CN104756295A - 发电系统及发电系统中的燃料电池的启动方法 - Google Patents

发电系统及发电系统中的燃料电池的启动方法 Download PDF

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Abstract

发电系统和发电系统中的燃料电池的启动方法中，通过设置：燃气轮机(11)，其具有压缩机(21)、燃烧器(22)以及涡轮机(23)；入口导叶(21a)，其设置在压缩机(21)的空气吸入口；第1压缩空气供应管线(26)，其将利用压缩机(21)压缩的压缩空气供应至燃烧器(22)；SOFC(13)，其具有空气极和燃料极；第2压缩空气供应管线(31)，其将利用压缩机(21)压缩的压缩空气的至少一部分供应至空气极；控制阀(32)，其设置在第2压缩空气供应管线(31)上；以及控制装置(61)，其在启动SOFC(13)时打开控制阀(32)，同时使入口导叶(21a)的开度大于预先设定的基准开度，从而能够抑制启动燃料电池时燃气轮机出现空气不足的现象，并可稳定地启动。

Description

发电系统及发电系统中的燃料电池的启动方法
技术领域
本发明涉及一种发电系统及发电系统中的燃料电池的启动方法，其中，该发电系统由燃料电池、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成。
背景技术
众所周知，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下称为SOFC)是一种用途较广的高效率燃料电池。在该SOFC中，为了提高离子传导率而提高了工作温度，因此，能够将从燃气轮机的压缩机喷出的空气用作供应至空气极侧的空气(氧化剂)。另外，SOFC能够将无法利用的高温燃料用作燃气轮机的燃烧器的燃料。
因此，例如正如下述专利文献1所述，作为能够实现高效率发电的发电系统，提出了各种由SOFC、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成的发电系统。该专利文献1所述的联合系统设有SOFC和燃气轮机，其中，该燃气轮机具有燃气轮机燃烧器和压缩机，燃气轮机燃烧器中燃烧从该SOFC排出的废燃气和排出空气，压缩机将空气压缩后供应SOFC。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-205930号公报
发明概要
发明拟解决的问题
在上述以往的发电系统中，启动SOFC时，会通过将利用燃气轮机的压缩机压缩的空气的一部分供应至SOFC来对该SOFC进行加压。此时，供应至SOFC的压缩空气被用来对SOFC进行加压，因此不能返回到燃气轮机的燃烧器内。因此，燃烧器中，燃烧用空气会出现不足，燃烧气体会变为高温，燃烧器或涡轮机中，冷却用空气会出现不足，难以实现充分的冷却。
本发明为解决上述问题开发而成，其目的在于提供一种发电系统以及发电系统中的燃料电池的启动方法，其能够防止燃料电池启动时燃气轮机中的空气不足，从而能够稳定地启动。
解决问题的方法
为实现上述目的，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；入口导叶，其设置在所述压缩机的空气吸入口；第1压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气供应至所述燃烧器；第2压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气的至少一部分供应至所述燃料电池；开关阀，其设置在所述第2压缩空气供应管线上；以及控制部，其在启动所述燃料电池时打开所述开关阀，同时将所述入口导叶的开度控制为大于预先设定的基准开度。
因此，启动燃料电池时，在打开第2压缩空气供应管线的开关阀的同时，使燃气轮机压缩机的入口导叶的开度大于基准开度。于是，启动燃料电池时，燃气轮机压缩机能够吸入更多的空气，将压缩空气总量中的规定量送至燃烧器，并将剩余的压缩空气送至燃料电池。因此，此时燃烧器和涡轮机不会发生压缩空气不足，能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
根据本发明的发电系统，其特征在于，所述开关阀是可调节流量的控制阀，所述控制部实施如下控制，即在启动所述燃料电池时，将所述开关阀打开至小于全开状态的初始开度，同时将所述入口导叶的开度打开至大于所述燃气轮机正常运转时的规定开度。
因此，启动燃料电池时，通过将设置在第2压缩空气供应管线上的开关阀设为控制阀，仅需调节这一个控制阀的开度，即可调节供应至燃料电池的压缩空气的供应量，能够简化构造、降低成本。
根据本发明的发电系统，其特征在于，所述开关阀构成为：并列设置着打开时的通过流量较大的第1开关阀以及通过流量较小的第2开关阀，所述控制部实施如下控制，即在启动所述燃料电池时，将所述第1开关阀设为闭合状态，将所述第2开关阀设为打开状态，同时将所述入口导叶的开度打开至大于所述燃气轮机正常运转时的规定开度。
因此，通过将设置在第2压缩空气供应管线上的开关阀设为通过流量不同的2个开关阀，仅需打开第1开关阀和第2开关阀中的一个阀并关闭另一个阀，即可调节供应至燃料电池的压缩空气的供应量，能够简化流量控制、降低成本，并且能够迅速地切换流量控制。
根据本发明的发电系统，其特征在于，设有对利用所述压缩机压缩的压缩空气的压力进行检测的第1检测器，以及对所述第2压缩空气供应管线上所述开关阀的所述燃料电池侧的压力进行检测的第2检测器，所述控制部实施如下控制，即当由所述第2检测器检测出的第2压力达到由所述第1检测器检测出的第1压力后，增大所述开关阀的开度，同时将所述入口导叶的开度恢复至所述基准开度。
因此，通过在燃料电池侧的第2压力达到利用压缩机压缩的压缩空气的第1压力后，增大开关阀的开度，同时将入口导叶的开度恢复至基准开度，能够将供应至燃烧器的压缩空气的供应量维持固定。
根据本发明的发电系统，其特征在于，所述控制部实施如下控制，即随着由所述第2检测器检测出的第2压力接近由所述第1检测器检测出的第1压力，使所述入口导叶的开度向所述基准开度减小。
因此，通过随着燃料电池侧的第2压力接近利用压缩机压缩的压缩空气的第1压力，使入口导叶的开度向基准开度减小，能够逐渐降低供应至燃料电池侧的压缩空气的供应量，使第2压力高精度地达到第1压力，并且能够高精度地实施压缩空气的供应控制。
此外，本发明的发电系统中的燃料电池的启动方法，其特征在于，具有：将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气供应至燃气轮机燃烧器的工序；将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气的一部分供应至燃料电池的工序；使设置在所述燃气轮机压缩机的空气吸入口的入口导叶的开度大于预先设定的基准开度的工序；以及在所述燃料电池的压力达到利用所述燃气轮机压缩机压缩的压缩空气的压力后，增大所述开关阀的开度，同时将所述入口导叶的开度恢复至所述基准开度的工序。
因此，启动燃料电池时，燃烧器和涡轮机不会发生压缩空气不足，能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
此外，本发明的发电系统中，其特征在于，具有：燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；第1压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气供应至所述燃烧器；燃料电池，其具有空气极和燃料极；第2压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气的至少一部分供应至所述空气极；第1开关阀，其设置在所述第2压缩空气供应管线上；压缩空气供应部，其连接在所述第2压缩空气供应管线上所述第1开关阀的所述燃料电池侧；以及控制部，其在启动所述燃料电池时闭合所述第1开关阀，驱动所述压缩空气供应部。
因此，可设置能够与燃气轮机压缩机分开单独驱动的压缩空气供应部，在启动燃料电池时驱动压缩空气供应部。于是，启动燃料电池时，将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气全部送至燃烧器，将利用压缩空气供应部压缩的压缩空气全部送至燃料电池。因此，此时燃烧器和涡轮机不会发生压缩空气不足，能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
根据本发明的发电系统，其特征在于，所述压缩空气供应部具有：第3压缩空气供应管线，其一端部连接在所述第2压缩空气供应管线上所述第1开关阀的所述燃料电池侧；启动用压缩机，其连接在所述第3压缩空气供应管线的另一端部；以及第2开关阀，其设置在所述第3压缩空气供应管线上，所述控制部在启动所述燃料电池时，闭合所述第1开关阀，打开所述第2开关阀，同时驱动所述启动用压缩机。
因此，由于在启动燃料电池时，闭合第1开关阀，打开第2开关阀，同时驱动启动用压缩机，所以能够通过各不相同的压缩机将压缩空气送至燃烧器和燃料电池，以简单的结构适当地抑制燃气轮机中的空气不足。
根据本发明的发电系统，其特征在于，设有对利用所述压缩机压缩的压缩空气的压力检测的第1检测器，以及对所述第2压缩空气供应管线上所述第1开关阀的所述燃料电池侧的压力进行检测的第2检测器，所述控制部实施如下控制，即当由所述第2检测器检测出的第2压力达到由所述第1检测器检测出的第1压力后，停止驱动所述压缩空气供应部，同时打开所述第1开关阀。
因此，通过在燃料电池侧的第2压力达到利用压缩机压缩的压缩空气的第1压力后，停止对燃料电池侧供应压缩空气，能够仅将压缩空气供应部用于燃料电池的升压，因此能够实现小型化并降低成本。此外，不会对燃料电池实施不必要的加压。
此外，本发明的发电系统中的燃料电池的启动方法，其特征在于，具有：将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气供应至燃气轮机燃烧器的工序；将利用压缩空气供应部压缩的压缩空气供应至燃料电池的空气极的工序；在所述空气极侧的压力达到利用所述燃气轮机压缩机压缩的压缩空气的压力后，停止通过所述压缩空气供应部对所述空气极供应压缩空气的工序；以及将利用所述燃气轮机压缩机压缩的压缩空气供应至所述燃料电池的空气极的工序。
因此，启动燃料电池时，燃烧器和涡轮机不会发生压缩空气不足，能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
发明效果
根据本发明的发电系统和发电系统中的燃料电池的启动方法，在启动燃料电池时，打开第2压缩空气供应管线的开关阀，同时使燃气轮机压缩机的入口导叶的开度大于基准开度，因此能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
此外，根据本发明的发电系统和发电系统中的燃料电池的启动方法，通过设置连接在燃料电池侧的压缩空气供应部，在启动燃料电池时驱动该压缩空气供应部，与燃气轮机分开独立供应压缩空气，因此能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1所涉及的发电系统中的压缩空气的供应管线的概要图。
图2是示出实施例1的发电系统中对SOFC加压时的压缩空气的供应时间的时间图。
图3是示出实施例1的发电系统的概略结构图。
图4是示出本发明的实施例2所涉及的发电系统中的压缩空气的供应管线的概要图。
图5是示出实施例2的发电系统中对SOFC加压时的压缩空气的供应时间的时间图。
图6是示出本发明的实施例3所涉及的发电系统中的压缩空气的供应管线的概要图。
图7是示出实施例3的发电系统中启动SOFC时的压缩空气的供应时间的时间图。
图8是示出实施例4的发电系统的概略结构图。
具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明所涉及的发电系统和发电系统中的燃料电池的启动方法的优选实施例。需要说明的是，本发明并不限定于该实施例，另外，在存在多个实施例的情况下，也包括将各实施例加以组合而构成的实施例。
实施例1
实施例1的发电系统是由固体氧化物燃料电池(以下称为SOFC)、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成的三重联合循环(Triple CombinedCycle：注册商标)。该三重联合循环通过在燃气轮机联合循环发电(GTCC)的上游侧设置SOFC，能够通过SOFC、燃气轮机、蒸汽轮机这三个阶段进行发电，因此能够实现极高的发电效率。另外，在以下说明中，以本发明的燃料电池使用固体氧化物燃料电池为例进行说明，但并不限定于此种形式的燃料电池。
图1是示出本发明的实施例1所涉及的发电系统中的压缩空气的供应管线的概要图，图2是示出实施例1的发电系统中对SOFC加压时的压缩空气的供应时间的时间图，图3是示出实施例1的发电系统的概略结构图。
实施例1中，如图3所示，发电系统10具有燃气轮机11、发电机12、SOFC13、蒸汽轮机14以及发电机15。该发电系统10构成为：通过组合利用燃气轮机11的发电、利用SOFC13的发电、以及利用蒸汽轮机14的发电，可获得较高的发电效率。
燃气轮机11具有压缩机21、燃烧器22、涡轮机23，压缩机21和涡轮机23可通过旋转轴24一体旋转地进行连接。压缩机21将从空气吸入管线25吸入的空气A进行压缩。燃烧器22将通过第1压缩空气供应管线26供应自压缩机21的压缩空气A1以及供应自第1燃气供应管线27的燃气L1混合后，进行燃烧。涡轮机23借助从燃烧器22通过废气供应管线28供应的废气(燃烧气体)G进行旋转。另外，虽未图示，但涡轮机23通过机室供应利用压缩机21压缩的压缩空气A1，并将该压缩空气A1作为冷却空气来冷却叶片等。发电机12与涡轮机23设置在同轴上，能够通过旋转涡轮机23来发电。另外，此处，作为供应至燃烧器22的燃气L1，使用例如液化天然气(LNG)。
SOFC13通过供应作为还原剂的高温燃气以及作为氧化剂的高温空气(氧化性气体)，会在规定的运行温度下发生反应，进行发电。该SOFC13构成为：在压力容器内收容空气极、固体电解质和燃料极。通过将利用压缩机21压缩的部分压缩空气A2供应至空气极，将燃气供应至燃料极，进行发电。另外，此处，作为供应至SOFC13的燃气L2，例如可使用液化天然气(LNG)、氢(H2)和一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等烃类气体、以及利用煤炭等碳质原料的气化设备制成的气体。此外，供应至SOFC13的氧化性气体是含氧量约为15％～30％的气体，作为代表优选为空气，但除了空气以外还可使用燃烧废气和空气的混合气体或氧气和空气的混合气体等(以下，将供应至SOFC13的氧化性气体称为空气)。
该SOFC13连接着从第1压缩空气供应管线26分叉的第2压缩空气供应管线31，并且将压缩机21压缩的部分压缩空气A2供应至空气极的导入部。该第2压缩空气供应管线31上，沿着空气的流动方向设有可调节要供应的空气量的控制阀32以及可将压缩空气A2进行升压的鼓风机(增压机)33。控制阀32设置在第2压缩空气供应管线31中空气的流动方向的上游侧，鼓风机33设置在控制阀32的下游侧。SOFC13连接着排气管线34，该排气管线34排出用于空气极的排气A3。该排气管线34分叉为将用于空气极的排气A3排出到外部的排出管线35，以及连接至燃烧器22的压缩空气循环管线36。排出管线35设有可调节要排出的空气量的控制阀37，压缩空气循环管线36设有可调节要循环的空气量的控制阀38。
此外，SOFC13设有将燃气L2供应至燃料极的导入部的第2燃气供应管线41。第2燃气供应管线41设有可调节要供应的燃气量的控制阀42。SOFC13连接着废燃料管线43，该废燃料管线43排出用于燃料极的废燃气L3。该废燃料管线43分叉为排出至外部的排出管线44以及与燃烧器22连接的废燃气供应管线45。排出管线44设有可调节要排出的燃气量的控制阀46，废燃气供应管线45上，沿燃气L3的流动方向设置着可调节要供应的燃气量的控制阀47以及可将燃料升压的鼓风机48。控制阀47设置在废燃气供应管线45中燃气L3的流动方向的上游侧，鼓风机48设置在控制阀47的下游侧。
此外，SOFC13设有连接废燃料管线43与第2燃气供应管线41的燃气再循环管线49。燃气再循环管线49设有将废燃料管线43的废燃气L3再循环至第2燃气供应管线41的再循环鼓风机50。
蒸汽轮机14通过由废热回收锅炉(HRSG)51生成的蒸汽，旋转涡轮机52。该废热回收锅炉51连接着来自燃气轮机11(涡轮机23)的废气管线53，通过在空气和高温的废气G之间进行热交换，生产蒸汽S。蒸汽轮机14(涡轮机52)在其与废热回收锅炉51之间，设置有蒸汽供应管线54和供水管线55。而且，供水管线55设置有冷凝器56和供水泵57。发电机15与涡轮机52设置在同轴上，能够通过旋转涡轮机52来发电。另外，利用废热回收锅炉51回收热量后的废气会在去除有害物质后，释放到大气中。
在此，说明实施例1的发电系统10的动作。启动发电系统10时，依序启动燃气轮机11、蒸汽轮机14以及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和燃气L1混合后进行燃烧，并且涡轮机23借助废气G进行旋转，因此发电机12开始发电。接着，在蒸汽轮机14中，通过由废热回收锅炉51生成的蒸汽S使涡轮机52旋转，因此发电机15开始发电。
接着，为了启动SOFC13，对SOFC13进行加压。为了对SOFC13进行加压，首先向SOFC13供应压缩空气A2，在开始升压的同时开始加热。在闭合排出管线35的控制阀37和压缩空气循环管线36的控制阀38，并且停止第2压缩空气供应管线31的鼓风机33的状态下，将控制阀32仅打开规定开度。于是，将利用压缩机21压缩的部分压缩空气A2从第2压缩空气供应管线31供应至SOFC13侧。因此，SOFC13侧的压力会由于供应压缩空气A2而上升。
另一方面，SOFC13中，向燃料极侧供应燃气L2，开始升压。在闭合排出管线44的控制阀46和废燃气供应管线45的控制阀47，并且停止鼓风机48的状态下，打开第2燃气供应管线41的控制阀42，同时驱动燃气再循环管线49的再循环鼓风机50。于是，燃气L2从第2燃气供应管线41供应至SOFC13侧，同时废燃气L3通过燃气再循环管线49进行再循环。因此，SOFC13侧的压力会由于供应燃气L2而上升。
而且，SOFC13的空气极侧的压力变为压缩机21的出口压力后，将控制阀32完全打开，同时驱动鼓风机33。与此同时，打开控制阀37，从排出管线35排出来自SOFC13的排气A3。于是，压缩空气A2通过鼓风机33升压后，供应至SOFC13侧。与此同时，打开控制阀46，从排出管线44排出来自SOFC13的废燃气L3。然后，SOFC13中空气极侧的压力和燃料极侧的压力达到目标压力后，SOFC13的加压结束。
然后，在SOFC13的反应(发电)稳定，并且排气A3和废燃气L3的成分稳定后，会闭合控制阀37，另一方面打开控制阀38。于是，来自SOFC13的排气A3从压缩空气循环管线36供应至燃烧器22。此外，闭合控制阀46，另一方面打开控制阀47，驱动鼓风机48。于是，来自SOFC13的废燃气L3从废燃气供应管线45供应至燃烧器22。此时，会减少从第1燃气供应管线27供应至燃烧器22的燃气L1。
在此，发电机12在燃气轮机11的驱动下进行发电，SOFC13进行发电，发电机15在蒸汽轮机14的驱动下进行发电，发电系统10实现正常运转。
然而，一般的发电系统中，在启动SOFC13时，会通过将利用燃气轮机11的压缩机21压缩的空气的一部分从第2压缩空气供应管线31供应至SOFC13来进行加压。因此，燃气轮机11中，在SOFC13的加压完成的期间，可能会发生供应至燃烧器22的压缩空气或送至涡轮机23的冷却空气不足的情况。
因此，实施例1的发电系统10中，在燃气轮机11的压缩机21的空气吸入口设置着入口导叶(IGV：Inlet Guide Vane)21a，因此控制装置(控制部)61会如下控制，即在对SOFC13进行加压时，打开第2压缩空气供应管线31的控制阀(开关阀)32，同时使入口导叶21a的开度大于预先设定的基准开度。
换言之，通过在对SOFC13进行加压时，增大压缩机21的入口导叶21a的开度，可增加压缩机21生成的压缩空气量，并且确保送至燃烧器22和涡轮机23的压缩空气量，另一方面还可确保送至SOFC13的压缩空气量。因此，能够抑制燃气轮机11的空气不足。
具体而言，如图1所示，燃气轮机11中，燃烧器22相应发电负荷设定与燃气一同燃烧所需的空气量，涡轮机23设定冷却高温零件所需的空气量。在燃烧器22和涡轮机23中设定必要的基准空气量后，设定相应该基准空气量的入口导叶21a的基准开度。另一方面，第2压缩空气供应管线31的控制阀32可调节流量。
此外，如图1所示，第1检测器62设置在第1压缩空气供应管线26上。该第1检测器62对利用燃气轮机11的压缩机21压缩的压缩空气的第1压力进行检测。此外，第2检测器63设置在SOFC13上。该第2检测器63对SOFC13的空气极即第2压缩空气供应管线31上控制阀32的SOFC13侧的第2压力进行检测。各检测器62、63将检测到的第1压力和第2压力输出至控制装置61。
在开始对SOFC13进行加压时，控制装置61进行如下控制，即将控制阀32打开至小于全开状态的初始开度(例如半开)。在该控制的同时，控制装置61会将入口导叶21a的开度控制为大于燃气轮机正常运转时的基准开度的规定开度，使由第1检测器62检测出的第1压力成为相应燃气轮机11的基准空气量的基准压力。因此，压缩机21中会在燃烧器22和涡轮机23内生产多于所需基准空气量的压缩空气。
而且，随着由第2检测器63检测出的第2压力接近由第1检测器62检测出的第1压力，控制装置62会进行如下控制，即，使入口导叶21a的开度逐渐从大于基准开度的规定开度恢复到基准开度。然后，当由第2检测器63检测出的第2压力达到由第1检测器62检测出的第1压力时，控制装置61会进行如下控制，即，使控制阀32的开度从初始开度(例如半开)增大至规定开度(例如全开)。
换言之，通过随着对SOFC13的加压的进行，并且第2压力接近第1压力，逐渐减小入口导叶21a的开度，可使压缩机21中生成的压缩空气量逐渐降低至基准空气量。而且，通过当第2压力达到第1压力并且SOFC13的加压完成后，在将控制阀32完全打开的同时，使入口导叶21a的开度从大于基准开度的规定开度恢复至基准开度，可将压缩机21中生成的压缩空气量恢复至基准空气量。
在此，说明上述实施例1的发电系统10中的SOFC13的启动方法。
实施例1的发电系统10中的SOFC13的启动方法具有：将利用燃气轮机11的压缩机21压缩的压缩空气供应至燃烧器22的工序；将利用压缩机21压缩的压缩空气的一部分供应至SOFC13的空气极的工序；使设置在压缩机21的空气吸入口的入口导叶21a的开度大于预先设定的基准开度的工序；以及，当空气极侧的压力达到利用压缩机21压缩的压缩空气的压力后，使入口导叶21a的开度恢复至基准开度的工序。
换言之，如图2所示，燃气轮机11于时间t1时启动，经过规定时间后，于时间t2时开始对SOFC13进行加压。入口导叶21a于时间t1时，与燃气轮机11的启动同步地打开至相应燃气轮机11的运转状态的基准开度(开度1)。而且，在该时间t2，与SOFC13的加压开始同步地将控制阀32打开至初始开度(例如半开)，同时将入口导叶21a的开度打开至大于基准开度的规定开度(开度2)。
于是，燃气轮机11中，会增加利用压缩机21压缩的空气A的量，基准空气量的空气A1从压缩机21流动至燃烧器22和涡轮机23，压缩机21的出口压力(第1压力)不会降低，可维持规定压力。另一方面，SOFC13中，利用压缩机21压缩的空气中的部分压缩空气A2通过第2压缩空气供应管线31流动至SOFC13，因此SOFC13的压力(第2压力)会逐渐升高。
而且，于时间t3时，当第2压力接近第1压力后，使入口导叶21a的开度向基准开度减小，使供应至SOFC13的压缩空气量降低。此时，可以预先设定小于第1压力规定量的较低的规定的第3压力，当第2压力达到第3压力后，降低供应至SOFC13的供应压缩空气量。而且，于时间t4时，当第2压力达到第1压力后，将入口导叶21a的开度设为基准开度(开度1)，同时打开(例如，全开)控制阀32。
于是，通过随着压缩空气的供应，SOFC13的加压完成，在将控制阀32切换至全开的同时驱动鼓风机33，可利用鼓风机33使压缩空气A2升压，并供应至SOFC13侧。因此，SOFC13的空气极侧的压力会进一步上升，并且升压至目标压力。
如此，在实施例1的发电系统中，设有：燃气轮机11，其具有压缩机21、燃烧器22以及涡轮机23；入口导叶21a，其设置在压缩机21的空气吸入口；第1压缩空气供应管线26，其将利用压缩机21压缩的压缩空气供应至燃烧器22；SOFC13，其具有空气极和燃料极；第2压缩空气供应管线31，其将利用压缩机21压缩的压缩空气的至少一部分供应至空气极；控制阀32，其设置在第2压缩空气供应管线31上；以及控制装置61，其在对SOFC13进行加压时打开控制阀32，同时使入口导叶21a的开度大于预先设定的基准开度。
因此，开始对SOFC13加压时，在打开第2压缩空气供应管线31的控制阀32的同时，使压缩机21的入口导叶21a的开度大于基准开度。于是，压缩机21会吸入更多的空气进行压缩，生成的压缩空气量会增加。而且，所生成的所有压缩空气中必要的基准空气量会送至燃烧器22和涡轮机23，剩余的压缩空气会送至SOFC13。因此，此时燃烧器22和涡轮机23中不会发生压缩空气不足，能够抑制燃烧器22的异常燃烧或涡轮机23的冷却不充分。其结果是能够抑制燃气轮机11出现空气不足的现象，稳定地运转燃气轮机11，并且实现SOFC13的稳定启动。
实施例1的发电系统中，设有可调节流量的控制阀32，控制装置61在对SOFC13进行加压时，会将控制阀32打开至小于全开状态的初始开度，同时将入口导叶31a的开度打开至大于燃气轮机11正常运转时的规定开度。因此，在对SOFC13进行加压时，仅需调节设置在第2压缩空气供应管线31上的1个控制阀32的开度，即可调节供应至SOFC13的压缩空气的供应量，能够简化构造以及降低成本。
实施例1的发电系统中，设有对利用压缩机21压缩的压缩空气的第1压力进行检测的第1检测器62以及检测SOFC13的第2压力的第2检测器63，控制装置61在第2压力达到第1压力后，会增大控制阀32的开度，同时使入口导叶21a的开度恢复至基准开度。因此，通过在SOFC13的加压完成后，使入口导叶21a的开度恢复至基准开度，能够使供应至燃烧器22和涡轮机23的压缩空气的供应量保持固定。
实施例1的发电系统中，控制装置61会随着第2压力接近第1压力，使入口导叶21a的开度向基准开度减小。因此，通过逐渐降低供应至SOFC13的压缩空气的供应量，能够使第2压力高精度地达到第1压力，并且能够实现高精度的压缩空气的供应控制。
此外，实施例1的发电系统中的SOFC13的启动方法具有：将利用燃气轮机11的压缩机21压缩的压缩空气供应至燃烧器22的工序；将利用压缩机21压缩的压缩空气供应至SOFC13的空气极的工序；使设置在压缩机21的入口导叶21a的开度大于预先设定的基准开度的工序；以及，当空气极侧的压力达到利用压缩机21压缩的压缩空气的压力后，增大控制阀32的开度，同时使入口导叶21a的开度恢复至基准开度的工序。
因此，在开始对SOFC13进行加压时，燃烧器22和轮机23中不会出现压缩空气不足，能够抑制燃气轮机11出现空气不足的现象，稳定地运转燃气轮机11，并且稳定地对SOFC13进行加压。另外，虽然构成为将利用压缩机21压缩的压缩空气的一部分供应至SOFC13的空气极的方式，但也可构成为将利用压缩机21压缩的压缩空气全部供应至SOFC13的空气极的方式。
实施例2
图4是示出本发明的实施例2所涉及的发电系统中的压缩空气的供应管线的概要图，图5是示出实施例2的发电系统中对SOFC加压时的压缩空气的供应时间的时间图。另外，对于功能与上述实施例相同的构件，将标注相同的符号，并省略详细说明。
实施例2的发电系统中，作为本发明的开关阀，在第2压缩空气供应管线31上并列设置着第1切断阀(第1开关阀)71和第2切断阀(第2开关阀)72，第1切断阀(第1开关阀)71打开时的通过流量较大，第2切断阀(第2开关阀)72打开时的通过流量较小。换言之，在第2压缩空气供应管线31上设置着第1切断阀71，并在第2压缩空气供应管线31的第1切断阀71的迂回路31a上设置着第2切断阀72。控制装置61在对SOFC13进行加压时，将第1切断阀71设为闭合状态并将第2切断阀72设为打开状态，同时将入口导叶21a的开度打开至大于燃气轮机11正常运转时的规定开度。此时，第1切断阀71和第2切断阀(第2开关阀)72设定为，全开时的第1切断阀71的压缩空气的通过流量大于全开时的第2切断阀72的压缩空气的通过流量。
换言之，通过在对SOFC13进行加压时，增大压缩机21的入口导叶21a的开度，可增加压缩机21生成的压缩空气量，并且确保送至燃烧器22和涡轮机23的压缩空气量，另一方面还可确保送至SOFC13的压缩空气量。因此，能够抑制燃气轮机11出现空气不足的现象。
具体而言，如图4所示，在燃气轮机11中，燃烧器22相应发电负荷设定与燃气一同燃烧所需的空气量，涡轮机23设定冷却高温零件所需的空气量。燃烧器22和涡轮机23设定必要的基准空气量后，设定相应该基准空气量的入口导叶21a的基准开度。另一方面，第2压缩空气供应管线31并列设置着全开时压缩空气的通过流量不同的两个切断阀71、72。控制装置61在对SOFC13进行加压时实施如下控制，即仅打开通过流量较小的第2切断阀72，同时使入口导叶21a的开度打开至大于燃气轮机正常运转时的基准开度的规定开度。
此外，在由第2检测器63检测出的第2压力达到由第1检测器62检测出的第1压力后，控制装置61会实施如下控制，即闭合第2切断阀72并打开第1切断阀71，同时使入口导叶21a的开度从大于基准开度的规定开度恢复至基准开度。
在此，说明上述实施例2的发电系统中的SOFC13的启动方法。
如图5所示，燃气轮机11于时间t1时启动，经过规定时间后，于时间t2时开始对SOFC13进行加压。入口导叶21a于时间t1时，与燃气轮机11的启动同步地打开至相应燃气轮机11的运转状态的基准开度(开度1)。而且，于该时间t2时，与SOFC13的加压开始同步地将第2切断阀72打开，同时将入口导叶21a的开度打开至大于基准开度的规定开度(开度2)。
于是，燃气轮机11中，会增加利用压缩机21压缩的空气A的量，基准空气量的空气A1从压缩机21流动至燃烧器22和涡轮机23，压缩机21的出口压力(第1压力)不会降低，可维持规定压力。另一方面，SOFC13中，利用压缩机21压缩的空气中的部分压缩空气A2通过第2压缩空气供应管线流动至SOFC13，因此SOFC13的压力(第2压力)会逐渐升高。
于时间t3时，当第2压力接近第1压力后，使入口导叶21a的开度向基准开度减小，使供应至SOFC13的压缩空气量降低。而且，于时间t4时，当第2压力达到第1压力后，将入口导叶21a的开度设为基准开度(开度1)，同时打开第1切断阀71，并闭合第2切断阀72。于是，通过随着压缩空气的供应完成SOFC13的加压，在将第1切断阀71打开的同时驱动鼓风机33，可利用鼓风机33使压缩空气A2升压，并供应至SOFC13侧。因此，SOFC13的空气极侧的压力会进一步上升，并且使压力上升至目标压力。
如此，在实施例2的发电系统中，设有：燃气轮机11，其具有压缩机21、燃烧器22以及涡轮机23；入口导叶21a，其设置在压缩机21的空气吸入口；第1压缩空气供应管线26，其将利用压缩机21压缩的压缩空气供应至燃烧器22；SOFC13，其具有空气极和燃料极；第2压缩空气供应管线31，其将利用压缩机21压缩的压缩空气的至少一部分供应至空气极；第1、第2切断阀71、72，其并列设置在第2压缩空气供应管线31上，并且通过流量不同；以及控制装置61，其在启动SOFC13时仅打开通过流量较少的第2切断阀72，同时使入口导叶21a的开度大于预先设定的基准开度。
因此，开始对SOFC13加压时，在打开第2压缩空气供应管线31的第2切断阀72的同时，使压缩机21的入口导叶21a的开度大于基准开度。于是，压缩机21会吸入更多的空气进行压缩，生成的压缩空气量会增加。而且，所生成的所有压缩空气中必要的基准空气量会送至燃烧器22以及涡轮机23，剩余的压缩空气会送至SOFC13。因此，此时燃烧器22和涡轮机23中不会发生压缩空气不足的现象，能够抑制燃烧器22的异常燃烧或涡轮机23的冷却不充分。其结果是能够抑制燃气轮机11空气不足的现象，稳定地运转燃气轮机11，并且实现SOFC13的稳定启动。
实施例2的发电系统中，并列设置着打开时的通过流量较大的第1切断阀71以及通过流量较小的第2切断阀72，控制装置61在对SOFC13进行加压时，将第1切断阀71设为闭合状态，将第2切断阀72设为打开状态，同时将入口导叶21a的开度打开至大于燃气轮机正常运转时的规定开度。因此，通过在第2压缩空气供应管线31上设置通过流量不同的2个切断阀71、72，仅需开闭各切断阀71、72，即可调整供应至SOFC13的压缩空气的供应量，能够简化流量控制、降低成本，并且能够迅速地切换流量控制。
实施例3
本实施例的发电系统是由固体氧化物燃料电池(以下称为SOFC)、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成的三重联合循环(Triple CombinedCycle：注册商标)。该三重联合循环通过在燃气轮机联合循环发电(GTCC)的上游侧设置SOFC，能够通过SOFC、燃气轮机、蒸汽轮机这三个阶段进行发电，因此能够实现极高的发电效率。另外，在以下说明中，以本发明的燃料电池使用固体氧化物燃料电池为例进行说明，但并不限定于此种形式的燃料电池。
图6是示出本发明的实施例3所涉及的发电系统中的压缩空气的供应管线的概要图，图7是示出实施例3的发电系统中启动SOFC时的压缩空气的供应时间的时间图，图8是示出实施例3的发电系统的概略结构图。
实施例3中，如图8所示，发电系统10具有燃气轮机11、发电机12、SOFC13、蒸汽轮机14以及发电机15。该发电系统10构成为：通过组合利用燃气轮机11的发电、利用SOFC13的发电、以及利用蒸汽轮机14的发电，可获得较高的发电效率。
燃气轮机11具有压缩机21、燃烧器22、涡轮机23，压缩机21和涡轮机23通过旋转轴24可一体旋转地进行连接。压缩机21将从空气吸入管线25吸入的空气A进行压缩。燃烧器22将通过第1压缩空气供应管线26供应自压缩机21的压缩空气A1以及供应自第1燃气供应管线27的燃气L1混合后，进行燃烧。涡轮机23通过废气(燃气)G进行旋转，该废气(燃气)通过废气供应管线28供应自燃烧器22。另外，虽未图示，但涡轮机23通过机室供应利用压缩机21压缩的压缩空气A1，并将该压缩空气A1作为冷却空气来冷却叶片等。发电机12与涡轮机23设置在同轴上，能够通过旋转涡轮机23来发电。另外，此处，作为供应至燃烧器22的燃气L1，例如使用液化天然气(LNG)。
SOFC13通过供应作为还原剂的高温燃气以及作为氧化剂的高温空气(氧化性气体)，会在规定的运行温度下发生反应，进行发电。该SOFC13构成为在压力容器内收容空气极、固体电解质和燃料极。通过将利用压缩机21压缩的部分压缩空气A2供应至空气极，将燃气供应至燃料极，进行发电。另外，此处，作为供应至SOFC13的燃气L2，例如可使用液化天然气(LNG)、氢(H2)和一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等烃类气体、以及利用煤炭等碳质原料的气化设备制成的气体。此外，供应至SOFC13的氧化性气体是含氧量约为15％～30％的气体，作为代表性气体，优选为空气，但除了空气以外，还可使用燃烧废气和空气的混合气体或氧气和空气的混合气体等(以下，将供应至SOFC13的氧化性气体称为空气)。
该SOFC13连接着从第1压缩空气供应管线26分叉的第2压缩空气供应管线31，并且将压缩机21压缩的部分压缩空气A2供应至空气极的导入部。该第2压缩空气供应管线31上，沿着空气的流动方向设有可调节要供应的空气量的控制阀32以及可将压缩空气A2进行升压的鼓风机(增压机)33。控制阀32设置在第2压缩空气供应管线31中空气的流动方向的上游侧，鼓风机33设置在控制阀32的下游侧。SOFC13连接着排气管线34，该排气管线34排出用于空气极的排气A3。该排气管线34分叉为将用于空气极的排气A3排出到外部的排出管线35，以及连接至燃烧器22的压缩空气循环管线36。排出管线35设有可调节排出空气量的控制阀37，压缩空气循环管线36设有可调节循环空气量的控制阀38。
此外，SOFC13设有将燃气L2供应至燃料极的导入部的第2燃气供应管线41。第2燃气供应管线41设有可调节供应的燃气量的控制阀42。SOFC13连接着废燃料管线43，该废燃料管线43排出用于燃料极的废燃气L3。该废燃料管线43分叉为排出至外部的排出管线44以及连接至燃烧器22的废燃气供应管线45。排出管线44设有可调节排出燃气量的控制阀46，废燃气供应管线45上，沿燃气L3的流动方向设置着可调节供应的燃气量的控制阀47以及可将燃料升压的鼓风机48。控制阀47设置在废燃气供应管线45中燃气L3的流动方向的上游侧，鼓风机48设置在控制阀47的下游侧。
此外，SOFC13设有连接废燃料管线43与第2燃气供应管线41的燃气再循环管线49。燃气再循环管线49设有将废燃料管线43的废燃气L3再循环至第2燃气供应管线41的再循环鼓风机50。
蒸汽轮机14通过由废热回收锅炉(HRSG)51生成的蒸汽，旋转涡轮机52。该废热回收锅炉51连接着来自燃气轮机11(涡轮机23)的废气管线53，通过在空气和高温的废气G之间进行热交换，生产蒸汽S。蒸汽轮机14(涡轮机52)在其与废热回收锅炉51之间，设置着蒸汽供应管线54和供水管线55。而且，供水管线55设置着冷凝器56和供水泵57。发电机15与涡轮机52设置在同轴上，能够通过旋转涡轮机52来发电。另外，利用废热回收锅炉51回收热量后的排气会在去除有害物质后，释放到大气中。
在此，说明实施例3的发电系统10的动作。启动发电系统10时，依序启动燃气轮机11、蒸汽轮机14以及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和燃气L1混合后进行燃烧，并且涡轮机23通过废气G进行旋转，因此发电机12开始发电。接着，在蒸汽轮机14中，通过由废热回收锅炉51生成的蒸汽S使涡轮机52旋转，因此发电机15开始发电。
接着，在SOFC13中，首先通过压缩空气供应装置81供应压缩空气A2，开始升压。在闭合排出管线35的控制阀37和压缩空气循环管线36的控制阀38，并且停止第2压缩空气供应管线31的鼓风机33的状态下，闭合控制阀32。而且，在驱动压缩空气供应装置81的同时打开控制阀85后，利用该压缩空气供应装置81压缩的部分压缩空气A2会从第2压缩空气供应管线31供应至SOFC13侧。因此，SOFC13侧的压力会由于供应压缩空气A2而上升。
另一方面，SOFC13中，向燃料极侧供应燃气L2，开始升压。在闭合排出管线44的控制阀46和废燃气供应管线45的控制阀47，并且停止鼓风机48的状态下，打开第2燃气供应管线41的控制阀42，同时驱动燃气再循环管线49的再循环鼓风机50。于是，燃气L2从第2燃气供应管线41供应至SOFC13侧，同时废燃气L3通过燃气再循环管线49进行再循环。因此，SOFC13侧的压力会由于供应燃气L2而上升。
而且，SOFC13的空气极侧的压力变为压缩机21的出口压力后，会打开控制阀32，同时闭合控制阀85，并驱动鼓风机33。与此同时，打开控制阀37，从排出管线35排出来自SOFC13的排气A3。于是，压缩空气A2通过鼓风机33供应至SOFC13侧。与此同时，打开控制阀46，从排出管线44排出来自SOFC13的废燃气L3。而且，SOFC13中空气极侧的压力和燃料极侧的压力达到目标压力后，SOFC13的压力停止上升。
然后，在SOFC13的反应(发电)稳定，并且排气A3和废燃气L3的成分稳定后，会一边闭合控制阀37，一边打开控制阀38。于是，来自SOFC13的排气A3从压缩空气循环管线36供应至燃烧器22。此外，一边闭合控制阀46，一边打开控制阀47，驱动鼓风机48。于是，来自SOFC13的废燃气L3从废燃气供应管线45供应至燃烧器22。此时，会减少从第1燃气供应管线27供应至燃烧器22的燃气L1。
此处，发电机12在燃气轮机11的驱动下进行发电，SOFC13进行发电，发电机15在蒸汽轮机14的驱动下进行发电，发电系统10实现正常运转。
然而，一般的发电系统中，在启动SOFC13时，会通过将利用燃气轮机11的压缩机21压缩的空气的一部分从第2压缩空气供应管线31供应至SOFC13来进行升压。于是，在燃气轮机11中，可能会发生供应至燃烧器22的压缩空气或送至涡轮机23的冷却空气出现不足的现象。
因此，实施例3的发电系统10中，设置着连接在第2压缩空气供应管线31的控制阀(第1开关阀)32的SOFC13侧的压缩空气供应装置(压缩空气供应部)81，并且控制装置(控制部)82会在启动SOFC13时闭合该控制阀32，驱动压缩空气供应装置81。
换言之，设置着与燃气轮机11的压缩机21分开并且可单独驱动的压缩空气供应装置81，在启动SOFC13时驱动该压缩空气供应装置81。于是，将利用压缩机21压缩的压缩空气全部送至燃烧器22和涡轮机23，将利用压缩空气供应装置81压缩的压缩空气全部送至SOFC13。因此，能够抑制燃气轮机11出现空气不足的现象。
具体而言，如图6所示，压缩空气供应装置81具有第3压缩空气供应管线83、启动用压缩机84以及控制阀(第2开关阀)85。第3压缩空气供应管线83的一端部位于第2压缩空气供应管线31的控制阀32与鼓风机33之间，换言之，连接在第2压缩空气供应管线31上控制阀32的压缩空气A2的流动方向的下游侧。启动用压缩机84可通过驱动电动机86进行驱动，连接至第3压缩空气供应管线83的另一端部。控制阀85设置在第3压缩空气供应管线83上。
控制装置82至少可调节控制阀32和控制阀85的开度，并且可通过驱动电动机86控制启动用压缩机84和鼓风机33的驱动及停止。因此，控制装置82在启动SOFC13时，会闭合控制阀32并打开控制阀85，同时对驱动电动机86进行驱动，并开始运行启动用压缩机84。
此外，第1检测器87设置在第1压缩空气供应管线26上。该第1检测器87对利用燃气轮机11的压缩机21压缩的压缩空气的第1压力进行检测。此外，第2检测器88设置在SOFC13上。该第2检测器88对SOFC13的空气极即第2压缩空气供应管线31上控制阀32的SOFC13侧的第2压力进行检测。各检测器87、88将检测出的第1压力和第2压力输出到控制装置82。
而且，控制装置82在由第2检测器88检测出的第2压力达到由第1检测器87检测出的第1压力后，会停止压缩空气供应装置81的驱动。换言之，当第2压力达到第1压力后，会停止驱动电动机86的驱动，停止启动用压缩机84，并且闭合控制阀85。与此同时，控制装置82会打开控制阀32。
在此，说明上述实施例3的发电系统10中的SOFC13的启动方法。
实施例3的发电系统10中的SOFC13的启动方法，具有：将利用燃气轮机11的压缩机21压缩的压缩空气供应至燃烧器22的工序；将利用压缩空气供应装置81压缩的压缩空气供应至SOFC13的空气极的工序；在空气极侧的压力达到利用压缩机21压缩的压缩空气的压力后，停止通过压缩空气供应装置81对空气极供应压缩空气的工序；以及将利用压缩机21压缩的压缩空气的一部分供应至SOFC13的空气极的工序。
换言之，如图7所示，燃气轮机11于时间t1时启动，经过规定时间后，开始利用燃气轮机11进行发电，并于时间t2时启动SOFC13。此时，燃气轮机11可以是低负载运转状态，也可以是额定运转状态。于该时间t2时，在维持控制阀32的闭合状态的状态下打开控制阀85，同时利用驱动电动机86驱动启动用压缩机84。于是，在燃气轮机11中，利用压缩机21压缩的压缩空气A1不会流动至SOFC13侧，而是全部流动至燃烧器22和涡轮机23，因此可以在压缩机21的出口压力(第1压力)不降低的情况下维持规定压力。另一方面，在SOFC13中，利用启动用压缩机84压缩的压缩空气A4通过第3压缩空气供应管线83和第2压缩空气供应管线31流动至SOFC13，因此SOFC13的压力(第2压力)会逐渐升高。
而且，于时间t3时，当第2压力达到第1压力后，会利用驱动电动机86停止启动用压缩机84，并且闭合控制阀85，同时打开控制阀32。
于是，利用压缩空气供应装置81的SOFC13的升压结束，并且使控制阀32全开，同时驱动鼓风机33。于是，SOFC13的空气极侧的压力会进一步上升，并且升压至目标压力。
像这样，在实施例3的发电系统中，设有：燃气轮机11，其具有压缩机21、燃烧器22以及涡轮机23；第1压缩空气供应管线26，其将利用压缩机21压缩的压缩空气供应至燃烧器22；SOFC13，其具有空气极和燃料极；第2压缩空气供应管线31，其将利用压缩机21压缩的压缩空气的至少一部分供应至空气极；控制阀32，其设置在第2压缩空气供应管线上；压缩空气供应装置81，其连接在第2压缩空气供应管线31上控制阀32的SOFC13侧；以及控制装置82，其在启动SOFC13时闭合控制阀32并驱动压缩空气供应装置81。
因此，与燃气轮机11的压缩机21分开，设置着压缩空气供应装置81，在启动SOFC13时驱动压缩空气供应装置81。于是，启动SOFC13时，将利用压缩机21压缩的压缩空气全部送至燃烧器22和涡轮机23，将利用压缩空气供应装置81压缩的压缩空气全部送至SOFC13。因此，此时燃烧器22和涡轮机23中不会发生压缩空气不足，能够抑制燃烧器22的异常燃烧或涡轮机23的冷却不充分。其结果为能够抑制燃气轮机11出现空气不足的现象，稳定地运转燃气轮机11，并且能够启动SOFC13。
实施例3的发电系统中，作为压缩空气供应装置81，设有：第3压缩空气供应管线83，其一端部连接至第2压缩空气供应管线31上控制阀32与鼓风机33之间；启动用压缩机84，其连接至第3压缩空气供应管线83的另一端部；以及控制阀85，其设置在第3压缩空气供应管线83上，其中控制装置82在启动SOFC13时，闭合控制阀32并打开控制阀85。因此，可分别通过不同的压缩机21、84将压缩空气送至燃烧器22和SOFC13，能够利用简单的结构适当地抑制燃气轮机11出现空气不足的仙现象。
在实施例3的发电系统中，设有对利用压缩机21压缩的压缩空气的第1压力进行检测的第1检测器87以及检测SOFC13的第2压力的第2检测器88，控制装置82在第2压力达到第1压力后，会停止压缩空气供应装置81的驱动，并且打开控制阀32。因此，通过将压缩空气供应装置81仅用于SOFC13的升压，能够减小该压缩空气供应装置81的体积，并且能够降低成本。
在实施例3的发电系统中，如上所述，通过设置可与燃气轮机11的压缩机21分开并且单独驱动的压缩空气供应装置81，从而能够从启动燃气轮机11之前开始，利用压缩空气供应装置81向SOFC13供应空气并升压。因此，无论是否启动燃气轮机11，通过事先将SOFC13进行升压，都能够快速启动发电系统10。
此外，实施例3的发电系统中的固体氧化物燃料电池的启动方法，具有：将利用燃气轮机11的压缩机21压缩的压缩空气供应至燃烧器22的工序；将利用压缩空气供应装置81压缩的压缩空气供应至SOFC13的空气极的工序；在空气极侧的压力达到利用压缩机21压缩的压缩空气的压力后，停止通过压缩空气供应装置81对空气极供应压缩空气的工序；以及将利用压缩机21压缩的压缩空气的一部分供应至SOFC13的空气极的工序。
因此，在开始启动SOFC13时，燃烧器22和涡轮机23中不会出现压缩空气不足的现象，能够抑制燃气轮机11出现空气不足的现象，稳定地运转燃气轮机11，并且实现SOFC13的稳定启动。另外，虽然构成为将利用压缩机21压缩的压缩空气的一部分供应至SOFC13的空气极的方式，但也可构成为将利用压缩机21压缩的压缩空气全部供应至SOFC13的空气极的方式。
另外，上述实施例3中，将本发明的第1开关阀和第2开关阀设为可调节流量的控制阀32、85，但也可设为不可调节流量的切断阀。
符号说明
10发电系统
11燃气轮机
12发电机
13固体氧化物燃料电池(SOFC)
14蒸汽轮机
15发电机
21压缩机
22燃烧器
23涡轮机
26第1压缩空气供应管线
27第1燃气供应管线
31第2压缩空气供应管线
32控制阀(开关阀)
33鼓风机
34排气管线
36压缩空气循环管线
41第2燃气供应管线
93控制阀
43废燃料管线
45废燃气供应管线
49燃气再循环管线
61控制装置(控制部)
62第1检测器
63第2检测器
71第1切断阀(第1开关阀)
72第2切断阀(第2开关阀)
81压缩空气供应装置(压缩空气供应部)
82控制装置(控制部)
83第3压缩空气供应管线
84启动用压缩机
85控制阀(第2开关阀)
87第1检测器
88第2检测器

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；
入口导叶，其设置在所述压缩机的空气吸入口；
第1压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气供应至所述燃烧器；
第2压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气的至少一部分供应至所述燃料电池；
开关阀，其设置在所述第2压缩空气供应管线上；以及
控制部，其在启动所述燃料电池时打开所述开关阀，同时将所述入口导叶的开度控制为大于预先设定的基准开度。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述开关阀是可调节流量的控制阀，所述控制部实施如下控制，即在启动所述燃料电池时，将所述开关阀打开至小于全开状态的初始开度，同时将所述入口导叶的开度打开至大于所述燃气轮机正常运转时的规定开度。
3.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述开关阀构成为：并列设置着打开时通过流量较大的第1开关阀以及通过流量较小的第2开关阀，所述控制部实施如下控制，即在启动所述燃料电池时，将所述第1开关阀设为闭合状态，将所述第2开关阀设为打开状态，同时将所述入口导叶的开度打开至大于所述燃气轮机正常运转时的规定开度。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的发电系统，其特征在于，设有对利用所述压缩机压缩的压缩空气的压力进行检测的第1检测器，以及对所述第2压缩空气供应管线上所述开关阀的所述燃料电池侧的压力进行检测的第2检测器，所述控制部实施如下控制，即当由所述第2检测器检测出的第2压力达到由所述第1检测器检测出的第1压力后，增大所述开关阀的开度，同时将所述入口导叶的开度恢复至所述基准开度。
5.根据权利要求4所述的发电系统，其特征在于，所述控制部实施如下控制，即随着由所述第2检测器检测出的第2压力接近由所述第1检测器检测出的第1压力，使所述入口导叶的开度向所述基准开度减小。
6.一种发电系统中的燃料电池的启动方法，其特征在于，具有：将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气供应至燃气轮机燃烧器的工序；
将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气的一部分供应至燃料电池的工序；
使设置在所述燃气轮机压缩机的空气吸入口的入口导叶的开度大于预先设定的基准开度的工序；以及
在所述燃料电池的压力达到利用所述燃气轮机压缩机压缩的压缩空气的压力后，使所述入口导叶的开度恢复至所述基准开度的工序。
7.一种发电系统，其特征在于，具有：燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；
第1压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气供应至所述燃烧器；
燃料电池，其具有空气极和燃料极；
第2压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气的至少一部分供应至所述空气极；
第1开关阀，其设置在所述第2压缩空气供应管线上；
压缩空气供应部，其连接在所述第2压缩空气供应管线上所述第1开关阀的所述燃料电池侧；以及
控制部，其在启动所述燃料电池时闭合所述第1开关阀，驱动所述压缩空气供应部。
8.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，所述压缩空气供应部具有：第3压缩空气供应管线，其一端部连接在所述第2压缩空气供应管线上所述第1开关阀的所述燃料电池侧；启动用压缩机，其连接在所述第3压缩空气供应管线的另一端部；以及第2开关阀，其设置在所述第3压缩空气供应管线上，所述控制部在启动所述燃料电池时，闭合所述第1开关阀，打开所述第2开关阀，同时驱动所述启动用压缩机。
9.根据权利要求7或8所述的发电系统，其特征在于，设有对利用所述压缩机压缩的压缩空气的压力进行检测的第1检测器，以及对所述第2压缩空气供应管线上所述第1开关阀的所述燃料电池侧的压力进行检测的第2检测器，所述控制部实施如下控制，即当由所述第2检测器检测出的第2压力达到由所述第1检测器检测出的第1压力后，停止驱动所述压缩空气供应部，同时打开所述第1开关阀。
10.一种发电系统中的燃料电池的启动方法，其特征在于，具有：将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气供应至燃气轮机燃烧器的工序；
将利用压缩空气供应部压缩的压缩空气供应至燃料电池的空气极的工序；
在所述空气极侧的压力达到利用所述燃气轮机压缩机压缩的压缩空气的压力后，停止通过所述压缩空气供应部对所述空气极供应压缩空气的工序；以及
将利用所述燃气轮机压缩机压缩的压缩空气供应至所述燃料电池的空气极的工序。
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