特許 7519892 負荷調整方法、負荷調整装置、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-11

(45)【発行日】2024-07-22

(54)【発明の名称】負荷調整方法、負荷調整装置、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   F02C 9/00 20060101AFI20240712BHJP

   F02C 7/26 20060101ALI20240712BHJP

【ＦＩ】

F02C9/00 A

F02C7/26 D

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020201642

(22)【出願日】2020-12-04

(65)【公開番号】P2022089319

(43)【公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-08-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】小代 泰弘

(72)【発明者】

【氏名】小原 裕史

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 昌則

(72)【発明者】

【氏名】井上 由起彦

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開平６－１９３４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２４７４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７３１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１－１８２５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５４－１３０１３８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｃ ９／００

Ｆ０２Ｃ ７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷運転中のガスタービンの暖機の程度を示す暖機パラメータを取得するステップと、
前記暖機パラメータに応じて昇負荷率の上限を決定するステップと、
前記昇負荷率の上限以下で前記ガスタービンの負荷を上昇させるステップと、
昇負荷率を向上させるための運転パターンの一以上の候補を出力するステップと、
前記運転パターンの一以上の候補から実行する運転パターンの候補を選択するステップと、
を含み、
前記運転パターンの一以上の候補のうち暖機運転を行う前記運転パターンの候補が選択された場合に、前記暖機パラメータを取得するステップと前記負荷を上昇させるステップとを実行する
む負荷調整方法。

【請求項2】

前記ガスタービンは、卸電力取引市場又は蓄電装置に電力を供給するための部分負荷で運転し、
前記負荷を上昇させるステップでは、前記部分負荷から電力取引市場に供給する調整力に応じた前記負荷まで上昇させる
請求項１に記載の負荷調整方法。

【請求項3】

前記運転パターンの一以上の候補は、前記暖機運転を行う前記運転パターンの候補と、アクティブ・クリアランス・コントロール（ＡＣＣ）を用いた前記運転パターンの候補と、を含む
請求項１又は２に記載の負荷調整方法。

【請求項4】

前記暖機パラメータは、ディスクキャビティ温度、静止系メタル温度、車室とロータの温度差、軸伸び差、又は直近過去の負荷履歴のうち何れか一種のパラメータを含む
請求項１乃至３の何れか一項に記載の負荷調整方法。

【請求項5】

直近過去の負荷履歴における負荷変化率が基準値以下である場合、前記負荷履歴の直近過去の負荷の大きさを前記暖機パラメータとして取得する
請求項１乃至４の何れか一項に記載の負荷調整方法。

【請求項6】

前記暖機パラメータと前記昇負荷率の上限の関係性を示す関数を用いて、前記暖機パラメータを取得するステップで取得した前記暖機パラメータに応じた前記昇負荷率の上限を決定するステップを含む
請求項１乃至５の何れか一項に記載の負荷調整方法。

【請求項7】

前記昇負荷率の上限は、前記ガスタービンの停止時からの負荷投入時の昇負荷率よりも大きく設定される
請求項１乃至６の何れか一項に記載の負荷調整方法。

【請求項8】

前記ガスタービンの性能と前記暖機パラメータを含む運転状態とに基づいて、電力取引市場に入札可能な一以上の商品候補を出力するステップを含み、
前記負荷を上昇させるステップでは、落札した前記商品候補の調整力に応じた前記負荷まで上昇させる
請求項１乃至７の何れか一項に記載の負荷調整方法。

【請求項9】

負荷運転中のガスタービンの暖機の程度を示す暖機パラメータを取得するステップと、
前記暖機パラメータに応じて昇負荷率の上限を決定するステップと、
前記昇負荷率の上限以下で前記ガスタービンの負荷を上昇させるステップと、
前記ガスタービンの性能と前記暖機パラメータを含む運転状態とに基づいて、電力取引市場に入札可能な一以上の商品候補を出力するステップと、
前記暖機パラメータに基づいて負荷上昇時の前記ガスタービンの静止部と回転系部材との間のクリアランスの挙動を予測するステップと、
を含み、
前記負荷を上昇させるステップでは、落札した前記商品候補の調整力に応じた前記負荷まで上昇させ、
前記商品候補を出力するステップでは、前記クリアランスの挙動の予測結果に基づいて前記クリアランスがゼロとならないように前記昇負荷率の上限を決定し、決定した前記昇負荷率の上限に基づいて一以上の前記商品候補を出力する
負荷調整方法。

【請求項10】

前記電力取引市場に入札した場合の前記商品候補の落札確率及び落札時の損益を求めるステップと、
前記落札確率及び前記損益に基づいて、前記電力取引市場に対する入札内容を決定するステップと、
を含む請求項８又は９に記載の負荷調整方法。

【請求項11】

電力取引市場に対する入札内容に基づくガスタービンの運転実績に関する情報と前記入札内容の落札実績とを蓄積するステップを含む
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の負荷調整方法。

【請求項12】

負荷運転中のガスタービンの暖機の程度を示す暖機パラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記暖機パラメータに応じて昇負荷率の上限を決定する上限決定部と、
前記昇負荷率の上限以下で前記ガスタービンの負荷を上昇させる運転指令を出力するように構成された運転指令部と、
昇負荷率を向上させるための運転パターンの一以上の候補を出力するパターン出力部と、
を備え、
前記運転指令部は、前記運転パターンの一以上の候補から実行する運転パターンの候補を選択するように構成され、
前記運転パターンの一以上の候補のうち暖機運転を行う前記運転パターンの候補が選択された場合に、前記パラメータ取得部が前記暖機パラメータを取得し、前記運転指令部が前記負荷を上昇させるための運転指令を出力するように構成された
負荷調整装置。

【請求項13】

コンピュータに、
負荷運転中のガスタービンの暖機の程度を示す暖機パラメータを取得する手順、
前記暖機パラメータに応じてる昇負荷率の上限を決定する手順、
前記昇負荷率の上限以下で前記ガスタービンの負荷を上昇させる手順、
昇負荷率を向上させるための運転パターンの一以上の候補を出力する手順、
前記運転パターンの一以上の候補から実行する運転パターンの候補を選択する手順、
を実行させるプログラムであって、
前記運転パターンの一以上の候補のうち暖機運転を行う前記運転パターンの候補が選択された場合に、前記暖機パラメータを取得する手順と前記負荷を上昇させる手順とを実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、負荷調整方法、負荷調整装置、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンを備える火力発電システムは、再エネ発電量の変動への追従性を向上させるために負荷変化率の向上が求められている。例えば、発電事業者及び送配電事業者が調整力を取引する電力取引市場において発電事業者が調整力を供給する場合、高い負荷変化率が要求される。しかし、ガスタービンにおいて高い負荷変化率（特に、高い昇負荷率）で制御しようとすると、チップクリアランスが狭くなって回転系部材が静止部に接触することにより、タービン損傷が発生する虞がある。

【0003】

特許文献１には蒸気タービンのメタル温度に基づいてガスタービンの昇負荷率を設定する技術が開示されている。この技術では、コンバインドサイクル発電システムの蒸気タービンの運転状態の制限が考慮されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－２２３３６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の技術では、ガスタービンの運転状態における制限（タービン損傷の発生リスク）が考慮されていない。この場合、ガスタービンの運転状態における制限を考慮した昇負荷率の上限を使用していないため、できるだけ高い負荷変化率で負荷調整を行うことができない。

【0006】

上述の事情に鑑みて、本開示は、タービン損傷の発生リスクを抑えつつ、高い負荷変化率（例えば昇負荷率）で負荷調整を行うことが可能な負荷調整方法等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る負荷調整方法は、
負荷運転中のガスタービンの暖機の程度を示す暖機パラメータを取得するステップと、
前記暖機パラメータに応じて昇負荷率の上限を決定するステップと、
前記昇負荷率の上限以下で前記ガスタービンの負荷を上昇させるステップと、
を含む。

【0008】

本開示に係る負荷調整装置は、
負荷運転中のガスタービンの暖機の程度を示す暖機パラメータを取得する取得部と、
前記暖機パラメータに応じて昇負荷率の上限を決定する決定部と、
前記昇負荷率の上限以下で前記ガスタービンの負荷を上昇させる負荷制御部と、
を備える。

【0009】

本開示に係るプログラムは、
負荷運転中のガスタービンの暖機の程度を示す暖機パラメータを取得する手順、
前記暖機パラメータに応じてる昇負荷率の上限を決定する手順、
前記昇負荷率の上限以下で前記ガスタービンの負荷を上昇させる手順、
を実行させる。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、タービン損傷の発生リスクを抑えつつ、高い負荷変化率（例えば昇負荷率）で負荷調整を行うことが可能な負荷調整方法等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係る負荷調整装置を含む火力発電システムの機能的構成を概略的に示すブロック図である。

【図2】一実施形態に係る負荷調整装置のハードウェア構成の一例を概略的に示すブロック図である。

【図3】ガスタービンのクリアランスを説明するための概略断面図である。

【図4】一実施形態に係る負荷調整装置が使用する関数の一例を示すグラフである。

【図5A】比較例に係る負荷調整装置を適用した場合のガスタービンの回転数比と負荷比の時間的変化の一例を説明するためのグラフである。

【図5B】比較例に係る負荷調整装置を適用した場合のガスタービンのクリアランスの時間的変化の一例を説明するためのグラフである。

【図6A】一実施形態に係る負荷調整装置を適用した場合のガスタービンの回転数比と負荷比の時間的変化の一例を説明するためのグラフである。

【図6B】一実施形態に係る負荷調整装置を適用した場合のガスタービンのクリアランスの時間的変化の一例を説明するためのグラフである。

【図7】一実施形態に係る負荷調整装置が実行する処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0013】

（火力発電システムの構成）
一実施形態に係る火力発電システム１の全体構成を説明する。図１は、一実施形態に係る負荷調整装置１００を含む火力発電システム１の機能的構成を概略的に示すブロック図である。

【0014】

火力発電システム１は、ガスタービン２００を含む火力発電システムである。火力発電システム１は、ガスタービン２００を含むガスタービンコンバインドサイクル発電システム（ＧＴＣＣ）であってもよい。図１に示すように、火力発電システム１は、発電するためのガスタービン２００とガスタービン２００の負荷を調整するための負荷調整装置１００とを備える。

【0015】

ガスタービン２００は、ガスタービン２００の各部の動作を制御するための制御装置２１０と、ガスタービン２００の各種状態量（例えば、温度、圧力等）を検出するための複数のセンサ２２０とを備える。複数のセンサ２２０は、後述する暖機パラメータに関係する状態量を計測するためのセンサを含んでいてもよい。負荷調整装置１００は、ガスタービン２００と通信可能に構成される。

【0016】

（負荷調整装置の構成）
図２は、一実施形態に係る負荷調整装置１００のハードウェア構成を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、負荷調整装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ７２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７４と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）７６と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）７８と、入力Ｉ／Ｆ８０と、出力Ｉ／Ｆ８２と、を含み、これらがバス８４を介して互いに接続されたコンピュータを用いて構成される。負荷調整装置１００のプロセッサ７２がＲＯＭ７６やＲＡＭ７４等のメモリに記憶されているプログラムを実行することにより、後述する各種機能を実現する。

【0017】

以下、図１を参照しながら負荷調整装置１００の機能的な構成を説明する。負荷調整装置１００は、暖機パラメータを取得するためのパラメータ取得部１１０と、ガスタービン２００の制御における昇負荷率の上限を決定するための上限決定部１２０と、ガスタービン２００に運転指令を出力するように構成された運転指令部１３０と、ガスタービン２００の運転パターンの一以上の候補を出力するように構成されたパターン出力部１４０と、電力取引市場の入札関連情報を取得するための入札関連情報取得部１５０と、ユーザの入力を受け付けるための受付部１６０と、各種情報を記憶するための記憶部１７０と、電力取引市場に対する入札処理を実行するための入札処理部１８０と、を備える。

【0018】

パラメータ取得部１１０は、ガスタービン２００に設けられたセンサ２２０又は制御装置２１０から暖機パラメータを取得する。暖機パラメータは、負荷運転中のガスタービン２００の暖機の程度を示すパラメータであり、ガスタービン２００のクリアランス（チップクリアランス）に関連する状態量である。

【0019】

ここで、ガスタービン２００のクリアランスについて説明する。図３は、ガスタービン２００のクリアランスＣＬを説明するための概略断面図である。この図は、ガスタービン２００のタービン翼周辺の回転軸に沿った断面を示し、図中上下方向はガスタービン２００の径方向に対応し、図中左右方向はガスタービン２００の軸方向に対応する。クリアランスＣＬは、ガスタービン２００の静止系部材と回転系部材の隙間である。

【0020】

図示の例では、ガスタービン２００はケーシング１１を備え、その径方向内側に静止系部材としての翼環１２、分割環１３及び遮熱環１４が設けられている。また、さらに径方向内側には、回転系部材としてのディスク１５と動翼１６が設けられている。この場合、クリアランスＣＬは、ＣＬ＝組立時のクリアランス＋翼環１２の熱伸び量－ディスク１５の熱伸び量－動翼１６の熱伸び量－ディスク１５の遠心力による伸び量－動翼１６の遠心力による伸び量、という式から概算可能である。

【0021】

上記の式において、ガスタービン２００の負荷併入後における遠心力による伸び量は一定であるものと近似して考えることができる。そのため、結局のところ、クリアランスＣＬの変動要素は、主に、静止系部材である翼環１２の熱伸び量と、回転系部材であるディスク１５、動翼１６の熱伸び量である。熱伸び量は、径方向の寸法と線膨張係数と温度で定まるため、温度を監視すれば、クリアランスＣＬを推定可能である。

【0022】

そのため、例えば、クリアランスＣＬの考慮に用いる暖機パラメータは、ディスクキャビティ温度、静止系メタル温度、車室とロータの温度差、軸伸び差等の何れか一つ以上の計測値であってもよい。ディスクキャビティ温度は、例えば、図３に示すディスク１５の温度である。静止系メタル温度は、例えば、図３に示すケーシング１１（車室メタル温度）や翼環１２の温度である。車室とロータの温度差は、例えば、図３に示すケーシング１１の温度とディスク１５の温度との差分である。軸伸び差は、例えば、ガスタービン２００の圧縮機側（不図示）に設けられたスラスト軸受の位置で排気側の伸び差を検出するように構成された軸伸び差計（不図示）の計測値である。

【0023】

なお、ディスク１５、動翼１６、翼環１２等の温度は、燃焼ガスや冷却空気の温度、圧力等の計測値から間接的に取得されてもよい。これらの計測値を暖機パラメータとしてもよい。このように、暖機パラメータは、温度に限られず、広義に解釈される。

【0024】

また、クリアランスＣＬは、所定条件を満たした場合には、負荷の関数と考えることもできる。ガスタービン２００の各部の定常状態での温度は、概ね負荷の大きさに依存する。例えば、動翼１６や翼環１２の温度は、負荷の大きさに比例する傾向がある。ディスク１５の温度は、ある程度の負荷までは負荷の大きさに比例して、ある程度以上の負荷になると飽和する傾向がある。そのため、負荷から温度を推定してクリアランスＣＬを推定することができる。したがって、暖機パラメータは、直近過去の負荷履歴であってもよい。

【0025】

負荷変化率が低い暖機状態が続いている場合、温度分布が負荷の大きさに応じた定常状態になっているため、その負荷の大きさは暖機パラメータとして利用できる。そのため、パラメータ取得部１１０は、直近過去の負荷履歴における負荷変化率が基準値以下である場合、その負荷履歴の直近過去の負荷の大きさを暖機パラメータとして取得するように構成されてもよい。負荷変化に対応する温度変化の時定数を予め解析しておくことで負荷履歴から温度状態が正確に反映された暖機パラメータを取得することも可能である。

【0026】

上限決定部１２０は、暖機パラメータに応じて、ガスタービン２００の制御における昇負荷率の上限を決定する。幾つかの実施形態では、調整力を供給する場合に、上限決定部１２０は、昇負荷率の上限をガスタービン２００の停止時からの負荷投入時の昇負荷率よりも大きい値に決定する。

【0027】

上限決定部１２０は、暖機パラメータと昇負荷率の上限の関係性を示す関数を用いて、パラメータ取得部１１０が取得した暖機パラメータに応じた昇負荷率の上限を決定してもよい。暖機パラメータと昇負荷率の上限の関係性を示す関数は、例えば、記憶部１７０に記憶される。

【0028】

図４は、一実施形態に係る負荷調整装置１００が使用する関数の一例を示すグラフである。図４に示す関数の一例では、横軸で示す暖機パラメータは、ガスタービン２００のディスクキャビティ温度又は車室温度であり、縦軸で示す昇負荷率の上限は、１分間当たりの最大許容昇負荷速度を定格負荷で除算した昇負荷率である。

【0029】

例えば、図４に示すように、パラメータ取得部１１０が取得した暖機パラメータがＴｘ（℃）である場合、上限決定部１２０は、昇負荷率の上限をＸ（％／ｍｉｎ）に決定する。負荷調整装置１００が使用する関数は、例えば、図４に示すように、暖機パラメータが低温である領域では昇負荷率の上限が一定であるのに対し、暖機パラメータが高温である領域では暖機パラメータが大きくなるほど昇負荷率の上限が大きい関数であってもよい。なお、関数は、図４に示す例に限られない。

【0030】

運転指令部１３０は、上限決定部１２０が決定した昇負荷率の上限以下でガスタービンの負荷を上昇させる運転指令を出力する。幾つかの実施形態では、ガスタービン２００は、卸電力取引市場又は蓄電装置（不図示）に電力を供給するための部分負荷で運転する。この場合、運転指令部１３０は、ガスタービン２００に対して、その部分負荷から電力取引市場に供給する調整力に応じた負荷まで上昇させるように運転指令を出力してもよい。

【0031】

パターン出力部１４０は、ガスタービン２００の昇負荷率を向上させるための運転パターンの一以上の候補を出力する。運転パターンの一以上の候補は、暖機運転を行う運転パターンの候補と、アクティブ・クリアランス・コントロール（ＡＣＣ）を用いた運転パターンの候補と、を含んでいてもよい。ＡＣＣとは、静止系部品を加熱することによってガスタービン２００の熱分布を変化させ、クリアランスを確保することを可能とする技術である。なお、運転パターンの一以上の候補は、さらに、暖機運転とＡＣＣの両方を行う運転パターンの候補を含んでいてもよいし、現状の暖機状態からの昇負荷率の制限を上限とする運転パターンの候補を含んでいてもよい。

【0032】

ここで、暖機運転を行わない場合と暖機運転を行う場合の昇負荷率の制限について説明する。図５Ａは、比較例に係る負荷調整装置（不図示）を適用した場合のガスタービン２００の回転数比と負荷比の時間的変化の一例を説明するためのグラフである。図５Ｂは、比較例に係る負荷調整装置（不図示）を適用した場合のガスタービン２００のクリアランスの時間的変化の一例を説明するためのグラフである。

【0033】

図６Ａは、一実施形態に係る負荷調整装置１００を適用した場合のガスタービン２００の回転数比と負荷比の時間的変化の一例を説明するためのグラフである。図６Ｂは、一実施形態に係る負荷調整装置１００を適用した場合のガスタービン２００のクリアランスの時間的変化の一例を説明するためのグラフである。

【0034】

図５Ａ及び図６Ａに示すグラフにおいて、縦軸は、回転数比（単位無し）又は負荷比（単位無し）を示している。回転数比は、定格回転数に対する回転数の比である。負荷比は、定格負荷に対する負荷の比である。横軸はガスタービン２００を始動してからの経過時間（ｍｉｎ）を示している。

【0035】

図５Ｂ及び図６Ｂに示すグラフにおいて、縦軸は静止系部材と回転系部材の間のクリアランス（ｍｍ）を示し、横軸はガスタービン２００を始動してからの経過時間（ｍｉｎ）を示している。図５Ｂ及び図６Ｂに示すグラフは、ガスタービン２００の断面においてクリアランスの時間的変化の平均値を示している。タービン損傷を回避するためには、クリアランスが全方向においてゼロに達しないことが必要である。

【0036】

比較例では、図５Ａに示すように、ガスタービン２００の暖機運転を行わない。そのため、実線で示す回転数比が定格回転数に達した後に、破線で示す負荷比が一定の昇負荷率で一気に定格負荷まで上昇している。図５Ａに対応するクリアランスは、図５Ｂに示すように、定格負荷到達時に最小となり、クリアランスがゼロに近いため、タービン損傷が発生する虞がある。このようなリスクを抑えるためには、昇負荷率を低くしなければならない。

【0037】

これに対し、一実施形態に係る負荷調整装置１００を適用した場合には、図６Ｂに示すようにガスタービン２００の暖機運転を行う。そのため、実線で示す回転数比が定格回転数に達した後に、破線で示す負荷比は一定の昇負荷率で途中まで上昇した後に所定時間が経過するまで部分負荷で保持する暖機運転となる。また、負荷比は、暖機運転後に再び上昇して定格負荷まで到達している。

【0038】

図６Ａに対応するクリアランスは、図６Ｂに示すように、定格負荷到達時に小さくなるものの、ゼロに対して十分に余裕があるため、タービン損傷の発生リスクは小さい。これは、暖機運転時間にクリアランスが回復するためである。したがって、暖機運転を行う場合、暖機運転を行わない比較例に比べて、暖機運転後の昇負荷率を高くすることが可能となる。

【0039】

幾つかの実施形態に係る負荷調整装置１００によれば、このような利点を活用し、調整力の供給において、応動時間が短い商品を提供することができる。また、暖機運転において発電した電力は、蓄電装置に供給したり、卸売取引市場に供給したりすることにより、有効活用が可能である。

【0040】

幾つかの実施形態では、運転指令部１３０は、パターン出力部１４０が出力した運転パターンの一以上の候補から実行する運転パターンの候補を選択し、選択した運転パターンに基づいて運転指令を出力する。なお、パターン出力部１４０が出力した運転パターンの一以上の候補からユーザが実行すべき運転パターンの候補を選択し、その選択入力を受付部１６０が受け付けてもよい。この場合、運転指令部１３０は、ユーザが選択した運転パターンに基づいて運転指令を出力する。

【0041】

入札関連情報取得部１５０は、例えば、ネットワークを介して他の装置と通信を行い、電力取引市場の入札関連情報を取得する。入札関連情報は、例えば、電力需要に関する情報（例えば需要が発生し得る時間帯、需要電力の大きさ等の情報）、電力価格の予測情報等である。

【0042】

入札処理部１８０は、入札関連情報取得部１５０が取得した入札関連情報を参照し、入札処理を実行する。入札処理は、商品候補の出力と、入札内容の決定とを含んでいてもよい。入札内容は、例えば、入札開始時刻、ターゲット商品、発電量、入札価格等を含む。入札内容は、例えば、データベースに蓄積されている情報、シミュレーション結果、配信情報等を利用して決定される。

【0043】

入札する商品は、例えば、出力指令に対する応動時間（例えば、５分、１５分、４５分）や最低入札量（例えば５ＭＷ）等の要件によって区別される。応動時間の要件を満たすためには、負荷変化率の向上が必要である。本開示では、その向上策としてＡＣＣや暖機運転を提案している。

【0044】

幾つかの実施形態では、入札処理部１８０は、記憶部１７０に予め記憶されているガスタービン２００の性能とパラメータ取得部１１０が取得した暖機パラメータを含む運転状態とに基づいて、電力取引市場に入札可能な一以上の商品候補を出力する。入札可能な一以上の商品候補は、卸電力市場などのゲートクローズごと（例えば１時間ごと）に更新される。

【0045】

幾つかの実施形態では、入札処理部１８０は、パラメータ取得部１１０が取得した暖機パラメータに基づいて負荷上昇時のガスタービン２００の静止部と回転系部材との間のクリアランスの挙動を予測するように構成されてもよい。この場合において、入札処理部１８０は、クリアランスの挙動の予測結果に基づいてクリアランスがゼロとならないようにガスタービン２００の昇負荷率の上限を決定し、決定した昇負荷率の上限に基づいて一以上の商品候補を出力するように構成されてもよい。

【0046】

幾つかの実施形態では、入札処理部１８０は、電力取引市場に入札した場合の商品候補の落札確率及び落札時の損益を求めるように構成され、求めた落札確率及び前記損益に基づいて、電力取引市場に対する入札内容を決定する。落札確率は、例えば、電力取引市場における電力需要、電力価格の予測情報、当該ガスタービンの過去の落札実績等を取得して、それらの取得情報に基づいて算出される。落札時の損益は、例えば、落札価格（入札価格）、燃料消費や機器のメンテナンス（例え寿命消費量）に伴う費用等に基づいて算出される。

【0047】

幾つかの実施形態では、入札処理部１８０は、入札内容に基づくガスタービン２００の運転実績に関する情報と入札内容の落札実績とを記憶部１７０に蓄積するように構成されてもよい。記憶部１７０に蓄積された情報は、以降の入札内容の決定に利用することができる。例えば、落札実績を落札確率の確率分布の基礎情報として使用し、運転実績に関する情報を損益計算における寿命消費量の基礎情報として使用することができる。

【0048】

幾つかの実施形態では、運転パターンの一以上の候補のうち暖機運転を行う運転パターンの候補が選択された場合に、パラメータ取得部１１０が暖機パラメータを取得し、運転指令部１３０がガスタービン２００に対して負荷を上昇させるための運転指令を出力する。幾つかの実施形態では、運転指令部１３０は、入札処理部１８０が入札した結果として落札された商品候補の調整力に応じた負荷まで上昇させるための運転指令を出力する。

【0049】

（処理の流れ）
以下、一実施形態に係る負荷調整装置１００が実行する処理の流れについて説明する。図７は、一実施形態に係る負荷調整装置１００が実行する処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【0050】

ここで説明する処理の一部は、ユーザの手動操作によって実行されてもよい。なお、図７に示す例では、調整力の入札内容が落札された後に暖機運転を行う場合の処理を説明している。しかし、暖機運転は、入札前から行われていてもよく、その暖機状態における暖機パラメータに基づいて昇負荷率の上限が決定されてもよい。また、過去の実績データに基づいて、需要時間帯の暖機状態を予測して、その予測結果に基づいて昇負荷率の上限が決定されてもよい。

【0051】

図７に示すように、負荷調整装置１００の入札関連情報取得部１５０は、ネットワークを介して他の装置から入札関連情報を取得する（ステップＳ１）。

【0052】

負荷調整装置１００のパターン出力部は、運転パターンの一以上の候補を出力する（ステップＳ２）。ここで、ユーザ又は負荷調整装置１００の入札処理部１８０が運転パターンの一以上の候補から運転パターンを選択する（ステップＳ３）。

【0053】

負荷調整装置１００の入札処理部１８０は、入札内容を決定する（ステップＳ４）。また、負荷調整装置１００の入札処理部１８０は、入札処理を実行する（ステップＳ５）負荷調整装置１００は、落札結果を取得する（ステップＳ６）。

【0054】

ここで、負荷調整装置１００は、入札した商品が落札されたか否かを判別する（ステップＳ７）。入札した商品が落札されていないと判別した場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、負荷調整装置１００は、ステップＳ８～Ｓ１１をスキップして、落札できなかったことを示す実績情報を記憶部１７０に蓄積する（ステップＳ１２）。一方、入札した商品が落札されていると判別した場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、負荷調整装置１００は、その商品に対応する運転パターンが暖機運転を行う運転パターンであるか否かを判別する（ステップＳ８）。

【0055】

暖機運転を行う運転パターンであると判別した場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、負荷調整装置１００のパラメータ取得部１１０は、暖機パラメータを取得する（ステップＳ９）。また、負荷調整装置１００の上限決定部１２０は、暖機パラメータに基づいて昇負荷率の上限を決定する（ステップＳ１０）。なお、暖機パラメータと昇負荷条件の候補をクリアランスシミュレータに入力してクリアランスの予測結果がゼロにならないように負荷上げパターンを決定して、それを運転パターンとしてもよい。一方、暖機運転を行う運転パターンではないと判別した場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、負荷調整装置１００は、ステップＳ９、Ｓ１０をスキップする。

【0056】

運転指令部１３０は、運転指令を出力する（ステップＳ１１）。例えば、運転指令部１３０は、暖機運転を行う運転パターンを実行する場合には、まず、落札時から電力需要の時間帯までの猶予（通常１時間程度）において暖機運転を行うように運転指令を出力する。その後、上限決定部１２０が決定した昇負荷率の上限以下でガスタービン２００の負荷を調整力に応じた負荷まで上昇させる運転指令を出力する。

【0057】

一方、運転指令部１３０は、暖機運転を行う運転パターンを実行しない場合には、ＡＣＣ又はそれ以外の運転指令を出力する。通常の負荷上げでもクリアランスが確保できる場合には、通常の昇負荷率で負荷上昇させてもよい。

【0058】

その後、負荷調整装置１００は、落札実績及び運転実績を示す実績情報を記憶部１７０に蓄積する（ステップＳ１２）。これらの蓄積情報は、次回以降の入札処理の決定において活用されてもよい。

【0059】

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、複数の実施形態を適宜組み合わせた形態も含む。

【0060】

（まとめ）
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0061】

（１）本開示に係る負荷調整方法は、
負荷運転中のガスタービン（２００）の暖機の程度を示す暖機パラメータを取得するステップと、
前記暖機パラメータに応じて昇負荷率の上限を決定するステップと、
前記昇負荷率の上限以下で前記ガスタービン（２００）の負荷を上昇させるステップと、
を含む。

【0062】

上記方法によれば、負荷運転中のガスタービン（２００）の暖機パラメータに応じて昇負荷率の上限を決定し、その昇負荷率の上限以下でタービンの負荷を上昇させる。この場合、タービン損傷の発生リスクが小さくなるように昇負荷率の上限を決定することができる。また、その上限を超えない範囲内で、できるだけ高い負荷変化率（例えば昇負荷率）で負荷調整を行うことが可能となる。

【0063】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の方法において、
前記ガスタービン（２００）は、卸電力取引市場又は蓄電装置に電力を供給するための部分負荷で運転し、
前記負荷を上昇させるステップでは、前記部分負荷から電力取引市場に供給する調整力に応じた前記負荷まで上昇させる。

【0064】

上記方法によれば、部分負荷運転時の発電量を有効活用できる。また、その部分負荷からの上昇分を調整力として電力取引市場に供給するため、高い負荷変化率で負荷調整を行うことができる。

【0065】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の方法において、
昇負荷率を向上させるための運転パターンの一以上の候補を出力するステップと、
前記運転パターンの一以上の候補から実行する運転パターンの候補を選択するステップと、
を含み、
前記運転パターンの一以上の候補のうち暖機運転を行う前記運転パターンの候補が選択された場合に、前記暖機パラメータを取得するステップと前記負荷を上昇させるステップとを実行する。

【0066】

上記方法によれば、暖機運転を行うことが好ましい場合にのみ暖機パラメータの取得及び負荷の上昇が実行される。そのため、例えば、昇負荷率、効率、経済性、寿命消費量等を加味したフレキシブルな対応が可能となる。

【0067】

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の方法において、
前記運転パターンの一以上の候補は、前記暖機運転を行う前記運転パターンの候補と、アクティブ・クリアランス・コントロール（ＡＣＣ）を用いた前記運転パターンの候補と、を含む。

【0068】

上記方法によれば、暖機運転を行う運転パターンとＡＣＣを用いた運転パターンのうち優れた候補を選択して実行することができる。

【0069】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか一つに記載の方法において、
前記暖機パラメータは、ディスクキャビティ温度、静止系メタル温度、車室とロータの温度差、軸伸び差、又は直近過去の負荷履歴のうち何れか一種のパラメータを含む。

【0070】

上記方法によれば、ガスタービン（２００）の暖機の程度を高精度に検出することができる。

【0071】

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか一つに記載の方法において、
直近過去の負荷履歴における負荷変化率が基準値以下である場合、前記負荷履歴の直近過去の負荷の大きさを前記暖機パラメータとして取得する。

【0072】

負荷変化率が低い暖機状態が続いている場合、温度分布が負荷の大きさに応じた定常状態になっているため、その負荷の大きさは暖機パラメータとして利用できる。上記方法によれば、負荷の大きさを暖機パラメータとして取得する。この場合、温度計測値の取得が必須でなくなる点で有利である。

【0073】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか一つに記載の方法において、
前記暖機パラメータと前記昇負荷率の上限の関係性を示す関数を用いて、前記暖機パラメータを取得するステップで取得した前記暖機パラメータに応じた前記昇負荷率の上限を決定するステップを含む。

【0074】

上記方法によれば、速やかに昇負荷率の上限を決定することができる。

【0075】

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか一つに記載の方法において、
前記昇負荷率の上限は、前記ガスタービン（２００）の停止時からの負荷投入時の昇負荷率よりも大きく設定される。

【0076】

上記方法によれば、調整力の供給に適している点で有利である。

【0077】

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れか一つに記載の方法において、
前記ガスタービン（２００）の性能と前記暖機パラメータを含む運転状態とに基づいて、電力取引市場に入札可能な一以上の商品候補を出力するステップを含み、
前記負荷を上昇させるステップでは、落札した前記商品候補の前記調整力に応じた前記負荷まで上昇させる。

【0078】

上記方法によれば、電力取引市場へ入札と落札後のガスタービン（２００）の制御とを円滑に行うことができる。

【0079】

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）に記載の方法において、
前記暖機パラメータに基づいて負荷上昇時の前記ガスタービン（２００）の静止部と回転系部材との間のクリアランスの挙動を予測するステップを含み、
前記商品候補を出力するステップでは、前記クリアランスの挙動の予測結果に基づいて前記クリアランスがゼロとならないように前記昇負荷率の上限を決定し、決定した前記昇負荷率の上限に基づいて一以上の前記商品候補を出力する。

【0080】

上記方法によれば、クリアランスの挙動の予測結果に基づいて昇負荷率の上限を決定するため、十分なクリアランスの確保をより確実化することができる。

【0081】

（１１）幾つかの実施形態では、上記（９）又は（１０）に記載の方法において、
前記電力取引市場に入札した場合の前記商品候補の落札確率及び落札時の損益を求めるステップと、
前記落札確率及び前記損益に基づいて、前記電力取引市場に対する入札内容を決定するステップと、
を含む。

【0082】

上記方法によれば、需要調整市場に対する入札内容として、好ましい条件で入札内容を決定することができる。

【0083】

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れか一つに記載の方法において、
前記入札内容に基づくガスタービン（２００）の運転実績に関する情報と前記入札内容の落札実績とを蓄積するステップを含む。

【0084】

上記方法によれば、蓄積情報を以降の入札内容の決定に利用することができる。例えば、落札実績を落札確率の確率分布の基礎情報として使用し、運転実績に関する情報を損益計算における寿命消費量の基礎情報として使用することができる。

【0085】

（１３）本開示に係る負荷調整装置（１００）は、
負荷運転中のガスタービン（２００）の暖機の程度を示す暖機パラメータを取得するパラメータ取得部（１１０）と、
前記暖機パラメータに応じて昇負荷率の上限を決定する上限決定部（１２０）と、
前記昇負荷率の上限以下で前記ガスタービン（２００）の負荷を上昇させる運転指令を出力するように構成された運転指令部（１３０）と、
を備える。

【0086】

上記構成によれば、負荷運転中のガスタービン（２００）の暖機パラメータに応じて昇負荷率の上限を決定し、その昇負荷率の上限以下でタービンの負荷を上昇させる。この場合、タービン損傷の発生リスクが小さくなるように昇負荷率の上限を決定することができる。また、その上限を超えない範囲内で、できるだけ高い負荷変化率（例えば昇負荷率）で負荷調整を行うことが可能となる。

【0087】

（１４）本開示に係るプログラムは、
コンピュータに、
負荷運転中のガスタービンの暖機の程度を示す暖機パラメータを取得する手順、
前記暖機パラメータに応じてる昇負荷率の上限を決定する手順、
前記昇負荷率の上限以下で前記ガスタービンの負荷を上昇させる手順、
を実行させる。

【0088】

上記プログラムによれば、負荷運転中のガスタービン（２００）の暖機パラメータに応じて昇負荷率の上限を決定し、その昇負荷率の上限以下でタービンの負荷を上昇させる。この場合、タービン損傷の発生リスクが小さくなるように昇負荷率の上限を決定することができる。また、その上限を超えない範囲内で、できるだけ高い負荷変化率（例えば昇負荷率）で負荷調整を行うことが可能となる。

【符号の説明】

【0089】

１ 火力発電システム
１１ ケーシング
１２ 翼環
１３ 分割環
１４ 熱環
１５ ディスク
１６ 動翼
７２ プロセッサ
７４ ＲＡＭ
７６ ＲＯＭ
７８ ＨＤＤ
８０ 入力Ｉ／Ｆ
８２ 出力Ｉ／Ｆ
８４ バス
１００ 負荷調整装置
１１０ パラメータ取得部
１２０ 上限決定部
１３０ 運転指令部
１４０ パターン出力部
１５０ 入札関連情報取得部
１６０ 受付部
１７０ 記憶部
１８０ 入札処理部
２００ ガスタービン
２１０ 制御装置
２２０ センサ
ＣＬ クリアランス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】