(57)【要約】【課題】本発明はボイラ効率の変化を考慮した最適運用となる指令をプラントへ出力することを目的とする。また中央給電所からの要求のみに限らず、電力小売事業へのビジネス展開をはかることを目的とする。負荷要求に対する応答時間を短縮することができる運用方法を提供することを目的とする。【解決手段】ボイラ効率の変化を考慮した経済的に最適な負荷配分計算手段により、各ユニットに対して蒸気・負荷運用指令を出力することをサービスとして提供する。中央給電所だけでなく需要家からの電力需要に対しても対応することができるように、各ユニットに対して蒸気・負荷運用指令を出力することをサービスとして提供する。さらにプラントトータルで運用性向上を目的として、中央給電所や需要家からの負荷要求に対する応答時間を短縮することができる運用方法を提供する。【選択図】  図３
2004332623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のボイラと、前記複数のボイラで発生した蒸気が分配される複数のタービンと、前記複数のタービンにそれぞれ結合される複数の発電機を有し、前記複数のボイラのそれぞれの状態を求め、これに基づいて、投入した燃料に対して経時的に変化する蒸気発生効率であるボイラ効率を求め、前記ボイラ効率に基づいて、各ボイラの蒸気発生量を規定する負荷運用指令、及び、発生した蒸気の各タービンへの分配を規定する蒸気運用指令を発生する制御装置を有し、前記複数のボイラ及び前記複数のタービンは前記負荷運用指令及び前記蒸気運用指令に基づいて制御されることを特徴とする発電プラント。
【請求項２】
請求項１において、前記複数のボイラから前記複数のタービンに蒸気を供給する主蒸気管と、前記複数の主蒸気管を互いに接続する連絡管と、前記連絡管に設けられた連絡弁を有し、前記連絡弁は、前記蒸気運用指令に基づいて制御されることを特徴とする発電プラント。
【請求項３】
請求項１或いは２において、発電効率が向上する方向に前記負荷運用指令及び前記蒸気運用指令が出力されることを特徴とする発電プラント。
【請求項４】
請求項３において、前記ボイラ効率は、ボイラの汚れ度或いは使用燃料より求められ、ボイラ効率を向上する方向に前記負荷運用指令及び前記蒸気運用指令が出力されることを特徴とする発電プラント。
【請求項５】
複数のボイラと、複数のタービンと、前記複数のボイラで発生した蒸気をそれぞれ前記複数のタービンに供給する主蒸気管と、前記複数のタービンの回転力をそれぞれ電力へ変換する複数の発電機と、負荷要求応答時間を短縮するように前記複数のボイラのうちの少なくとも何れかを消火すると共に前記複数のタービンのうちの２以上を起動することを特徴とする発電プラント。
【請求項６】
負荷要求応答時間を短縮するように複数のボイラのうちの少なくとも何れかを消火すると共に複数のタービンのうちの２以上を起動する発電プラントの制御方法。
【請求項７】
複数のボイラのそれぞれの状態の情報に基づいて、投入した燃料に対して経時的に変化する蒸気発生効率であるボイラ効率を求め、前記ボイラ効率に基づいて、各ボイラの蒸気発生量を規定する負荷運用指令、及び、発生した蒸気の各タービンへの分配を規定する蒸気運用指令を演算して発電プラントを制御する発電プラントの制御方法。
【請求項８】
複数のボイラのそれぞれの状態の情報を通信回線を介して受信し、これに基づいて、投入した燃料に対して経時的に変化する蒸気発生効率であるボイラ効率を求め、前記ボイラ効率に基づいて、各ボイラの蒸気発生量を規定する負荷運用指令、及び、発生した蒸気の各タービンへの分配を規定する蒸気運用指令を演算し、前記演算結果を通信回線を介して送信するプラント制御情報の提供方法。
【請求項９】
請求項６において、前記蒸気運用指令は、蒸気管を互いに接続する連絡管に設けられ連絡弁を制御する制御指令として通信回線を介して送信されるプラント制御情報の提供方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電プラント，発電プラントの制御方法及びプラント制御情報の提供方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラで蒸気を発生させてタービンを回転させるプラントでは、ボイラとタービンをユニットとし、これを複数設置することが多い。この場合、ボイラで発生した蒸気を連絡管によって繋げ、各ボイラ・タービンの特性を考慮して、プラント全体として燃料消費量を最小限にするよう、ボイラの蒸気を分配して運転する。
【０００３】
例えば、ボイラからの供給蒸気流量毎に各タービンの出力のトータルが最大になるような各タービンへの蒸気配分を決定して、各ボイラで使用する燃料を制御性の良い燃料と燃費効率の良い燃料に分け、それぞれが発生する蒸気を低圧蒸気、高圧蒸気とした場合に、圧力別蒸気量の総和が最小コストで発生するよう各ボイラの蒸気配分量を決定する技術が知られている。この技術は例えば特開平８−９５６０４号公報に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−９５６０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、ボイラ特性に関して燃料−蒸気量の関係は、ほぼフラットな関係であると仮定してプラントを制御している。しかしながら、現実には、発電プラントは非常に多くの機器から構成されて複雑な構造をしているため、プラントの実際の特性は設計値を完全に満たすものではない。また火炉壁に汚れが生じ、さらに長い年月による設備の老朽化およびそれに伴う機器の改造等がある。このため、ボイラ効率は時々刻々と変化する。すなわち、上記の従来技術では、ボイラ効率の経時的な変化が配慮されていない。
【０００６】
本発明の目的は、ボイラ効率の経時的な変化を考慮し、プラント効率の向上が可能な、発電プラント，発電プラントの制御方法、及びプラント制御情報の提供方法を提供することにある。
【０００７】
さらに詳細には、プラントトータルで運用性向上を目的として、中央給電所や需要家からの負荷要求に対する応答時間を短縮することができる運用方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、複数のボイラのそれぞれの状態の情報に基づいて、投入した燃料に対して経時的に変化する蒸気発生効率であるボイラ効率を求め、ボイラ効率に基づいて、各ボイラの蒸気発生量を規定する負荷運用指令、及び、発生した蒸気の各タービンへの分配を規定する蒸気運用指令を演算するように構成した。
【０００９】
あるいは、次のように構成するものである。燃料が燃焼することにより熱（蒸気）を発生させるボイラが複数台と、前記ボイラから発生した前記蒸気を回転エネルギーへと変換するタービンが複数台と、前記タービンから得た前記回転エネルギーを電力へと変換する複数台の発電機と、各ユニット間を繋いだ主蒸気・再熱蒸気の連絡管とからなるプラントに対して、プラントトータルで最大効率となるように各ユニットへ蒸気・負荷運用指令を出力する方法と、最大効率計算に火炉の汚れ度・使用燃料等よりボイラ効率を計算する方法を備え、各ユニットに対して負荷指令を出力することをサービスとして提供する。
【００１０】
また最大効率運用として一台以上のボイラを消火して二台以上のタービンを起動しておくことで負荷要求応答時間を短縮する運用方法をサービスとして提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態としては、中央給電所からの要求だけではなく、電力小売仲介業への展開をも対象としていることから、以下発電会社が需要家に電力を供給する場合について説明を行う。
【００１２】
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明の電力小売仲介業への展開を表す図である。サービス会社１と、発電会社２と、需要家３がある。電力が供給されるまでの流れを説明する。まず需要家３からでた電力要求８がネットワーク４を経由してサービス会社１に入る。そしてサービス会社１は発電会社２のプラント運転状況やプラント特性等の情報６より、電力要求８に対して最適運用となるための計算を行い、蒸気・負荷運用指令５を発電会社２に与え、その指令に基づいて発電された電力７が需要家３へ送られることになる。
【００１３】
図２は本発明の対象となるプラントの構成図と、そのプラントの各ユニットに対して蒸気・負荷運用指令を出力するサービス会社との関係を示した図である。図２に示す構成によるとユニットはＡ，Ｂ，Ｃの３つである。ここで各ユニットは同様な構成であるのでユニットＡについてその構成を述べることにする。またこれに限らずに発明の基本的な構成および効果は、ユニットの数によらない一般的なものである。
【００１４】
ユニットＡはボイラＡ１６，タービンＡ１７，発電機Ａ１８，ボイラＡ１６で発生した蒸気をタービンＡ１７の高圧部へ送るための主蒸気管Ａ２１，タービンＡ１７の高圧部からでてきた蒸気を再加熱するためにボイラＡ１６と蒸気をやり取りするための再熱蒸気管Ａ２２，各ユニット間の主蒸気管を結ぶ連絡管である主蒸気連絡管１４，同様に各ユニット間の再熱蒸気管を結ぶ再熱蒸気連絡管１５，主蒸気管Ａ２１と主蒸気連絡管１４との主蒸気流量のやり取りを調節する調節弁または遮断弁の機能を有する主蒸気連絡管調節弁Ａ１９，同様に再熱蒸気管Ａ２２と再熱蒸気連絡管１５で再熱蒸気流量のやり取りを調節する再熱蒸気連絡管調節弁Ａ２０から構成されている。以上がユニットＡの構成である。
【００１５】
そしてユニットＡを制御するユニットＡ制御装置１１があり、サービス会社１は各ユニット制御装置からボイラ・タービン内部のプロセス量や特性値等のプラント情報６を受け取り、各ユニット制御装置へ蒸気・負荷運用指令５を出力する。
【００１６】
次に図３のブロック図によりサービス会社が行う具体的なサービス提供方法を説明する。図３は需要家３，サービス会社１，発電会社２の３者間の情報のやり取りを示す図である。サービス会社１が提供するサービスの内容は電力供給計画５３，物理モデル５４，最適負荷配分計算５５，ボイラ効率計算５６，汚れ度計算５７，ボイラ情報６ａ，タービン情報６ｂ，負荷運用指令５ａ，蒸気運用指令５ｂから構成されている。
【００１７】
複数の需要家５１から電気需要量の時期的変動等を示した需要家計画５２、つまり電力要求がサービス会社１に入り、電力供給計画５３で複数の需要家５１からの電力要求に応じることができる電力を発電会社２が最小のコストで得るための供給計画を作成する。
【００１８】
最適負荷配分計算５５では電力供給計画５３が与えるその時点の制約条件をベースにして、各ユニットに対しプロセス状態量等をボイラ情報６ａ，タービン情報６ｂに応じて発電プラント内のボイラやタービンなどの複数の発電要素に対する最適負荷配分を自動的に算出する。
【００１９】
この場合、ボイラ情報６ａよりボイラ内部の各種計測器から各ボイラ（ボイラＡ１６，ボイラＢ２３，ボイラＣ３０）の内部で熱交換に関わる情報（例えば、主給水流量，ボイラ入口蒸気温度・圧力，ボイラ出口蒸気温度・圧力燃料の種類，燃料消費量，燃料発熱量など）と各ボイラ（ボイラＡ１６，ボイラＢ２３，ボイラＣ３０）の発電要素のそれぞれの物理モデル５４に基づき、汚れ度計算５７でそれぞれのボイラ（ボイラＡ１６，ボイラＢ２３，ボイラＣ３０）の熱交換器の汚れ度を計算し、ボイラ効率計算５６でボイラがどのような負荷レベルにあり、どのような燃料を用いているかといった現在のボイラ運転状態を把握し、火炉内部で行われる熱交換からボイラ効率を求めることになる。このようにして得られたボイラ効率を用いて、各タービン・発電機で発生させる電力のトータルが最大になるような蒸気分配量と、各タービン・発電機で用いる蒸気量のトータルを各ボイラに対してどのように配分するのかということを最適負荷配分計算５５で算出する。
【００２０】
これによって算出した最適負荷配分に従い、各ボイラ・タービンに対し負荷運用指令５ａと各ボイラから発生した蒸気の分配量を指示する蒸気運用指令５ｂが各ユニットへ送られ、発電会社２の各ユニットが経済的な運転をすることができる。負荷運用指令５ａは、それぞれのボイラ（ボイラＡ１６，ボイラＢ２３，ボイラＣ３０）で作り出す蒸気量、すなわち、それぞれの燃料供給量である。また、負荷運用指令５ａは、再熱蒸気連絡管１５の再熱蒸気連絡管調節弁Ａ，Ｂ，Ｃ２０，２７，３４の開度の指令を含むものである。
【００２１】
また、蒸気運用指令５ｂは、ボイラ（ボイラＡ１６，ボイラＢ２３，ボイラＣ３０）で発生した蒸気をタービン（タービンＡ１７，タービンＢ２４，タービンＣ３１）に分配するかを示し、具体的には、主蒸気連絡管１４の主蒸気連絡管調節弁Ａ，Ｂ，Ｃ  １９，２６，３３の開度の指令を含むものである。
【００２２】
このように、サービス会社がボイラ効率等の時々刻々と変化する発電要素を考慮した最適運用指令を発電所に対し出力するサービスを行うことで経済的な効果を得ることができる。
【００２３】
次に一台以上のボイラを消火して二台以上のタービンを起動しておくことで負荷要求応答時間を短縮する運用方法について一実施例を図２を用いて説明する。説明を分かりやすくするために、以下のプラント状態を仮定する。各ボイラで使われている燃料がそれぞれ異なっていてユニットＡでは石油を燃料とし、ユニットＢでは石炭を燃料とし、ユニットＣではガスを燃料とした運転をしているものとする。そして各ユニットは１００ＭＷが定格負荷であり、火炉の汚れによるボイラ効率低下は考えないものとする。
【００２４】
夜間のような電力需要の小さい時間帯に運転をしなければならない場合、例えば総発電量として３０ＭＷ（３０％負荷分）の要求があったとする。この場合、サービス会社１はボイラ内部の各種計測器からボイラ内部で熱交換に関わる情報（例えば、主給水流量，ボイラ入口蒸気温度・圧力，ボイラ出口蒸気温度・圧力燃料の種類，燃料消費量，燃料発熱量など）と発電要素の物理モデル５４に基づき、汚れ度計算５７で熱交換器の汚れ度を求め、ボイラ効率計算５６よりボイラ効率は同じであると判断し、通常であれば燃料単価の一番安価な石炭を用いているユニットＢによる１ユニット運転が行うように指令を出力する。
【００２５】
しかし、ここではボイラＢ２３により発生した３０％負荷分の蒸気を全てタービンＢ２４へ送るのではなく、サービス会社１はタービンＢ２４へ発生した蒸気の半分である１５％負荷分だけを送り、残り１５％はタービンＡ１７へ送りそれぞれで１５ＭＷを発生させるような蒸気・負荷運用指令５をユニットＡ制御装置１１とユニットＢ制御装置１２へ与え運転を行うのである。ここでボイラＢ２３で発生した蒸気を２つのタービンへ分けているが、両方のタービンを運転状態にすることが目的であるのでその分配割合は任意のものとする。
【００２６】
この状態からプラントへの総発電力要求が３０ＭＷから１５０ＭＷへ上がったとする。つまりボイラ一台分以上の蒸気を発生しなければならないことになり、サービス会社１はボイラＢ２３が１００ＭＷをボイラＡ１６は５０ＭＷ分の蒸気を発生するように判断する。
【００２７】
ここでボイラＡ１６はタービンＡ１７と協調しながら負荷上昇していくのであるが、タービンＡ１７は既に運転しているためにタービンＡ１７を起動させるまでの時間が不要な事、またボイラＡ１６の起動時においてタービンＡ１７の温度条件等の制約を受けないですむことから負荷をより短い時間で上げることができる。この間ボイラＢ２３は定格負荷まで上げ、それに応じてタービンＡ１７は５０％負荷分まで蒸気を受けて運転する。そしてボイラＡ１６が最低負荷条件以上になり次第、タービンＡ１７はボイラＡ１６からの蒸気を受けて、同時にボイラＢ２３の蒸気はタービンＢ２４へ配分量を増やしていく。
【００２８】
従って本発明によれば、一台以上のボイラを消火して二台以上のタービンを起動しておく事で消火してあるボイラの立ち上がり時間が短くなるため、需要家や中央給電所からの負荷要求に対する応答時間を短縮する事ができる。
【００２９】
このように、需要家や中央給電所からの指令に対し、プラント内部のプロセス値や特性値から計算されるボイラ効率の変化を考慮した経済的に最適な負荷・蒸気運用指令をプラントに対し出力するサービスを提供することができる。また一台以上のボイラを消火して二台以上のタービンを起動しておく事で消火してあるボイラの立ち上がり時間が短くなるため、需要家や中央給電所からの負荷要求に対する応答時間を短縮する事ができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ボイラ効率の経時的な変化を考慮し、プラント効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電力小売仲介事業への展開を表す図である。
【図２】プラント構成図とサービス会社との関係を表す図である。
【図３】発電プラント最適運用方法制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…サービス会社、２…発電会社、３…需要家、４…ネットワーク、５…蒸気・負荷運用指令、５ａ…負荷運用指令、５ｂ…蒸気運用指令、６…プラント情報、６ａ…ボイラ情報、６ｂ…タービン情報、７…電力、８…電力要求、１１…ユニットＡ制御装置、１２…ユニットＢ制御装置、１３…ユニットＣ制御装置、１４…主蒸気連絡管、１５…再熱蒸気連絡管、１６…ボイラＡ、１７…タービンＡ、１８…発電機Ａ、１９…主蒸気連絡管調節弁Ａ、２０…再熱蒸気連絡管調節弁Ａ、２１…主蒸気管Ａ、２２…再熱蒸気管Ａ、２３…ボイラＢ、２４…タービンＢ、２５…発電機Ｂ、２６…主蒸気連絡管調節弁Ｂ、２７…再熱蒸気連絡管調節弁Ｂ、２８…主蒸気管Ｂ、２９…再熱蒸気管Ｂ、３０…ボイラＣ、３１…タービンＣ、３２…発電機Ｃ、３３…主蒸気連絡管調節弁Ｃ、３４…再熱蒸気連絡管調節弁Ｃ、３５…主蒸気管Ｃ、３６…再熱蒸気管Ｃ、５１…需要家、５２…需要家計画、５３…電力供給計画、５４…物理モデル、５５…最適負荷配分計画、５６…ボイラ効率計算、５７…汚れ度計算。
【図１】
2004332623.tif 000003
【図２】
2004332623.tif 000004
【図３】
2004332623.tif 000005