(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化石燃料を利用して電力を発生させる発電プラントであって、
タービン（１０２）が電力を発生させる発電機（１０５）を駆動し、前記発電プラントは該発電プラントの排ガスから二酸化炭素を分離する分離器（２０１）を具備し、前記発電プラントは分離された二酸化炭素を液化するコンプレッサー（２０４）をさらに具備し、前記コンプレッサー（２０４）は、該コンプレッサー（２０４）を駆動するための電気駆動装置（３０３）に接続されているものとした発電プラントにおいて、
前記発電機（１０５）は発生させた電力を交流電圧中電圧回路網（１０６）に供給するものであり、前記電気駆動装置（３０３）は、電力を得るために前記交流電圧中電圧回路網（１０６）に接続されており、
直流を発生させるためにコンバーター（３０１）を前記交流電圧中電圧回路網（１０６）に接続しており、前記コンバーター（３０１）で発生させた直流電力は、前記コンプレッサー（２０４）の前記電気駆動装置（３０３）に電力を供給することを可能とするために、インバーター（３０２）によって交流電力に変換されるものとしていることを特徴とする発電プラント。
【請求項２】
請求項１に記載の発電プラントであって、前記タービン（１０２）は蒸気タービンであり、前記発電プラントは前記発電機（１０５）を駆動する前記タービン（１０２）を回転させる蒸気を発生させるために、ボイラー（１０１）を具備し、該ボイラー（１０１）内において化石燃料が燃焼されるものであることを特徴とする発電プラント。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発電プラントであって、前記コンプレッサー（２０４）の前記電気駆動装置（３０３）は可変速式であることを特徴とする発電プラント。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の発電プラントであって、前記コンバーター（３０１）はアクティブ整流器であることを特徴とする発電プラント。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の発電プラントであって、前記コンバーター（３０１）と前記インバーター（３０２）とは直流中電圧回路網（３０４）を介して互いに接続されていることを特徴とする発電プラント。
【請求項６】
請求項５に記載の発電プラントであって、もう一つのインバーター（４０３）が前記直流中電圧回路網（３０４）に接続されて、前記発電プラントの補助的な電動装置（１１０）に電力を供給することができることを特徴とする発電プラント。
【請求項７】
請求項６に記載の発電プラントであって、前記の補助的な電動装置（１１０）は可変速式の電気駆動装置を具備していることを特徴とする発電プラント。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の発電プラントであって、前記発電プラントは電力貯蔵装置（４０１）に接続されていることを特徴とする発電プラント。
【請求項９】
請求項８に記載の発電プラントであって、前記電力貯蔵装置（４０１）は一つの電池で構成されるか、あるいは互いに接続された複数の電池で構成されていることを特徴とする発電プラント。
【請求項１０】
請求項９に記載の発電プラントであって、前記電力貯蔵装置（４０１）は前記発電プラントの外部に配置されていることを特徴とする発電プラント。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発電プラントであって、一つの電力貯蔵装置（４０１）が複数の発電プラントについての共用の電力貯蔵装置として機能することを特徴とする発電プラント。
【請求項１２】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の発電プラントであって、前記コンバーター（３０１）と前記インバーター（３０２）とは直流中電圧回路網（３０４）を介して互いに接続され、前記発電プラントは電力貯蔵装置（４０１）に接続され、前記電力貯蔵装置（４０１）は前記発電プラントの前記直流中電圧回路網（３０４）に接続されていることを特徴とする発電プラント。
【請求項１３】
請求項１２に記載の発電プラントであって、前記電力貯蔵装置（４０１）は直流電圧コンバーター（４０２）を介して前記直流中電圧回路網（３０４）に接続されていることを特徴とする発電プラント。
【請求項１４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の発電プラントであって、前記コンバーター（３０１）と前記インバーター（３０２）とは直流中電圧回路網（３０４）を介して互いに接続され、ウィンドファームが前記直流中電圧回路網（３０４）に接続されていることを特徴とする発電プラント。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の発電プラントを複数具備したエネルギー供給システムであって、各発電プラントは電力供給送電線網を介して互いに接続されており、そのうちの複数の前記発電プラントは電力貯蔵装置（４０１）を具備していることを特徴とするエネルギー供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化石燃料を利用して電力を発生させる発電プラントの技術に関し、より詳しくは二酸化炭素の排出量を低減することのできる発電プラントの技術に関する。具体的には、本発明は請求項１に記載の発電プラントに関する。さらに、本発明は、複数の本発明に係る発電プラントを電力供給送電線網を介して互いに接続したエネルギー供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年次第に顕著に観測されるようになってきている気候変動を引き起こしている原因の一つとして、いわゆる温室効果ガスの排出が挙げられる。温室効果ガスには二酸化炭素（ＣＯ２）が含まれている。このような事実の認識を背景にして、多くの国々が２００５年に発効された京都議定書を批准している。この議定書においては、多くの先進工業国が、ＣＯ２の排出量を徐々に減らしていくことを自国に課している。これらの目標を達成するための極めて重大な出発点は、発電に際してのＣＯ２の排出量を減らすことにある。ＣＯ２の排出者はＣＯ２を排出するに際して適切な認可証を有している必要があり、また、係る認可証を受けるために必要となる費用は将来的に上昇すると想定される。したがって、この環境政治学上の目標は、純粋な経済的利益と同調している。
【０００３】
このように、一方では、再生可能な資源を利用した発電への関心が高まっている。そして他方では、化石燃料を燃焼する発電プラントにおけるＣＯ２の排出量を減らすか、あるいはあわよくばＣＯ２の排出を完全になくすことへの関心が高まっている。
【０００４】
現状では、例えば石炭のような化石燃料を用いる発電プラントの場合、無機物や塵埃粒子は静電フィルターを用いて排ガスから取り除かれている。また、二酸化炭素を捕集するために、精製された排ガスからＣＯ２が分離されてコンプレッサーを用いて圧縮される。そして、二酸化炭素は貯蔵または輸送のために液化される。この目的のために、従来からある技術においては、コンプレッサーを補助タービンにより駆動することが提案されている。該補助タービンには、発電プラントのメインタービンから分岐してきた蒸気が供給される。しかし、係る構成を採用した場合、発電プラントの発電効率は減少する。これは、補助タービンの駆動にエネルギーが必要であることにより発電プラントの総合的な発電効率が低下することに起因するだけではなく、メインタービンへの蒸気の流れが変化したり、補助タービンの出力を制御するための弁調整が発電効率の損失を招いたりすることにも起因する。この方法を採用すると、発電プラントの出力の１２％が損なわれると推定される。なぜなら、蒸気タービンは、規定の回転速度で運転されて、発電機の規定の周波数及び電圧で運転される場合に、その定格出力において出来るだけ高い効率に達するように最適化されているからである。これらの最適な規定値からのずれが、メインタービンの効率の損失を招く。その上、すべての第二のまたは補助的な装置が定格出力で運転し続けているし、これらの第二のまたは補助的な装置の運転を続行させるためにはメインタービンの出力をより一層大きくする必要があるので、メインタービンの効率はさらに低減するのである。その理由は、第二の装置の出力の大きさの設定に際して、補助タービンを連結したときにそれに起因してメインタービンの出力が低減することが考慮に入れられていないからである。一般に、このことは、第二のまたは補助的な装置は、必要と想定されているよりも大量のエネルギーを消費することを意味する。結局のところ、上述したようなことから、メインタービンの出力のうちのおよそ１２％は、補助タービンにより駆動されるコンプレッサーを用いてＣＯ２を液化するための出力として使い尽くされていると推定される。このような技術は、例えば、欧州特許出願公開第ＥＰ０５５１８７６Ｂ１号に開示されている。
【０００５】
さらに、メインタービンからの超臨界蒸気の排出に対しては、その対応策として高額で実行が困難な構造的政策が必要となる。このような理由から、現存の発電プラントは、改良を重ねられているものの、上記の概念を実現することが困難であった。
【０００６】
公知の発電プラントを他の局面から見ると、このような巨大な発電プラントは素早く始動させることができず、また、ポンプや制御装置やファン等のような第二のまたは補助的な装置に電力を供給するのに利用できるようなエネルギー貯蔵手段が何ら設けられていなかったため、ブラックスタートを実行することができない、という問題があった。当業者にとって、ブラックスタートが可能であるということは、送電線網からの電力の供給を必要とすることなく発電プラントを停止状態から始動することができることを意味する。さらに、すべての発電プラントが周波数制御手段を利用できるわけではないので、送電線網に接続しないで運転することは不可能である。低い出力を得る目的で主要な出力を使用する制御を行う場合、効率が極めて低くなる。なぜならば、要求出力が変動したときに出力を素早く上昇させることができるようにするために、蒸気ボイラーの蒸気圧を常に最高の水準に保っておく必要があるからである。
【０００７】
この背景には、化石燃料を主たるエネルギー源として燃焼する発電プラントでありながら、従来の発電プラントと比べて大気中へのＣＯ２の排出量が少なくなるような発電プラントが必要とされている、という状況がある。とりわけ、低い出力で運転している場合におけるＣＯ２の排出量が少なくなるような発電プラントが必要とされている。理想的には、発電所がエネルギー源として化石燃料を使用したとしても、大気中に少しのＣＯ２も排出されない、という状態が望ましい。現状では、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）等のようなＣＯ２以外の燃焼ガスが大気中に漏出し続けているような発電プラントであっても、それをゼロ・エミッション発電プラントと言ったり、エミッション・フリーの発電プラントと言ったりしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第ＥＰ０５５１８７６Ｂ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記を考慮して、化石燃料を燃焼する発電プラントにおけるＣＯ２の排出量を減らすか、あるいはあわよくばＣＯ２の排出を完全になくすことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明は、化石燃料から電力を発生させる発電プラントを提案する。タービンが、電気を発生させる発電機を駆動する。係る発電プラントは、発電プラントの排ガスの中から二酸化炭素を分離する分離器を具備している。また、係る発電プラントは、分離された二酸化炭素を液化するコンプレッサーを具備している。本発明は、そのコンプレッサーが電気駆動装置に接続されていることを特徴とする。本発明に係る発電プラントは、排ガスから二酸化炭素を分離するとともにこれを液化するときに消費される一次エネルギーが、従来から知られているシステムにおける場合と比べて低減される、という点で有利である。
【００１１】
本発明の一実施形態においては、タービンを蒸気タービンにより構成することができる。この場合において、発電プラントはボイラーを具備し、該ボイラーの中においては、発電機を駆動するタービンを回転させるための蒸気を発生させるために化石燃料が燃焼される。
【００１２】
本発明の有利な一実施形態においては、発電機は発生させた電気を交流電圧中電圧回路網に供給する。この場合、コンプレッサーの電気駆動装置に電力を供給するために該電気駆動装置を交流電圧中電圧回路網に接続すると有利である。
【００１３】
コンプレッサーの電気駆動装置を可変速式のもので構成すれば、発電プラントの効率の向上という点で好都合であるので、有利である。なぜならば、こうすることで、発電プラントの実際の作動状態に合わせてコンプレッサーを効率的に適応させることができるからである。
【００１４】
本発明の好適な一実施形態においては、コンバーターは、直流を発生させるために交流電圧中電圧回路網に接続されている。前記コンバーターで発生させた直流電力は、コンプレッサー（２０４）の電気駆動装置（３０３）に電力を供給することを可能とするために、インバーター（３０２）によって交流電圧に変換される。コンバーターは、無効電力（基本波及び高調波無効電力）を補うアクティブ整流器であってもよい。
【００１５】
コンバーターとインバーターとを直流中電圧回路網を用いて互いに接続した構成とすると特に有利であることがわかっている。再生エネルギー源と電力貯蔵装置とは、この直流中電圧回路網に比較的容易に接続することができる。再生エネルギー源に関して言えば、ウインドパークは特に良い選択肢である。
【００１６】
さらに有利な構成として、発電プラントの第二の電動装置に電力を供給することのできるもう一つのインバーターを直流中電圧回路網に接続することができる。この場合、第二の装置に可変速式の電気駆動装置を備えると特に有利である。なぜならばこのように、発電プラントのエネルギー所要量という観点からみると、特に要求出力が低い状況下において、効率の向上が達成されるからである。
【００１７】
本発明の別の有利な一実施形態においては、発電プラントは電力貯蔵装置に接続される。電力貯蔵装置は、電力供給送電線網におけるエネルギー要求量の短時間の変動を素早く埋め合わせることができる。そしてさらに、電力貯蔵装置を設けることにより発電プラントのブラックスタートが可能となり得る。
【００１８】
電力貯蔵装置は、一つの電池で構成するか、あるいは互いに接続された複数の電池で構成すると有利であることがわかっている。このような構成とすることにより、電池をとりわけ安価にしたり耐用年数を長くしたりすることができる。
【００１９】
電力貯蔵装置は、発電プラントの内部に、あるいは発電プラントの外部に配置することができる。ここで、一つの電力貯蔵装置を複数の発電プラントについての共用の電力貯蔵装置とすることもできる。基本的には、電力貯蔵装置を最適な状態に保つために、該電力貯蔵装置の設計を柔軟に変更することができ、したがってこれらを組み合わせた構成とすることも可能である。
【００２０】
電力貯蔵装置を発電プラントの直流中電圧回路網に接続すると有利であることがわかっている。
【００２１】
電力貯蔵装置の作動電圧を直流中電圧回路網の作動電圧に適応させるために、電力貯蔵装置を直流電圧コンバーターを経由して直流中電圧回路網に接続するとなお有利である。
【００２２】
本発明に係る発電プラントの一実施形態においては、ウィンドファームが直流中電圧回路網に接続される。このように、ウィンドファームの変動するエネルギー生産を電力供給送電線網によって補うことは非常に容易である。
【００２３】
本発明の第二の局面によれば、本発明に係る発電プラントを複数備えて構成され、各発電プラントは電力供給送電線網により互いに接続されている構成であるエネルギー供給システムが提案される。ここで、いくつかの発電プラントはそれぞれに電力貯蔵装置を備えているように構成することができる。本発明に係るエネルギー供給システムの有利な点は、電力供給送電線網の中における負荷変動を電力貯蔵装置からの電力の供給により埋め合わせることができるので、現状のように発電プラントを待機運転状態に保持しておく必要がなくなる、という点にある。実施し得る二酸化炭素固定技術について考慮に入れなくても、このことだけによってもかなりの量のＣＯ２を削減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、化石燃料を燃焼する発電プラントにおけるＣＯ２を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
図面は、従来構成の発電プラントと、本発明に係る二つの実施形態の発電プラントと、を示している。図中においては、同一または同等の構成要素には同一の参照符号を付している。以下に図面の簡単な説明を示す。
【図１】二酸化炭素固定化手段を具備していない従来の発電プラントを示すブロック図。
【図２】二酸化炭素固定化手段を具備する従来の発電プラントを示すブロック図。
【図３】二酸化炭素固定化手段を具備する本発明の第一実施形態に係る発電プラントを示すブロック図。
【図４】二酸化炭素固定化手段を具備する本発明の第二実施形態に係る発電プラントを示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、化石燃料を燃焼することにより電力を発生させる従来の発電プラントの略ブロック図を示している。このようにして生成されたＣＯ２は大気中に排出される。参照符号１００は、発電プラント全体を示している。発電プラントには、主たるエネルギー源として化石燃料が供給される。化石燃料には、例えば、天然ガス、石油、及び石炭等の、電気を発生させるために最も頻繁に利用される燃料が含まれる。燃料がボイラー１０１の中で燃焼されることにより、タービン１０２を駆動するのに好適な高圧の蒸気が創出される。タービン１０２はメインタービンとして以下に示される。燃料は、燃料経路１０３を経由してボイラー１０１の燃焼室に吐出される。燃料は、空気供給経路１０４を経由して供給される燃焼用空気と混合されて、ボイラーの燃焼室内で燃焼される。石炭を燃料として使用する場合、石炭は燃焼される前に図１に示していない微粉炭機により細かく砕かれて粉末にされる。メインタービン１０２の中では、蒸気が有するエネルギーは力学的エネルギーに変換され、その力学的エネルギーはメインタービン１０２の出力軸に伝達される。メインタービン１０２の出力軸は、力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電機１０５を駆動する。発電機１０５からの電気的エネルギーは交流電圧中電圧回路網１０６に伝達され、そこから高電圧変圧器１０７に供給される。高電圧変圧器１０７は、発電機からの例えば３０キロボルトの大きさの中電圧を、例えば３８０キロボルトあるいは２２０キロボルトの輸送電圧に変換する。こうすることにより、できるだけロスの少ない状態でエネルギーを送電線１０８から取り出すことができる。
【００２７】
さらに発電プラントは、蒸気を水に変換するのに冷却回路を用いるコンデンサー１０９を具備している。水はポンプ１１０を経由してボイラーに供給される。このような補助的な装置の具体例として、供給された水をボイラー１０１に送り出すポンプ１１０が図１に示されている。ポンプ１１０は同期機あるいは非同期機を用いて電気的に駆動される。すなわち、ポンプの速度は送電周波数に強く連動している。その他、発電プラント１００に必要なこういった補助的な装置としては、ファンや冷却水ポンプがあるが、説明を簡潔にするために、これらは図１には示していない。これらの補助的な装置には、発電プラントで発生させた電気的エネルギーからの電力が供給される。一般的に、作動中の発電プラントは、それ自体に必要なものとして、発生させた電気的エネルギーのうちの５〜８％を消費する。ボイラー１０１の中において燃焼過程で発生した排ガスは、排ガス経路１１１を通って放出される。静電フィルター１１２により無機物粒子や塵埃が取り除かれた後、排ガスは大煙突１１３を通って大気中に放出される。本来、化石燃料の燃焼過程で生じる排ガスの中には大量のＣＯ２が含まれている。
【００２８】
図２は、ＣＯ２固定化手段を具備する従来の発電プラントの略ブロック図を示している。参照符号２００は、発電プラント全体を示している。ＣＯ２の固定化という言葉は、ＣＯ２を地質学的に適した形態で、例えば廃止された岩塩坑、ガス鉱床、炭層、あるいは石油鉱床等の場所に貯蔵することを意味する。ＣＯ２の固定化は、欧州連合にとって、化石燃料の燃焼により排出される二酸化炭素の量を削減するように努力していく上で必要不可欠なものである。この試みは、「ＣＣＳ処理」（二酸化炭素の捕集・貯蔵）という言葉によっても知られている。発電プラント内において電力を発生させる役割をしている構成要素に着目すると、発電プラント２００は、図１に示された発電プラント１００と同様の構造を有する。発電プラント２００と発電プラント１００との相違点は、発電プラント２００にはボイラー１０１内の燃焼で生じた排ガスの中からＣＯ２を分離するための付加的な構成要素が具備されている点にある。分離された後のＣＯ２はガス状の形態であり、さらに液化して固定化に際して利用可能な形態とする必要がある。この目的のために必要となる構成要素を、以下に簡単に説明する。
【００２９】
燃焼過程で生じた排ガスは、精製された後、静電フィルター１１２を通されて、例えば分離器２０１に供給される。該分離器２０１は、ＣＯ２を分離する装置としての役割をする。分離器２０１内においては、初期温度においてガス状のＣＯ２がＣＯ２吸収液に結合される。そしてその後、初期温度よりも高い温度においてＣＯ２がＣＯ２吸収液から分離されて、ＣＯ２が精製された形で存在している状態となる。吸収液は、例えばアミンとすることができる。アミンの場合、二酸化炭素は２７℃（華氏温度で８０．６度）で結合され、１５０℃（華氏温度で３０２度）で再び分離される。このような方法は従来からある技術により知られており、またＣＯ２がどのような方法で分離されるかは本発明とは関係のないことであるので、ここではその方法を詳細には記さない。石炭発電プラントにおいては、ＣＯ２は燃焼過程において放出される燃焼排ガスのうちのおよそ１５％を占めている。ＣＯ２が取り除かれた後の他のガス留分は、大煙突２０２を通ることにより分離器２０１の外に出され、大気中に放出される。ガス状のＣＯ２は経路２０３を経由してコンプレッサー２０４に供給される。該コンプレッサー２０４内において、ＣＯ２は液体の状態に状態変化するまで圧縮される。結果として、コンプレッサー２０４は出力経路２０５から取り出すことのできる液体状のＣＯ２を創出する。ＣＯ２は、出力経路２０５から外部に排出される。出力経路２０５から取り出されたＣＯ２は、最終的な固定化のために、パイプラインや輸送用コンテナ等の手段を用いて搬送される。
【００３０】
図２に示した実施形態においては、コンプレッサー２０４は補助タービン２０６により駆動される。補助タービン２０６には、メインタービン１０２から分岐している経路である供給経路２０７を経由して、蒸気が供給される。供給経路２０７には、補助タービン２０６の回転速度や出力を調整するためのリストリクションバルブ２０８が設けられている。補助タービン２０６は、発電プラント２００に具備されている他のすべての装置と同様に、制御ユニット１０９により制御されている。
【００３１】
今日の視点から見ると、この方法は最適な方法とは言えない。なぜならば、この構成によると、メインタービン１０２の出力のうちのおよそ１２％は損なわれるからである。この理由は上述の通りである。主な理由の一つとして、メインタービンからの蒸気を単に分岐しただけでは効率が下がるということが挙げられる。リストリクションバルブ２０８を介した制御は、エンタルピーの損失を招く。そしてその結果、効率はさらに低減する。
【００３２】
図３は、ＣＯ２固定化手段を具備する本発明に係る発電プラントの略ブロック図を示している。参照符号３００は、発電プラント全体を示している。本発明のコンセプトは、図２に示した発電プラント２００の補助タービン２０６を可変速式の電気駆動装置に置き換えることにより、発電プラント３００の全体としての効率を発電プラント２００の場合と比べて高くしようとしている点にある。この目的のために、コンバーター３０１が具備されている。コンバーター３０１は、パッシブ整流器により構成してもよいし、アクティブ整流器により構成してもよい。アクティブ整流器は、実質的には、整流の作用をするインバーター回路により構成されている。アクティブ整流器においては、アクティブ出力とリアクティブ出力とをそれぞれ独立して双方向で制御することが可能である。そして今日では、中電圧範囲の様々な電気装置の中でも、アクティブ整流器を用いる手法は望ましい方法であると言うことができる。インバーター３０２により生成された交流電圧は、例えば誘導モーター３０３のような電気機械に電力を供給する。この出力先としては、誘導モーターや同期機が一般的に用いられる。しかしながら、本発明はこのような例の電気モーターを用いる構成のものに限定するものではない。すなわち、電気機械３０３の出力がインバーターあるいはコンバーター３０２によって変動可能に制御できる構成のものであればよいというのに過ぎない。大体において、発電プラントの全出力が８００ＭＷの場合、電気機械３０３の定格出力は４０メガワットである。一般的に、電気機械３０３の定格出力は、発電プラントの定格出力のうちのおよそ５パーセントを占める。この出力範囲で電気的に駆動されるコンプレッサーは、例えば天然ガスを液化する装置に用いられる。このような電気駆動装置は市販されている。コンバーター３０１及び３０２はこのように構成されているので、いずれによっても直流を交流に変換することができ、また逆に交流を直流に変換することもできる。
【００３３】
電気機械を駆動するのに電力変換装置が用いられる。今日では、電力変換装置はいわゆるＰＥＢＢｓ（Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｂｌｏｃｋｓ）を形成するようにモジュール構造を有して構成される。マグニチュード単位の出力あるいは４０メガワット以上の出力が可能な電圧変換器を実現するために、ＩＧＢＴｓ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）あるいはＧＣＴｓ（Ｇａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒｓ）が直列回路または並列回路で使用される。
【００３４】
コンバーターにおいてヘビーデューティーサーキットブレーカーをＧＴＯｓ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−ｏｆｆ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒｓ）やＧＣＴｓやＩＧＢＴｓ等の形で使用することは、公知の方法である。これらの半導体素子はゲート電流パルスによってターンオンされる。ＧＴＯｓの場合においては、アノード電流の一部がゲートを通って半導体から流れることによりターンオフされる。ＧＣＴの場合には、すべてのアノード電流が半導体から流れる。
【００３５】
結果として、これらの電圧変換器は内蔵直流電圧バスあるいは直流電圧回路網３０４を有する。このコンセプトの利点は、規格構成材を相互に接続することにより、異なる規模のＰＥＢＢｓを対費用効果が高い状態で接続することができる点にある。
【００３６】
コンプレッサー２０４の電気駆動装置、すなわちコンバーター３０１、インバーター３０２、及び電気機械３０３を合わせたものは、９５％を超える効率を有する。コンプレッサー２０４は、電気機械３０３の速度及び出力を制御するインバーターにより、制御されている。このように、コンプレッサーの制御に際しては、リストリクションバルブ等のような弁を用いた弁調整が不要である。そしてその結果、効率のロスが最小限に抑えられる。メインタービンにより発生させた電力の全出力のうちのおよそ６％は、コンプレッサーのシステムにより消費されると推定される。電気駆動装置の直流電圧バス３０４には、送電線上の三相電気整流器を介して電気が供給される。図３に示した実施形態においては、前記三相電気整流器としては、コンプレッサーの駆動のアクティブ出力に合致するように、適宜のものが選ばれる。
【００３７】
さらに、コンバーター３０１によって高速のＶＡＲ制御を行うことが可能であることは公知の事実であり、したがって無効電力を素早く適応させることができる。このことは、発電機のエキサイタ、すなわちその界磁巻線を、遅い変化にも対応できるように構成することができ、コストの削減を図ることができることを意味する。
【００３８】
本発明に係る電気駆動装置は、既存の発電プラントに極めて簡単な方法により組み込むことができる。予測によれば、排ガスからの二酸化炭素の分離を行うことによって、発電プラントの全体的な効率は、定格出力の初期値に対しておよそ６％損なわれる。
【００３９】
図４は、ＣＯ２固定化手段を具備する本発明の第二実施形態に係る発電プラントの略ブロック図を示している。参照符号４００は、発電プラント全体を示している。本実施形態においては、電力貯蔵装置４０１が直流電圧バス３０４に接続されている。電力貯蔵装置は、例えば比較的安価な鉛蓄電池により構成することができる。昨今では高耐用性のナトリウム硫黄電池も低コストで採用することができる。電力貯蔵装置４０１は、直流電圧コンバーター（ＤＣ／ＤＣコンバーター）４０２を用いて直流電圧バス３０４に接続される。この場合、インバーターを作動させている間においては、送電線上のコンバーター３０１は、上記のような構成の発電プラント４００にブラックスタート機能を付与することができる。
【００４０】
当業者にとって、ブラックスタートが可能であるということは、電力供給送電線網からの電力の供給を必要とすることなく発電プラントを停止状態から始動することができることを意味する。発電プラント４００のすべての第二の装置には、直流電圧バス３０４を介して電力が供給される。このとき、直流電圧バス３０４は無停電電源装置のような働きをする。結果として、この目的のためにアクティブ整流器３０１が用いられているので、電圧の制御（ＶＡＲ制御）が可能であり、したがって本発明に係る発電プラント４００は送電線網に接続しないで運転を行うのに適している。
【００４１】
その上、電力貯蔵装置４０１の電池にエネルギーが貯蔵されているので、送電線内における要求電力が増加した場合に極めて迅速に応答することが可能となる。例えば揚水水力発電プラントにおける場合等と比べて、本発明に係る発電プラントにおいての要求電力が増加した場合の応答性は極めて高い。
【００４２】
電力貯蔵装置４０１は、発電プラントの定格出力の少なくとも５％に相当する出力を８時間以上にわたって生じさせることができる。８００メガワットの定格出力を有する発電プラントにおいては、定格出力の５％というのは４０メガワットに相当する。多数の電力貯蔵装置を多数の発電プラントに設けることにより、単に待機運転状態にあるような発電プラントの操業を完全に停止するとともに、要求電力の一時的な増加に対しては電力貯蔵装置４０１からの電力供給のみによって対応することが可能となる。電力貯蔵装置４０１は各々の発電プラントごとに配置してもよいし、あるいは複数の発電プラントを網羅する送電網の中枢に配置してもよい。
【００４３】
ボイラーの冷えた完全に停止した状態の発電プラントの出力を定格出力まで上げるのには、約一時間かかる。電力貯蔵装置４０１を用いれば、この時間を簡単に短縮することができる。ＣＯ２の固定化については考慮に入れずに、ただ発電プラントが待機運転状態に保持されることなく完全に停止した状態となるという事実だけに着目したとしても、昨今の技術と比べたら発電に際してのＣＯ２の排出量を大きく削減することができる。
【００４４】
本発明のもう一つの特徴は、発電機の有していた送電線インバーターの規模に依存しがちな主要な制御機能を送電網上のインバーターに移したことにある。結果として、発電機１０５を完全に停止した状態とすることが可能となり、待機運転状態において発生する少なからぬロスを回避することができる。共有の中電圧直流電圧バス３０４から発電プラント４００のいたるところにあるインバーター等の電力消耗物に電力が供給される。これらの電力消耗物の中には、すべてのポンプやファンが含まれる。この目的のために、もう一つのインバーター４０３が具備されている。該インバーター４０３は直流電圧バス３０４に接続されている。発電プラント４００はこのような構造を有するので、部分的な操業を行っているような場合に、発電プラントをより柔軟に制御することができる。また、このように発電プラントの効率及び原動力が向上されるので、発電プラントをより素早く始動することが可能となる。
【００４５】
中電圧直流電圧ケーブル（図４には示していない）を用いることにより、例えば風力発電機等の近くの再生電力発生装置を発電プラント４００の直流電圧網３０４に直接接続することが可能となる。発電プラント４００の電池４０１を用いることにより、風力の変動を埋め合わせることができ、またこの方法により、一定の電力を高圧送電線１０８に常時出力することが可能となる。送電網上のインバーターあるいはアクティブ整流器３０１は、ウィンドファームの定格出力及び必要な無効電力補償に適合するように設定する必要がある。
【００４６】
ウィンドファームに関しては、多数の風力タービンで発生させた電力を直流回路網を用いて伝達・収集する技術が、数多くの刊行物において提案されている。例えば、Ｃ．Ｍｅｙｅｒ及びＲ．Ｄｅ  Ｄｏｎｋｅｒらの"Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ａ  ｔｈｒｅｅ‐ｐｈａｓｅ  ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｆｏｒ  ｏｆｆｓｈｏｒｅ  ｄｃｇｒｉｄｓ"  （Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  第４２回年次大会，２００７ＩＥＥＥの会議議事録、２００７年、２１６〜２２３頁）に、係る技術が開示されている。
【００４７】
送電網上のインバーターは、数キロヘルツ程度の高い帯域幅を有するため、追加のフィルター回路を用いなくても高周波振動と低周波振動とを補うことが出来る。なお、電力は電池から供給される。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本明細書においては、化石燃料をボイラー１０１の中で燃焼することにより蒸気タービンを回転させるための蒸気を発生させる構成の発電プラントに本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、基本的には、天然ガスをガスタービンの中で燃焼する構成の発電プラントにも、適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１００    発電プラント
１０１    ボイラー
１０２    メインタービン
１０３    燃料経路
１０４    空気供給経路
１０５    発電機
１０６    交流電圧中電圧回路網
１０７    高電圧変圧器
１０８    送電線
１０９    コンデンサー
１１０    ポンプ
１１１    排ガス経路
１１２    静電フィルター
１１３    大煙突
２００    発電プラント
２０１    分離器
２０２    大煙突
２０３    経路
２０４    コンプレッサー
２０５    出力経路
２０６    補助タービン
２０７    供給経路
２０８    リストリクションバルブ
３００    発電プラント
３０１    コンバーター
３０２    コンバーター
３０３    電気機械
３０４    直流電圧バス
４００    発電プラント
４０１    電力貯蔵装置
４０２    直流電圧コンバーター
４０３    インバーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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