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事例:コンバインドサイクル発電

コンバインドサイクルのモデル化と過渡解析

1.コンバインドサイクルはガスタービン(ブレイトンサイクル)と蒸気タービン(ランキンサイクル)を組み合わせた発電方式です。ガスタービンの燃焼器出口では1,100~1,500℃の高温燃焼ガスを発生させてタービンを回しますが、500~600℃の排ガスが放出されます。この排熱を利用して排熱回収ボイラー(HRSG)で蒸気を作り、蒸気タービンを回します。多軸型コンバインドサイクルの模式図を図 1に示します。

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図 1 コンバインドサイクルの模式図

2.Flownexによる多軸型コンバインドサイクルの簡易モデルを図 2に示します。

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図 2 Flownexによるコンバインドサイクル

3.シナリオ設定により、燃料(天然ガス)の供給量を減少させます(図 3の紫線)。

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図 3 シナリオ設定による燃料供給量の変化

4.燃料供給量の変化によって、他のパラメータがどのように変化するかを観察します。図 4は、黒線:圧縮機の消費電力、緑線:ガスタービンの発電出力、赤線:ガスタービン発電出力-圧縮機消費電力、青線:蒸気タービン発電出力です。

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図 4 発電出力等の変化

5.図 5は排熱回収ボイラー(HRSG)と復水器の液面の高さです。赤線:HRSGの液面、青線:復水器の液面。

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図 5 タンク内の液面の高さ

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図 6 ランキンサイクル(蒸気タービン)のT-s線図

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図 7 圧縮機の性能曲線(縦軸:圧力比、横軸:修正流量)と動作点

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図 8 ガスタービンの性能曲線(縦軸:圧力比、横軸:修正流量)と動作点

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図 9 蒸気タービンの性能曲線(縦軸:タービン効率、横軸:修正流量)と動作点

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図 10 燃料供給量と燃焼温度(断熱火炎温度)の感度分析


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