JP6049421B2

JP6049421B2 - Power generation system and method for operating power generation system

Info

Publication number: JP6049421B2
Application number: JP2012258025A
Authority: JP
Inventors: 大澤　弘行; 弘行大澤
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-11-26
Also published as: JP2014107071A

Description

本発明は、燃料電池とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電システム及び発電システムの運転方法に関するものである。 The present invention relates to a power generation system that combines a fuel cell, a gas turbine, and a steam turbine, and a method for operating the power generation system.

固体酸化物形燃料電池（ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ：以下ＳＯＦＣ）は、用途の広い高効率な燃料電池として知られている。このＳＯＦＣは、イオン伝導率を高めるために作動温度が高くされているので、ガスタービンの圧縮機から吐出された空気を空気極側に供給する空気（酸化剤）として使用することができる。また、ＳＯＦＣは、利用できなかった高温の燃料及び排熱をガスタービンの燃焼器において燃料及び酸化性ガスとして使用することができる。また、ＳＯＦＣの他に作動温度が高い燃料電池として溶融炭酸塩形燃料電池が知られており、ＳＯＦＣと同様にガスタービンとの連携による排熱利用が検討されている。 BACKGROUND ART A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) is known as a highly efficient fuel cell having a wide range of uses. Since this SOFC has a high operating temperature in order to increase the ionic conductivity, it can be used as air (oxidant) that supplies air discharged from the compressor of the gas turbine to the air electrode side. In addition, the SOFC can use high-temperature fuel and exhaust heat that could not be used as fuel and oxidizing gas in the combustor of the gas turbine. In addition to SOFC, a molten carbonate fuel cell is known as a fuel cell having a high operating temperature, and exhaust heat utilization in cooperation with a gas turbine is being studied in the same manner as SOFC.

このため、例えば、下記特許文献１、２に記載されるように、高効率発電を達成することができる発電システムとして、ＳＯＦＣとガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたものが各種提案されている。この特許文献１に記載されたコンバインドシステムは、ＳＯＦＣと、このＳＯＦＣから排出された排燃料ガスと排出空気とを燃焼するガスタービン燃焼器及び空気を圧縮してＳＯＦＣに供給する圧縮機を有するガスタービンとを設けたものである。また、特許文献２に記載された燃料電池発電装置は、蒸気が含まれる燃料ガスを水素が含まれるアノードガスに改質する改質器と、アノードガスと酸素及び二酸化炭素を含むカソードガスとから発電する燃料電池とを設けたものである。 For this reason, for example, as described in Patent Documents 1 and 2 below, various types of power generation systems that can achieve high-efficiency power generation have been proposed in which SOFCs, gas turbines, and steam turbines are combined. The combined system described in Patent Document 1 includes a gas having a SOFC, a gas turbine combustor that combusts exhaust fuel gas and exhaust air exhausted from the SOFC, and a compressor that compresses air and supplies it to the SOFC. And a turbine. The fuel cell power generator described in Patent Document 2 includes a reformer that reforms a fuel gas containing steam into an anode gas containing hydrogen, and a cathode gas containing anode gas, oxygen, and carbon dioxide. A fuel cell for generating electricity is provided.

特開２００９−２０５９３２号公報JP 2009-205932 A 特開平１０−２９４１１９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-294119

上述した従来の発電システムにて、ガスタービンは、圧縮機が空気を圧縮して燃焼器に供給すると共にその一部をＳＯＦＣに供給し、ＳＯＦＣからの排空気を燃焼器に供給する。また、ガスタービンは、燃料ガスを燃焼器に供給すると共にＳＯＦＣからの排燃料ガスを燃焼器に供給する。この場合、ＳＯＦＣでは、供給される空気の圧力と燃料の圧力をほぼ均一にする必要がある。ところが、ガスタービンでは、燃料噴射ノズルの圧力損失を考慮すると、供給される空気の圧力に対して燃料の圧力を高く設定する必要がある。そのため、ガスタービンとＳＯＦＣを連携させる発電システムでは、空気と燃料ガスとの圧力バランス制御が困難なものとなってしまう。 In the conventional power generation system described above, the gas turbine compresses air and supplies it to the combustor, and supplies a part of it to the SOFC, and supplies exhaust air from the SOFC to the combustor. The gas turbine supplies fuel gas to the combustor and also supplies exhaust fuel gas from the SOFC to the combustor. In this case, in the SOFC, it is necessary to make the pressure of the supplied air and the pressure of the fuel substantially uniform. However, in the gas turbine, when the pressure loss of the fuel injection nozzle is taken into consideration, it is necessary to set the fuel pressure higher than the pressure of the supplied air. Therefore, in the power generation system that links the gas turbine and the SOFC, it is difficult to control the pressure balance between the air and the fuel gas.

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ガスタービンと燃料電池との間で酸化性ガスの圧力と燃料ガスの圧力を適正に調整することで発電効率の向上を可能とする発電システム及び発電システムの運転方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and a power generation system capable of improving power generation efficiency by appropriately adjusting the pressure of oxidizing gas and the pressure of fuel gas between a gas turbine and a fuel cell. And it aims at providing the operating method of an electric power generation system.

上記の目的を達成するための本発明の発電システムは、圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、空気極及び燃料極を有する燃料電池と、前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスを前記燃焼器に供給する第１圧縮酸化性ガス供給ラインと、前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスの少なくとも一部を前記空気極に供給する第２圧縮酸化性ガス供給ラインと、前記第２圧縮酸化性ガス供給ラインに設けられる酸化性ガス昇圧機と、前記空気極から排出される排酸化性ガスを前記燃焼器に供給する排酸化性ガス供給ラインと、第１の燃料ガスを前記燃焼器に供給する第１燃料ガス供給ラインと、第２の燃料ガスを前記燃料極に供給する第２燃料ガス供給ラインと、前記燃料極から排出される排燃料ガスを前記燃焼器に供給する排燃料ガス供給ラインと、前記排燃料ガス供給ラインに設けられる排燃料ガス昇圧機と、前記空気極の圧力と前記燃料極の圧力が均一化されるように前記酸化性ガス昇圧機と前記排燃料ガス昇圧機を駆動制御する制御部と、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a power generation system according to the present invention includes a gas turbine having a compressor and a combustor, a fuel cell having an air electrode and a fuel electrode, and the combustion of a compressed oxidizing gas compressed by the compressor. A first compressed oxidant gas supply line for supplying to the vessel; a second compressed oxidant gas supply line for supplying at least a part of the compressed oxidant gas compressed by the compressor to the air electrode; and the second compressed oxidant. An oxidizing gas booster provided in the oxidizing gas supply line, an exhaust oxidizing gas supply line that supplies the oxidizing gas discharged from the air electrode to the combustor, and a first fuel gas to the combustor. A first fuel gas supply line for supplying, a second fuel gas supply line for supplying a second fuel gas to the fuel electrode, and an exhaust fuel gas for supplying exhaust fuel gas discharged from the fuel electrode to the combustor. With supply line Exhaust fuel gas booster provided in the exhaust fuel gas supply line, and driving control of the oxidizing gas booster and the exhaust fuel gas booster so that the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode are made uniform And a control unit.

従って、第２圧縮酸化性ガス供給ラインに酸化性ガス昇圧機を設けると共に、排燃料ガス供給ラインに排燃料ガス昇圧機を設け、制御部が空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように酸化性ガス昇圧機と排燃料ガス昇圧機を駆動制御する。そのため、ガスタービンの燃焼器入口での燃料ガス圧力と酸化性ガス圧力が相違することを考慮して、燃料電池を経由し、排燃料ガス供給ラインと排酸化性ガス供給ラインを介して供給される燃料ガスの圧力と酸化性ガスの圧力を適正に調整することで、ガスタービンと燃料電池とを効率的に連携運転することが可能となり、発電効率を向上することができる。 Accordingly, an oxidizing gas booster is provided in the second compressed oxidizing gas supply line, and an exhaust fuel gas booster is provided in the exhaust fuel gas supply line so that the control unit can equalize the air electrode pressure and the fuel electrode pressure. Thus, the oxidizing gas booster and the exhaust fuel gas booster are driven and controlled. Therefore, in consideration of the difference between the fuel gas pressure at the gas turbine combustor inlet and the oxidizing gas pressure, the fuel gas is supplied via the fuel cell via the exhaust fuel gas supply line and the exhaust oxidizing gas supply line. By properly adjusting the pressure of the fuel gas and the pressure of the oxidizing gas, it is possible to efficiently operate the gas turbine and the fuel cell in a coordinated manner, and the power generation efficiency can be improved.

本発明の発電システムでは、前記制御部は、前記酸化性ガス昇圧機を駆動制御することで前記圧縮機からの圧縮酸化性ガスを所定圧力まで昇圧して前記空気極に供給する一方、前記燃料ガス昇圧機を駆動制御することで前記燃料極からの排燃料ガスを昇圧して前記燃焼器に供給することを特徴としている。 In the power generation system of the present invention, the control unit drives and controls the oxidizing gas booster to boost the compressed oxidizing gas from the compressor to a predetermined pressure and supply it to the air electrode. The exhaust gas from the fuel electrode is boosted by driving and controlling a gas booster and supplied to the combustor.

従って、圧縮酸化性ガスを昇圧して空気極に供給することで、空気極で圧力損失が発生しても燃料電池、ガスタービンを適正に運転することができ、また、排燃料ガスを昇圧して燃焼器に供給することで、燃焼器で圧力損失が発生しても燃料電池、ガスタービンを適正に運転することができる。 Therefore, by compressing the compressed oxidizing gas and supplying it to the air electrode, the fuel cell and the gas turbine can be properly operated even if pressure loss occurs at the air electrode, and the exhaust fuel gas is boosted. By supplying the fuel to the combustor, the fuel cell and the gas turbine can be properly operated even if a pressure loss occurs in the combustor.

本発明の発電システムでは、前記制御部は、前記酸化性ガス昇圧機を駆動制御することで、前記圧縮機からの圧縮酸化性ガスの少なくとも圧力損失分を昇圧することを特徴としている。 In the power generation system of the present invention, the control unit boosts at least the pressure loss of the compressed oxidizing gas from the compressor by drivingly controlling the oxidizing gas booster.

従って、圧縮酸化性ガスの少なくとも圧力損失分を昇圧することで、空気極から排出された排酸化性ガスの圧力は圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスの圧力と同等となり、排酸化性ガスを適正に燃焼器に戻すことができ、燃焼器を安定して運転することができる。 Therefore, by increasing the pressure loss of the compressed oxidizing gas, the pressure of the exhaust oxidizing gas discharged from the air electrode becomes equal to the pressure of the compressed oxidizing gas compressed by the compressor, and the exhaust oxidizing gas is reduced. It can return to a combustor appropriately and can operate a combustor stably.

本発明の発電システムでは、前記燃料極から排出される排燃料ガスを前記燃料極に戻す燃料ガス再循環ラインが設けられると共に、前記燃料ガス再循環ラインに再循環送風機が設けられ、前記制御部は、前記再循環送風機を駆動制御することで、再循環燃料ガス量を調整することを特徴としている。 In the power generation system of the present invention, a fuel gas recirculation line for returning the exhaust fuel gas discharged from the fuel electrode to the fuel electrode is provided, and a recirculation fan is provided in the fuel gas recirculation line, and the control unit Is characterized in that the amount of recirculated fuel gas is adjusted by driving and controlling the recirculation blower.

従って、前記制御部は、再循環送風機を駆動制御することで、燃料極の圧力を調整するため、燃料極の圧力と燃焼器に供給する排燃料ガスの圧力を容易に適正圧力に調整することができる。 Accordingly, the control unit easily adjusts the pressure of the fuel electrode and the exhaust fuel gas supplied to the combustor to an appropriate pressure in order to adjust the pressure of the fuel electrode by driving and controlling the recirculation fan. Can do.

本発明の発電システムでは、前記排燃料ガス供給ラインに制御弁が設けられ、前記制御部は、前記制御弁の開度を制御することで、前記燃料極の圧力を調整することを特徴としている。 In the power generation system of the present invention, a control valve is provided in the exhaust fuel gas supply line, and the control unit adjusts the pressure of the fuel electrode by controlling an opening degree of the control valve. .

従って、制御弁の開度調整により容易に燃料極の圧力を調整することができる。 Therefore, the pressure of the fuel electrode can be easily adjusted by adjusting the opening of the control valve.

本発明の発電システムでは、前記空気極の圧力を検出する第１検出器と、前記燃料極の圧力を検出する第２検出器とが設けられ、前記制御部は、前記第１検出器により検出された第１圧力と前記第２検出器により検出された第２圧力が同圧となるように、前記酸化性ガス昇圧機と燃料ガス昇圧機を駆動制御することを特徴としている。 In the power generation system of the present invention, a first detector that detects the pressure of the air electrode and a second detector that detects the pressure of the fuel electrode are provided, and the control unit is detected by the first detector. The oxidizing gas booster and the fuel gas booster are driven and controlled so that the first pressure and the second pressure detected by the second detector become the same pressure.

従って、空気極の圧力と燃料極の圧力を用いてフィードバック制御することで、この空気極の圧力と燃料極の圧力を高精度に調整することができる。 Therefore, by performing feedback control using the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode, the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode can be adjusted with high accuracy.

本発明の発電システムでは、前記第２圧縮酸化性ガス供給ラインにおける前記酸化性ガス昇圧機より酸化性ガスの流れ方向の上流側に冷却器が設けられることを特徴としている。 The power generation system of the present invention is characterized in that a cooler is provided on the upstream side in the flow direction of the oxidizing gas from the oxidizing gas booster in the second compressed oxidizing gas supply line.

従って、圧縮機で圧縮された圧縮酸化性ガスを冷却器により冷却してから酸化性ガス昇圧機で昇圧し、空気極に供給することで、この酸化性ガス昇圧機の駆動力を低減することができる。 Therefore, after the compressed oxidizing gas compressed by the compressor is cooled by the cooler, the pressure is increased by the oxidizing gas booster, and the driving force of the oxidizing gas booster is reduced by supplying it to the air electrode. Can do.

また、本発明の発電システムの運転方法は、圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスをガスタービンの燃焼器に供給する工程と、燃料ガスを前記燃焼器に供給する工程と、前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスの一部を燃料電池の空気極に供給する工程と、燃料ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する工程と、前記空気極から排出される排酸化性ガスを前記燃焼器に供給する工程と、前記燃料極から排出される排燃料ガスを前記燃焼器に供給する工程と、前記空気極の圧力と前記燃料極の圧力が均一化されるように前記空気極に供給される圧縮酸化性ガスの圧力と前記燃焼器に供給される排燃料ガスの圧力を調整する工程と、を有することを特徴とするものである。 The power generation system operating method of the present invention includes a step of supplying a compressed oxidizing gas compressed by a compressor to a combustor of a gas turbine, a step of supplying fuel gas to the combustor, and a compression by the compressor. Supplying a part of the compressed oxidative gas to the air electrode of the fuel cell, supplying the fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell, and discharging the exhaust oxidant gas discharged from the air electrode to the combustor Supplying to the combustor, and supplying the air electrode so that the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode are made uniform. Adjusting the pressure of the compressed oxidizing gas and the pressure of the exhaust fuel gas supplied to the combustor.

従って、ガスタービンの燃焼器入口での燃料ガス圧力と酸化性ガス圧力が相違することを考慮して、燃料電池を経由し、排燃料ガス供給ラインと排酸化性ガス供給ラインを介して供給される燃料ガスの圧力と酸化性ガスの圧力を適正に調整することで、ガスタービンと燃料電池とを効率的に連携運転することが可能となり、発電効率を向上することができる。発電効率を向上することができる。 Therefore, in consideration of the difference between the fuel gas pressure at the gas turbine combustor inlet and the oxidizing gas pressure, the fuel gas is supplied via the fuel cell via the exhaust fuel gas supply line and the exhaust oxidizing gas supply line. By properly adjusting the pressure of the fuel gas and the pressure of the oxidizing gas, it is possible to efficiently operate the gas turbine and the fuel cell in a coordinated manner, and the power generation efficiency can be improved. Power generation efficiency can be improved.

本発明の発電システム及び発電システムの運転方法によれば、空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように酸化性ガス昇圧機と排燃料ガス昇圧機を駆動制御するので、ガスタービンと燃料電池とを効率的に連携運転することが可能となり、発電効率を向上することができる。 According to the power generation system and the operation method of the power generation system of the present invention, the driving of the oxidizing gas booster and the exhaust fuel gas booster is controlled so that the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode are made uniform. And the fuel cell can be efficiently linked and the power generation efficiency can be improved.

図１は、本発明の実施例１に係る発電システムにおける圧縮空気と燃料ガスの圧力制御を表す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating pressure control of compressed air and fuel gas in a power generation system according to Embodiment 1 of the present invention. 図２は、実施例１の発電システムを表す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a power generation system according to the first embodiment. 図３は、本発明の実施例２に係る発電システムにおける圧縮空気と燃料ガスの圧力制御を表す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating pressure control of compressed air and fuel gas in the power generation system according to Embodiment 2 of the present invention. 図４は、本発明の実施例３に係る発電システムを表す概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating a power generation system according to Embodiment 3 of the present invention.

以下に添付図面を参照して、本発明に係る発電システム及び発電システムの運転方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。 Exemplary embodiments of a power generation system and a method for operating the power generation system according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this Example, Moreover, when there exists multiple Example, what comprises combining each Example is also included.

実施例１の発電システムは、固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと称する。）とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたトリプルコンバインドサイクル（ＴｒｉｐｌｅＣｏｍｂｉｎｅｄＣｙｃｌｅ：登録商標）である。このトリプルコンバインドサイクルは、ガスタービンコンバインドサイクル発電（ＧＴＣＣ）の上流側にＳＯＦＣを設置することにより、ＳＯＦＣ、ガスタービン、蒸気タービンの３段階で電気を取り出すことができるため、極めて高い発電効率を実現することができる。なお、以下の説明では、本発明の燃料電池として固体酸化物形燃料電池を適用して説明するが、この形式の燃料電池に限定されるものではない。 The power generation system of Example 1 is a triple combined cycle (registered trademark) in which a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC), a gas turbine, and a steam turbine are combined. This triple combined cycle realizes extremely high power generation efficiency because electricity can be taken out in three stages of SOFC, gas turbine, and steam turbine by installing SOFC upstream of gas turbine combined cycle power generation (GTCC). can do. In the following description, a solid oxide fuel cell is applied as the fuel cell of the present invention, but the present invention is not limited to this type of fuel cell.

図１は、本発明の実施例１に係る発電システムにおける圧縮空気と燃料ガスの圧力制御を表す概略図、図２は、実施例１の発電システムを表す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating pressure control of compressed air and fuel gas in a power generation system according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating the power generation system of the first embodiment.

実施例１において、図２に示すように、発電システム１０は、ガスタービン１１及び発電機１２と、ＳＯＦＣ１３と、蒸気タービン１４及び発電機１５とを有している。この発電システム１０は、ガスタービン１１による発電と、ＳＯＦＣ１３による発電と、蒸気タービン１４による発電とを組み合わせることで、高い発電効率を得るように構成したものである。 In the first embodiment, as illustrated in FIG. 2, the power generation system 10 includes a gas turbine 11 and a generator 12, an SOFC 13, a steam turbine 14 and a generator 15. The power generation system 10 is configured to obtain high power generation efficiency by combining power generation by the gas turbine 11, power generation by the SOFC 13, and power generation by the steam turbine 14.

ガスタービン１１は、圧縮機２１、燃焼器２２、タービン２３を有しており、圧縮機２１とタービン２３は、回転軸２４により一体回転可能に連結されている。圧縮機２１は、空気取り込みライン２５から取り込んだ空気（酸化性ガス）Ａを圧縮する。燃焼器２２は、圧縮機２１から第１圧縮空気供給ライン（第１圧縮酸化性ガス供給ライン）２６を通して供給された圧縮空気（圧縮酸化性ガス）Ａ１と、第１燃料ガス供給ライン２７から供給された燃料ガスＬ１とを混合して燃焼する。タービン２３は、燃焼器２２から排ガス供給ライン２８を通して供給された排ガス（燃焼ガス）Ｇにより回転する。なお、図示しないが、タービン２３は、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気Ａ１が車室を通して供給され、この圧縮空気Ａ１を冷却空気として翼などを冷却する。発電機１２は、タービン２３と同軸上に設けられており、タービン２３が回転することで発電することができる。なお、ここでは、燃焼器２２に供給する燃料ガスＬ１及び後述する燃料ガスＬ２の各燃料ガスは、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素ガス、石炭など炭素質原料のガス化設備により製造したガスを用いることが可能である。 The gas turbine 11 includes a compressor 21, a combustor 22, and a turbine 23, and the compressor 21 and the turbine 23 are connected by a rotary shaft 24 so as to be integrally rotatable. The compressor 21 compresses air (oxidizing gas) A taken in from the air intake line 25. The combustor 22 is supplied from compressed air (compressed oxidizing gas) A1 supplied from the compressor 21 through a first compressed air supply line (first compressed oxidizing gas supply line) 26 and from a first fuel gas supply line 27. The mixed fuel gas L1 is mixed and burned. The turbine 23 is rotated by exhaust gas (combustion gas) G supplied from the combustor 22 through the exhaust gas supply line 28. Although not shown, the turbine 23 is supplied with compressed air A1 compressed by the compressor 21 through the passenger compartment, and cools the blades and the like using the compressed air A1 as cooling air. The generator 12 is provided on the same axis as the turbine 23 and can generate electric power when the turbine 23 rotates. Here, the fuel gas L1 supplied to the combustor 22 and the fuel gas L2 described later are, for example, liquefied natural gas (LNG), hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), methane (CH4). ) And other gases produced by gasification equipment for carbonaceous raw materials such as coal can be used.

ＳＯＦＣ１３は、還元剤としての高温の燃料ガスと、酸化剤としての高温の空気（酸化性ガス）とが供給されることで、所定の作動温度にて反応して発電を行うものである。このＳＯＦＣ１３は、圧力容器内に空気極と固体電解質と燃料極が収容されて構成される。空気極に圧縮機２１で圧縮された一部の圧縮空気（圧縮酸化性ガス）Ａ２が供給され、燃料極に燃料ガスＬ２が供給されることで発電を行う。なお、ここでは、ＳＯＦＣ１３に供給する燃料ガスＬ２として、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素（Ｈ_２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ_４）などの炭化水素ガス、石炭など炭素質原料のガス化設備により製造したガスを用いている。また、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化性ガスは、酸素を略１５％〜３０％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である（以下、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化性ガスを空気という）。 The SOFC 13 is configured to generate power by reacting at a predetermined operating temperature by being supplied with high-temperature fuel gas as a reducing agent and high-temperature air (oxidizing gas) as an oxidant. The SOFC 13 is configured by accommodating an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode in a pressure vessel. A part of the compressed air (compressed oxidizing gas) A2 compressed by the compressor 21 is supplied to the air electrode, and the fuel gas L2 is supplied to the fuel electrode to generate power. Here, as the fuel gas L2 supplied to the SOFC 13, for example, liquefied natural gas (LNG), hydrogen (H ₂ ), carbon monoxide (CO), hydrocarbon gas such as methane (CH ₄ ), carbon such as coal, etc. Gas produced by gasification equipment for quality raw materials is used. In addition, the oxidizing gas supplied to the SOFC 13 is a gas containing approximately 15% to 30% oxygen, and typically air is preferable, but in addition to air, a mixed gas of combustion exhaust gas and air, oxygen And the like can be used (hereinafter, the oxidizing gas supplied to the SOFC 13 is referred to as air).

このＳＯＦＣ１３は、第１圧縮空気供給ライン２６から分岐した第２圧縮空気供給ライン（第２圧縮酸化性ガス供給ライン）３１が連結され、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２を空気極の導入部に供給することができる。この第２圧縮空気供給ライン３１は、供給する空気量を調整可能な制御弁３２と、圧縮空気Ａ２を昇圧可能なブロワ（酸化性ガス昇圧機）３３とが空気の流れ方向に沿って設けられている。制御弁３２は、第２圧縮空気供給ライン３１における空気の流れ方向の上流側に設けられ、ブロワ３３は、制御弁３２の下流側に設けられている。なお、制御弁３２とブロワ（昇圧機）３３の配置は図１及び図２の配置に限定されることはなく、ブロワ（昇圧機）や制御弁の形式によって順序を逆にして配置しても良い。 The SOFC 13 is connected to a second compressed air supply line (second compressed oxidizing gas supply line) 31 branched from the first compressed air supply line 26, and a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 is removed from the air electrode. Can be supplied to the introduction section. The second compressed air supply line 31 is provided with a control valve 32 capable of adjusting the amount of air to be supplied and a blower (oxidizing gas booster) 33 capable of increasing the pressure of the compressed air A2 along the air flow direction. ing. The control valve 32 is provided on the upstream side of the second compressed air supply line 31 in the air flow direction, and the blower 33 is provided on the downstream side of the control valve 32. The arrangement of the control valve 32 and the blower (booster) 33 is not limited to the arrangement shown in FIGS. 1 and 2, and the arrangement may be reversed depending on the type of the blower (booster) or the control valve. good.

ＳＯＦＣ１３は、空気極で用いられた排空気（排酸化性ガス）Ａ３を排出する排空気ライン３４が連結されている。この排空気ライン（排酸化性ガスライン）３４は、空気極で用いられた排空気Ａ３を外部に排出する排出ライン３５と、燃焼器２２に連結される排空気供給ライン（排酸化性ガス供給ライン）３６とに分岐される。排出ライン３５は、排出する空気量を調整可能な制御弁３７が設けられ、排空気供給ライン３６は、循環する空気量を調整可能な制御弁３８が設けられている。 The SOFC 13 is connected to an exhaust air line 34 that exhausts exhaust air (exhaust oxidant gas) A3 used at the air electrode. The exhaust air line (exhaust oxidant gas line) 34 includes an exhaust line 35 for exhausting the exhaust air A3 used at the air electrode to the outside, and an exhaust air supply line (exhaust oxidant gas supply) connected to the combustor 22. Line) 36. The discharge line 35 is provided with a control valve 37 capable of adjusting the amount of air discharged, and the exhaust air supply line 36 is provided with a control valve 38 capable of adjusting the amount of air circulating.

また、ＳＯＦＣ１３は、燃料ガスＬ２を燃料極の導入部に供給する第２燃料ガス供給ライン４１が設けられている。第２燃料ガス供給ライン４１は、供給する燃料ガス量を調整可能な制御弁４２が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、燃料極で用いられた排燃料ガスＬ３を排出する排燃料ライン４３が連結されている。この排燃料ライン４３は、外部に排出する排出ライン４４と、燃焼器２２に連結される排燃料ガス供給ライン４５とに分岐される。排出ライン４４は、排出する燃料ガス量を調整可能な制御弁４６が設けられ、排燃料ガス供給ライン４５は、供給する燃料ガス量を調整可能な制御弁４７と、排燃料ガスＬ３を昇圧可能なブロワ（排燃料ガス昇圧機）４８が排燃料ガスＬ３の流れ方向に沿って設けられている。制御弁４７は、排燃料ガス供給ライン４５における排燃料ガスＬ３の流れ方向の上流側に設けられ、ブロワ４８は、制御弁４７の排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に設けられている。なお、制御弁３２とブロワ（昇圧機）３３の配置は図１及び図２の配置に限定されることはなく、ブロワ（昇圧機）や制御弁の形式によって順序を逆にして配置しても良い。 Further, the SOFC 13 is provided with a second fuel gas supply line 41 for supplying the fuel gas L2 to the introduction portion of the fuel electrode. The second fuel gas supply line 41 is provided with a control valve 42 that can adjust the amount of fuel gas to be supplied. The SOFC 13 is connected to an exhaust fuel line 43 that exhausts the exhaust fuel gas L3 used at the fuel electrode. The exhaust fuel line 43 is branched into an exhaust line 44 that discharges to the outside and an exhaust fuel gas supply line 45 that is connected to the combustor 22. The discharge line 44 is provided with a control valve 46 capable of adjusting the amount of fuel gas to be discharged, and the exhaust fuel gas supply line 45 is capable of boosting the exhaust fuel gas L3 and a control valve 47 capable of adjusting the amount of fuel gas to be supplied. A blower (exhaust fuel gas booster) 48 is provided along the flow direction of the exhaust fuel gas L3. The control valve 47 is provided upstream of the exhaust fuel gas supply line 45 in the flow direction of the exhaust fuel gas L3, and the blower 48 is provided downstream of the control valve 47 in the flow direction of the exhaust fuel gas L3. The arrangement of the control valve 32 and the blower (booster) 33 is not limited to the arrangement shown in FIGS. 1 and 2, and the arrangement may be reversed depending on the type of the blower (booster) or the control valve. good.

また、ＳＯＦＣ１３は、排燃料ライン４３と第２燃料ガス供給ライン４１とを連結する燃料ガス再循環ライン４９が設けられている。燃料ガス再循環ライン４９は、排燃料ライン４３の排燃料ガスＬ３を第２燃料ガス供給ライン４１に再循環する再循環ブロワ（再循環送風機）５０が設けられている。 In addition, the SOFC 13 is provided with a fuel gas recirculation line 49 that connects the exhaust fuel line 43 and the second fuel gas supply line 41. The fuel gas recirculation line 49 is provided with a recirculation blower (recirculation blower) 50 that recirculates the exhaust fuel gas L3 of the exhaust fuel line 43 to the second fuel gas supply line 41.

蒸気タービン１４は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）５１で生成された蒸気によりタービン５２を回転するものである。この排熱回収ボイラ５１は、ガスタービン１１（タービン２３）からの排ガスライン５３が連結されており、空気と高温の排ガスＧとの間で熱交換を行うことで、蒸気Ｓを生成する。蒸気タービン１４（タービン５２）は、排熱回収ボイラ５１との間に、蒸気供給ライン５４と給水ライン５５とが設けられている。そして、給水ライン５５は、復水器５６と給水ポンプ５７とが設けられている。発電機１５は、タービン５２と同軸上に設けられており、タービン５２が回転することで発電することができる。なお、排熱回収ボイラ５１で熱が回収された排ガスＧは、有害物質を除去されてから大気へ放出される。なお、本実施例においては排ガスＧをＨＲＳＧ５１の熱源として利用しているが、排ガスＧはＨＲＳＧ以外の各種機器の熱源として利用することも可能である。 The steam turbine 14 rotates the turbine 52 with the steam generated by the exhaust heat recovery boiler (HRSG) 51. The exhaust heat recovery boiler 51 is connected to an exhaust gas line 53 from the gas turbine 11 (the turbine 23), and generates steam S by exchanging heat between the air and the high temperature exhaust gas G. The steam turbine 14 (turbine 52) is provided with a steam supply line 54 and a water supply line 55 between the exhaust heat recovery boiler 51. The water supply line 55 is provided with a condenser 56 and a water supply pump 57. The generator 15 is provided coaxially with the turbine 52 and can generate electric power when the turbine 52 rotates. The exhaust gas G from which heat has been recovered by the exhaust heat recovery boiler 51 is released to the atmosphere after removing harmful substances. In this embodiment, the exhaust gas G is used as a heat source for the HRSG 51. However, the exhaust gas G can be used as a heat source for various devices other than the HRSG.

ここで、実施例１の発電システム１０の作動について説明する。発電システム１０を起動する場合、ガスタービン１１が起動した後に蒸気タービン１４、ＳＯＦＣ１３の順に起動する。 Here, the operation of the power generation system 10 of the first embodiment will be described. When starting the electric power generation system 10, after starting the gas turbine 11, it starts in order of the steam turbine 14 and SOFC13.

まず、ガスタービン１１にて、圧縮機２１が空気Ａを圧縮し、燃焼器２２が圧縮空気Ａ１と燃料ガスＬ１とを混合して燃焼し、タービン２３が排ガスＧにより回転することで、発電機１２が発電を開始する。次に、蒸気タービン１４にて、排熱回収ボイラ５１により生成された蒸気Ｓによりタービン５２が回転し、これにより発電機１５が発電を開始する。 First, in the gas turbine 11, the compressor 21 compresses the air A, the combustor 22 mixes and burns the compressed air A1 and the fuel gas L1, and the turbine 23 is rotated by the exhaust gas G. 12 starts power generation. Next, in the steam turbine 14, the turbine 52 is rotated by the steam S generated by the exhaust heat recovery boiler 51, whereby the generator 15 starts power generation.

ＳＯＦＣ１３では、まず、圧縮空気Ａ２を供給して昇圧を開始し、加熱を開始する。排出ライン３５の制御弁３７と排酸化性ガス供給ライン３６の遮断弁３８を閉止し、第２圧縮空気供給ライン３１のブロワ３３を停止した状態もしくはブロワ３３を運転した状態で、制御弁３２もしくは加圧専用の図示されていない制御弁を所定開度だけ開放する。なお、ここで昇圧速度を制御する為の開度調整を行っても良い。すると、圧縮機２１で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２が第２圧縮空気供給ライン３１からＳＯＦＣ１３側へ供給される。これにより、ＳＯＦＣ１３側は、圧縮空気Ａ２が供給されることで圧力が上昇する。 In the SOFC 13, first, the compressed air A 2 is supplied to start pressure increase, and heating is started. With the control valve 37 of the discharge line 35 and the shutoff valve 38 of the exhaust oxidizing gas supply line 36 closed, the control valve 32 or the blower 33 of the second compressed air supply line 31 is stopped or the blower 33 is operated. A control valve (not shown) dedicated to pressurization is opened by a predetermined opening. In addition, you may perform the opening degree adjustment for controlling a pressure | voltage rise speed here. Then, a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 is supplied from the second compressed air supply line 31 to the SOFC 13 side. As a result, the pressure on the SOFC 13 side increases as the compressed air A2 is supplied.

一方、ＳＯＦＣ１３では、燃料極側に燃料ガスＬ２、図示されていない圧縮空気ラインの分岐から圧縮空気（酸化性ガス）を供給するか、窒素等の不活性ガスを供給して昇圧を開始する。排出ライン４４の制御弁４６と排燃料ガス供給ライン４５の制御弁４７を閉止し、ブロワ４８を停止した状態で、第２燃料ガス供給ライン４１の制御弁４２を開放すると共に、燃料ガス再循環ライン４９の再循環ブロワ５０を駆動する。なお、再循環ブロワ５０は燃料極側の加圧前に起動していても良い。すると、燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１からＳＯＦＣ１３側へ供給されると共に、排燃料ガスＬ３が燃料ガス再循環ライン４９により再循環する。これにより、ＳＯＦＣ１３側は、燃料ガスＬ２、圧縮空気、不活性ガス等が供給されることで圧力が上昇する。 On the other hand, in the SOFC 13, the fuel gas L2 is supplied to the fuel electrode side, compressed air (oxidizing gas) is supplied from a branch of a compressed air line (not shown), or an inert gas such as nitrogen is supplied to start pressurization. With the control valve 46 of the exhaust line 44 and the control valve 47 of the exhaust fuel gas supply line 45 closed and the blower 48 stopped, the control valve 42 of the second fuel gas supply line 41 is opened and the fuel gas is recirculated. The recirculation blower 50 in the line 49 is driven. The recirculation blower 50 may be activated before pressurization on the fuel electrode side. Then, the fuel gas L2 is supplied from the second fuel gas supply line 41 to the SOFC 13 side, and the exhaust fuel gas L3 is recirculated by the fuel gas recirculation line 49. As a result, the pressure on the SOFC 13 side is increased by supplying fuel gas L2, compressed air, inert gas, and the like.

そして、ＳＯＦＣ１３の空気極側の圧力が圧縮機２１の出口圧力になると、制御弁３２にてＳＯＦＣへの供給空気流量を制御すると共に、ブロワ３３が起動していなければブロワ３３を駆動する。それと同時に遮断弁３８を開放してＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３を排酸化性ガス供給ライン３６から燃焼器２２に供給する。このとき、制御弁３７も開放してＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３の一部を排出ライン３５から排出してもよい。すると、圧縮空気Ａ２がブロワ３３によりＳＯＦＣ１３側へ供給される。それと同時に制御弁４６を開放してＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３を排出ライン４４から排出する。そして、ＳＯＦＣ１３における空気極側の圧力と燃料極側の圧力とが目標圧力に到達すると、ＳＯＦＣ１３の昇圧が完了する。 When the pressure on the air electrode side of the SOFC 13 becomes the outlet pressure of the compressor 21, the control valve 32 controls the flow rate of air supplied to the SOFC, and the blower 33 is driven if the blower 33 is not activated. At the same time, the shut-off valve 38 is opened to supply the exhaust air A3 from the SOFC 13 to the combustor 22 from the exhaust oxidizing gas supply line 36. At this time, the control valve 37 may also be opened to discharge a part of the exhaust air A3 from the SOFC 13 from the discharge line 35. Then, the compressed air A2 is supplied to the SOFC 13 side by the blower 33. At the same time, the control valve 46 is opened, and the exhaust fuel gas L3 from the SOFC 13 is discharged from the discharge line 44. When the pressure on the air electrode side and the pressure on the fuel electrode side in the SOFC 13 reach the target pressure, the pressure increase of the SOFC 13 is completed.

その後、ＳＯＦＣ１３の圧力制御が安定したら、制御弁３７が開となっている場合は閉止する一方、遮断弁３８の開放を維持する。このため、ＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３が排酸化性ガス供給ライン３６から燃焼器２２に供給され続ける。また、排燃料ガスＬ３の成分が燃焼器へ投入可能な成分となったら、制御弁４６を閉止する一方、制御弁４７を開放してブロワ４８を駆動する。すると、ＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３が排燃料ガス供給ライン４５から燃焼器２２に供給される。このとき、第１燃料ガス供給ライン２７から燃焼器２２に供給される燃料ガスＬ１を減量する。 Thereafter, when the pressure control of the SOFC 13 is stabilized, if the control valve 37 is open, the control valve 37 is closed while the shut-off valve 38 is kept open. For this reason, the exhaust air A3 from the SOFC 13 continues to be supplied from the exhaust oxidizing gas supply line 36 to the combustor 22. When the component of the exhaust fuel gas L3 becomes a component that can be input to the combustor, the control valve 46 is closed, while the control valve 47 is opened to drive the blower 48. Then, the exhaust fuel gas L3 from the SOFC 13 is supplied from the exhaust fuel gas supply line 45 to the combustor 22. At this time, the fuel gas L1 supplied from the first fuel gas supply line 27 to the combustor 22 is reduced.

ここで、ガスタービン１１の駆動による発電機１２での発電、ＳＯＦＣ１３での発電、蒸気タービン１４の駆動により発電機１５での発電が全て行われることとなり、発電システム１０が定常運転となる。 Here, the power generation by the generator 12 by driving the gas turbine 11, the power generation by the SOFC 13, and the power generation by the generator 15 are all performed by driving the steam turbine 14, and the power generation system 10 becomes a steady operation.

ところで、一般的な発電システムにて、ガスタービン１１は、圧縮機２１が空気Ａを圧縮して燃焼器２２に供給すると共にその一部をＳＯＦＣ１３に供給し、ＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３を燃焼器２２に供給する。また、ガスタービン１１は、燃料ガスＬ１を燃焼器２２に供給すると共にＳＯＦＣ１３からの排燃料Ｌ３ガスを燃焼器２２に供給する。この場合、ＳＯＦＣ１３では、微小な隙間からのリークにより圧縮空気Ａ２と燃料ガスＬ２が燃料電池内で相互に混入し、消費されることで効率が低下することを防止するために、供給される圧縮空気Ａ２の圧力と燃料ガスＬ２の圧力をほぼ均一にする必要がある。ところが、ガスタービン１１では、ガスタービン燃焼器の燃料噴射ノズルの圧力損失を考慮すると、供給される空気の圧力に対して燃料の圧力を高く設定する必要があるので、圧縮空気と燃料ガスとの圧力バランス制御が困難なものとなっている。 By the way, in a general power generation system, the gas turbine 11 is configured such that the compressor 21 compresses the air A and supplies the compressed air A to the combustor 22 and a part thereof to the SOFC 13, and the exhaust air A3 from the SOFC 13 is combusted. 22 is supplied. Further, the gas turbine 11 supplies the fuel gas L1 to the combustor 22 and supplies the exhaust fuel L3 gas from the SOFC 13 to the combustor 22. In this case, in the SOFC 13, the compressed air A2 and the fuel gas L2 are mixed with each other in the fuel cell due to a leak from a minute gap, and the supplied compression is used to prevent the efficiency from being reduced. It is necessary to make the pressure of the air A2 and the pressure of the fuel gas L2 substantially uniform. However, in the gas turbine 11, considering the pressure loss of the fuel injection nozzle of the gas turbine combustor, it is necessary to set the fuel pressure higher than the pressure of the supplied air. Pressure balance control is difficult.

そこで、実施例１の発電システム１０では、図１に示すように、第２圧縮空気供給ライン３１に空気昇圧機（酸化性ガス昇圧機）としてのブロワ３３を設けると共に、排燃料ガス供給ライン４５に排燃料ガス昇圧機としてのブロワ４８を設け、制御装置（制御部）６１は、ＳＯＦＣ１３における空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように各ブロワ３３，４８を駆動制御する。 Therefore, in the power generation system 10 of the first embodiment, as shown in FIG. 1, the second compressed air supply line 31 is provided with a blower 33 as an air booster (oxidizing gas booster) and an exhaust fuel gas supply line 45. A blower 48 as an exhaust fuel gas booster is provided, and a control device (control unit) 61 drives and controls the blowers 33 and 48 so that the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode in the SOFC 13 are equalized.

即ち、制御装置６１は、ブロワ３３を駆動制御することで圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を所定圧力まで昇圧して空気極に供給する一方、ブロワ４８を駆動制御することで燃料極からの排燃料ガスを昇圧して燃焼器２２に供給する。 That is, the control device 61 controls the blower 33 to increase the compressed air A2 from the compressor 21 to a predetermined pressure and supplies it to the air electrode, while driving the blower 48 to control the exhaust from the fuel electrode. The fuel gas is pressurized and supplied to the combustor 22.

具体的に、制御装置６１は、ブロワ３３を駆動制御することで、圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を空気極での圧力損失分だけ昇圧する。また、制御装置６１は、ブロワ４８を駆動制御することで、燃料極からの排燃料ガスＬ３を燃焼器（燃料噴射ノズル）２２での圧力損失分だけ昇圧する。 Specifically, the control device 61 controls the blower 33 to boost the compressed air A2 from the compressor 21 by the pressure loss at the air electrode. Further, the control device 61 controls the blower 48 to boost the exhaust fuel gas L3 from the fuel electrode by a pressure loss at the combustor (fuel injection nozzle) 22.

また、ＳＯＦＣ１３の燃料極から排出される排燃料を燃料極に戻す燃料ガス再循環ライン４９を設けると共に、この燃料ガス再循環ライン４９に再循環ブロワ（再循環送風機）５０を設け、制御装置６１は、この再循環ブロワ５０を駆動制御することで、再循環される排燃料ガスの流量を調整する。 Further, a fuel gas recirculation line 49 for returning the exhausted fuel discharged from the fuel electrode of the SOFC 13 to the fuel electrode is provided, and a recirculation blower (recirculation blower) 50 is provided in the fuel gas recirculation line 49, and the control device 61. Controls the recirculation blower 50 to adjust the flow rate of the recirculated exhaust fuel gas.

この場合、ＳＯＦＣ１３にて、空気極の圧力を検出する第１検出器６２と、燃料極の圧力を検出する第２検出器６３とを設け、各検出器６２，６３は、検出結果を制御装置６１に出力する。制御装置６１は、第１検出器６２により検出された空気極の圧力（第１圧力）と、第２検出器６３により検出された燃料極の圧力（第２圧力）が同圧、もしくは規定の差圧となるように、各ブロワ３３，４８を駆動制御する。 In this case, the SOFC 13 is provided with a first detector 62 for detecting the pressure of the air electrode and a second detector 63 for detecting the pressure of the fuel electrode, and each of the detectors 62 and 63 controls the detection result. To 61. The control device 61 is configured such that the air electrode pressure (first pressure) detected by the first detector 62 and the fuel electrode pressure (second pressure) detected by the second detector 63 are the same or specified. The blowers 33 and 48 are driven and controlled so as to have a differential pressure.

実施例１の発電システムの運転方法は、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気Ａ１をガスタービン１１の燃焼器２２に供給する工程と、燃料ガスＬ１を燃焼器２２に供給する工程と、圧縮機２１で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３の空気極に供給する工程と、燃料ガスＬ２をＳＯＦＣ１３の燃料極に供給する工程と、空気極から排出される排空気Ｌ３を燃焼器２２に供給する工程と、燃料極から排出される排燃料ガスを燃焼器２２に供給する工程と、空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように空気極に供給される圧縮空気の圧力と燃焼器２２に供給される排燃料ガスの圧力を調整する工程とを有している。 The operation method of the power generation system according to the first embodiment includes a step of supplying the compressed air A1 compressed by the compressor 21 to the combustor 22 of the gas turbine 11, a step of supplying the fuel gas L1 to the combustor 22, and a compressor 21. A step of supplying a part of the compressed air A2 compressed in step S2 to the air electrode of the SOFC 13, a step of supplying the fuel gas L2 to the fuel electrode of the SOFC 13, and supplying exhaust air L3 discharged from the air electrode to the combustor 22. A process, a process of supplying exhaust fuel gas discharged from the fuel electrode to the combustor 22, and a pressure and combustion of compressed air supplied to the air electrode so that the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode are made uniform And adjusting the pressure of the exhaust fuel gas supplied to the vessel 22.

具体的に説明すると、ガスタービン１１の圧縮機２１は、空気Ａを圧縮し、例えば、１．５Ｍｐａの圧縮空気Ａ１，Ａ２を生成する。ＳＯＦＣ１３における空気極の圧力損失が、例えば、０．１Ｍｐａとすると、ブロワ３３は、１．５Ｍｐａの圧縮空気Ａ２を０．１Ｍｐａだけ昇圧して１．６Ｍｐａとし、第２圧縮空気供給ライン３１から空気極に供給する。すると、１．６Ｍｐａの圧縮空気Ａ２は、空気極で発電に使用されることで０．１Ｍｐａの圧力損失を受け、１．５Ｍｐａの排空気Ａ３として排出される。この１．５Ｍｐａの排空気Ａ３は、排空気供給ライン３６から燃焼器２２に供給される。このとき、圧縮機２１が生成した圧縮空気Ａ１は、１．５Ｍｐａであることから、圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３が同圧となる。燃焼器２２は、同圧の圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３が供給されることとなり、安定して運転される。 More specifically, the compressor 21 of the gas turbine 11 compresses the air A and generates, for example, compressed air A1 and A2 of 1.5 Mpa. If the pressure loss of the air electrode in the SOFC 13 is 0.1 Mpa, for example, the blower 33 boosts 1.5 Mpa of compressed air A2 by 0.1 Mpa to 1.6 Mpa, and the air is supplied from the second compressed air supply line 31. Supply to the pole. Then, 1.6 Mpa of compressed air A2 receives 0.1 Mpa of pressure loss by being used for power generation at the air electrode, and is discharged as 1.5 Mpa of exhaust air A3. The 1.5 Mpa exhaust air A3 is supplied from the exhaust air supply line 36 to the combustor 22. At this time, since the compressed air A1 generated by the compressor 21 is 1.5 MPa, the compressed air A1 and the exhaust air A3 have the same pressure. The combustor 22 is supplied with compressed air A1 and exhaust air A3 having the same pressure, and is operated stably.

また、ＳＯＦＣ１３の燃料極は、例えば、１．６Ｍｐａの燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１から供給され、０．１Ｍｐａの圧力損失を受け、１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３として排出される。一方、ガスタービン１１の燃焼器２２における燃料噴射ノズルの圧力損失が、例えば、０．４Ｍｐａとすると、ブロワ４８は、１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３を０．４Ｍｐａだけ昇圧して１．９Ｍｐａとし、排燃料ガス供給ライン４５から燃焼器２２に供給する。すると、１．９Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、燃焼器２２で噴射されることで０．４Ｍｐａの圧力損失を受け、１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３となる。この１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、第１圧縮空気供給ライン２６からの圧縮空気Ａ１及び排空気供給ライン３６からの排空気Ａ３と同圧となる。燃焼器２２は、同圧の圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３と排燃料ガスＬ３が供給されることとなり、安定して運転される。 The fuel electrode of the SOFC 13 is supplied with, for example, 1.6 Mpa of fuel gas L2 from the second fuel gas supply line 41, receives a pressure loss of 0.1 Mpa, and is discharged as an exhaust fuel gas L3 of 1.5 Mpa. . On the other hand, if the pressure loss of the fuel injection nozzle in the combustor 22 of the gas turbine 11 is 0.4 Mpa, for example, the blower 48 boosts the 1.5 Mpa exhaust fuel gas L3 by 0.4 Mpa to 1.9 Mpa. Then, it is supplied to the combustor 22 from the exhaust fuel gas supply line 45. Then, the 1.9 Mpa exhaust fuel gas L3 is injected by the combustor 22 to receive a pressure loss of 0.4 Mpa, and becomes 1.5 Mpa exhaust fuel gas L3. The 1.5 Mpa exhaust fuel gas L3 has the same pressure as the compressed air A1 from the first compressed air supply line 26 and the exhaust air A3 from the exhaust air supply line 36. The combustor 22 is supplied with compressed air A1, exhaust air A3, and exhaust fuel gas L3 having the same pressure, and operates stably.

そのため、ＳＯＦＣ１３は、空気極に１．６Ｍｐａの圧縮空気Ａ２が供給され、燃料極に１．６Ｍｐａの燃料ガスＬ２が供給されることから、空気極と燃料極の圧力がほぼ同圧に維持される。 Therefore, the SOFC 13 is supplied with 1.6 Mpa of compressed air A2 at the air electrode and 1.6 Mpa of fuel gas L2 at the fuel electrode, so that the pressure of the air electrode and the fuel electrode is maintained at substantially the same pressure. The

また、ＳＯＦＣ１３では、燃料極から排出された排燃料ガスＬ３が燃料ガス再循環ライン４９により燃料極に戻されており、排燃料ガスＬ３の循環量（圧力）は、再循環ブロワ５０により制御される。燃焼器に供給する排燃料ガスＬ３の量に対して、圧縮機２１から空気極に供給される圧縮空気Ａ２の量は極めて多い。そのため、この大量の圧縮空気Ａ２をブロワ３３で高い圧力まで昇圧することは多くの動力を要するので、ブロワ３３は、空気極の圧力損失分だけを昇圧する。一方、圧縮空気Ａ２に対して少量の燃料ガス（排燃料ガス）は、ブロワ４８により圧縮空気Ａ２よりも少ない動力で昇圧可能であることから、ここで、燃焼器２２の圧力損失分を昇圧することで、より少ない動力でＳＯＦＣ１３における空気極と燃料極の圧力をほぼ同圧に維持することができる。また、ＳＯＦＣ１３の運転に応じて排燃料ガスＬ３の圧力変動があったとき、ブロワ４８の吐出ガス量をブロワ４８もしくは制御弁４７で制御する。また、過渡的な変動の場合はブロワ４８で調整せずに、再循環ブロワ５０または燃料ガス再循環ライン４９に設置した制御弁４０により調整することもできる。制御装置６１は、ブロワ３３を燃料電池での発電に必要な空気流量（酸化性ガス流量）を供給する制御を行い、ブロワ４８の吐出ガス量をブロワ４８もしくは制御弁４７による調整を行うことで、さらに、過渡的な変動に対しては再循環ブロワ５０による排燃料ガスＬ３の循環量もしくは燃料ガス再循環ライン４９の制御弁４０による調整を併用することで、ＳＯＦＣ１３における空気極に対して燃料極の圧力がほぼ同圧となるように制御する。 In the SOFC 13, the exhaust fuel gas L3 discharged from the fuel electrode is returned to the fuel electrode by the fuel gas recirculation line 49, and the circulation amount (pressure) of the exhaust fuel gas L3 is controlled by the recirculation blower 50. The The amount of compressed air A2 supplied from the compressor 21 to the air electrode is much larger than the amount of exhaust fuel gas L3 supplied to the combustor. For this reason, boosting this large amount of compressed air A2 to a high pressure with the blower 33 requires a large amount of power, so the blower 33 boosts only the pressure loss of the air electrode. On the other hand, a small amount of fuel gas (exhaust fuel gas) with respect to the compressed air A2 can be boosted by the blower 48 with less power than the compressed air A2, and therefore, the pressure loss of the combustor 22 is increased here. Thus, the pressure of the air electrode and the fuel electrode in the SOFC 13 can be maintained at substantially the same pressure with less power. Further, when the pressure of the exhaust fuel gas L3 varies according to the operation of the SOFC 13, the discharge gas amount of the blower 48 is controlled by the blower 48 or the control valve 47. Further, in the case of transient fluctuations, the control valve 40 installed in the recirculation blower 50 or the fuel gas recirculation line 49 can be adjusted without adjusting with the blower 48. The control device 61 controls the blower 33 to supply an air flow rate (oxidizing gas flow rate) necessary for power generation in the fuel cell, and adjusts the discharge gas amount of the blower 48 by the blower 48 or the control valve 47. Further, for transient fluctuations, the amount of fuel gas L3 circulated by the recirculation blower 50 or the adjustment by the control valve 40 of the fuel gas recirculation line 49 is used in combination, so that the fuel to the air electrode in the SOFC 13 Control so that the pressure of the poles is almost the same.

この場合、制御装置６１は、第１検出器６２が検出したＳＯＦＣ１３の空気極の圧力と、第２検出器６３が検出したＳＯＦＣ１３の燃料極の圧力が入力しており、この空気極の圧力と燃料極の圧力がほぼ同圧となるように、各ブロワ３３，４８，５０を駆動制御する。 In this case, the control device 61 inputs the pressure of the air electrode of the SOFC 13 detected by the first detector 62 and the pressure of the fuel electrode of the SOFC 13 detected by the second detector 63. The blowers 33, 48, and 50 are driven and controlled so that the pressure of the fuel electrode is substantially the same.

なお、制御装置６１は、制御弁３２，４７の開度も制御可能となっている。 The control device 61 can also control the opening degree of the control valves 32 and 47.

このように実施例１の発電システムにあっては、圧縮機２１と燃焼器２２を有するガスタービン１１と、空気極及び燃料極を有するＳＯＦＣ１３と、圧縮機２１で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２を空気極に供給する第２圧縮空気供給ライン３１と、第２圧縮空気供給ライン３１に設けられるブロワ３３と、空気極から排出される排空気Ａ３を燃焼器２２に供給する排空気供給ライン３６と、燃料極から排出される排燃料ガスＬ３を燃焼器２２に供給する排燃料ガス供給ライン４５と、排燃料ガス供給ライン４５に設けられるブロワ４８と、空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように各ブロワ３３，４８を駆動制御する制御装置６１とを設けている。 As described above, in the power generation system according to the first embodiment, the gas turbine 11 including the compressor 21 and the combustor 22, the SOFC 13 including the air electrode and the fuel electrode, and a part of the compressed air A 2 compressed by the compressor 21. The second compressed air supply line 31 for supplying the air to the air electrode, the blower 33 provided in the second compressed air supply line 31, and the exhaust air supply line 36 for supplying the exhaust air A3 discharged from the air electrode to the combustor 22 The exhaust fuel gas supply line 45 for supplying the exhaust fuel gas L3 discharged from the fuel electrode to the combustor 22, the blower 48 provided in the exhaust fuel gas supply line 45, the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode. A control device 61 that drives and controls each of the blowers 33 and 48 is provided so as to be uniform.

従って、ガスタービンの燃焼器入口での燃料ガス圧力と酸化性ガス圧力が相違することを考慮して、燃料電池を経由し、排燃料ガス供給ラインと排酸化性ガス供給ラインを介して供給される燃料ガスの圧力と酸化性ガスの圧力を適正に調整することで、ガスタービンと燃料電池とを効率的に連携運転することが可能となり、発電効率を向上することができる。 Therefore, in consideration of the difference between the fuel gas pressure at the gas turbine combustor inlet and the oxidizing gas pressure, the fuel gas is supplied via the fuel cell via the exhaust fuel gas supply line and the exhaust oxidizing gas supply line. By properly adjusting the pressure of the fuel gas and the pressure of the oxidizing gas, it is possible to efficiently operate the gas turbine and the fuel cell in a coordinated manner, and the power generation efficiency can be improved.

実施例１の発電システムでは、制御装置６１は、ブロワ３３を駆動制御することで圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を所定圧力まで昇圧して空気極に供給する一方、ブロワ４８を駆動制御することで燃料極からの排燃料ガスＬ３を昇圧して燃焼器２２に供給している。従って、圧縮空気Ａ２を昇圧して空気極に供給することで、空気極で圧力損失が発生してもＳＯＦＣ１３を適正に運転することができ、また、排燃料ガスＬ３を昇圧して燃焼器２２に供給することで、燃焼器２２で圧力損失が発生してもガスタービン１１を適正に運転することができる。 In the power generation system of the first embodiment, the control device 61 drives and controls the blower 33 to boost the compressed air A2 from the compressor 21 to a predetermined pressure and supply it to the air electrode, while driving and controlling the blower 48. Thus, the pressure of the exhaust fuel gas L3 from the fuel electrode is increased and supplied to the combustor 22. Therefore, by increasing the pressure of the compressed air A2 and supplying it to the air electrode, the SOFC 13 can be properly operated even if a pressure loss occurs at the air electrode, and the exhaust fuel gas L3 is increased to increase the combustor 22. By supplying to the gas turbine 11, the gas turbine 11 can be properly operated even if a pressure loss occurs in the combustor 22.

実施例１の発電システムでは、制御装置６１は、ブロワ３３を駆動制御することで、圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を空気極での圧力損失分だけ昇圧している。従って、空気極から圧力損失を受けて排出された排空気Ｌ３の圧力は、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気Ａ２の圧力と同等となり、排空気Ｌ３を適正に燃焼器２２に戻すことができ、燃焼器２２を安定して運転することができる。 In the power generation system of the first embodiment, the control device 61 drives and controls the blower 33 to increase the pressure of the compressed air A2 from the compressor 21 by the pressure loss at the air electrode. Therefore, the pressure of the exhaust air L3 exhausted due to pressure loss from the air electrode is equivalent to the pressure of the compressed air A2 compressed by the compressor 21, and the exhaust air L3 can be properly returned to the combustor 22. The combustor 22 can be operated stably.

実施例１の発電システムでは、燃料極から排出される排燃料ガスＬ３を燃料極に戻す燃料ガス再循環ライン４９を設けると共に、燃料ガス再循環ライン４９に再循環ブロワ５０を設け、制御装置６１は、再循環ブロワ５０を駆動制御することで、燃料極の圧力を調整している。従って、ブロワ４８を定格運転で運転する一方で、再循環ブロワ５０を駆動制御することで、燃料極に循環する排燃料ガスＬ３の圧力を調整するため、燃料極の圧力と燃焼器２２に供給する排燃料ガスＬ３の圧力を容易に適正圧力に調整することができる。 In the power generation system according to the first embodiment, a fuel gas recirculation line 49 for returning the exhausted fuel gas L3 discharged from the fuel electrode to the fuel electrode is provided, and a recirculation blower 50 is provided in the fuel gas recirculation line 49. Controls the pressure of the fuel electrode by driving and controlling the recirculation blower 50. Therefore, while the blower 48 is operated at the rated operation, the recirculation blower 50 is driven and controlled to adjust the pressure of the exhaust fuel gas L3 circulated to the fuel electrode, so that the fuel electrode pressure and the combustor 22 are supplied. The pressure of the exhaust fuel gas L3 to be adjusted can be easily adjusted to an appropriate pressure.

実施例１の発電システムでは、空気極の圧力を検出する第１検出器６２と、燃料極の圧力を検出する第２検出器６３とを設け、制御装置６１は、第１検出器６２により検出された空気極の圧力と第２検出器６３により検出された燃料極の圧力が同圧もしくは規定の差圧となるように各ブロワ３３，４８を駆動制御している。従って、空気極の圧力と燃料極の圧力を用いてフィードバック制御することで、この空気極の圧力と燃料極の圧力を高精度に調整することができる。 In the power generation system according to the first embodiment, a first detector 62 that detects the pressure of the air electrode and a second detector 63 that detects the pressure of the fuel electrode are provided, and the control device 61 detects by the first detector 62. The blowers 33 and 48 are driven and controlled so that the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode detected by the second detector 63 become the same pressure or a prescribed differential pressure. Therefore, by performing feedback control using the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode, the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode can be adjusted with high accuracy.

また、実施例１の発電システムの運転方法にあっては、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気Ａ１をガスタービン１１の燃焼器２２に供給する工程と、燃料ガスＬ１を燃焼器２２に供給する工程と、圧縮機２１で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３の空気極に供給する工程と、燃料ガスＬ２をＳＯＦＣ１３の燃料極に供給する工程と、空気極から排出される排空気Ｌ３を燃焼器２２に供給する工程と、燃料極から排出される排燃料ガスを燃焼器２２に供給する工程と、空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように空気極に供給される圧縮空気の圧力と燃焼器２２に供給される排燃料ガスの圧力を調整する工程とを有している。 In the operation method of the power generation system according to the first embodiment, the step of supplying the compressed air A1 compressed by the compressor 21 to the combustor 22 of the gas turbine 11 and the step of supplying the fuel gas L1 to the combustor 22 are performed. A step of supplying a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 to the air electrode of the SOFC 13, a step of supplying the fuel gas L2 to the fuel electrode of the SOFC 13, and combustion of the exhaust air L3 discharged from the air electrode Supplying to the combustor 22, supplying the exhaust fuel gas discharged from the fuel electrode to the combustor 22, and compression supplied to the air electrode so that the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode are made uniform A step of adjusting the pressure of the air and the pressure of the exhaust fuel gas supplied to the combustor 22.

図３は、本発明の実施例２に係る発電システムにおける圧縮空気と燃料ガスの圧力制御を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating pressure control of compressed air and fuel gas in the power generation system according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the function similar to the Example mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.

実施例２の発電システムにおいて、図３に示すように、ＳＯＦＣ１３は、第１圧縮空気供給ライン２６から分岐した第２圧縮空気供給ライン３１が連結され、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２を空気極の導入部に供給することができる。この第２圧縮空気供給ライン３１は、供給する空気量を調整可能な制御弁３２と、圧縮空気Ａ２を昇圧可能なブロワ３３とが空気の流れ方向に沿って設けられている。 In the power generation system of the second embodiment, as shown in FIG. 3, the SOFC 13 is connected to the second compressed air supply line 31 branched from the first compressed air supply line 26, and a part of the compressed air compressed by the compressor 21. A2 can be supplied to the introduction portion of the air electrode. In the second compressed air supply line 31, a control valve 32 capable of adjusting the amount of air to be supplied and a blower 33 capable of increasing the pressure of the compressed air A2 are provided along the air flow direction.

また、第２圧縮空気供給ライン３１は、ブロワ３３より空気の流れ方向の上流側、つまり、制御弁３２とブロワ３３との間に再生熱交換器７１と冷却器７２が設けられている。即ち、第２圧縮空気供給ライン３１にて、制御弁３２より空気の流れ方向の下流側に再生熱交換器７１が設けられ、再生熱交換器７１がより下流側に冷却器７２が設けられ、冷却器７２より下流側にブロワ３３が設けられている。冷却器７２は、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２と、冷却ライン７３を流れる冷却水との間で熱交換を行うことで、圧縮空気Ａ２を冷却する。再生熱交換器７１は、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２と、冷却器７２で冷却されてブロワ３３で昇圧された圧縮空気Ａ２との間で熱交換を行うことで、空気極に供給される圧縮空気Ａ２を加熱する。なお、再生熱交換器及びブロワ（昇圧機）３３に対する制御弁３２の配置は図３の配置に限定されることはなく、ブロワ（昇圧機）、制御弁又は再生熱交換器の形式によっては順序を逆にして配置しても良い。 The second compressed air supply line 31 is provided with a regenerative heat exchanger 71 and a cooler 72 upstream of the blower 33 in the air flow direction, that is, between the control valve 32 and the blower 33. That is, in the second compressed air supply line 31, a regeneration heat exchanger 71 is provided downstream of the control valve 32 in the air flow direction, and the regeneration heat exchanger 71 is further provided with a cooler 72 downstream. A blower 33 is provided downstream of the cooler 72. The cooler 72 cools the compressed air A 2 by exchanging heat between a part of the compressed air A 2 compressed by the compressor 21 and the cooling water flowing through the cooling line 73. The regenerative heat exchanger 71 exchanges heat between a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 and the compressed air A2 cooled by the cooler 72 and pressurized by the blower 33, so that the air electrode The compressed air A2 supplied to is heated. The arrangement of the control valve 32 with respect to the regenerative heat exchanger and blower (pressure booster) 33 is not limited to the arrangement shown in FIG. 3, and the order depends on the type of the blower (pressure booster), control valve, or regenerative heat exchanger. May be arranged in reverse.

即ち、圧縮機２１は、圧縮した圧縮空気Ａのうち一部の圧縮空気Ａ２を第２圧縮空気供給ライン３１に送り出す。この圧縮空気Ａ２は、まず、冷却器７２で冷却されてからブロワ３３に送られ、このブロワ３３により昇圧される。冷却後に昇圧された圧縮空気Ａ２は、再生熱交換器７１で冷却器７２により冷却される前の圧縮空気Ａ２により加熱される。そして、加熱後の圧縮空気Ａ２は、第２圧縮空気供給ライン３１からＳＯＦＣ１３の空気極に供給される。 That is, the compressor 21 sends a part of the compressed air A2 out of the compressed air A to the second compressed air supply line 31. The compressed air A 2 is first cooled by the cooler 72, then sent to the blower 33, and the pressure is increased by the blower 33. The compressed air A2 whose pressure has been increased after cooling is heated by the compressed air A2 before being cooled by the cooler 72 in the regenerative heat exchanger 71. The heated compressed air A2 is supplied from the second compressed air supply line 31 to the air electrode of the SOFC 13.

このように実施例２の発電システムにあっては、第２圧縮空気供給ライン３１におけるブロワ３３より空気の流れ方向の上流側に冷却器７２を設けている。従って、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気Ａ２は、冷却器７２により冷却してからブロワ３３により昇圧することで、このブロア３３の駆動力を低減することができる。 As described above, in the power generation system according to the second embodiment, the cooler 72 is provided upstream of the blower 33 in the second compressed air supply line 31 in the air flow direction. Therefore, the compressed air A2 compressed by the compressor 21 is cooled by the cooler 72 and then boosted by the blower 33, whereby the driving force of the blower 33 can be reduced.

また、圧縮空気Ａ２は、冷却器７２により冷却してブロワ３３により昇圧された後、再生熱交換器７１により加熱されてから空気極に供給される。従って、ＳＯＦＣ１３の昇温遅れを抑制することができる。 The compressed air A2 is cooled by the cooler 72, boosted by the blower 33, heated by the regenerative heat exchanger 71, and then supplied to the air electrode. Therefore, the temperature increase delay of the SOFC 13 can be suppressed.

図４は、本発明の実施例３に係る発電システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating a power generation system according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the function similar to the Example mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.

実施例３の発電システムにおいて、図４に示すように、発電システム１０は、ガスタービン１１及び発電機１２と、ＳＯＦＣ１３と、蒸気タービン１４及び発電機１５とを有している。 In the power generation system according to the third embodiment, as illustrated in FIG. 4, the power generation system 10 includes a gas turbine 11 and a power generator 12, a SOFC 13, a steam turbine 14 and a power generator 15.

ＳＯＦＣ１３は、第１圧縮空気供給ライン２６から分岐した第２圧縮空気供給ライン３１が連結され、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２を空気極の導入部に供給することができる。この第２圧縮空気供給ライン３１は、制御弁３２とブロワ３３が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、空気極で用いられた排空気Ａ３を排出する排空気ライン３４が連結され、排出ライン３５と排空気供給ライン３６に分岐され、それぞれ制御弁３７、遮断弁３８、制御弁３９が設けられている。なお、制御弁３２とブロワ（昇圧機）３３の配置は図１の配置に限定されることはなく、ブロワ（昇圧機）や制御弁の形式によって順序を逆にして配置しても良い。また、遮断弁３８と制御弁３９も逆にして配置しても良い。 The SOFC 13 is connected to the second compressed air supply line 31 branched from the first compressed air supply line 26, and can supply a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 to the introduction portion of the air electrode. The second compressed air supply line 31 is provided with a control valve 32 and a blower 33. The SOFC 13 is connected to an exhaust air line 34 for exhausting the exhaust air A3 used at the air electrode, and is branched into an exhaust line 35 and an exhaust air supply line 36. A control valve 37, a shut-off valve 38, and a control valve 39 are provided respectively. It has been. The arrangement of the control valve 32 and the blower (booster) 33 is not limited to the arrangement shown in FIG. 1, and the arrangement may be reversed depending on the type of the blower (booster) or the control valve. Further, the shut-off valve 38 and the control valve 39 may be arranged in reverse.

また、ＳＯＦＣ１３は、燃料ガスＬ２を燃料極の導入部に供給する第２燃料ガス供給ライン４１が設けられ、制御弁４２が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、排燃料ガスＬ３を排出する排燃料ライン４３が連結され、排出ライン４４と排燃料ガス供給ライン４５に分岐され、それぞれ制御弁４６，４７が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、排燃料ガスを循環する燃料ガス再循環ライン４９が設けられ、再循環ブロワ５０が設けられている。 Further, the SOFC 13 is provided with a second fuel gas supply line 41 for supplying the fuel gas L2 to the introduction portion of the fuel electrode, and a control valve 42 is provided. The SOFC 13 is connected to an exhaust fuel line 43 that exhausts the exhaust fuel gas L3, and is branched into an exhaust line 44 and an exhaust fuel gas supply line 45, and control valves 46 and 47 are provided, respectively. The SOFC 13 is provided with a fuel gas recirculation line 49 that circulates exhaust fuel gas, and a recirculation blower 50.

実施例３の発電システム１０にて、制御装置は、ＳＯＦＣ１３における空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように各ブロワ３３，５０を駆動制御すると共に、制御弁３９，４７を開閉制御する。即ち、制御装置は、ブロワ３３を駆動制御することで圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を所定圧力まで昇圧して空気極に供給する一方、ブロワ５０を駆動制御すると共に制御弁３９を開閉制御することで、空気極からの排酸化性ガスを減圧し、制御弁４７を開閉制御することで燃料極からの排燃料ガスを減圧して燃焼器２２に供給する。 In the power generation system 10 of the third embodiment, the control device drives and controls the blowers 33 and 50 and opens and closes the control valves 39 and 47 so that the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode in the SOFC 13 are equalized. Control. That is, the control device drives and controls the blower 33 to boost the compressed air A2 from the compressor 21 to a predetermined pressure and supplies it to the air electrode, while driving and controlling the blower 50 and controlling the opening and closing of the control valve 39. Thus, the exhaust oxidant gas from the air electrode is decompressed, and the control valve 47 is controlled to open and close, whereby the exhaust fuel gas from the fuel electrode is decompressed and supplied to the combustor 22.

具体的に、制御装置は、ブロワ３３を駆動制御することで、圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を空気極での圧力損失分以上昇圧する。また、制御装置は、ブロワ５０を駆動制御することで、燃料極からの排燃料ガスＬ３を燃料極での圧力損失分以上昇圧する。また、制御装置は、制御弁３９を開閉制御することで、空気極からの排酸化性ガスＡ３を燃焼器（空気側）２２での圧力損失分を考慮して減圧し、制御弁４７を開閉制御することで、燃料極からの排燃料ガスＬ３を燃焼器（燃料噴射ノズル）２２での圧力損失分を考慮して減圧する。 Specifically, the control device drives and controls the blower 33 to boost the compressed air A2 from the compressor 21 by a pressure loss at the air electrode or more. In addition, the control device drives and controls the blower 50, thereby boosting the exhaust fuel gas L3 from the fuel electrode by a pressure loss at the fuel electrode or more. In addition, the control device controls the opening and closing of the control valve 39, thereby reducing the exhaust oxidizing gas A3 from the air electrode in consideration of the pressure loss in the combustor (air side) 22, and opening and closing the control valve 47. By controlling, the exhaust fuel gas L3 from the fuel electrode is decompressed in consideration of the pressure loss in the combustor (fuel injection nozzle) 22.

具体的に説明すると、ガスタービン１１の圧縮機２１は、空気Ａを圧縮し、例えば、１．５Ｍｐａの圧縮空気Ａ１，Ａ２を生成する。ＳＯＦＣ１３における空気極の圧力損失が、例えば、０．１Ｍｐａとすると、ブロワ３３は、１．５Ｍｐａの圧縮空気Ａ２を０．５Ｍｐａ以上昇圧して２．０Ｍｐａとし、第２圧縮空気供給ライン３１から空気極に供給する。すると、２．０Ｍｐａの圧縮空気Ａ２は、空気極で発電に使用されることで０．１Ｍｐａの圧力損失を受け、１．９Ｍｐａの排空気Ａ３として排出される。この１．９Ｍｐａの排空気Ａ３は、制御弁３９により調圧されて１．５Ｍｐａの排空気Ａ３として排空気供給ライン３６から燃焼器２２に供給される。このとき、圧縮機２１が生成した圧縮空気Ａ１は、１．５Ｍｐａであることから、圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３が同圧となる。燃焼器２２は、同圧の圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３が供給されることとなり、安定して運転される。 More specifically, the compressor 21 of the gas turbine 11 compresses the air A and generates, for example, compressed air A1 and A2 of 1.5 Mpa. If the pressure loss of the air electrode in the SOFC 13 is 0.1 Mpa, for example, the blower 33 boosts 1.5 Mpa of compressed air A2 by 0.5 Mpa or more to 2.0 Mpa, and air is supplied from the second compressed air supply line 31. Supply to the pole. Then, the compressed air A2 of 2.0 Mpa receives a pressure loss of 0.1 Mpa by being used for power generation at the air electrode, and is discharged as exhaust air A3 of 1.9 Mpa. The 1.9 Mpa exhaust air A3 is regulated by the control valve 39 and supplied to the combustor 22 from the exhaust air supply line 36 as 1.5 Mpa exhaust air A3. At this time, since the compressed air A1 generated by the compressor 21 is 1.5 MPa, the compressed air A1 and the exhaust air A3 have the same pressure. The combustor 22 is supplied with compressed air A1 and exhaust air A3 having the same pressure, and is operated stably.

また、ＳＯＦＣ１３の燃料極は、例えば、２．０Ｍｐａの燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１から供給され、０．１Ｍｐａの圧力損失を受け、１．９Ｍｐａの排燃料ガスＬ３として排出される。一方、ガスタービン１１の燃焼器２２における燃料噴射ノズルの圧力損失が、例えば、０．４Ｍｐａとすると、制御弁４７は、１．９Ｍｐａの排燃料ガスＬ３をそのまま、排燃料ガス供給ライン４５から燃焼器２２に供給する。すると、１．９Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、燃焼器２２で噴射されることで０．４Ｍｐａの圧力損失を受け、１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３となる。この１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、第１圧縮空気供給ライン２６からの圧縮空気Ａ１及び排空気供給ライン３６からの排空気Ａ３と同圧となる。燃焼器２２は、同圧の圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３と排燃料ガスＬ３が供給されることとなり、安定して運転される。 The fuel electrode of the SOFC 13 is supplied with, for example, 2.0 Mpa of fuel gas L2 from the second fuel gas supply line 41, receives a pressure loss of 0.1 Mpa, and is discharged as 1.9 Mpa of exhaust fuel gas L3. . On the other hand, if the pressure loss of the fuel injection nozzle in the combustor 22 of the gas turbine 11 is 0.4 Mpa, for example, the control valve 47 burns the exhaust fuel gas L3 of 1.9 Mpa from the exhaust fuel gas supply line 45 as it is. Supply to the vessel 22. Then, the 1.9 Mpa exhaust fuel gas L3 is injected by the combustor 22 to receive a pressure loss of 0.4 Mpa, and becomes 1.5 Mpa exhaust fuel gas L3. The 1.5 Mpa exhaust fuel gas L3 has the same pressure as the compressed air A1 from the first compressed air supply line 26 and the exhaust air A3 from the exhaust air supply line 36. The combustor 22 is supplied with compressed air A1, exhaust air A3, and exhaust fuel gas L3 having the same pressure, and operates stably.

また、ＳＯＦＣ１３の燃料極から排出された１．９Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、再循環ブロワ５０により２．０Ｍｐａまで昇圧されてＳＯＦＣ１３の燃料極に戻される。すると、２．０Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、第２燃料ガス供給ライン４１から燃料極に供給される２．０Ｍｐａの燃料ガスＬ２と同圧となり、ＳＯＦＣ１３は、同圧の燃料ガスＬ２と排燃料ガスＬ３が供給されることとなり、安定して運転される。 The 1.9 Mpa exhaust fuel gas L3 discharged from the fuel electrode of the SOFC 13 is boosted to 2.0 Mpa by the recirculation blower 50 and returned to the fuel electrode of the SOFC 13. Then, the 2.0 Mpa exhaust fuel gas L3 has the same pressure as the 2.0 Mpa fuel gas L2 supplied to the fuel electrode from the second fuel gas supply line 41, and the SOFC 13 has the same pressure fuel gas L2 and exhaust fuel. The gas L3 is supplied, and the operation is stable.

そのため、ＳＯＦＣ１３は、空気極に２．０Ｍｐａの圧縮空気Ａ２が供給され、燃料極に２．０Ｍｐａの燃料ガスＬ２及び排燃料ガスＬ３が供給されることから、空気極と燃料極の圧力がほぼ同圧に維持される。 Therefore, the SOFC 13 is supplied with 2.0 Mpa of compressed air A2 to the air electrode and 2.0 Mpa of fuel gas L2 and exhaust fuel gas L3 to the fuel electrode, so that the pressure of the air electrode and the fuel electrode is almost equal. The same pressure is maintained.

このように実施例３の発電システムにあっては、第２圧縮空気供給ライン３１に設けられるブロワ３３と、排空気供給ライン３６に設けられる制御弁３８と、排燃料ガス供給ライン４５に設けられる制御弁４７と、燃料ガス再循環ライン４９に設けられる再循環ブロワ５０と、空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように各ブロワ３３，５０及び制御弁３９，４７を駆動制御する制御装置とを設けている。 As described above, in the power generation system according to the third embodiment, the blower 33 provided in the second compressed air supply line 31, the control valve 38 provided in the exhaust air supply line 36, and the exhaust fuel gas supply line 45 are provided. The control valve 47, the recirculation blower 50 provided in the fuel gas recirculation line 49, and the blowers 33 and 50 and the control valves 39 and 47 are driven and controlled so that the air electrode pressure and the fuel electrode pressure are equalized. And a control device.

なお、上述した実施例にて、ＳＯＦＣ１３燃料極からの排燃料ライン４３に排燃料ガス供給ライン４５を連結すると共に、排燃料ライン４３と第２燃料ガス供給ライン４１を燃料ガス再循環ライン４９により連結したが、この構成に限定されるものではない。例えば、燃料ガス再循環ライン４９における再循環ブロワ５０より排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に排燃料ガス供給ライン４５を連結してもよい。また、ブロワ（酸化性ガス昇圧機）３３の昇圧幅が増加する場合は、実施例２と同様に再生熱交換器、冷却器を設置することで、ブロワ３３の動力を低減しても良い。 In the embodiment described above, the exhaust fuel gas supply line 45 is connected to the exhaust fuel line 43 from the SOFC 13 fuel electrode, and the exhaust fuel line 43 and the second fuel gas supply line 41 are connected by the fuel gas recirculation line 49. Although connected, it is not limited to this configuration. For example, the exhaust fuel gas supply line 45 may be connected downstream of the recirculation blower 50 in the fuel gas recirculation line 49 in the flow direction of the exhaust fuel gas L3. Further, when the pressure increase width of the blower (oxidizing gas booster) 33 increases, the power of the blower 33 may be reduced by installing a regenerative heat exchanger and a cooler as in the second embodiment.

１０発電システム
１１ガスタービン
１２発電機
１３固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）
１４蒸気タービン
１５発電機
２１圧縮機
２２燃焼器
２３タービン
２６第１圧縮空気供給ライン（第１圧縮酸化性ガス供給ライン）
２７第１燃料ガス供給ライン
３１第２圧縮空気供給ライン（第２圧縮酸化性ガス供給ライン）
３２制御弁
３３ブロワ（酸化性ガス昇圧機）
３４排空気ライン
３６排空気供給ライン（排酸化性ガス供給ライン）
３８遮断弁
３９制御弁
４０制御弁
４１第２燃料ガス供給ライン
４２制御弁
４３排燃料ライン
４５排燃料ガス供給ライン
４７制御弁
４８ブロワ（排燃料ガス昇圧機）
４９燃料ガス再循環ライン
５０再循環ブロワ（再循環送風機）
６１制御装置（制御部）
６２第１検出器
６３第２検出器
７１再生熱交換器
７２冷却器 10 Power Generation System 11 Gas Turbine 12 Generator 13 Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)
14 Steam turbine 15 Generator 21 Compressor 22 Combustor 23 Turbine 26 First compressed air supply line (first compressed oxidizing gas supply line)
27 First fuel gas supply line 31 Second compressed air supply line (second compressed oxidizing gas supply line)
32 Control valve 33 Blower (oxidizing gas booster)
34 Exhaust Air Line 36 Exhaust Air Supply Line (Exhaust Oxidizing Gas Supply Line)
38 shutoff valve 39 control valve 40 control valve 41 second fuel gas supply line 42 control valve 43 exhaust fuel line 45 exhaust fuel gas supply line 47 control valve 48 blower (exhaust fuel gas booster)
49 Fuel gas recirculation line 50 Recirculation blower (recirculation blower)
61 Control device (control unit)
62 1st detector 63 2nd detector 71 Regenerative heat exchanger 72 Cooler

Claims

圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、
空気極及び燃料極を有する燃料電池と、
前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスを前記燃焼器に供給する第１圧縮酸化性ガス供給ラインと、
前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスの少なくとも一部を前記空気極に供給する第２圧縮酸化性ガス供給ラインと、
前記第２圧縮酸化性ガス供給ラインに設けられる酸化性ガス昇圧機と、
前記空気極から排出される排酸化性ガスを前記燃焼器に供給する排酸化性ガス供給ラインと、
第１の燃料ガスを前記燃焼器に供給する第１燃料ガス供給ラインと、
第２の燃料ガスを前記燃料極に供給する第２燃料ガス供給ラインと、
前記燃料極から排出される排燃料ガスを前記燃焼器に供給する排燃料ガス供給ラインと、
前記排燃料ガス供給ラインに設けられる排燃料ガス昇圧機と、
前記空気極の圧力と前記燃料極の圧力が均一化されるように前記酸化性ガス昇圧機と前記排燃料ガス昇圧機を駆動制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記酸化性ガス昇圧機を駆動制御することで前記圧縮機からの圧縮酸化性ガスを所定圧力まで昇圧して前記空気極に供給する一方、前記排燃料ガス昇圧機を駆動制御することで前記燃料極からの排燃料ガスを昇圧して前記燃焼器に供給すると共に、前記酸化性ガス昇圧機を駆動制御することで、前記圧縮機からの圧縮酸化性ガスの前記空気極での圧力損失分を昇圧し、前記排燃料ガス昇圧機を駆動制御することで、前記燃料極からの排燃料ガスの前記燃焼器での圧力損失分を昇圧する、
ことを特徴とする発電システム。 A gas turbine having a compressor and a combustor;
A fuel cell having an air electrode and a fuel electrode;
A first compressed oxidizing gas supply line for supplying a compressed oxidizing gas compressed by the compressor to the combustor;
A second compressed oxidizing gas supply line for supplying at least a part of the compressed oxidizing gas compressed by the compressor to the air electrode;
An oxidizing gas booster provided in the second compressed oxidizing gas supply line;
An exhaust oxidizing gas supply line for supplying exhaust combustible gas discharged from the air electrode to the combustor;
A first fuel gas supply line for supplying a first fuel gas to the combustor;
A second fuel gas supply line for supplying a second fuel gas to the fuel electrode;
An exhaust fuel gas supply line that supplies exhaust gas discharged from the fuel electrode to the combustor;
An exhaust fuel gas booster provided in the exhaust fuel gas supply line;
A control unit that drives and controls the oxidizing gas booster and the exhaust fuel gas booster so that the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode are made uniform;
I have a,
The control unit drives and controls the oxidizing gas booster to boost the compressed oxidizing gas from the compressor to a predetermined pressure and supply it to the air electrode, while driving and controlling the exhaust fuel gas booster In this way, the exhaust fuel gas from the fuel electrode is boosted and supplied to the combustor, and the oxidizing gas booster is driven and controlled, so that the compressed oxidizing gas from the compressor can be controlled by the air electrode. The pressure loss is increased and the exhaust fuel gas booster is driven and controlled to increase the pressure loss in the combustor of the exhaust fuel gas from the fuel electrode.
A power generation system characterized by that.

前記燃料極から排出される排燃料ガスを前記燃料極に戻す燃料ガス再循環ラインが設けられると共に、前記燃料ガス再循環ラインに再循環送風機が設けられ、前記制御部は、前記再循環送風機を駆動制御することで、再循環燃料ガス量を調整することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。 A fuel gas recirculation line for returning the exhaust fuel gas discharged from the fuel electrode to the fuel electrode is provided, and a recirculation blower is provided in the fuel gas recirculation line, and the control unit controls the recirculation blower. The power generation system according to claim 1 , wherein the amount of recirculated fuel gas is adjusted by driving control.

前記排燃料ガス供給ラインに制御弁が設けられ、前記制御部は、前記制御弁の開度を制御することで、前記燃料極の圧力を調整することを特徴とする請求項２に記載の発電システム。 The power generation according to claim 2 , wherein a control valve is provided in the exhaust fuel gas supply line, and the control unit adjusts the pressure of the fuel electrode by controlling an opening degree of the control valve. system.

前記空気極の圧力を検出する第１検出器と、前記燃料極の圧力を検出する第２検出器とが設けられ、前記制御部は、前記第１検出器により検出された第１圧力と前記第２検出器により検出された第２圧力が同圧となるように、前記酸化性ガス昇圧機と前記排燃料ガス昇圧機を駆動制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の発電システム。 A first detector for detecting the pressure of the air electrode and a second detector for detecting the pressure of the fuel electrode are provided, and the control unit detects the first pressure detected by the first detector and the as the second pressure detected by the second detector is the same pressure, any one of claims 1 to 3, characterized in that the drive control of the exhaust fuel gas booster and the oxidizing gas booster Power generation system described in one .

前記第２圧縮酸化性ガス供給ラインにおける前記酸化性ガス昇圧機より酸化性ガスの流れ方向の上流側に冷却器が設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の発電システム。 5. The cooler according to claim 1 , wherein a cooler is provided upstream of the oxidizing gas booster in the second compressed oxidizing gas supply line in the flow direction of the oxidizing gas. 6. Power generation system.

圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスをガスタービンの燃焼器に供給する工程と、
燃料ガスを前記燃焼器に供給する工程と、
前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスの一部を所定圧力まで昇圧して燃料電池の空気極に供給する工程と、
燃料ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する工程と、
前記空気極から排出される排酸化性ガスを前記燃焼器に供給する工程と、
前記燃料極から排出される排燃料ガスを昇圧して前記燃焼器に供給する工程と、
前記空気極の圧力と前記燃料極の圧力が均一化されるように前記空気極に供給される圧縮酸化性ガスの圧力と前記燃焼器に供給される排燃料ガスの圧力を調整する工程と、
前記圧縮機からの圧縮酸化性ガスの前記空気極での圧力損失分を昇圧すると共に前記燃料極からの排燃料ガスの前記燃焼器での圧力損失分を昇圧する工程と、
を有することを特徴とする発電システムの運転方法。 Supplying a compressed oxidizing gas compressed by a compressor to a combustor of a gas turbine;
Supplying fuel gas to the combustor;
A step of raising a part of the compressed oxidizing gas compressed by the compressor to a predetermined pressure and supplying it to the air electrode of the fuel cell;
Supplying fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell;
Supplying exhaust oxidant gas discharged from the air electrode to the combustor;
Increasing the pressure of exhaust fuel gas discharged from the fuel electrode and supplying it to the combustor;
Adjusting the pressure of the compressed oxidizing gas supplied to the air electrode and the pressure of the exhaust fuel gas supplied to the combustor so that the pressure of the air electrode and the pressure of the fuel electrode are made uniform;
Increasing the pressure loss at the air electrode of the compressed oxidizing gas from the compressor and increasing the pressure loss at the combustor of the exhaust fuel gas from the fuel electrode;
A method for operating a power generation system, comprising: