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技術 複合サイクル/複合プロセス施設を最適化する方法

出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
発明者 ピーター・アントン・ペシュトルマルタン・ポッシュビジャン・ダヴァリマルコ・ロバート・ディールマン
出願日 2006年2月9日 (13年11ヶ月経過) 出願番号 2006-031876
公開日 2006年8月24日 (13年4ヶ月経過) 公開番号 2006-220151
状態 特許登録済
技術分野 特殊なサイクルを用いた機関設備 蒸気機関設備
主要キーワード 性能モジュール 複合生産 エネルギバランス プロセス生産 保証条件 プラント電力 化学処理システム 最大燃料消費量
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年8月24日)のものです。
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図面 (5)

課題

複合サイクル発電プラント(100)を稼働させる方法(400)を提供する。

解決手段

この方法は、発電プラント性能シミュレートするステップ(402)と、蒸気使用プロセスプラント性能をシミュレートするステップ(404)と、発電プラントおよびプロセスプラントシミュレーション結果を使用して、プラント装置およびプラント性能パラメータ化するステップ(406)と、複合サイクル発電/蒸気使用プロセスプラントの効率を高めることを促進するパラメータ設定値を求めるために、目的関数によってパラメータ化された連立方程式および制約条件解くステップ(408)とを含む。

概要

背景

少なくともいくつかの既知発電プラントは、少なくともいくつかのそれらのシステムを、化学プラント地域暖房施設、および/または製紙工場などの、ただし限定ではない少なくとも1つのプロセスプラントと結合している。発電プラントとプロセスプロセスを結合することは、そうでない場合は大気、あるいは発電プロセスまたはプロセスプラントのいずれかの熱シンクに棄却されるであろうエネルギを使用することによって、発電プロセスおよびプロセスプラントのうちの1つ、または両方の効率を増加させることを促進することができる。既知の複合電力およびプロセスプラントには、ガスタービン燃焼または非燃焼熱回収ボイラー蒸気タービン化石燃料燃焼ボイラー太陽熱ボイラー冷却塔凝縮器、および/または給水加熱器の様々な組合せが含まれる。

動作では、複合電力およびプロセスプラントの要求量は、顧客の要求レベル、および天候状態などの、ただし限定されない他の予想不可能な事象に基づいて変動する可能性がある。さらに、電力要求量プロセス生産量の間の比率は、季節的稼動に基づいて変動する可能性がある。したがって、既知の組合せプラントは、電力およびプロセスアウトプットの要求される指定に合致するように広い範囲の動作状態を有して使用するように設計される場合がある。

しかしながら、各プラント複合サイクル複合プロセスプラントシステム内のすべての他のプラントと異なる動作特性を有する場合があり、したがって、アウトプット単位当りリソースの使用に則して定義される各プラントの動作効率がすべての他のプラント動作効率と異なる場合があるので、組合せプラントの設計は困難である場合がある。例えば、複合発電プラントおよび水塩除去プロセスプラント内で、いくつかのリソースは電力を発生させるために、かつ/または水の塩分除去のために使用されることができるが、リソースの各プラントでの使用の効率を改善することは、必ずしも経済的な電力発生および水生産に対し最大の効果を生じさせるとは限らない場合がある。より具体的には、複合施設内の各プラントは、そのプラントの効率の最大化を促進するように、すなわち、最小限の量のリソースを使用して生産アウトプットを生じさせるように、個別に運転される場合がある。しかしながら、各個々のプラントの効率を最大化させることが、複合システムの効率を最大化させることを促進しない場合がある。

概要

複合サイクル発電プラント(100)を稼働させる方法(400)を提供する。この方法は、発電プラント性能シミュレートするステップ(402)と、蒸気使用プロセスプラント性能をシミュレートするステップ(404)と、発電プラントおよびプロセスプラントのシミュレーション結果を使用して、プラント装置およびプラント性能パラメータ化するステップ(406)と、複合サイクル発電/蒸気使用プロセスプラントの効率を高めることを促進するパラメータ設定値を求めるために、目的関数によってパラメータ化された連立方程式および制約条件解くステップ(408)とを含む。

目的

上記に開示した方法およびシステムは、複合サイクル/複合プロセス施設を最適化するコスト効率が高く、信頼性の高い手段を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

蒸気使用プロセスプラント(110)に熱伝達連通で結合された発電プラント(102)を少なくとも1つ有する複合サイクル発電プラント(100)を稼働させる方法(400)であって、発電プラント性能シミュレートするステップ(402)と、プロセスプラント性能をシミュレートするステップ(404)と、前記発電プラントおよびプロセスプラントシミュレーション結果を使用して、プラント装置およびプラント性能パラメータ化するステップ(406)と、前記複合サイクル発電/蒸気使用プロセスプラントの効率を高めることを促進するパラメータ設定値を求めるために、目的関数によってパラメータ化された連立方程式および制約条件解くステップ(408)とを含む、ことを特徴とする複合サイクル発電プラントの稼働方法(400)。

請求項2

前記プロセスプラント性能をシミュレートするステップが、脱塩プラント性能をシミュレートするステップを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項3

前記発電プラント性能をシミュレートするステップが、前記発電プラントの熱的性能監視するステップを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項4

前記発電プラントの熱的性能を監視するステップが、前記発電プラントの熱消費率リアルタイムで監視するステップを含むことを特徴とする請求項3記載の方法。

請求項5

前記プロセスプラント性能をシミュレートするステップが、プロセスプラント熱消費量を、少なくとも1つのプロセスプラントの負荷レベル、頂部ブライン温度海水取水温度、および頂部ブライン加熱器汚れ関数として特長づけるステップを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項6

プラント装置およびプラント性能をパラメータ化するステップが、ガスタービン圧縮機(120)、ガスタービン(118)、熱回収蒸気発生器HRSG)(108)、通気ファン冷却塔凝縮器給水加熱器、ブライン加熱器、蒸発器フラッシュタンク、およびブラインブローダウンのうちの少なくとも1つに対して効率を計算するステップを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項7

パラメータ化された連立方程式および制約条件を解くステップが、前記プラント全体に対する現行熱バランスを求めるステップと、稼働に対する現行の制約条件を使用して期待される性能を求めるステップと、将来の熱バランスが前記求められた期待される性能に等しくなるように、前記現行の熱バランスを修正するように調整するためのパラメータを求めるステップとを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項8

パラメータ化された連立方程式および制約条件を解くステップが、前記プラント全体に対する入口条件を求めるステップと、前記求められた入口条件および前記プラント全体の所定のモデルに基づいて、前記プラント全体のアウトプット予測するステップと、前記プラント全体の現行のアウトプットを求めるステップと、前記予測されたアウトプットを前記求められたアウトプットと比較するステップと、前記求められたアウトプットが前記予測されたアウトプットに等しくなるまでプラントパラメータを調整するステップとを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項9

パラメータ化された方程式を使用して、プラント装置の制御可能なプラントパラメータとプラント性能を相互に関係づけるステップをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項10

前記熱消費率を最小限にすることおよび利益を最大限にすることの少なくとも1つを含む目的関数を使用して、最適化の目的を定義するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。

技術分野

0001

本発明は一般的に製造施設の制御に関し、より詳しくは製造施設のシステムアウトプットの最適化を促進するのに使用するシステムに関する。

背景技術

0002

少なくともいくつかの既知発電プラントは、少なくともいくつかのそれらのシステムを、化学プラント地域暖房施設、および/または製紙工場などの、ただし限定ではない少なくとも1つのプロセスプラントと結合している。発電プラントとプロセスプロセスを結合することは、そうでない場合は大気、あるいは発電プロセスまたはプロセスプラントのいずれかの熱シンクに棄却されるであろうエネルギを使用することによって、発電プロセスおよびプロセスプラントのうちの1つ、または両方の効率を増加させることを促進することができる。既知の複合電力およびプロセスプラントには、ガスタービン燃焼または非燃焼熱回収ボイラー蒸気タービン化石燃料燃焼ボイラー太陽熱ボイラー冷却塔凝縮器、および/または給水加熱器の様々な組合せが含まれる。

0003

動作では、複合電力およびプロセスプラントの要求量は、顧客の要求レベル、および天候状態などの、ただし限定されない他の予想不可能な事象に基づいて変動する可能性がある。さらに、電力要求量プロセス生産量の間の比率は、季節的稼動に基づいて変動する可能性がある。したがって、既知の組合せプラントは、電力およびプロセスアウトプットの要求される指定に合致するように広い範囲の動作状態を有して使用するように設計される場合がある。

0004

しかしながら、各プラント複合サイクル複合プロセスプラントシステム内のすべての他のプラントと異なる動作特性を有する場合があり、したがって、アウトプット単位当りリソースの使用に則して定義される各プラントの動作効率がすべての他のプラント動作効率と異なる場合があるので、組合せプラントの設計は困難である場合がある。例えば、複合発電プラントおよび水塩除去プロセスプラント内で、いくつかのリソースは電力を発生させるために、かつ/または水の塩分除去のために使用されることができるが、リソースの各プラントでの使用の効率を改善することは、必ずしも経済的な電力発生および水生産に対し最大の効果を生じさせるとは限らない場合がある。より具体的には、複合施設内の各プラントは、そのプラントの効率の最大化を促進するように、すなわち、最小限の量のリソースを使用して生産アウトプットを生じさせるように、個別に運転される場合がある。しかしながら、各個々のプラントの効率を最大化させることが、複合システムの効率を最大化させることを促進しない場合がある。

発明が解決しようとする課題

0005

したがって、製造システムの効率の最大化を促進するために、少なくともいくつかの既知の発電システムは、可能な最高の製造システム効率を達成することを容易にするために、動作するガスタービンの基数ガスおよび蒸気タービンの負荷レベルダクト燃焼、動作する脱塩プラントの基数、最高海水温度再循環比率、およびブローダウン頻度および継続時間などの(ただし限定ではない)プラント設定値を選択することを試みている。しかしながら、各プラントの効率および複合生産施設の効率に影響を及ぼす条件が絶えず変化するので、複合製造施設の最適な効率を達成するために、プラントパラメータ監視し、適切に調整することが困難である場合がある。

課題を解決するための手段

0006

一態様では、複合サイクル発電プラントを動作させる方法が提供される。このシステムは、蒸気使用プロセスプラント熱伝達連通で結合された少なくとも1つの発電プラントを含む。この方法は、発電プラント性能シミュレートするステップと、プロセスプラント性能をシミュレートするステップと、発電プラントおよびプロセスプラントのシミュレーション結果を使用して、プラント装置およびプラント性能パラメータ化するステップと、複合サイクル発電/蒸気使用プロセスプラントの効率を高めることを促進するパラメータ設定値を求めるために、目的関数によってパラメータ化された連立方程式および制約条件解くステップとを含む。

0007

別の態様では、プログラムによってエンコードされたコンピュータ読取可能な媒体が提供される。このプログラムはコンピュータに、発電プラント性能をシミュレートすること、プロセスプラントの性能をシミュレートすること、発電プラントおよびプロセスプラントのシミュレーション結果を使用して、全体的なプラント装置および全体的なプラント性能をパラメータ化すること、および複合サイクル発電/蒸気使用プロセスプラントの効率を高めることを促進するパラメータ設定値を求めるために、目的関数によってパラメータ化された連立方程式および制約条件を解くことを指示するように構成される。

0008

さらに別の態様では、複合サイクル/複合プロセスプラント最適化システムが提供される。このシステムは、多量の廃熱を発生する第1のプロセスプラントと、熱を少なくとも1つのプラントプロセスへの入力として使用する、第1のプロセスプラントと熱伝達連通する第2のプロセスプラントと、第1のプロセスプラントおよび第2のプロセスプラントのうちの少なくとも1つに動作的に結合されるコンピュータとを含み、このコンピュータは、第1のプロセスプラントおよび第2のプロセスプラントのプロセスパラメータを監視し、第1のプロセスプラント性能をシミュレートし、第2のプロセスプラント性能をシミュレートし、第1および第2の発電およびプロセスプラントのシミュレーション結果を使用して複数のプラント装置の全体およびプラント性能の全体をパラメータ化し、複合サイクル発電/蒸気使用プロセスプラントの効率を高めることを促進するパラメータ設定値を求めるために、目的関数によってパラメータ化された連立方程式および制約条件を解くように構成される。

発明を実施するための最良の形態

0009

図1は、例示的な複合サイクル/複合プロセスプラント100の概略図である。この例示的な実施形態では、プラント100は、1対のガスタービン発電プラント104を含む発電部分102、1対の熱回収蒸気発生器HRSG)108を含む熱回収部分106、および脱塩プラント112を含むプロセスプラント部分110を含む。発電部分102は、ガスタービンエンジン、化石燃料ボイラー、バイオマス燃料ボイラー、排熱回収ボイラー廃棄物焼却炉原子炉ボイラー、地熱源、および太陽光源を含むことができる(ただし限定ではない)熱発電プラントの組合せを使用して構成することができる。熱回収部分106は、非燃焼および燃焼熱回収蒸気発生器、ならびに他の既知の熱回収装置を有して構成することができる。プロセスプラント部分110は、製油所、製紙工場、製造施設、地域暖房、養魚場製パン工場蒸気吸収冷却器、および農業製品処理プラントなど(ただし限定ではない)の、熱をそのプロセスへの入力として使用する様々な種類のプラントを含むことができる。

0010

例示的な実施形態では、複数のガスタービンエンジン104それぞれは、ガスタービンエンジン118に軸116を介して結合される発電機を含む。各ガスタービンエンジン118は、軸124を介してタービン122に結合される圧縮機120を含む。燃焼器126が、圧縮機出口128が燃焼器126を介してタービン入口130と流体連通で結合されるように、圧縮機120とタービン122の間に結合される。劣化した排ガスは、タービン排ガス出口132を通りタービン122を出る。排気ガス通路を介してHRSG108内に導かれるので、このガス内の熱エネルギがHRSG108を貫通して流れる水を蒸気に変換する。次いで排ガスは、煙突134を通りHRSG108から排出され、大気または汚染制御装置(図示せず)に開放される。HRSG108で製造された蒸気は、蒸気ライン138を介して蒸気ヘッダ136へ送られ、そこで蒸気は様々な蒸気負荷部140および脱塩プラント112に分配するために使用できる。脱塩プラント112は、原料塩水を脱塩プラント112に供給するのに使用される海水入口142、プラント112から処理された淡水を取り除くための蒸留水出口144、および蒸気/凝縮HRSGサイクルを完結させるために凝縮した蒸気をHRSG108に戻すための凝縮水戻り146とを含む。

0011

プラント部分102、106、および110は、監視計器、ポンプモータ通気ファンタンクバルブ、冷却塔、凝縮器、給水加熱器、および化学処理システムなどの(ただし限定ではない)図示しない様々な補助的な装置も含む。

0012

動作では、圧縮機120を通り空気が流れ、圧縮空気は燃焼器126に送られる。燃焼器126からの排気ガス流がタービン122を駆動し、タービン122が発電機114を駆動する。排気ガスはタービン122を出て、排気ガス内に含有される熱がHRSG108を貫通して流れる水に伝達されるように、HRSG108に入る。蒸気はHRSG108を出て、ヘッダ136に結合された様々な負荷に分配するために、蒸気ヘッダ136に送られる。脱塩プラント112が、蒸留工程で原料水沸騰させるため、またはフラッシュ工程で水を加熱するために蒸気を受け取る。ガス状の水が、再生的に集められ淡水貯蔵システム(図示せず)に供給される。供給原料水は予備加熱され、プラント112に供給される。復水は集められ、HSRG108に戻され、そこで再び加熱され連続サイクルで蒸気になる。

0013

発電と水製造の間の比率は、季節的な要求量などの(ただし限定ではない)いくつかの要因に基づいて変わる。この発電プラントおよび脱塩プラントは、広い範囲の動作状態に対して設計され、電力および水の要求される指定量は、多くの異なる状態で達成することができる。各状態を全体的な熱消費率および全体的な経済的効率に関連づけることができる。全体的に最適な熱消費率で運転することは、多くの場合全体的に最適な経済効率を生み出さない可能性がある。システムの運転者は、動作するガスタービンの基数、ガスおよび蒸気タービンの負荷レベル、ダクト燃焼、動作する脱塩プラントの基数、頂部ブライン(塩水)温度、再循環比率、およびブローダウンなどの(ただし限定ではない)複数のプラント設定を、任意の所与発電量および水量の指定に対し最適な経済的稼働を達成するために変更することができる。

0014

図2は、(図1に示す)熱発電プラントおよびプロセスプラント100のアウトプットを最適化するために使用することができる熱発電プラントおよびプロセスプラント最適化システム200のための構成の例示的な実施形態のデータフロー図である。この例示的な実施形態では、システム200は、発電部分102の様々な構成部品に結合された監視および制御計器202を含む。そのような計器は、圧力および温度センサ、流量および速度センサ燃焼ガスセンサ(ただし限定ではなく)を含むことができる。システム200は、熱回収部分106に関連する監視および制御計器204およびプロセスプラント110に関連する監視および制御計器206も含む。監視および制御計器202、204、および206のそれぞれは、測定されたプロセスパラメータを示す信号を、分散制御システム(distributed control system)(DCS)208に伝達する。DCS208は、信号を受信し、所定のアルゴリズムに従って信号を処理し、監視および制御計器202、204、および206にそれぞれ、プラント動作に変化を及ぼすための制御信号を伝達する。DCS208は、ソフトウェアデータ収集モジュール(data acquisition module)(DAM)210と連動している。例示的な実施形態では、DAM210は、DCS208に通信的に結合された独立のPCベースコンピュータシステム上で実行するソフトウェアコードセグメントである。

0015

DAM210は、将来的な参照および分析用保管データを保存するデータベースヒストリアン212に通信的に結合される。一実施形態では、データベース/ヒストリアン212は、OSISoftware,Inc.of San Leandro、Califoniaから商業的に入手可能な、PI Systemである。熱バランスモジュール214が要望により、測定されたデータに可能な限り近接して一致するようにプラントの質量およびエネルギバランスモデルを調整するアルゴリズムをコンピュータ処理するために、DAM210およびデータベース/ヒストリアン212からデータを受信する。モデルと測定データの間の差異は、データ内の誤りを示す場合がある。性能モジュール216が、主要なプラント装置の期待される性能を予想するために、プラント装置モデルを使用する。予想される性能と現在の性能の間の相違は、汚れ、錆腐蝕、および破損などの(ただし限定ではない)それぞれの構成部品の状態の劣化である可能性がある。性能モジュール216は、プラント電力および熱消費率の変化に最大の影響を有する性能問題を特定できるように、時間にわたる劣化を追跡する。この例示的な実施形態では、プロセスプラント110が脱塩プラントであり、性能モジュールは、例えば、ただし限定ではなく、淡水要求量負荷レベル、頂部ブライン温度、海水注入温度、および頂部ブラインヒータ劣化を使用して脱塩プラント熱消費量モデル化することができる。

0016

オプテマイザモジュール218が、プラント100の経済的指定を最適化するように、プラント100の様々な動作構成部品の方法論を評価する。少なくともいくつかの既知の指定方法論が、熱消費率は金銭上のリソースに等しいという仮定を置いて、熱消費率に基づいてプラントを指定する。その一方、オプテマイザモジュール218は、より高い熱消費率を有する構成部品が指定される可能性がある最適化を解くことができる。例えば、ある状況では、ヘッダ136からの蒸気の要求量が、電力に対する要求量を追い越す場合があり、または部分102からの電力が電気的なシステム要求によって制限される場合がある。効率のより低いガスタービンエンジン104を指定することによって、制限を超える電力出力を上昇させることなしにより多くの熱が回収可能になる場合もある。

0017

この例示的な実施形態では、オプテマイザモジュール218が、オンライン(自動)とオフライン手動)モードの選択可能である。オンラインモードでは、オプテマイザ218は、発電される電力のコスト、発電の各レベルでの増分コスト、プロセス蒸気のコスト、および所定の周期性、例えばリアルタイムで、または5分毎に1回でのプラントを動作させる利益などの、現行のプラントの経済的なパラメータを自動的に計算する。オフラインモードは、定常状態の性能、「仮定(what−if)」シナリオ分析予算およびグレードアップ任意選択の分析、あるいは現行の発電能力目標熱消費率、保証条件に対する現行のプラント稼働の修正、稼働制約および補修作業の影響、あるいは燃料消費量の予想をシミュレートするのに使用することができる。オプテマイザ218は、プラントの経済モデルによって、プラントの熱バランスを結合することによる効率に基づくアウトプットではなく、リアルタイムの経済的コストデータ、アウトプット価格、負荷レベル、および装置の劣化に基づくプラント100に対する利益が最大になるアウトプットを計算する。オプテマイザ218は、各構成部品の劣化に個々に整合するように調整することができる。オプテマイザ218は、助言的な出力220を作り出すことができ、かつ/またはクローズドフィードバックループ制御出力222も作り出すことができる。助言的な出力220は、プラント100の収益性を最大にするのを促進するために、各構成部品を最適化するためのプラント100の制御可能なパラメータを何処にセットすべきかを運転者に推奨する。さらにオプテマイザ218は、リアルタイムのコストを計算し、電力購入ユーザ(図示せず)に伝達することができる。この例示的な実施形態では、助言的な出力220は、コンピュータが実行するオプテマイザモジュール218と通信的に結合されたコンピュータ表示スクリーンである。代替の実施形態では、助言的な出力は、遠隔ワークステーション表示スクリーンであり、ワークステーションがネットワーク(図示せず)を介してオプテマイザ218のデータにアクセスする。さらに、重大なプラント性能パラメータを求めるために助言的出力220を監視することもできる。

0018

クローズドフィードバックループ制御出力222は、オプテマイザモジュール218からデータを受け取り、プラント装置のリアルタイムフィードバック制御を実行するために、DCS制御モジュール用の設定点および/またはバイアス設定値を計算する。

0019

図3は、サーバシステム312、通信的にサーバシステム312に接続される顧客システム314とも呼ばれる複数の顧客サブシステムを含む、リアルタイム熱発電プラントおよびプロセスプラント最適化システム300の簡略化したブロック図である。本明細書で使用されるリアルタイムは、結果に影響する入力の変化の後、実質的に短い時間で結果が起きること、例えば、コンピュータの計算を言う。この周期は、定常的に繰り返されるタスク各繰り返しの間の時間の量である。そのような繰り返されるタスクは、周期的なタスク(periodic task)と呼ばれる。この時間周期は、結果の重大性および/または結果を発生させるために入力の処理を実行するシステムの能力に基づいて選択することができるリアルタイムシステム設計パラメータである。さらに、リアルタイムで起きる事象は、実質的な内包的な遅れなしで起きる。例示的な実施形態では、計算値は1分の周期性でリアルタイムで最新のものにされる。一実施形態では、顧客のシステム314は、サーバシステム312がインターネットを介して顧客システム314にアクセス可能なような、ウェブブラウザを含むコンピュータである。顧客システム314は、ローカルエリアネットワーク(LAN)または広域エリアネットワークWAN)、ダイアルイン接続、ケーブルモデムおよび特別高速ISDNラインなどのネットワークを含む多くのインターフェースを介してインターネットに相互接続される。顧客システム314は、ウェブベース電話器パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、または他のウェブベースの接続可能な装置を含むインターネットに相互接続可能な任意の装置であり得る。データベースサーバ316は、以下でより詳細に説明する複数の事項に関する情報を格納するデータベース320に接続される。一実施形態では、集中化されたデータベース320がサーバシステム312に記録され、顧客システム314の1つを介してサーバシステム312にログオンすることによって、顧客システム314の1つで潜在的なユーザがアクセスすることができる。代替の実施形態では、データベース320は、サーバシステム312から遠隔に記録され、非集中化であることができる。

0020

図4は、(図1に示す)複合サイクル/複合プロセスプラント100の稼働の例示的な方法400のフローチャートである。この例示的な実施形態では、プロセスプラント100は、蒸気使用プロセスプラントに熱伝達連通で結合される少なくとも1つの発電プラントを含む。方法400は、発電プラント監視計器データを受信するソフトウェアコードセグメントのプラント性能モジュールを使用して発電プラント性能をシミュレート402するステップを含む。このデータは、プラント分散制御システム(DCS)からネットワークを介して受信することができ、あるいはサーバまたはプラント性能モジュールにアクセス可能な他のコンピュータ上で実行するデータベース/ヒストリアンソフトウェアプログラムから受信することができる。さらに、発電プラント性能をシミュレートするステップ402に使用されたものと同様な方法で、プロセスプラント性能がシミュレート404される。同じ方法で各プラントの性能を求めることによって、各プラントに対し別々に最適設定を求めるのではなく、プラント全体に対して最適な制御設定を求めるために、プラント全体を単一のプラントとして取り扱うことが可能になる。各主要プラント構成部品に対する測定値は、構成部品のバイアスによって構成部品上に全体プラント効率を表示するためにパラメータ化406される。プラント装置およびプラント性能をパラメータ化することは、ガスタービン圧縮機、ガスタービン、熱回収蒸気発生器(HRSG)、通気ファン、冷却塔、凝縮器、給水加熱器、ブライン加熱器蒸発器フラッシュタンク、およびブラインブローダウンなどの(ただし限定ではない)構成部品の効率を計算することを含む。同様に、熱消費率および性能計算がパラメータ化406され、結果として得られる連立方程式は、各パラメータがサンプリングされた時間から内包的な遅れなしに計算結果利用可能になるように、リアルタイムで解かれる408。パラメータ化された連立方程式および制約条件を解く408ことは、プラント全体に対する現行の熱バランスを求めること、および運転予備電力の要求、電気システムの要求量、補修活動、淡水要求量、および構成部品の故障などの、ただし限定ではないプラントの稼働に対する現行の制約条件を使用して期待される性能を求めることも含むことができる。パラメータ化された方程式および制約条件を解く408ことは、将来の熱バランスが求められた期待される性能に等しくなるように現行の熱バランスを修正するように調整するためのパラメータを求めることも含むことができる。

0021

代替の実施形態では、パラメータ化された連立方程式および制約条件を解くこと408は、プラント全体に対する入口条件を求めること、この求められた入口条件およびプラント全体の所定のモデルに基づいて全体のアウトプットを予測すること、プラント全体の現行のアウトプットを求めること、予測されたアウトプットを求められたアウトプットと比較すること、および求められたアウトプットが予測されたアウトプットに等しくなるまでプラントパラメータを調整することとを含む。

0022

この例示的な実施形態では、プロセスプラントは多段フラッシュ(multistage flash)(MSF)設計の脱塩プラントであり、海水または塩水がブライン加熱器内の圧力の沸点ちょうど下の温度に加熱される。蒸発器の内側の圧力は、蒸発器チューブ束の内側の冷却器塩水の効果に起因して、ブライン加熱器の圧力より低い。加熱器から蒸発器に熱い塩水が入るとき、蒸発器内減圧された圧力によって、液体いくらかが直ちに蒸気に転換することが起きる、すなわち水が蒸気に急速気化する。この蒸気が凝縮し、その潜熱を入ってくる海水に引き渡す。この海水はさらにブライン加熱器内で加熱される。多段フラッシュ脱塩プラントを画成するために、いくつかの段の加熱器および蒸発器を流体連通で一緒に結合することができる。この脱塩プラントの性能をシミュレートすることは、少なくとも1つのプロセスプラントの負荷レベル、頂部ブライン温度、海水取水温度、および頂部ブライン加熱器汚れの関数としてプロセスプラント熱消費量を特長づけることを含む。

0023

この例示的な実施形態では、方法400は、パラメータ化された方程式を使用してプラント装置の制御可能なプラントパラメータとプラント性能を相互に関係づけるステップ、プラント全体の熱消費率を最小限にすることまたはプラント全体の利益を最大限にすることを含む目的関数を使用して最適化の目的を定義するステップ、および装置の各個々の部片の動作の物理的に可能な範囲、および/または、全体的な制限が最大発電量最大燃料消費量、および/または凝縮のための最大水使用量である制約条件を使用する全体的な制限を定義するステップも含む。

0024

上記に開示した方法およびシステムは、複合サイクル/複合プロセス施設を最適化するコスト効率が高く、信頼性の高い手段を提供する。より具体的には、この方法および設備は、最適化システムが、脱塩プラントに結合されたガスタービン発電機を含む複合サイクル発電プラントに対する最適な制御設定を推奨することを容易にする。結果として、本明細書で開示された方法および設備は、コスト効率に優れかつ信頼性の高い形で、発電および海水からの淡水の製造を行うことを容易にする。

0025

複合サイクル/複合プロセス施設最適化システムの例示的な実施形態が上記で詳細に開示されている。このシステムは本明細書で開示する具体的な実施形態に限定されず、むしろ、各システムの構成部品は独立に、または本明細書で説明した他の構成部品から分離して使用することができる。各システム構成部品は、他のシステムの構成部品と組み合わせて使用することもできる。

0026

本発明は、様々な具体的な実施形態に則して説明してきたが、この分野の技術者は、特許請求の範囲の趣旨および範囲内で改変して実施形態することができることを理解するであろう。

図面の簡単な説明

0027

例示的な複合サイクル/複合プロセスプラントの概略図である。
図1に示す熱発電プラントおよびプロセスプラントのアウトプットを最適化するために使用することができる熱発電プラントおよびプロセスプラント最適化システムのための構成の例示的な実施形態のデータフロー図である。
図1に示す熱発電プラントおよびプロセスプラントのアウトプットを最適化するために使用することができるリアルタイム熱発電プラントおよびプロセスプラント最適化システムの簡略化したブロック図である。
図1に示す複合サイクル/複合プロセスプラントの例示的な稼働方法のフローチャートである。

符号の説明

0028

100複合サイクル/複合プロセスプラント
102発電部分
104ガスタービン発電プラント
106熱回収部分
108熱回収蒸気発生器(HRSG)
110プロセスプラント部分
112脱塩プラント
116 軸
118ガスタービンエンジン
120圧縮機
122タービン
124 軸
126燃焼器
128圧縮機出口
130タービン入口
132タービン排ガス出口
134煙突
138蒸気ライン
136蒸気ヘッダ
140蒸気負荷部
142海水入口
144蒸留水出口
146凝縮水戻り
200最適化システム
300 最適化システム
400最適化方法のフローチャート

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