(57)【要約】【課題】  火力発電所全体における電力使用量を最少化する運転方法を決定し火力発電所全体としての省エネルギーを実現する省エネルギー運転方法およびそのシステムを提供することにある。【解決手段】  火力発電所の所有者から当該火力発電所の省エネルギー請負い業務を受けた事業者は、当該火力発電所の現状の稼動状況を集計して現状稼動データを統計し、当該火力発電所を構成する前記各設備を駆動するファン，ポンプなどに可変速運転するためのインバータ装置を使用し、これらファン，ポンプなどの全消費電力量を最小にする運転パターンを決定して、当該決定された運転パターンに基づく実際の稼動状況を集計して実際稼動データを統計し、前記現状稼動データと実際稼動データとの差に基づいた省消費電力量に応じて前記火力発電所の所有者に料金請求処理を行う。【選択図】図１
2005341797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス，重油，石炭などを燃料としこれら燃料に点火するバーナーを有し該バーナーを使って循環する水を蒸気に変えるボイラ設備と、前記ボイラ設備から発生される蒸気により駆動されるタービン設備と、前記タービン設備に結合された発電機設備と、前記蒸気を再度水に戻す覆水設備とから構成される火力発電所の運転システムであって、
当該火力発電所を構成する前記各設備を駆動するファン，ポンプなどに可変速運転するためのインバータ装置を使用した場合に、これらファン，ポンプなどの消費電力量を小さくする運転パターンを決定する監視制御装置を備え、
該監視制御装置と通信回線を介して接続された火力制御装置により火力発電所の省エネルギー運転を行うことを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転システム。
【請求項２】
ガス，重油，石炭などを燃料としこれら燃料に点火するバーナーを有し該バーナーを使って循環する水を蒸気に変えるボイラ設備と、前記ボイラ設備から発生される蒸気により駆動されるタービン設備と、前記タービン設備に結合された発電機設備と、前記蒸気を再度水に戻す覆水設備とから構成される火力発電所の運転システムであって、
当該火力発電所を構成する前記各設備を駆動するファン，ポンプなどに可変速運転するためのインバータ装置を使用した場合に、これらファン，ポンプなどの消費電力量を小さくする運転パターンを決定する監視制御装置と、
当該火力発電所におけるプロセス情報を制御する監視制御装置とを備え、
前記各監視制御装置を通信回線を介して接続すると共に、前記各監視制御装置を制御する火力制御装置を前記通信回線を介して接続し、該火力制御装置により火力発電所の省エネルギー運転を行うことを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転システム。
【請求項３】
請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の火力発電所の省エネルギー運転システムにおいて、
前記火力制御装置は、監視制御装置により決定されたファン，ポンプなどの消費電力量を最小にする運転パターンに基づき該当インバータ装置に運転指令を与え、火力発電所の省エネルギー運転を行うことを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所におけるファン，ポンプなどの省エネルギー運転方法およびそのシステムに係わり、特に、これらファン，ポンプなどをインバータにより駆動して省エネルギーにより低減された電力量に見合った料金を火力発電所の所有者より支払いを受ける省エネルギー運転方法およびそのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火力発電所では、ファン，ポンプなどを駆動するために各種モータが使われている。そして、これら駆動用モータの省エネルギーのためにインバータを導入して省エネルギー運転を行おうとしていた。
【０００３】
また、インバータ導入に当たっては、その導入のメリットを計算し、インバータを購入するか、またはリース或いはレンタル方式によっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
火力発電所の省エネルギーを請負うビジネス形態として、例えば、モータとインバータを組み合わせて電力料金を低減しその低減分の按分を契約料金として支払いを受けるもの、或いは、機器の稼動実績を情報としその診断を実施しながら該当機器の運転パターンアドバイスを配信するものなどがある。
【０００５】
しかしながら、モータとインバータの組み合わせが単独機器に限定されている場合、或いは、プラント設備の一部の機器に限られている場合、その個々の運転方法が火力発電所全体の省エネルギーの最適パターンと必ずしも一致していないことがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、火力発電所全体における電力使用量を最少化する運転方法を決定し火力発電所全体としての省エネルギーを実現する省エネルギー運転方法およびそのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明では、ガス，重油，石炭などを燃料としこれら燃料に点火するバーナーを有し該バーナーを使って循環する水を蒸気に変えるボイラ設備と、前記ボイラ設備から発生される蒸気により駆動されるタービン設備と、前記タービン設備に直結された発電機設備と、前記蒸気を再度水に戻す覆水設備とから構成される火力発電所の運転方法であって、当該火力発電所の所有者から当該火力発電所の省エネルギー請負い業務を受けた事業者は、当該火力発電所の現状の稼動状況を集計して現状稼動データを統計し、当該火力発電所を構成する前記各設備を駆動するファン，ポンプなどに可変速運転するためのインバータ装置を使用し、これらファン，ポンプなどの全消費電力量を最小にする運転パターンを決定して、当該決定された運転パターンに基づく実際の稼動状況を集計して実際稼動データを統計し、
前記現状稼動データと実際稼動データとの差に基づいた省消費電力量に応じて前記火力発電所の所有者に料金請求処理を行うものである。
【０００８】
つまり、火力発電所の設備のファン，ポンプなどをインバータ装置で運転し省エネルギー運転を行い、かつ、これらファン，ポンプなどの運転を監視制御する監視制御装置を設け、これらファン，ポンプなどの全消費電力量を最小にする運転パターンを決定して、火力発電所を運転することで火力発電所全体としての省エネルギーを実現する。
【０００９】
そして、この省エネルギーは、火力発電所の所有者から省エネルギー請負い業務を受けた事業者が行い、省エネルギーに見合った対価を当該事業者が得ることで新たなビジネス形態が実現される。
【００１０】
ここで、ガス，重油，石炭などを燃料としこれら燃料に点火するバーナーを有し該バーナーを使って循環する水を蒸気に変えるボイラ設備と、前記ボイラ設備から発生される蒸気により駆動されるタービン設備と、前記タービン設備に直結された発電機設備と、前記蒸気を再度水に戻す覆水設備とから構成される火力発電所の運転方法であって、
当該火力発電所の所有者から当該火力発電所の省エネルギー請負い業務を受けた事業者は、
当該火力発電所の現状の稼動状況を集計して現状稼動データを統計し、
当該火力発電所を構成する前記各設備を駆動するファン，ポンプなどに可変速運転するためのインバータ装置を使用し、これらファン，ポンプなどの全消費電力量を最小にする運転パターンを決定して、当該決定された運転パターンに基づく実際の稼動状況を集計して実際稼動データを統計し、
前記現状稼動データと実際稼動データとの差に基づいた省消費電力量に応じて前記火力発電所の所有者に料金請求処理を行うことを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転方法（Ａ）と構成する。
【００１１】
上記Ａに記載の火力発電所の省エネルギー運転方法において、
ファン，ポンプなどの消費電力量を最小にする運転パターンは、発電量指令に基づき予め規定されている電力量関数により決定される規定電力量と、発電量指令に基づき予め規定されている既定関数により決定される電力量指令との偏差から、これを最大にするよう決定されることを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転方法（Ｂ）と構成する。
【００１２】
上記Ｂに記載の火力発電所の省エネルギー運転方法において、
ファン，ポンプなどの消費電力量を最小にする運転パターンは、監視制御装置により決定されることを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転方法（Ｃ）と構成する。
【００１３】
上記Ｃに記載の火力発電所の省エネルギー運転方法において、
監視制御装置により決定されたファン，ポンプなどの消費電力量を最小にする運転パターンは、該当インバータ装置に運転指令を与える火力制御装置の運転パターン指令に対し補正を付加して運転を行うことを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転方法（Ｄ）と構成する。
【００１４】
上記Ａに記載の火力発電所の省エネルギー運転方法において、
前記火力発電所の所有者は、前記インバータを前記省エネルギー請負い業務を受けた事業者から貸与若しくはリースを受けることを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転方法（Ｅ）と構成する。
【００１５】
上記Ｃに記載の火力発電所の省エネルギー運転方法において、
前記火力発電所の所有者は、前記監視制御装置を前記省エネルギー請負い業務を受けた事業者から貸与若しくはリースを受けることを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転方法（Ｆ）と構成する。
【００１６】
上記Ａに記載の火力発電所の最適運転方法において、
前記実際稼動データは、ＬＡＮ或いは電話回線などの通信手段を介して収集されることを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転方法（Ｇ）と構成する。
【００１７】
上記Ａに記載の火力発電所の省エネルギー運転方法において、
前記料金請求は、省消費電力量に応じて予め定められた内容に基づき行われることを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転方法（Ｈ）と構成する。
【００１８】
上記Ａに記載の火力発電所の最適運転方法において、
前記料金請求は、前記火力発電設備の所有者と当該火力発電設備の省エネルギー請負い業務を受けた事業者の間で直接的、またはファイナンス会社を介してなされることを特徴とする火力発電所の省エネルギー運転方法（Ｉ）と構成する。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、火力発電所全体における電力使用量を最少化する運転方法を決定し火力発電所全体としての省エネルギーを実現する省エネルギー運転方法およびそのシステムを提供することことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態である火力発電所における省エネルギーを実現するための機器構成図である。
【００２２】
火力発電所は、燃料となる石炭，ガス，油などをボイラに供給し、これら燃料と空気をボイラ内部で燃焼させて蒸気を発生させ、その蒸気でタービン発電機を回転させることで電気を発生させるものである。
【００２３】
例えば、ボイラ内部で燃料と空気を燃焼させる際、空気関連のファンとして押し込みファン（ＦＤＦ），誘引ファン（ＩＤＦ），ガス循環ファン（ＧＲＦ）などがある。また、蒸気の元である水をボイラに送り込むＢＦＰ（ボイラ給水ポンプ）などがある。これらについては、図２で説明する。
【００２４】
図１で示した機器構成図では、これらファン，ポンプなどを駆動する駆動用電動機１に対して、例えばインバータのような可変速装置２を設けるものである。可変速装置２は電気情報を個別に取り込む機能を有し、電気情報に従い可変速運転を行う。また、可変速装置２は制御系ネットワーク３により有機的に情報を共有する構成となっている。
【００２５】
そして、この制御系ネットワーク３には、監視制御装置４が結合され、監視制御装置４は可変速装置２をそれぞれ制御する。
【００２６】
一方、プロセス情報系ネットワーク５は、例えば、発生した蒸気の流量を計測する流量計６、その速度を計測する流速計７などから得られるプロセス情報を有機的に結合させ、監視制御装置８と結合し、流量計６，流速計７などを制御する。
【００２７】
監視制御装置４と監視制御装置８は火力制御装置９とネットワーク１０により結合されており、電動機１の運転情報及びプロセス情報（流量計６，流速計７など）を共有化し、火力発電所全体としての最適運転を行う。
【００２８】
つまり、火力発電所の各設備における省エネルギーの対象となるファン，ポンプなどの最適運転情報を監視制御装置４，監視制御装置８で決定し、火力発電所全体を監視する火力制御装置９に最適運転パターンを指令として補正する形で与え、火力制御装置９は火力発電所全体としての省エネルギー運転を行う。
【００２９】
ここで、火力発電所における具体的なファン或いはポンプの構成例を図２に示す。
【００３０】
図２において燃料となる石炭，ガス，油などは、それぞれ石炭タンク１１，ガスタンク１２，油タンク１３よりボイラ１４に供給される。これら燃料と空気がボイラ内部で燃焼するが空気関連のファンとしてＦＤＦ（押し込みファン）１５，ＩＤＦ（誘引ファン）
１６，ＧＲＦ（ガス循環ファン）１７がある。これらファンは設備により存在したりしなかったりするのは周知のことである。
【００３１】
一方、タービン１８を駆動する蒸気１９はボイラ１４から供給されるが、蒸気１９の元である水はＢＦＰ（ボイラ給水ポンプ）２０でボイラ１４に送り込まれる。更に、タービン１８は発電機２１を駆動し発電する。また液体化した蒸気１９は復水器２２を経由してＣＰ（復水ポンプ）２３によりＢＦＰ２０に連結される。また復水器２２は熱交換としてＣＷＰ（循環水ポンプ）２４を設けている。
【００３２】
以上は一般的な火力発電所の主要ファン・ポンプの構成である。
【００３３】
図１で示した火力発電所における省エネルギーを実現する機器構成図において、火力発電所の所有者は、当該火力発電所の省エネルギー請負い業務を事業者(以下、事業提供者)に託すというビジネス形態が考えられる。事業提供者は、火力制御装置９に基づき、火力発電所全体としての省消費電力運転を行うものである。このビジネス形態の概略概念の一例を図３を用いて説明する。
【００３４】
火力発電所の所有者２５は、事業提供者２６との間で契約３０を結び、事業提供者２６が火力発電所全体の省エネルギー運転を実現する。
【００３５】
すなわち、事業提供者２６は、火力発電所のモータ，ファンなどにインバータを使用して、インバータによる回転制御を行い省エネルギーを行うようにするものである。インバータなどの機器納入は事業提供者２６からなされる。
【００３６】
インバータによる回転制御による電力の使用量は、例えば図１で示した火力制御装置９内における監視ユニットによって監視され、電力使用量であるインバータ全体の実際稼動データ２７の統計が取られる。なお、電力使用量であるインバータ全体の実際稼動データは、インバータ出力周波数などの量から推定することもできることは言うまでもない。
【００３７】
そして、稼動状況データに基づき、事業提供者２６は省エネルギー状況を算出し、火力発電所の所有者２５に対し省エネルギー状況通知２８を行う。省エネルギー状況の算出にあたっては、既設のモータの現状の稼動状況データを以って省エネルギー前の状況とする。
【００３８】
この省エネルギー状況通知２８に対し、火力発電所の所有者２５は予め契約でさだめた対価を直接事業提供者２６に支払う（矢印３１）。
【００３９】
なお、事業提供者２６からは機器納入以外にもインバータについての運転管理ならびにアフターサービスがなされる（矢印２９）。
【００４０】
このように、火力発電所の所有者２５はインバータに対する初期投資を行うことなく、インバータを導入することができる。
【００４１】
図４に火力発電所における省エネルギーのビジネス形態を実現するフロー図を示す。
【００４２】
火力発電所の所有者２５は事業提供者２６に対し、火力発電所の運転条件の提示を行う。
【００４３】
この場合の条件として、たとえば、
・負荷条件  
・運転パターン  
・負荷変動要因  
などがある。
【００４４】
事業提供者２６はこれら条件を契約情報として受け、図１で示した可変速装置２，監視制御装置４，８などの設備導入計画と省エネルギーの試算を行う。その試算結果を装置貸与，リース，契約条件として提示し、火力発電所の所有者２５と事業提供者２６は契約を締結する。
【００４５】
事業提供者２６は、火力発電所から実負荷運転による実際稼動データを取得し、事業提供者２６はそのデータを契約条件と照合する形で評価，省エネルギー効果を算定する。省エネルギー状況の算出にあたっては、既設のモータの現状の稼動状況データを以って省エネルギー前の状況とする。
【００４６】
事業提供者２６は、その結果を火力発電所の所有者２５に省エネルギー状況通知として通知することにより、対価を受けることになる。たとえば、この対価により事業提供者
２６は装置投資分の回収を行う。
【００４７】
図５は省エネルギー効果の説明図である。評価期間における省エネルギー効果をたとえば契約者２５と事業提供者２６で按分する。両者の区分は契約ベースで仕切られる。契約ベースは図４に示したデータ評価と省エネルギー効果算定より決定される。
【００４８】
なお、図３で示したビジネス形態の概略概念において、金銭の請求処理をファイナンス会社を利用して行われてもよい。この場合、火力発電所の所有者２５とファイナンス会社３４との間でも仲介のための契約が締結される。省エネルギー状況通知は事業提供者２６からファイナンス会社２７になされる（矢印３２）。省エネルギー状況通知３２に基づいて火力発電所の所有者２５からファイナンス会社３４を介して対価の支払いがなされる。このビジネス形態の概略概念を図６に示す。
【００４９】
つぎに、火力発電所においてどのように省エネルギーを実現するかについて説明する。
【００５０】
火力発電所における一週間の運転パターンの一例を図７に示す。図７から判るように、火力発電所の負荷は一般的に平日の明け方に低下し（図７の例では５０％である）、さらに週末から週明けにかけて最低負荷となる（図７の例では３０％）。そして、週末は中間的な負荷となる（図７の場合８０％）。このような負荷変動に対して、図２で示したボイラ１４あるいはタービン１８などは火力制御装置９でコントロールされ、それに応じてファン，ポンプ等のプロセス量である空気，水，蒸気などを制御する。
【００５１】
これらプロセス量はファン，ポンプなどを駆動してる電動機１が一般的に固定速度運転であることから、弁，ダンパなどを使用して制御されている。弁，ダンパを使用した流体、空気の制御は弁，ダンパで電力消費が発生することから電動機１を可変速装置２により制御した場合より電力消費が大きいことは周知である。
【００５２】
従って、電動機１を可変速装置２により可変速運転することにより電力消費を低減することが可能となり、省エネルギーに繋がることになる。
【００５３】
図８にボイラ１４関係のファンについて一括省エネルギー運転を実施する制御ブロック図を示す。
【００５４】
発電量指令ＭＷＤ３５を受けて燃料指令ＦＤ３６が決定される。燃料指令ＦＤ３６は指令関数ＦｎＡ３７，ＦｎＢ３８，ＦｎＣ３９に与えられ、それぞれＩＤＦ（ファンＡ），ＦＤＦ（ファンＢ），ＧＲＦ（ファンＣ）に回転数指令ｎＡ４０，ｎＢ４１，ｎＣ４２として与えられる。回転数指令ｎＡ４０，ｎＢ４１，ｎＣ４２は監視制御装置４内の電力量関数４３〜４５により電力量指令ＰｎＡ４６，ＰｎＢ４７，ＰｎＣ４８に変換される。
【００５５】
一方、監視制御装置４に有する規定関数ＦｐＡ４９，ＦｐＢ５０，ＦｐＣ５１により、燃料指令ＦＤ３６に対応した規定電力量Ｐ０Ａ５３，Ｐ０Ｂ５４，Ｐ０Ｃ５５が作成される。この規定電力量と前記電力量との偏差としてΔＰＡ５５，ΔＰＢ５６，ΔＰＣ５７が作成される。これら偏差を合計しさらに規定時間Ｔ間の積分をとり、この積分値を最大化することが電力量を最適に低減することになる。
【００５６】
すなわち、前記最大値を得るように前記積分値を、各ファンの指令関数ＦｎＡ３７，
ＦｎＢ３８，ＦｎＣ３９にフィードバックして制御することで各ファンの電力量偏差合計を最大化することになる。
【００５７】
図９に、ＩＤＦ（ファンＡ）における電力量Ｐの低減効果を示す。図８で説明した規定電力量Ｐ０Ａ５２と電力量指令ＰｎＡ４６との偏差がΔＰＡ５５となることを示しており、このΔＰＡが電力量Ｐの低減効果分である。
【００５８】
この電力量Ｐの低減効果は、ＦＤＦ（ファンＢ），ＧＲＦ（ファンＣ）についても同様のものが得られる。
【００５９】
そして、図１０にある所定時間帯（区間Ｔ）における火力発電所全体の電力量偏差は、
ΔＰΣ＝ΔＰ０Ａ＋ΔＰ０Ｂ＋ΔＰ０Ｃ
で算出することができる。
【００６０】
すなわち、区間Ｔにおいて積分した値を最大化することが火力発電所全体の電力量の省エネルギーを最大化することになる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態である火力発電所における省エネルギーを実現する機器構成図。
【図２】火力発電所における具体的なファン，ポンプなどの構成例を示す図。
【図３】図１で示した火力発電所における省エネルギーを実現する機器構成図におけるビジネス形態の概略概念図。
【図４】火力発電所における省エネルギーのビジネス形態を実現するのフロー図。
【図５】省エネルギー効果の説明図。
【図６】図１で示した火力発電所における省エネルギーを実現する機器構成図におけるビジネス形態の他の概略概念図。
【図７】火力発電所における一週間の運転パターンの一例を示す図。
【図８】ボイラ１４関係のファンについて一括省エネルギー運転を実施する制御ブロック図。
【図９】電力量低減効果を示す図。
【図１０】区間Ｔにおける電力量最大化を示す図。
【符号の説明】
【００６２】
１…電動機、２…可変速装置、３…制御系ネットワーク、４，８…監視制御装置、５…プロセス情報系ネットワーク、６…流量計、７…流速計、９…火力制御装置、１０…ネットワーク、１１…石炭タンク、１２…ガスタンク、１３…油タンク、１４…ボイラ、１５…ＦＤＦ（押し込みファン）、１６…ＩＤＦ（誘引ファン）、１７…ＧＲＦ（ガス循環ファン）、１８…タービン、１９…蒸気、２０…ＢＦＰ（ボイラ給水ポンプ）、２１…発電機、２２…復水器、２３…ＣＰ（復水ポンプ）、２４…ＣＷＰ（循環水ポンプ）、２５…火力発電所の所有者、２６…事業提供者、３４…ファイナンス会社。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図９】
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【図１０】
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