JP2020056358A - Power generation system - Google Patents
Power generation system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020056358A JP2020056358A JP2018187651A JP2018187651A JP2020056358A JP 2020056358 A JP2020056358 A JP 2020056358A JP 2018187651 A JP2018187651 A JP 2018187651A JP 2018187651 A JP2018187651 A JP 2018187651A JP 2020056358 A JP2020056358 A JP 2020056358A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power generation
- oxygen
- hydrogen
- generation system
- generated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 114
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 83
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 82
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 13
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 53
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 7
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 14
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 10
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 8
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000218645 Cedrus Species 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004177 carbon cycle Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
Description
本発明は、バイオマス発電を用いて環境負荷を低減するための発電システムに関する。 The present invention relates to a power generation system for reducing environmental load using biomass power generation.
地球温暖化防止のため、発電過程において排出される二酸化炭素を抑制することが求められている。そのため、再生可能エネルギーや排熱等の未利用エネルギーを用いて二酸化炭素を抑制する発電方法が研究されている。例えば、二酸化炭素を抑制する燃料として水素を利用する技術が注目されている。 In order to prevent global warming, it is required to suppress carbon dioxide emitted during the power generation process. Therefore, a power generation method for suppressing carbon dioxide by using unused energy such as renewable energy and waste heat has been studied. For example, a technology that uses hydrogen as a fuel that suppresses carbon dioxide has attracted attention.
これに関連して、発電プラントの排熱を利用して液体水素および助燃剤である液体酸素を製造する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。酸素や水素を液化貯留する場合、システムが大規模かつ複雑になり大量のエネルギーを消費する。水素を貯蔵する際には高圧化、液化などの方法が考えられるが、圧縮水素は体積あたりのエネルギー密度が低く、大容量の水素を貯蔵するためには大規模な貯蔵施設が必要であり、液化する際には液化用設備と低温液化状態を保つ高性能な断熱タンクが必要である。また、いずれの場合も高圧ガス保安法や消防法によって敷地や保安体制に関する規制を受ける。そのため、水素を用いた発電システムを導入する場合、システムを小型化することが困難となる。 In connection with this, there has been proposed a technology for producing liquid hydrogen and liquid oxygen as a combustion aid using waste heat of a power plant (for example, Patent Document 1). When oxygen and hydrogen are liquefied and stored, the system becomes large and complicated, and consumes a large amount of energy. When storing hydrogen, methods such as high pressure and liquefaction can be considered, but compressed hydrogen has a low energy density per volume, and a large-scale storage facility is required to store large volumes of hydrogen, Liquefaction requires a liquefaction facility and a high-performance insulated tank that maintains a low-temperature liquefied state. In each case, the site and security system are regulated by the High Pressure Gas Safety Law and the Fire Service Law. Therefore, when introducing a power generation system using hydrogen, it is difficult to reduce the size of the system.
環境負荷が低い他の発電方法として自然由来のバイオマス燃料を用いたものがある。これは、バイオマスを燃焼させタービンを回して電力を発生させるものである。この発電方法によれば、発電過程で二酸化炭素を排出するが、排出される二酸化炭素は成長段階の植物が光合成によって吸収したものであるため、二酸化炭素の排出と吸収が釣り合った炭素循環に対して中立であるというカーボンニュートラルの概念が適用され、二酸化炭素は実質的に排出していないと見なされる。 As another power generation method with a low environmental load, there is a method using a biomass fuel derived from nature. In this method, biomass is burned and a turbine is turned to generate electric power. According to this power generation method, carbon dioxide is emitted during the power generation process, but the emitted carbon dioxide is absorbed by plants in the growing stage through photosynthesis, so the carbon dioxide emission and absorption are balanced by the carbon cycle. The concept of carbon neutral, which is neutral and neutral, applies, and it is assumed that carbon dioxide is not substantially emitted.
バイオマス燃料を用いた発電方法では、カーボンニュートラルであるものの、バイオマス燃焼過程において高温高圧下で燃料を燃焼させるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。また、バイオマス燃料を用いた発電方法において、蒸気タービン方式の発電を導入した場合、発電効率を高めるための小型化は難しいという課題がある。更に、バイオマス燃料を用いた発電方法において、小型化可能なガス化発電方式を導入した場合、発電量に対する送電設備費用が相対的に高くなるという課題がある。 In the power generation method using biomass fuel, nitrogen oxides (NOx) are generated because the fuel is burned at high temperature and high pressure in the biomass combustion process, although it is carbon neutral. Further, in the power generation method using biomass fuel, when the power generation of the steam turbine system is introduced, there is a problem that it is difficult to reduce the size to increase the power generation efficiency. Furthermore, in the power generation method using biomass fuel, when a gasification power generation system that can be reduced in size is introduced, there is a problem that the cost of power transmission equipment relative to the amount of power generation becomes relatively high.
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、環境負荷を低減しつつ、発電効率を向上させることができる発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a power generation system capable of improving power generation efficiency while reducing environmental load.
上記の目的を達するために、本発明は、バイオマス燃料を使用した発電システムであって、空気から酸素を分離して供給する酸素供給部と、前記酸素供給部から供給される前記酸素ガスを前記バイオマス燃料の燃焼に用いて発電機を稼働して電力を発生させる発電部と、前記電力を用いて水を電気分解して酸素と水素とを生成し、前記発生させた酸素を前記酸素供給部に供給する水電解部と、前記生成された水素を貯蔵する水素吸蔵部と、を備える、発電システムである。 In order to achieve the above object, the present invention is a power generation system using biomass fuel, an oxygen supply unit that supplies oxygen by separating oxygen from air, and the oxygen gas that is supplied from the oxygen supply unit. A power generation unit for operating a generator to generate power by using the biomass fuel for combustion, and electrolyzing water using the power to generate oxygen and hydrogen, and using the generated oxygen to the oxygen supply unit; A power generation system comprising: a water electrolysis unit for supplying hydrogen to the fuel cell; and a hydrogen storage unit for storing the generated hydrogen.
本発明によれば、発電部で発生させた電力を用いて水電解部で水素と酸素を発生させ、酸素を発電部におけるバイオマス燃料の燃焼に利用することで、発電部における窒素酸化物の発生を低減することができる。 According to the present invention, the generation of nitrogen oxides in the power generation unit is achieved by generating hydrogen and oxygen in the water electrolysis unit using the power generated in the power generation unit and using the oxygen for combustion of biomass fuel in the power generation unit. Can be reduced.
また、本発明に係る発電システムは、前記発電部が水を煮沸して水蒸気を発生させて前記発電機を稼働させるボイラーを備え、前記ボイラーから発生した前記水蒸気から生成された復水は、前記水電解部または前記ボイラーのうち少なくともいずれか一方において利用されるように構成されていてもよい。 Further, the power generation system according to the present invention, the power generation unit includes a boiler for operating the generator by boiling water to generate water vapor, the condensate generated from the steam generated from the boiler, the condensate It may be configured to be used in at least one of a water electrolysis unit and the boiler.
本発明によれば、ボイラーから発生した水蒸気を水電解部に供給することで、水電解に用いるための純水を容易に入手することができる。また、本発明によれば、ボイラーから発生した水蒸気から生成された復水を再びボイラーで利用することで、熱効率を上げる共に、節水をすることができる。 According to the present invention, pure water for use in water electrolysis can be easily obtained by supplying steam generated from the boiler to the water electrolysis unit. Further, according to the present invention, by using the condensed water generated from the steam generated from the boiler again in the boiler, the heat efficiency can be increased and the water can be saved.
前記ボイラーおよび前記発電機から発生した排熱は、前記ボイラーに供給される水の加熱、前記水電解部に供給される水の加熱、及び前記水素吸蔵部の加熱のうち少なくとも一つに用いられるように構成されていてもよい。 Waste heat generated from the boiler and the generator is used for at least one of heating of water supplied to the boiler, heating of water supplied to the water electrolysis unit, and heating of the hydrogen storage unit. It may be configured as follows.
本発明によれば、ボイラーおよび発電機から発生した排熱を水電解部や水素吸蔵部で有効利用することで、熱効率を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thermal efficiency can be improved by effectively using the waste heat generated from the boiler and the generator in the water electrolysis section and the hydrogen storage section.
また、本発明に係る発電システムは、前記発電部は、前記バイオマス燃料をガス化してバイオガスを生成するガス化炉と、前記バイオガスを燃焼して発電する前記発電機と、を備えるように構成されていてもよい。 Further, in the power generation system according to the present invention, the power generation unit includes a gasifier for gasifying the biomass fuel to generate biogas, and the power generator for burning the biogas to generate power. It may be configured.
本発明によれば、バイオガスを生成するガス化炉を備えることにより、システム構成を小型化することができ、地域の規模や供給量等の特性に合わせて導入することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, by providing the gasification furnace which produces | generates biogas, a system structure can be miniaturized and it can introduce according to the characteristics, such as a regional scale and supply amount.
また、本発明に係る発電システムは、前記ガス化炉で生成された前記バイオガスは、前記水素吸蔵部に供給され、前記水素吸蔵部において前記バイオガスに含まれる水素が分離されて貯蔵されるように構成されているようにしてもよい。 In the power generation system according to the present invention, the biogas generated in the gasification furnace is supplied to the hydrogen storage unit, and hydrogen contained in the biogas is separated and stored in the hydrogen storage unit. The configuration may be such that:
本発明によれば、生成したバイオマスガスから水素吸蔵部で水素を分離することで精製設備を新たに設置する必要がなく装置構成を簡略化することができる。 According to the present invention, by separating hydrogen from the generated biomass gas in the hydrogen storage unit, it is not necessary to newly install a purification facility, and the apparatus configuration can be simplified.
また、本発明に係る発電システムは、前記水素吸蔵部において分離された前記バイオガスに含まれる前記水素以外のガスが回収されるように構成されているようにしてもよい。 Further, the power generation system according to the present invention may be configured such that a gas other than the hydrogen contained in the biogas separated in the hydrogen storage unit is recovered.
本発明によれば、水素吸蔵部において分離されたバイオガスに含まれる水素以外のガスが回収されることにより、バイオマス燃料の利用効率を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the utilization efficiency of biomass fuel can be improved by collect | recovering gas other than hydrogen contained in the biogas isolate | separated in the hydrogen storage part.
本発明に係る発電システムによれば、環境負荷を低減しつつ、発電効率を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the power generation system which concerns on this invention, a power generation efficiency can be improved, reducing an environmental load.
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る発電システムの実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
［第１実施形態］
図１に示されるように、第１実施形態に係る発電システム１は、バイオマス燃料を用いて蒸気タービン方式で発電しつつ、水素を生成するシステムである。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the power generation system 1 according to the first embodiment is a system that generates hydrogen while generating power using a biomass fuel by a steam turbine method.
発電システム１は、例えば、電力を発生するバイオマス発電部２と、水を電気分解するための水電解部１０と、水電解部１０で発生した水素ガスを貯蔵する水素吸蔵部２０と、酸素の生成および貯蔵をするための酸素供給部４０とを備える。
The power generation system 1 includes, for example, a biomass
発電システム１は、バイオマス発電部２の炉内に酸素供給部４０から供給された酸素を混合し、燃焼効率を向上させると共に、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制しつつも環境に低負荷な水素製造を行うことができるシステムである。更に、発電システム１は、バイオマス発電部２の排熱と地下水を利用して水素吸蔵部２０の貯蔵を行い、水素の貯蔵と供給を効率化すると共に、安全性を向上させることができるシステムである。
The power generation system 1 mixes oxygen supplied from the
バイオマス発電部２は、例えば、水蒸気を発生させるボイラー３と、水蒸気を用いて電力を発生させる発電部４と、発電部４から水蒸気を回収して水を回収する復水器５とを備える。
The biomass
ボイラー３は、例えば、バイオマス燃料の燃焼過程で発生する燃焼熱により水を煮沸して、水蒸気を発生させる。バイオマス燃料は、例えば、木材チップ等の自然由来の原料を用いた燃料である。バイオマス燃料は、例えば、木材や雑草等を原料として生成される。ボイラー３は、基本的には大気中の酸素で燃料を燃焼する。ボイラー３には、酸素供給部４０が配管４３を介して接続されている。燃料の燃焼過程で酸素濃度が不足する場合、酸素供給部４０から酸素が供給される。これにより、窒素酸化物の発生が低減される。ボイラー３で発生した水蒸気は、配管３Ｐを介して発電部４に供給される。
The
発電部４は、例えば、タービン式の出力部を備える。発電部４は、配管３Ｐから供給される高圧の水蒸気をブレードに当ててブレードに接続された出力軸を回転させ、出力軸に接続された発電機で電力を発生させる。発電部４で発生した電力は、電力線４Ｑを介して住宅等の各設備に供給される。発電部４で発生した電力の一部は、電力線４Ｑを介して水電解部１０に供給される。発電部４で発生した電力は、全て水電解部１０に供給されるようにしてもよい。
The
発電部４に供給された水蒸気は、配管４Ｐで接続された復水器５に排出される。復水器５内では、水蒸気が凝縮され、水となる。復水器５で回収された水は、ポンプにより第１配管５Ｐを介して再びボイラー３に供給される。また、復水器５で回収された水の一部は、ポンプにより第２配管５Ｑを介して水電解部１０に供給される。
The steam supplied to the
水電解部１０は、電解水を貯留し、電気分解するための電解槽１１を備える。電解槽１１には、電解水として第１配管１１Ｐを介して地下水あるいは河川の水が供給される。地下水あるいは河川の水は、ろ過された後に利用される。電解槽１１には、復水器５からも水が供給される。復水器５からの水は比較的不純物が少ないと考えられるため、そのまま電解水として利用できるからである。電解水として、後述の水素吸蔵合金の冷却に使用した地下水(温水)をろ過して利用してもよい。
The
水電解部１０は、バイオマス発電部２で発生した電力の一部を使用して水を電気分解し、水素ガスと酸素ガスを発生させる。水の電気分解は、吸熱反応であるため水の温度が高い方が必要な電力が低減されるので、電解槽１１には、復水器５から高温の水が供給される。更に、電解槽１１には、配管Ｈを流れる冷媒を介してボイラー３と発電部４からの排熱が利用され、電解槽１１内の水が加熱される。
The
水電解部１０において生成された酸素ガス（副生酸素）は、第２配管１１Ｑを介して後述の圧縮酸素タンク４２で圧縮されて貯蔵される。酸素ガスは、液化貯蔵するためのエネルギーを省くために大気放出してもよい。また、水電解部１０において生成された酸素ガスは、ほぼ純酸素であるため、脱水し加圧した後、精製を行わずそのままボイラー３の炉内へ供給されてもよい。水電解部１０で発生した水素ガスは、第１配管１１Ｐを介して水素吸蔵部２０に供給される。
The oxygen gas (by-product oxygen) generated in the
水素吸蔵部２０は、例えば、熱を回収するための熱交換器２１と水素を貯蔵するための水素吸蔵合金２２とを備える。熱交換器２１には、くみ上げられた地下水が流通する配管Ｔが接続されている。地下水は、熱交換器２１に接続された配管Ｈからの熱により熱交換され加熱される。熱交換器２１で加熱された地下水は、配管Ｔを介してボイラー３に供給される。
The
水素吸蔵合金２２は、水電解部１０で発生した水素ガスを吸着し、一時的に貯蔵するための金属を備える。水素吸蔵合金２２に貯蔵された水素は、需要に応じて取り出され、パイプラインによる気体の状態、液体水素の状態、もしくは圧縮水素の状態により需要地へ輸送され、利用される。圧縮水素を用いる場合には、昇圧は水素吸蔵合金を用いて行ってもよい。
The
水素吸蔵合金２２には、配管Ｈが接続されており、貯蔵された水素を放出する際に、配管Ｈから供給される熱により加熱される。水素吸蔵合金２２には、また、地下水が流通する配管Ｔが接続されており、水素を吸蔵する際に水素の吸着の反応性を向上させるために、配管Ｔ内を流通する地下水により冷却される。
A pipe H is connected to the
酸素供給部４０は、酸素を生成するための酸素製造装置４１と、酸素の貯蔵及び供給をするための圧縮酸素タンク４２とを備える。酸素製造装置４１は、例えば、圧力空気吸着法（ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）法）または膜分離法によって空気から酸素を分離して生成する。酸素製造装置４１は、燃料の燃焼過程で酸素が不足する場合には生成した酸素をボイラー３へ供給する。酸素製造装置４１は、ボイラー３に供給する酸素が必要でない場合、圧縮酸素タンク４２に酸素を貯蔵する。酸素製造装置４１は、燃料の燃焼過程で酸素が更に不足する場合には圧縮酸素タンク４２に貯蔵された酸素をボイラー３に供給する。圧縮酸素タンク４２には、水電解部１０で発生した副生酸素も貯蔵される。
The
発電システム１には、更に、燃料電池(Fuel Cell:FC)Ｆが設けられていてもよい。燃料電池Ｆにより、水素吸蔵合金２２から放出される水素を用いて本設備・施設内に電力を供給してもよいし、停電時のバックアップ用の発電部として用いられてもよい。
The power generation system 1 may further include a fuel cell (FC) F. The fuel cell F may be used to supply power to the facilities and facilities using hydrogen released from the
上述した発電システム１によれば、水電解による水素の生成において同時に生成される酸素は従来未利用であったが、これを有効利用することでバイオマス発電の効率を向上させると共に、窒素酸化物の排出を低減することができる。また、発電システム１によれば、バイオマス燃料を利用したバイオマス発電部２から排出される二酸化炭素はカーボンニュートラルであるため環境負荷を低減することができる。また、発電システム１によれば、水電解に用いるための純水を復水器５から容易に入手することができる。
According to the above-described power generation system 1, oxygen that is simultaneously generated in the generation of hydrogen by water electrolysis has not been conventionally used. However, by effectively using this, the efficiency of biomass power generation is improved, and the generation of nitrogen oxides is improved. Emissions can be reduced. Further, according to the power generation system 1, the carbon dioxide emitted from the biomass
また、発電システム１によれば、水素吸蔵合金２２の利用エネルギーを、高温熱源のボイラー３から安定的に供給される排熱と、低温熱源として年中安定した温度(１０数℃)である地下水を用いて賄うため、システム全体の熱効率を向上させることができる。また、発電システム１によれば、熱交換に利用されて温度が上昇した地下水(温水)をボイラー３に供給することで熱効率を上げる共に、ろ過後の水電解にも使用することで節水をすることができる。
Further, according to the power generation system 1, the utilization energy of the
また、発電システム１によれば、圧縮水素ガスとして市街地に供給する際に、水素吸蔵合金に吸蔵された水素から水素ガスを取り出して昇圧を行うことができるため、コンプレッサーを省略し、装置構成を簡略化することができる。また、発電システム１によれば、水素の一時的な貯蔵に吸蔵・放出を繰り返しても粉末にならない水素吸蔵合金を用いることで消防法・高圧ガス保安法上の敷地・保安体制等の規制をクリアすることができる。 Further, according to the power generation system 1, when supplying compressed hydrogen gas to an urban area, hydrogen gas can be extracted from hydrogen stored in the hydrogen storage alloy and pressure can be increased, so that a compressor is omitted and the apparatus configuration is omitted. It can be simplified. In addition, according to the power generation system 1, by using a hydrogen storage alloy that does not become powder even if storage and release are repeated for temporary storage of hydrogen, regulations on the site and security system under the Fire Services Act and the High Pressure Gas Safety Act are regulated. Can be cleared.
また、発電システム１によれば、システム内に燃料電池が組み込まれているため、点検時や緊急時などの際にバイオマス発電部２が停止した場合でも、水素吸蔵量が十分であれば蓄電池より設備に電力を長期間供給し続けることができる。
Further, according to the power generation system 1, since the fuel cell is incorporated in the system, even when the biomass
［第２実施形態］
第１実施形態の発電システム１は、バイオマス発電部２にボイラー３と発電部４を用いた高温水蒸気発電を行うものである。第２実施形態では、システムを小型化するためにバイオマス燃料をガス化するガス化炉を用いて発電を行う。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の名称および符号を用い、重複する説明については適宜省略する。
[Second embodiment]
The power generation system 1 of the first embodiment performs high-temperature steam power generation using a
図２に示されるように、発電システム１Ａは、バイオマス燃料をガス化するガス化炉３Ａにおいて生成されたバイオガスを用いて発電を行うものである。 As shown in FIG. 2, the power generation system 1A generates power using biogas generated in a gasifier 3A for gasifying biomass fuel.
ガス化炉３Ａにおいて、例えば、木材チップ等のバイオマス燃料が用いられてガス化される。ガス化炉３Ａにおいて、例えば、地下水から供給された水が加えられ、木材チップ等のバイオマス燃料が高温で蒸し焼きの状態にされてバイオガスが生成される。木材チップは、例えば、１０７３〜１２７３［Ｋ］程度に加熱され、熱化学的に分解ガス化される。生成されるバイオガスは、例えば、メタンや水素である。ガス化炉３Ａの木材チップの加熱においてもバイオマス燃料を用いてもよい。 In the gasification furnace 3A, for example, gasification is performed using biomass fuel such as wood chips. In the gasifier 3A, for example, water supplied from groundwater is added, and biomass fuel such as wood chips is steamed at a high temperature to generate biogas. The wood chips are heated to, for example, about 1073 to 1273 [K], and are thermally decomposed and gasified. The generated biogas is, for example, methane or hydrogen. Biomass fuel may be used for heating the wood chips in the gasification furnace 3A.
生成されたバイオガスは、配管Ｋを介して水素吸蔵部２０へも供給される。水素吸蔵部２０において、バイオガスは、水素吸蔵合金２２により水素が分離され、貯蔵される。これにより、発電システム１Ａのシステムが小型化される。分離された水素以外のガスは回収され、再利用される。水素以外のガスは、ガス化炉３Ａの燃料として用いてもよい。
The generated biogas is also supplied to the
ガス化炉３Ａで生成したバイオガスは、例えば、不純物が除去された後、配管３Ｒを介して発電部４Ａに供給される。発電部４Ａは、例えば、レシプロエンジン式やタービン式の出力部を備え、バイオガスを燃焼した際に出力軸を回転させ、出力軸に接続された発電機で電力を発生させる。発電部４Ａは、配管４Ｒを介して地下水により冷却される。発電部４Ａを冷却して暖められた地下水は、ろ過されて電解槽１１に供給される。
The biogas generated in the gasification furnace 3A is supplied to the
上述した発電システム１Ａによれば、バイオマス発電部にガス化発電を用いることでシステムを小型化することができる。上述した発電システム１Ａによれば、生成したバイオマスガスから水素を分離する際、水素吸蔵合金を用いることで精製設備を新たに設置する必要がなく装置構成を簡略化することができる。 According to the above-described power generation system 1A, the size of the system can be reduced by using gasification power generation for the biomass power generation unit. According to the above-described power generation system 1A, when hydrogen is separated from the generated biomass gas, the use of a hydrogen storage alloy eliminates the need to newly install a purification facility, thereby simplifying the apparatus configuration.
［第３実施形態］
バイオマス発電を用いた発電システムを導入する場合、燃料の安定供給と採算性が課題となる。第３実施形態では、バイオマス燃料の安定的な供給体制と、バイオマス発電で生成された水素の提供をも含めた社会インフラとしての発電システムを提案する。
[Third embodiment]
When introducing a power generation system using biomass power generation, stable supply of fuel and profitability become issues. In the third embodiment, a stable power supply system of biomass fuel and a power generation system as a social infrastructure including provision of hydrogen generated by biomass power generation are proposed.
図３に示されるように、発電システム１，１Ａは、バイオマス資源が豊富にある地域に導入される。バイオマス資源が豊富にある地域とは、例えば、スギ等を栽培する林業が営まれている地域である。林業が営まれている地域においては、定期的に材木用に残される樹木以外は間伐材として伐採される。間伐材をチップ状に加工すれば、高品質なバイオマス燃料が安定的に供給される。また、材木の加工過程で排出される端材や木くずもバイオマス燃料として利用できる。従って、バイオマス資源が豊富にある地域に発電システム１，１Ａを導入した場合、大量のバイオマス燃料を長距離輸送する必要がなく、かつ、バイオマス燃料が安定的に供給される。 As shown in FIG. 3, the power generation systems 1 and 1A are introduced into an area where biomass resources are abundant. The area where the biomass resources are abundant is, for example, an area where forestry for growing cedar and the like is operated. In areas where forestry is in operation, trees other than those that are left for timber are trimmed as thinned timber. If thinned wood is processed into chips, high-quality biomass fuel can be supplied stably. Also, offcuts and wood chips discharged in the process of processing timber can be used as biomass fuel. Therefore, when the power generation system 1 or 1A is introduced into an area where biomass resources are abundant, it is not necessary to transport a large amount of biomass fuel over a long distance, and the biomass fuel is supplied stably.
発電システム１，１Ａで発電された電力や水素は、近隣の市街地や農村部等の地域に供給される。ここで、近隣の地域に燃料電池を利用した社会インフラが構築されている場合、発電システム１，１Ａから水素を安定的に供給することが可能となると共に、電力を送電する送電設備を新たに整備する必要がなくなり、発電コストを低減することができる。発電システム１，１Ａのいずれかを設けるかは、森林や近隣の地域の規模や事業採算性等を考慮して決定される。 Electric power and hydrogen generated by the power generation systems 1 and 1A are supplied to nearby areas such as urban areas and rural areas. Here, when a social infrastructure using a fuel cell is constructed in a nearby area, it is possible to stably supply hydrogen from the power generation systems 1 and 1A and newly install a power transmission facility for transmitting power. There is no need for maintenance, and power generation costs can be reduced. Which of the power generation systems 1 and 1A is provided is determined in consideration of the scale of the forest and the nearby area, the profitability of the business, and the like.
上述した発電システム１，１Ａによれば、バイオマス資源が豊富にある地域に導入した場合、燃料の調達コストを低減すると共に、安定的に燃料を調達することができる。また、発電システム１，１Ａによれば、バイオマス資源が豊富にある地域に導入した場合、バイオマスの代わりに水素を市街地や農村部へ供給することでバイオマスの輸送コストを低減することができる。これにより、この地域においては大規模な送電網を新たに整備する必要がなく初期投資費用を削減することができる。また、発電システム１，１Ａによれば、長期間稼働させることにより、バイオマス燃料として低含水率、高発熱量のスギ等の大量の木材を使用することで市街地へのスギ花粉飛散を低減すること共に、林業等の雇用を創出し、地域社会に貢献することができる。 According to the above-described power generation systems 1 and 1A, when introduced into an area where biomass resources are abundant, fuel procurement costs can be reduced and fuel can be procured stably. In addition, according to the power generation systems 1 and 1A, when introduced into an area where biomass resources are abundant, the cost of transporting biomass can be reduced by supplying hydrogen to urban and rural areas instead of biomass. As a result, there is no need to newly install a large-scale transmission network in this region, and the initial investment cost can be reduced. In addition, according to the power generation systems 1 and 1A, by operating for a long time, a large amount of wood such as cedar with a low water content and a high calorific value is used as biomass fuel to reduce cedar pollen scattering to urban areas. Both can create jobs such as forestry and contribute to local communities.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、バイオマス燃料は、木材チップ燃料の他に他の自然由来の燃料を用いてもよい。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said Embodiment, It can change suitably within the range which does not deviate from the meaning. For example, the biomass fuel may use other naturally derived fuels in addition to wood chip fuel.
１、１Ａ…発電システム
２…バイオマス発電部
３…ボイラー
３Ａ…ガス化炉
３Ｐ、３Ｒ…配管
４、４Ａ…発電部
４Ｐ、４Ｒ…配管
４Ｑ…電力線
５…復水器
５Ｐ…第１配管
５Ｑ…第２配管
１０…水電解部
１１…電解槽
１１Ｐ…第１配管
１１Ｑ…第２配管
２０…水素吸蔵部
２１…熱交換器
２２…水素吸蔵合金
４０…酸素供給部
４１…酸素製造装置
４２…圧縮酸素タンク
４３…配管
Ｆ…燃料電池
Ｈ、Ｋ、Ｔ…配管
1, 1A ...
Claims (6)
空気から酸素を分離して供給する酸素供給部と、
前記酸素供給部から供給される前記酸素を前記バイオマス燃料の燃焼に用いて発電機を稼働して電力を発生させる発電部と、
前記電力を用いて水を電気分解して酸素と水素とを生成し、前記発生させた酸素を前記酸素供給部に供給する水電解部と、
前記生成された水素を貯蔵する水素吸蔵部と、を備える、
発電システム。 A power generation system using biomass fuel,
An oxygen supply unit that separates and supplies oxygen from air,
A power generation unit that generates power by operating a generator using the oxygen supplied from the oxygen supply unit for combustion of the biomass fuel,
A water electrolysis section that electrolyzes water using the electric power to generate oxygen and hydrogen, and supplies the generated oxygen to the oxygen supply section,
A hydrogen storage unit for storing the generated hydrogen,
Power generation system.
前記ボイラーから発生した前記水蒸気から生成された復水は、前記水電解部または前記ボイラーのうち少なくともいずれか一方において利用されるように構成されている、
請求項１に記載の発電システム。 The power generation unit includes a boiler that operates the generator by boiling water to generate steam.
Condensate generated from the steam generated from the boiler is configured to be used in at least one of the water electrolysis unit or the boiler,
The power generation system according to claim 1.
請求項２に記載の発電システム。 The exhaust heat generated from the boiler and the generator is heated to at least one of heating of water supplied to the boiler, heating of water supplied to the water electrolysis unit, and heating of the hydrogen storage unit. Configured to be used,
The power generation system according to claim 2.
請求項１に記載の発電システム。 The power generation unit includes a gasifier that gasifies the biomass fuel to generate biogas, and the generator that generates power by burning the biogas.
The power generation system according to claim 1.
前記水素吸蔵部において前記バイオガスに含まれる水素が分離されて貯蔵されるように構成されている、
請求項４に記載の発電システム。 The biogas generated in the gasification furnace is supplied to the hydrogen storage unit,
Hydrogen contained in the biogas is configured to be separated and stored in the hydrogen storage unit,
The power generation system according to claim 4.
請求項４または５に記載の発電システム。 A gas other than the hydrogen contained in the biogas separated in the hydrogen storage unit is configured to be recovered,
The power generation system according to claim 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018187651A JP2020056358A (en) | 2018-10-02 | 2018-10-02 | Power generation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018187651A JP2020056358A (en) | 2018-10-02 | 2018-10-02 | Power generation system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020056358A true JP2020056358A (en) | 2020-04-09 |
Family
ID=70106791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018187651A Pending JP2020056358A (en) | 2018-10-02 | 2018-10-02 | Power generation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2020056358A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10848212B2 (en) | 2008-04-29 | 2020-11-24 | Apple Inc. | Feedback based on codebook subset |
| JP6940713B1 (en) * | 2021-05-18 | 2021-09-29 | 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 | Hydrogen production system |
| CN114517714A (en) * | 2022-01-20 | 2022-05-20 | 清华大学 | Combined heat and power and hydrogen production system with ultra-high temperature gas cooled reactor coupled with iodine-sulfur cycle |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001050010A (en) * | 1999-08-10 | 2001-02-23 | Toshiba Corp | Power plant |
| JP2004041967A (en) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Toshiba Corp | Energy system |
| JP2007245017A (en) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | Energy system |
| WO2013188479A1 (en) * | 2012-06-13 | 2013-12-19 | Saudi Arabian Oil Company | Hydrogen production from an integrated electrolysis cell and hydrocarbon gasification reactor |
-
2018
- 2018-10-02 JP JP2018187651A patent/JP2020056358A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001050010A (en) * | 1999-08-10 | 2001-02-23 | Toshiba Corp | Power plant |
| JP2004041967A (en) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Toshiba Corp | Energy system |
| JP2007245017A (en) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | Energy system |
| WO2013188479A1 (en) * | 2012-06-13 | 2013-12-19 | Saudi Arabian Oil Company | Hydrogen production from an integrated electrolysis cell and hydrocarbon gasification reactor |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10848212B2 (en) | 2008-04-29 | 2020-11-24 | Apple Inc. | Feedback based on codebook subset |
| JP6940713B1 (en) * | 2021-05-18 | 2021-09-29 | 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 | Hydrogen production system |
| JP6940715B1 (en) * | 2021-05-18 | 2021-09-29 | 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 | Hydrogen production system |
| WO2022244659A1 (en) * | 2021-05-18 | 2022-11-24 | 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 | Hydrogen production system |
| JP2022177505A (en) * | 2021-05-18 | 2022-12-01 | 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 | Hydrogen production system |
| JP2022177773A (en) * | 2021-05-18 | 2022-12-01 | 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 | Hydrogen production system |
| CN114517714A (en) * | 2022-01-20 | 2022-05-20 | 清华大学 | Combined heat and power and hydrogen production system with ultra-high temperature gas cooled reactor coupled with iodine-sulfur cycle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ishaq et al. | A review on hydrogen production and utilization: Challenges and opportunities | |
| US10899982B2 (en) | Integrated coal gasification combined power generation process with zero carbon emission | |
| JP5012559B2 (en) | Solar thermal energy storage and transfer method | |
| CN108439336B (en) | Zero-emission hydrogen electric cogeneration system | |
| JPH0434861A (en) | Fused carbonate type fuel cell power generator having co2 separator utilizing liquefied natural gas coldness | |
| JP2004210597A (en) | Waste-heat-using hydrogen/oxygen system and method for producing liquid hydrogen | |
| JP2020056358A (en) | Power generation system | |
| CN101566104B (en) | Method and device for zero emission of carbon dioxide by utilizing liquid hydrogen condensation | |
| WO2009104813A1 (en) | Method of converting solar heat energy | |
| Martis et al. | Fuel cells for carbon capture and power generation: Simulation studies | |
| WO2013006957A1 (en) | Advanced combined cycle systems and methods based on methanol indirect combustion | |
| Xiao et al. | Energy‐effective carbon dioxide capture and storage design in hydrogen production from liquefied natural gas | |
| Chen et al. | Proposal of a biogas upgrading process for a novel eco-friendly trigeneration model, producing power, methanol, and desalinated water | |
| CN101318620A (en) | Chemical industry power multi-generation energy resource system and method for separating C02 | |
| CN110921622A (en) | Methanol steam and hydrogen mixed gas integrated high-pressure hydrogen production system and method thereof | |
| CN111591957A (en) | Coal bed gas combined cycle power generation and CO2Trapping system and method | |
| JP7292474B2 (en) | Hybrid power plant with CO2 capture | |
| CN110835094A (en) | Methanol steam and hydrogen mixed gas integrated ultrahigh pressure hydrogen production system and method thereof | |
| GB2456169A (en) | A method and associated apparatus for the production of hydrogen and/or electric energy | |
| CN210068319U (en) | Zero-carbon-emission thermal power generation system | |
| CN213112522U (en) | Reforming and separating integrated high-pressure hydrogen production system | |
| Fadaei et al. | Conceptual design and energy, economic and environmental (3E) analysis of a natural gas‐based integrated system with reduced CO2 emission for multigeneration of electricity, freshwater, syngas, and oxygen | |
| JPH04334729A (en) | Power generating method | |
| CN110817799A (en) | Reforming and separating integrated ultrahigh-pressure hydrogen production system and hydrogen production method thereof | |
| CN105840312B (en) | A kind of liquid fuel liquid oxygen high pressure direct combustion steam power system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210827 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220517 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220518 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220713 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220920 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221116 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20230228 |