JP6978277B2

JP6978277B2 - 石炭ガス化発電設備

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Publication number: JP6978277B2
Application number: JP2017208545A
Authority: JP
Inventors: 武治長谷川
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2021-12-08
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: JP2019082117A

Description

本発明は、石炭ガス化ガスを燃料として用いる石炭ガス化発電設備に関する。

石炭は世界の広い地域に存在し、可採埋蔵量が多く、価格が安定しているため、供給安定性が高く発熱量あたりの価格が低廉である。石炭からガス化ガス（石炭ガス化ガス）を得て、石炭ガス化ガスを燃料として用いることで発電を行う石炭ガス化発電設備が実用化されてきている。

石炭ガス化発電設備としては、石炭ガス化ガスを燃焼器で燃焼させてガスタービンを駆動して電力を得ると共に、ガスタービンの排気熱を回収して蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動して電力を得る石炭ガス化発電設備（ＩＧＣＣ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、石炭ガス化発電設備として、石炭ガス化ガスを燃料電池の燃料として用い、燃料電池で発電を行うと共に、燃料電池の排気ガスでガスタービンを駆動して電力を得ると共に、ガスタービンの排気熱を回収して蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動して電力を得る石炭ガス化発電設備（ＩＧＦＣ）が知られている。

一方、化石燃料を使用しない再生可能エネルギーを用いた再生可能エネルギー発電設備が導入されつつある。再生可能エネルギー発電設備は、石炭ガス化発電設備等の発電設備と同時に用いて電力需要に追従させている。このため、再生可能エネルギー発電設備の出力が増加した場合、石炭ガス化ガスの生成量を調整することで石炭ガス化発電設備等の出力を調整して電力需要に対応している。即ち、出力の変動の要求があった場合、石炭ガス化発電設備等の負荷変動運転を実施したり、最低負荷を低減する運転を実施したりしている。

このような状況から、再生可能エネルギー発電設備の出力の増減により（出力の変動の要求により）、石炭ガス化発電設備等での発電量を変動させる必要があり、石炭ガス化発電設備の稼働率（石炭ガス化ガスの生成量、即ち、石炭の処理量）が安定していないのが現状であった。このため、再生可能エネルギー発電設備の出力が増減しても、即ち、出力の変動の要求があっても、石炭ガス化発電設備の稼働率を維持する（例えば、石炭の処理量を維持して安定させる）ことが望まれているのが実情である。

特開２００５―１７１１４８号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、出力の変動の要求があった場合でも、設備の稼働率を維持することができる石炭ガス化発電設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の石炭ガス化発電設備は、石炭をガス化して石炭ガス化ガスを得る石炭ガス化ガス製造手段と、前記石炭ガス化ガス製造手段で得られた前記石炭ガス化ガスが送られて高温・高圧ガスを得る膨張ガス生成手段（燃焼器、燃料電池）と、前記膨張ガス生成手段で得られた前記高温・高圧ガスを膨張させて発電動力を得る膨張タービンと、電力供給の状況に基づいて、前記膨張ガス生成手段に送る前記石炭ガス化ガスの一部を分離することで、前記膨張ガス生成手段に送る前記石炭ガス化ガスの量を調節し、前記石炭ガス化ガス製造手段の稼働率を維持するガス化ガス量調節手段とを備え、前記ガス化ガス量調節手段は、前記電力供給の状況を判断する制御手段と、前記制御手段の判断に基づいて、前記膨張ガス生成手段に送る前記石炭ガス化ガスの一部を分離して系外の設備に供給することで、前記膨張ガス生成手段に送る前記石炭ガス化ガスの量を調節する分離供給手段とを有し、前記分離供給手段で分離された前記石炭ガス化ガスが供給される系外の設備は、天然ガスパイプラインであり、前記天然ガスパイプラインの組成情報を検出する組成検出手段と、前記ガス化ガス量調節手段、及び、前記天然ガスパイプラインの間に備えられ、分離された前記石炭ガス化ガスの一部を貯留する貯槽と、前記貯槽、及び、前記天然ガスパイプラインの間に備えられ、前記貯槽に貯留された前記石炭ガス化ガスの前記天然ガスパイプラインへの投入が調整される組成調整弁と、前記組成検出手段の検出情報に基づいて前記組成調整弁の開閉を制御し、前記天然ガスパイプラインの天然ガスの組成が所望状態に維持されるようにする組成制御手段とを有していることを特徴とする。
そして、請求項２に係る本発明の石炭ガス化発電設備は、請求項１に記載の石炭ガス化発電設備において、前記天然ガスパイプラインの天然ガスの需要地は、天然ガスを燃料として発電を行う発電需要設備であることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、石炭ガス化ガス製造手段で得られた石炭ガス化ガスが膨張
ガス生成手段（例えば、燃焼器、燃料電池の後燃焼器）で高温・高圧ガス（燃焼ガス）と
され、高温・高圧ガスを膨張タービンで膨張させることで発電電力を得る。電力供給の変
動の要求があった場合、即ち、出力の変動の要求があった場合、石炭ガス化ガス製造手段
の稼動状態はそのままにして、膨張ガス生成手段に送る石炭ガス化ガスの一部を分離して
膨張ガス生成手段に送られる石炭ガス化ガスの量を調節し、石炭ガス化ガス製造手段の稼
働率を維持した状態で出力の変動を吸収する。分離された石炭ガス化ガスは、他の需要地
で燃料として（燃料の一部として）使用することができる。
また、制御手段により電力供給の状況が判断され、制御手段の判断に基づいて、分離供給手段により膨張ガス生成手段に送る石炭ガス化ガスの一部を分離して系外の設備に供給し、膨張ガス生成手段に送る前記ガス化ガスの量が調節される。
また、分離供給手段により分離された石炭ガス化ガスの一部が天然ガスパイプラインに送られる。このため、石炭ガス化ガスの運搬に伴うコストをかけずに、しかも容易に、石炭ガス化ガスを遠方に運ぶことができる。
請求項２に係る本発明では、複数の発電所が接続されている天然ガスパイプラインに石炭ガス化ガスを供給するため、電圧低下、周波数変動が生じにくい設備環境に石炭ガス化ガスを投入することができる。

この結果、出力の変動の要求があった場合でも、石炭ガス化ガス製造手段の稼働率を低下させずに設備の稼働率を維持することが可能になる。

そして、請求項３に係る本発明の石炭ガス化発電設備は、請求項１もしくは請求項２に記載の石炭ガス化発電設備において、前記膨張タービンの排気ガスが熱回収されて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気により駆動されて発電動力を得る蒸気タービンとを更に備えたことを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、膨張タービンと蒸気タービンの駆動により発電を行う複合発電設備で、出力の変動の要求があった場合でも、石炭ガス化ガス製造手段の稼働率を低下させずに設備の稼働率を維持することが可能になる。

また、請求項４に係る本発明の石炭ガス化発電設備は、請求項３に記載の石炭ガス化発電設備において、前記膨張ガス生成手段にＯ_２含有ガスを供給する酸化剤供給手段と、前記排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスを前記膨張ガス生成手段に供給する循環手段とを備えたことを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、酸化剤供給手段からＯ_２含有ガスを膨張ガス生成手段に供給し、循環手段により排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスを膨張ガス生成手段に供給することにより、ＣＯ_２を循環させる閉サイクルの設備を構築することができる。酸化剤供給手段としては、例えば、空気からＮ_２を分離することでＯ_２を製造する酸素製造設備を適用することができる。そして、余剰となったＣＯ_２は回収することができる。

また、請求項５に係る本発明の石炭ガス化発電設備は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の石炭ガス化発電設備において、前記膨張ガス生成手段は、前記ガス化ガスを燃焼し前記高温・高圧ガスとして燃焼ガスを前記膨張タービンに送る燃焼器であることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、石炭ガス化ガス製造手段で得られた石炭ガス化ガスを燃焼器で燃焼して燃焼ガスとし、高温・高圧の燃焼ガスを膨張タービンで膨張させることで発電電力を得ることができる。

また、請求項６に係る本発明の石炭ガス化発電設備は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の石炭ガス化発電設備において、前記膨張ガス生成手段は、前記石炭ガス化ガスが燃料極に送られ、空気極に酸化剤が送られて電気化学反応により発電を行うと共に、反応後のガスを前記高温・高圧ガスとして前記膨張タービンに送る燃料電池であることを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、石炭ガス化ガス製造手段で得られた石炭ガス化ガスを燃料電池の燃料極に供給し、酸化剤を空気極に供給して電気化学反応により発電を行い、反応後のガスを高温・高圧ガスとして膨張タービンで膨張させることで発電電力を得ることができる。

また、請求項７に係る本発明の石炭ガス化発電設備は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の石炭ガス化発電設備において、前記膨張タービンで発電された電力が送られる電力系統と、前記電力系統に接続される再生可能エネルギー発電設備とを更に備え、前記ガス化ガス量調節手段は、前記再生可能エネルギー発電設備の出力の変動に応じて前記電力供給の状況を判断し、前記膨張ガス生成手段に送る前記石炭ガス化ガスの量を調節することを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、再生可能エネルギー発電設備の出力の変動に応じて電力供給の状況を判断し、膨張ガス生成手段に送る石炭ガス化ガスの量を調節することで、再生可能エネルギー発電設備の出力の変動があっても、石炭ガス化ガス製造手段の稼働率を低下させずに設備の稼働率を維持する。

本発明の石炭ガス化発電設備は、出力の変動の要求があった場合でも、石炭ガス化ガス製造手段の稼働率を低下させずに設備の稼働率を維持することが可能になる。

本発明の石炭ガス化発電設備を備えた電力供給系統の全体の概略系統図である。本発明の参考例に係る石炭ガス化発電設備の系統図である。本発明の参考例に係る石炭ガス化発電設備の系統図である。本発明の参考例に係る石炭ガス化発電設備の系統図である。本発明の実施例に係る石炭ガス化発電設備の系統図である。本発明の参考例に係る石炭ガス化発電設備の系統図である。

石炭ガス化発電設備としてのＩＧＣＣは、石炭ガス化ガスを燃焼器で燃焼させて膨張タービン（ガスタービン）を駆動して電力を得ると共に、ガスタービンの排気熱を回収して蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動して電力を得る石炭ガス化発電設備である。

また、石炭ガス化発電設備としてのＩＧＦＣは、石炭ガス化ガスを燃料電池の燃料極に供給されるアノード（燃料）として用い、酸化剤を空気極に供給して電気化学反応により発電を行うと同時に、燃料電池の排気ガスでガスタービンを駆動して電力を得ると共に、ガスタービンの排気熱を回収して蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動して電力を得る石炭ガス化発電設備である。

図１には、本発明の実施例に係る石炭ガス化発電設備（ＩＧＣＣ、及び、ＩＧＦＣ）を備え、再生可能エネルギー発電設備、火力発電設備、原子力発電設備等と共に、需要地に電力及び天然ガスを供給する系統の全体の概略を示してある。

図に示すように、天然ガス（液化天然ガス：ＬＮＧ）の貯蔵設備１から、需要地２の間には、ＬＮＧを需要地２に運搬する天然ガスパイプライン（パイプライン）３（都市ガス導管）が構築されている。また、需要地２には、送配電設備４（電力系統）を介して各種の発電需要設備が接続され、電力が供給される。

送配電設備４には、発電設備として、再生可能エネルギー発電設備５からの電力が供給される。再生可能エネルギー発電設備５は、例えば、太陽光発電、風力発電、水力発電、バイオマス発電が適用される。また、送配電設備４には、発電設備としてＬＮＧ火力発電設備６、微粉炭火力発電設備７、原子力発電設備８からの電力が供給される。

そして、送配電設備４には、膨張ガス生成手段としての燃焼器を備えた石炭ガス化発電設備１１（ＩＧＣＣ）、及び、膨張ガス生成手段としての燃料電池を備えた石炭ガス化発電設備１２（ＩＧＦＣ）が接続され、需要地２に電力が供給されるようになっている。再生可能エネルギー発電設備５は、自然環境により出力が大きく変化し、需要地２の電力の需要が変化することになる。安定した電力需要（要求負荷）に対応するため、石炭ガス化発電設備１１、１２の出力を変動させる必要がある。

このため、本発明では、電力供給の状況に基づいて、石炭ガス化発電設備１１、１２で生成された石炭ガス化ガスの一部を分離して、膨張ガス生成手段（燃焼器、燃料電池）に送られる石炭ガス化ガスの量を調節し（ガス化ガス量調節手段）、石炭ガス化発電設備１１、１２の出力を調節している。そして、分離された石炭ガス化ガスの一部を石炭ガス化発電設備１１、１２の系外のパイプライン３に供給している（分岐手段）。

これにより、石炭ガス化発電設備１１、１２の石炭ガス化ガス製造手段（後述する石炭ガス化設備）の稼働率を維持した状態で、石炭ガス化発電設備１１、１２の出力の変動を吸収することができる。従って、石炭ガス化ガス製造手段（後述する石炭ガス化設備）の稼働率を低下させずに石炭ガス化発電設備１１、１２の稼働率を維持することが可能になる。

図２に基づいて、石炭ガス化発電設備１１（ＩＧＣＣ）の参考例を具体的に説明する。図２には本発明の参考例に係る石炭ガス化発電設備の全体の構成を説明する系統状況を示してある。参考例は、膨張ガス生成手段として燃焼器を備えた石炭ガス化発電設備１１（ＩＧＣＣ）の具体例で、酸化剤として空気を石炭ガス化設備に投入する例を示してある。

図２に示すように、石炭ガス化発電設備１１Ａは、ガスタービン（圧縮機、燃焼器、膨張タービン）１５、及び、蒸気タービン１６で発電機１７、１８が駆動される複合発電設備により構築されている。

複合発電設備のガスタービン１５は、圧縮機２１、及び、膨張タービン２２を備え、圧縮機２１で圧縮された空気が膨張ガス生成手段としての燃焼器２３に送られる。燃焼器２３には、石炭ガス化ガス製造手段としての石炭ガス化設備２４からガス精製設備２５を介して石炭ガス化ガス（ＣＯ、Ｈ_２）が供給される。石炭ガス化設備２４には、酸化剤として空気、Ｏ_２が供給される。膨張タービン２２では燃焼器２３からの燃焼ガス（高温・高圧ガス）が膨張されては動力（発電動力）が回収され、発電機１７が駆動される。

膨張タービン２２で仕事を終えた排気ガスの熱回収を行う排熱回収ボイラ２６が備えられ、排熱回収ボイラ２６で発生した蒸気は蒸気タービン１６に送られて動力が回収され、発電機１８が駆動される。排熱回収ボイラ２６で熱回収された排気ガスは排煙処理されて大気に放出される。

一方、石炭ガス化設備２４からガス精製設備２５を介して燃焼器２３に送られる石炭ガス化ガスは、一部が分離供給手段（ガス化ガス量調整手段）としての分岐路２８に分岐されてパイプライン３に送られる。分岐路２８には分離供給手段（ガス化ガス量調整手段）としての調整弁２９が備えられ、調整弁２９は、発電機１７からの電力供給の状況に応じて制御される。

尚、分岐路２８に分離された一部の石炭ガス化ガスは、パイプライン３に送るようにしているが、貯蔵施設に貯蔵し、必要に応じて使用することも可能である。また、分岐路２８に分離された一部の石炭ガス化ガスを輸送機器（ローリ車や搬送船）で使用場所まで個別に輸送することも可能である。

調整弁２９が電力供給の状況に応じて制御されることで、燃焼器２３に送られる石炭ガス化ガスの量が調節され、石炭ガス化設備２４の稼働率を維持した状態で（稼働状況を変化させずに）、電力供給の状況の変化（発電設備の出力の変動）が吸収される。例えば、電力供給を抑制する状況の場合、燃焼器２３に送られる石炭ガス化ガスの量を絞り、石炭ガス化設備２４の稼動状況を変化させずに燃焼ガスの量を減らし、膨張タービン２２の出力を低下させる。

従って、石炭ガス化設備２４の稼働率を低下させずに石炭ガス化発電設備１１Ａの全体の稼働率を維持することが可能になる。

調整弁２９は、電力供給の状況を判断する制御手段３１（ガス化ガス量調整手段）の指令に基づいて制御される。制御手段３１には再生可能エネルギー発電設備５の発電情報、即ち、再生可能エネルギー発電設備５の出力の情報が入力される。また、制御手段３１には膨張タービン２２で駆動される（燃焼ガスを動力として駆動される）発電機１７の出力状況が入力される。

制御手段３１で、再生可能エネルギー発電設備５の出力が変動（増加）したことが判断されると、調整弁２９が制御されて燃焼器２３に送られる石炭ガス化ガスの量が絞られ（分岐路２８への石炭ガス化ガス量が増加され）、燃焼ガスの量が減らされて膨張タービン２２の出力を低下させる。分岐路２８に送られた石炭ガス化ガスはパイプライン３に投入される。

従って、再生可能エネルギー発電設備５の出力の変動に応じて、制御手段３１で電力供給の状況が判断され、燃焼器２３に送る石炭ガス化ガスの量が調節される。このため、再生可能エネルギー発電設備５の出力の変動があっても、石炭ガス化設備２４の稼働率を低下させることなく、石炭ガス化発電設備１１Ａの全体の稼働率が維持される。

この結果、石炭ガス化発電設備１１Ａに出力の変動の要求があった場合でも、石炭ガス化設備２４の稼働率を低下させずに（稼働率を高い状態のまま維持して）、石炭ガス化発電設備１１Ａの稼働率を維持することが可能になる。つまり、石炭ガス化設備２４での石炭ガス化ガスの生成量（石炭の処理量）を安定させて石炭ガス化発電設備１１Ａを運用することが可能になる。

図３に基づいて、石炭ガス化発電設備１１（ＩＧＣＣ）の他の参考例を説明する。図３には本発明の参考例に係る石炭ガス化発電設備の全体の構成を説明する系統状況を示してある。

図３に示した参考例は、図２に示した参考例に対し、燃焼器２３に酸化剤としてＯ_２が供給されると共に、排熱回収ボイラ２６で熱回収された排気ガス（ＣＯ_２）が圧縮機２１に送られる構成となっている。このため、図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、石炭ガス化発電設備１１Ｂは、空気からＮ_２を分離してＯ_２を製造するための酸素製造設備３５が備えられ、酸素製造設備３５で製造されたＯ_２が燃焼器２３に送られる（酸化剤供給手段）。酸素製造設備３５で製造されたＯ_２は石炭ガス化設備２４にも酸化剤として送られる。

排熱回収ボイラ２６で熱回収された排気ガス（ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ）を圧縮機２１に送る循環経路３６（循環手段）が備えられ、排熱回収ボイラ２６で熱回収された排気ガス（ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ）は圧縮機２１に送られる。循環経路３６には、ＣＯ_２回収装置３７が分岐して備えられ、ＣＯ_２回収装置３７では排気ガスからＨ_２Ｏが分離されてＣＯ_２が回収される。排熱回収ボイラ２６で熱回収された排気ガス（ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ）は圧縮機２１に送られる。

図３に示した参考例の石炭ガス化発電設備１１Ｂは、酸素製造設備３５からＯ_２含有ガスを燃焼器２３に供給し、排熱回収ボイラ２６で熱回収された排気ガスを（ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ）を圧縮機２１から燃焼器２３に供給することにより、ＣＯ_２を循環させる閉サイクルの設備を構築することができる。ＣＯ_２回収装置３７により、余剰となったＣＯ_２は回収することができる。

そして、図２に示した参考例と同様に、制御手段３１で、再生可能エネルギー発電設備５の出力が変動（増加）したことが判断されると、調整弁２９が制御されて燃焼器２３に送られる石炭ガス化ガスの量が絞られ（分岐路２８への石炭ガス化ガス量が増加され）、燃焼器２３に送る石炭ガス化ガスの量が調節される。このため、再生可能エネルギー発電設備５の出力の変動があっても、石炭ガス化設備２４の稼働率を低下させることなく、石炭ガス化発電設備１１Ｂの全体の稼働率が維持される。

図４に基づいて、石炭ガス化発電設備１２（ＩＧＦＣ）の他の参考例を説明する。図４には本発明の参考例に係る石炭ガス化発電設備の全体の構成を説明する系統状況を示してある。

図４に示した参考例は、図２に示した参考例に対し、燃焼器２３に代えて膨張ガス精製手段として燃料電池を備えた構成となっている。このため、図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、石炭ガス化発電設備１２は、圧縮機２１で圧縮された空気が送られる膨張ガス生成手段としての燃料電池４１を備えている。また、燃料電池４１には、石炭ガス化設備２４からガス精製設備２５を介して石炭ガス化ガス（ＣＯ、Ｈ_２）が供給される。即ち、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気が燃料電池４１のカソード極に送られ、石炭ガス化設備２４からの石炭ガス化ガスが燃料電池４１のアノード極に送られ、反応により発電が実施される。

燃料電池４１での反応後のカソードガス、及び、アノードガスは、後燃焼器４２で燃焼されて燃焼ガス（高温・高圧ガス）とされる。燃焼ガスは、膨張タービン２２に送られ膨張され、発電機１７が駆動される。

図４に示した参考例の石炭ガス化発電設備１２は、石炭ガス化設備２４で得られた石炭ガス化ガスを燃料電池４１の燃料極に供給されるアノードとして使用し、酸化剤を空気極に供給して電気化学反応により発電を行い、反応後のガスを高温・高圧ガスとして膨張タービンで膨張させることで発電電力を得ることができる。

そして、図２に示した参考例と同様に、制御手段３１で、再生可能エネルギー発電設備５の出力が変動（増加）したことが判断されると、調整弁２９が制御されて燃料電池４１に送られる石炭ガス化ガスの量が絞られ（分岐路２８への石炭ガス化ガス量が増加され）、燃料電池４１に送る石炭ガス化ガスの量が調節される。このため、再生可能エネルギー発電設備５の出力の変動があっても、石炭ガス化設備２４の稼働率を低下させることなく、石炭ガス化発電設備１２の全体の稼働率が維持される。

図５に基づいて、石炭ガス化発電設備１１（ＩＧＣＣ）の実施例を説明する。図５には本発明の一実施例に係る石炭ガス化発電設備の全体の構成を説明する系統状況を示してある。

本実施例は、図２に示した参考例に対し、パイプライン３の天然ガスの組成情報に基づいて、石炭ガス化ガスの投入量を制御する構成となっている。図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、石炭ガス化発電設備１１Ｃは、パイプライン３には天然ガスの組成情報を検出する組成検出手段４５が備えられ、組成検出手段４５で検出された情報は、組成制御手段４６に入力される。調整弁２９の下流側の分岐路２８には貯槽４７が備えられ、貯槽４７とパイプライン３の間には組成調整弁４８が備えられている。組成調整弁４８は組成制御手段４６の指令に基づいて開閉制御される。

分岐路２８に送られた石炭ガス化ガスは貯槽４７に貯められる。組成検出手段４５によりパイプライン３の組成情報が検出され、組成の情報に応じて、パイプライン３の天然ガスの組成が所望の状態（例えば、露点、燃焼速度、熱量、天然ガスとの成分比率）に維持されるように、組成調整弁４８が組成制御手段４６により開閉制御される。

本実施例の石炭ガス化発電設備１１Ｃは、石炭ガス化ガスを投入しても、パイプライン３の天然ガスの組成状態を維持することができる。

そして、図２に示した参考例と同様に、制御手段３１で、再生可能エネルギー発電設備５の出力が変動（増加）したことが判断されると、調整弁２９が制御されて燃焼器２３に送られる石炭ガス化ガスの量が絞られ（分岐路２８への石炭ガス化ガス量が増加され）、燃焼器２３に送る石炭ガス化ガスの量が調節される。このため、再生可能エネルギー発電設備５の出力の変動があっても、石炭ガス化設備２４の稼働率を低下させることなく、石炭ガス化発電設備１１Ｃの全体の稼働率が維持される。

図６に基づいて、石炭ガス化発電設備１１（ＩＧＣＣ）の他の参考例を説明する。図６には本発明の参考例に係る石炭ガス化発電設備の全体の構成を説明する系統状況を示してある。

図６に示した参考例は、図２に示した参考例に対し、石炭ガス化ガスを化学製品に変換してパイプライン３に送る構成となっている。図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、石炭ガス化発電設備１１Ｄは、分岐路２８には石炭ガス化ガスから化学製品（炭化水素、ＮＨ_３等）が合成される化学製品合成設備５１が備えられている。化学製品合成設備５１には、例えば、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２が供給され、石炭ガス化ガスが炭化水素であるＣＨ_４（もしくは、メタノール、ＤＭＥ）に合成される。合成されたＣＨ_４はパイプライン３に送られる。

化学製品合成設備５１にＮ_２を供給することで、ＮＨ_３を合成することができ、パイプライン３にＮＨ_３を送ることができる。

図６に示した参考例の石炭ガス化発電設備１１Ｄは、石炭ガス化ガスを燃料成分としての化学製品（炭化水素、ＮＨ_３等）に変換してパイプライン３に送ることができる。このため、天然ガスの組成を所望の状態に制御することが容易になる。

そして、図２に示した参考例と同様に、制御手段３１で、再生可能エネルギー発電設備５の出力が変動（増加）したことが判断されると、調整弁２９が制御されて燃焼器２３に送られる石炭ガス化ガスの量が絞られ（分岐路２８への石炭ガス化ガス量が増加され）、燃焼器２３に送る石炭ガス化ガスの量が調節される。このため、再生可能エネルギー発電設備５の出力の変動があっても、石炭ガス化設備２４の稼働率を低下させることなく、石炭ガス化発電設備１１Ｄの全体の稼働率が維持される。

上述した石炭ガス化発電設備１１、１２は、要求出力の変動（電力供給の状況）により石炭ガス化ガスの一部をパイプライン３に送り、石炭ガス化設備２４の稼働率を維持した状態で、石炭ガス化発電設備１１、１２の出力の変動（要求出力の変動）を吸収することができる。従って、石炭ガス化設備２４の稼働率が低下することがなく、石炭ガス化発電設備１１、１２の全体の稼働率を大きく低下させることなく稼働率を維持することが可能になる。

尚、実施例の構成と参考例の構成を適宜組み合わせて石炭ガス化発電設備を構築することが可能である。

本発明は、石炭ガス化ガスを燃料として用いる石炭ガス化発電設備の産業分野で利用することができる。

１貯蔵設備
２需要地
３パイプライン
４送配電設備
５再生可能エネルギー発電設備
１１、１２石炭ガス化発電設備
１５ガスタービン
１６蒸気タービン
１７、１８発電機
２１圧縮機
２２膨張タービン
２３燃焼器
２４石炭ガス化設備
２５ガス精製設備
２６排熱回収ボイラ
２８分岐路
２９調整弁
３１制御手段
３５酸素製造設備
３６循環経路
３７ＣＯ_２回収装置
４１燃料電池
４２後燃焼器
４５組成検出手段
４６組成制御手段
４７貯槽
４８組成調整弁
５１化学製品合成設備

Claims

石炭をガス化して石炭ガス化ガスを得る石炭ガス化ガス製造手段と、
前記石炭ガス化ガス製造手段で得られた前記石炭ガス化ガスが送られて高温・高圧ガスを得る膨張ガス生成手段と、
前記膨張ガス生成手段で得られた前記高温・高圧ガスを膨張させて発電動力を得る膨張タービンと、
電力供給の状況に基づいて、前記膨張ガス生成手段に送る前記石炭ガス化ガスの一部を分離することで、前記膨張ガス生成手段に送る前記石炭ガス化ガスの量を調節し、前記石炭ガス化ガス製造手段の稼働率を維持するガス化ガス量調節手段とを備え、
前記ガス化ガス量調節手段は、
前記電力供給の状況を判断する制御手段と、
前記制御手段の判断に基づいて、前記膨張ガス生成手段に送る前記石炭ガス化ガスの一部を分離して系外の設備に供給することで、前記膨張ガス生成手段に送る前記石炭ガス化ガスの量を調節する分離供給手段とを有し、
前記分離供給手段で分離された前記石炭ガス化ガスが供給される系外の設備は、天然ガスパイプラインであり、
前記天然ガスパイプラインの組成情報を検出する組成検出手段と、
前記ガス化ガス量調節手段、及び、前記天然ガスパイプラインの間に備えられ、分離された前記石炭ガス化ガスの一部を貯留する貯槽と、
前記貯槽、及び、前記天然ガスパイプラインの間に備えられ、前記貯槽に貯留された前記石炭ガス化ガスの前記天然ガスパイプラインへの投入が調整される組成調整弁と、
前記組成検出手段の検出情報に基づいて前記組成調整弁の開閉を制御し、前記天然ガスパイプラインの天然ガスの組成が所望状態に維持されるようにする組成制御手段とを有している
ことを特徴とする石炭ガス化発電設備。
請求項１に記載の石炭ガス化発電設備において、
前記天然ガスパイプラインの天然ガスの需要地は、天然ガスを燃料として発電を行う発
電需要設備である
ことを特徴とする石炭ガス化発電設備。
請求項１もしくは請求項２に記載の石炭ガス化発電設備において、
前記膨張タービンの排気ガスが熱回収されて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで発生した蒸気により駆動されて発電動力を得る蒸気タービンとを更に備えた
ことを特徴とする石炭ガス化発電設備。
請求項３に記載の石炭ガス化発電設備において、
前記膨張ガス生成手段にＯ_２含有ガスを供給する酸化剤供給手段と、
前記排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスを前記膨張ガス生成手段に供給する循環手段とを備えた
ことを特徴とする石炭ガス化発電設備。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の石炭ガス化発電設備において、
前記膨張ガス生成手段は、
前記石炭ガス化ガスを燃焼し前記高温・高圧ガスとして燃焼ガスを前記膨張タービンに送る燃焼器である
ことを特徴とする石炭ガス化発電設備。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の石炭ガス化発電設備において、
前記膨張ガス生成手段は、
前記石炭ガス化ガスが燃料極に送られ、空気極に酸化剤が送られて電気化学反応により発電を行うと共に、反応後のガスを前記高温・高圧ガスとして前記膨張タービンに送る燃料電池である
ことを特徴とする石炭ガス化発電設備。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の石炭ガス化発電設備において、
前記膨張タービンで発電された電力が送られる電力系統と、
前記電力系統に接続される再生可能エネルギー発電設備とを更に備え、
前記ガス化ガス量調節手段は、
前記再生可能エネルギー発電設備の出力の変動に応じて前記電力供給の状況を判断し、前記膨張ガス生成手段に送る前記石炭ガス化ガスの量を調節する
ことを特徴とする石炭ガス化発電設備。