(57)【要約】      （修正有）【課題】交流送電網の復旧が簡単に且つ確実に達成され得るコンバインドサイクル発電プラントを稼働させる方法を提供すること。【解決手段】第１ステップでは、自力起動時に交流送電網を復旧させるため、内部の電力消費電気負荷が、単独運転中にガスタービン１１によって給電され、蒸気タービン２３用の最小の蒸気温度が達成されるように、ガスタービン１１の運転点が選択され、第２ステップでは、蒸気タービン２３が立ち上げられ、第３ステップでは、区画ごとの電力消費電気負荷が接続され、第４ステップでは、要求された電気負荷の全体又は一部が、蒸気タービン２３によって増大され、第５ステップでは、蒸気タービン２３の電気負荷が次第に減少され、コンバインドサイクル発電プラント１０のベース負荷に達するまで、第３ステップから第４ステップまでが繰り返されることによって、交流送電網の、自力起動時の確実で且つ柔軟な復旧が達成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１１）と蒸気タービン（２３）とを有するコンバインドサイクル発電プラント（１０）を稼働させる方法であって、このガスタービン（１１）とこの蒸気タービン（２３）とがそれぞれ、連結されている発電機（１８，２４）を通じて特定の周波数の交流電圧を生成し、交流送電網（２８）に対して出力し、蒸気を発生させるための前記ガスタービン（１１）の排気ガス（２１）が、前記蒸気タービン（２３）用に使用される、当該方法において、
第１ステップでは、自力起動時に前記交流送電網を復旧させるため、内部の電力消費電気負荷が、単独運転中に前記ガスタービン（１１）によって給電され、前記蒸気タービン（２３）用の最小の蒸気温度が達成されるように、前記ガスタービン（１１）の運転点が選択され、
第２ステップでは、前記蒸気タービン（２３）が、前記単独運転中に同期され、或る運転点に立ち上げられ、電気負荷の最大上昇が、この運転点で達成され得、前記蒸気タービン（２３）のその結果生じる電気負荷の変化が、前記ガスタービン（１１）によって補償され、前記交流送電網側の電力消費が、零メガワットに一致し、
第３ステップでは、区画ごとの電力消費電気負荷が接続され、
第４ステップでは、要求された電気負荷の全体又は一部が、前記蒸気タービン（２３）によって持続して又は一時的に増大され、
第５ステップでは、前記蒸気タービン（２３）の電気負荷が、この蒸気タービンの、電気負荷の増大に備えるための出力容量を増やすために次第に減少され、
前記コンバインドサイクル発電プラント（１０）のベース負荷に達するまで、前記第３ステップから前記第４ステップまでが繰り返されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１ステップでは、前記最小の蒸気温度が、前記蒸気タービン（２３）の回転子の温度に基づいて決定又は制御され、前記ガスタービン（１１）の最適な運転点によって準備されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２ステップでは、全ての出力電力が、前記コンバインドサイクル発電プラント（１０）の消費電力のために使用されること、及び、前記ガスタービン（１１）の最適な運転点に応じて、前記蒸気タービン（２３）だけが、又は、前記蒸気タービン（２３）と前記ガスタービン（１１）とが一緒に、又は、前記ガスタービン（１１）だけが、前記内部の電力消費電気負荷のための電力を供給することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２ステップでは、前記内部の電力消費電気負荷によって使用され得ない前記単独運転中の余分な電力が、前記ガスタービンの圧縮機（１５）の運転のために使用され得ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１ステップ及び前記第２ステップでは、前記コンバインドサイクル発電プラント（１０）の前記単独運転中に、接続されている交流送電網（２８）に対して、発電機（１８，２４）によって生成された電気が、零に一致することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第４ステップでは、前記要求された電気負荷が、ガスタービン（１１）と蒸気タービン（２３）と蒸気タービン（２９）との調整され且つ同時の応答によって供給されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第４ステップでは、前記要求された電気負荷の全体が、前記蒸気タービン（２３）によって提供され、又は、要求された電気負荷と前記ガスタービン（１１）の全部の応答との間のギャップが、前記蒸気タービンによって埋められることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
工程の制約又は排気の制約によって制限された前記ガスタービンの運転の電気負荷範囲が、前記蒸気タービン（２３）を通じた要求された電気負荷の持続した供給によって回避されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記蒸気タービン（２３）の、電気負荷の増大及び電気負荷の減少の可能性が与えられているように、この蒸気タービン（２３）が運転されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記蒸気タービンの最小の電気負荷が保持される結果、一軸型の構造では、連結部分の外れが阻止され、又は、多軸型の構造では、発電機遮断器の開きが阻止されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電プラント技術の分野に関する。本発明は、請求項１の上位概念に記載のコンバインドサイクル発電プラントを稼働させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電系統（交流送電網）が完全に破壊された場合、選択された発電装置には、当該交流送電網を復旧するための出力容量がある。交流送電網の非常に制限された規模に起因して、発電と電力消費との間のバランスを保つことは確かに非常に困難である。その結果、交流送電網を稼働させるための通常状態に比べて著しい周波数変動が発生する。
【０００３】
このような自力起動を実施するために設けられていて且つ設置されている当該発電プラントの種類に関係なく、一般に３０〜５０ＭＷの範囲内にある需要区画を即在に充足させることを可能にする出力容量が必要になる。当該発電プラントは、このような需要区画の充足中に周波数及び電圧レベルを許容される範囲内で調整することができるようにしなければならない。
【０００４】
特に大規模な発電プラントが、交流送電網を復旧させるために適している。適切な発電プラントの一例は、図１中に概略的に且つ非常に簡単に示されているようなコンバインドサイクル発電プラントである。図１のコンバインドサイクル発電プラント１０は、ガスタービン１１及び水−蒸気循環系路１２を有する。このガスタービン１１とこの水−蒸気循環系路１２とは、廃熱回収ボイラ１３を介して互いに連結されている。ガスタービン１１が、圧縮機１５によって空気１９を吸引し、この空気１９を圧縮し、当該空気を燃料室１６に放出する。燃料２０が、この燃焼室１６に供給される。この燃料２０が、当該圧縮された空気を使用して燃焼され、高温ガスを生成する。この高温ガスが、運転中の後続するタービン１７内で膨張される。この場合、タービン１７が、一方では圧縮機１５及び他方では交流電流又は交流電圧を生成する発電機１８を駆動させる。タービン１７から流出する排気ガス２１が、廃熱回収ボイラ１３を通じて送られ、排気ガス煙突２２を経由して周囲に排出される。
【０００５】
水−蒸気循環系路１２の蒸発器２７が、廃熱回収ボイラ１３内に配置されている。給水ポンプ２６によって供給された水が、蒸発器２７内で蒸発される。当該生成された蒸気が、運転中の蒸気タービン２３内で膨張され、電流又は電圧を生成するための別の発電機２４を駆動させる。蒸気タービン２３から流出する蒸気が、復水器２５内で凝縮され、当該循環後に給水ポンプ２６に供給される。
【０００６】
発電機１８及び２４によって生成された電流（交流電流）が、コンバインドサイクル発電プラント１０に接続されている交流送電網２８に供給される。この場合、周波数及び出力電力の大きさに関する交流送電網２８の供給が可能な限り満たされることを、制御装置１４が管理する。
【０００７】
一般に、交流送電網で稼働するコンバインドサイクル発電プラントを一次制御するための方法が、米国特許出願公開第２００９／０３２０４９３号明細書から公知である。当該方法の場合、交流送電網内の周波数の低下時に当該交流送電網の周波数を維持するため、蒸気タービンの予備電力が、この蒸気タービンに作用するバルブを適切に操作することによって絶え間なく準備される。この場合、自力起動の場合が考慮されない。
【０００８】
コンバインドサイクル発電プラントのガスタービンモジュールの場合、ガスタービンの過渡運転が、当該流出温度を著しく変化させうる。一般に、このことは、バイパス煙突の装置を必要とする。このことは、コンバインドサイクル発電プラントのガスタービンモジュールが自力起動に適しているか否かを判断するにあたっての重要な点でありうる。
【０００９】
最近の高出力ガスタービンは、交流送電網を復旧するために特に適している。しかしながら、当該電気機器の稼働時の適応性が、低出力の範囲内では一般に工程の限界によって制限されている。それ故に、通常は、個々の発電装置が、上述した要件を全ての作動範囲に対して満たし得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３２０４９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、交流送電網の復旧が簡単に且つ確実に達成され得るコンバインドサイクル発電プラントを稼働させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、請求項１に記載の特徴の全体によって解決される。
【００１３】
本発明は、ガスタービンと蒸気タービンとを有するコンバインドサイクル発電プラントを稼働させる方法に関する。このガスタービンとこの蒸気タービンとがそれぞれ、連結されている発電機を通じて特定の周波数の交流電圧を生成し、交流送電網に対して出力する。この場合、蒸気を発生させるための前記ガスタービンの排気ガスが、前記蒸気タービン用に使用される。
【００１４】
当該方法は、第１ステップでは、自力起動時に前記交流送電網を復旧させるため、内部の電力消費電気負荷が、単独運転中に前記ガスタービンによって給電され、前記蒸気タービン用の最小の蒸気温度が達成されるように、前記ガスタービンの運転点が選択され、
第２ステップでは、前記蒸気タービンが、前記単独運転中に同期され、或る運転点に立ち上げられ、電気負荷の最大上昇が、この運転点で達成され得、前記蒸気タービンのその結果生じる電気負荷の変化が、前記ガスタービンによって補償され、
第３ステップでは、区画ごとの電力消費電気負荷が接続され、
第４ステップでは、要求された電気負荷の全体又は一部が、前記蒸気タービンによって持続して又は一時的に増大され、
第５ステップでは、前記蒸気タービンの電気負荷が、この蒸気タービンの、電気負荷の増大に備えるための出力容量を増やすために次第に減少され、
前記コンバインドサイクル発電プラントのベース負荷に達するまで、前記第３ステップから前記第４ステップまでが繰り返されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の方法の実施の形態は、第１ステップでは、最小の蒸気温度が、前記蒸気タービンの回転子の温度に基づいて決定又は制御され、前記ガスタービンの排気ガスの対応する排気温度を与える前記ガスタービンの最適な運転点によって準備されることを特徴とする。停止時は、蒸気タービンの回転子が、蒸気タービンのハウジングより遅く冷却する。蒸気タービンが、停止してこれに応じて冷却した後に再び立ち上げられるときに、再起動時の蒸気温度が十分に高いことが必要である。その結果、熱に起因した破損が発生しない。適切に適合された蒸気温度、特に適切な最小温度が、当該ハウジングの過度の冷却を回避できる。このとき、ブレードが固定子に接触して、翼端が破損することを阻止できる。このため、ガスタービンが、或る運転点で運転されることによって、当該破損を阻止するための最小蒸気温度が提供され得る。その結果、このような最小蒸気温度を与えるため、ガスタービンからの流出時の排気ガス、したがって排熱回収ボイラ内への流入時の排気ガスが、十分に高い。このような蒸気温度を得るため、１つの運転点が、ガスタービンにとって最適な多数の運転点から選択され得る。ガスタービンの種類に応じて、１つの運転点が、特に燃料の量、空気供給温度又はガイドホイールの調整のようなパラメータによって確定され得る。
【００１６】
別の実施の形態は、第２ステップでは、全ての出力電力が、コンバインドサイクル発電プラントの消費電力のために使用されること、及び、前記ガスタービンの最適な運転点に応じて、前記蒸気タービンだけが、又は、前記蒸気タービンと前記ガスタービンとが一緒に、又は、前記ガスタービンだけが、前記内部の電力消費電気負荷のための電力を供給することを特徴とする。
【００１７】
別の実施の形態は、前記内部の電力消費電気負荷によって使用され得ない前記単独運転中の余分な電力が、前記ガスタービンの圧縮機（１５）の運転のために使用され得ることを特徴とする。
【００１８】
別の実施の形態は、前記コンバインドサイクル発電プラント（１０）の前記単独運転では、接続されている交流送電網に対して、発電機（１８，２４）によって生成された電気が、零に一致することを特徴とする。
【００１９】
別の実施の形態は、第４ステップでは、前記要求された電気負荷が、前記蒸気タービンによって完全に提供され、又は、要求された電気負荷と前記ガスタービンの全部の応答との間のギャップが、前記蒸気タービンによって埋められることを特徴とする。ガスタービンが、電気負荷の増大時に運転点に応じて蒸気タービンと同じでない早さで応答する。急峻な電気負荷の増大を実現するため、蒸気タービンが、あらゆる場合に十分に早く応答する。したがって、蒸気タービンだけの運転が、電気負荷の全ての増大を実現してもよい。
【００２０】
ガスタービンが、同様に早く応答してもよい。この場合、ガスタービンの早さが、特定の電気負荷範囲内で、主に低い電気負荷範囲内で運転の安定性に起因して制限されている。しかし、当該ガスタービンは、例えば排気の限界を守るように運転される必要がある。このことは、下の電気負荷範囲内でガスタービンの動作範囲を制限する。電気負荷のより強く且つより早い増大が要求されていて、ガスタービンだけが運転される場合、ギャップが、電気負荷の要求された増大と電気負荷の、ガスタービンによって実現された増大との間に生じうる。この場合、このギャップは、蒸気タービンの追加の運転によって埋められ得る。
【００２１】
本発明のさらに別の実施の形態は、工程の制約又は排気の制約によって制限されたガスタービンの運転の電気負荷範囲が、前記蒸気タービンを通じた要求された電気負荷の持続した供給によって回避されることを特徴とする。
【００２２】
別の実施の形態によれば、前記蒸気タービンの、電気負荷の増大及び電気負荷の減少の可能性が与えられているように、この蒸気タービンが運転される。
【００２３】
もう１つの実施の形態は、前記蒸気タービンの最小の電気負荷が保持される結果、一軸型の構造では、連結部分の外れが阻止され、又は、多軸型の構造では、発電機遮断器の開きが阻止されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の方法を実施するために適しているコンバインドサイクル発電プラントの基本構造を示す。
【図２】本発明の方法の実施の形態による、自力起動時のコンバインドサイクル発電プラントの蒸気タービンの同期時の種々の時間曲線を示す。
【図３】本発明の方法の実施の形態による、コンバインドサイクル発電プラントへの電気負荷区画の接続時の種々の時間曲線を示す。
【図４】本発明の方法の実施の形態による、電気負荷区画の接続後のコンバインドサイクル発電プラントの安定化時の種々の時間曲線を示す。
【図５】電気負荷区画のさらなる接続及びこれに付随する複数の時間曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明を図面に関連する実施の形態に基づいて詳しく説明する。
【００２６】
本発明の方法は、当該発電プラントの（発電プラント内の消費電力からベース負荷までの）全作動範囲にわたるガスタービン及び蒸気タービンの調整された制御に基づく。この場合、当該方法は、一軸型の発電プラントと多軸型の発電プラントとの双方に対して適していて且つ以下の利点を特徴とする：
Ｉ．より大きい需要区画が接続され得る。この場合、蒸気タービンの寄与率が、
ａ）工学技術上の制約、及び
ｂ）排気ガスに起因した制約
によって起こりうるガスタービン運転のターンダウン比の限界を補償する。
ＩＩ．蒸気タービンの優れた動特性に起因して、制御安定性が向上する。
ＩＩＩ．コンバインドサイクル発電プラントのベース負荷まで及ぶ交流送電網の復旧出力容量が得られる。
ＩＶ．排気ガス温度の過度の変動が回避され得るので、バイパス煙突が不要である。
【００２７】
以下に、本発明の範囲内のコンバインドサイクル発電プラントの稼働の種類を図２〜５に基づいて詳しく説明する。この場合、図２は、蒸気タービンの同期に関連する。この場合、この図中には、−その他の図と同様に−左側の目盛では、（メガワット単位の）出力が、（秒単位の）時間軸上にプロットされていて、右側の目盛では、（Ｈｚ単位の）周波数が、時間軸上にプロットされている。曲線（ａ）は、（全ての図２〜５において）コンバインドサイクル発電プラントの熱出力の経時変化を示す（ＣＣ  ＰＷＲ  ＴＨＥＲＭ）。曲線（ｂ）は、対応する電力消費を示す（ＬＯＡＤ  ＣＯＮＳＵＭＰＴＩＯＮ）。曲線（ｃ）は、ガスタービンの対応する熱出力を示す（ＧＴ  ＰＷＲ  ＴＨＥＲＭ）。曲線（ｄ）は、蒸気ターンの対応する熱出力を示す（ＳＴ  ＰＷＲ  ＴＨＥＲＭ）。曲線（ｅ）は、ガスタービンの対応する周波数を示す（ＦＲＥＱ  ＧＴ）。そして、曲線（ｆ）は、蒸気タービンの対応する周波数を示す（ＦＲＥＱ  ＳＴ）。
【００２８】
図２による運転の開始点は、ガスタービンの単独運転にある。その内部の電気負荷だけが、このガスタービンによって給電される（曲線（ｂ）による発電プラント内の一定の消費電力）。発生した蒸気が、蒸気タービンバイパスステーション（２９）を通じて復水器内に直接流出される。蒸気タービンを運転させるための最小の蒸気温度が得られるように、ガスタービンの運転点が選択されている。必要な蒸気温度が、主に蒸気タービンの回転子の温度によって決定される。
【００２９】
蒸気タービンが、同期され（図２中の「蒸気タービンの同期」）、曲線（ｄ）による当該出力が、電気負荷の第１区画に接続するための理想的な運転点まで立ち上げられる（一般に、当該運転点は、蒸気タービンが負荷上昇する最大出力容量を呈する地点である）。当該発電プラントの全体の有効出力電力（曲線（ｂ））が、この発電プラントの消費電力の大きさに維持され続ける（交流送電網に対する総電力供給は、零である−零出力稼働）。このとき、蒸気タービンが、電力を内部の電気負荷に供給し、必要ならば電力をガスタービンの圧縮機に供給する一方で、このガスタービンの出力が低下される（曲線（ｃ）の「負のガスタービン電力出力」）。すなわち、一定の曲線（ｂ）が、内部の電力消費を示す。全体の熱出力（ａ）が、ガスタービンの熱出力（ｃ）と蒸気タービンの熱出力（ｄ）との合計である。
【００３０】
図３は、電気負荷区画の接続に関する。電気負荷の区画の接続（曲線（ｂ）のステップ状の上昇（「電気負荷ステップ」））後に、ガスタービンと蒸気タービンとが同時に、これらのタービンに関連した周波数変化に応答する（当該応答は、最初の周波数の低下である（「周波数低下」）；曲線（ｆ））。当該両タービンの連携が、以下の特徴にしたがう：
Ｉ．共通の手続きは、米国特許出願公開第２００９／０３２０４９３号明細書中に記された手続きと一致している。電気負荷の目標値とモデル計算によって近似されて評価されたガスタービンの応答との間の偏差が、蒸気タービンの寄与率によって補償される。発電プラントの運転点に応じて、蒸気タービンが、電気負荷の需要の−全体又はその一部−を時間的に限定して又は持続して増大させる。当該時間的に限定された寄与率は、電気負荷区画の接続とガスタービンの全部の応答との間のギャップを埋める。当該持続する寄与率は、制限されたガスタービン運転にしたがうターンダウン比（工程又は排気に起因した制約）を回避するために役立つ。
ＩＩ．第一に、蒸気タービンの寄与率が、その発電装置の動的応答を改善させる。このことは、（一般に、小さい電気負荷を伴う運転時の）ガスタービンの制限された応答動特性にしたがうターンダウン比にとって特に重要である。それ故に、蒸気タービンの出力容量が、電気負荷の増大と電気負荷の減少とに対して使用可能であるように、ガスタービンが運転されなければならない。
ＩＩＩ．（一軸型の構造では）連結部分の外れ又は（多軸型の構造では）発電機遮断器の開きを阻止するため、蒸気タービンの最小の電気負荷が、常に保持されなければならない。
【００３１】
図４は、当該電気負荷区画の接続後の安定化に関する。周波数の安定化後に、発電プラントが、（図５による）その次の区画の電力消費電気負荷に接続するために準備される。制限された運転の範囲以外は、ガスタービンが、必要な電力を保持する。蒸気タービンの電気負荷が、次第に減少され（曲線（ｄ））る。これによって、この蒸気タービンの、電気負荷の増大に備えるための出力容量が増やされる。以下の制限が、蒸気タービンの電気負荷を減らすために実施される：
Ｉ．システムの安定性（ガスタービンの制限された応答性を伴う運転範囲）を保持するため、電気負荷の低減による最小の出力容量が維持される必要がある。
ＩＩ．（一軸型の構造では）連結部分の外れ又は多軸型の構造では）発電機遮断器の開きを阻止するため、蒸気タービンの最小の電気負荷（曲線（ｄ）の「蒸気タービンの最小の電気負荷」）が保持される必要がある。
ＩＩＩ．ガスタービンの持続運転にとって危険である電気負荷の範囲を回避するため、蒸気タービンが、或る延長された期間に需要区画の電力消費電気負荷の一部に送電しなければならないことが可能であってもよい。制御されたバイパス運転が、この場合に必要である。
ＩＶ．電気負荷を一時的に増大させるための所定の出力容量に達すると（図４の曲線（ｄ）の「蒸気タービンの、電気負荷を増大させる最大出力容量」）、蒸気タービンが起動される。
【００３２】
図５による別の電気負荷区画の接続時に、蒸気タービンが、即座に応答する（曲線（ｄ））。ガスタービンが、若干遅れて追従する（曲線（ｃ））。この場合、この蒸気タービンは、ガスタービンの増大する出力と共に再び元の出力に戻される。
【００３３】
コンバインドサイクル発電プラントのベース負荷に達するまで、電気負荷区画の接続とこれに続く図３〜５による安定化が連続して繰り返される。
【符号の説明】
【００３４】
１０        コンバインドサイクル発電プラント
１１        ガスタービン
１２        水−蒸気循環系路
１３        廃熱回収ボイラ
１４        制御装置
１５        圧縮機
１６        燃焼室
１７        タービン
１８，２４  発電機
１９        空気
２０        燃料
２１        排気ガス
２２        排気ガス煙突
２３        蒸気タービン
２５        復水器
２６        給水ポンプ
２７        蒸発器
２８        交流送電網
２９        蒸気タービンバイパスステーション
【図１】
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【図２】
2013057314.tif 000004
【図３】
2013057314.tif 000005
【図４】
2013057314.tif 000006
【図５】
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