DE112013005578T5 - Energieerzeugungssystem, Antriebsverfahren für Energieerzeugungssystem und Brennkammer - Google Patents

Energieerzeugungssystem, Antriebsverfahren für Energieerzeugungssystem und Brennkammer Download PDF

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Abstract

Ein durch eine Temperaturdifferenz von verschiedenen Arten von Brenngasen verursachter Nachteil wird überwunden. In einem Energieerzeugungssystem (10) wird aus einer SOFC (13) abgeführtes Brennabgas (L3) als ein Brennstoff für eine Brennkammer einer Gasturbine (11) verwendet, und gleichzeitig wird ein Teil der durch einen Verdichter (20) der Gasturbine (11) verdichteten Druckluft (A2) zum Antrieb der SOFC (13) verwendet. Die Gasturbine (11) enthält eine erste Brennkammer (21A) zum Verbrennen von Brenngas (L1), das von verschiedener Art als das Brennabgas (L3) ist, eine erste Turbine (22A), die durch von der ersten Brennkammer (21A) zugeführtes Verbrennungsgas (G1) angetrieben wird, eine zweite Brennkammer (21B) zum Verbrennen des Brennabgases (L3) und eine zweite Turbine (22B), die mit der ersten Turbine (22A) wellengekuppelt ist und durch von der zweiten Brennkammer (21B) zugeführtes Verbrennungsgas (G2) angetrieben wird.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energieerzeugungssystem, in dem eine Brennstoffzelle, eine Gasturbine und eine Dampfturbine kombiniert sind, ein Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem und eine Brennkammer.
  • Hintergrund
  • Eine Festoxid-Brennstoffzelle (unten auch als SOFC bezeichnet) als Brennstoffzelle ist als Universal- und Hochleistungsbrennstoffzelle bekannt. Da eine Betriebstemperatur der SOFC hoch eingestellt ist, um eine Ionenleitfähigkeit zu erhöhen, kann von einem Verdichter der Gasturbine abgeführte Druckluft als einer Seite einer Luftelektrode zugeführte Luft (Oxidationsmittel) verwendet werden. Des Weiteren kann aus der SOFC abgeführtes Hochtemperaturbrennabgas als Brennstoff der Brennkammer der Gasturbine verwendet werden.
  • Wie in der Patentliteratur 1 beschrieben, sind deshalb zum Beispiel verschiedene Energieerzeugungssysteme, in denen die SOFC, die Gasturbine und die Dampfturbine kombiniert sind, als Energieerzeugungssystem vorgeschlagen worden, das eine Hochleistungsenergieerzeugung erreichen kann. In einem in Patentliteratur 1 beschriebenen kombinierten System enthält die Gasturbine einen Verdichter zum Verdichten von Luft und zu ihrer Zuführung zu der SOFC und eine Brennkammer zur Erzeugung von Verbrennungsgas aus dem aus der SOFC abgeführten Brennabgas und der Luft.
  • Zum Beispiel offenbart Patentliteratur 2 ein Brennstoffzellensystem, das eine Brennkammer zum Verbrennen von aus einer Brennstoffzelle abzuführendem Brennabgas enthält. Die Brennkammer enthält einen Primärbrennraum und einen Sekundärbrennraum. Das Brennabgas aus der Brennstoffzelle wird aus einem Brenner ausgestoßen, und der Primärbrennraum führt eine Primärverbrennung des Brennabgases unter Verwendung von Primärluft durch. Der Sekundärbrennraum ist mit dem Primärbrennraum über einen Verbindungkanal mit einem Gasdurchlass verbunden, der schmaler als der Primärbrennraum ist und der eine Sekundärverbrennung des Gases aus dem Primärbrennraum unter Verwendung von Sekundärluft durchführt. Der Brenner enthält einen dreifachen Abblasekanal. In den dreifachen Abblasekanälen ist ein Fackel-Abblasekanal zum Ausstoßen einer Zündbrennerflamme in der Mitte angeordnet, und ein ringförmiger Brennabgasabblasekanal zum Ausstoßen von Brennabgas ist außerhalb des Fackel-Abblasekanals angeordnet. Des Weiteren ist ein kreisförmiger Abluftabblasekanal zum Ausstoßen von Abluft aus dem Brennabgasabblasekanal nach außen konzentrisch angeordnet. Des Weiteren enthält der Brenner in dem Abluftabblasekanal mehrere Zusatzbrennstoffabblasekanäle, die sich durch den Abluftabblasekanal erstrecken und den Zusatzbrennstoff ausstoßen.
  • Weiterhin offenbart zum Beispiel Patentliteratur 3 ein Brennstoffzufuhrverfahren für die Brennkammer zur Zuführung von mindestens zwei Arten von Brennstoffen mit voneinander verschiedenen Brennwerten zu der Brennkammer. Zu Beginn des Betriebs der Gasturbine werden ein Brennstoff mit hohem Brennwert und ein Brennstoff mit niedrigen Brennwert der Brennkammer sowohl durch ein erstes Brennstoffzufuhrsystem zur Zuführung des Brennstoffs mit hohem Brennwert Wärmeenergie zu einer in der Brennkammer enthaltenen ersten Düse als auch ein zweites Brennstoffzufuhrsystem zur Zuführung des Brennstoffs mit niedrigem Brennwert zu einer in der Brennkammer enthaltenen zweiten Düse zugeführt. Wenn eine Ausgabe der Gasturbine die Ausgabe erreicht, die einen Dauerbetrieb mit dem Brennstoff mit niedrigem Brennwert realisieren kann, wird die Zuführung des Brennstoffs mit hohem Brennwert zu der Brennkammer unterbrochen, und der Brennstoff mit niedrigem Brennwert wird der Brennkammer zugeführt.
  • Liste von Schriften aus dem Stand der Technik
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2009-205930
    • Patentliteratur 2: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2008-166070
    • Patentliteratur 3: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2012-41882 .
  • Zusammenfassung
  • Technisches Problem
  • In einem in der oben genannten Patentliteratur 1 beschriebenen Energieerzeugungssystem wird eine Gasturbine durch durch Verbrennen von aus einer SOFC abgeführtem Brennabgas und Druckluft in einer Brennkammer erzeugtes Verbrennungsgas angetrieben. Andererseits erzeugt die SOFC Energie durch Verwendung von zugeführtem Brenngas und durch einen Verdichter verdichtete Druckluft und führt dass Brennabgas und die Druckluft, das bzw. die zur Erzeugung der Energie verwendet werden, zu der Gasturbine ab. Deshalb wird die SOFC, nachdem zunächst die Gasturbine angetrieben worden ist, durch Versorgung mit Druckluft angetrieben.
  • In dem in der oben genannten Patentliteratur 1 beschriebenen Energieerzeugungssystem braucht die Brennkammer zur Zuführung des Verbrennungsgases zur Gasturbine das Brenngas, da das Brennabgas nicht in einem Zustand zugeführt wird, in dem die SOFC nicht betrieben wird. Wenn das Brennabgas aus der SOFC als Brennstoff verwendet wird, ist es weiterhin erforderlich, dass die Brennkammer den Wärmeeintrag ergänzt, indem das Brenngas mit hoher Wärmeenergie dann zugeführt wird, wenn der Wärmeeintrag bezüglich des Wärmeeintrags, bei dem die Gasturbine die Nennlast erreicht, zu gering ist. Bei Betrieb des Energieerzeugungssystem, in dem die SOFC, die Gasturbine und die Dampfturbine kombiniert sind, sind auf diese Weise der Brennkammer zuzuführende Brennstoffe gemäß dem Betriebszustand der SOFC und der Gasturbine verschieden, wie zum Beispiel Brennabgas und Brenngas.
  • Im Allgemeinen wird bevorzugt, einen Mischer zu verwenden, um unterschiedliche Brenngasarten in der Brennkammer zu verbrennen. Das aus der SOFC abgeführte Brennabgas erreicht jedoch ca. 400°C, und das Brenngas zur Ergänzung des Wärmeeintrags beträgt ca. 15°C. Die Temperaturen unterscheiden sich voneinander. Deshalb besteht die Möglichkeit, dass die jeweiligen Brenngase aufgrund der Temperaturdifferenz nicht gleichmäßig vermischt werden und die Verbrennung im Mischer instabil wird. Des Weiteren wird es erforderlich, Maßnahmen gegen Wärmeausdehnung im Mischer und in den Rohrleitungen um den Mischer herum aufgrund der Temperaturdifferenz zu ergreifen.
  • Die vorliegende Erfindung soll die oben genannten Probleme lösen. Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Energieerzeugungssystem und ein Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem bereitzustellen, die den durch eine Temperaturdifferenz der verschiedenen Brenngasarten verursachten Nachteil überwinden können.
  • Die vorliegende Erfindung soll die oben genannten Probleme lösen. Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Energieerzeugungssystem, ein Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem und eine Brennkammer bereitzustellen, die die Gasturbine in einem stabilen Zustand antreiben können, selbst wenn verschiedene Brennstoffarten der Brennkammer beim Antrieb des Energieerzeugungssystems zugeführt werden.
  • Lösung des Problems
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zum Erfüllen des obigen Zwecks ein Energieerzeugungssystem bereitgestellt, wobei aus einer Brennstoffzelle abgeführtes Brennabgas als ein Brennstoff für eine Brennkammer einer Gasturbine verwendet wird, und gleichzeitig ein Teil der durch einen Verdichter der Gasturbine verdichteten Druckluft zum Antrieb der Brennstoffzelle verwendet wird, und wobei die Gasturbine eine erste Brennkammer zum Verbrennen von Brenngas, das von verschiedener Art als das Brennabgas ist, eine erste Turbine, die durch von der ersten Brennkammer zugeführtes Verbrennungsgas angetrieben wird, eine zweite Brennkammer zum Verbrennen von Brennabgas, und eine zweite Turbine, die mit der ersten Turbine welllengekuppelt ist und durch das von der zweiten Brennkammer zugeführte Verbrennungsgas angetrieben wird, enthält.
  • Deshalb werden das Brennabgas und das Brenngas in voneinander verschiedenen Brennkammern getrennt verbrannt. Deshalb ist es nicht erforderlich, das Brennabgas und das Brenngas durch den Mischer zu vermischen. Es kommt nicht vor, dass die jeweiligen Brenngase nicht gleichmäßig vermischt werden und die Verbrennung instabil wird und es erforderlich wird, Maßnahmen gegen die Wärmeausdehnung im Mischer und in den Rohrleitungen um den Mischer herum aufgrund der Temperaturdifferenz zu ergreifen. Demgemäß kann der durch die Temperaturdifferenz der verschiedenen Brenngasarten verursachte Nachteil überwunden werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Energieerzeugungssystem gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt, umfassend: eine Verbindungs-/Trenneinheit, die zum Verbinden oder Trennen einer Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine und der zweiten Turbine konfiguriert ist.
  • Wenn keine Verbindungs-/Trenneinheit vorgesehen ist, wird somit die Last an die erste Turbine angelegt, da die zweite Turbine zusammen mit der ersten Turbine in einem Zustand gedreht wird, in dem der zweiten Turbine beim Antrieb der ersten Turbine kein Verbrennungsgas zugeführt wird. Eine Situation, in der die Last an die erste Turbine angelegt wird, kann jedoch durch Vorsehen der Verbindungs-/Trenneinheit verhindert werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Energieerzeugungssystem gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt bereitgestellt, umfassend: eine Brenngaszufuhrleitung, die dazu konfiguriert ist, der ersten Brennkammer Brenngas zuzuführen; eine Brennabgaszufuhrleitung, die dazu konfiguriert ist, der zweiten Brennkammer das Brennabgas zuzuführen; ein Brenngassteuerventil, das zum Vorsehen in der Brenngaszufuhrleitung konfiguriert ist; ein Brennabgassteuerventil das zum Vorsehen in der Brennabgaszufuhrleitung konfiguriert ist; und eine Steuerung, die zum Steuern zwecks Schließens des Brennabgassteuerventils und Öffnens des Brenngassteuerventils, bevor die Brennstoffzelle angetrieben wird, und zum Steuern zwecks Öffnens des Brennabgassteuerventils nach Antrieb der Brennstoffzelle konfiguriert ist.
  • Wenn die Gasturbine angetrieben wird, wird deshalb die erste Turbine durch Zuführung des Brenngases zu einer ersten Brennkammer angetrieben. Nach dem Antrieb der ersten Turbine wird weiterhin die Brennstoffzelle durch Zuführung eines Teils der durch den Verdichter verdichteten Druckluft zu der Brennstoffzelle angetrieben. Bei Antrieb der Brennstoffzelle wird das Brennabgas aus der Brennstoffzelle abgeführt. Deshalb wird das Brennabgas einer zweiten Brennkammer zugeführt. Auf diese Weise verbrennt ein Energieerzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung das Brennabgas und das Brenngas getrennt in voneinander verschiedenen Brennkammern. Gleichzeitig kann das Energieerzeugungssystem die Brennstoffzelle effizient antreiben.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zum Erfüllen des obigen Zwecks ein Antriebsverfahren für ein Energieerzeugungssystem bereitgestellt, umfassend: einen Prozess zum Antrieb einer ersten Turbine durch Zuführung von Brenngas zu einer ersten Brennkammer; einen Prozess zum anschließenden Antrieb einer Brennstoffzelle; und einen Prozess zum anschließenden Antrieb einer zweiten Turbine durch Zuführung von Brennabgas zu einer zweiten Brennkammer, wobei das aus der Brennstoffzelle abgeführte Brennabgas als Brennstoff für eine Brennkammer einer Gasturbine verwendet wird und gleichzeitig ein Teil der durch eine Verdichter der Gasturbine verdichteten Druckluft zum Antrieb der Brennstoffzelle verwendet wird, und die Gasturbine die erste Brennkammer zum Verbrennen von Brenngas, das von einer anderen Art als das Brennabgas ist, die erste Turbine, die durch von der ersten Brennkammer zugeführtes Verbrennungsgas angetrieben wird, die zweite Brennkammer zum Verbrennen des Brennabgases und die zweite Turbine, die mit der ersten Turbine wellengekuppelt ist und durch das von der zweiten Brennkammer zugeführte Verbrennungsgas angetrieben wird, enthält.
  • Bei Antrieb der Gasturbine wird deshalb die erste Turbine durch Zuführung des Brenngases zu einer ersten Brennkammer angetrieben. Nach dem Antrieb der ersten Turbine wird weiterhin die Brennstoffzelle durch Zuführung eines Teils der durch den Verdichter verdichteten Druckluft zu der Brennstoffzelle angetrieben. Bei Antrieb der Brennstoffzelle wird das Brennabgas aus der Brennstoffzelle abgeführt. Deshalb wird das Brennabgas einer zweiten Brennkammer zugeführt. Auf diese Weise verbrennt ein Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung getrennt das Brennabgas und das Brenngas in voneinander verschiedenen Brennkammern. Deshalb ist es nicht erforderlich, das Brennabgas und das Brenngas durch den Mischer zu mischen. Es kommt nicht vor, dass die jeweiligen Brenngase nicht gleichmäßig vermischt werden und die Verbrennung instabil wird und es erforderlich wird, Maßnahmen gegen die Wärmeausdehnung im Mischer und in den Rohrleitungen um den Mischer herum aufgrund der Temperaturdifferenz zu ergreifen. Demgemäß kann der durch die Temperaturdifferenz der verschiedenen Brenngasarten verursachte Nachteil überwunden werden. Darüber hinaus verbrennt ein Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung getrennt das Brennabgas und das Brenngas in voneinander verschiedenen Brennkammern. Gleichzeitig kann das Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem die Brennstoffzelle effizient antreiben.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem gemäß dem vierten Aspekt bereitgestellt, umfassend: eine Verbindungs-/Trenneinheit, die zum Verbinden oder Trennen einer Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine und der zweiten Turbine konfiguriert ist; einen Prozess zum Trennen der Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine und der zweiten Turbine durch die Verbindungs-/Trenneinheit; einen Prozess zum anschließenden Antreiben der ersten Turbine durch Zuführung des Brenngases zu der ersten Brennkammer; einen Prozess zum anschließenden Antreiben der Brennstoffzelle; einen Prozess zum anschließenden Verbinden der Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine und der zweiten Turbine durch die Verbindungs-/Trenneinheit; und einen Prozess zum anschließenden Antreiben der zweiten Turbine durch Zuführen des Brennabgases zu der zweiten Brennkammer.
  • Wenn keine Verbindungs-/Trenneinheit vorgesehen ist, wird deshalb die Last an die erste Turbine angelegt, da die zweite Turbine zusammen mit der ersten Turbine in einem Zustand gedreht wird, in dem der zweiten Turbine beim Antrieb der ersten Turbine kein Verbrennungsgas zugeführt wird. Eine Situation, in der die Last an die erste Turbine angelegt wird, kann jedoch durch Vorsehen der Verbindungs-/Trenneinheit verhindert werden.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zum Erfüllen des obigen Zwecks ein Energieerzeugungssystem bereitgestellt, umfassend: eine Steuerung, die zum Steuern zwecks Schließens eines ersten Hauptdüsensteuerventils und Öffnens eines zweiten Hauptdüsensteuerventils, wenn eine Gasturbine gestartet hat, und zum Steuern zwecks Öffnens des ersten Hauptdüsensteuerventils und Drosselns des zweiten Hauptdüsensteuerventils, wenn eine Brennstoffzelle nach Antrieb der Gasturbine gestartet hat, konfiguriert ist, wobei aus der Brennstoffzelle abgeführtes Brennabgas als Brennstoff für eine Brennkammer der Gasturbine verwendet wird und die Brennkammer eine erste Hauptdüse, eine zweite Hauptdüse, eine erste Hauptdüsenbrennstoffleitung, die mit der ersten Hauptdüse verbunden ist und das aus der Brennstoffzelle abgeführte Brennabgas leitet, eine zweite Hauptdüsenbrennstoffleitung, die mit der zweiten Hauptdüse verbunden ist und ein Brenngas, das von anderer Art als das Brennabgas ist, leitet, enthält, wobei das erste Hauptdüsensteuerventil in der ersten Hauptdüsenbrennstoffleitung vorgesehen ist und das zweite Hauptdüsensteuerventil in der zweiten Hauptdüsenbrennstoffleitung vorgesehen ist.
  • Beim Starten der Gasturbine wird die Gasturbine deshalb durch Zuführung des Brenngases zu der Brennkammer gestartet. Nach dem Starten der Gasturbine wird weiterhin die Brennstoffzelle durch Zuführung eines Teils der durch den Verdichter verdichteten Druckluft zu der Brennstoffzelle gestartet. Wenn die Brennstoffzelle gestartet hat, wird Brennabgas aus der Brennstoffzelle abgeführt. Das Brennabgas wird der Brennkammer zugeführt und gleichzeitig wird eine vorbestimmte Menge des Brenngases, von der eine Durchflussrate gedrosselt ist, zugeführt. Auf diese Weise wird die fehlende Wärmeeintragsmenge des Brennabgases ergänzt. Deshalb kann das Energieerzeugungssystem die Gasturbine in einem stabilen Zustand antreiben. Da das Hochtemperaturbrennabgas und das Niedertemperaturbrenngas von der ersten bzw. zweiten Hauptdüse zugeführt werden und verbrannt werden, kann darüber hinaus auf den Mischer zum Mischen des Brennabgases und des Brenngases, die voneinander verschiedene Temperaturen aufweisen, und auf deren Zuführung zu der Brennkammer verzichtet werden.
  • Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Energieerzeugungssystem gemäß dem sechsten Aspekt bereitgestellt, wobei die Brennkammer eine Vorsteuerdüse, eine Vorsteuerdüsenbrennstoffleitung, die mit der Vorsteuerdüse verbunden ist und das Brenngas leitet, und ein Vorsteuerdüsensteuerventil, das in der Vorsteuerdüsenbrennstoffleitung vorgesehen ist, enthält und die Steuerung Öffnen des Vorsteuerdüsensteuerventils, wenn die Gasturbine gestartet hat und angetrieben wird, steuert.
  • Wenn die Gasturbine gestartet hat und angetrieben wird, wird deshalb das aus einer Vorsteuerdüse eingespritzte Brenngas verbrannt. Demgemäß kann Flammenhaltung zum Durchführen einer stabilen Verbrennung des vorgemischten Gases durchgeführt werden, in dem das Brennabgas und das Brenngas, die aus der ersten Hauptdüse bzw. der zweiten Hauptdüse eingespritzt werden, mit der Druckluft vermischt sind.
  • Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zum Lösen des obigen Problems ein Antriebsverfahren für ein Energieerzeugungssystem bereitgestellt, umfassend: einen Prozess zum Einspritzen von Brenngas nur aus einer zweiten Hauptdüse, wenn eine Gasturbine gestartet hat; und einen Prozess zum Einspritzen von Brennabgas aus einer ersten Hauptdüse und gleichzeitiges Einspritzen des um eine vorbestimmte Menge gedrosselten Brenngases aus der zweiten Hauptdüse, wenn eine Brennstoffzelle nach dem Starten der Gasturbine gestartet hat, wobei das aus der Brennstoffzelle abgeführte Brennabgas als Brennstoff für eine Brennkammer der Gasturbine verwendet wird und die Brennkammer die erste Hauptdüse zum Einspritzen des aus der Brennstoffzelle abgeführten Brennabgases und die zweite Hauptdüse zum Einspritzen des Brennabgases, das von anderer Art als das Brennabgas ist, enthält.
  • Beim Starten der Gasturbine wird deshalb die Gasturbine durch Einspritzen des Brenngases aus der zweiten Hauptdüse der Brennkammer und dessen Verbrennen gestartet. Nach dem Starten der Gasturbine wird weiterhin die Brennstoffzelle durch Zuführen eines Teils der durch den Verdichter verdichteten Druckluft zu der Brennstoffzelle gestartet. Wenn die Brennstoffzelle gestartet ist, wird das aus der Brennstoffzelle abgeführte Brennabgas aus der ersten Hauptdüse der Brennkammer eingespritzt und gleichzeitig eine vorbestimmte Menge des Brennabgases, die den fehlenden Wärmeeintrag des Brennabgases ergänzt, aus der zweiten Hauptdüse eingespritzt. Deshalb kann das Energieerzeugungssystem die Gasturbine in einem stabilen Zustand antreiben. Da das Hochtemperaturbrennabgas und das Niedertemperaturbrenngas getrennt aus der ersten und zweiten Hauptdüse zugeführt werden und verbrannt werden, kann auf den Mischer zum Mischen des Brennabgases und des Brenngases, die unterschiedliche Temperaturen voneinander aufweisen, und auf ihr Zuführen zu der Brennkammer verzichtet werden.
  • Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zum Erfüllen des Zwecks eine Brennkammer bereitgestellt, die in einem Energieerzeugungssystem mit einer Brennstoffzelle und einer Gasturbine enthalten ist, umfassend: eine erste Hauptdüse, die zum Einspritzen von aus der Brennstoffzelle abgeführtem Brennabgas konfiguriert ist; eine zweite Hauptdüse, die zum Einspritzen von Brenngas, das von anderer Art als das Brennabgas ist, konfiguriert ist; ein erstes Hauptdüsensteuerventil, das zum Steuern des Einspritzens des Brennabgases aus der ersten Hauptdüse konfiguriert ist; und ein zweites Hauptdüsensteuerventil, das zum Steuern des Einspritzens des Brenngases aus der zweiten Hauptdüse konfiguriert ist, wobei Verbrennungsgas, in dem das aus der Brennstoffzelle abgeführte Brennabgas verbrannt ist und das der Gasturbine zugeführt wird.
  • Beim Starten der Gasturbine wird deshalb die Gasturbine durch Öffnen eines zweiten Hauptdüsensteuerventils, Einspritzen des Brenngases aus der zweiten Hauptdüse und dessen Verbrennen gestartet. Nach dem Start der Gasturbine wird weiterhin die Brennstoffzelle durch Zuführen eines Teils der durch den Verdichter der Gasturbine verdichteten Druckluft zu der Brennstoffzelle gestartet. Beim Starten der Brennstoffzelle wird das erste Hauptdüsensteuerventil geöffnet, und das aus der Brennstoffzelle abgeführte Brennabgas wird aus der ersten Hauptdüse eingespritzt und verbrannt, und gleichzeitig wird eine vorbestimmte Menge des Brenngases, deren Durchflussrate durch das zweite Hauptdüsensteuerventil gedrosselt wird, eingespritzt. Demgemäß wird der fehlende Wärmeeintrag des Brennabgases ergänzt. Deshalb kann das Energieerzeugungssystem die Gasturbine in einem stabilen Zustand antreiben. Da das Hochtemperaturbrennabgas und das Niedertemperaturbrenngas aus der ersten bzw. zweiten Hauptdüse zugeführt werden und verbrannt werden, kann darüber hinaus auf den Mischer zum Mischen des Brennabgases und des Brenngases, die voneinander verschiedene Temperaturen aufweisen, und auf ihr Zuführen zu der Brennkammer verzichtet werden.
  • Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Brennkammer gemäß dem neunten Aspekt bereitgestellt, ferner umfassend: eine Vorsteuerdüse, die zum Einspritzen des Brenngases konfiguriert ist; und ein Vorsteuerdüsensteuerventil, das zum Steuern des Einspritzens des Brenngases aus der Vorsteuerdüse konfiguriert ist.
  • Wenn die Gasturbine gestartet hat und angetrieben wird, wird deshalb das Vorsteuerdüsensteuerventil geöffnet und das aus einer Vorsteuerdüse eingespritzte Brenngas wird verbrannt. Demgemäß kann Flammenhaltung durchgeführt werden, um eine stabile Verbrennung des vorgemischten Gases durchzuführen, in dem das Brennabgas und das Brenngas, das aus der ersten Hauptdüse bzw. der zweiten Hauptdüse eingespritzt wird, mit der Druckluft vermischt sind.
  • Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der durch die Temperaturdifferenz der verschiedenen Brenngasarten verursachte Nachteil überwunden werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Gasturbine bei Antrieb des Energieerzeugungssystems in einem stabilen Zustand angetrieben werden, selbst wenn der Brennkammer verschiedene Brennstoffarten zugeführt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Energieerzeugungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Zeitdiagramm des Energieerzeugungssystems gemäß der ersten Ausführungsform beim Antreiben.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm einer Brennkammer eines Energieerzeugungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Querschnittsdiagramm entlang der Linie A-A in 3.
  • 5 ist ein Flussdiagramm der Brennstoffversorgung im Energieerzeugungssystem der zweiten Ausführungsform beim Antreiben der Brennkammer.
  • 6 ist ein schematisches Blockdiagramm des Energieerzeugungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Erste Ausführungsform
  • Es werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen eines Energieerzeugungssystems und eines Betriebsverfahrens für eine Brennstoffzelle in dem Energieerzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Wenn mehrere Ausführungsformen vorliegen, umfasst die vorliegende Erfindung auch eine Kombination der mehreren Ausführungsformen.
  • Das Energieerzeugungssystem gemäß der ersten Ausführungsform ist das Triple-Kombikraftwerk (eingetragene Marke), in dem eine Festoxid-Brennstoffzelle (unten als ”SOFC” bezeichnet), eine Gasturbine und eine Dampfturbine kombiniert sind. Das Triple-Kombikraftwerk kann die Energie in drei Stufen erzeugen, das heißt der SOFC, der Gasturbine und der Dampfturbine, indem die SOFC stromaufwärts eines Gasturbinen-Kombikraftwerks (GTCC – gas turbine combined cycle) platziert wird. Deshalb kann ein äußerst hoher Energieerzeugungswirkungsgrad realisiert werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Festoxid-Brennstoffzelle als die Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung verwendet. Jedoch ist die Brennstoffzelle nicht auf diese Art beschränkt.
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm des Energieerzeugungssystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein Zeitdiagramm des Energieerzeugungssystems gemäß der ersten Ausführungsform beim Antrieb.
  • Bei der ersten Ausführungsform enthält ein Energieerzeugungssystem 10, wie in 1 dargestellt, eine Gasturbine 11, einen Generator 12, eine SOFC 13, eine Dampfturbine 14 und einen Generator 15. Das Energieerzeugungssystem 10 kann durch Kombinieren der Energieerzeugung durch die Gasturbine 11, der Energieerzeugung durch die SOFC 13 und der Energieerzeugung durch die Dampfturbine 14 einen hohen Energieerzeugungswirkungsgrad erzielen.
  • Die Gasturbine 11 weist einen Verdichter 20, eine erste Brennkammer 21A, eine zweite Brennkammer 21B, eine erste Turbine 22A und eine zweite Turbine 22B auf.
  • Der Verdichter 20 verdichtet einer Lufteinlassleitung 24 entnommene Luft A. Der Verdichter 20 ist über eine Drehwelle 23A mit der ersten Turbine 22A wellengekuppelt, und der Verdichter 20 und die erste Turbine 22A können integral gedreht werden.
  • Die erste Brennkammer 21A ist über die erste Druckluftzufuhrleitung 25 und eine erste Druckluftzufuhrzweigleitung 25A, die eine von zwei von der ersten Druckluftzufuhrleitung 25 abzweigenden Leitungen ist, mit dem Verdichter 20 gekoppelt. Dann wird Druckluft A1 von dem Verdichter 20 der ersten Brennkammer 21A zugeführt. Des Weiteren wird der ersten Brennkammer 21A durch eine erste Brenngaszufuhrleitung 26 Brenngas L1 zugeführt. Die erste Brenngaszufuhrleitung (Brenngaszufuhrleitung) 26 weist ein erstes Brenngassteuerventil (Brenngassteuerventil) 28 auf, das darin vorgesehen ist. Das erste Brenngassteuerventil 28 kann eine zuzuführende Luftmenge einstellen. Die erste Brennkammer 21A vermischt die Druckluft A1 mit dem Brenngas L1 und verbrennt sie/es. Hier wird zum Beispiel Flüssigerdgas (LNG – liquefied natural gas) als das Brenngas L1, das der ersten Brennkammer 21A zuzuführen ist, verwendet. Die zweite Brennkammer 21B ist über die erste Druckluftzufuhrleitung 25 und eine erste Druckluftzufuhrzweigleitung 25B, die eine andere der beiden von der ersten Druckluftzufuhrleitung 25 abzweigenden Leitungen ist, mit dem Verdichter 20 gekoppelt. Dann wird die Druckluft A1 der zweiten Brennkammer 21B von dem Verdichter 20 zugeführt. Des Weiteren wird der zweiten Brennkammer 21B Brennabgas L3 durch eine unten zu beschreibende Brennabgaszufuhrleitung 45 zugeführt. Die zweite Brennkammer 21B vermischt die Druckluft A1 mit dem Brennabgas L3 und verbrennt sie/es. Die erste Druckluftzufuhrleitung 25 weist ein daran vorgesehenes erstes Druckluftsteuerventil 29 auf, das die zuzuführende Luftmenge einstellen kann. In der anderen ersten Druckluftzufuhrzweigleitung 25B ist des Weiteren ein erstes Druckluftzweigsteuerventil 30 vorgesehen, das die zuzuführende Luftmenge einstellen kann.
  • Die erste Turbine 22A wird durch von der ersten Brennkammer 21A durch eine erste Verbrennungsgaszufuhrleitung 27A zugeführtes Verbrennungsgas G1 gedreht. Die zweite Turbine 22B wird durch von der zweiten Brennkammer 21B durch eine zweite Verbrennungsgaszufuhrleitung 27B zugeführtes Verbrennungsgas G2 gedreht. Die erste Turbine 22A und die zweite Turbine 22B sind durch eine Drehwelle 23B wellengekuppelt, so dass sie integral gedreht werden. Die Drehwelle 23B und die Drehwelle 23A sind koaxial angeordnet. Des Weiteren ist eine Verbindungs-/Trenneinheit 60 zum Verbinden/Trennen der Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine 22A und der zweiten Turbine 22B an der zwischen der ersten Turbine 22A und der zweiten Turbine 22B angeordneten Drehwelle 23B vorgesehen. Die Verbindungs-/Trenneinheit 60 kann eine Kupplung sein.
  • Der Verdichter 20, die erste Turbine 22A und die zweite Turbine 22B sind im Generator 12 koaxial vorgesehen, und der Generator 12 kann die Energie durch Drehen der ersten Turbine 22A und der zweiten Turbine 22B erzeugen.
  • Das Hochtemperaturbrenngas als Reduktionsmittel und die Hochtemperaturluft (das Oxidationsgas) als Oxidationsmittel werden der SOFC 13 zugeführt, so dass sie bei einer vorbestimmten Betriebstemperatur reagieren können und die SOFC 13 die Energie erzeugt. In der SOFC 13 sind in einem Druckgefäß eine Luftelektrode, ein Festelektrolyt und eine Brennstoffelektrode enthalten. Durch den Verdichter 20 verdichtete Druckluft A2 wird der Luftelektrode zugeführt, und das Brenngas L2 wird der Brennstoffelektrode zugeführt. Demgemäß wird Energie erzeugt. Hier werden zum Beispiel Flüssigerdgas (LNG), Kohlenwasserstoffgas, wie zum Beispiel Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH4) und durch eine Vergasungsanlage aus einem kohlenstoffhaltigen Material, wie zum Beispiel Kohle, erzeugtes Gas als das der SOFC 13 zuzuführende Brenngas L2 verwendet. Des Weiteren ist das der SOFC 13 zuzuführende Oxidationsgas ein Gas, das ca. 15% bis 30% Sauerstoff enthält. In der Regel wird Luft bevorzugt. Es können jedoch außer Luft auch gemischtes Gas aus Rauchgas und Luft, gemischtes Gas aus Sauerstoff und Luft und dergleichen verwendet werden (das der SOFC 13 zugeführte Oxidationsgas wird unten als ”Luft” bezeichnet).
  • Die SOFC 13 ist über eine zweite Druckluftzufuhrleitung 31 mit dem Verdichter 20 gekoppelt, und ein Teil der durch den Verdichter 20 verdichteten Druckluft A2 kann einer Einspeiseeinheit der Luftelektrode zugeführt werden. In der zweiten Druckluftzufuhrleitung 31 sind entlang einer Strömungsrichtung der Druckluft A2 ein zweites Druckluftsteuerventil 32, das die zuzuführende Luftmenge einstellen kann, und ein Druckluftgebläse 33, das die Druckluft A2 verstärken kann, vorgesehen. Das zweite Druckluftsteuerventil 32 ist in Strömungsrichtung der Druckluft A2 in der zweiten Druckluftzufuhrleitung 31 stromaufwärts vorgesehen, und das Druckluftgebläse 33 ist stromabwärts des zweiten Druckluftsteuerventils 32 vorgesehen. Die SOFC 13 ist mit einer Luftabführleitung 34 gekoppelt, um die von der Luftelektrode verbrauchte Druckluft A3 abzuführen. Die Luftabführleitung 34 ist in zwei Leitungen verzweigt, das heißt eine Abführleitung 35 und eine Druckluftrückführleitung 36. Die Abführleitung 35 führt die von der Luftelektrode verbrauchte Druckluft A3 nach außen ab. Die Druckluftrückführleitung 36 ist auf einer Vorderseite eines Verzweigungspunkts der ersten Druckluftzufuhrzweigleitungen 25A und 25B mit der ersten Druckluftzufuhrleitung 25 gekoppelt. Ein Druckluftabführsteuerventil 37, das die abzuführende Luftmenge einstellen kann, ist in der Abführleitung 35 vorgesehen. Ein Druckluftrückführsteuerventil 38, das die Luftrückführungsmenge einstellen kann, ist in der Druckluftrückführleitung 36 vorgesehen.
  • Des Weiteren sind in der SOFC 13 eine zweite Brenngaszufuhrleitung 41 zur Zuführung des Brenngases L2 zu der Einspeiseeinheit der Brennstoffelektrode vorgesehen. Die zweite Brenngaszufuhrleitung 41 weist ein zweites Brenngassteuerventil 42 auf, das darin vorgesehen ist. Das zweite Brenngassteuerventil 42 kann die zuzuführende Brenngasmenge einstellen. Die SOFC 13 ist mit einer Leitung 43 für verbrauchten Brennstoff zum Abführen des von der Brennstoffelektrode verbrauchten Brennabgases L3 gekoppelt. Die Leitung 43 für verbrauchten Brennstoff ist in eine Abführleitung 44 zum Abführen des Brennabgases L3 nach außen und die mit der zweiten Brennkammer 21B gekoppelte Brennabgaszufuhrleitung 45 verzweigt. Ein Brennabgasabführsteuerventil 46, das die abzuführende Brenngasmenge einstellen kann, ist in der Abführleitung 44 vorgesehen. Ein Brennabgassteuerventil 47, das die zuzuführende Brenngasmenge einstellen kann, und ein Brennabgasgebläse 48, das das Brennabgas L3 verstärken kann, sind in Strömungsrichtung des Brennabgases L3 in der Brennabgaszufuhrleitung 45 vorgesehen. Das Brennabgassteuerventil 47 ist in Strömungsrichtung des Brennabgases L3 in der Brennabgaszufuhrleitung 45 stromaufwärts vorgesehen. Das Brennabgasgebläse 48 ist in Strömungsrichtung des Brennabgases L3 stromabwärts des Brennabgassteuerventils 47 vorgesehen.
  • Des Weiteren ist eine Brenngasrückführleitung 49 zum Koppeln der Leitung 43 für verbrauchten Brennstoff mit der zweiten Brenngaszufuhrleitung 41 vorgesehen. In der Brenngasrückführleitung 49 ist ein Rückführgebläse 50 zum Zurückführen des verbrauchten Brenngases L3 in der Leitung 43 für verbrauchten Brennstoff zu der zweiten Brenngaszufuhrleitung 41 vorgesehen.
  • Eine Turbine 52 wird durch einen Abhitzedampferzeuger (AHDE) 51 in der Dampfturbine 14 gedreht. Eine Dampfzufuhrleitung 54 und eine Wasserzufuhrleitung 55 sind zwischen der Dampfturbine 14 (Turbine 52) und dem Abhitzedampferzeuger 51 vorgesehen. Ein Dampfkondensator 56 und eine Wasserzufuhrpumpe 57 sind in der Wasserzufuhrleitung 55 vorgesehen. Der Abhitzedampferzeuger 51 ist mit einer Rauchgasleitung 53 von der Gasturbine 11 (der ersten Turbine 22A und zweiten Turbine 22B) gekoppelt. Dampf S wird durch Austausch von Wärme zwischen Hochtemperaturrauchgas G3, das von der Rauchgasleitung 53 zugeführt wird, und Wasser, das von der Wasserzufuhrleitung 55 zugeführt wird, erzeugt. Der Generator 15 und die Turbine 52 sind koaxial vorgesehen, und die Energie kann durch Drehen der Turbine 52 erzeugt werden. Die Wärme wird durch den Abhitzedampferzeuger 51 aus dem Rauchgas G3 zurückgewonnen. Das Rauchgas G3 wird an die Atmosphäre freigesetzt, nachdem schädliche Stoffe aus dem Rauchgas G3 entfernt worden sind.
  • Ein Antriebsverfahren (Antriebsvorgang) für das Energieerzeugungssystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Bei Antrieb des Energieerzeugungssystems 10 werden die Gasturbine 11, die Dampfturbine 14 und die SOFC 13 in dieser Reihenfolge angetrieben. Eine Steuervorrichtung (Steuerung) 70 steuert allgemein den Antrieb des Energieerzeugungssystems 10.
  • Zunächst öffnet die Steuervorrichtung 70 das erste Rauchgassteuerventil 28 der ersten Rauchgaszufuhrleitung 26 und das erste Druckluftsteuerventil 29 der ersten Druckluftzufuhrleitung 25 und trennt gleichzeitig die Verbindungs-/Trenneinheit 60. Dann schließt die Steuervorrichtung 70 andere Steuerventile 30, 32, 37, 38, 42, 46 und 47 und hält die Wasserzufuhrpumpe 57 und Gebläse 33, 48 und 50 an. Das heißt, in der Gasturbine 11 wird Luft A durch den Verdichter 20 verdichtet, und die Druckluft A1 und das Brenngas L1 werden durch die erste Brennkammer 21A vermischt und verbrannt. Des Weiteren wird die erste Turbine 22A in der Gasturbine 11 durch das Verbrennungsgas G1 gedreht. Die erste Turbine 22A erreicht die Nennlast, und der Generator 12 beginnt mit der Energieerzeugung.
  • Anschließend steuert die Steuervorrichtung 70 die Wasserzufuhrpumpe 57 an. Das heißt, die Turbine 52 in der Dampfturbine 14 wird durch den durch den Abhitzedampferzeuger 51 erzeugten Dampf S gedreht, und demgemäß beginnt der Generator 15 mit der Energieerzeugung.
  • In einem Zustand, in dem das Druckluftabführsteuerventil 37 der Abführleitung 35 und das Druckluftrückführsteuerventil 38 der Druckluftrückführleitung 36 geschlossen sind und das Druckluftgebläse 33 der zweiten Druckluftzufuhrleitung 31 angehalten ist, öffnet die Steuervorrichtung 70 anschließend das zweite Druckluftsteuerventil 32 der zweiten Druckluftzufuhrleitung 31 in einem vorbestimmten Ausmaß. Ein Teil der durch den Verdichter 20 verdichteten Druckluft A2 wird von der zweiten Druckluftzufuhrleitung 31 der Seite der SOFC 13 zugeführt. Demgemäß erhöht die Zuführung der Druckluft A2 einen Druck auf der Seite der Luftelektrode des SOFC 13. Das heißt, zum Antrieb der SOFC 13 wird Druckbeaufschlagung der SOFC 13 durch Zuführung der Druckluft A2 vom Verdichter 20 gestartet, und gleichzeitig wird Erhitzung gestartet.
  • In einem Zustand, in dem das Brennabgasabführsteuerventil 46 der Abführleitung 44 und das Brennabgassteuerventil 47 der Brennabgaszufuhrleitung 45 geschlossen sind und das Brennabgasgebläse 48 angehalten ist, öffnet die Steuervorrichtung 70 andererseits das zweite Brenngassteuerventil 42 der zweiten Brenngaszufuhrleitung 41 und steuert gleichzeitig das Rückführgebläse 50 der Brenngasrückführleitung 49 an. Dann wird das Brenngas L2 aus der zweiten Brenngaszufuhrleitung 41 der SOFC 13 zugeführt, und gleichzeitig wird das Brennabgas L3 durch die Brenngasrückführleitung 49 zurückgeführt. Demgemäß erhöht die Zuführung des Brenngases L2 einen Druck auf der Seite der SOFC 13. Das heißt, das Brenngas L2 wird der Seite der Brennstoffelektrode der SOFC 13 zugeführt und Druckbeaufschlagung wird gestartet.
  • Ein Einlassdruck der Druckluft A1 in der ersten Brennkammer 21A wird zu einem Auslassdruck des Verdichters 20, und ein Druck auf der Seite der Luftelektrode der SOFC 13 wird zu dem Auslassdruck des Verdichters 20, und demgemäß werden die Drücke ausgeglichen. Zu diesem Zeitpunkt öffnet die Steuervorrichtung 70 vollständig das zweite Druckluftsteuerventil 32 und steuert gleichzeitig das Druckluftgebläse 33 an. Zur gleichen Zeit öffnet die Steuervorrichtung 70 das Druckluftabführsteuerventil 37 und führt die aus der SOFC 13 zugeführte Druckluft A3 aus der Abführleitung 35 ab. Dann wird die Druckluft A2 durch das Druckluftgebläse 33 der Seite der SOFC 13 zugeführt. Zur gleichen Zeit hält die Steuervorrichtung 70 das Rückführgebläse 50 an und öffnet das Brennabgasabführsteuerventil 46. Dann wird das Brennabgas L3 aus der SOFC 13 von der Abführleitung 44 abgeführt. Wenn der Druck auf der Seite der Luftelektrode und der Druck auf der Seite der Brennstoffelektrode in der SOFC 13 einen Solldruck erreichen, ist die Druckbeaufschlagung der SOFC 13 abgeschlossen.
  • Danach, wenn Reaktion (Energieerzeugung) der SOFC stabil wird und Komponenten, Temperaturen und Druck der Druckluft A3 und des Brennabgases L3 stabil (konstant) werden, schließt die Steuervorrichtung 70 das erste Druckluftsteuerventil 29 und das Druckluftabführsteuerventil 37 und öffnet das Druckluftrückführsteuerventil 38. Dann wird die Druckluft A3 aus der SOFC 13 von der Druckluftrückführleitung 36 der ersten Brennkammer 21A durch die erste Druckluftzufuhrzweigleitung 25A zugeführt. Das heißt, die erste Turbine 22A wird durch das in der ersten Brennkammer 21A verbrannte Verbrennungsgas G1 durch Verwendung der Druckluft A3 aus der SOFC 13 gedreht.
  • Darüber hinaus verbindet die Steuervorrichtung 70 die Verbindungs-/Trenneinheit 60 und schließt das Brennabgasabführsteuerventil 46. Des Weiteren öffnet die Steuervorrichtung 70 das erste Druckluftzweigsteuerventil 30 der ersten Druckluftzufuhrzweigleitung 25B und das Brennabgassteuerventil 47 und steuert das Brennabgasgebläse 48 an. Dann wird das Brennabgas L3 aus der SOFC 13 von der Brennabgaszufuhrleitung 45 der zweiten Brennkammer 21B zugeführt, und gleichzeitig wird die Druckluft A3 aus der SOFC 13 der zweiten Brennkammer 21B zugeführt. Das heißt, die zweite Turbine 22B wird durch in der zweiten Brennkammer 21B verbranntes Verbrennungsgas G2 durch Verwendung der Druckluft A3 aus der SOFC 13 und des Brennabgases L3 aus der SOFC 13 gedreht.
  • Es werden alle drei Energieerzeugungen durchgeführt, das heißt Energieerzeugung durch den Generator 12 durch Antrieb der ersten Turbine 22A und der zweiten Turbine 22B in der Gasturbine 11, Energieerzeugung durch die SOFC 13 und Energieerzeugung durch den Generator 15 durch Antrieb der Dampfturbine 14. Demgemäß führt das Energieerzeugungssystem 10 einen stabilen Betrieb durch.
  • Eine Verbindungs-/Trenneinheit 60 muss nicht vorgesehen werden. In diesem Fall ist die erste Turbine 22A ständig mit der zweiten Turbine 22B wellengekuppelt. Wenn das Verbrennungsgas G2 der zweiten Turbine 22B beim Antrieb der ersten Turbine 22A nicht zugeführt wird, werden die zweite Turbine 22B und die erste Turbine 22A zusammen gedreht.
  • Auf diese Weise wird in dem Energieerzeugungssystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform das aus der SOFC 13 abgeführte Brennabgas L3 als Brennstoff für die Brennkammer der Gasturbine 11 verwendet, und gleichzeitig wird ein Teil der durch den Verdichter 20 der Gasturbine 11 verdichteten Druckluft A2 zum Antrieb der SOFC 13 verwendet. Die Gasturbine 11 enthält die erste Brennkammer 21A zum Verbrennen des Brenngases L1, das von anderer Art als das Brennabgas L3 ist, die erste Turbine 22A, die durch das von der ersten Brennkammer 21A zugeführte Verbrennungsgas G1 angetrieben wird, die zweite Brennkammer 21B zum Verbrennen des Brennabgases L3 und die zweite Turbine 22B die mit der ersten Turbine 22A wellengekuppelt ist und durch das von der zweiten Brennkammer 21B zugeführte Verbrennungsgas G2 angetrieben wird.
  • Deshalb verbrennt das Energieerzeugungssystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform getrennt das Brennabgas L3 und das Brenngas L1 in verschiedenen Brennkammern 21A und 21B. Deshalb müssen das Brennabgas L3 und das Brenngas L1 nicht durch den Mischer vermischt werden. Es kommt nicht vor, dass die jeweiligen Brenngase L3 und L1 nicht gleichmäßig vermischt werden und die Verbrennung instabil wird und es erforderlich wird, Maßnahmen gegen Wärmeausdehnung im Mischer und in den Rohrleitungen um den Mischer herum aufgrund der Temperaturdifferenz zu ergreifen. Demgemäß kann der durch die Temperaturdifferenz der verschiedenen Arten der Brenngase L3 und L1 verursachte Nachteil überwunden werden.
  • Des Weiteren enthält das Energieerzeugungssystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform die Verbindungs-/Trenneinheit 60 zum Verbinden/Trennen einer Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine 22A und der zweiten Turbine 22B.
  • Ist die Verbindungs-/Trenneinheit 60 nicht enthalten, wird deshalb die Last an die erste Turbine 22A angelegt, da bei Antrieb nur der ersten Turbine 22A in einem Zustand, in dem das Verbrennungsgas G2 der zweiten Turbine 22B nicht zugeführt wird, die zweite Turbine 22B zusammen mit der ersten Turbine 22A gedreht wird. Eine Situation, in der die Last an die erste Turbine 22A angelegt wird, kann jedoch durch Vorsehen der Verbindungs-/Trenneinheit 60 verhindert werden.
  • Das Energieerzeugungssystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform enthält des Weiteren die erste Brenngaszufuhrleitung (Brenngaszufuhrleitung) 26 zur Zuführung des Brenngases L1 zur ersten Brennkammer 21A, die Brennabgaszufuhrleitung 45 zur Zuführung des Brennabgases L3 zu der zweiten Brennkammer 21B, das erste Brenngassteuerventil (Brenngassteuerventil) 28, das in der ersten Brenngaszufuhrleitung 26 vorgesehen ist, das Brennabgassteuerventil 47, das in der Brennabgaszufuhrleitung 45 vorgesehen ist, und die Steuervorrichtung (Steuerung) 70 zur Durchführung der Steuerung zum Schließen des Brennabgassteuerventils 47 und Öffnen des ersten Brenngassteuerventils 28 vor Antrieb der SOFC 13 und der Steuerung zum Öffnen des Brennabgassteuerventils 47, nachdem die SOFC 13 angetrieben worden ist.
  • Bei Antrieb der Gasturbine 11 wird deshalb die erste Turbine 22A durch Zuführung des Brenngases L1 zur ersten Brennkammer 21A angetrieben. Nach dem Antrieb der ersten Turbine 22A wird weiterhin ein Teil der durch den Verdichter 20 verdichteten Druckluft A2 der SOFC 13 zugeführt, und die SOFC 13 wird angetrieben. Bei Antrieb der SOFC 13 wird der zweiten Brennkammer 21B das Brennabgas L3 zugeführt, da das Brennabgas L3 aus der SOFC 13 abgeführt wird. Auf diese Weise verbrennt das Energieerzeugungssystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform das Brennabgas L3 und das Brenngas L1 getrennt in den verschiedenen Brennkammern 21A bzw. 21B. Gleichzeitig kann das Energieerzeugungssystem 10 effizient die SOFC 13 antreiben.
  • Des Weiteren verwendet das Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform das aus der SOFC 13 abgeführte Brennabgas L3 als ein Brennstoff für die Brennkammer der Gasturbine 11 und verwendet einen Teil der durch den Verdichter 20 der Gasturbine 11 verdichteten Druckluft A2 zum Antrieb der SOFC 13. Bei dem Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 10 enthält die Gasturbine 11 die erste Brennkammer 21A zum Verbrennen des Brennabgases L1, das von anderer Art als das Brennabgas L3 ist, die erste Turbine 22A, die durch das aus der ersten Brennkammer 21A zugeführte Verbrennungsgas G1 angetrieben wird, die zweite Brennkammer 21B zum Verbrennen des Brennabgases L3 und die zweite Turbine 22B, die mit der ersten Turbine 22A wellengekuppelt ist und durch das aus der zweiten Brennkammer 21B zugeführte Verbrennungsgas G2 angetrieben wird. Das Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 10 umfasst einen Prozess zum Zuführen des Brenngases L1 zu der ersten Brennkammer 21A und Antreiben der ersten Turbine 22A, einen Prozess zum anschließenden Antreiben der SOFC 13 und einen Prozess zum anschließenden Zuführen des Brennabgases L3 zu der zweiten Brennkammer 21B und Antreiben der zweite Turbine 22B.
  • Bei Antrieb der Gasturbine 11 wird deshalb die erste Turbine 22A durch Zuführen des Brenngases L1 zu der ersten Brennkammer 21A angetrieben. Nach dem Antrieb der ersten Turbine 22A wird weiterhin ein Teil der durch den Verdichter 20 verdichteten Druckluft A2 der SOFC 13 zugeführt, und die SOFC 13 wird angetrieben. Bei Antrieb der SOFC 13 wird der zweiten Brennkammer 21B Brennabgas L3 zugeführt, da das Brennabgas L3 aus der SOFC 13 abgeführt wird. Auf diese Weise verbrennt das Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform das Brennabgas L3 und das Brenngas L1 getrennt in den verschiedenen Brennkammern 21A bzw. 21B. Deshalb müssen das Brennabgas L3 und das Brenngas L1 nicht durch den Mischer vermischt werden. Es kommt nicht vor, dass die jeweiligen Brenngase L3 und L1 nicht gleichmäßig vermischt werden und die Verbrennung instabil wird und es erforderlich wird, Maßnahmen gegen Wärmeausdehnung im Mischer und in den Rohrleitungen um den Mischer herum aufgrund der Temperaturdifferenz zu ergreifen. Demgemäß kann der durch die Temperaturdifferenz der verschiedenen Arten der Brenngase L3 und L1 verursachte Nachteil überwunden werden. Auf diese Weise verbrennt das Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform das Brennabgas L3 und das Brenngas L1 getrennt in verschiedenen Brennkammern 21A bzw. 21B. Gleichzeitig kann das Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 10 die SOFC 13 effizient antreiben.
  • Des Weiteren enthält das Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform die Verbindungs-/Trenneinheit 60 zum Verbinden/Trennen der Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine 22A und der zweiten Turbine 22B. Das Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 10 enthält einen Vorgang zum Trennen der Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine 22A und der zweiten Turbine 22B durch die Verbindungs-/Trenneinheit 60, einen Vorgang zum anschließenden Zuführen des Brenngases L1 zu der ersten Brennkammer 21A und Antreiben der ersten Turbine 22A, einen Vorgang zum anschließenden Antreiben der SOFC 13, einen Vorgang zum anschließenden Verbinden der Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine 22A und der zweiten Turbine 22B durch die Verbindungs-/Trenneinheit 60 und einen Vorgang zum anschließenden Zuführen des Brennabgases L3 zu der zweiten Brennkammer 21B und Antreiben der zweiten Turbine 22B.
  • Wenn keine Verbindungs-/Trenneinheit 60 enthalten ist, wird die Last an die erste Turbine 22A angelegt, da die zweite Turbine 22B zusammen mit der ersten Turbine 22A in einem Zustand gedreht wird, in dem der zweiten Turbine 22B beim Antrieb nur der ersten Turbine 22A kein Verbrennungsgas G2 zugeführt wird. Eine Situation, in der die Last an die erste Turbine 22A angelegt wird, kann jedoch durch Vorsehen der Verbindungs-/Trenneinheit 60 verhindert werden.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Es werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen eines Energieerzeugungssystems und eines Betriebsverfahrens für eine Brennstoffzelle in dem Energieerzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Wenn mehrere Ausführungsformen vorliegen, umfasst die vorliegende Erfindung auch eine Kombination der mehreren Ausführungsformen.
  • Das Energieerzeugungssystem der zweiten Ausführungsform ist das Triple-Kombikraftwerk (eingetragene Marke), in dem eine Festoxid-Brennstoffzelle (unten als ”SOFC” bezeichnet), eine Gasturbine und eine Dampfturbine kombiniert sind. Das Triple-Kombikraftwerk kann die Energie in drei Stufen erzeugen, das heißt der SOFC, der Gasturbine und der Dampfturbine, indem die SOFC stromaufwärts eines Gasturbinen-Kombikraftwerks (GTCC – gas turbine combined cycle) platziert wird. Deshalb kann ein äußerst hoher Energieerzeugungswirkungsgrad realisiert werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Festoxid-Brennstoffzelle als die Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung verwendet. Jedoch ist die Brennstoffzelle nicht auf diese Art beschränkt.
  • 3 ist ein Schemadiagramm einer Brennkammer eines Energieerzeugungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 ist ein Querschnittsdiagramm entlang der Linie A-A in 3. 5 ist ein Flussdiagramm der Brennstoffversorgung in dem Energieerzeugungssystem der zweiten Ausführungsform beim Antrieb der Brennkammer. 6 ist ein schematisches Blockdiagramm des Energieerzeugungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei der zweiten Ausführungsform enthält ein Energieerzeugungssystem 110, wie in 6 dargestellt, eine Gasturbine 111, einen Generator 112, eine SOFC 113, eine Dampfturbine 114 und einen Generator 115. Das Energieerzeugungssystem 110 kann durch Kombinieren der Energieerzeugung durch die Gasturbine 111, der Energieerzeugung durch die SOFC 113 und der Energieerzeugung durch die Dampfturbine 114 einen hohen Energieerzeugungswirkungsgrad erzielen.
  • Die Gasturbine 111 enthält einen Verdichter 121, eine Brennkammer 122 und eine Turbine 123. Der Verdichter 121 ist über eine Drehwelle 124 mit der Turbine 123 gekuppelt, und der Verdichter 121 und die Turbine 123 können integral gedreht werden. Der Verdichter 121 verdichtet einer Lufteinlassleitung 125 entnommene Luft A100. Der Verdichter 122 vermischt die durch eine erste Druckluftzufuhrleitung 126 von dem Verdichter 121 zugeführte Druckluft A101 mit von einer ersten Brenngaszufuhrleitung 127 zugeführtem Brenngas L101 und verbrennt sie/es. Die Turbine 123 wird durch aus der Brennkammer 122 durch eine Brenngaszufuhrleitung 128 zugeführtes Verbrennungsgas G101 gedreht. Obgleich in 6 nicht gezeigt, wird die durch den Verdichter 121 verdichtete Druckluft A101 durch ein Gehäuse der Turbine 123 zugeführt, und die Turbine 123 kühlt durch Verwendung der Druckluft A101 als Kühlluft eine Schaufel und dergleichen. Der Generator 112 und die Turbine 123 sind koaxial vorgesehen, und die Energie kann durch Drehen der Turbine 123 erzeugt werden. Hier wird zum Beispiel Flüssigerdgas (LNG) als der Brennkammer 122 zuzuführendes Brenngas L101 verwendet.
  • Das Hochtemperaturbrenngas als Reduktionsmittel und die Hochtemperaturluft (das Oxidationsgas) als Oxidationsmittel werden der SOFC 113 zugeführt, so dass sie bei einer vorbestimmten Betriebstemperatur reagieren und die SOFC 113 die Energie erzeugt. In der SOFC 113 sind in einem Druckgefäß eine Luftelektrode, ein Festelektrolyt und eine Brennstoffelektrode enthalten. Durch den Verdichter 121 verdichtete Druckluft A102 wird der Luftelektrode zugeführt, und das Brenngas L102 wird der Brennstoffelektrode zugeführt. Demgemäß wird Energie erzeugt. Hier werden zum Beispiel Flüssigerdgas (LNG), Kohlenwasserstoffgas, wie zum Beispiel Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH4) und durch eine Vergasungsanlage aus einem kohlenstoffhaltigen Material, wie zum Beispiel Kohle, erzeugtes Gas, als das der SOFC 113 zuzuführende Brenngas L102 verwendet. Des Weiteren ist das der SOFC 113 zuzuführende Oxidationsgas ein Gas, das ca. 15% bis 30% Sauerstoff enthält. In der Regel wird Luft bevorzugt. Es können jedoch außer Luft auch gemischtes Gas aus Rauchgas und Luft, gemischtes Gas aus Sauerstoff und Luft und dergleichen verwendet werden (das der SOFC 113 zugeführte Oxidationsgas wird unten als ”Luft” bezeichnet).
  • Die SOFC 113 ist mit einer von der ersten Druckluftzufuhrleitung 126 abgezweigten zweiten Druckluftzufuhrleitung 131 gekoppelt, und ein Teil der durch den Verdichter 121 verdichteten Druckluft A102 kann einer Einspeiseeinheit der Luftelektrode zugeführt werden. In der zweiten Druckluftzufuhrleitung 131 sind entlang einer Strömungsrichtung der Druckluft A102 ein Steuerventil 132, das die zuzuführende Luftmenge einstellen kann, und ein Gebläse 133, das die Druckluft A102 verstärken kann, vorgesehen. Das Steuerventil 132 ist in Strömungsrichtung der Druckluft A102 in der zweiten Druckluftzufuhrleitung 131 stromaufwärts vorgesehen, und das Gebläse 133 ist stromabwärts des Steuerventils 132 vorgesehen. Die SOFC 113 ist mit einer Luftabführleitung 134 gekoppelt, um die von der Luftelektrode verbrauchte Druckluft A103 abzuführen. Die Luftabführleitung 134 ist in eine Abführleitung 135 zum Abführen der von der Luftelektrode verbrauchten Druckluft A103 (Abluft) nach außen und eine Druckluftrückführleitung 136, die mit der Brennkammer 122 gekoppelt ist, verzweigt. Ein Steuerventil 137, das die abzuführende Luftmenge einstellen kann, ist in der Abführleitung 135 vorgesehen. Ein Steuerventil 138, das die Rückführluftmenge einstellen kann, ist in der Druckluftrückführleitung 136 vorgesehen.
  • Des Weiteren ist in der SOFC 113 eine zweite Brenngaszufuhrleitung 141 zur Zuführung des Brenngases L102 zu der Einspeiseeinheit der Brennstoffelektrode vorgesehen.
  • Die zweite Brenngaszufuhrleitung 141 weist ein darin vorgesehenes Steuerventil 142 auf. Das Steuerventil 142 kann die zuzuführende Brenngasmenge einstellen. Die SOFC 113 ist mit einer Leitung 143 für verbrauchten Brennstoff zum Abführen des von der Brennstoffelektrode verbrauchten Brennabgases L103 gekoppelt. Die Leitung 143 für verbrauchten Brennstoff ist in eine Abführleitung 144 zum Abführen des verbrauchten Brennstoffs nach außen und eine mit der Brennkammer 122 gekoppelte Brennabgaszufuhrleitung 145 verzweigt. Ein Steuerventil 146, das die abzuführende Brenngasmenge einstellen kann, ist in der Abführleitung 144 vorgesehen. Ein Steuerventil 147 das die zuzuführende Brenngasmenge einstellen kann, und ein Gebläse 148, das das Brennabgas L103 verstärken kann, sind in Strömungsrichtung des Brennabgases L103 in der Brennabgaszufuhrleitung 145 vorgesehen. Das Steuerventil 147 ist in Strömungsrichtung des Brennabgases L103 in der Brennabgaszufuhrleitung 145 stromaufwärts vorgesehen. Das Gebläse 148 ist in Strömungsrichtung des Brennabgases L103 des Steuerventils 147 stromabwärts vorgesehen.
  • Des Weiteren ist eine Brenngasrückführleitung 149 zum Koppeln der Leitung 143 für verbrauchten Brennstoff mit der zweiten Brenngaszufuhrleitung 141 in der SOFC 113 vorgesehen. In der Brenngasrückführleitung 149 ist ein Rückführgebläse 150 zum Zurückführen des Brennabgases L103 in der Leitung 143 für verbrauchten Brennstoff zu der zweiten Brenngaszufuhrleitung 141 vorgesehen.
  • Eine Turbine 152 wird durch von einem Abhitzedampferzeuger (AHDE) 151 in der Dampfturbine 114 erzeugten Dampf gedreht. Eine Dampfzufuhrleitung 154 und eine Wasserzufuhrleitung 155 sind zwischen der Dampfturbine 114 (Turbine 152) und dem Abhitzedampferzeuger 151 vorgesehen. Ein Dampfkondensator 156 und eine Wasserzufuhrpumpe 157 sind in der Wasserzufuhrleitung 155 vorgesehen. Der Abhitzedampferzeuger 151 ist mit einer Rauchgasleitung 153 von der Gasturbine 111 (Turbine 123) gekoppelt. Dampf S100 wird durch Austausch von Wärme zwischen Hochtemperaturrauchgas G102, das von der Rauchgasleitung 153 zugeführt wird, und Wasser, das von der Wasserzufuhrleitung 155 zugeführt wird, erzeugt. Der Generator 115 und die Turbine 152 sind koaxial vorgesehen, und die Energie kann durch Drehen der Turbine 152 erzeugt werden. Die Wärme wird durch den Abhitzedampferzeuger 151 aus dem Rauchgas G102 zurückgewonnen. Das Rauchgas G102 wird an die Atmosphäre freigesetzt, nachdem schädliche Stoffe aus dem Rauchgas G102 entfernt worden sind.
  • Hier wird die Funktionsweise des Energieerzeugungssystems 110 gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Nach dem Start des Energieerzeugungssystems 100 werden die Gasturbine 111, die Dampfturbine 114 und die SOFC 113 in dieser Reihenfolge gestartet.
  • Zunächst wird in der Gasturbine 111 die Luft A100 durch den Verdichter 121 verdichtet, und die Brennkammer 122 vermischt die Druckluft A101 und das Brenngas L101 und verbrennt sie/es. Des Weiteren wird die Turbine 123 durch das Brenngas G101 gedreht. Demgemäß beginnt der Generator 112, die Energie zu erzeugen. Als Nächstes wird die Turbine 152 durch den durch den Abhitzedampferzeuger 151 in der Dampfturbine 114 erzeugten Dampf S100 gedreht, und demgemäß beginnt der Generator 115, die Energie zu erzeugen.
  • Anschließend wird zum Starten der SOFC 113 Druckbeaufschlagung an der SOFC 113 durch Zuführen der Druckluft A102 vom Verdichter 121 gestartet, und gleichzeitig wird Erhitzung gestartet. In einem Zustand, in dem das Steuerventil 137 der Abführleitung 135 und das Steuerventil 138 der Druckluftrückführleitung 136 geschlossen sind und das Gebläse 133 der zweiten Druckluftzufuhrleitung 131 angehalten ist, wird das Steuerventil 132 in einem vorbestimmten Ausmaß geöffnet. Ein Teil der durch den Verdichter 121 verdichteten Druckluft A102 wird der Seite des SOFC 113 von der zweiten Druckluftzufuhrleitung 131 zugeführt. Demgemäß erhöht die Zuführung der Druckluft A102 einen Druck auf der Seite der Luftelektrode der SOFC 113.
  • Andererseits wird das Brenngas L102 der Seite der Brennstoffelektrode der SOFC 113 zugeführt, und es wird mit Druckbeaufschlagung begonnen. In einem Zustand, in dem das Steuerventil 146 der Abführleitung 144 und das Steuerventil 147 der Brennabgaszufuhrleitung 145 geschlossen sind und das Gebläse 148 angehalten ist, wird das Steuerventil 142 der zweiten Brenngaszufuhrleitung 141 geöffnet, und gleichzeitig wird das Rückführgebläse 150 der Brenngasrückführleitung 149 angetrieben. Dann wird das Brenngas L102 von der zweiten Brenngaszufuhrleitung 141 der SOFC 113 zugeführt, und gleichzeitig wird das Brennabgas L103 durch die Brenngasrückführleitung 149 zurückgeführt. Demgemäß erhöht die Zuführung des Brenngases L102 einen Druck auf der Seite der SOFC 113.
  • Wenn der Druck auf der Seite der Luftelektrode der SOFC 113 ein Auslassdruck des Verdichters 121 wird, wird das Steuerventil 132 vollständig geöffnet und das Gebläse 133 angetrieben. Gleichzeitig wird das Steuerventil 137 geöffnet, und die Druckluft A103 von der SOFC 113 wird aus der Abführleitung 135 abgeführt. Dann wird der Seite der SOFC 113 durch das Gebläse 133 die Druckluft A102 zugeführt. Gleichzeitig wird das Steuerventil 146 geöffnet, und das Brennabgas L103 aus der SOFC 113 wird aus der Abführleitung 144 abgeführt. Wenn der Druck auf der Seite der Luftelektrode und der Druck auf der Seite der Brennstoffelektrode in der SOFC 113 Solldrücke erreichen, ist die Druckbeaufschlagung der SOFC 113 abgeschlossen.
  • Wenn Reaktion (Energieerzeugung) der SOFC 113 stabil wird und Komponenten der Druckluft A103 und des Brennabgases L103 stabil werden, wird das Steuerventil 137 geschlossen und das Steuerventil 138 geöffnet. Dann wird die Druckluft A103 aus der SOFC 113 der Brennkammer 122 aus der Druckluftrückführleitung 136 zugeführt. Des Weiteren wird das Gebläse 148 durch Schließen des Steuerventils 146 und Öffnen des Steuerventils 147 angetrieben. Dann wird das Brennabgas L103 aus der SOFC 113 der Brennkammer 122 aus der Brennabgaszufuhrleitung 145 zugeführt. Gleichzeitig wird das der Brennkammer 122 aus der ersten Brenngaszufuhrleitung 127 zugeführte Brenngas L101 reduziert.
  • Es werden hier alle drei Energieerzeugungen durchgeführt, das heißt Energieerzeugung durch den Generator 112 durch Antrieb der Gasturbine 111, Energieerzeugung durch die SOFC 13 und Energieerzeugung durch den Generator 115 durch Antrieb der Dampfturbine 114. Demgemäß führt das Energieerzeugungssystem 110 einen stabilen Betrieb durch.
  • Unten wird die Brennkammer 122 beschrieben. Die Brennkammer 122 ist in dem Gehäuse der Turbine 123 (nicht gezeigt) angeordnet. Die durch den Verdichter 121 verdichtete Druckluft A101 und die aus der SOFC 113 abgeführte Druckluft A103 werden dem Gehäuse zugeführt, und die Brennkammer 122 erzeugt das Verbrennungsgas G101 durch Mischen der Druckluft A101, der Druckluft A103 und des Brenngases L101 und verbrennt es.
  • Wie in den 3 und 4 dargestellt, ist ein Innenzylinder 2 in einem Außenzylinder 101 in der Brennkammer 122 gestützt, um einen Luftdurchlass R in einem vorbestimmten Intervall zu bilden. Der Innenzylinder 102 ist mit einem Übergangsteil (der Verbrennungsgaszufuhrleitung 128) gekoppelt. Ein Vorderendteil des Übergangsteils ist mit der Turbine 123 verbunden.
  • Im Innenzylinder 102 ist eine Vorsteuerdüse 103 auf einer Brennkammerachse C entlang einer Erstreckungsrichtung der Brennkammerachse C angeordnet, die ein zentraler Teil des Innenzylinders 102 ist. Die Vorsteuerdüse 103 weist einen Brennraum 103b auf, der um den Vorderendteil davon angebracht ist. Der Brennraum 103b weist eine zylindrische Form auf, und die Seite des Vorderendes weist einen breiteren Winkel auf.
  • Des Weiteren sind im Innenzylinder 102 mehrere (acht bei der zweiten Ausführungsform) Hauptdüsen 104 (auch als ”Vormischdüse” bezeichnet) parallel zur Brennkammerachse C so angeordnet, dass sie die Vorsteuerdüse 103 entlang der Umfangsrichtung der Innenfläche im Innenzylinder 102 umgeben. Die Hauptdüsen 104 umfassen erste Hauptdüsen 104A und zweite Hauptdüsen 104B. Bei der zweiten Ausführungsform sind vier erste Hauptdüsen 104A und vier zweite Hauptdüsen 104B vorgesehen, und die ersten und zweiten Hauptdüsen 104A und 104B sind in Umfangsrichtung des Innenzylinders 102 abwechselnd angeordnet.
  • Ein Zylinderteil 101A ist in einem Basisendteil des Außenzylinders 101 vorgesehen. Der Zylinderteil 101A enthält ein zylindrisches Glied 101Aa und ein Haubenglied 101Ab. Das zylindrische Glied 101Aa ist entlang der Innenfläche des Basisendteils des Außenzylinders 101 angeordnet und bildet zusammen mit dem Außenzylinder 101 einen Teil des Luftdurchgangs R. Das Haubenglied 101Ab schließt eine Öffnung des zylindrischen Glieds 101Aa auf der Seite des Basisendes. Das Haubenglied 101Ab stützt die oben genannte Vorsteuerdüse 103, und ein Brennstoffkanal 103a der Vorsteuerdüse 103 ist außerhalb des Haubenglieds 101Ab angeordnet. Der Brennstoffkanal 103a ist mit einer Vorsteuerdüsenbrennstoffleitung 127a, die von der ersten Brenngaszufuhrleitung 127 abzweigt, verbunden, das Brenngas L101 wird der Vorsteuerdüse 103 zugeführt. Des Weiteren stützt das Haubenglied 101Ab die oben genannte erste Hauptdüse 104A und die zweite Hauptdüse 104B, und ein Brennstoffkanal 104Aa der ersten Hauptdüse 104A und ein Brennstoffkanal 1043a der zweiten Hauptdüse 104B sind außerhalb des Haubenglieds 101Ab angeordnet. Der Brennstoffkanal 104Aa der ersten Hauptdüse 104A ist mit der Brennabgaszufuhrleitung 145 als erste Hauptdüsenbrennstoffleitung verbunden, und das Brennabgas L103 wird der ersten Hauptdüse 104A zugeführt. Des Weiteren ist der Brennstoffkanal 104Ba der zweiten Hauptdüse 104B mit einer zweiten Hauptdüsenbrennstoffleitung 127b, die von der ersten Brenngaszufuhrleitung 127 abzweigt, verbunden, und das Brenngas L101 wird der zweiten Hauptdüse 104B zugeführt.
  • Des Weiteren wird ein Vorsteuerdüsensteuerventil 105A zur Steuerung der Zuführung des Brenngases L101 zu der Vorsteuerdüse 103 in der Vorsteuerdüsenbrennstoffleitung 127a bereitgestellt. Des Weiteren wird in der Brennabgaszufuhrleitung 145 ein erstes Hauptdüsensteuerventil 105B zur Steuerung der Zuführung des Brennabgases L103 zu der ersten Hauptdüse 104A bereitgestellt. Des Weiteren wird in der zweiten Hauptdüsenbrennstoffleitung 127b ein zweites Hauptdüsensteuerventil 105C zur Steuerung der Zuführung des Brenngases L101 zu der zweiten Hauptdüse 104B bereitgestellt.
  • Wenn Hochtemperatur- und Hochdruckdruckluft A101 und -druckluft A103 in den Luftdurchgang R von der Oberendseite des Außenzylinders 101 strömen, kehren in dieser Brennkammer 122 die Druckluft A101 und die Druckluft A103 an eine Stelle des Zylinderteils 101A auf der Seite des Basisendes des Außenzylinders 101 zurück und strömen in den Innenzylinder 102. Im Innenzylinder 102 werden das aus den Hauptdüsen 104 (104A und 104B) eingespritzte Brenngas L101 und Brennabgas L103 mit der Druckluft A101 und der Druckluft A103 vermischt, um in den Innenzylinder 102 zu strömen, und sie werden das vorgemischte Gas. Das vorgemischte Gas strömt in das Übergangsteil auf der Seite des oberen Endes des Innenzylinders 102. Des Weiteren wird in dem Innenzylinder 102 das aus der Vorsteuerdüse 103 eingespritzte Brenngas L101 mit der Druckluft A101 und der Druckluft A103 vermischt, um in den Innenzylinder 102 zu strömen, und es wird durch eine nicht gezeigte Zündflamme gezündet und verbrannt. Dann wird das Verbrennungsgas G101 erzeugt und in das Übergangsteil eingespritzt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil des Verbrennungsgases G101 mit Flamme in das Übergangsteil eingespritzt, um zu dem Umfang verbreitet zu werden. Demgemäß wird das aus jeder Hauptdüse 104 in das Übergangsteil strömende vorgemischte Gas gezündet und verbrannt. Das erzeugte Verbrennungsgas G101 wird der Turbine 123 zugeführt.
  • In der Brennkammer 122 steuert eine Steuervorrichtung (Steuerung) 106 das Öffnen/Schließen der jeweiligen Steuerventile 105A, 105B und 105C und steuert das Öffnen der Ventile. Die Steuervorrichtung 106 steuert die jeweiligen Steuerventile 105A, 105B und 105C gemäß einem Hochlauf- und Betriebszustand der Gasturbine 111 und einem Betriebszustand der SOFC 113. Deshalb gibt die Steuervorrichtung 106 Betriebszustände der Gasturbine 111 und der SOFC 113 ein und überwacht sie ständig.
  • Ein Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 110 gemäß der zweiten Ausführungsform, bei dem es sich um die Steuerung durch die oben genannte Steuervorrichtung 106 handelt, wird unten beschrieben. Hier wird der Antrieb der Gasturbine 111 in einem Fall, in dem die Gasturbine 111, die Dampfturbine 114 und die SOFC 113 in dieser Reihenfolge gestartet werden, beschrieben.
  • Zunächst schließt die Steuervorrichtung 106 das Vorsteuerdüsensteuerventil 105A, das erste Hauptdüsensteuerventil 105B und das zweite Hauptdüsensteuerventil 105C in einem angehaltenen Zustand, bevor die Gasturbine 111 gestartet wird.
  • Wenn eine Anweisung zum Starten der Gasturbine 111 empfangen worden ist (Schritt S1: Ja), steuert die Steuervorrichtung 106, wie in 5 dargestellt, das Öffnen des Vorsteuerdüsensteuerventils 105A und des zweiten Hauptdüsensteuerventils 105C (Schritt S2). Das Brenngas L101 wird durch die Brennkammer 122 aus der Vorsteuerdüse 103 eingespritzt, und das Brenngas L101 wird aus der zweiten Hauptdüse 104B eingespritzt. Dann vermischt die Brennkammer 122 das Brenngas L101 mit der Druckluft A101 und erzeugt das Verbrennungsgas. Demgemäß wird die Gasturbine 111 durch das aus dem Brenngas L101 erzeugte Verbrennungsgas G101 gestartet.
  • Danach wird der SOFC 113 ein Teil der durch den Verdichter 121 der Gasturbine 111 verdichteten Druckluft A102 zugeführt, und der SOFC 113 wird das Brenngas L102 zugeführt. Demgemäß wird die SOFC 113 gestartet. Wenn ein Signal, das anzeigt, dass die SOFC 113 gestartet hat, eingegeben wird (Schritt S3: Ja), steuert die Steuervorrichtung 106 das Öffnen des ersten Hauptdüsensteuerventils 105B und das Drosseln des zweiten Hauptdüsensteuerventils 105C in einem vorbestimmten Ausmaß, während das Vorsteuerdüsensteuerventil 105A geöffnet wird (Schritt S4). Dann wird das Brennabgas L103 in der Brennkammer 122 aus der ersten Hauptdüse 104A eingespritzt, und das Verbrennungsgas G101 wird erzeugt. Das vorbestimmte Öffnungsausmaß des zweiten Hauptdüsensteuerventils 105C ist ein Ausmaß zum Ergänzen eines fehlenden Wärmeeintrags durch das Brennabgas L103 bezüglich des Wärmeeintrags, bei dem die Gasturbine 111 die Nennlast mit dem Wärmeeintrag durch Zuführung des Brenngases L101 erreicht. Demgemäß wird die Gasturbine 111 in erster Linie durch das Brennabgas L103 angetrieben, wenn das Brennabgas L103 nach dem Starten der SOFC 113 aus der SOFC 113 abgeführt wird. Vor Eingabe des Signals, das anzeigt, dass die SOFC 113 gestartet worden ist, in Schritt S3 (Schritt S3: Nein), öffnet die Steuervorrichtung 106 das Vorsteuerdüsensteuerventil 105A und das zweite Hauptdüsensteuerventil 105C in Schritt S2. Die Brennkammer 122 erzeugt das Verbrennungsgas G101 durch das aus der Vorsteuerdüse 103 eingespritzte Brenngas L101. Das heißt, die Gasturbine 111 wird durch das durch das Brenngas L101 erzeugte Verbrennungsgas G101 vor Start der SOFC 113 angetrieben.
  • Auf diese Weise verwendet das Energieerzeugungssystem 110 das aus der SOFC 113 abzuführende Brennabgas L103 als ein Brennstoff für die Brennkammer 122 der Gasturbine 111. Das Energieerzeugungssystem 110 gemäß der zweiten Ausführungsform enthält die Brennkammer 122, die erste Hauptdüse 104A, die zweite Hauptdüse 104B, die Brennabgaszufuhrleitung (erste Hauptdüsenbrennstoffleitung) 145, die mit der ersten Hauptdüse 104A verbunden ist und das aus der SOFC 113 abgeführte Brennabgas L103 leitet, die zweite Hauptdüsenbrennstoffleitung 127b, die mit der zweiten Hauptdüse 104B verbunden ist und das Brenngas L101, das von dem Brennabgas L103 verschieden ist, leitet, das erste Hauptdüsensteuerventil 105B, das in der Brennabgaszufuhrleitung 145 vorgesehen ist, und das zweite Hauptdüsensteuerventil 105C, das in der zweiten Hauptdüsenbrennstoffleitung 127B vorgesehen ist. Das Energieerzeugungssystem 110 enthält auch die Steuervorrichtung 106, die das Schließen des ersten Hauptdüsensteuerventils 105B und das Öffnen des zweiten Hauptdüsensteuerventils 105C ansteuert, wenn die Gasturbine 111 gestartet hat, und das Öffnen des ersten Hauptdüsensteuerventils 105B und das Drosseln des zweiten Hauptdüsensteuerventils 105C steuert, wenn die SOFC 113 nach dem Start der Gasturbine 111 gestartet hat.
  • Bei Start der Gasturbine 111 wird deshalb die Gasturbine 111 durch Zuführung des Brenngases L101 zu der Brennkammer 122 gestartet. Nach dem Starten der Gasturbine 111 wird weiterhin ein Teil der durch den Verdichter 121 verdichteten Druckluft A102 der SOFC 113 zugeführt, und die SOFC 113 wird gestartet. Bei Start der SOFC 113 wird Brennabgas L103 aus der SOFC 113 abgeführt. Das Brennabgas L103 wird der Brennkammer 122 zugeführt, und gleichzeitig wird eine vorbestimmte Menge des Brenngases L101, deren Durchflussrate gedrosselt ist, zugeführt. Auf diese Weise wird der fehlende Wärmeeintrag des Brennabgases L103 ergänzt. Deshalb kann das Energieerzeugungssystem 110 gemäß der zweiten Ausführungsform die Gasturbine 111 in einem stabilen Zustand antreiben. Da Hochtemperaturbrennabgas L103 (von ca. 450°C) und Niedertemperaturbrenngas L101 (von ca. 15°C) getrennt aus der ersten Hauptdüse 104A und der zweiten Hauptdüse 104B zugeführt und verbrannt werden, kann auf einen Mischer zum Vermischen des Brennabgases L103 mit dem Brenngas L101, die voneinander verschiedene Temperaturen aufweisen, und auf deren Zuführen zu der Brennkammer 122 verzichtet werden.
  • Des Weiteren enthält bei dem Energieerzeugungssystem 110 gemäß der zweiten Ausführungsform die Brennkammer 122 die Vorsteuerdüse 103, die Vorsteuerdüsenbrennstoffleitung 127a, die mit der Vorsteuerdüse 103 verbunden ist und das Brenngas L101 leitet, und das Vorsteuerdüsensteuerventil 105A, das in der Vorsteuerdüsenbrennstoffleitung 127a vorgesehen ist. Die Steuervorrichtung 106 steuert das Öffnen des Vorsteuerdüsensteuerventils 105A, wenn die Gasturbine 111 gestartet oder angetrieben wird.
  • Wenn die Gasturbine 111 gestartet oder angetrieben wird, wird deshalb das aus der Vorsteuerdüse 103 eingespritzte Brenngas L101 verbrannt. Demgemäß kann Flammenhaltung zum Durchführen einer stabilen Verbrennung des vorgemischten Gases durchgeführt werden, in dem das Brennabgas L103 und das Brenngas L101, die aus der ersten Hauptdüse 104A bzw. der zweiten Hauptdüse 104B eingespritzt werden, mit der Druckluft vermischt sind.
  • Bei dem Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 110 gemäß der zweiten Ausführungsform wird weiterhin das aus der SOFC 113 abgeführte Brennabgas L103 als ein Brennstoff für die Brennkammer 122 der Gasturbine 111 verwendet. Die Brennkammer 122 enthält die erste Hauptdüse 104A zum Einspritzen des aus der SOFC 113 abgeführten Brennabgases L103 und die zweite Hauptdüse 104B zum Einspritzen des Brenngases L101, das von anderer Art als das Brennabgas L103 ist. Das Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem 110 enthält einen Vorgang zum Einspritzen des Brenngases L101 aus der zweiten Hauptdüse 104B, wenn die Gasturbine 111 gestartet hat, und einen Vorgang zum Einspritzen des Brennabgases L103 aus der ersten Hauptdüse 104A und Einspritzen des um ein vorbestimmtes Ausmaß gedrosselten Brenngases L101 aus der zweiten Hauptdüse 104B, wenn die SOFC 113 nach Start der Gasturbine 111 gestartet hat.
  • Wenn die Gasturbine 111 gestartet hat, wird deshalb die Gasturbine 111 durch Einspritzen des Brenngases L101 aus der zweiten Hauptdüse 104B der Brennkammer 122 und sein Verbrennen gestartet. Nachdem die Gasturbine 111 gestartet hat, wird des Weiteren ein Teil der durch den Verdichter 121 verdichteten Druckluft A102 der SOFC 113 zugeführt, und die SOFC 113 wird gestartet. Wenn die SOFC 113 gestartet hat, wird das aus der SOFC 113 abgeführte Brennabgas L103 aus der ersten Hauptdüse 104A der Brennkammer 122 eingespritzt, und gleichzeitig wird eine vorbestimmte Menge des Brenngases L101, die den fehlenden Wärmeeintrag des Brennabgases L103 ergänzt, aus der zweiten Hauptdüse 104B eingespritzt. Deshalb kann das Energieerzeugungssystem 110 gemäß der zweiten Ausführungsform die Gasturbine 111 in einem stabilen Zustand antreiben. Da das Hochtemperaturbrennabgas L103 (von ca. 450°C) und Niedertemperaturbrenngas L101 (von ca. 15°C) getrennt aus der ersten Hauptdüse 104A und der zweiten Hauptdüse 104B zugeführt und verbrannt werden, kann auf einen Mischer zum Vermischen des Brennabgases L103 mit dem Brenngas L101, die voneinander verschiedene Temperaturen aufweisen, und auf deren Zuführen zu der Brennkammer 122 verzichtet werden.
  • Die Brennkammer 122 gemäß der zweiten Ausführungsform, die in dem Energieerzeugungssystem 110 mit der SOFC 113 und der Gasturbine 111 enthalten ist, führt des Weiteren der Gasturbine 111 das Verbrennungsgas zu, in dem das aus der SOFC 113 abgeführte Brennabgas L103 verbrannt ist. Die Brennkammer 122 enthält die erste Hauptdüse 104A zum Einspritzen des aus der SOFC 113 abgeführten Brennabgases L103, die zweite Hauptdüse 104B zum Einspritzen des Brenngases L101, das von anderer Art als das Brennabgas L103 ist, das erste Hauptdüsensteuerventil 105B zum Steuern des Einspritzens des Brennabgases L103 aus der ersten Hauptdüse 104A und das zweite Hauptdüsensteuerventil 105C zum Steuern des Einspritzens des Brenngases L101 aus der zweiten Hauptdüse 104B.
  • Wenn die Gasturbine 111 gestartet hat, wird deshalb die Gasturbine 111 durch Öffnen des zweiten Hauptdüsensteuerventils 105C, Einspritzen des Brenngases L101 aus der zweiten Hauptdüse 104B und seinem Verbrennen gestartet. Nachdem die Gasturbine 111 gestartet hat, wird des Weiteren ein Teil der durch den Verdichter 121 der Gasturbine 111 verdichteten Druckluft A102 der SOFC 113 zugeführt, und die SOFC 113 wird gestartet. Wenn die SOFC 113 gestartet hat, wird das erste Hauptdüsensteuerventil 105B geöffnet, und das aus der SOFC 113 abgeführte Brennabgas L103 wird aus der ersten Hauptdüse 104A eingespritzt und verbrannt, und gleichzeitig wird eine vorbestimmte Menge des Brenngases L101, deren Durchflussrate durch das zweite Hauptdüsensteuerventil 105C gedrosselt ist, eingespritzt. Demgemäß wird der fehlende Wärmeeintrag des Brennabgases L103 ergänzt. Deshalb kann das Energieerzeugungssystem 110 gemäß der zweiten Ausführungsform die Gasturbine 111 in einem stabilen Zustand antreiben. Da Hochtemperaturbrennabgas L103 (von ca. 450°C) und Niedertemperaturbrenngas L101 (von ca. 15°C) getrennt aus der ersten Hauptdüse 104A und der zweiten Hauptdüse 104B zugeführt und verbrannt werden, kann auf einen Mischer zum Vermischen des Brennabgases L103 mit dem Brenngas L101, die voneinander verschiedene Temperaturen aufweisen, und auf deren Zuführen zu der Brennkammer 122 verzichtet werden.
  • Die Brennkammer 123 gemäß der zweiten Ausführungsform enthält des Weiteren ferner die Vorsteuerdüse 103 zum Einspritzen des Brenngases L101 und das Vorsteuerdüsensteuerventil 105A zum Steuern des Einspritzens des Brenngases L101 aus der Vorsteuerdüse 103.
  • Wenn die Gasturbine 111 gestartet hat und angetrieben wird, wird deshalb das aus der Vorsteuerdüse 103 eingespritzte Brenngas L101 durch Öffnen des Vorsteuerdüsensteuerventils 105A verbrannt. Demgemäß kann Flammenhaltung zum Durchführen der stabilen Verbrennung des vorgemischten Gases durchgeführt werden, in dem das Brennabgas L103 und das Brenngas L101, die aus der ersten Hauptdüse 104A bzw. der zweiten Hauptdüse 104B eingespritzt werden, mit der Druckluft vermischt sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Energieerzeugungssystem
    11
    Gasturbine
    12
    Generator
    13
    SOFC (Brennstoffzelle)
    14
    Dampfturbine
    15
    Generator
    20
    Verdichter
    21A
    erste Brennkammer
    21B
    zweite Brennkammer
    22A
    erste Turbine
    22B
    zweite Turbine
    26
    erste Brenngaszufuhrleitung (Brenngaszufuhrleitung)
    28
    erstes Brenngassteuerventil (Brenngassteuerventil)
    45
    Brennabgaszufuhrleitung
    47
    Brennabgassteuerventil
    60
    Verbindungs-/Trenneinheit
    70
    Steuervorrichtung
    103
    Vorsteuerdüse
    104A
    erste Hauptdüse
    104B
    zweite Hauptdüse
    105A
    Vorsteuerdüsensteuerventil
    105B
    erstes Hauptdüsensteuerventil
    105C
    zweites Hauptdüsensteuerventil
    106
    Steuervorrichtung (Steuerung)
    110
    Energieerzeugungssystem
    111
    Gasturbine
    113
    SOFC (Festoxid-Brennstoffzelle: Brennstoffzelle)
    122
    Brennkammer
    127a
    Vorsteuerdüsenbrennstoffleitung
    127b
    zweite Hauptdüsenbrennstoffleitung
    145
    Brennabgaszufuhrleitung (erste Hauptdüsenbrennstoffleitung)
    L101
    Brenngas
    L103
    Brennabgas

Claims (10)

  1. Energieerzeugungssystem, wobei, aus einer Brennstoffzelle abgeführtes Brennabgas als ein Brennstoff für eine Brennkammer einer Gasturbine verwendet wird, und wobei gleichzeitig ein Teil der durch einen Verdichter der Gasturbine verdichteten Druckluft zum Antrieb der Brennstoffzelle verwendet wird, und wobei die Gasturbine aufweist: eine erste Brennkammer zum Verbrennen von Brenngas, das verschieden vom Brennabgas ist, eine erste Turbine, die durch von der ersten Brennkammer zugeführtes Verbrennungsgas angetrieben wird, eine zweite Brennkammer zum Verbrennen von Brennabgas und eine zweite Turbine, die mit der ersten Turbine welllengekuppelt ist und durch das von der zweiten Brennkammer zugeführte Verbrennungsgas angetrieben wird.
  2. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, umfassend: eine Verbindungs-/Trenneinheit, die zum Verbinden oder Trennen einer Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine und der zweiten Turbine konfiguriert ist.
  3. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: eine Brenngaszufuhrleitung, die dazu konfiguriert ist, der ersten Brennkammer Brenngas zuzuführen; eine Brennabgaszufuhrleitung, die dazu konfiguriert ist, der zweiten Brennkammer Brennabgas zuzuführen; ein Brenngassteuerventil, das ausgestaltet ist, um in der Brenngaszufuhrleitung vorgesehen zu sein; ein Brennabgassteuerventil, das ausgestaltet ist, um in der Brennabgaszufuhrleitung vorgesehen zu sein; und eine Steuerung, die zum Steuern zwecks Schließens des Brennabgassteuerventils und Öffnens des Brenngassteuerventils, bevor die Brennstoffzelle angetrieben wird, und Steuern zwecks Öffnens des Brennabgassteuerventils nach Antrieb der Brennstoffzelle konfiguriert ist.
  4. Antriebsverfahren für ein Energieerzeugungssystem, umfassend: einen Prozess zum Antrieb einer ersten Turbine durch Zuführung von Brenngas zu einer ersten Brennkammer; einen Prozess zum anschließenden Antrieb einer Brennstoffzelle; und einen Prozess zum anschließenden Antrieb einer zweiten Turbine durch Zuführung von Brennabgas zu einer zweiten Brennkammer, wobei das aus der Brennstoffzelle abgeführte Brennabgas als ein Brennstoff für eine Brennkammer einer Gasturbine verwendet wird und gleichzeitig ein Teil der durch einen Verdichter der Gasturbine verdichteten Druckluft zum Antrieb der Brennstoffzelle verwendet wird, und wobei die Gasturbine umfasst: die erste Brennkammer zum Verbrennen von Brenngas, das verschieden vom Brennabgas ist, die erste Turbine, die durch von der ersten Brennkammer zugeführtes Verbrennungsgas angetrieben wird, die zweite Brennkammer zum Verbrennen des Brennabgases und die zweite Turbine, die mit der ersten Turbine wellengekuppelt ist und durch das von der zweiten Brennkammer zugeführte Verbrennungsgas angetrieben wird.
  5. Antriebsverfahren für das Energieerzeugungssystem nach Anspruch 4, umfassend: eine Verbindungs-/Trenneinheit, die zum Verbinden oder Trennen einer Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine und der zweiten Turbine konfiguriert ist; einen Prozess zum Trennen der Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine und der zweiten Turbine durch die Verbindungs-/Trenneinheit; einen Prozess zum anschließenden Antreiben der ersten Turbine durch Zuführung des Brenngases zu der ersten Brennkammer; einen Prozess zum anschließenden Antreiben der Brennstoffzelle; einen Prozess zum anschließenden Verbinden der Wellenkupplung zwischen der ersten Turbine und der zweiten Turbine durch die Verbindungs-/Trenneinheit; und einen Prozess zum anschließenden Antreiben der zweiten Turbine durch Zuführen des Brennabgases zu der zweiten Brennkammer.
  6. Energieerzeugungssystem, umfassend: eine Steuerung, die zum Steuern zwecks Schließens eines ersten Hauptdüsensteuerventils und Öffnens eines zweiten Hauptdüsensteuerventils, wenn eine Gasturbine gestartet hat, und zum Steuern zwecks Öffnens des ersten Hauptdüsensteuerventils und Drosselns des zweiten Hauptdüsensteuerventils, wenn eine Brennstoffzelle nach Antrieb der Gasturbine gestartet hat, konfiguriert ist, wobei aus der Brennstoffzelle abgeführtes Brennabgas als Brennstoff für eine Brennkammer der Gasturbine verwendet wird und wobei die Brennkammer umfasst: eine erste Hauptdüse, eine zweite Hauptdüse, eine erste Hauptdüsenbrennstoffleitung, die mit der ersten Hauptdüse verbunden ist und das aus der Brennstoffzelle abgeführte Brennabgas leitet, eine zweite Hauptdüsenbrennstoffleitung, die mit der zweiten Hauptdüse verbunden ist und ein Brenngas, das von anderer Art als das Brennabgas ist, leitet, wobei das erste Hauptdüsensteuerventil in der ersten Hauptdüsenbrennstoffleitung vorgesehen ist und wobei das zweite Hauptdüsensteuerventil in der zweiten Hauptdüsenbrennstoffleitung vorgesehen ist.
  7. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 6, wobei die Brennkammer eine Vorsteuerdüse, eine Vorsteuerdüsenbrennstoffleitung, die mit der Vorsteuerdüse verbunden ist und das Brenngas leitet, und ein Vorsteuerdüsensteuerventil, das in der Vorsteuerdüsenbrennstoffleitung vorgesehen ist, enthält, und wobei die Steuerung das Öffnen des Vorsteuerdüsensteuerventils, wenn die Gasturbine gestartet hat und angetrieben wird, steuert.
  8. Antriebsverfahren für ein Energieerzeugungssystem, umfassend: einen Prozess zum Einspritzen von Brenngas nur aus einer zweiten Hauptdüse, wenn eine Gasturbine gestartet hat; und einen Prozess zum Einspritzen von Brennabgas aus einer ersten Hauptdüse und gleichzeitiges Einspritzen des um eine vorbestimmte Menge gedrosselten Brenngases aus der zweiten Hauptdüse, wenn eine Brennstoffzelle nach dem Starten der Gasturbine gestartet hat, wobei das aus der Brennstoffzelle abgeführte Brennabgas als ein Brennstoff für eine Brennkammer der Gasturbine verwendet wird, und wobei die Brennkammer umfasst: die erste Hauptdüse zum Einspritzen des aus der Brennstoffzelle abgeführten Brennabgases und die zweite Hauptdüse zum Einspritzen des Brenngases, das von anderer Art als das Brennabgas ist.
  9. Brennkammer, die in einem Energieerzeugungssystem mit einer Brennstoffzelle und einer Gasturbine enthalten ist, umfassend: eine erste Hauptdüse, die zum Einspritzen von aus der Brennstoffzelle abgeführtem Brennabgas konfiguriert ist; eine zweite Hauptdüse, die zum Einspritzen von Brenngas, das von anderer Art als das Brennabgas ist, konfiguriert ist; ein erstes Hauptdüsensteuerventil, das zum Steuern des Einspritzens des Brennabgases aus der ersten Hauptdüse konfiguriert ist; und ein zweites Hauptdüsensteuerventil, das zum Steuern des Einspritzens des Brenngases aus der zweiten Hauptdüse konfiguriert ist, wobei Verbrennungsgas, in dem das aus der Brennstoffzelle abgeführte Brennabgas verbrannt ist und das der Gasturbine zugeführt wird.
  10. Brennkammer nach Anspruch 9, umfassend: eine Vorsteuerdüse, die zum Einspritzen des Brenngases konfiguriert ist; und ein Vorsteuerdüsensteuerventil, das zum Steuern des Einspritzens des Brenngases aus der Vorsteuerdüse konfiguriert ist.
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