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分散電源の中核を担う航空転用形ガスタービンの特徴と用途
Copyright © 2017 IHI Corporation All Rights Reserved.
火原協大学講座資料
2017年6月17日
資源・エネルギー・環境事業領域 米澤 克夫
資料番号●●●●
1. 航空転用形ガスタービンとは? 定義、機種事例
2. 航空転用形ガスタービンの特徴 性能、構造、改良等
3. 航空転用形ガスタービン発電設備を支える技術 パッケージ、制御装置
4. 航空転用形ガスタービンの既存用途と性能 コージェネレーション、コンバインドサイクル
5.今後期待される航空転用形ガスタービンの適用分野
目 次
Copyright © 2017 IHI Corporation All Rights Reserved.
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 3
航空転用形ガスタービン(航転形GT)とは
JIS B 8040 ガスタービン-用語-による定義は以下の通り、本日はこの定義によるガスタービンについて説明します。
航空機用エンジンを設計変更して 陸用及び船用に転用するか,又は,これをガス発生機にし, 出力タービンと組み合わせて陸用及び船用に用いる ガスタービン
ちなみにヘビーデューティガスタービン(重構造形ガスタービン,産業用ガスタービン)については以下の通り定義されている。 “あらかじめ陸用及び船用に設計されており,定格負荷で長時間連続運転することを 前提としたガスタービン”
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 4
航転形GTの例
501K/IM400 4,000kWクラス T56 ターボプロップエンジン P-3C
航空機用エンジン(ターボシャフトエンジン、ターボプロップエンジンが多い) をほぼそのまま陸用または船用に転用した例
搭載されている機体の例 航空機用エンジン 航転形GT
AS332 MAKILA ターボシャフトエンジン MAKILA 1,000kWクラス
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 5
航転形GTの例
LM6000 45,000kWクラス CF6-80C2 B747
航空機用エンジン(ターボジェットエンジン、ターボファンエンジンが多い) をガス発生機にし、出力タービンと組合わせた例
Trent/MT30 50,000kWクラス Trent700 A380
搭載されている機体の例 航空機用エンジン 航転形ガスタービン
LM2500 20,000kWクラス TF39/CF6-6 DC-10
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 6
特徴(性能)
2)
航空転用形ガスタービンコンバインドサイクル
重構造形ガスタービンコンバインドサイクル
航空転用形ガスタービン単体
重構造形ガスタービン単体 非常用発電装置 産業用/分散電源 事業用
ディーゼル/ガスエンジン単体
航転形GTは大出力ではないが単体効率が高い
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 7
特徴(運用特性) ケーシング、ローター共に薄肉・軽量構造であるため、以下の様な運用上の特徴を有す
1. 急速起動可能 2. 高応答(10~12MW/分、最大80MW/分) 3. 停止後のターニング不要
0
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4000
6000
8000
10000
12000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
回転
数
rp
m
発電
出力
M
M
時間 分
ガスジェネレータ回転数
出力軸回転数
発電出力
ガスパージ運転
暖気運転 (省略または短縮可能)
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 8
特徴(メンテナンス) 航転形GTのメンテナンスは航空機用エンジンと同様に以下の2方式の組み合わせ 1. On Condition 点検・整備
• 定期的に短時間エンジンを停止して、ボアスコープ等によりエンジンの状態を確認し高温部整備、オーバーホール時期を決める
2. 高温部整備とオーバーホール • 目安となる運転時間を設定し、On Condition整備の結果を踏まえて実施 • エンジンをパッケージから取り外して、モジュール交換、分解整備を実施 • プラントの停止時間を最小とするため、エンジン交換、On Site モージュール交換等のOption設定可能
On Condition整備 高温部整備
燃焼器
高圧タービン靜翼 高圧タービンロータ
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 9
航転形GT発電設備を支える技術(パッケージ)
1 2
3
4 5 6 7
航転形GTのメンテナンスを効率よく実現するため以下のような特徴を有す
1. On Condition整備に十分なスペースの確保 2. エンジンを容易かつ短時間に換装
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 10
航転形GT発電設備を支える技術(制御装置)
#1 パワートレイン #2 パワートレイン Balance of Plant
高速 制御装置
高速 制御装置
高速 制御装置
リモートI/Oパネル
リモートI/Oパネル
リモートI/Oパネル
OES OES
プリンタ プリンタ
マンマシンインターフェイス
航転形GT発電プラント制御システムの構成例
OES
1 種類の制御装置で、時定数の異なる多種多様なプラント機器や電気システムを、統合的に制御
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 11
航転形GTの既存用途
電力需要 小 大
~10KW ~100KW ~500KW ~1,000KW ~5,000KW ~10,000KW 10MW以上 100MW
熱需要
小
複 合 大 型
スポーツ
施 設 シ ョ ッ ピ ン グ セ ン タ ー
大
熱需要
大 規 模 工 場 素 材 分 野 工 場 製 鉄 . 石 油等自 動 車 . 半 導 体 等
事業用
工業団地、コンビナート向け熱電供給設備産業
総 合 病 院
ビジネスホテル
コ ン ビ ニ戸建
住宅
ガソリンスタンド
上 下 水 道 施 設
中 ・ 小 規 模 工 場
旅 館
民 生 分 野
ホ テ ル
老健施設
大学 ・ 短大
庁 舎 ・ 事 務 所 ビ ル
ファミレス
中小病院
フ ァ ー ス ト フ ー ド
食 品 . 部 品 . ア ッ セ ン ブ ル 等
温浴施設
中小スーパー
学 校
iDC
航転形GTはこれまで産業用分野に適用
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 12
既存用途と性能(コージェネレーション)
高い発電端効率の特徴を生かして普及が進む エネルギーセキュリティーの面から注目を集めている
LM2500 LM2500+ LM6000
発電端出力 23 MW 33 MW 45 MW 送気蒸気量 42 t/h 52 t/h 62 t/h
発電端効率 37 % 40 % 42 %
総合効率 88 % 88 % 83 %
NOx値(16%O2) 21 ppm 21 ppm 21 ppm
燃焼器 DLE DLE DLE
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 13
既存用途と性能(コンバインドサイクル)
LM6000×2+ST LM6000×1+ST
全体発電端出力 115 MW 55 MW ガスタービン発電端出力 90 MW 45 MW
蒸気タービン発電端出力
25 MW 10 MW
総合効率 53 % 50 %
NOx値(16%O2) 21 ppm 21 ppm
燃焼器 DLE DLE
航転形GTは民間発電会社向けコンバインドサイクルとして国内外で多数運用 航転形GT単体効率が高いため相対的にST出力が小さい(GT出力の約1/4) HRSG,STが小型でプラントの短納期(約2年)、省スペースを実現
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 14
航転形GTの特徴・用途のまとめ 航空転用形ガスタービン 重構造形ガスタービン
定義
エンジン構造 航空機用エンジンを陸用に転用あるいはガスジェネレータとして出力タービンと組合わせて陸用に転用
陸上用専用に設計されたガスタービン
性能
単体出力 100MW以下 100MW以上の大出力も可
性能 単体効率高(40%以上) コンバインドサイクルな総合効率重視
コンバインドサイクル出力
GT:ST=4:1 GT:ST=1:1
運用特性
急速起動(10分起動)可
高応答(最大80MW/分)
停止後のターニング不要
定格負荷で長期運転に適す
停止後のターニング要
構造
基本構造 薄肉軽量 厚肉高剛性
軸受 転がり軸受 すべり軸受
メンテナンス
方針 定期的・短時間の現地On Condition点検・整備とその結果に基づく高温部点検・オーバホールの組合せ
定期的な点検・整備
間隔 実運転時間ベース 発停回数を考慮した等価運転時間ベース
方式 エンジン/モジュール交換方式による工場整備
現地での分解・点検方式
資料番号●●●● IHI Proprietary Information 15
デイリーのピークカット用途における形態。電力事業者の指令から10分以内に最大定格まで発電することが可能。
発電機は無負荷のモーターになり、無効電力を供給することが可能。電力事業者の指令を受けGTを始動し、クラッチ
インで発電。燃料の無駄なく、送電までの時間もピークカットより短い。クラッチ容量の点で軽量ロータで慣性の小さい航転形GTは有利
無負荷非同期または部分負荷で待機する形態。電力事業者の指令から発電までが最も速いが、GT燃料費が無駄になるデメリットあり。
航転形GT 発電機 52G
ピークカット電源
航転形GT 発電機 52G
クラッチ Spinning Reserve電源
(Synchronous Condenser)
航転形GT 発電機 52G
Spinning Reserve電源
今後期待される航転形GTの適用分野 (予備力電源)
新規送電線敷設余裕、大型発電所設置余地が少なくなる中、系統電圧・周波数安定化電源として 電力需要地近くに以下のような予備力電源設置が有効 • 数10MW規模で10分以内に定格運転可能なGTピークカット電源→欧米、オセアニアでは広く普及 • Spinning Reserve電源→Synchronous Condenserは米国ではすでに数十台規模で導入進捗
ご清聴ありがとうございました