JP2003036872A - 複合発電システム - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】既存の発電プラントをそのまま利用して、且つ
燃料電池との複合発電システムを構成し、発電プラント
の効率を向上させる。 【解決手段】予め決められた第１の運転条件に最適化さ
れ、供給される燃料ガスを用いて発電する既設の発電プ
ラント３と、前記第１の運転条件に影響を与えることな
く運転可能で、また予め決められた第２の運転条件で最
適化され、供給される燃料ガスを用いて発電し、残余の
燃料ガスを既設の発電プラント３に供給する新設の燃料
電池４を含む燃料電池部２と、燃料電池部２と発電プラ
ント３に燃料ガスを供給可能な燃料ガス分配部８と、前
記第１の運転条件と前記第２の運転条件とに基づいて燃
料電池部２と発電プラント３に供給される前記燃料ガス
の量を決定し、その決定に基づいて燃料ガス分配部８を
制御する制御部１００とを具備する複合発電システムを
実施する。
燃料電池との複合発電システムを構成し、発電プラント
の効率を向上させる。 【解決手段】予め決められた第１の運転条件に最適化さ
れ、供給される燃料ガスを用いて発電する既設の発電プ
ラント３と、前記第１の運転条件に影響を与えることな
く運転可能で、また予め決められた第２の運転条件で最
適化され、供給される燃料ガスを用いて発電し、残余の
燃料ガスを既設の発電プラント３に供給する新設の燃料
電池４を含む燃料電池部２と、燃料電池部２と発電プラ
ント３に燃料ガスを供給可能な燃料ガス分配部８と、前
記第１の運転条件と前記第２の運転条件とに基づいて燃
料電池部２と発電プラント３に供給される前記燃料ガス
の量を決定し、その決定に基づいて燃料ガス分配部８を
制御する制御部１００とを具備する複合発電システムを
実施する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複合発電システム
に関し、特に他の発電装置と共に複合発電を行う燃料電
池に関する。
に関し、特に他の発電装置と共に複合発電を行う燃料電
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池システムは、単独で運転する場
合でも高効率運転が可能である。しかし、通常は、発生
する熱や排ガスを利用するコジェネレーションシステム
を組むことにより、より高効率なシステムとしての利用
が考えられている。動作温度の低い固体高分子型やリン
酸型の燃料電池では、発生する熱を利用する空調システ
ムや給湯システムを一緒に組む例が、一般的である。一
方、動作温度の高い溶融炭酸塩型や固体電解質型の燃料
電池では、発生する高温（高圧）の排ガスを用いたガス
タービンや蒸気タービンと組み合わせたシステムが提案
されており研究が進んでいる。
合でも高効率運転が可能である。しかし、通常は、発生
する熱や排ガスを利用するコジェネレーションシステム
を組むことにより、より高効率なシステムとしての利用
が考えられている。動作温度の低い固体高分子型やリン
酸型の燃料電池では、発生する熱を利用する空調システ
ムや給湯システムを一緒に組む例が、一般的である。一
方、動作温度の高い溶融炭酸塩型や固体電解質型の燃料
電池では、発生する高温（高圧）の排ガスを用いたガス
タービンや蒸気タービンと組み合わせたシステムが提案
されており研究が進んでいる。
【０００３】一方で、溶融炭酸塩型や固体電解質型を用
いる発電システムは、実績が非常に少ない。そのため、
火力発電プラントのように広く普及するまでには至って
いない。また、コジェネレーションシステムについて
は、他の発電方式のシステムの利用が始まった段階であ
り、燃料電池を利用したシステムの普及には時間がかか
る状況に有る。そして、発電プラントの新設はコストが
高くつくため、施設の増強（増設）の需要はあっても、
新設の需要は少ない。そして、溶融炭酸塩型や固体電解
質型を用いる新型プラントの設置は、技術リスクを伴う
ため、全くの新規設置の需要は少ない。
いる発電システムは、実績が非常に少ない。そのため、
火力発電プラントのように広く普及するまでには至って
いない。また、コジェネレーションシステムについて
は、他の発電方式のシステムの利用が始まった段階であ
り、燃料電池を利用したシステムの普及には時間がかか
る状況に有る。そして、発電プラントの新設はコストが
高くつくため、施設の増強（増設）の需要はあっても、
新設の需要は少ない。そして、溶融炭酸塩型や固体電解
質型を用いる新型プラントの設置は、技術リスクを伴う
ため、全くの新規設置の需要は少ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、既存の発電プラントをそのまま利用して、燃料電池
との複合発電を構成することが可能な複合発電システム
を提供することである。
は、既存の発電プラントをそのまま利用して、燃料電池
との複合発電を構成することが可能な複合発電システム
を提供することである。
【０００５】また、本発明の別の目的は、既存の発電プ
ラントの効率を向上させることが可能な複合発電システ
ムを提供することである。
ラントの効率を向上させることが可能な複合発電システ
ムを提供することである。
【０００６】また、本発明の別の目的は、既存の発電プ
ラントの信頼性を損なうことなく、燃料電池を併設し、
複合発電を行なうことが可能な複合発電システムを提供
することである。
ラントの信頼性を損なうことなく、燃料電池を併設し、
複合発電を行なうことが可能な複合発電システムを提供
することである。
【０００７】更に、本発明の別の目的は、低コストで、
複合発電を構成することが可能な複合発電システムを提
供することである。
複合発電を構成することが可能な複合発電システムを提
供することである。
【０００８】また、本発明の他の目的は、既存プラン
ト、あるいは、燃料電池のみを単独で運転することも可
能である複合発電システムを提供することである。
ト、あるいは、燃料電池のみを単独で運転することも可
能である複合発電システムを提供することである。
【０００９】更に、本発明の他の目的は、発電を停止す
ることなく継続的に行うことが可能である複合発電シス
テムを提供することである。
ることなく継続的に行うことが可能である複合発電シス
テムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特
許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特
許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。
【００１１】従って、上記課題を解決するために、本発
明の複合発電システムは、予め決められた第１の運転条
件に最適化されていて、供給される燃料ガスを用いて発
電する既設の発電プラント（３、５３）と、前記第１の
運転条件に影響を与えることなく運転可能で、また予め
決められた第２の運転条件で最適化されていて、供給さ
れる燃料ガスを用いて発電し、残余の燃料ガスを前記既
設の発電プラント（３、５３）に供給する新設の燃料電
池（４、５２）を含む燃料電池部（２、５１）と、前記
燃料電池部（２、５１）と前記発電プラント（３、５
３）に燃料ガスを供給可能な燃料ガス分配部（８、５
５）と、前記第１の運転条件と前記第２の運転条件とに
基づいて前記燃料電池部（２、５１）と前記発電プラン
ト（３、５３）に供給される前記燃料ガスの量を決定
し、その決定に基づいて前記燃料ガス分配部（８、５
５）を制御する制御部（１００、１０１）とを具備す
る。
明の複合発電システムは、予め決められた第１の運転条
件に最適化されていて、供給される燃料ガスを用いて発
電する既設の発電プラント（３、５３）と、前記第１の
運転条件に影響を与えることなく運転可能で、また予め
決められた第２の運転条件で最適化されていて、供給さ
れる燃料ガスを用いて発電し、残余の燃料ガスを前記既
設の発電プラント（３、５３）に供給する新設の燃料電
池（４、５２）を含む燃料電池部（２、５１）と、前記
燃料電池部（２、５１）と前記発電プラント（３、５
３）に燃料ガスを供給可能な燃料ガス分配部（８、５
５）と、前記第１の運転条件と前記第２の運転条件とに
基づいて前記燃料電池部（２、５１）と前記発電プラン
ト（３、５３）に供給される前記燃料ガスの量を決定
し、その決定に基づいて前記燃料ガス分配部（８、５
５）を制御する制御部（１００、１０１）とを具備す
る。
【００１２】また、本発明の複合発電システムは、前記
燃料電池部（２、５１）と前記発電プラント（３、５
３）に酸化剤ガスを供給可能な酸化剤ガス分配部（１
０、５７）を更に具備し、前記制御部（１００、１０
１）は、前記第１の運転条件と前記第２の運転条件とに
基づいて前記燃料電池部（２、５１）と前記発電プラン
ト（３、５３）に供給される前記酸化剤ガスの量を決定
し、その決定に基づいて前記酸化剤ガス分配部（１０、
５７）を制御する。
燃料電池部（２、５１）と前記発電プラント（３、５
３）に酸化剤ガスを供給可能な酸化剤ガス分配部（１
０、５７）を更に具備し、前記制御部（１００、１０
１）は、前記第１の運転条件と前記第２の運転条件とに
基づいて前記燃料電池部（２、５１）と前記発電プラン
ト（３、５３）に供給される前記酸化剤ガスの量を決定
し、その決定に基づいて前記酸化剤ガス分配部（１０、
５７）を制御する。
【００１３】また、本発明の複合発電システムは、前記
発電プラントは、ガスタービン（５）を具備する。
発電プラントは、ガスタービン（５）を具備する。
【００１４】更に、本発明の複合発電システムは、前記
発電プラントは、更に、排熱回収ボイラ（４１）を具備
する。
発電プラントは、更に、排熱回収ボイラ（４１）を具備
する。
【００１５】更に、本発明の複合発電システムは、前記
発電プラントは、ボイラ（５４）を具備する。
発電プラントは、ボイラ（５４）を具備する。
【００１６】更に、本発明の複合発電システムは、前記
燃料電池（４、５２）は、固定電解質型燃料電池であ
る。
燃料電池（４、５２）は、固定電解質型燃料電池であ
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明である複合発電シス
テムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明す
る。本実施例において、ガスタービンとの複合発電に使
用される複合発電システムを例に示して説明するが、燃
料電池との組合せで複合的に発電が可能な他の発電プラ
ントにおいても、適用可能である。
テムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明す
る。本実施例において、ガスタービンとの複合発電に使
用される複合発電システムを例に示して説明するが、燃
料電池との組合せで複合的に発電が可能な他の発電プラ
ントにおいても、適用可能である。
【００１８】（実施例１）図１は、本発明である複合発
電システムの第１の実施の形態の構成を示す構成図であ
る。図１は、既設のガスタービン関連設備あるいはそれ
らの改造したものと、新設の燃料電池トッピングシステ
ムとからなる。新設の燃料電池トッピングシステムは、
燃料ガス分配部８、燃料ガスバイパスライン２３、燃料
電池部２、酸化剤ガス分配部Ａ９、酸化剤ガスバイパス
ラインＡ２７、酸化剤ガス分配部Ｂ１０、燃焼ガスバイ
パスライン３０、燃焼ガス混合部１１及び制御部１００
を具備する。ここで、燃料電池部２は、電池用燃料ガス
ライン２２−１〜２２−２と電池用酸化剤ガスライン２
６−１〜２６−２と燃料電池本体４とを有する。
電システムの第１の実施の形態の構成を示す構成図であ
る。図１は、既設のガスタービン関連設備あるいはそれ
らの改造したものと、新設の燃料電池トッピングシステ
ムとからなる。新設の燃料電池トッピングシステムは、
燃料ガス分配部８、燃料ガスバイパスライン２３、燃料
電池部２、酸化剤ガス分配部Ａ９、酸化剤ガスバイパス
ラインＡ２７、酸化剤ガス分配部Ｂ１０、燃焼ガスバイ
パスライン３０、燃焼ガス混合部１１及び制御部１００
を具備する。ここで、燃料電池部２は、電池用燃料ガス
ライン２２−１〜２２−２と電池用酸化剤ガスライン２
６−１〜２６−２と燃料電池本体４とを有する。
【００１９】また、既設のガスタービン関連設備あるい
はそれらの改造したものは、燃料ガス供給管２１、酸化
剤ガス供給管２４、ガスタービン部３、酸化剤ガスバイ
パスラインＢ２８、燃焼部７、燃焼ガスライン３１を具
備する。ここで、ガスタービン部３は、タービン用酸化
剤ガスライン２５−１〜２５−２とタービン用燃焼ガス
ライン２９−１〜２９−２とガスタービン本体５と発電
機６とを有する。そして、ガスタービン本体５は、ター
ビン部５−１とコンプレッサ部５−２と駆動軸５−３を
含む。
はそれらの改造したものは、燃料ガス供給管２１、酸化
剤ガス供給管２４、ガスタービン部３、酸化剤ガスバイ
パスラインＢ２８、燃焼部７、燃焼ガスライン３１を具
備する。ここで、ガスタービン部３は、タービン用酸化
剤ガスライン２５−１〜２５−２とタービン用燃焼ガス
ライン２９−１〜２９−２とガスタービン本体５と発電
機６とを有する。そして、ガスタービン本体５は、ター
ビン部５−１とコンプレッサ部５−２と駆動軸５−３を
含む。
【００２０】従来、燃料電池と、ガスタービンのような
既存発電プラントとを組み合わせる複合発電システム
は、どちらも設備を新設し、且つ同時に組み合わせて運
転することが前提である。従って、装置の設計は、同時
運転を前提として最適な設計が成される。しかし、本発
明の複合発電システムにおいては、単独運転を前提とし
て設計されている既設のガスタービン（ガスタービン部
３）や蒸気タービンのような発電プラントが対象であ
る。そして、それら既存設備に対して、新規に燃料電池
（燃料電池部２）を併設し、高効率な複合発電システム
として運用可能にする点が、従来技術と大きく異なる点
である。
既存発電プラントとを組み合わせる複合発電システム
は、どちらも設備を新設し、且つ同時に組み合わせて運
転することが前提である。従って、装置の設計は、同時
運転を前提として最適な設計が成される。しかし、本発
明の複合発電システムにおいては、単独運転を前提とし
て設計されている既設のガスタービン（ガスタービン部
３）や蒸気タービンのような発電プラントが対象であ
る。そして、それら既存設備に対して、新規に燃料電池
（燃料電池部２）を併設し、高効率な複合発電システム
として運用可能にする点が、従来技術と大きく異なる点
である。
【００２１】本発明の複合発電システムは、主に、燃料
電池部２及び既存設備への対応機器からなる。そして、
燃料電池トッピングシステムを既存の発電システムに付
加する（トッピングする）ことにより、既設のガスター
ビンや蒸気タービンのような発電プラントの発電効率を
向上させることが可能となる。また、既存の発電プラン
トのみの運転又は燃料電池のみの運転が可能であり、継
続的な発電を行うことが可能である。加えて、既設の発
電プラントに対する改良工事が少なく設置が容易であ
る。
電池部２及び既存設備への対応機器からなる。そして、
燃料電池トッピングシステムを既存の発電システムに付
加する（トッピングする）ことにより、既設のガスター
ビンや蒸気タービンのような発電プラントの発電効率を
向上させることが可能となる。また、既存の発電プラン
トのみの運転又は燃料電池のみの運転が可能であり、継
続的な発電を行うことが可能である。加えて、既設の発
電プラントに対する改良工事が少なく設置が容易であ
る。
【００２２】図１の各構成について説明する。燃料ガス
供給管２１は、燃料ガス分配部８に接続している。そし
て、図示しない燃料供給部より燃料ガスを燃料ガス分配
部８へ供給する配管である。燃料ガス分配部８は、燃料
ガス供給管２１と燃料ガスバイパスライン２３と電池用
燃料ガスライン２２−１とに接続している。そして、燃
料ガス供給管２１から供給された燃料ガスを、燃料電池
部２向けとガスタービン部３向け（＝燃焼部７向け）と
に分配し送出する。分配の割合（量）は、制御部１００
により制御される。燃料ガスバイパスライン２３は、一
端部を燃料ガス分配部８に、他端部を燃焼部７に接続し
ている。そして、燃料ガス分配部８から送出された燃料
ガスを燃焼部７へ送る配管である。
供給管２１は、燃料ガス分配部８に接続している。そし
て、図示しない燃料供給部より燃料ガスを燃料ガス分配
部８へ供給する配管である。燃料ガス分配部８は、燃料
ガス供給管２１と燃料ガスバイパスライン２３と電池用
燃料ガスライン２２−１とに接続している。そして、燃
料ガス供給管２１から供給された燃料ガスを、燃料電池
部２向けとガスタービン部３向け（＝燃焼部７向け）と
に分配し送出する。分配の割合（量）は、制御部１００
により制御される。燃料ガスバイパスライン２３は、一
端部を燃料ガス分配部８に、他端部を燃焼部７に接続し
ている。そして、燃料ガス分配部８から送出された燃料
ガスを燃焼部７へ送る配管である。
【００２３】酸化剤ガス供給管２４は、酸化剤ガス分配
部Ａ９に接続している。そして、図示しない酸化剤供給
部より酸化剤ガスを酸化剤ガス分配部Ａ９へ供給する配
管である。酸化剤ガス分配部Ａ９は、酸化剤ガス供給管
２４と酸化剤ガスバイパスラインＡ２７とタービン用酸
化剤ガスライン２５−１とに接続している。そして、酸
化剤ガス供給管２４から供給された酸化剤ガスを、燃料
電池部２向け（但し、ガスタービン部３が停止中の場
合）とガスタービン部３向けとに分配し送出する。分配
の割合（量）は、制御部１００により制御される。酸化
剤ガスバイパスラインＡ２７は、一端部を酸化剤ガス分
配部Ａ９に、他端部を酸化剤ガス分配部Ｂ１０に接続し
ている。そして、酸化剤ガス分配部Ａ９から送出された
酸化剤ガスを酸化剤ガス分配部Ｂ１０に送る配管であ
る。これは、ガスタービン部３が停止し、且つ燃料電池
部３が稼動中に、燃料電池へ酸化剤ガスを送るための管
である。
部Ａ９に接続している。そして、図示しない酸化剤供給
部より酸化剤ガスを酸化剤ガス分配部Ａ９へ供給する配
管である。酸化剤ガス分配部Ａ９は、酸化剤ガス供給管
２４と酸化剤ガスバイパスラインＡ２７とタービン用酸
化剤ガスライン２５−１とに接続している。そして、酸
化剤ガス供給管２４から供給された酸化剤ガスを、燃料
電池部２向け（但し、ガスタービン部３が停止中の場
合）とガスタービン部３向けとに分配し送出する。分配
の割合（量）は、制御部１００により制御される。酸化
剤ガスバイパスラインＡ２７は、一端部を酸化剤ガス分
配部Ａ９に、他端部を酸化剤ガス分配部Ｂ１０に接続し
ている。そして、酸化剤ガス分配部Ａ９から送出された
酸化剤ガスを酸化剤ガス分配部Ｂ１０に送る配管であ
る。これは、ガスタービン部３が停止し、且つ燃料電池
部３が稼動中に、燃料電池へ酸化剤ガスを送るための管
である。
【００２４】酸化剤ガス分配部Ｂ１０は、酸化剤ガスバ
イパスラインＡ２７とタービン用酸化剤ガスライン２５
−２と電池用酸化剤ガスライン２６−１と酸化剤ガスバ
イパスラインＢ２８とに接続している。そして、ガスタ
ービン部３が稼動中の場合、タービン用酸化剤ガスライ
ン２５−２からの加圧された酸化剤ガスを電池用酸化剤
ガスライン２６−１へ供給し、運転状況に応じて、一部
を燃焼部７へ直接供給する。ガスタービン部３が停止中
であって燃料電池部２が動いている場合、酸化剤ガスバ
イパスラインＡ２７からの酸化剤ガスを電池用酸化剤ガ
スライン２６−１へ供給する。分配の割合（量）は、制
御部１００により制御される。酸化剤ガスバイパスライ
ンＢ２８は、酸化剤ガス分配部Ｂ１０と燃焼部７とに接
続されている。そして、酸化剤ガス分配部Ｂ１０からの
酸化剤ガスを燃焼部７へ送る配管である。
イパスラインＡ２７とタービン用酸化剤ガスライン２５
−２と電池用酸化剤ガスライン２６−１と酸化剤ガスバ
イパスラインＢ２８とに接続している。そして、ガスタ
ービン部３が稼動中の場合、タービン用酸化剤ガスライ
ン２５−２からの加圧された酸化剤ガスを電池用酸化剤
ガスライン２６−１へ供給し、運転状況に応じて、一部
を燃焼部７へ直接供給する。ガスタービン部３が停止中
であって燃料電池部２が動いている場合、酸化剤ガスバ
イパスラインＡ２７からの酸化剤ガスを電池用酸化剤ガ
スライン２６−１へ供給する。分配の割合（量）は、制
御部１００により制御される。酸化剤ガスバイパスライ
ンＢ２８は、酸化剤ガス分配部Ｂ１０と燃焼部７とに接
続されている。そして、酸化剤ガス分配部Ｂ１０からの
酸化剤ガスを燃焼部７へ送る配管である。
【００２５】燃焼部７は、電池用燃料ガスライン２２−
２と、電池用酸化剤ガスライン２６−２と、酸化剤ガス
バイパスラインＢ２８と、燃料ガスバイパスライン２３
とタービン用燃焼ガスライン２９−１と燃焼ガスバイパ
スライン３０とに接続している。燃料電池部２からの使
用済みの燃料ガスである排燃料ガス（電池用燃料ガスラ
イン２２−２経由）、使用済みの酸化剤ガスである排酸
化剤ガス（電池用酸化剤ガスライン２６−２経由）、酸
化剤ガス分配部Ｂ１０からの酸化剤ガス（酸化剤ガスバ
イパスラインＢ２８経由、但し、運転状況に応じて）、
燃料ガス分配部８からの燃料ガス（燃料ガスバイパスラ
イン２３経由、但し、運転状況に応じて）の供給を受け
て、それらを燃焼する燃焼装置である。燃焼により形成
される高温・高圧の燃焼ガスはガスタービン部３（ター
ビン用燃焼ガスライン２９−１経由）へ送出される。ガ
スタービン部３が停止中の場合には、燃焼ガス混合部１
１（燃焼ガスバイパスライン３０経由）へ送出される。
燃焼の制御は、制御部１００により行なわれる。
２と、電池用酸化剤ガスライン２６−２と、酸化剤ガス
バイパスラインＢ２８と、燃料ガスバイパスライン２３
とタービン用燃焼ガスライン２９−１と燃焼ガスバイパ
スライン３０とに接続している。燃料電池部２からの使
用済みの燃料ガスである排燃料ガス（電池用燃料ガスラ
イン２２−２経由）、使用済みの酸化剤ガスである排酸
化剤ガス（電池用酸化剤ガスライン２６−２経由）、酸
化剤ガス分配部Ｂ１０からの酸化剤ガス（酸化剤ガスバ
イパスラインＢ２８経由、但し、運転状況に応じて）、
燃料ガス分配部８からの燃料ガス（燃料ガスバイパスラ
イン２３経由、但し、運転状況に応じて）の供給を受け
て、それらを燃焼する燃焼装置である。燃焼により形成
される高温・高圧の燃焼ガスはガスタービン部３（ター
ビン用燃焼ガスライン２９−１経由）へ送出される。ガ
スタービン部３が停止中の場合には、燃焼ガス混合部１
１（燃焼ガスバイパスライン３０経由）へ送出される。
燃焼の制御は、制御部１００により行なわれる。
【００２６】燃焼ガスバイパスライン３０は、一端部を
燃焼部７に、他端部を燃焼ガス混合部１１とに接続して
いる。そして、燃料電池部２の単独運転時には、燃焼部
７で生成した燃焼ガスを燃焼ガス混合部１１へ送る配管
である。燃焼ガス混合部１１は、燃焼ガスバイパスライ
ン３０とタービン用燃焼ガスライン２９−２とが接続さ
れている。それらから供給された燃焼ガスをまとめて、
燃焼ガスライン３１へ送出する。燃焼ガスライン３１
は、一端部を燃焼ガス混合部１１に接続されている。そ
こから供給された燃焼ガスを外部あるいは他の設備へ送
出するための管である。
燃焼部７に、他端部を燃焼ガス混合部１１とに接続して
いる。そして、燃料電池部２の単独運転時には、燃焼部
７で生成した燃焼ガスを燃焼ガス混合部１１へ送る配管
である。燃焼ガス混合部１１は、燃焼ガスバイパスライ
ン３０とタービン用燃焼ガスライン２９−２とが接続さ
れている。それらから供給された燃焼ガスをまとめて、
燃焼ガスライン３１へ送出する。燃焼ガスライン３１
は、一端部を燃焼ガス混合部１１に接続されている。そ
こから供給された燃焼ガスを外部あるいは他の設備へ送
出するための管である。
【００２７】制御部１００は、発電プラント（本実施例
では、ガスタービン部３）の運転条件（第１の運転条
件）と、燃料電池部２の運転条件（第２の運転条件）と
に基づいて、燃料電池部２とガスタービン部３に供給さ
れる燃料ガス及び酸化剤ガスの量を決定する。そして、
その決定に基づいて燃料ガス分配部８における燃料ガス
の分配の制御を行なう。それと共に、酸化剤ガス分配部
Ｂ１０における高温高圧の酸化剤ガスの分配の制御を行
なう。また、ガスタービン部３の運転条件に基づいて、
燃焼部７の燃焼を制御する。そして、既設のガスタービ
ンの運転と、燃料電池の運転とが、効率良く運転できる
ように制御を行なう。
では、ガスタービン部３）の運転条件（第１の運転条
件）と、燃料電池部２の運転条件（第２の運転条件）と
に基づいて、燃料電池部２とガスタービン部３に供給さ
れる燃料ガス及び酸化剤ガスの量を決定する。そして、
その決定に基づいて燃料ガス分配部８における燃料ガス
の分配の制御を行なう。それと共に、酸化剤ガス分配部
Ｂ１０における高温高圧の酸化剤ガスの分配の制御を行
なう。また、ガスタービン部３の運転条件に基づいて、
燃焼部７の燃焼を制御する。そして、既設のガスタービ
ンの運転と、燃料電池の運転とが、効率良く運転できる
ように制御を行なう。
【００２８】燃料電池部２は、燃料ガス及び酸化剤ガス
により、電気化学作用で発電を行う燃料電池である。溶
融炭酸塩型や固体電解質型の燃料電池である。本実施例
では、固体電解質型である。後述の第２の運転条件によ
り、最適な運転（高効率運転）が可能である。ここで、
燃料電池部２の燃料電池本体４は、電池用燃料ガスライ
ン２２−１を経由して燃料ガスを供給され、且つ電池用
酸化剤ガスライン２６−１経由で酸化剤ガスを供給され
る。そして、燃料電池本体４は、燃料ガス及び酸化剤ガ
スを用いた電気化学反応により発電を行なう。発電後、
使用済みの排燃料ガスを電池用燃料ガスライン２２−２
経由で、使用済みの排酸化剤ガスを電池用酸化剤ガスラ
イン２６−２経由で、それぞれ燃焼部７へ送出する。
により、電気化学作用で発電を行う燃料電池である。溶
融炭酸塩型や固体電解質型の燃料電池である。本実施例
では、固体電解質型である。後述の第２の運転条件によ
り、最適な運転（高効率運転）が可能である。ここで、
燃料電池部２の燃料電池本体４は、電池用燃料ガスライ
ン２２−１を経由して燃料ガスを供給され、且つ電池用
酸化剤ガスライン２６−１経由で酸化剤ガスを供給され
る。そして、燃料電池本体４は、燃料ガス及び酸化剤ガ
スを用いた電気化学反応により発電を行なう。発電後、
使用済みの排燃料ガスを電池用燃料ガスライン２２−２
経由で、使用済みの排酸化剤ガスを電池用酸化剤ガスラ
イン２６−２経由で、それぞれ燃焼部７へ送出する。
【００２９】また、ガスタービン部３は、タービン用酸
化剤ガスライン２５−１から酸化剤ガスを供給される。
そして、コンプレッサ部５−２の回転力により酸化剤ガ
スを圧縮し高圧とし、タービン用酸化剤ガスライン２５
−２へ送出する。また、燃焼部７で生成された高温高圧
の燃焼ガスを、タービン用燃焼ガスライン２９−１経由
で供給され、タービン部５−１が回転する。その回転力
は駆動軸５−３により、発電機６及びコンプレッサ部５
−２へ伝達され、コンプレッサ部５−２が回転し、発電
機６が発電する。タービン部５−１から排出された排燃
焼ガスは、タービン用燃焼ガスライン２９−２経由で燃
焼ガス混合部１１へ送出される。設計時に、最適な運転
条件（あるいは運転範囲：第１の運転条件）が決定され
ており、それに基づいて運転することにより、最適な運
転（高効率運転）が可能である。
化剤ガスライン２５−１から酸化剤ガスを供給される。
そして、コンプレッサ部５−２の回転力により酸化剤ガ
スを圧縮し高圧とし、タービン用酸化剤ガスライン２５
−２へ送出する。また、燃焼部７で生成された高温高圧
の燃焼ガスを、タービン用燃焼ガスライン２９−１経由
で供給され、タービン部５−１が回転する。その回転力
は駆動軸５−３により、発電機６及びコンプレッサ部５
−２へ伝達され、コンプレッサ部５−２が回転し、発電
機６が発電する。タービン部５−１から排出された排燃
焼ガスは、タービン用燃焼ガスライン２９−２経由で燃
焼ガス混合部１１へ送出される。設計時に、最適な運転
条件（あるいは運転範囲：第１の運転条件）が決定され
ており、それに基づいて運転することにより、最適な運
転（高効率運転）が可能である。
【００３０】酸化剤ガスは、酸素を含むガスである。本
実施例では、空気である。燃料ガスは、水素を含むガス
や、ＬＮＧ及びＬＰＧのような炭化水素を含む可燃性の
ガスである。本実施例では、メタンガスである。
実施例では、空気である。燃料ガスは、水素を含むガス
や、ＬＮＧ及びＬＰＧのような炭化水素を含む可燃性の
ガスである。本実施例では、メタンガスである。
【００３１】ここで、本発明おける燃料の制御の考え方
について説明する。本発明においては、ベースとなる発
電プラントに、燃料電池トッピングシステムを追加す
る。本実施例では、図１に示すように、発電（ベース）
プラントとして、ガスタービン（ガスタービンコンバイ
ンドサイクル、ＧＴＣＣのガスタービン）、燃料電池ト
ッピングシステムとして、固体電解質型の燃料電池（以
下、「ＳＯＦＣ」という）を追加する。
について説明する。本発明においては、ベースとなる発
電プラントに、燃料電池トッピングシステムを追加す
る。本実施例では、図１に示すように、発電（ベース）
プラントとして、ガスタービン（ガスタービンコンバイ
ンドサイクル、ＧＴＣＣのガスタービン）、燃料電池ト
ッピングシステムとして、固体電解質型の燃料電池（以
下、「ＳＯＦＣ」という）を追加する。
【００３２】図１を参照して、発電（ベース）プラント
であるガスタービン部３で使用している燃料ガスを、通
常と同量ＳＯＦＣへ投入すると、ＳＯＦＣの出力ＷＳＯ
（Ｗ）の分の熱量が、下流側のガスタービン部３で不足
する。従って、燃料ガス分配部８へ投入する燃料ガスを
増量し、ガスタービン部３において燃料ガスが不足し無
いようにする。ガスタービン部３へ（タービン用燃焼ガ
スライン２９−１経由で）投入する燃料（燃焼ガス）の
単位時間あたりの発熱量をＱ０とすると、燃料ガス分配
部８へ供給される燃料ガスの単位時間あたりの発熱量
は、Ｑ＝Ｑ０＋Ｗ ＳＯ となる。燃料ガスは、全量をＳ
ＯＦＣへ供給しても良いが、ＳＯＦＣの容量が小さく、
充分な燃料ガス流量を確保できない場合を考慮し、ＳＯ
ＦＣで使用しない分の内、必要に応じて適当な量の燃料
ガスを燃料ガスバイパスライン２３により燃焼部７へバ
イパスさせる。そして、排燃料ガス及び排酸化剤ガスの
燃焼の追い焚き燃料として用いる。ＳＯＦＣに供給する
酸化剤ガス（空気）は、ベースプラントであるガスター
ビン部３の燃焼部７投入前の空気である。ＳＯＦＣの最
大容量はベースプラントが供給可能な空気量で定まる。
なお、概数で述べれば、通常のボイラの場合、投入空気
量は理論空気量の１〜１．２倍程度、ガスタービンで
は、２〜２．５倍程度であり、ＳＯＦＣの場合は、現状
の研究用モジュールで６．７倍、実証プラントで３．３
倍程度である。
であるガスタービン部３で使用している燃料ガスを、通
常と同量ＳＯＦＣへ投入すると、ＳＯＦＣの出力ＷＳＯ
（Ｗ）の分の熱量が、下流側のガスタービン部３で不足
する。従って、燃料ガス分配部８へ投入する燃料ガスを
増量し、ガスタービン部３において燃料ガスが不足し無
いようにする。ガスタービン部３へ（タービン用燃焼ガ
スライン２９−１経由で）投入する燃料（燃焼ガス）の
単位時間あたりの発熱量をＱ０とすると、燃料ガス分配
部８へ供給される燃料ガスの単位時間あたりの発熱量
は、Ｑ＝Ｑ０＋Ｗ ＳＯ となる。燃料ガスは、全量をＳ
ＯＦＣへ供給しても良いが、ＳＯＦＣの容量が小さく、
充分な燃料ガス流量を確保できない場合を考慮し、ＳＯ
ＦＣで使用しない分の内、必要に応じて適当な量の燃料
ガスを燃料ガスバイパスライン２３により燃焼部７へバ
イパスさせる。そして、排燃料ガス及び排酸化剤ガスの
燃焼の追い焚き燃料として用いる。ＳＯＦＣに供給する
酸化剤ガス（空気）は、ベースプラントであるガスター
ビン部３の燃焼部７投入前の空気である。ＳＯＦＣの最
大容量はベースプラントが供給可能な空気量で定まる。
なお、概数で述べれば、通常のボイラの場合、投入空気
量は理論空気量の１〜１．２倍程度、ガスタービンで
は、２〜２．５倍程度であり、ＳＯＦＣの場合は、現状
の研究用モジュールで６．７倍、実証プラントで３．３
倍程度である。
【００３３】複合発電システムの効率は、以下の通り計
算される。 発電（ベース）プラントの投入発熱量：Ｑ０（Ｗ） 発電プラントの出力： Ｗ０＝η０Ｑ０ （１） 発電プラントの発電効率 ：η０ 発電プラントの空気比 ：λ０ ＳＯＦＣの出力 ：ＷＳＯ（Ｗ） ＳＯＦＣの単体効率 ：ηＳＯ ＳＯＦＣの空気比 ：λＳＯ ＳＯＦＣの発電プラントに対する出力比： φ＝ＷＳＯ／Ｗ０ （２） プラント全体への投入燃料： Ｑ＝Ｑ０＋ＷＳＯ （３） プラント全体の出力 ：Ｗ０＋ＷＳＯ プラント全体の効率： η＝（Ｗ０＋ＷＳＯ）／（Ｑ０＋ＷＳＯ） ＝η０（１＋φ）／（１＋φη０） （４） 単位燃料発熱量あたりの理論燃焼空気量をｍＡ０（（Ｎ
ｍ３／Ｈｒ）／（Ｗ））とする。 発電プラントの消費空気量 ：λ０ｍＡ０Ｑ０（Ｎｍ３
／Ｈｒ） ＳＯＦＣの消費空気量 ：λＳＯｍＡ０ＷＳＯ（Ｎ
ｍ３／Ｈｒ） ＳＯＦＣの最大出力容量 ：ＷＳＯ，ｍａｘ（Ｗ） ＳＯＦＣの最大出力容量時は、発電プラントの空気量を
全て使用するので、 λ０ｍＡ０Ｑ０＝λＳＯｍＡ０ＷＳＯ，ｍａｘ／ηＳＯ （５） ＳＯＦＣの最大出力比： φｍａｘ＝ＷＳＯ，ｍａｘ／Ｗ０ ＝ηＳＯλ０／η０λＳＯ （６） 従って複合発電システムの最大効率は次式で示される。 プラントの最大効率： ηｍａｘ＝（η０λＳＯ＋ηＳＯλ０）／（λＳＯ＋ηＳＯλ０） （７）
算される。 発電（ベース）プラントの投入発熱量：Ｑ０（Ｗ） 発電プラントの出力： Ｗ０＝η０Ｑ０ （１） 発電プラントの発電効率 ：η０ 発電プラントの空気比 ：λ０ ＳＯＦＣの出力 ：ＷＳＯ（Ｗ） ＳＯＦＣの単体効率 ：ηＳＯ ＳＯＦＣの空気比 ：λＳＯ ＳＯＦＣの発電プラントに対する出力比： φ＝ＷＳＯ／Ｗ０ （２） プラント全体への投入燃料： Ｑ＝Ｑ０＋ＷＳＯ （３） プラント全体の出力 ：Ｗ０＋ＷＳＯ プラント全体の効率： η＝（Ｗ０＋ＷＳＯ）／（Ｑ０＋ＷＳＯ） ＝η０（１＋φ）／（１＋φη０） （４） 単位燃料発熱量あたりの理論燃焼空気量をｍＡ０（（Ｎ
ｍ３／Ｈｒ）／（Ｗ））とする。 発電プラントの消費空気量 ：λ０ｍＡ０Ｑ０（Ｎｍ３
／Ｈｒ） ＳＯＦＣの消費空気量 ：λＳＯｍＡ０ＷＳＯ（Ｎ
ｍ３／Ｈｒ） ＳＯＦＣの最大出力容量 ：ＷＳＯ，ｍａｘ（Ｗ） ＳＯＦＣの最大出力容量時は、発電プラントの空気量を
全て使用するので、 λ０ｍＡ０Ｑ０＝λＳＯｍＡ０ＷＳＯ，ｍａｘ／ηＳＯ （５） ＳＯＦＣの最大出力比： φｍａｘ＝ＷＳＯ，ｍａｘ／Ｗ０ ＝ηＳＯλ０／η０λＳＯ （６） 従って複合発電システムの最大効率は次式で示される。 プラントの最大効率： ηｍａｘ＝（η０λＳＯ＋ηＳＯλ０）／（λＳＯ＋ηＳＯλ０） （７）
【００３４】図２に、以上をまとめて、発電プラントの
発電効率と燃料電池トッピングシステムの追加により得
られる最大発電効率の関係を示す。図２は、縦軸は最大
発電効率ηｍａｘであり、横軸は、Ｂａｓｅ（ベース、
発電）プラントの効率η０である。また、グラフ上の曲
線の内、実線は発電プラントの空気比λ０＝３、破線は
λ０＝２、点線はλ０＝１の場合の曲線である。一点鎖
線はη０＝ηｍａｘ（燃料電池トッピングシステムの追
設無し）を示す。なお、ＳＯＦＣの空気比λＳ Ｏ＝３．
３（実証プラントベース）としている。ボイラの空気比
は概略１程度で、発電効率は４０％程度、ガスタービン
は、２〜３程度で、ＧＴＣＣの発電効率は、現状最大の
５０％として、それぞれプロットしている。ボイラへの
燃料電池トッピングシステムの追設（実施例２）で約９
％、ＧＴＣＣへの追設（実施例１）で、１３〜１７％の
発電効率の向上を図ることが出来る。
発電効率と燃料電池トッピングシステムの追加により得
られる最大発電効率の関係を示す。図２は、縦軸は最大
発電効率ηｍａｘであり、横軸は、Ｂａｓｅ（ベース、
発電）プラントの効率η０である。また、グラフ上の曲
線の内、実線は発電プラントの空気比λ０＝３、破線は
λ０＝２、点線はλ０＝１の場合の曲線である。一点鎖
線はη０＝ηｍａｘ（燃料電池トッピングシステムの追
設無し）を示す。なお、ＳＯＦＣの空気比λＳ Ｏ＝３．
３（実証プラントベース）としている。ボイラの空気比
は概略１程度で、発電効率は４０％程度、ガスタービン
は、２〜３程度で、ＧＴＣＣの発電効率は、現状最大の
５０％として、それぞれプロットしている。ボイラへの
燃料電池トッピングシステムの追設（実施例２）で約９
％、ＧＴＣＣへの追設（実施例１）で、１３〜１７％の
発電効率の向上を図ることが出来る。
【００３５】ＳＯＦＣの運転条件（第２の運転条件）で
のＳＯＦＣの出力（ＷＳＯ）と、発電プラントの運転条
件（第１の運転条件）に必要な投入発熱量（Ｑ０）とか
ら求められる上記式（３）の条件（Ｑ＝Ｑ０＋ＷＳＯ）
を満足する、すなわち、（３）式に基づいて、燃料ガス
の供給あるいは運転を制御する。そうすると、発電プラ
ントのヒートバランスの変化は無く、発電プラントは運
転制御に制限を受けない。すなわち、ＳＯＦＣの運転条
件（第２の運転条件）と、発電プラントの運転条件（第
１の運転条件）とが同時に満足されることになる。そし
て、トッピングＳＯＦＣの追設により既存プラントは出
力の増大及び効率の向上を果たすことが出来る。また、
プラントの発電効率は、ＳＯＦＣの出力が増大するにつ
いれて増加するが、最大値は式（６）で規定される。
のＳＯＦＣの出力（ＷＳＯ）と、発電プラントの運転条
件（第１の運転条件）に必要な投入発熱量（Ｑ０）とか
ら求められる上記式（３）の条件（Ｑ＝Ｑ０＋ＷＳＯ）
を満足する、すなわち、（３）式に基づいて、燃料ガス
の供給あるいは運転を制御する。そうすると、発電プラ
ントのヒートバランスの変化は無く、発電プラントは運
転制御に制限を受けない。すなわち、ＳＯＦＣの運転条
件（第２の運転条件）と、発電プラントの運転条件（第
１の運転条件）とが同時に満足されることになる。そし
て、トッピングＳＯＦＣの追設により既存プラントは出
力の増大及び効率の向上を果たすことが出来る。また、
プラントの発電効率は、ＳＯＦＣの出力が増大するにつ
いれて増加するが、最大値は式（６）で規定される。
【００３６】次に、本発明である複合発電システムの第
１の実施の形態における動作について、図面を参照して
説明する。まず、図１を参照して、起動の動作について
説明する。 １）ガスタービンの起動 燃料ガス： 燃料ガスを、燃料ガス供給管２１経由で燃料ガス分配
部８へ供給する。供給量は、ガスタービンの従来の起動
に際し、初期に供給される燃料ガスの量である。 燃料ガス分配部８において、全ての燃料ガスを燃料ガ
スバイパスライン２３を経由して燃焼部７へ供給するよ
うに設定する。 酸化剤ガス： 一方、酸化剤ガスを、酸化剤ガス供給管２４経由で酸
化剤ガス分配部Ａ９へ供給する。供給量は、ガスタービ
ンの従来の起動に際し、初期に供給される酸化剤ガスの
量である。 酸化剤ガス分配部Ａ９において、すべての酸化剤ガス
を、タービン用酸化剤ガスライン２５−１経由でガスタ
ービン部３のコンプレッサ部９へ供給するように設定す
る。 また、コンプレッサ部９を経由した全ての酸化剤ガス
を、タービン用酸化剤ガスライン２５−２経由で酸化剤
ガス分配部Ｂ１０に送出した後、酸化剤ガス分配部Ｂ１
０において、酸化剤ガスバイパスラインＢ２８を経由し
て燃焼部７へ供給するように設定する。 以上のように、燃料ガス及び酸化剤ガスについて、１０
０％ＳＯＦＣをバイパスさせ、発電プラントであるガス
タービンへ供給するように設定して、ガスタービンを起
動する。１００％のバイパスなので、燃料電池を設置し
ていないのと同じである。よって、ガスタービンの起動
は、ガスタービンの従来の起動動作を踏襲することが出
来る。 ２）ガスタービン起動後のＳＯＦＣの起動 酸化剤ガス分配部Ｂ１０において、ＳＯＦＣをバイパ
スする酸化剤ガスの量（酸化剤ガスバイパスラインＢ２
８を経由する酸化剤ガス）を少しづつ減少すると共に、
ＳＯＦＣへ供給する酸化剤ガス（電池用酸化剤ガスライ
ン２６−１を経由する酸化剤ガス）を徐々に増加させ
る。 それに合わせて、燃料ガス分配部８へ供給する燃料ガ
スの量を少しずつ増加し、増加分をＳＯＦＣへ向けて、
電池用燃料ガスライン２２−１へ送出する。以上のよう
に、ＳＯＦＣの起動は、燃料ガス及び酸化剤ガスを除々
に増加させて行なう。この起動プロセス自体は、従来の
ＳＯＦＣの起動プロセスと同様に行うことが出来る。す
なわち、ガスタービンの運転にほとんど影響を与えるこ
となく、ＳＯＦＣを起動することが出来る。
１の実施の形態における動作について、図面を参照して
説明する。まず、図１を参照して、起動の動作について
説明する。 １）ガスタービンの起動 燃料ガス： 燃料ガスを、燃料ガス供給管２１経由で燃料ガス分配
部８へ供給する。供給量は、ガスタービンの従来の起動
に際し、初期に供給される燃料ガスの量である。 燃料ガス分配部８において、全ての燃料ガスを燃料ガ
スバイパスライン２３を経由して燃焼部７へ供給するよ
うに設定する。 酸化剤ガス： 一方、酸化剤ガスを、酸化剤ガス供給管２４経由で酸
化剤ガス分配部Ａ９へ供給する。供給量は、ガスタービ
ンの従来の起動に際し、初期に供給される酸化剤ガスの
量である。 酸化剤ガス分配部Ａ９において、すべての酸化剤ガス
を、タービン用酸化剤ガスライン２５−１経由でガスタ
ービン部３のコンプレッサ部９へ供給するように設定す
る。 また、コンプレッサ部９を経由した全ての酸化剤ガス
を、タービン用酸化剤ガスライン２５−２経由で酸化剤
ガス分配部Ｂ１０に送出した後、酸化剤ガス分配部Ｂ１
０において、酸化剤ガスバイパスラインＢ２８を経由し
て燃焼部７へ供給するように設定する。 以上のように、燃料ガス及び酸化剤ガスについて、１０
０％ＳＯＦＣをバイパスさせ、発電プラントであるガス
タービンへ供給するように設定して、ガスタービンを起
動する。１００％のバイパスなので、燃料電池を設置し
ていないのと同じである。よって、ガスタービンの起動
は、ガスタービンの従来の起動動作を踏襲することが出
来る。 ２）ガスタービン起動後のＳＯＦＣの起動 酸化剤ガス分配部Ｂ１０において、ＳＯＦＣをバイパ
スする酸化剤ガスの量（酸化剤ガスバイパスラインＢ２
８を経由する酸化剤ガス）を少しづつ減少すると共に、
ＳＯＦＣへ供給する酸化剤ガス（電池用酸化剤ガスライ
ン２６−１を経由する酸化剤ガス）を徐々に増加させ
る。 それに合わせて、燃料ガス分配部８へ供給する燃料ガ
スの量を少しずつ増加し、増加分をＳＯＦＣへ向けて、
電池用燃料ガスライン２２−１へ送出する。以上のよう
に、ＳＯＦＣの起動は、燃料ガス及び酸化剤ガスを除々
に増加させて行なう。この起動プロセス自体は、従来の
ＳＯＦＣの起動プロセスと同様に行うことが出来る。す
なわち、ガスタービンの運転にほとんど影響を与えるこ
となく、ＳＯＦＣを起動することが出来る。
【００３７】３）ＳＯＦＣのみの起動
燃料ガス：
燃料ガスを、燃料ガス供給管２１経由で燃料ガス分配
部８へ供給する。供給量は、燃料電池の従来の起動に際
し、初期に供給される燃料ガスの量である。 燃料ガス分配部８において、全ての燃料ガスを電池用
燃料ガスライン２２−１を経由して燃料電池本体４へ供
給するように設定する。 酸化剤ガス： 一方、酸化剤ガスを、酸化剤ガス供給管２４経由で酸
化剤ガス分配部Ａ９へ供給する。供給量は、燃料電池の
従来の起動に際し、初期に供給される酸化剤ガスの量で
ある。 酸化剤ガス分配部Ａ９において、すべての酸化剤ガス
を、酸化剤ガスバイパスラインＡ２７経由で酸化剤ガス
分配部Ｂ１０へ供給するように設定する。 また、酸化剤ガス分配部Ｂ１０を経由した全ての酸化
剤ガスを、電池用酸化剤ガスライン２６−１経由で燃料
電池本体４へ供給するように設定する。 排燃料ガス及び排酸化剤ガス： 燃焼部７に供給された排燃料ガス及び排酸化剤ガス
は、燃焼後、全て燃焼ガスバイパスライン３０を経由し
て、燃焼ガス混合部１１を介して燃焼ガスライン３１経
由で外部へ排出する。 以上のように、燃料ガス及び酸化剤ガスについて、１０
０％ガスタービンをバイパスさせ、ＳＯＦＣへ供給する
ように設定して、ＳＯＦＣを起動する。１００％のバイ
パスなので、ガスタービンを設置していないのと同じで
ある。よって、ＳＯＦＣの起動は、ＳＯＦＣの従来の起
動動作を踏襲することが出来る。
部８へ供給する。供給量は、燃料電池の従来の起動に際
し、初期に供給される燃料ガスの量である。 燃料ガス分配部８において、全ての燃料ガスを電池用
燃料ガスライン２２−１を経由して燃料電池本体４へ供
給するように設定する。 酸化剤ガス： 一方、酸化剤ガスを、酸化剤ガス供給管２４経由で酸
化剤ガス分配部Ａ９へ供給する。供給量は、燃料電池の
従来の起動に際し、初期に供給される酸化剤ガスの量で
ある。 酸化剤ガス分配部Ａ９において、すべての酸化剤ガス
を、酸化剤ガスバイパスラインＡ２７経由で酸化剤ガス
分配部Ｂ１０へ供給するように設定する。 また、酸化剤ガス分配部Ｂ１０を経由した全ての酸化
剤ガスを、電池用酸化剤ガスライン２６−１経由で燃料
電池本体４へ供給するように設定する。 排燃料ガス及び排酸化剤ガス： 燃焼部７に供給された排燃料ガス及び排酸化剤ガス
は、燃焼後、全て燃焼ガスバイパスライン３０を経由し
て、燃焼ガス混合部１１を介して燃焼ガスライン３１経
由で外部へ排出する。 以上のように、燃料ガス及び酸化剤ガスについて、１０
０％ガスタービンをバイパスさせ、ＳＯＦＣへ供給する
ように設定して、ＳＯＦＣを起動する。１００％のバイ
パスなので、ガスタービンを設置していないのと同じで
ある。よって、ＳＯＦＣの起動は、ＳＯＦＣの従来の起
動動作を踏襲することが出来る。
【００３８】４）ガスタービンとＳＯＦＣの定常運転
上述の式（３）を満足するように、投入燃料ガスを制御
して運転する。すなわち、Ｑ＝Ｑ０＋ＷＳＯにおいて、
ガスタービンの運転についてはＱ０を制御し、燃料電池
の運転についてはＷＳＯを制御する。この制御は、外部
から供給する燃料ガスの量、燃料ガス分配部８での燃料
ガスの分配、外部から供給する酸化剤ガスの量、酸化剤
ガス分配部Ｂ１０での酸化剤ガスの分配などにより行な
われる。そうすることにより、ガスタービンは燃料電池
トッピングシステムを追設していない場合と同様に、運
転の制御に制約を受けず、そのパフォーマンスを十分に
発揮することが出来る。燃料電池についても同様に、運
転の制約を受けず、燃料電池本来の効率を発揮すること
が出来る。
して運転する。すなわち、Ｑ＝Ｑ０＋ＷＳＯにおいて、
ガスタービンの運転についてはＱ０を制御し、燃料電池
の運転についてはＷＳＯを制御する。この制御は、外部
から供給する燃料ガスの量、燃料ガス分配部８での燃料
ガスの分配、外部から供給する酸化剤ガスの量、酸化剤
ガス分配部Ｂ１０での酸化剤ガスの分配などにより行な
われる。そうすることにより、ガスタービンは燃料電池
トッピングシステムを追設していない場合と同様に、運
転の制御に制約を受けず、そのパフォーマンスを十分に
発揮することが出来る。燃料電池についても同様に、運
転の制約を受けず、燃料電池本来の効率を発揮すること
が出来る。
【００３９】なお、停止方法については、起動方法の逆
を行なえば良いので、その説明を省略する。
を行なえば良いので、その説明を省略する。
【００４０】本発明においては、既存のガスタービンに
対して、燃料電池トッピングシステムを導入することに
より、ガスタービンの運転制御に影響を与えることな
く、容易に発電規模及び発電効率を向上させることが可
能となる。燃料電池の単独運転を考慮し無い場合（ガス
タービンの単独運転は考慮）には、図１において、燃料
電池部２及びその周辺機器（燃料ガス分配部８、燃料ガ
スバイパスライン２３、酸化剤ガス分配部Ｂ１０、及び
制御部１００）の新設（追加）、及び、酸化剤ガスバイ
パスラインＢ２８（本来ガスタービンの圧縮機−燃焼部
勘の配管）、燃焼部７（本来ガスタービンの燃焼部）の
改造により、実施可能である。
対して、燃料電池トッピングシステムを導入することに
より、ガスタービンの運転制御に影響を与えることな
く、容易に発電規模及び発電効率を向上させることが可
能となる。燃料電池の単独運転を考慮し無い場合（ガス
タービンの単独運転は考慮）には、図１において、燃料
電池部２及びその周辺機器（燃料ガス分配部８、燃料ガ
スバイパスライン２３、酸化剤ガス分配部Ｂ１０、及び
制御部１００）の新設（追加）、及び、酸化剤ガスバイ
パスラインＢ２８（本来ガスタービンの圧縮機−燃焼部
勘の配管）、燃焼部７（本来ガスタービンの燃焼部）の
改造により、実施可能である。
【００４１】また、図３に示すように、燃焼ガスライン
３１の先に、排熱回収ボイラ４１を設置し、その排燃焼
ガスのエネルギーの有効利用を図ることも可能である。
図３において、排熱回収ボイラシステム４０は、排熱回
収ボイラ４１と、蒸気循環ライン４７−１〜４７−４、
蒸気タービン４２、発電機４３、復水器４４、循環ポン
プ４５、排気塔４６からなる。
３１の先に、排熱回収ボイラ４１を設置し、その排燃焼
ガスのエネルギーの有効利用を図ることも可能である。
図３において、排熱回収ボイラシステム４０は、排熱回
収ボイラ４１と、蒸気循環ライン４７−１〜４７−４、
蒸気タービン４２、発電機４３、復水器４４、循環ポン
プ４５、排気塔４６からなる。
【００４２】燃焼ガスライン３１経由で送出された排燃
焼ガスは、排熱回収ボイラ４１において、水と熱交換し
て水蒸気を発生させる。熱交換後の排燃焼ガスは、排気
塔４６から排気される。排熱回収ボイラで４１で生成し
た蒸気は、蒸気循環ライン４７−１を経由して、蒸気タ
ービン４２へ供給される。蒸気タービン４２は、供給さ
れた蒸気のエネルギーを回転エネルギーとして受け取
る。そして、その回転エネルギーを利用して、発電機４
３を回転させて発電を行なう。蒸気タービン４２を出た
蒸気は、蒸気循環ライン４７−２を介して、復水器４４
にて液体の水となる。その後、循環ポンプ４５により、
蒸気循環ライン４７−３から吸い出され、蒸気循環ライ
ン４７−４を経由して、排熱回収ボイラ４１へ送りこま
れる。
焼ガスは、排熱回収ボイラ４１において、水と熱交換し
て水蒸気を発生させる。熱交換後の排燃焼ガスは、排気
塔４６から排気される。排熱回収ボイラで４１で生成し
た蒸気は、蒸気循環ライン４７−１を経由して、蒸気タ
ービン４２へ供給される。蒸気タービン４２は、供給さ
れた蒸気のエネルギーを回転エネルギーとして受け取
る。そして、その回転エネルギーを利用して、発電機４
３を回転させて発電を行なう。蒸気タービン４２を出た
蒸気は、蒸気循環ライン４７−２を介して、復水器４４
にて液体の水となる。その後、循環ポンプ４５により、
蒸気循環ライン４７−３から吸い出され、蒸気循環ライ
ン４７−４を経由して、排熱回収ボイラ４１へ送りこま
れる。
【００４３】（実施例２）次に、本発明である複合発電
システムの第２の実施の形態について、図面を参照して
説明する。図４には、本発明である複合発電システムの
第２の実施の形態の構成を示す構成図である。本実施例
では、燃料電池トッピングシステムを、火力発電システ
ムに組み合わせる。すなわち、既設の火力発電部５３の
ボイラ部５４及びその関連設備に、新設の燃料電池トッ
ピングシステムとを組み合わせている。
システムの第２の実施の形態について、図面を参照して
説明する。図４には、本発明である複合発電システムの
第２の実施の形態の構成を示す構成図である。本実施例
では、燃料電池トッピングシステムを、火力発電システ
ムに組み合わせる。すなわち、既設の火力発電部５３の
ボイラ部５４及びその関連設備に、新設の燃料電池トッ
ピングシステムとを組み合わせている。
【００４４】図４を参照して、新設の燃料電池トッピン
グシステムは、燃料ガス分配部５５、燃料ガスバイパス
ライン６２、燃料電池部５１、燃料ガス混合部５６、酸
化剤ガス分配部５７、酸化剤ガスバイパスライン６５、
酸化剤ガス混合部５８、より構成されている。また、燃
料電池部５１は、電池用燃料ガスライン６０−１〜６０
−２、燃料電池本体５２、電池用酸化剤ガスライン６１
−１〜６１−２及び制御部１０１を具備する。
グシステムは、燃料ガス分配部５５、燃料ガスバイパス
ライン６２、燃料電池部５１、燃料ガス混合部５６、酸
化剤ガス分配部５７、酸化剤ガスバイパスライン６５、
酸化剤ガス混合部５８、より構成されている。また、燃
料電池部５１は、電池用燃料ガスライン６０−１〜６０
−２、燃料電池本体５２、電池用酸化剤ガスライン６１
−１〜６１−２及び制御部１０１を具備する。
【００４５】一方、既設の火力発電部５３のボイラ部５
４及びその関連設備あるいはそれらを改造したものは、
ガス供給管５９、ボイラ用燃焼ガスライン６３、酸化剤
ガス供給管６４、ボイラ用酸化剤ガスライン６６及び、
火力発電部５３を具備する。そして、火力発電部５３
は、ボイラ部５４を有する。
４及びその関連設備あるいはそれらを改造したものは、
ガス供給管５９、ボイラ用燃焼ガスライン６３、酸化剤
ガス供給管６４、ボイラ用酸化剤ガスライン６６及び、
火力発電部５３を具備する。そして、火力発電部５３
は、ボイラ部５４を有する。
【００４６】燃料ガス供給管５９は、燃料ガス分配部５
５に接続している。そして、図示しない燃料供給部より
燃料ガスを燃料ガス分配部５５へ供給する配管である。
燃料ガス分配部５５は、燃料ガス供給管５９と燃料ガス
バイパスライン６２と電池用燃料ガスライン６０−１と
に接続している。そして、燃料ガス供給管５９から供給
された燃料ガスを、燃料電池部５１向けと火力発電部５
３向け（＝燃焼ガス混合部５６向け）とに分配し送出す
る。分配の割合（量）は、制御部１０１により制御され
る。燃料ガスバイパスライン６２は、一端部を燃料ガス
分配部５５に、他端部を燃焼ガス混合部５６に接続して
いる。そして、燃料ガス分配部５５から送出された燃料
ガスを燃焼ガス混合部５６へ送る配管である。燃料ガス
混合部５６は、燃料ガスバイパスライン６２と、電池用
燃料ガスライン６０−２と、ボイラ用燃焼ガスライン６
３に接続されている。そして、燃料ガス分配部５５と燃
料電池部５１とから供給された燃料ガスを混合し、ボイ
ラ用燃焼ガスライン６３へ送出する。ボイラ用燃焼ガス
ライン６３は、一端部を燃料ガス混合部５６に、他端部
をボイラ部５４に接続されている。そして、燃料ガス混
合部５６からの燃料ガスをボイラ部５４へ供給する。
５に接続している。そして、図示しない燃料供給部より
燃料ガスを燃料ガス分配部５５へ供給する配管である。
燃料ガス分配部５５は、燃料ガス供給管５９と燃料ガス
バイパスライン６２と電池用燃料ガスライン６０−１と
に接続している。そして、燃料ガス供給管５９から供給
された燃料ガスを、燃料電池部５１向けと火力発電部５
３向け（＝燃焼ガス混合部５６向け）とに分配し送出す
る。分配の割合（量）は、制御部１０１により制御され
る。燃料ガスバイパスライン６２は、一端部を燃料ガス
分配部５５に、他端部を燃焼ガス混合部５６に接続して
いる。そして、燃料ガス分配部５５から送出された燃料
ガスを燃焼ガス混合部５６へ送る配管である。燃料ガス
混合部５６は、燃料ガスバイパスライン６２と、電池用
燃料ガスライン６０−２と、ボイラ用燃焼ガスライン６
３に接続されている。そして、燃料ガス分配部５５と燃
料電池部５１とから供給された燃料ガスを混合し、ボイ
ラ用燃焼ガスライン６３へ送出する。ボイラ用燃焼ガス
ライン６３は、一端部を燃料ガス混合部５６に、他端部
をボイラ部５４に接続されている。そして、燃料ガス混
合部５６からの燃料ガスをボイラ部５４へ供給する。
【００４７】酸化剤ガス供給管６４は、酸化剤ガス分配
部５７に接続している。そして、図示しない酸化剤供給
部より酸化剤ガスを酸化剤ガス分配部５７へ供給する配
管である。酸化剤ガス分配部５７は、酸化剤ガス供給管
６４と酸化剤ガスバイパスライン６５と電池用酸化剤ガ
スライン６１−１とに接続している。そして、酸化剤ガ
ス供給管６４から供給された酸化剤ガスを、燃料電池部
５１向けと火力発電部５３向けとに分配し送出する。分
配の割合（量）は、制御部１０１により制御される。酸
化剤ガスバイパスライン６５は、一端部を酸化剤ガス分
配部５７に、他端部を酸化剤ガス混合部５８に接続して
いる。そして、酸化剤ガス分配部５７から送出された酸
化剤ガスを酸化剤ガス混合部５８に送る配管である。こ
れは、燃料電池部５１が停止し、且つ火力発電部５３が
稼動中に、ボイラ部５４へ酸化剤ガスを送るための管で
ある。酸化剤ガス混合部５８は、酸化剤ガスバイパスラ
イン６５と電池用酸化剤ガスライン６１−２とボイラ用
酸化剤ガスライン６６とに接続している。そして、火力
発電部５３が稼動中の場合、酸化剤ガスバイパスライン
６５及び／又は電池用酸化剤ガスライン６１−２からの
酸化剤ガスをボイラ用酸化剤ガスライン６６へ供給す
る。ボイラ用酸化剤ガスライン６６は、一端部を酸化剤
ガス混合部５８に、他端部をボイラ部５４に接続してい
る。酸化剤ガス混合部５８からの酸化剤ガスを、ボイラ
部５４へ供給する。
部５７に接続している。そして、図示しない酸化剤供給
部より酸化剤ガスを酸化剤ガス分配部５７へ供給する配
管である。酸化剤ガス分配部５７は、酸化剤ガス供給管
６４と酸化剤ガスバイパスライン６５と電池用酸化剤ガ
スライン６１−１とに接続している。そして、酸化剤ガ
ス供給管６４から供給された酸化剤ガスを、燃料電池部
５１向けと火力発電部５３向けとに分配し送出する。分
配の割合（量）は、制御部１０１により制御される。酸
化剤ガスバイパスライン６５は、一端部を酸化剤ガス分
配部５７に、他端部を酸化剤ガス混合部５８に接続して
いる。そして、酸化剤ガス分配部５７から送出された酸
化剤ガスを酸化剤ガス混合部５８に送る配管である。こ
れは、燃料電池部５１が停止し、且つ火力発電部５３が
稼動中に、ボイラ部５４へ酸化剤ガスを送るための管で
ある。酸化剤ガス混合部５８は、酸化剤ガスバイパスラ
イン６５と電池用酸化剤ガスライン６１−２とボイラ用
酸化剤ガスライン６６とに接続している。そして、火力
発電部５３が稼動中の場合、酸化剤ガスバイパスライン
６５及び／又は電池用酸化剤ガスライン６１−２からの
酸化剤ガスをボイラ用酸化剤ガスライン６６へ供給す
る。ボイラ用酸化剤ガスライン６６は、一端部を酸化剤
ガス混合部５８に、他端部をボイラ部５４に接続してい
る。酸化剤ガス混合部５８からの酸化剤ガスを、ボイラ
部５４へ供給する。
【００４８】燃料電池部５１は、燃料ガス及び酸化剤ガ
スにより、電気化学作用で発電を行う燃料電池である。
溶融炭酸塩型や固体電解質型の燃料電池である。本実施
例では、固体電解質型である。実施例１で説明した第２
の運転条件（式（３））により、最適な運転（高効率運
転）が可能である。燃料電池部５１の燃料電池本体５２
は、電池用燃料ガスライン６０−１を経由して燃料ガス
を供給され、且つ電池用酸化剤ガスライン６１−１経由
で酸化剤ガスを供給される。そして、燃料電池本体５２
は、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いた電気化学反応によ
り発電を行なう。発電後、使用済みの排燃料ガスを電池
用燃料ガスライン６０−２経由で燃料ガス混合部５６
へ、使用済みの排酸化剤ガスを電池用酸化剤ガスライン
６１−２経由で酸化剤ガス混合部５８へ、それぞれ送出
する。設計時に、最適な運転条件（あるいは運転範囲：
第１の運転条件）が決定されており、それに基づいて運
転することにより、最適な運転（高効率運転）が可能で
ある。
スにより、電気化学作用で発電を行う燃料電池である。
溶融炭酸塩型や固体電解質型の燃料電池である。本実施
例では、固体電解質型である。実施例１で説明した第２
の運転条件（式（３））により、最適な運転（高効率運
転）が可能である。燃料電池部５１の燃料電池本体５２
は、電池用燃料ガスライン６０−１を経由して燃料ガス
を供給され、且つ電池用酸化剤ガスライン６１−１経由
で酸化剤ガスを供給される。そして、燃料電池本体５２
は、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いた電気化学反応によ
り発電を行なう。発電後、使用済みの排燃料ガスを電池
用燃料ガスライン６０−２経由で燃料ガス混合部５６
へ、使用済みの排酸化剤ガスを電池用酸化剤ガスライン
６１−２経由で酸化剤ガス混合部５８へ、それぞれ送出
する。設計時に、最適な運転条件（あるいは運転範囲：
第１の運転条件）が決定されており、それに基づいて運
転することにより、最適な運転（高効率運転）が可能で
ある。
【００４９】火力発電部５３は、蒸気により蒸気タービ
ンを回転させて発電機を回転し、発電する発電施設であ
る。図４においては、そのうちのボイラ部５４のみを示
している。ボイラ部５４は、火力発電の蒸気タービンを
回転させるための蒸気を生成する施設である。図中で
は、ボイラの外形のみを示している。
ンを回転させて発電機を回転し、発電する発電施設であ
る。図４においては、そのうちのボイラ部５４のみを示
している。ボイラ部５４は、火力発電の蒸気タービンを
回転させるための蒸気を生成する施設である。図中で
は、ボイラの外形のみを示している。
【００５０】制御部１０１は、発電プラント（本実施例
では、火力発電部５３のボイラ部５４）の運転条件（第
１の運転条件）と、燃料電池部５１の運転条件（第２の
運転条件）とに基づいて、燃料電池部５１と火力発電部
５３のボイラ部５４に供給される燃料ガス及び酸化剤ガ
スの量を決定する。そして、その決定に基づいて燃料ガ
ス分配部５５における燃料ガスの分配の制御を行なう。
それと共に、酸化剤ガス分配部５７における酸化剤ガス
の分配の制御を行なう。そして、既設のボイラの運転
と、燃料電池の運転とが、効率良く運転できるように制
御を行なう。
では、火力発電部５３のボイラ部５４）の運転条件（第
１の運転条件）と、燃料電池部５１の運転条件（第２の
運転条件）とに基づいて、燃料電池部５１と火力発電部
５３のボイラ部５４に供給される燃料ガス及び酸化剤ガ
スの量を決定する。そして、その決定に基づいて燃料ガ
ス分配部５５における燃料ガスの分配の制御を行なう。
それと共に、酸化剤ガス分配部５７における酸化剤ガス
の分配の制御を行なう。そして、既設のボイラの運転
と、燃料電池の運転とが、効率良く運転できるように制
御を行なう。
【００５１】本発明においては、ベースとなる発電プラ
ントに、燃料電池トッピングシステムを追加する。本実
施例では、図４に示すように、発電（ベース）プラント
として、ボイラ（火力発電部５３の蒸気タービンを駆動
する蒸気を生成するためのボイラ）、燃料電池トッピン
グシステムとして、ＳＯＦＣを追加する。発電（ベー
ス）プラントであるボイラ部５４で使用している燃料ガ
スを、通常と同量ＳＯＦＣへ投入すると、ＳＯＦＣの出
力ＷＳＯ（Ｗ）の分の熱量が、下流側のボイラ部５４で
不足する。従って、燃料ガス分配部５５へ投入する燃料
ガスを増量し、ボイラ部５４において燃料ガスが不足し
無いようにする。ボイラ部５４へ（ボイラ用燃焼ガスラ
イン６３経由で）投入する燃料（燃焼ガス）の単位時間
あたりの発熱量をＱ０とすると、燃料ガス分配部５５へ
供給される燃料ガスの単位時間あたりの発熱量は、Ｑ＝
Ｑ０＋ＷＳＯ となる。燃料ガスは、全量をＳＯＦＣへ
供給しても良いが、ＳＯＦＣの容量が小さく、充分な燃
料ガス流量を確保できない場合を考慮し、ＳＯＦＣで使
用しない分の内、必要に応じて適当な量を燃料ガスを燃
料ガスバイパスライン６２により燃料ガス混合部５６へ
バイパスさせる。そして、ボイラ部５４の燃焼用の燃料
ガスとして用いる。ＳＯＦＣに供給する酸化剤ガス（空
気）は、ベースプラントのボイラ部５４へ投入前の空気
である。ＳＯＦＣの最大容量はベースプラントが供給可
能な空気量で定まる。なお、概数で述べれば、通常のボ
イラの場合、投入空気量は理論空気量の１〜１．２倍程
度であり、ＳＯＦＣの場合は、現状の研究用モジュール
で６．７倍、実証プラントで３．３倍程度である。
ントに、燃料電池トッピングシステムを追加する。本実
施例では、図４に示すように、発電（ベース）プラント
として、ボイラ（火力発電部５３の蒸気タービンを駆動
する蒸気を生成するためのボイラ）、燃料電池トッピン
グシステムとして、ＳＯＦＣを追加する。発電（ベー
ス）プラントであるボイラ部５４で使用している燃料ガ
スを、通常と同量ＳＯＦＣへ投入すると、ＳＯＦＣの出
力ＷＳＯ（Ｗ）の分の熱量が、下流側のボイラ部５４で
不足する。従って、燃料ガス分配部５５へ投入する燃料
ガスを増量し、ボイラ部５４において燃料ガスが不足し
無いようにする。ボイラ部５４へ（ボイラ用燃焼ガスラ
イン６３経由で）投入する燃料（燃焼ガス）の単位時間
あたりの発熱量をＱ０とすると、燃料ガス分配部５５へ
供給される燃料ガスの単位時間あたりの発熱量は、Ｑ＝
Ｑ０＋ＷＳＯ となる。燃料ガスは、全量をＳＯＦＣへ
供給しても良いが、ＳＯＦＣの容量が小さく、充分な燃
料ガス流量を確保できない場合を考慮し、ＳＯＦＣで使
用しない分の内、必要に応じて適当な量を燃料ガスを燃
料ガスバイパスライン６２により燃料ガス混合部５６へ
バイパスさせる。そして、ボイラ部５４の燃焼用の燃料
ガスとして用いる。ＳＯＦＣに供給する酸化剤ガス（空
気）は、ベースプラントのボイラ部５４へ投入前の空気
である。ＳＯＦＣの最大容量はベースプラントが供給可
能な空気量で定まる。なお、概数で述べれば、通常のボ
イラの場合、投入空気量は理論空気量の１〜１．２倍程
度であり、ＳＯＦＣの場合は、現状の研究用モジュール
で６．７倍、実証プラントで３．３倍程度である。
【００５２】複合発電システムの効率は、実施例１と同
様であるので、その説明を省略する。
様であるので、その説明を省略する。
【００５３】図２のグラフ及び、既述の図２の説明で示
したように、ＳＯＦＣの空気比λＳ Ｏ＝３．３（実証プ
ラントベース）の場合、ボイラ（空気比は概略１程度
で、発電効率は４０％程度）への燃料電池トッピングシ
ステムの追設で約９％の発電効率の向上を図ることが出
来る。
したように、ＳＯＦＣの空気比λＳ Ｏ＝３．３（実証プ
ラントベース）の場合、ボイラ（空気比は概略１程度
で、発電効率は４０％程度）への燃料電池トッピングシ
ステムの追設で約９％の発電効率の向上を図ることが出
来る。
【００５４】ＳＯＦＣが、上記式（３）の条件を満足す
れば、ベースプラントのヒートバランスの変化は無く、
ベースプラントは運転制御に制限を受けず、トッピング
ＳＯＦＣの追設により既存プラントは出力の増大及び効
率の向上を果たすことが出来る。また、プラントの発電
効率は、ＳＯＦＣの出力が増大するについれて増加する
が、最大値は式（６）で規定される。
れば、ベースプラントのヒートバランスの変化は無く、
ベースプラントは運転制御に制限を受けず、トッピング
ＳＯＦＣの追設により既存プラントは出力の増大及び効
率の向上を果たすことが出来る。また、プラントの発電
効率は、ＳＯＦＣの出力が増大するについれて増加する
が、最大値は式（６）で規定される。
【００５５】次に、本発明である複合発電システムの第
２の実施の形態の動作について、図面を参照して説明す
る。まず、起動の動作について説明する。 １）火力発電部（ボイラ部）の起動 燃料ガス： 燃料ガスを、燃料ガス供給管５９経由で燃料ガス分配
部５５へ供給する。供給量は、ボイラ部５４の従来の起
動に際し、初期に供給される燃料ガスの量である。 全ての燃料ガスを、燃料ガス分配部５５、燃料ガスバ
イパスライン６２、燃料ガス混合部５６及びボイラ用燃
焼ガスライン６３経由でボイラ部５４へ供給するように
設定する。 酸化剤ガス： 一方、酸化剤ガスを、酸化剤ガス供給管６４経由で酸
化剤ガス分配部５７へ供給する。供給量は、ボイラ部５
４の従来の起動に際し、初期に供給される酸化剤ガスの
量である。 全ての酸化剤ガスを、酸化剤ガス分配部５７、酸化剤
ガスバイパスライン６５、酸化剤ガス混合部５８及びボ
イラ用用酸化剤ガスライン６６経由でボイラ部５４へ供
給するように設定する。 以上のように、燃料ガス及び酸化剤ガスについて、１０
０％ＳＯＦＣをバイパスさせ、ベースプラントであるボ
イラ部５４へ供給するように設定して、ボイラ部５４を
起動する。１００％のバイパスなので、燃料電池を設置
していないのと同じである。よって、ボイラ部５４の起
動は、従来の起動動作を踏襲することが出来る。 ２）ボイラ部５４を起動後のＳＯＦＣの起動 酸化剤ガス分配部５７において、ＳＯＦＣをバイパス
する酸化剤ガスの量（酸化剤ガスバイパスライン６５を
経由する酸化剤ガス）を少しづつ減少すると共に、ＳＯ
ＦＣへ供給する酸化剤ガス（電池用酸化剤ガスライン６
１−１を経由する酸化剤ガス）を徐々に増加させる。 それに合わせて、燃料ガス分配部５５へ供給する燃料
ガスの量を少しずつ増加し、増加分をＳＯＦＣへ向け
て、電池用燃料ガスライン６０−１へ送出する。この時
の燃料は、以上のように、ＳＯＦＣの起動は、燃料ガス
及び酸化剤ガスを除々に増加させて行なう。この起動プ
ロセス自体は、従来のＳＯＦＣの起動プロセスと同様に
行うことが出来る。すなわち、ボイラ部５４の運転にほ
とんど影響を与えることなく、ＳＯＦＣを起動すること
が出来る。
２の実施の形態の動作について、図面を参照して説明す
る。まず、起動の動作について説明する。 １）火力発電部（ボイラ部）の起動 燃料ガス： 燃料ガスを、燃料ガス供給管５９経由で燃料ガス分配
部５５へ供給する。供給量は、ボイラ部５４の従来の起
動に際し、初期に供給される燃料ガスの量である。 全ての燃料ガスを、燃料ガス分配部５５、燃料ガスバ
イパスライン６２、燃料ガス混合部５６及びボイラ用燃
焼ガスライン６３経由でボイラ部５４へ供給するように
設定する。 酸化剤ガス： 一方、酸化剤ガスを、酸化剤ガス供給管６４経由で酸
化剤ガス分配部５７へ供給する。供給量は、ボイラ部５
４の従来の起動に際し、初期に供給される酸化剤ガスの
量である。 全ての酸化剤ガスを、酸化剤ガス分配部５７、酸化剤
ガスバイパスライン６５、酸化剤ガス混合部５８及びボ
イラ用用酸化剤ガスライン６６経由でボイラ部５４へ供
給するように設定する。 以上のように、燃料ガス及び酸化剤ガスについて、１０
０％ＳＯＦＣをバイパスさせ、ベースプラントであるボ
イラ部５４へ供給するように設定して、ボイラ部５４を
起動する。１００％のバイパスなので、燃料電池を設置
していないのと同じである。よって、ボイラ部５４の起
動は、従来の起動動作を踏襲することが出来る。 ２）ボイラ部５４を起動後のＳＯＦＣの起動 酸化剤ガス分配部５７において、ＳＯＦＣをバイパス
する酸化剤ガスの量（酸化剤ガスバイパスライン６５を
経由する酸化剤ガス）を少しづつ減少すると共に、ＳＯ
ＦＣへ供給する酸化剤ガス（電池用酸化剤ガスライン６
１−１を経由する酸化剤ガス）を徐々に増加させる。 それに合わせて、燃料ガス分配部５５へ供給する燃料
ガスの量を少しずつ増加し、増加分をＳＯＦＣへ向け
て、電池用燃料ガスライン６０−１へ送出する。この時
の燃料は、以上のように、ＳＯＦＣの起動は、燃料ガス
及び酸化剤ガスを除々に増加させて行なう。この起動プ
ロセス自体は、従来のＳＯＦＣの起動プロセスと同様に
行うことが出来る。すなわち、ボイラ部５４の運転にほ
とんど影響を与えることなく、ＳＯＦＣを起動すること
が出来る。
【００５６】３）ＳＯＦＣのみの起動
燃料ガス：
燃料ガスを、燃料ガス供給管５９経由で燃料ガス分配
部５５へ供給する。供給量は、燃料電池の従来の起動に
際し、初期に供給される燃料ガスの量である。 燃料ガス分配部５５において、全ての燃料ガスを電池
用燃料ガスライン６０−１を経由して燃料電池本体５２
へ供給するように設定する。 酸化剤ガス： 一方、酸化剤ガスを、酸化剤ガス供給管６４経由で酸
化剤ガス分配部５７へ供給する。供給量は、燃料電池の
従来の起動に際し、初期に供給される酸化剤ガスの量で
ある。 酸化剤ガス分配部５７において、すべての酸化剤ガス
を、電池用酸化剤ガスライン６１−１経由で燃料電池本
体５２へ供給するように設定する。 排燃料ガス及び排酸化剤ガス： 燃料電池本体５２で使用された排燃料ガス及び排酸化
剤ガスは、それぞれ電池用燃料ガスライン６０−２及び
電池用酸化剤ガスライン６１−２を経由して、燃料電池
本体５２から排出される。図４中には示していないが、
電池用燃料ガスライン６０−２及び電池用酸化剤ガスラ
イン６１−２の途中に外部へ排燃料ガス及び排酸化剤ガ
スを排出するラインを設けておく。そうすることによ
り、そのラインを経由して、全ての排燃料ガス及び排酸
化剤ガスを外部へ排出できる。 以上のように、燃料ガス及び酸化剤ガスについて、１０
０％ボイラ部５４に供給されないして、ＳＯＦＣへ供給
するように設定して、ＳＯＦＣを起動する。この場合、
ボイラ部５４を設置していないのと同じである。よっ
て、ＳＯＦＣの起動は、ＳＯＦＣの従来の起動動作を踏
襲することが出来る。
部５５へ供給する。供給量は、燃料電池の従来の起動に
際し、初期に供給される燃料ガスの量である。 燃料ガス分配部５５において、全ての燃料ガスを電池
用燃料ガスライン６０−１を経由して燃料電池本体５２
へ供給するように設定する。 酸化剤ガス： 一方、酸化剤ガスを、酸化剤ガス供給管６４経由で酸
化剤ガス分配部５７へ供給する。供給量は、燃料電池の
従来の起動に際し、初期に供給される酸化剤ガスの量で
ある。 酸化剤ガス分配部５７において、すべての酸化剤ガス
を、電池用酸化剤ガスライン６１−１経由で燃料電池本
体５２へ供給するように設定する。 排燃料ガス及び排酸化剤ガス： 燃料電池本体５２で使用された排燃料ガス及び排酸化
剤ガスは、それぞれ電池用燃料ガスライン６０−２及び
電池用酸化剤ガスライン６１−２を経由して、燃料電池
本体５２から排出される。図４中には示していないが、
電池用燃料ガスライン６０−２及び電池用酸化剤ガスラ
イン６１−２の途中に外部へ排燃料ガス及び排酸化剤ガ
スを排出するラインを設けておく。そうすることによ
り、そのラインを経由して、全ての排燃料ガス及び排酸
化剤ガスを外部へ排出できる。 以上のように、燃料ガス及び酸化剤ガスについて、１０
０％ボイラ部５４に供給されないして、ＳＯＦＣへ供給
するように設定して、ＳＯＦＣを起動する。この場合、
ボイラ部５４を設置していないのと同じである。よっ
て、ＳＯＦＣの起動は、ＳＯＦＣの従来の起動動作を踏
襲することが出来る。
【００５７】４）ガスタービンとＳＯＦＣの定常運転
上述（実施例１）の式（３）を満足するように、投入燃
料ガスを制御して運転する。すなわち、Ｑ＝Ｑ０＋Ｗ
ＳＯにおいて、ボイラ部５４の運転についてはＱ ０を制
御し、燃料電池の運転についてはＷＳＯを制御する。こ
の制御は、外部から供給する燃料ガスの量、燃料ガス分
配部５５での燃料ガスの分配、外部から供給する酸化剤
ガスの量、酸化剤ガス分配部５７での酸化剤ガスの分配
などにより行なわれる。そうすることにより、ボイラ部
５４すなわち火力発電部５３は燃料電池トッピングシス
テムを追設していない場合と同様に、運転の制御に制約
を受けず、そのパフォーマンスを十分に発揮することが
出来る。燃料電池についても同様に、運転の制約を受け
ず、燃料電池本来の効率を発揮することが出来る。
料ガスを制御して運転する。すなわち、Ｑ＝Ｑ０＋Ｗ
ＳＯにおいて、ボイラ部５４の運転についてはＱ ０を制
御し、燃料電池の運転についてはＷＳＯを制御する。こ
の制御は、外部から供給する燃料ガスの量、燃料ガス分
配部５５での燃料ガスの分配、外部から供給する酸化剤
ガスの量、酸化剤ガス分配部５７での酸化剤ガスの分配
などにより行なわれる。そうすることにより、ボイラ部
５４すなわち火力発電部５３は燃料電池トッピングシス
テムを追設していない場合と同様に、運転の制御に制約
を受けず、そのパフォーマンスを十分に発揮することが
出来る。燃料電池についても同様に、運転の制約を受け
ず、燃料電池本来の効率を発揮することが出来る。
【００５８】なお、停止方法については、起動方法の逆
を行なえば良いので、その説明を省略する。
を行なえば良いので、その説明を省略する。
【００５９】本発明においては、既存のガスタービンに
対して、燃料電池トッピングシステムを導入することに
より、ガスタービンの運転制御に影響を与えることな
く、容易に発電規模及び発電効率を向上させることが可
能となる。燃料電池の単独運転を考慮し無い場合（火力
発電部の単独運転は考慮）には、図４において、燃料電
池２及びその周辺機器（燃料ガス分配部５５、燃料ガス
バイパスライン６２、酸化剤ガス分配部５７、酸化剤ガ
スバイパスライン６５、ボイラ用酸化剤ガスライン６
６、燃料ガス混合部５６、酸化剤ガス混合部５８及び制
御部１００）の追加により、実施可能である。
対して、燃料電池トッピングシステムを導入することに
より、ガスタービンの運転制御に影響を与えることな
く、容易に発電規模及び発電効率を向上させることが可
能となる。燃料電池の単独運転を考慮し無い場合（火力
発電部の単独運転は考慮）には、図４において、燃料電
池２及びその周辺機器（燃料ガス分配部５５、燃料ガス
バイパスライン６２、酸化剤ガス分配部５７、酸化剤ガ
スバイパスライン６５、ボイラ用酸化剤ガスライン６
６、燃料ガス混合部５６、酸化剤ガス混合部５８及び制
御部１００）の追加により、実施可能である。
【００６０】
【発明の効果】発明により、既存の発電プラントをその
まま利用して、且つ燃料電池との複合発電システムを構
成し、発電プラントの効率を向上させることが可能とな
る。
まま利用して、且つ燃料電池との複合発電システムを構
成し、発電プラントの効率を向上させることが可能とな
る。
【図１】本発明である複合発電システムの第１の実施の
形態の構成を示す図である。
形態の構成を示す図である。
【図２】本発明である複合発電システムにおけるベース
プラントの効率と燃料電池トッピングシステムを追設し
た場合の最大効率との関係を示すグラフである。
プラントの効率と燃料電池トッピングシステムを追設し
た場合の最大効率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明である複合発電システムの第１の実施の
形態の他の構成を示す図である。
形態の他の構成を示す図である。
【図４】本発明である複合発電システムの第２の実施の
形態の構成を示す図である。
形態の構成を示す図である。
２ 燃料電池部
３ ガスタービン部
４ 燃料電池本体
５ ガスタービン本体
５−１ タービン部
５−２ コンプレッサ部
５−３ 駆動軸
６ 発電機
７ 燃焼部
８ 燃料ガス分配部
９ 酸化剤ガス分配部Ａ
１０ 酸化剤ガス分配部Ｂ
１１ 燃焼ガス混合部
２１ 燃料ガス供給管
２２−１ 電池用燃料ガスライン
２２−２ 電池用燃料ガスライン
２３ 燃料ガスバイパスライン
２４ 酸化剤ガス供給管
２５−１ タービン用酸化剤ガスライン
２５−２ タービン用酸化剤ガスライン
２６−１ 電池用酸化剤ガスライン
２６−２ 電池用酸化剤ガスライン
２７ 酸化剤ガスバイパスラインＡ
２８ 酸化剤ガスバイパスラインＢ
２９−１ タービン用燃焼ガスライン
２９−２ タービン用燃焼ガスライン
３０ 燃焼ガスバイパスライン
３１ 燃焼ガスライン
４０ 排熱回収ボイラシステム
４１ 排熱回収ボイラ
４２ 蒸気タービン
４３ 発電機
４４ 復水器
４５ 循環ポンプ
４６ 排気塔
４７−１ 蒸気循環ライン
４７−２ 蒸気循環ライン
４７−３ 蒸気循環ライン
４７−４ 蒸気循環ライン
５１ 燃料電池部
５２ 燃料電池本体
５３ 火力発電部５３
５４ ボイラ部５４
５５ 燃料ガス分配部
５６ 燃料ガス混合部
５７ 酸化剤ガス分配部
５８ 酸化剤ガス混合部
５９ 燃料ガス供給管
６０−１ 電池用燃料ガスライン
６０−２ 電池用燃料ガスライン
６１−１ 電池用酸化剤ガスライン
６１−２ 電池用酸化剤ガスライン
６２ 燃料ガスバイパスライン
６３ ボイラ用燃焼ガスライン
６４ 酸化剤ガス供給管
６５ 酸化剤ガスバイパスライン
６６ ボイラ用酸化剤ガスライン
１００ 制御部
１０１ 制御部
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｚ
8/12 8/12
(72)発明者 佃 洋
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 橋本 彰
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 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 永田 勝巳
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
Ｆターム(参考） 3G081 BA11 BA20 BB00 BC07 BD00
DA21 DA30
5H026 AA02 AA06
5H027 AA02 AA06 BA09 DD02 MM03
MM08
Claims (6)
- 【請求項１】予め決められた第１の運転条件に最適化さ
れていて、供給される燃料ガスを用いて発電する既設の
発電プラントと、 前記第１の運転条件に影響を与えることなく運転可能
で、また予め決められた第２の運転条件で最適化されて
いて、供給される燃料ガスを用いて発電し、残余の燃料
ガスを前記既設の発電プラントに供給する新設の燃料電
池を含む燃料電池部と、 前記燃料電池部と前記発電プラントに燃料ガスを供給可
能な燃料ガス分配部と、 前記第１の運転条件と前記第２の運転条件とに基づいて
前記燃料電池部と前記発電プラントに供給される前記燃
料ガスの量を決定し、その決定に基づいて前記燃料ガス
分配部を制御する制御部とを具備する複合発電システ
ム。 - 【請求項２】前記燃料電池部と前記発電プラントに酸化
剤ガスを供給可能な酸化剤ガス分配部を更に具備し、 前記制御部は、前記第１の運転条件と前記第２の運転条
件とに基づいて前記燃料電池部と前記発電プラントに供
給される前記酸化剤ガスの量を決定し、その決定に基づ
いて前記酸化剤ガス分配部を制御する請求項１に記載の
複合発電システム。 - 【請求項３】前記発電プラントは、ガスタービンを具備
する、 請求項１又は２に記載の複合発電システム。 - 【請求項４】前記発電プラントは、更に、排熱回収ボイ
ラを具備する、 請求項３に記載の複合発電システム。 - 【請求項５】前記発電プラントは、ボイラを具備する、 請求項１又は２に記載の複合発電システム。
- 【請求項６】前記燃料電池は、固定電解質型燃料電池で
ある、 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の複合発電システ
ム。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001220492A JP5166660B2 (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 複合発電システム |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001220492A JP5166660B2 (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 複合発電システム |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012208864A Division JP5536165B2 (ja) | 2012-09-21 | 2012-09-21 | 複合発電システム |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003036872A true JP2003036872A (ja) | 2003-02-07 |
| JP5166660B2 JP5166660B2 (ja) | 2013-03-21 |
Family
ID=19054304
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001220492A Expired - Lifetime JP5166660B2 (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 複合発電システム |
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-
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- 2001-07-19 JP JP2001220492A patent/JP5166660B2/ja not_active Expired - Lifetime
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