(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化器によって液体燃料から生成された気体燃料を送出する場合に、気体燃料の送出圧力と液体燃料の流量と消費手段において消費される気体燃料のガス流量とに基づいて気化器の入口に設けられた流量制御弁を制御することにより消費手段が必要とする量の気体燃料を供給する燃料供給制御装置であって、
前記流量と前記ガス流量との差を算出する減算器と、
該減算器の出力と前記送出圧力に基づいて第１の制御信号を生成する第１の制御信号生成装置と、
前記第１の制御信号と前記液体燃料の流量とに基づいて前記流量制御弁を制御する第２の制御信号を生成する第２の制御信号生成装置と、
を具備することを特徴とする燃料供給制御装置。
【請求項２】
複数の気化器によって液体燃料から生成された気体燃料を送出する場合に、気体燃料の送出圧力と液体燃料の流量と複数の燃料消費ユニットからなる消費手段において消費される気体燃料のガス流量とに基づいて各気化器の入口にそれぞれ設けられた流量制御弁を制御することにより消費手段が必要とする量の気体燃料を供給する燃料供給制御装置であって、
前記各燃料消費ユニットのガス流量を合計するガス流量合計装置と、
前記液体燃料の各流量を合計する液体流量合計装置と、
前記ガス流量合計装置の出力と前記液体流量合計装置の出力との差を算出する減算器と、
該減算器の出力と前記送出圧力に基づいて第１の制御信号を生成する第１の制御信号生成装置と、
前記第１の制御信号と前記液体流量合計装置の出力とに基づいて第２の制御信号を生成する第２の制御信号生成装置と、
前記第２の制御信号が示す制御量を運転中の気化器の台数によって均等分割して得られる第３の制御信号を出力する分配器と、
前記第３の弁制御信号に基づいて流量制御弁をそれぞれ制御する弁制御信号を生成する複数の弁制御信号生成装置と、
を具備することを特徴とする燃料供給制御装置。
【請求項３】
液化天然ガスを気化させて得られる天然ガスの送出に適用されることを特徴とする請求項１または２記載の燃料供給制御装置。
【請求項４】
気化器によって液体燃料から生成された気体燃料を送出する場合に、気体燃料の送出圧力と液体燃料の流量と消費手段において消費される気体燃料のガス流量とに基づいて気化器の入口に設けられた流量制御弁を制御することにより消費手段が必要とする量の気体燃料を供給する燃料供給制御方法であって、
前記流量と前記ガス流量との流量差を算出する工程と、
該流量差と前記送出圧力に基づいて第１の制御信号を生成する工程と、
該第１の制御信号と前記液体燃料の流量とに基づいて前記流量制御弁を制御する第２の制御信号を生成する工程と、
を有することを特徴とする燃料供給制御方法。
【請求項５】
複数の気化器によって液体燃料から生成された気体燃料を送出する場合に、気体燃料の送出圧力と液体燃料の流量と複数の燃料消費ユニットからなる消費手段において消費される気体燃料のガス流量とに基づいて各気化器の入口にそれぞれ設けられた流量制御弁を制御することにより消費手段が必要とする量の気体燃料を供給する燃料供給制御装置であって、
前記各燃料消費ユニットのガス流量を合計し合計ガス流量を算出する工程と、
前記液体燃料の各流量を合計し合計流量を算出する工程と、
前記合計ガス流量と前記合計流量との流量差を算出する工程と、
該流量差と前記送出圧力に基づいて第１の制御信号を生成する工程と、
前記第１の制御信号と前記合計流量とに基づいて第２の制御信号を生成する工程と、
前記第２の制御信号が示す制御量を運転中の気化器の台数によって均等分割した第３の制御信号を生成する工程と、
前記第３の弁制御信号に基づいて流量制御弁をそれぞれ制御する弁制御信号を生成する工程と、
を有することを特徴とする燃料供給制御方法。
【請求項６】
液化天然ガスを気化させて得られる天然ガスの送出に適用されることを特徴とする請求項４または５記載の燃料供給制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所への天然ガスの供給に用いて好適な燃料供給制御装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所（消費手段）として、ＬＮＧ（液化天然ガス）基地から供給された天然ガスを燃料としてコンバインド発電を行うものが増えている。この種の火力発電所は、比較的小容量のコンバインド発電ユニット（燃料消費ユニット）を複数台稼働させて電力を供給しており、従来の大型ボイラやタービンによる発電と比較して高効率で電力需要の変化に対する追従性の良い点が特徴である。
【０００３】
一方、ＬＮＧ基地は、ＬＮＧタンクに低温貯蔵されたＬＮＧ（液体燃料）を複数の気化器を用いて気化させて天然ガス（気体燃料）を生成し、該天然ガスを火力発電所の需要量に応じて送出している。例えば、ＬＮＧ基地では、天然ガスを火力発電所に送出するにあたり、火力発電所から入力される天然ガスの消費量情報と送出配管の圧力とに基づいて天然ガスの送出量を制御している。ここで、ＬＮＧ基地と火力発電所はその距離が数ｋｍ程度離れているのが一般的であり、火力発電所における天然ガス消費量の変化に対して送出配管の圧力変化には時間的な遅れが生じる。このため、ＬＮＧ基地は、送出配管の圧力に火力発電所における天然ガスの消費量を加味して天然ガスの送出量を制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＬＮＧ基地では、上述した従来の天然ガスの送出方法によって真に火力発電所が必要とする量の天然ガスを送出することができなかった。この原因としては、以下のような点が揚げられる。
（１）コンバインド発電を行っている火力発電所では、複数のコンバインド発電ユニットを稼働させて発電を行っており、この場合、各コンバインド発電ユニット毎に天然ガスの消費量を計測するガス流量計が設けられる。すなわち、火力発電所がＬＮＧ基地に出力する上記消費量情報は、複数のガス流量計が計測した流量の合計流量となる。したがって、これら個々のガス流量計の計測誤差が積算される。
（２）ＬＮＧの組成は、その原産地によって大きく異なる。すなわち、ＬＮＧの組成変化によって送出される天然ガスの組成が変わった場合、現状のガス流量計では、計測誤差が増大される。
（３）ガス流量計は各コンバインド発電ユニットに単独で設けられているため、故障等によって異常な計測値を出力した場合、この異常な計測値がＬＮＧ基地における送出制御の直接的な外乱となる。
（４）天然ガスをサンプリング等のために多量に採取した場合、このサンプリングによる採取量がＬＮＧ基地における送出制御の直接的な外乱となる。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、火力発電所における真の天然ガス消費量に対してより正確な量の天然ガスを送出することが可能であるとともに、消費量の急速な変動に対して追従性の良い燃料供給制御装置及び方法の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、第１の手段として、気化器によって液体燃料から生成された気体燃料を送出する場合に、気体燃料の送出圧力と液体燃料の流量と消費手段において消費される気体燃料のガス流量とに基づいて気化器の入口に設けられた流量制御弁を制御することにより消費手段が必要とする量の気体燃料を供給する燃料供給制御装置において、前記流量と前記ガス流量との差を算出する減算器と、該減算器の出力と前記送出圧力に基づいて第１の制御信号を生成する第１の制御信号生成装置と、前記第１の制御信号と前記液体燃料の流量とに基づいて前記流量制御弁を制御する第２の制御信号を生成する第２の制御信号生成装置とを具備する手段が採用される。
【０００７】
第２の手段として、複数の気化器によって液体燃料から生成された気体燃料を送出する場合に、気体燃料の送出圧力と液体燃料の流量と複数の燃料消費ユニットからなる消費手段において消費される気体燃料のガス流量とに基づいて各気化器の入口にそれぞれ設けられた流量制御弁を制御することにより消費手段が必要とする量の気体燃料を供給する燃料供給制御装置において、前記各燃料消費ユニットのガス流量を合計するガス流量合計装置と、前記液体燃料の各流量を合計する液体流量合計装置と、前記ガス流量合計装置の出力と前記液体流量合計装置の出力との差を算出する減算器と、該減算器の出力と前記送出圧力に基づいて第１の制御信号を生成する第１の制御信号生成装置と、前記第１の制御信号と前記液体流量合計装置の出力とに基づいて第２の制御信号を生成する第２の制御信号生成装置と、前記第２の制御信号が示す制御量を運転中の気化器の台数によって均等分割して得られる第３の制御信号を出力する分配器と、前記第３の弁制御信号に基づいて流量制御弁をそれぞれ制御する弁制御信号を生成する複数の弁制御信号生成装置とを具備する手段が採用される。
【０００８】
第３の手段として、気化器によって液体燃料から生成された気体燃料を送出する場合に、気体燃料の送出圧力と液体燃料の流量と消費手段において消費される気体燃料のガス流量とに基づいて気化器の入口に設けられた流量制御弁を制御することにより消費手段が必要とする量の気体燃料を供給する燃料供給制御方法において、前記流量と前記ガス流量との流量差を算出する工程と、該流量差と前記送出圧力に基づいて第１の制御信号を生成する工程と、該第１の制御信号と前記液体燃料の流量とに基づいて前記流量制御弁を制御する第２の制御信号を生成する工程とを有する手段が採用される。
【０００９】
第４の手段として、複数の気化器によって液体燃料から生成された気体燃料を送出する場合に、気体燃料の送出圧力と液体燃料の流量と複数の燃料消費ユニットからなる消費手段において消費される気体燃料のガス流量とに基づいて各気化器の入口にそれぞれ設けられた流量制御弁を制御することにより消費手段が必要とする量の気体燃料を供給する燃料供給制御方法において、前記各燃料消費ユニットのガス流量を合計し合計ガス流量を算出する工程と、前記液体燃料の各流量を合計し合計流量を算出する工程と、前記合計ガス流量と前記合計流量との流量差を算出する工程と、該流量差と前記送出圧力に基づいて第１の制御信号を生成する工程と、前記第１の制御信号と前記合計流量とに基づいて第２の制御信号を生成する工程と、前記第２の制御信号が示す制御量を運転中の気化器の台数によって均等分割した第３の制御信号を生成する工程と、前記第３の弁制御信号に基づいて流量制御弁をそれぞれ制御する弁制御信号を生成する工程とを有する手段が採用される。
【００１０】
第５の手段として、上記４つの手段が液化天然ガスを気化させて得られる天然ガスの送出に適用されるという手段が採用される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を参照して、本発明に係わる燃料供給制御装置及びその供給方法の一実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態における天然ガス（気体燃料）の供給システムを示すブロック図である。この図において、符号ＡはＬＮＧ基地、Ｂは火力発電所（消費手段）である。ＬＮＧ基地Ａは、ＬＮＧタンク１、ＬＮＧポンプ２、流量制御弁３ａ〜３ｅ、流量計４ａ〜４ｅ、気化器５ａ〜５ｅ、圧力計６、及び燃料供給制御装置７から構成される。
【００１３】
ＬＮＧタンク１はＬＮＧ（液体燃料）を低温状態で貯蔵し、ＬＮＧポンプ２はＬＮＧタンク１からＬＮＧを汲み出して各気化器５ａ〜５ｅに送り込む。なお、ＬＮＧタンク１及びＬＮＧポンプ２は、一般的にはＬＮＧ基地Ａの規模に応じて複数台が設けられる。各気化器５ａ〜５ｅの入口には、各々の気化器５ａ〜５ｅに流入するＬＮＧの流量を制限する流量制御弁３ａ〜３ｅと、該流量を検出する流量計４ａ〜４ｅがそれぞれ１台づつ設けられている。
【００１４】
流量計４ａ〜４ｅは、各気化器５ａ〜５ｅに流入するＬＮＧの流量を流量信号Ｘa〜Ｘeとして各々独立に燃料供給制御装置７に出力する。各気化器５ａ〜５ｅは、海水を用いてＬＮＧを気化させて天然ガスを出力する。圧力計６は、天然ガスを火力発電所Ｂに送出する送出配管の圧力を計測し、該圧力を圧力信号Ｙとして燃料供給制御装置７に出力する。なお、送出配管は上記各気化器５ａ〜５ｅが出力する天然ガスを集合させて火力発電所Ｂに送出する配管である。
【００１５】
火力発電所Ｂはコンバインド発電所であり、例えば５台のコンバインド発電ユニット（燃料消費ユニット）Ｕ1〜Ｕ5を備えている。該コンバインド発電ユニットＵ1〜Ｕ5は電力需要に応じて何台かが稼働されるとともに、その入口には上記送出配管を介してＬＮＧ基地Ａから供給された天然ガスのガス流量を計測するガス流量計Ｇ1〜Ｇ5がそれぞれ設けられている。各ガス流量計Ｇ1〜Ｇ5は、各コンバインド発電ユニットＵ1〜Ｕ5に流入する天然ガスの流量をガス流量信号Ｚ1〜Ｚ5として上記燃料供給制御装置７に出力する。燃料供給制御装置７は、上記流量信号Ｘa〜Ｘe、圧力信号Ｙ、及びガス流量信号Ｚ1〜Ｚ5に基づいて各流量制御弁３ａ〜３ｅの開口度を制御する。
【００１６】
次に、図２は、上記燃料供給制御装置７の詳細構成を示すブロック図である。この図において、符号７ａ，７ｂは加算器であり、加算器（ガス流量合計装置）７ａは上記各ガス流量計Ｇ1〜Ｇ5によって計測された天然ガスの流量を合計し、加算器（液体流量合計装置）７ｂは上記各流量計４ａ〜４ｅによって計測されたＬＮＧ及びＢＯＧ（Boil Off Gas：上記ＬＮＧタンク１等においてＬＮＧが気化して発生したガス）を圧縮して得られたＬＮＧの流量を合計する。７ｃは加算器７ａ，７ｂの各合計値の差を出力する減算器である。
【００１７】
符号７ｄ，７ｅは制御信号生成装置（ＰＩＤ）であり、このうち制御信号生成装置（第１の制御信号生成装置）７ｄは減算器７ｃの出力とＬＮＧ基地Ａの圧力計６の計測値から制御信号Ｐ1を生成し、該制御信号生成装置（第２の制御信号生成装置）７ｅは制御信号Ｐ1と上記加算器７ｂの各出力から制御信号Ｐ2を生成する。制御信号生成装置７ｄ，７ｅは、例えば各々に入力される上記２つの信号を乗算（変調）することにより、２つの入力信号に基づく制御信号Ｐ1，Ｐ2をそれぞれ出力する。
【００１８】
符号７ｆは分配器であり、制御信号Ｐ2が示す制御量を運転中の気化器５ａ〜５ｅの台数によって均等に分割した制御信号Ｐ3を生成する。７ｇa〜７ｇeも制御信号生成装置（弁制御信号生成装置）であり、上記流量制御弁３ａ〜３ｅをそれぞれ制御する制御信号を出力する。燃料供給制御装置７は、このように構成された制御ループによって流量制御弁３ａ〜３ｅを制御し、ＬＮＧ基地Ａから火力発電所Ｂに供給される天然ガスの送出量を制御する。
【００１９】
なお、符号７ｈはポンプ運転台数制御装置であり、火力発電所Ｂが出力する運転準備信号（各コンバインド発電ユニットＵ1〜Ｕ5の運転状態を示す信号）に基づいて各気化器５ａ〜５ｅに海水を送り込む気化器海水ポンプ８及び各気化器５ａ〜５ｅにＬＮＧを送り込むＬＮＧポンプ９の運転台数を設定し、この設定値に基づいてこれら気化器海水ポンプ８とＬＮＧポンプ９とに起動指令信号を出力する。
【００２０】
次に、上記燃料供給制御装置７の動作について説明する。
なお、火力発電所Ｂは電力需要に応じて必要台数のコンバインド発電ユニットを稼働させるが、ここでは全てのコンバインド発電ユニットＵ1〜Ｕ5が運転中であり、また気化器海水ポンプ８とＬＮＧポンプ９の運転台数はポンプ運転台数制御装置７ｈによって火力発電所Ｂの運転準備信号に基づいて予め設定されているものとする。
【００２１】
いま、電力需要が増大してコンバインド発電ユニットＵ1〜Ｕ5の天然ガスの消費量が増加するとガス流量信号Ｚ1〜Ｚ5が示す天然ガスのガス流量が増大し、加算器７ａの出力は速やかに増加して減算器７ｃの出力が増大する。しかし、ＬＮＧ基地Ａと火力発電所Ｂとは距離が数キロメートル離れているためにＬＮＧ基地Ａの圧力計６によって出力された圧力信号Ｙはすぐには減少せず、該距離に基づく時間遅延を伴って減少する。したがって、制御信号Ｐ1は、各コンバインド発電ユニットＵ1〜Ｕ5に設けられたガス流量計Ｇ1〜Ｇ5の出力増大に基づいて増加する。
【００２２】
ここで、制御信号生成装置７ｄは、ガス流量信号Ｚ1〜Ｚ5の合計値から流量信号Ｘa〜Ｘeの合計値を減算した信号に基づいて駆動される。すなわち、計測誤差の多いガス流量計Ｇ1〜Ｇ5から出力されたガス流量信号Ｚ1〜Ｚ5の合計値は、比較的に計測誤差の少ない液体用流量計つまり流量計４ａ〜４ｅから出力された流量信号Ｘa〜Ｘeの合計値によって偏差が算出される。
【００２３】
続いて、制御信号生成装置７ｅは、上記制御信号Ｐ1と加算器７ｂの出力信号に基づいて制御信号Ｐ2を生成出力する。ここで、流量信号Ｘa〜Ｘeの合計値が再度加味されることにより、ガス流量信号Ｚ1〜Ｚ6の合計値に含まれる計測誤差が軽減されるとともに、圧力信号Ｙの時間遅延の影響が軽減される。
【００２４】
制御信号Ｐ2は、その制御量つまり各気化器５ａ〜５ｅに流入させるＬＮＧの流量が分配器７ｆによって５等分されて制御信号Ｐ3に変換される。弁制御信号生成装置７ｇa〜７ｇeは、この制御信号Ｐ3に基づいて各流量制御弁３ａ〜３ｅの開口度を増加させ、ＬＮＧの通過流量をそれぞれ均等に増加させる。この結果、各気化器５ａ〜５ｅに流入されるＬＮＧの流量は各々均等に増加され、ＬＮＧ基地Ａから火力発電所Ｂに送出される天然ガスのガス流量が増大されて圧力信号Ｙが増大する。
【００２５】
このようなフィードバックループを構成する燃料供給制御装置７を用いることにより、ガス流量計Ｇ1〜Ｇ5の計測誤差あるいは動作不具合をキャンセルして真に火力発電所Ｂが必要とする量の天然ガスが火力発電所Ｂに供給される。また、圧力計６によって計測される送出圧力の時間遅延が補償され、火力発電所Ｂの天然ガス消費量の変動に対して高速に応答する天然ガスの送出制御を実現することができる。ガス流量計の台数が増大する程計測誤差が増大するので、本実施形態の燃料供給制御装置７は、複数のコンバインド発電ユニットＵ1〜Ｕ5を備えるために複数のガス流量計Ｇ1〜Ｇ5を有する火力発電所に有効である。
【００２６】
なお、上記実施形態では、複数のガス流量計Ｇ1〜Ｇ5と複数の流量計４ａ〜４ｅの計測値に基づいて流量制御弁３ａ〜３ｅを制御する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＬＮＧ基地及び火力発電所としては実際的ではないが各１台のガス流量計及び流量計によって１台の流量制御弁を制御することにより、ＬＮＧ基地から送出される天然ガスの流量を調節することも可能である。但し、この場合、上記加算器７ａ，７ｂ及び分配器７ｆは不要になるとともに、流量制御弁を直接コントロールする制御信号発生装置は１台でよいこととなる。
【００２７】
さらに、本願発明は、上述したように天然ガスの送出制御に限定されるものではなく、計測誤差の多いガス流量計の計測値に基づいて送出ガスの制御を行うような燃料供給システムに用いて有効である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる燃料供給制御装置及びその供給方法によれば以下のような効果を奏する。
（１）液体燃料の流量と消費手段によって消費されるガス流量との差及び送出圧力に基づいて第１の制御信号が生成され、かつ、第１の制御信号と液体燃料の流量とに基づいて流量制御弁を制御する第２の制御信号を生成されるので、ガス流量に検出誤差がある場合あるいは該ガス流量を検出する複数のガス流量計に誤計測するものがある場合においても消費手段が必要とする量の気体燃料を供給することができる。
（２）液体燃料の流量と消費手段によって消費されるガス流量との差及び送出圧力に基づいて第１の制御信号が生成され、かつ、第１の制御信号と液体燃料の流量とに基づいて流量制御弁を制御する第２の制御信号を生成されるので、消費手段による気体燃料の急激な変化に対して応答性良く気体燃料を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる燃料供給制御装置及びその方法が適用される天然ガスの供給システムを示すブロック図である。
【図２】  本発明に係わる燃料供給制御装置の詳細構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ａ  ＬＮＧ基地
Ｂ  火力発電所（消費手段）
Ｇ1〜Ｇ5  ガス流量計
Ｐ1，Ｐ2  制御信号
Ｕ1〜Ｕ5  コンバインド発電ユニット（燃料消費ユニット）
Ｘａ〜Ｘｅ  流量信号
Ｙ  圧力信号
Ｚ1〜Ｚ5  ガス流量信号
１  ＬＮＧタンク
２  ＬＮＧポンプ
３ａ〜３ｅ  流量制御弁
４ａ〜４ｅ  流量計
５ａ〜５ｅ  気化器
６  圧力計
７  燃料供給制御装置
７ａ  加算器（ガス流量合計装置）
７ｂ  加算器（液体流量合計装置）
７ｃ  減算器
７ｄ  制御信号発生装置（ＰＩＤ：第１の制御信号生成装置）
７ｅ  制御信号発生装置（ＰＩＤ：第２の制御信号生成装置）
７ｇa〜７ｇe  制御信号発生装置（ＰＩＤ：弁制御信号生成装置）
７ｆ  分配器
７ｈ  ポンプ運転台数制御装置
８  気化器海水ポンプ
９  ＬＮＧポンプ
【図１】
0003768335.tif 000002
【図２】
0003768335.tif 000003