JP2001229961A - 発電システム - Google Patents
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- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高効率な発電装置と大電力貯蔵可能な電力貯
蔵装置とを組み合わせ、排熱を有効利用して総合効率を
高めた発電システムを提供する。 【解決手段】 ＳＯＦＣ１と、このＳＯＦＣ１と電気的
に接続され発電された電力を貯蔵するＮａ電池２とを備
えた発電システムであって、ＳＯＦＣ１からの高温の排
ガスをＮａ電池２の加熱部に送るための第１排ガス流路
５Ａと、この排ガスを蒸気タービン発電機３に送る第２
排ガス流路５Ｂとを備え、排ガスでＮａ電池２を加熱す
るとともに、蒸気タービン発電機３も作動させるように
して、排熱を有効利用して総合効率を高めるようにし
た。
蔵装置とを組み合わせ、排熱を有効利用して総合効率を
高めた発電システムを提供する。 【解決手段】 ＳＯＦＣ１と、このＳＯＦＣ１と電気的
に接続され発電された電力を貯蔵するＮａ電池２とを備
えた発電システムであって、ＳＯＦＣ１からの高温の排
ガスをＮａ電池２の加熱部に送るための第１排ガス流路
５Ａと、この排ガスを蒸気タービン発電機３に送る第２
排ガス流路５Ｂとを備え、排ガスでＮａ電池２を加熱す
るとともに、蒸気タービン発電機３も作動させるように
して、排熱を有効利用して総合効率を高めるようにし
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電した電力を貯
蔵しておける発電システムに関する。
蔵しておける発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】電力の需要は、一日のうちでは日中の方
が夜間よりも大きいのが通常であり、こうした変動は、
近年さらに拡大しつつある。発電所は、図１に示すよう
に、日中の最大ピーク時（図１中ａ）に対応させた運転
をしているが、こうすると稼働率の低下を招いたり、発
電・停止を高頻度で行うためのトラブルを招いていた。
そのため、高効率な発電装置と、大電力を貯蔵可能な電
力貯蔵装置とを組み合わせた発電システムを用いて、夜
間に発電した電力を貯蔵しておき、日中にこうした電力
を放出するようにして、負荷率を低減させる（図１中
ｂ）ような試みがなされている。
が夜間よりも大きいのが通常であり、こうした変動は、
近年さらに拡大しつつある。発電所は、図１に示すよう
に、日中の最大ピーク時（図１中ａ）に対応させた運転
をしているが、こうすると稼働率の低下を招いたり、発
電・停止を高頻度で行うためのトラブルを招いていた。
そのため、高効率な発電装置と、大電力を貯蔵可能な電
力貯蔵装置とを組み合わせた発電システムを用いて、夜
間に発電した電力を貯蔵しておき、日中にこうした電力
を放出するようにして、負荷率を低減させる（図１中
ｂ）ような試みがなされている。
【０００３】こうした大電力を貯蔵可能な二次電池とし
て、ナトリウム電池（以下「Ｎａ電池」という）が注目
されている。このＮａ電池は、一方の電極にナトリウム
を用い、固体電解質により溶融状態の両極活物質を混合
しないようにした二次電池で、３００〜４００℃、通常
は３５０℃前後といった高温で作動するものである。固
体電解質としては、βアルミナ等が用いられる。Ｎａ電
池は、自己放電がない、電極活物質が液状であるため高
性能である、電解質が固体なので長寿命である、完全密
閉型であるためメンテナンスフリー化が図れる、等の利
点を有しており、次世代の大電力貯蔵用電池として最も
期待が寄せられている。
て、ナトリウム電池（以下「Ｎａ電池」という）が注目
されている。このＮａ電池は、一方の電極にナトリウム
を用い、固体電解質により溶融状態の両極活物質を混合
しないようにした二次電池で、３００〜４００℃、通常
は３５０℃前後といった高温で作動するものである。固
体電解質としては、βアルミナ等が用いられる。Ｎａ電
池は、自己放電がない、電極活物質が液状であるため高
性能である、電解質が固体なので長寿命である、完全密
閉型であるためメンテナンスフリー化が図れる、等の利
点を有しており、次世代の大電力貯蔵用電池として最も
期待が寄せられている。
【０００４】一方、発電装置としては、従来からの火力
発電装置等に替わるものとして、燃料電池がある。この
燃料電池は、水素、一酸化炭素等の燃料が有する化学的
エネルギーを直接電気エネルギーに変換して取り出す装
置であり、カルノーサイクルの制約を受けずエネルギー
変換効率が高いことや、エネルギー変換をクリーンに行
えること等から、次世代の発電装置として注目されてい
る。中でも、固体電解質型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘ
ｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下「ＳＯＦＣ」とい
う）は、発電効率が約６０％と非常に高い、使用する燃
料を幅広く選択できる、等といった利点を有しており、
実用化に向けてとりわけ大きな期待が寄せられている。
このＳＯＦＣは、例えば酸素イオン伝導性を有する安定
化ジルコニア等、特定のイオン種を伝導させる性質を持
つ固体を電解質として用いるもので、固体のイオン伝導
率が著しく高まるような高温下（１０００℃前後）で作
動させるものである。
発電装置等に替わるものとして、燃料電池がある。この
燃料電池は、水素、一酸化炭素等の燃料が有する化学的
エネルギーを直接電気エネルギーに変換して取り出す装
置であり、カルノーサイクルの制約を受けずエネルギー
変換効率が高いことや、エネルギー変換をクリーンに行
えること等から、次世代の発電装置として注目されてい
る。中でも、固体電解質型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘ
ｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下「ＳＯＦＣ」とい
う）は、発電効率が約６０％と非常に高い、使用する燃
料を幅広く選択できる、等といった利点を有しており、
実用化に向けてとりわけ大きな期待が寄せられている。
このＳＯＦＣは、例えば酸素イオン伝導性を有する安定
化ジルコニア等、特定のイオン種を伝導させる性質を持
つ固体を電解質として用いるもので、固体のイオン伝導
率が著しく高まるような高温下（１０００℃前後）で作
動させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、Ｎａ電池は
上記の通り、３００〜４００℃で、通常は３５０℃前後
といった高温で作動する電池である。このため、電熱ヒ
ータ等の加熱手段により加熱する必要がある。これま
で、高温の排熱を放出する発電装置とＮａ電池とを組み
合わせた発電システムの場合には、発電装置とＮａ電池
とは電気的に連結されてはいても、熱的には連結されて
いなかった。図７にその一例を示すように、発電装置で
あるＳＯＦＣ１０１から排出される排熱を蓄えた排ガス
は、配管１０５によってガスタービン発電機１０４や蒸
気タービン発電機１０３に送られるのみで、Ｎａ電池１
０２には送られない。そのため、Ｎａ電池１０２を加熱
するための電熱ヒータ１０２ａが、Ｎａ電池１０２とほ
ぼ一体的に設けられていた。このように、発電装置の排
熱は、他の発電装置を作動させるために用いられても、
電力貯蔵のためには用いられず、そのため、電熱ヒータ
１０２ａに電力を食われる分だけ、Ｎａ電池１０２の総
合効率は低下していた。
上記の通り、３００〜４００℃で、通常は３５０℃前後
といった高温で作動する電池である。このため、電熱ヒ
ータ等の加熱手段により加熱する必要がある。これま
で、高温の排熱を放出する発電装置とＮａ電池とを組み
合わせた発電システムの場合には、発電装置とＮａ電池
とは電気的に連結されてはいても、熱的には連結されて
いなかった。図７にその一例を示すように、発電装置で
あるＳＯＦＣ１０１から排出される排熱を蓄えた排ガス
は、配管１０５によってガスタービン発電機１０４や蒸
気タービン発電機１０３に送られるのみで、Ｎａ電池１
０２には送られない。そのため、Ｎａ電池１０２を加熱
するための電熱ヒータ１０２ａが、Ｎａ電池１０２とほ
ぼ一体的に設けられていた。このように、発電装置の排
熱は、他の発電装置を作動させるために用いられても、
電力貯蔵のためには用いられず、そのため、電熱ヒータ
１０２ａに電力を食われる分だけ、Ｎａ電池１０２の総
合効率は低下していた。
【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、高効率な発電装置と大電力貯蔵可能な電力貯蔵装置
とを組み合わせ、排熱を有効利用して総合効率を高めた
発電システムを提供することを目的とする。
で、高効率な発電装置と大電力貯蔵可能な電力貯蔵装置
とを組み合わせ、排熱を有効利用して総合効率を高めた
発電システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
発電システムであって、燃料を用いて発電する発電装置
と、該発電装置と電気的に接続され前記発電された電力
を貯蔵する電力貯蔵装置とを備え、前記電力貯蔵装置に
は、該電力貯蔵装置を加熱するための加熱部が設けら
れ、該加熱部と前記発電装置との間には、該発電装置か
らの排熱を該加熱部に導入するための熱流路が設けられ
ていることを特徴とする。
発電システムであって、燃料を用いて発電する発電装置
と、該発電装置と電気的に接続され前記発電された電力
を貯蔵する電力貯蔵装置とを備え、前記電力貯蔵装置に
は、該電力貯蔵装置を加熱するための加熱部が設けら
れ、該加熱部と前記発電装置との間には、該発電装置か
らの排熱を該加熱部に導入するための熱流路が設けられ
ていることを特徴とする。
【０００８】このような構成としたことで、高温で作動
する電力貯蔵装置に発電装置からの排熱を送り、この排
熱で電力貯蔵装置を作動させることができる。そのた
め、排熱を有効に利用して、これまで電力貯蔵装置を加
熱するために必要であった電力を不要とでき、総合効率
を向上させることができる。
する電力貯蔵装置に発電装置からの排熱を送り、この排
熱で電力貯蔵装置を作動させることができる。そのた
め、排熱を有効に利用して、これまで電力貯蔵装置を加
熱するために必要であった電力を不要とでき、総合効率
を向上させることができる。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
電システムであって、前記電力貯蔵装置は、Ｎａ電池で
あることを特徴とする。
電システムであって、前記電力貯蔵装置は、Ｎａ電池で
あることを特徴とする。
【００１０】このような構成としたことで、３００〜４
００℃、通常は３５０℃前後の温度で作動するＮａ電池
を、発電装置からの排熱を用いて加熱できる。
００℃、通常は３５０℃前後の温度で作動するＮａ電池
を、発電装置からの排熱を用いて加熱できる。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１又は２に
記載の発電システムであって、前記発電装置は、燃料電
池であることを特徴とする。
記載の発電システムであって、前記発電装置は、燃料電
池であることを特徴とする。
【００１２】このような構成としたことで、例えば、通
常６００℃以上の高温で作動する燃料電池である溶融炭
酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ
Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下「ＭＣＦＣ」という）からの
排ガスに蓄えられた排熱を利用して、電力貯蔵装置を加
熱することができる。
常６００℃以上の高温で作動する燃料電池である溶融炭
酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ
Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下「ＭＣＦＣ」という）からの
排ガスに蓄えられた排熱を利用して、電力貯蔵装置を加
熱することができる。
【００１３】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
電システムであって、前記発電装置は、ＳＯＦＣである
ことを特徴とする。
電システムであって、前記発電装置は、ＳＯＦＣである
ことを特徴とする。
【００１４】このような構成としたことで、発電装置を
より高効率とでき、またＳＯＦＣから排出されたとりわ
け高温の排ガスを、様々な用途に利用できる。
より高効率とでき、またＳＯＦＣから排出されたとりわ
け高温の排ガスを、様々な用途に利用できる。
【００１５】請求項５記載の発明は、請求項２〜４のい
ずれかに記載の発電システムであって、前記熱流路は、
前記発電装置からの排熱を蓄えた状態で排出された排ガ
スが流れるための排ガス流路とされ、ガスタービン発電
機及び蒸気タービン発電機のうち少なくとも一方に前記
排ガスが導入されることを特徴とする。
ずれかに記載の発電システムであって、前記熱流路は、
前記発電装置からの排熱を蓄えた状態で排出された排ガ
スが流れるための排ガス流路とされ、ガスタービン発電
機及び蒸気タービン発電機のうち少なくとも一方に前記
排ガスが導入されることを特徴とする。
【００１６】このような構成としたことで、排ガスによ
って他の発電装置を作動させることができ、発電効率を
更に高めることができる。
って他の発電装置を作動させることができ、発電効率を
更に高めることができる。
【００１７】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発
電システムであって、前記排ガス流路に加熱されたガス
を流すための、ガス加熱手段が設けられていることを特
徴とする。
電システムであって、前記排ガス流路に加熱されたガス
を流すための、ガス加熱手段が設けられていることを特
徴とする。
【００１８】このような構成としたことで、発電装置が
停止した場合でも、加熱されたガスを電力貯蔵装置に送
ることができ、電力貯蔵装置を正常に作動させることが
できる。
停止した場合でも、加熱されたガスを電力貯蔵装置に送
ることができ、電力貯蔵装置を正常に作動させることが
できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る発電システム
の実施の形態について、図１乃至図６を用いて説明す
る。
の実施の形態について、図１乃至図６を用いて説明す
る。
【００２０】［第１の実施形態］先ず、本発明に係る発
電システムの第１の実施形態を、図２乃至図４を用いて
説明する。この発電システムには、図２に示すように、
ＳＯＦＣ（発電装置）１と、Ｎａ電池（電力貯蔵装置）
２と、蒸気タービン発電機３とが、各々隣接するように
して設けられている。そして、図４に示すように、ＳＯ
ＦＣ１とＮａ電池２との間には第１排ガス流路（熱流
路）５Ａが設けられ、Ｎａ電池２と蒸気タービン発電機
３との間には第２排ガス流路５Ｂが設けられている。Ｓ
ＯＦＣ１からの排ガスは、第１排ガス流路５Ａ及び第２
排ガス流路５Ｂを流れて、Ｎａ電池２及び蒸気タービン
発電機３に各々導入されるようになっている。
電システムの第１の実施形態を、図２乃至図４を用いて
説明する。この発電システムには、図２に示すように、
ＳＯＦＣ（発電装置）１と、Ｎａ電池（電力貯蔵装置）
２と、蒸気タービン発電機３とが、各々隣接するように
して設けられている。そして、図４に示すように、ＳＯ
ＦＣ１とＮａ電池２との間には第１排ガス流路（熱流
路）５Ａが設けられ、Ｎａ電池２と蒸気タービン発電機
３との間には第２排ガス流路５Ｂが設けられている。Ｓ
ＯＦＣ１からの排ガスは、第１排ガス流路５Ａ及び第２
排ガス流路５Ｂを流れて、Ｎａ電池２及び蒸気タービン
発電機３に各々導入されるようになっている。
【００２１】ＳＯＦＣ１には、燃料入側配管１１、燃料
出側配管１２、空気入側配管１３及び空気出側配管１４
が連結されている。各々燃料及び空気が出入するように
なっている。燃料は、燃料入側配管１１を流れてＳＯＦ
Ｃ１内の燃料極側に導入され、反応後、すなわち発電後
は、燃料極側からの排ガスとして燃料出側配管１２を流
れてＳＯＦＣ１外部に排出される。ここで用いる燃料と
しては、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素（Ｈ2）、石炭
ガス等が挙げられる。空気は、空気入側配管１３を流れ
てＳＯＦＣ１内の空気極側に導入され、発電後は、空気
極側からの排ガスとして空気出側配管１４を通ってＳＯ
ＦＣ１外部に排出される。また、燃料入側配管１１と燃
料出側配管１２とはバーナ用配管１５で連結されてお
り、燃料入側配管１１からの燃料をＳＯＦＣ１を経ない
で燃料出側配管１２に流せるようになっている。このバ
ーナ用配管１５の途中にはバーナ（ガス加熱手段）１５
ａが設けられており、燃料を燃焼させることができる。
また、バーナ１５ａの両側には、バーナ入側バルブ１５
ｂ及びバーナ出側バルブ１５ｃが各々設けられている。
これらバーナ入側バルブ１５ｂ及びバーナ出側バルブ１
５ｃは、通常にＳＯＦＣ１が作動している時には全閉と
されて燃料の全量がＳＯＦＣ１に流れるようになってい
るが、ＳＯＦＣ１が停止した時には開とされて、燃料は
バーナ１５ｂに流れるようになる。
出側配管１２、空気入側配管１３及び空気出側配管１４
が連結されている。各々燃料及び空気が出入するように
なっている。燃料は、燃料入側配管１１を流れてＳＯＦ
Ｃ１内の燃料極側に導入され、反応後、すなわち発電後
は、燃料極側からの排ガスとして燃料出側配管１２を流
れてＳＯＦＣ１外部に排出される。ここで用いる燃料と
しては、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素（Ｈ2）、石炭
ガス等が挙げられる。空気は、空気入側配管１３を流れ
てＳＯＦＣ１内の空気極側に導入され、発電後は、空気
極側からの排ガスとして空気出側配管１４を通ってＳＯ
ＦＣ１外部に排出される。また、燃料入側配管１１と燃
料出側配管１２とはバーナ用配管１５で連結されてお
り、燃料入側配管１１からの燃料をＳＯＦＣ１を経ない
で燃料出側配管１２に流せるようになっている。このバ
ーナ用配管１５の途中にはバーナ（ガス加熱手段）１５
ａが設けられており、燃料を燃焼させることができる。
また、バーナ１５ａの両側には、バーナ入側バルブ１５
ｂ及びバーナ出側バルブ１５ｃが各々設けられている。
これらバーナ入側バルブ１５ｂ及びバーナ出側バルブ１
５ｃは、通常にＳＯＦＣ１が作動している時には全閉と
されて燃料の全量がＳＯＦＣ１に流れるようになってい
るが、ＳＯＦＣ１が停止した時には開とされて、燃料は
バーナ１５ｂに流れるようになる。
【００２２】ＳＯＦＣ１内部は、図示は省略するが、固
体電解質を挟んで多孔質の燃料極と空気極とを対峙させ
た三層構造になっている。固体電解質としては、例え
ば、安定化ジルコニアが用いられる。この固体電解質
は、１０００℃程度の高温下では酸素イオン（Ｏ2-）の
伝導率が著しく高まるものである。空気極側では、外部
から空気極に供給された電子と空気中の酸素が反応し
て、酸素イオン（Ｏ2-）を発生させ、このＯ2-は固体電
解質に選択的に透過されて燃料極側に運搬される。そし
て、この燃料極側でＯ2-は燃料と反応し、電子が放出さ
れることで、ＳＯＦＣ１は発電する。この電力は、配線
Ｗを通ってＮａ電池２に送られて貯蔵される。
体電解質を挟んで多孔質の燃料極と空気極とを対峙させ
た三層構造になっている。固体電解質としては、例え
ば、安定化ジルコニアが用いられる。この固体電解質
は、１０００℃程度の高温下では酸素イオン（Ｏ2-）の
伝導率が著しく高まるものである。空気極側では、外部
から空気極に供給された電子と空気中の酸素が反応し
て、酸素イオン（Ｏ2-）を発生させ、このＯ2-は固体電
解質に選択的に透過されて燃料極側に運搬される。そし
て、この燃料極側でＯ2-は燃料と反応し、電子が放出さ
れることで、ＳＯＦＣ１は発電する。この電力は、配線
Ｗを通ってＮａ電池２に送られて貯蔵される。
【００２３】燃料出側配管１２と空気出側配管１４とは
合流部５１で合流され、ここから配管はＮａ電池２に至
る。これら燃料出側配管１２、空気出側配管１４、及び
合流部５１からＮａ電池２に至るまでの配管によって、
第１排ガス流路５Ａは構成されている。
合流部５１で合流され、ここから配管はＮａ電池２に至
る。これら燃料出側配管１２、空気出側配管１４、及び
合流部５１からＮａ電池２に至るまでの配管によって、
第１排ガス流路５Ａは構成されている。
【００２４】Ｎａ電池２は、電力を貯蔵する電池部２１
と、この電池部２１を加熱するための加熱部２２を有し
ている。加熱部２２には、第１排ガス流路５Ａ及び第２
排ガス流路５Ｂが各々連結されており、排ガスが、第１
排ガス流路５Ａから加熱部２２を経て第２排ガス流路５
Ｂに流出するようになっている。第１排ガス流路５Ａに
は第１バルブ２３が、第２排ガス流路５Ｂには第２バル
ブ２４が、各々設けられている。また、排ガスが加熱部
２２をバイパスして第１排ガス流路５Ａから直接第２排
ガス流路５Ｂに流れることができるように、バイパスバ
ルブ２５が設けられている。Ｎａ電池２は、充電時には
吸熱し放電時には発熱するので、温度を３５０℃前後に
保つためには、加熱部２２に導入する排ガスの流量を調
整しなければならない。こうした排ガス流量の調整を、
第１バルブ２３、第２バルブ２４及びバイパスバルブ２
５によって行う。例えば、充電時には、第１バルブ２
３、第２バルブ２４及びバイパスバルブ２５の開閉度を
調節し、排ガスの一部あるいは全てが加熱部２２に導入
されるようにする。逆に放電時には、第１バルブ２３、
第２バルブ２４及びバイパスバルブ２５の開閉度を調節
し、排ガスを加熱部２２に導入しない、あるいは一部を
導入するようにする。
と、この電池部２１を加熱するための加熱部２２を有し
ている。加熱部２２には、第１排ガス流路５Ａ及び第２
排ガス流路５Ｂが各々連結されており、排ガスが、第１
排ガス流路５Ａから加熱部２２を経て第２排ガス流路５
Ｂに流出するようになっている。第１排ガス流路５Ａに
は第１バルブ２３が、第２排ガス流路５Ｂには第２バル
ブ２４が、各々設けられている。また、排ガスが加熱部
２２をバイパスして第１排ガス流路５Ａから直接第２排
ガス流路５Ｂに流れることができるように、バイパスバ
ルブ２５が設けられている。Ｎａ電池２は、充電時には
吸熱し放電時には発熱するので、温度を３５０℃前後に
保つためには、加熱部２２に導入する排ガスの流量を調
整しなければならない。こうした排ガス流量の調整を、
第１バルブ２３、第２バルブ２４及びバイパスバルブ２
５によって行う。例えば、充電時には、第１バルブ２
３、第２バルブ２４及びバイパスバルブ２５の開閉度を
調節し、排ガスの一部あるいは全てが加熱部２２に導入
されるようにする。逆に放電時には、第１バルブ２３、
第２バルブ２４及びバイパスバルブ２５の開閉度を調節
し、排ガスを加熱部２２に導入しない、あるいは一部を
導入するようにする。
【００２５】蒸気タービン発電機３は、排ガスボイラ３
１、蒸気タービン３２、発電機３３及び復水器３４を備
えている。排ガスボイラ３１、蒸気タービン３２及び復
水器３４の各々は、水又は蒸気が循環する配管によって
連結されている。排ガスボイラ３１には第２排ガス流路
５Ｂが連結されており、ＳＯＦＣ１からの排ガスによっ
てこの排ガスボイラ３１は蒸気を発生させる。発生され
た蒸気は蒸気タービン３２に送られてこの蒸気タービン
３２を回転させる。蒸気タービン３２が回転することに
より、蒸気タービン３２と一体に設けられた発電機３３
が駆動されて電力が発生する。その後、蒸気は復水器３
４によって復水され、排ガスボイラ３１に戻される。こ
のように、水又は蒸気が蒸気タービン発電機３内を循環
することにより、蒸気タービン発電機３は発電する。
１、蒸気タービン３２、発電機３３及び復水器３４を備
えている。排ガスボイラ３１、蒸気タービン３２及び復
水器３４の各々は、水又は蒸気が循環する配管によって
連結されている。排ガスボイラ３１には第２排ガス流路
５Ｂが連結されており、ＳＯＦＣ１からの排ガスによっ
てこの排ガスボイラ３１は蒸気を発生させる。発生され
た蒸気は蒸気タービン３２に送られてこの蒸気タービン
３２を回転させる。蒸気タービン３２が回転することに
より、蒸気タービン３２と一体に設けられた発電機３３
が駆動されて電力が発生する。その後、蒸気は復水器３
４によって復水され、排ガスボイラ３１に戻される。こ
のように、水又は蒸気が蒸気タービン発電機３内を循環
することにより、蒸気タービン発電機３は発電する。
【００２６】ＳＯＦＣ１が作動している時は、１０００
℃程度の高温の排ガスが、第１排ガス流路５Ａを流れて
Ｎａ電池２を加熱し、また、第２排ガス流路５Ｂを流れ
て蒸気タービン発電機３を作動させる。ＳＯＦＣ１が停
止した場合には、バーナ入側バルブ１５ｂ及びバーナ出
側バルブ１５ｃを開として、ＳＯＦＣ１に送られるため
の燃料をバーナ１５ａに導入して燃焼させる。燃焼して
高温となった燃料ガスは、排ガスとして第１排ガス流路
５Ａを流れてＮａ電池２を加熱し、また、第２排ガス流
路５Ｂを流れて蒸気タービン発電機３を作動させる。
℃程度の高温の排ガスが、第１排ガス流路５Ａを流れて
Ｎａ電池２を加熱し、また、第２排ガス流路５Ｂを流れ
て蒸気タービン発電機３を作動させる。ＳＯＦＣ１が停
止した場合には、バーナ入側バルブ１５ｂ及びバーナ出
側バルブ１５ｃを開として、ＳＯＦＣ１に送られるため
の燃料をバーナ１５ａに導入して燃焼させる。燃焼して
高温となった燃料ガスは、排ガスとして第１排ガス流路
５Ａを流れてＮａ電池２を加熱し、また、第２排ガス流
路５Ｂを流れて蒸気タービン発電機３を作動させる。
【００２７】本実施形態に係る発電システムにおいて
は、高効率のＳＯＦＣ１と大電力貯蔵可能なＮａ電池２
とを組み合わせるようにし、ＳＯＦＣ１からの排ガスに
よってＮａ電池２を加熱することができる。そのため、
Ｎａ電池２を加熱するための電熱ヒータ等が不要とな
り、図３に示すように、Ｎａ電池２の総合効率を向上さ
せることができる。また、ＳＯＦＣ１の排熱で蒸気ター
ビン発電機３も作動させるようにしているので、発電シ
ステムとしての発電効率を高めることができ、負荷率を
低下させることができる。更に、燃料をバーナ１５ａで
燃焼させてＮａ電池２及び蒸気タービン発電機３に送る
ことができるようにしているので、ＳＯＦＣ１が停止し
た場合でも、Ｎａ電池２を加熱することができ、Ｎａ電
池２の作動は確保できる。
は、高効率のＳＯＦＣ１と大電力貯蔵可能なＮａ電池２
とを組み合わせるようにし、ＳＯＦＣ１からの排ガスに
よってＮａ電池２を加熱することができる。そのため、
Ｎａ電池２を加熱するための電熱ヒータ等が不要とな
り、図３に示すように、Ｎａ電池２の総合効率を向上さ
せることができる。また、ＳＯＦＣ１の排熱で蒸気ター
ビン発電機３も作動させるようにしているので、発電シ
ステムとしての発電効率を高めることができ、負荷率を
低下させることができる。更に、燃料をバーナ１５ａで
燃焼させてＮａ電池２及び蒸気タービン発電機３に送る
ことができるようにしているので、ＳＯＦＣ１が停止し
た場合でも、Ｎａ電池２を加熱することができ、Ｎａ電
池２の作動は確保できる。
【００２８】［第２の実施形態］次に、本発明に係る発
電システムの第２の実施形態について、図５を用いて説
明する。なお、本実施形態においては、第１の実施形態
と異なる特徴部分についてのみ説明し、同一の構成要素
には同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。特
徴部分とは、第１排ガス流路５Ａに熱交換器１８が設け
られている点、及びガスタービン発電機４が設けられて
いる点である。
電システムの第２の実施形態について、図５を用いて説
明する。なお、本実施形態においては、第１の実施形態
と異なる特徴部分についてのみ説明し、同一の構成要素
には同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。特
徴部分とは、第１排ガス流路５Ａに熱交換器１８が設け
られている点、及びガスタービン発電機４が設けられて
いる点である。
【００２９】ＳＯＦＣ１とＮａ電池２との間には第１排
ガス流路５Ａが設けられ、Ｎａ電池２とガスタービン発
電機４との間には第２排ガス流路５Ｂが設けられ、ガス
タービン発電機４と蒸気タービン発電機３との間には第
３排ガス流路５Ｃが設けられている。ＳＯＦＣ１からの
排ガスは、第１排ガス流路５Ａ、第２排ガス流路５Ｂ及
び第３排ガス流路５Ｃを流れて、Ｎａ電池２、ガスター
ビン発電機４及び蒸気タービン発電機３に各々導入され
るようになっている。
ガス流路５Ａが設けられ、Ｎａ電池２とガスタービン発
電機４との間には第２排ガス流路５Ｂが設けられ、ガス
タービン発電機４と蒸気タービン発電機３との間には第
３排ガス流路５Ｃが設けられている。ＳＯＦＣ１からの
排ガスは、第１排ガス流路５Ａ、第２排ガス流路５Ｂ及
び第３排ガス流路５Ｃを流れて、Ｎａ電池２、ガスター
ビン発電機４及び蒸気タービン発電機３に各々導入され
るようになっている。
【００３０】第１排ガス流路５Ａは、熱交換器１８を経
てＮａ電池２に至る空気出側配管１４によって構成され
ている。熱交換器１８には、燃料入側配管１１、空気入
側配管１３、及び空気出側配管１４が通っている。空気
極側からの高温の排ガスと、ＳＯＦＣ１に導入される燃
料及び空気とは熱交換され、空気極側からの排ガス温度
は低下するとともに、燃料及び空気は過熱された状態で
ＳＯＦＣ１に導入されるようになる。ここで、空気極か
らの排ガス温度は、例えば１０００℃程度から５００℃
以下まで低下する。燃料出側配管１２とＮａ電池２から
の配管とは合流部５１で合流され、ここから配管はガス
タービン発電機４に至る。これら燃料出側配管１２及び
Ｎａ電池２からガスタービン発電機４に至るまでの配管
によって、第２排ガス流路５Ｂが構成されている。
てＮａ電池２に至る空気出側配管１４によって構成され
ている。熱交換器１８には、燃料入側配管１１、空気入
側配管１３、及び空気出側配管１４が通っている。空気
極側からの高温の排ガスと、ＳＯＦＣ１に導入される燃
料及び空気とは熱交換され、空気極側からの排ガス温度
は低下するとともに、燃料及び空気は過熱された状態で
ＳＯＦＣ１に導入されるようになる。ここで、空気極か
らの排ガス温度は、例えば１０００℃程度から５００℃
以下まで低下する。燃料出側配管１２とＮａ電池２から
の配管とは合流部５１で合流され、ここから配管はガス
タービン発電機４に至る。これら燃料出側配管１２及び
Ｎａ電池２からガスタービン発電機４に至るまでの配管
によって、第２排ガス流路５Ｂが構成されている。
【００３１】ガスタービン発電機４は、ガスタービン４
１、発電機４２、及び図示しない圧縮機や燃焼器から構
成されている。第２排ガス流路５Ｂから送られた排ガス
は、圧縮機で圧縮され燃焼器で燃焼されて、高温高圧の
燃焼ガスとなる。この燃焼ガスはガスタービン４１に送
られてこのガスタービン４１を回転させる。ガスタービ
ン４１が回転することにより、ガスタービン４１と一体
に設けられた発電機４２が駆動されて、ガスタービン発
電機４は発電する。ガスタービン発電機４から排ガスと
して放出された燃焼ガスは、第３排ガス流路５Ｃを流れ
て排ガスボイラ３１に送られ、これにより蒸気タービン
発電機３は発電する。
１、発電機４２、及び図示しない圧縮機や燃焼器から構
成されている。第２排ガス流路５Ｂから送られた排ガス
は、圧縮機で圧縮され燃焼器で燃焼されて、高温高圧の
燃焼ガスとなる。この燃焼ガスはガスタービン４１に送
られてこのガスタービン４１を回転させる。ガスタービ
ン４１が回転することにより、ガスタービン４１と一体
に設けられた発電機４２が駆動されて、ガスタービン発
電機４は発電する。ガスタービン発電機４から排ガスと
して放出された燃焼ガスは、第３排ガス流路５Ｃを流れ
て排ガスボイラ３１に送られ、これにより蒸気タービン
発電機３は発電する。
【００３２】本実施形態に係る発電システムにおいて
は、ＳＯＦＣ１に導入される燃料及び空気を、空気極側
の排ガスを用いて熱交換し、この排ガスをＮａ電池２の
加熱に用いるようにしている。そのため、燃料及び空気
が予め加熱された状態でＳＯＦＣ１に導入されるので、
ＳＯＦＣの作動効率が向上するとともに、Ｎａ電池２を
加熱するのに適度な温度の排ガスを加熱部２２に送るこ
とができる。これにより、Ｎａ電池２の加熱をより効率
的に行える。また、ガスタービン発電機４と蒸気タービ
ン発電機３といった２つの発電装置を、ＳＯＦＣ１の排
ガスによって作動させるようにしているので、発電シス
テムの発電効率が更に高いものとなる。更に、燃料極側
の排ガスは熱交換させずに、１０００℃程度の高温を保
ったままガスタービン発電機４手前の合流部５１まで送
るようにしているので、高温の排ガスをガスタービン発
電機４に導入し、排ガスを燃焼させるためのエネルギー
を低減でき、ガスタービン発電機４の効率を高めること
ができる。
は、ＳＯＦＣ１に導入される燃料及び空気を、空気極側
の排ガスを用いて熱交換し、この排ガスをＮａ電池２の
加熱に用いるようにしている。そのため、燃料及び空気
が予め加熱された状態でＳＯＦＣ１に導入されるので、
ＳＯＦＣの作動効率が向上するとともに、Ｎａ電池２を
加熱するのに適度な温度の排ガスを加熱部２２に送るこ
とができる。これにより、Ｎａ電池２の加熱をより効率
的に行える。また、ガスタービン発電機４と蒸気タービ
ン発電機３といった２つの発電装置を、ＳＯＦＣ１の排
ガスによって作動させるようにしているので、発電シス
テムの発電効率が更に高いものとなる。更に、燃料極側
の排ガスは熱交換させずに、１０００℃程度の高温を保
ったままガスタービン発電機４手前の合流部５１まで送
るようにしているので、高温の排ガスをガスタービン発
電機４に導入し、排ガスを燃焼させるためのエネルギー
を低減でき、ガスタービン発電機４の効率を高めること
ができる。
【００３３】［第３の実施形態］更に、本発明に係る発
電システムの第３の実施形態について、図６を用いて説
明する。なお、本実施形態においては、第２の実施形態
と異なる特徴部分についてのみ説明し、同一の構成要素
には同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。異
なる構成要素とは、ＳＯＦＣ１からＮａ電池２に至る第
１排ガス流路５Ａの途中に、ガスタービン発電機４が設
けられている点である。
電システムの第３の実施形態について、図６を用いて説
明する。なお、本実施形態においては、第２の実施形態
と異なる特徴部分についてのみ説明し、同一の構成要素
には同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。異
なる構成要素とは、ＳＯＦＣ１からＮａ電池２に至る第
１排ガス流路５Ａの途中に、ガスタービン発電機４が設
けられている点である。
【００３４】ＳＯＦＣ１からガスタービン発電機４を経
てＮａ電池２までの間には、第１排ガス流路５Ａが設け
られ、Ｎａ電池２と蒸気タービン発電機３との間には第
２排ガス流路５Ｂが設けられている。ＳＯＦＣ１からの
排ガスは、第１排ガス流路５Ａ及び第２排ガス流路５Ｂ
を流れて、ガスタービン発電機４、Ｎａ電池２及び蒸気
タービン発電機３に各々導入されるようになっている。
てＮａ電池２までの間には、第１排ガス流路５Ａが設け
られ、Ｎａ電池２と蒸気タービン発電機３との間には第
２排ガス流路５Ｂが設けられている。ＳＯＦＣ１からの
排ガスは、第１排ガス流路５Ａ及び第２排ガス流路５Ｂ
を流れて、ガスタービン発電機４、Ｎａ電池２及び蒸気
タービン発電機３に各々導入されるようになっている。
【００３５】燃料出側配管１２と空気出側配管１４とは
合流部５１で合流され、ここから配管はガスタービン発
電機４に至り、更にガスタービン発電機４からＮａ電池
２に至る。これら燃料出側配管１２、空気出側配管１４
及び合流部５１からＮａ電池２に至るまでの配管によっ
て、第１排ガス流路５Ａは構成されている。
合流部５１で合流され、ここから配管はガスタービン発
電機４に至り、更にガスタービン発電機４からＮａ電池
２に至る。これら燃料出側配管１２、空気出側配管１４
及び合流部５１からＮａ電池２に至るまでの配管によっ
て、第１排ガス流路５Ａは構成されている。
【００３６】本実施形態においては、ＳＯＦＣ１からの
排ガス、すなわち燃料極側及び空気極側からの排ガスを
熱交換等せずに合流させて、ガスタービン発電機４に送
るようにしている。そのため、非常に高温の排ガスをガ
スタービン発電機４に送ることができるので、ガスター
ビン発電機４において排ガスを燃焼させるためのエネル
ギーを低減できる。
排ガス、すなわち燃料極側及び空気極側からの排ガスを
熱交換等せずに合流させて、ガスタービン発電機４に送
るようにしている。そのため、非常に高温の排ガスをガ
スタービン発電機４に送ることができるので、ガスター
ビン発電機４において排ガスを燃焼させるためのエネル
ギーを低減できる。
【００３７】なお、上記第２及び第３本実施形態におい
て、第１実施形態におけるバーナを用いても、差し支え
ない。また、上記各実施形態においては、発電装置とし
てＳＯＦＣのみを用いて説明したが、これに限定する意
図ではなく、他の発電装置、例えばＭＣＦＣを用いて
も、差し支えない。
て、第１実施形態におけるバーナを用いても、差し支え
ない。また、上記各実施形態においては、発電装置とし
てＳＯＦＣのみを用いて説明したが、これに限定する意
図ではなく、他の発電装置、例えばＭＣＦＣを用いて
も、差し支えない。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る発電
システムによれば、発電装置からの排ガスを用いて電力
貯蔵装置を加熱するようにしているので、高効率な発電
装置と大電力貯蔵可能な電力貯蔵装置とを組み合わせ、
排熱を有効利用して総合効率を高めた発電システムを提
供することができる。
システムによれば、発電装置からの排ガスを用いて電力
貯蔵装置を加熱するようにしているので、高効率な発電
装置と大電力貯蔵可能な電力貯蔵装置とを組み合わせ、
排熱を有効利用して総合効率を高めた発電システムを提
供することができる。
【図１】 電力負荷率の時間変化の一例を示すグラフ
図である。
図である。
【図２】 本発明に係る発電システムの第１実施形態
を示す部分断面斜視図である。
を示す部分断面斜視図である。
【図３】 本発明に係る発電システムにおけるナトリ
ウム電池の総合効率と、ナトリウム電池単独の場合の総
合効率との比較を示すグラフ図である。
ウム電池の総合効率と、ナトリウム電池単独の場合の総
合効率との比較を示すグラフ図である。
【図４】 本発明に係る発電システムの第１実施形態
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図５】 本発明に係る発電システムの第２実施形態
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図６】 本発明に係る発電システムの第３実施形態
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図７】 従来の発電システムの一例を示す概略構成
図である。
図である。
１ ＳＯＦＣ（発電装置） ２ Ｎａ電池（電力貯蔵装置） ３ 蒸気タービン発電機 ４ ガスタービン発電機 ５Ａ 第１排ガス流路（熱流路） ５Ｂ 第２排ガス流路 １５ａ バーナ（ガス加熱手段） ２２ 加熱部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入谷 淳一 東京都中央区銀座６−15−１ 電源開発株 式会社内 (72)発明者 西 敏郎 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 岩本 啓一 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 深川 雅幸 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 小阪 健一郎 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 久留 長生 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 森 康 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA05 AA06 5H029 AK05 AL13 AM15 BJ00 BJ22
Claims (6)
- 【請求項１】 燃料を用いて発電する発電装置と、 該発電装置と電気的に接続され前記発電された電力を貯
蔵する電力貯蔵装置とを備えた発電システムであって、 前記電力貯蔵装置には、該電力貯蔵装置を加熱するため
の加熱部が設けられ、該加熱部と前記発電装置との間に
は、該発電装置からの排熱を該加熱部に導入するための
熱流路が設けられていることを特徴とする発電システ
ム。 - 【請求項２】 前記電力貯蔵装置は、電極物質として
ナトリウムを含有するナトリウム電池であることを特徴
とする請求項１に記載の発電システム。 - 【請求項３】 前記発電装置は、燃料電池であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の発電システム。 - 【請求項４】 前記発電装置は、固体からなる電解質
を用いた燃料電池であることを特徴とする請求項３記載
の発電システム。 - 【請求項５】 前記熱流路は、前記発電装置からの排
熱を蓄えた状態で排出された排ガスが流れるための排ガ
ス流路とされ、ガスタービン発電機及び蒸気タービン発
電機のうち少なくとも一方に前記排ガスが導入されるこ
とを特徴とする請求項３又は４に記載の発電システム。 - 【請求項６】 前記排ガス流路に加熱されたガスを流
すための、ガス加熱手段が設けられていることを特徴と
する請求項５記載の発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000040043A JP4508338B2 (ja) | 2000-02-17 | 2000-02-17 | 発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000040043A JP4508338B2 (ja) | 2000-02-17 | 2000-02-17 | 発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001229961A true JP2001229961A (ja) | 2001-08-24 |
| JP4508338B2 JP4508338B2 (ja) | 2010-07-21 |
Family
ID=18563505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000040043A Expired - Lifetime JP4508338B2 (ja) | 2000-02-17 | 2000-02-17 | 発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4508338B2 (ja) |
Cited By (6)
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- 2000-02-17 JP JP2000040043A patent/JP4508338B2/ja not_active Expired - Lifetime
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