JP3773243B2 - 発電設備の燃料供給制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発電ユニットを備え且つ組成の異なる複数の燃料を使用する発電設備の燃料供給系統における制御に関するものである。より詳細には、最適な運転を実行する燃料供給を可能とする様な燃料供給制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
後述する様に、「最適な運転」は、「組成の異なる複数の燃料」に「バイオガス」及び「都市ガス」を含む場合は、バイオガスと都市ガスの消費バランスが最も良好となる運転をいう。例えば、ランニングコスト（後述）が最小になる様な運転、環境に与える負荷が最小になる様な運転、或いは、バイオガスを最大限利用する中でランニングコストが最小となる様な運転が、「最適な運転」の具体例となる。
【０００３】
図８は高カロリー燃料Ｈを供給する高カロリー燃料供給ラインＦＬＨと、低カロリー燃料Ｌを供給する低カロリー燃料供給ラインＦＬＬとを有し、該２系統の供給燃料をミキサＭで混合し、更にコンプレッサＣで圧縮した混合燃料を複数の発電ユニットＧ１〜ＧＮを有する発電プラントＧＰの前記各発電ユニットＧ１〜ＧＮに燃料供給分岐管ＦＬ１１〜ＦＬＮを介して供給する様に構成された従来技術による発電プラントＧＰの燃料供給装置である。
尚、図８中、符号Ｐ１、Ｐ２、及びＷは、符号順に燃料供給ラインの合流点、分岐点、及び発電量を示す。
【０００４】
図８で示す従来技術では、高カロリー燃料Ｈ（例えば都市ガス）の流量制御弁ＶＨと、低カロリー燃料Ｌ（例えばバイオガス）の流量制御弁ＶＬとの下流側に、ミキサＭが１つのみ介装されており、全ての発電ユニットＧ１〜ＧＮについて、同一組成の混合燃料が供給される。
【０００５】
しかし、全ての発電ユニットＧ１〜ＧＮについて、同一組成の混合燃料を供給することは、発電効率を向上させるためには適切ではない。
特に、発電ユニットの各々の仕様が異なり、燃料組成に対する燃焼効率や発電効率が相違する場合には、全ての発電ユニットに同一組成の混合燃料を供給しても、効率は最高にはならない。
すなわち、係る従来技術では、ランニングコストを最小にすること、環境に与える負荷を最小にすること、或いは、バイオガスを最大限利用する中でランニングコストを最小とすること、の何れも実現困難である。
この様な事実に対して、従来は何等対策が講じられていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、複数の発電ユニットを備え且つ組成の異なる複数の燃料を使用する発電設備に対して燃料を供給する際に、係る発電設備に最適な運転を実行させることが出来る様な発電設備の燃料供給制御装置の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の発電ユニットを備え、低カロリー燃料と高カロリー燃料とを使用するために各発電ユニットの燃料供給系毎に混合手段が介装され、前記複数の燃料を発電ユニットに供給する燃料供給系の各々は第１の流量制御弁を介装しており、そして燃料供給系の各々は前記第１の流量制御弁よりも発電ユニット側の領域で発電ユニット数と同数の分岐ラインに分岐しており、それらの分岐ラインは対応する発電ユニットの燃料供給系毎に第２の流量制御弁を介して混合手段に連通しており、それらの第１および第２の流量制御弁の制御手段を有する発電設備の燃料供給制御装置において、複数の発電ユニットよりなる発電プラントＧＰは負荷を検出するための電力計７を有し、前記制御手段１には前記電力計７および電力消費側の必要な発電量が入力される発電量決定手段４と、その発電量決定手段４の情報を受ける流量決定手段６と、その流量決定手段６からの信号で第１および第２の流量制御弁の開度を決定する流量制御弁弁開度決定手段５とを備え、前記制御手段３は低カロリー燃料の発生量ＱＬを求め、そして発電量決定手段４により必要な発電量Ｗを求め、低カロリー燃料の発生全量を使用して必要な発電量２０を充足するための低カロリー燃料および高カロリー燃料が発電ユニットに供給される流量を決定する機能を有している。
【０００８】
そして本発明によれば、複数の発電ユニットを備え、低カロリー燃料と高カロリー燃料とを使用するために各発電ユニットの燃料供給系毎に混合手段が介装され、前記複数の燃料を発電ユニットに供給する燃料供給系の各々は第１の流量制御弁を介装しており、そして燃料供給系の各々は前記第１の流量制御弁よりも発電ユニット側の領域で発電ユニット数と同数の分岐ラインに分岐しており、それらの分岐ラインは対応する発電ユニットの燃料供給系毎に第２の流量制御弁を介して混合手段に連通しており、それらの第１および第２の流量制御弁の制御手段を有する発電設備の燃料供給制御装置において、複数の発電ユニットよりなる発電プラントＧＰは負荷を検出するための電力計７を有し、前記制御手段１には前記電力計７および電力消費側の必要な発電量が入力される発電量決定手段４と、その発電量決定手段４の情報を受ける流量決定手段６と、その流量決定手段６からの信号で第１および第２の流量制御弁の開度を決定する流量制御弁弁開度決定手段５と、発電ユニットのランニングコストに関するデータを記憶した記憶手段１３とを備え、前記制御手段３は前記記憶手段１３に記憶されているデータを呼び出すと共に発電量決定手段４により必要な発電量Ｗを決定し、次いでランニングコストに関するデータと必要な発電量Ｗからランニングコストが最小となるように各発電ユニットに供給される低カロリー燃料と高カロリー燃料との流量を決定し、それに基づいて第１および第２の流量制御弁を制御する機能を有している。
【０００９】
さらに本発明によれば、 複数の発電ユニットを備え、低カロリー燃料と高カロリー燃料とを使用するために各発電ユニットの燃料供給系毎に混合手段が介装され、前記複数の燃料を発電ユニットに供給する燃料供給系の各々は第１の流量制御弁を介装しており、そして燃料供給系の各々は前記第１の流量制御弁よりも発電ユニット側の領域で発電ユニット数と同数の分岐ラインに分岐しており、それらの分岐ラインは対応する発電ユニットの燃料供給系毎に第２の流量制御弁を介して混合手段に連通しており、それらの第１および第２の流量制御弁の制御手段を有する発電設備の燃料供給制御装置において、複数の発電ユニットよりなる発電プラントＧＰは負荷を検出するための電力計７を有し、前記制御手段１には前記電力計７および電力消費側の必要な発電量が入力される発電量決定手段４と、その発電量決定手段４の情報を受ける流量決定手段６と、その流量決定手段６からの信号で第１および第２の流量制御弁の開度を決定する流量制御弁弁開度決定手段５と、各発電ユニットのＣＯ２排出量および低カロリー燃料と高カロリー燃料とのＣＯ２排出量に関する各種数値を記憶している記憶手段１５とを備え、前記制御手段３は前記記憶手段１５からＣＯ２排出量に関する各種数値を読み込み、発電量決定手段４により必要な発電量Ｗを決定し、そして前記ＣＯ２排出量原単位記憶手段１５で決定したデータの各種数値と必要な発電量ＷとからＣＯ２排出量が最小となるように発電ユニットに供給される低カロリー燃料と高カロリー燃料との流量を決定し、それに基づいて第１および第２の流量制御弁を制御する機能を有している。
【００１４】
なお、本明細書において、「ランニングコスト」なる文言は、燃料コスト、原価償却費、メンテナンスコスト、各種補機に関するコスト等、全てを包含したコストを意味している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図７を参照して、本発明の実施形態について説明する。
第１実施形態を示す図１において、発電設備である発電プラントＧＰは、組成の異なる複数（図１では発熱量の高い組成の燃料である都市ガスと、発熱量の低い組成の燃料であるバイオガスの２種類）の燃料を使用する複数（Ｎ個）の発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮを有している。
【００１６】
前記各発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮの燃料供給系（燃料供給ライン）ＬＭ１、ＬＭ２・・・ＬＭＮには前記組成の異なる２種類の燃料を混合する混合手段（ミキサ）Ｍ１、Ｍ２・・・ＭＮが介装されている。
【００１７】
前記組成の異なる２種類の燃料を前記複数の発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮへ供給する供給系ＦＬＨ（高カロリーガスの供給系）、ＦＬＬ（低カロリーガスの供給系）には第１の流量制御手段である流量制御弁ＶＨ（高カロリーガス対応）、ＶＬ（低カロリーガス対応）が介装されている。
【００１８】
前記供給系ＦＬＨ（高カロリーガスの供給系）、ＦＬＬ（低カロリーガスの供給系）は前記流量制御弁ＶＨ、ＶＬよりも発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮ側の領域の分岐点ＰＨ（高カロリーガスの供給系）、ＰＬ（低カロリーガスの供給系）から発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮ毎の分岐ラインＬＨ１、ＬＨ２・・・ＬＨＮ（以上、高カロリーガスの供給系）、ＬＬ１、ＬＬ２・・・ＬＬＮ（以上、低カロリーガスの供給系）に分岐している。
尚、図１において符号ＣＨは高カロリー供給系に介装されたコンプレッサを、符号ＣＬは低カロリー供給系に介装されたコンプレッサを示す。
【００１９】
前記分岐ラインＬＨ１、ＬＨ２、・・・ＬＨＮ、ＬＬ１、ＬＬ２・・・ＬＬＮは対応する発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮへの燃料供給ラインＬＭ１、ＬＭ２・・・ＬＭＮ毎に設けられたミキサＭ１、Ｍ２・・・ＭＮに連通すると共に、途中には第２の流量制御手段である流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ（以上、高カロリーガスの供給系）、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮ（以上、低カロリーガスの供給系）を介装している。
【００２０】
本実施形態の発電設備（発電プラント）ＧＰの燃料供給制御装置は、図１では示されてはいないが、制御手段（後述の図２で符号１として図示）を備えている。該制御手段（図２において符号１）は、図示しない電力の需要量を図示しない計測手段により計測する。その計測結果、すなわち電力消費側の必要な発電量と、低カロリー燃料の流量（ＱＬ）とに基いて、発電プラントＧＰの最適な運転を行う様に、前記発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮ毎に独自に高カロリー燃料と低カロリー燃料の配分量及び流量配分を調節する。換言すれば、電力消費側の必要な発電量と、低カロリー燃料の流量（ＱＬ）とに基いて、発電プラントＧＰの最適な運転を行う様に、前記第２の流量制御手段である流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮを制御するのである。
【００２１】
ここで、前記発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮが同一の特性を有するのであれば、各ユニットに対する燃料の配分或いは供給量が同一になるように制御してやれば良い。しかし、実際問題として、発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮの各々において各種特性は相違しており、各々のユニットが最適な運転を行う場合における高カロリー燃料（例えば都市ガス）と低カロリー燃料（例えばバイオガス）の混合比も、ユニット毎に異なっている。
従って、発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮ毎に都市ガスとバイオガスの混合比を変化させなければ、発電プラントＧＰに最適な運転させることは不可能なのである。
【００２２】
次に、発電プラントＧＰに「最適な運転」を実行させるために、発電ユニット毎に都市ガスとバイオガスの混合比をどの様に決定するのかについて、発電ユニットを２個設けた実施形態を示す図２〜図７を参照して、以下に説明する。
上述した通り、「最適な運転」とは、バイオガスと都市ガスの消費バランスが最も良好となる運転をいい、具体的には、燃料コスト（ランニングコスト）が最小になる様な運転、環境に与える負荷が最小になる様な運転、バイオガスが最大限利用される中でランニングコストが最小となる様な運転が該当する。
【００２３】
図２、図３は本発明の第２実施形態を示している。
そして、図２、図３の第２実施形態では、「最適な運転」として、バイオガスが最大限利用される様な運転を目標としている。
【００２４】
図２は第２実施形態の構成を示している。図１の第１実施形態との相違は、発電ユニットの数を２個に限定し、燃料供給制御の制御手段１を設け、発電プラントＧＰに電力計７（電力プラントＧＰの負荷を検出する手段）を設けている点である。この点では、後述する第３実施形態、第４実施形態も同様である。
図２において、制御手段１は、インターフェイス３と、発電量決定手段４と、流量制御弁弁開度決定手段５と、バイオガスを最大限利用する様に演算するＱ（流量）決定手段６とにより構成されている。
【００２５】
発電プラントＧＰの電力計７からの入力情報は信号ラインＳＬ１を介して（制御手段１の）発電量決定手段４に伝達される。また、図示しない電力消費側における必要な発電量は、公知・市販の計測手段により計測され、信号ラインＳＬ２を介して発電量決定手段４に伝達される。
発電量決定手段４は、電力計７からの入力信号と、必要な発電量とに基いて、必要な発電量を決定する。そして、決定された（必要な）発電量に関する情報は、信号ラインＳＬ３を介して、Ｑ（流量）決定手段６へ送出される。
【００２６】
前記第１の流量制御手段、即ち流量制御弁ＶＨ、ＶＬ、第２の流量制御手段ＶＨ１、ＶＨ２、ＶＬ１、ＶＬ２は、夫々信号ラインＳＬ６〜ＳＬ１１を介して、インターフェイス３を経由して、制御信号若しくは流量情報を、制御手段１と授受している。
ここで、流量情報について詳細に述べると、流量制御弁ＶＨ、ＶＬに内蔵或いは併設された流量計（図示せず）により、ラインＦＬＨを流れる都市ガスの流量、ラインＦＬＬを流れるバイオガスの流量が計測され、当該流量計の計測結果が信号ラインＳＬ６、ＳＬ７を介して、制御手段１へ伝達されるのである。
【００２７】
Ｑ決定手段６は、発電量決定手段４で決定された必要な発電量（或いは、現在の発電量と必要な発電量との和）と、流量制御弁ＶＬ（に併設或いは内蔵された流量計）で計測された燃料流量ＱＬとに基いて、図３を参照して後述する様に、発電ユニットＧ１、Ｇ２にそれぞれ供給される都市ガス流量、バイオガス流量を決定する。
【００２８】
Ｑ決定手段６で決定された都市ガス流量、バイオガス流量に関する情報は、信号ラインＳＬ１３を介して流量制御弁弁開度決定手段５に送出され、流量に関する情報に基いて、第２の流量制御手段である流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮの開度が、流量制御弁弁開度決定手段５により決定されるのである。
流量制御弁開度決定手段５により決定された流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮの開度に関する信号（流量制御弁弁開度信号）は、信号ラインＳＬ５、インターフェイス３、信号ラインＳＬ６〜ＳＬ１１を介して、各流量制御弁ＶＨ、ＶＬ、ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮへ送出される。
【００２９】
次に、図３を参照して第２実施形態の制御の流れに関して説明する。上述した通り、図３の制御では、バイオガスが最大限利用される様な運転を目標としている。すなわち、発生したバイオガスは全量使用する。
換言すれば、図２、図３の制御では、発生したバイオガス全量をラインＦＬＬに供給する。
図３において、流量制御弁ＶＬに併設或いは内蔵された流量計によりバイオガスの流量ＱＬ（すなわちバイオガスの発生量）を決定する。
【００３０】
次に、ステップＳ２では、電力計７の計測結果及び図示しない手段により求められた必要な発電量から、発電量決定手段４により、必要な発電量Ｗを求める。そして、必要な発電量Ｗとバイオガス流量ＱＬを充足し且つ最も効率が良くなるように、ニュートン法等の公知の手法を用いて、発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給されるバイオガス流量ＱＬ１、ＱＬ２と、発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給される都市ガス流量ＱＨ１、ＱＨ２とを決定する。この詳細については後述する。
【００３１】
次のステップＳ３では、前記流量制御弁開度決定手段５により、ステップＳ２で求められた流量ＱＨ１、ＱＨ２、ＱＬ１、ＱＬ２に対応する流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２、ＶＬ１、ＶＬ２の開度を決定する。
図３では示されていないが、決定された弁開度は、制御信号として流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２、ＶＬ１、ＶＬ２の各々に送出され、該当する流量制御弁の弁開度を制御して、ステップＳ２で求められた燃料流量を実現する。そして制御を終了する。
【００３２】
前述の発電量Ｗ、低カロリー燃料流量ＱＬからＱＬ１、ＱＬ２、ＱＨ１及びＱＨ２（ＱＨｍｉｎ）を求める詳細については、以下に式を用いて説明する。
【００３３】
先ず、記号及び添字に関して規定する。
記号として
Ｗ：発電量
Ｑ：燃料流量（燃料供給量）
添字として
Ｈ：高カロリー
Ｌ：低カロリー
１：発電ユニット１Ｇ１に対応
２：発電ユニット２Ｇ２に対応
ｍｉｎ：最小値
ｍａｘ：最大値
【００３４】
発電ユニットが１台の場合の発電量Ｗ及び燃料供給量Ｑは以下の式１、式２で表される。
Ｗ＝Ｗ［ＱＨ，ＱＬ］・・・（式１）
ＱＨ＝ＱＨ［Ｗ，ＱＬ］・・・（式２）
尚、以降、式中、［Ｘ］はＸの関数であることを示すものとする。
【００３５】
発電ユニットが２台の場合の発電量Ｗ及び燃料供給量Ｑは以下の式３、式４で表される。
Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２・・・（式３）
ＱＬ＝ＱＬ１＋ＱＬ２・・・（式４）
ＱＨ=ＱＨ１［Ｗ１，ＱＬ１］+ＱＨ２［Ｗ２，ＱＬ２］・・・（式５）
実用的には、［Ｗ１，ＱＬ１］，［Ｗ２，ＱＬ２］に対するＱＨ１，ＱＨ２の離散的なデータに基づく近似式を利用することが出来る。
ここで、Ｗ，ＱＬが与えられた場合におけるＱＨの最小値を求める。
【００３６】
具体的な算定方法としては、発電ユニットＧ１、Ｇ２に供給される低カロリーの燃料流量ＱＬ１，ＱＬ２に対して高カロリー燃料の流量ＱＨの変化率ｄＱＨを次式（式６）で示した場合、別紙（式６）の様になる。
ここで、Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２よりｄＷ１＝−ｄＷ２である。
別紙式６において、
ｄＱＨ＝０、従って別紙式６の右項の「（）：括弧」内の値が０となる様なＷ１，Ｗ２、換言すれば別紙式７を成立させる様なＷ１，Ｗ２が存在する場合には、該条件においてＱＨが最小となる。
【００３７】
一方、上記条件を満たすＷ１，Ｗ２が存在しない場合には、Ｗ１＝Ｗ１ｍａｘもしくはＷ２＝Ｗ２ｍａｘにおいてＱＨは最小となり、ＱＨｍｉｎ（ＱＬ１，ＱＬ２）が求まる。
【００３８】
図２、図３に関連する上述の説明において、低カロリー燃料の流量ＱＬは、バイオガスの全量とはならない旨を付記する。
【００３９】
図２、図３の実施形態によれば、必要な発電量に基いて必要な発電量Ｗを決定し、係る発電量Ｗを得る際にバイオガスは発生する全量を用いており、その上で、効率が最も良くなる様に、すなわち供給される燃料が最も少なく（ＱＨｍｉｎ）なる様に、各発電ユニット（Ｇ１、Ｇ２・・・ＧＮ）に供給される燃料流量ＱＨ、ＱＬが制御され、或いは、第２の流量制御手段（流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮの弁開度）が制御されている。
すなわち、発生したバイオガスが１００％発電に利用されており、且つ、発電プラント全体の効率が最も良くなる様に、供給される燃料が最小となっている。
【００４０】
図２、図３の実施形態は、上述した制御の一般式 Ｚ＝Ｘ・ＱＨ＋Ｙ・ＱＬ において、 Ｘ＝１ Ｙ＝０ である場合に該当する。
【００４１】
次に、図４、図５を参照して、本発明の第３実施形態を説明する。
この第３実施形態において、「最適な運転」とは、燃料コスト（ランニングコスト）が最小になる様な運転を意味している。
【００４２】
図４で示す第３実施形態は、図２で示す第２実施形態と同様に、発電ユニットの数を２個に限定し、燃料供給制御の制御手段１を設け、発電プラントＧＰに電力計７（電力プラントＧＰの負荷を検出する手段）を設けている点で、図１の第１実施形態とは相違する。
これに加えて、図４では、制御手段１内にはデータベースの様な記憶手段１３が設けられており、記憶手段１３には、発電ユニットＧ１、Ｇ２のランニングコストに関する各種数値（ランニングコスト計算の基礎となる各種の係数や定数等）が記憶されている。その他の点では、図４で示す第３実施形態の構成は、第２実施形態と同様である。
【００４３】
図５を参照して、第３実施形態において、「最適な運転」を実現する手法について説明する。
【００４４】
先ず、記憶手段１３に記憶されている発電ユニットＧ１、Ｇ２のランニングコストに関する各種数値（ランニングコスト計算の基礎となる各種の係数や定数等）を呼び出す（図５：ステップＳ１１）。
それと共に、図示しない電力消費側の必要な発電量と、その時点における発電量（電力計７で計測）とに基いて、発電量決定手段４により、必要な発電量Ｗを決定する。
【００４５】
次に、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で求めた各種数値及び必要な発電量Ｗとから、図２、図３の第１実施形態に関連して説明した解法を応用して、ランニングコストが最小となる様な、発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給されるバイオガス流量ＱＬ１、ＱＬ２と、発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給される都市ガス流量ＱＨ１、ＱＨ２とを決定する。
換言すれば、制御の一般式 Ｚ＝Ｘ・ＱＨ＋Ｙ・ＱＬ において「Ｚ」を最小とする解法（以下に説明する）により、ガスの流量Ｑを決定するのである。
【００４６】
条件としては
ＱＨ＝ＱＨ１＋ＱＨ２
ＱＬ＝ＱＬ１＋ＱＬ２
Ｗ＝Ｗ１（ＱＨ１，ＱＬ１）＋Ｗ２（ＱＨ２＋ＱＬ２）
Ｚ＝Ｘ・ＱＨ＋Ｙ・ＱＬ において、「Ｚ」が最小値となる解を求めれば良い。
ここで、必要な発電量Ｗと燃料流量Ｑとの特性曲線は、一般的には、図９で示す様な上側に凸となる曲線になる。
【００４７】
ＱＬが一定であれば
ｄＺ＝Ｘ・ｄＱＨ＝Ｘ（ｄＱＨ１＋ｄＱＨ２）
この式を、必要な発電量Ｗについて偏微分すれば、式８の様になる。
【００４８】
ここで、 ｄＷ＝ｄＷ１＋ｄＷ２ であるので、式８は、次に示す式９の様に変換出来る。
【００４９】
Ｚ＝Ｘ・ＱＨ＋Ｙ・ＱＬ において、「Ｚ」が最小値となるのは、以下に示す解１〜解３の何れかである。
Ｗ１＝Ｗ１ｍａｘ Ｗ２＝Ｗ−Ｗ１ｍａｘ ・・・・・・・（解２）
Ｗ２＝Ｗ２ｍａｘ Ｗ１＝Ｗ−Ｗ２ｍａｘ ・・・・・・・（解３）
【００５０】
上述した解は、ＱＬが一定の場合においてＺが最小となるものである。
図４、図５の実施形態の様に、ＱＬが一定ではない場合には、
ＱＬｍｉｎ≦ＱＬ≦ＱＬｍａｘ の範囲で、「Ｚｍｉｎ（Ｑ）」が最小となる「ＱＬ」を、ニュートン法等を用いて求めれば良い。
【００５１】
再び図５を参照する。
ステップＳ１３では、前記流量制御弁開度決定手段５により、ステップＳ１２で求められた流量ＱＨ１、ＱＨ２、ＱＬ１、ＱＬ２に対応する流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２、ＶＬ１、ＶＬ２の開度を決定する。
【００５２】
図４、図５の実施形態によれば、ランニングコストに関する数値を用いて、ランニングコストが最小となる様な解（ＱＬ１、ＱＬ２、ＱＨ１、ＱＨ２）を求めることが可能である。
【００５３】
図６、図７は、本発明の第４実施形態を示している。
この第４実施形態において、「最適な運転」とは、ＣＯ２排出量が最小となり、環境に与える負荷が最小になる様な運転を意味している。
図６で示す第４実施形態は、図４で示す第３実施形態と概略同様であるが、図６では、制御手段１の記憶手段１５が、ＣＯ２排出源単位に関する各種数値を記憶している点で、図４とは相違している。
その他の構成については、図４、図５の第３実施形態と同様である。
【００５４】
図７を参照して、第４実施形態において、「最適な運転」を実現する手法について説明する。
先ず、記憶手段１５に記憶されている発電ユニットＧ１、Ｇ２のＣＯ２排出量や、バイオガス及び都市ガスのＣＯ２排出量などに関する各種数値（ＣＯ２排出量計算の基礎となる各種の係数や定数等）を呼び出す（図７：ステップＳ２１）。
それと共に、図示しない電力消費側の必要な発電量と、その時点における発電量（電力計７で計測）とに基いて、発電量決定手段４により、必要な発電量Ｗを決定する。
【００５５】
次に、ステップＳ２２で、ステップＳ２１で決定した各種数値と、必要な発電量Ｗとから、ＣＯ２排出量が最小となる様に、（発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給される）バイオガス流量ＱＬ１、ＱＬ２と、（発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給される）都市ガス流量ＱＨ１、ＱＨ２とを決定する。
ここで、燃料流量Ｑを決定するのに際しては、図６、図７の場合はＱＬが一定ではないので、 ＱＬｍｉｎ≦ＱＬ≦ＱＬｍａｘ の範囲で、「Ｚｍｉｎ（Ｑ）」が最小となる「ＱＬ」を、ニュートン法等を用いて求めれば良い。
【００５６】
そして、前記流量制御弁開度決定手段５により、ステップＳ２２で求められた流量ＱＨ１、ＱＨ２、ＱＬ１、ＱＬ２に対応する流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２、ＶＬ１、ＶＬ２の開度を決定する（ステップＳ２３）。
【００５７】
上述した通り、図６、図７の実施形態によれば、ＣＯ２排出量を最小と出来るので、環境に対する負荷（悪影響）を最小として、環境問題の一助とすることが出来る。
【００５８】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的内容を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
【００５９】
例えば、「最適な運転」については、前記組成の異なる複数の燃料にバイオガス及び都市ガスを含む場合は、バイオガスと都市ガスの消費バランスが最も良好となる運転をいい、具体的には、燃料コスト（ランニングコスト）及び環境に与える負荷が最小になると共に、バイオガスが最大限利用される様な運転を意味する旨を説明した。
しかし、「最適な運転」については、種々の見解を取り得るものであり、上述した以外にも、「最適な運転」といい得る条件が存在する。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、発電設備の運転状態が最適となる様な燃料供給を実現して、各種コストの減少、クリーンエネルギーの有効利用、環境に対する悪影響の抑制、という従来技術では実現困難であった作用効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第２実施形態の制御を示す制御フローチャート。
【図４】本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第３実施形態の制御を示す制御フローチャート。
【図６】本発明の第４実施形態の構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第４実施形態の制御を示す制御フローチャート。
【図８】従来技術の構成を示すブロック図。
【図９】制御の一般解を求めるのに使用する必要な発電量と燃料流量の特性図。
【符号の説明】
１・・・制御手段
２・・・第１のインターフェイス
３・・・第２のインターフェイス
４・・・発電量決定手段
５・・・流量制御弁弁開度決定手段
６・・・Ｑ決定手段
７・・・電力計
Ｇ１、Ｇ２…ＧＮ・・・発電ユニット
ＧＰ・・・発電プラント
Ｍ１、Ｍ２…ＭＮ・・・ミキサ
ＶＨ、ＶＬ・・・流量制御弁
ＶＨ１、ＶＨ２…ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２…ＶＬＮ・・・流量制御弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発電ユニットを備え且つ組成の異なる複数の燃料を使用する発電設備の燃料供給系統における制御に関するものである。より詳細には、最適な運転を実行する燃料供給を可能とする様な燃料供給制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
後述する様に、「最適な運転」は、「組成の異なる複数の燃料」に「バイオガス」及び「都市ガス」を含む場合は、バイオガスと都市ガスの消費バランスが最も良好となる運転をいう。例えば、ランニングコスト（後述）が最小になる様な運転、環境に与える負荷が最小になる様な運転、或いは、バイオガスを最大限利用する中でランニングコストが最小となる様な運転が、「最適な運転」の具体例となる。
【０００３】
図８は高カロリー燃料Ｈを供給する高カロリー燃料供給ラインＦＬＨと、低カロリー燃料Ｌを供給する低カロリー燃料供給ラインＦＬＬとを有し、該２系統の供給燃料をミキサＭで混合し、更にコンプレッサＣで圧縮した混合燃料を複数の発電ユニットＧ１〜ＧＮを有する発電プラントＧＰの前記各発電ユニットＧ１〜ＧＮに燃料供給分岐管ＦＬ１１〜ＦＬＮを介して供給する様に構成された従来技術による発電プラントＧＰの燃料供給装置である。
尚、図８中、符号Ｐ１、Ｐ２、及びＷは、符号順に燃料供給ラインの合流点、分岐点、及び発電量を示す。
【０００４】
図８で示す従来技術では、高カロリー燃料Ｈ（例えば都市ガス）の流量制御弁ＶＨと、低カロリー燃料Ｌ（例えばバイオガス）の流量制御弁ＶＬとの下流側に、ミキサＭが１つのみ介装されており、全ての発電ユニットＧ１〜ＧＮについて、同一組成の混合燃料が供給される。
【０００５】
しかし、全ての発電ユニットＧ１〜ＧＮについて、同一組成の混合燃料を供給することは、発電効率を向上させるためには適切ではない。
特に、発電ユニットの各々の仕様が異なり、燃料組成に対する燃焼効率や発電効率が相違する場合には、全ての発電ユニットに同一組成の混合燃料を供給しても、効率は最高にはならない。
すなわち、係る従来技術では、ランニングコストを最小にすること、環境に与える負荷を最小にすること、或いは、バイオガスを最大限利用する中でランニングコストを最小とすること、の何れも実現困難である。
この様な事実に対して、従来は何等対策が講じられていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、複数の発電ユニットを備え且つ組成の異なる複数の燃料を使用する発電設備に対して燃料を供給する際に、係る発電設備に最適な運転を実行させることが出来る様な発電設備の燃料供給制御装置の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の発電ユニットを備え、低カロリー燃料と高カロリー燃料とを使用するために各発電ユニットの燃料供給系毎に混合手段が介装され、前記複数の燃料を発電ユニットに供給する燃料供給系の各々は第１の流量制御弁を介装しており、そして燃料供給系の各々は前記第１の流量制御弁よりも発電ユニット側の領域で発電ユニット数と同数の分岐ラインに分岐しており、それらの分岐ラインは対応する発電ユニットの燃料供給系毎に第２の流量制御弁を介して混合手段に連通しており、それらの第１および第２の流量制御弁の制御手段を有する発電設備の燃料供給制御装置において、複数の発電ユニットよりなる発電プラントＧＰは負荷を検出するための電力計７を有し、前記制御手段１には前記電力計７および電力消費側の必要な発電量が入力される発電量決定手段４と、その発電量決定手段４の情報を受ける流量決定手段６と、その流量決定手段６からの信号で第１および第２の流量制御弁の開度を決定する流量制御弁弁開度決定手段５とを備え、前記制御手段３は低カロリー燃料の発生量ＱＬを求め、そして発電量決定手段４により必要な発電量Ｗを求め、低カロリー燃料の発生全量を使用して必要な発電量２０を充足するための低カロリー燃料および高カロリー燃料が発電ユニットに供給される流量を決定する機能を有している。
【０００８】
そして本発明によれば、複数の発電ユニットを備え、低カロリー燃料と高カロリー燃料とを使用するために各発電ユニットの燃料供給系毎に混合手段が介装され、前記複数の燃料を発電ユニットに供給する燃料供給系の各々は第１の流量制御弁を介装しており、そして燃料供給系の各々は前記第１の流量制御弁よりも発電ユニット側の領域で発電ユニット数と同数の分岐ラインに分岐しており、それらの分岐ラインは対応する発電ユニットの燃料供給系毎に第２の流量制御弁を介して混合手段に連通しており、それらの第１および第２の流量制御弁の制御手段を有する発電設備の燃料供給制御装置において、複数の発電ユニットよりなる発電プラントＧＰは負荷を検出するための電力計７を有し、前記制御手段１には前記電力計７および電力消費側の必要な発電量が入力される発電量決定手段４と、その発電量決定手段４の情報を受ける流量決定手段６と、その流量決定手段６からの信号で第１および第２の流量制御弁の開度を決定する流量制御弁弁開度決定手段５と、発電ユニットのランニングコストに関するデータを記憶した記憶手段１３とを備え、前記制御手段３は前記記憶手段１３に記憶されているデータを呼び出すと共に発電量決定手段４により必要な発電量Ｗを決定し、次いでランニングコストに関するデータと必要な発電量Ｗからランニングコストが最小となるように各発電ユニットに供給される低カロリー燃料と高カロリー燃料との流量を決定し、それに基づいて第１および第２の流量制御弁を制御する機能を有している。
【０００９】
さらに本発明によれば、 複数の発電ユニットを備え、低カロリー燃料と高カロリー燃料とを使用するために各発電ユニットの燃料供給系毎に混合手段が介装され、前記複数の燃料を発電ユニットに供給する燃料供給系の各々は第１の流量制御弁を介装しており、そして燃料供給系の各々は前記第１の流量制御弁よりも発電ユニット側の領域で発電ユニット数と同数の分岐ラインに分岐しており、それらの分岐ラインは対応する発電ユニットの燃料供給系毎に第２の流量制御弁を介して混合手段に連通しており、それらの第１および第２の流量制御弁の制御手段を有する発電設備の燃料供給制御装置において、複数の発電ユニットよりなる発電プラントＧＰは負荷を検出するための電力計７を有し、前記制御手段１には前記電力計７および電力消費側の必要な発電量が入力される発電量決定手段４と、その発電量決定手段４の情報を受ける流量決定手段６と、その流量決定手段６からの信号で第１および第２の流量制御弁の開度を決定する流量制御弁弁開度決定手段５と、各発電ユニットのＣＯ２排出量および低カロリー燃料と高カロリー燃料とのＣＯ２排出量に関する各種数値を記憶している記憶手段１５とを備え、前記制御手段３は前記記憶手段１５からＣＯ２排出量に関する各種数値を読み込み、発電量決定手段４により必要な発電量Ｗを決定し、そして前記ＣＯ２排出量原単位記憶手段１５で決定したデータの各種数値と必要な発電量ＷとからＣＯ２排出量が最小となるように発電ユニットに供給される低カロリー燃料と高カロリー燃料との流量を決定し、それに基づいて第１および第２の流量制御弁を制御する機能を有している。
【００１４】
なお、本明細書において、「ランニングコスト」なる文言は、燃料コスト、原価償却費、メンテナンスコスト、各種補機に関するコスト等、全てを包含したコストを意味している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図７を参照して、本発明の実施形態について説明する。
第１実施形態を示す図１において、発電設備である発電プラントＧＰは、組成の異なる複数（図１では発熱量の高い組成の燃料である都市ガスと、発熱量の低い組成の燃料であるバイオガスの２種類）の燃料を使用する複数（Ｎ個）の発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮを有している。
【００１６】
前記各発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮの燃料供給系（燃料供給ライン）ＬＭ１、ＬＭ２・・・ＬＭＮには前記組成の異なる２種類の燃料を混合する混合手段（ミキサ）Ｍ１、Ｍ２・・・ＭＮが介装されている。
【００１７】
前記組成の異なる２種類の燃料を前記複数の発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮへ供給する供給系ＦＬＨ（高カロリーガスの供給系）、ＦＬＬ（低カロリーガスの供給系）には第１の流量制御手段である流量制御弁ＶＨ（高カロリーガス対応）、ＶＬ（低カロリーガス対応）が介装されている。
【００１８】
前記供給系ＦＬＨ（高カロリーガスの供給系）、ＦＬＬ（低カロリーガスの供給系）は前記流量制御弁ＶＨ、ＶＬよりも発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮ側の領域の分岐点ＰＨ（高カロリーガスの供給系）、ＰＬ（低カロリーガスの供給系）から発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮ毎の分岐ラインＬＨ１、ＬＨ２・・・ＬＨＮ（以上、高カロリーガスの供給系）、ＬＬ１、ＬＬ２・・・ＬＬＮ（以上、低カロリーガスの供給系）に分岐している。
尚、図１において符号ＣＨは高カロリー供給系に介装されたコンプレッサを、符号ＣＬは低カロリー供給系に介装されたコンプレッサを示す。
【００１９】
前記分岐ラインＬＨ１、ＬＨ２、・・・ＬＨＮ、ＬＬ１、ＬＬ２・・・ＬＬＮは対応する発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮへの燃料供給ラインＬＭ１、ＬＭ２・・・ＬＭＮ毎に設けられたミキサＭ１、Ｍ２・・・ＭＮに連通すると共に、途中には第２の流量制御手段である流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ（以上、高カロリーガスの供給系）、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮ（以上、低カロリーガスの供給系）を介装している。
【００２０】
本実施形態の発電設備（発電プラント）ＧＰの燃料供給制御装置は、図１では示されてはいないが、制御手段（後述の図２で符号１として図示）を備えている。該制御手段（図２において符号１）は、図示しない電力の需要量を図示しない計測手段により計測する。その計測結果、すなわち電力消費側の必要な発電量と、低カロリー燃料の流量（ＱＬ）とに基いて、発電プラントＧＰの最適な運転を行う様に、前記発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮ毎に独自に高カロリー燃料と低カロリー燃料の配分量及び流量配分を調節する。換言すれば、電力消費側の必要な発電量と、低カロリー燃料の流量（ＱＬ）とに基いて、発電プラントＧＰの最適な運転を行う様に、前記第２の流量制御手段である流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮを制御するのである。
【００２１】
ここで、前記発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮが同一の特性を有するのであれば、各ユニットに対する燃料の配分或いは供給量が同一になるように制御してやれば良い。しかし、実際問題として、発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮの各々において各種特性は相違しており、各々のユニットが最適な運転を行う場合における高カロリー燃料（例えば都市ガス）と低カロリー燃料（例えばバイオガス）の混合比も、ユニット毎に異なっている。
従って、発電ユニットＧ１、Ｇ２・・・ＧＮ毎に都市ガスとバイオガスの混合比を変化させなければ、発電プラントＧＰに最適な運転させることは不可能なのである。
【００２２】
次に、発電プラントＧＰに「最適な運転」を実行させるために、発電ユニット毎に都市ガスとバイオガスの混合比をどの様に決定するのかについて、発電ユニットを２個設けた実施形態を示す図２〜図７を参照して、以下に説明する。
上述した通り、「最適な運転」とは、バイオガスと都市ガスの消費バランスが最も良好となる運転をいい、具体的には、燃料コスト（ランニングコスト）が最小になる様な運転、環境に与える負荷が最小になる様な運転、バイオガスが最大限利用される中でランニングコストが最小となる様な運転が該当する。
【００２３】
図２、図３は本発明の第２実施形態を示している。
そして、図２、図３の第２実施形態では、「最適な運転」として、バイオガスが最大限利用される様な運転を目標としている。
【００２４】
図２は第２実施形態の構成を示している。図１の第１実施形態との相違は、発電ユニットの数を２個に限定し、燃料供給制御の制御手段１を設け、発電プラントＧＰに電力計７（電力プラントＧＰの負荷を検出する手段）を設けている点である。この点では、後述する第３実施形態、第４実施形態も同様である。
図２において、制御手段１は、インターフェイス３と、発電量決定手段４と、流量制御弁弁開度決定手段５と、バイオガスを最大限利用する様に演算するＱ（流量）決定手段６とにより構成されている。
【００２５】
発電プラントＧＰの電力計７からの入力情報は信号ラインＳＬ１を介して（制御手段１の）発電量決定手段４に伝達される。また、図示しない電力消費側における必要な発電量は、公知・市販の計測手段により計測され、信号ラインＳＬ２を介して発電量決定手段４に伝達される。
発電量決定手段４は、電力計７からの入力信号と、必要な発電量とに基いて、必要な発電量を決定する。そして、決定された（必要な）発電量に関する情報は、信号ラインＳＬ３を介して、Ｑ（流量）決定手段６へ送出される。
【００２６】
前記第１の流量制御手段、即ち流量制御弁ＶＨ、ＶＬ、第２の流量制御手段ＶＨ１、ＶＨ２、ＶＬ１、ＶＬ２は、夫々信号ラインＳＬ６〜ＳＬ１１を介して、インターフェイス３を経由して、制御信号若しくは流量情報を、制御手段１と授受している。
ここで、流量情報について詳細に述べると、流量制御弁ＶＨ、ＶＬに内蔵或いは併設された流量計（図示せず）により、ラインＦＬＨを流れる都市ガスの流量、ラインＦＬＬを流れるバイオガスの流量が計測され、当該流量計の計測結果が信号ラインＳＬ６、ＳＬ７を介して、制御手段１へ伝達されるのである。
【００２７】
Ｑ決定手段６は、発電量決定手段４で決定された必要な発電量（或いは、現在の発電量と必要な発電量との和）と、流量制御弁ＶＬ（に併設或いは内蔵された流量計）で計測された燃料流量ＱＬとに基いて、図３を参照して後述する様に、発電ユニットＧ１、Ｇ２にそれぞれ供給される都市ガス流量、バイオガス流量を決定する。
【００２８】
Ｑ決定手段６で決定された都市ガス流量、バイオガス流量に関する情報は、信号ラインＳＬ１３を介して流量制御弁弁開度決定手段５に送出され、流量に関する情報に基いて、第２の流量制御手段である流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮの開度が、流量制御弁弁開度決定手段５により決定されるのである。
流量制御弁開度決定手段５により決定された流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮの開度に関する信号（流量制御弁弁開度信号）は、信号ラインＳＬ５、インターフェイス３、信号ラインＳＬ６〜ＳＬ１１を介して、各流量制御弁ＶＨ、ＶＬ、ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮへ送出される。
【００２９】
次に、図３を参照して第２実施形態の制御の流れに関して説明する。上述した通り、図３の制御では、バイオガスが最大限利用される様な運転を目標としている。すなわち、発生したバイオガスは全量使用する。
換言すれば、図２、図３の制御では、発生したバイオガス全量をラインＦＬＬに供給する。
図３において、流量制御弁ＶＬに併設或いは内蔵された流量計によりバイオガスの流量ＱＬ（すなわちバイオガスの発生量）を決定する。
【００３０】
次に、ステップＳ２では、電力計７の計測結果及び図示しない手段により求められた必要な発電量から、発電量決定手段４により、必要な発電量Ｗを求める。そして、必要な発電量Ｗとバイオガス流量ＱＬを充足し且つ最も効率が良くなるように、ニュートン法等の公知の手法を用いて、発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給されるバイオガス流量ＱＬ１、ＱＬ２と、発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給される都市ガス流量ＱＨ１、ＱＨ２とを決定する。この詳細については後述する。
【００３１】
次のステップＳ３では、前記流量制御弁開度決定手段５により、ステップＳ２で求められた流量ＱＨ１、ＱＨ２、ＱＬ１、ＱＬ２に対応する流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２、ＶＬ１、ＶＬ２の開度を決定する。
図３では示されていないが、決定された弁開度は、制御信号として流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２、ＶＬ１、ＶＬ２の各々に送出され、該当する流量制御弁の弁開度を制御して、ステップＳ２で求められた燃料流量を実現する。そして制御を終了する。
【００３２】
前述の発電量Ｗ、低カロリー燃料流量ＱＬからＱＬ１、ＱＬ２、ＱＨ１及びＱＨ２（ＱＨｍｉｎ）を求める詳細については、以下に式を用いて説明する。
【００３３】
先ず、記号及び添字に関して規定する。
記号として
Ｗ：発電量
Ｑ：燃料流量（燃料供給量）
添字として
Ｈ：高カロリー
Ｌ：低カロリー
１：発電ユニット１Ｇ１に対応
２：発電ユニット２Ｇ２に対応
ｍｉｎ：最小値
ｍａｘ：最大値
【００３４】
発電ユニットが１台の場合の発電量Ｗ及び燃料供給量Ｑは以下の式１、式２で表される。
Ｗ＝Ｗ［ＱＨ，ＱＬ］・・・（式１）
ＱＨ＝ＱＨ［Ｗ，ＱＬ］・・・（式２）
尚、以降、式中、［Ｘ］はＸの関数であることを示すものとする。
【００３５】
発電ユニットが２台の場合の発電量Ｗ及び燃料供給量Ｑは以下の式３、式４で表される。
Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２・・・（式３）
ＱＬ＝ＱＬ１＋ＱＬ２・・・（式４）
ＱＨ=ＱＨ１［Ｗ１，ＱＬ１］+ＱＨ２［Ｗ２，ＱＬ２］・・・（式５）
実用的には、［Ｗ１，ＱＬ１］，［Ｗ２，ＱＬ２］に対するＱＨ１，ＱＨ２の離散的なデータに基づく近似式を利用することが出来る。
ここで、Ｗ，ＱＬが与えられた場合におけるＱＨの最小値を求める。
【００３６】
具体的な算定方法としては、発電ユニットＧ１、Ｇ２に供給される低カロリーの燃料流量ＱＬ１，ＱＬ２に対して高カロリー燃料の流量ＱＨの変化率ｄＱＨを次式（式６）で示した場合、別紙（式６）の様になる。
別紙式６において、
ｄＱＨ＝０、従って別紙式６の右項の「（）：括弧」内の値が０となる様なＷ１，Ｗ２、換言すれば別紙式７を成立させる様なＷ１，Ｗ２が存在する場合には、該条件においてＱＨが最小となる。
一方、上記条件を満たすＷ１，Ｗ２が存在しない場合には、Ｗ１＝Ｗ１ｍａｘもしくはＷ２＝Ｗ２ｍａｘにおいてＱＨは最小となり、ＱＨｍｉｎ（ＱＬ１，ＱＬ２）が求まる。
【００３８】
図２、図３に関連する上述の説明において、低カロリー燃料の流量ＱＬは、バイオガスの全量とはならない旨を付記する。
【００３９】
図２、図３の実施形態によれば、必要な発電量に基いて必要な発電量Ｗを決定し、係る発電量Ｗを得る際にバイオガスは発生する全量を用いており、その上で、効率が最も良くなる様に、すなわち供給される燃料が最も少なく（ＱＨｍｉｎ）なる様に、各発電ユニット（Ｇ１、Ｇ２・・・ＧＮ）に供給される燃料流量ＱＨ、ＱＬが制御され、或いは、第２の流量制御手段（流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２・・・ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２・・・ＶＬＮの弁開度）が制御されている。
すなわち、発生したバイオガスが１００％発電に利用されており、且つ、発電プラント全体の効率が最も良くなる様に、供給される燃料が最小となっている。
【００４０】
図２、図３の実施形態は、上述した制御の一般式 Ｚ＝Ｘ・ＱＨ＋Ｙ・ＱＬ において、 Ｘ＝１ Ｙ＝０ である場合に該当する。
【００４１】
次に、図４、図５を参照して、本発明の第３実施形態を説明する。
この第３実施形態において、「最適な運転」とは、燃料コスト（ランニングコスト）が最小になる様な運転を意味している。
【００４２】
図４で示す第３実施形態は、図２で示す第２実施形態と同様に、発電ユニットの数を２個に限定し、燃料供給制御の制御手段１を設け、発電プラントＧＰに電力計７（電力プラントＧＰの負荷を検出する手段）を設けている点で、図１の第１実施形態とは相違する。
これに加えて、図４では、制御手段１内にはデータベースの様な記憶手段１３が設けられており、記憶手段１３には、発電ユニットＧ１、Ｇ２のランニングコストに関する各種数値（ランニングコスト計算の基礎となる各種の係数や定数等）が記憶されている。その他の点では、図４で示す第３実施形態の構成は、第２実施形態と同様である。
【００４３】
図５を参照して、第３実施形態において、「最適な運転」を実現する手法について説明する。
【００４４】
先ず、記憶手段１３に記憶されている発電ユニットＧ１、Ｇ２のランニングコストに関する各種数値（ランニングコスト計算の基礎となる各種の係数や定数等）を呼び出す（図５：ステップＳ１１）。
それと共に、図示しない電力消費側の必要な発電量と、その時点における発電量（電力計７で計測）とに基いて、発電量決定手段４により、必要な発電量Ｗを決定する。
【００４５】
次に、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で求めた各種数値及び必要な発電量Ｗとから、図２、図３の第１実施形態に関連して説明した解法を応用して、ランニングコストが最小となる様な、発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給されるバイオガス流量ＱＬ１、ＱＬ２と、発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給される都市ガス流量ＱＨ１、ＱＨ２とを決定する。
換言すれば、制御の一般式 Ｚ＝Ｘ・ＱＨ＋Ｙ・ＱＬ において「Ｚ」を最小とする解法（以下に説明する）により、ガスの流量Ｑを決定するのである。
【００４６】
条件としては
ＱＨ＝ＱＨ１＋ＱＨ２
ＱＬ＝ＱＬ１＋ＱＬ２
Ｗ＝Ｗ１（ＱＨ１，ＱＬ１）＋Ｗ２（ＱＨ２＋ＱＬ２）
Ｚ＝Ｘ・ＱＨ＋Ｙ・ＱＬ において、「Ｚ」が最小値となる解を求めれば良い。
ここで、必要な発電量Ｗと燃料流量Ｑとの特性曲線は、一般的には、図９で示す様な上側に凸となる曲線になる。
【００４７】
ＱＬが一定であれば
ｄＺ＝Ｘ・ｄＱＨ＝Ｘ（ｄＱＨ１＋ｄＱＨ２）
この式を、必要な発電量Ｗについて偏微分すれば、式８の様になる。
ここで、 ｄＷ＝ｄＷ１＋ｄＷ２ であるので、式８は、次に示す式９の様に変換出来る。
Ｚ＝Ｘ・ＱＨ＋Ｙ・ＱＬ において、「Ｚ」が最小値となるのは、以下に示す解１〜解３の何れかである。
Ｗ２＝Ｗ２ｍａｘ Ｗ１＝Ｗ−Ｗ２ｍａｘ ・・・・・・・（解３）
【００５０】
上述した解は、ＱＬが一定の場合においてＺが最小となるものである。
図４、図５の実施形態の様に、ＱＬが一定ではない場合には、
ＱＬｍｉｎ≦ＱＬ≦ＱＬｍａｘ の範囲で、「Ｚｍｉｎ（Ｑ）」が最小となる「ＱＬ」を、ニュートン法等を用いて求めれば良い。
【００５１】
再び図５を参照する。
ステップＳ１３では、前記流量制御弁開度決定手段５により、ステップＳ１２で求められた流量ＱＨ１、ＱＨ２、ＱＬ１、ＱＬ２に対応する流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２、ＶＬ１、ＶＬ２の開度を決定する。
【００５２】
図４、図５の実施形態によれば、ランニングコストに関する数値を用いて、ランニングコストが最小となる様な解（ＱＬ１、ＱＬ２、ＱＨ１、ＱＨ２）を求めることが可能である。
【００５３】
図６、図７は、本発明の第４実施形態を示している。
この第４実施形態において、「最適な運転」とは、ＣＯ２排出量が最小となり、環境に与える負荷が最小になる様な運転を意味している。
図６で示す第４実施形態は、図４で示す第３実施形態と概略同様であるが、図６では、制御手段１の記憶手段１５が、ＣＯ２排出源単位に関する各種数値を記憶している点で、図４とは相違している。
その他の構成については、図４、図５の第３実施形態と同様である。
【００５４】
図７を参照して、第４実施形態において、「最適な運転」を実現する手法について説明する。
先ず、記憶手段１５に記憶されている発電ユニットＧ１、Ｇ２のＣＯ２排出量や、バイオガス及び都市ガスのＣＯ２排出量などに関する各種数値（ＣＯ２排出量計算の基礎となる各種の係数や定数等）を呼び出す（図７：ステップＳ２１）。
それと共に、図示しない電力消費側の必要な発電量と、その時点における発電量（電力計７で計測）とに基いて、発電量決定手段４により、必要な発電量Ｗを決定する。
【００５５】
次に、ステップＳ２２で、ステップＳ２１で決定した各種数値と、必要な発電量Ｗとから、ＣＯ２排出量が最小となる様に、（発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給される）バイオガス流量ＱＬ１、ＱＬ２と、（発電ユニットＧ１、Ｇ２へ供給される）都市ガス流量ＱＨ１、ＱＨ２とを決定する。
ここで、燃料流量Ｑを決定するのに際しては、図６、図７の場合はＱＬが一定ではないので、 ＱＬｍｉｎ≦ＱＬ≦ＱＬｍａｘ の範囲で、「Ｚｍｉｎ（Ｑ）」が最小となる「ＱＬ」を、ニュートン法等を用いて求めれば良い。
【００５６】
そして、前記流量制御弁開度決定手段５により、ステップＳ２２で求められた流量ＱＨ１、ＱＨ２、ＱＬ１、ＱＬ２に対応する流量制御弁ＶＨ１、ＶＨ２、ＶＬ１、ＶＬ２の開度を決定する（ステップＳ２３）。
【００５７】
上述した通り、図６、図７の実施形態によれば、ＣＯ２排出量を最小と出来るので、環境に対する負荷（悪影響）を最小として、環境問題の一助とすることが出来る。
【００５８】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的内容を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
【００５９】
例えば、「最適な運転」については、前記組成の異なる複数の燃料にバイオガス及び都市ガスを含む場合は、バイオガスと都市ガスの消費バランスが最も良好となる運転をいい、具体的には、燃料コスト（ランニングコスト）及び環境に与える負荷が最小になると共に、バイオガスが最大限利用される様な運転を意味する旨を説明した。
しかし、「最適な運転」については、種々の見解を取り得るものであり、上述した以外にも、「最適な運転」といい得る条件が存在する。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、発電設備の運転状態が最適となる様な燃料供給を実現して、各種コストの減少、クリーンエネルギーの有効利用、環境に対する悪影響の抑制、という従来技術では実現困難であった作用効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第２実施形態の制御を示す制御フローチャート。
【図４】本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第３実施形態の制御を示す制御フローチャート。
【図６】本発明の第４実施形態の構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第４実施形態の制御を示す制御フローチャート。
【図８】従来技術の構成を示すブロック図。
【図９】制御の一般解を求めるのに使用する必要な発電量と燃料流量の特性図。
【符号の説明】
１・・・制御手段
２・・・第１のインターフェイス
３・・・第２のインターフェイス
４・・・発電量決定手段
５・・・流量制御弁弁開度決定手段
６・・・Ｑ決定手段
７・・・電力計
Ｇ１、Ｇ２…ＧＮ・・・発電ユニット
ＧＰ・・・発電プラント
Ｍ１、Ｍ２…ＭＮ・・・ミキサ
ＶＨ、ＶＬ・・・流量制御弁
ＶＨ１、ＶＨ２…ＶＨＮ、ＶＬ１、ＶＬ２…ＶＬＮ・・・流量制御弁
Claims (3)
- 複数の発電ユニットを備え、低カロリー燃料と高カロリー燃料とを使用するために各発電ユニットの燃料供給系毎に混合手段が介装され、前記複数の燃料を発電ユニットに供給する燃料供給系の各々は第１の流量制御弁を介装しており、そして燃料供給系の各々は前記第１の流量制御弁よりも発電ユニット側の領域で発電ユニット数と同数の分岐ラインに分岐しており、それらの分岐ラインは対応する発電ユニットの燃料供給系毎に第２の流量制御弁を介して混合手段に連通しており、それらの第１および第２の流量制御弁の制御手段を有する発電設備の燃料供給制御装置において、複数の発電ユニットよりなる発電プラント（ＧＰ）は負荷を検出するための電力計（７）を有し、前記制御手段（１）には前記電力計（７）および電力消費側の必要な発電量が入力される発電量決定手段（４）と、その発電量決定手段（４）の情報を受ける流量決定手段（６）と、その流量決定手段（６）からの信号で第１および第２の流量制御弁の開度を決定する流量制御弁弁開度決定手段（５）とを備え、前記制御手段（３）は低カロリー燃料の発生量（ＱＬ）を求め、そして発電量決定手段（４）により必要な発電量（Ｗ）を求め、低カロリー燃料の発生全量を使用して必要な発電量（２０）を充足するための低カロリー燃料および高カロリー燃料が発電ユニットに供給される流量を決定する機能を有することを特徴とする発電設備の燃料供給制御装置。
- 複数の発電ユニットを備え、低カロリー燃料と高カロリー燃料とを使用するために各発電ユニットの燃料供給系毎に混合手段が介装され、前記複数の燃料を発電ユニットに供給する燃料供給系の各々は第１の流量制御弁を介装しており、そして燃料供給系の各々は前記第１の流量制御弁よりも発電ユニット側の領域で発電ユニット数と同数の分岐ラインに分岐しており、それらの分岐ラインは対応する発電ユニットの燃料供給系毎に第２の流量制御弁を介して混合手段に連通しており、それらの第１および第２の流量制御弁の制御手段を有する発電設備の燃料供給制御装置において、複数の発電ユニットよりなる発電プラント（ＧＰ）は負荷を検出するための電力計（７）を有し、前記制御手段（１）には前記電力計（７）および電力消費側の必要な発電量が入力される発電量決定手段（４）と、その発電量決定手段（４）の情報を受ける流量決定手段（６）と、その流量決定手段（６）からの信号で第１および第２の流量制御弁の開度を決定する流量制御弁弁開度決定手段（５）と、発電ユニットのランニングコストに関するデータを記憶した記憶手段（１３）とを備え、前記制御手段（３）は前記記憶手段（１３）に記憶されているデータを呼び出すと共に発電量決定手段（４）により必要な発電量（Ｗ）を決定し、次いでランニングコストに関するデータと必要な発電量（Ｗ）からランニングコストが最小となるように各発電ユニットに供給される低カロリー燃料と高カロリー燃料との流量を決定し、それに基づいて第１および第２の流量制御弁を制御する機能を有することを特徴とする発電設備の燃料供給制御装置。
- 複数の発電ユニットを備え、低カロリー燃料と高カロリー燃料とを使用するために各発電ユニットの燃料供給系毎に混合手段が介装され、前記複数の燃料を発電ユニットに供給する燃料供給系の各々は第１の流量制御弁を介装しており、そして燃料供給系の各々は前記第１の流量制御弁よりも発電ユニット側の領域で発電ユニット数と同数の分岐ラインに分岐しており、それらの分岐ラインは対応する発電ユニットの燃料供給系毎に第２の流量制御弁を介して混合手段に連通しており、それらの第１および第２の流量制御弁の制御手段を有する発電設備の燃料供給制御装置において、複数の発電ユニットよりなる発電プラント（ＧＰ）は負荷を検出するための電力計（７）を有し、前記制御手段（１）には前記電力計（７）および電力消費側の必要な発電量が入力される発電量決定手段（４）と、その発電量決定手段（４）の情報を受ける流量決定手段（６）と、その流量決定手段（６）からの信号で第１および第２の流量制御弁の開度を決定する流量制御弁弁開度決定手段（５）と、各発電ユニットのＣＯ２排出量および低カロリー燃料と高カロリー燃料とのＣＯ２排出量に関する各種数値を記憶している記憶手段（１５）とを備え、前記制御手段（３）は前記記憶手段（１５）からＣＯ２排出量に関する各種数値を読み込み、発電量決定手段（４）により必要な発電量（Ｗ）を決定し、そして前記ＣＯ２排出量原単位記憶手段（１５）で決定したデータの各種数値と必要な発電量（Ｗ）とからＣＯ２排出量が最小となるように発電ユニットに供給される低カロリー燃料と高カロリー燃料との流量を決定し、それに基づいて第１および第２の流量制御弁を制御する機能を有することを特徴とする発電設備の燃料供給制御装置。
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