TW202340602A - 產氫系統及產氫方法 - Google Patents
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Abstract
提供一種發電系統(100)，係具備燃氣渦輪機(10)、蓄熱構造體(30)、鍋爐(40)及固態氧化物型電解槽(50)，燃氣渦輪機(10)係讓經由壓縮機(11)壓縮後的空氣和燃料氣體在燃燒器(12)燃燒而產生燃燒氣體，並藉由燃燒氣體來驅動渦輪機(13)及連結於渦輪機之壓縮機，蓄熱構造體(30)係藉由驅動了渦輪機後的燃燒氣體加熱，鍋爐(40)係藉由在蓄熱構造體(30)所蓄熱的熱來產生水蒸氣，固態氧化物型電解槽(50)係具有氫電極(51)、氧電極(52)及配置在氫電極和氧電極之間的電解質層(53)，且將藉由鍋爐(40)所產生之水蒸氣供應給氫電極(51)而藉由水蒸氣電解來產氫。
Description
本揭露係關於產氫系統及產氫方法。
以往，利用太陽能發電等再生能源發電設備所產生的過剩電力等來製造氫的裝置是已知的(參照例如專利文獻1，2)。專利文獻1是關於具備有固態氧化物型電解槽(SOEC：Solid Oxide Electrolysis Cell)的裝置，其係揭露：將利用在SOEC所產生的氫來發電之燃料電池的反應熱由蓄熱裝置回收，藉此將供應給SOEC的水蒸氣加熱。又在專利文獻2揭露，將藉由從燃氣渦輪機系統輸出的廢氣回收的熱所產生之蒸氣供應給電解單元，而從蒸氣產生氫氣。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2019-173082號公報
[專利文獻2]日本特開2014-141965號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，在專利文獻1，是利用在SOEC動作的同時進行動作之燃料電池的反應熱。因此，並無法有效地利用在SOEC動作時有可能停止之其他裝置所產生的熱。
又在專利文獻2，是利用從燃氣渦輪機系統輸出的廢氣回收的熱來產氫氣，並利用所產生的氫氣作為燃氣渦輪機系統的燃料。因此，並無法有效地利用在燃氣渦輪機系統動作時有可能停止之其他裝置所產生的熱。
如以上般，專利文獻1及專利文獻2都無法有效地利用在產氫時有可能停止之其他裝置所產生的熱。例如，當利用從再生能源發電設備供應的過剩電力來產氫的情況，並無法有效地利用僅在再生能源發電設備所供應的電力量減少的時間帶(太陽能發電的話，是夜間)動作之其他發電裝置所產生的熱。
本揭露是有鑑於這樣的事情而開發完成的，其目的是為了提供一種產氫系統及產氫方法，可有效地利用在產氫時有可能停止之燃氣渦輪機所產生的熱來產氫。
[解決問題之技術手段]
為了解決上述問題，本揭露採用以下的手段。
本揭露的產氫系統，係具備燃氣渦輪機、蓄熱構造體、水蒸氣產生部及電解槽，前述燃氣渦輪機，係讓經由壓縮機壓縮後的空氣和燃料氣體在燃燒器燃燒而產生燃燒氣體，並藉由前述燃燒氣體來驅動渦輪機及連結於前述渦輪機之壓縮機，前述蓄熱構造體，係藉由驅動了前述渦輪機後的前述燃燒氣體加熱，前述水蒸氣產生部，係藉由在前述蓄熱構造體所蓄熱的熱來產生水蒸氣，前述電解槽，係具有氫電極、氧電極及配置在前述氫電極和前述氧電極之間的電解質層，且將藉由前述水蒸氣產生部所產生之前述水蒸氣供應給前述氫電極而藉由水蒸氣電解來產氫。
本揭露的產氫方法，係利用產氫系統來產氫之產氫方法，前述產氫系統係具備燃氣渦輪機及電解槽，前述燃氣渦輪機，係讓經由壓縮機壓縮後的空氣和燃料氣體在燃燒器燃燒而產生燃燒氣體，並藉由前述燃燒氣體來驅動渦輪機及連結於前述渦輪機之壓縮機，前述電解槽，係具備氫電極、氧電極及配置在前述氫電極和前述氧電極之間的電解質層，該產氫方法係具備加熱工序、水蒸氣產生工序及運轉工序，前述加熱工序，係藉由驅動了前述渦輪機後之前述燃燒氣體將蓄熱構造體加熱，前述水蒸氣產生工序，係藉由在前述蓄熱構造體所蓄熱的熱來產生水蒸氣，前述運轉工序，係以將藉由前述水蒸氣產生工序所產生的前述水蒸氣供應給前述氫電極而藉由水蒸氣電解來產氫的方式讓前述電解槽運轉。
[發明之效果]
依據本揭露能夠提供一種產氫系統及產氫方法，可有效地利用在產氫時有可能停止之燃氣渦輪機所產生的熱來產氫。
[第1實施形態]
以下，針對本揭露的一實施形態之發電系統(產氫系統)100，參照圖1做說明。本實施形態的發電系統100係具備：燃氣渦輪機10、發電機20、蓄熱構造體30、鍋爐(水蒸氣產生部)40、固態氧化物型電解槽50、氫分離設備60、氫儲存設備(儲存部)70、以及控制裝置(控制部)80。
發電系統100，係將發電機20所產生的電力供應給電力系統PS，並藉由電力系統PS所供應的電力讓固態氧化物型電解槽50動作。從太陽能發電設備等再生能源發電設備200透過輸出轉換器210及變壓器220將電力供應給電力系統PS。
電力系統PS所輸出的電力供應給負載設備300。又供應給電力系統PS的電力，是透過變壓器120及輸出轉換器110供應給發電系統100的固態氧化物型電解槽50。電力系統PS，例如當與負載設備300所要求的電力相比從再生能源發電設備200供應的電力較大而產生過剩電力的情況，是將過剩電力供應給發電系統100的固態氧化物型電解槽50。
燃氣渦輪機10係具有：壓縮機11、燃燒器12、渦輪機13及旋轉軸14。壓縮機11將空氣導入並壓縮，作為燃燒用空氣供應給燃燒器12。燃燒器12是讓壓縮機11所供應的空氣和燃料氣體G1混合並燃燒而產生燃燒氣體G2，且將燃燒氣體G2供應給渦輪機13。渦輪機13是藉由燃燒氣體G2進行旋轉，藉此驅動透過旋轉軸14所連結之壓縮機11及發電機20。
當控制裝置80將控制閥12a控制成開啟狀態的情況，是對燃燒器12供應燃料氣體G1。又當控制裝置80將控制閥12b控制成開啟狀態的情況，是從氫儲存設備70對燃燒器12供應氫。燃料氣體G1是例如：讓液化天然氣(LNG)氣化而成的氣體或天然氣、城市燃氣(city gas)、氫(H
2)及一氧化碳(CO)、甲烷(CH
4)等碳氫化合物氣體、及藉由碳質原料(石油、煤等)之氣化設備所製造的氣體等。
發電機20是透過旋轉軸14連結於渦輪機13且根據渦輪機13的旋轉而進行發電。發電機20所產生的電力供應給電力系統PS。發電機20所產生的電力也可以供應給與電力系統PS不同之其他電力系統或其他負載設備。
蓄熱構造體30是藉由驅動了渦輪機13後的燃燒氣體G2加熱之構造體。蓄熱構造體30是由例如磚等陶瓷材料所形成，且在內部設有可讓燃燒氣體G2流通的流路。蓄熱構造體30，可以是藉由封裝材(capsule)封裝且具有蓄熱材者，該蓄熱材是藉由燃燒氣體G2加熱熔融而成為熔融鹽或熔融金屬。如圖1所示般，蓄熱構造體30沿著燃燒氣體G2的流通方向即第1方向Dr1具有L1的長度。
作為蓄熱材，例如可使用將硝酸鈉(NaNO
3)和硝酸鉀(KNO
3)混合而成的熔融鹽。又作為蓄熱材，例如可使用包含鋁合金之熔融金屬。
本實施形態的發電系統100係具備：讓燃燒氣體G2流入蓄熱構造體30之燃燒氣體流入配管(第1配管)31。燃燒氣體流入配管31是讓從燃氣渦輪機10排出的燃燒氣體G2沿著第1方向Dr1從第1面30a流入蓄熱構造體30。從第1面30a流入了蓄熱構造體30的燃燒氣體G2，沿著第1方向Dr1將蓄熱構造體30的各部加熱，而從第2面30b往外部排出。
本實施形態的發電系統100係具備：讓空氣(熱媒)A1流入蓄熱構造體30之空氣流入配管(第2配管)32。空氣流入配管32是讓空氣A1沿著與第1方向Dr1相對向(逆向)的第2方向Dr2從第2面30b流入蓄熱構造體30。從第2面30b流入了蓄熱構造體30的空氣A1是沿著第2方向Dr2被蓄熱構造體30的各部加熱，而從第1面30a往空氣供應配管33排出。往空氣供應配管33排出後的空氣A1被導入鍋爐40。
讓供應給鍋爐40的空氣A1沿著第2方向Dr2流入蓄熱構造體30的原因在於，從最容易蓄熱之第1方向Dr1的上游側(第2方向Dr2的下游側)讓空氣A1流出，而將空氣A1的溫度穩定地維持於高溫。圖2係顯示從蓄熱構造體的第1面起算之第1方向的距離和溫度的關係之曲線圖。圖2中，Ta，Tb，Tc，Td，Te表示在蓄熱構造體30讓燃燒氣體G2流通之經過時間，具有Ta＜Tb＜Tc＜Td＜Te的關係。
圖2中的溫度TEmax，是從燃燒氣體流入配管31流入蓄熱構造體30之燃燒氣體G2的溫度，例如500℃~ 750℃的溫度。溫度TEmin是在蓄熱構造體30讓燃燒氣體G2流入之前的環境溫度，例如10℃~30℃的溫度。
如圖2所示般，在時刻Ta，從蓄熱構造體30的第1面30a起算之第1方向Dr1的距離為0(亦即，第1面30a本身)的部分的溫度為TEmax。而且，隨著從第1面30a起算之第1方向Dr1的距離變長，溫度會降低。在時刻Tb，從蓄熱構造體30的第1面30a起算之第1方向Dr1的距離0到Lb的區域之溫度為TEmax，與時刻Ta相比溫度成為TEmax的區域增加。
而且，在時刻Ta、時刻Tb、時刻Tc、時刻Td、時刻Te，隨著讓燃燒氣體G2流通於蓄熱構造體30之經過時間變長，蓄熱構造體30的溫度成為TEmax的區域逐漸增加。如此般，從蓄熱構造體30的第1面30a起算之第1方向Dr1的距離越短則熱越容易被蓄熱。
空氣A1是從空氣流入配管32朝蓄熱構造體30的第2面30b流入，從蓄熱構造體30讓空氣A1流出之第2方向Dr2的下游側成為第1方向Dr1的上游側。在顯示從蓄熱構造體30的第1面30a起算之第1方向Dr1的距離和溫度的關係之曲線圖即圖2中，Ta，Tb，Tc，Td，Te表示在蓄熱構造體30讓空氣A1流通之經過時間，且具有Te＜Td＜Tc＜Tb＜Ta的關係。空氣A1是從最容易被加熱之第1方向Dr1的上游側之第1面30a朝空氣供應配管33流出，因此可讓空氣A1的溫度穩定維持於高溫而流出。朝空氣供應配管33流出之空氣A1的溫度是例如500℃~750℃。
鍋爐40是利用在蓄熱構造體30所蓄熱的熱來產生水蒸氣並供應給固態氧化物型電解槽50的裝置。在蓄熱構造體30所蓄熱的熱，是以藉由蓄熱構造體30加熱後之空氣A1的形式供應給鍋爐40。鍋爐40是藉由從空氣供應配管33供應的空氣A1將從水供應配管41供應的水加熱來產生水蒸氣S1。水蒸氣S1是藉由水蒸氣供應管42供應給固態氧化物型電解槽50的氫電極51。供應給氫電極51之水蒸氣S1的溫度是例如400℃以上。
固態氧化物型電解槽50是將藉由鍋爐40所產生的水蒸氣S1供應給氫電極51而藉由水蒸氣電解來產生氫及氧的裝置。固態氧化物型電解槽50係具有：氫電極51、氧電極52及配置在氫電極51和氧電極52之間的電解質層53。
氫電極51是由Ni和氧化鋯系電解質材料之複合材的氧化物所構成，例如使用Ni/YSZ。氧電極52是例如由LaSrMnO
3系氧化物或LaCoO
3系氧化物所構成。電解質層53主要採用例如YSZ，其具備不容易讓氣體通過之氣密性、高溫下之高氧離子導電性。
圖1所示的固態氧化物型電解槽50是示意顯示氫電極51和氧電極52和電解質層53的關係。作為固態氧化物型電解槽50例如可使用圓筒形電池堆(cell stack)，其係在呈圓筒形狀且由多孔質材料所構成的管體配置氫電極51，在氫電極51上配置電解質層53，並在電解質層53上配置氧電極52。
若在氫電極51和氧電極52之間供應從電力系統PS所供應的電力，供應給氫電極51之高溫的水蒸氣S1之一部分獲得電子而分離成氫和氧離子，藉此產生氫。分離後的氧離子是在電解質層53的內部往氧電極52移動，放出電子而產生氧。
氫分離設備60是從在固態氧化物型電解槽50的氫電極51所產生之氫和水蒸氣的混合氣除去水蒸氣而分離出氫的設備。氫分離設備60是將從混合氣分離出的氫供應給氫儲存設備。
氫儲存設備70是儲存從氫分離設備60供應的氫，並透過氫供應配管71將氫供應給氫供應對象。又氫儲存設備70可透過氫供應配管72將氫供應給燃氣渦輪機10的燃燒器12。當控制裝置80將控制閥12b控制成開啟狀態的情況，氫儲存設備70供應氫來作為燃燒器12的燃料。
控制裝置80是控制發電系統100的裝置。控制裝置80具有儲存控制程式之記憶部(圖示省略)及執行程式的運算部(圖示省略)，在運算部執行從記憶部讀取的程式，藉此實行控制發電系統100之各種動作。
接下來，針對本實施形態的發電系統100所實行的動作，參照圖式做說明。圖3係顯示本實施形態的發電系統100所實行的動作之流程圖。圖4係顯示從既定時刻起算的經過時間和供應電力量及需求電力量的關係的一例之曲線圖。
在圖4中，既定時刻是例如凌晨3點，經過時間是從既定時刻起算經過24小時為止的時間。圖4所示的實線，是表示負載設備300的需求電力量之一例。負載設備300的需求電力量，在從深夜到早晨的時間帶TZm之一部分、和從傍晚到深夜的時間帶TZn之一部分特別多。負載設備300的需求電力量，在白天的時間帶TZd不管是哪個時刻，都比時間帶TZm的尖峰(paek)電力量Pm及時間帶TZn的尖峰電力量Pn少。
圖4所示的虛線表示從再生能源發電設備200供應的供應電力量。再生能源發電設備200的供應電力量，在時間帶TZd較多，在時間帶TZm及時間帶TZn較少或成為零。再生能源發電設備200的供應電力量，在時間帶TZd是超過負載設備300的需求電力量。在圖4所示的例子，在時間帶TZd，產生了從再生能源發電設備200的供應電力量減去了負載設備300的需求電力量之過剩電力量。
在圖3的步驟S101，控制裝置80判斷現在的時間帶是否為TZd，如果為是(YES)則處理進入步驟S102，如果為否(NO)則處理進入步驟S105。
在步驟S102，控制裝置80因為時間帶為TZd而產生再生能源發電設備200的過剩電力，以讓燃氣渦輪機10停止的方式進行控制。
在步驟S103，從空氣流入配管32將空氣A1供應給在後述步驟S107藉由燃燒氣體G2加熱後的蓄熱構造體30，並將被加熱的空氣A1供應給鍋爐40。鍋爐40是將從水供應配管41供應的水利用空氣A1加熱而產生水蒸氣S1，並導往氫電極51。
在步驟S104，控制裝置80是將從再生能源發電設備200對電力系統PS輸出的過剩電力供應給固態氧化物型電解槽50，且使固態氧化物型電解槽50成為運轉狀態。固態氧化物型電解槽50產生氫並儲存於氫儲存設備70。
當在步驟S104讓固態氧化物型電解槽50運轉時，作為供應給氫電極51之水蒸氣S1的熱源，是利用藉由從燃氣渦輪機10供應的燃燒氣體G2加熱後之蓄熱構造體30的熱。當固態氧化物型電解槽50運轉時，燃氣渦輪機10雖已經停止，可利用在蓄熱構造體30所蓄熱的熱來作為產生水蒸氣S1的熱源。
在步驟S105，控制裝置80因為時間帶是TZm或TZn而不會產生再生能源發電設備200的過剩電力，讓固態氧化物型電解槽50停止。
在步驟S106，控制裝置80因為時間帶是TZm或TZn，與再生能源發電設備200的供應電力量相比負載設備300的需求電力量更多，為了滿足需求電力量，以讓燃氣渦輪機10運轉的方式進行控制。藉由使燃氣渦輪機10運轉，發電機20被驅動而產生電力，透過電力系統PS供應給負載設備300。
在步驟S107，控制裝置80判斷是否可從氫儲存設備70透過氫供應配管72朝燃燒器12供應氫，如果為是(YES)則處理進入步驟S108，如果為否(NO)則處理進入步驟S109。控制裝置80例如當在氫儲存設備70儲存了比既定閾值更多的氫的情況，判斷為可朝燃燒器12供應氫。
在步驟S108，控制裝置80使控制閥12b成為開啟狀態，從氫儲存設備70透過氫供應配管72朝燃燒器12供應氫。燃燒器12是讓從氫儲存設備70供應的氫和從壓縮機11供應的空氣混合並燃燒。
在步驟S109，控制裝置80使控制閥12a成為開啟狀態，而朝燃燒器12供應燃料氣體。燃燒器12是讓從氫儲存設備70供應的氫和從壓縮機11供應的空氣混合並燃燒。
在步驟S110，將在運轉中的燃氣渦輪機10產生之燃燒氣體G2朝蓄熱構造體30供應，而將蓄熱構造體30加熱。蓄熱構造體30是按照從燃氣渦輪機10供應之燃燒氣體G2的熱量及供應時間而被加熱，藉此將燃燒氣體G2的熱蓄熱。
在步驟S108及步驟S109中在燃燒器12所產生的燃燒氣體G2，是在步驟S110供應給蓄熱構造體30而被蓄熱。在燃氣渦輪機10的運轉中，因為固態氧化物型電解槽50已經停止，無法直接利用燃燒氣體G2作為在固態氧化物型電解槽50運轉時所使用的水蒸氣S1之熱源。於是，在步驟S110中，將燃燒氣體G2的熱藉由蓄熱構造體30蓄熱，藉此可間接利用燃燒氣體G2作為在固態氧化物型電解槽50運轉時所使用之水蒸氣S1的熱源。
在步驟S111，控制裝置80判斷是否滿足讓發電系統100停止之停止條件，如果為是(YES)則讓發電系統100停止而結束本流程圖的處理。控制裝置80如果步驟S111的判斷為否(NO)，則反覆實行從步驟S101起的處理。
針對以上所說明之本實施形態的發電系統100所具備的作用及效果做說明。
依據本實施形態的發電系統100，藉由在燃氣渦輪機10讓燃料氣體G1燃燒所產生的燃燒氣體G2將蓄熱構造體30加熱來保持燃燒氣體G2的熱。鍋爐40利用在蓄熱構造體30所蓄熱的熱來產生水蒸氣S1，並供應給固態氧化物型電解槽50的氫電極51。固態氧化物型電解槽50是藉由將供應給氫電極51的水蒸氣S1進行水蒸氣電解來產氫。
作為固態氧化物型電解槽50進行水蒸氣電解時所需的電力，例如可利用從再生能源發電設備200供應的過剩電力。當在可利用過剩電力的時間帶TZd讓固態氧化物型電解槽50動作的情況，燃氣渦輪機10雖已經停止，在燃氣渦輪機10的動作中所產生之燃燒氣體G2的熱是藉由蓄熱構造體30蓄熱。因此，鍋爐40可藉由在蓄熱構造體30所蓄熱的熱來產生水蒸氣S1，並供應給固態氧化物型電解槽50。如此般，依據本實施形態的發電系統100，能夠有效地利用在產氫時有可能停止之其他裝置即燃氣渦輪機10所產生之燃燒氣體G2的熱。
又依據本實施形態的發電系統100，因為從燃氣渦輪機10排出之燃燒氣體G2是沿著第1方向Dr1流入蓄熱構造體30，第1方向Dr1的上游側最容易被蓄熱，而使燃燒氣體G2的熱從上游側朝向下游側傳遞。另一方面，因為空氣A1是沿著與第1方向Dr1相對向之第2方向Dr2流入蓄熱構造體30，從蓄熱構造體30讓空氣A1流出之第2方向Dr2的下游側成為第1方向Dr1的上游側。因為空氣A1是從最容易被蓄熱之第1方向Dr1的上游側流出，可讓空氣A1的溫度穩定地維持於高溫而流出。
又依據本實施形態的發電系統100，蓄熱構造體30是由比較便宜的磚等陶瓷材料所形成，因此可降低蓄熱構造體30之製造成本。
又依據本實施形態的發電系統100，因為蓄熱構造體30具有藉由燃燒氣體G2加熱熔融而成為熔融鹽或熔融金屬之蓄熱材，比起由陶瓷材料來形成蓄熱構造體30的情況，可減少蓄熱構造體30的設置面積。
又依據本實施形態的發電系統100，藉由固態氧化物型電解槽50所產生的氫可儲存於氫儲存設備70，而在讓燃氣渦輪機10動作的時機從氫供應配管72朝燃燒器12供應氫。因此，利用在燃氣渦輪機10產生之燃燒氣體G2的熱所產生的氫可作為燃氣渦輪機10之燃燒器12的燃料來活用，而能減少發電系統100的燃料消耗量。
以上所說明之各實施形態所記載的發電系統例如可如以下般掌握。
本揭露的產氫系統(100)，係具備燃氣渦輪機(10)、蓄熱構造體(30)、水蒸氣產生部(40)及電解槽(50)，前述燃氣渦輪機(10)，係讓經由壓縮機(11)壓縮後的空氣和燃料氣體在燃燒器(12)燃燒而產生燃燒氣體，並藉由前述燃燒氣體來驅動渦輪機(13)及連結於前述渦輪機之壓縮機，前述蓄熱構造體(30)，係藉由驅動了前述渦輪機後的前述燃燒氣體加熱，前述水蒸氣產生部(40)，係藉由在前述蓄熱構造體所蓄熱的熱來產生水蒸氣，前述電解槽(50)，係具有氫電極(51)、氧電極(52)及配置在前述氫電極和前述氧電極之間的電解質層(53)，且將藉由前述水蒸氣產生部所產生之前述水蒸氣供應給前述氫電極而藉由水蒸氣電解來產氫。
依據本揭露的產氫系統，利用在燃氣渦輪機讓燃料氣體燃燒所產生的燃燒氣體將蓄熱構造體加熱來保持燃燒氣體的熱。水蒸氣產生部是利用在蓄熱構造體所蓄熱的熱來產生水蒸氣並供應給電解槽的氫電極。電解槽是將供應給氫電極的水蒸氣藉由水蒸氣電解來產氫。
作為電解槽進行水蒸氣電解時所需的電力，是利用例如從再生能源發電設備等供應的過剩電力。當在可利用過剩電力的時間帶讓電解槽動作的情況，燃氣渦輪機雖有可能已經停止，在燃氣渦輪機的動作中所產生之燃燒氣體的熱是藉由蓄熱構造體蓄熱。因此，水蒸氣產生部可藉由在蓄熱構造體所蓄熱的熱來產生水蒸氣並供應給電解槽。如此般，依據本揭露的產氫系統，能夠有效地利用在產氫時有可能停止之燃氣渦輪機所產生之燃燒氣體的熱來產氫。
本揭露的產氫系統可構成為，具備有第1配管(31)及第2配管(32)，第1配管(31)係讓從前述燃氣渦輪機排出的前述燃燒氣體沿著第1方向流入前述蓄熱構造體，第2配管(32)係沿著與前述第1方向相對向的第2方向讓用於將前述水蒸氣加熱的熱媒流入前述蓄熱構造體。
依據本構成的產氫系統，因為從燃氣渦輪機排出之燃燒氣體是沿著第1方向流入蓄熱構造體，第1方向的上游側最容易被蓄熱，而使燃燒氣體的熱從上游側朝向下游側傳遞。另一方面，因為熱媒(例如空氣)是沿著與第1方向相對向之第2方向流入蓄熱構造體，從蓄熱構造體讓熱媒流出之第2方向的下游側成為第1方向的上游側。因為熱媒是從最容易被蓄熱之第1方向的上游側流出，可讓熱媒的溫度穩定地維持於高溫而流出。
上述構成的產氫系統可構成為，前述蓄熱構造體是由陶瓷材料所形成。
依據本構成的產氫系統，因為蓄熱構造體是由比較便宜的磚等陶瓷材料所形成，可降低蓄熱構造體的製造成本。
本揭露的產氫系統可構成為，前述蓄熱構造體是藉由封裝材封裝且具有蓄熱材，該蓄熱材是藉由前述燃燒氣體加熱熔融而成為熔融鹽或熔融金屬。
依據本構成的產氫系統，因為蓄熱構造體具有藉由燃燒氣體加熱熔融而成為熔融鹽或熔融金屬的蓄熱材，比起由陶瓷材料來形成蓄熱構造體的情況，可減少蓄熱構造體的設置面積。
本揭露的產氫系統可構成為，係具備：儲存藉由前述電解槽所產生的氫之儲存部(70)、及將在前述儲存部所儲存的氫供應給前述燃燒器之供應配管(72)。
依據本構成的產氫系統，可將藉由電解槽所產生的氫儲存於儲存部，而在讓燃氣渦輪機動作的時機從供應配管朝燃燒器供應氫。因此，利用在燃氣渦輪機產生之燃燒氣體的熱所產生的氫可作為燃氣渦輪機之燃燒器的燃料來活用，而能減少發電系統的燃料消耗量。
本揭露的產氫系統可構成為具備有發電機，該發電機是與前述渦輪機連結且根據前述渦輪機的旋轉而進行發電。
依據本構成的產氫系統，可藉由根據渦輪機的旋轉而進行發電之發電機來產生電力。
本揭露的產氫方法，係利用產氫系統來產氫之產氫方法，前述產氫系統係具備燃氣渦輪機及電解槽，前述燃氣渦輪機，係讓經由壓縮機壓縮後的空氣和燃料氣體在燃燒器燃燒而產生燃燒氣體，並藉由前述燃燒氣體來驅動渦輪機及連結於前述渦輪機之壓縮機，前述電解槽，係具備氫電極、氧電極及配置在前述氫電極和前述氧電極之間的電解質層，該產氫方法係具備加熱工序、水蒸氣產生工序及運轉工序，前述加熱工序，係藉由驅動了前述渦輪機後之前述燃燒氣體將蓄熱構造體加熱，前述水蒸氣產生工序，係藉由在前述蓄熱構造體所蓄熱的熱來產生水蒸氣，前述運轉工序，係以將藉由前述水蒸氣產生工序所產生的前述水蒸氣供應給前述氫電極而藉由水蒸氣電解來產氫的方式讓前述電解槽運轉。
依據本揭露的產氫方法，藉由在燃氣渦輪機讓燃料氣體燃燒所產生的燃燒氣體將蓄熱構造體加熱來保持燃燒氣體的熱。在水蒸氣產生工序，藉由在蓄熱構造體所蓄熱的熱來產生水蒸氣並供應給電解槽的氫電極。電解槽藉由將供應給氫電極的水蒸氣進行水蒸氣電解來產氫。
作為電解槽進行水蒸氣電解時所需的電力，是利用例如從再生能源發電設備等供應的過剩電力。當在可利用過剩電力的時間帶讓電解槽動作的情況，燃氣渦輪機雖有可能已經停止，在燃氣渦輪機的動作中所產生之燃燒氣體的熱是藉由蓄熱構造體蓄熱。因此，水蒸氣產生工序，可藉由在蓄熱構造體所蓄熱的熱來產生水蒸氣並供應給電解槽。如此般，依據本揭露的產氫方法，能夠有效地利用在產氫時有可能停止之燃氣渦輪機所產生之燃燒氣體的熱來產氫。
10:燃氣渦輪機
11:壓縮機
12:燃燒器
12a,12b:控制閥
13:渦輪機
14:旋轉軸
20:發電機
30:蓄熱構造體
30a:第1面
30b:第2面
31:燃燒氣體流入配管(第1配管)
32:空氣流入配管(第2配管)
33:空氣供應配管
40:鍋爐(水蒸氣產生部)
41:水供應配管
42:水蒸氣供應管
50:固態氧化物型電解槽
51:氫電極
52:氧電極
53:電解質層
60:氫分離設備
70:氫儲存設備(儲存部)
71,72:氫供應配管
80:控制裝置
100:發電系統(產氫系統)
200:再生能源發電設備
300:負載設備
A1:空氣
Dr1:第1方向
Dr2:第2方向
G1:燃料氣體
G2:燃燒氣體
PS:電力系統
Pm,Pn:尖峰電力量
S1:水蒸氣
TZd,TZm,TZn:時間帶
[圖1]係顯示本揭露的一實施形態之發電系統的概略構成。
[圖2]係顯示從蓄熱構造體的第1面起算之第1方向的距離和溫度的關係之曲線圖。
[圖3]係顯示發電系統所實行之動作的流程圖。
[圖4]係顯示從既定時刻起算的經過時間和供應電力量及需求電力量的關係的一例之曲線圖。
10:燃氣渦輪機
11:壓縮機
12:燃燒器
12a,12b:控制閥
13:渦輪機
14:旋轉軸
20:發電機
30:蓄熱構造體
30a:第1面
30b:第2面
31:燃燒氣體流入配管(第1配管)
32:空氣流入配管(第2配管)
33:空氣供應配管
40:鍋爐(水蒸氣產生部)
41:水供應配管
42:水蒸氣供應管
50:固態氧化物型電解槽
51:氫電極
52:氧電極
53:電解質層
60:氫分離設備
70:氫儲存設備(儲存部)
71,72:氫供應配管
80:控制裝置
100:發電系統(產氫系統)
110:輸出轉換器
120:變壓器
200:再生能源發電設備
210:輸出轉換器
220:變壓器
300:負載設備
A1:空氣
Dr1:第1方向
Dr2:第2方向
G1:燃料氣體
G2:燃燒氣體
L1:長度
PS:電力系統
S1:水蒸氣
Claims (7)
- 一種產氫系統，係具備燃氣渦輪機、蓄熱構造體、水蒸氣產生部及電解槽， 前述燃氣渦輪機，係讓經由壓縮機壓縮後的空氣和燃料氣體在燃燒器燃燒而產生燃燒氣體，並藉由前述燃燒氣體來驅動渦輪機及連結於前述渦輪機之壓縮機， 前述蓄熱構造體，係藉由驅動了前述渦輪機後的前述燃燒氣體加熱， 前述水蒸氣產生部，係藉由在前述蓄熱構造體所蓄熱的熱來產生水蒸氣， 前述電解槽，係具有氫電極、氧電極及配置在前述氫電極和前述氧電極之間的電解質層，且將藉由前述水蒸氣產生部所產生之前述水蒸氣供應給前述氫電極而藉由水蒸氣電解來產氫。
- 如請求項1所述之產氫系統，其係具備有第1配管及第2配管， 前述第1配管，係讓從前述燃氣渦輪機排出的前述燃燒氣體沿著第1方向流入前述蓄熱構造體， 前述第2配管，係沿著與前述第1方向相對向的第2方向讓用於將前述水蒸氣加熱的熱媒流入前述蓄熱構造體。
- 如請求項1或2所述之產氫系統，其中， 前述蓄熱構造體係由陶瓷材料所形成。
- 如請求項1或2所述之產氫系統，其中， 前述蓄熱構造體，係藉由封裝材封裝且具有蓄熱材，該蓄熱材是藉由前述燃燒氣體加熱熔融而成為熔融鹽或熔融金屬。
- 如請求項1或2所述之產氫系統，其係具備有： 儲存藉由前述電解槽所產生的氫之儲存部、及 將在前述儲存部所儲存的氫朝前述燃燒器供應之供應配管。
- 如請求項1或2所述之產氫系統，其係具備有發電機， 該發電機，係與前述渦輪機連結且根據前述渦輪機的旋轉而進行發電。
- 一種產氫方法，係利用產氫系統來產氫之產氫方法， 前述產氫系統係具備燃氣渦輪機及電解槽， 前述燃氣渦輪機，係讓經由壓縮機壓縮後的空氣和燃料氣體在燃燒器燃燒而產生燃燒氣體，並藉由前述燃燒氣體來驅動渦輪機及連結於前述渦輪機之壓縮機， 前述電解槽，係具備氫電極、氧電極及配置在前述氫電極和前述氧電極之間的電解質層， 該產氫方法係具備加熱工序、水蒸氣產生工序及運轉工序， 前述加熱工序，係藉由驅動了前述渦輪機後之前述燃燒氣體將蓄熱構造體加熱， 前述水蒸氣產生工序，係藉由在前述蓄熱構造體所蓄熱的熱來產生水蒸氣， 前述運轉工序，係以將藉由前述水蒸氣產生工序所產生的前述水蒸氣供應給前述氫電極而藉由水蒸氣電解來產氫的方式讓前述電解槽運轉。
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