发电系统以及发电系统的运转方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将固体氧化物型燃料电池、燃气轮机、蒸气轮机组合而成的发电系统以及发电系统的运转方法。
【背景技术】
[0002]固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell:以下称为SOFC)作为用途广泛的高效率燃料电池而被公知。该SOFC为了提高离子导电率而增高工作温度，因而能够将从燃气轮机的压缩机喷出的压缩空气作为向空气极侧供给的空气(氧化剂)来使用。另外，能够将自SOFC排放的高温的燃料气体排气作为燃气轮机的燃烧器的燃料来使用。
[0003]因此，例如，如下述专利文献I所记载的那样，作为能够实现高效率发电的发电系统，提出有各种将S0FC、燃气轮机、蒸气轮机组合而成的系统。在该专利文献I所记载的复合系统中，燃气轮机具有将空气压缩并向SOFC供给的压缩机、和由自该SOFC排放的燃料气体排气和压缩空气生成燃烧气体的燃烧器。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2009-205932号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的课题
[0008]在上述现有的发电系统中，在SOFC起动时，从开始向SOFC供给燃料气体起的一定期间内，自SOFC排放的燃料气体排气的成分不稳定。因此，在该期间内，变得难以将燃料气体排气向燃烧器供给。另外，在发电系统中，所需燃料的卡路里根据燃气轮机的输出而发生变动。若所需燃料的卡路里发生变动，则投入的燃料气体排气的量也发生变动。因此，产生未能向燃烧器供给的燃料气体排气，从而不能高效地利用燃料气体排气。
[0009]本发明解决上述课题，其目的在于，提供一种能够高效地利用从燃料电池排出的燃料气体排气的发电系统以及发电系统的运转方法。
[0010]用于解决课题的方案
[0011]用于实现上述目的的本发明的发电系统的特征在于，具有:燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；燃料电池；燃料气体排气供给线路，其将从所述燃料电池排出的燃料气体排气向所述燃气轮机供给；燃料气体排气排出线路，其与所述燃料气体排气供给线路连接；加热机构，其使通过所述燃料气体排气排出线路供给的所述燃料气体排气燃烧，从而对加热对象进行加热；以及控制部，其控制从所述燃料电池排出的所述燃料气体排气的供给对象。
[0012]因此，通过设置加热机构，能够通过加热机构使未向燃气轮机供给的燃料气体排气燃料。由此，能够高效地利用从燃料电池排出的燃料气体排气。
[0013]在本发明的发电系统中，其特征在于，还具有热交换器，该热交换器对从所述燃气轮机排出的废气所包含的热量进行回收，所述加热机构包括废气加热部，该废气加热部使所述燃料气体排气燃烧，从而对向所述热交换器供给的废气进行加热。
[0014]因此，可增加能够由热交换器回收的热量。由此，能够高效地利用从燃料电池排出的燃料气体排气。
[0015]在本发明的发电系统中，其特征在于，所述加热机构包括蒸气产生部，该蒸气产生部使所述燃料气体排气燃烧，从而产生向供给至所述燃料电池的燃料气体供给的蒸气。
[0016]因此，能够使燃料气体排气燃烧而生成蒸气。另外，能够在发电中利用蒸气所包含的热量。由此，能够高效地利用从燃料电池排出的燃料气体排气。
[0017]在本发明的发电系统中，其特征在于，所述加热机构包括空气加热部，该空气加热部使所述燃料气体排气燃烧，从而对向所述燃料电池供给的空气进行加热。
[0018]因此，能够使燃料气体排气燃烧而加热空气。另外，能够在发电中利用加热后的空气所包含的热量。由此，能够高效地利用从燃料电池排出的燃料气体排气。
[0019]在本发明的发电系统中，其特征在于，所述加热机构包括燃料气体加热部，该燃料气体加热部使所述燃料气体排气燃烧，从而对向所述燃料电池供给的燃料气体进行加热。
[0020]因此，能够使燃料气体排气燃烧而加热燃料。另外，能够在发电中利用加热后的空气所包含的热量。由此，能够高效地利用从燃料电池排出的燃料气体排气。
[0021]在本发明的发电系统中，其特征在于，具有状态检测部，该状态检测部对比所述燃料气体排气排出线路靠上游侧的所述燃料气体排气的状态进行检测，在基于由所述状态检测部检测到的结果判断为燃料气体排气的状态稳定的情况下，开始向所述燃气轮机供给所述燃料气体排气。
[0022]因此，能够将状态稳定的燃料气体排气向燃气轮机供给。由此，能够使燃气轮机高效地运转，并且能够使控制简单。另外，由于状态不稳定的燃料气体排气能够在加热机构中得到有效利用，因而能够有效地利用燃料气体排气。
[0023]在本发明的发电系统中，其特征在于，具有流量检测部，该流量检测部对从所述燃料电池向所述燃料气体排气供给线路以及所述燃料气体排气排出线路供给的燃料气体排气的流量进行检测，所述控制部基于所述流量检测部的检测结果，来控制向所述燃料气体排气供给线路供给的燃料气体排气的流量和向所述燃料气体排气排出线路供给的燃料气体排气的流量。
[0024]因此，能够将未向燃气轮机供给的燃料气体排气向加热机构供给。由此，能够抑制向燃气轮机供给过量的燃料气体排气的情况，从而能够高效地运转，并且能够使控制简单。另外，由于未向燃气轮机供给的燃料气体排气能够在加热机构中得到有效利用，因而能够有效地利用燃料气体排气。
[0025]另外，在本发明的发电系统的运转方法中，所述发电系统具有:燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；燃料电池；以及加热机构，其使燃料气体排气燃烧，从而对加热对象进行加热，所述发电系统的运转方法的特征在于，包括:对从所述燃料电池朝向燃气轮机排出的燃料气体排气的状态进行检测的工序；基于检测到的燃料气体排气的状态，判断是否存在未向所述燃气轮机供给的所述燃料气体排气的工序；以及在判断为存在未向所述燃气轮机供给的燃料气体排气的情况下，向所述加热机构供给所述燃料气体排气的工序。
[0026]因此，能够通过加热机构使未向燃气轮机供给的燃料气体排气燃烧。由此，能够高效地利用从燃料电池排出的燃料气体排气。
[0027]发明效果
[0028]根据本发明的发电系统以及发电系统的运转方法，能够通过加热机构对未向燃气轮机供给的燃料气体排气进行加热，从而在发电系统的各个部分处得到有效利用。由此，能够高效地利用从燃料电池排出的燃料气体排气。
【附图说明】
[0029]图1是示出本实施例的发电系统的简要结构图。
[0030]图2是示出本发明的一个实施例所涉及的发电系统的加热机构以及燃料气体排气排出线路的简要结构图。
[0031]图3是示出燃料气体加热部的水浴加热器的简要结构图。
[0032]图4是示出本实施例的发电系统的驱动动作的一例的流程图。
[0033]图5是示出对本实施例的发电系统的燃料气体排气的流动进行控制的阀的动作的时刻的时序图。
[0034]图6是示出本实施例的发电系统的驱动动作的一例的流程图。
【具体实施方式】
[0035]以下，参照附图对本发明所涉及的发电系统以及发电系统的运转方法的优选实施例进行详细说明。需要说明的是，并不是通过该实施例来限定本发明，另外，在实施例为多个的情况下，也包括将各实施例组合而构成的方式。
[0036]实施例
[0037]本实施例的发电系统是将固体氧化物型燃料电池(以下，称为SOFC)、燃气轮机、以及蒸气轮机组合而成的三联循环(Triple Combined Cycle:注册商标)。该三联循环通过在燃气轮机复合循环发电(GTCC)的上游侧设置S0FC，从而能够在S0FC、燃气轮机、蒸气轮机这三个阶段进行发电，所以能够实现极高的发电效率。需要说明的是，在以下的说明中，虽然应用固体氧化物型燃料电池作为本发明的燃料电池来进行说明，但并不限定于该形式的燃料电池。
[0038]图1是示出本实施例的发电系统的简要结构图。在本实施例中，如图1所示，发电系统10具有燃气轮机11以及发电机12、S0FC13、蒸气轮机14以及发电机15。该发电系统10构成为，通过将基于燃气涡轮11的发电、基于S0FC13的发电以及基于蒸气轮机14的发电组合来得到高的发电效率。此外，发电系统10具备控制装置62。控制装置62基于所输入的设定、所输入的指示以及由检测部检测到的结果等，来控制发电系统10的各个部分的动作。
[0039]燃气轮机11具有压缩机21、燃烧器22、以及涡轮23，压缩机21和涡轮23通过旋转轴24以能够一体旋转的方式连结。压缩机21对从空气取入线路25取入的空气A进行压缩。燃烧器22将从压缩机21经过第一压缩空气供给线路26供给的压缩空气Al和从第一燃料气体供给线路27供给的燃料气体LI混合后进行燃烧。涡轮23借助从燃烧器22经过废气供给线路28供给的燃烧气体Gl进行旋转。需要说明的是，虽然未图示，但被压缩机21压缩后的压缩空气Al经过机壳向涡轮23供给，且涡轮23将该压缩空气Al作为冷却空气来冷却叶片等。发电机12与涡轮23设于同一轴上，通过涡轮23转动从而能够进行发电。需要说明的是，这里例如使用液化天然气(LNG)作为向燃烧器22供给的燃料气体LI。
[0040]通过供给作为还原剂的高温的燃料气体和作为氧化剂的高温的空气(氧化性气体)，从而SOFC13在规定的工作温度下发生反应来进行发电。该SOFC13将空气极、固体电解质以及燃料极收容于压力容器内而构成。通过将被压缩机21压缩的一部分压缩空气A2向空气极供给，并将燃料气体L2向燃料极供给，从而进行发电。需要说明的是，这里作为向SOFC13供给的燃料气体L2，例如使用液化天然气(LNG)、氢气(H2)以及一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等碳氢化合物气体、通过煤炭等碳质原料的气化设备制造出的气体。此外，向SOFC13供给的氧化性气体是大约含氧15%?30%的气体，虽然代表性地优选空气，但是除空气以外还能够使用燃烧废气和空气的混合气体、氧气和空气的混合气体等(以下，将向SOFC13供给的氧化性气体称为空气)。
[0041]该SOFC13连结从第一压缩空气供给线路26分支的第二压缩空气供给线路31，从而能够将压缩机21压缩后的一部分