JPH0333887B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は蒸気貯蔵発電設備における改良した蒸
気貯蔵装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 蒸気抽気弁、蒸気貯蔵タンクおよびピークター
ピンよりなる蒸気貯蔵発電システムを有する蒸気
タービンプラントが実用化されつつある。元来、
電力エネルギの開発は、将来の予想される電力需
要に対して原子力、LNG−火力、石炭−火力な
どの硬直性の強い電源が主体として開発推進され
てきた。一方最大電力の伸びは、今後ますます増
加する方向にあり、頻繁な起動、停止を繰り返
し、きめ細から負荷追従が困難視されている原子
力、石炭−火力への構成比の増大は、何らかの対
策を要求されるものである。この一翼として揚水
発電の開発が推進されているが、火力プラントに
おいては、石炭．火力の石油．火力並みの運用を
目指して夜間蒸気を熱水の形で圧力容器に貯蔵
し、日中の最大電力に対応するためこの蒸気を放
出して発電する言はゆる蒸気貯蔵発電システムが
見直されて開発計画が始められている。

この蒸気貯蔵発電システムを備えた蒸気タービ
ンプラントにおける発電運用方法においては、夜
間における蒸気貯蔵運転モードと日中の電力需要
ピーク時に蒸気貯蔵タンクより蒸気を放出してピ
ーク用タービンを駆動するピーク発電運転モード
とに分類することができる。しかしてこのピーク
発電運転モードにおいては、蒸気貯蔵タンクが飽
和水に蒸気源から蒸気が吹きこまれ、必要なとき
に開放することによつて圧力差分だけ水が自己蒸
発する原理を使用するものであるから、ピークタ
ーピンの入口蒸気圧よりもある一定値だけタンク
内圧は高くしなければならない。そしてピークタ
ーピンの発電効率上からは、ピークターピンの主
蒸気圧力を高く、かつ貯蔵タンク内の圧力をある
程度高めることが望ましい。さらにこの条件を満
すことにより、貯蔵エネルギ密度が高くなり、蒸
気貯蔵タンク容量を小形化することができて設備
上および建設費上の効果を発揮することができ
る。

しかして蒸気貯蔵タンクへの供給蒸気源である
再熱蒸気ライン圧力は、蒸気タービン負荷にほゞ
比例した形で依存するものであり、例えば再熱ラ
イン蒸気圧P₁を高めてP₂にして貯蔵タンク内圧
を高めようとした時に、それに見合うように蒸気
タービン負荷もL₁（例えば30％負荷）よりL₂（例
えば60％負荷）まで増加させる必要がある。この
ことは、貯蔵運転モードにおける夜間出力をボイ
ラ最低負荷運転以下に抑え（例えば25％程度）、
石油−火力並みの中間負荷火力運用を目指した当
初の目的より外れることとなる。この解決策とし
てボイラ負荷を安定連続可能な最低負荷まで下
げ、さらに中圧タービン入口に設置されるインタ
ーセプト弁を絞りこみ、再熱蒸気ライン圧力を上
昇させて望ましい抽気圧力すなわち貯蔵タンク内
圧力を得ることが考えられるが、未だ具体的な運
転方法および制御方法が見い出されていない。

［発明の目的］ 本発明の目的は、蒸気貯蔵タンク内に蒸気を貯
蔵エネルギーの密度が高い状態で貯蔵することが
でき、併せて蒸気貯蔵発電を効率よくかつ安定に
運用できる蒸気貯蔵発電設備の蒸気貯蔵装置を提
供するにある。

［発明の概要］ 本発明の蒸気貯蔵発電設備の蒸気貯蔵装置は、
蒸気貯蔵発電システムを有する蒸気タービンプラ
ントにおいて、蒸気タービンの再熱蒸気ラインに
設けたインターセプト弁と、再熱蒸気の抽気を蒸
気貯蔵タンクへ供給する系統に設けた抽気調整弁
と、さらに貯蔵運転時に前記インターセプト弁に
対して開度絞り信号を与える制御系と前記抽気調
整弁と抽出蒸気圧力と貯蔵タンク内圧力との差圧
力に対応する開度信号を与える制御系とを有する
制御装置とを設けたことを特徴とするものであ
る。

［発明の実施例］ 以下本発明を第１図および第２図に示す一実施
例について説明する。第１図において、蒸気貯蔵
発電システムを採用した蒸気タービン発電プラン
トは、ボイラ１、高圧タービン２ａ、中圧タービ
ン２ｂ、低圧タービン２ｃおよび発電機３よりな
る蒸気タービン発電システム４を備え、さらに蒸
気タービン発電システム４の蒸気の一部を蓄える
蒸気貯蔵タンク５、この蒸気貯蔵タンク５の蒸気
の供給をうけて駆動するピークターピン６および
これに直結したピーク発電機７よりなる蒸気貯蔵
発電システム８を備えた設備から構成されてい
る。

すなわち、蒸気タービン発電システム４におい
ては、ボイラ１の主蒸気を配管９を通して主止め
弁１０および蒸気加減弁１１を通して高圧タービ
ン２ａに供給し、こゝで仕事した蒸気を配管１２
からボイラ１の再熱器１３で再熱したのち、配管
１４を通して蒸気止め弁１５および蒸気加減弁１
６を通して中圧タービン２ｂに供給し、こゝで仕
事した蒸気は配管１７から低圧タービン２ｃに導
き、仕事し終つた蒸気は復水器１８に導かれて復
水となつて配管１９からボイラ１にもどる。そし
てこの蒸気タービン発電システム４では、タービ
ン２ａ，２ｂ，２ｃによつて発電機３を駆動して
電力を発生させる。

また蒸気貯蔵発電システム８においては、蒸気
タービン発電システム４の再熱蒸気配管１４の再
熱蒸気を抽気弁２０ａを有する抽気配管２０で抽
出し、これを抽気弁２０ｂ、蓄熱装置２１および
抽気弁２０ｃを通して蒸気貯蔵タンク５に貯蔵さ
れる。この蒸気貯蔵タンク５内の蒸気は、必要に
応じて蒸気弁２２ａおよび蓄熱装置２１を通り、
蒸気弁２２ｂから配管２３を通してピークターピ
ン６に導かれ、こゝで仕事したのち復水器２４で
復水となり、ポンプ２５，２６により復水貯蔵タ
ンク２７から配管２８を経て復水器１８に導かれ
る。この蒸気貯蔵発電システム８は、蒸気貯蔵タ
ンク５の蒸気によつてピークターピン６を駆動
し、これに直結したピーク発電機７を運転して電
力を発生させる。

しかして、本発明においては、蒸気タービン発
電システム４および蒸気貯蔵発電システム８より
なる蒸気タービンプラントにおいて、中圧タービ
ン２ｂの蒸気加減弁１６の開度および再熱蒸気ラ
インの圧力を制御する制御装置２９を設け、この
出力信号S₁，S₂によつて蒸気加減弁１６および抽
気弁２０ｂの開度調整するように構成したことを
特徴としている。

この制御装置２９は、第２図に示すように中圧
タービン２ｂのインターセプト弁１６に対する制
御系３０と蒸気貯蔵タンク５の抽気弁２０ｂに対
する制御系３１とを備えている。インターセプト
弁制御系３０は回転数誤差信号３２とインターセ
プト弁全開バイアス信号３３ａを演算器３４ａで
演算処理する系、負荷設定信号３５とインターセ
プト弁全開バイアス信号３３ｂとを演算器３４ｂ
で演算してこれをインターセプト弁開度発信器３
６を通して演算器３４ａに入力する通常運転ルー
プ３７および負荷設定信号３５を直接演算器３４
ａに入力する緊急運転ループ３８とを備えてい
る。そして通常運転ループ３７および緊急運転ル
ープ３８を切替スイツチ３９で切換えて演算器３
４ａに入力し、インターセプト弁１６に対する信
号S₁を作る。この切替スイツチ３９は第３図ａに
示すように貯蔵運転モード選択信号４０とタービ
ントリツプ又は負荷しや断時の緊急信号４１が存
在しない条件とのAND回路によつて通常運転モ
ードａ−ｃとし、または緊急時運転モードａ−ｂ
に切り替わる。

また抽気弁２０ｂに対する制御系３１は、貯蔵
タンク５の内圧力発振器４２の信号P₁とボイラ
１の再熱蒸気ラインの圧力発信機４３とを演算器
３４ｃで処理し、その出力ΔPを抽気逆止弁開度
発信器４４に入力し、その出力と抽気弁全閉バイ
アス４５とを切替スイツチ４６で選択的に切換え
て抽気弁２０ｂを制御する信号S₂を作る。

つぎに本発明による蒸気貯蔵発電設備の蒸気貯
蔵装置について説明する。第２図に示す制御装置
において、貯蔵運転モード以外の通常運転時に
は、インターセプト弁１６が速度検出器よりの回
転数誤差信号３２、緊急時以外は弁開度を全開に
維持する全開バイアス信号３３ａおよび負荷設定
器３５よりの信号によつて全開している。このイ
ンターセプト弁１６は、本来緊急時において中圧
タービン２ｂ以後への流入蒸気を阻止するもので
あり、その特性は第４図の横軸に負荷設定信号Ｌ
および縦軸にインターセプト弁１６の開度１６Ａ
を示し、その実線１６Ａのように負荷設定器の全
域にわたつて全開している。一方抽気弁２０ｂは
第３図ｂにおける貯蔵運転モード選択信号４０が
出力されていないため、切替スイツチ４６が回路
ｃ−ｂを形成して全閉バイアス信号４５をうけて
全閉していることになる。

さて、代表的な貯蔵運転モードは、第５図に示
すように時間Ta−Tbが貯蔵運転選択期間、時間
Tb−Tcが抽気貯蔵運転期間および時間Tc−T_D
が貯蔵運転終了期間と大別することができる。時
間Taにおける貯蔵運転モードの選択時には、第
２図の切替スイツチ３９が第３図ａの切換条件に
より図示のように回路ａ−ｃへ切り替り、インタ
ーセプト弁１６の開度１６Ａは、負荷設定器３５
よりの設定信号を入力とするインターセプト弁開
度発信器３６の出力信号の影響をうけて第５図の
開度１６Ａのように制御される。一方貯蔵運転モ
ードの開始と同時にボイラ負荷６０および主ター
ビン負荷６１を第５図に示すように貯蔵運転状態
まで下げてくるが、貯蔵運転モードへの移行時に
抽気弁２０ｂの切替スイツチ４６は、第３図ｂに
おける貯蔵運転モード４０の信号をうけて回路ａ
−ｂを形成して抽気貯蔵運転を始めるため、ボイ
ラ負荷６０とタービン負荷６１はその分だけ差を
生じることになる。

一方再熱ライン蒸気圧力P₀は、本来負荷の変
化に追従して第６図の実線に示すような変化をす
るものであるが、負荷設定器３５よりの信号をう
けたインターセプト弁開度発信器３６が第４図の
点線に示す開度信号を出力するため、インターセ
プト弁１６の開度はより絞りこまれ、再熱蒸気ラ
イン圧力P₀は第６図の破線に示すように変化す
る。このことは前記したようにタービン負荷を下
げた状態で、再熱蒸気ライン圧力P₀を高めるこ
とができ、第５図の再熱ライン圧力P₀の低下が
緩慢になり、インターセプト弁１６に絞り制御を
加えない状態の貯蔵タンク５の内圧力P₁よりも
さらに高くすることができる。なお抽気弁２０ｂ
の弁開度発信器４４は、貯蔵運転モード時の抽気
量を常時一定に維持しようと計画したとき、再熱
蒸気ラインの圧力P₀と貯蔵タンク５の内圧力P₁
との差圧ΔPを入力信号とするものであり、この
差圧ΔPは予め計算されている抽気弁２０ｂの弁
通過蒸気量が一定となる抽気弁２０ｂの開度ｌを
導びき出す関数である。そして貯蔵タンク５の器
内圧P₁は、貯蔵蒸気量の増加とともに上昇する
ものであり、もし抽気弁２０ｂの開度を一定とし
たならば、抽出蒸気量も徐々に低下することにな
る。

時間Tb−Tc間の抽気貯蔵運転状態において
は、第５図に示すようにボイラ負荷６０、タービ
ン負荷６１およびインターセプト弁開度１６Ａが
整定している状態である。但し貯蔵タンク５の内
圧P₁は、蒸気貯蔵量の変化とともに上昇するが、
抽気量は抽気開度発信器４４により一定となり、
このため再熱ライン蒸気圧P₀も一定に確保する
ことができて安定した運転を行なうことができ
る。

時間Tc−TD間の貯蔵運転終了時においては、
再びボイラ負荷６０およびタービン負荷６１を上
昇させるが、これらの上昇にともなつてインター
セプト弁１６の開度１６Ａおよび再熱ライン蒸気
圧力P₀も通常運転時における負荷相当に戻され
ることになる。抽気弁２０ｂの開度は、貯蔵タン
ク５の内圧P₁の上昇にともなつてその開度２０
ｌも第５図のように増加させるが、貯蔵運転時
TDにおいては、自動的に全閉することになる。

このようにして本発明による蒸気貯蔵装置にお
いては、制御装置２９を附属させることにより、
現状の主タービン側の制御装置を大巾に改造する
ことなく、貯蔵運転モード時における再熱タービ
ン圧力すなわち抽気蒸気圧力P₀をインターセプ
ト弁１６で制御することが可能となり、併せて蒸
気貯蔵タンク５への蒸気貯蔵も抽気弁２０ｂによ
つて安定して供給し貯蔵することができる。

つぎに第７図に本発明による制御装置２９にお
けるインターセプト弁１６に対する制御系３０の
他の実施例を示している。この実施例において
は、再熱ライン圧力設定器７３は、負荷設定信号
３５よりの信号を入力とし、所望の再熱ライン圧
力P₀を確保するための設定器であり、この出力
信号と再熱ライン圧力発信器４３の出力信号との
演算信号が、比例演算器又は比例＋積分演算器７
０を経てインターセプト弁１６の制御回路の低値
優先回路７１へ入力される。そしてこの第７図の
制御系を使用した場合でも、第５図に示す運転モ
ードのように再熱ライン圧力P₀をつり確実に保
つことができる。

さらに第８図に示す制御系では、再熱ライン圧
力設定器７４の設定を手動又は他の要素（例えば
貯蔵タンク内圧又は抽気量）によつて行なうもの
であり、タービン負荷は一定にした状態にて再熱
ライン圧力を貯蔵運転モード時に変更する場合に
有効である。

なお、本発明においては、貯蔵タンク５が単独
であり、また貯蔵運転モード時の抽気量を一定で
あるという条件のもとで説明してきたが、複数個
の貯蔵タンク５を有し、又抽気量を貯蔵運転モー
ド中に変化させるプラントにおいても有効であ
る。

［発明の効果］ 以上のように本発明による蒸気貯蔵発電設備の
蒸気貯蔵装置において、夜間における貯蔵運転モ
ード時に中圧タービンの入口に設けたインターセ
プト弁の開度を絞ることにより、再熱蒸気ライン
圧力をボイラ最低負荷運転時の値より貯蔵運転時
における値まで高めることができ、貯蔵エネルギ
ーの密度が高い状態で貯蔵することができ、併せ
て抽気弁前後の差圧を監視し、抽気弁通過蒸気量
を一定となるよう弁開度を制御していることによ
り、タービン出力も一定、ボイラ発生蒸気量も一
定となり、プラント全体が安定した状態で運転す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蒸気貯蔵発電設備の蒸気
貯蔵装置を実施するためのプラント構成図、第２
図は本発明の蒸気貯蔵装置に使用するインターセ
プト弁および抽気弁の制御ブロツク図、第３図ａ
およびｂはその制御ブロツク図に使用した切替ス
イツチの作用説明図、第４図はインターセプト弁
の開度特性図、第５図は本発明の蒸気貯蔵発電設
備の運転モード図、第６図は再熱蒸気ライン圧力
とタービン負荷との関係を示す特性図、第７図お
よび第８図は本発明に使用するインターセプト弁
制御系の他の実施例を示すブロツク図である。 １…ボイラ、２ａ，２ｂ，２ｃ…高圧、中圧、
低圧タービン、３…発電機、４…蒸気タービンプ
ラント、５…蒸気貯蔵タンク、６…ピークターピ
ン、７…ピーク発電機、８…蒸気貯蔵発電プラン
ト、１６…インターセプト弁、２０…再熱蒸気ラ
イン、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…抽気弁、２９…
制御装置、３０…インターセプト弁制御系、３１
…抽気弁制御系、３２…回転数誤差信号、３３
ａ，３３ｂ…インターセプト弁全開バイアス信
号、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ…演算器、３５…負
荷設定信号、３６…インターセプト弁開度発振
器、３９…通常運転−緊急運転切替スイツチ、４
０…貯蔵運転モード選択、４１…緊急信号、４２
…貯蔵タンク内圧発振器、４３…再熱蒸気ライン
圧力発振器、４４…抽気弁開度発振器、４５…抽
気弁全閉バイアス、４６…切替スイツチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸気貯蔵発電システムを有する蒸気タービン
   プラントにおいて、蒸気タービンの再熱蒸気ライ
   ンに設けたインターセプト弁と、再熱蒸気の抽気
   を蒸気貯蔵タンクへ供給する系統に設けた抽気調
   整弁と、さらに貯蔵運転時に前記インターセプト
   弁に対して開度絞り信号を与える制御系と前記抽
   気調整弁に抽出蒸気圧力と貯蔵タンク内圧力との
   差圧力に対応する開度信号を与える制御系とを有
   する制御装置とを設けたことを特徴とする蒸気貯
   蔵発電設備の蒸気貯蔵装置。