(57)【要約】      （修正有）【課題】発電システムの劣化を低減するためのメンテナンスのスケジューリングを提供する。【解決手段】システムは、発電システムと、発電システムの動作を制御するコントローラと、を含む。コントローラは、発電システムの動作パラメータに関連する複数の値を受信し、その値に基づいて劣化コストを定量化する劣化コスト関数を決定するプロセッサを含む。プロセッサはさらに、発電システムの運転を行うための固定財務コストを含む運転コストを受信し、運転コストを定量化する運転コスト関数を決定する。さらに、プロセッサは、劣化コスト関数および運転コスト関数に基づいて発電システムの総コスト関数を決定し、総コスト関数に基づいて発電システムの運転を実行する時間を決定する。プロセッサは、その時間に発電システムの運転を実行するためのアラートをさらに送信する。【選択図】図１
2018184944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電システムと、
前記発電システムを制御するように構成され、かつ、１つまたは複数のプロセッサ（１９）を含む１つまたは複数のコントローラ（１８）と、を含み、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）は、
前記発電システム内に配置された１つまたは複数のセンサ（２８）から前記発電システムの１つまたは複数の動作パラメータ（７２）に関連する複数の値を受信し、
前記複数の値に基づいて前記発電システムの稼働時間にわたって前記発電システムの劣化コストを定量化する劣化コスト関数を決定し、
前記発電システムの運転コストを受信し、前記運転コストは、前記発電システムの運転を行うための固定財務コストを含み、
前記発電システムの前記稼働時間に関連する前記運転コストを定量化する運転コスト関数を決定し、
前記劣化コスト関数および前記運転コスト関数に基づいて、前記発電システムの前記稼働時間にわたる前記発電システムの総コスト関数を決定し、
前記総コスト関数に基づいて前記発電システムの前記運転を実行する１つまたは複数の時間を決定し、
前記１つまたは複数の時間に前記発電システムの前記運転を実行するためのアラートを送信するように構成される、システム。
【請求項２】
前記運転コストは、前記発電システムのメンテナンス作業コストを含み、前記運転は、前記発電システムのメンテナンス作業を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）は、前記劣化コスト関数を、
１つまたは複数のモデル化された動作パラメータ（７４）に関連する複数の値を生成するために、前記発電システムの前記稼働時間にわたって前記発電システムの前記１つまたは複数の動作パラメータ（７２）をモデル（７０）化することと、
前記１つまたは複数のモデル化された動作パラメータ（７４）に関連する前記複数の値の各値と前記１つまたは複数の動作パラメータ（７２）に関連する前記複数の値の各値との間の差に基づいて複数の調整値（７８）を生成することと、によって決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）は、前記複数の調整値（７８）に基づいて前記発電システムの劣化関数を決定することによって、前記劣化コスト関数を決定するように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）は、前記総コスト関数に基づいて１つまたは複数の将来の時間に前記発電システムの総コストを決定し、前記１つまたは複数の将来の時間における前記発電システムの前記総コストに基づいて、前記運転を実行する１つまたは複数の時間を決定するように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記１つまたは複数の動作パラメータ（７２）は、圧縮機（１２）入口空気流、燃料流、回転速度、発電機（２６）もしくは電力出力、排気温度、圧縮機（１２）状態、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記発電システムは、ガスタービンシステム（１０）、蒸気タービンシステム、風力タービンシステム、水力タービンシステム、燃焼エンジン、油圧エンジン、または発電機（２６）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記運転は、圧縮機（１２）の水洗浄、タービンの水洗浄、熱回収蒸気発生器の洗浄、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記運転コストは、資源もしくは材料コスト、人件費、機会損失コスト、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
発電システム内に配置された１つまたは複数のセンサ（２８）から前記発電システムの１つまたは複数の動作パラメータ（７２）に関連する複数の値を、１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して受信するステップ（４２）と、
前記複数の値に基づいて前記発電システムの稼働時間にわたって前記発電システムの劣化コストを定量化する劣化コスト関数を、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して決定するステップ（４４）と、
前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記発電システムの運転コストを受信するステップであって、前記運転コストは、前記発電システムの運転を行うための固定財務コストを含む、ステップと、
前記発電システムの前記稼働時間に関連する前記運転コストを定量化する運転コスト関数を、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して決定するステップと、
前記劣化コスト関数および前記運転コスト関数に基づいて、前記発電システムの前記稼働時間にわたる前記発電システムの総コスト関数を、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して決定するステップ（５０）と、
前記総コスト関数に基づいて前記発電システムの前記運転を実行する１つまたは複数の時間を、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して決定するステップ（５２）と、
前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記発電システムの前記運転を前記１つまたは複数の時間にスケジューリングするステップ（５４）と、を含む方法（４０）。
【請求項１１】
前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記劣化コスト関数を決定するステップは、前記発電システムの前記稼働時間にわたって前記発電システムの劣化を、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して決定するステップを含む、請求項１０に記載の方法（４０）。
【請求項１２】
前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記劣化コスト関数を決定するステップは、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記発電システムの前記劣化を表す劣化関数を前記発電システムの前記稼働時間で除算するステップを含む、請求項１１に記載の方法（４０）。
【請求項１３】
前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記総コスト関数を決定するステップは、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記劣化コスト関数を前記運転コスト関数に加算するステップを含む、請求項１０に記載の方法（４０）。
【請求項１４】
前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記運転をスケジューリングするステップは、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記総コスト関数に基づいて前記運転を実行する１つまたは複数の時間を決定するステップを含む、請求項１０に記載の方法（４０）。
【請求項１５】
前記１つまたは複数の時間は、前記総コスト関数が最小になる前記発電システムの稼働時間を含む、請求項１４に記載の方法（４０）。
【請求項１６】
前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記運転を実行する前記１つまたは複数の時間を決定するステップは、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）を介して、前記総コスト関数の導関数がゼロになる時間を決定するステップを含む、請求項１４に記載の方法（４０）。
【請求項１７】
機械可読命令を含む、有形の非一時的な機械可読媒体であって、前記機械可読命令は、１つまたは複数のプロセッサ（１９）に対して、
前記発電システム内に配置された１つまたは複数のセンサ（２８）から前記発電システムに関連する１つまたは複数の動作パラメータ（７２）に関連する複数の値を受信させ、
前記複数の値に基づいて前記発電システムの稼働時間にわたって前記発電システムの劣化コストを定量化する劣化コスト関数を決定させ、
前記発電システムの運転コストを受信させ、前記運転コストは、前記発電システムの運転を行うための固定財務コストを含み、
前記発電システムの前記稼働時間にわたって前記発電システムの前記稼働時間に関連する前記運転コストを定量化する運転コスト関数を決定させ、
前記劣化コスト関数および前記運転コスト関数に基づいて、前記発電システムの前記稼働時間にわたる前記発電システムの総コスト関数を決定させ、
前記総コスト関数に基づいて前記発電システムの前記運転を実行する１つまたは複数の時間を決定させ、
前記１つまたは複数の時間に前記発電システムの前記運転を実行するための命令を送信させる、機械可読媒体。
【請求項１８】
前記機械可読命令は、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）に対して、前記発電システムの前記稼働時間にわたって前記発電システムの劣化を判定することによって前記劣化コスト関数を決定させる、請求項１７に記載の機械可読媒体。
【請求項１９】
前記機械可読命令は、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）に対して、前記発電システムの前記劣化を表す劣化関数を前記発電システムの前記稼働時間で除算することによって前記劣化コスト関数を決定させる、請求項１８に記載の機械可読媒体。
【請求項２０】
前記機械可読命令は、前記１つまたは複数のプロセッサ（１９）に対して、前記運転コストを前記発電システムの前記稼働時間で除算することによって前記運転コスト関数を決定させる、請求項１７に記載の機械可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、発電システムに関する。特に、本開示は、発電システムの劣化を低減するために発電システムのメンテナンス作業をスケジューリングすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電システム（例えば、ガスタービンシステム）の劣化は、発電システムの１つまたは複数の動作パラメータが経時的に劣化する場合に生じる。例えば、発電システムの圧縮機は、発電システムを稼働させる期間（例えば、月、年など）にわたって同じまたは類似の動作条件および周囲条件の下で劣化する（例えば、減少する）ことがあり得る。これは、発電システムの部品が劣化したり、あるいは使用および時間によって変化したりすることがあるためである。例えば、圧縮機は、堆積物が集まり、腐食して、壊れるなどの可能性がある。
【０００３】
発電システムのメンテナンス作業を行うことにより、劣化を低減または回復することができる。例えば、構成部品を、洗浄、フラッシング、改良、および交換することなどが可能である。しかし、メンテナンス作業を実施するには、発電システムを停止し、発電システムによる生産を停止することが必要である。したがって、発電システムの停止によって生じるコスト（例えば、利益の損失、機会の喪失、メンテナンス材料、人件費、部品の交換、再始動燃料など）が発電システムが停止している間に発生し始める場合がある。同時に、発電システムが劣化状態にあるときに発電システムを稼働させることによって、電力生産の効率が低いために、それ自体のコストが生じる。場合によっては、メンテナンス作業が適切な時間に行われないと、過度に劣化した発電システムの稼働による発電量の低下および／または変換効率による過度のコストが現実化され得る。同様に、早すぎる時間に、あるいは出力および／または効率の低下により発電システムを稼働させるコストがあるしきい値よりも大きくなる前にメンテナンス作業が行われると、後でメンテナンス作業を行う場合（例えば、発電システムがより劣化している場合）と比較して、十分に劣化していない発電システムに対して大部分不必要なメンテナンス作業を行うことによる過度のコストが現実化され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０２２２８２０号明細書
【発明の概要】
【０００５】
出願時の特許請求の範囲に相応する特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は特許請求する実施形態の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は、本明細書に開示するシステムおよび技術の可能性がある形態の概要を提供しようとするものに過ぎない。実際、ここで特許請求する実施形態は、以下に記載する実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むことができる。
【０００６】
一実施形態では、システムは発電システムを含む。システムはまた、発電システムの動作を制御するコントローラを含む。コントローラは、発電システム内に配置されたセンサから発電システムの動作パラメータに関連する複数の値を受信するプロセッサを含む。プロセッサはまた、値に基づいて発電システムの稼働時間にわたって発電システムの劣化コストを定量化する劣化コスト関数を決定する。プロセッサは、発電システムの運転を行うための固定財務コストを含む発電システムの運転コストをさらに受信する。プロセッサはまた、発電システムの稼働時間に関連する運転コストを定量化する運転コスト関数を決定する。プロセッサはさらに、劣化コスト関数および運転コスト関数に基づいて、発電システムの稼働時間にわたる発電システムの総コスト関数をさらに決定する。プロセッサはまた、総コスト関数に基づいて発電システムの運転を実行する時間を決定する。プロセッサは、その時間に発電システムの運転を実行するためのアラートをさらに送信する。
【０００７】
別の実施形態では、方法は、プロセッサを介して、発電システム内に配置されたセンサから発電システムの動作パラメータに関連する複数の値を受信するステップを含む。本方法はまた、プロセッサを介して、その値に基づいて発電システムの稼働時間にわたって発電システムの劣化コストを定量化する劣化コスト関数を決定するステップを含む。本方法は、プロセッサを介して、発電システムの運転を行うための固定財務コストを含む発電システムの運転コストを受信するステップをさらに含む。本方法はまた、プロセッサを介して、発電システムの稼働時間に関連する運転コストを定量化する運転コスト関数を決定するステップを含む。本方法は、プロセッサを介して、劣化コスト関数および運転コスト関数に基づいて、発電システムの稼働時間にわたる発電システムの総コスト関数を決定するステップをさらに含む。本方法はまた、プロセッサを介して、総コスト関数に基づいて発電システムの運転を実行する時間を決定するステップを含む。本方法は、プロセッサを介して、その時間に発電システムの運転をスケジューリングするステップをさらに含む。
【０００８】
さらに別の実施形態では、有形の非一時的な機械可読媒体は、プロセッサに対して、発電システム内に配置されたセンサから発電システムに関連する動作パラメータに関連する複数の値を受信させる機械可読命令を含む。機械可読命令はまた、プロセッサに対して、その値に基づいて発電システムの稼働時間にわたって発電システムの劣化コストを定量化する劣化コスト関数を決定させる。機械可読命令はさらに、プロセッサに対して、発電システムの運転を行うための固定財務コストを含む発電システムの運転コストを受信させる。機械可読命令はまた、プロセッサに対して、発電システムの稼働時間にわたって発電システムの稼働時間に関連する運転コストを定量化する運転コスト関数を決定させる。機械可読命令はさらに、プロセッサに対して、劣化コスト関数および運転コスト関数に基づいて、発電システムの稼働時間にわたる発電システムの総コスト関数を決定させる。機械可読命令はまた、プロセッサに対して、総コスト関数に基づいて発電システムの運転を実行する時間を決定させる。機械可読命令はさらに、プロセッサに対して、その時間に発電システムの運転を実行するための命令を送信させる。
【０００９】
ここで開示する技術のこれらの、ならびに他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態によるガスタービンシステムのブロック図である。
【図２】本開示の一実施形態による、ガスタービンシステムの劣化を低減するために図１のガスタービンシステムのメンテナンス作業をスケジューリングする方法の流れ図である。
【図３】本開示の一実施形態による、図１のガスタービンシステムの動作をシミュレートする例示的なモデルのブロック図である。
【図４】本開示の一実施形態による、経時的な図１のガスタービンシステムの例示的な劣化コストおよび洗浄コストのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、ここで開示する実施形態の１つまたは複数の特定の実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるような、任意のこのような実際の実装の開発においては、例えば、システム関連およびビジネス関連の制約の遵守のような開発者の特定の目標を達成するために、別の実装によって異なる可能性がある多くの実装の詳細が決定される必要があることを理解されたい。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１２】
ここで開示する実施形態の様々な実施形態の要素を導入する場合に、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「前記（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は１つまたは複数の要素があることを意味するものである。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するものである。
【００１３】
発電システム（例えば、ガスタービンシステム）の劣化は、モデリングによって評価および推定することができる。発電システムの推定された劣化は、発電システムの経済的および運転上の（例えば、コスト）データと組み合わされて、発電システムのメンテナンスをスケジューリングし、実行する時間を決定することができる。このように、劣化した発電システムを運転することによるコストは、発電システムの劣化を低減するメンテナンス作業を実行するためのコストと釣り合わせることができ、それによって、発電システムのオペレータに対する総コストを低減することができる。
【００１４】
一実施形態では、発電システムのコントローラは、経時的な発電システムの劣化コストを定量化する劣化コスト関数を決定することができる。コントローラはまた、経時的な発電システムの総稼働時間に基づいて、発電システムのメンテナンス作業コストを定量化するメンテナンス作業コスト関数を決定することができる。次に、コントローラは、劣化コスト関数およびメンテナンス作業コスト関数に基づいて、経時的な発電システムの総コスト関数を決定することができる。次に、コントローラは、総コスト関数に基づいて発電システムのメンテナンス作業をスケジューリングすることができる。このようにして、劣化した発電システムを運転することによるコストを、発電システムの劣化を低減するメンテナンス作業を実行するためのコストと釣り合わせることができ、発電システムのオペレータに対する総コストを低減することができる。
【００１５】
本開示は、ガスタービンシステムに関連する実施形態について説明しているが、本開示に記載されるシステムおよび方法は、蒸気タービンシステム、風力タービンシステム、水力タービンシステム、内燃機関、水力機関、発電機など、任意の適切な発電システムに適用することができることを理解されたい。
【００１６】
図１は、本開示の一実施形態による、圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６、およびコントローラ１８を有する発電システム（例えば、ガスタービンシステム１０）のブロック図である。吸気ダクト２１は、周囲空気を圧縮機１２に供給することができる。吸気口２１は、吸気口２１を通って入口ガイドベーン２２に流れる周囲空気の圧力損失に寄与するダクト、フィルタ、スクリーン、および／または吸音装置を含むことができる。排気ダクト２４は、タービン１６に背圧を加える吸音材料および排気制御装置を含んでもよい。吸気圧力損失および背圧の量は、吸気ダクト２１および排気ダクト２４への構成要素の追加および塵埃の詰まりによって経時的に変動し得る。タービン１６は、電力を生成する発電機２６を駆動することができる。
【００１７】
ガスタービンシステム１０の動作は、ガスタービンシステム１０の１つまたは複数の構成要素（例えば、発電機２６、吸気口２１など）および／または周囲の環境の様々な観察可能な状態を検出し得る、１つまたは複数のセンサ２８によって監視することができる。いくつかの実施形態では、複数の冗長センサが同じ測定条件を測定することができる。例えば、複数の冗長温度センサ２８は、ガスタービンシステム１０を取り囲む周囲温度、圧縮機吐出温度、タービン排気ガス温度、およびガスタービンシステム１０を通るガス流の他の温度測定値を監視することができる。同様に、複数の冗長圧力センサ２８は、周囲圧力、ならびに吸気ダクト２１、排気ダクト２４、および／またはガスタービンシステム１０を通るガス流の他の場所における静的および動的圧力レベルを監視することができる。複数の冗長湿度センサ２８（例えば、湿球温度計および／または乾球温度計）が、吸気ダクト２１内の周囲湿度を測定することができる。冗長センサ２８はまた、ガスタービンシステム１０の動作に関連する様々なパラメータを検出する流量センサ、速度センサ、火炎検出器センサ、バルブ位置センサ、ガイドベーン角度センサなどを含むことができる。
【００１８】
本明細書で使用される場合、「パラメータ」は、温度、圧力、ガス流などのガスタービンシステム１０の動作状態を、ガスタービンシステム１０の所定の位置で定義するために使用することができる測定可能なおよび／または推定可能な量を指す。いくつかのパラメータが測定され（すなわち、検出され）、直接的に知られる。他のパラメータはモデルによって推定され、間接的に知られる。測定され推定されたパラメータは、所与のタービン動作状態を表すために使用することができる。
【００１９】
コントローラ１８は、センサ入力および人間のオペレータからの命令を使用してガスタービンシステム１０の動作を制御するソフトウェアプログラムを実行することができる１つまたは複数のプロセッサ１９（例えば、マイクロプロセッサ）を有する１つまたは複数のコンピュータシステムおよび／またはプラットフォームを含むことができる。さらに、プロセッサ１９は、複数のマイクロプロセッサ、１つまたは複数の「汎用」マイクロプロセッサ、１つまたは複数の専用マイクロプロセッサ、および／または１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣＳ）、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。例えば、プロセッサ１９は、１つまたは複数の縮小命令セット（ＲＩＳＣ）プロセッサを含むことができる。コントローラ１８は、制御ソフトウェアルックアップテーブル、構成データなどの情報を格納することができる１つまたは複数のメモリ装置２０を含んでもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ１９および／またはメモリ装置２０は、コントローラ１８の外部にあってもよい。メモリ装置２０は、揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））および／または不揮発性メモリ（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードドライブ、または任意の他の適切な光学、磁気、もしくは半導体の記憶媒体、またはそれらの組み合わせ）などの有形の非一時的な機械可読媒体を含むことができる。メモリ装置２０は、様々な情報を格納し、様々な目的のために使用することができる。例えば、メモリ装置２０は、ガスタービンシステム１０のメンテナンスをスケジューリングするための命令など、プロセッサ１９が実行するための機械可読命令および／またはプロセッサ実行可能命令（例えば、ファームウェアまたはソフトウェア）を格納することができる。
【００２０】
本開示は単一のコントローラ１８について言及しているが、コントローラ１８は複数のコントローラ、コンピュータシステム、および／またはコンピュータプラットフォームを含むことができることを理解されたい。例えば、第１のコントローラは、ガスタービン１６を制御してもよく（例えば、センサ情報を収集することを含む制御機能を実行する）、第２のコントローラは、第１のコントローラとは別のコンピュータプラットフォームであってもよく、ガスタービン１６に関連するデータ解析（例えば、劣化の特徴付け、経済分析の実行、コストに対するユーザ入力の収集、解析結果の提供など）を実行してもよい。このような例では、第２のコントローラは、センサ情報を受信するために第１のコントローラと通信することができる。本開示では、第１のコントローラおよび第２のコントローラの両方を、単一のコントローラ１８と総称することがある。
【００２１】
図２は、本開示の一実施形態による、ガスタービンシステム１０の劣化を低減するために図１のガスタービンシステム１０のメンテナンス作業をスケジューリングする方法４０の流れ図である。方法４０は、コントローラ１８などのガスタービンシステム１０の構成要素を制御することができる任意の適切な装置によって実行することができる。方法４０は、特定のシーケンスのステップを使用して説明されているが、本開示は、説明されたステップが図示されたシーケンスとは異なるシーケンスで実行されてもよく、また特定の説明されたステップが省略されるか、または全く実行されなくてもよいことを意図している。いくつかの実施形態では、方法４０は、プロセッサ１９などのプロセッサを使用して、メモリ装置２０などの有形の非一時的なコンピュータ可読媒体に格納された命令を実行することによって実施されてもよい。
【００２２】
コントローラ１８は、ガスタービンシステム１０の１つまたは複数の動作パラメータに関連する値を経時的に（例えば、ガスタービンシステム１０の稼働時間にわたって）受信することができる（処理ブロック４２）。１つまたは複数の動作パラメータは、圧縮機入口空気流、燃料流、回転速度、発電機もしくは電力の出力、排気温度（例えば、タービン排気温度）、圧縮機の状態（例えば、圧縮機圧力比）などを含むことができるが、これらに限定されない。これらの値は、ガスタービンシステム１０の１つまたは複数のセンサによって提供され得る。
【００２３】
次に、コントローラ１８は、それらの値に基づいてガスタービンシステム１０の稼働時間にわたってガスタービンシステム１０の劣化コストを定量化する劣化コスト関数を決定することができる（処理ブロック４４）。劣化コストは、処理ブロック４２で参照される１つまたは複数の動作パラメータを含む、ガスタービンシステム１０の動作パラメータを低下させることに起因するガスタービンシステム１０の発電量および／または効率の低下のコストである。
【００２４】
すなわち、コントローラ１８は、ガスタービンシステム１０のモデルを生成または使用して、ガスタービンシステム１０の圧縮機１２の流れおよび／または効率（例えば、圧縮機流量および／または効率損失）をモデル化することができる。例えば、コントローラ１８は、センサ２８を使用して圧縮機１２の吐出圧力および／または温度の測定値を受信することができる。コントローラ１８はまた、モデルを使用して、圧縮機１２の対応するモデル化された吐出圧力および／または温度を生成することもできる。コントローラ１８は、モデルによって出力されたモデル化された吐出圧力および／または温度が測定された吐出圧力および／または温度にほぼ一致するように、モデル化された圧縮機の流量および／または効率を（モデル化された圧縮機の流量および／または効率に適用される乗数を介して）調整することができる。
【００２５】
さらに、コントローラ１８は、圧縮機の流量および／または効率損失の履歴データまたは値を経時的に追跡し、圧縮機の流量および／または効率損失を稼働時間（ならびに潜在的には他の運転および／または周囲の因子）に相関させる伝達関数を生成することができる。伝達関数は、履歴データに基づいて線形、二次、または他の適合関数であってもよい。伝達関数を使用して、コントローラ１８は、任意の時点における圧縮機の流量および／または効率損失を推定し、予測し、予想し、または決定することができる。コントローラ１８はまた、ガスタービンモデルを使用して、圧縮機の流量および／または効率損失の結果として、ガスタービンシステム１０の発電量および／または効率損失（例えば、劣化コスト関数）を予測することができる。電力および燃料の市場価格を考慮して、ガスタービンシステム１０の電力および効率損失（例えば、劣化）を財務コストの項に算入することができる。例えば、ガスタービンシステム１０を運転することによる正味利益は、ガスタービンシステム１０を運転することによる粗利益と、ガスタービンシステム１０を運転する運転コストとの間の差であってもよい。粗利益は、ガスタービンシステム１０の発電量と電力の市場価格との積であってもよい。運転コストは、ガスタービンシステム１０の燃料消費量と燃料の市場価格との積であってもよい。これらの財務関係を使用すれば、ガスタービンシステム１０の電力生産および／または効率損失の経済的影響が財政的に定量化可能である。次いで、劣化コスト関数の時間についての積分を総稼働時間で割って、所与の期間の平均劣化コストを決定することができる。
【００２６】
例えば、圧縮機は、通常の摩耗によって一定期間（例えば、月、年など）にわたって同じまたは類似の動作条件および周囲条件の下で劣化する（例えば、減少する）ことがある。これは、ガスタービンシステム１０の構成要素が劣化したり、あるいは使用および時間により変化する可能性があるからである。例えば、発電システムの圧縮機は、変化し、堆積物が堆積し、腐食するなどの可能性がある。
【００２７】
コントローラ１８は、ガスタービンシステム１０の稼働時間にわたる１つまたは複数の動作パラメータの劣化を決定することによって、劣化コスト関数を決定することができる。例えば、コントローラ１８は、ガスタービンシステム１０のモデルを生成することができる。モデルは、ガスタービンシステム１０の１つまたは複数の動作パラメータをシミュレートすることができる。モデルはまた、ガスタービンシステム１０への１つまたは複数の入力に対応する１つまたは複数の入力を含むことができる。ガスタービンシステム１０への入力には、例えば、限定はしないが、燃料流量、周囲条件、入口ガイドベーン２２の角度、燃焼器１４に流れる燃料量、ガスタービンシステム１０の回転速度などが含まれてもよい。一例として、図３は、本開示の一実施形態による、図１のガスタービンシステム１０の動作をシミュレートする例示的なモデル７０のブロック図である。モデル７０は、物理学ベースのソフトウェアモデル、より具体的には、適応型リアルタイムエンジンシミュレーション（ＡＲＥＳ）モデルであってもよい。一実施形態では、モデル７０は、１つまたは複数のモデル化された動作パラメータ７４として、ガスタービンシステム１０の１つまたは複数の動作パラメータ７２をシミュレートする。
【００２８】
コントローラ１８は、動作パラメータ７２に関連する値およびモデル化された動作パラメータ７４に関連する値を、誤差補正システムまたはフィルタ７６（例えば、カルマンフィルタ利得行列）に入力することができ、フィルタ７６は、（例えば、入力８０をモデル７０にチューニングすることによって）モデル７０を自動的かつ規則的に調整またはチューニングして、モデル化された動作パラメータ７４に関連する値を、動作パラメータ７２に関連する値により正確に適合させることができる。いくつかの実施形態では、フィルタ７６は、偏微分解析および／または正規化を使用して、モデル化された動作パラメータ７４に関連する値に適用されるチューニングまたは利得値の行列を決定することができる。値の各集合について、フィルタ７６は、モデル化された動作パラメータ７４のそれぞれの値と動作パラメータ７２のそれぞれの値との間の差に基づいて、１つまたは複数の調整値７８を生成することができる。モデル化された動作パラメータ７４に関連する値が動作パラメータ７２に関連する値とほぼ一致するように、１つまたは複数の調整値７８をモデル７０に適用することができる。
【００２９】
結果として得られる調整値７８の集合を使用して、ガスタービンシステム１０の劣化の量を決定するか、または劣化を定量化することができる。例えば、ガスタービンシステム１０が経時的な使用によって劣化すると、モデル化された圧縮機の入口空気流に関連するチューニング値に関する調整値７８が増加して、モデル化された圧縮機の入口空気流に関連する値を、ガスタービンシステム１０の圧縮機の入口空気流に関連する対応する検出値または測定値と一致させることができる。調整値７８は、将来の時間にガスタービンシステム１０の劣化を推定することができる劣化関数を生成するために使用されてもよい。例えば、コントローラ１８、モデル７０、および／またはフィルタ７６は、調整値７８に基づいて劣化関数を決定することができる。次に、コントローラ１８は、ガスタービンの稼働時間の劣化関数に基づいて、劣化コスト関数を決定することができる。例えば、劣化関数をガスタービンの稼働時間で除算して、劣化コスト関数を得ることができる。
【００３０】
次式により、劣化コスト関数（例えば、償却劣化コスト関数）を表すことができる。
【００３１】
償却劣化コスト＝平均劣化コスト率×メンテナンス作業間の時間    （１）
ここで、償却劣化コストはドルで表され、平均劣化コスト率は時間当たりのドルで表され、洗浄の間の時間は時間で表される。洗浄の間の時間は、ガスタービンシステム１０の稼働時間（単位は時間）を含むことができる。
【００３２】
劣化コスト率は、過去の劣化コストデータに対して経験的に適合させることにより導き出すことができる。例えば、劣化率（例えば、瞬間劣化率）は、経時的な発電量（例えば、メガワット）および／または熱量（例えば、キロワット時当たりの英国熱単位）データ（例えば、損失データ）を解析することにより決定することができる。次式によって、劣化率をコストに関して変換することができる。
【００３３】
瞬間劣化コスト率＝瞬間利益率時刻＝ｔ−瞬間利益率時刻＝０    （２）
ここで、瞬間劣化コスト率は時間当たりのドルで表され、時刻ｔにおける瞬間利益率は時間当たりのドルで表され、瞬間利益率は時間当たりのドルで表される。次式により、時刻ｔにおける瞬間利益率を決定することができる。
【００３４】
瞬間利益率時刻＝ｔ＝発電量時刻＝ｔ×電力価格−発電量時刻＝ｔ（３）×発熱量時刻＝ｔ×燃料価格    （３）
ここで時刻ｔでの発電量はメガワットで表され、電力価格は１メガワット時当たりのドルで表され、時刻ｔでの発熱量はメガワット時当たりの英国熱量単位で表され、燃料価格は英国熱単位当たりのドルで表される。劣化コスト関数（例えば、償却劣化コスト）は、瞬間劣化コスト率を時刻＝０から時刻＝ｔまで積分し、次にその結果を時間ｔで除算することによって決定することができる。
【００３５】
劣化コスト関数の一例を図４に示す。具体的には、図４は、本開示の一実施形態による、洗浄の間の時間にわたる（例えば、ガスタービンシステム１０の稼働時間にわたる）図１のガスタービンシステム１０の時間平均した劣化コストおよび洗浄コストのグラフ９０である。劣化コスト曲線９２は、ガスタービンシステム１０の例示的な劣化コスト関数を表す。図示するように、劣化コスト曲線９２は時間当たりのドルで表される。ガスタービンシステム１０がその稼働寿命を開始する前（すなわち、稼働時間がゼロであるとき）は、ガスタービンシステム１０は劣化していない。したがって、時間当たりの劣化コストはゼロである。ガスタービンシステム１０が経時的に稼働するにつれて、劣化コスト曲線９２が増加する（例えば、直線的に）。すなわち、運転中のガスタービンシステム１０の１時間当たりの平均劣化コストは、洗浄の間の稼働時間の増加に伴って直接増加し得る。
【００３６】
図２に戻って、コントローラ１８は、ガスタービンシステム１０の洗浄コストも受信することができる（処理ブロック４６）。例えば、洗浄コストは、ガスタービンシステム１０の圧縮機の水洗浄コストであってもよい。洗浄コストは、ガスタービンシステム１０の洗浄の財務コストを表すメンテナンス事象当たりの固定コストであってもよい。いくつかの実施形態では、財務コストは、洗浄に使用される資源（例えば、液体、機器など）のコスト、人件費などを含んでもよい。圧縮機の水洗浄は、方法４０によって評価することができる１つの例示的なメンテナンス作業に過ぎないことに留意されたい。限定はしないが、圧縮機の洗浄、タービンの水洗浄、熱回収蒸気発生器の洗浄などを含む、任意の適切なメンテナンス作業が本開示によって想定される。同様に、洗浄コストは、交換部品のコストなどの上記の例に関連するコストを含む、任意の適切なメンテナンス作業コストであってもよい。
【００３７】
次に、コントローラ１８は、洗浄の間のガスタービンシステム１０の稼働時間にわたるガスタービンシステム１０の稼働時間に関連するガスタービンシステム１０の洗浄コストを定量化する洗浄コスト関数を決定することができる（処理ブロック４８）。特に、洗浄コストは、圧縮機の水洗浄が行われるときの固定コストであってもよい。その後に、固定洗浄コストは、前回の圧縮機の水洗浄と現在の圧縮機の水洗浄との間の時間にわたって償却することができる。圧縮機の水洗浄が行われたときには洗浄費は固定されているが、洗浄コストは経時的に変化してもよい。洗浄コストは経時的に失われた機会の関数であってもよいし、失われた機会は市場の電力価格および燃料価格の関数であってもよく、両方とも経時的に変化する可能性があるので、洗浄コストは経時的に変化してもよい。
【００３８】
例えば、ガスタービンシステム１０が洗浄の間に稼働する時間が長くなればなるほど、ガスタービンシステム１０を稼働させることによってより多くの生産が実現されるので、相対的な洗浄コストは減少する。このように、コントローラ１８は、洗浄コストを洗浄の間のガスタービンシステムの総稼働時間で除算することができる。
【００３９】
次式は、洗浄コスト関数（例えば、償却洗浄コスト）の一例である。
【００４０】
償却洗浄コスト＝洗浄コスト／洗浄間の時間    （４）
償却洗浄コストは時間当たりのドルで表され、洗浄コストはドルで表され、洗浄間の時間は時間で表される。
【００４１】
図４はまた、ガスタービンシステム１０の洗浄コスト関数を表す洗浄コスト曲線９４を示す。図示するように、洗浄コスト曲線９４は時間当たりのドルで表される。ガスタービンシステム１０が時間とともに稼働すると、洗浄コスト曲線９４は双曲線的に減少する。すなわち、稼働中のガスタービンシステム１０の稼働時間当たりの洗浄コストは、稼働時間とともに（例えば、双曲線的に）減少する。
【００４２】
図２に戻って、コントローラ１８は、劣化コスト関数および洗浄コスト関数に基づいて、経時的なガスタービンシステム１０の総コスト関数を決定することができる（処理ブロック５０）。例えば、コントローラ１８は、劣化コスト関数を洗浄コスト関数に加えて、総コスト関数を実現することができる。
【００４３】
図４は、ガスタービンシステム１０の総コスト関数を表す総コスト曲線９６を示す。図示するように、総コスト曲線９６は時間当たりのドルで表される。ガスタービンシステム１０が時間とともに稼働すると、総コスト曲線９６は最小値まで減少し、最小値の後に増加する。すなわち、稼働中のガスタービンシステム１０の総コスト（すなわち、時間当たりの劣化コストおよび時間当たりの洗浄コスト）は、稼働時間とともに、最小値まで減少し、それから最小値の後に増加する。
【００４４】
図２に戻って、コントローラ１８は、総コスト関数に基づいてガスタービンシステム１０の洗浄作業を実行する１つまたは複数の時間を決定することができる（処理ブロック５２）。すなわち、コントローラ１８は、総コスト関数に基づいて洗浄作業を実行する１つまたは複数の時間を決定して、ガスタービンシステム１０の運転に関連する総コスト（例えば、劣化コストおよび洗浄コストの中で）を低減することができる。一実施形態では、コントローラ１８は、総コスト関数が時間当たりの最小総コストになる時間を特定することができる。
【００４５】
図４に示すように、総コスト関数が最小となる時間９８は、約８０００稼働時間である。経時的に劣化コスト曲線９２が（直線的に）増加し、一方、洗浄コスト曲線９４は（双曲線的に）減少するので、時間９８は、劣化コスト曲線９２と洗浄コスト曲線９４とが交差する時間に対応する。いくつかの実施形態では、コントローラ１８は、総コスト関数の導関数（例えば、総コスト関数導関数）を決定することによって時間９８を決定することができる。例えば、総コスト関数導関数は、総コスト関数を時間で割ることによって実現することができる。グラフ９０では、総コスト関数導関数曲線１００は総コスト曲線９６の導関数を表す。コントローラ１８は、総コスト関数導関数曲線１００がゼロ（例えば、時間当たりの時間当たりのドル）になる稼働時間を特定することによって時間９８を決定することができる。総コスト関数導関数がゼロになる場合に、総コスト関数導関数曲線１００の稼働時間は約８０００時間である。いくつかの実施形態では、コントローラ１８は、メンテナンスを実行するべき時間（例えば、時間９８）を含む時間の範囲を決定することができる。
【００４６】
図２に戻って、コントローラ１８は、１つまたは複数の時間（時間９８を含む）でガスタービンシステム１０の洗浄作業をスケジューリングすることができる（処理ブロック５４）。いくつかの実施形態では、コントローラ１８は、ガスタービンシステム１０のオペレータに対して、洗浄または他のメンテナンス作業が１つまたは複数の時間に効率的に実行され得る旨のアラートを送信することができる。追加の実施形態では、コントローラ１８は、１つまたは複数の時間に自動化された手順を使用してメンテナンス作業を実行するための命令を実行または送信することができる。例えば、コントローラ１８は、時間９８においてガスタービンシステム１０の洗浄または他のメンテナンス作業を自動的に実行することができる。
【００４７】
本明細書に開示した主題の技術的効果には、ガスタービンシステム１０の劣化を低減するために、ガスタービンシステム１０のメンテナンス作業をスケジューリングすることが含まれるが、これに限定されない。特に、ガスタービンシステム１０のコントローラ１８は、ガスタービンシステム１０の劣化コストを定量化する劣化コスト関数を決定することができる。コントローラ１８はまた、ガスタービンシステム１０の経時的な総稼働時間に基づいて、ガスタービンシステム１０のメンテナンス作業コストを定量化するメンテナンス作業コスト関数を決定することができる。次に、コントローラ１８は、劣化コスト関数およびメンテナンス作業コスト関数に基づいて、経時的にガスタービンシステム１０の総コスト関数を決定することができる。次に、コントローラ１８は、総コスト関数に基づいてガスタービンシステム１０のメンテナンス作業をスケジューリングすることができる。このようにして、劣化したガスタービンシステム１０を稼働させることによるコストは、ガスタービンシステム１０の劣化を低減するメンテナンス作業を実行するためのコストと釣り合わせることができ、ガスタービンシステム１０のオペレータに対する総コストを低減することができる。
【００４８】
本明細書は、本実施形態を説明するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者もここで開示された実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。ここで開示された実施形態の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ガスタービンシステム
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  ガスタービン
１８  コントローラ
１９  プロセッサ
２０  メモリ装置
２１  吸気ダクト、吸気口
２２  入口ガイドベーン
２４  排気ダクト
２６  発電機
２８  冗長センサ
４０  方法
４２  処理ブロック
４４  処理ブロック
４６  処理ブロック
４８  処理ブロック
５０  処理ブロック
５２  処理ブロック
５４  処理ブロック
７０  モデル
７２  動作パラメータ
７４  モデル化された動作パラメータ
７６  フィルタ
７８  調整値
８０  入力
９０  グラフ
９２  劣化コスト曲線
９４  洗浄コスト曲線
９６  総コスト曲線
９８  時間
１００  総コスト関数導関数曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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