KR20150058459A - 발전 시스템 및 발전 시스템의 운전 방법 - Google Patents

발전 시스템 및 발전 시스템의 운전 방법 Download PDF

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유키마사 나카모토
가즈노리 후지타
소 마나베
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

SOFC에 공급하는 공기의 압력을 안정화시킬 수 있는 발전 시스템 및 발전 시스템의 운전 방법을 제공하는 것이다. 발전 시스템은, 연료 전지와, 가스 터빈과, 압축기로부터 연소기로 공기를 공급하는 제 1 압축 공기 공급 라인과, 압축기로부터 연료 전지로 압축 공기를 공급하는 제 2 압축 공기 공급 라인과, 연료 전지로부터 연소기로 배기 공기를 공급하는 압축 공기 순환 라인과, 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출하는 검출부와, 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도와, 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정하는 조정부와, 검출부에서 검출한 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도의 변동에 근거하여, 조정부에 의해서 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도와, 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정하는 제어 장치를 갖는다.

Description

발전 시스템 및 발전 시스템의 운전 방법{POWER GENERATION SYSTEM AND OPERATION METHOD FOR POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 고체 산화물형 연료 전지와 가스 터빈과 증기 터빈을 조합한 발전 시스템 및 발전 시스템의 운전 방법에 관한 것이다.
고체 산화물형 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell : 이하 SOFC)는, 용도가 넓은 고효율의 연료 전지로서 알려져 있다. 이 SOFC는, 이온 도전율을 높이기 위해서 작동 온도가 높게 되어 있으므로, 공기극(空氣極) 측에 공급하는 공기(산화제)로서 가스 터빈의 압축기로부터 토출된 압축 공기를 사용할 수 있다. 또, SOFC로부터 배기된 고온의 배기 연료 가스를 가스 터빈의 연소기의 연료로서 사용할 수 있다.
이 때문에, 예를 들면, 하기 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 고효율 발전을 달성할 수 있는 발전 시스템으로서, SOFC와 가스 터빈과 증기 터빈을 조합한 것이 다수 제안되어 있다. 이 특허 문헌 1에 기재된 컴바인드 시스템(combined system)에 있어서, 가스 터빈은, 공기를 압축하여 SOFC에 공급하는 압축기와, 이 SOFC로부터 배기된 배기 연료 가스와 압축 공기로부터 연소 가스를 생성하는 연소기를 구비한 것이다.
일본 공개 특허 공보 특개 제 2009－205930 호
상술한 종래의 발전 시스템은, 가스 터빈의 압축기로부터 연소기로 압축 공기를 공급하는 경로와, 압축기로부터 SOFC 등의 연료 전지로 압축 공기를 공급하는 경로를 구비하고 있고, 연료 전지로의 압축 공기의 공급 개시시에 압축기로부터 연소기로 압축 공기를 공급하는 경로의 밸브를 서서히 닫으면서, 압축기로부터 연료 전지로 압축 공기를 공급하는 경로의 밸브를 서서히 개방함으로써, 연료 전지로 공급하는 공기량을 증가시키고 있다.
여기서, 발전 시스템에서는, 연료 전지와 가스 터빈의 구동 상태가 변동하면, 압축기로부터 연료 전지로 공급하는 압축 공기의 압력이 변동하는 경우가 있다. 발전 시스템 내에서 연료 전지로 공급하는 압축 공기의 압력이 변동하면, 연료 전지의 공기극 측의 압력이 변동하고, 공기극과 연료극의 압력 밸런스를 일정하게 유지할 수 없게 된다. 이 때문에, 공기극과 연료극의 압력 밸런스를 유지할 수 없게 되면, 연료 전지의 성능이 열화되어 버린다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하는 것이며, 연료 전지로 공급하는 압축 공기의 압력을 안정화시킬 수 있는 발전 시스템 및 발전 시스템의 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전 시스템은, 연료 전지와, 압축기와, 연소기를 갖는 가스 터빈과, 상기 압축기로부터 상기 연소기로 압축 공기를 공급하는 제 1 압축 공기 공급 라인과, 상기 압축기로부터 상기 연료 전지로 압축 공기를 공급하는 제 2 압축 공기 공급 라인과, 상기 연료 전지로부터 상기 연소기로 배기 공기를 공급하는 압축 공기 순환 라인과, 상기 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도(容易度)를 검출하는 검출부와, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도와, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정하는 조정부와, 상기 검출부에서 검출한 상기 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도의 변동에 근거하여, 상기 조정부에 의해서 제 1 압축 공기 공급 라인과 제 2 압축 공기 공급 라인의 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 연료 전지에서의 압축 공기의 흐름 용이도에 근거하여, 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도와, 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 연료 전지의 변동의 영향으로 연료 전지에 공급하는 압축 공기가 변동하는 것을 억제할 수 있어, 연료 전지에 공급하는 압축 공기의 압력을 안정화시킬 수 있다.
본 발명의 발전 시스템에서는, 상기 조정부는, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인에 배치된, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도를 조정하는 기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도를 조정함으로써, 연료 전지에 공급하는 압축 공기와 연소기에 공급하는 압축 공기의 밸런스를 적절히 조정할 수 있다.
본 발명의 발전 시스템에서는, 상기 조정부는, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인에 배치된, 개방도를 조정가능한 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 제어 밸브의 개방도를 조정하여, 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도를 조정함으로써, 연료 전지에 공급하는 압축 공기와 연소기에 공급하는 압축 공기의 밸런스를 적절히 조정할 수 있다.
본 발명의 발전 시스템에서는, 상기 조정부는, 제 1 압축 공기 공급 라인에 배치된, 주배관과, 상기 주배관을 바이패스하는 적어도 1개의 분기관과, 상기 분기관에 배치된 개폐 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 열려 있는 개폐 밸브의 수(닫혀 있는 개폐 밸브의 수)를 조정하여, 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도를 조정함으로써, 연료 전지에 공급하는 압축 공기와 연소기에 공급하는 압축 공기의 밸런스를 적절히 조정할 수 있다.
본 발명의 발전 시스템에서는, 상기 제어 장치는, 상기 연료 전지에 압축 공기가 흐르기 어려워졌을 경우, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인으로 압축 공기를 흐르기 쉽게 하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 압축 공기의 흐름 용이도의 변동에 맞춰서, 제 2 압축 공기 공급 라인으로부터 연료 전지로 공급되는 압축 공기를 감소시키는 것을 억제할 수 있어, 연료 전지에 공급하는 압축 공기의 압력을 안정화시킬 수 있다.
본 발명의 발전 시스템에서는, 상기 조정부는, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인에 배치된, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도를 조정하는 기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도를 조정함으로써, 연료 전지에 공급하는 압축 공기와 연소기에 공급하는 압축 공기의 밸런스를 적절히 조정할 수 있다.
본 발명의 발전 시스템에서는, 상기 조정부는, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인에 배치된, 개방도를 조정가능한 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 제어 밸브의 개방도를 조정하여, 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도를 조정함으로써, 연료 전지에 공급하는 압축 공기와 연소기에 공급하는 압축 공기의 밸런스를 적절히 조정할 수 있다.
본 발명의 발전 시스템에서는, 상기 제어 장치는, 상기 연료 전지에 압축 공기가 흐르기 어려워졌을 경우, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인으로 압축 공기를 흐르기 쉽게 하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 압축 공기의 흐름 용이도의 변동에 맞춰서, 연료 전지에 공급하는 압축 공기가 감소하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 제 2 압축 공기 공급 라인으로부터 연료 전지로 공급되는 압축 공기가 감소하는 것을 억제할 수 있어, 연료 전지에 공급하는 압축 공기의 압력을 안정화시킬 수 있다.
본 발명의 발전 시스템에서는, 상기 제어 장치는, 상기 연료 전지와 상기 가스 터빈의 압축 공기의 유통 경로를 차단한다고 판정한 경우, 상기 조정부에 의해서, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인으로 압축 공기를 흐르기 어렵게 하면서, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인으로 압축 공기를 흐르기 쉽게 하는 제어를 반복하고, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인을 폐쇄시키는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 연료 전지와 상기 가스 터빈의 압축 공기의 유통 경로를 차단하는 때에, 연소실에 공급하는 압축 공기의 양이 변동하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 발전 시스템에서는, 상기 검출부는, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인에 흐르는 압축 공기의 압력을 검출하는 제 1 압력 검출부와, 상기 압축 공기 순환 라인에 흐르는 압축 공기의 압력을 검출하는 제 2 압력 검출부를 포함하고, 상기 제 1 압력 검출부에서 검출한 결과와 상기 제 2 압력 검출부에서 검출한 결과에 근거하여, 상기 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 간단한 검출 기구로 압축 공기의 흐름 용이도를 검출할 수 있다.
또, 본 발명의 발전 시스템의 운전 방법에서는, 연료 전지와, 압축기와 연소기를 갖는 가스 터빈과, 상기 압축기로부터 상기 연소기로 압축 공기를 공급하는 제 1 압축 공기 공급 라인과, 상기 압축기로부터 상기 연료 전지로 압축 공기를 공급하는 제 2 압축 공기 공급 라인과, 상기 연료 전지로부터 상기 연소기로 배기 공기를 공급하는 압축 공기 순환 라인을 갖는 발전 시스템의 운전 방법으로서, 상기 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출하는 공정과, 상기 검출부에서 검출한 상기 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도의 변동에 근거하여, 상기 조정부에 의해서 상기 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도와 상기 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
연료 전지에서의 압축 공기의 흐름 용이도에 근거하여, 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도와, 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정함으로써, 연료 전지의 변동의 영향으로 연료 전지에 공급하는 압축 공기가 변동하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 연료 전지에 공급하는 압축 공기의 압력을 안정화시킬 수 있다.
본 발명의 발전 시스템 및 발전 시스템의 운전 방법에 따르면, 연료 전지에서의 압축 공기의 흐름 용이도에 근거하여, 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도와 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정함으로써, 연료 전지에 공급하는 압축 공기의 압력이 변동하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 연료 전지에 공급하는 압축 공기의 압력을 안정화시킬 수 있다.
도 1은 본 실시예의 발전 시스템을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발전 시스템에 있어서의 가스 터빈과 SOFC와 배관 계통을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 실시예의 발전 시스템의 구동 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 본 실시예의 발전 시스템의 구동 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 가스 터빈과 SOFC와 배관 계통의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 발전 시스템의 구동 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 가스 터빈과 SOFC와 배관 계통의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 8은 발전 시스템의 구동 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 9는 제 1 압축 공기 공급 라인의 다른 예를 나타내는 개략 구성도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 발전 시스템 및 발전 시스템의 운전 방법의 적절한 실시예를 상세하게 설명한다. 또, 이 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니고, 또, 실시예가 다수 있는 경우에는, 각 실시예를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다.
실시예
본 실시예의 발전 시스템은, 고체 산화물형 연료 전지(이하, SOFC라 한다)와 가스 터빈과 증기 터빈을 조합한 트리플 콤바인드 사이클(Triple Combined Cycle : 등록 상표)이다. 이 트리플 콤바인드 사이클은, 가스 터빈 콤바인드 사이클 발전(GTCC)의 상류측에 SOFC를 설치함으로써, SOFC, 가스 터빈, 증기 터빈의 3단계로 발전할 수 있기 때문에, 매우 높은 발전 효율을 실현할 수 있다. 또, 이하의 설명에서는, 본 발명의 연료 전지로서 고체 산화물형 연료 전지를 적용하여 설명하지만, 이 형식의 연료 전지로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 실시예의 발전 시스템을 나타내는 개략 구성도이다. 본 실시예에 있어서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 발전 시스템(10)은, 가스 터빈(11) 및 발전기(12)와, SOFC(13)와, 증기 터빈(14) 및 발전기(15)를 가지고 있다. 이 발전 시스템(10)은, 가스 터빈(11)에 의한 발전과, SOFC(13)에 의한 발전과 증기 터빈(14)에 의한 발전을 조합함으로써, 높은 발전 효율을 얻도록 구성한 것이다. 또, 발전 시스템(10)은 제어 장치(62)를 구비하고 있다. 제어 장치(62)는, 입력된 설정, 입력된 지시 및 검출부에서 검출한 결과 등에 근거하여, 발전 시스템(10)의 각부의 동작을 제어한다.
가스 터빈(11)은, 압축기(21), 연소기(22), 터빈(23)을 가지고 있고, 압축기(21)와 터빈(23)은, 회전축(24)에 의해 일체 회전 가능하게 연결되어 있다. 압축기(21)는, 공기 흡입 라인(25)으로부터 흡입된 공기 A를 압축한다. 연소기(22)는, 압축기(21)로부터 제 1 압축 공기 공급 라인(26)을 통해 공급된 압축 공기 A1와, 제 1 연료 가스 공급 라인(27)으로부터 공급된 연료 가스 L1를 혼합하여 연소한다. 터빈(23)은, 연소기(22)로부터 배기 가스 공급 라인(28)을 통해 공급된 연소 가스 G1에 의해 회전한다. 또한, 도시하지 않지만, 터빈(23)은, 압축기(21)에서 압축된 압축 공기 A1가 실린더를 통해 공급되고, 이 압축 공기 A1를 냉각 공기로 하여 날개 등을 냉각한다. 발전기(12)는, 터빈(23)과 동일 축 상에 설치되어 있고, 터빈(23)이 회전함으로써 발전할 수 있다. 또, 여기에서는, 연소기(22)에 공급하는 연료 가스 L1로서, 예를 들면, 액화 천연 가스(LNG)를 이용하고 있다.
SOFC(13)는, 환원제로서의 고온의 연료 가스와 산화제로서의 고온의 공기(산화성 가스)가 공급됨으로써, 소정의 작동 온도에서 반응하여 발전을 행하는 것이다. 이 SOFC(13)는, 압력 용기 내에 공기극과 고체 전해질과 연료극이 수용되어 구성된다. 공기극에 압축기(21)에서 압축된 일부의 압축 공기 A2가 공급되고, 연료극에 연료 가스 L2가 공급됨으로써 발전을 행한다. 또, 여기에서는, SOFC(13)에 공급하는 연료 가스 L2로서, 예를 들면, 액화 천연 가스(LNG), 수소(H2) 및 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 등의 탄화 수소 가스, 석탄 등 탄소질 원료의 가스화 설비에 의해 제조한 가스를 이용하고 있다. 또, SOFC(13)에 공급되는 산화성 가스는, 산소를 대략 15% ~ 30% 포함한 가스이며, 대표적으로는 공기가 적합하지만, 공기 이외에도 연소 배기 가스와 공기의 혼합 가스나, 산소와 공기의 혼합 가스 등이 사용 가능하다(이하, SOFC(13)에 공급되는 산화성 가스를 공기라고 한다).
이 SOFC(13)는, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)으로부터 분기한 제 2 압축 공기 공급 라인(31)이 연결되고, 압축기(21)가 압축한 일부의 압축 공기 A2를 공기극의 도입부에 공급할 수 있다. 이 제 2 압축 공기 공급 라인(31)은, 공급하는 공기량을 조정가능한 제어 밸브(32)와, 압축 공기 A2를 승압 가능한 블로어(blower)(승압기)(33)가 압축 공기 A2의 흐름 방향을 따라서 설치되어 있다. 제어 밸브(32)는, 제 2 압축 공기 공급 라인(31)에 있어서의 압축 공기 A2의 흐름 방향의 상류측에 설치되고, 블로어(33)는 제어 밸브(32)의 하류 측에 설치되어 있다. SOFC(13)는, 공기극에서 이용된 압축 공기 A3(배기 공기)를 배출하는 배기 공기 라인(34)이 연결되어 있다. 이 배기 공기 라인(34)은, 공기극에서 이용된 압축 공기 A3를 외부로 배출하는 배출 라인(35)과, 연소기(22)에 연결되는 압축 공기 순환 라인(36)으로 분기된다. 배출 라인(35)은 배출하는 공기량을 조정가능한 제어 밸브(37)가 설치되고, 압축 공기 순환 라인(36)은 순환하는 공기량을 조정가능한 제어 밸브(38)가 설치되어 있다.
또, SOFC(13)는, 연료 가스 L2를 연료극의 도입부에 공급하는 제 2 연료 가스 공급 라인(41)이 설치되어 있다. 제 2 연료 가스 공급 라인(41)은, 공급하는 연료 가스량을 조정가능한 제어 밸브(42)가 설치되어 있다. SOFC(13)는, 연료극에서 이용된 배기 연료 가스 L3를 배출하는 배기 연료 라인(43)이 연결되어 있다. 이 배기 연료 라인(43)은, 외부에 배출하는 배출 라인(44)과, 연소기(22)에 연결되는 배기 연료 가스 공급 라인(45)으로 분기된다. 배출 라인(44)은 배출하는 연료 가스량을 조정가능한 제어 밸브(46)가 설치되고, 배기 연료 가스 공급 라인(45)은 공급하는 연료 가스량을 조정가능한 제어 밸브(47)와, 배기 연료 가스 L3를 승압 가능한 블로어(48)가 배기 연료 가스 L3의 흐름 방향을 따라서 설치되어 있다. 제어 밸브(47)는 배기 연료 가스 공급 라인(45)에 있어서의 배기 연료 가스 L3의 흐름 방향의 상류측에 설치되고, 블로어(48)는 제어 밸브(47)의 하류 측에 설치되어 있다.
또, SOFC(13)는, 배기 연료 라인(43)과 제 2 연료 가스 공급 라인(41)을 연결하는 연료 가스 재순환 라인(49)이 설치되어 있다. 연료 가스 재순환 라인(49)에는, 배기 연료 라인(43)의 배기 연료 가스 L3를 제 2 연료 가스 공급 라인(41)에 재순환시키는 재순환 블로어(50)가 설치되어 있다.
증기 터빈(14)은, 배기열 회수 보일러(HRSG)(51)에서 생성된 증기에 의해 터빈(52)이 회전하는 것이다. 증기 터빈(14)(터빈(52))은, 배기열 회수 보일러(51)와의 사이에 증기 공급 라인(54)과 급수 라인(55)이 설치되어 있다. 그리고, 급수 라인(55)은, 복수기(56)와 급수 펌프(57)가 설치되어 있다. 배기열 회수 보일러(51)는, 가스 터빈(11)(터빈(23))으로부터의 배기 가스 라인(53)이 연결되어 있고, 배기 가스 라인(53)으로부터 공급되는 고온의 배기 가스 G2와 급수 라인(55)으로부터 공급되는 물의 사이에서 열 교환을 행함으로써, 증기 S를 생성한다. 발전기(15)는, 터빈(52)과 동일 축 상에 설치되어 있고, 터빈(52)이 회전함으로써 발전할 수 있다. 또, 배기열 회수 보일러(51)에서 열이 회수된 배기 가스 G2는, 유해 물질이 제거되고 나서 대기로 방출된다.
여기서, 본 실시예의 발전 시스템(10)의 작동에 대해 설명한다. 발전 시스템(10)을 기동하는 경우, 가스 터빈(11), 증기 터빈(14), SOFC(13)의 순서로 기동한다.
우선, 가스 터빈(11)에서, 압축기(21)가 공기 A를 압축하고, 연소기(22)가 압축 공기 A1와 연료 가스 L1를 혼합하여 연소하고, 터빈(23)이 연소 가스 G1에 의해 회전함으로써, 발전기(12)가 발전을 개시한다. 다음에, 증기 터빈(14)에서, 배기열 회수 보일러(51)에 의해 생성된 증기 S에 의해 터빈(52)이 회전하고, 이것에 의해 발전기(15)가 발전을 개시한다.
계속해서, SOFC(13)를 기동시키기 위해서, 압축기(21)로부터 압축 공기 A2를 공급하여 SOFC(13)의 가압을 개시함과 아울러 가열을 개시한다. 배출 라인(35)의 제어 밸브(37)와 압축 공기 순환 라인(36)의 제어 밸브(38)를 폐지(閉止)하고, 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 블로어(33)를 정지한 상태에서, 제어 밸브(32)를 소정 개방도만큼 개방한다. 그러면, 압축기(21)에서 압축한 일부의 압축 공기 A2가 제 2 압축 공기 공급 라인(31)으로부터 SOFC(13)측으로 공급된다. 이것에 의해, SOFC(13)의 공기극 측은, 압축 공기 A2가 공급됨으로써 압력이 상승한다.
한편, SOFC(13)의 연료극 측에서는, 연료 가스 L2를 공급하여 가압을 개시한다. 배출 라인(44)의 제어 밸브(46)와 배기 연료 가스 공급 라인(45)의 제어 밸브(47)를 폐지하고, 블로어(48)를 정지한 상태에서, 제 2 연료 가스 공급 라인(41)의 제어 밸브(42)를 개방함과 아울러, 연료 가스 재순환 라인(49)의 재순환 블로어(50)를 구동한다. 그러면, 연료 가스 L2가 제 2 연료 가스 공급 라인(41)으로부터 SOFC(13)에 공급됨과 아울러, 배기 연료 가스 L3가 연료 가스 재순환 라인(49)에 의해 재순환된다. 이것에 의해, SOFC(13)의 연료극 측은, 연료 가스 L2가 공급됨으로써 압력이 상승한다. 그리고, SOFC(13)의 공기극 측의 압력이 압축기(21)의 출구 압력으로 되면, 제어 밸브(32)를 전체 개방함과 아울러, 블로어(33)를 구동한다. 그것과 동시에 제어 밸브(37)를 개방하여 SOFC(13)로부터의 압축 공기 A3를 배출 라인(35)으로부터 배출한다. 그러면, 압축 공기 A2가 블로어(33)에 의해 SOFC(13)측으로 공급된다. 그것과 동시에 제어 밸브(46)를 개방하여 SOFC(13)로부터의 배기 연료 가스 L3를 배출 라인(44)으로부터 배출한다. 그리고, SOFC(13)에 있어서의 공기극 측의 압력과 연료극 측의 압력이 목표 압력에 도달하면, SOFC(13)의 가압이 완료된다.
그 후, SOFC(13)의 반응(발전)이 안정되고, 압축 공기 A3와 배기 연료 가스 L3의 성분이 안정되면, 제어 밸브(37)를 폐지하는 한편, 제어 밸브(38)를 개방한다. 그러면, SOFC(13)로부터의 압축 공기 A3가 압축 공기 순환 라인(36)으로부터 연소기(22)에 공급된다. 또, 제어 밸브(46)를 폐지하는 한편, 제어 밸브(47)를 개방하여 블로어(48)를 구동한다. 그러면, SOFC(13)로부터의 배기 연료 가스 L3가 배기 연료 가스 공급 라인(45)으로부터 연소기(22)에 공급된다. 이때, 제 1 연료 가스 공급 라인(27)으로부터 연소기(22)에 공급되는 연료 가스 L1를 감량한다.
여기서, 가스 터빈(11)의 구동에 의한 발전기(12)에서의 발전, SOFC(13)에서의 발전, 증기 터빈(14)의 구동에 의해 발전기(15)에서의 발전이 모두 행해지게 되어, 발전 시스템(10)이 정상 운전으로 된다.
도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 발전 시스템에 있어서의 가스 터빈과 SOFC와 배관 계통을 나타내는 개략도이다. 그런데, 일반적인 발전 시스템에서는, 압축기(21)로부터 배출되는 압축 공기를 SOFC(13)와 연소기(22)의 양쪽에 공급한다. 또, 압축기(21)로부터 배출되는 압축 공기는, 냉각 공기 공급 라인(72)을 이용하여 터빈(23)에 공급되고, 터빈(23)을 냉각하는 공기로도 이용된다.
여기서, 발전 시스템은, 연료 전지와 가스 터빈의 구동 상태가 변동하는 등 여러 이유에 의해서, SOFC(13)의 공기의 흐름 용이도가 변동한다. SOFC(13)의 공기의 흐름 용이도가 변동하면, 압축기(21)로부터 배출되는 압축 공기 중, SOFC(13)에 공급되는 압축 공기 A2의 비율과 연소기(22)에 공급되는 압축 공기 A1의 비율의 관계가 변동해 버려, SOFC(13)에 공급되는 압축 공기 A2의 압력이 변동해 버린다.
그래서, 본 실시예의 발전 시스템(10)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 압축 공기 A2의 흐름 용이도를 조정하는 제어 밸브(37)와, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)의 압축 공기 A1의 흐름 용이도를 조정하는 바이패스 제어 밸브(제어 밸브)(70)와, 압력 검출부(80, 82, 84, 86)를 설치한다. 압력 검출부(80, 82, 84, 86)는, 본 실시 형태의 SOFC(13)의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출하는 검출부로 된다. 발전 시스템(10)의 제어 장치(제어부)(62)는, 압력 검출부(80, 82, 84, 86)의 검출 결과에 근거하여, 제어 밸브(37) 및 바이패스 제어 밸브(70)를 구동한다.
발전 시스템(10)은, 압력 검출부(82)에 의해 검출된 압축 공기 A2의 압력과 압력 검출부(84)에 의해 검출된 압축 공기 A3의 압력의 차이에 근거하여, SOFC(13)의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출하고, 그 검출 결과에 근거하여, 제어 밸브(37)와 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 제어한다. 이 제어에 의해, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)의 압축 공기 A1의 흐름 용이도와 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 압축 공기 A2의 흐름 용이도의 밸런스를 조정할 수 있다. 이것에 의해, SOFC(13)에 공급하는 압축 공기 A2의 압력을 안정화시킬 수 있다.
상세하게 설명하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 바이패스 제어 밸브(70)는 제 1 압축 공기 공급 라인(26)에 설치되어 있다. 바이패스 제어 밸브(70)는, 개폐를 전환함으로써, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)에 압축 공기 A1의 유통을 전환하고, 개방도를 조정함으로써, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)을 흐르는 압축 공기 A1의 흐름 용이도, 유량 및 바이패스 제어 밸브(70)의 상류와 하류의 압력차를 제어한다. 또, 제어 밸브(37)는, 상술한 바와 같이 제 2 압축 공기 공급 라인(31)에 설치되고, 개폐나 개방도를 조정함으로써, 바이패스 제어 밸브(70)와 마찬가지의 조정을 제 2 압축 공기 공급 라인(31)에 행할 수 있다.
압력 검출부(80)는 압축기(21)로부터 압축 공기가 배출되는 라인에 설치되어 있다. 구체적으로는, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)과 제 2 압축 공기 공급 라인(31)으로 분기하기 전의 라인에 설치되어 있다. 압력 검출부(80)는 압축기(21)로부터 배출되는 압축 공기의 압력을 검출한다. 압력 검출부(82)는 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 제어 밸브(37)보다 하류측에, 또한 SOFC(13)보다 상류측에 배치되어 있다. 압력 검출부(82)는 SOFC(13)에 공급되는 압축 공기 A2의 압력을 검출한다. 압력 검출부(84)는 압축 공기 순환 라인(36)의 SOFC(13)보다 하류측에, 또한 제어 밸브(38)보다 상류측에 배치되어 있다. 압력 검출부(84)는 SOFC(13)로부터 배출되는 압축 공기 A3의 압력을 검출한다. 압력 검출부(86)는 제 1 압축 공기 공급 라인(26)의 바이패스 제어 밸브(70)보다 하류측에, 또한 압축 공기 순환 라인(36)의 연결 부분보다 상류측에 배치되어 있다. 압력 검출부(86)는 바이패스 제어 밸브(70)를 통과한 후의 압축 공기 A1의 압력을 검출한다.
제어 장치(62)는 제어 밸브(37)와 바이패스 제어 밸브(70)의 적어도 한쪽의 개방도를 조정가능하다. 그 때문에, 제어 장치(62)는 제 1 압축 공기 공급 라인(26)과 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 적어도 한쪽의 압축 공기의 흐름 용이도를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)의 압축 공기 A1의 흐름 용이도와 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 압축 공기 A2의 흐름 용이도의 밸런스를 조정할 수 있다.
이하, 도 3을 이용하여, 상술한 본 실시예의 발전 시스템(10)의 구동 방법에 대해 설명한다. 도 3은 본 실시예의 발전 시스템의 구동 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 도 3에 나타내는 구동 동작은, 제어 장치(제어부)(62)가 각부의 검출 결과에 근거하여, 연산 처리를 행함으로써 실현될 수 있다. 또, 제어 장치(62)는 도 3에 나타내는 처리를 반복 실행한다.
우선, 제어 장치(62)는 SOFC(13)의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출한다(스텝 S12). 구체적으로는, 적어도 압력 검출부(82)와 압력 검출부(84)의 검출 결과에 근거하여, SOFC(13)에 있어서의 압력 손실을 검출하고, 그 결과에 근거하여 SOFC(13)에서의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출한다. 더 바람직하게는, 압력 검출부(80)와 압력 검출부(84)의 결과를 더하여, 발전 시스템(10)의 공기측의 경로에서의 압력의 밸런스나, 각부의 유로 저항 등을 이용하여 연산함으로써, SOFC(13)에서의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출한다.
제어 장치(62)는, SOFC(13)에서의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출하면, 흐름 용이도에 변동이 있는지를 판정한다(스텝 S14). 예를 들면, 제어 장치(62)는, 전회 조정을 행했을 경우의 흐름 용이도와의 차가, 설정한 임계치를 초과하는 경우, 변동 있음으로 판정한다. 제어 장치(62)는, 변동이 없음(스텝 S14에서 No)으로 판정했을 경우, 본 처리를 종료한다.
제어 장치(62)는, 변동이 있음(스텝 S14에서 Yes)으로 판정했을 경우, 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 변경하는 제어를 하고(스텝 S16), 본 처리를 종료한다. 여기서, 제어 장치(62)는, SOFC(13)에 있어서 압축 공기가 흐르기 쉬워졌다고 판정했을 경우, 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 감소시키는 제어를 하고, SOFC(13)에 있어서 압축 공기가 흐르기 어려워졌다고 판정했을 경우, 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 증대시키는 제어를 한다. 이와 같이, 발전 시스템(10)은, SOFC(13)에 있어서의 압축 공기의 흐름 용이도에 근거하여 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 조정함으로써, SOFC(13)에 공급하는 압축 공기 A2의 압력 변동을 억제하고, SOFC(13)의 공기극 측의 압력 변동을 억제할 수 있다. 이 때문에, SOFC(13)의 공기극과 연료극의 압력 밸런스를 일정하게 유지할 수 있다.
또, 발전 시스템(10) 내에서 압력의 밸런스가 변동해 버리면, 연소기(22)에 공급하는 압축 공기의 양이나 압력이 변동해 버릴 우려가 있다. 연소기(22)에 공급하는 압축 공기가 변동해 버리면, 연소기(22)에서의 연료 가스의 연소가 불안정하게 된다. 발전 시스템(10)은, SOFC(13)의 압축 공기의 흐름 용이도의 변동에 맞춰서, 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 조정함으로써, SOFC(13)에 공급되는 압축 공기 A2와 연료기 22에 공급되는 압축 공기 A1의 밸런스가 변동하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발전 시스템(10)은 연소기(22)에 공급하는 압축 공기 A1의 양이나 압력의 변동도 억제할 수 있다.
다음에, 도 4를 이용하여, 발전 시스템(10)의 구동 방법의 다른 예에 대해 설명한다. 도 4는 본 실시예의 발전 시스템의 구동 동작의 다른 예를 나타내는 플로우차트이다. 도 4에 나타내는 구동 동작은, 제어 장치(제어부)(62)가 각부의 검출 결과에 근거하여, 연산 처리를 실행함으로써 실현될 수 있다. 제어 장치(제어부)(62)는, SOFC(13) 또는 가스 터빈(11)에서 이상을 검출하고, SOFC(13)와 가스 터빈(11)의 사이에서의 배기 연료 가스, 압축 공기의 유통을 정지할 때에, 도 4에 나타내는 처리를 실행한다.
우선, 제어 장치(62)는, SOFC(13) 또는 가스 터빈(11)에서 이상을 검출하면(스텝 S20), 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 제어 밸브(32)와 압축 공기 순환 라인(36)의 제어 밸브(38)의 개방도를 감소시키는 제어를 하고(스텝 S22), 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 증대시키는 제어를 한다(스텝 S24). 다음에, 제어 장치(62)는, 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 제어 밸브(32)와 압축 공기 순환 라인(36)의 제어 밸브(38)의 폐쇄를 완료했는지를 판정한다(스텝 S26). 제어 장치(62)는, 폐쇄를 완료하지 않음(스텝 S26에서 No)으로 판정했을 경우, 스텝 S22로 돌아가, 폐쇄를 완료함(스텝 S26에서 Yes)으로 판정했을 경우, 본 처리를 종료한다.
이와 같이, 발전 시스템(10)은, SOFC(13) 또는 가스 터빈(11)에서 이상이 발생하면, 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 제어 밸브(32)와 압축 공기 순환 라인(36)의 제어 밸브(38)를 폐쇄하고, SOFC(13)로의 압축 공기 A2의 공급과 SOFC(13)로부터의 압축 공기(배기 공기) A3의 배출을 정지시킨다. 따라서, SOFC(13)를 가스 터빈(11)으로부터 격리할 수 있어, SOFC(13)의 공기극 측의 압력 변동을 억제할 수 있다. 이 때문에, SOFC(13)의 공기극과 연료극의 압력 밸런스를 일정하게 유지할 수 있다.
여기서, 발전 시스템(10)은, 각 라인의 압력을 압력 검출부에서 검출하고, 검출한 압력(압력차)에 근거하여 압축 공기의 흐름 용이도를 검출했지만, 이것으로 한정되지 않는다.
도 5는 가스 터빈과 SOFC와 배관 계통의 다른 예를 나타내는 개략도이다. 도 5에 나타내는 발전 시스템(10a)은, SOFC(113)가, 복수의 단위 SOFC 유닛(120)을 구비하고 있다. 복수의 단위 SOFC 유닛(120)은 병렬로 배치되어 있고, 각각 제 2 압축 공기 공급 라인(31)으로부터 압축 공기 A2가 공급되고, 압축 공기 순환 라인(36)으로 압축 공기 A3를 배출한다.
단위 SOFC 유닛(120)은, 상류 분기관(121)과 단위 SOFC(122)와 하류 분기관(124)과 제어 밸브(126, 128)를 구비한다. 상류 분기관(121)은, 한쪽의 단부가 제 2 압축 공기 공급 라인(31)에 접속되고, 다른 쪽의 단부가 단위 SOFC(122)에 접속되어 있다. 단위 SOFC(122)는, 상술한 SOFC(13)와 마찬가지의 구성이며, 환원제로서의 고온의 연료 가스와 산화제로서의 고온의 공기(산화성 가스)가 공급됨으로써, 소정의 작동 온도에서 반응하여 발전을 행하는 것이다. 이 단위 SOFC(122)는, 압력 용기 내에 공기극과 고체 전해질과 연료극이 수용되어 구성된다. 단위 SOFC(122)는 상류 분기관(121)으로부터 압축 공기 A2가 공급된다. 하류 분기관(124)은, 한쪽의 단부가 단위 SOFC(122)에 접속되고, 다른 쪽의 단부가 압축 공기 순환 라인(36)에 접속된다. 단위 SOFC 유닛(120)은 제 2 압축 공기 공급 라인(31)으로부터 상류 분기관(121)을 통과하여 단위 SOFC(122)에 압축 공기 A2가 공급된다. 또, 단위 SOFC 유닛(120)은 단위 SOFC(122)로부터 하류 분기관(124)을 통과하여, 압축 공기 순환 라인(36)으로 압축 공기 A3가 배출된다.
제어 밸브(126)는 상류 분기관(121)에 배치되어 있다. 제어 밸브(126)는, 상술한 각 제어 밸브와 마찬가지로, 개폐 및 개방도를 조정함으로써, 상류 분기관(121)을 흐르는 압축 공기 A2를 조정한다. 제어 밸브(128)는 하류 분기관(124)에 배치되어 있다. 제어 밸브(128)는, 상술한 제어 밸브와 마찬가지로, 개폐 및 개방도를 조정함으로써, 하류 분기관(124)을 흐르는 압축 공기 A3를 조정한다.
단위 SOFC 유닛(120)은 이상과 마찬가지의 구성이며, 제어 밸브(126, 128)를 닫음으로써, 1개의 단위 SOFC 유닛(120)을 압축 공기가 흐르는 경로로부터 격리할 수 있다. 이것에 의해, SOFC(113)는, 단위 SOFC 유닛(120)마다, 구동과 정지를 전환할 수 있고, 다른 단위 SOFC 유닛(120)으로 발전을 행하면서, 1개의 단위 SOFC 유닛(120)만 보수 유지나 교환을 행할 수 있다.
제어 장치(62)는, 구동 또는 정지되어 있는 단위 SOFC 유닛(120)(단위 SOFC(122))의 수나, 단위 SOFC 유닛(120)의 기동, 정지의 전환 정보를 SOFC(113)의 압축 공기의 흐름 용이도의 정보로서 취득하여, 바이패스 제어 밸브(70)를 제어해도 좋다.
이하, 도 6을 이용하여, 상술한 본 실시예의 발전 시스템(10a)의 구동 동작의 일례를 설명한다. 도 6은 발전 시스템(10a)의 구동 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 제어 장치(62)는 정지하는 단위 SOFC(122)가 있는지를 판정한다(스텝 S40). 제어 장치(62)는 정지하는 단위 SOFC(122)가 있다(스텝 S40에서 Yes)고 판정한 경우, 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 증대시키는 제어를 한다(스텝 S42). 이것에 의해, 단위 SOFC 유닛(120)이 정지함으로써, SOFC(113)에서 이용되지 않은 압축 공기 A2를 연소기(22) 측에 공급할 수 있다. 이것에 의해, 단위 SOFC(122)가 정지해도, 단위 SOFC(122)에 공급하는 압축 공기 A2의 압력 변동을 억제하여, 단위 SOFC(122)의 공기극 측의 압력 변동을 억제할 수 있다.
제어 장치(62)는, 정지하는 단위 SOFC(122)가 없다(스텝 S40에서 No)고 판정한 경우, 또는, 스텝 S42에서 바이패스 제어 밸브의 개방도를 조정했을 경우, 기동하는 단위 SOFC(122)가 있는지를 판정한다(스텝 S44). 제어 장치(62)는, 기동하는 단위 SOFC(122)가 있다(스텝 S44에서 Yes)고 판정한 경우, 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 감소시키는 제어를 한다(스텝 S46). 이것에 의해, 새롭게 단위 SOFC(122)를 기동해도, 기동하고 있는 다른 단위 SOFC(122)에 공급하는 압축 공기 A2의 압력 변동을 억제하여, 단위 SOFC(122)의 공기극 측의 압력 변동을 억제할 수 있다. 이 때문에, 단위 SOFC(122)의 공기극과 연료극의 압력 밸런스를 일정하게 유지할 수 있다.
제어 장치(62)는, 기동하는 단위 SOFC(122)가 없다(스텝 S44에서 No)고 판정한 경우, 또는, 스텝 S46에서 바이패스 제어 밸브의 개방도를 조정한 경우, 본 처리를 종료한다.
이와 같이, 발전 시스템(10a)은, 단위 SOFC 유닛(120)(단위 SOFC(122))의 기동, 정지의 전환에 따라 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 조정함으로써, SOFC(113)에 공급하는 압축 공기 A2의 압력이 변동하는 것을 억제할 수 있다. 또, 발전 시스템(10a)은, 단위 SOFC 유닛(120)의 제어 상태에 근거하여 바이패스 제어 밸브(70)의 조정을 행할 수 있기 때문에, 제어가 간단해진다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 바이패스 제어 밸브(70)의 개방도를 조정했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 발전 시스템은, SOFC(113)에서의 압축 공기의 흐름 용이도에 근거하여, 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 제어 밸브(37)의 개방도를 조정함으로써, 제 2 압축 공기 공급 라인(31)으로부터 SOFC(113)로 공급하는 압축 공기 A2와, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)으로부터 연소기(22)로 공급하는 압축 공기 A1의 밸런스를 조정해도 좋다.
도 7은 가스 터빈과 SOFC와 배관 계통의 다른 예를 나타내는 개략도이다. 도 7에 나타내는 발전 시스템(10b)은, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)에 바이패스 제어 밸브(70)를 설치하지 않은 점을 제외하고, 다른 구성은 상술한 도 2에 나타내는 발전 시스템(10)과 같다. 또한, 발전 시스템(10b)은 압력 검출부(86)를 설치하지 않아도 좋다. 발전 시스템(10b)은, SOFC(13)에서의 압축 공기의 흐름 용이도에 근거하여, 제어 밸브(37)를 조정함으로써, 제 2 압축 공기 공급 라인(31)으로부터 SOFC(13)로 공급하는 압축 공기 A2와, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)으로부터 연소기(22)로 공급하는 압축 공기 A1의 밸런스를 조정한다. 이것에 의해, 바이패스 제어 밸브(70)를 설치하지 않아도 밸런스를 조정할 수 있다.
도 8은 상술한 본 실시예의 발전 시스템(10b)의 발전 시스템의 구동 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 우선, 제어 장치(62)는 SOFC(13)에서의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출한다(스텝 S50). 제어 장치(62)는, SOFC(13)에서의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출하면, 흐름 용이도에 변동이 있는지를 판정한다(스텝 S52). 제어 장치(62)는, 변동이 없다(스텝 S52에서 No)고 판정한 경우, 본 처리를 종료한다.
제어 장치(62)는, 변동이 있다(스텝 S52에서 Yes)고 판정한 경우, 제 2 압축 공기 공급 라인(31)의 제어 밸브(37)의 개방도를 변경하는 제어를 하고(스텝 S54), 본 처리를 종료한다. 여기서, 제어 장치(62)는, SOFC(13)에 있어서 압축 공기가 흐르기 쉬워졌다고 판정한 경우, 제어 밸브(37)의 개방도를 감소시키는 제어를 하고, SOFC(13)에 있어서 압축 공기가 흐르기 어려워졌다고 판정한 경우, 제어 밸브(37)의 개방도를 증대시키는 제어를 한다.
이와 같이, 발전 시스템(10b)은, SOFC(13)에 있어서의 압축 공기의 흐름 용이도에 근거하여 제어 밸브(37)의 개방도를 조정함으로써도, SOFC(13)에 공급하는 압축 공기 A2의 압력 변동을 억제하고, SOFC(13)의 공기극 측의 압력 변동을 억제할 수 있다. 이 때문에, SOFC(13)의 공기극과 연료극의 압력 밸런스를 일정하게 유지할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 모두 개방도를 조정할 수 있는 제어 밸브를 이용하여, 각 라인에서의 공기의 흐름 용이도를 조정했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 발전 시스템은, 공기의 흐름 용이도를 조정할 수 있는 기구(조정부)이면, 그 원리나 구성은 특별히 한정되지 않는다.
도 9는 제 1 압축 공기 공급 라인의 다른 예를 나타내는 개략 구성도이다. 도 9에 나타내는 제 1 압축 공기 공급 라인(26)은, 압축 공기의 흐름 용이도를 조정할 수 있는 기구(조정부)로서, 주배관(150)과, 복수의 분기관(152)과, 복수의 개폐 밸브(154)를 가진다. 주배관(150)은 제 1 압축 공기 공급 라인(26)의 일부에 포함되어 있다. 주배관(150)은 압축기(21)로부터 공급된 압축 공기를 연소기(22)를 향해서 보낸다. 분기관(152)은, 한쪽의 단부가 주배관(150)에 접속되고, 다른 쪽의 단부가 주배관(150)에 접속된 배관이다. 즉, 분기관(152)은 주배관(150)을 바이패스하는 배관이다. 복수의 분기관(152)은 병렬로 형성되어 있다. 제 1 압축 공기 공급 라인(26)을 흐르는 압축 공기 A1는, 분기관(152)에서 바이패스되어 있는 범위의 유통시에, 주배관(150) 및 복수의 분기관(152) 중의 하나의 배관만을 흐른다. 분기관(152)은 각각 1개의 개폐 밸브(154)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(154)는 설치되어 있는 분기관(152)의 개폐를 전환한다.
도 9에 나타내는 조정부는, 열린 상태의 개폐 밸브(154)의 수와 닫힌 상태의 개폐 밸브(154)의 수의 비율을 조정함으로써, 제 1 압축 공기 공급 라인(26)의 압축 공기 A1의 흐름 용이도를 조정할 수 있다. 구체적으로는, 열린 상태의 개폐 밸브(154)의 수를 많게 함으로써, 압축 공기 A1가 흐르기 쉬워지고, 열린 상태의 개폐 밸브(154)의 수를 줄임으로써, 압축 공기 A1가 흐르기 어려워진다.
10, 10a, 10b : 발전 시스템 11 : 가스 터빈
12 : 발전기
13, 113 : 고체 산화물형 연료 전지(SOFC)
14 : 증기 터빈 15 : 발전기
21 : 압축기 22 : 연소기
23 : 터빈 25 : 공기 흡입 라인
26 : 제 1 압축 공기 공급 라인 27 : 제 1 연료 가스 공급 라인
31 : 제 2 압축 공기 공급 라인 32 : 제어 밸브
33, 48 : 블로어 34 : 배기 공기 라인
36 : 압축 공기 순환 라인 38 : 제어 밸브
41 : 제 2 연료 가스 공급 라인 42 : 제어 밸브
43 : 배기 연료 라인 44 : 배출 라인
45 : 배기 연료 가스 공급 라인 47 : 제어 밸브
49 : 연료 가스 재순환 라인 50 : 재순환 블로어
51 : 배기열 회수 보일러 52 : 터빈
53 : 배기 가스 라인 54 : 증기 공급 라인
55 : 급수 라인 56 : 복수기
57 : 급수 펌프 62 : 제어 장치(제어부)
70 : 바이패스 제어 밸브 72 : 냉각 공기 공급 라인
80, 82, 84, 86 : 압력 검출부 120 : 단위 SOFC 유닛
121 : 상류 분기관 122 : 단위 SOFC
124 : 하류 분기관 126, 128 : 제어 밸브
150 : 주배관 152 : 분기관
154 : 개폐 밸브

Claims (11)

  1. 연료 전지와,
    압축기와 연소기를 갖는 가스 터빈과,
    상기 압축기로부터 상기 연소기로 압축 공기를 공급하는 제 1 압축 공기 공급 라인과,
    상기 압축기로부터 상기 연료 전지로 압축 공기를 공급하는 제 2 압축 공기 공급 라인과,
    상기 연료 전지로부터 상기 연소기로 배기 공기를 공급하는 압축 공기 순환 라인과,
    상기 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출하는 검출부와,
    상기 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도와, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정하는 조정부와,
    상기 검출부에서 검출한 상기 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도의 변동에 근거하여, 상기 조정부에 의해서 상기 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도와, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정하는 제어 장치
    를 갖는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인에 배치된, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도를 조정하는 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인에 배치된, 개방도를 조정가능한 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인에 배치된, 주배관과, 상기 주배관을 바이패스하는 적어도 하나의 분기관과, 상기 분기관에 배치된 개폐 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 연료 전지에 압축 공기가 흐르기 어려워졌을 경우, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인에 압축 공기를 흐르기 쉽게 하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인에 배치된, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도를 조정하는 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인에 배치된, 개방도를 조정가능한 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 연료 전지에 압축 공기가 흐르기 어려워졌을 경우, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인에 압축 공기를 흐르기 어렵게 하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 연료 전지와 상기 가스 터빈의 압축 공기의 유통 경로를 차단한다고 판정한 경우, 상기 조정부에 의해서, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인에 압축 공기를 흐르기 어렵게 하면서, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인에 압축 공기를 흐르기 쉽게 하는 제어를 반복하고, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인을 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 제 1 압축 공기 공급 라인을 흐르는 압축 공기의 압력을 검출하는 제 1 압력 검출부와, 상기 압축 공기 순환 라인을 흐르는 압축 공기의 압력을 검출하는 제 2 압력 검출부를 포함하고, 상기 제 1 압력 검출부에서 검출한 결과와 상기 제 2 압력 검출부에서 검출한 결과에 근거하여, 상기 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  11. 연료 전지와, 압축기와 연소기를 갖는 가스 터빈과, 상기 압축기로부터 상기 연소기로 압축 공기를 공급하는 제 1 압축 공기 공급 라인과, 상기 압축기로부터 상기 연료 전지로 압축 공기를 공급하는 제 2 압축 공기 공급 라인과, 상기 연료 전지로부터 상기 연소기로 배기 공기를 공급하는 압축 공기 순환 라인을 갖는 발전 시스템의 운전 방법으로서,
    상기 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도를 검출하는 공정과,
    상기 검출부에서 검출한 상기 연료 전지의 압축 공기의 흐름 용이도의 변동에 근거하여, 상기 조정부에 의해서 상기 제 1 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도와, 상기 제 2 압축 공기 공급 라인의 압축 공기의 흐름 용이도의 밸런스를 조정하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 발전 시스템의 운전 방법.
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