KR20060108237A - 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 작동방법, 발전 시스템 및 시스템 제어기 - Google Patents

고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 작동방법, 발전 시스템 및 시스템 제어기 Download PDF

Info

Publication number
KR20060108237A
KR20060108237A KR1020060032910A KR20060032910A KR20060108237A KR 20060108237 A KR20060108237 A KR 20060108237A KR 1020060032910 A KR1020060032910 A KR 1020060032910A KR 20060032910 A KR20060032910 A KR 20060032910A KR 20060108237 A KR20060108237 A KR 20060108237A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
solid oxide
oxide fuel
generator
turbine
Prior art date
Application number
KR1020060032910A
Other languages
English (en)
Inventor
안소니 브루스 캠벨
크레이그 스티븐 스무제러스키
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
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 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR20060108237A publication Critical patent/KR20060108237A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
    • H01M2250/402—Combination of fuel cell with other electric generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

가압된 고체 산화물 연료 전지/터빈(SOFC/turbine) 하이브리드 발전 시스템(10)을 작동시키기 위한 방법에 있어서, 하이브리드 발전 시스템은 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)와 터빈 발전기(16)를 포함하며, 상기 방법은 전력 수요(28)에 따라 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 쪽으로 공기 유동(24)을 제어하는 단계와, 고체 산화물 연료 전지 발전기 온도를 조절하도록 고체 산화물 연료 전지 발전기로부터 발생된 전류를 이용하는 단계를 포함한다.

Description

고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 작동 방법, 발전 시스템 및 시스템 제어기{METHODS AND APPARATUS FOR CONTROLLED SOLID OXIDE FUEL CELL(SOFC)/TURBINE HYBRID POWER GENERATION}
도 1은 본 발명의 발전 시스템의 구성을 블록 다이어그램으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 하나의 전력 공급 구성 장치 내의 전류 밀도 대 전력 밀도의 관계를 도시한 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 하이브리드 발전 시스템 12 : 하이브리드 발전 플랜트
14 : 고체 산화물 연료 전지 발전기 16 : 터빈 발전기
20 : 시스템 제어기 22 : 연소기
24 : 공기 유동 제어기 28 : 전기 출력
본 발명은 통상적으로 제어된 발전 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 제어된 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 방법 및 장치에 관한 것이다.
적어도 하나의 공지된 전력 시스템은 고체 산화물 연료 전지(solid oxide fuel cell)(SOFC) 발전기를 통합하고, 이 발전기는 단일 전지(cell) 또는 전지 적층체, 고체 산화물 연료 전지 발전기 내로 통합될 수 있거나 독립형 장치 및 터빈 발전기로서 제공될 수 있는 미반응(unreacted) 연료 연소기를 포함할 수 있다. 이러한 가압된 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템은 배출이 적고 높은 전기 효율을 제공한다. 마이크로 터빈(micro-turbine)(MT) 또는 가스 터빈(GT)일 수 있는 터빈은 공기를 가압해서 고체 산화물 연료 전지 발전기 쪽으로 제공하기 위해 작동하는데, 고체 산화물 연료 전지 발전기는 마이크로 터빈/가스 터빈 발전기를 작동시키기 위해 열 에너지를 제공한다. 고체 산화물 연료 전지 발전기와 마이크로 터빈/가스 터빈 발전기의 조합을 포함하는 플랜트의 전력 출력은 고체 산화물 연료 전지 및 마이크로 터빈/가스 터빈 발전기 전기 출력의 조합된 합이다.
고체 산화물 연료 전지 및 마이크로 터빈/가스 터빈 발전기는 열적으로 및 작동상 단단히 결합된다. 연료 전지의 열평형을 제어하기 위한 몇 가지 방법과 연료 전지 발전기가 공지되어 있지만, 이러한 결합은 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 내에 이러한 방법을 적용하는 것을 어렵게 한다. 이러한 발전 시스템의 제어를 더 복잡하게 하는 것은 발전기의 출력도 요구되는 부하를 따르는 방식으로 공유되어야 한다는 점이다. 이러한 제어 요구 조건은 항상 충족되어야 하며, 외부 장애 및 국부적인 과도 현상에 반응해야 한다.
그러므로, 본 발명의 몇몇의 구성에서, 가압된 고체 산화물 연료 전지/터빈(SOFC/turbine) 하이브리드 발전 시스템을 작동시키기 위한 방법이 제공되며, 하이브리드 발전 시스템은 고체 산화물 연료 전지 발전기와 터빈 발전기를 포함한다. 상기 방법은 전력 수요에 따라 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 쪽으로 공기 유동을 제어하는 단계와, 고체 산화물 연료 전지 발전기 온도를 조절하도록 고체 산화물 연료 전지 발전기로부터 발생된 전류를 이용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 몇몇의 구성은 가압된 고체 산화물 연료 전지 발전기, 미반응 연료 연소기 및 터빈 발전기를 구비한 고체 산화물 연료 전지 하이브리드 플랜트를 포함하는 발전 시스템을 제공한다. 고체 산화물 연료 전지 및 터빈 발전기는 고체 산화물 연료 전지 하이브리드 플랜트의 합산된 전력 출력을 제공하도록 구성된다. 또한 고체 산화물 연료 전지 하이브리드 플랜트의 부하 요구 조건을 충족시키며, 고체 산화물 연료 전지 발전기 및 미반응 연료 연소기 상에 온도 제한을 유지하도록 구성된 시스템 제어기가 제공된다.
또한, 본 발명의 몇몇의 구성은 고체 산화물 연료 전지 발전기, 터빈 발전기 및 미반응 연료 연소기를 구비한 하이브리드 전력 플랜트용 시스템 제어기를 제공한다. 시스템 제어기는 터빈 발전기의 공기 유동 변동시, 사전 결정된 고체 산화물 연료 전지 온도 설정값과, 서지 한계값(surge margin)을 유지하기 위해 고체 산화물 연료 전지 발전기를 냉각시키도록 구성된다.
본 발명의 다양한 구성은 고체 산화물 연료 전지 및 터빈 발전기의 제어되고 조정된 작동을 제공하며, 또한 충분한 열 관리를 제공한다는 것이 인식될 것이다.
본 발명과 도 1을 참조한 몇몇의 구성에서, 고체 산화물 연료 전지(SOFC)/터빈 하이브리드 발전 시스템(10)이 제공되며, 이 시스템에서 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 발전기(14) 온도와 전체 전력 시스템 전기 전력 양자의 제어가 동시에 제공된다. 이러한 구성에서, 하이브리드 전력 시스템(10)은 요구되는 전기 전력 출력(28)에 따를 수 있으며, 시스템 열 관리 및 효율의 제어를 제공한다.
본 발명의 몇몇의 구성에서, 가압된 고체 산화물 연료 전지/터빈 발전 시스템(10)은 배출이 적고 높은 전기 효율을 성취하는 하이브리드 전력 플랜트(12) 내에 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)와, 마이크로 터빈(MT) 또는 가스 터빈(GT)과 같은 터빈 발전기(16)를 포함하는 터빈 발전기를 일체화한다. 터빈(16)은 공기를 가압해서 고체 산화물 연료 전지 발전기(14) 쪽으로 제공하기 위해 작동하는데, 후자는 터빈 발전기(16)를 작동시키기 위해 열 에너지를 제공한다. 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)와 터빈 발전기(16)는 열적으로 및 작동상 단단히 결합된다. 따라서, 제어 방법을 실시하는 시스템 제어기(20)는 본 발명의 몇몇의 구성에서 그 작동을 조정하기 위해 제공된다. 플랜트 전력 출력(18)은 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)와 터빈 발전기(16) 전기 출력의 조합된 합이다. 고체 산화물 연료 전지 발전기(14) 및 터빈 발전기(16)의 출력은 하이브리드 발전 시스템(10)의 일부인 하이브리드 발전 플랜트(12)의 요구되는 부하 및 열 관리를 따르는 방식으로 공유된다. 이러한 제어 요구 조건은 항상 충족되어야 하며, 외부 장애 및 국부적인 과도 현상에 반응해야 한다.
보다 상세하게, 본 발명의 구성은 가압된 고체 산화물 연료 전지/터빈 발전 시스템이, 요구되는 시스템 전력 설정값(28)을 안정적으로 따르게 하며, 특정 제한값 이내에서 중요 매개 변수를 유지하도록 한다. 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)는 신뢰성 및 효율 양자를 위해 한정된 온도 시간 내에서 작동한다. 시스템 제어기(20)는 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)의 수요 및 고객(들)에 의해 요구되는 전력 출력을 균형맞추기 위해 제공된다. 예컨대, 반응체, 온도, 압력 및/또는 구성 요소 전기 출력이 조절된다. 몇몇의 구성에서, 연료 유동, 공기 유동, 고체 산화물 연료 전지 발전기 연료 사용, 마이크로 터빈/가스 터빈 시드(seed), 마이크로 터빈/가스 터빈 전력 및/또는 고체 산화물 연료 전지 발전기 전류가 제어된다. 공기 유동 및 마이크로 터빈/가스 터빈 발전기 전력 출력은 몇몇의 구성에서 관계되어서, 고체 산화물 연료 전지 발전기(14) 및 터빈 발전기(16) 사이의 전력 분할이 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)의 열 관리에 의해 강제된다. 고체 산화물 연료 전지 발전기(14) 전력은 연료 사용, 온도 및 압력뿐만 아니라, 요구되는 전류의 강한 함수이다.
본 발명의 몇몇의 구성에서, 부하 요구 조건을 성공적으로 충족시키며, 미반응 연료 연소기(UFC)(22)와 같은 연소기 내에서 사용되지 않은 고체 산화물 연료 전지 발전기(14) 연료의 연소시에 온도 제한을 유지하는 시스템 제어기(20)가 제공 된다. 본 발명의 몇몇의 구성에서, PI 제어기 또는 다른 적절한 피드백 제어 구조에 의해 저 레벨 제어 루프(38)가 제공되며 실시된다.
몇몇의 구성에서 및 도 1을 참조하면, 공기 유동 제어기(24)는 시스템의 반응 시간을 제한함으로써, 공기 유동 변동시 충분한 마이크로 터빈/가스 터빈 압축기 서지 한계값을 유지한다. 하이브리드 플랜트(12)에 대해 필요한 서지 한계값이 고체 산화물 연료 전지 발전기(14), 매니폴딩, 마이크로 터빈/가스 터빈 압축기 배출 및 확대 입구(도면에 도시되지 않음) 사이에 위치된 다른 열 관리 구성 요소(도면에 도시되지 않음)에 대해 큰 체적을 추가하기 때문에 공기 유동 제어기(24)가 제공된다. 본 발명의 몇몇의 구성에서, 시스템 제어기(20)는
① 시스템 전력 수요(28)의 함수로서 공기 유동 설정값을 결정하도록 구성된 공기 유동 설정값 제어기(26)와,
② 공기 유동 설정값에 따라 터빈 회전 속도를 결정(즉, 제어)하도록 구성된 공기 유동 제어기(24)와,
③ 마이크로 터빈/가스 터빈 발전기 전력 지시를 결정하고 지시내림으로써, 소정의 회전 속도를 만족시키도록 구성된 터빈 속도 제어기(30)와,
④ 공기 유동에 따라 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)에 대한 전류 지시를 결정하고 지시내림으로써, 사전 결정된 고체 산화물 연료 전지 온도 설정값(34)을 유지하기 위해 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)를 냉각시키도록 구성된 고체 산화물 연료 전지 발전기 전류 제어기(32)와,
⑤ 전류 수요에 따라 연료 유동을 결정하고 소정의 연료 전지 전력을 충족시 키며, 연소기(22) 내에서 사용되지 않은 고체 산화물 연료 전지 발전기 연료의 연소시 온도 제한을 유지하도록 구성된 연료 사용 제어기(36)와,
⑥ 온도 바이패스 밸브, 연료 제어 밸브, 파워 일렉트로닉스 등의 제어와 같은 저 레벨 제어 기능을 조절하도록 구성된 저 레벨 제어 루프(38)를 포함한다.
몇몇의 구성에서 고체 산화물 연료 전지 하이브리드 발전 플랜트(12) 쪽으로의 공기 유동은 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)의 온도를 조절하도록 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)로부터 발생된 전류를 사용하여 제어된다. 공기 유동은 전력 수요에 따라 반송되며, 작동 온도의 함수로서 매핑된다.
고체 산화물 연료 전지 발전기(14)의 전력 출력은 발생된 전류 및 고체 산화물 연료 전지 발전기(14) 작동 전압의 곱이다. 따라서, 본 발명의 몇몇의 구성에서의 전압은 조정되어서, 총 플랜트 전력 출력(18)은 요구되는 전력 출력에 상응한다. 연료 사용 제어기(36)는 소정의 시스템 전력을 생산하기 위해 고체 산화물 연료 전지 연료 유동을 변경시키는 장비로서 사용된다. 본 발명의 몇몇의 구성에서, 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)의 작동 전압을 증가시키거나 감소시키기 위해 공칭값 근처로 연료 사용을 변경시킴으로써 고체 산화물 연료 전지 발전기(14) 전력 장비가 제공된다.
본 발명의 몇몇의 구성에서 시스템 레벨 최적화가 수행된다. 도 2는 전력 밀도 대 전류 밀도의 그래프로서, 본 발명의 일 구성에서 다양한 연료 사용에 대한 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)에 대해 발생된 작동선(100, 102, 104)을 도시한다. 몇몇의 구성에서, 최적화는 일정한 전력 출력의 반송과 동시에, 연료 효율 및 제어 온도를 최대화시키거나, 적어도 증가시키기 위해 연료를 사용하여 발생된 전류를 균형잡음으로써 수행된다. 예컨대, 도시된 구성이 설정값(106)으로 도시된 전류 밀도와 연료 사용에서 작동한다면, 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)의 온도는 설정값(108)으로 도시된 것에 대한 전류 밀도와 연료 사용 설정값으로 이동됨으로써 [고체 산화물 연료 전지 발전기(14)에 의해 발생된 열이 전류 밀도의 강한 함수이기 때문에] 증가된다. 시스템 사용자는 요구되는 것과 동일한 양의 전력을 지속적으로 수용할 것이지만, 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)는 성능 최적화 표면 근처로 이동할 것이다. 최적화가 훨씬 높은 고체 산화물 연료 전지 발전기(14) 온도를 필요로 한다면, 전류 밀도 및 연료 사용 설정값은 설정값(110)으로 도시된 값으로 증가된다. 이러한 방식으로 작동시키고 일정한 고체 산화물 연료 전지 발전기 부하 수요선 근처로 이동시키는 것을 지속함으로써, 도 1에 도시된 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 구성은 그 성능을 최적화한다.
따라서, 본 발명의 구성은 요구되는 전기 전력 출력을 따를 수 있으며, 시스템 열 관리 및 효율의 제어를 제공한다는 것이 인식될 것이다.
본 발명은 다양한 특정 실시예의 관점에서 기술되었지만, 청구범위의 정신 및 범위 내에서 수정하여 실시될 수 있는 것이 당업자에게 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 고체 산화물 연료 전지 및 터빈 발전기의 제어되고 조정된 작동이 제공되며, 또한 충분한 열 관리가 제공된다.

Claims (10)

  1. 고체 산화물 연료 전지(solid oxide fuel cell)(SOFC) 발전기(14) 및 터빈 발전기(16)를 포함하는 가압된 고체 산화물 연료 전지/터빈(SOFC/turbine) 하이브리드 발전 시스템(10)을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    전력 수요(28)에 따라서 상기 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 쪽으로 공기 유동(24)을 제어하는 단계와,
    고체 산화물 연료 전지 발전기 온도를 조절하도록 상기 고체 산화물 연료 전지 발전기(14)로부터 발생된 전류를 이용하는 단계를 포함하는
    고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템(10) 쪽으로 공기 유동을 제어하는 단계는, 전력 수요(28)의 함수로서 공기 유동 설정값(26)을 제어하는 단계를 더 포함하는
    고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 작동 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템(10) 쪽으로 공기 유동을 제어하는 단계는, 상기 공기 유동 설정값에 따라 터빈(16) 회전 속도를 제 어하는 단계를 더 포함하는
    고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 작동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    전류 수요에 따라 소정의 고체 산화물 연료 전지 전력을 충족시키기 위해, 연료 유동을 제어하는 단계(36)를 더 포함하는
    고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 작동 방법.
  5. 발전 시스템에 있어서,
    가압된 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 발전기(14), 미반응 연료 연소기(22) 및 터빈 발전기(16)를 포함하는 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 하이브리드 플랜트(12)와,
    상기 고체 산화물 연료 전지 하이브리드 플랜트의 부하 요구 조건을 충족시키도록 구성되며, 상기 고체 산화물 연료 전지 발전기 및 상기 미반응 연료 연소기 상에 온도 제한을 유지하는 시스템 제어기를 포함하며,
    상기 고체 산화물 연료 전지 발전기 및 상기 터빈 발전기는 상기 고체 산화물 연료 전지 하이브리드 플랜트의 합산된 전력 출력(18)을 제공하도록 구성된
    발전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 시스템 제어기는 상기 발전 시스템의 반응 시간을 제한함으로써 상기 터빈 발전기의 공기 유동 변동시 서지 한계값(surge margin)을 유지하도록 구성된 공기 유동 제어기(24)를 더 포함하는
    발전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는 전력 수요(28)의 함수로서 공기 유동 설정값을 제어하도록 구성된 공기 유동 설정값 제어기(26)를 더 포함하는
    발전 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 시스템 제어기는 사전 결정된 고체 산화물 연료 전지 온도 설정값(34)을 유지하기 위해 상기 고체 산화물 연료 전지 발전기의 냉각을 제어하도록 구성된 고체 산화물 연료 전지 전류 제어기(32)를 더 포함하는
    발전 시스템.
  9. 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 발전기(14), 터빈 발전기(16) 및 미반응 연료 연소기(22)를 구비하는 하이브리드 발전 플랜트(10)용 시스템 제어기(20)에 있어서,
    상기 시스템 제어기는 사전 결정된 고체 산화물 연료 전지 온도 설정값(34) 을 유지하고, 상기 터빈 발전기의 공기 유동 변동시 서지 한계값을 유지하기 위해서 상기 고체 산화물 연료 전지 발전기를 냉각하도록 구성된
    시스템 제어기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시스템 제어기는 상기 하이브리드 발전 플랜트의 반응 시간을 제한하도록 구성된 공기 유동 제어기(24)를 포함하는
    시스템 제어기.
KR1020060032910A 2005-04-12 2006-04-11 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 작동방법, 발전 시스템 및 시스템 제어기 KR20060108237A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/104,367 US7456517B2 (en) 2005-04-12 2005-04-12 Methods and apparatus for controlled solid oxide fuel cell (SOFC)/turbine hybrid power generation
US11/104,367 2005-04-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060108237A true KR20060108237A (ko) 2006-10-17

Family

ID=36693095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060032910A KR20060108237A (ko) 2005-04-12 2006-04-11 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 작동방법, 발전 시스템 및 시스템 제어기

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7456517B2 (ko)
EP (1) EP1713141B1 (ko)
JP (1) JP5213309B2 (ko)
KR (1) KR20060108237A (ko)
CN (1) CN1870336A (ko)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8101308B2 (en) * 2008-06-25 2012-01-24 GM Global Technology Operations LLC Adaptive compressor surge control in a fuel cell system
US8437941B2 (en) 2009-05-08 2013-05-07 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of gas turbine combustion systems
US9671797B2 (en) 2009-05-08 2017-06-06 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Optimization of gas turbine combustion systems low load performance on simple cycle and heat recovery steam generator applications
US9354618B2 (en) 2009-05-08 2016-05-31 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems
US9267443B2 (en) 2009-05-08 2016-02-23 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of gas turbine combustion systems
CA2762184A1 (en) 2009-05-12 2010-11-18 Icr Turbine Engine Corporation Gas turbine energy storage and conversion system
JP5528451B2 (ja) 2009-07-29 2014-06-25 京セラ株式会社 燃料電池装置
US7818969B1 (en) 2009-12-18 2010-10-26 Energyield, Llc Enhanced efficiency turbine
WO2011109514A1 (en) 2010-03-02 2011-09-09 Icr Turbine Engine Corporatin Dispatchable power from a renewable energy facility
US8984895B2 (en) 2010-07-09 2015-03-24 Icr Turbine Engine Corporation Metallic ceramic spool for a gas turbine engine
CA2813680A1 (en) 2010-09-03 2012-03-08 Icr Turbine Engine Corporation Gas turbine engine configurations
CN102692017B (zh) * 2011-03-25 2015-03-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种固体氧化物燃料电池发电系统及其燃烧器
US9051873B2 (en) 2011-05-20 2015-06-09 Icr Turbine Engine Corporation Ceramic-to-metal turbine shaft attachment
US10094288B2 (en) 2012-07-24 2018-10-09 Icr Turbine Engine Corporation Ceramic-to-metal turbine volute attachment for a gas turbine engine
US8846262B2 (en) * 2012-10-25 2014-09-30 GM Global Technology Operations LLC Reactive compressor surge mitigation strategy for a fuel cell power system
US10033056B2 (en) 2015-09-13 2018-07-24 Honeywell International Inc. Fuel cell regulation using loss recovery systems
CN107464944B (zh) 2016-05-27 2021-02-02 通用电气公司 燃料电池系统及其操作方法
GB2568563B (en) * 2018-07-17 2023-03-08 Omnagen Ltd Chemical reactor for controlled temperature gas phase oxidation reactions
CN113841273A (zh) * 2019-05-27 2021-12-24 京瓷株式会社 燃料电池装置
EP3907799A1 (en) * 2020-05-04 2021-11-10 Hamilton Sundstrand Corporation Hybrid power generation systems
CN112563544B (zh) * 2020-12-11 2021-12-07 北京理工大学 燃料电池低电流下的压气机的控制方法和装置
US11978934B2 (en) 2021-08-19 2024-05-07 General Electric Company Integrated fuel cell and combustor assembly
US11719441B2 (en) 2022-01-04 2023-08-08 General Electric Company Systems and methods for providing output products to a combustion chamber of a gas turbine engine
US11933216B2 (en) 2022-01-04 2024-03-19 General Electric Company Systems and methods for providing output products to a combustion chamber of a gas turbine engine
US11794912B2 (en) 2022-01-04 2023-10-24 General Electric Company Systems and methods for reducing emissions with a fuel cell
US12037952B2 (en) 2022-01-04 2024-07-16 General Electric Company Systems and methods for providing output products to a combustion chamber of a gas turbine engine
US11970282B2 (en) 2022-01-05 2024-04-30 General Electric Company Aircraft thrust management with a fuel cell
US12034298B2 (en) 2022-01-10 2024-07-09 General Electric Company Power source for an aircraft
US12074350B2 (en) 2022-01-21 2024-08-27 General Electric Company Solid oxide fuel cell assembly
US12037124B2 (en) 2022-01-21 2024-07-16 General Electric Company Systems and method of operating a fuel cell assembly
US11804607B2 (en) 2022-01-21 2023-10-31 General Electric Company Cooling of a fuel cell assembly
US11967743B2 (en) 2022-02-21 2024-04-23 General Electric Company Modular fuel cell assembly
US12025061B2 (en) 2022-04-04 2024-07-02 General Electric Company Gas turbine engine with fuel cell assembly
US12043406B2 (en) 2022-05-27 2024-07-23 General Electric Company Method of operating a fuel cell assembly for an aircraft
US11817700B1 (en) 2022-07-20 2023-11-14 General Electric Company Decentralized electrical power allocation system
US12078350B2 (en) 2022-11-10 2024-09-03 General Electric Company Gas turbine combustion section having an integrated fuel cell assembly
US11923586B1 (en) 2022-11-10 2024-03-05 General Electric Company Gas turbine combustion section having an integrated fuel cell assembly
US11859820B1 (en) 2022-11-10 2024-01-02 General Electric Company Gas turbine combustion section having an integrated fuel cell assembly

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5532573A (en) * 1994-09-07 1996-07-02 Westinghouse Electric Corporation Reconfigurable hybrid power generation system
US5678647A (en) * 1994-09-07 1997-10-21 Westinghouse Electric Corporation Fuel cell powered propulsion system
US5968680A (en) * 1997-09-10 1999-10-19 Alliedsignal, Inc. Hybrid electrical power system
AU1085499A (en) * 1997-10-14 1999-05-03 Capstone Turbine Corporation Vehicle powered by a fuel cell/gas turbine combination
US6329089B1 (en) 1997-12-23 2001-12-11 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for increasing the temperature of a fuel cell
US6230494B1 (en) * 1999-02-01 2001-05-15 Delphi Technologies, Inc. Power generation system and method
US6609582B1 (en) * 1999-04-19 2003-08-26 Delphi Technologies, Inc. Power generation system and method
US6255010B1 (en) 1999-07-19 2001-07-03 Siemens Westinghouse Power Corporation Single module pressurized fuel cell turbine generator system
JP2001266918A (ja) * 2000-03-24 2001-09-28 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の制御装置
DE10037579A1 (de) * 2000-08-02 2002-02-28 Buderus Heiztechnik Gmbh Verfahren zur Regelung eines Brennstoffzellensystems
WO2002037587A2 (en) * 2000-10-30 2002-05-10 Ztek Corporation A hybrid electrical power system employing fluid regulating elements for controlling various operational parameters of the system
US20020163819A1 (en) * 2000-11-07 2002-11-07 Treece William A. Hybrid microturbine/fuel cell system providing air contamination control
JP2003115315A (ja) * 2001-10-05 2003-04-18 Nippon Steel Corp 固体電解質型燃料電池の運転方法
WO2003063276A2 (en) 2002-01-25 2003-07-31 Questair Technologies Inc. High temperature fuel cell power plant
US20030175566A1 (en) * 2002-03-12 2003-09-18 Fisher John M. Fuel cell power systems and methods of operating fuel cell power systems
US7353653B2 (en) * 2002-05-22 2008-04-08 Ormat Technologies, Inc. Hybrid power system for continuous reliable power at locations including remote locations
US7204339B2 (en) * 2002-05-22 2007-04-17 Meritor Heavy Vehicle Technology, Llc Vehicle wheel end assembly with wheel adapter
US6883328B2 (en) 2002-05-22 2005-04-26 Ormat Technologies, Inc. Hybrid power system for continuous reliable power at remote locations
US6881508B2 (en) * 2002-05-30 2005-04-19 Plug Power, Inc. Apparatus and method for controlling a fuel cell system
JP2004022230A (ja) * 2002-06-13 2004-01-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池複合ガスタービンシステム
US6834831B2 (en) * 2002-12-31 2004-12-28 The Boeing Company Hybrid solid oxide fuel cell aircraft auxiliary power unit
JP2005098255A (ja) * 2003-09-26 2005-04-14 Yanmar Co Ltd 発電装置
US20060010866A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-19 General Electric Company Pressurized near-isothermal fuel cell - gas turbine hybrid system

Also Published As

Publication number Publication date
EP1713141A3 (en) 2010-05-05
EP1713141A2 (en) 2006-10-18
JP5213309B2 (ja) 2013-06-19
US20060228596A1 (en) 2006-10-12
CN1870336A (zh) 2006-11-29
JP2006294621A (ja) 2006-10-26
US7456517B2 (en) 2008-11-25
EP1713141B1 (en) 2013-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20060108237A (ko) 고체 산화물 연료 전지/터빈 하이브리드 발전 시스템 작동방법, 발전 시스템 및 시스템 제어기
CN110414157B (zh) 质子交换膜燃料电池系统多目标滑模控制方法
US6939631B2 (en) Fuel cell system and method of operation
US9605556B2 (en) Power station and method for its operation
US20110210555A1 (en) Gas turbine driven electric power system with constant output through a full range of ambient conditions
US7464551B2 (en) Method for operation of a power generation plant
CN103339773B (zh) 控制燃料电池器件中的运行状态的方法和装置
JP6322712B2 (ja) 圧力調節方法
JP2019027398A (ja) コンバインドサイクル発電プラントおよびコンバインドサイクル発電プラントの制御方法
KR20130100774A (ko) 항공기용 자유 터빈 동력유닛의 제어를 최적화하기 위한 방법 및, 상기 방법을 수행하기 위한 제어유닛
KR20170086408A (ko) 파워 플랜트의 작동 방법 및 파워 플랜트
JP4376089B2 (ja) ガスエンジン発電設備
US20090252598A1 (en) Gas turbine inlet temperature suppression during under frequency events and related method
US20100192572A1 (en) Closed-cycle plant
KR102423015B1 (ko) 전력수요 대응형 재생에너지-연료전지 다중 발전시스템 및 그 운용방법
KR102234527B1 (ko) 발전 연계형 ＥＳＳ의 주파수 추종 제어를 이용하는 ＳｏＣ 관리 장치 및 방법
CA2491653C (en) Method for operation of a power generation plant
EP2789036B1 (en) Fuel cell assembly and method of control
JPH0461464B2 (ko)
GB2545246A (en) Fuel cell ventilation system
JP2004199978A (ja) 燃料電池複合発電システム
RU2492116C1 (ru) Авиационная силовая установка на базе топливных элементов
RU61349U1 (ru) Система автоматического регулирования мощности парогазовой установки с воздействием на регулирующие органы газотурбинной установки и паровой турбины
Yoshiba et al. High Efficiency Operational Reserve by SOFC for the Effective Grid Integration of Variable Renewable Energies
Abbasi et al. Power sharing control of fuel cell/gas-turbine hybrid power systems

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid