专利名称：燃气轮机系统、燃气轮机系统的控制装置和燃气轮机系统的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种在燃气轮机中利用太阳热能的燃气轮机系统、燃气轮机系统的控制装置和燃气轮机系统的控制方法。
背景技术：
近年来，要求尽量抑制作为地球暖化物质之一的二氧化碳(CO2)的排量。在这样的动向中，作为可再生能量的代表例子，存在水力、风力、地热、太阳(光/热)能等，但在它们中特别利用了太阳热的发电系统一般是通过由集热器集热而产生的蒸汽来驱动蒸汽涡轮机的方式。作为这种现有技术，例如有专利文献I所记载的技术。另一方面，作为以天然气、石油等化石资源为燃料的发电系统，有燃气轮机系统。另外，在燃气轮机系统中，已知在夏季等大气温度上升的条件下，压缩机中的空气的吸气量减少，与之伴随地燃气轮机的输出也降低。作为抑制随着大气温度的上升而导致的燃气轮机系统的输出降低的手段之一，例如有专利文献2、3所记载的技术。专利文献2、3所记载的技术,具体地说是作为再生循环的一种的HAT (Humid Air Turbine :湿空气透平)循环的燃气轮机系统，包含该循环内的再生循环内的压缩机出口的后置冷却器、对压缩机出口的压缩空气进行加湿的加湿器、对向加湿器供给的水进行加热的热交换器等。另外，记载了以下的技术，即通过设置在压缩机入口的喷雾装置利用减压沸腾来喷射通过后置冷却器、热交换器等生成的高压热水。现有技术文献专利文献专利文献1:特开2008-39367号公报专利文献2 :特开2001-214757号公报专利文献3 :国际公开W098/48159号公报
发明内容
发明要解决的课题在上述的利用太阳热发电系统中，需要用于对作为蒸汽的热源的太阳热进行集热的集热装置。作为集热方式，存在使太阳光聚光到设置在曲面镜的前面的集热管而集热的槽式、使被称为定日镜的多个平面镜反射的太阳光聚光到塔上的塔式等各种方式。但是，与集热方式无关，为了使蒸汽轮机高效化，即得到更高温的蒸汽来驱动蒸汽轮机，或提高其输出，需要巨大规模的集热装置(反射镜)。这意味着为了设置集热装置，需要广大的用地。例如，在输出50MW的利用太阳热发电系统的情况下，可以说需要1. 2平方公里作为集热装置的设置面积。另一方面，如果从成本方面评价太阳热发电系统，则由于设置的集热装置(反射镜)的规模巨大，所以现状是集热装置占系统整体的成本的比例为80%左右。因此，为了降低成本，需要大幅削减集热装置的规模，但集热装置的规模的缩小成为与利用太阳热发电系统中的高效化、高输出化的目的相反的问题。另外，在如专利文献3所记载的技术那样，在压缩机的吸气温度变高时，为了抑制输出降低而向压缩机的吸气管道内的空气喷射常温水的技术中，存在以下这样的问题。从降低吸气的温度、压缩机的健全性的观点出发，理想的是在压缩机内部不形成产生腐蚀那样的大小的液滴，而迅速地使喷雾水气化。即，在向压缩机的吸气内喷射常温水的情况下，通过气化潜热的吸热作用，喷射的常温水的液滴成为冰点以下，在压缩机的入口部容易产生结冰，进而喷雾后的液滴的颗粒直径难以减小，有可能发生无法在压缩机内部迅速地气化的状态。因此，理想的是在吸气管道内喷射高压热水。S卩，例如利用150 200° C的高压热水所具有的热量的约70 80%是气化潜热的情况，从高压状态急剧地减压到大气压状态来使热水减压沸腾。在该情况下，通过高压热水的减压沸腾，促进液滴的微粒子化，能够在压缩机内部迅速地气化。但是，如果在生成高压热水时使用化石燃料，则二氧化碳增加。因此，考虑一种燃气轮机，其具备对空气进行压缩的压缩机；供给通过该压缩机压缩后的空气来使燃料燃烧的燃烧器；通过由燃烧器产生的燃烧气体驱动的燃气轮机；对太阳热进行集热来生成高压热水 的集热装置，并且包括向要被取入压缩机的空气喷射由集热装置生成的高压热水的喷雾装置。通过这样的结构，能够提供一种利用了太阳热能的燃气轮机系统，其大幅减小了集热装置的规模、例如聚光镜的数量，大幅缩小了设置集热装置所需要的用地面积。但是，在这样的利用了太阳热能的燃气轮机系统中，也考虑日照量少而无法利用太阳热能生成高压热水的情况、或由于集热装置的除尘、检查、故障等利用太阳热能生成高压热水的系统无法使用的情况等，因此，在这样的情况下也需要应对压缩机的吸气温度高、燃气轮机系统的输出增大的要求。本发明的目的在于提供一种燃气轮机系统、燃气轮机系统的控制装置和燃气轮机系统的控制方法，其与燃气轮机系统的运转状态对应地，在无法使用利用太阳热能生成的高压热水的情况下，也能够应对输出增加的要求。用于解决课题的手段权利要求1的发明是一种燃气轮机系统，具备对吸入的空气进行压缩然后喷出的压缩机；将从该压缩机喷出的空气和燃料混合并燃烧的燃烧器；通过来自该燃烧器的燃烧气体驱动的燃气轮机，所述燃气轮机系统的特征在于，具备利用太阳热高压热水喷雾系统，其通过利用太阳热能的集热装置生成高压热水，从喷雾喷嘴向吸入到压缩机的空气中喷射高压热水；以及常温水喷雾系统，其从喷雾喷嘴向吸入压缩机的空气中喷射常温水。权利要求3的发明是一种燃气轮机系统中的控制装置，用于控制燃气轮机系统的运转，该燃气轮机系统具备对吸入的空气进行压缩然后喷出的压缩机；将从该压缩机喷出的空气和燃料混合并燃烧的燃烧器；通过来自该燃烧器的燃烧气体驱动的燃气轮机；利用太阳热高压热水喷雾系统，其通过利用太阳热能的集热装置生成高压热水，从喷雾喷嘴向吸入到压缩机的空气中喷射高压热水；常温水喷雾系统，其从喷雾喷嘴向吸入到压缩机的空气中喷射常温水，上述控制装置的特征在于，具备高压热水生成率取得单元，其测量通过集热装置得到的高压热水的生成率；以及喷雾控制模式决定单元，其至少根据通过高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率，决定从利用太阳热高压热水喷雾系统喷射高压热水的高压热水喷雾模式和从常温水喷雾系统喷射常温水的常温水喷雾模式的切换。根据权利要求1和权利要求3记载的发明，在利用太阳热能生成高压热水的集热装置由于太阳热不足或维护等而无法充分生成高压热水的情况下，也能够切换到通过常温水喷雾系统向压缩机的吸气喷射常温水。其结果是能够成为可以灵活地应对燃气轮机输出的增加要求的燃气轮机系统。权利要求7的发明是一种燃气轮机系统中的控制方法，该燃气轮机系统至少具备对吸入的空气进行压缩然后喷出的压缩机；将从该压缩机喷出的空气和燃料混合并燃烧的燃烧器；通过来自该燃烧器的燃烧气体驱动的燃气轮机；喷雾装置，其设置在压缩机的上游侧的吸气室内，向供给压缩机的空气喷射水，降低供给压缩机的空气的温度；利用太阳热高压热水供给配管，其包含生成利用太阳热将供给喷雾装置的水加热到比供给压缩机的空气的温度高的温度所得的高压热水的集热装置；将常温水供给喷雾装置的常温水供给配管，该控制方法的特征在于，燃气轮机系统具备控制其运转的控制装置，该控制装置具备测量通过集热装置生成的高压热水的生成率的高压热水生成率取得单元；喷雾控制模式决定单元，其根据通过高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率，决定将来自利用太阳热高压热水供给配管的高压热水供给喷雾装置的高压热水喷雾模式和将来自常温水供给系统的常温水供给喷雾装置的常温水喷雾模式的切换，喷雾控制模式决定单元，根据通过高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率，预测计算能够通过集热装置生成能够以需要的喷雾率向压缩机的吸气内喷射的高压热水的时间，在该预测计算出的时间为预先设定的阈值时间以上时，决定设为高压热水喷雾模式，在比预先设定的阈值时间短时，决定设为常温水喷雾模式。根据权利要求7所记载的发明，在利用太阳热能生成高压热水的集热装置由于太阳热不足或维护等而无法充分生成高压热水的情况下，也能够切换到通过常温水喷雾系统向压缩机的吸气喷射常温水的常温水喷雾模式。其结果是能够控制燃气轮机系统，以便可以灵活地应对燃气轮机输出的增加要求。权利要求9的发明是一种燃气轮机系统，具备对吸入的空气进行压缩然后喷出的压缩机；将从该压缩机喷出的空气和燃料混合并燃烧的燃烧器；通过来自该燃烧器的燃烧气体驱动的燃气轮机，上述燃气轮机系统的特征在于，具备喷雾装置，其设置在压缩机的上游侧的吸气室内，向供给压缩机的空气喷射水，降低供给压缩机的空气的温度；利用太阳热高压热水供给配管，其包含生成利用太阳热将供给喷雾装置的水加热到比供给压缩机的空气的温度高的温度所得的高压热水的集热装置；对通过集热装置生成的高压热水进行保温贮存的蓄热槽、以及将贮存在该蓄热槽中的高压热水供给喷雾装置的贮存高压热水供给配管；根据需要将常温水供给喷雾装置的常温水供给配管；以及控制燃气轮机系统的运转的控制装置，喷雾装置，在吸气室内的吸气的方向上具有多段从该喷雾喷嘴向吸气室内喷射高压热水或常温水的喷雾母管，并且具有被控制装置控制，向喷雾母管切换供给高压热水或常温水的切换单元，控制装置控制利用太阳热高压热水供给配管、贮存高压热水供给配管以及常温水供给配管各自的流量来控制高压热水和常温水的供给量，并且与高压热水和常温水各自的供给量对应地控制切换单元，进行对喷雾母管的各段的喷雾母管供给的高压热水和常温水的切换设定。根据权利要求9所记载的发明，在由于集热装置所生成的高压热水的生成率低的原因、或贮存在蓄热槽中的高压热水的量少的原因，从喷雾装置向压缩机的吸气喷射的高压热水相对于所需要的高压热水的喷雾率不足的情况下，也能够通过喷雾母管喷射高压热水，并且从与喷射高压热水的喷雾母管不同的喷雾母管喷射常温水。其结果是能够提供一种能够尽量灵活地使用用太阳热生成的高压热水来进行运转的燃气轮机系统。另外，能够降低在蓄热槽中贮存高压热水而产生伴随着散热的损失的情况。权利要求10的发明是在权利要求9所记载的燃气轮机系统中的控制装置，具有测量通过集热装置生成的高压热水的生成率的高压热水生成率取得单元；取得贮存在蓄热槽中的高压热水的贮存量的高压热水贮存量取得单元；设定从多段的喷雾母管中的哪段喷雾母管喷射高压热水的高压热水喷雾段数设定单元；以及设定向喷雾装置的高压热水和常温水的各自的供给量的供给量设定单元，高压热水喷雾段数设定单元，至少根据通过高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率、以及通过高压热水贮存量取得单元取得的高压热水的贮存量，计算在预先设定的时间内能够喷射高压热水的喷雾母管的段数，决定喷射高压热水的喷雾母管，供给量设定单元，与计算出的喷雾母管的段数对应地设定供给喷雾装置的高压热水的供给量和常温水的供给量。根据权利要求10所记载的发明，高压热水喷雾段数设定单元至少根据通过高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率、以及通过高压热水贮存量取得单元取得的高压热水的贮存量，计算在预先设定的时间内能够喷射高压热水的喷雾母管的段数，决定喷射高压热水的上述喷雾母管，供给量设定单元与计算出的喷雾母管的段数对应地，设定供给喷雾装置的高压热水的供给量和常温水的供给量。其结果是能够提供一种能够尽量灵活地使用用太阳热生成的高压热水和贮存在蓄热槽中的高压热水来进行运转的燃气轮机系统的控制装置。另外，能够降低在蓄热槽中贮存高压热水而产生伴随着散热的损失的情况。权利要求12的发明是权利要求10所记载的燃气轮机系统中的控制装置的控制方法，其特征在于，控制装置还具有取得预报的气象信息的气象信息取得单元，高压热水喷雾段数设定单元，根据通过气象信息取得单元取得的气象信息、通过高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率，推定计算今后的高压热水生成率，根据推定计算出的高压热水生成率和通过高压热水贮存量取得单元取得的高压热水的贮存量，计算能够在预先设定的时间内喷射高压热水的喷雾母管的段数，决定喷射高压热水的喷雾母管，供给量设定单元，与计算出的喷雾母管的段数对应地设定供给喷雾装置的高压热水的供给量和常温水的供给量。根据权利要求12所记载的发明，高压热水喷雾段数设定单元根据推定计算出的高压热水生成率、通过高压热水贮存量取得单元取得的高压热水的贮存量，计算能够在预先设定的时间内喷射高压热水的喷雾母管的段数，决定喷射高压热水的喷雾母管，供给量设定单元与计算出的喷雾母管的段数对应地，设定供给喷雾装置的高压热水的供给量和常温水的供给量。其结果是能够在预先设定的时间内使喷射高压热水的喷雾母管的段数固定，因此，能够防止产生过早地使用高压热水而成为从中途喷射常温水的喷雾母管的情况，能够降低由于从压缩机入口侧附近的喷雾母管喷射常温水造成的压缩机的腐蚀的可能性。发明效果根据本发明，能够提供一种燃气轮机系统、燃气轮机系统的控制装置和燃气轮机系统的控制方法，其与燃气轮机系统的运转状态对应地，在无法使用利用太阳热能生成的高压热水的情况下，也能够应对输出增加的要求。
图1是本发明的第一实施方式的燃气轮机系统的结构图。图2是第一实施方式的燃气轮机系统的控制装置的功能模块结构图。图3 (a)是设定使用高压热水时的对应于输出目标值MWD的高压热水的喷雾率的数据图表的说明图，图3 (b)是设定使用常温水时的对应于输出目标值MWD的常温水的喷雾率的数据图表的说明图。图4是在使用高压热水的控制模式和使用常温水的控制模式各自的情况下的利用太阳热高压热水喷雾系统和常温水喷雾系统的阀和泵的动作说明图。图5是表示第一实施方式的选择使用高压热水的控制模式或使用常温水的控制模式、或不选择这些控制模式的控制的流程的流程图。图6是图5后续的流程图。图7是流量调整阀24B、29、43的控制逻辑的说明图。图8是显示在燃气轮机系统的控制台的显示装置上的画面的说明图，Ca)是监视画面例的说明图，(b)是太阳热利用状况显示画面例的说明图。图9是本发明的第二实施方式的燃气轮机系统中的压缩机的吸气管道所具备的喷雾母管、向其供给高压热水或常温水的配管的结构图。图10是第二实施方式的燃气轮机系统的控制装置的功能模块结构图。图11是表示第二实施方式的使用高压热水的控制模式的控制的流程的流程图。图12是图11的后续的流程图。图13是图12的后续的流程图。
具体实施例方式第一实施方式参照图1 图8说明本发明的第一实施方式的燃气轮机系统500A。图1是本发明的第一实施方式的燃气轮机系统的结构图。如图1所示，本实施方式的燃气轮机系统500A主要包含燃气轮机装置100A、汇集太阳热来生成高压热水的集热装置200、将通过集热装置200生成的高压热水喷射到吸气5中，并且根据需要将常温水喷射到吸气5中的喷雾装置300A、保温贮存通过集热装置200生成的高压热水的蓄热槽40、控制装置400A、气象信息接收装置(气象信息取得单元)410、供电指令接收装置411。(吸气管道和喷雾装置)在燃气轮机装置100A中，在压缩机I的上游侧例如设置有截面为矩形的吸气管道
6。在吸气管道6的入口侧例如设置有百叶窗6a，还设置有用于除尘的过滤器6b。在吸气管道6中，进而在过滤器6b的下游侧(压缩机I侧)，例如格子状地配置向吸气5喷射常温水的喷雾喷嘴32B，在向各喷雾喷嘴32B供给常温水的喷雾母管31B和喷雾喷嘴32B的下游侦1K压缩机I侧)，例如格子状地配置向吸气5喷射后述的闻压热水的喷雾喷嘴32A,配置向各喷雾喷嘴32A供给高压热水的喷雾母管31A，由它们构成喷雾装置300A。为了显示出喷雾母管31A、喷雾喷嘴32A以及喷雾母管31B、喷雾喷嘴32B，用部分截面图来表不图1的吸气管道6。理想的是在吸气管道6中设置有过滤器6b、未图示的消声器的情况下，喷雾装置300A相对于过滤器6b、消声器设置在吸气5的流动的下游侧。(压缩机1、燃烧器3、燃气轮机2)在大气条件下的吸气5通过吸气管道6被吸引到压缩机1，通过压缩机I被加压后成为压缩空气7，然后流入燃烧器3。通过燃烧器3将压缩空气7与经由流量控制阀61供给的燃料8混合并燃烧，产生高温的燃烧气体9。燃烧气体9流入到燃气轮机2，对燃气轮机2进行旋转驱动。另外，经由轴与燃气轮机2连接的发电机4通过燃气轮机2被旋转驱动，进行发电。驱动燃气轮机2的燃烧气体9作为燃烧废气10从燃气轮机2被排出。另夕卜，压缩机I通过燃气轮机2的驱动轴11被旋转驱动。(集热装置200和利用太阳热高压热水喷雾系统)接着，说明利用了太阳热能的集热装置200和利用太阳热高压热水喷雾系统的结构。贮存常温水的水罐20内的水经过配管21A向泵22A供水，通过泵22A升压，按照配管23A以及流量调整阀24A、配管25A的顺序被输送，被压送到集热管27。向集热管27照射通过聚光板26聚光的太阳S的太阳光。通过由该聚光板26聚光并照射的太阳光的热，供给到集热管27内的水被加热，成为高压热水。集热管27内的高压热水按照配管28、流量调整阀29、配管30A的顺序被压送，最终供给到上述的喷雾母管31A。在此，聚光板26和集热管27构成集热装置200，但作为该集热装置200，具体地说，例如可以考虑以下的结构等沿着集热管27配置曲面镜作为聚光板26，使太阳光聚集到曲面镜的线状的焦点的位置的集热管27的结构(槽式集热装置);将平面镜配置为大致V字形来作为聚光板26，将集热管27配置在通过配置为V字形的平面镜聚光的部分的结构；在平面型的菲涅尔透镜的焦点处配置集热管27的结构；以三维的抛物线形配置作为聚光板26的多个曲面镜或平面镜，在该抛物线形的焦点处配置圆盘形的集热管27的结构(抛物面反射器式集热装置)。在图1中，作为集热装置200而代表性地只表示出一个单元，但一般将多个单元配置成通过配管串联或并联地将集热管27连接起来，因此，构成为所生成的高压热水合流到配管28中。在抛物面反射器式集热装置、塔式集热装置的情况下，即使一个单元也可以。配管28在到达流量调整阀29的中途分支到经过流量调整阀41的配管45，与蓄热槽40连接。在通过集热管27生成的高压热水不被喷射到吸气管道6内的情况下、和生成的高压热水的生成率比喷射到吸气管道6内的喷雾率大的情况下，经过流量调整阀41将高压热水贮存在蓄热槽40中。在蓄热槽40上经由配管46连接有从蓄热槽40吸取所贮存的高压热水的泵42。另外，配管的结构是经过流量调整阀43将配管47与该泵42的喷出侧连接起来，使贮存在蓄热槽40中的高压热水在配管30A中合流。在此，水罐20、配管21A、泵22A、配管23A、流量调整阀24A、配管25A、集热管27、配管28、流量调整阀29、配管30A、配管45、流量调整阀41、蓄热槽40、配管46、泵42、配管47、流量调整阀43、喷雾母管31A、喷雾喷嘴32A构成了权利要求所记载的“利用太阳热高压热水喷雾系统”。配管21A、泵22A、配管23A、流量调整阀24A、配管25A、集热管27、配管28、流量调整阀29、配管30A构成了权利要求所记载的“利用太阳热高压热水供给配管”。另外，泵42、流量调整阀43、配管46、47构成了权利要求所记载的“蓄热槽高压热水供给系统”。配管45、流量调整阀41、蓄热槽40、配管46、泵42、配管47、流量调整阀43构成了权利要求所记载的“贮存高压热水供给配管”。(常温水喷雾系统)另外，水罐20内的水经过配管21B被供给到泵22B，通过泵22B升压，按照配管23B、流量调整阀24B、配管30B的顺序被输送，最终供给到上述的喷雾母管31B。在此，水罐20、配管21B、23B、泵22B、配管30B、流量调整阀24B、喷雾母管31B、喷雾喷嘴32B构成了权利要求所记载的“常温水喷雾系统”。另外，在水罐20中设置有水位传感器151，其水位信号被发送到控制装置400A，经由作为给水阀的开关阀19补给常温水，该开关阀19根据来自控制装置400A的信号进行开闭操作，使得维持适当的水位范围。(测量传感器)在燃气轮机系统500A中具备各种测量传感器，测量流体的温度、压力、流量、发电机4的发电量，向控制装置400A发送测量出的信号，控制上述泵22A、22B、42的驱动，或者调整流量调整阀19、24A、24B、29、43、61的开度。为此，在图1中示例了代表性的测量传感器。在集热装置200的代表性的集热管27与配管28连接的出口侧，设置有测量通过太阳热能加热后的热水的温度的温度传感器141A、测量热水的压力的压力传感器141B。另夕卜，在集热装置200的附近设置有测量太阳S的照射量的光量传感器142，通过控制装置400A的后述的集热量计算部427能够计算出集热装置200中的高压热水的生成率。在配管30A与配管47的合流点的上游侧，设置有带有温度传感器的流量传感器144A和压力传感器144B，流量传感器144A向控制装置400A发送根据测量出的体积流量进行基于温度的密度修正后的质量流量信号，另外，压力传感器144B向控制装置400A发送测量出的压力信号。在蓄热槽40中设置有水位传感器145A、温度传感器145B、压力传感器145C，向控制装置400A发送来自它们的水位信号、温度信号、压力信号。在配管47的流量调整阀43的下游侧，设置有带有温度传感器的流量传感器147A和压力传感器147B，流量传感器147A向控制装置400A发送根据测量出的体积流量进行基于温度的密度修正后的质量流量信号，另外，压力传感器147B向控制装置400A发送测量出的压力信号。在流量调整阀24B的下游侧的配管30B中设置有带有温度传感器的流量传感器152A、压力传感器152B、温度传感器152C，流量传感器152A向控制装置400A发送根据测量出的体积流量进行基于温度的密度修正后的质量流量信号，另外，压力传感器152B向控制装置400A发送测量出的压力信号，温度传感器152C向控制装置400A发送测量出的温度信号。在吸气管道6的入口侧，设置有分别测量大气条件下的吸气5的温度、压力、湿度的温度传感器143A、气压传感器143B、湿度传感器143C，向控制装置400A发送各自的测量信号。在图1中，温度传感器143A、气压传感器143B、湿度传感器143C设置在吸气管道6的外侧，但实际上设置在百叶窗6a的下游侧的不经受太阳光、雨水的位置，另外当然设置在喷雾装置300A的上游侧。在这些传感器中，特别温度传感器143A在夏季等气温高的情况下，如果压缩机I的入口温度保持大气条件，则与空气密度降低，压缩机I的吸入空气流量减少的量对应地，与燃气轮机2输出降低的同时取出到外部的输出减少，因此，为对因大气温度的上升造成的燃气轮机2的输出降低进行补充，通过从喷雾装置300A向吸气管道6内喷射高压热水或常温水，来在通过蒸发潜热的效果降低压缩机I的入口的空气温度的控制中使用。在发电机4的出口侧设置有检测发电量的输出传感器171，向控制装置发送发电量。另外，在燃气轮机装置100A中设置有分别检测向燃烧器3供给的燃料8的压力、温度、体积流量的压力传感器172A、温度传感器172B、流量传感器172C，向控制装置400A发送压力信号、温度信号、体积流量信号。在通过流量调整阀61控制供给燃烧器3的燃料的质量流量的控制逻辑中的流量调整阀61的开度反馈控制中使用这些信号。另外，在图1中省略了燃料供给系统的泵、罐。进而，在压缩机I的出口侧的配管中，例如设置有分别测量通过压缩机I加压后的压缩空气的温度、压力、流量的温度传感器173A、压力传感器173B、流量传感器173C。在燃气轮机2的排气侧，例如设置有测量燃烧废气的温度、燃气轮机2的背压的温度传感器174A、压力传感器174B，向控制装置400A发送温度信号和压力信号。例如在燃气轮机装置100A的动作监视、效率监视等中使用这些信号。实际上在燃气轮机装置100A中还设置有测量传感器，对燃气轮机装置100A的动作进行监视，但与本发明无关，因此省略。另外，虽然在图1中省略，但设置有检测泵22A、22B、42的转速、开关状态的传感器，还设置有检测流量调整阀24A、24B、29、41、43、61的阀开度的阀开度传感器，将各个信号输入到控制装置400A。(控制装置)接着，参照图2说明控制装置400A的功能结构。图2是第一实施方式的燃气轮机系统的控制装置的功能模块结构图。控制装置400A由控制装置本体400a和控制台400b构成。控制装置400A例如是生产过程计算机，控制台400b由显示装置和输入装置构成。显示装置例如是液晶显示装置，输入装置例如由鼠标、键盘构成。控制装置主体400a例如具有输入接口 401A、输入输出接口 401B、输出接口 401C、CPU402、省略图示的ROM、RAM、硬盘存储装置等，通过读出存储在硬盘存储装置中的未图示的程序、数据并由CPU402执行，来实现后述的各功能结构。
向输入接口 401A输入来自上述的各种传感器141A、141B、142、143A、143B、143C、144A、144B、145A、145B、145C、147A、147B、151、152A、152B、171、172A、172B、172C、173A、173B、173C、174A、174B的测量信号(在图2中省略传感器的符号)。另外，向输入接口 401A输入来自气象信息接收装置410的气象信息(以下也称为“天气预报信息”)，特别是预测大气温度变化、预测日照量变化的信息。进而，向输入接口 401A输入供电命令接收装置411接收的目标值MWD。另外，气象信息接收装置410、供电命令接收装置411例如通过无线通信或因特网线路与发送源进行通信。输入输出接口 401B被输入来自控制台400b的上述输入装置的指示，输出向控制器400b的上述显示装置的显示输出。输出接口 401C向作为开/关阀的开闭阀19输出开闭控制信号，向流量调整阀24A、29、41、43、24B、61输出开度控制信号，向泵22A、22B、42输出启动、停止、转速控制信号。作为通过CPU402实现的功能结构，如图2所示那样，主要包含目标输出设定部420、控制模式切换部(喷雾控制模式决定单元)421、集热量计算部(高压热水生成率取得单元)427、设备监视部428、高压热水使用控制部430A、常温水使用控制部440A、燃料喷射控制部450。目标输出设定部420被输入由供电命令接收装置411接收到的输出目标值MWD，时刻地更新设定输出目标值MWD。更新设定的输出目标值MWD被输入到控制模式切换部421。另外，目标输出设定部420还具有以下功能根据来自控制台400b的输入指示变更输出目标值MWD的设定。另外，在接收到来自控制台400b的输出目标值MWD的增加指令时，向控制模式切换部421输出有该要求指令的信息、新的输出目标值MWD。集热量计算部427根据来自光量传感器142的传感器信号，计算集热装置200中的高压热水的生成率，并输入到控制模式切换部421、设备监视部428、以及高压热水使用控制部430A。另外，例如考虑以控制泵22A的转速、流量调整阀24A的开度，使得在150 200° C的范围内生成在集热装置200中通过太阳能生成的高压热水的情况为前提，向喷雾装置300A的喷雾母管31A供给150 200° C的高压热水。因此，为了简化控制，在此设换算为150° C的高压热水的生成率所得的结果为高压热水生成率(^。控制模式切换部421具有高压热水可供给时间推定部423和控制模式决定部425。向控制模式切换部421输入被输入到输入接口 401A的传感器信号中的需要的信号。在后述的图5 图6的流程图的说明中说明具体使用的信号，因此省略。高压热水可供给时间推定部423根据来自集热量计算部427的高压热水生成率Gm、来自气象信息接收装置410的天气预报信息、蓄热槽40的水位Stl,推定高压热水的可供给时间。针对天气预报信息的特别是大气温度TAiM (t)的变化，推定计算高压热水的所要求的喷雾率Qwife (t)，针对天气预报信息的特别是日照量的变化，推定计算高压热水生成率Gwae (t)，检查维持下式(I)所示的关系的时间超过预先设定的时间TSH、还是满足下式(2)。另外，将其结果输出到控制模式决定部425。
权利要求
1.一种燃气轮机系统，具备对吸入的空气进行压缩然后喷出的压缩机；将从该压缩机喷出的空气和燃料混合并燃烧的燃烧器；通过来自该燃烧器的燃烧气体驱动的燃气轮机，所述燃气轮机系统的特征在于，具备 利用太阳热高压热水喷雾系统，其通过利用太阳热能的集热装置生成高压热水，从喷雾喷嘴向吸入到上述压缩机的上述空气中喷射上述高压热水；以及 常温水喷雾系统，其从喷雾喷嘴向吸入到上述压缩机的上述空气中喷射常温水。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机系统，其特征在于， 上述利用太阳热高压热水喷雾系统具备 保温贮存通过上述集热装置生成的高压热水的蓄热槽；以及 将贮存在该蓄热槽中的上述高压热水供给向吸入到上述压缩机的上述空气中进行喷雾的上述喷雾喷嘴的蓄热槽高压热水供给系统。
3.一种燃气轮机系统中的控制装置，用于控制燃气轮机系统的运转，该燃气轮机系统具备对吸入的空气进行压缩然后喷出的压缩机；将从该压缩机喷出的空气和燃料混合并燃烧的燃烧器；通过来自该燃烧器的燃烧气体驱动的燃气轮机；利用太阳热高压热水喷雾系统，其通过利用太阳热能的集热装置生成高压热水，从喷雾喷嘴向吸入到上述压缩机的上述空气中喷射上述高压热水；常温水喷雾系统，其从喷雾喷嘴向吸入到上述压缩机的上述空气中喷射常温水，上述控制装置的特征在于，具备 高压热水生成率取得单元，其测量通过上述集热装置得到的高压热水的生成率；以及喷雾控制模式决定单元，其至少根据通过上述高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率，决定从上述利用太阳热高压热水喷雾系统喷射高压热水的高压热水喷雾模式和从上述常温水喷雾系统喷射常温水的常温水喷雾模式的切换。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机系统中的控制装置，其特征在于， 上述燃气轮机系统的上述利用太阳热高压热水喷雾系统具备 保温贮存通过上述集热装置生成的高压热水的蓄热槽；以及 将贮存在该蓄热槽中的上述高压热水供给向吸入到上述压缩机的上述空气中进行喷雾的上述喷雾喷嘴的蓄热槽高压热水供给系统， 上述控制装置具备取得贮存在上述蓄热槽中的高压热水的贮存量的高压热水贮存量取得单元， 上述喷雾控制模式决定单元，至少根据通过上述高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率、以及通过上述高压热水贮存量取得单元取得的高压热水的贮存量，决定上述高压热水喷雾模式和上述常温水喷雾模式的切换。
5.根据权利要求3所述的燃气轮机系统中的控制装置，其特征在于， 上述燃气轮机系统的上述利用太阳热高压热水喷雾系统具备 保温贮存通过上述集热装置生成的高压热水的蓄热槽；以及 将贮存在该蓄热槽中的上述高压热水供给向吸入到上述压缩机的上述空气中进行喷雾的上述喷雾喷嘴的蓄热槽高压热水供给系统， 上述控制装置具备取得贮存在上述蓄热槽中的高压热水的贮存量的高压热水贮存量取得单元；取得预报的气象信息的气象信息取得单元， 上述喷雾控制模式决定单元，至少根据通过上述气象信息取得单元取得的气象信息、通过上述高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率以及预测的高压热水的生成率、通过上述高压热水贮存量取得单元取得的高压热水的贮存量，预测计算能够以需要的喷雾率向上述压缩机的吸气内喷雾的时间， 在该预测计算出的时间为预先设定的阈值时间以上时，决定设为上述高压热水喷雾模式，在上述预测计算出的时间比上述预先设定的阈值时间短时，决定设为上述常温水喷雾模式。
6.根据权利要求3所述的燃气轮机系统中的控制装置，其特征在于， 上述燃气轮机系统的上述利用太阳热高压热水喷雾系统具备 保温贮存通过上述集热装置生成的高压热水的蓄热槽； 将贮存在该蓄热槽中的上述高压热水供给向吸入到上述压缩机的上述空气中进行喷雾的上述喷雾喷嘴的蓄热槽高压热水供给系统， 上述控制装置具备取得贮存在上述蓄热槽中的高压热水的贮存量的高压热水贮存量取得单元， 上述喷雾控制模式决定单元，至少根据通过上述高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率、以及通过上述高压热水贮存量取得单元取得的高压热水的贮存量，预测计算能够以需要的喷雾率向上述压缩机的吸气内喷雾的时间， 在该预测计算出的时间为预先设定的阈值时间以上时，决定设为上述高压热水喷雾模式，在上述预测计算出的时间比上述预先设定的阈值时间短时，决定设为上述常温水喷雾模式， 并且将预测计算能够以需要的喷雾率向上述压缩机内喷雾的时间所得的结果显示在显示装置中。
7.一种燃气轮机系统中的控制方法，该燃气轮机系统至少具备对吸入的空气进行压缩然后喷出的压缩机；将从该压缩机喷出的空气和燃料混合并燃烧的燃烧器；通过来自该燃烧器的燃烧气体驱动的燃气轮机；喷雾装置，其设置在上述压缩机的上游侧的吸气室内，向供给上述压缩机的空气喷射水，降低供给上述压缩机的空气的温度；利用太阳热高压热水供给配管，其包含生成利用太阳热将供给上述喷雾装置的水加热到比供给上述压缩机的空气的温度高的温度所得的高压热水的集热装置；将常温水供给上述喷雾装置的常温水供给配管，该控制方法的特征在于， 上述燃气轮机系统具备控制其运转的控制装置， 该控制装置具备 测量通过上述集热装置生成的高压热水的生成率的高压热水生成率取得单元； 喷雾控制模式决定单元，其根据通过上述高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率，决定将来自上述利用太阳热高压热水供给配管的高压热水供给上述喷雾装置的高压热水喷雾模式和将来自上述常温水供给系统的常温水供给上述喷雾装置的常温水喷雾模式的切换， 上述喷雾控制模式决定单元，根据通过上述高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率，预测计算能够通过上述集热装置生成能够以需要的喷雾率向上述压缩机的吸气内喷射的高压热水的时间， 在该预测计算出的上述时间为预先设定的阈值时间以上时，决定设为上述高压热水喷雾模式，在比上述预先设定的阈值时间短时，决定设为上述常温水喷雾模式。
8.根据权利要求7所述的燃气轮机系统的控制装置中的控制方法，其特征在于， 上述燃气轮机系统还具备 保温贮存通过上述集热装置生成的高压热水的蓄热槽；以及 将贮存在该蓄热槽中的高压热水供给上述喷雾装置的贮存高压热水供给配管， 上述控制装置具备取得贮存在上述蓄热槽中的高压热水的贮存量的高压热水贮存量取得单元， 上述喷雾控制模式决定单元，根据通过上述高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率、以及通过上述高压热水贮存量取得单元取得的高压热水的贮存量，预测计算能够以需要的喷雾率向上述压缩机的吸气内喷雾的时间， 在该预测计算出的上述时间为预先设定的阈值时间以上时，决定设为上述高压热水喷雾模式，在比上述预先设定的阈值时间短时，决定设为上述常温水喷雾模式。
9.一种燃气轮机系统，具备对吸入的空气进行压缩然后喷出的压缩机；将从该压缩机喷出的空气和燃料混合并燃烧的燃烧器；通过来自该燃烧器的燃烧气体驱动的燃气轮机，上述燃气轮机系统的特征在于，具备 喷雾装置，其设置在上述压缩机的上游侧的吸气室内，向供给上述压缩机的空气喷射水，降低供给上述压缩机的空气的温度； 利用太阳热高压热水供给配管，其包含生成利用太阳热将供给上述喷雾装置的水加热到比供给上述压缩机的空气的温度高的温度所得的高压热水的集热装置； 对通过上述集热装置生成的高压热水进行保温贮存的蓄热槽、以及将贮存在该蓄热槽中的高压热水供给上述喷雾装置的贮存高压热水供给配管； 根据需要将常温水供给上述喷雾装置的常温水供给配管；以及 控制上述燃气轮机系统的运转的控制装置， 上述喷雾装置，在上述吸气室内的吸气的方向上具有多段从该喷雾喷嘴向上述吸气室内喷射高压热水或常温水的喷雾母管，并且具有被上述控制装置控制，向上述喷雾母管切换供给上述高压热水或常温水的切换单元， 上述控制装置控制上述利用太阳热高压热水供给配管、上述贮存高压热水供给配管以及上述常温水供给配管各自的流量来控制上述高压热水和常温水的供给量，并且与上述高压热水和常温水各自的供给量对应地控制上述切换单元，进行对上述喷雾母管的各段的喷雾母管供给的上述高压热水和常温水的切换设定。
10.根据权利要求9所述的燃气轮机系统中的控制装置，其特征在于， 具备 测量通过上述集热装置生成的高压热水的生成率的高压热水生成率取得单元； 取得贮存在上述蓄热槽中的高压热水的贮存量的高压热水贮存量取得单元； 设定从上述多段的喷雾母管中的哪段喷雾母管喷射上述高压热水的高压热水喷雾段数设定单元；以及 设定向上述喷雾装置的上述高压热水和上述常温水的各自的供给量的供给量设定单元， 上述高压热水喷雾段数设定单元，至少根据通过上述高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率、以及通过上述高压热水贮存量取得单元取得的高压热水的贮存量，计算在预先设定的时间内能够喷射上述高压热水的上述喷雾母管的段数，决定喷射上述高压热水的上述喷雾母管， 上述供给量设定单元，与上述计算出的喷雾母管的段数对应地设定供给上述喷雾装置的上述高压热水的供给量和上述常温水的供给量。
11.根据权利要求10所述的燃气轮机系统中的控制装置，其特征在于， 上述高压热水喷雾段数设定单元，从与上述压缩机最接近的上述喷雾母管侧起，与上述计算出的喷雾母管的段数对应地决定喷雾上述高压热水的上述喷雾母管。
12.根据权利要求10所述的燃气轮机系统中的控制装置的控制方法，其特征在于， 上述控制装置还具有取得预报的气象信息的气象信息取得单元， 上述高压热水喷雾段数设定单元，根据通过上述气象信息取得单元取得的上述气象信息、通过上述高压热水生成率取得单元取得的当前的高压热水的生成率，推定计算今后的高压热水生成率，根据推定计算出的高压热水生成率和通过上述高压热水贮存量取得单元取得的高压热水的贮存量，计算能够在预先设定的时间内喷射上述高压热水的上述喷雾母管的段数，决定喷射上述高压热水的上述喷雾母管， 上述供给量设定单元，与上述计算出的喷雾母管的段数对应地设定供给上述喷雾装置的上述高压热水的供给量和上述常温水的供给量。
13.根据权利要求12所述的燃气轮机系统中的控制方法，其特征在于， 上述高压热水喷雾段数设定单元，从与上述压缩机最接近的上述喷雾母管侧起，与上述计算出的喷雾母管的段数对应地决定喷射上述高压热水的上述喷雾母管。
全文摘要
本发明提供一种燃气轮机系统，其与燃气轮机系统的运转状态对应地，在无法使用利用太阳能生成的高压热水的情况下也能够应对输出增加的要求。燃气轮机系统(500A)在压缩机(1)中通过吸气管道(6)吸引吸气(5)，通过由燃烧器(3)使空气和燃料燃烧所得的燃烧气体(9)驱动燃气轮机(2)，其中，设置利用太阳热的集热管(27)来生成高压热水，具备用于向通过压缩机(1)吸引的吸气(5)中喷射高压热水的配管(21A)、(23A)、(25A)、(28)、(30A)、用于向通过压缩机(1)吸引的吸气(5)中喷射常温水的配管(21B)、(23B)、(30B)。
文档编号F24J2/42GK103069131SQ201080068669
公开日2013年4月24日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者关合孝朗, 小山一仁, 幡宫重雄, 高桥文夫, 永渕尚之, 高桥一雄 申请人:株式会社日立制作所