火力発電所における高圧インバータ：効率の向上と排出量の削減

熱力発電は依然として世界のエネルギー構成において重要な役割を果たしていますが、従来のシステムはエネルギー消費量と排出量が高いという課題に直面しており、より環境に優しい運転のために革新が必要です。高電圧インバータは、モーターの速度を制御することにより、発電所におけるエネルギー効率と排出量削減の効果的な解決策を提供します。

1 高電圧インバータの概要

高電圧インバータは、周波数を調整することで高電圧モーターとトランスの制御を行い、エネルギー節約、効率向上、設備寿命の延長を可能にします。インバータ、遮断器、隔離スイッチ、トランジスタからなるこのシステムは、安定した性能を発揮するために一貫して動作します。インバータは、コアとして動的に電圧と周波数を調整し、負荷要求に合わせて最適化することで、運転を最適化します。これによりエネルギー使用量が減少し、頻繁な起動や過負荷による損傷が最小限に抑えられ、設備の寿命が延びます。

遮断器は過負荷やショートサーキットから保護し、隔離スイッチはメンテナンス中の安全性を確保します。トランジスタは正確な電流制御を可能にし、運転精度を高めます。これらの信頼性の高い部品は、ファン、ポンプ、コンプレッサーなどの効率的な駆動のために、電力、石油、化学、冶金業界で広く使用されています。

2 熱力発電における適用価値
2.1 ボイラー効率の向上

ボイラーはエネルギー変換の中心であり、プラントの効率と排出量に直接影響を与えます。高電圧インバータは、給水ポンプ、強制通風機、誘導通風機の段階なしの速度制御を可能にすることで、ボイラーの性能を向上させます。これにより、負荷と燃焼ニーズに基づいて動的に調整し、最適な水、空気、煙道ガスの流れを維持することができます。正確な制御により、供給過剰によるエネルギー浪費が減少し、不十分な空気による不完全燃焼も防げます。これにより熱効率と安定性が向上し、機械的な摩耗と振動が減少し、設備の寿命が延び、メンテナンスコストが低減されます。

2.2 タービンの熱損失の削減

蒸気タービンは発電に不可欠ですが、熱損失によって効率が低下し、コストが増加します。高電圧インバータは、蒸気の取り入れと速度制御を正確に行うことでこれを軽減します。固定弁制御とは異なり、インバータは負荷要求に応じてリアルタイムで蒸気流量を調整し、タービンを最高効率ゾーンに保ちます。また、起動、停止、負荷変更時の速度移行を滑らかに行い、エネルギーロスと機械的ストレスを軽減し、信頼性と経済性能を向上させます。

2.3 プラントの電力消費量の削減

ポンプやファンなどの補助設備は大量のプラント電力を消費し、純出力と経済性に影響を与えます。高電圧インバータは、段階なしのモーター速度制御を可能にすることでこれを削減します。これにより実際の負荷需要に応じて電力を調整し、「過大なモーター」の問題を回避し、エネルギー使用量を削減します。例えば、冷却ポンプやファンのインバータは、需要に応じて流量を調整し、浪費を最小限に抑えます。また、補助設備の効率を高め、変動による摩耗を減らし、寿命を延ばし、メンテナンスとダウンタイムのコストを低減します。

3 熱力発電における具体的な適用
3.1 ボイラーシステムでの適用

基本的な速度制御を超えて、高電圧インバータは高度なボイラーオプティマイゼーションをサポートします。センサーとデータ分析との統合により、炎温度、煙道ガス、酸素濃度を監視し、燃料と空気を調整してピーク効率とNOxおよびSOxの低排出を達成するスマートな燃焼制御を可能にします。

また、負荷追従能力も向上します。予測アルゴリズムを使用して、インバータはグリッド需要を予測してボイラー出力を調整し、柔軟性を高め、負荷変動による損失を減らします。DCSおよびSISとの深いつながりにより、タービンと発電機との協調制御が可能になり、データ共有と統一されたスケジューリングを通じて全体的なプラント効率と応答を最適化し、スマートで効率的なプラント変革を支援します。

3.2 凝縮ポンプシステムでの適用

従来の凝縮ポンプは固定速度で動作し、エネルギーを浪費します。高電圧インバータは、凝縮水量（図1）に基づいて正確な速度制御を可能にすることでこれを解決します。低負荷時にはポンプが遅くなりエネルギーを節約し、高負荷時には供給を維持するために速くなります。

システムはモーターの温度、電流、電圧をリアルタイムで監視し、組み込みの保護機能を使用して過負荷や故障を防ぎ、設備の寿命を延ばします。ボイラーとタービン制御との統合により、蒸気-水サイクルが最適化され、効率が最大化されます。リモート監視と故障診断により、早期に問題を検出し、計画外の停止を防ぐことができます。データ分析によりさらなるエネルギー節約が可能になり、経済性能も向上します。

3.3 除塵システムにおける高電圧インバータの適用

高電圧インバータの除塵システムへの適用は、熱力発電所の環境性能とエネルギー効率を改善する新しいソリューションを提供します。柔軟な速度制御、スマートな調整、顕著な環境利点を持つ高電圧インバータは、除塵システムのアップグレードと最適化における主要な選択肢となっています。

具体的には、発電所の除塵システムにおける高電圧インバータ制御プロセスには、ランス位置設定、偏差計算、PLC制御、可変周波数速度制御、フィードバック最適化などの重要なステップが含まれます（図2）。酸素ランスの位置は除塵効率にとって重要です。従来の方法では固定設定を使用しており、煙道ガスの組成と除塵性能に基づいてリアルタイムで調整することはできません。一方、高電圧インバータは高精度センサーを統合し、煙道ガス内の塵濃度と酸素含有量をリアルタイムで監視し、プリセットアルゴリズムを使用して最適なランス位置を動的に計算します。この過程では、インバータはモーター速度制御だけでなく、位置調整のための閉ループフィードバックにも参加し、位置命令に対する正確かつ迅速な応答を確保します。

プログラマブルロジックコントローラ（PLC）は、システムのすべての部品の動作を調整するコア制御ユニットです。高電圧インバータとPLCの緊密な統合により、除塵システムの各部分に対する細かい制御が可能になります。PLCからの制御信号を受け取ることで、インバータは現在の煙道ガス流量と塵濃度に合わせて除塵ファンの速度を正確に調整します。このリアルタイムデータ駆動型の速度制御戦略により、除塵効率が向上し、過度な吹き付けによるエネルギー浪費と設備の摩耗が防げます。

高電圧インバータの適用は単純な速度制御を超えて、フィードバックメカニズムを通じて制御戦略の継続的な最適化を可能にします。塵排出濃度や煙道ガスの透明度などの主要指標をリアルタイムで監視し、フィードバックデータに基づいて自動的に制御パラメータを調整することで、適応制御を達成します。この継続的な最適化により、システムの安定性と信頼性が大幅に向上し、運用とメンテナンスコストが削減されます。

4 結論

以上のように、高電圧インバータの熱力発電における広範な適用—スマートなボイラーマネージメント、効率的な凝縮ポンプ制御、環境に配慮した除塵—はその大きな可能性と価値を示しています。正確な速度制御、スマートなシステム最適化、リアルタイムフィードバック制御を通じて、高電圧インバータはエネルギー効率と環境性能を大幅に向上させるとともに、システムの柔軟性と安定性を高め、発電所の継続的、効率的、安全な運転に堅固な技術的支援を提供します。