JP5706084B2 - ガス配送システムのための燃料電池ハイブリッド発電システム及び方法 - Google Patents
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Description
(i)最大年間電気生成のための最適化電気歩留まり
(ii)エネルギー回収発電機からの出力が優先される最適化燃料効率
(iii)燃料電池発電装置からの出力が優先され且つエネルギー回収発電機の出力が燃料電池発電装置の燃料電池の利用可能熱出力に整合される最適化放出物質削減
を含む3つの動作モードのうち1つの動作モードで、燃料電池ハイブリッド発電システムの動作パラメータを確定させる。
Claims (48)
- 超高圧ガスが輸送/配送され、その後、ガス配送ライン又はガス輸送ラインに対応する低圧に減圧され、且つ、前記超高圧ガスが減圧される前に前記超高圧ガスを予熱するために予熱器が使用されるガス輸送システム又はガス配送システムにおいて使用するための燃料電池ハイブリッド発電システムであって、
前記予熱された超高圧ガスに応答し、前記予熱された超高圧ガスのガス圧力を低下させて、前記ガス配送ライン又は前記ガス輸送ラインに対応する低圧ガスを生成すると共に電気出力を発生するように構成されたエネルギー回収発電機と、
電気出力を発生するように構成された高温の燃料電池発電装置と、
前記エネルギー回収発電機及び前記燃料電池発電装置夫々からの前記電気出力に応答して、前記エネルギー回収発電機の電気出力を前記燃料電池発電装置の電気出力で補充して連結電気出力を発生し、当該発生した連結電気出力の少なくとも一部分を前記燃料電池ハイブリッド発電システムの外部での使用のために供給する電気構体であって、該連結電気出力が外部のユーザが所望とする最低レベルに安定的に維持されるように、該エネルギー回収発電機の電気出力は該燃料電池発電装置の制御された電気出力で補充される、電気構体と
を具備し、
前記燃料電池発電装置は、前記電気出力を発生する間に、燃焼無しに廃熱を生成し、生成された前記廃熱を前記予熱器が利用できるようにして、該予熱器が前記超高圧ガスを予熱できるように構成され、
前記燃料電池発電装置は、排気酸化剤ガスを含有する排気ガスを排出し、当該排気ガスは、前記予熱器の利用に供される該燃料電池発電装置の廃熱の少なくとも一部を形成する
ことを特徴とする燃料電池ハイブリッド発電システム。 - 前記エネルギー回収発電機は、回転膨張装置と、前記回転膨張装置に結合された発電機とを具備することを特徴とする請求項1記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記回転膨張装置は、ターボエキスパンダ及び往復動エキスパンダのうち一方を具備することを特徴とする請求項2記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記燃料電池発電装置は、燃料供給ガス及び酸化剤供給ガスを受け取り且つ前記燃料供給ガス及び前記酸化剤供給ガスの電気化学変換によって前記電気出力及び前記廃熱を生成するように構成された燃料電池モジュールを具備することを特徴とする請求項2記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記燃料供給ガスは、前記低圧ガス、前記超高圧ガス及び前記エネルギー回収発電機から発生するシール漏れガスの回収によって供給されるガスのうち1つ以上を含むことを特徴とする請求項4記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記燃料電池モジュールは、内部改質型燃料電池の1つ以上のスタック及び非内部改質型燃料電池の1つ以上のスタックのうち1つ以上を具備することを特徴とする請求項4記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記燃料電池モジュールは、溶融炭酸塩燃料電池および固体酸化物燃料電池のうち1つであることを特徴とする請求項6記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記電気構体は、前記発電機の前記電気出力及び前記燃料電池モジュールの前記電気出力を受け取り、前記連結電気出力を発生することを特徴とする請求項4記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記燃料電池モジュールの前記電気出力はDC出力であり、
前記発電機の前記電気出力はAC出力及びDC出力のうち一方であり、
前記電気構体は、前記燃料電池発電装置の任意のDC出力をAC出力に変換するDC/AC変換器を具備し、
前記発電機の任意のAC出力は、前記DC/AC変換器の前記AC出力と連結され、
前記発電機の任意のDC出力は、前記燃料電池発電装置の前記DC出力と連結される
ことを特徴とする請求項8記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。 - 前記予熱器は、熱伝達流体ループを有する熱交換器を具備し、前記熱交換器は、前記熱伝達流体ループを介して前記超高圧ガスを予熱するために前記超高圧ガスを受け取り、
前記燃料電池発電装置は、前記予熱器の前記熱伝達流体ループが前記廃熱を利用するように構成されることを特徴とする請求項4記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。 - 前記熱伝達流体ループはグリコールループを具備することを特徴とする請求項10記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記燃料電池発電装置は、燃料供給ガス及び酸化剤供給ガスを受け取り且つ前記燃料供給ガス及び前記酸化剤供給ガスの電気化学変換によって前記電気出力及び前記廃熱を生成するように構成された燃料電池モジュールを具備することを特徴とする請求項1記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記燃料供給ガスは、前記低圧ガス、前記超高圧ガス及び前記エネルギー回収発電機から発生するシール漏れガスの回収によって供給されるガスのうち1つ以上を含むことを特徴とする請求項12記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記燃料電池モジュールは、内部改質型燃料電池の1つ以上のスタック及び非内部改質型燃料電池の1つ以上のスタックのうち1つ以上を具備することを特徴とする請求項12記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 前記燃料電池モジュールは、溶融炭酸塩燃料電池および固体酸化物燃料電池のうち1つであることを特徴とする請求項14記載の燃料電池ハイブリッド発電システム。
- 超高圧ガスが輸送/配送され、その後、ガス配送ライン又はガス輸送ラインに対応する低圧に減圧されるガス配送システムにおいて使用するためのステーションであって、
前記超高圧ガスを予熱するために使用される予熱器と、
燃料電池ハイブリッド発電システムであって、
前記予熱された超高圧ガスに応答し、前記予熱された超高圧ガスのガス圧力を低下させて、前記ガス配送ライン又は前記ガス輸送ラインに対応する低圧ガスを生成すると共に電気出力を発生するように構成されたエネルギー回収発電機と、
電気出力を発生するように構成された高温の燃料電池発電装置と、
前記エネルギー回収発電機及び前記燃料電池発電装置夫々からの前記電気出力に応答して、前記エネルギー回収発電機の電気出力を前記燃料電池発電装置の電気出力で補充して連結電気出力を発生し、当該発生した連結電気出力の少なくとも一部分を前記ステーションの外部での使用のために供給する電気構体であって、該連結電気出力が外部のユーザが所望とする最低レベルに安定的に維持されるように、該エネルギー回収発電機の電気出力は該燃料電池発電装置の制御された電気出力で補充される、電気構体と
を具備する燃料電池ハイブリッド発電システムと
を具備し、
前記燃料電池発電装置は、前記電気出力を発生する間に、燃焼無しに廃熱を生成し、生成された前記廃熱を前記予熱器が利用できるようにして、該予熱器が前記超高圧ガスを予熱できるように構成され、
前記燃料電池発電装置は、排気酸化剤ガスを含有する排気ガスを排出し、当該排気ガスは、前記予熱器の利用に供される該燃料電池発電装置の廃熱の少なくとも一部を形成する
ことを特徴とするステーション。 - 配電網及び1つ以上の負荷のうち1つ以上が、前記連結電気出力を利用するユニットを更に具備することを特徴とする請求項16記載のステーション。
- 前記エネルギー回収発電機は、回転膨張装置と、前記回転膨張装置に結合された発電機とを具備することを特徴とする請求項16記載のステーション。
- 前記回転膨張装置は、ターボエキスパンダ及び往復動エキスパンダのうち一方を具備することを特徴とする請求項18記載のステーション。
- 前記燃料電池発電装置は、燃料供給ガス及び酸化剤供給ガスを受け取り且つ前記燃料供給ガス及び前記酸化剤供給ガスの電気化学変換によって前記電気出力及び前記廃熱を生成するように構成された燃料電池モジュールを具備することを特徴とする請求項18記載のステーション。
- 前記燃料供給ガスは、前記低圧ガス、前記超高圧ガス及び前記エネルギー回収発電機から発生するシール漏れガスの回収によって供給されるガスのうち1つ以上を含むことを特徴とする請求項20記載のステーション。
- 前記燃料電池モジュールは、内部改質型燃料電池の1つ以上のスタック及び非内部改質型燃料電池の1つ以上のスタックのうち1つ以上を具備することを特徴とする請求項20記載のステーション。
- 前記燃料電池モジュールは、溶融炭酸塩燃料電池および固体酸化物燃料電池のうち1つであることを特徴とする請求項22記載のステーション。
- 前記電気構体は、前記発電機の前記電気出力及び前記燃料電池モジュールの前記電気出力を受け取り、前記連結電気出力を発生することを特徴とする請求項20記載のステーション。
- 前記燃料電池発電装置の前記電気出力はDC出力であり、
前記発電機の前記電気出力はAC出力及びDC出力のうち一方であり、
前記電気構体は、前記燃料電池発電装置の任意のDC出力をAC出力に変換するDC/AC変換器を具備し、
前記発電機の任意のAC出力は、前記DC/AC変換器の前記AC出力と連結され、
前記発電機の任意のDC出力は、前記燃料電池発電装置の前記DC出力と連結される
ことを特徴とする請求項24記載のステーション。 - 前記予熱器は、熱伝達流体ループを有する熱交換器を具備し、前記熱交換器は、前記熱伝達流体ループを介して前記超高圧ガスを予熱するために前記超高圧ガスを受け取り、
前記燃料電池発電装置は、前記予熱器の前記熱伝達流体ループが前記廃熱を利用するように構成されていることを特徴とする請求項20記載のステーション。 - 前記熱伝達流体ループはグリコールループを具備することを特徴とする請求項26記載のステーション。
- 前記燃料電池発電装置は、燃料供給ガス及び酸化剤供給ガスを受け取り且つ前記燃料供給ガス及び前記酸化剤供給ガスの電気化学変換によって前記電気出力及び前記廃熱を生成するように構成された燃料電池モジュールを具備することを特徴とする請求項16記載のステーション。
- 前記燃料供給ガスは、前記低圧ガス、前記超高圧ガス及び前記エネルギー回収発電機から発生するシール漏れガスの回収によって供給されるガスのうち1つ以上を含むことを特徴とする請求項28記載のステーション。
- 前記燃料電池モジュールは、内部改質型燃料電池の1つ以上のスタック及び非内部改質型燃料電池の1つ以上のスタックのうち1つ以上を具備することを特徴とする請求項28記載のステーション。
- 前記燃料電池モジュールは、溶融炭酸塩燃料電池および固体酸化物燃料電池のうち1つであることを特徴とする請求項30記載のステーション。
- ガス配送システムであって、
超高圧ガスを輸送する上流側ガス輸送/配送パイプラインと、
低圧ガスを輸送するガス配送ラインと、
前記ガス輸送/配送パイプラインからの前記超高圧ガスを予熱するために使用される予熱器と、
燃料電池ハイブリッド発電システムであって、
前記予熱された超高圧ガスに応答し、前記予熱された超高圧ガスのガス圧力を低下させて、前記ガス配送ラインに対応する低圧ガスを生成すると共に電気出力を発生するように構成されたエネルギー回収発電機と、
電気出力を発生するように構成された高温の燃料電池発電装置と、
前記エネルギー回収発電機及び前記燃料電池発電装置夫々からの前記電気出力に応答して、前記エネルギー回収発電機の電気出力を前記燃料電池発電装置の電気出力で補充して連結電気出力を発生し、当該発生した連結電気出力の少なくとも一部分を前記燃料電池ハイブリッド発電システムの外部での使用のために供給する電気構体であって、該連結電気出力が外部のユーザが所望とする最低レベルに安定的に維持されるように、該エネルギー回収発電機の電気出力は該燃料電池発電装置の制御された電気出力で補充される、電気構体と
を有する燃料電池ハイブリッド発電システムと
を具備し、
前記燃料電池発電装置は、前記電気出力を発生する間に、燃焼無しに廃熱を生成し、生成された前記廃熱を前記予熱器が利用できるようにして、該予熱器が前記超高圧ガスを予熱できるように構成され、
前記燃料電池発電装置は、排気酸化剤ガスを含有する排気ガスを排出し、当該排気ガスは、前記予熱器の利用に供される該燃料電池発電装置の廃熱の少なくとも一部を形成する
ことを特徴とするガス配送システム。 - 前記エネルギー回収発電機は、回転膨張装置と、前記回転膨張装置に結合された発電機とを具備し、
前記燃料電池発電装置は、燃料供給ガス及び酸化剤供給ガスを受け取り且つ前記燃料供給ガス及び前記酸化剤供給ガスの電気化学変換によって前記電気出力及び前記廃熱を生成するように構成された燃料電池モジュールを具備することを特徴とする請求項32記載のガス配送システム。 - 前記回転膨張装置は、ターボエキスパンダ及び往復動エキスパンダのうち一方を具備することを特徴とする請求項33記載のガス配送システム。
- 前記燃料供給ガスは、前記低圧ガス、前記超高圧ガス及び前記エネルギー回収発電機から発生するシール漏れガスの回収によって供給されるガスのうち1つ以上を含み、
前記燃料電池モジュールは、内部改質型燃料電池の1つ以上のスタック及び非内部改質型燃料電池の1つ以上のスタックのうち1つ以上を具備することを特徴とする請求項33記載のガス配送システム。 - 前記燃料電池モジュールは、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池のうち1つであることを特徴とする請求項35記載のガス配送システム。
- 前記予熱器は、熱伝達流体ループを有する熱交換器を具備し、前記熱交換器は、前記熱伝達流体ループを介して前記超高圧ガスを予熱するために前記超高圧ガスを受け取り、
前記燃料電池発電装置は、前記熱伝達流体を加熱するために、前記予熱器が前記排気酸化剤ガスを利用するように構成されることを特徴とする請求項33記載のガス配送システム。 - 前記熱伝達流体ループはグリコールループを具備することを特徴とする請求項37記載のガス配送システム。
- 配電網及び1つ以上の負荷のうち1つ以上が前記連結電気出力を利用するユニットを更に具備することを特徴とする請求項32記載のガス配送システム。
- 超高圧ガスが輸送/配送され、その後、ガス配送ライン又はガス輸送ラインに対応する低圧に減圧されるガス配送システムと共に使用するための方法であって、
前記超高圧ガスが減圧される前に、前記超高圧ガスを予熱器により予熱するステップと、
前記予熱された超高圧ガスの圧力を低下させて、低圧ガスを生成すると共に電気出力を発生するためにエネルギー回収発電機を使用するステップと、
電気出力を発生するために高温の燃料電池発電装置を使用するステップと、
前記エネルギー回収発電機及び前記燃料電池発電装置夫々からの前記電気出力を連結し、前記エネルギー回収発電機の電気出力を前記燃料電池発電装置の電気出力で補充して連結電気出力を発生するステップであって、当該連結電気出力が外部のユーザが所望とする最低レベルに安定的に維持されるように、該エネルギー回収発電機の電気出力は該燃料電池発電装置の制御された電気出力で補充される、ステップと、
前記連結電気出力の少なくとも一部分を前記ガス配送システムの外部での使用のために供給するステップと、
を具備し、
前記電気出力を発生する間に、燃焼無しに廃熱を生成し、前記予熱するステップにおいて当該生成された廃熱を利用して前記超高圧ガスを予熱することができるように、前記燃料電池発電装置が用いられ、
前記高温の燃料電池発電装置を使用するステップは排気酸化剤ガスを含有する排気ガスを排出するステップを含み、当該排気ガスは、前記予熱器の利用に供される該燃料電池発電装置の廃熱の少なくとも一部を形成する
ことを特徴とする方法。 - 配電網及び負荷のうち1つ以上が前記連結電気出力を利用するステップを更に備えることを特徴とする請求項40記載の方法。
- 前記エネルギー回収発電機は、回転膨張装置と、前記回転膨張装置に結合された発電機とを具備し、
前記燃料電池発電装置は、燃料供給ガス及び酸化剤供給ガスを受け取り且つ前記燃料供給ガス及び前記酸化剤供給ガスの電気化学変換によって前記電気出力及び前記廃熱を生成するように構成された燃料電池モジュールを具備することを特徴とする請求項41記載の方法。 - 前記回転膨張装置は、ターボエキスパンダ及び往復動エキスパンダのうち一方を具備することを特徴とする請求項42記載の方法。
- 前記燃料供給ガスは、前記低圧ガス、前記超高圧ガス及び前記エネルギー回収発電機から発生するシール漏れガスの回収によって供給されるガスのうち1つを含み、
前記燃料電池モジュールは、内部改質型燃料電池の1つ以上のスタック及び非内部改質型燃料電池の1つ以上のスタックのうち1つ以上を具備することを特徴とする請求項42記載の方法。 - 前記燃料電池モジュールは、溶融炭酸塩燃料電池および固体酸化物燃料電池のうち1つであることを特徴とする請求項44記載の方法。
- 前記予熱するステップは、熱伝達流体ループを介して前記超高圧ガスを予熱するために、前記熱伝達流体ループによって前記超高圧ガスを熱交換する熱交換ステップと、
前記熱伝達流体を加熱するために、前記熱交換ステップが前記排気酸化剤ガスを利用可能とするステップと
を備えることを特徴とする請求項42記載の方法。 - 前記熱伝達流体ループはグリコールループを具備することを特徴とする請求項46記載の方法。
- 前記低圧ガスは、50psigから80psigの圧力を有し、
前記超高圧ガスは、前記低圧ガスの前記圧力の2倍から20倍高い圧力を有することを特徴とする請求項40記載の方法。
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