(57)【要約】【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共に、排気ガス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】内燃機関の排出する排気ガスエネルギーを利用するガスタービンを備えたガスタービン発電装置において、ガスタービンへの排気ガスを遮断する第１の遮断弁と、第１の遮断弁の開閉動作と逆動作をし、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、回転軸が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、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ているので、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の排気ガス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ができる。【選択図】図１
2008280860.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減速ギヤを介して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、回転軸が前記同期発電機と同軸に結合され且つ第１の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，第１の遮断器を介して同期投入する同期投入装置とを備える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記載のガスタービン発電装置において、前記同期発電機が前記減速ギヤとクラッチを介して前記ガスタービンに結合されることを特徴とするガスタービン発電装置。
【請求項３】
請求項１記載のガスタービン発電装置において、前記誘導機を電力系統と接続した後、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、次に、前記誘導機を電力系統から切り離してから前記第１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。
【請求項４】
請求項２記載のガスタービン発電装置において、前記誘導機を電力系統と接続してから、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、次に、前記誘導機を電力系統から切り離してからクラッチにより前記ガスタービンを前記減速ギヤを介して前記同期発電機と結合し、その後、前記第１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、内燃機関の排気ガスによって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】
従来のガスタービン発電装置は例えば特許文献１に開示されており、図５を参照して説明する。  
図５に示すように、従来のガスタービン発電装置はガスタービン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は減速ギヤ８を設けた回転軸を介してガスタービン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、発生する電力を遮断器１２を介して電力系統３０へ供給する。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、電力が供給される。負荷変換装置２４は入力電流を調整し、抵抗器２３により消費する電力を調整する。
【０００３】
次に、このようなガスタービン発電装置における同期発電機３の始動方法を説明する。  
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の加速トルクがつり合う回転数でガスタービン２および同期発電機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つ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を一つづ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。
【０００４】
この同期発電機３の回転数が上昇する様子を図６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。次に、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】
【０００５】
図５に示す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の回転数を調整して始動する方法であるので、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になるという課題がある。また、このガスタービン発電装置では内燃機関の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課題とされているが、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課題があった。
【０００６】
本発明はこのような課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共に、排気ガス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とその始動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、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減速ギヤを介して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、回転軸が前記同期発電機と同軸に結合され且つ第１の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，第１の遮断器を介して同期投入する同期投入装置とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のガスタービン発電装置において、前記同期発電機が前記減速ギヤとクラッチを介して前記ガスタービンに結合されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載のガスタービン発電装置において、前記誘導機を電力系統と接続した後、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、次に、前記誘導機を電力系統から切り離してから前記第１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。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２記載のガスタービン発電装置において、前記誘導機を電力系統と接続してから、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、次に、前記誘導機を電力系統から切り離してからクラッチにより前記ガスタービンを前記減速ギヤを介して前記同期発電機と結合し、その後、前記第１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】
本発明によれば、少ない機器構成で同期発電機の始動が行えるため、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の排気ガスによるガスタービン発電装置を実現することができる。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について説明する。  
図１は本発明の第１の実施形態のガスタービン発電装置の構成図である。
【００１３】
同図に示すように、本実施形態のガスタービン発電装置が図５の従来のガスタービン発電装置と相違する構成は、抵抗器２０〜２３、負荷変換装置２４および遮断器２５〜２７の代りに誘導機４と遮断器１３を設けた点であり、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。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のガスタービン発電装置は、誘導機４と同期発電機３とは同軸に両回転子が結合されており、誘導機４は遮断器１３を介して電力系統３０に接続され、電動機として作用する。
【００１５】
次に、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を図１及び図２を参照して説明する。
【００１６】
まず、遮断弁６を開、遮断弁７を閉とし、ガスタービンの回転を停止状態とする。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。誘導機４は電動機として作用し、同期発電機３の回転を加速する。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に近い回転数へ上昇する（図２のＡ）。その後、励磁装置１０により同期発電機４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Ｂ）。次に、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に接続する（図２のＣ）。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（図２のＤ）。その後、遮断弁７を開として排気ガスをガスタービン２に導入することにより、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（図２のＥ）。なお、図２の（１）の期間の誘導機４のすべり周波数は、当該期間の発電機の周波数が同期投入装置１１の周波数判定値以内となるように選定する。
【００１７】
上述したように、本実施形態によると、少ない機器で且つ排気ガスエネルギーを効率よく再利用しながら同期発電機３を始動することができる。
【００１８】
図３は本発明の第２の実施形態のガスタービン発電装置の構成図である。  
同図に示すように、本実施形態のガスタービン発電装置が図１の第１の実施形態と相違する構成は、クラッチ９を設けた点であり、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。
【００１９】
本実施形態のガスタービン発電装置において設けたクラッチ９は、減速ギヤ８と共に同期発電機３の回転軸を結合する役割を有している。
【００２０】
次に、本実施形態のガスタービン発電装置の同期発電機３の始動方法を図３及び図４を参照して説明する。
【００２１】
図４において、停止状態ではクラッチ９を切り、減速ギヤ８と同期発電機３の結合を切り離す。その後の手順は、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（図４のＤ）までは既に説明した図１の第１の実施形態に示すガスタービン発電装置の同期発電機３の始動方法と同じであるため、その説明を省略する。
【００２２】
次に、遮断器１３を開とした後、クラッチ９を入り（図４のＦ）とし、減速ギヤ８と同期発電機３の回転軸を結合させる。その後、遮断弁７を開（図４のＥ）として排気ガスの流量をガスタービンに導入することにより、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。なお、図４の（１）の期間の誘導機４のすべり周波数は、当該期間の発電機の周波数が同期投入装置１１による同期投入が可能な範囲となるように選定する。
【００２３】
上述したように、本実施形態によると、図１の第１の実施形態に比べて誘導機４が駆動する機器が同期発電機３のみとなるため、誘導機４にはより小容量の機種を用いることが可能となり、より効率よく同期発電機３を始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図。
【図２】図１の動作説明図。
【図３】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図４】図３の動作説明図。
【図５】従来のガスタービン発電装置の構成図。
【図６】図５の動作説明図。
【符号の説明】
【００２５】
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、６，７…遮断弁、８…減速ギヤ、９…クラッチ、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】
2008280860.tif 000003
【図２】
2008280860.tif 000004
【図３】
2008280860.tif 000005
【図４】
2008280860.tif 000006
【図５】
2008280860.tif 000007
【図６】
2008280860.tif 000008