(57)【要約】【課題】  老朽ガス田等のガスを有効利用可能なガスタービン発電設備及びその運用方法を提供することにある。【解決手段】  老朽ガス田もしくは油田近傍に設置されたガスタービン発電設備１０を備える。ガスタービン発電設備１０は、圧縮機１にて圧縮した空気を燃焼器２に導き、燃料と混合させた後に燃焼させて、その燃焼ガスによりタービン３を駆動し、さらにガスタービン３の回転軸から得られる動力で発電機５を駆動する。ブースト圧縮機６は、ガスタービンの回転軸から得られる動力で駆動され、天然ガスもしくは随伴ガスを燃料として昇圧し燃焼器２に供給する。老朽ガス田で発生する天然ガスもしくは油田で発生する随伴ガスを用いてガスタービンにより発電し、得られた電気を消費地に供給する。【選択図】  図２
2005133630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
老朽ガス田もしくは油田近傍に設置されたガスタービンを有し、老朽ガス田で発生する天然ガスもしくは油田で発生する随伴ガスを用いて前記ガスタービンにより発電し、得られた電気を消費地に供給するガスタービン発電設備であって、
前記ガスタービンは圧縮機にて圧縮した空気を燃焼器に導き、燃料と混合させた後に燃焼させて、その燃焼ガスによりタービンを駆動し、さらに前記ガスタービンの回転軸から得られる動力で発電機を駆動するガスタービンであり、
前記ガスタービンの回転軸から得られる動力で駆動するブースト圧縮機を備え、
前記天然ガスもしくは随伴ガスを燃料として前記ブースト圧縮機で昇圧し燃焼器に供給することを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービン発電設備において、
前記ガスタービン回転軸から減速機を介して前記発電機を駆動し、かつ前記ガスタービン回転軸から増速機を介して前記ブースト圧縮機を駆動することを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項３】
請求項２記載のガスタービン発電設備において、
前記減速機と前記増速機は、前記ガスタービンの圧縮機側の軸から動力を得ることを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項４】
請求項１記載のガスタービン発電設備において、
前記ガスタービンの前記ブースト圧縮機出口から燃焼器にいたる系統に設けられた燃料調節弁と、
タンクと、
前記ブースト圧縮機出口と前記燃料調節弁の間からタンクに接続する系統と、
前記タンクに接続する系統に配置された開閉弁を備えたことを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項５】
請求項１記載のガスタービン発電設備において、
前記ガスタービンの前記圧縮機の出口もしくは途中から前記ブースト圧縮機入口に至る空気系統と、
前記空気系統に設置された抽気弁と、
前記ブースト圧縮機入口側であって、前記空気系統の接続位置よりも上流に設置された切り替え弁とを備えたことを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項６】
請求項１記載のガスタービン発電設備において、
前記ガスタービンのブースト圧縮機入口と出口を接続するバイパス系統と、
前記バイパス系統には設置された起動用燃料ガス供給弁と、
前記ブースト圧縮機の入口圧力および出口圧力を計測する圧力計とを備えたことを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項７】
請求項１記載のガスタービン発電設備において、
前記ガスタービンのブースト圧縮機入口と出口を接続するバイパス系統と、
前記バイパス系統には設置された起動用燃料ガス供給弁と、
前記ブースト圧縮機若しくは前記タービンあるいは前記発電機の軸の回転数を検出する回転数計とを備えたことを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項８】
請求項１記載のガスタービン発電設備において、
前記ガスタービンのブースト圧縮機入口と出口を接続するバイパス系統と、
このバイパス系統に設置された燃料ガス起動用昇圧圧縮機と起動用燃料ガス供給弁を備えることを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項９】
請求項１記載のガスタービン発電設備において、
前記ガスタービンのブースト圧縮機出口から前記燃焼器にいたる系統の途中からブースト圧縮機入口にいたるアンチサージ系統と、
このアンチサージ系統に設置されたアンチサージ弁とを備えることを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項１０】
老朽ガス田又は油田近傍に設置され、空気を圧縮する第一の圧縮機と、燃料と該第一の圧縮機で圧縮された空気により燃焼ガスを発生させる燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えたガスタービンと、
該ガスタービンの回転軸の動力で駆動する発電機と、
該ガスタービンの回転軸の動力で駆動する第二の圧縮機と、
前記老朽ガス田で発生する天然ガス又は油田で発生する随伴ガスを該第二の圧縮機で圧縮して燃料として前記燃焼器に供給する燃料供給系統とを有するガスタービン発電設備。
【請求項１１】
老朽ガス田又は油田近傍に、空気を圧縮する第一の圧縮機と、燃料と該第一の圧縮機で圧縮された空気により燃焼ガスを発生させる燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えたガスタービンを設置し、
該ガスタービンの回転軸の動力で発電機を駆動し、
該ガスタービンの回転軸の動力で第二の圧縮機を駆動し、
前記老朽ガス田で発生する天然ガス又は油田で発生する随伴ガスを該第二の圧縮機で圧縮し、前記燃焼器に燃料として供給するガスタービン発電設備の運用方法。
【請求項１２】
老朽ガス田又は油田近傍に設置されたガスタービン発電設備の運用方法であって、
前記老朽ガス田で発生する天然ガス又は油田で発生する随伴ガスを燃料として
前記ガスタービン発電設備の燃焼器に供給し、
前記ガスタービン回転軸の動力で駆動する１万〜１０万ｋｗの発電機によって  老朽ガス田又は油田の近傍２０ｋｍ範囲内で発電するガスタービン発電設備の運用方法。
【請求項１３】
老朽ガス田又は油田近傍に設置されたガスタービン発電設備の運用方法であって、
該ガスタービン発電設備のガスタービン回転軸の動力で駆動するガス圧縮手段によって、
前記老朽ガス田で発生する天然ガス又は油田で発生する随伴ガスを所望の圧力に圧縮して燃料として
前記ガスタービン設備の燃焼器に供給する工程と、
前記ガスタービン回転軸の動力で駆動する発電機によって発電する工程とを含む
ガスタービン発電設備の運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン発電設備及びその運用方法に係り、特に、老朽化したガス田で採掘量および圧力が低下した天然ガスや、油田で石油採掘時に得られる圧力の低い随伴ガスなど，老朽ガス田等のガスを用いたガスタービン発電設備及びその運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界規模での環境汚染に対して、各種エンジンに対する排気ガスの規制が進められている。このような状況の中で、環境への影響が少ない燃料として天然ガスがある。
【０００３】
天然ガスＮＧをガス田ＧＦから消費地に送る方法としては、図１に示すように、ガス田において液化設備を用いて天然ガスを液化して消費地に陸上輸送もしくは海上輸送したり、パイプラインＰＬよりガスのまま消費地に輸送する方法がある。パイプラインには、天然ガスがパイプラインを流れるにつれ生じる圧力損失をポンプにより昇圧するためのブースターステーションＢＳが数箇所設置されている。ブースターステーションＢＳの間隔は、例えば、数１０ｋｍ〜数１００ｋｍである。なお、一般的なガスタービン発電設備の構成としては、例えば、特開２００３−１６６４２８号公報や特開２００２−３２７６２９号公報に記載のものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６６４２８号公報
【０００５】
【特許文献２】特開２００２−３２７６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、天然ガス田では採掘が進み老朽化すると、採掘量が少なくなるため、液化天然ガスにして輸送したり、パイプラインでガス輸送するためのコストの負担が増加して、利益を確保できなくなる。そこで、従来は、このような老朽ガス田からの天然ガスは消費地に送られず、有効に利用されることはないものであった。
【０００７】
また、油田で石油採掘時に同時に随伴ガスが得られ、このガスについても従来は有効に使われることはないものであった。
【０００８】
本発明の目的は、老朽化したガス田から得られる天然ガスや、油田から得られる随伴ガスなど，老朽ガス田等のガスを有効利用可能なガスタービン発電設備及びその運用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】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、老朽ガス田もしくは油田近傍に設置されたガスタービンを有し、老朽ガス田で発生する天然ガスもしくは油田で発生する随伴ガスを用いて前記ガスタービンにより発電し、得られた電気を消費地に供給するガスタービン発電設備であって、前記ガスタービンは圧縮機にて圧縮した空気を燃焼器に導き、燃料と混合させた後に燃焼させて、その燃焼ガスによりタービンを駆動し、さらに前記ガスタービンの回転軸から得られる動力で発電機を駆動するガスタービンであり、前記ガスタービンの回転軸から得られる動力で駆動するブースト圧縮機を備え、前記天然ガスもしくは随伴ガスを燃料として前記ブースト圧縮機で昇圧し燃焼器に供給するようにしたものである。
【００１０】
かかる構成により、老朽ガス田等のガスを有効利用し得るものとなる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記ガスタービン回転軸から減速機を介して前記発電機を駆動し、かつ前記ガスタービン回転軸から増速機を介して前記ブースト圧縮機を駆動するようにしたものである。
【００１２】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記減速機と前記増速機は、前記ガスタービンの圧縮機側の軸から動力を得るようにしたものである。
【００１３】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記ガスタービンの前記ブースト圧縮機出口から燃焼器にいたる系統に設けられた燃料調節弁と、タンクと、前記ブースト圧縮機出口と前記燃料調節弁の間からタンクに接続する系統と、前記タンクに接続する系統に配置された開閉弁を備えるようにしたものである。
【００１４】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記ガスタービンの前記圧縮機の出口もしくは途中から前記ブースト圧縮機入口に至る空気系統と、前記空気系統に設置された抽気弁と、前記ブースト圧縮機入口側であって、前記空気系統の接続位置よりも上流に設置された切り替え弁とを備えるようにしたものである。
【００１５】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記ガスタービンのブースト圧縮機入口と出口を接続するバイパス系統と、前記バイパス系統には設置された起動用燃料ガス供給弁と、前記ブースト圧縮機の入口圧力および出口圧力を計測する圧力計とを備えるようにしたものである。
【００１６】
（７）上記（１）において、好ましくは、前記ガスタービンのブースト圧縮機入口と出口を接続するバイパス系統と、前記バイパス系統には設置された起動用燃料ガス供給弁と、前記ブースト圧縮機若しくは前記タービンあるいは前記発電機の軸の回転数を検出する回転数計とを備えるようにしたものである。
【００１７】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記ガスタービンのブースト圧縮機入口と出口を接続するバイパス系統と、このバイパス系統に設置された燃料ガス起動用昇圧圧縮機と起動用燃料ガス供給弁を備えるようにしたものである。
【００１８】
（９）上記（１）において、好ましくは、前記ガスタービンのブースト圧縮機出口から前記燃焼器にいたる系統の途中からブースト圧縮機入口にいたるアンチサージ系統と、このアンチサージ系統に設置されたアンチサージ弁とを備えるようにしたものである。
【００１９】
（１０）上記目的を達成するために、本発明は、老朽ガス田又は油田近傍に設置され、空気を圧縮する第一の圧縮機と、燃料と該第一の圧縮機で圧縮された空気により燃焼ガスを発生させる燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えたガスタービンと、該ガスタービンの回転軸の動力で駆動する発電機と、該ガスタービンの回転軸の動力で駆動する第二の圧縮機と、前記老朽ガス田で発生する天然ガス又は油田で発生する随伴ガスを該第二の圧縮機で圧縮して燃料として前記燃焼器に供給する燃料供給系統とを有するものである。
【００２０】
かかる構成により、老朽ガス田等のガスを有効利用し得るものとなる。
【００２１】
（１１）上記目的を達成するために、本発明は、老朽ガス田又は油田近傍に、空気を圧縮する第一の圧縮機と、燃料と該第一の圧縮機で圧縮された空気により燃焼ガスを発生させる燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えたガスタービンを設置し、該ガスタービンの回転軸の動力で発電機を駆動し、該ガスタービンの回転軸の動力で第二の圧縮機を駆動し、前記老朽ガス田で発生する天然ガス又は油田で発生する随伴ガスを該第二の圧縮機で圧縮し、前記燃焼器に燃料として供給するものである。
【００２２】
かかる方法により、老朽ガス田等のガスを有効利用し得るものとなる。
【００２３】
（１２）上記目的を達成するために、本発明は、老朽ガス田又は油田近傍に設置されたガスタービン発電設備の運用方法であって、前記老朽ガス田で発生する天然ガス又は油田で発生する随伴ガスを燃料として前記ガスタービン発電設備の燃焼器に供給し、前記ガスタービン回転軸の動力で駆動する１万〜１０万ｋｗの発電機によって  老朽ガス田又は油田の近傍２０ｋｍ範囲内で発電するものである。
【００２４】
かかる方法により、老朽ガス田等のガスを有効利用し得るものとなる。
【００２５】
（１３）上記目的を達成するために、本発明は、老朽ガス田又は油田近傍に設置されたガスタービン発電設備の運用方法であって、該ガスタービン発電設備のガスタービン回転軸の動力で駆動するガス圧縮手段によって、前記老朽ガス田で発生する天然ガス又は油田で発生する随伴ガスを所望の圧力に圧縮して燃料として前記ガスタービン設備の燃焼器に供給する工程と、前記ガスタービン回転軸の動力で駆動する発電機によって発電する工程とを含むものである。
【００２６】
かかる方法により、老朽ガス田等のガスを有効利用し得るものとなる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、老朽ガス田等のガスを有効利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図２〜図５を用いて、本発明の第１の実施形態による老朽ガス田等のガスを用いたガスタービン発電設備及びその運用方法について説明する。なお、以下の説明では、老朽ガス田で採掘される天然ガスを例にして説明する。
【００２９】
最初に、図２を用いて、本実施形態によるガスタービン発電設備を用いた天然ガスの有効利用法の概念について説明する。  
図２は、本発明の第１の実施形態によるガスタービン発電設備を用いた天然ガスの有効利用法の概念図である。
【００３０】
本発明の第１の特徴とする点は、天然ガスの老朽ガス田ＧＦの近傍にガスタービン発電設備１０を配置したことにある。老朽ガス田の天然ガスは、採掘量が少なくなるだけでなく、採掘されたときの天然ガスの圧力も低下する。そのような少量，低圧の天然ガスを有効利用するために、老朽ガス田近傍にガスタービン発電設備１０を設置する。ガスタービン発電設備１０は、設備コストが低く、高効率で、天然ガスを燃料にすることができるため、天然ガスを有効利用するために用いる発電設備として好適である。
【００３１】
ガスタービン発電設備１０は、ガスタービン圧縮機１と、燃焼器２と、タービン３と、変速機４と、発電機５とを備えている。本発明では、天然ガスのガス田ＧＦの近傍にガスタービン発電設備１０を配置して、ガス田ＧＦから得られる天然ガスＮＧを燃料ガス供給系統７を介して、タービン３を駆動するための燃料として発電する。発電された電力は、ケーブルＣを介して、消費地に供給される。なお、発生した電気の消費は、老朽ガス田設備以外の場所に限らず、需要があれば老朽ガス田設備内でもよいものである。
【００３２】
ここで、ガスタービン発電設備１０は、老朽ガス田ＧＦの直上に配置するのが理想的であるが、立地条件等により直上に配置するのが難しい場合もある。その際は、パイプを介して、ガスタービン発電設備１０まで供給する必要がある。しかしながら、ガス田ＧＦからガスタービン発電設備１０までの距離が長くなると、パイプの全長が長くなり、パイプの配設コストが上昇するとともに、パイプ内での圧力損失も大きくなる。そこで、老朽ガス田ＧＦの近傍とは、老朽ガス田からの天然ガスをガスタービン発電設備１０に供給してガスタービンを運転できる距離である。実質的には、老朽ガス田ＧＦの近傍とは、ガス田ＧＦから約２０ｋｍ以内で１０ｋｍ程度の距離までである。
【００３３】
次に、本発明の第２の特徴としては、ブースト圧縮機６を備えるとともに、このブースト圧縮機６を、ガスタービン発電設備１０のタービン３の回転軸から得られる動力により駆動することにある。老朽ガス田から得られる天然ガスの圧力は、低圧である。一方、ガスタービン３の燃焼器２に供給される燃料の圧力は、ガスタービン圧縮機１で昇圧され燃焼器２に供給される燃焼空気の圧力より高くなければならない。そこで、本実施形態では、この低圧のガスを利用するため、ブースト圧縮機６を備えている。そして、ブースト圧縮機６は、タービン３の回転軸から得られる動力を変速機４により変速して、この動力により駆動するようにして、新たなモータ等の駆動源を不要としている。ブースト圧縮機６により昇圧された天然ガスは、逆止弁８及び燃料流量調節弁９を介して、燃焼器２に供給される。
【００３４】
次に、図３を用いて、本実施形態によるガスタービン発電設備の構成について説明する。  
図３は、本発明の第１の実施形態によるガスタービン発電設備の系統図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００３５】
ガスタービンへ供給された燃料ガスは、燃焼器２にてガスタービン圧縮機１からの燃焼空気により燃焼し、その燃焼ガスによりタービン３を駆動する。タービンで得られた動力は、変速機４を介して発電機５を駆動して発電する。老朽したガス田では発掘される天然ガスの圧力が低いために、そのままガスタービン燃料として使用することができないため、昇圧する必要がある。そこで、発電機５の変速機４からの軸力で燃料ブースト圧縮機６を駆動し、燃料を昇圧することにより、逆止弁８及び燃料流量調節弁９を介して、燃焼器２に供給する。
【００３６】
ここで、一般的なガスタービンの圧力について説明する。通常、老朽ガス田で発生する天然ガスの圧力Ｐ１は、例えば、１０ata未満である。採掘量が低下し、しかも、低圧となると、従来のように、パイプラインで消費地に供給することができず、また、パイプライン設備を維持し、経済的に成立するだけの利益を確保することが難しくなる。また、液化して輸送する方法でも、液化設備や輸送設備を維持し、経済的に成立するだけの利益を確保することが難しくなる。
【００３７】
一方、ガスタービンの圧縮機１の圧力比は通常１０〜２０であるため、燃焼用空気の圧力Ｐ２は、１０〜２０ataとなる。このままでは圧力バランス上、天然ガスをガスタービン燃焼器２に供給できない。そこで、ブースト圧縮機６は、圧縮機１の軸端から発電機５を駆動するための変速機４を介して駆動し、老朽ガス田からの天然ガスの圧力をガスタービン用燃焼器の燃料として必要とする圧力Ｐ２，例えば、２０〜３０ataに昇圧して燃焼器２に供給する。燃焼用空気圧力Ｐ２（１０〜２０ata）に対して、燃料となる天然ガスの圧力Ｐ３が２０〜３０ataあるのは、燃焼器２の内部の圧力損失を考慮しているからである。このようにガスタービン軸から変速機４を介して駆動力をブースト圧縮機６に伝えることにより、ブースト圧縮機６をガスタービンの一部とすることができ、設備をコンパクトにできる。また、ブースト圧縮機６をガスタービンの軸力を用いない別置きのモータ等（図示せず）で駆動する場合に比べて、ガスタービンの軸力で駆動するので損失が少なく高効率が達成できる。そして、軸駆動のブースト圧縮機６をガスタービンの一部として備えたガスタービンを老朽ガス田の近傍に設置して、発電により電気を消費地に供給することにより、従来使用していなかった少量で圧力の低い天然ガスを有効に利用することができる。
【００３８】
次に、ブースト圧縮機６を駆動する軸系について説明する。変速機４は、圧縮機１の側の軸端に接続され、タービン２の側の軸端には接続していないものである。これは、圧縮機１の側の方が、タービン２の側に比べて温度が低いため、熱伸びが小さく、熱変形を考慮した間隙等を小さくとることができるためである。発電機５及びブースト圧縮機６は、変速機４に接続されている。
【００３９】
老朽ガス田に適したガスタービンの大きさは、発掘されるガス量から考慮して１万ｋｗから１０万ｋＷの中型ガスタービンである。中型ガスタービンの回転数Ｎ１は、発電機の回転数Ｎ２（３６００ｒｐｍ（６０Ｈｚ対応）もしくは３０００ｒｐｍ（５０Ｈｚ対応））よりも高速回転で設計されているのが一般である。例えば、２〜３万ｋＷのガスタービンでは、圧縮機軸端の回転数Ｎ１は７２００ｒｐｍ程度であり、そのため消費地へ電力を供給する発電機５は減速比２〜２．４程度の減速機４ａを介して動力を伝達している。出力が１万ｋｗから１０万ｋＷの中型ガスタービンとすることで、コンパクトな設備であるので発掘箇所近傍に設置しやすく、且つ、老朽ガス田等で採掘量が低下している場合や採掘量が少ないガス田等の場合、発掘されるガス量に対応した適切な発電を実施することが出来、経済性に優れた発電システムを提供できる。
また、燃料を昇圧するブースト圧縮機６は、流量が圧縮機１に比べて少なく、コンパクト化を図るため、その回転数Ｎ３は、２００００〜３００００ｒｐｍ程度の高速回転にすることが望ましいものである。そこで、低圧ガスをガスタービン用燃焼器の燃料として必要な圧力まで昇圧するブースト圧縮機６は、増速比３〜４程度の増速機４ｂを介して動力を伝達している。
【００４０】
このように変速機４は、発電機５に動力伝達する減速機４ａと、ブースト圧縮機６に動力伝達する増速機４ｂとで構成される。この構成は、ガスタービンの回転数を制御すれば発電機５だけでなくブースト圧縮機６の回転数も機械的に決まるので、信頼性の高いブースト圧縮機の運転が可能となる。また、ブースト圧縮機６を別駆動とするとモータ等の付帯設備、設置スペースが必要となるが、一体構成にしているので前述の高効率だけでなくコンパクト化も図ることができる。
【００４１】
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態によるガスタービン発電設備の具体的構成について説明する。  
図４は、本発明の第１の実施形態によるガスタービン発電設備の詳細系統図である。図５は、本発明の第１の実施形態によるガスタービン発電設備に用いるブースト圧縮機の吐出圧の説明図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００４２】
図４に示す構成では、図３の構成に加えて、圧力計１７，１８によって検出される圧力やガスタービンの運転状態に応じて、燃料流量調節弁９や、起動用燃料供給弁１２や、アンチサージ弁２４を制御する制御装置１４を備えている。
【００４３】
起動用燃料供給弁１２は、ブースト圧縮機６と逆止弁８が直列に接続された系統に対して並列に設けられたバイパス系統１５に設けられている。そして、ガスタービンの回転数が低い起動過程においては、起動用燃料供給弁１２を開いて、パイパス系統１５から燃焼器２に燃料である天然ガスを供給する。
【００４４】
ここで、図５を用いて、ブースト圧縮機の吐出圧について説明する。図５の横軸はタービン１の回転数を示し、縦軸はブースト圧縮機６の吐出圧を示している。図５に示すように、ガスタービンの回転数が低い起動過程においては、ブースト圧縮機６の回転数も低いために、ブースト圧縮機６による昇圧効果よりもブースト圧縮機６自体が抵抗体となり、圧力損失を発生する影響が大きく、ブースト圧縮機６の吐出圧力のほうが、燃料ガス採掘時の圧力よりも低くなる場合がある。この場合、十分昇圧されずに必要な燃料を燃焼器に供給できない可能性がある。そこで、図４も示したように、ブースト圧縮機６をバイパスして燃焼器２へ燃料ガスを供給するバイパス系統１５を設ける。起動時の着火回転数からブースト圧縮機６の吐出圧力が上昇するまでの低速運転時の間、制御装置１４は、起動用燃料ガス供給弁１２を開き、バイパス系統１５から燃料が供給されるようにする。この起動用のバイパス系統１５はタービン回転数が上昇し、ブースト圧縮機６の吐出圧力が上昇するまでの間に使用する。ブースト圧縮機６の吐出圧が上昇したら、制御装置１４は、起動用燃料ガス供給弁１２を閉じてバイパス系統１５燃料を供給することを止めて、ブースト圧縮機６を通してのみから燃料を燃焼器２へ供給する。
【００４５】
具体的には、制御装置１４は、圧力計１８によって計測された燃料ガス昇圧五の圧縮機６の吐出圧力と、圧力計１７によって計測された，ガス田から採掘された燃料ガス圧力を比較し、圧縮機６の吐出圧が採掘されガス圧力よりも高くなると、起動用燃料ガス供給弁１２の開度を閉にする。
【００４６】
なお、圧力計１７，１８を用いる方法に代えて、タービン１の回転数を検出するタービン回転数計３１や、圧縮機６の回転数を検出する圧縮機回転数計３２を用いることができる。すなわち、発電設備の試運転時に、ブースト圧縮機６、ガスタービン圧縮機１の吐出圧力とタービン回転数の特性を計測して、図５に示したような特性を予め求める。そして、制御装置１４は、回転数計３１によって計測されたタービン回転数が、図５に示す回転数Ｎ４よりも低い場合，すなわち、圧縮機６の吐出圧が採掘されガス圧力よりも低い場合には、供給弁１２を開き、タービン回転数が、回転数Ｎ４よりも高くなると、供給弁１２を閉じる。また、回転数計３２によって計測された圧縮機６の回転数と、変速機４のギア比により、タービン回転数が求まるため、回転数計３２によって計測された圧縮機６の回転数によっても、供給弁１２の開閉を制御することができる。同様にして、発電機回転数を用いることもできる。
【００４７】
次に、アンチサージ弁２４について説明する。ガスタービンの昇速中や低負荷運転時には燃焼器２へと供給する燃料流量は、定格運転時より少ないものである。そのため、ブースト圧縮機６の圧力・流量特性によっては、サージ域での運転となる可能性がある。そこで、ブースト圧縮機６がサージ域で運転される事を防止するため、圧縮機６の出口側と入口側とを接続するアンチサージ系統２２を設け、その途中にアンチサージ弁２４を設ける。制御装置１４は、ガスタービンの運転状態に応じて、アンチサージ弁１２を制御して、アンチサージ系統２２を利用して流量を確保することで、ガスタービンの起動から定格負荷まで全域において安定した運転をすることができる。
【００４８】
また、ガスタービンの起動から着火回転数に達するまでは、駆動用モータでガスタービン回転数を上げるため、このときは、制御装置１４は、燃料供給調節弁９を閉じることになる。一方、ガスタービンの回転数が上がると、圧縮機６の吐出が締切状態になる。そこで、起動から着火回転数に到達するまでは、制御装置１４は、アンチサージ弁２４を開くことにより、締切状態での運転を回避することができる。なお、このとき、アンチサージ弁２４に代えて、燃料供給弁１２を開いても、図示の矢印Ｒ１の流路を形成して、締切状態を回避することができる。つまり、起動・着火・昇速して燃料ガス昇圧圧縮機の吐出圧力が上昇し、バイパス系統からの燃料供給を停止した後には、起動用燃料ガス供給弁１２をアンチサージ弁として使用する。弁１２を起動用燃料ガス供給とアンチサージの２つの目的に使用することにより燃料ガス昇圧圧縮機廻りの系統構成を簡略化でき低コスト化が図れる。
【００４９】
さらに、タービン停止時には、制御装置１４は、燃料遮断と同時にアンチサージ弁２４を開くことで、燃料ガス昇圧圧縮機６の締切運転を防止する。これにより、安全にガスタービンを停止することが可能となる。
【００５０】
なお、以上の説明では、老朽ガス田を例にして説明したが、油田で石油採掘時に同時に得られる随伴ガスについても、ガスタービン発電設備を用いて有効利用することができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、老朽ガス田という特殊な使用状況においても、従来使用していたパイプラインや液化設備、輸送設備を介さずに、老朽ガス田で発生している天然ガスを、老朽ガス田近傍に配置したガスタービン発電設備を用いて発電して電気を消費地に送ることにより、従来放置されていたガスを有効に利用することができる。新たに設置した発電設備の設置費用は、発電によって得られた電気を売ることにより回収でき、利益を得ることができる。また、これにより、パイプラインや液化設備、輸送設備の補修、管理、維持費を削減できる。
【００５２】
さらに、ガスタービンの軸から増速機を介して燃料ガスブースト圧縮機を駆動し、かつガスタービンの軸から減速機を介して発電機を駆動し、それら増速機と減速機を一体化した変速機とすることで、老朽ガス田に対応できる高信頼性で高効率、コンパクトなガスタービンとすることができる。老朽ガス田や油田では既設プラント設備が存在し、そこにガスタービンを設置することになるので、発電設備をコンパクト化できることにより、敷地の有効利用を図れる。
【００５３】
次に、図６を用いて、本発明の第２の実施形態によるガスタービン発電設備の具体的構成について説明する。  
図６は、本発明の第２の実施形態によるガスタービン発電設備の詳細系統図である。なお、図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００５４】
本実施形態の特徴は、バイパス系統１５に、昇圧圧縮機２１および、この昇圧圧縮機２１を駆動するモータ３３を設けたものである。ガス田で採掘される燃料ガス圧力が低く、前述のように起動用の燃料ガスを供給する為のバイパス系統１５を利用しても燃焼器２に燃料ガスを供給できない場合、起動用バイパス系統１５に起動時のみ使用する昇圧圧縮機２１を設置する。この圧縮機は起動時の短時間のみに使用されるので供給流量が小さく、且つ必要とされる吐出圧力も小さいので必要とされるモータ３３の動力は、ブースト圧縮機６の定格時動力に比べて小さくできる。また、小型の圧縮機であるので設置スペースもそれほど大きなものではないものである。
【００５５】
ここで、燃料を供給するのは着火回転数到達後であるので、制御装置１４Ａは、着火回転数到達後に、モータ２２を駆動して燃料ガス起動用昇圧圧縮機２１は起動すれば良いものである。或いは、ガスタービンの起動時間短縮のため、あらかじめ起動用昇圧圧縮機２１が起動するのに必要な時間を見込んで起動させても良いものである。これにより、ガスタービンが着火回転数到達した時に起動用昇圧圧縮機２１の吐出圧が必要な圧力を確立しているようにする。ガスタービンの燃焼器２に着火・昇速後、前述したように燃料ガス昇圧圧縮機６の吐出圧力が燃焼器に燃料を供給するのに十分な圧力まで上昇した後、制御装置１４Ａは、供給弁１２を閉じて、起動用バイパス系統１５からの燃料供給を止めて、ブースト圧縮機６側の通常の燃料ガス供給系統から燃料供給し、起動用昇圧圧縮機２１を停止する。これにより、起動時に十分な圧力の燃料をガスタービンに供給できるので、燃焼器の失火等の生じない信頼性の高いガスタービン起動が可能となる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、老朽ガス田のガス圧がさらに低い場合でも、起動用昇圧圧縮機を用いて、ガスタービンを起動でき、従来放置されていたガスを有効に利用することができる。
【００５７】
次に、図７を用いて、本発明の第３の実施形態によるガスタービン発電設備の具体的構成について説明する。  
図７は、本発明の第３の実施形態によるガスタービン発電設備の詳細系統図である。なお、図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００５８】
本実施形態では、タンク３６及びタンク３６と圧縮機６との間の系統に備えられた開閉弁１１を備えている。起動から着火回転数に到達するまでの間は、駆動用モータでガスタービン回転数を上げていくので、このときはガスタービンに燃料を供給する必要は無いため、燃料調節弁９を全閉として運転することになる。しかしながら、燃料ガスのブースト圧縮機６の吐出が締切状態での運転となるので圧縮機の温度が上昇するなどの機器保護上問題がある。ブースト圧縮機６をガスタービン回転軸に連結することにより本来停止しておきたいブースト圧縮機が回転してしまうことに起因しているのである。このため、ブースト圧縮機６の吐出系統を、起動から着火回転数に到達するまでは、制御装置１４Ｂは、開閉弁１１を開いて、ブースト圧縮機６が供給する燃料ガスを収容可能な量を備えた小型のタンク３６に接続して起動時の数分間の燃料ガスはタンク３６へと逃がし圧縮機を締切運転から保護する。ガスタービンが昇速して着火回転数に到達したら、制御装置１４Ｂは、タンク３６に接続された開閉弁を閉じ、燃焼器２に接続された調節弁９を開いて、燃焼器２に燃料ガスを供給して着火操作を行う。この方法により、ブースト圧縮機６は締め切り運転されることが無くなり、信頼性が向上する。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、老朽ガス田のガス圧がさらに低い場合でも、起動用昇圧圧縮機を用いて、ガスタービンを起動でき、従来放置されていたガスを有効に利用することができるとともに、締め切り運転を回避することができる。
【００６０】
次に、図８を用いて、本発明の第４の実施形態によるガスタービン発電設備の具体的構成について説明する。  
図８は、本発明の第４の実施形態によるガスタービン発電設備の詳細系統図である。なお、図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００６１】
本実施形態では、ブースト圧縮機に燃料供給する系統に設けた切り替え弁９１と、ガスタービン圧縮機１の吐出側と燃料ブースト圧縮機６の入口側を接続する系統３４に設けられた調節弁１３及び逆止弁２３とを備えている。図７にて説明したブースト圧縮機６の締切運転防止のためは、制御装置１４Ｃは、ブースト圧縮機に燃料供給する系統７に設けた切り替え弁９１を閉として、系統３４に設けた抽気弁１３を開いて、ガスタービン圧縮機１の吐出空気または抽気空気を燃料ブースト圧縮機６へと供給し、燃焼器２に空気を流すことにより圧縮機６の保護に必要な流量を確保する。ガスタービン着火回転数に達した後は、制御装置１４Ｃは、抽気弁１３を閉じて切り替え弁９１を開き、燃料調節弁９を開いて開度を調整する。供給される燃料を着火し、さらに必要な燃料ガスの流量を燃焼器２へと供給することにより昇速・負荷上昇させる。この方法により、ブースト圧縮機６は締め切り運転されることが無くなり、信頼性が向上する。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、老朽ガス田のガス圧がさらに低い場合でも、起動用昇圧圧縮機を用いて、ガスタービンを起動でき、従来放置されていたガスを有効に利用することができるとともに、締め切り運転を回避することができる。
【００６３】
以上説明した本発明の各実施形態によると、次のような効果が得られる。老朽ガス田で採掘量が低下している場合は今まで使用していたパイプラインや液化設備、輸送設備を維持し、経済的に成立するだけの利益を確保することが難しくなる。よって、従来使用していたパイプラインや液化設備、輸送設備を介さずに、老朽ガス田で発生している天然ガスをその場で発電して電気を消費地に送るほうが経済的に有利になってくる。また、新たに設置した発電設備費は電気を売ることにより回収でき、利益をあげることができる。
【００６４】
また、ガスタービン軸から増速機を介して駆動力を燃料ブースト圧縮機に伝えることにより、ブースト圧縮機をガスタービンの一部とすることができ、設備をコンパクトにできる利点がある。また、ブースト圧縮機をモータ等で駆動する場合に比べて、ガスタービンの軸力で直接駆動するので損失が少なく高効率が達成できる。さらに、軸駆動のブースト圧縮機をガスタービンの一部として備えたガスタービンを老朽ガス田の近傍に設置して、発電により電気を消費地に供給することにより、従来使用していなかった少量で圧力の低い天然ガスを有効に利用することができる。
【００６５】
ガスタービンの軸から増速機を介して直接に燃料ガスブースト圧縮機を駆動し、かつガスタービンの軸から減速機を介して直接に発電機を駆動し、それら増速機と減速機を一体化した変速機とすることで、老朽ガス田に対応できる高信頼性で高効率、コンパクトなガスタービンとすることができる。老朽ガス田や油田では既設プラント設備が存在し、そこにガスタービンを設置することになるので、前記のようにコンパクト化できるので敷地の有効利用が図れる。
【００６６】
一方で起動から着火回転数に到達するまでの間は、駆動用モータでガスタービン回転数を上げていくので、このときはガスタービンに燃料を供給する必要は無い。この為、燃料調節弁を全閉として運転することになる。しかしながら、燃料ガスのブースト圧縮機の吐出が締切状態での運転となるので圧縮機の機器保護上問題がある。この為、ブースト圧縮機の吐出系統を小型のタンクに接続して起動時の数分間の燃料ガスはタンクへと逃がし圧縮機を締切運転から保護する。ガスタービンが昇速して着火回転数に到達したらタンクと燃焼器への燃料ガス供給切替弁を操作して、燃焼器へと燃料ガスを供給して着火操作を行う。この方法により、ブースト圧縮機は締め切り運転されることが無くなり、燃料の温度上昇を防止でき信頼性が向上する。
【００６７】
また、ブースト圧縮機の締切運転防止のために、前述するようなタンクを用いずにガスタービン圧縮機の吐出空気または抽気空気を燃料ブースト圧縮機へと供給し、燃焼器に空気を流すことによりブースト圧縮機保護の為に必要な流量を確保する。ガスタービン着火回転数に達した後は、抽気弁を閉じて燃料調節弁を開き開度を調整する。供給される燃料を着火し、さらに必要な燃料ガスの流量を燃焼器へと供給することにより昇速・負荷上昇させる。この方法により、ブースト圧縮機は締め切り運転されることが無くなり、信頼性が向上する。
【００６８】
さらに、ガスタービンの回転数が低い起動過程においては、ブースト圧縮機の回転数も低いために、ブースト圧縮機による昇圧効果よりもブースト圧縮機自体が抵抗体となり圧力損失を発生する影響が大きく、ブースト圧縮機吐出圧力のほうが、燃料ガス採掘時の圧力よりも低くなる可能性がある。この場合、十分昇圧されずに必要な燃料を燃焼器に供給できない可能性がある。このような場合にはブースト圧縮機をバイパスして燃焼器へ燃料ガスを供給する系統を設ける。これにより、起動時の着火回転数からブースト圧縮機の吐出圧力が上昇するまでの低速運転時の燃料を供給でき、信頼性の高い運転が可能となる。
【００６９】
しかし、ガス田で採掘される燃料ガス圧力が低く、前述するような起動用の燃料ガスを供給する為のバイパス系統を利用しても燃焼器に燃料ガスを供給できない場合、起動用バイパス系統に起動時のみ使用する昇圧圧縮機を設置する。これにより、圧力の低い起動時でも十分な燃料を供給することができる。
【００７０】
また、ガスタービンの昇速中や低負荷運転時には燃焼器へと供給する燃料流量が少ない。この為、ブースト圧縮機の圧力・流量特性によっては、サージ域での運転となる可能性がある。この場合のブースト圧縮機がサージ域で運転される事を防止する為にアンチサージ系統を設ける。アンチサージ系統を利用して流量を確保することでガスタービンの起動から定格負荷まで全域において安定した運転をすることができる。
【００７１】
以上示してきたように発電機とブースト圧縮機の変速機を一体化した設備を使用し、圧力の低い老朽ガス田の天然ガスを使用するために生じる起動過程の問題を解決することで、これまで有効利用されなかった老朽化したガス田より採掘される低圧の燃料ガスを利用してガスタービンで発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来の天然ガスの利用方法の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるガスタービン発電設備を用いた天然ガスの有効利用法の概念図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるガスタービン発電設備の系統図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるガスタービン発電設備の詳細系統図である。
【図５】本発明の第１の実施形態によるガスタービン発電設備に用いるブースト圧縮機の吐出圧の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態によるガスタービン発電設備の詳細系統図である。
【図７】本発明の第３の実施形態によるガスタービン発電設備の詳細系統図である。
【図８】本発明の第４の実施形態によるガスタービン発電設備の詳細系統図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…圧縮機
２…燃焼器
３…タービン
４…変速機
４ａ…発電機用減速機
４ｂ…燃料ガスブースト圧縮機用増速機
５…発電機
６…燃料ガスブースト圧縮機
７…燃料ガス供給系統
８，２３…逆止弁
９…燃料流量調節弁
１１…起動用バイパス弁
１２…起動用燃料供給弁
１３…空気供給弁
１４…制御装置
１５…起動用燃料供給系統
１６…燃料供給系統
１７，１８…圧力計
１９…燃料昇圧圧縮機回転数計
２０…タービン回転数計
２１…起動用燃料昇圧圧縮機
２２…アンチサージ系統
２４…アンチサージ弁
３１…タービン回転数計
３２…圧縮機回転数計
３３…モータ
３４…系統
３６…タンク
【図１】
2005133630.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005133630.tif 000007
【図６】
2005133630.tif 000008
【図７】
2005133630.tif 000009
【図８】
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