发电系统及发电系统中的燃料电池的启动方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种发电系统及发电系统中的燃料电池的启动方法，其中，该发电系统由燃料电池、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成。
【背景技术】
[0002]众所周知，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell:以下称为S0FC)是一种用途较广的高效率燃料电池。在该SOFC中，为了提高离子传导率而提高了工作温度，因此，能够将从燃气轮机的压缩机喷出的空气用作供应至空气极侧的空气(氧化剂)。另外，SOFC能够将无法利用的高温燃料用作燃气轮机的燃烧器的燃料。
[0003]因此，例如正如下述专利文献I所述，作为能够实现高效率发电的发电系统，提出了各种由S0FC、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成的发电系统。该专利文献I所述的联合系统设有SOFC和燃气轮机，其中，该燃气轮机具有燃气轮机燃烧器和压缩机，燃气轮机燃烧器中燃烧从该SOFC排出的废燃气和排出空气，压缩机将空气压缩后供应S0FC。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利特开2009-205930号公报发明概要
[0007]发明拟解决的问题
[0008]在上述以往的发电系统中，启动SOFC时，会通过将利用燃气轮机的压缩机压缩的空气的一部分供应至SOFC来对该SOFC进行加压。此时，供应至SOFC的压缩空气被用来对SOFC进行加压，因此不能返回到燃气轮机的燃烧器内。因此，燃烧器中，燃烧用空气会出现不足，燃烧气体会变为高温，燃烧器或涡轮机中，冷却用空气会出现不足，难以实现充分的冷却。
[0009]本发明为解决上述问题开发而成，其目的在于提供一种发电系统以及发电系统中的燃料电池的启动方法，其能够防止燃料电池启动时燃气轮机中的空气不足，从而能够稳定地启动。
[0010]解决问题的方法
[0011]为实现上述目的，本发明的发电系统的特征在于，具有:燃料电池；燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；入口导叶，其设置在所述压缩机的空气吸入口 ；第I压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气供应至所述燃烧器；第2压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气的至少一部分供应至所述燃料电池；开关阀，其设置在所述第2压缩空气供应管线上；以及控制部，其在启动所述燃料电池时打开所述开关阀，同时将所述入口导叶的开度控制为大于预先设定的基准开度。
[0012]因此，启动燃料电池时，在打开第2压缩空气供应管线的开关阀的同时，使燃气轮机压缩机的入口导叶的开度大于基准开度。于是，启动燃料电池时，燃气轮机压缩机能够吸入更多的空气，将压缩空气总量中的规定量送至燃烧器，并将剩余的压缩空气送至燃料电池。因此，此时燃烧器和涡轮机不会发生压缩空气不足，能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳走地启动。
[0013]根据本发明的发电系统，其特征在于，所述开关阀是可调节流量的控制阀，所述控制部实施如下控制，即在启动所述燃料电池时，将所述开关阀打开至小于全开状态的初始开度，同时将所述入口导叶的开度打开至大于所述燃气轮机正常运转时的规定开度。
[0014]因此，启动燃料电池时，通过将设置在第2压缩空气供应管线上的开关阀设为控制阀，仅需调节这一个控制阀的开度，即可调节供应至燃料电池的压缩空气的供应量，能够简化构造、降低成本。
[0015]根据本发明的发电系统，其特征在于，所述开关阀构成为:并列设置着打开时的通过流量较大的第I开关阀以及通过流量较小的第2开关阀，所述控制部实施如下控制，即在启动所述燃料电池时，将所述第I开关阀设为闭合状态，将所述第2开关阀设为打开状态，同时将所述入口导叶的开度打开至大于所述燃气轮机正常运转时的规定开度。
[0016]因此，通过将设置在第2压缩空气供应管线上的开关阀设为通过流量不同的2个开关阀，仅需打开第I开关阀和第2开关阀中的一个阀并关闭另一个阀，即可调节供应至燃料电池的压缩空气的供应量，能够简化流量控制、降低成本，并且能够迅速地切换流量控制。
[0017]根据本发明的发电系统，其特征在于，设有对利用所述压缩机压缩的压缩空气的压力进行检测的第I检测器，以及对所述第2压缩空气供应管线上所述开关阀的所述燃料电池侧的压力进行检测的第2检测器，所述控制部实施如下控制，即当由所述第2检测器检测出的第2压力达到由所述第I检测器检测出的第I压力后，增大所述开关阀的开度，同时将所述入口导叶的开度恢复至所述基准开度。
[0018]因此，通过在燃料电池侧的第2压力达到利用压缩机压缩的压缩空气的第I压力后，增大开关阀的开度，同时将入口导叶的开度恢复至基准开度，能够将供应至燃烧器的压缩空气的供应量维持固定。
[0019]根据本发明的发电系统，其特征在于，所述控制部实施如下控制，即随着由所述第2检测器检测出的第2压力接近由所述第I检测器检测出的第I压力，使所述入口导叶的开度向所述基准开度减小。
[0020]因此，通过随着燃料电池侧的第2压力接近利用压缩机压缩的压缩空气的第I压力，使入口导叶的开度向基准开度减小，能够逐渐降低供应至燃料电池侧的压缩空气的供应量，使第2压力高精度地达到第I压力，并且能够高精度地实施压缩空气的供应控制。
[0021]此外，本发明的发电系统中的燃料电池的启动方法，其特征在于，具有:将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气供应至燃气轮机燃烧器的工序；将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气的一部分供应至燃料电池的工序；使设置在所述燃气轮机压缩机的空气吸入口的入口导叶的开度大于预先设定的基准开度的工序；以及在所述燃料电池的压力达到利用所述燃气轮机压缩机压缩的压缩空气的压力后，增大所述开关阀的开度，同时将所述入口导叶的开度恢复至所述基准开度的工序。
[0022]因此，启动燃料电池时，燃烧器和涡轮机不会发生压缩空气不足，能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
[0023]此外，本发明的发电系统中，其特征在于，具有:燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；第I压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气供应至所述燃烧器；燃料电池，其具有空气极和燃料极；第2压缩空气供应管线，其将利用所述压缩机压缩的压缩空气的至少一部分供应至所述空气极；第I开关阀，其设置在所述第2压缩空气供应管线上；压缩空气供应部，其连接在所述第2压缩空气供应管线上所述第I开关阀的所述燃料电池侦h以及控制部，其在启动所述燃料电池时闭合所述第I开关阀，驱动所述压缩空气供应部。
[0024]因此，可设置能够与燃气轮机压缩机分开单独驱动的压缩空气供应部，在启动燃料电池时驱动压缩空气供应部。于是，启动燃料电池时，将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气全部送至燃烧器，将利用压缩空气供应部压缩的压缩空气全部送至燃料电池。因此，此时燃烧器和涡轮机不会发生压缩空气不足，能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
[0025]根据本发明的发电系统，其特征在于，所述压缩空气供应部具有:第3压缩空气供应管线，其一端部连接在所述第2压缩空气供应管线上所述第I开关阀的所述燃料电池侧；启动用压缩机，其连接在所述第3压缩空气供应管线的另一端部；以及第2开关阀，其设置在所述第3压缩空气供应管线上，所述控制部在启动所述燃料电池时，闭合所述第I开关阀，打开所述第2开关阀，同时驱动所述启动用压缩机。
[0026]因此，由于在启动燃料电池时，闭合第I开关阀，打开第2开关阀，同时驱动启动用压缩机，所以能够通过各不相同的压缩机将压缩空气送至燃烧器和燃料电池，以简单的结构适当地抑制燃气轮机中的空气不足。
[0027]根据本发明的发电系统，其特征在于，设有对利用所述压缩机压缩的压缩空气的压力检测的第I检测器，以及对所述第2压缩空气供应管线上所述第I开关阀的所述燃料电池侧的压力进行检测的第2检测器，所述控制部实施如下控制，即当由所述第2检测器检测出的第2压力达到由所述第I检测器检测出的第I压力后，停止驱动所述压缩空气供应部，同时打开所述第I开关阀。
[0028]因此，通过在燃料电池侧的第2压力达到利用压缩机压缩的压缩空气的第I压力后，停止对燃料电池侧供应压缩空气，能够仅将压缩空气供应部用于燃料电池的升压，因此能够实现小型化并降低成本。此外，不会对燃料电池实施不必要的加压。
[0029]此外，本发明的发电系统中的燃料电池的启动方法，其特征在于，具有:将利用燃气轮机压缩机压缩的压缩空气供应至燃气轮机燃烧器的工序；将利用压缩空气供应部压缩的压缩空气供应至燃料电池的空气极的工序；在所述空气极侧的压力达到利用所述燃气轮机压缩机压缩的压缩空气的压力后，停止通过所述压缩空气供应部对所述空气极供应压缩空气的工序；以及将利用所述燃气轮机压缩机压缩的压缩空气供应至所述燃料电池的空气极的工序。
[0030]因此，启动燃料电池时，燃烧器和涡轮机不会发生压缩空气不足，能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
[0031]发明效果
[0032]根据本发明的发电系统和发电系统中的燃料电池的启动方法，在启动燃料电池时，打开第2压缩空气供应管线的开关阀，同时使燃气轮机压缩机的入口导叶的开度大于基准开度，因此能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
[0033]此外，根据本发明的发电系统和发电系统中的燃料电池的启动方法，通过设置连接在燃料电池侧的压缩空气供应部，在启动燃料电池时驱动该压缩空气供应部，与燃气轮机分开独立供应压缩空气，因此能够抑制燃气轮机的空气不足，可稳定地启动。
【附图说明】
[0034]图1是示出本发明的实施例1所涉及的发电系统中的压缩空气的供应管线的概要图。
[0035]图2是示出实施例1的发电系统中对SOFC加压时的压缩空气的供应时间的时间图。
[0036]图3是示出实施例1的发电系统的概略结构图。
[0037]图4是示出本发明的实施例2所涉及的发电系统中的压缩空气的供应管线的概要图。
[0038]图5是示出实施例2的发电系统中对SOFC加压时的压缩空气的供应时间的时间图。
[0039]图6是示出本发明的实施例3所涉及的发电系统中的压缩空气的供应管线的概要图。
[0040]图7是示出实施例3的发电系统中启动SOFC时的压缩空气的供应时间的时间图。
[0041]图8是示出实施例4的发电系统的概略结构图。
【具体实施方式】
[0042]以下参照附图，详细说明本发明所涉及的发电系统和发电系统中的燃料电池的启动方法的优选实施例。需要说明的是，本发明并不限定于该实施例，另外，在存在多个实施例的情况下，也包括将各实施例加以组合而构成的实施例。
[0043]实施例1
[0044]实施例1的发电系统是由固体氧化物燃料电池(以下称为S0FC)、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成的三重联合循环(Triple Combined Cycle:注册商标)。该三重联合循环通过在燃气轮机联合循环发电(GTCC)的上游侧设置S0FC，能够通过S0FC、燃气轮机、蒸汽轮机这三个阶段进行发电，因此能够实现极高的发电效率。另外，在以下说明中，以本发明的燃料电池使用固体氧化物燃料电池为例进行说明，但并不限定于此