JP2024065283A - ガスタービンシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】アンモニアを燃料として使用するガスタービンシステムにおいて、ガスタービンの始動を促進すること。【解決手段】ガスタービンシステム１００は、アンモニア供給源１と、アンモニア供給源１に接続され、アンモニア供給源１からのアンモニアを燃焼する燃焼器４２を含むガスタービン４と、ガスタービン４の出力によって生成される電力によって運転し、水を水素および酸素に分解する水電解装置６と、水電解装置６によって生成される水素を貯留し、かつ、燃焼器４２と流体連通する水素タンク７と、水素タンク７から燃焼器４２への水素の供給を制御する制御装置９０であって、ガスタービン４の始動時に燃焼器４２への水素の供給を開始する、制御装置９０と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、ガスタービンシステムに関する。
アンモニアは、ＣＯ２を放出しない燃料として知られている。例えば、特許文献１は、アンモニアを燃料として使用するガスタービンシステムを開示する。このシステムは、アンモニアのタンクと、第一の燃焼チャンバと、を備える。タンク内のアンモニアは、第一の質量流量分離器を通り、一部が第一の燃焼チャンバに直接的に送られ、残りが第一のクラッキングチャンバに送られる。第一のクラッキングチャンバでは、アンモニアが、窒素、水素およびその他の成分を含有する水素リッチガス混合物へと分解される。アンモニアおよび水素リッチガス混合物は、第一の燃焼チャンバ内に噴射され、燃焼される。第一の燃焼チャンバからの排ガスは、高水準のＮＯｘを含む。また、このシステムは、第二の燃焼チャンバを備える。第一の燃焼チャンバからの排ガスは、第二の燃焼チャンバに誘導される。タンク内のアンモニアは、第二の質量流量分離器を通り、一部が第二の燃焼チャンバに直接的に送られ、残りが第二のクラッキングチャンバに送られる。第二のクラッキングチャンバでは、アンモニアが、窒素、水素およびその他の成分を含有する水素リッチガス混合物へと分解される。アンモニアおよび水素リッチガス混合物は、第二の燃焼チャンバ内に噴射され、燃焼される。第二の燃焼チャンバでは、燃料は１．０～１．２の高い当量比で燃焼される。これによって、第一の燃焼チャンバからの排ガスからＮＯｘが除去される。
特表２０１８－５３５３５５号公報
アンモニアは難燃性の燃料である。したがって、ガスタービンを始動する際に、燃料としてアンモニアのみを使用して、燃焼器内の圧力を大気圧から定格回転数の圧力まで増加させることは難しい。したがって、ガスタービンを始動するために、例えば天然ガス等の別の燃えやすい燃料を準備しておくことが考えられる。しかしながら、これは燃料コストの増加に繋がる。
本開示は、ガスタービンの始動を促進することができる、アンモニアを燃料として使用するガスタービンシステムを提供することを目的とする。
本開示の一態様に係るガスタービンシステムは、アンモニア供給源と、アンモニア供給源に接続され、アンモニア供給源からのアンモニアを燃焼する燃焼器を含むガスタービンと、ガスタービンの出力によって生成される電力によって運転し、水を水素および酸素に分解する水電解装置と、水電解装置によって生成される水素を貯留し、かつ、燃焼器と流体連通する水素タンクと、水素タンクから燃焼器への水素の供給を制御する制御装置であって、ガスタービンの始動時に燃焼器への水素の供給を開始する、制御装置と、を備える。
ガスタービンシステムは、アンモニア供給源およびガスタービンに接続されるクラッキング装置であって、アンモニア供給源からのアンモニアを水素および窒素へと分解し、生成された水素を含むガスをガスタービンに送る、クラッキング装置と、水電解装置によって生成される酸素を貯留し、かつ、クラッキング装置と流体連通する酸素タンクと、を備えてもよく、制御装置は、酸素タンクからクラッキング装置への酸素の供給を制御し、ガスタービンの始動時にクラッキング装置への酸素の供給を開始してもよい。
本開示の他の態様に係るガスタービンシステムは、アンモニア供給源と、アンモニア供給源に接続され、アンモニアを水素および窒素へと分解するクラッキング装置と、アンモニア供給源およびクラッキング装置に接続され、アンモニア供給源からのアンモニアと、クラッキング装置からの水素を含むガスと、を燃焼する燃焼器を含むガスタービンと、ガスタービンの出力によって生成される電力によって運転し、水を水素および酸素に分解する水電解装置と、水電解装置によって生成される酸素を貯留し、かつ、クラッキング装置と流体連通する酸素タンクと、酸素タンクからクラッキング装置への酸素の供給を制御する制御装置であって、ガスタービンの始動時にクラッキング装置への酸素の供給を開始する、制御装置と、を備える。
ガスタービンシステムは、水電解装置によって生成される水素を貯留し、かつ、燃焼器と流体連通する水素タンクを備えてもよく、制御装置は、水素タンクから燃焼器への水素の供給を制御し、ガスタービンの始動時に燃焼器への水素の供給を開始してもよい。
本開示によれば、アンモニアを燃料として使用するガスタービンシステムにおいて、ガスタービンの始動を促進することができる。
図１は、第１実施形態に係るガスタービンシステムを示す概略図である。 図２は、第２実施形態に係るガスタービンシステムを示す概略図である。 図３は、第３実施形態に係るガスタービンシステムを示す概略図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料および数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
図１は、第１実施形態に係るガスタービンシステム１００を示す概略図である。本開示において、ガスタービンシステム１００は、単に「システム１００」とも称され得る。例えば、システム１００は、アンモニアタンク（アンモニア供給源）１と、加圧器２と、クラッキング装置３と、ガスタービン４と、発電機５と、水電解装置６と、水素タンク７と、酸素タンク８と、制御装置９０と、を備える。システム１００は、他の構成要素をさらに備えてもよい。また、システム１００は、上記の構成要素のうちの１つまたは複数を備えてなくてもよい。
アンモニアタンク１は、アンモニアを貯蔵する。具体的には、アンモニアタンク１は、液体のアンモニアを貯蔵する。アンモニアタンク１は、配管Ｐ１によって加圧器２に接続される。アンモニアタンク１に貯蔵される液体アンモニアは、配管Ｐ１を介して加圧器２に供給される。他の実施形態では、例えば、アンモニアタンク１に代えて、アンモニア製造装置がアンモニア供給源として用いられてもよい。
加圧器２は、アンモニアタンク１からのアンモニアを加圧する。加圧器２は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続され、制御装置９０によって制御される。加圧器２には、配管Ｐ２が接続される。加圧されたアンモニアは、加圧器２から配管Ｐ２へ流れる。
本実施形態では、アンモニアは、クラッキング装置３およびガスタービン４に液体状態で供給される。この場合、例えば、加圧器２は、ポンプであってもよい。他の実施形態では、例えば、システム１００は、配管Ｐ１、配管Ｐ２および配管Ｐ２１の少なくとも１つに気化器を備えてもよく、アンモニアは、クラッキング装置３およびガスタービン４に気体状態で供給されてもよい。加圧器２が気体アンモニアを加圧する場合には、例えば、加圧器２は、コンプレッサであってもよい。
配管Ｐ２には、バルブＶ１が設けられる。バルブＶ１は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続され、制御装置９０によって制御される。例えば、制御装置９０は、電力需要および発電機５における発電量に基づいて、バルブＶ１の開度を制御することによって、配管Ｐ２を流れるアンモニアの流量を調整する。配管Ｐ２は、配管Ｐ２１および配管Ｐ２２に分岐される。配管Ｐ２１はクラッキング装置３に接続され、配管Ｐ２２はガスタービン４に接続される。
加圧されたアンモニアの少なくとも一部は、配管Ｐ２２を介してガスタービン４へ供給される。
加圧されたアンモニアの残りは、配管Ｐ２１を介してクラッキング装置３へ供給される。配管Ｐ２１には、バルブＶ２が設けられる。バルブＶ２は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続され、制御装置９０によって制御される。制御装置９０は、バルブＶ２の開度を制御することによって、クラッキング装置３へ供給されるアンモニアの流量を調整する。
クラッキング装置３は、アンモニアを水素および窒素へと分解する。クラッキング装置３は、アンモニアを水素および窒素へと分解する触媒を含む。このような触媒は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、ＰｔおよびＰｄの少なくとも１つを含む。クラッキング装置３は、配管Ｐ２３によってガスタービン４に接続される。水素および窒素を含むガス（本開示において、「水素リッチガス」とも称され得る）は、クラッキング装置３から配管Ｐ２３を介してガスタービン４へ供給される。
ガスタービン４は、コンプレッサ４１と、燃焼器４２と、タービン４３と、を含む。ガスタービン４は、他の構成要素をさらに備えてもよい。コンプレッサ４１は、空気を加圧し、加圧された空気を燃焼器４２に送る。
燃焼器４２は、コンプレッサ４１から加圧された空気を受け入れる。また、燃焼器４２は、上記の配管Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２２を介してアンモニアタンク１に流体的に接続される。燃焼器４２は、アンモニアタンク１からのアンモニアを受け入れる。さらに、燃焼器４２は、上記の配管Ｐ２３を介してクラッキング装置３に流体的に接続される。燃焼器４２は、クラッキング装置３からの水素リッチガスを受け入れる。本実施形態では、燃焼器４２は、アンモニアおよび水素リッチガスを燃焼する。燃焼器４２は、状況に応じて他の燃料を燃焼してもよい。
燃焼により生じた排気ガスは、燃焼器４２からタービン４３に供給される。タービン４３は、排気ガスによって回転される。排気ガスは、タービン４３の下流に位置する不図示の他の設備、例えば排熱回収ボイラおよび脱硝装置等に供給される。本実施形態では、タービン４３の回転力は、発電機５の運転に使用される。他の実施形態では、タービン４３の回転力は、他の装置で使用されてもよい。発電機５で生成された電力は、システム１００内の不図示の他の装置または外部に供給される。また、発電機５で生成された電力の一部は、水電解装置６に供給される。
一般的に、アンモニアの燃焼速度は遅い。したがって、燃焼器４２でアンモニアのみが燃焼される場合、燃焼は不安定になり易い。しかしながら、本実施形態では、アンモニアタンク１からのアンモニアの一部が、クラッキング装置３において水素および窒素に分解されてから、燃焼器４２に供給される。水素の燃焼速度は速いことから、燃焼器４２における燃焼が安定し、燃焼可能なアンモニアの量も増加する。したがって、様々な要因で燃焼器４２からの排気ガス中に残留するアンモニア（例えば、クラッキング装置３における未反応のアンモニア、および、燃焼器４２における未燃のアンモニア）が低減される。その結果、例えば、脱硝装置の運転コストが低減される。
また、上記のように、本実施形態では、アンモニアタンク１からのアンモニアの一部が、クラッキング装置３において水素および窒素に分解されてから、燃焼器４２に供給される。この場合、窒素原子Ｎは、クラッキング装置３から燃焼器４２までの区間に、酸素原子Ｏが無いまたは少ない環境において、窒素分子Ｎ２へと結合する。窒素分子Ｎ２は安定的であり、窒素原子Ｎに比べて、酸素原子Ｏと結合し難い。したがって、ＮＯｘの生成、特にフューエルＮＯｘの生成が抑制される。
水電解装置６は、電気分解によって水を水素および酸素に分解する。水電解装置６は、陰極および陽極を含む電解槽を備える。水電解装置６は、配管Ｐ３から水（例えば、アルカリ性の純水）を受け入れる。水は、例えば、蒸気タービンの給水ライン等、不図示の様々な供給源から供給されることができる。水電解装置６は、発電機５から電気を受け取り、水に入れられた陰極および陽極の間に電圧をかける。陰極からは水素が発生し、陽極からは酸素が発生する。
水電解装置６は、配管Ｐ４によって水素タンク７に接続される。また、水電解装置６は、配管Ｐ５によって酸素タンク８に接続される。水素は、配管Ｐ４によって水素タンク７に送られ、酸素は、配管Ｐ５によって酸素タンク８に送られる。
水素タンク７は、水電解装置６で生成された水素を貯留する。水素タンク７は、燃焼器４２と流体連通する。具体的には、本実施形態では、水素タンク７は、配管Ｐ６によって配管Ｐ２２に接続され、配管Ｐ６およびＰ２２を介して燃焼器４２に接続される。
水素タンク７は、燃焼器４２に水素を供給する。具体的には、例えば、配管Ｐ６にはバルブＶ３が設けられる。バルブＶ３は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続され、制御装置９０によって制御される。制御装置９０は、バルブＶ３の開度を制御することによって、水素タンク７から燃焼器４２へ供給される水素の流量を調整する。
酸素タンク８は、水電解装置６で生成された酸素を貯留する。酸素タンク８は、クラッキング装置３と流体連通する。具体的には、本実施形態では、酸素タンク８は、配管Ｐ７によってクラッキング装置３に接続される。
酸素タンク８は、クラッキング装置３に酸素を供給する。具体的には、例えば、配管Ｐ７にはバルブＶ４が設けられる。バルブＶ４は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続され、制御装置９０によって制御される。制御装置９０は、バルブＶ４の開度を制御することによって、クラッキング装置３へ供給される酸素の流量を調整する。
制御装置９０は、システム１００の全体または一部を制御する。例えば、制御装置９０は、１つまたは複数のＰＣにより構成されてもよい。制御装置９０は、例えば、プロセッサ９０ａ、記憶装置９０ｂおよびコネクタ９０ｃ等の構成要素を含み、これらの構成要素はバスを介して互いに接続される。例えば、プロセッサ９０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含む。例えば、記憶装置９０ｂは、ハードディスク、プログラム等が格納されるＲＯＭ、および、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む。制御装置９０は、コネクタ９０ｃを介してシステム１００の各構成要素と有線でまたは無線で通信可能に接続される。例えば、制御装置９０は、液晶ディスプレイまたはタッチパネル等の表示装置、および、キーボード、ボタンまたはタッチパネル等の入力装置等、他の構成要素を更に含んでもよい。例えば、制御装置９０の以下の動作は、記憶装置９０ｂに記憶されるプログラムをプロセッサ９０ａに実行することによって、実現されてもよい。
続いて、システム１００の動作について説明する。
水電解装置６は、ガスタービン４の運転中の何れかのタイミングにおいて、発電機５で生成された電力、すなわち、ガスタービン４の出力によって生成される電力によって、水を水素および酸素に分解する。水素は、水素タンク７に貯留され、酸素は、酸素タンク８に貯留される。例えば、水電解装置６は、水素タンク７および酸素タンク８の双方または少なくとも一方が気体で満たされた場合に、運転を停止してもよい。
ガスタービン４が運転を停止した後に、ガスタービン４を再び始動させる指令を制御装置９０が受けると、プロセッサ９０ａは、バルブＶ１およびバルブＶ２を開きかつ加圧器２を始動させて、アンモニアタンク１から燃焼器４２およびクラッキング装置３にアンモニアを供給するように加圧器２を制御する。
また、プロセッサ９０ａは、バルブＶ３を開き、水素タンク７から配管Ｐ２２に水素を供給する。配管Ｐ２２では、アンモニアタンク１からのアンモニアと、水素タンク７からの水素とが混合される。したがって、燃焼器４２には、アンモニアおよび水素の混合ガスが供給される。ガスタービン４が運転を停止した後、燃焼器４２および配管Ｐ２２内の圧力は、大気圧まで低下する。したがって、例えば、水素は、水素タンク７内の圧力と、配管Ｐ２２内の圧力との間の差圧によって、水素タンク７から配管Ｐ２２に自動的に供給されてもよい。
燃焼器４２は、上記のように、配管Ｐ２２からアンモニアおよび水素の混合ガスを受け入れる。したがって、ガスタービン４を始動させるときに、燃焼器４２では、アンモニアおよび水素の混合ガスが燃焼される。水素は、アンモニアに比して、容易に燃焼される。したがって、アンモニアのみが燃料として使用される場合に比して、燃焼器４２における燃焼が加速される。
また、プロセッサ９０ａは、バルブＶ４を開き、酸素タンク８からクラッキング装置３に酸素を供給する。例えば、ガスタービン４が運転を停止する場合、クラッキング装置３も運転を停止する。また、これらの停止時には、バルブＶ４は閉じられているので、酸素は流れない。したがって、ガスタービン４が運転を停止した後、クラッキング装置３内の圧力も、大気圧まで低下する。したがって、例えば、酸素は、酸素タンク８内の圧力と、クラッキング装置３内の圧力との間の差圧によって、酸素タンク８からクラッキング装置３に自動的に供給されてもよい。
クラッキング装置３は、上記のように、アンモニアタンク１からのアンモニアと、酸素タンク８からの酸素と、を受け入れる。アンモニアの窒素および水素へのクラッキングは吸熱反応であり、したがってクラッキング装置３はエネルギを必要とする。しかしながら、本実施形態では、クラッキング装置３は、酸素タンク８から酸素を受け入れる。したがって、ガスタービン４を始動させるときに、クラッキング装置３内には、アンモニアおよび酸素の双方が存在する。クラッキング装置３の触媒は、酸素タンク８からの酸素によって酸化され、発熱する。したがって、クラッキング装置３は、外部からエネルギを受けること無く、触媒の自己発熱によってクラッキングに必要なエネルギを得ることができる。生成された窒素および水素を含む水素リッチガスは、クラッキング装置３から燃焼器４２に供給される。したがって、燃焼器４２は、クラッキング装置３からも水素を受け入れる。したがって、燃焼器４２における燃焼がさらに加速される。
水素タンク７内の水素の量が減少するにつれて、水素タンク７内の圧力は低下する。また、ガスタービン４の起動（シーケンス）が進むにつれて、燃焼器４２および配管Ｐ２２内の圧力が増加する。したがって、水素タンク７内の圧力と、配管Ｐ２２内の圧力との間の差圧が低下する。したがって、例えば、水素の供給は、差圧が十分に低下すると、自動的に止まってもよい。代替的にまたは追加的に、例えば、ガスタービン４が定格回転数に達した場合に、プロセッサ９０ａは、バルブＶ３を閉じて、水素タンク７から配管Ｐ２２への水素の供給を停止してもよい。
同様に、酸素タンク８内の酸素の量が減少するにつれて、酸素タンク８内の圧力は低下する。また、クラッキングが進むにつれて、クラッキング装置３内の圧力が増加する。したがって、酸素タンク８内の圧力と、クラッキング装置３内の圧力との間の差圧が低下する。したがって、例えば、酸素の供給は、差圧が十分に低下すると、自動的に止まってもよい。代替的にまたは追加的に、例えば、ガスタービン４が定格回転数に達した場合に、プロセッサ９０ａは、バルブＶ４を閉じて、酸素タンク８からクラッキング装置３への酸素の供給を停止してもよい。
以上のようなシステム１００は、アンモニアタンク１と、アンモニアタンク１に接続され、アンモニアタンク１からのアンモニアを燃焼する燃焼器４２を含むガスタービン４と、ガスタービン４の出力によって生成される電力によって運転し、水を水素および酸素に分解する水電解装置６と、水電解装置６によって生成される水素を貯留し、かつ、燃焼器４２と流体連通する水素タンク７と、水素タンク７から燃焼器４２への水素の供給を制御する制御装置９０であって、ガスタービン４の始動時に燃焼器４２への水素の供給を開始する、制御装置９０と、備える。このような構成によれば、ガスタービン４を始動させるときに、燃焼器４２では、アンモニアおよび水素の混合ガスが燃焼される。水素は、アンモニアに比して、容易に燃焼される。したがって、アンモニアのみが燃料として使用される場合に比して、燃焼器４２における燃焼を加速することができる。よって、ガスタービン４の始動を促進することができる。
また、システム１００は、アンモニアタンク１およびガスタービン４に接続されるクラッキング装置３であって、アンモニアタンク１からのアンモニアを水素および窒素へと分解し、生成された水素リッチガスをガスタービン４に送る、クラッキング装置３と、水電解装置６によって生成される酸素を貯留し、かつ、クラッキング装置３と流体連通する酸素タンク８と、を備え、制御装置９０は、酸素タンク８からクラッキング装置３への酸素の供給を制御し、ガスタービン４の始動時にクラッキング装置３への酸素の供給を開始する。このような構成によれば、ガスタービン４を始動させるときに、クラッキング装置３内には、アンモニアおよび酸素の双方が存在する。クラッキング装置３の触媒は、酸素タンク８からの酸素によって酸化され、発熱する。したがって、クラッキング装置３は、外部からエネルギを受けること無く、触媒の自己発熱によってクラッキングに必要なエネルギを得ることができる。生成された水素リッチガスは、クラッキング装置３から燃焼器４２に供給される。したがって、燃焼器４２は、クラッキング装置３からも水素を受け入れる。したがって、ガスタービン４の始動をさらに促進することができる。
別の観点では、システム１００は、アンモニアタンク１と、アンモニアタンク１に接続され、アンモニアを水素および窒素へと分解するクラッキング装置３と、アンモニアタンク１およびクラッキング装置３に接続され、アンモニアタンク１からのアンモニアと、クラッキング装置３からの水素を含むガスと、を燃焼する燃焼器４２を含むガスタービン４と、ガスタービン４の出力によって生成される電力によって運転し、水を水素および酸素に分解する水電解装置６と、水電解装置６によって生成される酸素を貯留し、かつ、クラッキング装置３と流体連通する酸素タンク８と、酸素タンク８からクラッキング装置３への酸素の供給を制御する制御装置９０であって、ガスタービン４の始動時にクラッキング装置３への酸素の供給を開始する、制御装置９０と、を備える。このような構成によれば、ガスタービン４を始動させるときに、クラッキング装置３内には、アンモニアおよび酸素の双方が存在する。クラッキング装置３の触媒は、酸素タンク８からの酸素によって酸化され、発熱する。したがって、クラッキング装置３は、外部からエネルギを受けること無く、触媒の自己発熱によってクラッキングに必要なエネルギを得ることができる。生成された水素リッチガスは、クラッキング装置３から燃焼器４２に供給される。したがって、ガスタービン４を始動させるときに、燃焼器４２では、アンモニアおよび水素の混合ガスが燃焼される。水素は、アンモニアに比して、容易に燃焼される。したがって、アンモニアのみが燃料として使用される場合に比して、燃焼器４２における燃焼を加速することができる。よって、ガスタービン４の始動を促進することができる。
また、システム１００は、水電解装置６によって生成される水素を貯留し、かつ、燃焼器４２と流体連通する水素タンク７を備え、制御装置９０は、水素タンク７から燃焼器４２への水素の供給を制御し、ガスタービン４の始動時に燃焼器４２への水素の供給を開始する。このような構成によれば、ガスタービン４を始動させるときに、燃焼器４２は、水素タンク７からも水素を受け入れる。したがって、ガスタービン４の始動をさらに促進することができる。
続いて、他の実施形態に係るガスタービンシステムについて説明する。
図２は、第２実施形態に係るガスタービンシステム２００を示す概略図である。システム２００は、酸素タンク８において、酸素が周囲の空気と混合されて貯留される点において、第１実施形態に係るシステム１００と異なる。その他の構成については、システム２００は、システム１００と同じであってもよい。
具体的には、酸素タンク８には、周囲の空気を酸素タンク８に取り込むための配管Ｐ８が設けられる。配管Ｐ８には、バルブＶ５と、コンプレッサ９と、が設けられる。バルブＶ５およびコンプレッサ９は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続され、制御装置９０によって制御される。
また、酸素タンク８には、センサＳｅが設けられる。センサＳｅは、酸素タンク８内のガスの酸素濃度を検出する。センサＳｅは、例えば、酸素濃度計であることができる。センサＳｅは、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続され、検出データを制御装置９０に送信する。
例えば、制御装置９０は、センサＳｅによって検出される酸素濃度が所定の範囲内になるように、バルブＶ５の開度およびコンプレッサ９の出力を制御して、酸素タンク８に取り込まれる空気の量を調整する。例えば、所定の範囲の下限値は、酸素タンク８内のガスが、クラッキング装置３における発熱を十分に促進するように決定されることができ、一般的な環境の酸素濃度である２１％よりも高い。また、酸素は、強い助燃性を有するガスである。したがって、例えば、所定の範囲の上限値は、酸素タンク８内における着火を防止するように決定されることができる。例えば、所定の範囲は、記憶装置９０ｂに保存されてもよい。
このような第２実施形態に係るシステム２００は、システム１００と同様な効果を奏する。また、システム２００は、酸素タンク８内のガスの酸素濃度を検出するセンサＳｅと、周囲の空気を酸素タンク８に取り込むためのコンプレッサ９およびバルブＶ５と、を備える。このような構成によれば、酸素タンク８内のガスの酸素濃度を、クラッキング装置３における発熱を十分に促進し、かつ、酸素タンク８内における着火を防止できる範囲に維持することができる。
続いて、さらに他の実施形態に係るガスタービンシステムについて説明する。
図３は、第３実施形態に係るガスタービンシステム３００を示す概略図である。システム３００は、水素タンク７からの配管Ｐ６が、燃焼器４２に直接的に接続される点において、第１実施形態に係るシステム１００と異なる。その他の構成については、システム３００は、システム１００と同じであってもよい。
例えば、配管Ｐ６は、燃焼器４２において、不図示のイグナイタの近傍に水素を供給してもよい。このような構成によれば、ガスタービン４を始動させるときに、燃焼器４２内に素早く火炎を形成することができる。このような第３実施形態に係るシステム３００は、システム１００と同様な効果を奏する。
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記の実施形態では、システム１００，２００，３００は、水素タンク７および酸素タンク８の双方を備え、水電解装置６によって生成される水素および酸素の双方を、ガスタービン４を始動するために使用する。他の実施形態では、システムは、水電解装置６によって生成される水素および酸素の一方のみを、ガスタービン４を始動するために使用してもよい。例えば、他の実施形態では、システムは、酸素タンク８を備えなくてもよく、水電解装置６によって生成される酸素を、ガスタービン４を始動するために使用しなくてもよい。この場合、システムは、クラッキング装置３を備えてもよく、または、備えなくてもよい。さらに他の実施形態では、例えば、システムは、水素タンク７を備えなくてもよく、水電解装置６によって生成される水素を、ガスタービン４を始動するために使用しなくてもよい。
また、第３実施形態に係るシステム３００では、水素タンク７からの配管Ｐ６が、燃焼器４２に直接的に接続される。他の実施形態では、例えば、配管Ｐ６は、クラッキング装置３と燃焼器４２とを接続する配管Ｐ２３に接続されてもよい。
本開示は、ＣＯ２放出の削減につながるアンモニアの使用を促進することができるので、例えば、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギへのアクセスを確保する」に貢献することができる。
１ アンモニアタンク（アンモニア供給源）
３ クラッキング装置
４ ガスタービン
６ 水電解装置
７ 水素タンク
８ 酸素タンク
４２ 燃焼器
９０ 制御装置
１００ ガスタービンシステム
２００ ガスタービンシステム
３００ ガスタービンシステム

Claims (4)

  1. アンモニア供給源と、
    前記アンモニア供給源に接続され、前記アンモニア供給源からのアンモニアを燃焼する燃焼器を含むガスタービンと、
    前記ガスタービンの出力によって生成される電力によって運転し、水を水素および酸素に分解する水電解装置と、
    前記水電解装置によって生成される水素を貯留し、かつ、前記燃焼器と流体連通する水素タンクと、
    前記水素タンクから前記燃焼器への水素の供給を制御する制御装置であって、前記ガスタービンの始動時に前記燃焼器への水素の供給を開始する、制御装置と、
    を備える、ガスタービンシステム。
  2. 前記アンモニア供給源および前記ガスタービンに接続されるクラッキング装置であって、前記アンモニア供給源からのアンモニアを水素および窒素へと分解し、生成された水素を含むガスを前記ガスタービンに送る、クラッキング装置と、
    前記水電解装置によって生成される酸素を貯留し、かつ、前記クラッキング装置と流体連通する酸素タンクと、
    を備え、
    前記制御装置は、前記酸素タンクから前記クラッキング装置への酸素の供給を制御し、前記ガスタービンの始動時に前記クラッキング装置への酸素の供給を開始する、請求項１に記載のガスタービンシステム。
  3. アンモニア供給源と、
    前記アンモニア供給源に接続され、アンモニアを水素および窒素へと分解するクラッキング装置と、
    前記アンモニア供給源および前記クラッキング装置に接続され、前記アンモニア供給源からのアンモニアと、前記クラッキング装置からの水素を含むガスと、を燃焼する燃焼器を含むガスタービンと、
    前記ガスタービンの出力によって生成される電力によって運転し、水を水素および酸素に分解する水電解装置と、
    前記水電解装置によって生成される酸素を貯留し、かつ、前記クラッキング装置と流体連通する酸素タンクと、
    前記酸素タンクから前記クラッキング装置への酸素の供給を制御する制御装置であって、前記ガスタービンの始動時に前記クラッキング装置への酸素の供給を開始する、制御装置と、
    を備える、ガスタービンシステム。
  4. 前記水電解装置によって生成される水素を貯留し、かつ、前記燃焼器と流体連通する水素タンクを備え、
    前記制御装置は、前記水素タンクから前記燃焼器への水素の供給を制御し、前記ガスタービンの始動時に前記燃焼器への水素の供給を開始する、請求項３に記載のガスタービンシステム。
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JP2012255420A (ja) * 2011-06-10 2012-12-27 Nippon Shokubai Co Ltd ガスタービンシステム
JP6145921B2 (ja) * 2012-11-06 2017-06-14 国立大学法人 大分大学 アンモニアの酸化分解触媒、水素の製造方法及び水素製造装置
JP2018204601A (ja) * 2017-05-30 2018-12-27 一般財団法人電力中央研究所 燃料・原料が製造される発電システム
AU2022252441A1 (en) * 2021-03-30 2023-09-14 Ihi Corporation Gas turbine system
KR20230137470A (ko) * 2021-03-30 2023-10-04 가부시키가이샤 아이에이치아이 가스 터빈 시스템

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