具备氢气生成装置的利用太阳光的燃气轮机发电系统的制作方法
【专利说明】具备氢气生成装置的利用太阳光的燃气轮机发电系统
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2012年10月26日申请的日本专利申请2012-236377的优先权，将其全部内容以参照的方式引入作为本申请的一部分。
技术领域
[0003]本发明涉及一种将太阳光用作热源来发电的燃气轮机发电系统。
【背景技术】
[0004]近年来，作为环境问题及能源问题的一种解决方案，提出一种使用将太阳光用作热源的轮机装置的发电技术，例如，利用太阳光热的燃气轮机发电系统(例如，参照专利文献I)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利公开2011-032960号公报
【发明内容】
[0008](一 )要解决的技术问题
[0009]但是，由于利用太阳光的这种设备通常无法控制作为能量源的太阳光的供给量，因此难以适当地对应电力需求量的变化来供给电力。因此，存在相对于日照量在电力需求低的白天产生剩余电力，而另一方面，在夜间或恶劣天气时无法供给电力这样的问题。
[0010]因此，本发明的目的在于，为了解决上述技术问题，提供一种燃气轮机发电系统，其能够在将太阳光用作热源的同时，进行与电力需求的增减相应的电力供给。
[0011](二)技术方案
[0012]为了实现上述目的，本发明的燃气轮机发电系统为具有利用太阳光的燃气涡轮发动机的发电系统，其具备压缩机、太阳光加热器、氢气燃烧器、祸轮、发电机及至少一个氢气生成装置，其中，所述压缩机压缩作为工作介质的空气；所述太阳光加热器以太阳光为热源，加热由所述压缩机压缩的空气；所述氢气燃烧器以氢气为燃料，使由所述压缩机压缩的空气燃烧；所述涡轮从由所述太阳光加热器及所述氢气燃烧器中的至少一个加热的高温气体中获取动力；所述发电机由所述涡轮所驱动；所述至少一个氢气生成装置利用所述涡轮的输出或来自所述涡轮的排热来分解水，从而生成氢气，并将该氢气向所述氢气燃烧器供给。
[0013]根据该结构，在日照量多、电力需求小时，通过氢气生成装置预先生成、储备氢气，在没有日照的夜间或电力需求大时，能够利用预先储备的氢气来增加电力供给量，因此，能够在将太阳光用作热源的同时，进行与电力需求的增减相应的电力供给。
[0014]在本发明的一个实施方式中，所述氢气生成装置优选为利用由所述发电机生成的电力来电解水的电解氢气生成装置。根据该结构，能够有效地利用在日照量相对于电力需求多的情况下的剩余发电电力，进行与电力需求的增减相应的电力供给。
[0015]在本发明的一个实施方式中，优选还具备利用来自所述涡轮的排气来热解水从而生成氢气的热解氢气生成装置。根据该结构，通过进一步利用燃气涡轮发动机的排热，能够在提高系统整体的效率的同时，进行与电力需求的增减相应的电力供给。
[0016]本发明的一个实施方式中，优选还具备利用由所述热解氢气生成装置产生的热来预热由所述压缩机压缩的空气的压缩空气预热通路。在该情况下，进一步优选具备如下所述的切换流路的机构，其对应于所述热解氢气生成装置内进行吸热反应的反应室与进行放热反应的反应室的调换，使所述压缩空气预热通路通过所述进行放热反应的反应室附近。根据该结构，能够有效地利用在热解反应中产生的热，使该系统整体的效率提高。
[0017]在本发明的一个实施方式中，优选地，还具备排气热交换通路，其使来自所述涡轮的排气通过，并在该排气与所述热解氢气生成装置之间进行热交换；具备如下所述的切换流路的机构，其对应于所述热解氢气生成装置内进行吸热反应的反应室与进行放热反应的反应室的调换，使所述排气热交换通路通过所述进行吸热反应的反应室附近。根据该结构，能够有效地利用来自涡轮的排气的热，使该系统整体的效率提高。
[0018]权利要求书和/或说明书和/或说明书附图所公开的至少两种结构的任意组合也包含在本发明中。特别是权利要求书的各权利要求的两项以上的任意组合也包含在本发明中。
【附图说明】
[0019]通过参照附图对以下优选的实施方式进行说明，可更加清楚地理解本发明。但是，实施方式及附图仅用于图示及说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多张附图中相同的附图标记表示相同或与其相当的部分。
[0020]图1是表示本发明的一个实施方式的燃气轮机发电系统的示意结构的框图。
[0021]图2是放大表示图1的实施方式的第二氢气生成装置(第一阶段)的示意结构的框图。
[0022]图3是放大表示图1的实施方式的第二氢气生成装置(第二阶段)的示意结构的框图。
【具体实施方式】
[0023]下面，基于附图对本发明的优选的实施方式进行说明。图1是表示本发明的一个实施方式的燃气轮机发电系统(下面简称为“发电系统”)s的示意结构图。该发电系统S具备利用太阳光的燃气涡轮发动机GE。S卩，发电系统S具有压缩作为工作介质的空气A的压缩机1、加热由压缩机I压缩的空气A的太阳光加热器3及氢气燃烧器5，以及从该被压缩、加热的空气A中获取动力的涡轮7。在本实施方式中，发电系统S构成为将从涡轮7排出的空气A向压缩机I供给而再利用的再生循环发动机。通过燃气涡轮发动机GE的输出，驱动作为负载的发电机9。
[0024]由压缩机I压缩的空气A在经由压缩空气供给路11，在通过再生器13后，送至太阳光加热器3。再生器13利用从涡轮7排出的高温排气EG的热，预热从压缩机I朝向太阳光加热器3、氢气燃烧器5的空气A。
[0025]配置在压缩机I与涡轮7之间的太阳光加热器3接受由设置于发电系统S外部的太阳光聚光装置15所供给的太阳光SL，以其为热源加热空气A。在本实施方式中，作为太阳光聚光装置15，使用可调整角度以朝向太阳能加热器3聚光的多个镜MR。
[0026]在太阳光加热器3与涡轮7之间设置有以氢气为燃料使空气A燃烧的氢气燃烧器
5。由太阳光加热器3或氢气燃烧器5供给的高温高压的空气A在驱动祸轮7之后，作为高温、低压的排气EG从涡轮7排出。涡轮7通过旋转轴17与压缩机I连接。通过旋转轴17，压缩机I及发电机9由涡轮7驱动。
[0027]氢气燃烧器5通过氢气燃料供给路19与氢气燃料储存器21连接，从该氢气燃料储存器21接受氢气燃料的供给。氢气燃料储存器21通过第一氢气导入路23与第一氢气生成装置25连接。第一氢气生成装置25构成为通过电解水来生成氢气的电解氢气生成装置。该第一氢气生成装置25从由涡轮7驱动的发电机9接受电解所需的电力供给。另外，在压缩空气供给路11上的再生器13与氢气燃烧器5之间，设置有根据需要使压缩空气A从太阳光加热器3迂回的迂回路27以及向该迂回路27切换流路的迂回切换阀29。
[0028]氢气燃料储存器21还通过第二氢气导入路31与第二氢气生成装置33连接。第二氢气生成装置33构成为通过热解水来生成氢气的热解氢气生成装置。该第二氢气生成装置33利用从涡轮7排出的高温排气EG的热作为热解所需的热源。图示例子的第二氢气生成装置33利用所谓UT-3工艺作为氢气的热解工艺。
[0029]UT-3工艺由使用钙、铁、溴等的化合物作为工艺循环物质的以下四个反应构成。
[0030]CaBr2+H20 — CaO+2HBr (1-A)
[0031 ] CaO+Br2—CaBr 2+1/202 (1-B)
[0032]Fe304+8HBr — 3F eBr2+4H20+Br2 (tZ-K)
[0033]3FeBr2+4H20 — Fe304+6HBr+H2 (2_B)
[0034]首先，在730°C附近的温度下，通过(1-A)的反应使溴化钙与水蒸气反应生成溴化氢气体和氧化钙。氧化钙在500°C附近的温度下通过(1-B)的反应与溴反应，在重新生成溴化钙的同时生成氧气。另一方面，使溴化铁在600°C附近的温度下通过(2-B)的反应与水蒸气反应，在得到溴化氢气体和铁氧化物的同时生成氢气。铁氧化物在350°C附近的温度下，通