JPH08218892A - ガスタービン発電プラントにおける液化燃料ガス気化潜熱の貯蔵・利用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 液化燃料ガスの気化潜熱を蓄熱し、外気温度
が高く電力需要がピークに達した際に蓄熱した気化潜熱
を利用して発電プラントの出力上昇を図る。 【構成】 液化燃料ガス気化潜熱を利用して氷を生成す
る製氷機と、生成した氷と水とを貯蔵する蓄熱槽と、蓄
熱槽内の水を製氷機に供給する製氷機用循環ポンプと、
ガスタービンの圧縮機の吸気を冷却する熱交換器と、蓄
熱槽内の水を上記熱交換器を通じて、再び蓄熱槽内に返
戻する熱交換器用循環ポンプと、蓄熱槽へ水を供給する
手段と、各機器を連結する配管とを有し、蓄熱槽内に水
を供給して貯溜させ、製氷機用循環ポンプを駆動して蓄
熱槽内の水を製氷機に供給し、液化ガスの気化潜熱を利
用して氷を生成し、生成した氷を蓄熱槽内に送入して貯
蔵させ、ガスタービンが大きい出力を必要とする時に熱
交換器用循環ポンプを駆動して蓄熱槽内の低温の水を熱
交換器に供給してガスタービンの圧縮機の吸気を冷却す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、液化燃料ガスを使用
するガスタービン発電プラントにおいて、液化燃料ガス
の気化潜熱を蓄熱し、外気温度が高く電力需要がピーク
に達した際に前記蓄熱を利用して発電プラントの出力上
昇を図る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液化燃料ガスを利用するプラント
においては、液化燃料ガスの気化潜熱を低温源、海水等
を高温源として、両者のエンタルピー差を利用して液化
燃料ガスを気化する方法、あるいは液化燃料ガスの気化
潜熱を利用して低熱発電といわれる若干の発電を行う方
法等のほかに、液化燃料ガスの気化潜熱を利用して、外
気温度が高いことに基いてガスタービンの出力が低下す
る際に、ガスタービンの吸気（以下、入口空気ともい
う。）を直接冷却してガスタービンの効率向上を図るこ
とが行われていた。

【０００３】図３はその例を示すもので、特開昭５９−
１０１５５０号公報に記載されたガスタービンプラント
冷却用空気の冷却方法の系統図である。該従来の技術に
おいては、燃料貯蔵設備５１に貯蔵された液化ガス燃料
（以下、本願明細書においては液化燃料ガスという。）
は、液化ガス用気化器５２において気化され、気体の状
態でガスタービンプラント５６に供給される。一方ガス
タービン冷却用空気５７は、液化ガス用気化器５２にお
いて液化燃料ガスの気化に必要な熱を放出して温度を低
下させ、冷却用空気供給ライン５５を通じてガスタービ
ンプラント５６に供給される。

【０００４】これによって液化燃料ガス気化のための熱
源を当該系列の外部から供給することなく、またガスタ
ービン冷却用空気５７冷却のために特別な動力を必要と
することもなく、熱エネルギーおよび気化エネルギーを
有効利用し、ガスタービン発電プラント効率の向上を達
成し得るとするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】年間を通じての我が国
の電力消費の実態をみると、夏期における平日の１４時
〜１８時の間が最も大きい。一方、ガスタービン発電機
の出力は入口空気温度によって大きく影響を受け、入口
空気温度が３０℃と５℃の場合とでは約２０％程度相違
する。従って前記のように電力消費の最も大きい１４時
〜１８時という時間帯は、外気温度が最も高い時間帯で
もあることから、最も需要の多い時に最も出力が低下す
るという極めて不具合な状態を生ずる。

【０００６】これに対して上記従来の技術にいては液化
燃料ガスとガスタービン冷却用空気の双方を同時に気化
器に供給し、液化燃料ガスの気化潜熱を利用してガスタ
ービン冷却用空気を冷却することにより、ガスタービン
プラントの効率を高めることが可能であるものの、低温
源である液化燃料ガスの流量を必要以上に増大し得ない
ことから、電力消費がピークで、かつ外気温度が上昇し
た際のガスタービンの出力低下を十分に補うには至って
いない。

【０００７】本願発明は、このような現状に鑑みてなさ
れたもので、簡潔な構成と低廉な運転費とによって、液
化燃料ガスの気化潜熱を蓄熱し、電力消費がピークで、
かつ外気温度が上昇した際においても所定の出力を確保
することが可能なガスタービン発電プラントを提供する
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、前記特許
請求の範囲に記載されたガスタービン発電プラントにお
ける液化燃料ガス気化潜熱の貯蔵・利用方法によって達
成される。すなわち、ＬＰＧ等の液化燃料ガスを使用す
るガスタービン発電プラントにおいて、液化燃料ガス気
化潜熱を利用して氷を生成する製氷機と、生成した氷と
水とを貯蔵する蓄熱槽と、蓄熱槽内の水を製氷機に供給
する製氷機用循環ポンプと、ガスタービンの圧縮機の吸
気を冷却する熱交換器と、蓄熱槽内の水を上記熱交換器
を通じて、再び蓄熱槽内に返戻する熱交換器用循環ポン
プと、蓄熱槽へ水を供給する手段と、各機器を連結する
配管とを有し、蓄熱槽内に水を供給して貯溜させ、製氷
機用循環ポンプを駆動して蓄熱槽内の水を製氷機に供給
し、液化ガスの気化潜熱を利用して氷を生成し、生成し
た氷を蓄熱槽内に送入して貯蔵させ、ガスタービンが大
きい出力を必要とする時に熱交換器用循環ポンプを駆動
して蓄熱槽内の低温の水を熱交換器に供給してガスター
ビンの圧縮機の吸気を冷却するガスタービン発電プラン
トにおける液化燃料ガス気化潜熱の貯蔵・利用方法であ
る。以下、本願発明の作用等について実施例に基づいて
説明する。

【実施例】図１は、本願発明に基づくガスタービン発電
プラントにおける液化燃料ガス気化潜熱の貯蔵・利用方
法の実施例を示す系統図である。図１において、１は液
化燃料ガス貯蔵設備、２は製氷機、３は蓄熱槽、４は製
氷機用循環ポンプ、５は熱交換器用循環ポンプ、６は熱
交換器、７はガスタービンの圧縮機、８は入口空気、９
は補給水ライン、１０は液化燃料ガス等の燃料移送ポン
プである。

【０００９】まず図示しない水供給手段から送られる水
を補給水ライン９を通じて蓄熱槽３内に送入し貯蔵す
る。その際貯蔵する水の量は水と氷との比重差等を考慮
して蓄熱槽３の容量の約７０〜８０％程度とする。蓄熱
槽３の上部には、製氷機２がその下部を蓄熱槽３内に連
通した状態で取り付けられている。

【００１０】製氷機用循環ポンプ４（以下、単に循環ポ
ンプ４ともいう。）を駆動し、蓄熱槽３内の水を吸引し
て製氷機２に送り、再び蓄熱槽３内に返戻させる水の循
環回路を形成させる。

【００１１】次に液化燃料ガス貯蔵設備１からＬＰＧ等
の液化燃料ガスを燃料移送ポンプ１０によって吸引・昇
圧し、製氷機２に供給する。製氷機２の形式として、一
般にチューブタイプとプレートタイプがある。チューブ
タイプの製氷機は、複数配設したチューブの外面に冷媒
を通過させ、チューブの内面に水を流通させる構造であ
り、またプレートタイプの製氷機は内部に空隙を形成さ
せた状態でプレートを対面させて接合したものを多数配
設して構成し、前記空隙部に冷媒を通過させ、プレート
外面に水を流す。

【００１２】燃料移送ポンプ１０から昇圧されて送入さ
れた液化燃料ガスは、製氷機２において冷媒通過域を流
れる。製氷機２がチューブタイプの場合には液化燃料ガ
スがチューブの外面を流れ、水はチューブの壁を介して
チューブの内面を流れることにより、液化燃料ガスは水
から気化潜熱を奪い、一方水は気化潜熱の熱量を放出し
て温度を低下させ、チューブの内部壁面側からドーナツ
状に氷を生成して行く。

【００１３】製氷機２への液化燃料ガスの送給と水の循
環が継続され、製氷機２内に生成される氷の量が一定の
値に達した際には生成した氷を製氷機２の伝熱面から剥
離させる。その手段として通常、前記の氷生成のプロセ
スによって気化した状態の燃料ガスを利用し、これを製
氷機２の冷媒側流路を前記氷生成プロセス時と逆方向に
流通させる。

【００１４】これによって伝熱面に付着した氷は、温度
の高い気体状態の燃料ガスによって加熱されて剥離して
下方に脱落し、蓄熱槽３内に落下し水の上に浮遊した状
態で次第に堆積する。

【００１５】製氷機２内において生成した氷を剥離・脱
落させる氷の回収が完了したのち、再び液化燃料ガスの
流通方向を当初の向きに戻すことにより、再び製氷機２
内において氷の生成が行われる。この操作を繰り返し、
蓄熱槽３内に充分な氷の貯蔵が行われたことを確認した
のち、循環ポンプ４を停止する。

【００１６】伝熱面に付着した氷を剥離させるための熱
源として、上記の気化した状態の燃料ガスを使用するほ
か、図示しない海水あるいは他系統からの温水等を利用
しても良い。

【００１７】電力需要がピークを迎え、一方ではガスタ
ービンの外気の温度が最高に達した際、例えば先に述べ
た夏期における平日の１４時〜１８時等において、熱交
換器用循環ポンプ５（以下、単に循環ポンプ５ともい
う。）を駆動し、蓄熱槽３内下部にあって製氷機２から
落下する氷と接触して冷却された低温の水を吸引して昇
圧し、ガスタービンの圧縮機７に近接して配設された熱
交換器６内に送入する。

【００１８】熱交換器６はガスタービンの圧縮機７に送
入される空気の温度を冷却するためのもので、一般にチ
ューブ型等によって製作される。蓄熱槽３下部から循環
ポンプ５によって吸引・昇圧された低温の水は、ガスタ
ービンの圧縮機７入口空気と熱交換して入口空気温度を
低減させ、一方水側は温度を上昇させて再び蓄熱槽３内
に返戻される。

【００１９】蓄熱槽３内に返戻された水は貯蔵されてい
る氷と接触して冷却されたのち、蓄熱槽３内下部に流下
する。この操作を電力需要ピーク時間中に継続すること
により、外気の温度が上昇した際においてもガスタービ
ンの出力を、向上、維持させることが可能になる。

【００２０】電力需要ピーク時間が当初の予想よりも長
い場合には、前記のように循環ポンプ４を停止させるこ
となく連続運転させて製氷機２において氷を製造させな
がら循環ポンプ５を駆動させて低温の水を熱交換器６に
供給することにより、更に長時間にわたってガスタービ
ンの圧縮機７の入口空気を冷却してガスタービンの出力
を所定の値に維持することが可能になる。

【００２１】次に具体的な数値によって上記内容を説明
する。まず基準条件としてガスタービン入口空気温度を
華氏６０度（約１６℃）とし、その時のガスタービンの
出力を１５０ＭＷとする。該ガスタービンの入口温度に
対する諸特性（出力、空気量、出口ガス温度、熱消費
率）を図２の通りと仮定した場合、入口空気温度が３０
℃時におけるガスタービン出力は１３８ＭＷ、熱消費率
（定格比）は１０２．５％となる。

【００２２】これに対して本願発明に基づく液化燃料ガ
ス気化潜熱を冷媒として用いて製氷して蓄熱し、これに
よって冷却することにより得られるガスタービン入口空
気温度は約５℃であり、その時のガスタービンの出力は
１５９ＭＷ、熱消費率は９９％となって、出力で２１Ｍ
Ｗ、熱消費率で３．５％向上させ得ることから、外気温
度が上昇する電力需要ピーク時において、ガスタービン
の能力を最大限に発揮させ、十分な出力を確保し得る。

【００２３】

【発明の効果】本願発明によれば、上記実施例において
説明したように、下記に示す効果を奏する。 液化燃料ガスの気化潜熱を利用して製氷して貯蔵し、
電力需要がピークでかつ外気温度が最高になる時に、集
中的に低温源として使用することにより、従来困難であ
った最高出力の維持が可能になる。 独立した冷凍機を使用する際には、電力費節減のため
に深夜に集中的に製氷する必要があり、或いは長期的に
効率良く稼動させるために氷の貯蔵槽の容量も大きくす
る必要があるが、本願発明においては製氷に要する動力
消費が微小であることから常時連続的に製氷することが
可能であるため、氷の貯蔵槽の容量も小さく、設備費は
極めて低廉である。 冷媒として、液化燃料ガスの気化潜熱を使用すること
により、独立した冷凍機を使用した場合に比してその設
備費および稼動費ともに極めて大幅に低減させ得る。 従来、夏期の電力ピーク時対策として、ガスタービン
を改造して出力に余裕を持たせることが行われていた
が、本願発明によれば簡潔な設備を設置することのみで
解消され、出力変更に伴う手続を始めガスタービン本体
に係る改造は一切不要である。 ガスタービン吸気の冷却により、出力の向上とともに
熱消費率が向上することから、エネルギーの有効利用が
図れる。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に基づくガスタービン発電プラントに
おける液化燃料ガス気化潜熱の貯蔵・利用方法の実施例
を示す系統図である。

【図２】ガスタービンの特性の一例を示す図である。

【図３】従来の技術の例を示す系統図である。

【符号の説明】

１ 液化燃料ガス貯蔵設備 ２ 製氷機 ３ 蓄熱槽 ４ 製氷機用循環ポンプ ５ 熱交換器用循環ポンプ ６ 熱交換器 ７ ガスタービンの圧縮機 ８ 入口空気 ９ 補給水ライン １０ 液化燃料ガス等の燃料移送ポンプ ５１ 燃料貯蔵設備 ５２ 液化ガス用気化器 ５３ 熱交換ユニット ５４ 燃料ガス供給ライン ５５ 冷却用空気供給ライン ５６ ガスタービンプラント ５７ ガスタービン冷却用空気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＬＰＧ等の液化燃料ガスを使用するガス
   タービン発電プラントにおいて、 液化燃料ガス気化潜熱を利用して氷を生成する製氷機
   と、 生成した氷と水とを貯蔵する蓄熱槽と、 蓄熱槽内の水を製氷機に供給する製氷機用循環ポンプ
   と、 ガスタービンの圧縮機の吸気を冷却する熱交換器と、 蓄熱槽内の水を上記熱交換器を通じて、再び蓄熱槽内に
   返戻する熱交換器用循環ポンプと、 蓄熱槽へ水を供給する手段と、 各機器を連結する配管とを有し、 蓄熱槽内に水を供給して貯溜させ、 製氷機用循環ポンプを駆動して蓄熱槽内の水を製氷機に
   供給し、液化ガスの気化潜熱を利用して氷を生成し、 生成した氷を蓄熱槽内に送入して貯蔵させ、 ガスタービンが大きい出力を必要とする時に熱交換器用
   循環ポンプを駆動して蓄熱槽内の低温の水を熱交換器に
   供給してガスタービンの圧縮機の吸気を冷却することを
   特徴とするガスタービン発電プラントにおける液化燃料
   ガス気化潜熱の貯蔵・利用方法。