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JP7071031B2 - 燃料消費量に基づいて電力システムを制御するための制御システムおよび関連するプログラム製品 - Google Patents
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JP7071031B2 - 燃料消費量に基づいて電力システムを制御するための制御システムおよび関連するプログラム製品 - Google Patents

燃料消費量に基づいて電力システムを制御するための制御システムおよび関連するプログラム製品 Download PDF

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Description

本開示は、一般に電力システムに関し、より具体的には、所望の負荷または電力出力を維持しながら、ガスタービンシステムおよび/または発電プラントの動作コストを低減することに関する。
電力システムは、通常、動作負荷および/または電力出力を生成するために使用される様々な異なるターボ機械および/またはシステムを含む。動作負荷を発生させるために使用される従来の2つの電力システムには、ガスタービンシステムおよび複合サイクル発電プラントが含まれ、これらは一般にガスタービンシステムを含む。従来の複合サイクル発電プラントは、1つまたは複数の蒸気タービンシステムに動作可能に結合された1つまたは複数のガスタービンシステムを使用する。ガスタービンシステムは、ガスタービンに結合された圧縮機を含む。ガスタービンは、通常、負荷または電力出力を生成するために、発電機などの外部構成要素に結合され、それを駆動する。蒸気タービンシステムは、中圧(IP)タービン部分に動作可能に結合された高圧(HP)タービン部分を含み、中圧(IP)タービン部分は次に低圧(LP)タービンに結合される。ガスタービンシステムのガスタービンと同様に、HP、IPおよびLPタービンは、外部構成要素(例えば、発電機)を駆動するために使用される。典型的な複合サイクル発電プラントでは、ガスタービンからの排気ガスは熱回収蒸気発生器(HRSG)に送られ、熱回収蒸気発生器(HRSG)は、システムおよび/または発電プラントの効率を高めるために蒸気を再加熱して蒸気タービンシステムの様々なタービンに蒸気を供給する。HRSGの下流では、排気ガスはスタックを通って大気に放出される。
従来の電力システム(例えば、ガスタービンシステム、複合サイクル発電プラント)の動作には、様々な動作パラメータおよび動作概念(例えば、バイパス、速度、スロットルなど)が影響を及ぼす。例えば、電力システムおよびその様々な構成要素(例えば、圧縮機、ガスタービン、HP/IP/LPタービン)の動作パラメータおよび/または特性(例えば、最大高温ガス温度、最大回転シャフト速度、蒸気の最大質量流量など))は、従来の電力システムが製造することができる動作寿命および/または最大動作負荷および/または電力出力を決定することができる。したがって、従来の電力システムの従来の動作条件および/または動作負荷は、通常、電力システムの動作寿命、電力出力および効率を改善するために、電力システムおよびその構成要素の動作パラメータ、概念および/または特性に基づいて予め定められる。いくつかの従来の例では、従来の電力システムは、様々なステージまたは固定された動作ライン(例えば、低、中、高)を含むことさえあり、各ラインは、電力システムおよびその様々な構成要素の動作条件の変化に基づいて異なる動作負荷を生成または発生することができる。例えば、高い動作ラインは、電力システムのタービン出口温度を上昇させることによって、中間動作ラインまたは低い動作ラインよりも大きな動作負荷を発生させることができる。
しかしながら、これらの従来の電力システム(例えば、ガスタービンシステム、複合サイクル発電プラント)および/または動作条件および/または電力システムの制御は、電力システムの動作に関連するコストを考慮していない。例えば、従来の電力システムの動作条件およびより重要な制御設定を決定することは、通常、ガスタービンシステムの燃料コストおよび/または電力システムの構成要素の保守コストを考慮および/または分析することを含まない。このように、いくつかの例では、従来の電力システムの動作概念の変更は、より大きいまたは同じ動作負荷を生成するが、発電プラントの動作に関連するコストを大幅に増加させる可能性がある。
米国特許出願公開第2015/0322789号明細書
本開示の第1の態様はシステムを提供し、システムは、ガスタービンシステムのタービン部品を含む発電プラントシステムと、発電プラントシステムと通信し、プロセスを実行することによって発電プラントシステムを制御するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイスと、を含み、プロセスは、ガスタービンシステムのタービン部品を通って流れる燃焼ガスのタービン入口温度範囲を画定するステップであって、タービン入口温度範囲は、発電プラントシステムの所望の動作負荷に基づく、ステップと、タービン入口温度範囲に基づいて燃料コスト範囲を決定するステップと、タービン入口温度範囲に基づいて保守コスト範囲を決定するステップと、決定された燃料コスト範囲および決定された保守コスト範囲に基づいて、ガスタービンシステムのタービン部品を通って流れる燃焼ガスの所望のタービン入口温度範囲を計算するステップと、タービン部品を通って流れる燃焼ガスの実際のタービン入口温度を、タービン部品を通って流れる燃焼ガスの計算された所望のタービン入口温度範囲内に調整するステップと、を含む。
本開示の第2の態様はコンピュータプログラム製品を提供し、コンピュータプログラム製品は、少なくとも1つのコンピューティングデバイスによって実行された場合に、少なくとも1つのコンピューティングデバイスに対して、プロセスを実行することによって、ガスタービンシステムのタービン部品を含む発電プラントシステムを制御させるプログラムコードを含み、プロセスは、ガスタービンシステムのタービン部品を通って流れる燃焼ガスのタービン入口温度範囲を画定するステップであって、タービン入口温度範囲は、発電プラントシステムの所望の動作負荷に基づく、ステップと、タービン入口温度範囲に基づいて燃料コスト範囲を決定するステップと、タービン入口温度範囲に基づいて保守コスト範囲を決定するステップと、決定された燃料コスト範囲および決定された保守コスト範囲に基づいて、ガスタービンシステムのタービン部品を通って流れる燃焼ガスの所望のタービン入口温度範囲を計算するステップと、タービン部品を通って流れる燃焼ガスの実際のタービン入口温度を、タービン部品を通って流れる燃焼ガスの計算された所望のタービン入口温度範囲内に調整するステップと、を含む。
本開示の第3の態様はシステムを提供し、システムは、タービン部品を含むガスタービンシステムと、ガスタービンシステムと通信し、プロセスを実行することによってガスタービンシステムを制御するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイスと、を含み、プロセスは、ガスタービンシステムのタービン部品を通って流れる燃焼ガスのタービン入口温度範囲を画定するステップであって、タービン入口温度範囲は、ガスタービンシステムの所望の動作負荷に基づく、ステップと、タービン入口温度範囲に基づいて燃料コスト範囲を決定するステップと、タービン入口温度範囲に基づいて保守コスト範囲を決定するステップと、決定された燃料コスト範囲および決定された保守コスト範囲に基づいて、ガスタービンシステムのタービン部品を通って流れる燃焼ガスの所望のタービン入口温度範囲を計算するステップと、タービン部品を通って流れる燃焼ガスの実際のタービン入口温度を、タービン部品を通って流れる燃焼ガスの計算された所望のタービン入口温度範囲内に調整するステップと、を含む。
本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および/または検討されていない他の問題を解決するように設計される。
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
様々な実施形態による、ガスタービンシステム、蒸気タービンシステム、および制御システムを含む複合サイクル発電プラントシステムの概略図である。 実施形態による、制御システムを使用する複合サイクル発電プラントの動作を制御するための例示的プロセスのフローチャートである。 実施形態による、図1に示す複合サイクル発電プラントのガスタービンシステムの動作のための燃料コスト(動作時間当たり)対タービン入口温度(TIT)のグラフの一例を示す図である。 実施形態による、図1に示す複合サイクル発電プラントのガスタービンシステムの動作のための保守コスト(動作時間当たり)対タービン入口温度(TIT)のグラフの一例を示す図である。 実施形態による、図1に示す複合サイクル発電プラントのガスタービンシステムの動作のための燃料および保守コスト(動作時間当たり)対タービン入口温度(TIT)のグラフの一例を示す図である。 様々な実施形態による、ガスタービンシステムおよび制御システムの概略図である。 実施形態による、図6に示すガスタービンシステムの動作のための燃料コスト(動作時間当たり)対タービン入口温度(TIT)のグラフの一例を示す図である。 実施形態による、図6に示すガスタービンシステムの動作のための燃料および保守コスト(動作時間当たり)対タービン入口温度(TIT)のグラフの一例を示す図である。 実施形態による、図1の複合サイクル発電プラントおよび/または図6のガスタービンシステムを制御するための制御システムを含む環境を示す図である。
本開示の図面は、原寸に比例して示されていないことに留意されたい。図面は、本開示の一般的な態様だけを示すためのものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面においては、図面間で類似する符号は類似する要素を示す。
最初の問題として、現在の開示を明確に説明するために、ガスタービンシステムおよび/または複合サイクル発電プラント内の関連する機械構成要素を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になる。これを行う場合、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載することができるものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載することができるものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。
さらに、本明細書ではいくつかの記述上の用語を定常的に使用する場合があり、この点についてこれらの用語を定義することが有用であることが証明されるはずである。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」とは、タービンエンジンを通る動作流体または、例えば、燃焼器を通る空気の流れ、またはタービンの構成要素システムの1つを通る冷却剤などの流体の流れに対する方向を示す用語である。用語「下流」は、流体の流れの方向に相当し、用語「上流」は、流れの反対の方向を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はエンジンの前方または圧縮機端部を指し、「後方」はエンジンの後方またはタービン端部を指す。多くの場合、中心軸線に関して異なる半径方向位置にある部品を記述することが要求される。用語「半径方向」は、軸線に垂直な移動または位置を指す。このような場合、第1の構成要素が第2の構成要素より軸線に近接して位置する場合、本明細書では、第1の構成要素は第2の構成要素の「半径方向内側」または「内側」にあると述べることになる。一方、第1の構成要素が第2の構成要素より軸線から遠くに位置する場合、本明細書では、第1の構成要素は第2の構成要素の「半径方向外側」または「外側」にあると述べることができる。用語「軸方向」は、軸線に平行な移動または位置を指す。最後に、用語「円周方向」は、軸線周りの移動または位置を指す。このような用語は、タービンの中心軸線に関連して適用することができることは理解されよう。
上述したように、本開示は、一般に発電プラントに関し、より具体的には、所望の負荷または電力出力を維持しながら発電プラントの動作コストを削減することに関する。
これらの実施形態および他の実施形態について、図1~図9を参照して以下で説明する。しかしながら、当業者であれば、これらの図に関して本明細書に与えられた詳細な説明は説明の目的のためのものに過ぎず、限定するものとして解釈すべきではないことを容易に理解するであろう。
図1は、本開示の様々な実施形態によるシステム10の概略図を示す。図示するように、システム10は、蒸気タービン(ST)システム18を含む複合サイクル発電プラントシステム12(以下、「発電プラントシステム12」と呼ぶ)を含むことができ、図示する図では、蒸気タービン(ST)システム18は、当技術分野で知られているように、高圧(HP)部分20、中圧(IP)部分22および低圧(LP)部分24を含むことができる。STシステム18のHP部分20、IP部分22およびLP部分24はすべて、機械的作業を生成するためにおよび/またはSTシステム18の追加の構成要素を駆動するためにシャフト26を回転させるように結合され、および/または配置され、および/または構成されてもよい。図1に示すように、STシステム18のシャフト26は、外部構成要素、より具体的には、電力を生成し、かつ/または負荷を生成するように構成された発電機28に結合され、および/または外部構成要素を駆動することができる。
発電プラントシステム12は、ガスタービン(GT)システム30をさらに含むことができる。GTシステム30は、圧縮機32と、圧縮機32に結合された、および/または圧縮機32の入口の上流に配置された可変入口ガイドベーン(VIGV)34と、を含むことができる。圧縮機32は、VIGV34を通って圧縮機32に流入することができる流体36(例えば、空気)の入って来る流れを圧縮する。本明細書で説明するように、VIGV34は、流体36がVIGV34を通って圧縮機32に流れるとき、流体36の質量流量または流量を調整することができる。本明細書で説明する他の非限定的な例では、GTシステム30は、圧縮機32内に配置された調整可能なステータベーン37を含むことができる。VIGV34と同様に、圧縮機32内に配置された調整可能なステータベーン37は、圧縮機32を流れる流体36の質量流量または流量を調節するために調整(例えば、位置を変更)するように構成することができる。GTシステム30がVIGV34および調整可能なステータベーン37の両方を含む非限定的な例では、VIGV34および調整可能なステータベーン37の両方、あるいはその2つのうちの一方を、圧縮機32を通る流体36の質量流量を調整するために利用することができる。図1ではVIGV34と調整可能なステータベーン37の両方を含むものとして示されているが、発電プラントシステム12のGTシステム30は、VIGV34のみ、または調整可能なステータベーン37のみを含むことができることが理解される。さらに、圧縮機32は2段の調整可能なステータベーン37を含むように示されているが、圧縮機32内の調整可能なステータベーン段数は単なる例示にすぎないことが理解される。このように、圧縮機32は、本明細書で説明するように、流体36の質量流量を調整するように構成することができる調整可能なステータベーン37のより多くのまたはより少ない段を含むことができる。
圧縮機32は、圧縮流体38の流れ(例えば、圧縮空気)を燃焼器40に送る。燃焼器40は、圧縮流体38の流れを、燃料供給源44によって供給される燃料42の加圧された流れと混合し、混合気を点火して燃焼ガス46の流れを生成する。本明細書で説明するように、燃焼ガス46の温度は、燃料供給源44によって供給される燃料42の量および圧縮流体38を形成するために使用される流体36の質量流量によって少なくとも部分的に調整されてもよい。さらに、燃焼ガス46の温度は、他の適切な手段、構成要素および/または動作によって調整されてもよいことが理解される。次に、燃焼ガス46の流れは、通常、複数のタービンブレード(図示せず)を含むタービン部品48に供給される。燃焼ガス46の流れはタービン部品48を駆動して機械的仕事を生成する。タービン部品48で生成された機械的仕事は、シャフト50を介して圧縮機32を駆動し、動力を生成かつ/または負荷を生成するように構成された発電機52(例えば、外部構成要素)を駆動するために使用することができる。
発電プラントシステム12は、2つの別個の発電機28、52が使用される二重シャフト構成を含むように図1に示されているが、他の非限定的な例では、STシステム18およびGTシステム30は、単一のシャフトを共有し、次いで単一の発電機を共有してもよいことが理解される。さらに、発電プラントシステム12は、単一のSTシステム18および単一のGTシステム30のみを含むように示されているが、発電プラントシステム12は、動作負荷および/または電力出力を生成するように構成することができる複数のSTシステム18および/またはGTシステム30を含んでもよいことが理解される。
発電プラントシステム12は、STシステム18(例えば、HP部分20、IP部分22および/またはLP部分24)およびGTシステム30に流体接続された熱回収蒸気発生器(HRSG)54をさらに含むことができる。図1の非限定的な例に示すように、HRSG54は、排気導管56を介してSTシステム18に流体接続され、STシステム18から排出流体(例えば、蒸気)を受け取り、さらに供給導管58を介してSTシステム18の各部分に蒸気を供給することができる。さらに、非限定的な例では、HRSG54は、タービン部品48に結合された、および/またはタービン部品48と流体連通する排気チャネル60を介して、GTシステム30と流体接続および/または結合することができる。排気チャネル60は、GTシステム30からHRSG54へ排気流体(例えば、ガス)を供給して、STシステム18の蒸気を生成および/または加熱する際に利用することができる。HRSG54のスタック61は、HRSG54から大気中に、および/または発電プラントシステム12の外に(過剰なまたは使用済の)ガスおよび/または流体を排出または放出することができる。
発電プラントシステム12は、凝縮器62をさらに含むことができる。凝縮器62は、発電プラントシステム12の様々な構成要素と流体連通することができ、および/または流体結合することができる。非限定的な例では、凝縮器62は、蒸気排出ダクト64を介してSTシステム18のLP部分24に流体接続および/または結合されてもよい。凝縮器62は、当技術分野で知られているように、STシステム18および/またはHRSG54(図示せず)からの排気流および/またはバイパス流(図示せず)を凝縮させ、HRSG54に凝縮流体(例えば凝縮水)を供給するように構成することができる。
図1に示すように、システム10は、発電プラントシステム12を制御するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイス66を含むことができる。コンピューティングデバイス66は、任意の適切な電子的および/または機械的な通信構成要素または技術を介して、発電プラントシステム12およびその様々な構成要素(例えば、STシステム18、VIGV34、燃料供給源44など)に有線および/または無線で接続および/または通信することができる。本明細書で説明するコンピューティングデバイス66およびその様々な構成要素は、発電プラントシステム12およびその様々な構成要素(例えば、STシステム18、GTシステム30など)の動作および/または機能を制御および/または調整することができる別の発電プラント制御システム(例えば、コンピューティングデバイス)(図示せず)から分離して機能する単一の独立型システムであってもよい。あるいは、コンピューティングデバイス66およびその構成要素は、発電プラントシステム12およびその様々な構成要素(例えば、STシステム18、GTシステム30など)の動作および/または機能を制御および/または調整することができる、より大きな発電プラント制御システム(例えば、コンピューティングデバイス)(図示せず)の中に一体的に形成され、それと通信し、および/またはそれの一部として形成されてもよい。
様々な実施形態では、コンピューティングデバイス66は、発電プラントシステム12の動作を制御するために、本明細書で説明するように、制御システム68および複数のセンサ70を含むことができる。本明細書で説明するように、制御システム68は、発電プラントシステム12およびその様々な構成要素を制御して、所望の負荷および/または電力出力を維持しながら、動作を改善し、および/または動作コストを低減することができる。
図1に示すように、コンピューティングデバイス66は、システム10全体に配置された複数のセンサ70を含むことができ、かつ/またはそれらと電気的および/または機械的通信を行うことができる。複数のセンサ70の一部(例えば、発電機52内のおよび/または発電機52と通信するセンサ70)は、コンピューティングデバイス66と通信するようには示されていないが、システム10のすべてのセンサ70は、本明細書で説明するように、発電プラントシステム12と通信し、かつ/または発電プラントシステム12に関連する検出データをコンピューティングデバイス66に提供することができる。図1の非限定的な例に示すように、コンピューティングデバイス66の、および/またはそれに接続されたセンサ70(仮想線で示す)は、VIGV34に隣接した、および/またはVIGV34の下流の圧縮機32内に配置することができる。それに加えて、またはその代わりに、少なくとも1つの別個の/追加のセンサ70をGTシステム30の別個の部分に配置することができる。例えば、センサ70は、圧縮機32と燃焼器40との間に配置された導管(図示せず)内の圧縮機およびVIGV34の上流に配置することができ、燃焼器40は、圧縮機32とタービン部品48との間に配置された導管(図示せず)内の圧縮流体38を受け取ることができ、タービン部品48は、発電機52上の、もしくは発電機52と連絡するシャフト50上の、もしくはシャフト50と連絡するタービン部品48内の、および/またはGTシステム30の排気チャネル60内の、燃焼ガス46を受け取ることができる。
システム10のコンピューティングデバイス66と通信するセンサ70は、ガスタービンシステム30を流れる流体の温度、圧力、密度および/または速度を含むが、これに限定されない、様々な流体(例えば、流体36、燃料42、燃焼ガス46など)の動作特性、および/または物理的状態変数/量を検出および/または決定するように構成された任意の適切なセンサであってもよい。加えて、センサ70は、シャフト50の回転速度、発電機52に対する生成された動作負荷などを含むが、これに限定されない、様々な構成要素(例えば、圧縮機32、タービン部品48、シャフト50、発電機52など)の動作特性および/または物理的状態変数/量を検出および/または決定するように構成された任意の適切なセンサであってもよい。5つのセンサ70が示されているが、別の非限定的な例では、センサ70が1つまたは複数のコンピューティングデバイス66、特に制御システム68に対して、動作中のGTシステム30の動作特性および/または物理的状態変数/量に関する情報またはデータを提供するように構成され得る限りは、システム10はただ1つのセンサ70を含んでもよいことが理解される。図1に示すセンサ70の数は単なる例示であり、限定的ではない。このように、システム10は、図に示すものより多くのまたはより少ないセンサ70を含むことができる。
センサ70は、コンピューティングデバイス66、特に制御システム68に、GTシステム30のための流体の質量流量を計算するために、GTシステム30の動作特性および/または物理的状態変数/量に関する情報またはデータを提供するように構成することができる。すなわち、コンピューティングデバイス66および/または制御システム68は、センサ70によって得られたGTシステム30の動作特性および/または物理的状態変数/量に関するデータを用いて、GTシステム30内の流体の質量流量を計算することができる。さらに、本明細書で説明するように、GTシステム30によって利用される流体の動作特性および/または物理的状態変数/量に関するデータは、GTシステム30のタービン入口温度(TIT)および/またはTIT範囲を画定、決定、および/または計算するために利用することができる。本明細書で説明するように、GTシステム30およびTIT範囲内の流体の(計算された)質量流量は、発電プラントシステム12の動作を改善し、および/または発電プラントシステム12に関連する動作コストを低減するために利用することができる。
図2は、発電プラントシステム12を制御する、限定されない例示的なプロセスを示すフローチャートを示す。これらのプロセスは、例えば、本明細書で説明するように、制御システム68(図1を参照)を含む少なくとも1つのコンピューティングデバイス66によって実行することができる。他の場合には、これらのプロセスは、発電プラントシステム12を制御する、コンピュータにより実施される方法により行うことができる。さらに他の実施形態では、これらのプロセスは、コンピューティングデバイス66上でコンピュータプログラムコードを実行し、コンピューティングデバイス66、特に制御システム68に発電プラントシステム12の動作を制御させることによって実行することができる。引き続き図1を参照して、図2のフローチャートに示すプロセスについて以下で詳細に説明する。
プロセスP1では、GTシステム30のタービン部品48を流れる燃焼ガス46の経験的タービン入口温度(TIT)範囲が画定される。具体的には、経験的TIT(以下、「TIT」)は、GTシステム30で利用される流体の動作特性および/または物理的状態変数/量(例えば、温度、密度など)、ならびに/あるいはGTシステム30の動作特性(例えば、シャフト50の回転速度、発電機52に対する生成された動作負荷など)に関するデータを使用して画定、決定および/または計算することができる。燃焼ガス46の画定されたTIT範囲は、GTシステム30を含む発電プラントシステム12の固定された、一定の、維持された、および/または所望の動作負荷に基づく。具体的には、燃焼ガス46の画定されたTIT範囲は、GTシステム30によって単独でまたはSTシステム18と共に生成される発電プラントシステム12の固定された、一定の、所定の、および/または所望の動作負荷を維持することに基づいている。そのように、画定されたTIT範囲は、最小TIT(TITMIN)、最大TIT(TITMAX)およびその間の様々なTITを含むことができ、画定されたTIT範囲の各TITは、発電プラントシステム12が所望の動作負荷で動作している、および/または所望の動作負荷を維持していることを保証することができる。燃焼ガス46のTIT範囲を画定することはまた、GTシステム30およびその様々な構成要素の動作パラメータ(例えば、最大/最小タービン入口温度(TIT)、シャフト50の最大回転速度、圧縮機32を流れる流体36の最大/最小質量流量など)を決定することを含む。GTシステム30およびその様々な構成要素(例えば、圧縮機32、タービン部品48など)のこれらの動作パラメータは、予め定められた、計算された、および/または既知の動作上の制限または制約、業界標準であってもよく、および/またはGTシステム30を形成する構成要素に特有のものであってもよい。発電プラントシステム12のGTシステム30の決定された動作パラメータに基づいて、GTシステム30のタービン部品48を流れる燃焼ガス46のTIT範囲を生成することができる。生成されたTIT範囲の一部が、発電プラントシステム12のための一定の、所定の、および/または所望の動作負荷(例えば、高すぎる温度から、わずかな流量まで)を維持できない場合には、生成された燃焼ガス46のTIT範囲を、画定されたTIT範囲を形成するように調整(例えば、狭める、変更するなど)することができる。
プロセスP2では、GTシステム30の燃料コスト範囲が決定される。GTシステム30の燃料コスト範囲は、画定されたTIT範囲(例えば、プロセスP1)に基づいて決定される。燃料コスト範囲を決定することは、画定されたTIT範囲にわたって動作中の発電プラントシステム12の時間当たりの燃料コストを計算することを含むことができる。すなわち、決定された燃料コスト範囲は、発電プラントシステム12の一定の、所定のおよび/または所望の動作負荷を維持するために1時間にGTシステム30に動力を供給するのに必要な燃料量のコスト範囲、したがって熱入力を表すことができる。このように、GTシステム30の燃料コスト範囲は、画定されたTIT温度範囲のTITに対応する最小燃料コスト(FuelMIN)、最大燃料コスト(FuelMAX)およびその間の様々な燃料コストを含むことができる。本明細書で詳細に述べるように、発電プラントシステム12について、最小燃料コスト(FuelMIN)は、通常、最大TIT(TITMAX)に関連付けられ、最大燃料コスト(FuelMAX)は、通常、最小TIT(TITMIN)に関連付けられる。
プロセスP3では、GTシステム30の保守コスト範囲が決定される。GTシステム30の保守コスト範囲は、画定されたTIT範囲(例えば、プロセスP1)に基づいて決定される。保守コスト範囲を決定することは、画定されたTIT範囲にわたって動作中の発電プラントシステム12の時間当たりの保守コストを計算することを含むことができる。すなわち、決定された保守コストの範囲は、GTシステム30が発電プラントシステム12のための一定の、所定のおよび/または所望の動作負荷を維持しつつ、TIT範囲内の燃焼ガス46の各TITで1時間動作する際に、GTシステム30のシステムおよび/または構成要素の保守コスト範囲を表すことができる。システムおよび/または構成要素の保守には、GTシステム30およびその様々な構成要素(例えば、圧縮機32、タービン部品48など)の必要とされる修理、調整、修正、交換および/または動作不能/停止時間の量が含まれ得るが、これらに限定されない。このように、GTシステム30の保守コスト範囲は、画定されたTIT温度範囲のTITに対応する最小保守コスト(MainMIN)、最大保守コスト(MainMAX)およびその間の様々な保守コストを含むことができる。本明細書で詳細に説明するように、最小保守コスト(MainMIN)は、通常、最小TIT(TITMIN)に関連付けられ、最大保守コスト(MainMAX)は、通常、最大TIT(TITMAX)に関連付けられる。
プロセスP4では、GTシステム30のタービン部品48を通って流れる燃焼ガス46の所望のTIT範囲が計算される。所望のTIT範囲は、決定された燃料コスト範囲(例えば、プロセスP2)および決定された保守コスト範囲(例えば、プロセスP3)に基づいて計算することができる。すなわち、決定された燃料コスト範囲、決定された保守コスト範囲、および燃料および保守コスト範囲のそれぞれに関連する関係および/または公式が、解析され、比較され、操作され、結合され、および/または計算を実行して、画定されたTIT範囲内で燃料および保守コストの組み合わせの範囲(燃料+保守)を生成し、GTシステム30のタービン部品48を流れる燃焼ガス46の所望のTIT範囲を最終的に計算する。さらに、所望のTIT範囲は、発電プラントシステム12の標準的な現在の、実際の、および/または動作パラメータ(例えば、実際のまたは動作のTIT)および/または関連コストに基づいて計算されてもよい。燃焼ガス46の所望のTIT範囲の計算はまた、燃焼ガス46の好適なTITを計算することを含むことができる。計算された好適なTITは、本明細書で説明するように、発電プラントシステム12の動作効率および/または熱効率を改善する、および/または発電プラントシステム12に関連する動作コストの最大の低減をもたらす、計算された所望のTIT範囲内の燃焼ガス46の単一のTITであってもよい。計算された所望のTIT範囲は、GTシステム30のタービン部品48を通って流れる燃焼ガス46のために画定されたTIT範囲内にある、および/または含まれる温度であってもよい。
プロセスP5では、GTシステム30のタービン部品48を通って流れる燃焼ガス46の実際のまたは動作のTITが調整される。具体的には、燃焼ガス46の実際のTITは、GTシステム30のタービン部品48を通って流れる燃焼ガス46の計算された所望のTIT範囲内になるように調整することができる。燃焼ガス46の実際のまたは動作中のTITを燃焼ガス46の計算された所望のTIT範囲内になるように調整することは、GTシステム30の圧縮機32を流れる燃料42の質量流量および/または流体36の質量流量を調整して、発電プラントシステム12のための固定された、一定の、および/または所望の動作負荷を維持することを含むことができる。流体36の質量流量は、GTシステム30の圧縮機32の上および/または上流に配置されたVIGV34を調整する(例えば、開く、閉じる)こと、および/または圧縮機32内に配置された可変ステータベーン37を調整することによって調節することができる。VIGV34および/または可変ステータベーン37を調整することは、VIGV34、ひいては圧縮機32を通る流体36の質量流量を増加または減少させることを含むこともできる。燃焼ガス46の実際のまたは操作上のTITを、燃焼ガス46の計算された所望のTIT範囲内に調整することは、燃焼ガス46の実際のまたは動作上のTITを、計算された好適なTITと同一になるように調整することを含むことができる。さらに、本明細書で説明するように、燃焼ガス46の実際のTITまたは動作上のTITを、燃焼ガス46の計算された所望のTIT範囲内に調整することは、発電プラントシステム12のGTシステム30による燃料42の消費量を低減し、発電プラントシステム12の熱効率を増加させ、および/または発電プラントシステム12の全体的な動作コストを低減することを含むことができる。非限定的な例では、GTシステム30からの排気ガスが、TITが調整される(例えば、増加する)ときに増加するので、発電プラントシステム12のHRSG54の動作効率および/または熱効率が改善され、したがって発電プラントシステム12の熱効率が改善される。
本明細書に示され記載されるフローチャートにおいて、図示していない他のプロセスまたは動作を実行することができ、様々な実施形態に応じてプロセスの順序を再配列することができることが理解される。例えば、連続して実行されるものとして示されているが、プロセスP2およびP3は同時に実行されてもよい。加えて、1つまたは複数の記載のプロセスの間に中間プロセスを実行してもよい。本明細書に示され記載されるプロセスの流れは、様々な実施形態の限定とみなすべきではない。
図3~図5は、発電プラントシステム12におけるGTシステム30の動作のための様々なコスト対タービン入口温度(TIT)のグラフを示す。具体的には、図3は、GTシステム30の動作のための画定されたTIT範囲に基づく燃料コスト範囲についてのコスト対TITのグラフを示し、図4は、GTシステム30の動作のための画定されたTIT範囲に基づく保守コスト範囲についてのコスト対TITのグラフを示し、図5は、GTシステム30の動作のために画定されたTIT範囲に基づく計算されたおよび/または結合された燃料コストおよび保守コスト範囲についてのコスト対TITのグラフを示す。引き続き図1および図2を参照して、コンピューティングデバイス66(図1を参照)の制御システム68を使用して発電プラントシステム12を制御するプロセスを、ここで図3~図5に関して説明することができる。
プロセスP1(図2を参照)に関して本明細書で説明したように、GTシステム30の動作のための画定されたおよび/または計算されたTIT範囲は、図3~図5に示すように、発電プラントシステム12の所定の、および/または一定の動作負荷を維持することに基づいてもよい。さらに、図3~図5に示す画定されたTIT範囲は、GTシステム30によって利用される流体の所定の/計算された動作パラメータ、および/または物理的状態変数/量、ならびに/あるいはGTシステム30およびその様々な構成要素(例えば、圧縮機32、タービン部品48など)の動作特性に基づいてもよい。したがって、上述したように、タービン部品48を流れる燃焼ガス46が、TIT範囲内の温度と、GTシステム30への対応する入口質量流両とを有する限りは、最小TIT(TITMIN)と最大TIT(TITMAX)との間で特定された画定されたTIT範囲は、発電プラントシステム12が所望の一定の動作負荷を維持できることを確実にすることができる。
図3を参照すると、GTシステム30の動作のための画定されたTIT範囲に基づく燃料コスト範囲についてのコスト対TITのグラフが示されている。図3に示す燃料コストを示す線の点またはプロットの各々は、プロセスP2に関して本明細書で説明したように、画定されたTIT範囲内の対応するTITにおけるGTシステム30の動作時間当たりの燃料コストを特定することができる。さらに、燃料コストを示す線によって特定される燃料コスト範囲はまた、発電プラントシステム12の所望の一定の動作負荷を維持するためのGTシステム30の動作時間当たりの燃料コストも表す。図3の非限定的な例に示すように、画定されたTIT範囲に基づく燃料コスト範囲は、実質的に線形であり得る。すなわち、燃料コスト範囲内の燃料コストは、TIT範囲内の対応するTITが増加するにつれて、実質的に線形に減少し得る。図3に示すように、最大燃料コスト(FuelMAX)は、最小TIT(TITMIN)に対応してもよく、および/またはそれに等しくてもよく、最小燃料コスト(FuelMIN)は、最大TIT(TITMAX)に対応してもよく、および/またはそれに等しくてもよく、その間に特定された燃料コストは減少する(例えば、直線的に減少する)ことができる。
図4は、GTシステム30の動作のための画定されたTIT範囲に基づく保守コスト範囲についてのコスト対TITのグラフを示す。図4に示す保守コストを示す線の点またはプロットの各々は、GTシステム30が、プロセスP3に関して本明細書で説明したように、画定されたTIT範囲内の対応するTITで動作する際に必要とすることができる動作時間当たりの保守コストを特定することができる。さらに、保守コストを示す線によって特定される保守コスト範囲はまた、発電プラントシステム12の所望の一定の動作負荷を維持するための、GTシステム30および/または発電プラントシステム12の動作時間当たりの保守コストを表す。図3に示す燃料コスト範囲とは異なり、画定されたTIT範囲に基づく保守コストの範囲は(例えば、指数関数的に)増加することができる。これは、図4に示す非限定的な例では、TIT範囲内の対応するTITも増加するので、保守コスト範囲内の保守コストは実質的に指数関数的に増加することができる。他の非限定的な例では、保守コスト範囲は、実質的に一定の態様(例えば、一定の勾配)で増加してもよい。TITが増加するほど、関連するまたは対応する保守コストの変化または増加が大きくなる。図4に示すように、図3に示す燃料コスト範囲とは反対に、最小保守コスト(MainMIN)は、最小TIT(TITMIN)に対応してもよく、および/またはそれに等しくてもよく、最大保守コスト(MainMAX)は、最大TIT(TITMAX)に対応してもよく、および/またはそれに等しくてもよい。さらに、最小保守コスト(MainMIN)と最大保守コスト(MainMAX)の間で特定された保守コストは、指数関数的に増加してもよい。
図5は、GTシステム30の動作のための画定されたTIT範囲に基づく計算されたおよび/または組み合わせられた燃料および保守(燃料+保守)コスト範囲についてのコスト対TITのグラフを示す。さらに、比較目的のために、図5はまた、図3に示す燃料コスト範囲(破線で示す)および図4に示す保守コスト範囲(破線で示す)を示す。燃料コスト範囲および保守コスト範囲と同様に、図5に示す計算されたおよび/または組み合わされた燃料および保守(燃料+保守)コスト範囲を示す線の点またはプロットの各々は、GTシステム30が画定されたTIT範囲内の対応するTITで動作する際に必要とされ得る動作時間当たりの組み合わされた燃料および保守のコスト関係を特定することができる。加えて、組み合わされた燃料および保守(燃料+保守)コスト範囲を示す線によって特定される組み合わされた燃料および保守のコスト関係はまた、発電プラントシステム12の所望の一定の動作負荷を維持するためのGTシステム30の動作時間当たりの組み合わされたコストを表す。
プロセスP4に関して本明細書で説明するように、燃料コスト範囲および保守範囲を解析、比較、操作、結合および/または計算して、図5に示す組み合わされた燃料および保守コスト範囲(燃料+保守)を生成することができる。一旦生成されると、GTシステム30のタービン部品48を通って流れる燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)は、組み合わされた燃料および保守コスト範囲(燃料+保守)を使用して計算および/または特定することができる。さらに、燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)を計算および/または特定することは、燃焼ガス46の実際のTIT(TITACT)および実際のTIT(TITACT)での動作の関連する組み合わされた燃料および保守コストに少なくとも部分的に依存してもよい。図5に示す非限定的な例では、GTシステム30のタービン部品48を流れる燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)は、燃焼ガス46の実際のTIT(TITACT)とブレークイーブンTIT(TITBE)との間のTITの範囲として計算され、および/または特定することができ、ブレークイーブンTIT(TITBE)は、実際のTIT(TITACT)と同じまたは同一の組み合わされた燃料および保守コストを有するGTシステム30の燃焼ガス46の最も高いTITを示す。つまり、ブレークイーブンTIT(TITBE)は実際のTIT(TITACT)よりも大きいが、ブレークイーブンTIT(TITBE)での組み合わされた燃料および保守コストは、実際のTIT(TITACT)での組み合わされた燃料および保守コストに等しい。したがって、所望のTIT範囲(TITDES)は、動作の関連する組み合わされた燃料および保守コストがより低い、ブレークイーブンTIT(TITBE)と実際のTIT(TITACT)との間で計算および/または特定されるTITの範囲とすることができる。本明細書で説明するように、燃焼ガス46が所望のTIT範囲(TITDES)のいずれか1つでGTシステム30を通って流れることを可能にすることにより、発電プラントシステム12の動作コストを低減することができる。
所望のTIT範囲(TITDES)を計算することに加えて、またはそれに代えて、好適なTIT(TITPRE)を計算および/または特定することができる。具体的には、好適なTIT(TITPRE)は、計算されてもよく、ならびに/あるいは実際のTIT(TITACT)からの動作の組み合わされた燃料および保守コストの最大の変化(例えば減少)を提供し得る所望のTIT範囲(TITDES)内の単一のTITを特定してもよい。図5に示す非限定的な例では、好適なTIT(TITPRE)は、組み合わされた燃料および保守コスト範囲(燃料+保守)上の最低コスト点(例えば、頂点)として計算および/または特定されてもよい。所望のTIT範囲(TITDES)内の任意のTITを有するGTシステム30の燃焼ガス46は、組み合わされた燃料および保守コストの減少をもたらすが、好適なTIT(TITPRE)に等しいTITを有する燃焼ガス46は、実際のTIT(TITACT)で動作するGTシステム30に関連するコストと比較した場合に、組み合わされた燃料および保守コストの最も大きい減少をもたらす。
GTシステム30のタービン部品48を通って流れる燃焼ガス46について、組み合わされた燃料および保守コスト範囲(燃料+保守)、所望のTIT範囲(TITDES)および/または好適なTIT(TITPRE)が計算および/または特定されると、コンピューティングデバイス66の制御システム68は、発電プラントシステム12(図1を参照)を制御することができる。具体的には、コンピューティングデバイス66の制御システム68は、ガスタービン48に流れる燃焼ガス46の実際のTIT(TITACT)を、燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)内のTITのうちの1つと同一になるように調整することができる。さらに、コンピューティングデバイス66の制御システム68は、ガスタービン48に流れる燃焼ガス46の実際のTIT(TITACT)を、所望のTIT範囲(TITDES)内に含まれ得る、および/または所望のTIT範囲(TITDES)を用いて計算され得る燃焼ガス46の好適なTIT(TITPRE)と同一になるように調整することができる。プロセスP5に関して本明細書で説明するように、実際のTIT(TITACT)は、燃料タンク44によって供給される燃料42質量流量を調整すること、および/または圧縮機32を流れる流体36の質量流量を調整することによって調整することができる。図1に示す非限定的な例では、コンピューティングデバイス66の制御システム68は、VIGV34および/または調整可能なステータベーン37を調整することによって、圧縮機32に流れる流体質量流量36を調整して、圧縮機32に流れる流体36の量を増減することができる。質量流量が減少する非限定的な例では、タービン部品48に流れる燃焼ガス46のTITは、供給タンク44によって供給される燃料42が少なくなるように、所望のTIT範囲(TITDES)内で調整(例えば、増加)し維持され得る。さらに、本明細書で説明するように、実際のTIT(TITACT)を所望のTIT範囲(TITDES)内に含まれるTITに調整すること、および/または好適なTIT(TITPRE)と同一にすることは、発電プラントシステム12が動作し、固定された、一定の、および/または所望の動作負荷を維持することを確実にすることができる。さらに、実際のTIT範囲(TITACT)は、所望のTIT範囲(TITDES)内に含まれるTITと一致するように、および/または発電プラントシステム12の動作を固定された、一定の、および/または所望の動作負荷を維持するように連続的に調整することができることが理解される。
燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)での動作は、発電プラントシステム12の所望の固定されたおよび/または一定の動作負荷を維持しながら、発電プラントシステム12の燃料消費量を低減し、ならびに/あるいは熱効率および/または動作効率を増加させることができる。非限定的な例では、熱GTシステム30の排気エネルギーの増加の結果として、発電プラントシステム12の熱効率が増加させることができる。発電プラントシステム12の熱効率および/または動作効率の増加は、GTシステム30が燃焼ガス46で所望のTIT範囲内で動作した後に、GTシステム30のタービン部品48からの排気ガスの温度上昇の結果である。本明細書で説明するように、GTシステム30の動作中に質量流量を調整する(例えば、減少させる)、および/またはTITを調整する(例えば、増加させる)結果として、GTシステム30の熱効率および/または動作効率が低下する可能性があるとしても、熱GTシステム30の排気エネルギーの増加、および結果として発電プラントシステム12の熱効率の増加が起こり得る。
さらに、本明細書で説明するように、コンピューティングデバイス66の制御システム68が発電プラントシステム12の動作を制御することを可能にすることによって、発電プラントシステム12の全体的な動作コストを低減することができる。図5の非限定的な例に示すように、実際のTIT(TITACT)は、GTシステム30の動作パラメータ、業界標準、および/または発電プラントシステム12の計算された動作に基づいて予め決定されたGTシステム30のTITであってもよい。タービン部品48に流れる燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)を維持するために、制御システム68を使用して発電プラントシステム12の動作を制御するプロセスを実行する(例えば、VIGV34および/または調整可能なステータベーン37を介してGTシステム30への流体36の質量流量を調整する、燃焼器40への燃料42の流れを調整する)ことによって、固定された、一定の、および/または所望の動作負荷を依然として達成するための全体的なコスト削減が容易に明らかである。具体的には、図5に示すように、実際のTIT(TITACT)下で動作するGTシステム30と所望のTIT範囲(TITDES)内に含まれる任意のTITとを比較した場合の全体的なコストの変化または減少(ΔCOSTFuel+Main)は重要である。これは、実際のTIT(TITACT)と、所望のTIT(TITDES)内に含まれるおよび/または所望のTIT(TITDES)を用いて計算された好適なTIT(TITPRE)と比較する場合に特に明白である。燃料コストの変化(ΔCOSTFuel)と保守コストの変化(ΔCOSTMain)を比較すると、これはさらに支持される。すなわち、図5に示すように、実際のTIT(TITACT)の下で動作しているGTシステム30と所望のTIT範囲(TITDES)とを比較すると保守コストがわずかに増加するが、保守コストと比較すると燃料コストは劇的に減少する(例えば、保守コストの2~3倍)。このように、本明細書で説明するように、発電プラントシステム12を動作させるための全体的なコストが、低減および/または改善される。
本明細書では、発電プラントシステム12で利用されるものとして説明したが、コンピューティングデバイス66、特に制御システム68は、GTシステム30のみで利用してもよい。すなわち、コンピューティングデバイス66および制御システム68は、所望の負荷および/またはGTシステム30を維持しながら、GTシステム30の動作を制御して動作を改善し、および/または動作コストを低減するために利用してもよい。
図6を参照すると、コンピューティングデバイス66および制御システム68を含むGTシステム30が示されている。GTシステム30は、発電プラントシステム12の一部として、図1に示すGTシステム30と実質的に同一であってもよい。類似の符号を付したおよび/または名称をつけた構成要素は、実質的に類似の態様で機能し得ることが理解される。これらの構成要素の冗長な説明は、明瞭にするために省略している。
本明細書で説明するように、コンピューティングデバイス66およびその様々な構成要素(例えば、制御システム68、センサ70)は、GTシステム30の動作を制御および/または改善するのを助けるためのデータを収集および/または解析するように構成することができる。すなわち、コンピューティングデバイス66および制御システム68は、プロセスP1~P5に関して、また図2に示すように、本明細書で説明したのと同様のプロセスおよび/または動作に従ってGTシステム30の所望の負荷を維持しながら、GTシステム30の動作を制御して動作を改善し、および/または動作コストを低減するために利用することができる。しかし、制御システム68を使用してGTシステム30を制御するプロセスのいくつかの部分は、GTシステム30(図1~図5を参照)を含む発電プラントシステム12を制御することに関して上述したプロセスとは異なってもよい。例えば、以下に詳細に説明するように、維持することができる固定された、一定の、および/または所望の動作負荷は、GTシステム30だけのためである。
図7は、GTシステム30の動作のための画定されたTIT範囲に基づく燃料コスト範囲についてのコスト対TITのグラフを示す。図7に示す画定されたTIT範囲は、図3に関して本明細書に示して説明したものと実質的に類似していてもよく、および/または同様の方法で画定および/または計算されてもよい。図3に示す燃料コストを示す線の点またはプロットの各々は、プロセスP2に関して本明細書で説明したように、画定されたTIT範囲内の対応するTITにおけるGTシステム30の動作時間当たりの燃料コストを特定することができる。さらに、燃料コストを示す線によって特定される燃料コスト範囲はまた、GTシステム30の所望の一定の動作負荷を維持するためのGTシステム30の動作時間当たりの燃料コストも表す。図7の非限定的な例に示すように、画定されたTIT範囲に基づく燃料コスト範囲は、実質的に線形であり得る。すなわち、上述した発電プラントシステム12のGTシステム30の燃料コスト範囲(図3を参照)とは異なり、TIT範囲内の対応するTITが増加するにつれて実質的に線形に増加し得る。図7に示すように、最小燃料コスト(FuelMIN)は、最小TIT(TITMIN)に対応してもよく、および/またはそれに等しくてもよく、最大燃料コスト(FuelMAX)は、最大TIT(TITMAX)に対応してもよく、および/またはそれに等しくてもよく、その間に特定された燃料コストは増加する(例えば、直線的に増加する)ことができる。
図8は、GTシステム30の動作のための画定されたTIT範囲に基づく計算されたおよび/または組み合わせられた燃料および保守(燃料+保守)コスト範囲についてのコスト対TITのグラフを示す。さらに、比較目的のために、図8は、図7に示す燃料コスト範囲(点線で示す)も示している。さらに、本明細書で説明するGTシステム30を動作させるための保守コスト範囲(破線で示す)も図8に示すことができる。図8に示すように、図4と比較して、GTシステム30の動作時間当たりの保守コストは、発電プラントシステム12内に含まれるGTシステム30の動作の保守コストと実質的に同様または同一であってもよい。したがって、分かりやすくするために、これらの保守コスト範囲の冗長な説明は省略する。燃料コストおよび保守コストの範囲と同様に、図8に示す計算されたおよび/または組み合わされた燃料および保守(燃料+保守)コスト範囲を示す線の点またはプロットの各々は、GTシステム30が画定されたTIT範囲内の対応するTITで動作する際に必要とされ得る動作時間当たりの組み合わされた燃料および保守のコスト関係を特定することができる。加えて、組み合わされた燃料および保守(燃料+保守)コスト範囲を示す線によって特定される組み合わされた燃料および保守のコスト関係はまた、GTシステム30の所望の一定の動作負荷を維持するためのGTシステム30の動作時間当たりの組み合わされたコストを表す。
プロセスP4に関して本明細書で説明するように、燃料コスト範囲および保守範囲を解析、比較、操作、結合および/または計算して、図8に示す組み合わされた燃料および保守コスト範囲(燃料+保守)を生成することができる。一旦生成されると、GTシステム30のタービン部品48を通って流れる燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)および/または好適なTIT(TITPRE)は、組み合わされた燃料および保守コスト範囲(燃料+保守)を使用して計算および/または特定することができる。さらに、燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)を計算および/または特定することは、燃焼ガス46の実際のTIT(TITACT)および実際のTIT(TITACT)での動作の関連する組み合わされた燃料および保守コストに少なくとも部分的に依存してもよい。
図8に示す非限定的な例では、GTシステム30のタービン部品48を通って流れる燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)を計算し、および/または好適なTIT(TITPRE)とGTシステム30を流れる燃焼ガス46の実際のTIT(TITACT)との間のTITの範囲として計算され、および/または特定されてもよい。図8に示す非限定的な例では、計算されたおよび/または特定された好適なTIT(TITPRE)は、GTシステム30の所望の一定の、および/または固定された動作負荷を維持するためのGTシステム30の燃焼ガス46の最も低いTITであってもよい。しかし、他の非限定的な例では、好適なTIT(TITPRE)は、燃焼ガス46の最も低いTITではなく、むしろ、図5に関して本明細書で同様に説明したように、実際のTIT(TITACT)からの最大のコスト削減をもたらす計算されたおよび/または特定されたTITであることが理解される。この非限定的な例では、計算および/または特定された好適なTIT(TITPRE)よりも低い任意のTITは、GTシステム30の所望の一定のおよび/または固定された動作負荷を依然として維持することができるが、GTシステム30の構成要素(例えば、燃焼器40、タービン部品48など)に対する動作上の制限および/または制約に近づき、および/またはそれを超える可能性がある。
さらに、GTシステム30(図7を参照)の燃料コスト範囲の関係を考慮して、好適なTIT(TITPRE)はまた、GTシステム30を動作させて固定された動作負荷を生成するための最も低い組み合わされた燃料および保守コスト(燃料+保守)を示すことができる。図8に示すように、燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)は、GTシステム30を動作させるための関連する燃料および保守コスト(燃料+保守)を含むことができるTIT温度の範囲を含むことができ、それは燃焼ガス46の実際のTIT(TITACT)に関連する燃料および保守コスト(燃料+保守)よりも低いまたは小さい。図5に関して本明細書で説明したように、所望のTIT範囲(TITDES)のいずれか1つで燃焼ガス46がGTシステム30を通って流れることを可能にすることにより、発電プラントシステム12の動作コスト(例えば、燃料および保守コスト)が削減される。さらに、好適なTIT(TITPRE)は、実際のTIT(TITACT)からの動作の組み合わされた燃料および保守コストの最大の変化(例えば減少)を提供し得る所望のTIT範囲(TITDES)内の単一のTITを含む。所望のTIT範囲(TITDES)内の任意のTITを有するGTシステム30の燃焼ガス46は、組み合わされた燃料および保守コストの減少をもたらすが、好適なTIT(TITPRE)に等しいTITを有する燃焼ガス46は、実際のTIT(TITACT)で動作するGTシステム30に関連するコストと比較した場合に、組み合わされた燃料および保守コストの最も大きい減少をもたらす。
GTシステム30のタービン部品48を通って流れる燃焼ガス46について、組み合わされた燃料および保守コスト範囲(燃料+保守)、所望のTIT範囲(TITDES)および/または好適なTIT(TITPRE)が計算および/または特定されると、コンピューティングデバイス66の制御システム68は、GTシステム30(図6を参照)を制御することができる。具体的には、コンピューティングデバイス66の制御システム68は、ガスタービン48に流れる燃焼ガス46の実際のTIT(TITACT)を、燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)内のTITのうちの1つと同一になるように調整することができる。さらに、コンピューティングデバイス66の制御システム68は、ガスタービン48に流れる燃焼ガス46の実際のTIT(TITACT)を、所望のTIT範囲(TITDES)内に含まれ得る、および/または所望のTIT範囲(TITDES)を用いて計算され得る燃焼ガス46の好適なTIT(TITPRE)と同一になるように調整することができる。プロセスP5に関して本明細書で説明するように、実際のTIT(TITACT)は、燃料タンク44によって供給される燃料42質量流量を調整すること、および/または圧縮機32を流れる流体36の質量流量を調整することによって調整することができる。図6に示す非限定的な例では、コンピューティングデバイス66の制御システム68は、VIGV34および/または調整可能なステータベーン37を調整することによって、圧縮機32に流れる流体質量流量36を調整して、圧縮機32に流れる流体36の量を増減することができる。質量流量が増加する非限定的な例では、タービン部品48に流れる燃焼ガス46のTITは、供給タンク44によって供給される燃料42が多くなるように、所望のTIT範囲(TITDES)内で調整(例えば、減少)し維持され得る。
流体質量流量36を調整した結果、図8の非限定的な例に示されているように、実際のTIT(TITACT)は、所望のTIT範囲(TITDES)内になるように、および/または好適なTIT(TITPRE)に等しくなるように減少して、本明細書で説明するように、GTシステム30の効率を改善することができる。さらに、本明細書で説明するように、実際のTIT(TITACT)を所望のTIT範囲(TITDES)内に含まれるTITに調整すること、および/または好適なTIT(TITPRE)と同一にすることは、GTシステム30が動作し、固定された、一定の、および/または所望の動作負荷を維持することを確実にすることができる。さらに、実際のTIT範囲(TITACT)は、所望のTIT範囲(TITDES)内に含まれるTITと一致するように、および/またはGTシステム30の動作を固定された、一定の、および/または所望の動作負荷を維持するように連続的に調整することができることが理解される。
燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)での動作は、GTシステム30の所望の固定されたおよび/または一定の動作負荷を維持しながら、GTシステム30の熱効率および/または動作効率を増加させることができる。非限定的な例では、GTシステムの熱効率は、流体36の質量流量の増加および結果として生じる燃焼ガス46のTITの減少の結果として増加することができる。
さらに、本明細書で説明するように、GTシステム30の動作および/または動作効率を改善しながら、コンピューティングデバイス66の制御システム68がGTシステム30の動作を制御することを可能にすることによって、GTシステム30の全体的なコストを低減することができる。図8の非限定的な例に示すように、実際のTIT(TITACT)は、GTシステム30の動作パラメータ、業界標準、および/またはGTシステム30の計算された動作に基づいて予め決定されたGTシステム30のTITであってもよい。タービン部品48に流れる燃焼ガス46の所望のTIT範囲(TITDES)を維持するために、制御システム68を使用してGTシステム30の動作を制御するプロセスを実行する(例えば、VIGV34および/または調整可能なステータベーン37を介してGTシステム30への流体36の質量流量を調整する、燃焼器40への燃料42の流れを調整する)ことによって、固定された、一定の、および/または所望の動作負荷を依然として達成しながら全体的な動作コスト節約および/またはコスト削減が容易に明らかである。具体的には、図8に示すように、実際のTIT(TITACT)下で動作するGTシステム30と所望のTIT範囲(TITDES)内に含まれる任意のTITとを比較した場合の組み合わされた燃料および保守コストの全体的な変化または減少(ΔCOSTFuel+Main)は重要である。すなわち、図8に示すように、実際のTIT(TITACT)下で動作するGTシステム30と所望のTIT範囲(TITDES)とを比較すると、組み合わされた燃料および保守コストが低下するが、GTシステム30の熱効率および/または動作効率は著しく増加する。
本明細書では、コンピューティングデバイス66および/または制御システム68によって実行されるものとして説明したが、動作の少なくとも一部は、手動および/または発電プラントシステム12のオペレータによって実行されてもよいことが理解される。例えば、タービン部品48を流れる燃焼ガス46の実際のTIT(TITACT)に対する調整は、オペレータによって手動で行われてもよい。具体的には、コンピューティングデバイス66および/または制御システム68は、所望のまたは好適なTIT(TITDES、TITDES)を決定し、発電プラントシステム12のオペレータに、実際のTIT(TITACT)を調整するべきか、および/またはどのように実際のTIT(TITACT)を調整するかの出力または表示を提供することができる。オペレータは、コンピューティングデバイス66および/または制御システム68からの提供された出力を用いて、本明細書で以前に説明したプロセスを手動でまたは物理的に実行する(例えば、VGIV34、調整可能なステータベーン37などを調整する)ことによって実際のTIT(TITACT)を調整することができる。オペレータに出力またはインジケータを提供するように構成された構成要素は、視覚的な表示を提供するモニタ、物理的なプリントアウトを提供するプリンタなどを含むが、これらに限定されない任意の適切な構成要素であってもよい。
図9は、例示的な環境100を示す。この範囲では、環境100は、ガスタービンシステム30を含む発電プラントシステム12の動作を制御するための、あるいはGTシステム30のみが存在するGTシステム30の動作を制御するための、本明細書に記載の様々なプロセスステップを実行することができるコンピュータインフラストラクチャ102を含む。特に、本開示の1つまたは複数のプロセスステップを実行することによって、コンピューティングデバイス66が発電プラントシステム12/GTシステム30の動作を制御することを可能にする制御システム68を含むコンピューティングデバイス66を含むコンピュータインフラストラクチャ102が示される。
記憶構成要素112、処理構成要素114、入力/出力(I/O)構成要素116、およびバス118を含むコンピューティングデバイス66が示されている。さらに、コンピューティングデバイス66は、発電プラントシステム12および/またはセンサ70と通信するように示されている。当技術分野で知られているように、一般に、処理構成要素114は、記憶構成要素112または外部記憶構成要素(図示せず)に記憶された制御システム68などのコンピュータプログラムコードを実行する。処理構成要素114は、コンピュータプログラムコードを実行している間に、制御システム68などのデータを記憶構成要素112および/またはI/O構成要素116との間で読み出しおよび/または書き込むことができる。バス118は、コンピューティングデバイス66の構成要素の各々の間の通信リンクを提供する。I/O構成要素116は、ユーザ130がコンピューティングデバイス66と対話することを可能にする任意のデバイス、またはコンピューティングデバイス66が1つもしくは複数の他のコンピューティングデバイス66と通信することを可能にする任意のデバイスを含むことができる。入力/出力デバイス(キーボード、ディスプレイ、ポインティングデバイスなどを含むが、これらに限らない)を直接または介在するI/Oコントローラを通してシステムに結合することができる。
いずれにしても、コンピューティングデバイス66は、ユーザ130がインストールしたコンピュータプログラムコードを実行することができる任意の汎用コンピューティング製品(例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ、ハンドヘルドデバイスなど)を含むことができる。しかし、コンピューティングデバイス66および制御システム68は、本開示の様々な処理ステップを実行することができる様々な可能な同等のコンピューティングデバイスのうちの代表的なものにすぎないことが理解される。この点において、他の実施形態では、コンピューティングデバイス66は、特定の機能を実行するためのハードウェアおよび/またはコンピュータプログラムコードを含む任意の特定用途向けコンピューティング製品や、特定用途向けおよび汎用のハードウェア/ソフトウェアの組み合わせを含む任意のコンピューティング製品などを備えてもよい。いずれの場合も、プログラムコードおよびハードウェアは、それぞれ標準的なプログラミング技術およびエンジニアリング技術を用いて作ることができる。
同様に、コンピュータインフラストラクチャ102は、本開示を実施するための様々なタイプのコンピュータインフラストラクチャの例示にすぎない。例えば、一実施形態では、本開示の様々な処理ステップを実行するために、コンピュータインフラストラクチャ102は、ネットワーク、共有メモリなどの任意のタイプの有線および/または無線の通信リンクを介して通信する2つ以上のコンピューティングデバイス(例えば、サーバクラスタ)を含む。通信リンクがネットワークを含む場合には、ネットワークは、1つまたは複数のタイプのネットワーク(例えば、インターネット、広域ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、仮想専用ネットワークなど)の任意の組み合わせを含むことができる。またネットワークアダプタも、介在する専用ネットワークまたは公衆ネットワークを介して、データ処理システムが他のデータ処理システムまたはリモートプリンタもしくは記憶装置に結合できるように、システムに結合することができる。モデム、ケーブルモデム、およびイーサネット(登録商標)カードは、現在利用可能なタイプのネットワークアダプタのごく一部である。とにかく、コンピューティングデバイス間の通信は、様々なタイプの伝送技術の任意の組み合わせを利用することができる。
本明細書で前述したように、制御システム68は、コンピューティングインフラストラクチャ102が発電プラントシステム12の動作を制御することを可能にする。この範囲では、動作パラメータデータ120、燃料コストデータ122および保守コストデータ124を含む制御システム68が示されている。これらのデータのそれぞれの動作について、本明細書でさらに説明する。しかし、図9に示す様々なデータのいくつかは、独立に実装され、組み合わされ、および/または、コンピュータインフラストラクチャ102に含まれる1つもしくは複数の別々のコンピューティングデバイスのためのメモリに格納され得ることが理解される。さらに、データおよび/または機能のいくつかは、実施されなくてもよく、あるいは追加のデータおよび/または機能が環境100の一部として含まれてもよい。
図面のフローチャートおよびブロック図は、本開示の様々な実施形態による、システム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実施のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。これに関して、フローチャートまたはブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、またはコードの一部を表すことができ、それは、指定された論理機能を実現するための1つまたは複数の実行可能命令を含む。また留意すべきことは、いくつかの代替的な実施では、ブロックで説明した機能は図面で説明した順序と異なる順序で行われてもよい。例えば、連続して示す2つのブロックが、実際に、実質的に同時に実行されてもよいし、あるいはそれらのブロックが含まれる機能に応じて時には逆の順序で実行されてもよい。ブロック図およびフローチャートの各ブロック、ならびにブロック図および/またはフローチャートのブロックの組み合わせが、指定された機能もしくは動作を実行する専用のハードウェアベースのコンピュータシステム、あるいは専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせによって実現することができることもまた留意されたい。
本明細書で説明するように、様々なシステムおよび構成要素は、データを「取得する」(例えば、タービン部品48の動作パラメータデータを取得するなど)と記載される。対応するデータは任意の解決策を使用して取得することができることが理解される。例えば、対応するシステム/構成要素は、データを生成し、および/または使用して、1つまたは複数のデータ記憶装置(例えばデータベース)からデータを取り出し、別のシステム/構成要素からデータを受信することなどができる。特定のシステム/構成要素によってデータが生成されない場合には、データを生成してシステム/構成要素に提供し、および/またはシステム/構成要素によるアクセスのためにデータを格納する、図示するシステム/構成要素とは別に、別のシステム/構成要素を実装できることが理解される。
当業者によって理解されるように、本開示は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具体化されてもよい。したがって、本開示は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む)、または、本明細書において「回路」、「モジュール」、および/もしくは「システム」とすべて一般的に呼ぶことができるソフトウェアおよびハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形式をとることができる。さらに、本開示は、媒体内に具現化したコンピュータ使用可能プログラムコードを有する表現の任意の有形な媒体で具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。
1つまたは複数のコンピュータ使用可能または可読媒体の任意の組み合わせを用いることができる。コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体は、例えば、これに限定されないが、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線、または半導体のシステム、装置、デバイス、または伝搬媒体であってもよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例(包括的でないリスト)として以下のものが挙げられる。すなわち、1つもしくは複数のワイヤを有する電気的接続、携帯用コンピュータフロッピーディスク、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ(EPROMもしくはフラッシュメモリ)、光ファイバ、携帯型コンパクトディスク読み取り専用メモリ(CD-ROM)、光学記憶デバイス、インターネットもしくはイントラネットをサポートするような伝送媒体、または磁気記憶デバイスなどである。なお、プログラムは、例えば紙または他の媒体の光学的走査によって電子的に取り込まれ、次いでコンパイルされ、解釈され、あるいは、必要であれば適切な方法で処理されて、コンピュータメモリに記憶することが可能であるから、コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体は、プログラムが印字された紙または別の適切な媒体であってもよい。本明細書の文脈では、コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって、またはそれと併せて使用されるプログラムを格納し、記憶し、通信し、伝搬し、または輸送することができる任意の媒体であってもよい。コンピュータ使用可能媒体は、ベースバンドにまたは搬送波の一部として具現化されたコンピュータ使用可能プログラムコードを有する伝搬されたデータ信号を含んでもよい。コンピュータ使用可能プログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、RFなどを含むがこれらに限らない任意の適切な媒体を用いて送信することができる。
本開示の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、1つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書き込むことができ、これらのプログラミング言語としては、Java(登録商標)、Smalltalk、C++などのオブジェクト指向プログラミング言語、および「C」プログラミング言語もしくは類似のプログラミング言語などの従来の手続きプログラミング言語が挙げられる。プログラムコードは、完全にユーザのコンピュータで、部分的にユーザのコンピュータで、独立したソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータで、部分的にリモートコンピュータで、または、完全にリモートコンピュータもしくはサーバで実行することができる。後者のシナリオでは、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク(LAN)または広域ネットワーク(WAN)を含む任意のタイプのネットワークを通してユーザのコンピュータに接続することができ、あるいは、外部コンピュータに(例えば、インターネットサービスプロバイダを用いてインターネットを通して)接続されてもよい。
本開示は、本開示の実施形態による、方法、装置(システム)、およびコンピュータプログラム製品のフローチャートおよび/またはブロック図を参照して本明細書に記載されている。フローチャートおよび/またはブロック図の各ブロックならびにフローチャートおよび/またはブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実施することができることが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、機械を製造するために汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに供給されてもよく、これにより、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行されるこれらの命令は、フローチャートおよび/またはブロック図のブロックまたは複数のブロックで指定された機能/動作を実施するための手段をもたらす。
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置に対して特定の方法で機能するように指示することができるコンピュータ可読媒体に格納することもでき、そのようにして、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、フローチャートおよび/またはブロック図の1つもしくは複数のブロックで指定される機能/動作を実行する命令手段を含む製造物を生成する。
コンピュータまたは他のプログラム可能な装置で一連の動作ステップを実行させてコンピュータ実行処理を生成するために、コンピュータプログラム命令をコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置にロードすることもでき、そのようにして、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置で実行される命令は、フローチャートおよび/またはブロック図の1つもしくは複数のブロックで指定される機能/動作を実行するための処理を提供する。
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本開示を限定することを目的とするものではない。本明細書で使用する場合、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」、および「この(the)」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。「備える(comprise)」および/または「備えている(comprising)」という用語は、本明細書で使用される場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素が存在することを明示するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。「任意の」または「任意に」は、後で述べられる事象または状況が、起こる場合も起こらない場合もあることを意味し、この記述は、その事象が起こる事例と、起こらない事例とを含む。
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、概略を表す言葉(Approximating language)は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」および「実質的に」などの1つまたは複数の用語によって修飾された値は、特定された正確な値に限定されない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲の全体を通して、範囲の限定は組み合わせおよび/または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両方の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値(単数または複数)の+/-10%を示し得る。
添付の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を遂行するための、一切の構造、材料または動作を包含することが意図されている。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されたもので、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図されていない。多くの変更および変形は、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。本開示の原理および実際の応用を最もよく説明し、想定される特定の使用に適するように様々な変更を伴う様々な実施形態の開示を他の当業者が理解できるようにするために、実施形態を選択し説明した。
[実施態様1]
システム(10)であって、
ガスタービンシステム(30)のタービン部品(48)を含む発電プラントシステム(12)と、
前記発電プラントシステム(12)と通信し、プロセスを実行することによって前記発電プラントシステム(12)を制御するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)と、を含み、前記プロセスは、
前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる燃焼ガス(46)のタービン入口温度範囲を画定するステップ(P1)であって、前記タービン入口温度範囲は、前記発電プラントシステム(12)の所望の動作負荷に基づく、ステップと、
前記タービン入口温度範囲に基づいて燃料(42)コスト範囲を決定するステップ(P2)と、
前記タービン入口温度範囲に基づいて保守コスト範囲を決定するステップ(P3)と、
前記決定された燃料(42)コスト範囲および前記決定された保守コスト範囲に基づいて、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の所望のタービン入口温度範囲を計算するステップ(P4)と、
前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の実際のタービン入口温度を、前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記計算された所望のタービン入口温度範囲内に調整するステップ(P5)と、を含む、システム(10)。
[実施態様2]
前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)は、プロセスを実行することによって、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を調整するように構成され、前記プロセスは、
前記ガスタービンシステム(30)の圧縮機(32)を通って流れる流体(36)の質量流量を調整するステップを含む、実施態様1に記載のシステム(10)。
[実施態様3]
前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)は、プロセスを実行することによって、前記圧縮機(32)を通って流れる前記流体(36)の前記質量流量を調整するように構成され、前記プロセスは、
前記ガスタービンシステム(30)の前記圧縮機(32)に配置された可変入口ガイドベーン(34)を調整するステップ、または、
前記ガスタービンシステム(30)の前記圧縮機(32)内に配置された可変ステータベーン(37)を調整するステップのうちの少なくとも一方を含む、実施態様2に記載のシステム(10)。
[実施態様4]
前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)は、プロセスを実行することによって、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を調整するように構成され、前記プロセスは、
前記ガスタービンシステム(30)の燃焼器(40)に流れる燃料(42)の質量流量を調整するステップを含む、実施態様1に記載のシステム(10)。
[実施態様5]
前記発電プラントシステム(12)を制御するために前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)によって実行される前記プロセスは、
前記発電プラントシステム(12)の前記ガスタービンシステム(30)による燃料(42)消費量を低減するステップをさらに含む、実施態様1に記載のシステム(10)。
[実施態様6]
前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)は、プロセスを実行することによって、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記タービン入口温度範囲を画定するように構成され、前記プロセスは、
前記発電プラントシステム(12)の前記ガスタービンシステム(30)の動作パラメータを決定するステップと、
前記発電プラントシステム(12)の前記ガスタービンシステム(30)の前記決定された動作パラメータに基づいて、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記タービン入口温度範囲を生成するステップと、を含む、実施態様1に記載のシステム(10)。
[実施態様7]
前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)は、プロセスを実行することによって、前記燃料(42)コスト範囲を決定するように構成され、前記プロセスは、
前記画定されたタービン入口温度範囲にわたって前記発電プラントシステム(12)の動作時間当たりの燃料(42)コストを計算するステップを含む、実施態様1に記載のシステム(10)。
[実施態様8]
前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)は、プロセスを実行することによって、前記保守コスト範囲を決定するように構成され、前記プロセスは、
前記画定されたタービン入口温度範囲にわたって前記発電プラントシステム(12)の動作時間当たりの保守コストを計算するステップを含む、実施態様1に記載のシステム(10)。
[実施態様9]
前記発電プラントシステム(12)を制御するために前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)によって実行される前記プロセスは、
前記発電プラントシステム(12)の前記所望の動作負荷を維持するために、前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を前記計算された所望のタービン入口温度範囲内に連続的に調整するステップをさらに含む、実施態様1に記載のシステム(10)。
[実施態様10]
少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)によって実行された場合に、前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)に対して、プロセスを実行することによって、ガスタービンシステム(30)のタービン部品(48)を含む発電プラントシステム(12)を制御させるプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品であって、前記プロセスは、
前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる燃焼ガス(46)のタービン入口温度範囲を画定するステップ(P1)であって、前記タービン入口温度範囲は、前記発電プラントシステム(12)の所望の動作負荷に基づく、ステップと、
前記タービン入口温度範囲に基づいて燃料(42)コスト範囲を決定するステップ(P2)と、
前記タービン入口温度範囲に基づいて保守コスト範囲を決定するステップ(P3)と、
前記決定された燃料(42)コスト範囲および前記決定された保守コスト範囲に基づいて、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の所望のタービン入口温度範囲を計算するステップ(P4)と、
前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の実際のタービン入口温度を、前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記計算された所望のタービン入口温度範囲内に調整するステップ(P5)と、を含む、コンピュータプログラム製品。
[実施態様11]
前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を調整する前記プロセスは、
前記ガスタービンシステム(30)の圧縮機(32)を通って流れる流体(36)の質量流量、または、
前記ガスタービンシステム(30)の燃焼器(40)に流れる燃料(42)の質量流量の少なくとも一方を調整するステップを含む、実施態様10に記載のコンピュータプログラム製品。
[実施態様12]
前記ガスタービンシステム(30)の圧縮機(32)を通って流れる流体(36)の前記質量流量を調整する前記ステップは、
前記ガスタービンシステム(30)の前記圧縮機(32)に配置された可変入口ガイドベーン(34)を調整するステップ、または、
前記ガスタービンシステム(30)の前記圧縮機(32)内に配置された可変ステータベーン(37)を調整するステップのうちの少なくとも一方を含む、実施態様11に記載のコンピュータプログラム製品。
[実施態様13]
前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記タービン入口温度範囲を画定する前記ステップは、
前記発電プラントシステム(12)の前記ガスタービンシステム(30)の動作パラメータを決定するステップと、
前記発電プラントシステム(12)の前記ガスタービンシステム(30)の前記決定された動作パラメータに基づいて、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記タービン入口温度範囲を生成するステップと、を含む、実施態様10に記載のコンピュータプログラム製品。
[実施態様14]
前記プログラムコードは、前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)に対して、前記画定されたタービン入口温度範囲にわたって前記発電プラントシステム(12)の動作時間当たりの燃料(42)コストを計算させる、実施態様9に記載のコンピュータプログラム製品。
[実施態様15]
前記プログラムコードは、前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)に対して、前記画定されたタービン入口温度範囲にわたって前記発電プラントシステム(12)の動作時間当たりの保守コストを計算させる、実施態様9に記載のコンピュータプログラム製品。
[実施態様16]
システム(10)であって、
タービン部品(48)を含むガスタービンシステム(30)と、
前記ガスタービンシステム(30)と通信し、プロセスを実行することによって前記ガスタービンシステム(30)を制御するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)と、を含み、前記プロセスは、
前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる燃焼ガス(46)のタービン入口温度範囲を画定するステップ(P1)であって、前記タービン入口温度範囲は、前記ガスタービンシステム(30)の所望の動作負荷に基づく、ステップと、
前記タービン入口温度範囲に基づいて燃料(42)コスト範囲を決定するステップ(P2)と、
前記タービン入口温度範囲に基づいて保守コスト範囲を決定するステップ(P3)と、
前記決定された燃料(42)コスト範囲および前記決定された保守コスト範囲に基づいて、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の所望のタービン入口温度範囲を計算するステップ(P4)と、
前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の実際のタービン入口温度を、前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記計算された所望のタービン入口温度範囲内に調整するステップ(P5)と、を含む、システム(10)。
[実施態様17]
前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)は、プロセスを実行することによって、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を調整するように構成され、前記プロセスは、
前記ガスタービンシステム(30)の圧縮機(32)を通って流れる流体(36)の質量流量を調整するステップ、または、
前記ガスタービンシステム(30)の燃焼器(40)に流れる燃料(42)の質量流量を調整するステップのうちの少なくとも一方を含む、実施態様16に記載のシステム(10)。
[実施態様18]
前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)は、プロセスを実行することによって、前記圧縮機(32)を通って流れる前記流体(36)の前記質量流量を調整するように構成され、前記プロセスは、
前記ガスタービンシステム(30)の前記圧縮機(32)に配置された可変入口ガイドベーン(34)を調整するステップ、または、
前記ガスタービンシステム(30)の前記圧縮機(32)内に配置された可変ステータベーン(37)を調整するステップのうちの少なくとも一方を含む、実施態様17に記載のシステム(10)。
[実施態様19]
前記発電プラントシステム(12)を制御するために前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)によって実行される前記プロセスは、
前記発電プラントシステム(12)の前記所望の動作負荷を維持するために、前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を前記計算された所望のタービン入口温度範囲内に連続的に調整するステップをさらに含む、実施態様16に記載のシステム(10)。
[実施態様20]
前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)は、プロセスを実行することによって、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を調整するように構成され、前記プロセスは、
前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を前記燃焼ガス(46)の好適なタービン入口温度と同一になるように調整するステップ(P5)を含み、前記燃焼ガス(46)の前記好適なタービン入口温度は、前記計算された所望のタービン入口温度範囲内である、実施態様16に記載のシステム(10)。
10 システム
12 複合サイクル発電プラントシステム
18 蒸気タービン(ST)システム
20 高圧(HP)部分
22 中圧(IP)部分
24 低圧(LP)部分
26 シャフト
28 発電機
30 ガスタービン(GT)システム
32 圧縮機
34 可変入口ガイドベーン(VIGV)
36 流体質量流量
37 可変ステータベーン
38 圧縮流体
40 燃焼器
42 燃料
44 燃料供給源、供給タンク、燃料タンク
46 燃焼ガス
48 タービン部品
50 シャフト
52 発電機
54 熱回収蒸気発生器(HRSG)
56 排気導管
58 供給導管
60 排気チャネル
61 スタック
62 凝縮器
64 蒸気排出ダクト
66 コンピューティングデバイス
68 制御システム
70 センサ
100 例示的な環境
102 コンピュータインフラストラクチャ
112 記憶構成要素
114 処理構成要素
116 入力/出力(I/O)構成要素
118 バス
120 動作パラメータデータ
122 燃料コストデータ
124 保守コストデータ
130 ユーザ
P1 燃焼ガスタービン入口温度範囲を画定するプロセス
P2 燃料コスト範囲を決定するプロセス
P3 保守コスト範囲を決定するプロセス
P4 所望のタービン入口温度を計算するプロセス
P5 燃焼ガスの実際の入口温度を調整するプロセス

Claims (14)

  1. システム(10)であって、当該システム(10)が、
    ガスタービンシステム(30)のタービン部品(48)を含む発電プラントシステム(12)と、
    前記発電プラントシステム(12)と通信し、プロセスを実行することによって前記発電プラントシステム(12)を制御するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)
    を備えており、前記プロセス
    前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる燃焼ガス(46)のタービン入口温度範囲を画定するステップ(P1)であって、前記タービン入口温度範囲、前記発電プラントシステム(12)の所定の動作負荷を維持するための最小タービン入口温度(TIT MIN )及び最大タービン入口温度(TIT MAX )によって画定される、ステップ(P1)と、
    前記タービン入口温度範囲内で前記発電プラントシステム(12)の前記所定の動作負荷を維持するための料コスト範囲を決定するステップ(P2)であって、前記燃料コスト範囲が、前記タービン入口温度範囲の最小タービン入口温度(TIT MIN )に関連付けられる最小燃料コスト(Fuel MIN )及び前記タービン入口温度範囲の最大タービン入口温度(TIT MAX )に関連付けられる最大燃料コスト(Fuel MAX )によって画定される、ステップ(P2)と、
    前記タービン入口温度範囲内で前記発電プラントシステム(12)の前記所定の動作負荷を維持するための保守コスト範囲を決定するステップ(P3)であって、前記保守コスト範囲が、前記タービン入口温度範囲の最小タービン入口温度(TIT MIN )に関連付けられる最小保守コスト(Main MIN )及び前記タービン入口温度範囲の最大タービン入口温度(TIT MAX )に関連付けられる最大保守コスト(Main MAX )によって画定される、ステップ(P3)と、
    前記決定された燃料コスト範囲及び前記決定された保守コスト範囲に基づいて、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の所望のタービン入口温度範囲を計算するステップ(P4)と、
    前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の実際のタービン入口温度を、前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記計算された所望のタービン入口温度範囲内に調整するステップ(P5)
    含む、システム(10)。
  2. 前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)、プロセスを実行することによって、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を調整するように構成され、前記プロセス
    前記ガスタービンシステム(30)の圧縮機(32)を通って流れる流体(36)の質量流量を調整するステップ
    を含む、請求項1に記載のシステム(10)。
  3. 前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)、プロセスを実行することによって、前記圧縮機(32)を通って流れる前記流体(36)の前記質量流量を調整するように構成され、前記プロセス
    前記ガスタービンシステム(30)の前記圧縮機(32)に配置された可変入口ガイドベーン(34)を調整するステップ、又は
    前記ガスタービンシステム(30)の前記圧縮機(32)内に配置された可変ステータベーン(37)を調整するステップ
    のうちの少なくとも一方を含む、請求項2に記載のシステム(10)。
  4. 前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)、プロセスを実行することによって、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を調整するように構成され、前記プロセス
    前記ガスタービンシステム(30)の燃焼器(40)に流れる燃料(42)の質量流量を調整するステップ
    を含む、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のシステム(10)。
  5. 前記発電プラントシステム(12)を制御するために前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)によって実行される前記プロセス
    前記発電プラントシステム(12)の前記ガスタービンシステム(30)による燃料(42)消費量を低減するステップ
    をさらに含む、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のシステム(10)。
  6. 前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)、プロセスを実行することによって、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記タービン入口温度範囲を画定するように構成され、前記プロセス
    前記発電プラントシステム(12)の前記ガスタービンシステム(30)の動作パラメータを決定するステップと、
    前記発電プラントシステム(12)の前記ガスタービンシステム(30)の前記決定された動作パラメータに基づいて、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記タービン入口温度範囲を生成するステップ
    含む、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のシステム(10)。
  7. 前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)、プロセスを実行することによって、前記燃料コスト範囲を決定するように構成され、前記プロセス
    前記画定されたタービン入口温度範囲にわたって前記発電プラントシステム(12)の動作時間当たりの燃料コストを計算するステップ
    を含む、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のシステム(10)。
  8. 前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)、プロセスを実行することによって、前記保守コスト範囲を決定するように構成され、前記プロセス
    前記画定されたタービン入口温度範囲にわたって前記発電プラントシステム(12)の動作時間当たりの保守コストを計算するステップ
    を含む、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のシステム(10)。
  9. 前記発電プラントシステム(12)を制御するために前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)によって実行される前記プロセス
    前記発電プラントシステム(12)の前記所定の動作負荷を維持するために、前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を前記計算された所望のタービン入口温度範囲内に連続的に調整するステップ
    をさらに含む、請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のシステム(10)。
  10. システム(10)であって、当該システム(10)が、
    タービン部品(48)を含むガスタービンシステム(30)と、
    前記ガスタービンシステム(30)と通信し、プロセスを実行することによって前記ガスタービンシステム(30)を制御するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)
    を備えており、、前記プロセス
    前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる燃焼ガス(46)のタービン入口温度範囲を画定するステップ(P1)であって、前記タービン入口温度範囲、前記ガスタービンシステム(30)の所定の動作負荷を維持するための最小タービン入口温度(TIT MIN )及び最大タービン入口温度(TIT MAX )によって画定される、ステップ(P1)と、
    前記タービン入口温度範囲内で前記ガスタービンシステム(30)の前記所定の動作負荷を維持するための料コスト範囲を決定するステップ(P2)であって、前記燃料コスト範囲が、前記タービン入口温度範囲の最小タービン入口温度(TIT MIN )に関連付けられる最小燃料コスト(Fuel MIN )及び前記タービン入口温度範囲の最大タービン入口温度(TIT MAX )に関連付けられる最大燃料コスト(Fuel MAX )によって画定される、ステップ(P2)と、
    前記タービン入口温度範囲内で前記ガスタービンシステム(30)の前記所定の動作負荷を維持するための保守コスト範囲を決定するステップ(P3)であって、前記保守コスト範囲が、前記タービン入口温度範囲の最小タービン入口温度(TIT MIN )に関連付けられる最小保守コスト(Main MIN )及び前記タービン入口温度範囲の最大タービン入口温度(TIT MAX )に関連付けられる最大保守コスト(Main MAX )によって画定される、ステップ(P3)と、
    前記決定された燃料コスト範囲及び前記決定された保守コスト範囲に基づいて、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の所望のタービン入口温度範囲を計算するステップ(P4)と、
    前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の実際のタービン入口温度を、前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記計算された所望のタービン入口温度範囲内に調整するステップ(P5)
    含む、システム(10)。
  11. 前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)、プロセスを実行することによって、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を調整するように構成され、前記プロセス
    前記ガスタービンシステム(30)の圧縮機(32)を通って流れる流体(36)の質量流量を調整するステップ、又は
    前記ガスタービンシステム(30)の燃焼器(40)に流れる燃料(42)の質量流量を調整するステップ
    のうちの少なくとも一方を含む、請求項10に記載のシステム(10)。
  12. 前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)、プロセスを実行することによって、前記圧縮機(32)を通って流れる前記流体(36)の前記質量流量を調整するように構成され、前記プロセス
    前記ガスタービンシステム(30)の前記圧縮機(32)に配置された可変入口ガイドベーン(34)を調整するステップ、又は
    前記ガスタービンシステム(30)の前記圧縮機(32)内に配置された可変ステータベーン(37)を調整するステップ
    のうちの少なくとも一方を含む、請求項11に記載のシステム(10)。
  13. 前記ガスタービンシステム(30)を制御するために前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)によって実行される前記プロセス
    前記ガスタービンシステム(30)の前記所定の動作負荷を維持するために、前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を前記計算された所望のタービン入口温度範囲内に連続的に調整するステップ
    をさらに含む、請求項10乃至請求項12のいずれか1項に記載のシステム(10)。
  14. 前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(66)、プロセスを実行することによって、前記ガスタービンシステム(30)の前記タービン部品(48)を通って流れる前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を調整するように構成され、前記プロセス
    前記燃焼ガス(46)の前記実際のタービン入口温度を前記燃焼ガス(46)の好適なタービン入口温度と同一になるように調整するステップ(P5)
    を含み、前記燃焼ガス(46)の前記好適なタービン入口温度、前記計算された所望のタービン入口温度範囲内である、請求項10乃至請求項13のいずれか1項に記載のシステム(10)。
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