专辑：创造能源技术aa发电成套设备与新能源aa

56 Pages·2013·4.01 MB·Chinese

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2013
Vol.C5 No.
专辑 ：创造能源技术  发电成套设备与新能源
−− −−
3
2013
Vol.C5 No.
专辑：创造能源技术 −−发电成套设备与新能源−−
除了因二氧化碳排放导致的全球气候变暖问题之外，伴随着东日本大
地震后核能发电站的长期停机还出现了电力供需形势严峻的问题，出现了
对环境负荷小、可靠性高的发电成套设备的新需求。作为创造环保绿色能
源的“创造能源”技术，富士电机加强了发电成套设备和新能源的技术
开发。在发电成套设备方面，在“火力”、“旋转电机”、“核能”的各领
域通过高效率化和高可靠性化技术为保护地球环境和电力供应不断作出贡
献。在新能源（可再生能源）方面，加强了地热发电（双工质式、闪蒸式）、
风力发电、太阳能发电（大型太阳能发电站）等的研发和普及工作。本专
辑着重对为保护地球环境和稳定电力供应作出贡献的这些创造能源技术进
行介绍。
封面照片
冲绳电力株式会社 安部大型太阳能发电站（照片提
供：冲绳电力株式会社），大型太阳能发电站用功率
调节器“PVI1000系列”，交付新西兰Nga Awa
Purua地热发电站的139MW汽轮机转子，冲绳电
力株式会社 吉之浦火力发电站（照片提供：冲绳电
力株式会社），风力发电用3000kW永磁同步发电
机试制机
目 录
专辑：创造能源技术—发电成套设备与新能源—
创造能源技术的现状与展望 148（2）
米山　直人
火力、地热发电站的成套设备技术 153（7）
尾上　健志　·　山形　通史　·　上野　康夫
最新的地热汽轮机提高耐腐蚀性及性能的技术 157（11）
森田　耕平　·　佐藤　雅浩
利用地热热水双工质发电系统中的硅垢对策技术 161（15）
川原　义隆　·　柴田　浩晃　·　久保田 康干
火力发电站用汽轮机的最新技术 166（20）
和泉　　荣　·　森山　高志　·　池田　　诚
单轴式联合循环发电设备用浸渍绝缘氢间接冷却汽轮发电机 171（25）
山﨑　　胜　·　新仓　仁之　·　谷藤　　怜
大规模太阳能发电系统技术 175（29）
中川　雅之　·　项　　东辉
用于风力发电的功率调节器及转换器的电路·控制技术 180（34）
梅泽　一喜　·　上原　深志　·　山田　岁也
风力发电用永磁同步发电机 185（39）
真下　明秀　·　星　　昌博　·　梅田　望绪
满足新需求的燃料电池 189（43）
腰　　一昭　·　黒田　健一　·　堀内　义实
染土壤干式去污、减容技术 193（47）
神坐　圭介　·　富冢　千昭
缩略语、商标 197（51）
富士电机技报　2013 vol.C5 no.3
创造能源技术
专辑 -发电成套设备与
　新能源-
现状 展望
与
创造能源技术的现状与展望
Energy Creation Technologies: Current Status and Future Outlook
米山　直人 YONEYAMA Naoto
　引言
自然能源 水力 原子能 燃气 石油 煤炭
富士电机在“创造能源”领域大力推进火力发电设备 10000
专 9300
辑 的高效率化和高性能化，向日本及世界各国交付了众多产 9000
新设备的增强
：创 品，为世界能源的稳定供应不断作出新的贡献。在可再生 8000 5900
）
造 能源领域，致力于开发地热发电等能够稳定提供能源的发 W 7000
能源 电设备。同时，还积极关注太阳能发电、风力发电、生物 量（G 6000 5400
技 质发电等可再生能源，加紧技术开发和产品化开发。本文 备容 5000
术 设 4000
将就对能源的稳定供应和减轻环境负担作出贡献的创造能 电
— 发 3000
发 源技术的现状和展望进行阐述。 2000 老化设备的废止
电 2000
成 1000
套 　世界能源状况 0
设 2012 2035
备 （年）
与 2.1　世界能源动向
新
随着新兴国家的经济增长和人口增长，预计全球能源 图2　世界的发电设备容量
能
源 需求会大幅增长。国际能源机构（IEA）的2012年度报
— ⑴
告（World Energy Outlook 2012）预测到尤其是电力 电、风力发电、太阳能发电得到大幅增长。可再生能源比
能源将大幅增长，世界的电力能源需求在2035年将达 例，包括水力发电在内，将增长至约30%。相对于能源
到36637TWh，年增长率达到2.2%（图1）。其中，预 需求的增加，在追求包括燃料费在内的发电成本经济性的
测发达国家的年增长率为0.9%，新兴国家的年增长率为 同时降低环境负担也成了重要课题，在火力发电方面，以
3.3%。 天然气和页岩气为燃料的联合循环发电的导入及煤炭火力
按能源种类区分，以煤炭、天然气为中心的火力发电 发电的高效率化取得了进展。
占据较大比例，石油火力发电的所占比例将逐步减少。另 针对电力能源需求的增长，需要增强发电设备的发电
一方面，降低环境负担将成为重要课题，不排放二氧化碳 容量。图2显示了全球的发电设备容量。2012年全球发
有利于环保的可再生能源得到较大增长，特别是生物质发 电设备容量为5400GW，而预测到2035年需要的发电
设备容量将达到9300GW。但同时，目前正在运行的发
电设备，受到设备老化、为了降低二氧化碳排放、燃料
自然能源 水力 原子能 燃气 石油 煤炭 费急剧上涨等的影响，需要进行更新换代。根据IEA报
40000
告的预测，截止2035年，相当于当前发电设备容量的
约1/3的2000GW的发电设备需要更新，并需要新建
）
h30000 5900GW的发电设备。
W
T
（
求
需20000 2.2　日本的能源动向
源
能 图3显示了日本发电电量的结构。2011年3月东
力
电10000 日本大地震中福岛第一原子能发电站受到海啸灾害的影响，
原子能发电站停止了运行，我们正在研究推广确保电力稳
0 定供应的措施。原子能发电站是否要重新运行在全国范围
2010 2015 2025 2035
内得到持续争论。在2012年9月日本政府提出的“革
（年）
新性能源·环境战略”中提到，为了确保能源的稳定供应，
图1　世界的电力能源需求 必须高度利用火力发电、高度利用热电联产等热能、加强
富士电机技报　2013 vol.C5 no.3
148（2）
创造能源技术的现状与展望 现状与展望
自然能源
1.4%
水力
9.0%
煤炭
原子能 25.0%
10.7%
发电电量
955TWh
石油
14.4%
液化天然气
39.5%
图4　冲绳电力株式会社 吉之浦火力发电站
　　 （ 照片提供：冲绳电力株式会社）
（出处：电气事业连合会） 专
辑
图3　日本的发电电量的结构 近页岩气的开发以美国为中心得到急速发展，对燃气轮机 ：创
的期望更加提高。 造
能
开发和应用新一代能源相关技术等战略方向。特别是针对 富士电机也开展了联合循环发电相关工作。如图4所 源
电力的稳定供应，其核心是增强火力发电站和强化可再生 示，在冲绳电力株式会社吉之浦火力发电站，进行了联 技
术
能源的应用。在增强火力发电站方面，引进以天然气为燃 合循环发电设备（2台，251MW）的建设。2012年11
—
料的高效率的联合循环发电和以煤炭为燃料的超超临界压 月，1号机结束了综合试验，开始了商业运营。2号机以 发
（＊1） 电
力火力发电（USC）等得到了广泛的关注。在可再生能源 2013年5月开始商业运营为目标，正在抓紧进行综合试
成
方面，以截止2030年达到发电300TWh（目前的3倍 验。该发电设备是与西门子公司协作生产的，是组合了西 套
设
以上）为目标，与2012年7月开始实施的“可再生能源 门子公司产燃气轮机（STG6-4000F，F级）和富士电机
备
定价收购制度”相互促进，可再生能源的应用势头十分迅 开发的单汽缸轴流排气再热汽轮机及发电机的单轴式联合 与
新
猛。 循环发电设备。成套设备的性能试验证明效率达到51%
能
（＊2）
（HHV标准）以上，在短时间的负荷响应功能、频率调制 源
—
　火力发电 功能等方面也超出了最初的计划，获得良好结果。
如图1所示，目前火力发电占全球电力能源需求的比 今后，联合循环发电将通过提高燃气轮机燃烧温度来
例约为67%，通过促进可再生能源的应用，至2035年 提高热效率并逐步实现大型化。西门子公司也开发了提高
将降低至57%。另一方面，总电力需求，将增长至1.5 燃烧温度的大容量H级燃气轮机，通过实际的联合循环
（＊2）
倍。其中，从削减二氧化碳排放和包括燃料费用的经济性 发电设备实现了大幅超过60%（LHV标准，送电端）的
角度出发，石油火力发电将减半，以天然气为燃料的联合 世界最高效率。富士电机将继续推进汽轮机及发电机的高
循环发电将增长至1.8倍，煤炭火力发电也将以新兴国 性能化和设备的小型化，积极参与国内外的联合循环发电
家为中心而增长至近1.4倍。 （请参照第171页“单轴式联合循环发电设备用浸渍绝缘
今后，在火力发电领域，以天然气为燃料，组合了燃 氢间接冷却汽轮发电机”。）
气轮机和汽轮机的高效率联合循环发电以及以煤炭为燃料，
通过蒸汽条件高温、高压化以提高热效率的超超临界压力 3.2　煤炭火力发电
火力发电（USC）将成为主流。 煤炭火力发电，由于其优越的经济性，以新兴国家为
中心得到了广泛的应用。在先进国家中，虽然由于受到降
3.1　联合循环发电 低二氧化碳排放的要求而使新开发受到了限制，但由于超
联合循环发电效率高、二氧化碳排放量少，能够为防 超临界压力汽轮机的开发而带来的高效率化以及煤炭气体
止全球气候变暖作出贡献，同时具有启动时间短、对负荷 化等新技术的开发，煤炭火力发电的价值正在得到重新认
变化的响应性能良好等特征，将在今后的火力发电中占据 识。
重要位置。此外，到目前为止一直以天然气为燃料，但最 富士电机在中等容量发电设备领域，向世界各国交付
（＊1）超超临界压力火力发电（USC） （＊2）HHV，LHV 和不包括水蒸气潜热的低位发热量（LHV：Lower
所使用蒸汽条件为超超临界压力（蒸汽温度 使处于一定状态的单位量的燃料在绝热条件下 Heating Value）。
593℃以上、蒸汽压力24.1MPa以上）的火力发 完全燃烧，将其燃烧气体冷却至原来温度时所放散
电技术。能够消减用于使水气化的热能量，实现高 的热量称为“发热量”。发热量分为包括水蒸气潜
效率发电。 热的高位发热量（HHV：HigherHeating Value）
富士电机技报　2013 vol.C5 no.3
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现状与展望 创造能源技术的现状与展望
了众多的高性能、高可靠性煤炭火力发电设备。最近，正
在进行为越南海防火力发电站提供汽轮机、发电机（4台、
300MW）、为宜山火力发电站提供汽轮机、发电机（2台、
300MW）等相关工作。
在超超临界压力火力发电方面，通过与西门子公司
合作，正在交付电源开发株式会社矶子火力发电站1号
机的轮机、发电机（1台，600MW）。采用主蒸汽温度
600℃、再热蒸汽温度610℃，通过先进的叶栅设计，
实现了较高的成套设备效率，为减少二氧化碳和提高经济
效益作出了贡献。今后，要通过进一步提高汽轮机的主蒸
汽的高温、高压以提高效率。另一方面，提高汽轮机的可
靠性的也是重要问题。为此，除了提高汽轮机叶栅的性能 图5　新西兰Nga Awa Purua地热发电站
之外，还持续加强转子材料、汽缸材料、汽轮机叶片材料
专
辑 的开发以及提高汽轮机叶片的耐腐蚀性能、腐蚀监测技术 最近，于2012年12月交付了为印度尼西亚的Ulubelu
：创 的开发等。 地热发电站制作的地热发电设备（2台、55MW）（请参
造 作为下一代汽轮机，以进一步提高效率为目标正在积 照第153页“火力、地热发电站的成套设备技术”）。
能
源 极开发蒸汽温度700℃级的先进超超临界压力火力发电 地热发电时地热流体中含有大量腐蚀性气体和不纯物，
技 （A-USC）。富士电机也参与策划了经济产业省的“先进 会产生腐蚀、侵蚀·腐（＊蚀4）、附着水垢等问题。富士电机以
术
超超临界压力火力发电实用化关键技术开发”项目，正在 通过大量交付所获得的检查、维护数据和现场的实际验证
—
发 加强技术开发（请参照第166页“火力发电站用汽轮机的 试验数据为基础进行研究，开发了汽轮机叶片、汽缸用最
电
最新技术”）。 佳材料及镀层技术，提高了汽轮机、发电机、附属设备的
成
套 可靠性。在提高可靠性的同时，提高性能也非常重要，同
设
　地热发电 时加强了耐腐蚀性强的高效率汽轮机叶片等的开发（请参
备
与 照第157页“最新的地热汽轮机提高耐腐蚀性及性能的
新
地热发电在可再生能源中也具有、第一，无因天候等 技术”）。
能
源 变化而导致的输出变动，能够作为基本装机加以利用、第 双工质发电方式因能够有效利用温度相对较低的地热
—
二，设备利用率高、第三，经济性能良好等特征，其开发 热水而得到开发，作为小型地热发电而被采用的前景受到
利用在世界地热资源拥有国家得到重视。 广泛期待。另一方面，由于在闪蒸发电方式中返回回灌井
地热资源在环太平洋地区（日本、美国、印度尼西亚、 的还原热水仍具有热能，因此也能够应用于双工质发电方
菲律宾、新西兰、智利）及非洲地区（肯尼亚、埃塞俄比 式。富士电机将这种发电方式称为混合地热发电，希望藉
亚）等地区广泛存在，各国正在积极展开地热发电的开发。 此为提高发电站整体的能源回收效率而作出贡献。温度较
据称，日本是仅次于美国、印度尼西亚的第3位地热资 低的还原水易于生成硅垢，因此需要防止回灌井变狭窄。
源拥有国（约23.5GW）。富士电机着眼于地热发电，自 富士电机还进行了还原热水的硅垢生成的相关研究，应用
1960年代开始积极进行地热发电设备的研究开发，交付 其成果以推动混合地热发电的普及（请参照第161页“利
了大量高可靠性的地热发电设备，在世界上占有很高的市 用地热热水双工质发电系统中的硅垢对策技术”）。
场份额。
地热发电有如下所示的两种方式。分别是通过对地下 　可再生能源
喷出的高温热水、蒸汽进行减压沸腾以获得蒸汽，直接用
于地热汽轮机的大型闪蒸发电方式，以及利用温度较低的 防止全球气候变暖作为社会性使命具有重要意义，采
地热热水来蒸发沸点低的中间介质，再通过其蒸汽使汽轮 用不排放二氧化碳的可再生能源在世界各国得到积极推
机旋转进行发电的小容量的双工质发电方式。 广。在IEA报告中，预测可再生能源的采用将以每年6
在闪蒸发电方式方面，于2010年10月，在新西 ～8%的增幅增长。在日本的国家能源政策中，对能源
兰的Nga Awa Purua地热发电站（图5）交付了采用三 的最佳配置、分散型能源系统、构建智能社区等进行了研
（＊3）
级闪蒸发电方式的世界最大容量140MW地热发电设备。 究，其中可再生能源的定位变得更加重要。可再生能源的
（＊3）三级闪蒸发电 （＊4）侵蚀·腐蚀
对以热水形式获取的地热资源进行减压，使蒸 指因侵蚀（因流动、固体颗粒导致的机械性侵
汽和热水分离，将分离后的蒸汽输送至汽轮机以进 蚀）和腐蚀（在腐蚀性溶液中的电化学型腐蚀）的
行发电的方式，被称为闪蒸方式。分三阶段进行该 相互强化作用而导致的金属厚度加速减薄现象。
蒸汽和热水分离的方式被称为三级闪蒸发电，能够
最大限度地利用获取的地热资源。
富士电机技报　2013 vol.C5 no.3
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创造能源技术的现状与展望 现状与展望
定价收购制度适用于太阳能、风力、地热、中小水力、生 能够降低直流侧损耗，同时通过实现户外型设备，可取消
物质发电等，规定将在限定的期间内按照固定价格对发电 PCS设置用建筑等，有助于降低建设成本。在系统设计
电力进行收购。因此，可再生能源的发电供应商更便于制 领域，通过匹配环境的太阳能模块和阵列的优化、降低配
定业务计划，可再生能源发电的采用得到提振。目前，建 电损失、计划满足系统并网要求的并网设备、监视控制的
设较为方便的太阳能发电的采用已得到发展，继其之后风 智能化和云计算化等，实现了在考虑设置环境和经济性的
力、地热发电等的采用将得到发展。富士电机一直在加强 基础上，提高综合系统设计技术（请参照第175页“大规
可再生能源发电机器和设备的研究开发，并致力于高效率、 模太阳能发电系统技术”）。
（＊5）
高性能机器的产品化和采用EPC方式的成套设备建设。 此外，富士电机还在山梨工厂的闲置用地上建设
2MW的太阳能发电设备。在这里，进行所开发的PCS、
5.1　太阳能发电 系统并网设备的实际验证，收集有关确认产品可靠性并进
太阳能发电可分为设置于住宅屋顶的小型太阳能发电 行改善所需的数据，同时还用于对施工技术进行改进。该
和主要设置于地面的大规模太阳能发电（大型太阳能发电 发电设备计划于2013年3月末竣工，将充分利用在这
站）两大类。富士电机以大型太阳能发电站为中心开展业 里获得的实际验证数据和施工技术有效性验证结果，为建
专
务活动。对于太阳能发电系统，重要的是如何提高经济效 设高性能、高经济性的太阳能发电系统做好基础准备。 辑
益。除了增加单位面积的发电量之外，减小发电系统的损 ：创
失、通过提高设备的可靠性以提高开工率来增加全年发电 5.2　风力发电 造
能
电量以及降低太阳能板的设置和配线等施工工程成本都属 风力发电在可再生能源中也拥有重要的一席之地。在 源
于关键因素。 日本，迄今为止的主流是陆基型风力发电，规模也比较 技
术
富士电机充分利用迄今为止积累的电力电子技术和 小。今后，从经济效益的角度出发，大规模风力发电（风
—
系统设计技术，构建高经济性的太阳能发电系统。在电 力发电厂）由于受到设置场所限制，将重视海上风力发 发
电
力电子技术领域，领先于业界开发了应用AT-NPC（Ad- 电，单机发电容量也将逐步采用3～5MW级的大型风
成
vanced T-type Neutral-Point-Clamped ）三电平转 力发电设备。富士电机专注于风力发电设备用大型发电机、 套
（＊6） 设
换回路的DC1000V、1MW的百万瓦级太阳能发电站 PCS及电力稳定化装置等。
备
用功率调节器（PCS）（图6）。通过采用AT-NPC三电 风力发电通常采用通过增速机增高风车转速，使发电 与
新
平转换电路，大幅降低了开关损耗和滤波器损耗，实现 机高速旋转的双馈方式。但是，当采用海上风力等而使发
能
了98.5%的世界最高效率。通过采用1000V直流输入， 电容量增大时，需要配套的大型的增速机，同时起因于增 源
—
速机的故障、维护课题将更加重要。在最近有一种趋势，
大型风力发电开始采用不用增速机的直接驱动方式。
富士电机进行了应用于直接驱动方式的3000kW永
磁同步发电机的研发，并实现了产品化。直接驱动方式中
转速仅为15min-1左右的低速，采用大型发电机，但通
过采用使用永磁式励磁发电方式，并对通风、冷却方式和
绕组方式、结构进行优化，实现了小型、轻量化和高性能
化。此外，该方式需要发电机全容量的大型PCS，将利
用富士电机拥有的电力电子技术的AT-NPC三电平转换
电路应用于PCS，实现了高效率化（请参照第185页“风
力发电用永磁同步发电机”）。
在冷却方面，考虑到应用于海洋风力，采用了水冷方
式而不是使用外气的空冷方式，同时具有标准配备FRT
（＊7）
功能等特征。
图6　户外型PCS（DC1000V，1MW）
（＊5）EPC （＊6）AT-NPC三电平转换电路 （＊7）FRT功能
Engineering Procurement and Construc- 相对于常规的二电平转换电路的2级输出电 FRT（Fault Ride Through）功能是指当系统
tion的缩略语。指成套设备建设时的劳务范围中的 压电平，三电平转换电路要多1级。其结果是逆 出现三相短路或二相短路事故时，不是立即停止逆
工程设计、资材及机械和材料的提供、建设工程。 变器的输出线电压波形更加接近正弦波，具有装置 变器输出，而是进行动作在规定范围内输出三相电
将综合承包这些劳务称为EPC方式或EPC业务。 的LC滤波器小型化和高电力转换效率等优点。原 流、抑制系统的电源变动，继续保持运行的功能。
有的三电平电路接线于直流电源的中间电位点， 该规定范围包括瞬低的时间和电压下降范围，由各
因此被称为NPC（Neutral-Point-Clamped）方 国进行了规定。
式。AT-NPC（Advanced T-type NPC）方式通
过组合不同额定电压的元件、中间元件采用逆阻型
IGBT（RB-IGBT），与原有方式相比实现了电路的
简单化以及高电力转换效率。
富士电机技报　2013 vol.C5 no.3
151（5）
现状与展望 创造能源技术的现状与展望
此外，由于风力发电的输出时刻发生变化，因此对电 愈发重要。
力质量的影响也成为重要课题。富士电机采用增加蓄电池 希望将富士电机擅长的电力电子技术和控制技术相结
和电力稳定化装置的方法，通过蓄电池的充放电控制来抑 合，不断开发引领潮流的创造能源新设备。
制风力发电的输出变动，同时促进了提高电力系统的电压、 富士电机同时还致力于智能社区的构建。为了构建智
频率质量的电力稳定化装置的实用化等，为风力发电的推 能社区社会，创造能源、节省能源、电力电子、能源最佳
广作出了有益贡献（请参照第180页“用于风力发电的功 化控制、信息通信等的集成非常重要，我们将发挥富士电
率调节器及转换器的电路·控制技术”）。 机的综合力量为社会持续作出贡献。
　后记 参考文献
⑴　International Energy Agency，World Energy
今后，全球电力能源需求将大幅增长，创造电力能源 Outlook2012.
的“创造能源”也将承担更加重要的责任。为了实现电力
的稳定供应和低碳社会，富士电机将继续推进创造能源的 米山　直人
专
辑 相关业务。今后，富士电机仍将继续加强大型火力发电、 富士电机株式会社执行董事常务，发电·社会
：创 地热发电的研究开发，提供高效率、高性能、高可靠性的 基础设施事业本部长。电气学会会员。
造 发电设备。可再生能源是不排放二氧化碳的环保能源，在
能
源 能源的最佳配置中占有重要定位。在可再生能源领域，不
技 仅仅是发电功能，系统并网技术、提高稳定度技术也变得
术

—
发
电
成
套
设
备
与
新
能
源
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富士电机技报　2013 vol.C5 no.3
152（6）
创造能源技术
专辑 -发电成套设备与
　新能源-
火力、地热发电站的成套设备技术
Power Plant Technologies for Thermal and Geothermal Power Plants
尾上　健志 ONOE Kenji 山形　通史 YAMAGATA Naofumi 上野　康夫 UENO Yasuo
在火力、地热发电站的建设中，有许多关键技术具有相关性。本文将通过近年来已经建成的成套设备，对其中的主要技术
进行说明。吉之浦火力发电站是冲绳电力株式会社首次采用液化天然气作为燃料的单轴式联合循环火力发电站，其容量在冲绳
本岛内为最大。对燃气轮机和汽轮机装上自由调速控制装置，提高了响应性能。Ulubelu地热发电站是在印度尼西亚的第二次
电源开发计划中开发的第一个地热发电站，作为示范成套设备受到了关注。该站进行了气体抽出设备的混合化和主要机器配置
的整体最优化等。
专
In construction of thermal and geothermal power plants, many kinds of elemental technologies are concerned. This paper describes about main 辑
technologies in plants completed in recent years. The Yoshinoura Thermal Power Station is Okinawa Electric Power Company’s fi rst LNG-fueled ：
创
single-shaft combined-cycle thermal power plant, and has the largest capacity generator in Okinawa Island. Governor-free control system is adopted
造
both for gas turbine and steam turbine to enhance response to variation of frequency. The Ulubelu Geothermal Power Station is the fi rst geothermal 能
power plant developed under the Second phase of Indonesian government’s electricity crash program, and has received attention as a model case. 源
Hybrid gas-extractor facilities and overall optimization in arrangement of major equipment have been achieved. 技
术

—
发
　引言
电
成
套
冲绳电力株式会社吉之浦火力发电站（1号机）和
设
Ulubelu地热发电站于2012年开始运行。由富士电机交 备
与
付的这两套发电设备均为该地区的电力系统中的主力设备，
新
是在以客户为首的利益相关者的关注之下开展的项目。 能
源
吉之浦火力发电站的1号机是由富士电机采用工程总
—
承包（EPC）方式完成的燃气轮机联合循环（GTCC）最大容
量机型，同时也是冲绳本岛上的最大容量设备。Ulubelu地
热发电站位于电力系统较脆弱的印度尼西亚苏门答腊岛，并
且是建设在高地上的地热发电站，在该岛上也属于大规模容 图1　吉之浦火力发电站全景
量的发电站。
本文将以这些发电站为例，对火力、地热大型项目中的
成套设备技术进行说明。 2.2　与配置设计及建设相关的成套设备技术
在发电设备方面，自2011年3月起开始安装1号
　冲绳电力株式会社 吉之浦火力发电站 机排热回收锅炉，5月开始安装1号机燃气轮机、发电机、
汽轮机。这些大型机器从新设于发电站内的卸货栈桥卸货，
2.1　成套设备概要 使用低地板拖车搬入机房内部，采用动力千斤顶方式安装在
富士电机与西门子公司向冲绳电力株式会社吉之浦火力 汽轮机机房内的基础上。
发电站交付了单轴式联合循环发电设备。 过去，由1号机燃气轮机、发电机、汽轮机组成的主
图1为吉之浦火力发电站的全景。 机被布置于汽轮机机房的3楼，因此机房高度需要超过
考虑全球气候变暖对策，该发电站采用效率比煤炭火力 25m以上，但本发电站通过将主机的轴心设定为底层的地
更高、二氧化碳排放量减半的液化天然气联合循环火力发电 面高度＋5.5m，使汽轮机机房的高度为约20m，远低于
站。1号机、2号机的发电输出均为251MW，是冲绳本 传统设计，降低了厂房建设成本。在机房内将机器、管道、
岛上的最大容量设备，能够满足县内约20%的供电需求。 电气设备紧凑布置于上下左右，因此虽然预计各种安装作业
燃气轮机采用西门子公司生产的1400℃级SGT6- 会出现拥挤，但通过进行工程、作业的合理调整，最终在无
4000F型（F级）产品，采用了由燃气轮机-发电机-联轴 事故、无灾害的前提下完成了1号机的安装工程。图2所
器-汽轮机结构的单轴式联合循环发电方式。用于发电机 示为将燃气轮机安装于基础上。
起动用的电动机采用了静止型频率转换装置，在起动时通过 在机器设备的搬运过程中，充分考虑了冲绳地区特有的
联轴器分离汽轮机以降低起动损失。1号机已于2012年 气象条件—台风多次来袭的情况。考虑到台风导致的船舶停
11月开始商业运营，2号机于2013年5月开始商业运营。 航、为了避免因强风造成的户外作业的暂停、受灾恢复等而
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火力、地热发电站的成套设备技术
行了周密的计划。在设备方面，对在切断负载后通过联轴器
（位于汽轮机和发电机之间，可分离的结合设备）使汽轮机
分离、停止，切换至燃气轮机无负载独立运行进行了确认。
由于本发电设备的容量相当于整个电力系统容量的
20%，因此本发电设备在维持电力系统的频率方面具有重
要意义。必须具有对短时间内可能发生变化的电力需求能够
做出迅速响应的负载变化功能和频率响应功能。本发电设备
具备针对从最小负载至最大负载的范围内的常规运行，能够
同时具有EDC（经济负载分配控制）、AFC（自动频率控制）
〈注2〉
及GF（自由调速）控制的运用功能。作为特色功能，本设备
不仅具备单轴连接燃气轮机的自由调速控制，而且为了有效
利用高压蒸汽包的蓄热，汽轮机也具备自由调速控制功能。
图2　燃气轮机安装至基础上 藉此，可通过汽轮机弥补起因于燃料控制系统的燃气轮机输
专 出控制的微量延迟，在响应性试验中通过调整响应性能及负
辑
导致工程发生延误，对每天台风的发生情况和行进路线进行 载响应范围，获得了满足要求的结果。
：
创 预测，进行了作业内容的合理替换和未完工部分的合理处理 在2012年10月实施的设备整体性能测试中，确认能
造
能 等。从而，将气候对安装工程的影响降低至最低限度，确保 够达到国内采用的1400℃级燃气轮机（F级）的最高效率
源
了于2012年5月开始试验。 级别的51%（HHV基准）以上的输出。确认了通过增加了
技
术 旨在实现常规运用负载范围内的低NOX排放浓度而采用的
— 2.3　控制技术及成套设备技术 2级式燃烧器和脱硝装置，NOX排放浓度大幅低于5ppm
发
2012年5月，作为1号机试运行过程中的第一个重 （16%氧气换算）。在2012年11月26日至27日期间，
电
成 要事项，实施了燃气轮机的首次点火。 进行了作为使用前自主检查的最终试验的热运行试验，于
套
随后，在进行燃气轮机无负载运行、燃烧调整的同 11月27日正常开始了商业运营。
设
备 时，进行了排热回收锅炉的热水清洗及蒸汽配管的吹扫运行。
与 〈注1〉
2012年6月以6MW的输出进行了向系统的首次并网， 2.4　今后的展开
新
能 开始了设备的整体试运行。在时间跨度长达6个月的整体 本项目是在国内大型商业用联合循环发电设备中首次采
源
负载运行中，在冲绳电力株式会社的协助下，切实进行了在 用西门子公司产燃气轮机。在世界上100MW以上燃气轮
—
切断负载试验之前的各机器的静态特性确认、在切断负载试 机交付业绩方面，西门子产燃气轮机按台数计算一直保持占
验之后的各机器的动态特性确认。 据市场份额的40%以上。除了具有大量交付业绩的F级燃
冲绳本岛的电力系统独立于其他电力公司的电力系统。 气轮机之外，H级燃气轮机（SGTx-8000H）的订单也非
在当发电容量相当于整个电力系统的20%的该发电设备并 常可观。
网运行的状态下，如果在试验过程中发生问题，很可能会给 富士电机将以吉之浦火力发电站的交付业绩为基础，进
冲绳本岛的电力供应带来极大影响。因此，尤其是完全切断 一步加强在国内对联合循环火力发电站的推广。
负载试验是在非常紧张的状态下进行的（图3）。
为了降低实施试验时电力供应量变动对电力系统带来的 　Ulubelu地热发电站
影响，也就是维持电力系统的供需平衡，冲绳电力株式会社
对与连接至电力系统的其他发电站进行协调，对供应体系进 3.1　Ulubelu地热发电站项目概要
本项目的总承包方为住友商事株式会社（以下简称住友
商事），采用2×55MW地热发电设备（Portion-A）、变
电设备（Portion-B）、输电线（Portion-C）的设计采购施
工总承包的EPC合同形式于2010年2月接受了印度尼
西亚国有电力公司PT.PLN（以下简称PERSERO）的订单。
富士电机与当地的工程公司PT.RekayasaIndustr（i 以下简
称Rekayasa公司）从住友商事进行了分包。富士电机的主
要任务是主管技术、负责以蒸汽轮机为首的主要设备的设计、
制造、供应及试运行。Rekayasa公司负责BOP（成套设
备附属设备）的设计、供应及土建、安装工程。
印度尼西亚政府为了消除国内的电力不足，正在扩大
〈注1〉并网：将发电机连接至供电系统以开始供电
图3　负载切断试验时的中央操作室 〈注2〉 GF（自由调速）控制：与系统频率变动匹配，使负载变动的功能
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