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JP4634538B1 - ハイブリッド火力発電システム及びその建造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】原油を用いた火力発電システムにおいて、原油単位当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の早期の安定性確保を容易に実現するハイブリッド火力発電システム及びその建造方法を提供する。
【解決手段】原油を用いたハイブリッド火力発電システムであって、常圧蒸留塔３のみにより分離されたナフサ及び軽質油をそれぞれ異なるガスタービンに供給して発電を行うとともに排熱で生成された蒸気を用いて発電を行うコンバインドサイクル発電システム６と、常圧蒸留塔３のみにより分離された重質油を燃焼させて発電を行うコンベンショナル発電システム７と、を備えて構成する。これにより、運転効率を著しく損なうことなく両システムを併用できるので、システム全体の熱効率を向上させることができる。また、コンバインドサイクル発電システム６の余剰燃料を、コンベンショナル発電システム７のボイラ１２へ供給することにより、システム全体の熱効率を一層向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、原油を燃料とするハイブリッド火力発電システム及びハイブリッド火力発電システムの建造方法に関する。
従来の火力発電システムとして、原油を燃料として発電するものが知られている。例えば、コンベンショナル発電システム（Conventional power generation systems）は、原油をボイラにて燃焼し、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電する。しかしながら、コンベンショナル発電システムは、十分な発電効率を得ることが困難である。このため、原油からガスタービン燃料油を製造し、製造されたガスタービン燃料油をガスタービンで燃焼させて発電を行うコンバインドサイクル発電システム（Combined cycle power generation systems）が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。特許文献１〜３記載のシステムは、常圧蒸留塔及び減圧蒸留塔によって原油からガスタービン燃料油を製造する。なお、ガスタービン燃料油は、３５０℃〜４００℃よりも沸点の低い軽質油として原油から分留される。
特開２０００−２７３４６７号公報 特開２０００−２８２０６９号公報 国際公開第００／２６３２５号
ところで、特許文献１〜３記載の火力発電システムにあっては、コンバインドサイクル発電システムのみを利用して発電することを前提としている。このため、原油単位量当たりのエネルギー効率を向上させるためには、特許文献１〜３記載のように蒸留工程を繰り返して、できるだけ多くのガスタービンの燃料油を原油から抽出する必要がある。
しかしながら、できるだけ多くのガスタービン燃料を原油から抽出すると、蒸留されたガスタービンの燃料油に未燃炭化水素が混入するおそれがある。ガスタービンにて未燃炭化水素を含む燃料油を燃焼させた場合、煤が発生する。発生した煤は、タービン翼の冷却空気孔を塞ぐおそれがあるため、ガスタービンが機能しなくなる一因となる。
したがって、特許文献１〜３記載の火力発電システムにおいて、原油単位量当たりのエネルギー効率を向上させつつ電力供給の安定性確保を実現するためには、未燃炭化水素の混入を考慮しつつ、できるだけ多くのガスタービンの燃料油を原油から抽出する必要がある。このような条件を実現するためには、複雑な蒸留工程と制御が必要となるので、火力発電システムの構造が複雑化し、高コストとなる。
一方、特許文献１〜３記載の火力発電システムにおいては、３５０℃〜４００℃よりも沸点の低い軽質油をガスタービンの燃料油として原油から抽出しているため、軽油より低い温度で抽出されるナフサは、ナフサより高い温度で抽出される軽油と混合された状態となる。しかしながら、軽油とナフサとの混合比や均一性にはばらつきが存在するため、このような燃料をガスタービンの燃料油として採用すると、ガスタービンの燃焼が安定しないおそれがある。よって、従来のシステムにあっては、ガスタービンの信頼性が低下し長期安定発電を阻害するおそれがあるとともに、効率的な運転が困難となる場合がある。
そこで、本発明はこのような技術課題を解決するためになされたものであって、原油を用いた火力発電システムにおいて、原油単位当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の早期の安定性確保を容易に実現することができるハイブリッド火力発電システム及びその建造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、原油単位当たりのエネルギー効率の向上を、原油からできるだけ多くのガスタービン燃料を抽出するというアプローチで実現するのではなく、原油全てを燃料として用いるというアプローチに着眼し、コンバインドサイクル発電システムとコンベンショナル発電システムとを併用することで、原油単位量当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の安定性の確保を容易に実現することができることを見出すとともに、上記効果を奏するためには、常圧蒸留塔のみで蒸留工程を行うことが重要であることを見出した。さらに、本発明者は、原油単位量当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の安定性の確保をさらに簡易に実現するためには、ナフサと軽質油とを分離してそれぞれ異なるガスタービンへ供給することが好適であることを見いだした。
すなわち、本発明に係るハイブリッド火力発電システムは、原油を燃料とするハイブリッド火力発電システムであって、原油を脱塩する脱塩処理装置と、前記脱塩処理装置により脱塩された原油をナフサ、軽質油及び重質油に分離する常圧蒸留塔と、前記常圧蒸留塔により分離されたナフサを燃料として第１ガスタービンを駆動させて発電し、前記常圧蒸留塔により分離された軽質油を燃料として第２ガスタービンを駆動させて発電し、前記第１ガスタービン及び前記第２ガスタービンの排熱を利用して生成された蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電を行うコンバインドサイクル発電システムと、前記常圧蒸留塔により分離された重質油をボイラにて燃焼させ、前記ボイラにて生成された蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電を行うコンベンショナル発電システムと、を備え、前記常圧蒸留塔のみを用いて前記コンバインドサイクル発電システム及び前記コンベンショナル発電システムの燃料を原油から分離し、前記第１ガスタービンの余剰ナフサ又は前記第２ガスタービンの余剰軽質油を、前記コンベンショナル発電システムの前記ボイラへ供給することを特徴として構成される。
本発明に係るハイブリッド火力発電システムによれば、常圧蒸留塔のみを用いて蒸留工程を行うので、未燃炭化水素が混入しない範囲で原油からナフサ及び軽質油を分離させる工程を簡易な構成で実現することができる。さらに、常圧蒸留塔のみを用いて蒸留工程を行うため、重質油に含まれる不純物の濃度をボイラにて容易に燃焼できる範囲に収めることが可能となる。このため、コンバインドサイクル発電システムとコンベンショナル発電システムとを両者の運転効率を著しく損なうことなく併用することができるので、安定した電力供給を行うことができる。
また、コンバインドサイクル発電システムとコンベンショナル発電システムとを併用することで、原油から分離されるナフサ及び軽質油と重質油との両方を用いて発電することが可能となる。ナフサ及び軽質油を用いてガスタービンにて発電を行うことができるので、コンベンショナル発電システム単体を採用した場合の発電効率に比べて大きな発電効率を得ることが可能となる。一方、蒸留工程を繰り返す場合に比べて得られるガスタービン燃料は減少するため、蒸留工程を繰り返す場合に比べてコンバインドサイクル発電システムの発電量が低下するものの、分離しなかったガスタービン燃料を含む重質油を用いてコンベンショナル発電システムにて発電を行うことができる。このため、複雑な制御や蒸留工程を実行することなく発電量の低下を補うように発電することが可能となる。よって、原油を用いた火力発電システムにおいて、原油単位当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の早期の安定性確保を容易に実現することができる。
さらに、常圧蒸留塔を用いて、ガスタービンの燃料がナフサと軽質油とに分離され、それぞれ異なるガスタービンへ供給されるため、ガスタービンにナフサと軽質油とが混合された燃料を供給することを回避することができる。このため、混合された燃料に合せてガスタービンを設定することなく、それぞれ供給されるナフサ及び軽質油に合わせて効率的な運転ができるように個々のガスタービンを容易に設定することができるとともに、混合された燃料の不均一性に起因する動作不安定を回避することが可能となる。また、余剰ナフサ又は余剰軽質油が前記ボイラへ供給されることで、コンバインドサイクル発電システムの余剰燃料を前記コンベンショナル発電システムの発電に利用することが可能となる。よって、コンバインドサイクル発電システムとコンベンショナル発電システムとの両者を用いて効率良く発電することができる。
ここで、前記コンバインドサイクル発電システムは、前記蒸気タービンとして、前記第１ガスタービンの排熱を利用する第１蒸気タービン、及び、前記第２ガスタービンの排熱を利用する第２蒸気タービンを有する構成としてもよい。
このように構成することで、コンバインドサイクル発電システムがガスタービンごとに独立する。このため、例えば一方のコンバインドサイクル発電システムを稼働させた状態で他方のコンバインドサイクル発電システムを停止することができるのでメンテナンスを容易に行うことができるとともに、一方のコンバインドサイクル発電システムが障害により停止したりした場合であっても他方のコンバインドサイクル発電システムに影響がないため、連続して安定稼働をすることが可能となる。
また、前記常圧蒸留塔は、分留されたナフサを前記第１ガスタービンへ供給する第１供給路、分留された軽質油を前記第２ガスタービンへ供給する第２供給路、及び分留された重質油を前記ボイラへ供給する第３供給路に接続されており、前記第１供給路又は前記第２供給路が前記第３供給路に接続されることで、前記余剰ナフサ又は前記余剰軽質油を前記ボイラへ供給可能に構成されてもよい。
また、前記常圧蒸留塔は、前記第１ガスタービン及び前記第２ガスタービンの要求仕様に基づいて、前記第１ガスタービン及び前記第２ガスタービンの燃料として許容するナフサ及び軽質油を原油からそれぞれ分離することが好適である。
このように構成することで、常圧蒸留塔によりガスタービンの要求仕様に適合したナフサ及び軽質油が原油から過度に分離されることなく取得され、ガスタービンへ供給される。このように、原油から過度にナフサ及び軽質油を分離しないため、常圧蒸留塔より残渣油として得られる重質油が、重金属等を高い濃度で含有することがないため、ボイラの要求仕様を容易に満たすことができる。
また、前記コンバインドサイクル発電システムが有する前記蒸気タービン、及び、前記コンベンショナル発電システムが有する前記蒸気タービンの少なくとも一方から出力された蒸気を用いて塩水淡水化を行う第１の造水装置をさらに備えてもよい。
このように構成することで、第１の造水装置により蒸気タービンの排熱を利用して塩水から淡水を生成することができるので、原油単位当たりのエネルギー効率を一層向上させることが可能となる。
また、前記コンバインドサイクル発電システム及び前記コンベンショナル発電システムの少なくとも一方から出力された電力を用いて塩水淡水化を行う第２の造水装置をさらに備えてもよい。また、前記第１の造水装置及び前記第２の造水装置を併用してもよい。
また、本発明に係るハイブリッド火力発電システムの建造方法は、原油を燃料とするハイブリッド火力発電システムの建造方法であって、原油を脱塩する脱塩処理装置、前記脱塩処理装置により脱塩された原油をナフサ、軽質油及び重質油に分離する常圧蒸留塔、及び、前記常圧蒸留塔により分離されたナフサを燃料として第１ガスタービンを駆動させ発電を行い、前記常圧蒸留塔により分離された軽質油を燃料として第２ガスタービンを駆動させ発電を行い、第１ガスタービン及び第２ガスタービンの排熱を利用して生成された蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電を行うコンバインドサイクル発電システムを建造する第１建造ステップと、前記常圧蒸留塔により分離された重質油を燃料としてボイラを駆動させ、前記ボイラにて生成された蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電を行うコンベンショナル発電システムを建造する第２建造ステップと、前記第１建造ステップ及び前記第２建造ステップの終了後に、前記第１ガスタービンの余剰ナフサ又は前記第２ガスタービンの余剰軽質油を、前記コンベンショナル発電システムの前記ボイラへ供給する供給路を配置する第３建造ステップと、を備え、前記第１建造ステップ及び前記第２建造ステップを並行して行うことを特徴として構成される。
本発明に係るハイブリッド火力発電システムの建造方法によれば、脱塩処理装置、常圧蒸留塔及びコンバインドサイクル発電システムを建造する第１建造ステップと、コンベンショナル発電システムを建造する第２建造ステップを並行して行うことにより、例えば第１建造ステップによる建造が完了した時点で、第２建造ステップによる建造の完了を待つことなく、シンプルサイクルで、またコンバインドサイクル発電システムの完成後、コンバインドサイクルでコンバインドサイクル発電システムを運転させることができる。このため、ハイブリッド火力発電システムの全体が完成する前に発電することが可能となり、コンベンショナル発電システムのみを建造する場合に比べて早期に電力供給をすることができる。さらに、コンバインドサイクル発電システムの燃料をコンベンショナル発電システムへ供給する供給路を設けることで、コンバインドサイクル発電システム及びコンベンショナル発電システムの両者を用いて効率よく運転させることが可能となる。
本発明によれば、原油を用いた火力発電システムにおいて、原油単位当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の早期の安定性確保を容易に実現することができる。
第１参考例に係るハイブリッド火力発電システムの構成概要図である。 第２参考例に係るハイブリッド火力発電システムの構成概要図である。 第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システムの構成概要図である。 第２実施形態に係るハイブリッド火力発電システムの構成概要図である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１参考例）
本参考例に係るハイブリッド火力発電システムは、原油を燃料として用いた火力発電システムとして好適に採用されるものである。
図１は、本参考例に係るハイブリッド火力発電システムの構成概要図である。図１に示すように、ハイブリッド火力発電システム１は、脱塩処理装置２、常圧蒸留塔３、コンバインドサイクル発電システム６及びコンベンショナル発電システム７を備えている。
脱塩処理装置２は、例えば原油タンクに接続されており、原油タンクから供給された原油に対して脱塩処理を行う。脱塩処理装置２は、例えば、原油に水を加えて洗浄し水層を分離する処理を行う。また、脱塩処理装置２は、不純物・塩分を除去した原油を常圧蒸留塔３へ供給する。
常圧蒸留塔３は、脱塩処理装置２から供給された原油を分留する。常圧蒸留塔３は、例えば、加熱炉、ボイラ、主蒸留塔を備えている。主蒸留塔は、加熱炉によって約３５０℃に加熱され低沸点成分を蒸発させた原油を導入する。また、主蒸留塔は、ボイラから蒸気を導入する。主蒸留塔は、原油を大気圧より少し高い圧力で蒸留し、ガスタービン燃料として許容する軽質油とその残渣油である重質油に分離する。ここで、常圧蒸留塔３は、ガスタービンの要求仕様に基づいて、ガスタービン燃料として許容する軽質油を分留する。ガスタービンが安定動作可能な軽質油は、例えば、引火点、リード蒸気圧、流出点、蒸留温度、比重、密度、粘度、低位発熱量、炭化水素比、セタン指数、残留炭素、底部沈殿物（水）、微量金属含有量（ナトリウム、カリウム、バナジウム、鉛等）等によって定義されている。残渣油である重質油は、蒸留工程を一度しか行っていないものであるので、ボイラ燃料として許容される。分離された軽質油は、軽質油供給系統４を介してコンバインドサイクル発電システム６へ供給され、分離された重質油は、重質油供給系統５を介してコンベンショナル発電システム７へ供給される。このように、常圧蒸留塔３のみを用いてコンバインドサイクル発電システム及びコンベンショナル発電システムの燃料が原油から分離される。
コンバインドサイクル発電システム６は、ガスタービン８、蒸気タービン９、発電機１０及び排熱回収ボイラ１１を備えている。
ガスタービン８は、軽質油供給系統４を介して導入した軽質油を、圧縮した空気中で燃焼し、高温・高圧のガスでタービンを高速回転させる。ガスタービン８は、発電機１０に接続されている。発電機１０は、回転するタービンの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。これによりガスタービン８で発電が行われる。ガスタービン８から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ１１へ供給される。
排熱回収ボイラ１１は、ガスタービンから高温の排気ガスを取り入れ、供給された水と排気ガスを熱交換させて蒸気を発生する。なお、排熱回収ボイラ１１は、常圧蒸留塔３から発生する高温ガスをさらに取り入れる構成としてもよい。排熱回収ボイラ１１には、蒸気タービン９が接続されており、発生させた蒸気は蒸気タービン９に供給される。
蒸気タービン９は、排熱回収ボイラ１１から供給された蒸気によりタービンを高速回転させる。蒸気タービン９は、発電機１０に接続されている。発電機１０は、回転するタービンの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。これにより蒸気タービン９で発電が行われる。なお、蒸気タービン９として、再熱サイクル蒸気タービンを用いてもよい。
このように、コンバインドサイクル発電システム６は、常圧蒸留塔３により分離された軽質油を燃料としてガスタービン８を駆動させ発電を行うとともに、ガスタービン８の排熱を利用して生成された蒸気により蒸気タービン９を駆動させて発電を行う。
一方、コンベンショナル発電システム７は、ボイラ１２、蒸気タービン９及び発電機１０を備えている。ボイラ１２は、重質油供給系統５を介して導入した重質油を燃焼し、供給された水を蒸気へ変換する。ボイラ１２には、蒸気タービン９が接続されており、発生させた蒸気は蒸気タービン９に供給される。蒸気タービン９及び発電機１０の構成は上述したものと同様である。
このように、コンベンショナル発電システム７は、常圧蒸留塔３により分離された重質油をボイラ１２で燃焼させ、ボイラ１２にて生成された蒸気により蒸気タービン９を駆動させて発電を行う。
上述のように、ハイブリッド火力発電システム１は、コンバインドサイクル発電システム６及びコンベンショナル発電システム７を併用するとともに、各システムに供給される燃料は、常圧蒸留塔３のみにより蒸留される。
次に、本参考例に係るハイブリッド火力発電システム１の作用効果について説明する。供給された原油は、脱塩処理装置２により脱塩処理され、常圧蒸留塔３により軽質油及び重質油に分離される。軽質油は、軽質油供給系統４を介してコンバインドサイクル発電システム６のガスタービン８へ供給され、ガスタービン８の燃料として利用される。これにより、ガスタービン８に接続された発電機１０を介して電力が得られる。また、ガスタービン８から排気された排気ガスは、排熱回収ボイラ１１に送られ、排熱回収ボイラ１１に供給される水と熱交換し、蒸気が発生する。蒸気は蒸気タービン９を駆動し、発電機１０を介して電力が得られる。このように、ガスタービン８の排熱を利用して電力を得ることができる。一方、重質油は、重質油供給系統５を介してコンベンショナル発電システム７のボイラ１２へ供給され燃料として利用される。これにより、排熱回収ボイラ１１に供給される水が蒸気となる。蒸気は蒸気タービン９を駆動し、発電機１０を介して電力が得られる。このように、常圧蒸留塔３によって分離された軽質油及び重質油は、何れも発電の燃料として採用される。このため、原油単位量当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の安定性の確保を容易に実現することができる。本発明者等のシミュレーション結果によれば、ハイブリッド火力発電システム１は、一般のコンベンショナル発電システムに比べ、発電効率の約５％（相対値）の向上が得られた。また、ハイブリッド火力発電システム１は、一般のコンベンショナル発電システムに比べ、ＣＯ２の削減が約５％（相対値）可能とることが確認された。よって、省エネルギーでＣＯ２削減の効果を有することが確認された。
以上、第１参考例に係るハイブリッド火力発電システム１によれば、常圧蒸留塔３のみを用いて蒸留工程を行うので、原油から軽質油を分離させる工程を簡易な構成で実現しつつ、未燃炭化水素等の不純物の混入を容易に回避することができる。さらに、常圧蒸留塔３のみを用いて蒸留工程を行うため、重質油に含まれる不純物の濃度をボイラにて容易に燃焼できる範囲に収めることが可能となる。このため、コンバインドサイクル発電システム６とコンベンショナル発電システム７とを両者の運転効率を著しく損なうことなく併用することができるので、安定した電力供給を行うことができる。さらに、コンバインドサイクル発電システム６とコンベンショナル発電システム７とを併用することで、原油から分離される軽質油と重質油との両方を用いて発電することが可能となる。軽質油を用いてガスタービン８にて発電を行うことができるので、コンベンショナル発電システム７単体を採用した場合の発電効率に比べて大きな発電効率を得ることが可能となる。一方、蒸留工程を繰り返す場合に比べて得られる軽質油量は減少するため、蒸留工程を繰り返す場合に比べてコンバインドサイクル発電システム６の発電量が低下するものの、分離しなかった軽質油を含む重質油を用いてコンベンショナル発電システム７にて発電を行うことができる。このため、複雑な制御や蒸留工程を実行することなく発電量の低下を補うように発電することが可能となる。よって、原油を用いた火力発電システムにおいて、発電プラントの原油単位当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の早期の安定性確保を容易に実現することができる。さらに、常圧蒸留塔及び減圧蒸留塔を併用することなく、原油単位当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の早期の安定性確保を実現することができるので、設備コスト及び運用・保守コストを低減することが可能となり、経済的にも優れている。第１参考例に係るハイブリッド火力発電システム１は、低価格で安定した電力供給を行えるという、生活インフラとして要求される重要な項目を満足することができる。
さらに、第１参考例に係るハイブリッド火力発電システム１によれば、常圧蒸留塔３によりガスタービン８の要求仕様に適合した軽質油が原油から過度に分離されることなく取得され、ガスタービン８へ供給される。このように、原油から過度に軽質油を分離しないため、常圧蒸留塔３より残渣油として得られる重質油が、重金属等を高い濃度で含有することがないため、ボイラ１２の要求仕様を容易に満たすことができる。
次に、本参考例に係るハイブリッド火力発電システム１の建造方法について説明する。ハイブリッド火力発電システム１の建造方法は、コンバインドサイクル発電システム６及びコンベンショナル発電システム７を別々に並行させて建造する。一般的に、コンバインドサイクル発電システム６の建造期間は、コンベンショナル発電システム７の建造期間よりも短い。このため、コンバインドサイクル発電システム６を建造する第１建造ステップと、コンベンショナル発電システム７を建造する第２建造ステップとを同時に開始して並行して行うことで、コンベンショナル発電システム７を先に完成させることが可能となる。ハイブリッド火力発電システム１は、コンバインドサイクル発電システム６及びコンベンショナル発電システム７をそれぞれ独立して動作させることができるので、コンベンショナル発電システム７の完成を待つことなくコンバインドサイクル発電システム６を動作させて電力をいち早く供給することができる。ハイブリッド火力発電システム１の建造方法によれば、ガスタービン８のシンプルサイクル運転によって一般のコンベンショナル発電システムに比べ約１８ヶ月前に電力を供給可能であるとともに、コンバインドサイクル運転により一般のコンベンショナル発電システムに比べ約７ヶ月前に、電力を供給できる。このように、建造開始から電力供給までの期間を短縮できる。
以上、第１参考例に係るハイブリッド火力発電システム１の建造方法によれば、脱塩処理装置２、常圧蒸留塔３及びコンバインドサイクル発電システム６を建造する第１建造ステップと、コンベンショナル発電システム７を建造する第２建造ステップを並行して行うことにより、例えば第１建造ステップによる建造が完了した時点で、第２建造ステップによる建造の完了を待つことなくコンバインドサイクル発電システム６を運転させることができる。このため、ハイブリッド火力発電システム１の全体が完成する前に発電することが可能となり、コンベンショナル発電システム７のみを建造する場合に比べて早期に電力供給をすることができる。
（第２参考例）
第２参考例に係るハイブリッド火力発電システム２０は、第１参考例に係るハイブリッド火力発電システム１とほぼ同様に構成され、造水機能を有する造水装置を備える点が相違する。このため、ハイブリッド火力発電システム２０を説明するにあたり、ハイブリッド火力発電システム１と重複する点については説明を省略する。
最初に、第２参考例に係るハイブリッド火力発電システム２０の構成を説明する。図２は、第２参考例に係るハイブリッド火力発電システム２０の構成概要図である。図２に示すように、ハイブリッド火力発電システム２０は、ハイブリッド火力発電システム１とほぼ同様に構成されており、淡水化装置１３，１４及び貯水タンク１５を備える点が相違する。
淡水化装置（第１の造水装置）１３は、コンバインドサイクル発電システム６の蒸気タービン９、及び、コンベンショナル発電システム７の蒸気タービン９に接続されている。淡水化装置１３は、各蒸気タービン９から供給された高温の蒸気を用いて、海水又はかん水を蒸発させて蒸留水を生成する。淡水化装置１３の蒸発法としては、例えば、多段フラッシュ法（ＭＳＦ：Multi Stage Flash distillation）又は多重効用法（ＭＥＤ：Multi Effect Desalination）が用いられる。淡水化装置１３は、得られた蒸留水を貯水タンク１５に格納する。このように、淡水化装置１３は、ハイブリッド火力発電システム２０の排熱を利用して塩水から淡水を生成する。生成された水は、民生、工業、農業又は灌漑等に利用される。なお、熱交換した蒸気は水となり、排熱回収ボイラ１１及びボイラ１２へ再供給される。
淡水化装置（第２の造水装置）１４は、海水又はかん水を所定の膜に浸透させて淡水を生成する。淡水化装置１３の膜法としては、例えば、逆浸透法（ＲＯ：Reverse Osmosis membrane）が用いられる。淡水化装置１４は、生成した淡水を貯水タンク１５に格納する。
淡水化装置１３，１４には、コンバインドサイクル発電システム６及びコンベンショナル発電システム７の少なくとも一方から必要な電力が供給される。その他の構成は、第１参考例に係るハイブリッド火力発電システム１と同様である。
以上、第２参考例に係るハイブリッド火力発電システム２０によれば、第１参考例に係るハイブリッド火力発電システム１と同様の効果を奏するとともに、淡水化装置１３により蒸気タービン９の排熱を利用して海水又はかん水から淡水を生成することができるので、総合的に熱効率を高め、原油単位当たりのエネルギー効率を一層向上させることが可能となる。
（第１実施形態）
第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０は、第１参考例に係るハイブリッド火力発電システム１とほぼ同様に構成され、常圧蒸留塔３が原油をナフサ、軽質油及び重質油に分離する点、ナフサ及び軽質油ごとにガスタービンを設ける点、及び、コンバインドサイクル発電システム６の余剰燃料をコンベンショナル発電システム７へ供給する点が相違する。このため、ハイブリッド火力発電システム３０を説明するにあたり、ハイブリッド火力発電システム１と重複する点については説明を省略する。
最初に、第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０の構成を説明する。図３は、第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０の構成概要図である。図３に示すように、ハイブリッド火力発電システム３０は、ハイブリッド火力発電システム１とほぼ同様に構成されており、常圧蒸留塔３の機能、複数のコンバインド発電システム６及び供給路１７を備える点が相違する。
常圧蒸留塔３は、ハイブリッド火力発電システム１の常圧蒸留塔３と同様に構成され、原油を、ナフサ、軽質油及び重質油に分離する。例えば、３０℃〜１８０℃の範囲でナフサを分留し、１８０℃〜３５０℃の範囲で軽質油を分留し、残渣油を重質油として分離する。分離されたナフサは、ナフサ供給系統（第１供給路）１６を介してコンバインドサイクル発電システム６の第１ガスタービン８０へ供給され、分離された軽質油は、軽質油供給系統（第２供給路）４を介してコンバインドサイクル発電システム６の第２ガスタービン８へ供給され、分離された重質油は、重質油供給系統（第３供給路）５を介してコンベンショナル発電システム７のボイラ１２へ供給される。このように、常圧蒸留塔３のみを用いて、コンバインドサイクル発電システム及びコンベンショナル発電システムの燃料が原油から分離される。
また、ガスタービン８，８０は、供給される燃料が効率的に燃焼するように設定されている。ナフサと軽質油とを比較すると、燃焼特性や粘度が異なることから、ガスタービンの噴霧ノズルの口径や噴射圧力をナフサ用及び軽質油用に分けて予め設定されている。
また、ハイブリッド火力発電システム３０では、ナフサ供給系統１６が供給路１７を介して重質油供給系統５に接続されており、第１ガスタービン８０で燃焼しきれなかった余剰ナフサが供給路１７を通ってボイラ１２へ供給される。さらに、軽質油供給系統４が供給路１８を介して重質油供給系統５に接続されており、第２ガスタービン８で燃焼しきれなかった余剰軽質油が供給路１８を通ってボイラ１２へ供給される。
上述のように、ハイブリッド火力発電システム３０は、複数のコンバインドサイクル発電システム６及びコンベンショナル発電システム７を併用するとともに、各システムに供給される燃料は、常圧蒸留塔３のみにより蒸留される。
次に、本実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０の作用効果について説明する。供給された原油は、脱塩処理装置２により脱塩処理され、常圧蒸留塔３によりナフサ、軽質油及び重質油に分離される。ナフサは、ナフサ供給系統１６を介してコンバインドサイクル発電システム６の第１ガスタービン８０へ供給され、第１ガスタービン８０の燃料として利用される。これにより、第１ガスタービン８０に接続された発電機１０を介して電力が得られる。軽質油は、軽質油供給系統４を介してコンバインドサイクル発電システム６の第２ガスタービン８へ供給され、第２ガスタービン８の燃料として利用される。これにより、第２ガスタービン８に接続された発電機１０を介して電力が得られる。また、ガスタービン８，８０から排気された排気ガスは、排熱回収ボイラ１１に送られ、排熱回収ボイラ１１に供給される水と熱交換し、蒸気が発生する。蒸気は蒸気タービン９を駆動し、発電機１０を介して電力が得られる。このように、ガスタービン８，８０の排熱を利用して電力を得ることができる。一方、重質油は、重質油供給系統５を介してコンベンショナル発電システム７のボイラ１２へ供給され燃料として利用される。これにより、排熱回収ボイラ１１に供給される水が蒸気となる。蒸気は蒸気タービン９を駆動し、発電機１０を介して電力が得られる。また、第１ガスタービン８０の余剰ナフサは、供給路１７を通ってボイラ１２へ供給され、ボイラ１２の燃料として利用され、第２ガスタービン８の余剰軽質油は、供給路１８を通ってボイラ１２へ供給され、ボイラ１２の燃料として利用される。このように、常圧蒸留塔３によって分離されたナフサ、軽質油及び重質油は、何れも発電の燃料として採用される。このため、原油単位量当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の安定性の確保を容易に実現することができる。
以上、第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０によれば、常圧蒸留塔３のみを用いて蒸留工程を行うので、原油からナフサ及び軽質油を分離させる工程を簡易な構成で実現しつつ、未燃炭化水素等の不純物の混入を容易に回避することができる。さらに、常圧蒸留塔３のみを用いて蒸留工程を行うため、重質油に含まれる不純物の濃度をボイラにて容易に燃焼できる範囲に収めることが可能となる。このため、コンバインドサイクル発電システム６とコンベンショナル発電システム７とを両者の運転効率を著しく損なうことなく併用することができるので、安定した電力供給を行うことができる。さらに、コンバインドサイクル発電システム６とコンベンショナル発電システム７とを併用することで、原油から分離されるナフサ及び軽質油と重質油との両方を用いて発電することが可能となる。ナフサ及び軽質油を用いてそれぞれ異なるガスタービン８，８０にて発電を行うことができるので、コンベンショナル発電システム７単体を採用した場合の発電効率に比べて大きな発電効率を得ることが可能となる。一方、蒸留工程を繰り返す場合に比べて得られる軽質油量は減少するため、蒸留工程を繰り返す場合に比べてコンバインドサイクル発電システム６の発電量が低下するものの、分離しなかったナフサ及び軽質油を含む重質油を用いてコンベンショナル発電システム７にて発電を行うことができる。このため、複雑な制御や蒸留工程を実行することなく発電量の低下を補うように発電することが可能となる。よって、原油を用いた火力発電システムにおいて、発電プラントの原油単位当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の早期の安定性確保を容易に実現することができる。さらに、常圧蒸留塔及び減圧蒸留塔を併用することなく、原油単位当たりのエネルギー効率の向上及び電力供給の早期の安定性確保を実現することができるので、設備コスト及び運用・保守コストを低減することが可能となり、経済的にも優れている。
また、第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０によれば、常圧蒸留塔３を用いて、ガスタービン８，８０の燃料がナフサと軽質油とに分離され、それぞれ異なるガスタービン８，８０へ供給されるため、ガスタービン８，８０にナフサと軽質油とが混合された燃料を供給することを回避することができる。このため、混合比や均一性にばらつきのある燃料に合せてガスタービンを設定することなく、それぞれ供給されるナフサ及び軽質油に合わせて効率的な運転ができるように個々のガスタービン８，８０を容易に設定することができるとともに、混合された燃料の不均一性に起因する動作不安定を回避することが可能となる。また、余剰ナフサ又は余剰軽質油がボイラ１２へ供給されることで、コンバインドサイクル発電システムの余剰燃料をコンベンショナル発電システム７の発電に利用することが可能となる。よって、コンバインドサイクル発電システム６とコンベンショナル発電システム７との両者を用いて効率良く発電することができる。このように、第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０は、低価格で安定した電力供給を行えるという、生活インフラとして要求される重要な項目を満足することができる。
また、第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０によれば、コンバインドサイクル発電システム６がガスタービン８，８０ごとに独立する。このため、例えば一方のコンバインドサイクル発電システム６を稼働させた状態で他方のコンバインドサイクル発電システム６を停止することができるのでメンテナンスを容易に行うことができるとともに、一方のコンバインドサイクル発電システム６が障害により停止したりした場合であっても他方のコンバインドサイクル発電システム６に影響がないため、連続して安定稼働をすることが可能となる。
さらに、第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０によれば、常圧蒸留塔３によりガスタービン８，８０の要求仕様に適合したナフサ及び軽質油が原油から過度に分離されることなく取得され、ガスタービン８，８０へ供給される。このように、原油から過度にナフサ及び軽質油を分離しないため、常圧蒸留塔３より残渣油として得られる重質油が、重金属等を高い濃度で含有することがないため、ボイラ１２の要求仕様を容易に満たすことができる。
次に、本実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０の建造方法について説明する。ハイブリッド火力発電システム３０の建造方法は、第１参考例に係るハイブリッド火力発電システム１とほぼ同様であり、第１建設ステップ及び第２建設ステップの終了後に供給路１７の配置を行う第３建造ステップを有する点のみが相違する。このため、第１参考例に係るハイブリッド火力発電システム１と同様に、コンベンショナル発電システム７の完成を待つことなくコンバインドサイクル発電システム６を動作させて電力をいち早く供給することができる。そして、コンバインドサイクル発電システム６及びコンベンショナル発電システム７が完成すると、コンバインドサイクル発電システム６の余剰ナフサをコンベンショナル発電システム７へ供給する供給路１７が設けられ、原油すべてを用いて効率的な発電を行うというアプローチがより実現されることとなる。
以上、第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０の建造方法によれば、脱塩処理装置２、常圧蒸留塔３及びコンバインドサイクル発電システム６を建造する第１建造ステップと、コンベンショナル発電システム７を建造する第２建造ステップを並行して行うことにより、例えば第１建造ステップによる建造が完了した時点で、第２建造ステップによる建造の完了を待つことなくコンバインドサイクル発電システム６を運転させることができる。このため、ハイブリッド火力発電システム３０の全体が完成する前に発電することが可能となり、コンベンショナル発電システム７のみを建造する場合に比べて早期に電力供給をすることができる。さらに、コンバインドサイクル発電システム６の燃料をコンベンショナル発電システム７へ供給する供給路１７を設けることで、コンバインドサイクル発電システム６及びコンベンショナル発電システム７の両者を用いて効率よく運転させることが可能となる。
（第２実施形態）
第２実施形態に係るハイブリッド火力発電システム４０は、第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０とほぼ同様に構成され、造水機能を有する造水装置を備える点が相違する。このため、ハイブリッド火力発電システム４０を説明するにあたり、ハイブリッド火力発電システム３０と重複する点については説明を省略する。
最初に、第２実施形態に係るハイブリッド火力発電システム４０の構成を説明する。図４は、第２実施形態に係るハイブリッド火力発電システム４０の構成概要図である。図４に示すように、ハイブリッド火力発電システム４０は、ハイブリッド火力発電システム３０とほぼ同様に構成されており、淡水化装置１３，１４及び貯水タンク１５を備える点が相違する。なお、淡水化装置１３，１４及び貯水タンク１５の構成については、第２参考例と同様であるので説明を省略する。
以上、第２実施形態に係るハイブリッド火力発電システム４０によれば、第１実施形態に係るハイブリッド火力発電システム３０と同様の効果を奏するとともに、淡水化装置１３により蒸気タービン９の排熱を利用して海水又はかん水から淡水を生成することができるので、総合的に熱効率を高め、原油単位当たりのエネルギー効率を一層向上させることが可能となる。
上述したように、本発明の好適な実施形態について具体的に説明したが、上記各実施形態は本発明に係るハイブリッド火力発電システムの一例を示すものであり、本発明に係るハイブリッド火力発電システムは、上記各実施形態に係るハイブリッド火力発電システム１、２０、３０、４０に限られるものではない。
例えば、上記各実施形態では、常圧蒸留塔３で分離した軽質油に対して何ら処理を加えることなくコンバインドサイクル発電システム６が利用する例を説明したが、常圧蒸留塔３で分離した軽質油に対して蒸留以外の工程、例えば水素化処理等により不純物を取り除く工程を実行した後に、コンバインドサイクル発電システム６へ軽質油を供給してもよい。
また、第２参考例、第２実施形態では、淡水化装置１３がコンバインドサイクル発電システム６の蒸気タービン９、及び、コンベンショナル発電システム７の蒸気タービン９に接続されている例を説明したが、何れか一方に接続されていてもよい。
また、第２参考例、第２実施形態では、淡水化装置１３の他に淡水化装置１４を備える例を説明したが、淡水化装置１４は備えなくてもよいし、また、淡水化装置１４のみ備える構成としてもよい。
また、第２参考例、第２実施形態で説明した淡水化装置１３は、第１参考例、第１実施形態で説明した第１建造ステップ及び第２建造ステップと同様に並行して建造してもよい。
また、第１実施形態及び第２実施形態では、コンバインドサイクル発電システム６を複数備え、ガスタービン８，８０にそれぞれ異なる蒸気タービン（第１蒸気タービン、第２蒸気タービン）９が接続されるシステムを説明したが、ガスタービン８，８０に接続される排熱回収ボイラ１１、蒸気タービン９及び発電機１０を共通化して１つのコンバインドサイクル発電システムとして構成してもよい。このように構成することで、建造コストを低減することができる。
さらに、第１実施形態及び第２実施形態では、余剰ナフサ及び余剰軽質油がボイラ１２へ供給される例を説明したが、供給路１７，１８のうち何れか一方のみ備え、余剰ナフサ及び余剰軽質油の何れか一方のみをボイラ１２へ供給する構成としてもよい。
１，２０，３０，４０…ハイブリッド火力発電システム、２…脱塩処理装置、３…常圧蒸留塔、４…軽質油供給系統、５…重質油供給系統、６…コンバインドサイクル発電システム、７…コンベンショナル発電システム、８，８０…ガスタービン、９…蒸気タービン、１０…発電機、１１…排熱回収ボイラ、１２…ボイラ、１３，１４…淡水化装置、１５…貯水タンク、１６…ナフサ供給系統、１７，１８…供給路。

Claims (8)

  1. 原油を燃料とするハイブリッド火力発電システムであって、
    原油を脱塩する脱塩処理装置と、
    前記脱塩処理装置により脱塩された原油をナフサ、軽質油及び重質油に分離する常圧蒸留塔と、
    前記常圧蒸留塔により分離されたナフサを燃料として第１ガスタービンを駆動させて発電し、前記常圧蒸留塔により分離された軽質油を燃料として第２ガスタービンを駆動させて発電し、前記第１ガスタービン及び前記第２ガスタービンの排熱を利用して生成された蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電を行うコンバインドサイクル発電システムと、
    前記常圧蒸留塔により分離された重質油をボイラにて燃焼させ、前記ボイラにて生成された蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電を行うコンベンショナル発電システムと、
    を備え、
    前記常圧蒸留塔のみを用いて前記コンバインドサイクル発電システム及び前記コンベンショナル発電システムの燃料を原油から分離し、
    前記第１ガスタービンの余剰ナフサ又は前記第２ガスタービンの余剰軽質油を、前記コンベンショナル発電システムの前記ボイラへ供給すること、
    を特徴とするハイブリッド火力発電システム。
  2. 前記コンバインドサイクル発電システムは、前記蒸気タービンとして、前記第１ガスタービンの排熱を利用する第１蒸気タービン、及び、前記第２ガスタービンの排熱を利用する第２蒸気タービンを有する請求項１に記載のハイブリッド火力発電システム。
  3. 前記常圧蒸留塔は、分留されたナフサを前記第１ガスタービンへ供給する第１供給路、分留された軽質油を前記第２ガスタービンへ供給する第２供給路、及び分留された重質油を前記ボイラへ供給する第３供給路に接続されており、
    前記第１供給路又は前記第２供給路が前記第３供給路に接続されることで、前記余剰ナフサ又は前記余剰軽質油を前記ボイラへ供給可能に構成される請求項２に記載のハイブリッド火力発電システム。
  4. 前記常圧蒸留塔は、前記第１ガスタービン及び前記第２ガスタービンの要求仕様に基づいて、前記第１ガスタービン及び前記第２ガスタービンの燃料として許容するナフサ及び軽質油を原油からそれぞれ分離する請求項１〜３の何れか一項に記載のハイブリッド火力発電システム。
  5. 前記コンバインドサイクル発電システムが有する前記蒸気タービン、及び、前記コンベンショナル発電システムが有する前記蒸気タービンの少なくとも一方から出力された蒸気を用いて塩水淡水化を行う第１の造水装置をさらに備える請求項１〜４の何れか一項に記載のハイブリッド火力発電システム。
  6. 前記コンバインドサイクル発電システム及び前記コンベンショナル発電システムの少なくとも一方から出力された電力を用いて塩水淡水化を行う第２の造水装置をさらに備える請求項１〜４の何れか一項に記載のハイブリッド火力発電システム。
  7. 請求項５に記載の前記第１の造水装置及び請求項６に記載の前記第２の造水装置をさらに備える請求項１〜４の何れか一項のハイブリッド火力発電システム。
  8. 原油を燃料とするハイブリッド火力発電システムの建造方法であって、
    原油を脱塩する脱塩処理装置、前記脱塩処理装置により脱塩された原油をナフサ、軽質油及び重質油に分離する常圧蒸留塔、及び、前記常圧蒸留塔により分離されたナフサを燃料として第１ガスタービンを駆動させ発電を行い、前記常圧蒸留塔により分離された軽質油を燃料として第２ガスタービンを駆動させ発電を行い、第１ガスタービン及び第２ガスタービンの排熱を利用して生成された蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電を行うコンバインドサイクル発電システムを建造する第１建造ステップと、
    前記常圧蒸留塔により分離された重質油を燃料としてボイラを駆動させ、前記ボイラにて生成された蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電を行うコンベンショナル発電システムを建造する第２建造ステップと、
    前記第１建造ステップ及び前記第２建造ステップの終了後に、前記第１ガスタービンの余剰ナフサ又は前記第２ガスタービンの余剰軽質油を、前記コンベンショナル発電システムの前記ボイラへ供給する供給路を配置する第３建造ステップと、
    を備え、
    前記第１建造ステップ及び前記第２建造ステップを並行して行うこと、
    を特徴とするハイブリッド火力発電システムの建造方法。
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