(57)【要約】      （修正有）【課題】電力供給の安定化が可能なコンバインドサイクル発電プラントとその制御方法を提供する。【解決手段】圧縮した高温高圧の空気と燃料ガスを燃焼し動力を得るガスタービンと、その排ガスにより蒸気を生成する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラからの蒸気にて動力を得る蒸気タービンと、ガスタービン用第１の発電機と、蒸気タービン用の第２の発電機と、第２の発電機からの電力を蓄電する蓄電池と、その充放電蓄電池制御装置と、を備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、前記蓄電池残電力量計算部と、コンバインドサイクル発電プラントの起動完了までの蓄電池放電量が残電力量と近くなるようにガスタービンと蒸気タービンと蓄電池の出力を合わせたプラント出力の指令値を計算するプラント出力指令計算部と、プラント出力の計測値がプラント出力の指令値と近くなるように前記蓄電池の放電量を制御する充放電制御部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2019027398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮した高温高圧の空気と燃料ガスを燃焼させて動力を得るガスタービンと、
前記ガスタービンの排ガスとの熱交換により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を用いて動力を得る蒸気タービンと、
前記ガスタービンの動力を電力に変換する第１の発電機と、
前記蒸気タービンの動力を電力に変換する第２の発電機と、
前記第２の発電機から生成された電力を蓄電する蓄電池と、
前記蓄電池の充放電量を制御する蓄電池制御装置と、を備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記蓄電池制御装置は、前記蓄電池の残電力量を計算する残電力量計算部と、
前記コンバインドサイクル発電プラントの起動開始から完了までに要する前記蓄電池の放電量が、前記蓄電池の残電力量と近くなるように前記ガスタービンと前記蒸気タービンと前記蓄電池の出力を合わせたプラント出力の指令値を計算するプラント出力指令計算部と、
前記プラント出力の計測値が前記プラント出力の指令値と近くなるように前記蓄電池の放電量を制御する充放電制御部と、
を備えることを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項２】
請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記プラント出力指令計算部は、前記コンバインドサイクル発電プラントの負荷上昇開始から完了までに要する前記蓄電池の放電量が、前記蓄電池の残電力量と近くなるように前記ガスタービンと前記蒸気タービンと前記蓄電池の出力を合わせたプラント出力の変化率を計算し、
前記充放電制御部は、前記プラント出力の計測値が前記変化率と近くなるように前記蓄電池の放電量を制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項３】
請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記プラント出力指令計算部は、前記コンバインドサイクル発電プラントの負荷降下開始から完了までに要する前記蓄電池の充電量が、前記蓄電池の満充電量から前記残電力量を差し引いた空き容量と近くなるように前記ガスタービンと前記蒸気タービンと前記蓄電池の出力を合わせたプラント出力の変化率を計算し、
前記充放電制御部は、前記プラント出力の計測値が前記変化率と近くなるように前記蓄電池の充電量を制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項４】
請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記コンバインドサイクル発電プラントに対するプラント出力指令値が、前記ガスタービンを定格出力としたときの前記ガスタービンと前記蒸気タービンの合計出力よりも大きい場合には、前記蓄電池の放電量を調整して前記プラント出力を制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項５】
請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記コンバインドサイクル発電プラントに対するプラント出力指令値が、前記ガスタービンを最低出力としたときの前記ガスタービンと前記蒸気タービンの合計出力よりも小さい場合には、前記蓄電池の充電量を調整して前記プラント出力を制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項６】
請求項１に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記蓄電池は、前記第１の発電機から生成された電力と前記第２の発電機から生成された電力の双方を蓄電することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項７】
請求項６に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記プラント出力指令計算部は、前記コンバインドサイクル発電プラントの負荷降下開始から完了までに要する前記蓄電池の充電量が、前記蓄電池の満充電量から前記残電力量を差し引いた空き容量と近くなるように前記ガスタービンと前記蒸気タービンと前記蓄電池の出力を合わせたプラント出力の変化率を計算し、
前記充放電制御部は、前記プラント出力の計測値が前記変化率と近くなるように前記蓄電池の充電量を制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のコンバインドサイクル発電プラントであって、
前記ガスタービンと前記蒸気タービンの回転軸が同軸で連結された一軸式のコンバインドサイクル発電プラントであり、
前記ガスタービンと前記蒸気タービンの回転軸を切り離し、
切り離した前記ガスタービンと前記蒸気タービンに、それぞれ前記第１の発電機、前記第２の発電機を設けたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラント。
【請求項９】
ガスタービンと蒸気タービンと蓄電池からなるコンバインドサイクル発電プラントの制御方法であって、
（ａ）前記ガスタービンと前記蒸気タービンと前記蓄電池の各出力の合計であるプラント出力指令値を取得するステップと、
（ｂ）前記（ａ）ステップにおいて取得したプラント出力指令値と前記ガスタービンを定格出力とした時の前記ガスタービンと前記蒸気タービンの合計出力との大小関係を比較判定するステップと、
を有することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のコンバインドサイクル発電プラントの制御方法であって、
前記（ｂ）ステップにおいて、前記プラント出力指令値の方が大きいと判定した場合、前記ガスタービンは定格出力で運転し、前記蓄電池の放電量を調整してプラント出力がプラント出力指令値と近くなるように制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの制御方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のコンバインドサイクル発電プラントの制御方法であって、
前記（ｂ）ステップにおいて前記プラント出力指令値が前記ガスタービンを定格出力とした時の前記ガスタービンと前記蒸気タービンの合計出力よりも小さい場合、さらに、
（ｃ）前記ガスタービンを最低出力とした場合における前記ガスタービンと前記蒸気タービンの合計出力との大小関係を比較判定するステップを有し、
前記プラント出力指令値の方が前記ガスタービンを最低出力とした場合における前記ガスタービンと前記蒸気タービンの合計出力よりも大きい場合、前記ガスタービンの出力を調整してプラント出力がプラント出力指令値と近くなるように制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの制御方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のコンバインドサイクル発電プラントの制御方法であって、
前記（ｂ）ステップにおいて前記プラント出力指令値が前記ガスタービンを定格出力とした時の前記ガスタービンと前記蒸気タービンの合計出力よりも小さい場合、さらに、
（ｃ）前記ガスタービンを最低出力とした場合における前記ガスタービンと前記蒸気タービンの合計出力との大小関係を比較判定するステップを有し、
前記プラント出力指令値が、前記ガスタービンを最低出力とした場合における前記ガスタービンと前記蒸気タービンの合計出力よりも小さい場合、前記ガスタービンを最低出力で運転し、前記蓄電池の充電量を調整してプラント出力がプラント出力指令値と近くなるように制御することを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池を備えたコンバインドサイクル発電プラントとその制御方法に係り、特に、コンバインドサイクル発電プラントによる電力供給の安定化に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギーの利用増加により、風速や日射量の変化にともなう発電量の変動が電力系統の安定性を低下させるとの懸念がある。再生可能エネルギーの発電量の変動に対応するため、ガスタービン、排熱回収ボイラ、蒸気タービンの組み合わせから構成されるコンバインドサイクル発電プラントでは起動時間の短縮が求められている。
【０００３】
コンバインドサイクル発電プラントの起動では、プラント停止時に冷却された蒸気タービンの構造体が高温高圧の蒸気にさらされることで内部に熱応力が発生して機器寿命を消費する。また、蒸気タービンのロータとケーシングの熱伸びの差が拡大し、回転部と静止部が接触することで機器が損傷する恐れもある。このような熱応力や熱伸び差などの熱的制約条件の制限値超過を防止するために、起動時における発電プラントの負荷変化率増加は制限されていた。
【０００４】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「上記のような制約条件の値を逐次予測計算し、この予測値に基づきガスタービンや蒸気タービンの操作量を算出することで、起動時間短縮を実現する精度と信頼性の高い操作量を得る制御方法」が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には「鉛電池３８を備え、夜間等の電力需要が減少した場合、鉛電池３８に電気を蓄電し、必要なときに電気３９を取出すことが可能なマイクロコンバインドサイクル発電システム」が開示されている。（特許文献２の図６）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６０３７４４８号公報
【特許文献２】特開２００５−５４５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１のような熱応力や熱伸び差の制御では、起動時間が蒸気タービン構造体の温度変化の応答時間に支配されることとなり、制御方法の改善のみでは起動時間の短縮に限界があった。
【０００８】
また、上記特許文献２では、鉛電池を利用した発電システム全体の電力供給の安定化は可能であるが、上述したようなガスタービンと蒸気タービンの組み合わせから構成されるコンバインドサイクル発電プラントの課題やその解決方法については何ら触れられていない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、コンバインドサイクル発電プラントにおいて、起動時間の短縮に加え、負荷変化率の向上、最大出力の引き上げ、最低出力の引き下げなど、プラントの運用性を向上可能なコンバインドサイクル発電プラントとその制御方法を提供することにある。
【００１０】
また、これにより、コンバインドサイクル発電プラントによる電力供給の安定化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、圧縮した高温高圧の空気と燃料ガスを燃焼させて動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンの排ガスとの熱交換により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を用いて動力を得る蒸気タービンと、前記ガスタービンの動力を電力に変換する第１の発電機と、前記蒸気タービンの動力を電力に変換する第２の発電機と、前記第２の発電機から生成された電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電量を制御する蓄電池制御装置と、を備えるコンバインドサイクル発電プラントであって、前記蓄電池制御装置は、前記蓄電池の残電力量を計算する残電力量計算部と、前記コンバインドサイクル発電プラントの起動開始から完了までに要する前記蓄電池の放電量が、前記蓄電池の残電力量と近くなるように前記ガスタービンと前記蒸気タービンと前記蓄電池の出力を合わせたプラント出力の指令値を計算するプラント出力指令計算部と、前記プラント出力の計測値が前記プラント出力の指令値と近くなるように前記蓄電池の放電量を制御する充放電制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、ガスタービンと蒸気タービンと蓄電池からなるコンバインドサイクル発電プラントの制御方法であって、（ａ）前記ガスタービンと前記蒸気タービンと前記蓄電池の各出力の合計であるプラント出力指令値を取得するステップと、（ｂ）前記（ａ）ステップにおいて取得したプラント出力指令値と前記ガスタービンを定格出力とした時の前記ガスタービンと前記蒸気タービンの合計出力との大小関係を比較判定するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、コンバインドサイクル発電プラントにおいて、起動時間の短縮を含む発電プラントの運用性を向上することができる。
【００１４】
また、これにより、コンバインドサイクル発電プラントによる電力供給の安定化を実現することができる。
【００１５】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施例による蓄電池とその蓄電池制御装置を備えたコンバインドサイクル発電プラントの概略図である。
【図２】第１の実施例における蓄電池を用いたプラント起動方法を概念的に示す模式図である。
【図３】第１の実施例におけるプラント出力指令計算部によってプラント起動中のプラント出力変化率を決定するまでの計算手順を示すフローチャートである。
【図４Ａ】第１の実施例におけるガスタービンと蒸気タービンの回転軸が連結された場合の負荷上昇時における制御特性を示す図である。
【図４Ｂ】第１の実施例におけるガスタービンと蒸気タービンの回転軸が切り離された場合の負荷上昇時における制御特性を示す図である。
【図５】第１の実施例におけるプラント出力指令値に基づきガスタービンと蓄電池の制御方法の切り替え方法を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施例による蓄電池とその蓄電池制御装置を備えたコンバインドサイクル発電プラントの概略図である。
【図７】第２の実施例における蓄電池を用いたプラント負荷降下方法を概念的に示す模式図である。
【図８】第２の実施例におけるプラント出力指令計算部によってプラント負荷降下中のプラント出力変化率を決定するまでの計算手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１８】
図１から図５を参照して、本発明の第１の実施例のコンバインドサイクル発電プラントとその制御方法について説明する。図１は本実施例の蓄電池とその蓄電池制御装置を備えたコンバインドサイクル発電プラントの全体概要を示す図である。図２は本実施例における蓄電池を用いたプラント起動方法を示す図である。図３は本実施例におけるプラント出力指令計算部によるプラント起動中のプラント出力変化率を決定する方法を示すフローチャートである。図４Ａ，図４Ｂは、それぞれ本実施例におけるガスタービンと蒸気タービンの回転軸が連結された場合と切り離された場合の負荷上昇時における制御特性を示す図である。図５は本実施例におけるプラント出力指令値に基づいてガスタービンと蓄電池の制御方法の切り替え方法を示すフローチャートである。
【００１９】
本実施例のコンバインドサイクル発電プラントは、図１に示すように、ガスタービン１と排熱回収ボイラ２と蒸気タービン３の組み合わせから構成される。ガスタービン１では、圧縮機４から大気の空気を吸い込み高温高圧の空気を生成し、燃焼器５にて燃料と混合して燃焼する。燃焼器５において高温高圧の空気と燃料を燃焼させた燃焼ガスをタービン６に供給して動力を得る。タービン６出口の排ガスは排熱回収ボイラ２に供給され、内部に備えた熱交換器において給水ポンプ７にて加圧された給水との熱交換により蒸気を発生する。
【００２０】
発生した蒸気は高圧、低圧などの圧力に応じて蒸気タービン３の高圧タービン８や低圧タービン９に供給して動力を得る。一軸式のコンバインドサイクル発電プラントでは、ガスタービン１と蒸気タービン３は同じ回転軸で連結され、この回転軸と接続された発電機１０にて動力を電力に変換し、電力系統に供給する。
【００２１】
このような一軸式のコンバインドサイクル発電プラントにおけるガスタービン１と蒸気タービン３の回転軸を切り離す。切り離す方法としては、物理的に回転軸を切断する方法や、軸と軸の間にクラッチを設置する方法などがある。図１では回転軸上にガスタービン１、発電機１０、蒸気タービン３の順に機器が配置され、発電機１０と蒸気タービン３の間で回転軸を切り離した例を示す。このように回転軸を切り離すことで、ガスタービン１は熱応力や熱伸び差などの熱的制約条件のために起動の遅い蒸気タービン３とは独立した運用が可能となる。このため、ガスタービン１をシンプルサイクルと同様の運用とすることが可能となり、ガスタービン１の起動時間を短縮することができる。
【００２２】
また、排熱回収ボイラ２から発生した蒸気の一部を抜き出し、プロセス蒸気として他系統に供給するとしてもよい。供給先の例としては工場や、病院、学校などの蒸気の需要家がある。このように、蒸気を需要先に直接供給することで、蒸気タービン３で回収しきれない熱の損失を低減し、発電プラントの総合的な熱効率を向上することができる。
【００２３】
さらに、切り離した蒸気タービン３の回転軸から電力を得る発電機１１と、発電機１１の電力を貯蔵（蓄電）する蓄電池１２と、蓄電池１２の充放電量を制御する蓄電池制御装置３１を設置する。また、蓄電池１２の充放電量を計測する電力計２１と、蒸気タービン３から蓄電池１２の充放電量を差し引いた発電量を計測する電力計２２と、ガスタービン１に接続された発電機１０の発電量を計測する電力計２３を備える。
【００２４】
蓄電池制御装置３１は、残電力量計算部３２、プラント出力指令計算部３３、充放電制御部３４から構成される。残電力量計算部３２では、蓄電池１２に蓄電された使用可能な電力量(残電力量)を計算する。残電力量は電力計２１で計測された蓄電池１２の充放電量を積算して求める方法や、この積算から求められた残電力量を蓄電池１２の電圧に基づき補正する方法などがある。
【００２５】
プラント出力指令計算部３３では、計算された残電力量に基づき、ガスタービン１と蒸気タービン３、蓄電池１２の出力を合わせた発電出力(プラント出力)の指令値を計算する。この計算方法については後述する。充放電制御部３４では、プラント出力指令計算部３３で計算したプラント出力指令値と、蒸気タービン３と蓄電池１２の合計出力を計測する電力計２２とガスタービン１の出力を計測する電力計２３の計測値を入力として、電力計２２と電力計２３の和が、計算したプラント出力指令値と近くなるよう蓄電池の充放電量を制御する。
【００２６】
プラントの起動時におけるプラント出力指令計算部３３の動作について、図２の模式図を用いて説明する。一般的に、ガスタービン１と蒸気タービン３の起動スケジュールは予め定められており、この起動スケジュールに基づくガスタービン１と蒸気タービン３の合計出力２０１の経時データをプラント制御ロジックデータベース３５から取得する。次に、プラント出力指令２０２（ガスタービン１と蒸気タービン３と蓄電池１２の合計出力）と、ガスタービン１と蒸気タービン３の合計出力２０１の差を起動の開始から完了まで積算した電力量が、蓄電池１２の残電力量と近くなるようなプラント出力指令の変化率を計算する。
【００２７】
その計算方法を図３に示す。まず、上記で説明したようにガスタービン１と蒸気タービン３の合計出力の経時データを取得する（ステップ３０１）。また、起動におけるプラント出力変化率の初期設定値を予め定義しておき、この値を取得する（ステップ３０２）。この変化率の初期値は、例えばステップ応答的にプラント出力が上昇するような十分大きい値であればよい。この変化率で起動した場合のプラント出力からガスタービン１と蒸気タービン３の出力を差し引いたものを起動の開始から完了まで積算することで蓄電池１２の放電量を計算する（ステップ３０３）。ステップ３０３において計算された蓄電池の放電量と、残電力量計算部３２で計算された残電力量（ステップ３０５）を比較し（ステップ３０４）、残電力量の方が小さければ、計算されたプラント出力変化率は不可としてプラント出力変化率を0.1%/min減少させる（ステップ３０６）。
【００２８】
上記ステップ３０３、ステップ３０４、ステップ３０６の処理を繰り返し、蓄電池１２の残電力量が放電量よりも大きくなった時点のプラント出力変化率を、プラント出力指令値の操作量として決定する（ステップ３０７）。このように、起動中の発電出力を蓄電池１２の充電量を用いて補うことで、起動完了までに要する時間を短縮することができる。
【００２９】
なお、図２と図３では、ガスタービン１と蒸気タービン３の双方を起動させる場合を例に説明したが、ガスタービン１単体を起動させる場合でも、同様の方法で起動時間を短縮できる。
【００３０】
負荷上昇時においても、起動時と同様の方法で負荷変化開始から完了までに要する蓄電池１２の放電量が残電力量と近くなるようなプラント出力変化率の指令値を決定することで、プラントの負荷上昇率を向上することができる。負荷変化時のガスタービン１と蒸気タービン３の合計出力の経時データの取得（ステップ３０１）においては、例えば回転軸の切り離しや蓄電池１２設置前の制御ではプラント負荷変化率が3%/minや5%/minと一般的には設定されており、この値を用いて計算することができる。また、負荷降下においては、蓄電池１２の充電量を調整してプラント出力変化率を制御することで、負荷降下率を増加することができる。詳細は実施例２にて後述する。
【００３１】
ここで、ガスタービン１と蒸気タービン３の回転軸を切り離さず同軸で連結した状態で蓄電池を用いて負荷変化率を増加させる制御をした場合と、本発明において軸を切り離した状態で制御をした場合の違いを、図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。図４Ａではガスタービン１と蒸気タービン３の回転軸が同軸で連結した場合における負荷上昇過程の模式図を示す。ガスタービン１と蒸気タービン３の回転軸が連結された場合、ガスタービン単体の出力は計測することができない。そのため、一般的にガスタービン１は計測可能な発電機出力であるガスタービン１と蒸気タービン３の出力変化率が一定となるよう制御する。蒸気タービン３の出力は蒸気発生の時定数が大きいことから遅れをもって応答するため、ガスタービン１の出力は、蒸気タービン３の出力遅れを補償してプラント出力変化率を一定に維持するよう負荷上昇の際はオーバーシュート、負荷降下の際はアンダーシュートすることとなる。
【００３２】
一方で、図４Ｂに示すように、本発明によるガスタービン１と蒸気タービン３の回転軸の切り離しにより、ガスタービン単体の出力が計測可能となり、ガスタービン１の負荷変化率を一定となるよう制御できるようになる。そして、蒸気タービン３の出力遅れは蓄電池１２の放電量制御で吸収することで、プラント出力の変化率を一定に維持した状態で、ガスタービン１出力のオーバーシュートやアンダーシュートを防止することができる。
【００３３】
次に、発電プラントが起動や負荷変化中でなく、整定した状態におけるガスタービン１と蒸気タービン３と蓄電池１２の制御方法について、図５を用いて説明する。先ず、ガスタービン１と蒸気タービン３と蓄電池１２の合計であるプラント出力の指令値を取得する（ステップ５０１）。
【００３４】
プラント整定時におけるプラント出力指令値は中央給電指令所（図１参照）や、民生用のコンバインドサイクルの場合には電力需要地からの要求によって定まる。このプラント出力指令値とガスタービン１を定格出力としたときのガスタービン１と蒸気タービン３の合計出力との大小関係を判定し（ステップ５０２）、プラント出力指令値の方が大きい場合には、ガスタービン１は定格出力で運転するものとし、蓄電池１２の放電量を調整してプラント出力がプラント出力指令値と近くなるように制御する（ステップ５０３）。
【００３５】
このとき、蒸気タービン３は排熱回収ボイラ２で発生した蒸気から他系統へのプロセス蒸気量を差し引いた余剰蒸気を全量受け入れ発電するものとする。
【００３６】
一方、プラント出力指令値がガスタービン１を定格出力としたときのガスタービン１と蒸気タービン３の合計出力よりも小さい場合、さらにガスタービン１を最低出力とした場合におけるガスタービン１と蒸気タービン３の合計出力との大小関係を判定する（ステップ５０４）。
【００３７】
プラント出力指令値の方がガスタービン１を最低出力とした場合におけるガスタービン１と蒸気タービン３の合計出力よりも大きい場合には、ガスタービン１の出力を調整してプラント出力がプラント出力指令値と近くなるように制御する（ステップ５０５）。
【００３８】
このとき、蒸気タービン３は余剰蒸気を全量受け入れ発電する。このように、ガスタービン出力と蒸気タービン出力の合計がプラント出力指令値と近くなるようにガスタービン１の出力を調整するため、電力の過不足はなく蓄電池１２での充放電は生じない。
【００３９】
プラント出力指令値が、ガスタービン１を最低出力とした場合におけるガスタービン１と蒸気タービン３の合計出力よりも小さい場合には、ガスタービン１は最低出力で運転するものとし、蓄電池１２の充電量を調整してプラント出力がプラント出力指令値と近くなるように制御する（ステップ５０６）。このとき、蒸気タービン３は余剰蒸気を全量受け入れ発電する。
【００４０】
このように蓄電池１２の充放電を制御することで、従来のガスタービン１と蒸気タービン３の構成のみの場合よりも最大出力の上昇や最低出力を低減が可能となり、プラント出力の調整幅を拡大することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施例の蓄電池を備えたコンバインドサイクル発電プラントとその制御方法によれば、起動時間の短縮に加え、負荷変化率の向上、最大出力の引き上げ、最低出力の引き下げなど、コンバインドサイクル発電プラントの運用性を向上することができる。また、これにより、コンバインドサイクル発電プラントによる電力供給の安定化が可能となる。
【実施例２】
【００４２】
図６から図８を参照して、本発明の第２の実施例のコンバインドサイクル発電プラントとその制御方法について説明する。図６は本実施例の蓄電池とその蓄電池制御装置を備えたコンバインドサイクル発電プラントの全体概要を示す図である。図７は本実施例における蓄電池を用いたプラント負荷降下方法を示す図である。図８は本実施例におけるプラント出力指令計算部によるプラント負荷降下中のプラント出力変化率を決定する方法を示すフローチャートである。
【００４３】
本実施例のコンバインドサイクル発電プラントは、図６に示すように、第１の実施例における蓄電池１２がガスタービン１と接続された発電機１０の電力を充放電する系統と、この充放電量を計測する電力計２４を新たに備えた構成とする。
【００４４】
本実施例では、ガスタービン１と蒸気タービン３双方の発電量を蓄電池１２により充電可能としたことで、プラントの負荷降下速度をより向上することができる。この制御方法について図７を用いて説明する。負荷降下開始とともにガスタービン１は制御ロジック中で予め設定された変化率で負荷降下する。蒸気タービン３は余剰蒸気を全量受け入れて発電し、ガスタービン１の負荷降下に伴い発生蒸気量が減少して出力が減少する。蓄電池１２は計測されたプラント出力が、プラント出力指令計算部３３で計算されたプラント出力変化率と近くなるように充電量を制御する。
【００４５】
この負荷降下時のプラント出力変化率の決定方法について図９を用いて説明する。先ず、ガスタービン１と蒸気タービン３の負荷の変化率を取得する（ステップ８０１）。この変化率は、実施例１で述べた負荷上昇時と同様に、回転軸の切り離しや蓄電池１２設置前の制御において定義されていたプラント負荷変化率3%/minや5%/minを採用することができる。
【００４６】
また、プラント出力変化率の初期設定値を予め定義しておき、この値を取得する（ステップ８０２）。この変化率の初期設定値は、例えばステップ応答的にプラント出力が降下するような十分大きい値であればよい。この出力変化率で負荷降下した場合のプラント出力をガスタービン１と蒸気タービン３の合計出力から差し引いたものを負荷降下開始から完了まで積算したものが蓄電池１２の充電量となる（ステップ８０３）。
【００４７】
一方、蓄電池１２の満充電量から、残電力量計算部３２で計算された残電力量を差し引くことで（ステップ８０４）、蓄電池１２の空き容量を計算する（ステップ８０５）。計算された空き容量と充電量を比較し（ステップ８０６）、空き容量の方が小さければ、計算されたプラント出力変化率は不可としてプラント出力変化率を0.1%/min減少させる（ステップ８０７）。
【００４８】
上記ステップ８０３、ステップ８０６、ステップ８０７の処理を繰り返し、蓄電池１２の空き容量が充電量よりも大きくなった時点のプラント出力変化率を、プラント出力指令値の操作量として決定する（ステップ８０９）。このように、負荷降下中の発電出力を蓄電池１２の充電量を用いて吸収することで、負荷降下完了までに要する時間を短縮することができる。
【００４９】
また、負荷降下時間を短縮することで、図７に示すように、蓄電池１２を活用しない場合よりも発電出力の積算値を増加することができるので、売電量が増加して発電プラントの収益を向上することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施例の蓄電池を備えたコンバインドサイクル発電プラントとその制御方法によれば、実施例１の効果に加え、負荷降下時間の短縮、余剰電力の有効利用による売電量の増加など、コンバインドサイクル発電プラントの運用性を向上することができる。
【００５１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００５２】
また、上記の各実施例では、主機の並びがガスタービン１、発電機１０、蒸気タービン３の順に配置されている例を示したが、例えば発電機１０、ガスタービン１、蒸気タービン３の順に回転軸が接続されている場合にはガスタービン１と蒸気タービン３の間で回転軸を切り離し、蒸気タービン３側の回転軸に新たな発電機１１を設置する。ガスタービン１、蒸気タービン３、発電機１１の順に回転軸が接続されている場合には、ガスタービン１と蒸気タービン３の間で回転軸を切り離し、ガスタービン１側の回転軸に新たな発電機１０を設置する。
【００５３】
また、もともとガスタービン１と蒸気タービン３の回転軸が分かれている多軸式のコンバインドサイクル発電プラントにおいても、蒸気タービン３の電力または、蒸気タービン３とガスタービン１双方の電力を蓄える蓄電池１２を設置して、本発明の蓄電池制御方法を適用することができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記の各実施例で説明した発電用のコンバインドサイクル発電プラントの他、産業用のコジェネレーションプラントやマイクロコンバインドサイクル発電プラントの装置構成および制御方法としても利用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１…ガスタービン
２…排熱回収ボイラ
３…蒸気タービン
４…圧縮機
５…燃焼器
６…タービン
７…給水ポンプ
８…高圧タービン
９…低圧タービン
１０…発電機
１１…発電機
１２…蓄電池
２１…電力計
２２…電力計
２３…電力計
２４…電力計
３１…蓄電池制御装置
３２…残電力量計算部
３３…プラント出力指令計算部
３４…充放電制御部
３５…プラント制御ロジックデータベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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