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とは

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。

図 1 コンバインドサイクルの模式図

2. Flownexによるモデル化

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。

図 2 Flownexによるコンバインドサイクル

3. シナリオ設定

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）。

図 3 シナリオ設定による燃料供給量の変化

過渡解析結果

4. 発電出力の変化

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。

図 4 発電出力等の変化

5. タンク内液面の変化

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。

図 5 タンク内の液面の高さ

サイクル線図と性能曲線

図 6 ランキンサイクル（蒸気タービン）のT-s線図

機器の性能曲線と動作点

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

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

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

感度分析

図 10 燃料供給量と燃焼温度（断熱火炎温度）の感度分析