JP6062263B2 - Combined power generation system operation control device, combined power generation system, and combined power generation system operation method - Google Patents

Combined power generation system operation control device, combined power generation system, and combined power generation system operation method Download PDF

Info

Publication number
JP6062263B2
JP6062263B2 JP2013013616A JP2013013616A JP6062263B2 JP 6062263 B2 JP6062263 B2 JP 6062263B2 JP 2013013616 A JP2013013616 A JP 2013013616A JP 2013013616 A JP2013013616 A JP 2013013616A JP 6062263 B2 JP6062263 B2 JP 6062263B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power generation
generation system
combined power
abnormality
fuel cell
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.)
Active
Application number
JP2013013616A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014146476A (en
Inventor
卓磨 永井
卓磨 永井
冨田 和男
和男 冨田
古賀 重徳
重徳 古賀
雄一 寺本
雄一 寺本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd filed Critical Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority to JP2013013616A priority Critical patent/JP6062263B2/en
Publication of JP2014146476A publication Critical patent/JP2014146476A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6062263B2 publication Critical patent/JP6062263B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

本発明は、燃料電池の最適な運転停止が制御できる複合発電システムの運転制御装置、複合発電システム、及び複合発電システムの運転方法に関するものである。   The present invention relates to a combined power generation system operation control device, a combined power generation system, and a combined power generation system operation method capable of controlling an optimal operation stop of a fuel cell.

燃料ガスと酸素とを化学反応させることにより発電する燃料電池が知られている。このうち、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell、以下「SOFC」という。)は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、都市ガス、天然ガス、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどを燃料として運転される燃料電池である。   2. Description of the Related Art Fuel cells that generate electricity by chemically reacting fuel gas and oxygen are known. Among these, solid oxide fuel cells (hereinafter referred to as “SOFC”) use ceramics such as zirconia ceramics as an electrolyte, such as city gas, natural gas, petroleum, methanol, and coal gasification gas. Is a fuel cell operated using as a fuel.

また、SOFCと内燃機関である例えばガスタービンとを組み合わせて発電を行う複合発電システムも知られている。
特許文献1には、複合発電システムで、系統遮断時にガスタービンの燃焼器へのガス供給を緊急停止できないため、タービン発電機が発電した電力を消費する電力消費部を設けることで、系統遮断時にガスタービンの回転上昇や過回転を防止するように制御することが開示されている。
A combined power generation system that generates power by combining a SOFC and an internal combustion engine such as a gas turbine is also known.
In Patent Document 1, in the combined power generation system, the gas supply to the combustor of the gas turbine cannot be urgently stopped when the system is shut down. Therefore, by providing a power consumption unit that consumes the power generated by the turbine generator, It is disclosed that control is performed so as to prevent the rotation and overspeed of the gas turbine from being increased.

特開2008−293849号公報JP 2008-293849 A

また従来、SOFCの異常発生による停止動作は、異常内容に応じて処理ステップが一意に決定されている。しかしながら、複合発電システムでは、各機器の状態に応じた操作判断が複雑であり、異常時に適切な停止動作の制御方法の確立が望まれている。   Conventionally, the stop operation due to the occurrence of an abnormality in the SOFC has a processing step uniquely determined according to the content of the abnormality. However, in the combined power generation system, operation determination according to the state of each device is complicated, and it is desired to establish a control method for an appropriate stop operation when an abnormality occurs.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、燃料電池の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な停止動作を行える、複合発電システムの運転制御装置、複合発電システム、及び複合発電システムの運転方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an operation control device for a combined power generation system and a combined power generation system capable of performing an optimal stop operation when an abnormality requiring the stop of the fuel cell occurs. And an operation method of the combined power generation system.

上記課題を解決するために、本発明の複合発電システムの運転制御装置、複合発電システム、及び複合発電システムの運転方法は以下の手段を採用する。   In order to solve the above-described problems, the operation control apparatus, the combined power generation system, and the combined power generation system operation method of the present invention employ the following means.

本発明の第一態様に係る複合発電システムの運転制御装置は、燃料電池及び前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせた発電を行う複合発電システムの運転制御装置であって、前記複合発電システムの異常を検知する異常検知手段と、前記異常検知手段が前記燃料電池の停止を必要とする異常を検知した場合、異常の状態及び前記複合発電システムの運転状態の組み合わせに応じた停止動作を決定する停止動作決定手段と、を備える。   An operation control apparatus for a combined power generation system according to a first aspect of the present invention is an operation control apparatus for a combined power generation system that performs power generation by combining a fuel cell and an internal combustion engine that is operated using fuel gas discharged from the fuel cell. An abnormality detection means for detecting an abnormality of the combined power generation system, and when the abnormality detection means detects an abnormality that requires the fuel cell to stop, an abnormality state and an operation state of the combined power generation system are detected. Stop operation determining means for determining a stop operation according to the combination.

本構成に係る運転制御装置は、燃料電池及び前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせた発電を行う複合発電システムの運転の停止を制御する。
本構成は、複合発電システムの異常を異常検知手段によって検知する。そして、燃料電池の停止を必要とする異常が検知された場合、異常の状態及び複合発電システムの運転状態の組み合わせに応じた停止動作が停止動作決定手段によって決定される。
すなわち、本構成は、複合発電システムに異常が検知された場合、単に異常に応じた停止動作をするのではなく、異常が検知された際の複合発電システムの運転状態に応じた停止動作を行うので、燃料電池の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な停止動作を行うことができる。
The operation control apparatus according to this configuration controls the stop of the operation of the combined power generation system that performs power generation by combining the fuel cell and the internal combustion engine that is operated using the fuel gas discharged from the fuel cell.
In this configuration, the abnormality of the combined power generation system is detected by the abnormality detection means. When an abnormality that requires stopping of the fuel cell is detected, a stop operation according to a combination of the abnormality state and the operation state of the combined power generation system is determined by the stop operation determining means.
That is, when an abnormality is detected in the combined power generation system, this configuration does not simply perform a stop operation according to the abnormality, but performs a stop operation according to the operation state of the combined power generation system when the abnormality is detected. Therefore, when an abnormality requiring stopping of the fuel cell occurs, an optimal stopping operation can be performed.

上記第一態様では、前記停止動作決定手段が、前記運転状態として、前記運転状態として、前記燃料電池から排出される不活性ガスを前記燃料電池へ戻す循環の可否に応じた停止動作を行うことが好ましい。 In the first aspect, the stop operation determining means performs a stop operation according to whether or not circulation is possible to return the inert gas discharged from the fuel cell to the fuel cell as the operation state as the operation state. Is preferred.

本構成によれば、不活性ガスの供給が可能な運転状態であれば、不活性ガスを循環させることで複合発電システムを迅速に冷却可能なので、より最適な停止動作を行うことができる。   According to this configuration, if the inert gas can be supplied, the combined power generation system can be quickly cooled by circulating the inert gas, so that a more optimal stop operation can be performed.

上記第一態様では、前記停止動作決定手段が、不活性ガスの循環が不可能な前記運転状態の場合、前記停止動作として、前記燃料電池への燃料ガスの供給の停止と共に燃料ガスの封じ込め、及び前記内燃機関の停止を行うことが好ましい。   In the first aspect, when the stop operation determining means is in the operation state in which inert gas cannot be circulated, as the stop operation, the supply of fuel gas to the fuel cell is stopped and the fuel gas is contained. It is preferable to stop the internal combustion engine.

本構成によれば、不活性ガスの循環が不可能な運転状態の場合、より最適な停止動作を行うことができる。   According to this configuration, a more optimal stop operation can be performed in an operation state in which the circulation of the inert gas is impossible.

上記第一態様では、前記停止動作決定手段が、不活性ガスの供給が可能な前記運転状態の場合、前記停止動作として、前記燃料電池への燃料ガスの供給を停止し、前記内燃機関を停止した後に前記燃料電池を減圧し、不活性ガスによるパージを行うことが好ましい。   In the first aspect, when the stop operation determining means is in the operation state in which an inert gas can be supplied, as the stop operation, the supply of fuel gas to the fuel cell is stopped and the internal combustion engine is stopped. After that, the fuel cell is preferably decompressed and purged with an inert gas.

本構成によれば、不活性ガスの供給が可能な運転状態の場合、より最適な停止動作を行うことができる。   According to this configuration, a more optimal stop operation can be performed in an operation state in which an inert gas can be supplied.

上記第一態様では、前記運転状態が、前記燃料電池から排出されるガスを前記燃料電池へ循環させる再循環ブロワの運転の可否、及び不活性ガスの供給の可否であることが好ましい。   In the first aspect, it is preferable that the operation state is whether or not the recirculation blower that circulates the gas discharged from the fuel cell to the fuel cell can be operated and whether or not the inert gas can be supplied.

本構成によれば、不活性ガスを用いた燃料電池の冷却の可否を簡易に判定できる。   According to this configuration, it is possible to easily determine whether or not the fuel cell using the inert gas can be cooled.

上記第一態様では、前記停止動作決定手段が、前記再循環ブロワの運転が可能な場合、前記停止動作において前記再循環ブロワを運転することで不活性ガスを循環させることが好ましい。   In the first aspect, it is preferable that the stop operation determining means circulates the inert gas by operating the recirculation blower in the stop operation when the recirculation blower can be operated.

本構成によれば、燃料電池の冷却が迅速に行われる。   According to this configuration, the fuel cell is rapidly cooled.

本発明の第二態様に係る複合発電システムは、燃料電池と、前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関と、上記記載の運転制御装置と、を備える。   A combined power generation system according to a second aspect of the present invention includes a fuel cell, an internal combustion engine that is operated using fuel gas discharged from the fuel cell, and the operation control device described above.

本発明の第三態様に係る複合発電システムの運転方法は、燃料電池及び前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせた発電を行う複合発電システムの運転方法であって、前記複合発電システムの異常を検知する異常検知工程と前記燃料電池の停止を必要とする異常を検知した場合、異常の状態及び前記複合発電システムの運転状態の組み合わせに応じた停止動作を決定する停止動作決定工程と、を含み、前記停止動作決定工程は、前記運転状態として、前記燃料電池から排出される不活性ガスを前記燃料電池へ戻す循環の可否に応じた停止動作を行うThe operation method of the combined power generation system according to the third aspect of the present invention is an operation method of the combined power generation system that performs power generation combining a fuel cell and an internal combustion engine operated using fuel gas discharged from the fuel cell. Then, when an abnormality detection step for detecting an abnormality of the combined power generation system and an abnormality that requires stopping of the fuel cell are detected, a stop operation corresponding to a combination of the abnormality state and the operation state of the combined power generation system is determined. seen including a stop operation determining step, a of the stop operation determining step, as the operating state, performs the stopping operation in accordance with whether the circulation returning the inert gas discharged from the fuel cell to the fuel cell.

本発明によれば、燃料電池の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な停止動作を行える、という優れた効果を有する。   According to the present invention, there is an excellent effect that an optimum stopping operation can be performed when an abnormality requiring stopping of the fuel cell occurs.

本発明の実施形態に係る複合発電システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a combined power generation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る運転制御装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the operation control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る異常停止判定処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the abnormal stop determination process which concerns on embodiment of this invention.

以下に、本発明に係る複合発電システムの運転制御装置、複合発電システム、及び複合発電システムの運転方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of an operation control device for a combined power generation system, a combined power generation system, and an operation method for the combined power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態に係る複合発電システム10の構成図である。
複合発電システム10は、燃料電池及び燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせて発電を行う。なお、複合発電システム10は、常時監視が行われている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a combined power generation system 10 according to the present embodiment.
The combined power generation system 10 generates power by combining a fuel cell and an internal combustion engine that is operated using fuel gas discharged from the fuel cell. The combined power generation system 10 is constantly monitored.

燃料電池であるSOFC12は、空気極に酸化性ガス(本実施形態では空気)が供給されるとともに燃料極に燃料ガスが供給されることにより発電を行う。SOFC12は、圧力容器14に覆われている。また、SOFC12は、圧力容器14内の圧力を計測する圧力センサ15A及び圧力容器14内の温度を計測する温度センサ15Bが備えられる。   The SOFC 12, which is a fuel cell, generates power by supplying an oxidizing gas (air in the present embodiment) to the air electrode and supplying a fuel gas to the fuel electrode. The SOFC 12 is covered with the pressure vessel 14. The SOFC 12 is provided with a pressure sensor 15A that measures the pressure in the pressure vessel 14 and a temperature sensor 15B that measures the temperature in the pressure vessel 14.

内燃機関は、一例として小型のガスタービン(以下、マイクロガスタービン、「MGT」という。)16である。
MGT16は、圧縮した空気をSOFC12の空気極に供給するコンプレッサ18、空気極から排出された排出空気及び少なくとも燃料極から排出された燃料ガスが供給され、高温の燃焼ガスを生成する燃焼器20、燃焼器20から排出された燃焼ガスにより回転駆動するタービン22が設けられる。
The internal combustion engine is, for example, a small gas turbine (hereinafter, referred to as a micro gas turbine, “MGT”) 16.
The MGT 16 is supplied with a compressor 18 that supplies compressed air to the air electrode of the SOFC 12, a discharge air discharged from the air electrode, and a fuel gas discharged from at least the fuel electrode, and generates a high-temperature combustion gas. A turbine 22 that is rotationally driven by the combustion gas discharged from the combustor 20 is provided.

SOFC12には、燃料供給ライン24を介して、還元性ガス(本実施形態では水素ガス)、水蒸気、不活性ガス(本実施形態では窒素ガス)、及び燃料ガス(本実施形態では都市ガス)が供給可能とされる。また、各ガスに対応してガスの流量を調整する流量調整弁(以下、「流調弁」という。)28A〜28Dが設けられている。
燃料ガスとしては、例えば、液化天然ガス(LNG)、都市ガス(CNG)、水素(H)および一酸化炭素(CO)、メタン(CH)などの炭化水素ガス系ガス、石炭など炭素質原料のガス化設備により製造したガスが用いることが可能である。なお、燃料ガスは、燃料予熱器26で余熱された後に、SOFC12へ供給される。
The SOFC 12 is supplied with reducing gas (hydrogen gas in the present embodiment), water vapor, inert gas (nitrogen gas in the present embodiment), and fuel gas (city gas in the present embodiment) via the fuel supply line 24. It can be supplied. Further, flow rate adjustment valves (hereinafter referred to as “flow control valves”) 28 </ b> A to 28 </ b> D that adjust the gas flow rate corresponding to each gas are provided.
Examples of the fuel gas include liquefied natural gas (LNG), city gas (CNG), hydrocarbon gas such as hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), and carbonaceous materials such as coal. A gas produced by a raw material gasification facility can be used. The fuel gas is preheated by the fuel preheater 26 and then supplied to the SOFC 12.

SOFC12から排出された燃料ガスは、冷却器30で冷却され、燃料再循環ライン32によって燃焼器20へ供給されると共にSOFC12へ戻される。燃料再循環ライン32には、SOFC12内の差圧を制御する制御弁34、及びSOFC12から排出されるガスをSOFC12へ循環させる再循環ブロワ36が備えられる。   The fuel gas discharged from the SOFC 12 is cooled by the cooler 30, supplied to the combustor 20 by the fuel recirculation line 32, and returned to the SOFC 12. The fuel recirculation line 32 includes a control valve 34 that controls the differential pressure in the SOFC 12 and a recirculation blower 36 that circulates gas discharged from the SOFC 12 to the SOFC 12.

また、燃料再循環ライン32におけるSOFC12へ燃料を戻すラインには流調弁38が備えられ、燃焼器20へ燃料を供給するラインには遮断弁40が備えられる。
燃料再循環ライン32は、分岐され、排出ライン42によって燃料ガスをパージ可能とされている。排出ライン42には、減圧弁44が設けられている。すなわち、複合発電システム10内の燃料ガスは、減圧弁44が開かれるとパージされる。
Further, a flow control valve 38 is provided in a line for returning fuel to the SOFC 12 in the fuel recirculation line 32, and a shutoff valve 40 is provided in a line for supplying fuel to the combustor 20.
The fuel recirculation line 32 is branched, and the fuel gas can be purged by the discharge line 42. The discharge line 42 is provided with a pressure reducing valve 44. That is, the fuel gas in the combined power generation system 10 is purged when the pressure reducing valve 44 is opened.

また、SOFC12は、コンプレッサ18で圧縮され、空気予熱器(再生熱交換器)48で予熱された空気が空気供給ライン46を介して供給される。空気供給ライン46には、コンプレッサ18からの空気の流量を調整する流調弁50が備えられる。空気供給ライン46は、分岐されたバイパスライン54によって一部の空気をSOFC12へ供給せずに、排出空気供給ライン56を介して燃焼器20へ供給可能とされている。バイパスライン54にはバイパスライン54を通過する空気の流量を調整する流調弁58が備えられている。
SOFC12から排出された空気は、排出空気供給ライン56によって燃焼器20へ供給される。排出空気供給ライン56には、循環させる空気の流量を制御する制御弁60が備えられる。
排出空気供給ライン56は、分岐され、排出ライン62によって空気をパージ可能とされている。排出ライン62には、減圧弁64が設けられている。すなわち、複合発電システム10内の空気は、減圧弁64が開かれるとベントされる。
The SOFC 12 is compressed by the compressor 18, and air preheated by the air preheater (regenerative heat exchanger) 48 is supplied via the air supply line 46. The air supply line 46 is provided with a flow control valve 50 that adjusts the flow rate of air from the compressor 18. The air supply line 46 can be supplied to the combustor 20 via the exhaust air supply line 56 without supplying a part of the air to the SOFC 12 by the branched bypass line 54. The bypass line 54 is provided with a flow control valve 58 that adjusts the flow rate of air passing through the bypass line 54.
The air exhausted from the SOFC 12 is supplied to the combustor 20 through the exhaust air supply line 56. The exhaust air supply line 56 is provided with a control valve 60 that controls the flow rate of air to be circulated.
The exhaust air supply line 56 is branched, and air can be purged by the exhaust line 62. The discharge line 62 is provided with a pressure reducing valve 64. That is, the air in the combined power generation system 10 is vented when the pressure reducing valve 64 is opened.

図2は、本実施形態に係る運転制御装置80の電気的構成を示すブロック図である。運転制御装置80は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。   FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the operation control device 80 according to the present embodiment. The operation control device 80 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a computer-readable recording medium. A series of processes for realizing various functions is recorded on a recording medium or the like in the form of a program as an example, and the CPU reads the program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing. As a result, various functions are realized.

運転制御装置80は、異常検知部82、停止動作決定部84、及び停止指示部86を備える。   The operation control device 80 includes an abnormality detection unit 82, a stop operation determination unit 84, and a stop instruction unit 86.

異常検知部82は、複合発電システム10の異常を検知する。具体的には、異常検知部82は、複合発電システム10の複数の計測点の計測結果(以下、「常時監視データ」という。)が入力され、常時監視データに基づいて異常を検知する。なお、常時監視データは、例えば、各箇所の圧力、SOFC12の燃料極と空気極との差圧、各箇所の温度、各箇所のガス濃度、各箇所のドレンポットレベル、各箇所のガス流量、及びSOFC12の発電電流等である。   The abnormality detection unit 82 detects an abnormality of the combined power generation system 10. Specifically, the abnormality detection unit 82 receives measurement results at a plurality of measurement points of the combined power generation system 10 (hereinafter referred to as “always monitoring data”), and detects an abnormality based on the constantly monitoring data. The constantly monitored data includes, for example, the pressure at each location, the differential pressure between the fuel electrode and the air electrode of the SOFC 12, the temperature at each location, the gas concentration at each location, the drain pot level at each location, the gas flow rate at each location, And the generated current of the SOFC 12.

停止動作決定部84は、異常検知部82がSOFC12の停止を必要とする異常を検知した場合、異常の状態及び複合発電システム10の運転状態の組み合わせに応じた停止動作を決定する。   When the abnormality detection unit 82 detects an abnormality that requires the SOFC 12 to stop, the stop operation determination unit 84 determines a stop operation according to the combination of the abnormality state and the operation state of the combined power generation system 10.

具体的には、停止動作パターン記憶部88が、記憶されている異常の状態及び運転状態の組み合わせに応じた停止動作パターンを記憶している。そして、停止動作決定部84は、異常の状態及び複合発電システム10の運転状態の組み合わせに応じた停止動作を停止動作パターン記憶部88から読み取る。なお、停止動作パターンは、詳細を後述するトリップ状態B、トリップ状態A、トリップ状態A’に基づいて複数パターンに設定されている。トリップ状態とは、複合発電システム10が異常検知することで発電を停止する状態のことを示している。   Specifically, the stop operation pattern storage unit 88 stores a stop operation pattern corresponding to the combination of the stored abnormal state and operation state. Then, the stop operation determination unit 84 reads the stop operation corresponding to the combination of the abnormal state and the operation state of the combined power generation system 10 from the stop operation pattern storage unit 88. The stop operation pattern is set to a plurality of patterns based on a trip state B, a trip state A, and a trip state A ′, which will be described in detail later. The trip state indicates a state where power generation is stopped when the combined power generation system 10 detects an abnormality.

停止指示部86は、停止動作決定部84で決定された停止動作を行うための制御指示を各種機器へ出力する。   The stop instruction unit 86 outputs a control instruction for performing the stop operation determined by the stop operation determination unit 84 to various devices.

図3は、複合発電システム10を異常停止させる場合の判定処理(以下、「異常停止判定処理」という。)の流れを示すフローチャートである。異常停止判定処理は、運転制御装置80によって複合発電システム10の運転開始と共に行われる。   FIG. 3 is a flowchart showing a flow of determination processing (hereinafter referred to as “abnormal stop determination processing”) when the combined power generation system 10 is abnormally stopped. The abnormal stop determination process is performed by the operation control device 80 together with the start of operation of the combined power generation system 10.

まず、ステップ100では、常時監視データの入力を受け付ける。   First, in step 100, an input of constant monitoring data is accepted.

次のステップ102では、入力された常時監視データに基づいて複合発電システム10の状態(以下、「システム状態」という。)を確認する。具体的には、常時監視データにより示される計測点毎の値と、計測点毎に予め定められている許容範囲とが比較される。   In the next step 102, the state of the combined power generation system 10 (hereinafter referred to as “system state”) is confirmed based on the inputted constant monitoring data. Specifically, the value for each measurement point indicated by the constantly monitored data is compared with an allowable range that is predetermined for each measurement point.

次のステップ104では、許容範囲外となった計測点があるか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ106へ移行し、否定判定の場合はステップ100へ戻り、常時監視データの入力及びシステム状態の確認が定期的に繰り返される。   In the next step 104, it is determined whether or not there is a measurement point that is out of the allowable range. If the determination is affirmative, the process proceeds to step 106. If the determination is negative, the process returns to step 100. The system status check is repeated periodically.

ステップ106では、許容範囲外となった計測点の値が、SOFC12の停止を必要とする重異常であるか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ110へ移行し、否定判定の場合はステップ108へ移行する。なお、ステップ108へ移行する場合は、異常が複合発電システム10の停止を必要としない軽異常の場合である。なお、重異常の場合は、複合発電システム10の停止を必要とする。   In step 106, it is determined whether or not the value of the measurement point that is out of the allowable range is a serious abnormality that requires the SOFC 12 to stop. If the determination is affirmative, the process proceeds to step 110, and if the determination is negative. Control goes to step 108. The transition to step 108 is a case where the abnormality is a minor abnormality that does not require the combined power generation system 10 to be stopped. In the case of a serious abnormality, the combined power generation system 10 needs to be stopped.

ステップ108では、軽異常であるので警報を発令し、ステップ100へ戻るが、その過程で、運転員等により軽異常内容の確認と軽異常の解消が行われる。   In step 108, since it is a minor abnormality, an alarm is issued and the process returns to step 100. In the process, the operator confirms the minor abnormality and eliminates the minor abnormality.

ステップ110では、運転監視データの入力を受け付ける。
運転監視データは、複合発電システム10の運転状態を監視するためのデータであり、本実施形態では、再循環ブロワ36の運転可否を示す再循環ブロワ運転データや窒素ベントを行うために窒素ガスの連続供給(以下、「窒素連給」という。)の可否を示す窒素連給データである。
In step 110, input of operation monitoring data is accepted.
The operation monitoring data is data for monitoring the operation state of the combined power generation system 10, and in this embodiment, the recirculation blower operation data indicating whether or not the recirculation blower 36 can be operated and the nitrogen gas flow for performing nitrogen venting. This is nitrogen continuous supply data indicating whether continuous supply (hereinafter referred to as “nitrogen continuous supply”) is possible.

ステップ112では、運転監視データに基づいて運転状態を確認する。本実施形態に係る運転状態は、再循環ブロワ36の運転の可否及び不活性ガスである窒素の供給の可否である。これにより、運転制御装置80は、窒素ガスを用いたSOFC12の冷却の可否を簡易に判定できる。   In step 112, the driving state is confirmed based on the driving monitoring data. The operation state according to the present embodiment is whether or not the recirculation blower 36 can be operated and whether or not nitrogen as an inert gas can be supplied. Thereby, the operation control device 80 can easily determine whether or not the SOFC 12 can be cooled using nitrogen gas.

ステップ114では、運転監視データに関連する制御機器の動作が正常か否かを判定し、肯定判定の場合はステップ116へ移行する。否定判定の場合はステップ110へ移行するが、その過程で制御機器が正常に動作するように対応し、再び運転監視データ基づいて運転状態を確認する。   In step 114, it is determined whether the operation of the control device related to the operation monitoring data is normal. If the determination is affirmative, the process proceeds to step 116. If the determination is negative, the process proceeds to step 110. In this process, the control device is operated so as to operate normally, and the operation state is confirmed again based on the operation monitoring data.

ステップ116では、システム状態及び運転状態に基づいて、SOFC12に対する停止動作を行い、異常停止判定処理を終了する。
このように本実施形態に係る運転制御装置80は、複合発電システム10に異常を検知した場合、単に異常に応じた停止動作をするのではなく、異常を検知した際の複合発電システム10の運転状態に応じた複合発電システム10の停止動作を行う。従って、運転制御装置80は、SOFC12の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な複合発電システム10の停止動作を行うことができる。
In step 116, the SOFC 12 is stopped based on the system state and the operating state, and the abnormal stop determination process is terminated.
As described above, when the abnormality is detected in the combined power generation system 10, the operation control device 80 according to the present embodiment does not simply stop in accordance with the abnormality, but operates the combined power generation system 10 when the abnormality is detected. The combined power generation system 10 is stopped according to the state. Therefore, the operation control device 80 can perform an optimal stop operation of the combined power generation system 10 when an abnormality that requires the SOFC 12 to stop occurs.

なお、ステップ100からステップ114は異常検知部82の機能に相当し、ステップ116は停止動作決定部84及び停止指示部86の機能に相当する。   Steps 100 to 114 correspond to the function of the abnormality detection unit 82, and step 116 corresponds to the functions of the stop operation determination unit 84 and the stop instruction unit 86.

また、上述した異常停止判定処理では、許容範囲外となった計測点があった場合に、異常の発生を検知する形態について説明したが、これに限らず、警報の発令等によって、異常の発生を検知する形態としてもよい。   Further, in the abnormal stop determination process described above, a mode has been described in which the occurrence of an abnormality is detected when there is a measurement point that is out of the allowable range. It is good also as a form which detects.

次に、システム状態の重異常と運転状態との組み合わせに応じた停止動作について表1から表4の例を参照して説明する。
表1から表4は、停止動作をトリップ状態に基づいて、「A」,「A’」,「B」と表示する。なお、表1から表4に示されるシステム状態の重異常は、一例である。また、表1から表4における再循環流路の運転の可否は、再循環ブロワ36の運転の可否である。
Next, the stop operation corresponding to the combination of the serious abnormality in the system state and the operation state will be described with reference to the examples in Tables 1 to 4.
Tables 1 to 4 display the stop operation as “A”, “A ′”, and “B” based on the trip state. In addition, the serious abnormality of the system state shown in Table 1 to Table 4 is an example. Further, whether or not the recirculation flow path can be operated in Tables 1 to 4 depends on whether or not the recirculation blower 36 can be operated.

トリップ状態Bは、複合発電システム10の運転が困難だが、再循環ブロワ36が動作可能な場合(運転継続困難状態)に、SOFC12の燃料極側に対して行われる通常停止である。具体的には、トリップ状態Bは、複合発電システム10の補機の停止、SOFC12へのガスの供給の停止と共にガスの封じ込めを一時的に行った後に、MGT16の停止を行い、SOFC12の圧力容器14内を含む複合発電システム10内を減圧する。そして、トリップ状態Bは、再循環ブロワ36を用いて燃料ガスを窒素ガスで通気(パージ)し、温度が十分低下した後にパージに用いた窒素ガスの供給を停止する。   The trip state B is a normal stop performed on the fuel electrode side of the SOFC 12 when the combined power generation system 10 is difficult to operate but the recirculation blower 36 is operable (operation continuation difficult state). Specifically, in the trip state B, the auxiliary machine of the combined power generation system 10 is stopped, the supply of gas to the SOFC 12 is stopped, and the gas is temporarily contained, and then the MGT 16 is stopped, and the pressure vessel of the SOFC 12 The inside of the combined power generation system 10 including the inside 14 is decompressed. In the trip state B, the fuel gas is vented (purged) with nitrogen gas using the recirculation blower 36, and the supply of the nitrogen gas used for purging is stopped after the temperature is sufficiently lowered.

トリップ状態Aは、複合発電システム10の運転ができない場合(運転不可状態)に、SOFC12の燃料極側に対して行われる至急停止である。具体的には、トリップ状態Aは、複合発電システム10の補機の停止、SOFC12へのガスの供給を停止と共にガスの封じ込めを一時的に行った後に、MGT16の停止を行い、SOFC12の圧力容器14内を含む複合発電システム10内を減圧する。そして、トリップ状態Aは、再循環ブロワ36を用いずに燃料ガスを窒素ガスで通気(パージ)し、温度が十分に低下した後にパージに用いた窒素ガスの供給を停止する。
このように、トリップ状態Bとトリップ状態Aとは、再循環ブロワ36の運転可否の差異によって選択される。トリップ状態Bでは、再循環ブロワ36を用いることで、トリップ状態Aに比べて少ない窒素ガスでパージが可能となる。
The trip state A is an emergency stop performed on the fuel electrode side of the SOFC 12 when the combined power generation system 10 cannot be operated (operation disabled state). Specifically, in the trip state A, the auxiliary machine of the combined power generation system 10 is stopped, the gas supply to the SOFC 12 is stopped and the gas is temporarily contained, and then the MGT 16 is stopped, and the pressure vessel of the SOFC 12 The inside of the combined power generation system 10 including the inside 14 is decompressed. In the trip state A, the fuel gas is vented (purged) with nitrogen gas without using the recirculation blower 36, and the supply of the nitrogen gas used for purging is stopped after the temperature is sufficiently lowered.
As described above, the trip state B and the trip state A are selected based on the difference in whether or not the recirculation blower 36 can be operated. In the trip state B, the recirculation blower 36 can be used to purge with less nitrogen gas than in the trip state A.

トリップ状態A’は、運転不可状態であり、再循環ブロワ36の運転と共に窒素連給が不可能な場合、すなわち窒素ガスによるパージができず、至急停止よりも緊急性が高い場合に、SOFC12の燃料極側に対して行われる緊急停止である。具体的には、トリップ状態A’は、複合発電システム10の補機の停止、SOFC12へのガスの供給の停止と共にガスの封じ込めを行った後に、MGT16の停止を行い、ガスを封じ込めたままとする。   The trip state A ′ is a state in which the operation is not possible, and when the continuous supply of nitrogen is impossible together with the operation of the recirculation blower 36, that is, when purging with nitrogen gas is impossible and the urgency is higher than the emergency stop, the SOFC 12 This is an emergency stop performed on the fuel electrode side. Specifically, in the trip state A ′, after stopping the auxiliary machine of the combined power generation system 10 and stopping the supply of gas to the SOFC 12, the MGT 16 is stopped and the gas is kept sealed. To do.

このように、トリップ状態B、トリップ状態A、及びトリップ状態A’の選択は、運転状態として、不活性ガスである窒素ガスの循環の可否、すなわち、再循環ブロワ36の運転可否及び窒素連給の可否に基づく。窒素ガスの循環が可能な運転状態であれば、窒素ガスを循環させることで複合発電システム10を冷却可能なためである。特に、トリップ状態Bでは、再循環ブロワ36を用いて窒素ガスを循環させるため、SOFC12の燃料極側の冷却が迅速に行われることとなる。   As described above, the trip state B, trip state A, and trip state A ′ are selected based on whether or not the nitrogen gas that is an inert gas can be circulated, that is, whether or not the recirculation blower 36 can be operated and whether nitrogen is continuously supplied. Based on whether or not. This is because the combined power generation system 10 can be cooled by circulating the nitrogen gas in an operating state in which the nitrogen gas can be circulated. In particular, in the trip state B, since the nitrogen gas is circulated using the recirculation blower 36, the fuel electrode side of the SOFC 12 is rapidly cooled.

表1は、異常の原因がMGT16の異常の場合であり、検知された異常を、MGT制御盤の異常、燃焼器20入口の空気温度の異常、及びコンプレッサ18の元圧の異常に細分化した例である。
MGT制御盤の異常及び燃焼器20入口の空気温度の異常は、その他の装置に重大な影響を及ぼすことから、再循環ブロワ36の運転が可能かつ窒素連給が可能であってもトリップ状態Aによって停止動作が行われる。
また、表1〜表4において「−」と表示されている場合は、運転状態として再循環流路の運転可否や窒素連給可否という運転状態以外の、SOFC12に直接関与しない要因との組合せを考慮して判断するものを一括して「―」と表記していて、停止動作を行わないことを示してはいない。運転状態の例示件数が増加することによる、トリップ状態の判断状況が混乱しないよう説明を省略しているものである。
例えば、表1にて、システム状態としてMGT制御盤異常を監視し、運転状態として窒素連給が不可能な場合の判断において、表示されていない運転状態としてはMGT16の運転可否があり、MGT16の運転が停止している場合には、空気の供給ができないので、トリップ状態A’の停止動作が行われる。また、異常の原因が複数による場合として、例えば、複合発電システム10の制御異常(表3参照)及び停電や原料の異常(表4参照)の組合せにより生じるものは、表3や表4に示される異常原因の組み合わせに対応する判断を行い、トリップ状態A’の停止動作が行われる。

Figure 0006062263
Table 1 shows a case where the cause of the abnormality is an abnormality of the MGT 16 and the detected abnormality is subdivided into an abnormality of the MGT control panel, an abnormality of the air temperature at the inlet of the combustor 20, and an abnormality of the original pressure of the compressor 18. It is an example.
An abnormality in the MGT control panel and an abnormality in the air temperature at the inlet of the combustor 20 have a significant effect on other devices. Therefore, even if the recirculation blower 36 can be operated and nitrogen can be continuously supplied, the trip state A The stop operation is performed by.
In addition, when “-” is displayed in Tables 1 to 4, a combination with a factor that is not directly related to the SOFC 12 other than the operation state such as whether the recirculation flow path is operable or whether nitrogen is continuously supplied as the operation state is selected. Items that are judged in consideration are collectively indicated as “-”, and do not indicate that the stop operation is not performed. The explanation is omitted so as not to confuse the judgment state of the trip state due to the increase in the number of examples of the driving state.
For example, in Table 1, the MGT control panel abnormality is monitored as the system state, and in the determination when the nitrogen supply is not possible as the operation state, the operation state not displayed is MGT16 operation availability. When the operation is stopped, air cannot be supplied, so that the trip state A ′ is stopped. In addition, as a case where there are a plurality of causes of the abnormality, for example, those caused by a combination of a control abnormality (see Table 3) and a power failure or a raw material abnormality (see Table 4) of the combined power generation system 10 are shown in Table 3 and Table 4. Judgment corresponding to the combination of abnormal causes is performed, and the trip state A ′ stop operation is performed.
Figure 0006062263

表2は、異常の原因がSOFC12の異常の場合であり、検知された異常をSOFC12の空気入口/出口温度の異常、空気流量の異常、燃料入口/出口温度の異常、燃料流量/濃度の異常、圧力の異常、及び電圧の異常に細分化した例である。

Figure 0006062263
Table 2 shows the case where the cause of the abnormality is an abnormality of the SOFC 12, and the detected abnormality is an abnormality of the air inlet / outlet temperature of the SOFC 12, an abnormality of the air flow rate, an abnormality of the fuel inlet / outlet temperature, an abnormality of the fuel flow rate / concentration. It is an example that is subdivided into abnormal pressure, and abnormal voltage.
Figure 0006062263

表3は、異常の原因が制御の異常の場合であり、検知された異常を制御弁34,60等の制御不能、複合発電システム10の制御装置(例えば、Distributed Control System:DCS)の制御不能に細分化した例である。制御装置による制御が不能となると、SOFC12とMGT16間の温度及び圧力等といったSOFC12の故障につながるパラメータを制御することができなくなる異常であるため、トリップ状態A’に基づいた停止が行われる。

Figure 0006062263
Table 3 shows the case where the cause of the abnormality is a control abnormality. The detected abnormality cannot be controlled by the control valves 34 and 60, and the control device (for example, Distributed Control System: DCS) of the combined power generation system 10 cannot be controlled. This is an example of subdivided. When the control by the control device is disabled, it is an abnormality that makes it impossible to control parameters that lead to the failure of the SOFC 12, such as the temperature and pressure between the SOFC 12 and the MGT 16, and therefore the stop based on the trip state A ′ is performed.
Figure 0006062263

表4は、異常の原因が停電又は原料の供給異常の場合である。
停電が発生すると制御装置は、バックアップ電源により動作状態を維持する。一方、再循環ブロワ36及び制御弁34,60等の補機は、電力供給が遮断され、動作が停止する。従って、停電が発生すると制御装置が分電盤において電力供給の停止を検知し、再循環ブロワ36が使用できない状態での最適な停止動作としてトリップ状態A’による停止動作が行われる。なお、停電には、手動による非常停止も含まれる。
原料の供給異常は、水素ガス、空気、及び窒素ガス等の主原料の供給が途絶えることである。原料の供給異常は、各装置に重大な影響を及ぼすことから、トリップ状態A’による停止動作が行われる。

Figure 0006062263
Table 4 shows the case where the cause of the abnormality is a power failure or an abnormal supply of raw materials.
When a power failure occurs, the control device maintains an operating state with a backup power source. On the other hand, the auxiliary machines such as the recirculation blower 36 and the control valves 34 and 60 are cut off from power supply and stopped. Therefore, when a power failure occurs, the control device detects the stop of the power supply in the distribution board, and the stop operation in the trip state A ′ is performed as an optimal stop operation in a state where the recirculation blower 36 cannot be used. Note that a power failure includes a manual emergency stop.
The supply abnormality of the raw material is that supply of main raw materials such as hydrogen gas, air, and nitrogen gas is interrupted. Since the material supply abnormality has a significant effect on each apparatus, a stop operation is performed in the trip state A ′.
Figure 0006062263

次に、システム状態の異常毎の停止動作について詳細に説明する。
上述した例では、MGT16の異常を、MGT制御盤の異常、燃焼器20入口の空気温度の異常、及びコンプレッサ18の元圧の異常としている。
SOFC12とMGT16がコンバインドサイクルで運転されている場合、SOFC12及びMGT16の何れかの装置の異常が他の装置に重大な故障を及ぼす可能性があるため、迅速な異常の検知による停止動作を必要とする。
Next, the stop operation for each abnormality in the system state will be described in detail.
In the example described above, the abnormality of the MGT 16 is an abnormality of the MGT control panel, an abnormality of the air temperature at the inlet of the combustor 20, and an abnormality of the original pressure of the compressor 18.
When the SOFC 12 and MGT 16 are operated in a combined cycle, an abnormality in one of the SOFC 12 and MGT 16 may cause a serious failure in the other apparatus, so a stop operation is required based on a rapid abnormality detection. To do.

MGT制御盤の異常は、例えば、MGT16に対する警報やMGT16の非常停止の実行が検知された場合に検知される。MGT制御盤の異常が検知され、窒素連給が可能な場合はトリップ状態Aによる停止動作が行われる。   An abnormality of the MGT control panel is detected when, for example, an alarm for the MGT 16 or an emergency stop of the MGT 16 is detected. When an abnormality of the MGT control panel is detected and nitrogen continuous supply is possible, a stop operation by the trip state A is performed.

燃焼器20入口の空気温度の異常は、所定値(例えば650℃)以上の空気が供給された場合に検知される。燃焼器20入口の空気温度の異常が検知され、窒素連給が可能な場合はトリップ状態Aによる停止動作が行われる。   An abnormality in the air temperature at the inlet of the combustor 20 is detected when air of a predetermined value (for example, 650 ° C.) or more is supplied. When an abnormality in the air temperature at the inlet of the combustor 20 is detected and nitrogen continuous supply is possible, a stop operation in the trip state A is performed.

コンプレッサ18の元圧の異常は、MGT16の空気吸込み温度から導かれる定常時の指定圧力値と検出値とが所定値以上乖離した場合に検知される。コンプレッサ18の元圧の異常が検知され、窒素連給が可能な場合はトリップ状態Bによる停止動作が行われる。   An abnormality in the original pressure of the compressor 18 is detected when the specified pressure value in the steady state derived from the air intake temperature of the MGT 16 and the detected value deviate by a predetermined value or more. When an abnormality in the original pressure of the compressor 18 is detected and nitrogen continuous supply is possible, a stop operation by the trip state B is performed.

なお、MGT16の異常が検知され、窒素連給が不可能な場合はトリップ状態A’による停止動作が行われる。   In addition, when abnormality of MGT16 is detected and nitrogen continuous supply is impossible, the stop operation by trip state A 'is performed.

また、上述した例では、SOFC12の異常を、SOFC12の空気入口/出口温度の異常、空気流量の異常、燃料入口/出口温度の異常、燃料流量/濃度の異常、圧力の異常、及び電圧の異常としている。   Further, in the above-described example, the SOFC 12 abnormality may be the SOFC 12 air inlet / outlet temperature abnormality, the air flow rate abnormality, the fuel inlet / outlet temperature abnormality, the fuel flow rate / concentration abnormality, the pressure abnormality, and the voltage abnormality. It is said.

SOFC12の空気入口温度又は空気出口温度が所定値(例えば750℃)よりも高い場合に異常が検知される。なお、所定値は、SOFC12に用いられている金属部材の耐久温度を超える温度とすることが好ましい。そして、異常とされる所定温度の検知が、所定時間(例えば3秒)継続した場合に、停止動作が行われることが好ましい。運転状態として窒素連給が可能な場合は、トリップ状態Bによる停止動作が行われ、窒素連給が不可能な場合は、トリップ状態A’による停止動作が行われる。   An abnormality is detected when the air inlet temperature or the air outlet temperature of the SOFC 12 is higher than a predetermined value (for example, 750 ° C.). The predetermined value is preferably set to a temperature that exceeds the endurance temperature of the metal member used in the SOFC 12. Then, it is preferable that the stop operation is performed when detection of the predetermined temperature that is abnormal is continued for a predetermined time (for example, 3 seconds). When the nitrogen supply is possible as the operation state, the stop operation by the trip state B is performed, and when the nitrogen supply is not possible, the stop operation by the trip state A 'is performed.

また、SOFC12における空気流量の異常、燃料入口/出口温度の異常、燃料流量/濃度の異常、圧力の異常、及び電圧の異常についても、各々に対応した所定値を超える状態が所定時間継続した場合に、停止動作が行われることが好ましい。この場合も、運転状態として窒素連給が可能な場合は、トリップ状態Bによる停止動作が行われ、窒素連給が不可能な場合は、トリップ状態A’による停止動作が行われる。   Also, in the SOFC 12, when the air flow rate abnormality, fuel inlet / outlet temperature abnormality, fuel flow rate / concentration abnormality, pressure abnormality, and voltage abnormality exceed a predetermined value corresponding to each of them for a predetermined time In addition, it is preferable that a stop operation is performed. In this case as well, when nitrogen continuous supply is possible as the operating state, a stop operation by trip state B is performed, and when nitrogen continuous supply is not possible, a stop operation by trip state A 'is performed.

また、上述した例では、制御異常を、制御弁34,60等の制御不能及び制御装置の制御不能としている。
制御弁34,60等が制御不能で窒素連給が可能な場合、トリップ状態Aによる停止動作が行われる。
In the above-described example, the control abnormality is made impossible to control the control valves 34 and 60 and the control device.
When the control valves 34, 60, etc. are uncontrollable and can be continuously supplied with nitrogen, the stop operation by the trip state A is performed.

より具体的に、制御弁34,60等が制御不能で窒素連給が可能な場合における、トリップ状態Aによる停止動作について説明する。   More specifically, the stop operation in the trip state A when the control valves 34, 60, etc. cannot be controlled and nitrogen continuous supply is possible will be described.

まず、運転制御装置80は、複合発電システム10と電力系統との解列、MGT16の停止、都市ガスの停止、及び窒素パージによりコンバインド運転を停止させる。その後、運転制御装置80は、SOFC12の圧力を低下させながら蒸気ラインを立ち上げて、都市ガスと水蒸気をSOFC12へ供給することで、SOFC12の内部改質反応により還元性ガスである水素ガスを生成しながら、内部改質の吸熱反応とガス流通による除熱によりSOFC12の発電室の降温を行う。   First, the operation control device 80 stops the combined operation by disconnecting the combined power generation system 10 and the power system, stopping the MGT 16, stopping city gas, and purging nitrogen. Thereafter, the operation control device 80 starts up the steam line while reducing the pressure of the SOFC 12, and supplies city gas and steam to the SOFC 12, thereby generating hydrogen gas as a reducing gas by the internal reforming reaction of the SOFC 12. However, the temperature of the power generation chamber of the SOFC 12 is lowered by an endothermic endothermic reaction and heat removal by gas circulation.

そして、発電室が、例えば4時間で容器内温度において700℃に達した後に、燃料供給ライン24に窒素ガスが供給され、さらに温度が400℃に低下した後に、都市ガスと蒸気の供給が停止され、水素ガスが供給される。さらに、温度が100℃に達した後、ガスの供給が停止され、排出ライン42,62に備えられる減圧弁44,64が開かれ、燃料供給ライン24及び空気供給ライン46等が大気開放される。なお、異常の検知によってコンバインド運転が停止されるので、MGT16からの圧縮空気は、SOFC12をバイパスして燃焼器20に直接供給される。   Then, for example, after the power generation chamber reaches 700 ° C. in the container temperature in 4 hours, nitrogen gas is supplied to the fuel supply line 24, and after the temperature further decreases to 400 ° C., the supply of city gas and steam is stopped. Then, hydrogen gas is supplied. Further, after the temperature reaches 100 ° C., the gas supply is stopped, the pressure reducing valves 44 and 64 provided in the discharge lines 42 and 62 are opened, and the fuel supply line 24 and the air supply line 46 are opened to the atmosphere. . Since the combined operation is stopped by detecting an abnormality, the compressed air from the MGT 16 bypasses the SOFC 12 and is directly supplied to the combustor 20.

また、SOFC12の燃料極側と空気極側との差圧は、所定値(例えば0.5kPa)となるように減圧弁44が制御される。差圧が大きくなりすぎ、SOFC12内の構成層の損傷を防止するためである。そして、燃料供給ライン24に都市ガス、水蒸気、又は水素ガスが供給され、空気供給ライン46に空気が供給されながら大気開放が行われることにより、燃料極側に酸素成分が混入しないように、燃料極側の圧力を空気極側より高く保った状態で停止動作を実行しながら、発電室の冷却が行われる。
このように、制御弁34,60等が制御不能で窒素連給が可能な場合におけるトリップ状態Aでは、SOFC12の発電室内温度に応じて、都市ガス、蒸気、及び水素ガスの流量を制御することで、SOFC12をより安全に停止させる。
Further, the pressure reducing valve 44 is controlled so that the differential pressure between the fuel electrode side and the air electrode side of the SOFC 12 becomes a predetermined value (for example, 0.5 kPa). This is because the differential pressure becomes too large to prevent damage to the constituent layers in the SOFC 12. Then, city gas, water vapor, or hydrogen gas is supplied to the fuel supply line 24, and the atmosphere is opened while air is supplied to the air supply line 46, so that oxygen components are not mixed into the fuel electrode side. The power generation chamber is cooled while the stop operation is performed in a state where the pressure on the pole side is kept higher than that on the air electrode side.
In this way, in the trip state A when the control valves 34, 60, etc. are uncontrollable and can be continuously supplied with nitrogen, the flow rates of city gas, steam, and hydrogen gas are controlled according to the temperature in the power generation chamber of the SOFC 12. Then, the SOFC 12 is stopped more safely.

なお、制御弁34,60等が制御不能で窒素連給が不可能な場合、トリップ状態A’による停止動作が行われる。   When the control valves 34, 60, etc. are not controllable and cannot be continuously supplied with nitrogen, a stop operation by the trip state A 'is performed.

一方、制御装置が制御不能となった場合、空気ベント、SOFC12とMGT16との間の温度降下及び圧力降下等のSOFC12の停止に要するパラメータを制御ができなくなるため、より迅速な停止動作が行われることが好ましい。
この場合、運転制御装置80は、再循環ブロワ36を停止し、トリップ状態A’による停止動作を行う。
トリップ状態A’による停止動作では、SOFC12のガスの通気を遮断すると共にガスの開放も行わないことから、定格運転時の温度及び圧力で発電室内が保持されることとなる。そして、定格運転時の発電室内は、燃料極と空気極との差圧制御が行われているが、トリップ状態A’ではガスの通気も開放も行わないため、この差圧が保たれる。
On the other hand, when the control device becomes uncontrollable, parameters required for stopping the SOFC 12 such as an air vent, a temperature drop and a pressure drop between the SOFC 12 and the MGT 16 cannot be controlled, and a quicker stop operation is performed. It is preferable.
In this case, the operation control device 80 stops the recirculation blower 36 and performs a stop operation based on the trip state A ′.
In the stop operation in the trip state A ′, the gas flow through the SOFC 12 is shut off and the gas is not released, so that the power generation chamber is held at the temperature and pressure during rated operation. In the power generation chamber during the rated operation, the differential pressure control between the fuel electrode and the air electrode is performed. However, since the gas is neither vented nor released in the trip state A ′, this differential pressure is maintained.

また、停止動作の信頼性を高めるために、外部冷却手段によって発電室の冷却が行われてもよい。外部冷却手段としては、例えば、水冷、空冷、水の噴霧等である。なお、停電や制御装置の制御不能時の冷却であるため、動力を不要とする冷却が好ましい。動力を不要とする冷却の具体例としては、例えば容器内に貯蔵したガス(空気や窒素等)で水を流す、噴霧させるという手段がある。   Moreover, in order to improve the reliability of the stop operation, the power generation chamber may be cooled by an external cooling means. Examples of the external cooling means include water cooling, air cooling, and water spray. In addition, since it is cooling at the time of a power failure or control failure of the control apparatus, cooling which does not require power is preferable. As a specific example of cooling that does not require power, there is a means of causing water to flow or spray using gas (air, nitrogen, etc.) stored in a container, for example.

トリップ状態A’を行った場合における冷却について詳細する。
空気によるベントが不可能な場合、コンバインド運転が解除され、SOFC12の空気極側の空気が封じ込められ、新たな空気の供給と排出が遮断される。この場合、燃料供給ライン24の安全が確認された後、再循環ブロワ36を再起動して、不活性ガスである窒素ガスを供給しながら、燃料再循環ライン32(燃料排出空気供給ライン)による通気を行うことで、差圧を保ちながら燃料極の冷却が行われてもよい。
また、窒素ガスによる通気が不可能な場合、燃料供給ライン24及び排出ライン42が閉じられ、SOFC12の燃料極側のガスの供給と排出が遮断されている。このような場合は、上述したような外部冷却手段による発電室の冷却が行われることが好ましい。
The cooling when the trip state A ′ is performed will be described in detail.
When venting with air is impossible, the combined operation is canceled, the air on the air electrode side of the SOFC 12 is contained, and supply and discharge of new air are shut off. In this case, after the safety of the fuel supply line 24 is confirmed, the recirculation blower 36 is restarted, and while supplying nitrogen gas as an inert gas, the fuel recirculation line 32 (fuel exhaust air supply line) is used. By performing ventilation, the fuel electrode may be cooled while maintaining the differential pressure.
When nitrogen gas cannot be vented, the fuel supply line 24 and the discharge line 42 are closed, and the supply and discharge of gas on the fuel electrode side of the SOFC 12 are shut off. In such a case, it is preferable that the power generation chamber is cooled by the external cooling means as described above.

以上説明したように、本実施形態に係る運転制御装置80は、SOFC12及びSOFC12から排出される燃料ガスを用いて運転されるMGT16を組み合わせて発電を行う複合発電システム10の運転の停止を制御する。そして、運転制御装置80は、複合発電システム10の異常を検知する異常検知部82と、異常検知部82がSOFC12の停止を必要とする異常を検知した場合、異常の状態及び複合発電システム10の運転状態の組み合わせに応じた停止動作を決定する停止動作決定部84と、を備える。
従って、運転制御装置80は、複合発電システム10に異常が検知された場合、単に異常に応じた停止動作をするのではなく、異常が検知された際の複合発電システム10の運転状態に応じた停止動作を行うので、SOFC12の停止を必要とする異常が発生した場合に最適な停止動作を行うことができる。
このように、運転制御装置80は、SOFC12の停止を必要とする異常が発生した場合に検知した異常の状態に基づいて最適な停止動作を行うことで、SOFC12の保護するための停止動作が可能となる。
As described above, the operation control device 80 according to the present embodiment controls the stop of the operation of the combined power generation system 10 that generates power by combining the SOFC 12 and the MGT 16 that is operated using the fuel gas discharged from the SOFC 12. . Then, the operation control device 80 detects the abnormality of the combined power generation system 10, and when the abnormality detection unit 82 detects an abnormality that requires the SOFC 12 to stop, A stop operation determining unit 84 that determines a stop operation according to the combination of operation states.
Therefore, when an abnormality is detected in the combined power generation system 10, the operation control device 80 does not simply perform a stop operation according to the abnormality, but according to the operation state of the combined power generation system 10 when the abnormality is detected. Since the stop operation is performed, an optimal stop operation can be performed when an abnormality requiring the SOFC 12 to stop occurs.
In this way, the operation control device 80 can perform a stop operation for protecting the SOFC 12 by performing an optimal stop operation based on the detected abnormal state when an abnormality that requires the SOFC 12 to stop occurs. It becomes.

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using said each embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiments without departing from the gist of the invention, and embodiments to which the changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.

また、上記各実施形態で説明した異常停止判定処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。   The flow of the abnormal stop determination process described in each of the above embodiments is also an example, and unnecessary steps are deleted, new steps are added, or the processing order is changed within a range not departing from the gist of the present invention. Or you may.

10 複合発電システム
12 SOFC
16 MGT
36 再循環ブロワ
80 運転制御装置
82 異常検知部
84 停止動作決定部
10 Combined power generation system 12 SOFC
16 MGT
36 Recirculation blower 80 Operation control device 82 Abnormality detection unit 84 Stop operation determination unit

Claims (7)

燃料電池及び前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせた発電を行う複合発電システムの運転制御装置であって、
前記複合発電システムの異常を検知する異常検知手段と、
前記異常検知手段が前記燃料電池の停止を必要とする異常を検知した場合、異常の状態及び前記複合発電システムの運転状態の組み合わせに応じた停止動作を決定する停止動作決定手段と、
を備え
前記停止動作決定手段は、前記運転状態として、前記燃料電池から排出される不活性ガスを前記燃料電池へ戻す循環の可否に応じた停止動作を行う複合発電システムの運転制御装置。
An operation control device for a combined power generation system that performs power generation combining a fuel cell and an internal combustion engine that is operated using fuel gas discharged from the fuel cell,
An abnormality detecting means for detecting an abnormality of the combined power generation system;
When the abnormality detection unit detects an abnormality that requires the fuel cell to stop, a stop operation determination unit that determines a stop operation according to a combination of the abnormality state and the operation state of the combined power generation system;
Equipped with a,
The operation control device of the combined power generation system, wherein the stop operation determining means performs a stop operation according to whether or not circulation of returning the inert gas discharged from the fuel cell to the fuel cell as the operation state is performed .
前記停止動作決定手段は、不活性ガスの循環が不可能な前記運転状態の場合、前記停止動作として、前記燃料電池への燃料ガスの供給の停止と共に燃料ガスの封じ込め、及び前記内燃機関の停止を行う請求項記載の複合発電システムの運転制御装置。 In the operation state in which the inert gas cannot be circulated, the stop operation determining means includes, as the stop operation, the supply of the fuel gas to the fuel cell and the containment of the fuel gas, and the stop of the internal combustion engine. operation control device for a hybrid power system of claim 1 wherein performing. 前記停止動作決定手段は、不活性ガスの供給が可能な前記運転状態の場合、前記停止動作として、前記燃料電池への燃料ガスの供給を停止し、前記内燃機関を停止した後に前記燃料電池を減圧し、不活性ガスによるパージを行う請求項又は請求項記載の複合発電システムの運転制御装置。 The stop operation determining means stops the supply of the fuel gas to the fuel cell as the stop operation and stops the fuel cell after stopping the internal combustion engine in the operation state in which an inert gas can be supplied. The operation control device of the combined power generation system according to claim 1 or 2 , wherein the pressure is reduced and purging with an inert gas is performed. 前記運転状態は、前記燃料電池から排出されるガスを前記燃料電池へ循環させる再循環ブロワの運転の可否、及び不活性ガスの供給の可否である請求項1から請求項の何れか1項記載の複合発電システムの運転制御装置。 The operating conditions, any one of claims 3 to gas discharged from the fuel cell whether the operation of the recirculation blower for circulating to the fuel cell, and from the claims 1 a possibility of the supply of inert gas The combined power generation system operation control device described. 前記停止動作決定手段は、前記再循環ブロワの運転が可能な場合、前記停止動作において前記再循環ブロワを運転することで不活性ガスを循環させる請求項記載の複合発電システムの運転制御装置。 5. The operation control apparatus for a combined power generation system according to claim 4 , wherein when the recirculation blower is operable, the stop operation determining means circulates the inert gas by operating the recirculation blower in the stop operation. 燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関と、
請求項1から請求項の何れか1項に記載の運転制御装置と、
を備える複合発電システム。
A fuel cell;
An internal combustion engine operated using fuel gas discharged from the fuel cell;
The operation control device according to any one of claims 1 to 5 ,
A combined power generation system comprising:
燃料電池及び前記燃料電池から排出される燃料ガスを用いて運転される内燃機関を組み合わせた発電を行う複合発電システムの運転方法であって、
前記複合発電システムの異常を検知する異常検知工程と、
前記燃料電池の停止を必要とする異常を検知した場合、異常の状態及び前記複合発電システムの運転状態の組み合わせに応じた停止動作を決定する停止動作決定工程と、
を含み、
前記停止動作決定工程は、前記運転状態として、前記燃料電池から排出される不活性ガスを前記燃料電池へ戻す循環の可否に応じた停止動作を行う複合発電システムの運転方法。
An operation method of a combined power generation system for generating power by combining a fuel cell and an internal combustion engine operated using fuel gas discharged from the fuel cell,
An abnormality detection step of detecting an abnormality of the combined power generation system;
When detecting an abnormality that requires stopping of the fuel cell, a stop operation determining step of determining a stop operation according to a combination of the abnormal state and the operation state of the combined power generation system;
Only including,
The operation method of the combined power generation system, wherein the stop operation determining step performs a stop operation according to whether or not circulation of returning the inert gas discharged from the fuel cell to the fuel cell as the operation state is performed .
JP2013013616A 2013-01-28 2013-01-28 Combined power generation system operation control device, combined power generation system, and combined power generation system operation method Active JP6062263B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013013616A JP6062263B2 (en) 2013-01-28 2013-01-28 Combined power generation system operation control device, combined power generation system, and combined power generation system operation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013013616A JP6062263B2 (en) 2013-01-28 2013-01-28 Combined power generation system operation control device, combined power generation system, and combined power generation system operation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014146476A JP2014146476A (en) 2014-08-14
JP6062263B2 true JP6062263B2 (en) 2017-01-18

Family

ID=51426565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013013616A Active JP6062263B2 (en) 2013-01-28 2013-01-28 Combined power generation system operation control device, combined power generation system, and combined power generation system operation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6062263B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61227372A (en) * 1985-03-30 1986-10-09 Toshiba Corp Fuel cell power generation system
JP2003223917A (en) * 2002-01-30 2003-08-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Cogeneration-plant operation support system and operation supporting method
JP4946015B2 (en) * 2005-11-22 2012-06-06 富士電機株式会社 Operation method of fuel cell power generator
JP5794819B2 (en) * 2011-04-21 2015-10-14 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Fuel cell / gas turbine combined power generation system and method for stopping the fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014146476A (en) 2014-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5991673B2 (en) Combined power generation system operation control device, combined power generation system, and combined power generation system operation method
JP4866967B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP5100848B2 (en) Hydrogen generator and fuel cell system provided with the same
JP5112642B2 (en) Solid oxide fuel cell system
JP2006294295A (en) Fuel cell system
JP2006099993A (en) Fuel cell system and failure diagnostic device of fuel cell system
JP2011508947A (en) Combustion of hydrogen at the cathode of a fuel cell at start-up
JP5187420B2 (en) Water filling method for fuel cell system
KR20190094123A (en) Methods for Transitioning a Fuel Cell System between Modes of Operation
JP4212266B2 (en) Fuel cell power generation system and control method of fuel cell power generation system
US9178231B2 (en) Fuel cell system and fuel cell system diagnosis method
WO2014073547A1 (en) Power generation system and method for cooling fuel cell exhaust in power generation system
JP4940559B2 (en) Fuel cell system
JP6062263B2 (en) Combined power generation system operation control device, combined power generation system, and combined power generation system operation method
US20220223892A1 (en) Fuel cell system
JP2010238520A (en) Fuel cell system
KR20190094121A (en) Methods for Transitioning a Fuel Cell System between Modes of Operation
JP2006294497A (en) Fuel cell system
JP2017147124A (en) Control device for fuel battery power generation system, power generation system and control method for fuel battery power generation system
JP2007184117A (en) Fuel cell system
JPH01195671A (en) Fuel cell power generating system and operating method thereof
JP6783094B2 (en) Fuel cell control device, fuel cell protection control method, and power generation system
JP2006278158A (en) Fuel cell system
KR20190094120A (en) Methods for Transitioning a Fuel Cell System between Modes of Operation
JP5690812B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20150119

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150602

A625 Written request for application examination (by other person)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625

Effective date: 20150602

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160317

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160405

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160606

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161115

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161214

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6062263

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350