィーなど）、計器、及び同様のデバイスなどの任意の適したデバイスを使用して、計測することができる。本開示に係る制御システムにおける算出パラメータは、例えば、コンプレッサ（例えば、ＣＯ２コンプレッサ）の電力消費、ポンプ（例えば、ＣＯ２ポンプ）の電力消費、極低温酸素プラントの電力消費、燃料熱入力、１つ以上の流体ストリームの圧力降下（例えば、熱交換器における圧力降下）、温度差（例えば、熱交換器のホットエンド及び／または熱交換器のコールドエンドにおける温度差）、タービンの電力出力、発電機の電力出力、及びシステム効率を含んでもよい。算出パラメータは、例えば、計測パラメータに基づき電子化されたスーパーバイザリーコントロールシステムにより算出することができよう。
【０１４１】
図１は、本開示の実施形態を図示し、ここでは具体的には閉電力サイクルに使用されることがある制御システムが図示される。制御システムは、具体的には、例えば、太陽光利用において、システムに入る熱の量の直接制御を要しないシステム及び方法において有用である。この構成において、作動流体は、ヒーター１２、発電機１１に接続されるタービン１０、第１ヒーター／クーラー１６、コンプレッサ３０、第２ヒーター／クーラー１８、及びポンプ２０を通り、循環する。場合によっては、タービン１０を出る作動流体ストリーム１０１ｂにおける熱を作動流体ストリーム１０１ｇへと回収し、ヒーター１２によりさらに加熱される作動流体ストリーム１０１ｂとして出すことができるようなレキュペレータ熱交換器５０を含んでもよい。
【０１４２】
ヒーター１２において発電システムに入る熱は、好ましくは高圧（例えば、約１０ｂａｒ以上、約２０ｂａｒ以上、約５０ｂａｒ以上、約８０ｂａｒ以上、約１００ｂａｒ以上、約１５０ｂａｒ以上、約２００ｂａｒ以上、または約２５０ｂａｒ以上）で、作動流体に加えられ、高圧加熱作動流体ストリーム１０１ａを提供する。このストリームは、タービン１０を通り、低圧に膨張し、作動流体ストリーム１０１ｂとして出る。パラメータチェック部位１３は、タービン１０より下流で、第１ヒーター／クーラー１６より上流（場合によっては、存在する場合、レキュペレータ熱交換器５０より上流）に構成され、温度センサまたは熱電対などを含む。制御部２（ポンプ制御部とみなすことができる）は、パラメータチェック部位１３にて、１つ以上の温度読み取り（読み取りは、継続的であっても定期的であってもよい）を指示及び／または収集する。パラメータチェック部位１３にて実質的に一定の温度を維持するため、制御部２が、ポンプ２０の必要に応じて、電力調整を指示する。例えば、制御部２は、パラメータチェック部位１３における温度読み取りに応じてポンプ２０の速度を制御することができる。このように、制御部２は、ヒーター１２におけるシステムに導入される熱の量とは独立して、同様に、タービン１０の吸込温度とは独立して、作業流体ストリーム１０１ｂにおける所望の温度を維持するよう構成されてもよい。これは、特に、ヒーター１２に導入される熱の量により示されるようなタービン１０への吸込温度により規定されるような正確な圧力で正確な質量流量の作動流体を送達するようポンプ２０を制御することができる点で有益である。
【０１４３】
そのような動的制御は、図１に図示される発電システムにおける１つ以上の別のパラメータに影響を及ぼす場合がある。例えば、ポンプ２０を通る流量の変化により、作動流体ストリーム１０１ｆにおけるポンプからすぐ上流での吸引圧に変化が生じる。ポンプ２０の所望な制御性を維持するため、ポンプの吸引状態は、所定の範囲内で可能な限り一定に保たなければならない。第２ヒーター／クーラー１８は、ポンプ２０における吸引温度を所望の値に維持する上で有用である場合がある。ポンプ２０の実質的に一定の吸引圧を維持するため、制御部３（ポンプ吸引圧制御部とみなすことができる）は、パラメータチェック部位２３に配置される圧力センサまたはトランスデューサなどをモニタリングするよう構成されてもよく、制御部３は、そこから得た圧力読み取りを利用して、作動流体ストリーム１０１ｃにおける任意の位置にある場合があるパラメータチェック部位４４にスピルバックする作動流体ストリーム１０１ｅからの流体の加減を可能にするよう構成されてもよいスピルバック弁３１を制御することができる。従って、制御部３は、本質的には、スピルバック弁３１を介してコンプレッサ３０の周囲の再循環の流れの量を制御するよう構成されてもよい。このように、パラメータチェック部位２３における圧力は、スピルバック弁３１を通る流体流を減少させることにより上げることができ、スピルバック弁を通る流体流を増加させることにより下げることができる。流体が作動流体ストリーム１０１ｃにスピルバックするため、作動流体１０１ｂ及び１０１ｃでは、実質的に一定の圧力が維持されることも望まれる場合がある。そのため、パラメータチェック部位１３は、同様に、圧力センサまたはトランスデューサなどを含んでもよい。温度センサ及び圧力センサは、同じパラメータチェック部位に構成することができ、また作動流体ストリーム１０１ｂにて異なるパラメータチェック部位を、個々のセンサのため利用することもできる。
【０１４４】
パラメータチェック部位１３が、パラメータチェック部位４４及びパラメータチェック部位４３と流体連通しているため、部位１３、４４、及び４３における個々の圧力は、装置及び配管を通る固有の圧力損失に因ってのみ、実質的に異なることがある。制御部４は、パラメータチェック部位４３に配置される圧力センサまたはトランスデューサなどをモニタリングするよう構成されてもよく、制御部４は、パラメータチェック部位４４における実質的に一定の圧力を維持するため、作動流体ストリーム１０１ｄからの流体をシステムに入れるまたはシステムから出すことを可能にするよう、弁４１を制御するよう構成されてもよい。このように、パラメータチェック部位４４は、必要に応じて、制御部４がモニタリングすることができる圧力センサまたはトランスデューサなどを含んでもよい。あるいは、パラメータチェック部位４３及び４４が流体連通しているため、パラメータチェック部位４３における計測圧力は、パラメータチェック部位４４における圧力と実質的に同一であると考察することができる。弁４１は、所望の圧力を維持するために、作動流体ストリームに対し、流体を除去及び／または追加するよう構成されてもよい。一部の実施形態において、単一の弁４１の代わりに、低圧シンクへ流体を出すことを可能にするよう構成される第１弁（すなわち、流体排出弁）及び高圧源から流体を入れることを可能にするよう構成される第２弁（すなわち、流体吸込弁）といった２つの弁があってもよい。
【０１４５】
一部の実施形態において、図示されるシステムは、弁４１がないまたは弁４１を利用せずに、制御されてもよく、その代わりに、制御部３は、コンプレッサ３０によるサージを実質的に防止するよう、動作してもよい。そのような実施形態において、制御部２は、なお、パラメータチェック部位１３にて温度を管理するよう動作してもよく、制御は、一見して、完全な閉ループとなってもよく、この構成は、具体的には間接加熱発電サイクルに有用となる場合がある。例えば、１つ以上の実施形態において、ヒーター１２は、所定の熱水準以上の太陽光加熱の供給のために構成されてもよく、従って、発電システムは、太陽光の入射の変化へ動的に応答し、可能な限り多くの電力を産するよう実質的に自己調節することができる。このような構成は、別の供給源からさらに熱が、継続的または断続的にヒーター１２において加えられる場合にも、同様に維持されてもよいであろう。
【０１４６】
図１の図示されるシステムにおいて、コンプレッサ３０は、タービン１０からのその吸込作動流体ストリームを受け、その排出作動流体ストリームは、最後に、ポンプ２０に送達される。コンプレッサ３０は、タービン１０に軸で搭載されてもよく、コンプレッサの作業状態は、タービン排気状態の制御に基づき、実質的に変化しないことがある。
【０１４７】
制御部２、制御部３、及び制御部４は、個別の制御部であると図示され論じているが、個々の制御部を大きなユニットの一部として構成することができることを理解されたい。例えば、単一の制御ユニットが、それらが指定されたパラメータチェック部位及びそれらが制御するデバイス（例えば、ポンプ２０、スピルバック弁３１、及び弁４１）に独立して接続されることができる複数のサブユニットを含むことができよう。さらに、制御ユニットは、実質的に、個々のパラメータチェック及び制御されるデバイスに対し指定される複数の入力及び複数の出力を有する、全体的制御部（例えば、コンピュータまたは同様の電子デバイス）におけるサブルーチンとして構成されてもよい。
【０１４８】
伝熱式熱交換器５０が含まれる実施形態において、パラメータチェック部位１３における温度の制御は、特に重要である場合がある。パラメータチェック部位１３における温度を定常時の値に、または実質的にそれに近い値に、維持することにより、伝熱式熱交換器５０における温度プロファイルをも実質的に一定に保つことができる。少なくとも、そのような制御スキームは、システムで利用される配管、熱交換器、及び他の高温装置の熱循環を低下または消失させ、そして、部品寿命を著しく増加させることができるため、有益である。
【０１４９】
図２は、本開示の実施形態を図示し、ここでは図１に図示される発電システムと実質的に同一の発電システムが示される。図２のシステムでは、別の制御部１（電力制御部とみなすことができる）が含まれ、様々な値をモニタリングし、多くの制御コマンドを指示するために構成されてもよい。
【０１５０】
１つ以上の実施形態において、制御部１は、発電機１１の電力出力に関する計測値を計測する及び／または受領するよう構成されてもよい。一部の実施形態において、制御部１は、ヒーター１２を介する熱入力を指示し、所要の電力を発生させるよう構成されてもよい。このような方法で、発電機１１における電力出力が所望の出力より多いまたは少ない場合、ヒーター１２を介する熱入力を減少または増加させることができ、所望の電力出力を送達する。同様に、制御部１を用いた電力出力のモニタリングは、実質的に一定な電力出力を提供することができるよう、熱入力が動的に変化することを可能にすることができる。非限定例として、太陽光加熱をヒーター１２に利用するとき、発電機１１における電力出力は、トリガーとして利用されてもよく、その結果、例えば、電力出力が所定値未満に降下したとき、及び／または、使用率が増加することが予想されるときに電力出力を１日１度自動で増加させることがあるなど、電力出力が予め定義された加熱アルゴリズムを満たすのに不充分であるとき、熱出力を増加させるため、より多くのミラーを収集タワーに向けることができよう。別の非限定例として、複数の熱源を利用することができ、この場合、第１熱源を主として利用することができ、発電機１１における電力出力が不十分なとき、第２熱源を自動で稼働させることができる。例えば、太陽光加熱は、主熱源となるもの及び主熱源を補うもう一方の第２熱源となるものを用いた燃焼加熱と組み合わせることができよう。
【０１５１】
より多くのまたはより少ない熱がシステムに加えられると、タービン吸込温度は、変化し、タービンを通り膨張した後、パラメータチェック部位１３における温度は変化するであろう。このように、図１に関する上記制御機能のうち１つ以上は、同様に、図２に図示されるようなシステムに実装することができる。
【０１５２】
図３は、本開示の実施形態をさらに図示し、ここでは、具体的には、半閉電力サイクルに使用されることがある制御システムが図示される。制御システムは、具体的には、サイクルが酸素を用いて炭素質燃料を燃やす直火式酸素燃焼サイクルである、システム及び方法で有用である。図示されるように、発熱反応を提供するため組み合わせられてもよい少なくとも２つの成分は、弁１４及び弁７１を通りシステムに導入される。成分は、タービン１０に直接導入されるように示されるが、１つ以上の実施形態において、成分は、燃焼器などの反応器に導入されることがある。一部の実施形態において、タービン１０は、タービンより上流に反応または燃焼チャンバを含む多段式部品である。図３において、点線の下部の構成要素１０の一部は、燃焼チャンバであってもよく、点線の上の構成要素１０の一部は、タービンであってもよい。非限定例として、弁１４は、天然ガスまたは他の化石燃料などのメーターを介して燃料を供給するために構成されてもよく、弁７１は、空気または実質的に純粋な酸素（例えば、少なくとも９５％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、または少なくとも９９．５％の純酸素）などの酸化剤を、メーターを介して供給するために構成されてもよい。
【０１５３】
図３に例示されるシステムにおいて、制御部１は、発電機１１の電力出力をモニタリングするよう構成されてもよい。計測された電力出力に基づき、制御部１は、発電システムへの燃料の加減を可能にするよう燃料弁１４を制御する。より多くのまたはより少ない燃料が発電システムに加えられると、制御部７（燃料／酸化剤比制御部とみなすことができる）は、パラメータチェック部位７２における酸化剤流量とパラメータチェック部位１５における燃料流量比を比較し、制御部７は、酸素に対する燃料の予め定められた比率を維持するために、酸化剤弁７１にそこを通る酸化剤の加減を可能にするよう命じる。
【０１５４】
反応（例えば、燃焼）生成物は、タービン１０（または複合反応器／タービンのタービン部分）を通過し、タービン排気ストリームとして出る。一例として、天然ガス及び酸素が弁１４及び弁７１を通りメーターを介して供給されるとき、タービン排気ストリームにおける主生成物は、Ｈ２Ｏ及びＣＯ２であるであろう。タービン排気ストリームは、レキュペレータ熱交換器５０（このような部品は任意であるが）を通過し、その後、第１ヒーター／クーラー１６を通過することができる。タービン排気ストリームは、その後、水を弁６１を通し取り出すことができる水分離器６０で処理される。実質的に純粋なＣＯ２ストリームは分離器６０の上部から出て、コンプレッサ３０を通過する（一部分画は、弁４１を通り引き出される）。コンプレッサ３０を出た圧縮再循環ＣＯ２ストリームは、第２ヒーター／クーラー１８を、その後、ポンプ２０を通過し、高圧再循環ＣＯ２ストリームを提供する。これは、（場合によっては、レキュペレータ熱交換器５０を通過し、タービン排気ストリームから引き込まれる熱で加熱されて）、タービン１０へ戻ることができる。実質的に純粋なＣＯ２ストリームは、少なくとも９５重量％、少なくとも９７重量％、少なくとも９８重量％、少なくとも９９重量％、または少なくとも９９．５重量％のＣＯ２を含んでもよい。
【０１５５】
図３に図示されるように、例示的な発電システムで使用される制御システムは、図１及び図２のシステムに関して上記したものと実質的に同一に機能することができる、制御部２、制御部３、及び制御部４を含む。また、制御部６（水分離器制御部とみなすことができる）は、制御部６が読み取ることができる水位出力を提供するのに適した１つ以上のセンサを含んでもよい、分離器６０での水位をモニタリングするために利用される。受領した水位信号に基づき、制御部６は、正確な間隔及び持続時間で開くよう弁６１に指示し、所望のレベルで分離器６０における水位を維持する。計測値は、水位に関して参照されるが、体積、質量、または他のパラメータを利用し、制御部６に信号を提供することがあることを理解されたい。
【０１５６】
図４は、本開示のさらなる実施形態を図示し、ここでは、具体的には、人工空気源を利用する半閉電力サイクルに使用されることがある制御システムが図示される。制御システムは、具体的には、サイクルが酸素で炭素質燃料を燃やす直火式酸素燃焼サイクルである、システム及び方法で有用である。制御部１は、再び、発電機１１の電力出力をモニタリングし、それに応じて、弁１４を通る燃料入力をメーターで量る。
【０１５７】
図４に図示されるように、燃料及び酸化剤は、デュアル燃焼器／タービン１０の燃焼部分に入り、タービン排気ストリームは、タービン部分を出る。タービン排気ストリームは、レキュペレータ熱交換器５０（このような部品は任意ではあるが）を通過し、その後、第１ヒーター／クーラー１６を通過してもよい。タービン排気ストリームは、その後、弁６１を通し、水を取り出すことができる水分離器６０で処理される。実質的に純粋なＣＯ２ストリームは、分離器６０の上部から出て、コンプレッサ３０を通過する（一部分画は、弁４１を通り引き出される）。コンプレッサ３０を出た圧縮再循環ＣＯ２ストリームは、第２ヒーター／クーラー１８を、その後、ポンプ２０を通過し、高圧再循環ＣＯ２ストリームを提供する。これは、（場合によっては、レキュペレータ熱交換器５０を通過し、タービン排気ストリームから引き込まれる熱で加熱されて）デュアル燃焼器／タービン１０へ戻ることができる。
【０１５８】
この構成において、酸化剤は、弁１１１を通って入り、ＣＯ２を酸化剤と組み合わせることができる接合管１１４を通過する。酸化剤ストリーム（場合によっては、ＣＯ２ストリームで希釈される）は、ヒーター／クーラー２２を通過し、コンプレッサ９０で加圧され、ヒーター／クーラー２４を通過し、最終的に、ポンプ８０を通過する。制御部８（酸化剤ポンプ制御部とみなすことができる）は、（パラメータチェック部位２６で読み取った）燃料の質量流量と、（パラメータチェック部位８２で読み取った）酸化剤の質量流量との間の比率を計測する。算出された比率に基づき、制御部８は、ポンプの電力を変更し、正確な質量流量で酸化剤の送達を可能にするよう変速度ポンプ８０に指示することができ、所要の圧力で所望の燃料に対する酸化剤比が維持される。このように、発電システムに供給される酸化剤の量は、一貫して、デュアル燃焼器／タービン１０への経路のための正確な流量及び正確な圧力となる。例えば、パラメータチェック部位８２における圧力が燃焼器／タービン１０からの逆圧により上昇し得た場合、制御部８は、ポンプ８０に、正確な圧力及び酸化剤の質量流量を提供するのに適した異なる速度で動作するよう命じるよう構成されてもよい。パラメータチェック部位９３にて得た圧力読み取りに基づき、制御部９（酸化剤圧力制御部とみなすことができる）は、コンプレッサ９０より上流の点（具体的には、接合管１１４とヒーター／クーラー２２との間）にスピルバックする（または再循環される）流体の加減を可能にすることにより、パラメータチェック部位９３における圧力を増減するようスピルバック弁９１に指示することができる。圧力は、同様に、パラメータチェック部位１０２にてモニタリングされてもよい（これは、コンプレッサ９０の吸引に対応する圧力である）。この圧力に基づき、制御部１００（酸化剤圧力制御部とみなすことができる）は、パラメータチェック部位１０２において実質的に一定な圧力を維持するため、コンプレッサ３０の上流の流体の全てまたは一部を接合管１１４へ逸れないよう弁１０３に指示することができる。弁１０３を通り逸れた実質的に純粋なＣＯ２ストリームは、酸化剤を希釈するのに利用されてもよく、制御部１００は、同様に、弁１０３を通る流れを増減し、所望の希釈液を提供するよう構成されてもよい。弁１０３を通り提供されるＣＯ２ストリームの質量流量は、パラメータチェック部位１１３で計測されてもよく、弁１１１を通り提供される酸化剤の質量流量は、パラメータチェック部位１１２で計測されてもよい。制御部１１０（希釈制御部とみなすことができる）は、チェック部位１１２及び１１３での流れの比率を算出するよう構成されてもよく、正確な比率が維持されることを保証するため、システムに入る酸化剤の加減を可能にするよう、弁１１１に指示するよう構成されてもよい。
【０１５９】
１つ以上の実施形態において、本開示に係る制御システムは、具体的には、広範囲の圧力にわたる質量制御を提供するよう構成されてもよい。低圧質量制御（例えば、約１０ｂａｒまで、約８ｂａｒまで、または約５ｂａｒまでの周囲圧力での質量制御）は、上記制御部４についての記載と同様に達成することができる。具体的には、制御部４は、弁４１を開閉し、発電システムからの過剰な質量を取り除くよう構成されてもよい。例えば、作動流体として再循環ＣＯ２ストリームを利用し、化石燃焼を燃焼させるシステムにおいて、過剰なＣＯ２が形成される場合がある。システムにおける正確な質量均衡を維持するため、形成されたＣＯ２の全てまたは一部は、弁４１を通し引き出されてもよい。質量制御のため、弁４１を通し引き出された流体の量は、燃焼反応の既知の化学量論に基づき算出されてもよく、制御部４は、それに応じて、弁４１を通る質量流量を制御するよう構成されてもよい。必要に応じて、燃焼器より下流の流体質量を計測及び／または算出するため、及び／またはコンプレッサ３０及び／またはポンプ２０より下流にあるストリームに関して、燃焼器と弁４１との間のストリーム間の流体質量比を計測及び／または算出するため、１つ以上のセンサを利用してもよい。
【０１６０】
図５に図示される実施形態において、上記のような制御部３及び制御部４はなく、コンプレッサ３０の排出圧と実質的に同じ圧力（ポンプ２０の吸引と実質的に同一である）で、発電システムから過剰な質量を放出するために、別の制御部が設けられる。上述したように、ポンプ２０の速度は、制御部２を介して、タービン１０の排気温度により制御される。しかし、図５に図示される実施形態において、コンプレッサ３０の吸引圧は制御される。具体的には、パラメータチェックポイント５４は、圧力センサを含んでもよく、制御部３５（コンプレッサ吸引制御部とみなすことができる）は、パラメータチェック部位５４で計測されるようなコンプレッサ３０の吸引における圧力に基づき、弁３１を開閉するよう構成されてもよい。パラメータチェック部位５４における圧力が降下し始める場合、制御部３５は、弁３１を開け、流体がパラメータチェック部位５４より上流の点にスピルバックする（図示される実施形態において、パラメータチェック部位４４に向かいスピルバックする）ことを可能にし、パラメータチェック部位５４における圧力を上昇させるよう構成されてもよい。パラメータチェック部位５４における圧力が増加し始める場合、制御部３５は、スピルバックする流体の量を減少させ、パラメータチェック部位５４における圧力を低下させるため、弁３１を閉じるよう構成されてもよい。
【０１６１】
ポンプ２０の速度を制御することに加え、ポンプの吸引圧も制御することができる。具体的には、パラメータチェック部位２３において読み取った圧力は、弁８８を開閉するよう構成されてもよい制御部７５（ポンプ速度制御部とみなすことができる）により利用することができる。そのため、ポンプ２０の吸引圧は、弁８８において、過剰な流体を発電システムから除去することにより制御され、そして、所望のシステム圧力の維持が提供される。
【０１６２】
図６に図示される実施形態において、電力制御スステムは、弁８８を使用しないこと以外は、図５に図示される構築物と同様に構成される。この図示される実施形態において、コンプレッサ３０は、図５に関して記載されるような吸引圧制御で動作し、ポンプ２０も、吸引圧制御で動作する。具体的には、パラメータチェック部位２３で読み取った圧力は、燃焼サイクルの別のパラメータにより規定される正確な圧力で制御される吸引状態及び出力を維持するようポンプ２０の速度を調整するよう構成されてもよい制御部７５により利用されてもよい。また、パラメータチェック部位１３から得た温度は、制御部２により再度使用されてもよいが、制御部２は、タービン１０からの排気の温度を制御するため、弁１１５を通るよう流体を向かわせるように構成される。弁１１５を通し、より多くの流体を発電システムから出すことを可能にすることにより（または発電システムにより多くの流体を保つことにより）、タービン１０を通る吸込圧（さらには、質量流量）を制御することができ、同様に、タービン１０の排出温度を制御することができる。
【０１６３】
１つ以上の実施形態において、図７に示す電力システムは、電気発生器１１に連結されるタービン１０を備えてもよい。燃料ストリームは、弁１４を通りメーターを介して供給され、酸素は弁１１７を通りメーターを介して供給され、燃料は、燃焼器１０において酸素を用いて燃焼される。燃料及び酸素は、エコノマイザ熱交換器５０を出る加熱高圧再循環ＣＯ２ストリーム１２０と混合される。燃焼ガスは、タービン１０ｂに渡る。タービン吐出ストリームは、エコノマイザ熱交換気５０にて、高圧再循環ＣＯ２ストリーム１１９に対して、冷却され、第１ヒーター／クーラー１６にて、ほぼ周囲温度までさらに冷却される。一部の実施形態において、第１ヒーター／クーラー１６は、例えば、冷却水を使用する間接熱交換器であってもよく、またはタービン排気ストリームの冷却及び水の濃縮の両方を行う直接接触熱交換器であってもよい。ほぼ周囲温度のストリームは、弁６１を通し復水液ストリームを吐出する水分離器６０に入る。ストリームは、ＳＯ２及びＮＯ２などの酸化状態にある燃料または燃焼由来の不純物を含む場合がある。直接接触クーラーの場合、ユニットは、複合ガスクーラーガス／水コンタクター及び液相分離器として働く。再循環されたＣＯ２ストリーム１１６は、（例えば、約３０〜７０ｂａｒから約８０ｂａｒに）その圧力を上昇させるＣＯ２再循環コンプレッサ３０に入る。コンプレッサ３０には、弁３１を有する再循環ＣＯ２管４５が設けられ、圧力を低下させ、部位４４での吸引に、コンプレッサ流の一部を戻す。正味量のＣＯ２生成物は、タービン燃焼器にて続いて酸化される燃料ガスストリーム由来の全ての炭素を含有し、弁４１を通るストリームとして、コンプレッサから排気される。正味量のＣＯ２生成物は、コンプレッサ吸引からポンプ吐出までの圧力で送達されてもよい。コンプレッサ３０を出る再循環されたＣＯ２ストリームは、第２ヒーター／クーラー１８にて、ほぼ周囲温度に冷却される。密度は、通常約０．７ｋｇ／リットルから約０．８５ｋｇ／リットルに増加する。濃超臨界ＣＯ２は、多段ポンプ２０において、通常３２０ｂａｒにポンプで圧送される。ポンプ２０を出た再循環されたＣＯ２ストリーム１１９は、エコノマイザ熱交換器５０に入る。
【０１６４】
ポンプ２０を出た再循環されたＣＯ２ストリームの一部１１９ａは、加熱ストリーム５３に対して熱交換器５６で加熱され、これは、空気分離ユニットから取り出した熱など任意の供給源からであってもよい。このストリーム１１９ａは、通常、約２００℃から約４００℃の温度に加熱される。加熱ストリームは、その後、中間部位で熱交換器５０内を通り、再び高圧再循環ＣＯ２ストリーム１１９と混合される。システムは、流体流を調節する制御弁により制御される。システムには、流量、圧力、温度、及びガス成分を計測するセンサが設けられる。それら計測値は、例えば、記憶されたスーパーバイザリーコントロールブログラムを伴う制御アルゴリズムを使用して電力プラントを調整するデジタル制御システムに与えられてもよい。制御システムからの出力は、ポンプ２０の速度及び他のシステムの機能に加え、制御弁の開口具合を調節する。所要電力出力での所定の高効率な動作、最適なスタートアップ状態、制御されたランプアップまたはランプダウンいずれかの速度、並びにシステムマルファンクションへのシャットダウン及び応答を達成することが目的である。そのようなデジタル制御システム及び制御アルゴリズムを図７のシステムに関して記述するが、そのような開示は、図１から図６及び図８までに関して記載される、またそれらの実施形態を含む、本明細書に記載の別の実施形態にも等しく適用されることを理解されたい。
【０１６５】
システムの機能的制御は、センサにより計測される変数と特定の制御弁の応答との間での関連性により定義されてもよい。本明細書に開示される実施形態に関して利用することができる制御システムの１つ以上の実施形態は、以下のものを含む。
【０１６６】
弁１４を通る燃料流量は、電気発生器５８に課される電力需要により制御されてもよい。
【０１６７】
ポンプ２０の速度は、その吐出流量を制御するために使用されてもよい。具体的には、流量設定値は、所定のタービン排出温度を維持するよう変えてもよい。
【０１６８】
ＣＯ２コンプレッサ３０の排出圧は、コンプレッサ再循環流制御弁３１の設定値を変えることにより、一定の所定値に維持されてもよい。
【０１６９】
発電サイクルで産したＣＯ２の排気は、流れ制御弁４１で制御されてもよい。この流れ制御部の設定値は、ＣＯ２コンプレッサ及びタービン吐出部への一定の吸込圧を維持するよう変えてもよい。弁４１を通る排気がコンプレッサ３０の吐出部で行われる一部の実施形態において、制御システムは、弁４１を通り、再循環弁３１を通る流れを変えるよう構成されてもよい。
【０１７０】
熱交換器５６において加えられる熱源により加熱される再循環高圧ＣＯ２の量は、流れ制御弁４２及び制御部１７（側方流加熱制御部とみなすことができる）により制御されてもよい。ＣＯ２流の設定値は、高圧ＣＯ２再循環ストリーム１２０と部位１３におけるタービン排気ストリームとの間の熱交換器５０のホットエンドにおける温度差を５０℃未満に最小化するよう制御される。
【０１７１】
燃料及び燃焼由来の酸化不純物を伴う復水の吐出は、水分離器６０において、または代わりとなる直接接触クーラーの水溜において、一定の水位を維持することにより制御されてもよい。後者の場合、吐出流が、冷却水熱交換器を通りポンプで圧送され、パッキング層の上の直接接触クーラーの上部に導入されつつ、過剰な水は、吐出される。
【０１７２】
図５に関連して、燃焼器への酸素の流量は、流れ制御弁１１１により制御されてもよい。流れ制御部の設定値は、燃料ガスに対する酸素の所定比を維持するよう変えてもよく、これにより、燃料由来の不純物の酸化に加え完全な燃料燃焼を保証するため化学量論値より通常１％過剰な酸素が保証されるであろう。一体型タービン燃焼器の耐熱火炎温度を制御するため、これは、ある量のＣＯ２で酸素を希釈し、１５％〜４０％の間、通常２５％（モル濃度）のＯ２濃度のＯ２ガス混合物を加えたＣＯ２を産する上で有用となる場合がある。酸素ストリームは、ＣＯ２コンプレッサ３０の吸込管から得られたＣＯ２ストリームで希釈されてもよい。取り出されたＣＯ２は、流れ制御弁１０３を通過し、一部の実施形態においてスタティックミキサである場合がある接合管１１４に入る。弁９１のための流れ制御部の設定値は、スーパーバイザリーコンピュータプログラムにより、部位１０２にて一定の圧力を維持するよう調整されてもよい。酸素吸込流制御弁１１１の設定値は、ミキサー１１４に入る二酸化炭素流に対する酸素の固定比を維持するよう調整されてもよい。混合酸化剤ストリームは、ヒーター／クーラー２２を通過する。冷却酸化剤ストリームは、酸化剤コンプレッサ９０に入り、ここで、通常約９０ｂａｒから約１２０ｂａｒの圧力範囲に圧縮される。流れ制御弁９１の設定値は、酸化剤コンプレッサ９０の吐出圧を制御するよう変えてもよい。酸化剤コンプレッサ９０は、固定吸込圧及び固定排出圧で動作してもよい。コンプレッサからの吐出物は、ヒーター／クーラー２４にてほぼ周囲温度に冷却されてもよい。その密度は、例えば、約０．６ｋｇ／リットルから約０．７５ｋｇ／リットルの範囲に増加する。濃超臨界酸化剤ストリーム８２は、多段式渦巻きポンプ８０にて、通常３２０ｂａｒの圧力にポンプで圧送される。ポンプ８０を出た高圧吐出ストリームは、エコノマイザ熱交換器５０に入り、ここで、冷却タービン吐出ストリームから放出された熱の一部により加熱される。酸化剤の流量は、酸化剤ポンプ８０の速度を調整することにより制御されてもよい。流量設定値は、燃料由来の不純物の酸化に加え燃料ガスの完全燃焼を保証するため、化学量論燃料ガス燃焼に要する量よりも通常１％過剰な酸素を提供するであろう、燃料ガスに対する酸素の所定比を維持するよう調整されてもよい。
【０１７３】
当業者であれば、前述の記載にある教示の利益を有し、本発明に属する本発明の多くの変形形態及び他の実施形態に想到するであろう。そのため、本発明が開示される特定の実施形態に限定されないこと、並びに変形形態及び他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれることが見込まれることを理解すべきである。本明細書では特定の用語を採用するが、それらは単に総称的及び記述的意図で使用され、限定を目的としていない。
【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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