(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービン発電装置の始動を少ない機器で且つ簡単な制御で行うとともに、排気ガスのエネルギーの再利用を高めるガスタービン発電装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の排出する排気ガスによって駆動されるガスタービン発電装置において、排気ガスを遮断する第１の遮断弁７と、排気ガスの流れをバイパスする第２の遮断弁６と、第１の遮断弁を通過し排気ガスを開閉する第３の遮断弁８と、通過可能なガス流量が第３の遮断弁８よりも少なく、且つ第１の遮断弁７を通過し流れる排気ガスを開閉する第４の遮断弁９と、回転軸がガスタービン２及び同期発電機３と同軸に結合され、且つ遮断器１３を介して電力系統と接続された誘導機４と、同期発電機３の出力電圧と電力系統の電圧を監視し、遮断器１２を介して同期投入する同期投入装置１１を備えているので、少ない機器構成で同期発電機３の始動が行え、且つ簡単な制御で発電できる。【選択図】図１
2008133791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排出する排気ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンと回転軸が結合された同期発電機と、前記同期発電機に界磁電流を供給する励磁装置とから成るガスタービン発電装置において、前記ガスタービンへの排気ガスを遮断する第１の遮断弁と、前記第１の遮断弁の開閉動作と逆動作をし，前記ガスタービンへの排気ガスの流れをバイパスする第２の遮断弁と、前記第１の遮断弁を通過し前記ガスタービンへ流れる排気ガスを開閉する第３の遮断弁と、通過可能なガス流量が前記第３の遮断弁よりも少なく、且つ前記第１の遮断弁を通過し前記ガスタービンへ流れる排気ガスを開閉する第４の遮断弁と、回転軸が前記ガスタービン及び前記同期発電機と同軸に結合され、且つ遮断器を介して電力系統と接続された誘導機と、前記同期発電機の出力電圧と電力系統の電圧を監視し、遮断器を介して同期投入する同期投入装置とを備えたことを特徴とするガスタービン発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン発電装置の始動方法において、前記第１の遮断弁を開、前記第３の遮断弁を閉、前記第４の遮断弁を開として前記ガスタービンを駆動した後、前記誘導機を電力系統と接続し、その後、前記励磁装置から前記同期発電機に界磁電流を供給することにより前記同期発電機の出力電圧を起動した後、前記同期投入装置を作動させて前記同期発電機を電力系統へ同期投入し、次に前記誘導機を電力系統から切り離してから前記第３の遮断弁を開とすることで負荷へ電力を供給することを特徴とするガスタービン発電装置の始動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排出する排気ガスで駆動されるガスタービン発電装置とその始動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関から排出される排気ガスで駆動されるガスタービン発電装置は、例えば特許文献１に記載されており、このガスタービン発電装置を図３の系統構成図を参照して説明する。
【０００３】
同図において、１は内燃機関、２はガスタービン、３は同期発電機、５は負荷、６，７は遮断弁、１０は励磁装置、１１は同期投入装置、１２，１４，２５，２６，２７は遮断器、２０〜２３は抵抗器、２４は負荷変換装置、３０は電力系統である。
【０００４】
図３に示すガスタービン発電装置では、ガスタービン２は遮断弁７を介して内燃機関１の排出する排気ガスにより駆動される。遮断弁６は遮断弁７の開閉動作と逆の動作をする。同期発電機３は回転軸をガスタービン２に結合されて駆動されると共に励磁装置１０より界磁電流を供給され、同期発電機３で発電される電力は遮断器１２を介して電力系統３０へ供給さされる。電力系統３０には遮断器１４を介して負荷５が接続される。同期投入装置１１は同期発電機３の電圧と電力系統３０の電圧を監視し、遮断器１２を操作して同期投入を行う。抵抗器２０〜２２はそれぞれ遮断器２５〜２７を介して同期発電機３へ接続され、電力を供給される。負荷変換装置２４は入力電流を調整し、抵抗器２３が消費する電力を調整する。
【０００５】
次に、前記ガスタービン発電装置の同期発電機３の始動方法を説明する。  
まず、遮断器２５〜２７を閉とし、抵抗器２０〜２２を同期発電機３へ接続した状態で励磁装置１０により界磁電流を供給する。その後、遮断弁７を開くと遮断弁６を介してバイパスされていた排気ガスが遮断弁７を介してガスタービン２へ供給され、ガスタービン２及び同期発電機３が回転する。これにより発電機３は発電し、抵抗器２０〜２３へ電力を供給する。抵抗器２０〜２３での電力消費によりガスタービン２の軸に負荷トルクが発生し、この負荷トルクと排気ガスのエネルギーによるガスタービン２の加速トルクが釣り合う回転数でガスタービン２及び同期発電機３は回転する。ここで、抵抗器２０〜２２が同期発電機3に接続されている場合に釣り合う回転数を同期発電機３の定格回転数よりも十分低い回転数としておく。その後、抵抗器２０〜２２をひとつずつ順に遮断することにより、負荷トルクが減少し、同期発電機３の回転数が上昇する。この様子を図４のガスタービン発電装置の動作図に示す。同図のＡの範囲は例えば抵抗器２０〜２２が同期発電機３に接続されている期間である。同図のＢの範囲は例えば抵抗器２０を遮断し、抵抗器２１，２２を同期発電機３に接続している期間であり、負荷トルクが減少するため同期発電機３の回転数は上昇する。さらに抵抗器２１を遮断すると同期発電機３の回転数は定格回転数付近まで上昇する。その後、負荷変換装置２４により抵抗器２３に流れる電流を調整することで負荷トルクの微調整を行い、同期発電機３を定格回転数に調整する。その後、同期投入装置１１により遮断器１２を操作して同期発電機３を電力系統３０へ接続し、負荷５へ電力を供給する。
【特許文献１】特開平６−１０６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、従来のガスタービン発電装置の始動方法は、抵抗器２０〜２２と遮断器２５〜２７、及び負荷変換装置２４と抵抗器２３によって同期発電機３及びガスタービン２の回転数を調整しようとするものである。したがって、ガスタービン２の回転数上昇を抑制するために容量の大きな抵抗器が必要となり、コスト上昇、設置スペース拡大につながると共に、それらの制御が複雑となるという問題がある。
【０００７】
また、内燃機関が排出する排気ガスのエネルギーを同期発電機３によって電力に変換して再利用することが本システムの目的であるが、抵抗器での電力消費を利用しているため、一部再利用しないエネルギー消費が生じるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、その課題はガスタービン発電装置の始動を少ない機器で且つ簡単な制御で行うとともに、排気ガスのエネルギーの再利用を高めることが可能なガスタービン発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１は、内燃機関の排出する排気ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンと回転軸が結合された同期発電機と、前記同期発電機に界磁電流を供給する励磁装置から成るガスタービン発電装置において、前記ガスタービンへの排気ガスを遮断する第１の遮断弁と、前記第１の遮断弁の開閉動作と逆動作をし、前記ガスタービンへの排気ガスの流れをバイパスする第２の遮断弁と、前記第１の遮断弁を通過し前記ガスタービンへ流れる排気ガスを開閉する第３の遮断弁と、通過可能なガス流量が前記第３の遮断弁よりも少なく、且つ前記第１の遮断弁を通過し前記ガスタービンへ流れる排気ガスを開閉する第４の遮断弁と、回転軸が前記ガスタービン及び前記同期発電機と同軸に結合され、且つ遮断器を介して電力系統と接続された誘導機と、前記同期発電機の出力電圧と電力系統の電圧を監視し、遮断器を介して同期投入する同期投入装置を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のガスタービン発電装置の始動方法は、請求項１のガスタービン発電装置において、前記第１の遮断弁を開、前記第３の遮断弁を閉、前記第４の遮断弁を開として前記ガスタービンを駆動し、その後、前記誘導機を電力系統と接続し、その後、前記励磁装置から前記同期発電機に界磁電流を供給することにより前記同期発電機の出力電圧を起動し、その後、前記同期投入装置を作動させて前記同期発電機を電力系統へ同期投入した後、前記誘導機を電力系統から切り離してから前記第３の遮断弁を開とすることで負荷へ電力を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、少ない機器で、かつ排気ガスのエネルギーを再利用しながら同期発電機を始動することができるので、コストや設置スペースを抑制し、且つ簡単な制御で内燃機関かが排出する排気ガスで発電できるガスタービン発電装置を実現できる。また、抵抗器の電力消費によるガスタービンの回転数制御を行わないため、排気ガスのエネルギーの再利用を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図を参照して説明する。  
図１は本発明の一実施形態のガスタービン発電装置の系統構成図であり、既に説明した従来のガスタービン発電装置の系統構成図と相違する構成は、本実施形態では、誘導機４と遮断弁８，９と遮断器１３なる機器が追加され、抵抗器２０〜２３と負荷変換装置２４と遮断器２５〜２７が除去された点である。その他の構成は同一であるので同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態では、ガスタービン２と遮断弁７の間に遮断弁８，９の並列回路と、遮断器１２及び１４の中間の電力系統３０と同期発電機３との間に誘導機４と遮断器１３の直列回路を設けた構成に特徴がある。そして、遮断弁８は遮断弁７を通過しガスタービン２へ流れる排気ガスを開閉する。遮断弁９は通過可能なガス流量が遮断弁８よりも少なく、且つ遮断弁７を通過しガスタービン２へ流れる排気ガスを開閉する。誘導機４はガスタービン２及び同期発電機３と同軸に回転子が結合されると共に、遮断器１３を介して電力系統３０に接続され、電動機または発電機として作用する。
【００１４】
次に、図２の動作図を参照して本実施形態のガスタービン発電装置の同期発電機の始動方法説明する。  
今、遮断弁６を閉、遮断弁７を開、遮断弁８を閉、遮断弁９を開とし、通常よりも少量の排気ガスをガスタービン２へ供給し、ガスタービン２を低速で駆動する。ガスタービン２が回転することにより同期発電機３も回転する。次に、遮断器１３を閉とし、誘導機４を電力系統３０の電圧で駆動する。この時、同期発電機３の回転数が定格回転数以下である場合（図２のＡ１）は、誘導機４は電動機として作用し、同期発電機３を加速する（図２のＢ１）。一方、同期発電機３の回転数が定格回転数以上である場合（図２のＡ２）は、誘導機４は発電機として作用し、排気ガスのエネルギーをガスタービン及び回転軸を介して電力系統３０へ供給することにより、同期発電機３を減速する（図２のＢ２）。
【００１５】
このような誘導機４の作用により、同期発電機３の回転数は定格回転数近傍に保持される（図２のＣ１及びＣ２）。次に、励磁装置１０により同期発電機３に界磁電流を供給し、発電機の出力電圧を起動する（図２のＤ）。次に、同期投入装置１１により遮断器１２を操作することで同期発電機３を電力系統３０に接続する。次に遮断器１３を開として誘導機４を電力系統３０から切り離す。その後、遮断弁８を開として排気ガスの流量を増加させることにより、排気ガスのエネルギーをガスタービン２及び同期発電機３を介して電力系統３０に供給する。  
以上説明したように、本実施形態によると、少ない機器で、且つ排気ガスのエネルギーを再利用しながら同期発電機を始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態のガスタービン発電装置の系統構成図。
【図２】図１のガスタービン発電装置の動作図。
【図３】従来のガスタービン発電装置の系統構成図。
【図４】図３のガスタービン発電装置の動作図。
【符号の説明】
【００１７】
１…内燃機関、２…ガスタービン、３…同期発電機、４…誘導機、５…負荷、６〜９…遮断弁、１０…励磁装置、１１…同期投入装置、１２〜１４…遮断器、２０〜２３…抵抗器、２４…負荷変換装置、２５〜２７…遮断器、３０…電力系統。
【図１】
2008133791.tif 000003
【図２】
2008133791.tif 000004
【図３】
2008133791.tif 000005
【図４】
2008133791.tif 000006