JP2002256883A - Gas turbine co-generation system using biogas as fuel - Google Patents

Gas turbine co-generation system using biogas as fuel

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JP2002256883A
JP2002256883A JP2001050399A JP2001050399A JP2002256883A JP 2002256883 A JP2002256883 A JP 2002256883A JP 2001050399 A JP2001050399 A JP 2001050399A JP 2001050399 A JP2001050399 A JP 2001050399A JP 2002256883 A JP2002256883 A JP 2002256883A
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biogas
generation unit
power
load
turbo
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Zenji Kamio
善二 神尾
Takeshi Suzuki
鈴木　　剛
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine co-generation system efficiently utilizing a surplus biogas. SOLUTION: The surplus of power generated by a turbo generation unit 5 is stored in a battery 7, and when the output of the turbo generation unit cannot cope with a load 8, the power stored in the battery is imparted to the load. Besides, warm water or vapor is heated by using the waste heat discharged from the generation unit. Further, as the fuel for the generation unit, a biogas (a) which is obtained by fermenting a raw material such as the excrement of livestock or organic waste in a fermenter 1 is used, and the surplus biogas is stored in a pressurized gas holder 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ発電ユニッ
トの燃料として、家畜糞尿や有機廃棄物などの原料を発
酵槽で発酵させたガス、すなわち、バイオガスを燃料と
するガスタービンコージェネレーションシステムに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine cogeneration system using a gas obtained by fermenting raw materials such as livestock manure and organic waste in a fermentation tank, that is, biogas as a fuel for a turbo power generation unit. .

【０００２】[0002]

【従来の技術】北海道や東北地方などの酪農家が集中す
る酪農地区では、飼育している家畜から排泄される糞尿
が集中するため、自然浄化が困難になりつつあるが、環
境衛生や環境保全の観点から家畜の糞尿を有効利用する
事業の一貫として、家畜の糞尿を嫌気性バクテリアを用
いて発酵させ、その際に発生したガス（以下、バイオガ
スという）を燃料にして発電を行う所謂バイオガス発電
が、近年、注目されている。2. Description of the Related Art In dairy farming areas where dairy farmers are concentrated, such as in Hokkaido and the Tohoku region, it is becoming difficult to purify the natural environment due to the concentration of excrement excreted from livestock being raised. As part of a project to effectively use livestock manure from the viewpoint of the so-called bio-energy, fermentation of livestock manure is performed using anaerobic bacteria, and the gas generated at that time (hereinafter referred to as biogas) is used as fuel to generate electricity. Gas power generation has recently attracted attention.

【０００３】バイオガスの原料としては、家畜の糞尿の
ほか、例えば、生ごみや有機廃棄物などを用いることが
できるが、原料の種類や混合比などによって発生するメ
タンの量やガスの組成などが変動する。また、生ごみや
有機廃棄物は、家畜の糞尿に比べて発酵に時間がかかる
ため、バイオガスの発生量を制御することが難しい。[0003] As raw materials for biogas, besides excrement of livestock, for example, garbage and organic waste can be used. Fluctuates. In addition, garbage and organic waste take longer to ferment than livestock manure, so it is difficult to control the amount of biogas generated.

【０００４】このため、バイオガス発電プラントでは、
通常、常圧の燃料貯蔵タンク（ガスホルダー）を備え、
発酵槽で発生したバイオガスを、一旦、ガスホルダーに
貯蔵することが行われている。Therefore, in a biogas power plant,
Usually equipped with a normal pressure fuel storage tank (gas holder),
BACKGROUND ART Biogas generated in a fermenter is temporarily stored in a gas holder.

【０００５】従って、従来のバイオガス発電プラントで
は、大型のガスホルダーを設置する必要があるために、
バイオガス発電プラントを設置する場合に、設置スペー
スが大規模になるなどの問題があった。[0005] Therefore, in the conventional biogas power plant, it is necessary to install a large gas holder,
When installing a biogas power plant, there is a problem that the installation space becomes large.

【０００６】図２は、バイオガス発電プラントの所内動
力及び自家用電力需要の変化と発電量との関係を示した
ものである。プラント所内動力は、所内のポンプやブロ
アーなどが間欠的な動きをするため、発電出力を上回る
時もある。特に、その事態が発生する時期は、昼間のベ
ース負荷が大きいために起こり易い。FIG. 2 shows a relationship between a change in power demand in a plant of a biogas power plant and a demand for private power and a power generation amount. The power inside the plant sometimes exceeds the power generation output due to intermittent movement of pumps and blowers in the plant. In particular, the time when such a situation occurs is likely to occur due to a large daytime base load.

【０００７】このような事態が発生すると、発電用エン
ジンが過負荷となり、エンジントリップに至る可能性が
あり、発電プラントの操業に支障を来すことが危惧され
ていた。[0007] When such a situation occurs, the power generating engine is overloaded, which may lead to an engine trip, which is feared to hinder the operation of the power plant.

【０００８】なお、図２中、◆はガスタービン発生電力
（ｋＷ）、□は蓄電池の蓄電量（ｋＷ）、△はバイオプ
ラントのガス発生量（Ｎｍ3 ／ｈ）、×は自家消費電力
（ｋＷ）、＊は電力負荷（ｋＷ）、●は余剰ガス発生量
（Ｎｍ3 ／ｈ）を示している。In FIG. 2, ◆ indicates gas turbine generated power (kW), □ indicates storage battery storage amount (kW), △ indicates bioplant gas generation amount (Nm 3 / h), and × indicates private power consumption ( kW), * indicates the power load (kW), and ● indicates the surplus gas generation amount (Nm 3 / h).

【０００９】係る不都合を解決するため、電力負荷が減
少したとき余剰電力を蓄電池に蓄電する一方、電力負荷
が増加したとき蓄電池に蓄電した電力を負荷に供給する
ことによって電力負荷に対応する需要調整を行ってい
る。また、同様の解決方法が特開平１１−１５５２４４
号公報にも記載されている。In order to solve the above-mentioned inconvenience, when the power load decreases, surplus power is stored in the storage battery, and when the power load increases, the power stored in the storage battery is supplied to the load, so that the demand adjustment corresponding to the power load is performed. It is carried out. A similar solution is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-155244.
It is also described in the official gazette.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２４時
間中に発生する全ての変動に対応しようとすれば、蓄電
池の容量が大容量となるばかりでなく、蓄電池の価格も
高価であるため、現実的でない。However, in order to cope with all the fluctuations occurring during 24 hours, not only the capacity of the storage battery becomes large, but also the price of the storage battery is expensive, so that it is practical. Not.

【００１１】そこで、電力負荷の少ない夜間にガスター
ビンの出力をミニマムに低下することも可能であるが、
その場合には、バイオガス発生プラントで発生した余剰
ガスを焼却する必要があるため、発生したバイオガスの
一部が無駄となる。Therefore, it is possible to reduce the output of the gas turbine to a minimum at night when the power load is small.
In that case, since it is necessary to incinerate the surplus gas generated in the biogas generation plant, a part of the generated biogas is wasted.

【００１２】本発明は、係る従来の問題を解消するため
になされたものであり、その目的とするところは、余剰
ガスの発生を防止可能なバイオガスを燃料とするガスタ
ービンコージェネレーションシステムを提供することに
ある。The present invention has been made in order to solve the conventional problems, and an object of the present invention is to provide a gas turbine cogeneration system using biogas as a fuel capable of preventing generation of surplus gas. Is to do.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、次のように構成されている。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is configured as follows.

【００１４】（１） ターボ発電ユニットで発電した電
力のうち余剰電力を蓄電池に蓄電し、前記ターボ発電ユ
ニットの出力が負荷に対応できなくなった時に蓄電池に
蓄えた電力を負荷に付与し、更に、前記ターボ発電ユニ
ットから排出される廃熱を利用して温水又は蒸気を加熱
するようにしたガスタービンコージェネレーションシス
テムにおいて、前記ターボ発電ユニットの燃料として、
家畜糞尿や有機廃棄物などの原料を発酵槽で発酵させて
得たバイオガスを用いるとともに、余剰のバイオガスを
加圧型ガスホルダーに貯蔵することを特徴とするバイオ
ガスを燃料とするガスタービンコージェネレーションシ
ステム。(1) The surplus power among the power generated by the turbo power generation unit is stored in a storage battery, and when the output of the turbo power generation unit cannot correspond to the load, the power stored in the storage battery is applied to the load. In a gas turbine cogeneration system configured to heat hot water or steam using waste heat discharged from the turbo power generation unit, as a fuel for the turbo power generation unit,
A gas turbine fuel using biogas as a fuel, characterized by using biogas obtained by fermenting raw materials such as livestock manure and organic waste in a fermenter and storing excess biogas in a pressurized gas holder. Generation system.

【００１５】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明するが、図１は、本発明に係るバイオガス
を燃料するガスタービンコージェネレーションシステム
の概略図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a gas turbine cogeneration system for fueling biogas according to the present invention.

【００１６】図１に示すように、バイオガスプラントの
発酵槽１で発生したバイオガスａは、燃料前処理設備２
を通過後、燃料ガス圧縮機３によって加圧され、加圧型
ガスホルダー４を経てターボ発電ユニット５に供給され
る。As shown in FIG. 1, biogas a generated in a fermenter 1 of a biogas plant is supplied to a fuel pretreatment facility 2.
, Is pressurized by the fuel gas compressor 3 and supplied to the turbo power generation unit 5 via the pressurized gas holder 4.

【００１７】このターボ発電ユニット５は、２４時間連
続運転されているが、制御装置６の指令によって余剰電
力は、蓄電池７に蓄電され、負荷８が増加してターボ発
電ユニット５の発電出力が負荷８に対応できない時は、
前記蓄電池７から負荷８に電力が与えられるように構成
され、基本的には、商用電力からの電力が供給されない
システムとなっているが、現実的には、数パーセントの
電力が商用電力系統と出入りを繰り返すように安全対策
が講じられている。Although the turbo power generation unit 5 is operated continuously for 24 hours, the surplus power is stored in the storage battery 7 according to a command from the control device 6, the load 8 increases, and the power generation output of the turbo power generation unit 5 is reduced. When we cannot cope with 8,
The system is configured so that power is supplied from the storage battery 7 to the load 8, and is basically a system in which power from commercial power is not supplied. However, in reality, a few percent of power is supplied to the commercial power system. Safety measures are in place to keep people in and out.

【００１８】上記ターボ発電機ユニット５は、圧縮機９
と、燃焼器１０と、高周波発電機を有するマイクロガス
タービン１１と、発電機１２とから形成され、空気ｂ
は、圧縮機９で圧縮された後、マイクロガスタービン１
１から排出される排ガスｃの廃熱を利用する再生器１３
で予熱され、最終的に燃焼器１０に導入される。The turbo generator unit 5 includes a compressor 9
, A combustor 10, a micro gas turbine 11 having a high-frequency generator, and a generator 12,
Is compressed by the compressor 9 and then the micro gas turbine 1
Regenerator 13 utilizing waste heat of exhaust gas c discharged from 1
And is finally introduced into the combustor 10.

【００１９】一方、前記加圧型ガスホルダー４を経て前
記燃焼器１０に供給されたバイオガスａは、前記加熱空
気と混合して激しく燃焼する。この燃焼ガスは、マイク
ロガスタービン１１を通過する間にマイクロガスタービ
ン１１の駆動部を駆動し、それより発電機１２を駆動す
る。On the other hand, the biogas a supplied to the combustor 10 via the pressurized gas holder 4 mixes with the heated air and burns violently. This combustion gas drives the drive unit of the micro gas turbine 11 while passing through the micro gas turbine 11, and thereby drives the generator 12.

【００２０】このターボ発電機ユニット５に採用してい
るマイクロガスタービン１１のガス供給圧力は、３〜４
ｋｇ／ｃｍ2 程度であり、前記ガスホルダー４における
ガスホルダー圧力を５ｋｇ／ｃｍ2 とすると、従来の常
圧型のガスホルダーに比べてガスホルダーの容量が約５
分の１となり、その分、設置スペースを縮小することが
できる。The gas supply pressure of the micro gas turbine 11 employed in the turbo generator unit 5 is 3 to 4
a kg / cm 2 or so, when the gas holder pressure in the gas holder 4 and 5 kg / cm 2, the capacity of the gas holder as compared with the conventional normal pressure type gas holder about 5
The installation space can be reduced accordingly.

【００２１】マイクロガスタービン１１から排出される
排ガスｃは、十数パーセントの酸素を保有しているの
で、空気の代わりに廃熱ボイラ１４のバーナー１５に導
入される。このバーナー１５には、高圧型ガスホルダー
４を経てバイオガスａの一部が導入されて燃焼し、廃熱
ボイラ１４の温水又は蒸気を加熱する。廃熱ボイラ１４
で加熱された温水又は蒸気は、熱負荷に供給されるが、
その一部は、発酵槽１に供される。Since the exhaust gas c discharged from the micro gas turbine 11 has oxygen of more than ten percent, it is introduced into the burner 15 of the waste heat boiler 14 instead of air. A part of the biogas a is introduced into the burner 15 via the high-pressure gas holder 4 and burns, thereby heating the hot water or steam of the waste heat boiler 14. Waste heat boiler 14
The hot water or steam heated in is supplied to the heat load,
A part thereof is provided to the fermenter 1.

【００２２】なお、図中、１６は温水循環ポンプ、１７
は交流を直流に変換するコンバータ、１７′は直流を交
流に変換するインバータ、１８はブレーカを示してい
る。In the figure, 16 is a hot water circulation pump, 17
Is a converter for converting AC to DC, 17 'is an inverter for converting DC to AC, and 18 is a breaker.

【００２３】本発明のシステムは、上記のように構成さ
れており、所内のポンプやブロアーなどの負荷８が減少
する夜間（２２時〜翌朝８時）にあっては、制御装置６
の指示によって余剰電力が蓄電池７に蓄電されるととも
に、前記燃料ガス圧縮機３によって加圧されたバイオガ
スａの一部が前記ガスホルダー４に貯蔵される。バイオ
ガスａの一部をガスホルダー４に貯蔵する時は、ガスホ
ルダー４から燃焼器１０に至る配管に設けた絞り弁（図
示せず）、およびガスホルダー４からバーナー１５に至
る配管に設けた絞り弁（図示せず）が各々絞られる。The system according to the present invention is configured as described above. In the night (from 22:00 to 8:00 in the next morning) when the load 8 such as a pump or a blower in the facility is reduced, the control device 6 is used.
Is stored in the storage battery 7 and a part of the biogas a pressurized by the fuel gas compressor 3 is stored in the gas holder 4. When a part of the biogas a is stored in the gas holder 4, a throttle valve (not shown) provided in a pipe from the gas holder 4 to the combustor 10 and a pipe provided from the gas holder 4 to the burner 15 are provided. Throttle valves (not shown) are each throttled.

【００２４】そして、昼間（８時〜２２時）において、
所内の負荷８が増大した場合には、所内の負荷８の増大
に応じて前記ガスホルダー４に貯蔵させたバイオガスａ
が前記ターボ発電ユニット５及び前記バーナー１５に供
給される。そして、ターボ発電ユニット５による発電出
力が負荷８に追いつかなくなったときには、夜間、蓄電
池７に蓄電した電力が蓄電池７から負荷８に付与され、
電力の平準化が行われる。In the daytime (8:00 to 22:00),
When the load 8 in the plant increases, the biogas a stored in the gas holder 4 according to the increase in the load 8 in the plant
Is supplied to the turbo power generation unit 5 and the burner 15. Then, when the power generation output of the turbo power generation unit 5 cannot keep up with the load 8, the power stored in the storage battery 7 is applied from the storage battery 7 to the load 8 at night,
Electric power leveling is performed.

【００２５】上記のように、本発明は、夜間の余剰電力
を蓄電池７に蓄電するとともに、バイオガスａを加圧し
て加圧型ガスホルダー４に貯蔵し、昼間において、負荷
８が増加した時には、前記加圧型ガスホルダー４に貯蔵
したバイオガスａをターボ発電ユニット５及び廃熱ボイ
ラのバーナー１５に供給し、更に、負荷が増大してター
ボ発電ユニット５による発電出力が負荷８に追いつかな
い場合には、夜間、蓄電池７に蓄電した電力を蓄電池７
から負荷８に与えられるようにしたから、従来のように
余剰ガスを燃焼させる無駄もなくなる。As described above, the present invention stores the surplus electric power at night in the storage battery 7 and pressurizes the biogas a and stores it in the pressurized gas holder 4. The biogas a stored in the pressurized gas holder 4 is supplied to the turbo power generation unit 5 and the burner 15 of the waste heat boiler. Further, when the load increases and the power generation output by the turbo power generation unit 5 cannot keep up with the load 8, Converts the electric power stored in the storage battery 7 into the storage battery 7 at night.
Since it is provided to the load 8 from above, there is no waste of burning excess gas as in the conventional case.

【００２６】また、加圧型ガスホルダー４は、従来の常
圧型ガスホルダーに比べて容量を減少させることが可能
である。その結果、その設置スペースの減少を計ること
ができ経済的である。The capacity of the pressurized gas holder 4 can be reduced as compared with the conventional normal pressure gas holder. As a result, the installation space can be reduced, which is economical.

【００２７】[0027]

【発明の効果】上記のように、本発明は、ターボ発電ユ
ニットで発電した電力のうち余剰電力を蓄電池に蓄電
し、前記ターボ発電ユニットの出力が負荷に対応できな
くなった時に蓄電池に蓄えた電力を負荷に付与し、更
に、前記ターボ発電ユニットから排出される廃熱を利用
して温水又は蒸気を加熱するようにしたガスタービンコ
ージェネレーションシステムにおいて、前記ターボ発電
ユニットの燃料として、家畜糞尿や有機廃棄物などの原
料を発酵槽で発酵させて得たバイオガスを用いるととも
に、余剰のバイオガスを加圧型ガスホルダーに貯蔵する
ので、従来のように余剰ガスを燃焼させる無駄もなくな
る。As described above, according to the present invention, the surplus power of the power generated by the turbo power generation unit is stored in the storage battery, and the power stored in the storage battery when the output of the turbo power generation unit cannot correspond to the load. In a gas turbine cogeneration system configured to heat hot water or steam using waste heat discharged from the turbo power generation unit, livestock manure or organic fuel is used as the fuel for the turbo power generation unit. Since biogas obtained by fermenting raw materials such as wastes in a fermenter is used, and excess biogas is stored in a pressurized gas holder, there is no waste of burning excess gas as in the related art.

【００２８】また、加圧型ガスホルダーは、従来の常圧
型ガスホルダーに比べて容量を減少させることが可能で
ある。その結果、その設置スペースの減少を計ることが
でき経済的である。The capacity of the pressurized gas holder can be reduced as compared with the conventional normal pressure gas holder. As a result, the installation space can be reduced, which is economical.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明に係るバイオガスを燃料するガスタービ
ンコージェネレーションシステムの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a gas turbine cogeneration system for fueling biogas according to the present invention.

【図２】バイオガス発電プラントの所内動力及び自家用
電力需要の変化と発電量との関係を示したものである。FIG. 2 shows a relationship between a change in in-plant power and private power demand of a biogas power plant and a power generation amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 発酵槽 ２ 燃料前処理装置 ３ 燃料ガス圧縮機 ４ 加圧型ガスホルダー ５ ターボ発電ユニット ６ 制御装置 ７ 蓄電池 ８ 負荷 ９ 圧縮機 １０ 燃焼器 １１ マイクロガスタービン １２ 発電機 １３ 再生器 １４ 廃熱ボイラ １５ バーナー １６ 温水循環ポンプ １７ コンバータ １７′インバータ １８ ブレーカ ａ バイオガス ｂ 空気 ｃ 排ガス REFERENCE SIGNS LIST 1 fermenter 2 fuel pretreatment device 3 fuel gas compressor 4 pressurized gas holder 5 turbo generator unit 6 controller 7 storage battery 8 load 9 compressor 10 combustor 11 micro gas turbine 12 generator 13 regenerator 14 waste heat boiler 15 Burner 16 Hot water circulation pump 17 Converter 17 'Inverter 18 Breaker a Biogas b Air c Exhaust gas

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｃ 3/28 Ｆ０２Ｇ 5/04 Ｖ 6/18 Ｈ 7/22 Ｆ２２Ｂ 1/18 Ｄ Ｆ０２Ｇ 5/04 Ｆ２４Ｈ 1/00 ６３１Ｇ Ｂ０９Ｂ 3/00 Ｄ Ｆ２２Ｂ 1/18 ＺＡＢＣ Ｆ２４Ｈ 1/00 ６３１ Ｃ１０Ｌ 3/00 Ａ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02C 3/28 F02G 5/04 V 6/18 H 7/22 F22B 1/18 D F02G 5/04 F24H 1 / 00631G B09B 3/00 D F22B 1/18 ZABC F24H 1/00 631 C10L 3/00 A

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ターボ発電ユニットで発電した電力のう
ち余剰電力を蓄電池に蓄電し、前記ターボ発電ユニット
の出力が負荷に対応できなくなった時に蓄電池に蓄えた
電力を負荷に付与し、更に、前記ターボ発電ユニットか
ら排出される廃熱を利用して温水又は蒸気を加熱するよ
うにしたガスタービンコージェネレーションシステムに
おいて、前記ターボ発電ユニットの燃料として、家畜糞
尿や有機廃棄物などの原料を発酵槽で発酵させて得たバ
イオガスを用いるとともに、余剰のバイオガスを加圧型
ガスホルダーに貯蔵することを特徴とするバイオガスを
燃料とするガスタービンコージェネレーションシステ
ム。1. A method according to claim 1, further comprising: storing a surplus power of the power generated by the turbo power generation unit in a storage battery, and applying the power stored in the storage battery to the load when the output of the turbo power generation unit cannot cope with the load. In a gas turbine cogeneration system configured to heat hot water or steam using waste heat discharged from a turbo power generation unit, as a fuel for the turbo power generation unit, raw materials such as livestock manure and organic waste are used in a fermenter. A gas turbine cogeneration system using biogas as fuel, wherein biogas obtained by fermentation is used and excess biogas is stored in a pressurized gas holder.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003184575A (en) * 2001-12-17 2003-07-03 Meidensha Corp Biomass generator equipment
US8502064B2 (en) 2003-12-11 2013-08-06 Philip Morris Usa Inc. Hybrid system for generating power

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