JP2016171001A - Fuel battery hybrid power generation system and operation method for the same - Google Patents

Fuel battery hybrid power generation system and operation method for the same Download PDF

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希 石河
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery hybrid power generation system that is excellent in economical efficiency and can achieve stable combustion.SOLUTION: A combustor 12 is supplied with exhaust compressed air as compressed air after chemical reaction from a fuel battery 31, and also with second compressed fuel gas generated by compressing fuel gas, and combusts the second compressed fuel gas with oxygen contained in the exhaust compressed air to generate first combustion gas. A gas turbine 13 is driven by the first combustion gas supplied from the combustor 12. A second combustor 14 is supplied with exhaust combustion gas as combustion gas exhausted from the gas turbine 13, and also with unburned fuel gas as compressed fuel gas after chemical reaction from a fuel battery, and combusts the unburned fuel gas with oxygen contained in the exhaust combustion gas to generate second combustion gas. The gas turbine 15 is driven by the second combustion gas supplied from the combustor 14.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池複合発電システム、およびその運転方法に関する。   The present invention relates to a combined fuel cell power generation system and an operation method thereof.

ガスタービン発電システムは、一般的に、空気圧縮機と、燃焼器と、ガスタービンと、を備える。ガスタービン発電システムでは、外気が空気圧縮機にて圧縮され、この圧縮空気が燃焼器に供給される。燃焼器には、この圧縮空気とともに燃料ガスが供給され、この燃料ガスと圧縮空気との燃焼によって燃焼ガスが生成される。そして、この燃焼ガスでガスタービンは発電機を駆動する。   A gas turbine power generation system generally includes an air compressor, a combustor, and a gas turbine. In the gas turbine power generation system, outside air is compressed by an air compressor, and this compressed air is supplied to a combustor. Fuel gas is supplied to the combustor together with the compressed air, and combustion gas is generated by combustion of the fuel gas and the compressed air. And a gas turbine drives a generator with this combustion gas.

近年、ガスタービン発電システムを燃料電池とを組み合わせることでエネルギーの高効率化を図った燃料電池複合発電システムが提案されている（特許文献１参照）。燃料電池複合発電システムでは、外気が、ガスタービン発電システムの空気圧縮機で圧縮され、この圧縮空気が燃料電池に供給される。また、燃料ガスが燃料圧縮機で圧縮され、この圧縮燃料ガスも燃料電池に供給される。そして、圧縮空気と圧縮燃料ガスとの化学反応により燃料電池は発電する。この化学反応後には、高温高圧の空気と未反応の可燃性成分を有する未燃燃料ガスとが燃料電池から排出され、これらはガスタービン発電システムの燃焼器に供給される。この燃焼器において未燃燃料ガスを燃焼させることでガスタービンを駆動させることが可能となる。   In recent years, there has been proposed a fuel cell combined power generation system that achieves high energy efficiency by combining a gas turbine power generation system with a fuel cell (see Patent Document 1). In the fuel cell combined power generation system, outside air is compressed by an air compressor of the gas turbine power generation system, and this compressed air is supplied to the fuel cell. Further, the fuel gas is compressed by the fuel compressor, and this compressed fuel gas is also supplied to the fuel cell. The fuel cell generates electric power by a chemical reaction between the compressed air and the compressed fuel gas. After this chemical reaction, high-temperature and high-pressure air and unburned fuel gas having unreacted combustible components are discharged from the fuel cell, and these are supplied to the combustor of the gas turbine power generation system. It is possible to drive the gas turbine by burning unburned fuel gas in this combustor.

上述した燃料電池複合発電システムによれば、燃料電池が高圧の空気で化学反応することでエネルギー効率の向上が見込まれる。また、燃料電池から排出された未燃燃料ガスがガスタービン発電システムの燃焼器で燃焼することで、ガスタービンの駆動が可能となる。   According to the fuel cell combined power generation system described above, the energy efficiency is expected to be improved by the chemical reaction of the fuel cell with high-pressure air. Further, the unburned fuel gas discharged from the fuel cell is burned in the combustor of the gas turbine power generation system, so that the gas turbine can be driven.

特開２００６−１００２２３号公報JP 2006-100223 A

一般的に燃料電池は複数のセラミックセルを備えており、このセラミックセル内における燃料ガスのリーク防止の観点から、また、セラミックセルの破損防止の観点から、圧縮空気と圧縮燃料ガスとの間で大きな圧力差が生じないように供給制御を行う必要がある。   In general, a fuel cell includes a plurality of ceramic cells. From the viewpoint of preventing leakage of fuel gas in the ceramic cell and from the viewpoint of preventing breakage of the ceramic cell, the fuel cell is provided between compressed air and compressed fuel gas. It is necessary to control the supply so that a large pressure difference does not occur.

その一方で、ガスタービン発電システムの燃焼器に供給される燃料ガスは、燃焼器内で高速に噴出されなければならないことから、通常、燃焼器内の圧力の１．５倍以上の圧力が必要であると言われている。また、燃料電池における化学反応後の圧縮空気である排出圧縮空気は、高温化されているが、大きな圧力損失はないことから、その圧力は燃料器内でも、燃料電池内の圧力とほぼ同等である。   On the other hand, since the fuel gas supplied to the combustor of the gas turbine power generation system must be ejected at a high speed in the combustor, the pressure in the combustor is usually 1.5 times or more. It is said that. Moreover, although the exhaust compressed air, which is compressed air after the chemical reaction in the fuel cell, is heated to a high temperature, there is no large pressure loss, so the pressure is almost the same as the pressure in the fuel cell in the fuel cell. is there.

このため、燃料電池から燃料器に供給する未燃燃料ガスは、再度、燃焼器内の圧力の１．５倍以上に昇圧する必要があることから、設備が大型化してしまい、建設費の押し上げ、発電設備の信頼性の低下、経済性の低下等を招いてしまう。   For this reason, the unburned fuel gas supplied from the fuel cell to the fuel device needs to be increased to 1.5 times or more the pressure in the combustor again, which increases the size of the equipment and increases the construction cost. As a result, the reliability of the power generation equipment is lowered and the economy is lowered.

さらにまた、燃料電池から排出された化学反応後の未燃燃料ガスは発熱量が低く、それだけでは熱量が不足して、安定した燃焼を連続的に得られない可能性もある。   Furthermore, the unburned fuel gas after the chemical reaction discharged from the fuel cell has a low calorific value, which alone may cause a shortage of heat and may not provide stable combustion continuously.

そこで、本発明の目的は、経済性に優れ、安定した燃焼を得ることが可能な燃料電池複合発電システム、およびその運転方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell combined power generation system that is excellent in economic efficiency and capable of obtaining stable combustion, and an operation method thereof.

一実施形態によれば、燃料電池複合発電システムは、空気圧縮機と、燃料電池と、第１の燃焼器と、第１のガスタービンと、第２の燃焼器と、第２のガスタービンとを備える。空気圧縮機は、空気を圧縮することによって、圧縮空気を生成する。燃料電池は、空気圧縮機から圧縮空気が供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第１の圧縮燃料ガスが供給され、圧縮空気と第１の圧縮燃料ガスとの化学反応により発電する。第１の燃焼器は、化学反応後の圧縮空気である排出圧縮空気が燃料電池から供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第２の圧縮燃料ガスが供給され、第２の圧縮燃料ガスが排出圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することによって第１の燃焼ガスを生成する。第１のガスタービンは、第１の燃焼器から供給された第１の燃焼ガスで駆動する。第２の燃焼器は、第１のガスタービンから排出された燃焼ガスである排出燃焼ガスが供給されるとともに、化学反応後の圧縮燃料ガスである未燃燃料ガスが燃料電池から供給され、未燃燃料ガスが排出燃焼ガスに含まれる酸素を用いて燃焼することによって第２の燃焼ガスを生成する。第２のガスタービンは、第２の燃焼器から供給された第２の燃焼ガスで駆動する。   According to one embodiment, a combined fuel cell power generation system includes an air compressor, a fuel cell, a first combustor, a first gas turbine, a second combustor, and a second gas turbine. Is provided. An air compressor generates compressed air by compressing air. The fuel cell is supplied with compressed air from an air compressor and is supplied with a first compressed fuel gas generated by compressing the fuel gas, and by a chemical reaction between the compressed air and the first compressed fuel gas. Generate electricity. The first combustor is supplied with exhausted compressed air, which is compressed air after a chemical reaction, from the fuel cell, and also with a second compressed fuel gas generated by compressing the fuel gas, The compressed fuel gas is burned using oxygen contained in the exhaust compressed air, thereby generating a first combustion gas. The first gas turbine is driven by the first combustion gas supplied from the first combustor. The second combustor is supplied with exhaust combustion gas, which is combustion gas exhausted from the first gas turbine, and is supplied with unburned fuel gas, which is compressed fuel gas after chemical reaction, from the fuel cell. The combustion fuel gas is burned using oxygen contained in the exhaust combustion gas, thereby generating a second combustion gas. The second gas turbine is driven by the second combustion gas supplied from the second combustor.

他の実施形態によれば、燃料電池複合発電システムは、第１の空気圧縮機と、燃料電池と、第１の燃焼器と、第１のガスタービンと、第２の空気圧縮機と、第２の燃焼器と、第２のガスタービンとを備える。第１の空気圧縮機は、空気を圧縮することによって、第１の圧縮空気を生成する。燃料電池は、第１の空気圧縮機から第１の圧縮空気が供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第１の圧縮燃料ガスが供給され、第１の圧縮空気と第１の圧縮燃料ガスとの化学反応により発電する。第１の燃焼器は、化学反応後の圧縮空気である排出圧縮空気が燃料電池から供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第２の圧縮燃料ガスが供給され、第２の圧縮燃料ガスが排出圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することによって第１の燃焼ガスを生成する。第１のガスタービンは、第１の燃焼器から供給された第１の燃焼ガスで駆動する。第２の空気圧縮機は、空気を圧縮することによって、第１の圧縮空気よりも圧力の低い第２の圧縮空気を生成する。第２の空気圧縮機から第２の圧縮空気が供給されるとともに、化学反応後の圧縮燃料ガスである未燃燃料ガスが燃料電池から供給され、未燃燃料ガスが第２の圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することによって第２の燃焼ガスを生成する。第２のガスタービンは、第２の燃焼器から供給された第２の燃焼ガスで駆動する。   According to another embodiment, a combined fuel cell power generation system includes a first air compressor, a fuel cell, a first combustor, a first gas turbine, a second air compressor, 2 combustors and a second gas turbine. The first air compressor generates first compressed air by compressing air. The fuel cell is supplied with the first compressed air from the first air compressor, and also supplied with the first compressed fuel gas generated by compressing the fuel gas. Power is generated by chemical reaction with the compressed fuel gas. The first combustor is supplied with exhausted compressed air, which is compressed air after a chemical reaction, from the fuel cell, and also with a second compressed fuel gas generated by compressing the fuel gas, The compressed fuel gas is burned using oxygen contained in the exhaust compressed air, thereby generating a first combustion gas. The first gas turbine is driven by the first combustion gas supplied from the first combustor. The second air compressor generates second compressed air having a pressure lower than that of the first compressed air by compressing the air. The second compressed air is supplied from the second air compressor, the unburned fuel gas that is the compressed fuel gas after the chemical reaction is supplied from the fuel cell, and the unburned fuel gas is included in the second compressed air. The second combustion gas is generated by burning with oxygen. The second gas turbine is driven by the second combustion gas supplied from the second combustor.

経済性に優れ、安定した燃料を得ることが可能な燃料電池複合発電システムを提供することができる。   It is possible to provide a fuel cell combined power generation system that is excellent in economy and capable of obtaining a stable fuel.

第１の実施形態に係る燃料電池複合発電システムの概略的な構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a combined fuel cell power generation system according to a first embodiment. 第２の実施形態に係る燃料電池複合発電システムの概略的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the fuel cell combined power generation system which concerns on 2nd Embodiment. 第３の実施形態に係る燃料電池複合発電システムの概略的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the fuel cell combined power generation system which concerns on 3rd Embodiment. 第４の実施形態に係る燃料電池複合発電システムの概略的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the fuel cell combined power generation system which concerns on 4th Embodiment. 第３の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせて適用した燃料電池複合発電システムの概略的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the fuel cell combined power generation system applied combining the 3rd Embodiment and 4th Embodiment.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention.

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る燃料電池複合発電システムの概略的な構成を示す図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a combined fuel cell power generation system according to the first embodiment.

図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池複合発電システム１は、再熱式のガスタービン発電システム１０を備える。より具体的には、ガスタービン発電システム１０は、空気圧縮機１１と、高圧側の燃焼器１２と、高圧側のガスタービン１３と、低圧側の燃焼器１４と、低圧側のガスタービン１５とを備えて構成されている。このことから分かるように、本実施形態に係る再熱式のガスタービン発電システム１０は、高圧側と低圧側の２段の燃焼器１２、１４とガスタービン１３、１５とを備えている。そして、発電機２０が、これら空気圧縮機１１と、高圧側のガスタービン１３と、低圧側のガスタービン１５とに、同軸で直結されている。また、空気圧縮機１１には、空気フィルター２２から、微粒固形物が除去された空気が供給され、この空気圧縮機１１において、例えば、２ＭＰａ程度の圧力になるまで圧縮され、圧縮空気が生成される。この圧縮の過程で、圧縮空気は、例えば４００℃程度になる。   As shown in FIG. 1, the combined fuel cell power generation system 1 according to this embodiment includes a reheat type gas turbine power generation system 10. More specifically, the gas turbine power generation system 10 includes an air compressor 11, a high-pressure side combustor 12, a high-pressure side gas turbine 13, a low-pressure side combustor 14, and a low-pressure side gas turbine 15. It is configured with. As can be seen from this, the reheat type gas turbine power generation system 10 according to this embodiment includes two stages of high-pressure and low-pressure combustors 12 and 14 and gas turbines 13 and 15. The generator 20 is directly and coaxially connected to the air compressor 11, the high-pressure side gas turbine 13, and the low-pressure side gas turbine 15. The air compressor 11 is supplied with air from which fine solids have been removed from the air filter 22, and in this air compressor 11, the air is compressed to a pressure of about 2 MPa, for example, to generate compressed air. The In this compression process, the compressed air becomes, for example, about 400 ° C.

本実施形態においては、高圧側の燃焼器１２が第１の燃焼器を構成しており、高圧側のガスタービン１３が第１のガスタービンを構成しており、低圧側の燃焼器１４が第２の燃焼器を構成しており、低圧側のガスタービン１５が第２のガスタービンを構成している。   In the present embodiment, the high-pressure side combustor 12 constitutes a first combustor, the high-pressure side gas turbine 13 constitutes a first gas turbine, and the low-pressure side combustor 14 constitutes a first combustor. 2 combustors, and the gas turbine 15 on the low-pressure side constitutes the second gas turbine.

また、本実施形態に係る燃料電池複合発電システム１は、さらに、熱交換器３０と、燃料電池３１と、燃料供給設備３２と、燃料圧縮機３３と、水分供給器３４と、制御弁３５とを備える。   Further, the combined fuel cell power generation system 1 according to the present embodiment further includes a heat exchanger 30, a fuel cell 31, a fuel supply facility 32, a fuel compressor 33, a moisture supplier 34, and a control valve 35. Is provided.

熱交換器３０は、燃料電池３１に隣接して設置されており、高圧の空気配管ＰＰ１を介して、空気圧縮機１０から圧縮空気が供給される。この熱交換器３０においては、燃料電池３１から排出される圧縮空気である排出圧縮空気と、空気圧縮機１１から供給された圧縮空気との間で、熱交換が行われ、例えば、９００℃程度まで圧縮空気が加温されて、燃料電池３１に供給される。   The heat exchanger 30 is installed adjacent to the fuel cell 31, and compressed air is supplied from the air compressor 10 via the high-pressure air pipe PP1. In this heat exchanger 30, heat exchange is performed between the exhaust compressed air that is the compressed air discharged from the fuel cell 31 and the compressed air supplied from the air compressor 11, for example, about 900 ° C. The compressed air is heated up to and supplied to the fuel cell 31.

燃料電池３１は、例えば、個体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）により構成されており、１０００℃程度で高い効率で動作する。このため、熱交換器３０にて、燃料電池３１に供給される前の圧縮空気を、燃料電池３１から排出される１０００℃程度の排出圧縮空気と熱交換して、例えば、９００℃程度まで加温するのである。   The fuel cell 31 is constituted by, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC) and operates at a high efficiency at about 1000 ° C. For this reason, the heat exchanger 30 heat-exchanges the compressed air before being supplied to the fuel cell 31 with the exhaust compressed air of about 1000 ° C. discharged from the fuel cell 31, for example, to about 900 ° C. It warms up.

一方、燃料ガスである天然ガスは、ガス会社等の燃料供給設備３２から供給されるが、通常、ガス会社の天然ガスの圧力は、１ＭＰａ以下と低圧である。このため、燃料供給設備３２から出力された燃料ガスは、燃料圧縮機３３に供給され、この燃料圧縮機３３にて、空気圧縮機１１からの圧縮空気と同程度の圧力である２ＭＰａ程度まで圧縮されて、圧縮燃料ガスとした後、高圧の燃料配管ＰＰ２を介して、熱交換器３０に供給される。そして、圧縮燃料ガスは、この熱交換器３０で、燃料電池３１から排出された圧縮燃料ガスである未燃燃料ガスと熱交換されることにより、加温される。例えば、未燃燃料ガスは１０００℃程度であるので、熱交換により、圧縮燃料ガスは９００℃程度まで加温される。この熱交換器３０で加温された後、圧縮空気は燃料電池３１に供給される。   On the other hand, natural gas, which is fuel gas, is supplied from a fuel supply facility 32 such as a gas company. Normally, the pressure of natural gas in a gas company is as low as 1 MPa or less. Therefore, the fuel gas output from the fuel supply facility 32 is supplied to the fuel compressor 33, and is compressed to about 2 MPa, which is the same pressure as the compressed air from the air compressor 11. The compressed fuel gas is then supplied to the heat exchanger 30 via the high-pressure fuel pipe PP2. The compressed fuel gas is heated by the heat exchanger 30 by exchanging heat with the unburned fuel gas that is the compressed fuel gas discharged from the fuel cell 31. For example, since the unburned fuel gas is about 1000 ° C., the compressed fuel gas is heated to about 900 ° C. by heat exchange. After being heated by the heat exchanger 30, the compressed air is supplied to the fuel cell 31.

水分供給器３４は、圧縮燃料ガスに水分を供給するための設備であり、燃料配管ＰＰ２を流れる圧縮燃料ガスに必要に応じて、水分を供給する。   The moisture supplier 34 is a facility for supplying moisture to the compressed fuel gas, and supplies moisture to the compressed fuel gas flowing through the fuel pipe PP2 as necessary.

制御弁３５は、燃料配管ＰＰ２から分岐するように接続された燃料配管ＰＰ３に設けられている。燃料配管ＰＰ３は、燃料圧縮機３３で生成された圧縮燃料ガスの一部を高圧側の燃焼器１２に供給するための配管であり、制御弁３５は、制御部４０によりその開度が制御され、これにより、高圧側の燃焼器１２に供給されれる圧縮燃料ガスの流量が制御される。   The control valve 35 is provided in the fuel pipe PP3 connected so as to branch from the fuel pipe PP2. The fuel pipe PP3 is a pipe for supplying a part of the compressed fuel gas generated by the fuel compressor 33 to the combustor 12 on the high-pressure side, and the opening degree of the control valve 35 is controlled by the control unit 40. Thus, the flow rate of the compressed fuel gas supplied to the high-pressure side combustor 12 is controlled.

一方、熱交換器３０で熱交換された未燃燃料ガスは、低圧の燃料配管ＰＰ４を介して、低圧側の燃焼器１４に供給される。この燃料配管ＰＰ４には、制御弁３６が設けられており、制御部４０が制御弁３６の開閉を制御する。すなわち、制御弁３６が開状態になると、燃料電池３１から排出された未燃燃料ガスが全量、低圧側の燃焼器１４に供給される。逆に、制御弁３６が閉状態になると、未燃燃料ガスの低圧側の燃焼器１４への供給が停止する。   On the other hand, the unburned fuel gas heat-exchanged by the heat exchanger 30 is supplied to the low-pressure side combustor 14 via the low-pressure fuel pipe PP4. The fuel pipe PP4 is provided with a control valve 36, and the controller 40 controls the opening and closing of the control valve 36. That is, when the control valve 36 is opened, the entire amount of unburned fuel gas discharged from the fuel cell 31 is supplied to the low-pressure side combustor 14. Conversely, when the control valve 36 is closed, the supply of unburned fuel gas to the low-pressure combustor 14 is stopped.

さらに、燃料電池複合発電システム１は、蒸気タービン発電システム６０を組み合わせた構成を備える。この蒸気タービン発電システム６０において、ガスタービン発電システム１０の排熱を利用することにより、発電効率をさらに向上させている。   Further, the combined fuel cell power generation system 1 has a configuration in which the steam turbine power generation system 60 is combined. In the steam turbine power generation system 60, the power generation efficiency is further improved by utilizing the exhaust heat of the gas turbine power generation system 10.

具体的には、蒸気タービン発電システム６０は、蒸気タービン６１と、発電機６２と、復水器６３と、冷却塔６４と、冷却ポンプ６５と、給水ポンプ６６と、を備える。   Specifically, the steam turbine power generation system 60 includes a steam turbine 61, a generator 62, a condenser 63, a cooling tower 64, a cooling pump 65, and a feed water pump 66.

低圧側のガスタービン１５から排出された排出燃焼ガスは、排熱回収ボイラ７０に供給され、この排熱回収ボイラ７０において回収された熱で水を温めることによって水蒸気が発生する。蒸気タービン６１は、この水蒸気で回転駆動する。発電機６２は、蒸気タービン６１に直結されており、蒸気タービン６１の回転駆動により生じた回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。   Exhaust combustion gas discharged from the low-pressure side gas turbine 15 is supplied to the exhaust heat recovery boiler 70, and steam is generated by warming water with the heat recovered in the exhaust heat recovery boiler 70. The steam turbine 61 is rotationally driven by this steam. The generator 62 is directly connected to the steam turbine 61 and converts the rotational energy generated by the rotational drive of the steam turbine 61 into electrical energy.

復水器６３は、蒸気タービン６１から排出された高温蒸気を水に戻す。冷水塔６４は、この高温蒸気を冷却するための冷却水を貯留している。冷却ポンプ６５は、この冷却水を冷水塔６４から復水器６３へ送り込む。給水ポンプ６６は、復水器６３の水を排熱回収ボイラ７０へ送り込む。   The condenser 63 returns the high-temperature steam discharged from the steam turbine 61 to water. The cold water tower 64 stores cooling water for cooling the high-temperature steam. The cooling pump 65 sends this cooling water from the cooling water tower 64 to the condenser 63. The feed water pump 66 feeds water from the condenser 63 to the exhaust heat recovery boiler 70.

次に、上述した燃料電池複合発電システム１の動作の一例について、再び図１を参照しながら説明する。   Next, an example of the operation of the above-described fuel cell combined power generation system 1 will be described with reference to FIG. 1 again.

まず、空気圧縮機１１が空気フィルター２２から供給された空気を段階的に圧縮することによって、圧縮空気を生成する。これが本実施形態における空気圧縮ステップである。この生成された圧縮空気は、高圧の空気配管ＰＰ１を経由して熱交換器３０に供給される。熱交換器３０では、供給された圧縮空気が、燃料電池３１からの排出圧縮空気との熱交換によって加温されて、燃料電池１５に供給される。本実施形態では、例えば、圧縮空気の圧力は２ＭＰａ程度である。また、熱交換器３０では圧縮空気が９００℃程度に加温される。   First, the air compressor 11 generates compressed air by compressing the air supplied from the air filter 22 in a stepwise manner. This is the air compression step in this embodiment. The generated compressed air is supplied to the heat exchanger 30 via the high-pressure air pipe PP1. In the heat exchanger 30, the supplied compressed air is heated by heat exchange with the compressed air discharged from the fuel cell 31 and supplied to the fuel cell 15. In this embodiment, for example, the pressure of compressed air is about 2 MPa. In the heat exchanger 30, the compressed air is heated to about 900 ° C.

空気圧縮機１１の動作に並行して燃料圧縮機３３では、燃料供給設備３２から供給された燃料ガスを圧縮する。これにより、圧縮燃料ガスが生成される。この圧縮燃料ガスは、燃料配管ＰＰ２を経由して熱交換器３０に供給され、この熱交換器３０で、燃料電池３１から排出された未燃燃料ガスとの熱交換によって加温されて、燃料電池３０に供給される。本実施形態では、燃料圧縮機３３は、圧縮燃料ガスの圧力が圧縮空気の圧力（２ＭＰａ）とほぼ等しくなるように、２ＭＰａ程度まで燃料ガスを圧縮する。また、熱交換器３０は、圧縮燃料ガスを圧縮空気の温度とほぼ等しい９００℃程度に加温する。   In parallel with the operation of the air compressor 11, the fuel compressor 33 compresses the fuel gas supplied from the fuel supply facility 32. Thereby, compressed fuel gas is produced | generated. The compressed fuel gas is supplied to the heat exchanger 30 via the fuel pipe PP2, and heated by the heat exchange with the unburned fuel gas discharged from the fuel cell 31 in the heat exchanger 30, so that the fuel The battery 30 is supplied. In the present embodiment, the fuel compressor 33 compresses the fuel gas to about 2 MPa so that the pressure of the compressed fuel gas becomes substantially equal to the pressure of compressed air (2 MPa). Further, the heat exchanger 30 heats the compressed fuel gas to about 900 ° C. which is substantially equal to the temperature of the compressed air.

次に、燃料電池３１が、熱交換器３０を経由して供給された圧縮空気と圧縮燃料ガスとの化学反応により発電する。これが本実施形態における発電ステップである。この燃料電池３１においては、圧縮空気と圧縮燃料ガスは例えば９００℃の高温高圧になっているため、圧縮空気に含まれる酸素と、圧縮燃料ガスに含まれる水素との化学反応が高効率で行われ、大きな発電量を確保することができる。また、燃料電池３１は高温設備であるため、セラミック材を多く使用していることから、圧縮空気と圧縮燃料ガスの圧力差が発生すると、このセラミック材が破損する恐れがある。このため、圧縮空気と圧縮燃料ガスとの間に大きな圧力差が生じないように制御される。   Next, the fuel cell 31 generates power by a chemical reaction between the compressed air and the compressed fuel gas supplied via the heat exchanger 30. This is the power generation step in this embodiment. In this fuel cell 31, since the compressed air and the compressed fuel gas are at a high temperature and high pressure of, for example, 900 ° C., a chemical reaction between oxygen contained in the compressed air and hydrogen contained in the compressed fuel gas is performed with high efficiency. Therefore, a large amount of power generation can be secured. In addition, since the fuel cell 31 is a high-temperature facility, a large amount of ceramic material is used. Therefore, if a pressure difference between compressed air and compressed fuel gas occurs, the ceramic material may be damaged. For this reason, it controls so that a big pressure difference does not arise between compressed air and compressed fuel gas.

この化学反応後、未燃燃料ガスおよび排気圧縮空気が燃料電池３１から排出される。燃料電池３１から排出された未燃燃料ガスは、熱交換器３０における熱交換によって減温され、低圧の燃料配管ＰＰ４を経由して、低圧側の燃焼器１４に供給される。一方、燃料電池３１から排出された排出圧縮空気は、熱交換器３１における熱交換によって減温され、高圧側の燃焼器１２に供給にされる。本実施形態においては、例えば、この燃焼器１２まで供給された排出圧縮空気は、６００℃程度の高温高圧の空気である。   After this chemical reaction, unburned fuel gas and exhaust compressed air are discharged from the fuel cell 31. The unburned fuel gas discharged from the fuel cell 31 is reduced in temperature by heat exchange in the heat exchanger 30, and is supplied to the low-pressure side combustor 14 via the low-pressure fuel pipe PP4. On the other hand, the exhaust compressed air discharged from the fuel cell 31 is reduced in temperature by heat exchange in the heat exchanger 31 and supplied to the high-pressure side combustor 12. In the present embodiment, for example, the exhaust compressed air supplied to the combustor 12 is high-temperature and high-pressure air of about 600 ° C.

ガスタービン発電システム１０の高圧側の燃焼器１２においては、燃料圧縮機３３から供給された圧縮燃料ガスが、燃料電池３１から供給された排出圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃料し、燃焼ガスが生成される。これが本実施形態における第１燃焼ステップである。この燃焼ガスが高圧側のガスタービン１３を駆動する。これが本実施形態における第１駆動ステップである。   In the combustor 12 on the high pressure side of the gas turbine power generation system 10, the compressed fuel gas supplied from the fuel compressor 33 uses the oxygen contained in the exhaust compressed air supplied from the fuel cell 31 to burn, and the combustion gas Is generated. This is the first combustion step in the present embodiment. This combustion gas drives the gas turbine 13 on the high pressure side. This is the first driving step in this embodiment.

さらに、高圧側のガスタービン１３から排出された燃焼ガスである排出燃焼ガスは、低圧側の燃焼器１４に供給される。低圧側の燃焼器１４には、燃料電池３１からの未燃燃料ガスも供給されており、この未燃燃料ガスが、排出燃焼ガスに含まれる酸素を用いて燃焼し、再び燃焼ガスが生成される。これが本実施形態における第２燃焼ステップである。この燃焼ガスが低圧側のガスタービン１５を駆動する。これが本実施形態における第２駆動ステップである。   Further, exhaust combustion gas that is combustion gas discharged from the high-pressure side gas turbine 13 is supplied to the low-pressure side combustor 14. The unburned fuel gas from the fuel cell 31 is also supplied to the low-pressure side combustor 14, and the unburned fuel gas is burned using oxygen contained in the exhaust combustion gas, and combustion gas is generated again. The This is the second combustion step in the present embodiment. This combustion gas drives the gas turbine 15 on the low pressure side. This is the second driving step in this embodiment.

低圧側のガスタービン１５から排出された燃焼ガスである排出燃焼ガスは、ガスタービン１５で仕事をしているが、依然、例えば６００℃程度の温度を保っている。このため、本実施形態では、低圧側のガスタービン１５から排出された排出燃焼ガスを排熱回収ボイラ７０に供給し、蒸気タービン発電システム６０を駆動させて発電効率を高めている。   The exhaust combustion gas, which is the combustion gas exhausted from the low-pressure side gas turbine 15, works in the gas turbine 15, but still maintains a temperature of about 600 ° C., for example. For this reason, in this embodiment, the exhaust combustion gas exhausted from the low-pressure side gas turbine 15 is supplied to the exhaust heat recovery boiler 70, and the steam turbine power generation system 60 is driven to increase the power generation efficiency.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池複合発電システム１によれば、燃料電池３１から排出された低圧の未燃燃料ガスを、昇圧することなく、再熱式のガスタービン発電システム１０における低圧側の燃焼器１４に供給することとしたので、従来必要とされていた昇圧のための圧縮機を設ける必要がなくなる。すなわち、従来、燃料電池３１からの未燃燃料ガスの圧力を高めるために、ガスタービン発電システムの燃焼器に未燃燃料ガスを供給する前段に未燃燃料ガス用の圧縮機を設ける必要があったが、本実施形態に係る燃料電池複合発電システム１によれば、この圧縮機を設ける必要がなくなるのである。このため、燃料電池複合発電システム１の設備を簡素化することで、経済性に優れ、発電効率の高い燃料電池複合発電システムを得ることが可能となる。   As described above, according to the fuel cell combined power generation system 1 of the present embodiment, the low-pressure unburned fuel gas discharged from the fuel cell 31 is not increased in pressure in the reheat type gas turbine power generation system 10. Since the low-pressure side combustor 14 is supplied, there is no need to provide a compressor for boosting, which has been conventionally required. That is, conventionally, in order to increase the pressure of the unburned fuel gas from the fuel cell 31, it is necessary to provide a compressor for the unburned fuel gas before the unburned fuel gas is supplied to the combustor of the gas turbine power generation system. However, according to the fuel cell combined power generation system 1 according to the present embodiment, there is no need to provide this compressor. For this reason, by simplifying the facilities of the fuel cell combined power generation system 1, it becomes possible to obtain a fuel cell combined power generation system that is excellent in economic efficiency and has high power generation efficiency.

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る燃料電池複合発電システムについて説明する。図２は、第２の実施形態に係る燃料電池複合発電システムの概略的な構成を示す図である。上述した第１の実施形態に係る燃料電池複合発電システム１と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。 (Second Embodiment)
Next, a fuel cell combined power generation system according to a second embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a combined fuel cell power generation system according to the second embodiment. The same components as those of the fuel cell combined power generation system 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図２に示すように、本実施形態に係る燃料電池複合発電システム１は、第１の実施形態に係る燃料電池複合発電システム１の構成に加えて、燃料配管ＰＰ２０と、制御弁１００とをさらに備える。   As shown in FIG. 2, the fuel cell combined power generation system 1 according to the present embodiment further includes a fuel pipe PP20 and a control valve 100 in addition to the configuration of the fuel cell combined power generation system 1 according to the first embodiment. Prepare.

燃料配管ＰＰ２０は、高圧の燃料配管ＰＰ２から分岐するように燃料配管ＰＰ２に接続されており、燃料圧縮機３３から供給された圧縮燃料ガスの一部を分岐して、低圧側の燃焼器１４に供給する。制御弁１００は、この燃料配管ＰＰ２０に設けられており、圧縮燃料ガスの流量を制御するとともに減圧をして、低圧側の燃焼器１４に供給する。すなわち、制御部４０は、制御弁１００の開度を制御し、所望の圧力の圧縮燃料ガスを所望の流量で、ガスタービン発電システム１０の低圧側の燃焼器１４に供給する。本実施形態においては、例えば、燃料電池３１から排出された未燃燃料ガスの圧力と同程度の圧力に、圧縮燃料ガスを減圧する。   The fuel pipe PP20 is connected to the fuel pipe PP2 so as to branch from the high-pressure fuel pipe PP2, and a part of the compressed fuel gas supplied from the fuel compressor 33 is branched to the low-pressure side combustor 14. Supply. The control valve 100 is provided in the fuel pipe PP20, controls the flow rate of the compressed fuel gas, depressurizes it, and supplies it to the low-pressure side combustor 14. That is, the control unit 40 controls the opening degree of the control valve 100 and supplies the compressed fuel gas having a desired pressure to the combustor 14 on the low pressure side of the gas turbine power generation system 10 at a desired flow rate. In the present embodiment, for example, the compressed fuel gas is depressurized to a pressure approximately equal to the pressure of the unburned fuel gas discharged from the fuel cell 31.

以上のように燃料電池複合発電システム１を構成することで、未燃燃料ガスに加えて、高カロリーの燃料ガスも低圧側の燃焼器１４に供給することが可能になる。これは、低圧側の燃焼器１４に供給される未燃燃料ガスに含まれる水素やメタン等の成分は微量であり、カロリーが低いため、必ずしも燃焼器１４の安定燃焼に十分であるとはいえない可能性もある。このため、高いカロリーを有する未使用の燃料ガスである圧縮燃料ガスの一部を、未燃燃料ガスとともに、低圧側の燃焼器１４に供給することにより、より燃焼安定性に優れ、幅広い運用が可能な燃料電池複合発電システム１を得ることができるのである。   By configuring the fuel cell combined power generation system 1 as described above, it is possible to supply high-calorie fuel gas to the low-pressure side combustor 14 in addition to unburned fuel gas. This is because the amount of components such as hydrogen and methane contained in the unburned fuel gas supplied to the low-pressure side combustor 14 is very small, and calories are low, so that it is not necessarily sufficient for stable combustion of the combustor 14. It may not be. For this reason, by supplying a part of the compressed fuel gas, which is an unused fuel gas having a high calorie, together with the unburned fuel gas to the low pressure side combustor 14, the combustion stability is further improved and a wide range of operation is possible. A possible fuel cell combined power generation system 1 can be obtained.

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る燃料電池複合発電システムについて説明する。図３は、第３の実施形態に係る燃料電池複合発電システムの概略的な構成を示す図である。上述した第１の実施形態に係る燃料電池複合発電システム１と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。 (Third embodiment)
Next, a fuel cell combined power generation system according to a third embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a combined fuel cell power generation system according to the third embodiment. The same components as those of the fuel cell combined power generation system 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図３に示すように、本実施形態に係る燃料電池複合発電システム１は、第１の実施形態に係る燃料電池複合発電システム１の構成に加えて、燃料配管ＰＰ３０と、循環ブロアー２００とをさらに備える。   As shown in FIG. 3, the fuel cell combined power generation system 1 according to the present embodiment further includes a fuel pipe PP30 and a circulation blower 200 in addition to the configuration of the fuel cell combined power generation system 1 according to the first embodiment. Prepare.

燃料配管ＰＰ３０の一端は、熱交換器３０に接続された燃料配管ＰＰ４から分岐するように燃料配管ＰＰ４に接続されており、その他端は、燃料配管ＰＰ２に合流するように燃料配管ＰＰ２に接続されている。また、燃料配管ＰＰ３０には、循環ブロアー２００が設けられており、燃料電池３１から排出された未燃燃料ガスの再循環を可能にしている。   One end of the fuel pipe PP30 is connected to the fuel pipe PP4 so as to branch from the fuel pipe PP4 connected to the heat exchanger 30, and the other end is connected to the fuel pipe PP2 so as to join the fuel pipe PP2. ing. In addition, the fuel pipe PP30 is provided with a circulation blower 200, which enables recirculation of unburned fuel gas discharged from the fuel cell 31.

具体的には、燃料電池３１から排出された未燃燃料ガスは、熱交換器３０を通過後、循環ブロアー２００で昇圧されて、燃料配管ＰＰ３０と燃料配管ＰＰ２を経由して、再び熱交換器３０に供給され、加温された後、燃料電池３１に再び供給される。その一方で、燃料電池３１から排出された未燃燃料ガスの一部は、第１の実施形態と同様に、ガスタービン発電システム１０における低圧側の燃焼器１４に供給される。   Specifically, unburned fuel gas discharged from the fuel cell 31 passes through the heat exchanger 30 and is then boosted by the circulation blower 200, and again through the fuel pipe PP30 and the fuel pipe PP2, to the heat exchanger. After being supplied to 30 and heated, the fuel cell 31 is supplied again. On the other hand, a part of the unburned fuel gas discharged from the fuel cell 31 is supplied to the low-pressure combustor 14 in the gas turbine power generation system 10 as in the first embodiment.

以上のように燃料電池複合発電システム１を構成することで、未燃燃料ガスの使用効率を高めることが可能になる。すなわち、燃料電池複合発電システム１に未燃燃料ガスの循環ラインを追加的に設けることにより、燃料電池３１から排出された未燃燃料ガスが再び燃料電池３１に供給され、未燃燃料ガスに含まれる可燃性ガスの成分をさらに減少させることができる。このため、より高い効率の燃料電池３１を得ることができる。   By configuring the fuel cell combined power generation system 1 as described above, it is possible to increase the use efficiency of unburned fuel gas. That is, by additionally providing a circulation line for unburned fuel gas in the fuel cell combined power generation system 1, the unburned fuel gas discharged from the fuel cell 31 is supplied to the fuel cell 31 again and is included in the unburned fuel gas. The combustible gas component can be further reduced. For this reason, the fuel cell 31 with higher efficiency can be obtained.

しかも、循環ブロアー２００は、比較的低圧の未燃燃料ガスを循環させるだけの動力で足り、従来必要とされていた高圧の未燃燃料ガス用の圧縮機と比べて、小さな動力で駆動させることができる。これにより、燃料電池複合発電システム１における全体の動力の損失が小さくなり、高効率化を実現できる。   In addition, the circulation blower 200 only needs to circulate a relatively low-pressure unburned fuel gas, and is driven with a small amount of power compared to a compressor for high-pressure unburned fuel gas that has been conventionally required. Can do. Thereby, the loss of the whole motive power in the fuel cell combined power generation system 1 becomes small, and high efficiency can be realized.

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る燃料電池複合発電システムについて説明する。図４は、第４の実施形態に係る燃料電池複合発電システムの概略的な構成を示す図である。上述した第１の実施形態に係る燃料電池複合発電システム１と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。 (Fourth embodiment)
Next, a fuel cell combined power generation system according to a fourth embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a combined fuel cell power generation system according to the fourth embodiment. The same components as those of the fuel cell combined power generation system 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図４に示すように、本実施形態に係る燃料電池複合発電システム１は、第１の実施形態に係る燃料電池複合発電システム１と異なり、高圧のガスタービン発電システム３００と、この高圧のガスタービン発電システム３００よりも作動圧力が低い、低圧のガスタービン発電システム４００とを備えている。すなわち、第１の実施形態における再熱式のガスタービン発電システム１０に代えて、２台のガスタービン発電システム３００、４００を備えている。   As shown in FIG. 4, the fuel cell combined power generation system 1 according to this embodiment differs from the fuel cell combined power generation system 1 according to the first embodiment in that a high-pressure gas turbine power generation system 300 and the high-pressure gas turbine And a low-pressure gas turbine power generation system 400 having an operating pressure lower than that of the power generation system 300. That is, two gas turbine power generation systems 300 and 400 are provided instead of the reheat type gas turbine power generation system 10 in the first embodiment.

高圧のガスタービン発電システム３００は、高圧空気圧縮機３１１と、高圧燃焼器３１２と、高圧ガスタービン３１３とを備えている。高圧空気圧縮機３１１には、空気フィルター３２２から、微粒固形物が除去された空気が供給され、この高圧空気圧縮機３１１において、例えば、２ＭＰａ程度まで高圧に圧縮され、圧縮空気が生成される。これが本実施形態における第１空気圧縮ステップである。この生成された圧縮空気は、熱交換器３０を介して、燃料電池３１に供給される。   The high-pressure gas turbine power generation system 300 includes a high-pressure air compressor 311, a high-pressure combustor 312, and a high-pressure gas turbine 313. The high-pressure air compressor 311 is supplied with air from which fine solids have been removed from the air filter 322. In the high-pressure air compressor 311, for example, the air is compressed to a high pressure of about 2 MPa, and compressed air is generated. This is the first air compression step in the present embodiment. The generated compressed air is supplied to the fuel cell 31 via the heat exchanger 30.

高圧燃焼器３１２には、燃料電池３１から排出された圧縮空気である排出圧縮空気が供給されるとともに、燃料圧縮機３３から圧縮燃料ガスが供給される。そして、高圧燃焼器３１２では、この圧縮燃料ガスが排出圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することにより、高圧燃焼ガスが生成される。これが本実施形態における第１燃焼ステップである。   The high-pressure combustor 312 is supplied with compressed exhaust gas, which is compressed air discharged from the fuel cell 31, and is supplied with compressed fuel gas from the fuel compressor 33. In the high-pressure combustor 312, the compressed fuel gas is burned using oxygen contained in the exhaust compressed air, whereby high-pressure combustion gas is generated. This is the first combustion step in the present embodiment.

高圧ガスタービン３１３には、高圧燃焼器３１２から高圧燃焼ガスが供給され、この高圧燃焼ガスにより高圧ガスタービン３１３は駆動する。これが本実施形態における第１駆動ステップである。これら高圧空気圧縮機３１１と高圧ガスタービン３１３とは、発電機３２０に同軸で直結しており、高圧ガスタービン３１３が駆動することで、発電機３２０により発電が行われる。   The high pressure gas turbine 313 is supplied with high pressure combustion gas from the high pressure combustor 312, and the high pressure gas turbine 313 is driven by the high pressure combustion gas. This is the first driving step in this embodiment. The high-pressure air compressor 311 and the high-pressure gas turbine 313 are directly connected to the generator 320 on the same axis, and the generator 320 generates power when the high-pressure gas turbine 313 is driven.

同様に、低圧のガスタービン発電システム４００は、低圧空気圧縮機４１１と、低圧燃焼器４１２と、低圧ガスタービン４１３とを備えている。低圧空気圧縮機４１１には、空気フィルター４２２から、微粒固形物が除去された空気が供給され、この低圧空気圧縮機４１１において、例えば、１．５ＭＰａ程度まで圧縮され、圧縮空気が生成される。これが本実施形態における第２空気圧縮ステップである。この生成された圧縮空気は、低圧燃焼器４１２に供給される。   Similarly, the low-pressure gas turbine power generation system 400 includes a low-pressure air compressor 411, a low-pressure combustor 412, and a low-pressure gas turbine 413. The low-pressure air compressor 411 is supplied with air from which fine solids have been removed from the air filter 422, and is compressed to, for example, about 1.5 MPa in the low-pressure air compressor 411 to generate compressed air. This is the second air compression step in the present embodiment. The generated compressed air is supplied to the low-pressure combustor 412.

低圧燃焼器４１２には、低圧空気圧縮機４１１からの圧縮空気とともに、燃料電池３１から排出された未燃燃料ガスが燃料配管ＰＰ４を経由して供給される。そして、低圧燃焼器４１２では、この未燃燃料ガスが圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することにより、低圧燃焼ガスが生成される。これが本実施形態における第２燃焼ステップである。   The low-pressure combustor 412 is supplied with uncombusted fuel gas discharged from the fuel cell 31 along with the compressed air from the low-pressure air compressor 411 via the fuel pipe PP4. In the low pressure combustor 412, the unburned fuel gas is burned using oxygen contained in the compressed air, thereby generating low pressure combustion gas. This is the second combustion step in the present embodiment.

低圧ガスタービン４１３には、低圧燃焼器４１２から低圧燃焼ガスが供給され、この低圧燃焼ガスにより低圧ガスタービン４１３は駆動する。これが本実施形態における第２駆動ステップである。これら低圧空気圧縮機４１１と低圧ガスタービン４１３とは、発電機４２０に同軸で直結しており、低圧ガスタービン４１３が駆動することで、発電機４２０による発電が行われる。   Low pressure gas turbine 413 is supplied with low pressure combustion gas from low pressure combustor 412, and low pressure gas turbine 413 is driven by this low pressure combustion gas. This is the second driving step in this embodiment. The low-pressure air compressor 411 and the low-pressure gas turbine 413 are directly connected to the generator 420 coaxially. When the low-pressure gas turbine 413 is driven, the generator 420 generates power.

また、燃料配管ＰＰ４には、制御弁３６に加えて、制御弁５００が設けられている。上述したように、制御弁３６は、制御部４０からの制御に基づいて開状態と閉状態の２つの状態で切り替わるのみであるが、制御弁５００は、制御部４０からの制御に基づいて、燃料配管ＰＰ４を経由して低圧燃焼器４１２に供給される未燃燃料ガスの流量を制御する。   The fuel pipe PP4 is provided with a control valve 500 in addition to the control valve 36. As described above, the control valve 36 only switches between the open state and the closed state based on the control from the control unit 40, but the control valve 500 is based on the control from the control unit 40. The flow rate of unburned fuel gas supplied to the low pressure combustor 412 via the fuel pipe PP4 is controlled.

燃料電池３１については、上述した第１実施形態と同様に、高圧空気圧縮機３１１で生成された圧縮空気が供給されるとともに、燃料圧縮機３３で生成された圧縮燃料ガスが供給される。そして、燃料電池３１は、これら圧縮空気と圧縮燃料ガスとの化学反応により発電する。これが本実施形態における発電ステップである。この化学反応後の圧縮空気は、燃料電池３１から排出されて、熱交換器３０を介して、排出圧縮空気として高圧燃焼器３１２に供給される。また、化学反応後の圧縮燃料ガスも、燃料電池３１から排出されて、熱交換器３０を介して、未燃燃料ガスとして低圧燃焼器４１２に供給される。   The fuel cell 31 is supplied with the compressed air generated by the high-pressure air compressor 311 and the compressed fuel gas generated by the fuel compressor 33, as in the first embodiment. The fuel cell 31 generates power by a chemical reaction between the compressed air and the compressed fuel gas. This is the power generation step in this embodiment. The compressed air after this chemical reaction is discharged from the fuel cell 31 and supplied to the high-pressure combustor 312 as discharged compressed air via the heat exchanger 30. The compressed fuel gas after the chemical reaction is also discharged from the fuel cell 31 and supplied to the low-pressure combustor 412 as unburned fuel gas via the heat exchanger 30.

このように、再熱式のガスタービン発電システム１０の代替として、作動圧力の異なる２つガスタービン発電システム３００、４００を設けることによっても、上述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、燃料電池３１から排出された高温高圧の圧縮空気である排出圧縮空気を高圧のガスタービン発電システム３００の高圧燃焼器３１２に供給し、高圧燃焼器３１２の燃焼に用いるとともに、燃料電池３１から排出された低圧の燃料ガスである未燃燃料ガスを低圧のガスタービン発電システム４００の低圧燃焼器４１２に供給し、低圧燃焼器４１２の燃焼に用いることにより、従来必要とされていた未燃燃料ガス用の圧縮機の設置を不要とすることができる。これにより、経済性に優れ、安定した燃料を得ることが可能な燃料電池複合発電システム１を得ることができる。   As described above, by providing the two gas turbine power generation systems 300 and 400 having different operating pressures as an alternative to the reheat type gas turbine power generation system 10, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. be able to. That is, exhaust compressed air that is high-temperature and high-pressure compressed air discharged from the fuel cell 31 is supplied to the high-pressure combustor 312 of the high-pressure gas turbine power generation system 300 and used for combustion in the high-pressure combustor 312. The unburned fuel gas, which is the discharged low pressure fuel gas, is supplied to the low pressure combustor 412 of the low pressure gas turbine power generation system 400 and used for combustion of the low pressure combustor 412, so that the unburned fuel that has been conventionally required is used. Installation of a gas compressor can be eliminated. As a result, it is possible to obtain a fuel cell combined power generation system 1 that is excellent in economy and capable of obtaining a stable fuel.

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステムは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したシステムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。   Although several embodiments have been described above, these embodiments are presented as examples only and are not intended to limit the scope of the invention. The novel system described herein can be implemented in various other forms. Various omissions, substitutions, and changes can be made to the system configuration described in the present specification without departing from the gist of the invention. The appended claims and their equivalents are intended to include such forms and modifications as fall within the scope and spirit of the invention.

例えば、上述した第３の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせて、図５に示すような燃料電池複合発電システム１を構成してもよい。すなわち、高圧のガスタービン発電システム３００と低圧のガスタービン発電システム４００とを備える第４の実施形態に係る燃料電池複合発電システム１に対して、第３の実施形態で示した燃料配管ＰＰ３０と循環ブロアー２００とを追加し、未燃燃料ガスの循環ラインを付加するようにしてもよい。   For example, the fuel cell combined power generation system 1 as shown in FIG. 5 may be configured by combining the third embodiment and the fourth embodiment described above. That is, for the fuel cell combined power generation system 1 according to the fourth embodiment including the high-pressure gas turbine power generation system 300 and the low-pressure gas turbine power generation system 400, the fuel pipe PP30 and the circulation shown in the third embodiment are circulated. A blower 200 may be added, and an unburned fuel gas circulation line may be added.

１：燃料電池複合発電システム、１０：ガスタービン発電システム、１１：空気圧縮機、１２：燃焼器、１３：ガスタービン、１４：燃焼器、１５：ガスタービン、２０：発電機、３０：熱交換器、３１：燃料電池、３３：燃料圧縮機 1: Fuel cell combined power generation system, 10: Gas turbine power generation system, 11: Air compressor, 12: Combustor, 13: Gas turbine, 14: Combustor, 15: Gas turbine, 20: Generator, 30: Heat exchange 31: Fuel cell 33: Fuel compressor

Claims (9)

空気を圧縮することによって、圧縮空気を生成する空気圧縮機と、
前記空気圧縮機から前記圧縮空気が供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第１の圧縮燃料ガスが供給され、前記圧縮空気と前記第１の圧縮燃料ガスとの化学反応により発電する燃料電池と、
前記化学反応後の前記圧縮空気である排出圧縮空気が前記燃料電池から供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第２の圧縮燃料ガスが供給され、前記第２の圧縮燃料ガスが前記排出圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することによって第１の燃焼ガスを生成する第１の燃焼器と、
前記第１の燃焼器から供給された前記第１の燃焼ガスで駆動する第１のガスタービンと、
前記第１のガスタービンから排出された燃焼ガスである排出燃焼ガスが供給されるとともに、前記化学反応後の前記圧縮燃料ガスである未燃燃料ガスが前記燃料電池から供給され、前記未燃燃料ガスが前記排出燃焼ガスに含まれる酸素を用いて燃焼することによって第２の燃焼ガスを生成する第２の燃焼器と、
前記第２の燃焼器から供給された前記第２の燃焼ガスで駆動する第２のガスタービンと、
を備える燃料電池複合発電システム。 An air compressor that generates compressed air by compressing air; and
The compressed air is supplied from the air compressor, and a first compressed fuel gas generated by compressing the fuel gas is supplied, and a chemical reaction between the compressed air and the first compressed fuel gas is performed. A fuel cell for generating electricity,
Exhaust compressed air that is the compressed air after the chemical reaction is supplied from the fuel cell, and a second compressed fuel gas generated by compressing a fuel gas is supplied, and the second compressed fuel gas is supplied. A first combustor that produces a first combustion gas by burning with oxygen contained in the exhaust compressed air;
A first gas turbine driven by the first combustion gas supplied from the first combustor;
An exhaust combustion gas that is a combustion gas exhausted from the first gas turbine is supplied, and an unburned fuel gas that is the compressed fuel gas after the chemical reaction is supplied from the fuel cell. A second combustor that produces a second combustion gas by burning the gas using oxygen contained in the exhaust combustion gas;
A second gas turbine driven by the second combustion gas supplied from the second combustor;
A combined fuel cell power generation system. 前記未燃燃焼ガスに加えて、燃料ガスを圧縮することによって生成された第３の圧縮燃料ガスも、前記第２の燃焼器に供給される、請求項１に記載の燃料電池複合発電システム。   2. The combined fuel cell power generation system according to claim 1, wherein in addition to the unburned combustion gas, a third compressed fuel gas generated by compressing the fuel gas is also supplied to the second combustor. 前記燃料電池より排出される前記未燃燃料ガスを、前記燃料電池に再び循環させる再循環ブロアーを更に備え、
前記再循環ブロアーにより循環する前記未燃燃料ガスの一部を前記第１の燃焼器に供給する、請求項１に記載の燃料電池複合発電システム。 A recirculation blower for recirculating the unburned fuel gas discharged from the fuel cell to the fuel cell;
The combined fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a part of the unburned fuel gas circulated by the recirculation blower is supplied to the first combustor. 前記空気圧縮機と、前記第１の燃焼器と、前記第１のガスタービンと、前記第２の燃焼器と、前記第２のガスタービンとにより、再熱式のガスタービン発電システムが構成されている、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池複合発電システム。   The air compressor, the first combustor, the first gas turbine, the second combustor, and the second gas turbine constitute a reheat type gas turbine power generation system. The fuel cell combined power generation system according to any one of claims 1 to 3. 空気を圧縮することによって、第１の圧縮空気を生成する第１の空気圧縮機と、
前記第１の空気圧縮機から前記第１の圧縮空気が供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第１の圧縮燃料ガスが供給され、前記第１の圧縮空気と前記第１の圧縮燃料ガスとの化学反応により発電する燃料電池と、
前記化学反応後の前記圧縮空気である排出圧縮空気が前記燃料電池から供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第２の圧縮燃料ガスが供給され、前記第２の圧縮燃料ガスが前記排出圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することによって第１の燃焼ガスを生成する第１の燃焼器と、
前記第１の燃焼器から供給された前記第１の燃焼ガスで駆動する第１のガスタービンと、
を備えるとともに、
空気を圧縮することによって、前記第１の圧縮空気よりも圧力の低い第２の圧縮空気を生成する第２の空気圧縮機と、
前記第２の空気圧縮機から前記第２の圧縮空気が供給されるとともに、前記化学反応後の前記圧縮燃料ガスである未燃燃料ガスが前記燃料電池から供給され、前記未燃燃料ガスが前記第２の圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することによって第２の燃焼ガスを生成する第２の燃焼器と、
前記第２の燃焼器から供給された前記第２の燃焼ガスで駆動する第２のガスタービンと、
を備える燃料電池複合発電システム。 A first air compressor that produces first compressed air by compressing air;
The first compressed air is supplied from the first air compressor, and the first compressed fuel gas generated by compressing the fuel gas is supplied, and the first compressed air and the first compressed air are supplied. A fuel cell that generates electricity by a chemical reaction with the compressed fuel gas of
Exhaust compressed air that is the compressed air after the chemical reaction is supplied from the fuel cell, and a second compressed fuel gas generated by compressing a fuel gas is supplied, and the second compressed fuel gas is supplied. A first combustor that produces a first combustion gas by burning with oxygen contained in the exhaust compressed air;
A first gas turbine driven by the first combustion gas supplied from the first combustor;
With
A second air compressor that generates second compressed air having a lower pressure than the first compressed air by compressing air;
The second compressed air is supplied from the second air compressor, an unburned fuel gas that is the compressed fuel gas after the chemical reaction is supplied from the fuel cell, and the unburned fuel gas is A second combustor for generating a second combustion gas by burning with oxygen contained in the second compressed air;
A second gas turbine driven by the second combustion gas supplied from the second combustor;
A combined fuel cell power generation system. 前記燃料電池より排出される前記未燃燃料ガスを、前記燃料電池に再び循環させる再循環ブロアーを更に備え、
前記再循環ブロアーにより循環する前記未燃燃料ガスの一部を前記第２の燃焼器に供給する、請求項１に記載の燃料電池複合発電システム。 A recirculation blower for recirculating the unburned fuel gas discharged from the fuel cell to the fuel cell;
The combined fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a part of the unburned fuel gas circulated by the recirculation blower is supplied to the second combustor. 前記第１の空気圧縮機と、前記第１の燃焼器と、前記第１のガスタービンで、第１のガスタービン発電システムが構成されており、
前記第２の空気圧縮機と、前記第２の燃焼器と、前記第２のガスタービンで、前記第１のガスタービン発電システムよりも動作圧力の低い第２のガスタービン発電システムが構成されている、請求項５又は請求項６に記載の燃料電池複合発電システム。 A first gas turbine power generation system is configured by the first air compressor, the first combustor, and the first gas turbine.
The second air compressor, the second combustor, and the second gas turbine constitute a second gas turbine power generation system having an operating pressure lower than that of the first gas turbine power generation system. The fuel cell combined power generation system according to claim 5 or 6. 空気を圧縮することによって、圧縮空気を生成する空気圧縮ステップと、
前記圧縮空気が供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第１の圧縮燃料ガスが供給され、前記圧縮空気と前記第１の圧縮燃料ガスとの化学反応により燃料電池が発電する発電ステップと、
前記化学反応後の前記圧縮空気である排出圧縮空気が前記燃料電池から供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第２の圧縮燃料ガスが供給され、前記第２の圧縮燃料ガスが前記排出圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することによって第１の燃焼ガスを生成する第１燃焼ステップと、
前記第１の燃焼ガスで第１のガスタービンが駆動する第１駆動ステップと、
前記第１のガスタービンから排出された燃焼ガスである排出燃焼ガスが供給されるとともに、前記化学反応後の前記圧縮燃料ガスである未燃燃料ガスが前記燃料電池から供給され、前記未燃燃料ガスが前記排出燃焼ガスに含まれる酸素を用いて燃焼することによって第２の燃焼ガスを生成する第２燃焼ステップと、
前記第２の燃焼ガスで第２のガスタービンが駆動する第２駆動ステップと、
を備える燃料電池複合発電システムの運転方法。 An air compression step for generating compressed air by compressing the air;
The compressed air is supplied, and a first compressed fuel gas generated by compressing the fuel gas is supplied, and a fuel cell generates power by a chemical reaction between the compressed air and the first compressed fuel gas. Power generation step;
Exhaust compressed air that is the compressed air after the chemical reaction is supplied from the fuel cell, and a second compressed fuel gas generated by compressing a fuel gas is supplied, and the second compressed fuel gas is supplied. A first combustion step of generating a first combustion gas by burning using oxygen contained in the exhaust compressed air;
A first driving step in which a first gas turbine is driven by the first combustion gas;
An exhaust combustion gas that is a combustion gas exhausted from the first gas turbine is supplied, and an unburned fuel gas that is the compressed fuel gas after the chemical reaction is supplied from the fuel cell. A second combustion step of generating a second combustion gas by burning the gas using oxygen contained in the exhaust combustion gas;
A second driving step in which a second gas turbine is driven by the second combustion gas;
A method for operating a combined fuel cell power generation system. 空気を圧縮することによって、第１の圧縮空気を生成する第１空気圧縮ステップと、
前記第１の圧縮空気が供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第１の圧縮燃料ガスが供給され、前記第１の圧縮空気と前記第１の圧縮燃料ガスとの化学反応により燃料電池が発電する発電ステップと、
前記化学反応後の前記圧縮空気である排出圧縮空気が前記燃料電池から供給されるとともに、燃料ガスを圧縮することによって生成された第２の圧縮燃料ガスが供給され、前記第２の圧縮燃料ガスが前記排出圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することによって第１の燃焼ガスを生成する第１燃焼ステップと、
前記第１の燃焼ガスで第１のガスタービンが駆動する第１駆動ステップと、
を備えるとともに、
空気を圧縮することによって、前記第１の圧縮空気よりも圧力の低い第２の圧縮空気を生成する第２空気圧縮ステップと、
前記第２の圧縮空気が供給されるとともに、前記化学反応後の前記圧縮燃料ガスである未燃燃料ガスが前記燃料電池から供給され、前記未燃燃料ガスが前記第２の圧縮空気に含まれる酸素を用いて燃焼することによって第２の燃焼ガスを生成する第２燃焼ステップと、
前記第２の燃焼ガスで第２のガスタービンが駆動する第２駆動ステップと、
を備える燃料電池複合発電システムの運転方法。 A first air compression step of generating first compressed air by compressing air;
While the first compressed air is supplied, the first compressed fuel gas generated by compressing the fuel gas is supplied, and the chemical reaction between the first compressed air and the first compressed fuel gas. A power generation step by which the fuel cell generates power,
Exhaust compressed air that is the compressed air after the chemical reaction is supplied from the fuel cell, and a second compressed fuel gas generated by compressing a fuel gas is supplied, and the second compressed fuel gas is supplied. A first combustion step of generating a first combustion gas by burning using oxygen contained in the exhaust compressed air;
A first driving step in which a first gas turbine is driven by the first combustion gas;
With
A second air compression step of generating second compressed air having a lower pressure than the first compressed air by compressing air;
While supplying the second compressed air, unburned fuel gas that is the compressed fuel gas after the chemical reaction is supplied from the fuel cell, and the unburned fuel gas is included in the second compressed air. A second combustion step for producing a second combustion gas by burning with oxygen;
A second driving step in which a second gas turbine is driven by the second combustion gas;
A method for operating a combined fuel cell power generation system.
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