(57)【要約】【課題】船舶に発電システムを導入する際に、省スペース化を実現することができる舶用発電システム及び舶用発電システムの発電方法を提供することを目的とする。【解決手段】発電プラント１は、燃焼ガスによって駆動されるガスタービン２と、ガスタービン２によって駆動されて発電する第１発電機１４とガスタービン２から排出された排ガスから熱回収することによって蒸気を生成する排ガスエコノマイザ３と、火炉１６及び蒸気ドラム１７を有するボイラ４と、排ガスエコノマイザ３の汽水分離器として蒸気ドラム１８を用いるように接続された循環流路２９と、蒸気ドラム１８からの蒸気によって駆動される蒸気タービン５と、蒸気タービン５によって駆動されて発電する第２発電機３７と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンによって駆動されて発電する第１発電機と
前記ガスタービンから排出された排ガスから熱回収することによって蒸気を生成する排ガスエコノマイザと、
火炉及び蒸気ドラムを有するボイラと、
前記排ガスエコノマイザの汽水分離器として前記蒸気ドラムを用いるように接続された循環流路と、
前記蒸気ドラムからの蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンによって駆動されて発電する第２発電機と、
を備えた舶用発電システム。
【請求項２】
前記火炉に設けられたバーナを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記ボイラの運転モードとして、前記ガスタービンの負荷に応じて前記バーナを着火するボイラ運転モードを有する請求項１に記載の舶用発電システム。
【請求項３】
前記火炉に設けられたバーナを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記ボイラの運転モードとして、前記ガスタービンが定格運転時に前記バーナを着火するボイラ運転モードを有する請求項１または請求項２に記載の舶用発電システム。
【請求項４】
運転モードとして、前記ガスタービンを停止させて前記火炉に設けられたバーナを着火し、前記蒸気ドラムから前記蒸気タービンに蒸気を導入することで、前記第２発電機のみで発電を行う第１運転モードと、前記バーナを着火せずに、前記ガスタービンを駆動させて、前記排ガスエコノマイザで生成された蒸気を前記蒸気ドラムから前記蒸気タービンに導入することで、前記第１発電機及び前記第２発電機で発電する第２運転モードとを有する制御部を備え、
前記制御部は、船舶の必要電力に応じて前記運転モードを選択する請求項１に記載の舶用発電システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記運転モードとして、前記火炉に設けられた前記バーナを着火して、前記蒸気ドラムから前記蒸気タービンに蒸気を導入することで、前記第１発電機及び前記第２発電機で発電する第３運転モードを有している請求項４に記載の舶用発電システム。
【請求項６】
前記ボイラからの排ガスを前記排ガスエコノマイザに導くボイラ排ガス管を備えた請求項４または請求項５に記載の舶用発電システム。
【請求項７】
前記ボイラから排出された排ガスから熱回収することによって蒸気を加熱するボイラ用排ガスエコノマイザと、
前記ボイラから排出された排ガスを前記ボイラ用排ガスエコノマイザに導くボイラ排ガス管とを備える請求項４または請求項５に記載の舶用発電システム。
【請求項８】
燃焼ガスによってガスタービンが駆動されるガスタービン駆動工程と、
前記ガスタービンによって第１発電機が駆動されることで発電する第１発電工程と、
前記ガスタービンから排出された排ガスから熱回収する熱回収工程と、
火炉及び蒸気ドラムを有するボイラの該蒸気ドラムにより、前記熱回収工程にて得られた蒸気を汽水分離する汽水分離工程と、
前記汽水分離工程にて得られた蒸気によって蒸気タービンを駆動させる蒸気タービン駆動工程と、
前記蒸気タービンによって第２発電機を駆動させて電力を発電する第２発電工程とを備えた舶用発電システムの発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用発電システム及び舶用発電システムの発電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、推進用エンジンを用いた船舶では、推進用エンジンから排出された排ガスの排熱を回収して蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンなどに導入するシステムを適用することが知られている。このような船舶には、例えば特許文献１のようなものがある。
特許文献１には、船舶用原動機の排ガス熱回収装置において、補助ボイラドラムを高圧汽水分離器として兼用し、高圧汽水分離器の蒸気は蒸気タービンに送られる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−４９７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、高い発電効率を発揮する発電システムであるガスタービンコンバインドサイクル（ＧＴＣＣ）を船舶にも採用することが検討されている。しかしながら、ガスタービンコンバインドサイクルには、蒸気タービンや排ガスエコノマイザや汽水分離器といった様々な装置を設置する必要があるので、限られた空間である船舶に設けるにあたり設置スペースの確保が問題となっていた。
また、ガスタービンコンバインドサイクルは、ガスタービンの燃焼ガスによる発電のほかに、ガスタービンの排ガスから排熱を回収して蒸気を生成し、この蒸気を蒸気タービンに導入することによっても発電する。しかしながら、ガスタービンがメンテナンス等で停止しているときには、ガスタービンから排ガスが発生しないので、排熱が回収できず、蒸気を生成できない。よって、ガスタービンが停止すると、ガスタービンによる発電だけでなく、蒸気タービンによる発電も行えなくなってしまうという問題があった。また、ガスタービンのトラブル等で、ガスタービンの負荷が低下した場合、ガスタービンから発生する排ガスの排熱も減少する。それにより、排ガスから回収できる排熱が減少し、生成する蒸気の蒸気量や蒸気温度が不足する。よって、ガスタービンの負荷が低下すると、ガスタービンの負荷の低下に伴い、付随的に蒸気タービンによる発電量も低下し、発電システム全体の発電量が大幅に低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、船舶に発電システムを導入する際に、省スペース化を実現することができる舶用発電システム及び舶用発電システムの発電方法を提供することを目的とする。
また、本発明の第２の目的は、ガスタービンの稼働状態によらず、好適に蒸気タービンを駆動させ、発電システム全体の稼働率を向上させ、船舶の必要とする電力量を賄うことができる舶用発電システム及び舶用発電システムの発電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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の舶用発電システム及び舶用発電システムの発電方法は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る舶用発電システムは、燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンによって駆動されて発電する第１発電機と前記ガスタービンから排出された排ガスから熱回収することによって蒸気を生成する排ガスエコノマイザと、火炉及び蒸気ドラムを有するボイラと、前記排ガスエコノマイザの汽水分離器として前記蒸気ドラムを用いるように接続された循環流路と、前記蒸気ドラムからの蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンによって駆動されて発電する第２発電機と、
を備える。
【０００７】
上記構成では、ガスタービンが回転力を出力し、第１発電機を駆動させて発電する。ガスタービンから排出された排ガスの排熱が排ガスエコノマイザにおいて熱回収される。排ガスエコノマイザで生成された蒸気は、循環流路を介してボイラの蒸気ドラムへと導かれる。蒸気ドラムは、汽水分離器として用いられ、蒸気と水とが分離される。蒸気ドラムにて分離された水は、循環流路を介して排ガスエコノマイザへと戻される。一方、蒸気ドラムにて分離された蒸気は、蒸気タービンに導かれ蒸気タービンを駆動する。蒸気タービンが駆動すると第２発電機によって発電が行われる。上記構成の舶用発電システムではこのように発電を行う。
ところで、船舶には、航行中や停泊中に船内で必要とされる船内雑用蒸気等を生成するために用いられるボイラが複数設置される。本発明の発明者等は、鋭意検討した結果、このボイラに注目した。排ガスエコノマイザの汽水分離器としてこのようなボイラの蒸気ドラムを用いると、汽水分離機を用いることなく、水蒸気と水とを分離することができる。したがって、排ガスエコノマイザの汽水分離器としてこのようなボイラを用いた場合には、排ガスエコノマイザのための汽水分離器を別途設置する必要がなく、別途汽水分離器を設置する為のコストを削減でき、省スペース化を実現することができる。ここでいう汽水分離器として用いるボイラとは、新たに設けるボイラであってもよく、既設のボイラであってもよい。
また、ボイラから発生する排ガスをイナートガスとして使用することで、イナートガスを発生させる機器を別途設置する必要がなく、別途イナートガスを発生させる機器を設置するためのコストを削減でき、省スペース化を実現することができる。
また、例えば、ＶＯＣや自燃できない低発熱量のガス等が発生した場合、ボイラで油との混焼を行うことで、これらのガスも適切に燃焼することができる。自燃できない低発熱量ガスを適切に燃焼させることで、舶用発電システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、環境に影響を与える可能性がある排出ガスを、ボイラで燃焼することで無害化することができる。
なお、第１発電機と第２発電機とをまとめて１つの発電機としてもよい。
また、蒸気ドラムと蒸気タービンとの間に排ガスエコノマイザを備えて、蒸気ドラムから蒸気タービンに供給される蒸気を排ガスエコノマイザで過熱してもよい。蒸気ドラムと蒸気タービンとの間に設けられる排ガスエコノマイザは、蒸気を生成する排ガスエコノマイザと兼用してもよく、別途新たに設けてもよい。
【０００８】
本発明の一態様に係る舶用発電システムは、前記火炉に設けられたバーナを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記ボイラの運転モードとして、前記ガスタービンの負荷に応じて前記バーナを着火するボイラ運転モードを有していてもよい。
【０００９】
上記構成では、制御部は、ガスタービンの負荷に応じて火炉に設けられたバーナを起動するボイラ運転モードを有している。このボイラ運転モードで運転することによって、例えば、ガスタービンの負荷が所定の値よりも低く、排ガスエコノマイザで十分な蒸気を生成できない場合に、火炉に設けられたバーナを着火し、ボイラでも蒸気の生成や加熱を行うことで、蒸気タービンに十分な蒸気を供給することができる。これにより、ガスタービンの負荷が下がることで低下した発電量を蒸気タービンで補うことができる。したがって、舶用発電システム全体として安定した発電が可能となり、船舶の必要電力を好適に賄うことができる。
また、例えば、ガスタービンのメンテナンス等により、ガスタービンが停止している場合であっても、ボイラで生成した蒸気によって発電を行うことができる。したがって、舶用発電システムの不稼働時間を低減することができる。
【００１０】
本発明の一態様に係る舶用発電システムは、前記火炉に設けられたバーナを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記ボイラの運転モードとして、前記ガスタービンが定格運転時に前記バーナを着火するボイラ運転モードを有していてもよい。
【００１１】
上記構成では、制御部はガスタービンが定格運転時に火炉に設けられたバーナを着火する運転モードを有している。したがって、ガスタービンが定格運転の状態で、さらに必要電力が増加した場合であっても、ボイラを起動して、排ガスエコノマイザで生成された蒸気をボイラでさらに加熱してから、蒸気タービンに供給することがで、蒸気タービンによる発電量が増加させることができるので、増加した必要電力を賄うことができる。
【００１２】
本発明の一態様に係る舶用発電システムは、運転モードとして、前記ガスタービンを停止させて前記火炉に設けられたバーナを着火し、前記蒸気ドラムから前記蒸気タービンに蒸気を導入することで、前記第２発電機のみで発電を行う第１運転モードと、前記ガスタービンを駆動させて、前記排ガスエコノマイザで生成された蒸気を前記蒸気ドラムから前記蒸気タービンに導入することで、前記第１発電機及び前記第２発電機で発電する第２運転モードとを有する制御部を備え、前記制御部は、船舶の必要電力に応じて前記運転モードを選択してもよい。
【００１３】
上記構成では、船舶の必要電力量に応じて、運転モードを選択している。これにより、船舶の必要電力量に応じた電力量を発電することができる。
例えば、船舶の必要電力が比較的少ない場合に、第１運転モードで舶用発電システムを運転することが考えられる。船舶の必要電力量が比較的少ない場合には、発電する電力量の大きいガスタービンでは対応が難しく、過剰に発電を行ってしまう可能性や、非常に発電効率の悪い運転状態で発電を行ってしまう可能性があるが、第１運転モードで運転を行えば、ボイラで生成した蒸気のみで発電を行うことで、ガスタービンの最小発電量よりも小さい発電量が可能となり、少ない必要電力量にも対応することができので、必要電力量に応じた電力量を発電することができる。このように、必要電力量に対応できる範囲を広くすることができるので、舶用発電システム全体としての発電効率を向上することができる。
また、例えば、船舶の必要電力量が比較的多い場合に、第２運転モードで舶用発電システムを運転することが考えられる。船舶の必要電力量が比較的多い場合には、ガスタービンの駆動力によって第１発電機で発電を行うとともに、排ガスエコノマイザで生成された蒸気によって第２発電機で発電を行いことで、必要電力量に応じた電力量を発電することができる。
このように、必要発電量に基づいて、当該必要発電量を発電するのに効率の良い運転モードを第１運転モード及び第２運転モードから選択することができるので、舶用発電システム全体としての発電効率を向上することができる。
【００１４】
本発明の一態様に係る舶用発電システムは、前記制御部は、前記運転モードとして、前記火炉に設けられた前記バーナを着火して、前記蒸気ドラムから前記蒸気タービンに蒸気を導入することで、前記第１発電機及び前記第２発電機で発電する第３運転モードを有していてもよい。
【００１５】
上記構成では、制御部が、運転モードとして、蒸気ドラムから排ガスエコノマイザ及びボイラの火炉を介して前記蒸気タービンに蒸気を導入する第３運転モードを有している。これにより、例えば、船舶の必要電力量が、ガスタービンの定格運転時に発電できる電力量を越えた場合であっても、ボイラを起動することで蒸気タービンによって発電される電力量を増加させることができ、必要電力量に応じた電力量を発電することができる。このように、ガスタービンの定格運転時に発電できる電力量よりも多くの電力量を発電できるので、舶用発電システムとして想定される最大発電量に応じたガスタービンよりも小さなサイズのガスタービンを設けることができ、ガスタービンの設置コストを低減することができる。
【００１６】
本発明の一態様に係る舶用発電システムは、前記ボイラからの排ガスを前記排ガスエコノマイザに導くボイラ排ガス管を備えていてもよい。
【００１７】
上記構成では、ボイラからの排ガスも排ガスエコノマイザに導入しているので、ボイラの排ガスからも熱回収することができる。また、ボイラの排ガスから熱回収を行うのに、ガスタービン用の排ガスエコノマイザを利用し、ボイラ用の排ガスエコノマイザを別途設置していないので、別途ボイラ用の排ガスエコノマイザを設置する為のコストを削減でき、省スペース化を実現することができる。
【００１８】
本発明の一態様に係る舶用発電システムは、前記ボイラから排出された排ガスから熱回収することによって蒸気を加熱するボイラ用排ガスエコノマイザと、前記ボイラから排出された排ガスを前記ボイラ用排ガスエコノマイザに導くボイラ排ガス管とを備えていてもよい。
【００１９】
上記構成では、ボイラからの排ガスもボイラ用排ガスエコノマイザに導入しているので、ボイラの排ガスからも熱回収することができる。また、ガスタービン用の排ガスエコノマイザと、ボイラ用の排ガスエコノマイザとを別に設けているので、例えば、ボイラとガスタービンとを同時に運転している場合であっても、ガスタービンから排出される排ガスと、ボイラから排出される排ガスとを混合させることなく熱回収することができる。
【００２０】
本発明の一態様に係る舶用発電システムの発電方法は、燃焼ガスによってガスタービンが駆動されるガスタービン駆動工程と、前記ガスタービンによって第１発電機が駆動されることで発電する第１発電工程と、前記ガスタービンから排出された排ガスから熱回収する熱回収工程と、火炉及び蒸気ドラムを有するボイラの該蒸気ドラムにより、前記熱回収工程にて得られた蒸気を汽水分離する汽水分離工程と、前記汽水分離工程にて得られた蒸気によって蒸気タービンを駆動させる蒸気タービン駆動工程と、前記蒸気タービンによって第２発電機を駆動させて電力を発電する第２発電工程とを備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、船舶に発電システムを導入する際に、省スペース化を実現することができる。
また、本発明によれば、舶用発電システム全体の稼働率を向上させ、船舶の必要電力を好適に賄うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる舶用発電システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示す舶用発電システムの負荷分担の一例を示すグラフである。
【図３】図１に示す舶用発電システムの負荷分担の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる舶用発電システムを示す概略構成図である。
【図５】図４に示す舶用発電システムの運転モードごとのバルブの開閉状態を示す図表である。
【図６】図４に示す舶用発電システムの効率とプラント負荷との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる舶用発電システムを示す概略構成図である。
【図８】図７に示す舶用発電システムの変形例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る舶用発電システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、例えばＬＮＧ船等の船舶に設置された発電プラント（舶用発電システム）１は、いわゆる、ガスタービンコンバインドサイクル（ＧＴＣＣ）とされ、ガスタービン２と、ガスタービン２から排出された排ガスから熱回収する排ガスエコノマイザ３と、ボイラ４と、ボイラ４からの蒸気によって駆動される蒸気タービン５と、ボイラ４等を制御する制御部６とを備えている。
【００２５】
ガスタービン２は、燃焼器（図示せず）にて燃料を燃焼させ、燃焼ガスをタービンに供給することによって回転動力を生成し、高温の排ガスを排気する。ガスタービン２から排気された排ガスは、排ガス管１１を流通して、図１の矢印に示すように、排ガスエコノマイザ３へと導かれる。ガスタービン２の回転軸には、第１発電機１４の回転軸が接続され、第１発電機１４は、ガスタービン２の回転力によって発電する。第１発電機１４で発電された電力は、船内系統へ供給され、船舶の主機の動力や船内電力として使用される。
【００２６】
排ガスエコノマイザ３は、排ガス流れの上流側から下流側に向って過熱器１２及び蒸気発生器１３が配置されている。過熱器１２及び蒸気発生器１３は、煙道内を下から上に向かって順番に据え付けられた伝熱管群とされている。煙道内には、ガスタービン２側から導かれた高温の排ガスが流れるようになっており、煙道内を流れた後、排ガスは、下流側に接続された煙突（図示せず）を経て大気に放出される。
【００２７】
ボイラ４は、火炉１６と、上方に配置された蒸気ドラム１７と、下方に配置された水ドラム１８とを備えている。蒸気ドラム１７と水ドラム１８との間には、火炉１６内に配置された伝熱管（図示せず）が設けられている。火炉１６は、バーナ１９を備えており、火炉１６内で燃焼を行う。ボイラ４内にはボイラ過熱器２３が設けられている。バーナ１９には、燃料供給部２０から燃料供給管２１を介して燃料が供給される。燃料供給管２１には、燃料供給バルブ２２が設けられ、燃料供給バルブ２２の開閉によって燃料の供給及び燃料の供給の停止が行われる。燃料供給バルブ２２の弁開度は、制御部６によって制御される。
火炉１６にてバーナ１９が着火され、ボイラ４内で給水が加熱されると、水が下方の水ドラム１８から上方の蒸気ドラム１７へと上昇し、気液が蒸気ドラム１７にて分離される。このように、ボイラ４は、本来は、自然循環型のボイラとされている。ただし、排ガスエコノマイザ３の汽水分離器として使用される場合には、自然循環型のボイラとしての使用が行われないようになっている。蒸気ドラム１７には、蒸気発生器１３の上流端部へと給水する循環水配管２６が接続されている。循環水配管２６には、循環水ポンプ２７が設けられている。循環水ポンプ２７は、制御部６の指令によって発停が行われる。蒸気発生器１３の下流端部と蒸気ドラム１７との間には、汽水混合配管２８が設けられている。上述の循環水配管２６及び汽水混合配管２８によって、蒸気ドラム１７と蒸気発生器１３との間で水及び蒸気が循環する循環流路２９が形成されている。
【００２８】
蒸気ドラム１７にて汽水分離された後の蒸気は、蒸気出力配管３１を通り、排ガスエコノマイザ３内に設けられた過熱器１２へと供給される。過熱器１２に供給された蒸気は、過熱され、蒸気タービン入力管３０を介して蒸気タービン５に導入される。
【００２９】
蒸気出力配管３１には、蒸気出力配管バルブ３２が設けられている。蒸気出力配管３１の蒸気出力配管バルブ３２よりも上流側の途中位置から、第１ボイラ過熱配管３３が分岐している。第１ボイラ過熱配管３３の下流端は、火炉１６内に設けられたボイラ過熱器２３の上流端に接続されている。ボイラ過熱器２３の下流端には、第２ボイラ過熱配管３４の上流端が接続される。第２ボイラ過熱配管３４の下流端は、蒸気出力配管３１の蒸気出力配管バルブ３２よりも下流側の途中位置に接続している。また、第２ボイラ過熱配管３４には、ボイラ過熱バルブ３５が設けられている。
【００３０】
蒸気タービン５は、ボイラ４から供給される蒸気によって駆動される。蒸気タービン５の回転軸には、第２発電機３７の回転軸が接続され、第２発電機３７は、蒸気タービン５の回転力によって発電する。第２発電機３７で発電された電力は、船内系統へ供給され、船舶の主機の動力や船内電力として使用される。ボイラ４から蒸気タービン５に供給される蒸気には、ボイラ４内で水等を加熱して生成した蒸気である場合と、排ガスエコノマイザ３で生成された蒸気をボイラ４で汽水分離した蒸気である場合とがある。
蒸気タービン５の下部には、復水器３８が設けられる。復水器３８では、蒸気タービン５を通過した蒸気が凝縮し、水が生成され、生成された水は復水として回収される。
【００３１】
制御部６は、ガスタービン２の運転状況に応じて、ボイラ４を本来の自然循環型のボイラとして使用するか、又は、ボイラ４の自然循環型のボイラとしての運転を停止して、蒸気ドラム１７を蒸気発生器１３の汽水分離器として使用するかを切り替える。制御部６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００３２】
次に、上記構成の発電プラント１の動作について説明する。
［通常運転時］
ガスタービン２の通常運転時、すなわち、定格運転時には、図２のグラフに示すように、ガスタービン２による発電と、排ガスエコノマイザ３によって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン５による発電とのみで発電プラント１の必要電力量が賄われているので、ボイラ４にて蒸気を生成する必要がない。したがって、制御部６の指令により、ボイラ４のバーナ１９の着火が停止される。
上記したように、ガスタービン２の通常運転時には、排ガスエコノマイザ３での蒸気生成が可能となる。この場合には、制御部６の指令により、ボイラ４の蒸気ドラム１７を蒸気発生器１３の汽水分離器として用いるように切り替える。具体的には、給水配管（図示せず）から蒸気ドラム１７へと給水を行うとともに、循環水ポンプ２７を起動する。これにより、蒸気発生器１３にて蒸気が生成され、蒸気ドラム１７にて汽水が分離され、蒸気が過熱器１２へと送られる。なお、本実施形態では、図２に示すように、通常運転時のガスタービン２による発電量と排ガスエコノマイザ３によって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン５による発電量との割合を、７０％と３０％としているが、この数値は例示であって、ガスタービン２による発電量と排ガスエコノマイザ３によって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン５による発電量とは、別の割合であってもよい。
【００３３】
［ガスタービン負荷制限時］
ガスタービン２のトラブル等でガスタービン２の負荷が定格運転時よりも制限されている場合には、ガスタービン２から排出される排ガスの熱量も制限され、排ガスエコノマイザ３での蒸気を生成する機能も低下する。具体的には、図２に示すように、ガスタービン２の負荷が通常運転時よりも低下した場合には、発電量も減少する。これに伴って、排ガスエコノマイザ３によって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン５による発電量も減少する。このときに、減少した発電量を賄うように、制御部６の指令により、ボイラ４は、自然循環型のボイラとして動作するように制御される。具体的には、ボイラ４のバーナ１９に着火し、火炉１６で給水を加熱して蒸気の生成をする。また、トラブル等でガスタービン２の負荷が定格運転時よりも制限されている場合には、排ガスエコノマイザ３での過熱も好適に行われない。そこで、蒸気を好適に過熱し発電効率を高めたい場合には、蒸気出力配管バルブ３２を閉状態とし、ボイラ過熱バルブ３５を開状態としてもよい。このように制御部６が制御を行うことで、蒸気ドラム１７からの蒸気が火炉１６内のボイラ過熱器２３で過熱され発電効率を高めることができる。本実施形態では、図２に示すように、ガスタービン２の負荷制限時には、ガスタービン２による発電量と、排ガスエコノマイザ３によって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン５による発電量と、ボイラ４によって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン５による発電量との割合が、それぞれ６０％、２０％、２０％としているが、この数値は例示であって、各発電量の割合は別の割合であってもよい。
【００３４】
［ガスタービン停止時］
ガスタービン２のメンテナンス等でガスタービン２が停止している場合には、排ガスエコノマイザ３での蒸気生成は行われない。しかし、ガスタービン２のメンテナンス中であっても船舶からの電力需要がある場合がある。そこで、制御部６の指令により、ボイラ４は、自然循環型のボイラとして動作するように制御される。具体的には、ボイラ４のバーナ１９に着火し、火炉１６で給水を加熱して蒸気を生成する。また、ガスタービン２のメンテナンス等でガスタービン２が停止している場合には、排ガスエコノマイザ３での過熱も行われない。そこで、蒸気を過熱し発電効率を高めたい場合には、蒸気出力配管バルブ３２を閉状態とし、ボイラ過熱バルブ３５を開状態としてもよい。このように制御部６が制御を行うことで、蒸気ドラム１７からの蒸気が火炉１６内のボイラ過熱器２３で過熱され発電効率を高めることができる。
【００３５】
［発電プラント負荷増加時］
ガスタービン２が定格運転時の状態から、船舶からの需要等によって、さらに発電プラント１として必要とする電力量が増加した場合（図３参照）には、増加した必要電力量を賄うように、制御部６の指令により、ボイラ４は、自然循環型のボイラとして動作するように制御される。具体的には、ボイラ４のバーナ１９に着火し、火炉１６で給水を加熱して蒸気の生成をする。本実施形態では、図３に示すように、発電プラント負荷増加時には、ガスタービン２による発電量と、排ガスエコノマイザ３によって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン５による発電量と、ボイラ４によって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン５による発電量との割合が、それぞれ７０％、３０％、２０％としているが、この数値は例示であって、各発電量の割合は別の割合であってもよい。
【００３６】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、制御部６は、ガスタービン２の負荷に応じて、火炉１６に設けられたバーナ１９を起動及び停止を制御している。これにより、ガスタービン２の負荷が制限されている場合であっても、火炉１６に設けられたバーナ１９を着火し、ボイラ４でも蒸気の生成や加熱を行うことで、蒸気タービン５に十分な蒸気を供給することができる。したがって、ガスタービン２の負荷が下がることで低下した発電量を蒸気タービン５で補うことができる。よって、発電プラント１全体として安定した発電が可能となり、船舶の必要電力を好適に賄うことができる。
また、例えば、ガスタービン２のメンテナンス等により、ガスタービン２が停止している場合であっても、ボイラ４によって発電を行うことができる。したがって、発電プラント１の不稼働時間を低減することができる。
また、ガスタービン２が定格運転の状態で、さらに必要電力が増加した場合であっても、ボイラ４を起動して、排ガスエコノマイザ３で生成された蒸気をボイラ４でさらに加熱してから、蒸気タービン５に供給することができる。また、排ガスエコノマイザ３で生成される蒸気が増加するので、蒸気タービン５に供給する蒸気量が増加する。よって、蒸気タービン５による発電量が増加し、発生した必要電力を賄うことができる。
また、ボイラ４から発生する排ガスをイナートガスとして使用することで、イナートガスを発生させる機器を別途設置する必要がなく、別途イナートガスを発生させる機器を設置するためのコストを削減でき、省スペース化を実現することができる。
また、ＶＯＣ等の自燃できない低発熱量のガスが発生した場合、ボイラ４で油との混焼を行うことで、自燃できない低発熱量のガスも適切に燃焼することができる。自燃できない低発熱量ガスを適切に燃焼させることで、発電プラント１全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、環境に影響を与える可能性がある排出ガスを、ボイラ４で燃焼することで無害化することができる。
また、ボイラ４として、船舶に既設の補助ボイラを用いた場合には、排ガスエコノマイザ３のための汽水分離器を別途設置する必要がなく、別途汽水分離器を設置する為のコストを削減でき、省スペース化を実現することができる。なお、補助ボイラを用いた場合には、補助ボイラからの蒸気の一部は、船内の需要先（例えばオイルヒーティング装置等）へ送られる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態は、基本的に第１実施形態と同様の構造を有し、蒸気ドラム１７と蒸気タービン５とを接続する配管の構造が相違している。したがって、第１実施形態と同一の構成については同一符号を付しその説明を省略する。
図４に示すように、蒸気ドラム１７と過熱器１２とを接続する蒸気出力配管５１には、第２バルブＢ２（なお、第２バルブＢ２は第１実施形態の蒸気出力配管バルブ３２と同位置に配置されているが、用途が異なるため別の名称とし、別の符号を付している）が設けられ、過熱器１２と蒸気タービン５とを接続する蒸気タービン入力管５２には第３バルブＢ３が設けられている。また、蒸気出力配管５１の第２バルブＢ２の上流側からは、バイパス配管５３が分岐している。バイパス配管５３は、第１バルブＢ１が設けられ、蒸気タービン入力管５２の途中位置であって第３バルブＢ３よりも上流側に位置する接続点Ｐ１に接続している。蒸気タービン入力管５２の接続点Ｐ１と第３バルブとの間には分岐点Ｐ２が設けられ、分岐点Ｐ２からは、ボイラ過熱管５４が分岐している。ボイラ過熱管５４は、上記流れの上流側から順番に、火炉１６内に配置されるボイラ過熱器２３及び第４バルブＢ４が設けられ、下流端が蒸気タービン入力管５２の第３バルブＢ３と蒸気タービン５との間の途中位置に接続されている。
【００３８】
次に、上記構成の発電プラント１の動作について説明する。
［発電プラント低負荷時の運転モード（第１運転モード）］
発電プラント１の低負荷時、すなわち、船舶が必要とする電力量が少ない場合には、制御部６は、ガスタービン２を停止するとともに、図５に示すように、第１バルブＢ１及び第４バルブＢ４を開状態とし、第２バルブＢ２及び第３バルブＢ３を閉状態とする。さらに、制御部６の指令により、ボイラ４は、自然循環型のボイラとして動作するように制御される。具体的には、ボイラ４のバーナ１９に着火し、火炉１６で給水を加熱して蒸気の生成をする。このように制御することで、ボイラ４で生成した蒸気がボイラ４内のボイラ過熱器２３を通って過熱され、過熱された蒸気が蒸気タービン５を駆動する。このように、ボイラ４の単独運転によって発電することができる。
【００３９】
［発電プラント中負荷時の運転モード（第２運転モード）］
発電プラント１の負荷が低負荷時よりも増大した場合、すなわち発電プラント中負荷時には、制御部６は、ガスタービン２を起動するとともに、図５に示すように、第２バルブＢ２及び第３バルブＢ３を開状態とするとともに、第１バルブＢ１及び第４バルブＢ４を閉状態とする。さらに、制御部６の指令により、ボイラ４を停止させ、ボイラ４の蒸気ドラム１７を蒸気発生器１３の汽水分離器として用いるように切り替える。具体的には、ボイラ４のバーナ１９の着火が停止され、給水配管から蒸気ドラム１７へと給水を行うとともに、循環水ポンプ２７を起動する。
【００４０】
［発電プラント高負荷時の運転モード（第３運転モード）］
発電プラント１が高負荷時、すなわち、ガスタービン２の定格運転にて発電できる発電量とガスタービンの排熱で生成した蒸気によって発電できる発電量とを合計した発電量を越えた発電量を船舶が必要とした場合には、制御部６は、図５に示すように、第２バルブＢ２及び第４バルブＢ４を開状態として、第１バルブＢ１及び第３バルブＢ３を閉状態とする。さらに、再度ボイラ４を起動して、ボイラ４を自然循環型のボイラとして動作するように制御される。具体的には、ボイラ４のバーナ１９に着火し、火炉１６で給水を加熱して蒸気の生成をするとともに、蒸気タービン５に導入される蒸気を過熱する。
【００４１】
次に、本実施形態における上記各運転モードの切り替えについて説明する。
図６に示すように、発電プラント低負荷時の運転モードＭ１から発電プラント中負荷時の運転モードＭ２への切り替えは、中負荷時の運転モードの発電効率が低負荷時の運転モードの発電効率よりも高くなった切り替え点Ａ１で切り替える。本実施形態では、図６に示すように、発電プラント負荷が２５％の際に切り替えられる。なお、発電プラント低負荷時の運転モードから発電プラント中負荷時の運転モードへの切り替え点は、ガスタービン２の規模や、蒸気タービン５の規模や、ボイラ４の規模や、蒸気条件（蒸気圧力や蒸気温度）等によって変化し、切り替え点は２５％以外となってもよい。
【００４２】
本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、発電プラント負荷（船舶の必要電力量）に応じて、運転モードを選択している。これにより、船舶の必要電力量に応じた電力量を発電することができる。
具体的には、船舶の必要電力量が比較的少ない場合には、発電する電力量の大きいガスタービン２では対応が難しく、過剰に発電を行ってしまう可能性がある。また、必要電力量まで発電量を低減させた場合には、効率の悪い運転になる可能性がある。しかしながら、発電プラント低負荷時の運転モードで運転を行えば、ガスタービン２よりも発電する電力量の小さいボイラ４で生成した蒸気のみで発電を行うことができるので、必要電力量に応じた電力量を発電することができる。また、船舶の必要電力量が、ガスタービン２の定格運転時に発電できる電力量を越えた場合であっても、発電プラント高負荷時の運転モードで運転を行えば、ボイラ４を起動することで蒸気タービン５によって発電される電力量を増加させることができ、必要電力量に応じた電力量を発電することができる。
このように、船舶の必要電力量に対応できる範囲を広くすることができるので、発電プラント１全体としての発電効率を向上することができる。
【００４３】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態は、基本的に第２実施形態と同様の構造を有し、いくつかの構成が追加されている点で相違する。したがって、第２実施形態と同一の構成については同一符号を付しその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の発電プラント１は、ボイラ４からの排ガスを排ガスエコノマイザ３に導くボイラ排ガス管６１を備えている。このような構成とすることで、ボイラ４の排ガスからも熱回収することができる。また、ボイラ４の排ガスから熱回収を行うのに、ガスタービン２用の排ガスエコノマイザ３を利用し、ボイラ４用の排ガスエコノマイザを別途設置していないので、別途ボイラ４用の排ガスエコノマイザを設置する為のコストを削減でき、省スペース化を実現することができる。また、ガスタービン２からの排ガスとボイラ４からの排ガスの温度は同程度であるので、排ガスエコノマイザ３に耐熱材等を設けることなく、ガスタービン２とボイラ４とで排ガスエコノマイザを共有化することができる。また、排ガスエコノマイザ３には、低負荷時にはボイラ４からの排ガスのみが流通し、中負荷時にはガスタービン２からの排ガスのみが流通する。したがって、排ガスエコノマイザを共有化した構成としても、低負荷時及び中負荷時には、ガスタービン２からの排ガスとボイラ４からの排ガスとが混合しない。
なお、図８に示すように、蒸気出力配管５１の途中位置にボイラ用排ガスエコノマイザ７１を設け、ボイラ４からの排ガスをボイラ用排ガスエコノマイザ７１に導くようにボイラ排ガス管７２を設けてもよい。このような構成とすることで、ボイラ４とガスタービン２とを同時に運転している場合であっても、ガスタービン２から排出される排ガスと、ボイラ４から排出される排ガスとを混合させることなく熱回収することができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記各実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記各実施形態では、ガスタービン２に回転力により駆動する発電機と、蒸気タービン５の回転力により駆動する発電機とを、第１発電機１４及び第２発電機３７として別々に設けたが、ガスタービン２及び蒸気タービン５の回転軸を一軸とし、又は、各回転軸をギヤにより接続して、第１発電機１４と第２発電機３７とをまとめて１つの発電機としてもよい。
また、上述した各実施形態を適宜組み合わせて用いることも可能である。具体的には、図１に示した実施形態に対して、図７に示したボイラ排ガス管６１や図８に示したボイラ排ガス管７２及びボイラ用排ガスエコノマイザ７１を設けてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１      発電プラント（舶用発電システム）
２      ガスタービン
３      排ガスエコノマイザ
４      ボイラ
５      蒸気タービン
６      制御部
１４    第１発電機
１６    火炉
１７    蒸気ドラム
１９    バーナ
２９    循環流路
３７    第２発電機
６１    ボイラ排ガス管
７１    ボイラ用排ガスエコノマイザ
７２    ボイラ用排ガス管
Ｂ１    第１バルブ
Ｂ２    第２バルブ
Ｂ３    第３バルブ
Ｂ４    第４バルブ
【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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