(57)【要約】【課題】長時間継続して所内単独運転できる制御装置、地熱発電設備およびその制御方法を提供すること。【解決手段】  本発明の実施形態によれば、地熱水から分離された主蒸気を蒸気タービンに供給して蒸気タービンおよび発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御装置であって、所内負荷運転において、蒸気タービンに供給される主蒸気量を調整する蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、蒸気タービンへ供給される前の主蒸気の一部を外部に放出する大気放出弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定し、蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度に保ちながら、発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較し、この出力が所定の負荷よりも大きい場合、大気放出弁の弁開度を第二の弁開度よりも開き、この出力が所定の負荷よりも小さい場合、大気放出弁の弁開度を第二の弁開度よりも閉じる制御部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地熱水から分離された主蒸気を蒸気タービンに供給し、前記主蒸気により前記蒸気タービンを回転させ、この回転により前記蒸気タービンに接続された発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御装置であって、
所内負荷運転が必要と判断された場合に、前記蒸気タービンに供給される主蒸気量を調整する蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、前記蒸気タービンへ供給される前の主蒸気の一部を外部に放出する大気放出弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定し、
前記蒸気加減弁の弁開度を前記第一の弁開度に保ちながら、前記発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較し、
前記出力が前記所定の負荷よりも大きい場合には、前記大気放出弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも開き、
前記出力が前記所定の負荷よりも小さい場合には、前記大気放出弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも閉じる制御部を備える制御装置。
【請求項２】
地熱水から分離された主蒸気を蒸気タービンに供給し、前記主蒸気により前記蒸気タービンを回転させ、この回転により前記蒸気タービンに接続された発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御装置であって、
所内負荷運転が必要と判断された場合に、前記蒸気タービンに供給される主蒸気量を調整する蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、前記蒸気タービンからの排気を復水に戻す復水器へ大気を供給する大気供給弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定し、
前記蒸気加減弁の弁開度を前記第一の弁開度に保ちながら、前記発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較し、
前記出力が前記所定の負荷よりも大きい場合には、前記大気供給弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも開き、
前記出力が前記所定の負荷よりも小さい場合には、前記大気供給弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも閉じる制御部を備える制御装置。
【請求項３】
地熱水から分離された主蒸気および分離後の地熱水を減圧加熱して生成された二次蒸気を蒸気タービンに供給し、前記主蒸気および前記二次蒸気により前記蒸気タービンを回転させ、この回転により前記蒸気タービンに接続された発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御装置であって、
所内負荷運転が必要と判断された場合に、前記蒸気タービンに供給される主蒸気量を調整する第一の蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、前記蒸気タービンへ供給される二次蒸気量を調整する第二の蒸気加減弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定し、
前記第一の蒸気加減弁の弁開度を前記第一の弁開度に保ちながら、前記発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較し、
前記出力が前記所定の負荷よりも大きい場合には、前記第二の蒸気加減弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも閉じ、
前記出力が前記所定の負荷よりも小さい場合には、前記第二の蒸気加減弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも開く制御部を備える制御装置。
【請求項４】
地熱水から分離された主蒸気および分離後の地熱水を減圧加熱して生成された二次蒸気を蒸気タービンに供給し、前記主蒸気および前記二次蒸気により前記蒸気タービンを回転させ、この回転により前記蒸気タービンに接続された発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御装置であって、
所内負荷運転が必要と判断された場合に、前記蒸気タービンに供給される二次蒸気量を調整する蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、前記蒸気タービンへ供給される前の二次蒸気の一部を外部に放出する大気放出弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定し、
前記蒸気加減弁の弁開度を前記第一の弁開度に保ちながら、前記発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較し、
前記出力が前記所定の負荷よりも大きい場合には、前記大気放出弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも開き、
前記出力が前記所定の負荷よりも小さい場合には、前記大気放出弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも閉じる制御部を備える制御装置。
【請求項５】
生産井から供給された地熱水を分離して主蒸気を生成する蒸気発生器と、
前記主蒸気から仕事をされて回転駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンに供給される主蒸気量を調整する蒸気加減弁と、
前記蒸気タービンのタービンロータに接続され、前記蒸気タービンと共に回転駆動する発電機と、
前記蒸気タービンで仕事をした後の排気を復水に戻す復水器と、
前記復水の少なくとも一部を還元する還元井と、
請求項１または２に記載された制御装置と、
を備える地熱発電設備。
【請求項６】
生産井から供給された地熱水を分離して主蒸気を生成する蒸気発生器と、
前記地熱水を減圧蒸発させて二次蒸気を生成するフラッシュ蒸発器と、
前記主蒸気および前記二次蒸気の少なくとも一方から仕事をされて回転駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンのタービンロータに接続され、前記蒸気タービンと共に回転駆動する発電機と、
前記蒸気タービンで仕事をした後の排気を復水に戻す復水器と、
請求項３または４に記載の制御装置と、
を備える地熱発電設備。
【請求項７】
地熱水から分離された主蒸気を蒸気タービンに供給し、前記主蒸気により前記蒸気タービンを回転させ、この回転により前記蒸気タービンに接続された発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御方法であって、
所内負荷運転が必要と判断された場合に、前記蒸気タービンに供給される主蒸気量を調整する蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、前記蒸気タービンへ供給される前の主蒸気の一部を外部に放出する大気放出弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定するステップと、
前記蒸気加減弁の弁開度を前記第一の弁開度に保ちながら、前記発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較するステップと、
前記出力が前記所定の負荷よりも大きい場合には、前記大気放出弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも開き、前記出力が前記所定の負荷よりも小さい場合には、前記大気放出弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも閉じるステップと、
からなる地熱発電設備の制御方法。
【請求項８】
地熱水から分離された主蒸気を蒸気タービンに供給し、前記主蒸気により前記蒸気タービンを回転させ、この回転により前記蒸気タービンに接続された発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御装置であって、
所内負荷運転が必要と判断された場合に、前記蒸気タービンに供給される主蒸気量を調整する蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、前記蒸気タービンからの排気を復水に戻す復水器へ大気を供給する大気供給弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定するステップと、
前記蒸気加減弁の弁開度を前記第一の弁開度に保ちながら、前記発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較するステップと、
前記出力が前記所定の負荷よりも大きい場合には、前記大気供給弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも開き、前記出力が前記所定の負荷よりも小さい場合には、前記大気供給弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも閉じるステップと、
からなる地熱発電設備の制御方法。
【請求項９】
地熱水から分離された主蒸気および分離後の地熱水を減圧加熱して生成された二次蒸気を蒸気タービンに供給し、前記主蒸気および前記二次蒸気により前記蒸気タービンを回転させ、この回転により前記蒸気タービンに接続された発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御装置であって、
所内負荷運転が必要と判断された場合に、前記蒸気タービンに供給される主蒸気量を調整する第一の蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、前記蒸気タービンへ供給される二次蒸気量を調整する第二の蒸気加減弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定するステップと、
前記第一の蒸気加減弁の弁開度を前記第一の弁開度に保ちながら、前記発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較するステップと、
前記出力が前記所定の負荷よりも大きい場合には、前記第二の蒸気加減弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも閉じ、前記出力が前記所定の負荷よりも小さい場合には、前記第二の蒸気加減弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも開くステップと、
からなる地熱発電設備の制御方法。
【請求項１０】
地熱水から分離された主蒸気および分離後の地熱水を減圧加熱して生成された二次蒸気を蒸気タービンに供給し、前記主蒸気および前記二次蒸気により前記蒸気タービンを回転させ、この回転により前記蒸気タービンに接続された発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御装置であって、
所内負荷運転が必要と判断された場合に、前記蒸気タービンに供給される二次蒸気量を調整する蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、前記蒸気タービンへ供給される前の二次蒸気の一部を外部に放出する大気放出弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定するステップと、
前記蒸気加減弁の弁開度を前記第一の弁開度に保ちながら、前記発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較するステップと、
前記出力が前記所定の負荷よりも大きい場合には、前記大気放出弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも開き、前記出力が前記所定の負荷よりも小さい場合には、前記大気放出弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも閉じるステップと、
からなる地熱発電設備の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、制御装置、地熱発電設備およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電系統で地絡や短絡等の事故が発生した場合、発電設備の停止を防ぐため、発電設備を送電系統から切り離し、送電系統が復旧するまでの間、この発電設備が運転できる程度の負荷で継続運転を行うことが知られている。以降の説明では、この運転を所内単独運転という。
【０００３】
ところで、地熱発電所の多くは山岳地帯に設けられている。山岳地帯では、落雷による送電系統の事故が発生しやすく、所内単独運転を頻繁に行う可能性がある。さらに、山岳地域では平地と比べて外気温が低く、特に冬場に発電設備が停止した場合には、発電設備の水系統が凍結してしまう。水系統が凍結すると、凍結した水が溶けるまで発電設備を起動できず、発電設備の復旧が長期化する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２１２７０６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、一般的な所内単独運転時の所内負荷は定格運転時の１０％未満であり、発電設備を構成する機器は、過酷な環境で継続して運転する必要がある。すなわち、発電設備の出力が所内単独運転の負荷に見合うように出力を調整する必要があるため、例えば蒸気加減弁の開度を過度に小さくして、蒸気タービンに供給される主蒸気流量を定格運転時よりも少ない流量に調整する。この場合、蒸気加減弁よりも主蒸気の流れ方向上流側と下流側とで主蒸気の圧力差が大きくなり、定格運転時よりも大きな応力が蒸気加減弁に付加されたまま、蒸気タービンが運転を継続することになる。
【０００６】
また、所内単独運転時には、所内負荷に見合うように蒸気加減弁の開度を小さくして出力を調整するため、蒸気タービンに供給される主蒸気流量は、定格運転時よりも極端に少なくなる。したがって、主蒸気がタービン最終段近傍へ到達する頃には、その流れが渦流や逆流を伴う乱流となる。加えて、蒸気タービンに供給される主蒸気流量が極端に少ないため、主蒸気とタービン最終段のタービン翼との熱交換が不十分となり、タービン翼の温度上昇やタービンロータの振れ回り量を引き起こす場合がある。その結果、所内単独運転中にタービントリップを引き起こし、発電設備が緊急停止する可能性がある。
【０００７】
このように、所内単独運転は発電設備を構成する機器にとって過酷な環境での運転であり、長時間継続して所内単独運転することが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、長時間継続して所内単独運転できる制御装置、地熱発電設備およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、実施形態の制御装置は、地熱水から分離された主蒸気を蒸気タービンに供給し、前記主蒸気により前記蒸気タービンを回転させ、この回転により前記蒸気タービンに接続された発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御装置であって、所内負荷運転が必要と判断された場合に、前記蒸気タービンに供給される主蒸気量を調整する蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、前記蒸気タービンへ供給される前の主蒸気の一部を外部に放出する大気放出弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定し、前記蒸気加減弁の弁開度を前記第一の弁開度に保ちながら、前記発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較し、前記出力が前記所定の負荷よりも大きい場合には、前記大気放出弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも開き、前記出力が前記所定の負荷よりも小さい場合には、前記大気放出弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも閉じる制御部を備える。
【００１０】
また、実施形態の他の制御装置は、地熱水から分離された主蒸気を蒸気タービンに供給し、前記主蒸気により前記蒸気タービンを回転させ、この回転により前記蒸気タービンに接続された発電機を回転駆動させる地熱発電設備の制御装置であって、所内負荷運転が必要と判断された場合に、前記蒸気タービンに供給される主蒸気量を調整する蒸気加減弁の弁開度を第一の弁開度、前記蒸気タービンからの排気を復水に戻す復水器へ大気を供給する大気供給弁の弁開度を第二の弁開度にそれぞれ設定し、前記蒸気加減弁の弁開度を前記第一の弁開度に保ちながら、前記発電機の出力と所内負荷運転における所定の負荷とを比較し、前記出力が前記所定の負荷よりも大きい場合には、前記大気供給弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも開き、前記出力が前記所定の負荷よりも小さい場合には、前記大気供給弁の弁開度を前記第二の弁開度よりも閉じる制御部を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一の実施形態に係る制御装置を含む地熱発電設備の概要図である。
【図２】第一の実施形態の変形例に係る制御装置を含む地熱発電設備の概要図である。
【図３】第二の実施形態に係る制御装置を含む地熱発電設備の概要図である。
【図４】第二の実施形態の変形例に係る制御装置を含む地熱発電設備の概要図である。
【図５】第三の実施形態に係る制御装置を含む地熱発電設備の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の第一から第三の実施形態について説明する。各実施形態では、後述する制御装置１０が、所内単独運転時の発電所内の負荷量と発電機６の発電量とが見合うように、蒸気タービン５に供給される主蒸気流量や所内負荷量を調整する。各実施形態では、その制御方法に違いがある。以降では、各実施形態について詳細に説明する。なお、以降の説明において、所内負荷量とは地熱発電設備１を含む発電所内の負荷量を、出力とは発電機６の発電量をそれぞれ示すこととする。
【００１３】
（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態に係る制御装置を含む地熱発電設備の概要図である。図１に示すように、地熱発電設備１は、第一の蒸気流路２ａと、気液分離器３と、第一の蒸気加減弁４ａと、蒸気タービン５と、発電機６と、復水器７と、大気放出弁８ａと、系統遮断機９と、制御装置１０を備える。図１における実線の矢印は蒸気あるいは水の流れを、点線の矢印は制御装置１０が受信する測定値あるいは制御装置１０が送信する指令をそれぞれ示す。この実線と点線の関係は、以降の図面においても同様に成り立つこととする。本実施形態における地熱発電設備では、一次フラッシュ方式による発電設備を例示して説明するが、例えば発電設備として二次フラッシュ方式を採用してもよい。
【００１４】
気液分離器３は、生産井から供給された地熱流体を主蒸気と熱水とに分離する。この主蒸気は、第一の蒸気流路２ａを経て第一の蒸気加減弁４ａを通過し、第一の蒸気加減弁４ａを通過して蒸気タービン５に供給される。
【００１５】
蒸気タービン５は、主蒸気から膨張仕事をされ、タービンロータ（図示していない）を介して発電機６を回転駆動させる。発電機６は、回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。発電機６の出力は、電力計６ａで測定される。
【００１６】
蒸気タービン５で仕事をした後の主蒸気は、排気として復水器７に供給されて復水になる。この復水は、気液分離器３で分離された熱水と合流し、還元井に送られる。
【００１７】
大気放出弁８ａは、第一の蒸気流路２ａの第一の蒸気加減弁４ａよりも主蒸気の流れ方向上流側に設けられる。大気放出弁８ａは、その弁開度を変化させることにより、第一の蒸気流路２ａを通過する主蒸気圧力を変化させる。
【００１８】
系統遮断機９は、地熱発電設備１と送電系統（図示していない）とを接続あるいは遮断する機構である。定格運転時の場合は、系統遮断機９を閉じて地熱発電設備１と送電系統とを接続する。一方、送電系統で地絡や短絡等の事故が発生した場合は、系統遮断機９を開いて送電系統から地熱発電設備１を分離する。系統遮断機９を開くことで、地熱発電設備１がこの事故に伴って停止することを防ぐ。
【００１９】
制御装置１０は、所内単独運転判断部１０ａと、弁開度制御部１０ｂとから構成される。所内単独運転判断部１０ａは、系統遮断機９が開いた場合に、地熱発電設備１が定格運転から所内単独運転に移行したと判断する。弁開度制御部１０ｂは、所内単独運転に移行した場合に、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度を所定の弁開度（第一の蒸気加減弁４ａにおける第一の弁開度）に保ったまま、大気放出弁８ａの弁開度を制御する。
【００２０】
次に、大気放出弁８ａの弁開度の制御方法を説明する。所内単独運転を行う場合、系統遮断機９を開き、所内単独運転判断部１０ａがこれを認識して所内単独運転に移行したと判断する。所内単独運転判断部１０ａが所内単独運転に移行したと判断すると、弁開度制御部１０ｂは、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度および大気放出弁８ａの弁開度を、それぞれ所内単独運転用にあらかじめ設定された弁開度に制御する。その後、弁開度制御部１０ｂは、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度をこの弁開度に保ちながら、所内負荷量と、電力計６ａで計測された発電機６の出力に基づいて、大気放出弁８ａの弁開度を制御する。例えば、所内負荷量に対して発電機６の出力が小さい場合には、大気放出弁８ａの弁開度を所定の弁開度（大気放出弁８ａにおける第二の弁開度）よりも小さくして蒸気タービン５に供給される主蒸気の圧力を増やす。これにより、蒸気タービン５の入口における主蒸気のエンタルピが増加し、蒸気タービン５における断熱熱落差が大きくなるので、発電機６の出力が大きくなる。一方、所内負荷量に対して発電機６の出力が大きい場合には、大気放出弁８ａの弁開度を所定の弁開度（大気放出弁８ａにおける第二の弁開度）よりも大きくして蒸気タービン５に供給される主蒸気の圧力を減らす。これにより、蒸気タービン５の入口における主蒸気のエンタルピが減少し、蒸気タービン５における断熱熱落差が小さくなるので、発電機６の出力が小さくなる。
【００２１】
つまり、本実施形態における所内単独運転では、電力計６ａで計測された発電機６の出力を通して、蒸気タービン５に供給される主蒸気圧力および主蒸気流量が、所内負荷量に見合う出力であるかを判断し、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度をあらかじめ設定された弁開度に保ちながら、大気放出弁８ａの弁開度を制御する。これにより、第一の蒸気流路２ａでの主蒸気圧力をあらかじめ調整し、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度をこの設定値からさらに小さくせずとも発電機６の出力を調整できる。
【００２２】
上述した第一の実施形態によれば、大気放出弁８ａの弁開度を制御することで、第一の蒸気流路２ａ側であらかじめ主蒸気圧力を調整できるため、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度を所定の設定値から変化させることなく、適切な主蒸気圧力の主蒸気が蒸気タービン５に供給される。これにより、所内負荷量に見合った発電機６の出力が得られると共に、主蒸気流量の不足に起因する種々の問題、例えば蒸気タービン５内部で乱流の発生、タービン最終段落でのタービン翼の温度上昇、およびタービンロータ（図示していない）の振れ回り等を防ぐことができる。したがって、これらの問題に起因して発生するタービントリップを未然に防ぎ、長時間継続して所内単独運転ができる。また、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度を過度に小さくする必要がないため、第一の蒸気流路２ａ側と蒸気タービン５入口側での主蒸気圧力差を緩和でき、この圧力差に起因して第一の蒸気加減弁４ａに生じる応力が小さくなる。
【００２３】
なお、本実施形態において、第一の蒸気加減弁４ａを所定の弁開度に保ちながら制御するとは、制御装置１０により第一の蒸気加減弁４ａの弁開度を所定の範囲内に保ちながら制御することであり、第一の蒸気加減弁４ａによる実際の弁開度が特定の弁開度に固定されることに限定されるものではない。また、ここでいう所定の弁開度は、要求される負荷量の変化に応じて変更してもよい。この関係は、後述する他の実施形態においても同様に成り立つ。
【００２４】
加えて、本実施形態における大気放出弁８ａの弁開度の制御方法として、制御装置１０が、所内単独運転用にあらかじめ設定された所定の弁開度（大気放出弁８ａにおける第二の弁開度）を基準として大気放出弁８ａの弁開度を大きくするあるいは小さくする場合を例示して説明した。しかしながら、この弁開度の基準は必ずしもあらかじめ所内単独運転用に設定される必要はなく、例えば定格運転における所定の弁開度と同じでもよい。
【００２５】
また、本実施形態の変形例として、発電機６での出力に加え、主蒸気圧力を計測する圧力計や主蒸気流量を計測する流量計を第一の蒸気流路２ａに設置し、これらの計測結果を弁開度制御部１０ｂが加味して大気放出弁８ａの弁開度を制御してもよい。つまり、所内単独運転における所内負荷量に対して、蒸気タービン５のタービン最終段側を最も効率よく冷却できるような入口側の主蒸気圧力や主蒸気流量を算出し、この算出した値になるように弁開度制御部１０ｂを介して大気放出弁８ａの弁開度を制御してもよい。このような制御を行うことによって、より正確に主蒸気圧力や主蒸気流量を調整でき、長時間継続した所内単独運転が実現できる。
【００２６】
さらに、本実施形態の他の変形例として、例えば図２に示すように、二次フラッシュ方式の二次蒸気の流路である第二の蒸気流路２ｂに大気放出弁８ｂを設け、大気放出弁８ａの代わりにこの大気放出弁８ｂの弁開度を制御してもよいし、大気放出弁８ａおよび８ｂの弁開度を共に制御してもよい。
【００２７】
（第二の実施形態）
第二の実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、第二の実施形態に係る制御装置を含む地熱発電設備の概要図である。以降では、第一の実施形態と異なる箇所について説明し、それ以外の箇所は第一の実施形態と同じものとして同じ図番を付し、ここではその説明を省略する。
【００２８】
第二の実施形態に係る地熱発電設備１は、第一の蒸気流路２ａと、気液分離器３と、第一の蒸気加減弁４ａと、蒸気タービン５と、発電機６と、復水器７と、大気放出弁８ａと、系統遮断機９と、大気供給弁１８と、制御装置２０を備える。つまり、第二の実施形態に係る地熱発電設備１は、第一の実施形態における制御装置１０の代わりに制御装置２０を有し、かつ大気供給弁１８を新たに備えたものである。
【００２９】
大気供給弁１８は復水器７に接続され、その弁体の開度を変化させることにより、外部から復水器７に供給される大気の量を調整する。つまり、大気供給弁１８の弁開度を制御することで、復水器７内部の圧力が調整される。
【００３０】
制御装置２０は、所内単独運転判断部１０ａと、弁開度制御部２０ｂとから構成される。弁開度制御部２０ｂは、所内単独運転に移行した場合に、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度を所定の弁開度（第一の蒸気加減弁４ａにおける第一の弁開度）に保ったまま、大気供給弁１８の弁開度を制御する。
【００３１】
次に、大気供給弁１８の弁開度の制御方法を説明する。所内単独運転を行う場合、系統遮断機９を開き、所内単独運転判断部１０ａがこれを認識して所内単独運転に移行したと判断する。所内単独運転判断部１０ａが所内単独運転に移行したと判断すると、弁開度制御部２０ｂは、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度および大気供給弁１８の弁開度を、それぞれ所内単独運転用にあらかじめ設定された弁開度に制御する。その後、弁開度制御部２０ｂは、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度をこの弁開度に保ちながら、所内負荷量と電力計６ａで計測された発電機６の出力とに基づいて、大気供給弁１８の弁開度を制御する。例えば、所内負荷量に対して発電機６の出力が小さい場合には、大気供給弁１８の弁開度を所定の弁開度（大気供給弁１８における第二の弁開度）よりも小さくして復水器７内部の圧力を下げる。復水器７内部の圧力が下がると、タービン発電設備１のタービン発電効率が向上し、所内負荷量が小さくなる。一方、所内負荷量に対して発電機６の出力が大きい場合には、大気放出弁８ａの弁開度を所定の弁開度（大気供給弁１８における第二の弁開度）よりも大きくして復水器７内部の圧力を上げる。復水器７内部の圧力が上がると、タービン発電設備１のタービン発電効率が低下し、所内負荷量が大きくなる。
【００３２】
つまり、本実施形態における所内単独運転では、大気放出弁８ａの代わりに制御装置２０を介して大気供給弁１８の弁開度を制御することで、復水器７の圧力を調整する。これにより、制御装置２０は、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度を過度に小さくさせることなく発電機６の出力に見合うように所内負荷量を調整できる。
【００３３】
上述した第二の実施形態によれば、大気供給弁１８の弁開度を制御することで所内負荷量が調整され、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度を所定の弁開度から変化させることなく発電機６の出力と所内負荷量とのバランスを調整できる。これにより、第一の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３４】
なお、本実施形態の変形例として、発電機６での出力に加え、復水器７内部の圧力を計測する圧力計を設置し、この計測結果を加味して大気供給弁１８の弁開度を制御してもよい。
【００３５】
さらに、第一および第二の実施形態の変形例として、例えば図４に示すように所内単独運転判断部１０ａと、弁開度制御部１０ｂと、弁開度制御部２０ｂを有する制御装置３０を設け、この制御装置３０が、大気放出弁８ａと大気供給弁１８の弁開度の制御を行ってもよい。この変形例では、まず大気放出弁８ａの弁開度を制御して発電機６の出力を調整し、その後に空気注入弁１８の弁開度を制御して所内負荷量を調整することがより好ましい。このような制御を行うことで、蒸気タービン５に供給される主蒸気圧力をあらかじめ調整し、さらに発電機６での出力と所内負荷量とのバランスをより細かく調整できる。この変形例においては、第一の実施形態の変形例（図２）と同様に、大気放出弁８ａの代わりに大気放出弁８ｂの弁開度を制御してもよいし、大気放出弁８ａおよび８ｂを共に制御してもよい。
【００３６】
（第三の実施形態）
図５は、第三の実施形態に係る制御装置を含む地熱発電設備の概要図である。図５に示すように、地熱発電設備１は、第一の蒸気流路２ａと、第二の蒸気流路２ｂと、気液分離器３と、第一の蒸気加減弁４ａと、第二の蒸気加減弁４ｂと、蒸気タービン５と、発電機６と、復水器７と、大気放出弁８ａ、８ｂと、系統遮断機９と、フラッシュ蒸発器１２と、制御装置４０を備える。本実施形態における地熱発電設備では、二次フラッシュ方式による発電設備を例示して説明する。図４における実線の矢印は蒸気あるいは水の流れを、点線の矢印は制御装置４０が受信する測定値あるいは制御装置４０が送信する指令をそれぞれ示す。以降では、第一および第二の実施形態と異なる箇所について説明し、それ以外の箇所は第一あるいは第二の実施形態と同じものとして同じ図番を付し、ここではその説明を省略する。
【００３７】
気液分離器３は、生産井から供給された地熱流体を主蒸気と熱水とに分離する。この主蒸気は、第一の蒸気流路２ａを経て第一の蒸気加減弁４ａを通過し、蒸気タービン５に供給される。熱水は、フラッシュ蒸発器１２で減圧蒸発されて二次蒸気と還元水とに分離され、この二次蒸気が、第二の蒸気流路２ｂを経て第二の蒸気加減弁４ｂを通過し、蒸気タービン５に供給される。
【００３８】
蒸気タービン５は、主蒸気または二次蒸気の少なくとも一方から膨張仕事をされ、タービンロータ（図示していない）を介して発電機６を回転駆動させる。
【００３９】
蒸気タービン５で仕事をした後の主蒸気または二次蒸気の少なくとも一方は、排気として復水器７に供給されて復水となる。この復水は、気液分離器３で分離された還元水と合流し、還元井に送られる。
【００４０】
制御装置４０は、所内単独運転判断部１０ａと、弁開度制御部４０ｂとから構成される。弁開度制御部４０ｂは、所内単独運転に移行した場合に、第一の蒸気加減弁４ａおよび第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度を制御する。
【００４１】
次に、第一の蒸気加減弁４ａおよび第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度の制御方法を説明する。所内単独運転を行う場合、系統遮断機９を開き、所内単独運転判断部１０ａがこれを認識して所内単独運転に移行したと判断する。所内単独運転判断部１０ａが所内単独運転に移行したと判断すると、弁開度制御部４０ｂは、第一の蒸気加減弁４ａおよび第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度を所内単独運転用にあらかじめ設定された弁開度に制御する。この弁開度は、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度を弁開度Ａ１（第一の蒸気加減弁における第一の弁開度）、第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度を弁開度Ａ２（第二の蒸気加減弁４ｂにおける第二の弁開度）とする。この弁開度Ａ１とＡ２とは、同じ弁開度でもよいし、それぞれ異なる弁開度でもよい。
【００４２】
その後、第一の蒸気加減弁４ａを弁開度Ａ１に保ったまま、所内負荷量と電力計６ａで計測された発電機６の出力とに基づいて、第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度を制御する。例えば、所内負荷量に対して発電機６の出力が小さい場合には、第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度を弁開度Ａ２よりも開いて蒸気タービン５へ供給される二次蒸気量を増加させ、発電機６の出力を大きくする。一方、所内負荷量に対して発電機６の出力が大きい場合には、第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度を弁開度Ａ２よりも閉じて蒸気タービン５へ供給される二次蒸気量を減少させ、発電機６の出力を小さくする。
【００４３】
つまり、本実施形態における所内単独運転では、第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度を制御し、二次蒸気の蒸気圧力および蒸気流量を調整する。これにより、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度をＡ１から変化させることなく蒸気タービン５に供給される蒸気の蒸気圧力や蒸気流量を調整できる。
【００４４】
上述した第三の実施形態によれば、主に第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度を制御することで、蒸気タービン５に供給される蒸気の蒸気圧力や蒸気流量を制御するため、第一の蒸気加減弁４ａの弁開度をあらかじめ設定された弁開度に保ったまま、第一または第二の実施形態と同様の効果が得られる。また、二次蒸気は主蒸気と比べて蒸気圧力が小さいため、所内負荷量に見合う発電機６の出力を得るためには、主蒸気だけの場合よりも多くの蒸気流量を蒸気タービン５に供給する必要がある。したがって、負荷量の少ない所内負荷運転においても、蒸気タービン５に十分な量の蒸気が供給でき、蒸気流量の不足に起因する種々の問題、例えば蒸気タービン５内部で乱流の発生、タービン最終段落でのタービン翼の温度上昇、およびタービンロータ（図示していない）の振れ回り等を防ぐことができる。さらに、二次蒸気は主蒸気よりも圧力の低い蒸気であるため、主蒸気よりも所内負荷量と出力との調整を行いやすく、より細かな調整が可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態の変形例として、発電機６での出力に加え、主蒸気圧力を計測する圧力計や主蒸気流量を計測する流量計を第一の蒸気流路２ａおよび第二の蒸気流路２ｂにそれぞれ設置し、これらの計測結果を加味して第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度を制御してもよい。
【００４６】
また、本実施形態の他の変形例として、本実施形態の制御方法と上述の実施形態に記載したいずれかの制御方法を組み合わせてもよい。すなわち、本実施形態に空気注入弁１８を追加し、大気放出弁８ａ、８ｂ、空気注入弁１８の少なくとも一つの弁を第二の蒸気加減弁４ｂの弁開度と共に制御してもよい。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１．地熱発電設備、２ａ．第一の蒸気流路、２ｂ．第二の蒸気流路、３．気液分離器、４ａ．第一の蒸気加減弁、４ｂ．第二の蒸気加減弁、５．蒸気タービン、６．発電機、６ａ．電力計６ａ．復水器、８ａ、８ｂ．大気放出弁、９．系統遮断機、１０、２０、３０、４０．制御装置、１０ａ．所内単独運転判断部、１０ｂ、２０ｂ．弁開度制御部、１２．フラッシュ蒸発器、４０ｂ．弁開度制御部
【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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