JP2018026886A - 水素回生システムおよび水素回生運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[式3]i×WR0≦WD≦(i+1)×WR0、i=0〜3
貯蔵設備100、脱水素反応器101、気液分離器102、芳香族化合物貯蔵設備103、燃料貯蔵設備104、熱機関105、発電機106、停止・定格出力判定部107、有機ハイドライド流量調節弁108、水素流量調節弁109、燃料流量調節弁110から構成される。以下では、定格出力水素回生ユニット3の概略構成について説明する。なお、有機ハイドライド以外に水素を可逆的に貯蔵する化合物に応用できる。有機ハイドライド貯蔵設備100は、有機ハイドライドを貯蔵する。
図4(e)は、2台目の定格出力水素回生ユニット3の熱機関105に流入する水素濃度(CR2)の特性を示す図である。負荷6の要求負荷(WD)が定格出力水素回生ユニット3の定格出力値(WR0)よりも大きくなる時間帯であるt6〜t13において、2台目の定格出力水素回生ユニット3の熱機関105に流入する水素濃度はCRとなるように水素と軽油あるいは天然ガスの比率が定められる。ここで、水素濃度はCRは、実質的に水素が過度となり熱機関105の動作が困難となる水素と軽油あるいは天然ガスの比率(CRmax)よりもやや低い濃度に定められる。
[式6]i×WR0≦WD≦i×WR0+WLmin、i=1〜3
[式7]i×WR0+WLmin≦WD≦(i+1)×WR0、i=1〜3
2、402 ユニット発電出力演算部
3、403 定格出力水素回生ユニット
4 出力調整水素回生ユニット
5 同期機
6 負荷
7、8 要求発電出力
100 有機ハイドライド貯蔵設備
101 脱水素反応器
102 気液分離器
103 芳香族化合物貯蔵設備
104 燃料貯蔵設備
105、305 熱機関
106 発電機
107 停止・定格出力判定部
108 有機ハイドライド流量調節弁
109 水素流量調節弁
110 燃料流量調節弁
200 水素流量計
201 燃料流量計
202、302、407 流量演算部
304 出力調整ユニット
Claims (9)
- 水素を貯蔵する貯蔵化合物から水素を回生して水素と異なる燃料と前記回生水素を混合して燃焼させて発電機を駆動することにより電力を供給する複数の水素回生ユニットと、前記複数の水素回生ユニットの供給電力を入力して所定の電力となるように調整して負荷に供給する調整機を有するものであって、
前記複数の水素回生ユニットは、定格出力水素回生ユニットと出力調整水素回生ユニットから構成され、
前記定格出力水素回生ユニットは、停止状態と定格出力を切り替えて運転して電力を供給するものであり、前記出力調整水素回生ユニットは、水素と燃料の比率である水素混合比を前記定格出力水素回生ユニットの水素混合比より低い範囲で可変にして電力を供給するものであり、
要求負荷を入力として、前記定格出力水素回生ユニットの要求値と前記出力調整水素回生ユニットの要求値を計算するユニット発電出力演算部を有し、
前記定格水素回生ユニットは、前記定格出力水素回生ユニットの要求値に基づいて動作し、前記出力調整水素回生ユニットは、前記出力調整水素回生ユニットの要求値に基づいて動作することを特徴とする水素回生システム。 - 請求項1において、
前記定格出力水素回生ユニットは、
前記貯蔵化合物としての有機ハイドライドを貯蔵する有機ハイドライド貯蔵設備と、
前記有機ハイドライドから脱水素反応により前記水素と芳香族化合物を得る脱水素反応機と、
前記水素と前記芳香族化合物を分離する気液分離器と、前記芳香族化合物を貯蔵する芳香族化合物貯蔵設備と、
前記燃料としての前記軽油あるいは天然ガスを貯蔵する燃料貯蔵設備と、
前記水素と、前記軽油あるいは天然ガスを混合後、空気と燃焼させ、燃焼による熱エネルギーを駆動力に変換する熱機関と、
前記熱機関が出力する駆動力を電気エネルギーに変換し、前記調整機としての同期機に電力を供給する発電機と、
前記有機ハイドライド貯蔵設備と前記脱水素反応器を接続する配管に設置され、弁開度指令値を入力として弁開度を操作し、前記脱水素反応器に流入する前記有機ハイドライド流量を調節する有機ハイドライド流量調節弁と、
前記気液分離器と前記熱機関を接続する配管に設置され、弁開度指令値を入力として弁開度を操作し、前記熱機関に流入する前記水素流量を調節する水素流量調節弁と、
前記燃料貯蔵設備と前記熱機関を接続する配管に設置され、弁開度指令値を入力として弁開度を操作し、前記熱機関に流入する前記軽油あるいは天然ガス流量を調節する燃料流量調節弁と、
前記要求発電出力、前記発電機の供給電力計測値を入力として、前記定格出力水素回生ユニットの運転状態を決定して、前期有機ハイドライド流量調節弁、前記水素流量調節弁、前記燃料流量調節弁を制御し、前記有機ハイドライド流量調節弁、前期水素流量調節弁、前記燃料流量調節弁の弁開度指令値を計算、出力する停止・定格出力判定部と
を備えたことを特徴とする水素回生システム。 - 請求項1において、
前記出力調整水素回生ユニットは、
前記有機ハイドライドを貯蔵する有機ハイドライド貯蔵設備と、
前記前記貯蔵化合物としての有機ハイドライドから脱水素反応により前記水素と芳香族化合物を得る脱水素反応機と、
前記水素と前記芳香族化合物を分離する気液分離器と、
前記芳香族化合物を貯蔵する芳香族化合物貯蔵設備と、
前記燃料としての軽油あるいは天然ガスを貯蔵する燃料貯蔵設備と、
前記水素と、前記軽油あるいは天然ガスを混合後、空気と燃焼させ、燃焼による熱エネルギーを駆動力に変換する熱機関と、
前記熱機関が出力する駆動力を電気エネルギーに変換し、前記調整機としての同期機に電力を供給する発電機と、
前記有機ハイドライド貯蔵設備と前記脱水素反応器を接続する配管に設置され、弁開度指令値を入力として弁開度を操作し、前記脱水素反応器に流入する前記有機ハイドライド流量を調節する有機ハイドライド流量調節弁と、
前記気液分離器と前記熱機関を接続する配管に設置され、弁開度指令値を入力として弁開度を操作し、前記熱機関に流入する前記水素流量を調節する水素流量調節弁と、
前記燃料貯蔵設備と前記熱機関を接続する配管に設置され、弁開度指令値を入力として弁開度を操作し、前記熱機関に流入する前記軽油あるいは天然ガス流量を調節する燃料流量調節弁と、
前記気液分離器と前記熱機関を接続する配管に設置され、前記熱機関に流入する前記水素流量を検出する水素流量計と、
前記燃料貯蔵設備と前記熱機関を接続する配管に設置され、前記熱機関に流入する前記軽油あるいは天然ガス流量を検出する燃料流量計と、
前記要求発電出力、前記発電機の供給電力計測値を入力として、前記同期機に供給する電力が前記要求発電出力に一致するように、前記有機ハイドライド流量調節弁、前記燃料流量調節弁を制御し、前記有機ハイドライド流量調節弁、前記燃料流量調節弁の弁開度指令値を計算、出力するとともに、前記水素流量計の水素流量計測値、前記燃料流量計の燃料流量計測値を入力として、前記熱機関に流入する水素濃度が設定値と一致するように、前記水素流量調節弁を制御し、前記水素流量調節弁の弁開度指令値を計算、出力する流量演算部と
を備えたことを特徴とする水素回生システム。 - 少なくとも水素と異なる燃料を含む燃料を燃焼させて発電機を駆動することにより電力を供給する複数の電力供給ユニットと、前記電力供給ユニットの供給電力を入力し所定の電力となるように調整して負荷に供給する調整機を有し、前記複数の電力供給ユニットは、水素を貯蔵する化合物から水素を回生して燃料と前記回生水素を混合して燃焼させて発電機を駆動することにより電力を供給する水素回生ユニットを含み、前記水素回生ユニットとして、少なくとも運転開始から所定後にほぼ定格出力状態で運転した後に前記ほぼ定格出力状態から停止状態に遷移する定格出力水素回生ユニットを含み、前記定格出力水素回生ユニット以外の少なくとも一部の電力供給ユニットは、要求負荷に対する電力供給が連続的な可変に構成されることを特徴とする水素回生システム。
- 請求項4において、
前記定格出力水素回生ユニットは、
前記貯蔵化合物としての有機ハイドライドを貯蔵する有機ハイドライド貯蔵設備と、
前記有機ハイドライドから脱水素反応により前記水素と芳香族化合物を得る脱水素反応機と、
前記水素と前記芳香族化合物を分離する気液分離器と、前記芳香族化合物を貯蔵する芳香族化合物貯蔵設備と、
前記燃料としての前記軽油あるいは天然ガスを貯蔵する燃料貯蔵設備と、
前記水素と、前記軽油あるいは天然ガスを混合後、空気と燃焼させ、燃焼による熱エネルギーを駆動力に変換する熱機関と、
前記熱機関が出力する駆動力を電気エネルギーに変換し、前記同期機に電力を供給する発電機と、
前記有機ハイドライド貯蔵設備と前記脱水素反応器を接続する配管に設置され、弁開度指令値を入力として弁開度を操作し、前記脱水素反応器に流入する前記有機ハイドライド流量を調節する有機ハイドライド流量調節弁と、
前記気液分離器と前記熱機関を接続する配管に設置され、弁開度指令値を入力として弁開度を操作し、前記熱機関に流入する前記水素流量を調節する水素流量調節弁と、
前記燃料貯蔵設備と前記熱機関を接続する配管に設置され、弁開度指令値を入力として弁開度を操作し、前記熱機関に流入する前記軽油あるいは天然ガス流量を調節する燃料流量調節弁と、
前記要求発電出力、前記発電機の供給電力計測値を入力として、前記定格出力水素回生ユニットの運転状態を決定して、前期有機ハイドライド流量調節弁、前記水素流量調節弁、前記燃料流量調節弁を制御し、前記有機ハイドライド流量調節弁、前記水素流量調節弁、前記燃料流量調節弁の弁開度指令値を計算、出力する停止・定格出力判定部と
を有することを特徴とする水素回生システム。 - 請求項4において、
前記要求負荷に対する電力供給が連続的な可変に構成される電力供給ユニットは、前記出力調整ユニットとして、
前記燃料としての軽油あるいは天然ガスを貯蔵する燃料貯蔵設備と、
前記水素と、前記軽油あるいは天然ガスを混合後、空気と燃焼させ、燃焼による熱エネルギーを駆動力に変換する熱機関と、
前記熱機関が出力する駆動力を電気エネルギーに変換し、前記同期機に電力を供給する発電機と、
前記燃料貯蔵設備と前記熱機関を接続する配管に設置され、弁開度指令値を入力として弁開度を操作し、前記熱機関に流入する前記軽油あるいは天然ガス流量を調節する燃料流量調節弁と、
前記要求発電出力、前記発電機の供給電力計測値を入力として、前記同期機に供給する電力が前記要求発電出力に一致するように、前記燃料流量調節弁を制御し、前記燃料流量調節弁の弁開度指令値を計算、出力する流量演算部と
を備えたことを特徴とする水素回生システム。 - 請求項4において、
前記定格出力水素回生ユニット以外の少なくとも一部の電力供給ユニットは、燃料としての軽油または天然ガスを混合、燃焼させて発電機を駆動し、最低出力状態と発電機出力変化を切り替えて運転して電力を供給する、複数の出力調整ユニットであることを特徴とする水素回生システム。 - 水素を貯蔵する貯蔵化合物から水素を回生して水素と異なる燃料と前記回生水素を混合して燃焼させて発電機を駆動することにより電力を供給する複数の水素回生ユニットと、要求負荷を入力として、定格出力水素回生ユニット要求値と出力調整水素回生ユニットの要求値を計算するユニット発電出力演算部と、前記複数の水素回生ユニットの供給電力を入力し所定の電力となるように調整して負荷に電力を供給する調整機を有する水素回生システムの水素回生運転方法であって、
前記水素回生ユニットのうちの定格出力水素回生ユニットは、前記定格出力水素回生ユニット要求値に基づいて、停止状態と定格出力を切り替えて運転して電力を供給し、
前記水素回生ユニットのうちの出力調整水素回生ユニットは、前記出力調整水素回生ユニットの要求値に基づいて、水素流量と燃料の比率である水素混合比を前記定格出力水素回生ユニットの水素混合比より低い範囲で可変にして電力を供給する水素回生運転方法。 - 少なくとも水素と異なる燃料を含む燃料を燃焼させて発電機を駆動することにより電力を供給する複数の電力供給ユニットと、前記電力供給ユニットの供給電力を入力し所定の電力となるように調整して負荷に電力を供給する調整機を有する水素回生システムの水素回生運転方法であって、
前記複数の電力供給ユニットのうちの、水素を貯蔵する有機化合物から水素を回生して前記水素と燃料を混合して燃焼させて発電機を駆動することにより電力を供給する水素回生ユニットは、少なくとも運転開始から所定後はほぼ定格出力状態で運転し前記ほぼ定格出力状態からは停止状態に移行して運転し、
前記複数の電力供給ユニットのうちの、前記定格出力水素回生ユニット以外の少なくとも一部の電力供給ユニットは、要求負荷に対する電力供給が連続的な可変に運転する水素回生運転方法。
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