CN104737347B - 发电系统以及发电系统的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够使提供给SOFC的空气的压力稳定的发电系统以及发电系统的运行方法。发电系统具有：燃料电池；燃气轮机；第1压缩空气提供线，其从压缩机向燃烧器提供空气；第2压缩空气提供线，其从压缩机向燃料电池提供压缩空气；压缩空气循环线，其从燃料电池向燃烧器提供排气；检测部，其对燃料电池的压缩空气的流动容易性进行检测；调整部，其对第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性与第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性的平衡进行调整；和控制装置，其基于由检测部检测出的燃料电池的压缩空气的流动容易性的变动，通过调整部来对第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性与第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性的平衡进行调整。

Description

发电系统以及发电系统的运行方法
技术领域
本发明涉及将固体氧化物形燃料电池、燃气(gas)轮机(turbine)和蒸汽轮机组合的发电系统以及发电系统的运行方法。
背景技术
固体氧化物形燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下为SOFC)作为用途广的高效率燃料电池而被知晓。由于该SOFC为了提高离子导电率而提高动作温度，因此从燃气轮机的压缩机排出的压缩空气能够用作为向空气极侧提供的空气(氧化剂)。此外，能够将从SOFC排出的高温排燃料气体用作为燃气轮机的燃烧器的燃料。
因此，例如，如下述专利文献1所述，作为能够达成高效率发电的发电系统，提出了各种将SOFC、燃气轮机和蒸汽轮机组合的系统。在该专利文献1所述的联合(conbined)系统中，燃气轮机具有：将空气压缩并提供给SOFC的压缩机、和根据从该SOFC排出的排燃料气体和压缩空气来生成燃烧气体的燃烧器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-205930号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
上述现有的发电系统具备：从燃气轮机的压缩机向燃烧器提供压缩空气的路径、和从压缩机向SOFC等燃料电池提供压缩空气的路径，通过在向燃料电池提供压缩空气的开始时，逐渐关闭从压缩机向燃烧器提供压缩空气的路径的阀，并逐渐打开从压缩机向燃料电池提供压缩空气的路径的阀，从而使向燃料电池提供的空气量增加。
这里，在发电系统中，若燃料电池与燃气轮机的驱动状态变动，则从压缩机向燃料电池提供的压缩空气的压力有可能变动。在发电系统内，若提供给燃料电池的压缩空气的压力变动，则燃料电池的空气极侧的压力变动，不能将空气极与燃料极的压力平衡保持恒定。因此，若空气极与燃料极的压力不保持平衡，则燃料电池的性能劣化。
本发明解决上述课题，其目的在于，提供能够使提供给燃料电池的压缩空气的压力稳定的发电系统以及发电系统的运行方法。
-解决课题的手段-
用于实现上述目的的本发明的发电系统的特征在于，具有：燃料电池；燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；第1压缩空气提供线，其从所述压缩机向所述燃烧器提供压缩空气；第2压缩空气提供线，其从所述压缩机向所述燃料电池提供压缩空气；压缩空气循环线，其从所述燃料电池向所述燃烧器提供排气；检测部，其对所述燃料电池的压缩空气的流动容易性进行检测；调整部，其对所述第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性与所述第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性的平衡进行调整；和控制装置，其基于由所述检测部检测出的所述燃料电池的压缩空气的流动容易性的变动，通过所述调整部来对第1压缩空气提供线与第2压缩空气提供线的空气的流动容易性的平衡进行调整。
因此，基于燃料电池中的压缩空气的流动容易性，能够对第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性与第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性的平衡进行调整。由此，能够对由于燃料电池的变动的影响导致的提供给燃料电池的压缩空气变动进行抑制，能够使提供给燃料电池的压缩空气的压力稳定。
在本发明的发电系统中，其特征在于，所述调整部包含被配置于所述第1压缩空气提供线的、对所述第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性进行调整的机构。
因此，通过调整第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性，能够对提供给燃料电池的压缩空气与提供给燃烧器的压缩空气的平衡适当地进行调整。
在本发明的发电系统中，其特征在于，所述调整部包含被配置于所述第1压缩空气提供线的、能够调整开度的控制阀。
因此，通过调整控制阀的开度，并调整第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性，能够对提供给燃料电池的压缩空气与提供给燃烧器的压缩空气的平衡适当地进行调整。
在本发明的发电系统中，其特征在于，所述调整部包含被配置于第1压缩空气提供线的主配管、将所述主配管分支的至少1根分支管、和被配置于所述分支管的开闭阀。
因此，通过调整打开的开闭阀的数量(关闭的开闭阀的数量)，并调整第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性，能够对提供给燃料电池的压缩空气与提供给燃烧器的压缩空气的平衡适当地进行调整。
在本发明的发电系统中，其特征在于，所述控制装置在压缩空气变得难以向所述燃料电池流动的情况下，使压缩空气容易向所述第1压缩空气提供线流动。
因此，结合压缩空气的流动容易性的变动，能够对使从第2压缩空气提供线向燃料电池提供的压缩空气减少进行抑制，能够使提供给燃料电池的压缩空气的压力稳定。
在本发明的发电系统中，其特征在于，所述调整部包含被配置于所述第2压缩空气提供线的、对所述第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性进行调整的机构。
因此，通过调整第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性，能够对提供给燃料电池的压缩空气与提供给燃烧器的压缩空气的平衡适当地进行调整。
在本发明的发电系统中，其特征在于，所述调整部包含被配置于所述第2压缩空气提供线的、能够调整开度的控制阀。
因此，通过调整控制阀的开度，并调整第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性，能够对提供给燃料电池的压缩空气与提供给燃烧器的压缩空气的平衡适当地进行调整。
在本发明的发电系统中，其特征在于，所述控制装置在压缩空气变得难以向所述燃料电池流动的情况下，使压缩空气容易向所述第2压缩空气提供线流动。
因此，结合压缩空气的流动容易性的变动，能够对提供给燃料电池的压缩空气减少进行抑制。由此，能够对从第2压缩空气提供线向燃料电池提供的压缩空气减少进行抑制，能够使提供给燃料电池的压缩空气的压力稳定。
在本发明的发电系统中，其特征在于，所述控制装置在判定为切断所述燃料电池与所述燃气轮机的压缩空气的流通路径的情况下，通过所述调整部，反复进行使压缩空气难以向所述第2压缩空气提供线流动并且使压缩空气容易向所述第1压缩空气提供线流动的控制，使所述第2压缩空气提供线关闭。
因此，在切断所述燃料电池与所述燃气轮机的压缩空气的流通路径时，能够对提供给燃烧室的压缩空气的量变动进行抑制。
在本发明的发电系统中，其特征在于，所述检测部包含：对流过所述第1压缩空气提供线的压缩空气的压力进行检测的第1压力检测部、和对流过所述压缩空气循环线的压缩空气的压力进行检测的第2压力检测部，基于由所述第1压力检测部检测出的结果和由所述第2压力检测部检测出的结果，对所述燃料电池的压缩空气的流动容易性进行检测。
因此，能够通过简单的检测机构来检测压缩空气的流动容易性。
此外，在本发明的发电系统的运行方法中，所述发电系统具有：燃料电池；具有压缩机和燃烧器的燃气轮机；从所述压缩机向所述燃烧器提供压缩空气的第1压缩空气提供线；从所述压缩机向所述燃料电池提供压缩空气的第2压缩空气提供线；和从所述燃料电池向所述燃烧器提供排气的压缩空气循环线，其特征在于，具有：对所述燃料电池的压缩空气的流动容易性进行检测的工序；和基于由所述检测部检测出的所述燃料电池的压缩空气的流动容易性的变动，通过所述调整部来对所述第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性与所述第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性的平衡进行调整的工序。
通过基于燃料电池中的压缩空气的流动容易性，对第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性与第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性的平衡进行调整，从而能够对由于燃料电池的变动的影响而导致的提供给燃料电池的压缩空气变动进行抑制。由此，能够使提供给燃料电池的压缩空气的压力稳定。
-发明效果-
根据本发明的发电系统以及发电系统的运行方法，通过基于燃料电池中的压缩空气的流动容易性，对第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性与第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性的平衡进行调整，从而能够抑制提供给燃料电池的压缩空气的压力变动。由此，能够使提供给燃料电池的压缩空气的压力稳定。
附图说明
图1是表示本实施例的发电系统的示意结构图。
图2是表示本发明的一实施例所涉及的发电系统中的燃气轮机、SOFC和配管系统的示意图。
图3是表示本实施例的发电系统的驱动动作的一个例子的流程图。
图4是表示本实施例的发电系统的驱动动作的一个例子的流程图。
图5是表示燃气轮机、SOFC和配管系统的另一例子的示意图。
图6是表示发电系统的驱动动作的一个例子的流程图。
图7是表示燃气轮机、SOFC和配管系统的另一例子的示意图。
图8是表示发电系统的驱动动作的一个例子的流程图。
图9是表示第1压缩空气提供线的另一例子的示意结构图。
具体实施方式
下面，参照添加附图，对本发明所涉及的发电系统以及发电系统的运行方法的适当的实施例进行详细说明。另外，本发明并不被限定于该实施例，此外，在存在多个实施例的情况下，也包含将各个实施例组合来构成的发明。
【实施例】
本实施例的发电系统是将固体氧化物形燃料电池(以下称为SOFC。)、燃气轮机和蒸汽轮机组合而成的三联循环(Triple Combined Cycle：注册商标)。由于该三联循环通过在燃气轮机联合循环发电(GTCC)的上游侧设置SOFC，从而能够在SOFC、燃气轮机和蒸汽轮机这3个阶段发电，因此能够实现极高的发电效率。另外，虽然在下面的说明中，作为本发明的燃料电池，应用固体氧化物形燃料电池来进行了说明，但并不限定于该形式的燃料电池。
图1是表示本实施例的发电系统的示意结构图。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、SOFCl3、蒸汽轮机14以及发电机15。该发电系统10构成为通过将基于燃气轮机11的发电、基于SOFCl3的发电、和基于蒸汽轮机14的发电组合，从而得到较高的发电效率。此外，发电系统10具备控制装置62。控制装置62基于被输入的设定、被输入的指示以及通过检测部而检测出的结果等，来控制发电系统10的各部的动作。
燃气轮机11具有：压缩机21、燃烧器22和涡轮23，压缩机21与涡轮23通过旋转轴24来能够一体旋转地连结。压缩机21对从空气获取线25获取到的空气A进行压缩。燃烧器22将从压缩机21经由第1压缩空气提供线26而提供的压缩空气A1和从第1燃料气体提供线27提供的燃料气体L1混合燃烧。涡轮23通过从燃烧器22经由排气提供线28而提供的燃烧气体G1来旋转。另外，虽未图示，但由压缩机21压缩的压缩空气A1经由车室而被提供，涡轮23将该压缩空气A1作为冷却空气来冷却翼等。发电机12被设置在与涡轮23相同的轴上，能够通过涡轮23旋转来进行发电。另外，这里，作为提供给燃烧器22的燃料气体L1，例如，使用液化天然气(LNG)。
SOFC13通过被提供作为还原剂的高温燃料气体和作为氧化剂的高温空气(氧化性气体)，从而在规定的动作温度进行反应来进行发电。该SOFC13构成为在压力容器内收容有空气极、固体电解质和燃料极。通过向空气极提供由压缩机21压缩的一部分的压缩空气A2，向燃料极提供燃料气体L2来进行发电。另外，这里，作为提供给SOFC13的燃料气体L2，例如，使用液化天然气(LNG)、氢(H2)以及一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等烃气、通过石炭等碳质原料的气体化设备来制造出的气体。此外，提供给SOFC13的氧化性气体是大约包含15％～30％的氧的气体，虽然代表性地，空气比较适合，但除了空气以外也能够使用燃烧排气与空气的混合气体、氧与空气的混合气体等(以下，将提供给SOFC13的氧化性气体称为空气)。
该SOFC13与从第1压缩空气提供线26分支的第2压缩空气提供线31连结，能够将压缩机21压缩的一部分的压缩空气A2提供给空气极的导入部。该第2压缩空气提供线31沿着压缩空气A2的流动方向设置有：能够调整所提供的空气量的控制阀32、和能够对压缩空气A2进行升压的增压机(blower)33。控制阀32被设置在第2压缩空气提供线31中的压缩空气A2的流动方向的上游侧，增压机33被设置在控制阀32的下游侧。SOFC13与排出被空气极使用的压缩空气A3(排气)的排气线34连结。该排气线34被分支为将被空气极使用的压缩空气A3排出到外部的排出线35、和与燃烧器22连结的压缩空气循环线36。排出线35设置有能够调整排出的空气量的控制阀37，压缩空气循环线36设置有能够调整循环的空气量的控制阀38。
此外，SOFC13设置有将燃料气体L2提供给燃料极的导入部的第2燃料气体提供线41。第2燃料气体提供线41设置有能够调整所提供的燃料气体量的控制阀42。SOFC13与排出被燃料极使用的排燃料气体L3的排燃料线43连结。该排燃料线43被分支为向外部排出的排出线44、和与燃烧器22连结的排燃料气体提供线45。排出线44设置有能够调整排出的燃料气体量的控制阀46，排燃料气体提供线45沿着排燃料气体L3的流动方向设置有能够调整所提供的燃料气体量的控制阀47、和能够对排燃料气体L3进行升压的增压机48。控制阀47被设置在排燃料气体提供线45中的排燃料气体L3的流动方向的上游侧，增压机48被设置在控制阀47的下游侧。
此外，SOFC13设置有将排燃料线43与第2燃料气体提供线41连结的燃料气体再循环线49。在燃料气体再循环线49，设置有使排燃料线43的排燃料气体L3再循环到第2燃料气体提供线41的再循环增压机50。
蒸汽轮机14通过由排热回收锅炉(HRSG)51生成的蒸汽，从而涡轮52旋转。蒸汽轮机14(涡轮52)在与排热回收锅炉51之间设置有蒸汽提供线54和供水线55。并且，供水线55设置有冷却器56和供水泵57。排热回收锅炉51与来自燃气轮机11(涡轮23)的排气线53连结，通过在从排气线53提供的高温排气G2与从供水线55提供的水之间进行热交换，从而生成蒸汽S。发电机15被设置在与涡轮52相同的轴上，能够通过涡轮52旋转来进行发电。另外，由排热回收锅炉51回收了热的排气G2被除去有害物质后被释放到大气。
这里，对本实施例的发电系统10的动作进行说明。在起动发电系统10的情况下，依次起动燃气轮机11、蒸汽轮机14、和SOFC13。
首先，在燃气轮机11中，压缩机21压缩空气A，燃烧器22将压缩空气A1与燃料气体L1混合燃烧，涡轮23通过燃烧气体G1来旋转，从而发电机12开始发电。接下来，在蒸汽轮机14中，通过由排热回收锅炉51生成的蒸汽S，从而涡轮52旋转，由此发电机15开始发电。
接着，为了使SOFC13起动，则从压缩机21提供压缩空气A2，开始SOFC13的加压并开始加热。在关闭排出线35的控制阀37与压缩空气循环线36的控制阀38，并停止第2压缩空气提供线31的增压机33的状态下，以规定开度来打开控制阀32。这样，由压缩机21压缩的一部分的压缩空气A2被从第2压缩空气提供线31提供给SOFC13侧。由此，SOFC13的空气极侧通过被提供了压缩空气A2从而压力上升。
另一方面，在SOFC13的燃料极侧，提供燃料气体L2并开始加压。在关闭排出线44的控制阀46与排燃料气体提供线45的控制阀47，并停止增压机48的状态下，打开第2燃料气体提供线41的控制阀42，并驱动燃料气体再循环线49的再循环增压机50。这样，燃料气体L2被从第2燃料气体提供线41提供给SOFC13，并且排燃料气体L3通过燃料气体再循环线49而被再循环。由此，SOFC13的燃料极侧通过被提供了燃料气体L2从而压力上升。
然后，若SOFC13的空气极侧的压力成为压缩机21的出口压力，则全部打开控制阀32，并且驱动增压机33。与此同时打开控制阀37，将来自SOFC13的压缩空气A3从排出线35排出。这样，压缩空气A2通过增压机33而被提供给SOFC13侧。与此同时打开控制阀46，将来自SOFC13的排燃料气体L3从排出线44排出。然后，若SOFC13中的空气极侧的压力与燃料极侧的压力达到目标压力，则SOFC13的加压结束。
然后，若SOFC13的反应(发电)稳定，并且压缩空气A3与排燃料气体L3的成分稳定，则关闭控制阀37，另一方面打开控制阀38。这样，来自SOFC13的压缩空气A3被从压缩空气循环线36提供给燃烧器22。此外，关闭控制阀46，另一方面打开控制阀47并驱动增压机48。这样，来自SOFC13的排燃料气体L3被从排燃料气体提供线45提供给燃烧器22。此时，减少从第1燃料气体提供线27提供给燃烧器22的燃料气体L1。
这里，基于燃气轮机11的驱动的发电机12中的发电、SOFC13中的发电、基于蒸汽轮机14的驱动的发电机15中的发电被全部进行，发电系统10稳定运行。
图2是表示本发明的一实施例所涉及的发电系统中的燃气轮机、SOFC和配管系统的示意图。但是，在一般的发电系统中，将从压缩机21排出的压缩空气提供给SOFC13与燃烧器22两者。此外，从压缩机21排出的压缩空气使用冷却空气提供线72而被提供给涡轮23，也被利用为冷却涡轮23的空气。
这里，发电系统由于燃料电池与燃气轮机的驱动状态变动等各种理由，导致SOFC13的空气的流动容易性变动。若SOFC13的空气的流动容易性变动，则从压缩机21排出的压缩空气中，被提供给SOFC13的压缩空气A2的比例与被提供给燃烧器22的压缩空气A1的比例的关系变动，被提供给SOFC13的压缩空气A2的压力变动。
因此，在本实施例的发电系统10中，如图2所示，设置有对第2压缩空气提供线31的压缩空气A2的流动容易性进行调整的控制阀37、对第1压缩空气提供线26的压缩空气A1的流动容易性进行调整的旁路(by-path)控制阀(控制阀)70、压力检测部80、82、84、86。压力检测部80、82、84、86为对本实施方式的SOFC13的压缩空气的流动容易性进行检测的检测部。发电系统10的控制装置(控制部)62基于压力检测部80、82、84、86的检测结果，驱动控制阀37以及旁路控制阀70。
发电系统10基于由压力检测部82检测出的压缩空气A2的压力与由压力检测部84检测出的压缩空气A3的压力的差，对SOFC13的压缩空气的流动容易性进行检测，并基于其检测结果，对控制阀37与旁路控制阀70的开度进行控制。通过该控制，能够调整第1压缩空气提供线26的压缩空气A1的流动容易性与第2压缩空气提供线31的压缩空气A2的流动容易性的平衡。由此，能够使提供给SOFC13的压缩空气A2的压力稳定。
若详细说明，如图2所示，旁路控制阀70被设置在第1压缩空气提供线26。旁路控制阀70通过切换开闭，来切换第1压缩空气提供线26中压缩空气A1的流通，通过调整开度，来控制流过第1压缩空气提供线26的压缩空气A1的流动容易性、流量以及旁路控制阀70的上游与下游的压力差。此外，控制阀37如上所述被设置在第2压缩空气提供线31，通过调整开闭、开度，能够在第2压缩空气提供线31进行与旁路控制阀70同样的调整。
压力检测部80被设置在压缩空气被从压缩机21排出的线。具体来讲，被设置在分支为第1压缩空气提供线26与第2压缩空气提供线31之前的线。压力检测部80对从压缩机21排出的压缩空气的压力进行检测。压力检测部82被配置在第2压缩空气提供线31的控制阀37的下游侧并且SOFC13的上游侧。压力检测部82对被提供给SOFC13的压缩空气A2的压力进行检测。压力检测部84被配置在压缩空气循环线36的SOFC13的下游侧并且控制阀38的上游侧。压力检测部84对从SOFC13排出的压缩空气A3的压力进行检测。压力检测部86被配置在第1压缩空气提供线26的旁路控制阀70的下游侧并且压缩空气循环线36的连结部分的上游侧。压力检测部对通过旁路控制阀70之后的压缩空气A1的压力进行检测。
控制装置62能够调整控制阀37以及旁路控制阀70的至少一个的开度。因此，控制装置62能够调整第1压缩空气提供线26以及第2压缩空气提供线31的至少一个的压缩空气的流动容易性。由此，能够调整第1压缩空气提供线26的压缩空气A1的流动容易性与第2压缩空气提供线31的压缩空气A2的流动容易性的平衡。
下面，使用图3，对上述的本实施例的发电系统10的驱动方法进行说明。图3是表示本实施例的发电系统的驱动动作的一个例子的流程图。图3所示的驱动动作能够通过控制装置(控制部)62基于各部的检测结果，执行运算处理来实现。另外，控制装置62反复执行图3所示的处理。
首先，控制装置62对SOFC13的压缩空气的流动容易性进行检测(步骤S12)。具体来讲，至少基于压力检测部82与压力检测部84的检测结果，对SOFC13中的压力损失进行检测，基于其结果来对SOFC13中的压缩空气的流动容易性进行检测。更优选地，进一步加上压力检测部80与压力检测部84的结果，通过使用发电系统10的空气侧的路径中的压力的平衡、各部的流路电阻等来进行运算，从而对SOFC13中的压缩空气的流动容易性进行检测。
若控制装置62检测出SOFC13中的压缩空气的流动容易性，则对流动容易性中是否存在变动进行判定(步骤S14)。例如，控制装置62在与进行了上次调整的情况下的流动容易性的差超过了设定的阈值的情况下，判定为存在变动。控制装置62在判定为不存在变动(步骤S14中为“否”)的情况下，结束本处理。
控制装置62在判定为存在变动(步骤S14中为“是”)的情况下，进行对旁路控制阀70的开度进行变更的控制(步骤S16)，结束本处理。这里，控制装置62在判定为SOFC13中压缩空气变得容易流动的情况下，进行使旁路控制阀70的开度减少的控制，在判定为SOFC13中压缩空气变得不容易流动的情况下，进行使旁路控制阀70的开度增大的控制。这样，发电系统10通过基于SOFC13中的压缩空气的流动容易性来调整旁路控制阀70的开度，从而能够对提供给SOFC13的压缩空气A2的压力变动进行抑制，对SOFC13的空气极侧的压力变动进行抑制。因此，能够将SOFC13的空气极与燃料极的压力平衡保持恒定。
此外，若在发电系统10内压力的平衡变动，则提供给燃烧器22的压缩空气的量、压力可能变动。若提供给燃烧器22的压缩空气变动，则燃烧器22中的燃料气体的燃烧变得不稳定。发电系统10通过结合SOFC13的压缩空气的流动容易性的变动来调整旁路控制阀70的开度，从而能够对提供给SOFC13的压缩空气A2与提供给燃料器22的压缩空气A1的平衡变动进行抑制。由此，发电系统10也能够对提供给燃烧器22的压缩空气A1的量、压力的变动进行抑制。
接下来，使用图4，来对发电系统10的驱动方法的另一例进行说明。图4是表示本实施例的发电系统的驱动动作的另一例的流程图。图4所示的驱动动作能够通过控制装置(控制部)62基于各部的检测结果，执行运算处理来实现。控制装置(控制部)62在SOFC13或者燃气轮机11检测异常，在停止SOFC13与燃气轮机11之间的排燃料气体、压缩空气的流通时执行图4所示的处理。
首先，若控制装置62在SOFC13或者燃气轮机11检测到异常(步骤S20)，则进行使第2压缩空气提供线31的控制阀32和压缩空气循环线36的控制阀38的开度减少的控制(步骤S22)，进行使旁路控制阀70的开度增大的控制(步骤S24)。接下来，控制装置62对是否结束第2压缩空气提供线31的控制阀32与压缩空气循环线36的控制阀38的关闭进行判定(步骤S26)。在控制装置62判定为关闭未结束(步骤S26中为“否”)的情况下，返回到步骤S22，在判定为关闭结束(步骤S26中为“是”)的情况下，结束本处理。
这样，若在SOFC13或者燃气轮机11产生异常，则发电系统10关闭第2压缩空气提供线31的控制阀32和压缩空气循环线36的控制阀38，使压缩空气A2向SOFC13的提供与压缩空气(排气)A3从SOFC13的排出停止。因此，能够将SOFC13从燃气轮机11隔离，能够抑制SOFC13的空气极侧的压力变动。因此，能够将SOFC13的空气极与燃料极的压力平衡保持恒定。
这里，发电系统10通过压力检测部来检测各线的压力，基于检测出的压力(压力差)来检测压缩空气的流动容易性，但并不限定于此。
图5是表示燃气轮机、SOFC和配管系统的另一例的示意图。图5所示的发电系统10a的SOFC113具备多个单位SOFC单元120。多个单位SOFC单元120被并列配置，分别被从第2压缩空气提供线31提供压缩空气A2，并将压缩空气A3向压缩空气循环线36排出。
单位SOFC单元120具备：上游分支管121、单位SOFC122、下游分支管124、和控制阀126、128。上游分支管121的一个端部与第2压缩空气提供线31连接，另一个端部与单位SOFC122连接。单位SOFC122是与上述的SOFC13同样的结构，通过被提供作为还原剂的高温燃料气体和作为氧化剂的高温空气(氧化性气体)，从而在规定的动作温度进行反应并进行发电。该单位SOFC122构成为在压力容器内收容有空气极、固体电解质、和燃料极。单位SOFC122被从上游分支管121提供压缩空气A2。下游分支管124的一个端部与单位SOFC122连接，另一个端部与压缩空气循环线36连接。单位SOFC单元120从第2压缩空气提供线31，通过上游分支管121，向单位SOFC122提供压缩空气A2。此外，单位SOFC单元120从单位SOFC122通过下游分支管124，向压缩空气循环线36排出压缩空气A3。
控制阀126被配置在上游分支管121。控制阀126与上述的各控制阀同样地，通过调整开闭以及开度，来调整流过上游分支管121的压缩空气A2。控制阀128被配置在下游分支管124。控制阀128与上述的控制阀同样地，通过调整开闭以及开度，来调整流过下游分支管124的压缩空气A3。
单位SOFC单元120是如上所述的结构，通过关闭控制阀126、128，能够将一个单位SOFC单元120从压缩空气流过的路径隔离。由此，SOFC113能够按照每个单位SOFC单元120，切换驱动与停止，能够通过其他单位SOFC单元120来进行发电，并仅有一个单位SOFC单元120进行维护和交换。
控制装置62也可以将被驱动或者停止的单位SOFC单元120(单位SOFC122)的数量、单位SOFC单元120的起动、停止的切换的信息获取为SOFC113的压缩空气的流动容易性的信息，来控制旁路控制阀70。
下面，使用图6，来对上述的本实施例的发电系统10a的驱动动作的一个例子进行说明。图6是表示发电系统10a的驱动动作的一个例子的流程图。控制装置62对是否存在停止的单位SOFC122进行判定(步骤S40)。控制装置62在判定为存在停止的单位SOFC122(步骤S40中为“是”)的情况下，进行使旁路控制阀70的开度增大的控制(步骤S42)。由此，能够将由于单位SOFC单元120停止而不被SOFC113利用的压缩空气A2提供给燃烧器22侧。由此，即使单位SOFC122停止，也能够对提供给单位SOFC122的压缩空气A2的压力变动进行抑制，并对单位SOFC122的空气极侧的压力变动进行抑制。
控制装置62在判定为不存在停止的单位SOFC122(步骤S40中为“否”)的情况下，或者，在步骤S42中调整了旁路控制阀的开度的情况下，对是否存在起动的单位SOFC122进行判定(步骤S44)。控制装置62在判定为存在起动的单位SOFC122(步骤S44中为“是”)的情况下，进行使旁路控制阀70的开度减少的控制(步骤S46)。由此，即使新起动单位SOFC122，也能够对提供给起动的其他单位SOFC122的压缩空气A2的压力变动进行抑制，并对单位SOFC122的空气极侧的压力变动进行抑制。因此，能够将单位SOFC122的空气极与燃料极的压力平衡保持恒定。
控制装置62在判定为不存在起动的单位SOFC122(步骤S44中为“否”)的情况下，或者，在步骤S46中调整了旁路控制阀的开度的情况下，结束本处理。
这样，发电系统10a通过根据单位SOFC单元120(单位SOFC122)的起动、停止的切换来调整旁路控制阀70的开度，从而能够对提供给SOFC113的压缩空气A2的压力变动进行抑制。此外，由于发电系统10a能够基于单位SOFC单元120的控制状态来进行旁路控制阀70的调整，因此控制变得简单。
另外，虽然在上述实施方式中，调整了旁路控制阀70的开度，但本发明并不限定于此。发电系统也可以通过基于SOFC113中的压缩空气的流动容易性，调整第2压缩空气提供线31的控制阀37的开度，从而对从第2压缩空气提供线31提供给SOFC113的压缩空气A2与从第1压缩空气提供线26提供给燃烧器22的压缩空气A1的平衡进行调整。
图7是表示燃气轮机、SOFC和配管系统的另一例的示意图。图7所示的发电系统10b除了在第1压缩空气提供线26未设置旁路控制阀70以外，其他的结构与上述的图2所示的发电系统10相同。另外，发电系统10b也可以不设置压力检测部86。发电系统10b通过基于SOFC13中的压缩空气的流动容易性，调整控制阀37，从而对从第2压缩空气提供线31提供给SOFC13的压缩空气A2与从第1压缩空气提供线26提供给燃烧器22的压缩空气A1的平衡进行调整。由此，即使不设置旁路控制阀70也能够调整平衡。
图8是表示上述的本实施例的发电系统10b的发电系统的驱动动作的一个例子的流程图。首先，控制装置62对SOFC13中的压缩空气的流动容易性进行检测(步骤S50)。控制装置62若检测出SOFC13中的压缩空气的流动容易性，则对流动容易性中是否存在变动进行判定(步骤S52)。控制装置62在判定为不存在变动(步骤S52中为“否”)的情况下，结束本处理。
控制装置62在判定为存在变动(步骤S52中为“是”)的情况下，进行对第2压缩空气提供线31的控制阀37的开度进行变更的控制(步骤S54)，并结束本处理。这里，控制装置62在判定为SOFC13中压缩空气变得容易流动的情况下，进行使控制阀37的开度减少的控制，在判定为SOFC13中压缩空气变得不容易流动的情况下，进行使控制阀37的开度增大的控制。
这样，发电系统10b通过基于SOFC13中的压缩空气的流动容易性来调整控制阀37的开度，也能够对提供给SOFC13的压缩空气A2的压力变动进行抑制，并对SOFC13的空气极侧的压力变动进行抑制。因此，能够将SOFC13的空气极与燃料极的压力平衡保持恒定。
此外，虽然在上述实施方式中，都使用能够调整开度的控制阀来调整各线中的空气的流动容易性，但并不限定于此。发电系统只要是能够调整空气的流动容易性的机构(调整部)，其原理或结构并不被特别限定。
图9是表示第1压缩空气提供线的另一例的示意结构图。图9所示的第1压缩空气提供线26作为能够调整压缩空气的流动容易性的机构(调整部)，具有：主配管150、多个分支管152、和多个开闭阀154。主配管150被包含于第1压缩空气提供线26的一部分。主配管150将从压缩机21提供的压缩空气向燃烧器22输送。分支管152是一个端部与主配管150连接，另一个端部与主配管150连接的配管。也就是说，分支管152是将主配管150分支的配管。多个分支管152被并列形成。流过第1压缩空气提供线26的压缩空气A1在被分支管152分支的范围流通时，仅流过主配管150以及多个分支管152中的一个配管。分支管152分别被设置有一个开闭阀154。开闭阀154对被设置的分支管152的开闭进行切换。
图9所示的调整部通过调整开状态的开闭阀154的数量与闭状态的开闭阀154的数量的比例，从而能够调整第1压缩空气提供线26的压缩空气A1的流动容易性。具体来讲，通过增加开状态的开闭阀154的数量，压缩空气A1变得容易流动，通过减少开状态的开闭阀154的数量，压缩空气A1变得不容易流动。
-符号说明-
10、10a、10b 发电系统
11 燃气轮机
12 发电机
13、113 固体氧化物形燃料电池(SOFC)
14 蒸汽轮机
15 发电机
21 压缩机
22 燃烧器
23 涡轮
25 空气获取线
26 第1压缩空气提供线
27 第1燃料气体提供线
31 第2压缩空气提供线
32 控制阀
33、48 增压机
34 排气线
36 压缩空气循环线
38 控制阀
41 第2燃料气体提供线
42 控制阀
43 排燃料线
44 排出线
45 排燃料气体提供线
47 控制阀
49 燃料气体再循环线
50 再循环增压机
51 排热回收锅炉
52 涡轮
53 排气线
54 蒸汽提供线
55 供水线
56 冷却器
57 供水泵
62 控制装置(控制部)
70 旁路控制阀
72 冷却空气提供线
80、82、84、86 压力检测部
120 单位SOFC单元
121 上游分支管
122 单位SOFC
124 下游分支管
126、128 控制阀
150 主配管
152 分支管
154 开闭阀

Claims (10)

1.一种发电系统，其特征在于，具有：
燃料电池；
燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；
第1压缩空气提供线，其从所述压缩机向所述燃烧器提供压缩空气；
第2压缩空气提供线，其从所述压缩机向所述燃料电池提供压缩空气；
压缩空气循环线，其从所述燃料电池向所述燃烧器提供排气；
检测部，其对所述燃料电池的压缩空气的流动容易性进行检测；
调整部，其对所述第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性与所述第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性的平衡进行调整；和
控制装置，其基于由所述检测部检测出的所述燃料电池的压缩空气的流动容易性的变动，通过所述调整部来对所述第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性与所述第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性的平衡进行调整，
所述调整部具有：被设置在所述第1压缩空气提供线的旁路控制阀、及被配置在所述第2压缩空气提供线的控制阀，
所述检测部包含：被设置在所述第2压缩空气提供线的第1压力检测部、和被设置在所述压缩空气循环线的第2压力检测部，
所述控制装置基于由所述第1压力检测部检测出的所述压缩空气的压力和由所述第2压力检测部检测出的所述压缩空气的压力之差，对所述控制阀与所述旁路控制阀的开度进行控制。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，
所述旁路控制阀对所述第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性进行调整。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，
所述旁路控制阀能够调整开度。
4.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，
所述调整部包含被配置于所述第1压缩空气提供线的主配管、将所述主配管分支的至少1根分支管、和被配置于所述分支管的开闭阀。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的发电系统，其特征在于，
所述控制装置在压缩空气变得难以向所述燃料电池流动的情况下，进行使所述旁路控制阀的开度增大的控制，由此使压缩空气容易向所述第1压缩空气提供线流动。
6.根据权利要求1至4的任意一项所述的发电系统，其特征在于，
所述控制阀对所述第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性进行调整。
7.根据权利要求6所述的发电系统，其特征在于，
所述控制阀能够调整开度。
8.根据权利要求1至4的任意一项所述的发电系统，其特征在于，
所述控制装置在压缩空气变得难以向所述燃料电池流动的情况下，进行使所述控制阀的开度增大的控制，由此使压缩空气难以向所述第2压缩空气提供线流动。
9.根据权利要求1至4的任意一项所述的发电系统，其特征在于，
所述控制装置在判定为切断所述燃料电池与所述燃气轮机的压缩空气的流通路径的情况下，通过所述调整部，反复进行使压缩空气难以向所述第2压缩空气提供线流动并且使压缩空气容易向所述第1压缩空气提供线流动的控制，使所述第2压缩空气提供线关闭。
10.一种发电系统的运行方法，适用于权利要求1所述的发电系统，该发电系统的运行方法的特征在于，具有：
对所述燃料电池的压缩空气的流动容易性进行检测的工序；和
基于由所述检测部检测出的所述燃料电池的压缩空气的流动容易性的变动，通过所述调整部来对所述第1压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性与所述第2压缩空气提供线的压缩空气的流动容易性的平衡进行调整的工序。
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