(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電力系統から内部電力系統に供給される電力又は前記内部電力系統から前記外部電力系統に供給される電力を測定するように構成された電力計と、
少なくとも１つの送風機と、
前記少なくとも１つの送風機に連結され、前記内部電力系統から受け取った電力によって前記少なくとも１つの送風機を駆動するように構成された電動モータと、
供給された蒸気によって前記少なくとも１つの送風機を駆動するように構成された蒸気タービンと、
前記蒸気タービンへの蒸気の供給量を調整可能に構成された蒸気制御弁と、
前記電力計によって測定された電力の測定値に基づいて、前記蒸気制御弁を制御するように構成された制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記電力計によって測定された電力の測定値が予め設定された電力の目標値に近付くように前記蒸気制御弁を制御するように構成されている
ことを特徴とする電力負荷管理システムと、
前記少なくとも１つの送風機により供給される空気を用いて燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラと、を備える産業施設であって、
前記電力負荷管理システムの前記蒸気タービンは、前記ボイラにより生成された前記蒸気により駆動されるように構成されたことを特徴とする産業施設。
【請求項２】
前記電動モータは、前記蒸気タービンによって駆動されることによって発電可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の産業施設。
【請求項３】
少なくとも１つの送風機と、
前記少なくとも１つの送風機に連結され、内部電力系統から受け取った電力によって前記少なくとも１つの送風機を駆動するように構成された電動モータと、
供給された蒸気によって前記少なくとも１つの送風機を駆動するように構成された蒸気タービンと、
前記蒸気タービンへの蒸気の供給量を調整可能に構成された蒸気制御弁と
を備える電力負荷管理システムの制御方法において、
外部電力系統から前記内部電力系統に供給される電力又は前記内部電力系統から前記外部電力系統に供給される電力を測定する電力測定工程と、
前記電力測定工程によって測定された電力の測定値に基づいて、前記蒸気制御弁を制御する蒸気制御弁制御工程と
を備え、
前記蒸気制御弁制御工程において、前記電力測定工程にて測定された電力の測定値が予め設定された電力の目標値に近付くように前記蒸気制御弁を制御するとともに、
前記送風機により供給される空気を用いて燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラを備える産業施設の前記内部電力系統と前記外部電力系統との間でやり取りされる前記電力の前記測定値が前記電力の前記目標値に近づくように、前記ボイラで生成された前記蒸気の前記蒸気タービンへの供給量を前記蒸気制御弁により調整する
ことを特徴とする電力負荷管理システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、施設内の電力負荷を管理する電力負荷管理システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場等の産業施設に設けられる自家用発電プラントでは、石炭、石油或いはＬＮＧなどの燃料をボイラで燃焼して蒸気を生成し、この蒸気によって蒸気タービンを駆動することで発電を行っている。自家用発電プラントは施設内の内部電力系統に接続されており、自家用発電プラントで発電された電力は、内部電力系統を通じて施設内の電力負荷に供給される。
【０００３】
自家用発電プラントの発電量は、電力負荷の変動等に起因して、電力負荷に対し不足する場合がある。このような場合、不足分の電力は商用電力系統からの買電によって補われる。
一方、買電とは逆に、自家用発電プラントで発電された電力を商用電力系統に供給する売電も行われることもある。
【０００４】
施設内の電力負荷としては送風機のための電動モータをあげることができるが、送風機には、電動モータ及び蒸気タービンの両方によって駆動可能なものがある。この種の送風機を用いた例として、特許文献１に記載された高炉送風設備では、電力単価の高い日中は主として蒸気タービンで送風機が駆動され、電動モータは主として発電機として使用される。一方、電力単価の低い夜間は主として電動モータで送風機が駆動され、蒸気タービンへの供給蒸気量を可及的に減少させて省エネルギー化が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２６４００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、商用電力系統（外部電力系統）から内部電力系統に電力供給を受ける買電契約では、供給電力のピークに応じて契約電力が決定される。施設内の電力負荷の変動が大きい場合、供給電力のピークが大きくなり、大きな契約電力が必要となる。この結果として、電力料金が高くなってしまうという問題がある。
【０００７】
一方、自家用発電プラントで発電した電力を商用電力系統に供給する売電契約の場合、契約電力だけ商用電力系統に供給できればよい。しかしながら、施設内の電力負荷の変動が大きい場合、契約電力を常に確保するために、自家用発電プラントは余裕をもって発電を行う必要がある。このため、燃料ロスが生じてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、外部電力系統から内部電力系統に供給される電力、又は、内部電力系統から外部電力系統に供給される電力を安定させることができる電力負荷管理システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、外部電力系統から内部電力系統に供給される電力又は前記内部電力系統から前記外部電力系統に供給される電力を測定するように構成された電力計と、少なくとも１つの送風機と、前記少なくとも１つの送風機に連結され、前記内部電力系統から受け取った電力によって前記少なくとも１つの送風機を駆動するように構成された電動モータと、供給された蒸気によって前記少なくとも１つの送風機を駆動するように構成された蒸気タービンと、前記蒸気タービンへの蒸気の供給量を調整可能に構成された蒸気制御弁と、前記電力計によって測定された電力の測定値に基づいて、前記蒸気制御弁を制御するように構成された制御装置とを備えることを特徴とする電力負荷管理システムが提供される。
【００１０】
外部電力系統から内部電力系統に供給される電力、又は、内部電力系統から外部電力系統に供給される電力は、内部電力系統に接続された全ての電力負荷の大きさによって変化する。この点、この構成によれば、電力計によって測定される電力の測定値に基づいて蒸気制御弁を制御することにより、送風機を駆動するため、電動モータが担う動力の一部又は全部を、蒸気タービンが担うことができる。つまり、電動モータの電力負荷の大きさを任意に変化させることができ、内部電力系統に接続された全電力負荷の大きさを調整することができる。従って、この構成によれば、外部電力系統から内部電力系統に供給される電力、又は、内部電力系統から外部電力系統に供給される電力を安定させることができる。
【００１１】
幾つかの実施形態では、前記制御装置は、前記電力計によって測定された電力の測定値が予め設定された電力の目標値に近付くように前記蒸気制御弁を制御するように構成されている。
この構成によれば、外部電力系統から内部電力系統に供給される電力、又は、内部電力系統から外部電力系統に供給される電力を、電力の目標値の近傍で安定させることができる。特に、電動モータの電力負荷の大きさを調整することにより、内部電力系統に接続された全電力負荷の大きさを調整する場合、電動モータの電力負荷の大きさは速やかに変化するので、電力の目標値からの測定値の偏差を小さくすることができる。このため、外部電力系統から電力を買う場合には、契約電力を低く設定して買電のコストを削減することができる。あるいは、外部電力系統に対し電力を売る場合には、必要最小限の発電量で契約電力を確保することができ、発電コストを削減することができる。
【００１２】
幾つかの実施形態では、前記電動モータは、前記蒸気タービンによって駆動されることによって発電可能に構成されている。
この構成によれば、電動モータが発電することによって、電力負荷の大きな変動を補償することができる。
【００１３】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、少なくとも１つの送風機と、前記少なくとも１つの送風機に連結され、内部電力系統から受け取った電力によって前記少なくとも１つの送風機を駆動するように構成された電動モータと、供給された蒸気によって前記少なくとも１つの送風機を駆動するように構成された蒸気タービンと、前記蒸気タービンへの蒸気の供給量を調整可能に構成された蒸気制御弁とを備える電力負荷管理システムの制御方法において、外部電力系統から前記内部電力系統に供給される電力又は前記内部電力系統から外部電力系統に供給される電力を測定する電力測定工程と、前記電力測定工程によって測定された電力の測定値に基づいて、前記蒸気制御弁を制御する蒸気制御弁制御工程とを備えることを特徴とする電力負荷管理システムの制御方法が提供される。
【００１４】
この構成によれば、電力の測定値に基づいて蒸気制御弁を制御することにより、電動モータの電力負荷の大きさを変化させることができ、内部電力系統に接続された全電力負荷の大きさを調整することができる。従って、この構成によれば、外部電力系統から内部電力系統に供給される電力、又は、内部電力系統から外部電力系統に供給される電力を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、外部電力系統から内部電力系統に供給される電力、又は、内部電力系統から外部電力系統に供給される電力を安定させることができる電力負荷管理システム及びその制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】幾つかの実施形態にかかる電力負荷管理システムの概略的な構成を説明するための図である。
【図２】図１中の制御装置が実行する制御方法の概略的な手順を説明するためのフローチャートである。
【図３】（ａ）は、買電時に電力計によって測定される電力の測定値の時間変化を、電力の目標値及び契約電力とともに概略的に示すグラフであり、（ｂ）は、売電時に電力計によって測定される電力の測定値の時間変化を、電力の目標値及び契約電力とともに概略的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１８】
図１は、本発明の幾つかの実施形態にかかる電力負荷管理システムの概略的な構成を説明するための図である。
幾つかの実施形態では、図１に示したように、電力負荷管理システムは、自家用発電プラント１０を有する工場等の産業施設に適用されている。
自家用発電プラント１０は、ボイラ１２、タービン１４、及び、発電機１６を有する。また、自家用発電プラント１０は、ボイラ１２に燃料を供給するための燃料供給システム（不図示）、ボイラ１２に水を供給するための給水システム（不図示）、及び、ボイラ１２に空気を供給するための送風機１８を有する。
【００１９】
ボイラ１２は、燃料を燃焼させることにより発生した熱で水を加熱して蒸気にする。ボイラ１２によって得られた蒸気はタービン１４に供給され、タービン１４は蒸気のエネルギを利用して発電機１６を駆動し、これにより発電機１６は発電する。
【００２０】
発電機１６は、施設内の内部電力系統２０に接続されている。幾つかの実施形態では、内部電力系統２０は受配電盤２２を有し、発電機１６は受配電盤２２に接続されている。
受配電盤２２は、施設外の外部電力系統（商用電源系統）２４に接続されており、受配電盤２２を介して、外部電力系統２４から内部電力系統２０への電力供給、或いは、内部電力系統２０から外部電力系統２４への電力供給が可能である。
【００２１】
幾つかの実施形態では、電力負荷管理システムは、送風機１８とともに、電力計２６、電動モータ２８、蒸気タービン３０、蒸気制御弁３１、及び、制御装置３２を有する。
電力計２６は、外部電力系統２４から内部電力系統２０に供給される電力又は内部電力系統２０から外部電力系統２４に供給される電力を測定するように構成されている。電力計２６は、例えば、受配電盤２２と外部電力系統２４とを接続する電線に取り付けられるが、受配電盤２２が電力計２６を内蔵していてもよい。
【００２２】
電動モータ２８は送風機１８に連結され、内部電力系統２０から受け取った電力によって少なくとも１つの送風機１８を駆動するように構成されている。幾つかの実施形態では、電動モータ２８は、受配電盤２２に動力線３４を介して接続されており、受配電盤２２を介して電動モータ２８に電力が供給される。なお、電動モータ２８は動力負荷の一種であるが、動力線３４には、他の動力負荷が接続されていてもよい。また、受配電盤２２には、図示しないけれども、電灯線を介して電灯負荷が接続されていてもよい。
【００２３】
蒸気タービン３０は、供給された蒸気によって送風機１８を駆動するように構成されている。幾つかの実施形態では、ボイラ１２によって得られた蒸気の一部が、蒸気タービン３０に供給可能に構成されている。蒸気タービン３０から排出された蒸気は、タービン１４から排出された蒸気と同様に、給水システムに返戻される。
なお、ボイラ１２によって得られた蒸気は、ヒータ等の他の蒸気負荷に供給されていてもよい。
【００２４】
蒸気制御弁３１は、蒸気タービン３０への蒸気の供給量を調整可能に構成されている。例えば、蒸気制御弁３１は、ボイラ１２の蒸気出口と蒸気タービン３０の蒸気入口との間を延びる配管３５に介装された電磁制御弁であり、蒸気制御弁３１の開度を調整することにより、蒸気タービン３０への蒸気の供給量を調整可能である。なお、蒸気制御弁３１の開度調整は、デューティ比制御によって行われてもよい。
【００２５】
制御装置３２は、電力計２６によって測定された電力の測定値に基づいて、蒸気制御弁３１を制御するように構成されている。従って、制御装置３２は、蒸気制御弁３１を制御するように構成された蒸気制御弁制御部３６を有する。また、幾つかの実施形態では、制御装置３２は、電動モータ２８を制御するように構成されたモータ制御部３８を有する。
制御装置は３２、コンピュータやＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等によって構成され、信号線を介して蒸気制御弁３１に接続される。なお、制御装置３２は、受配電盤２２に組み込まれていてもよい。
【００２６】
幾つかの実施形態では、制御装置３２は、タービン１４に供給される蒸気量を調整可能な主蒸気制御弁３９を制御可能に構成され、電力計２６によって測定された電力の測定値に基づいて、主蒸気制御弁３９の開度を調整可能である。
【００２７】
図２は、図１の電力負荷制御システムの制御装置３２が実行する制御方法の一例の概略的な手順を示すフローチャートである。
図２の制御方法では、制御装置３２は、初期設定としてフラグＦを０に設定する（初期設定工程Ｓ１０）。それから、制御装置３２は、外部電力系統２４から内部電力系統２０に供給される電力、又は、内部電力系統２０から外部電力系統２４に供給される電力の目標値Ｐｔを読み込む（目標値読込工程Ｓ１２）。目標値Ｐｔは、予め制御装置３２の記憶装置に登録されていてもよいし、作業者が入力してもよい。
【００２８】
次に、制御装置３２は、送風機１８の運転が必要であるか否かを判定する（判定工程Ｓ１４）。判定工程Ｓ１４の判定の結果、送風機１８の運転が必要である場合（はいの場合）、電力計２６が電力を測定し（電力測定工程）、制御装置３２が、電力計２６によって測定された電力の測定値Ｐｍを取得する（測定値取得工程Ｓ１６）。
【００２９】
その後、制御装置３２は、電力の目標値Ｐｔと測定値Ｐｍに基づいて、蒸気制御弁３１の開度の目標値Ｖｔを演算する（蒸気制御弁開度演算工程Ｓ１８）。そして、制御装置３２の蒸気制御弁制御部３６は、蒸気制御弁３１の開度が目標値Ｖｔに近付くように、蒸気制御弁３１を制御する（蒸気制御弁制御工程Ｓ２０）。
【００３０】
それから、制御装置３２は、フラグＦが１であるか否かを判定し（フラグ判定工程Ｓ２２）、フラグ判定工程Ｓ２２の判定の結果、フラグＦが１ではない場合（いいえの場合）、制御装置３２のモータ制御部３８は、受配電盤２２に電動モータ２８への電力供給を開始させる（電動モータ電力供給開始工程Ｓ２４）。そして、制御装置３２は、フラグＦを１に設定し（フラグ設定工程Ｓ２６）、フローは判定工程Ｓ１４に戻る。
この後、送風機１８の運転が要求されている限り、測定値取得工程Ｓ１６、蒸気制御弁開度演算工程Ｓ１８、蒸気制御弁制御工程Ｓ２０、及び、フラグ判定工程Ｓ２２が繰り返される。
【００３１】
一方、判定工程Ｓ１４において、送風機１８の運転が要求されていない場合（いいえの場合）、制御装置３２は、フラグＦが１であるか否かを判定する（フラグ判定工程Ｓ２８）。フラグ判定工程Ｓ２８の判定の結果、フラグＦが１である場合（はいの場合）、制御装置３２の蒸気制御弁制御部３６は蒸気制御弁３１を閉じるとともに（蒸気制御弁閉工程Ｓ３０）、制御装置３２のモータ制御部３８は、受配電盤２２に対し、電動モータ２８への電力供給を停止させる（電動モータ電力供給停止工程Ｓ３２）。以上で制御方法の一連のフローが終了するが、フラグ判定工程Ｓ２８の判定の結果、フラグＦが０である場合（いいえの場合）にも一連のフローが終了する。なお、制御装置３２が上述した一連のフローを繰り返し実行することによって、必要に応じて送風機１８を作動させることができる。
【００３２】
外部電力系統２４から内部電力系統２０に供給される電力、又は、内部電力系統２０から外部電力系統２４に供給される電力は、内部電力系統２０に接続された全ての電力負荷の大きさによって変化する。この点、上述した電力負荷管理システム及び制御方法の構成によれば、電力計２６によって測定される電力の測定値Ｐｍに基づいて蒸気制御弁３１を制御することにより、電動モータ２８の電力負荷の大きさを変化させることができ、内部電力系統２０に接続された全電力負荷の大きさを調整することができる。従って、この構成によれば、外部電力系統２４から内部電力系統２０に供給される電力、又は、内部電力系統２０から外部電力系統２４に供給される電力を安定させることができる。
【００３３】
幾つかの実施形態では、制御装置３２は、電力計２６によって測定された電力の測定値Ｐｍが予め設定された電力の目標値Ｐｔに近付くように蒸気制御弁３１を制御するように構成されている。
この構成によれば、外部電力系統２４から内部電力系統２０に供給される電力、又は、内部電力系統２０から外部電力系統２４に供給される電力を、電力の目標値Ｐｔの近傍で安定させることができる。特に、電動モータ２８の電力負荷の大きさを調整することにより、内部電力系統２０に接続された全電力負荷の大きさを調整する場合、電動モータ２８の電力負荷の大きさは速やかに変化する。
【００３４】
ここで、図３（ａ）は、買電時に電力計２６によって測定される電力の測定値Ｐｍの時間変化を、電力の目標値Ｐｔ及び契約電力とともに概略的に示すグラフであり、図３（ｂ）は、売電時に電力計２６によって測定される電力の測定値Ｐｍの時間変化を、電力の目標値Ｐｔ及び契約電力とともに概略的に示すグラフである。
図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、電動モータ２８の電力負荷の大きさが速やかに変化して応答性が良いことで、契約電力又は電力の目標値Ｐｔからの測定値Ｐｍの偏差を小さくすることができる。このため、外部電力系統２４から電力を買う場合には、契約電力を低く設定して買電のコストを削減することができる。あるいは、外部電力系統２４に対し電力を売る場合には、必要最小限の発電量で契約電力を確保することができ、発電コストを削減することができる。
【００３５】
幾つかの実施形態では、買電時には、電力の目標値Ｐｔは測定値Ｐｍとの偏差を考慮して契約電力よりも小さな値に設定され、売電時には、電力の目標値Ｐｔは測定値Ｐｍとの偏差を考慮して契約電力よりも大きな値に設定される。
【００３６】
幾つかの実施形態では、電動モータ２８は誘導電動機である。
幾つかの実施形態では、電動モータ２８としての誘導発電機は、蒸気タービン３０によって駆動されることによって発電可能に構成されている。この構成によれば、電動モータ２８が発電することによって、電力負荷の大きな変動を補償することができる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、蒸気タービン３０と電動モータ２８は、ワンウェイクラッチ４０を介して接続され、電動モータ２８が送風機１８に接続されている。ワンウェイクラッチ４０は、蒸気タービン３０の回転数が電動モータ２８の回転数を上回っているときに、蒸気タービン３０と電動モータ２８とを連結し、蒸気タービン３０の回転数が電動モータ２８の回転数以下である場合、蒸気タービン３０と電動モータ２８とを切り離すように構成されている。
この構成によれば、簡単な構成にて、蒸気タービン３０の動力を送風機１８に伝達することができる。
【００３８】
幾つかの実施形態では、ボイラ１２と蒸気制御弁３１との間に、蒸気を蓄える蒸気アキュムレータ４２が介装されている。
蒸気タービン３０に供給すべき蒸気量が増大したときに、ボイラ１２での蒸気発生量を増大させるには時間がかかる。この構成によれば、蒸気アキュムレータ４２に蒸気を蓄えているので、蒸気タービン３０に供給すべき蒸気量が増大したときに、蒸気タービン３０に必要な蒸気を速やかに供給することができる。
【００３９】
本発明は、上述した幾つかの実施形態に限定されることはなく、上述した幾つかの実施形態に変形を加えた形態や、上述した幾つかの実施形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、産業施設が自家用発電プラント１０を有していたけれども、外部電力系統２４から電力を買うのみであれば、タービン１４及び発電機１６は必要ではなく、産業施設はボイラ１２を有していればよい。
【００４０】
また例えば、上述した幾つかの実施形態では、産業施設に１つの電動モータ２８が設けられていたが、複数の電動モータ２８が設けられていてもよい。この場合、制御装置３２は、複数の電動モータ２８に供給される電力を調整するように構成されていてもよい。また、制御装置３２は、複数の電動モータ２８に対応して、複数の蒸気タービン３０に供給される蒸気量を調整するように構成された複数の蒸気制御弁３１を制御するように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０      自家用発電プラント
１２      ボイラ
１４      タービン
１６      発電機
１８      送風機
２０      内部電力系統
２２      受配電盤
２４      外部電力系統
２６      電力計
２８      電動モータ
３０      蒸気タービン
３１      蒸気制御弁
３２      制御装置
３４      動力線
３５      配管
３６      蒸気制御弁制御部
３８      モータ制御部
３９      主蒸気制御弁
４０      ワンウェイクラッチ
４２      蒸気アキュムレータ
【図１】
0006283274.tif 000002
【図２】
0006283274.tif 000003
【図３】
0006283274.tif 000004