(57)【要約】【課題】発電システム及び発電システムにおける燃料電池の起動方法において、燃料電池の起動時におけるガスタービンでの空気不足を抑制して安定した起動を可能とする。【解決手段】圧縮機２１と燃焼器２２とタービン２３を有するガスタービン１１と、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気を燃焼器２２に供給する第１圧縮空気供給ライン２６と、空気極及び燃料極を有するＳＯＦＣ１３と、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気の少なくとも一部を空気極に供給する第２圧縮空気供給ライン３１と、第２圧縮空気供給ライン３１に設けられる制御弁３２と、第２圧縮空気供給ライン３１における制御弁３２よりもＳＯＦＣ１３側に接続される圧縮空気供給装置６１と、ＳＯＦＣ１３の起動時に制御弁３２を閉止して圧縮空気供給装置６１を駆動する制御装置６２とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、
前記圧縮機で圧縮した圧縮空気を前記燃焼器に供給する第１圧縮空気供給ラインと、
空気極及び燃料極を有する燃料電池と、
前記圧縮機で圧縮した圧縮空気の少なくとも一部を前記空気極に供給する第２圧縮空気供給ラインと、
前記第２圧縮空気供給ラインに設けられる第１開閉弁と、
前記第２圧縮空気供給ラインにおける前記第１開閉弁よりも前記燃料電池側に接続される圧縮空気供給部と、
前記燃料電池の起動時に前記第１開閉弁を閉止して前記圧縮空気供給部を駆動する制御部と、
を有することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記圧縮空気供給部は、一端部が前記第２圧縮空気供給ラインにおける前記第１開閉弁よりも前記燃料電池に接続される第３圧縮空気供給ラインと、前記第３圧縮空気供給ラインの他端部に接続される起動用圧縮機と、前記第３圧縮空気供給ラインに設けられる第２開閉弁とを有し、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記第１開閉弁を閉止して前記第２開閉弁を開放すると共に前記起動用圧縮機を駆動することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記圧縮機で圧縮した圧縮空気の圧力を検出する第１検出器と、前記第２圧縮空気供給ラインにおける前記第１開閉弁よりも前記燃料電池側の圧力を検出する第２検出器とが設けられ、前記制御部は、前記第２検出器により検出された第２圧力が前記第１検出器により検出された第１圧力に到達したら、前記圧縮空気供給部の駆動を停止すると共に、前記第１開閉弁を開放することを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項４】
ガスタービン圧縮機で圧縮した圧縮空気をガスタービン燃焼器に供給する工程と、
圧縮空気供給部で圧縮した圧縮空気を燃料電池の空気極に供給する工程と、
前記空気極側の圧力が前記ガスタービン圧縮機で圧縮した圧縮空気の圧力に到達したら前記圧縮空気供給部による前記空気極への圧縮空気の供給を停止する工程と、
前記ガスタービン圧縮機で圧縮した圧縮空気を前記燃料電池の空気極に供給する工程と、
を有することを特徴とする発電システムにおける燃料電池の起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電システム及び発電システムにおける燃料電池の起動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：以下ＳＯＦＣ）は、用途の広い高効率な燃料電池として知られている。このＳＯＦＣは、イオン伝導率を高めるために作動温度が高くされているので、ガスタービンの圧縮機から吐出された空気を空気極側に供給する空気（酸化剤）として使用することができる。また、ＳＯＦＣは、利用できなかった高温の燃料をガスタービンの燃焼器に燃料として使用することができる。
【０００３】
このため、例えば、下記特許文献１に記載されるように、高効率発電を達成することができる発電システムとして、ＳＯＦＣとガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたものが各種提案されている。この特許文献１に記載されたコンバインドシステムは、ＳＯＦＣと、このＳＯＦＣから排出された排燃料ガスと排出空気とを燃焼するガスタービン燃焼器と、空気を圧縮してＳＯＦＣに供給する圧縮機を有するガスタービンとを設けたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０５９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の発電システムにて、ＳＯＦＣを起動するとき、ガスタービンの圧縮機で圧縮した空気の一部をＳＯＦＣに供給することで、このＳＯＦＣを加圧する。この場合、ＳＯＦＣに供給した圧縮空気は、ＳＯＦＣを加圧するために用いられることから、ガスタービンの燃焼器には戻されない。そのため、燃焼器では、燃焼用空気が不足して燃焼ガスが高温となったり、燃焼器やタービンでは、冷却用空気が不足して十分な冷却が困難となったりする。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、燃料電池の起動時におけるガスタービンでの空気不足を抑制して安定した起動を可能とする発電システム及び発電システムにおける燃料電池の起動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の発電システムは、圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、前記圧縮機で圧縮した圧縮空気を前記燃焼器に供給する第１圧縮空気供給ラインと、空気極及び燃料極を有する燃料電池と、前記圧縮機で圧縮した圧縮空気の少なくとも一部を前記空気極に供給する第２圧縮空気供給ラインと、前記第２圧縮空気供給ラインに設けられる第１開閉弁と、前記第２圧縮空気供給ラインにおける前記第１開閉弁よりも前記燃料電池側に接続される圧縮空気供給部と、前記燃料電池の起動時に前記第１開閉弁を閉止して前記圧縮空気供給部を駆動する制御部と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
従って、ガスタービン圧縮機とは別に単独駆動が可能な圧縮空気供給部を設け、燃料電池の起動時に圧縮空気供給部を駆動するようにしている。すると、燃料電池の起動時、ガスタービン圧縮機で圧縮された圧縮空気の全量が燃焼器に送られ、圧縮空気供給部で圧縮された圧縮空気の全量が燃料電池に送られる。そのため、このときに燃焼器やタービンで圧縮空気が不足することがなく、ガスタービンでの空気不足を抑制して安定した起動を可能とすることができる。
【０００９】
本発明の発電システムでは、前記圧縮空気供給部は、一端部が前記第２圧縮空気供給ラインにおける前記第１開閉弁よりも前記燃料電池に接続される第３圧縮空気供給ラインと、前記第３圧縮空気供給ラインの他端部に接続される起動用圧縮機と、前記第３圧縮空気供給ラインに設けられる第２開閉弁とを有し、前記制御部は、前記燃料電池の起動時に、前記第１開閉弁を閉止して前記第２開閉弁を開放すると共に前記起動用圧縮機を駆動することを特徴としている。
【００１０】
従って、燃料電池の起動時、第１開閉弁を閉止して第２開閉弁を開放すると共に起動用圧縮機を駆動するため、燃焼器と燃料電池に対して、それぞれ別の圧縮機から圧縮空気が送られることとなり、簡単な構成でガスタービンにおける空気不足を適正に抑制することができる。
【００１１】
本発明の発電システムでは、前記圧縮機で圧縮した圧縮空気の圧力を検出する第１検出器と、前記第２圧縮空気供給ラインにおける前記第１開閉弁よりも前記燃料電池側の圧力を検出する第２検出器とが設けられ、前記制御部は、前記第２検出器により検出された第２圧力が前記第１検出器により検出された第１圧力に到達したら、前記圧縮空気供給部の駆動を停止すると共に、前記第１開閉弁を開放することを特徴としている。
【００１２】
従って、燃料電池側の第２圧力が圧縮機で圧縮した圧縮空気の第１圧力に到達したら、燃料電池側への圧縮空気の供給を停止することで、圧縮空気供給部を燃料電池の昇圧用だけに用いることで、小型化及び低コスト化を可能とすることができる。また、不必要に燃料電池を加圧してしまうことがない。
【００１３】
また、本発明の発電システムにおける燃料電池の起動方法は、ガスタービン圧縮機で圧縮した圧縮空気をガスタービン燃焼器に供給する工程と、圧縮空気供給部で圧縮した圧縮空気を燃料電池の空気極に供給する工程と、前記空気極側の圧力が前記ガスタービン圧縮機で圧縮した圧縮空気の圧力に到達したら前記圧縮空気供給部による前記空気極への圧縮空気の供給を停止する工程と、前記ガスタービン圧縮機で圧縮した圧縮空気を前記燃料電池の空気極に供給する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
従って、燃料電池の起動時、燃焼器やタービンで圧縮空気が不足することがなく、ガスタービンでの空気不足を抑制して安定した起動を可能とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の発電システム及び発電システムにおける燃料電池の起動方法によれば、燃料電池側に接続する圧縮空気供給部を設け、燃料電池の起動時にこの圧縮空気供給部を駆動してガスタービンとは独立して圧縮空気を供給するので、ガスタービンでの空気不足を抑制して安定した起動を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る発電システムにおける圧縮空気の供給ラインを表す概略図である。
【図２】図２は、本実施例の発電システムにおけるＳＯＦＣの起動時における圧縮空気の供給タイミングを表すタイムチャートである。
【図３】図３は、本実施例の発電システムを表す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る発電システム及び発電システムにおける燃料電池の起動方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例】
【００１８】
本実施例の発電システムは、固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと称する。）とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたトリプルコンバインドサイクルシステム（登録商標）である。このトリプルコンバインドサイクルシステムは、ガスタービンコンバインドサイクル発電（ＧＴＣＣ）の上流側にＳＯＦＣを設置することにより、ＳＯＦＣ、ガスタービン、蒸気タービンの３段階で電気を取り出すことができるため、極めて高い発電効率を実現することができる。なお、以下の説明では、本発明の燃料電池として固体酸化物形燃料電池を適用して説明するが、この形式の燃料電池に限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の一実施例に係る発電システムにおける圧縮空気の供給ラインを表す概略図、図２は、本実施例の発電システムにおけるＳＯＦＣの起動時における圧縮空気の供給タイミングを表すタイムチャート、図３は、本実施例の発電システムを表す概略構成図である。
【００２０】
本実施例において、図３に示すように、発電システム１０は、ガスタービン１１及び発電機１２と、ＳＯＦＣ１３と、蒸気タービン１４及び発電機１５とを有している。この発電システム１０は、ガスタービン１１による発電と、ＳＯＦＣ１３による発電と、蒸気タービン１４による発電とを組み合わせることで、高い発電効率を得るように構成したものである。
【００２１】
ガスタービン１１は、圧縮機２１、燃焼器２２、タービン２３を有しており、圧縮機２１とタービン２３は、回転軸２４により一体回転可能に連結されている。圧縮機２１は、空気取り込みライン２５から取り込んだ空気Ａを圧縮する。燃焼器２２は、圧縮機２１から第１圧縮空気供給ライン２６を通して供給された圧縮空気Ａ１と、第１燃料ガス供給ライン２７から供給された燃料ガスＬ１とを混合して燃焼する。タービン２３は、燃焼器２２から排ガス供給ライン２８を通して供給された排ガス（燃焼ガス）Ｇにより回転する。なお、図示しないが、タービン２３は、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気Ａ１が車室を通して供給され、この圧縮空気Ａ１を冷却空気として翼などを冷却する。発電機１２は、タービン２３と同軸上に設けられており、タービン２３が回転することで発電することができる。なお、ここでは、燃焼器２２に供給する燃料ガスＬ１として、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）を用いている。
【００２２】
ＳＯＦＣ１３は、還元剤としての高温の燃料ガスと酸化剤としての高温の空気（酸化性ガス）が供給されることで、所定の作動温度にて反応して発電を行うものである。このＳＯＦＣ１３は、圧力容器内に空気極と固体電解質と燃料極が収容されて構成される。空気極に圧縮機２１で圧縮された一部の圧縮空気Ａ２が供給され、燃料極に燃料ガスが供給されることで発電を行う。なお、ここでは、ＳＯＦＣ１３に供給する燃料ガスＬ２として、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素ガス、石炭など炭素質原料のガス化設備により製造したガスを用いている。また、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化性ガスは、酸素を略１５％〜３０％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である（以下、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化性ガスを空気という）。
【００２３】
このＳＯＦＣ１３は、第１圧縮空気供給ライン２６から分岐した第２圧縮空気供給ライン３１が連結され、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２を空気極の導入部に供給することができる。この第２圧縮空気供給ライン３１は、供給する空気量を調整可能な制御弁３２と、圧縮空気Ａ２を昇圧可能なブロワ（昇圧機）３３が空気の流れ方向に沿って設けられている。制御弁３２は、第２圧縮空気供給ライン３１における空気の流れ方向の上流側に設けられ、ブロワ３３は、制御弁３２の下流側に設けられている。ＳＯＦＣ１３は、空気極で用いられた排空気Ａ３を排出する排空気ライン３４が連結されている。この排空気ライン３４は、空気極で用いられた排空気Ａ３を外部に排出する排出ライン３５と、燃焼器２２に連結される圧縮空気循環ライン３６とに分岐される。排出ライン３５は、排出する空気量を調整可能な制御弁３７が設けられ、圧縮空気循環ライン３６は、循環する空気量を調整可能な制御弁３８が設けられている。
【００２４】
また、ＳＯＦＣ１３は、燃料ガスＬ２を燃料極の導入部に供給する第２燃料ガス供給ライン４１が設けられている。第２燃料ガス供給ライン４１は、供給する燃料ガス量を調整可能な制御弁４２が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、燃料極で用いられた排燃料ガスＬ３を排出する排燃料ライン４３が連結されている。この排燃料ライン４３は、外部に排出する排出ライン４４と、燃焼器２２に連結される排燃料ガス供給ライン４５とに分岐される。排出ライン４４は、排出する燃料ガス量を調整可能な制御弁４６が設けられ、排燃料ガス供給ライン４５は、供給する燃料ガス量を調整可能な制御弁４７と、燃料を昇圧可能なブロワ４８が燃料ガスＬ３の流れ方向に沿って設けられている。制御弁４７は、排燃料ガス供給ライン４５における燃料ガスＬ３の流れ方向の上流側に設けられ、ブロワ４８は、制御弁４７の下流側に設けられている。
【００２５】
また、ＳＯＦＣ１３は、排燃料ライン４３と第２燃料ガス供給ライン４１とを連結する燃料ガス再循環ライン４９が設けられている。燃料ガス再循環ライン４９は、排燃料ライン４３の排燃料ガスＬ３を第２燃料ガス供給ライン４１に再循環する再循環ブロワ５０が設けられている。
【００２６】
蒸気タービン１４は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）５１で生成された蒸気によりタービン５２を回転するものである。この排熱回収ボイラ５１は、ガスタービン１１（タービン２３）からの排ガスライン５３が連結されており、空気と高温の排ガスＧとの間で熱交換を行うことで、蒸気Ｓを生成する。蒸気タービン１４（タービン５２）は、排熱回収ボイラ５１との間に蒸気供給ライン５４と給水ライン５５が設けられている。そして、給水ライン５５は、復水器５６と給水ポンプ５７が設けられている。発電機１５は、タービン５２と同軸上に設けられており、タービン５２が回転することで発電することができる。なお、排熱回収ボイラ５１で熱が回収された排ガスは、有害物質を除去されてから大気へ放出される。
【００２７】
ここで、本実施例の発電システム１０の作動について説明する。発電システム１０を起動する場合、ガスタービン１１、蒸気タービン１４、ＳＯＦＣ１３の順に起動する。
【００２８】
まず、ガスタービン１１にて、圧縮機２１が空気Ａを圧縮し、燃焼器２２が圧縮空気Ａ１と燃料ガスＬ１とを混合して燃焼し、タービン２３が排ガスＧにより回転することで、発電機１２が発電を開始する。次に、蒸気タービン１４にて、排熱回収ボイラ５１により生成された蒸気Ｓによりタービン５２が回転し、これにより発電機１５が発電を開始する。
【００２９】
続いて、ＳＯＦＣ１３では、まず、圧縮空気供給装置６１により圧縮空気Ａ２を供給して昇圧を開始する。排出ライン３５の制御弁３７と圧縮空気循環ライン３６の制御弁３８を閉止し、第２圧縮空気供給ライン３１のブロワ３３を停止した状態で、制御弁３２を閉止する。そして、圧縮空気供給装置６１を駆動すると共に制御弁６５を開放すると、この圧縮空気供給装置６１で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２が第２圧縮空気供給ライン３１からＳＯＦＣ１３側へ供給される。これにより、ＳＯＦＣ１３側は、圧縮空気Ａ２が供給されることで圧力が上昇する。
【００３０】
一方、ＳＯＦＣ１３では、燃料極側に燃料ガスＬ２を供給して昇圧を開始する。排出ライン４４の制御弁４６と排燃料ガス供給ライン４５の制御弁４７を閉止し、ブロワ４８を停止した状態で、第２燃料ガス供給ライン４１の制御弁４２を開放すると共に、燃料ガス再循環ライン４９の再循環ブロワ５０を駆動する。すると、燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１からＳＯＦＣ１３側へ供給されると共に、排燃料ガスＬ３が燃料ガス再循環ライン４９により再循環する。これにより、ＳＯＦＣ１３側は、燃料ガスＬ２が供給されることで圧力が上昇する。
【００３１】
そして、ＳＯＦＣ１３の空気極側の圧力が圧縮機２１の出口圧力になると、制御弁３２を開放すると共に、制御弁６５を閉止し、ブロワ３３を駆動する。それと同時に制御弁３７を開放してＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３を排出ライン３５から排出する。すると、圧縮空気Ａ２がブロワ３３によりＳＯＦＣ１３側へ供給される。それと同時に制御弁４６を開放してＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３を排出ライン４４から排出する。そして、ＳＯＦＣ１３における空気極側の圧力と燃料極側の圧力が目標圧力に到達すると、ＳＯＦＣ１３の昇圧が完了する。
【００３２】
その後、ＳＯＦＣ１３の反応（発電）が安定し、排空気Ａ３と排燃料ガスＬ３の成分が安定したら、制御弁３７を閉止する一方、制御弁３８を開放する。すると、ＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３が圧縮空気循環ライン３６から燃焼器２２に供給される。また、制御弁４６を閉止する一方、制御弁４７を開放してブロワ４８を駆動する。すると、ＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３が排燃料ガス供給ライン４５から燃焼器２２に供給される。このとき、第１燃料ガス供給ライン２７から燃焼器２２に供給される燃料ガスＬ１を減量する。
【００３３】
ここで、ガスタービン１１の駆動による発電機１２での発電、ＳＯＦＣ１３での発電、蒸気タービン１４の駆動により発電機１５での発電が全て行われることとなり、発電システム１０が定常運転となる。
【００３４】
ところで、一般的な発電システムでは、ＳＯＦＣ１３を起動するとき、ガスタービン１１の圧縮機２１で圧縮した空気の一部を第２圧縮空気供給ライン３１からＳＯＦＣ１３に供給することで昇圧している。すると、ガスタービン１１では、燃焼器２２に供給される圧縮空気やタービン２３に送られる冷却空気が不足してしまうおそれがある。
【００３５】
そこで、本実施例の発電システム１０では、第２圧縮空気供給ライン３１における制御弁（第１開閉弁）３２よりもＳＯＦＣ１３側に接続される圧縮空気供給装置（圧縮空気供給部）６１を設け、制御装置（制御部）６２は、ＳＯＦＣ１３の起動時にこの制御弁３２を閉止して圧縮空気供給装置６１を駆動するようにしている。
【００３６】
即ち、ガスタービン１１の圧縮機２１とは別に、単独駆動が可能な圧縮空気供給装置６１を設け、ＳＯＦＣ１３の起動時にこの圧縮空気供給装置６１を駆動する。すると、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気の全量が燃焼器２２やタービン２３に送られ、圧縮空気供給装置６１で圧縮された圧縮空気の全量がＳＯＦＣ１３に送られる。そのため、ガスタービン１１での空気不足を抑制することができる。
【００３７】
詳細に説明すると、図１に示すように、圧縮空気供給装置６１は、第３圧縮空気供給ライン６３と、起動用圧縮機６４と、制御弁（第２開閉弁）６５とを有している。第３圧縮空気供給ライン６３は、一端部が第２圧縮空気供給ライン３１における制御弁３２とブロワ３３との間、つまり、第２圧縮空気供給ライン３１における制御弁３２よりも圧縮空気Ａ２の流れ方向の下流側に接続されている。起動用圧縮機６４は、駆動モータ６６により駆動可能であり、第３圧縮空気供給ライン６３の他端部に接続されている。制御弁６５は、第３圧縮空気供給ライン６３に設けられている。
【００３８】
制御装置６２は、少なくとも、制御弁３２と制御弁６５の開度を調整可能であると共に、駆動モータ６６による起動用圧縮機６４とブロワ３３の駆動及び停止を制御可能となっている。そのため、制御装置６２は、ＳＯＦＣ１３の起動時に、制御弁３２を閉止し、制御弁６５を開放すると共に駆動モータ６６を駆動して起動用圧縮機６４を始動する。
【００３９】
また、第１検出器６７が第１圧縮空気供給ライン２６に設けられている。この第１検出器６７は、ガスタービン１１の圧縮機２１で圧縮した圧縮空気の第１圧力を検出する。また、第２検出器６８がＳＯＦＣ１３に設けられている。この第２検出器６８は、ＳＯＦＣ１３の空気極、つまり、第２圧縮空気供給ライン３１における制御弁３２よりもＳＯＦＣ１３側の第２圧力を検出する。各検出器６７，６８は、検出した第１圧力と第２圧力を制御装置６２に出力する。
【００４０】
そして、制御装置６２は、第２検出器６８により検出された第２圧力が第１検出器６７により検出された第１圧力に到達したら、圧縮空気供給装置６１の駆動を停止する。即ち、第２圧力が第１圧力に到達したら、駆動モータ６６の駆動を停止して起動用圧縮機６４を停止すると共に、制御弁６５を閉止する。これと同時に、制御装置６２は、制御弁３２を開放する。
【００４１】
ここで、上述した本実施例の発電システム１０におけるＳＯＦＣ１３の起動方法について説明する。
【００４２】
本実施例の発電システム１０におけるＳＯＦＣ１３の起動方法は、ガスタービン１１の圧縮機２１で圧縮した圧縮空気を燃焼器２２に供給する工程と、圧縮空気供給装置６１で圧縮した圧縮空気をＳＯＦＣ１３の空気極に供給する工程と、空気極側の圧力が圧縮機２１で圧縮した圧縮空気の圧力に到達したら圧縮空気供給装置６１による空気極への圧縮空気の供給を停止する工程と、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気の一部をＳＯＦＣ１３の空気極に供給する工程とを有している。
【００４３】
即ち、図２に示すように、時間ｔ１にて、ガスタービン１１が起動し、所定時間の経過後にガスタービン１１による発電が開始されると、時間ｔ２にて、ＳＯＦＣ１３を起動する。この場合、ガスタービン１１は、低負荷運転状態であってもよいし、定格運転状態であってもよい。この時間ｔ２にて、制御弁３２の閉止状態を維持したままで、制御弁６５を開放すると共に、駆動モータ６６により起動用圧縮機６４を駆動する。すると、ガスタービン１１では、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気Ａ１がＳＯＦＣ１３側に流れずに、全量が燃焼器２２やタービン２３に流れることから、圧縮機２１の出口圧力（第１圧力）は低下せずに所定圧力が維持される。一方、ＳＯＦＣ１３では、起動用圧縮機６４で圧縮した圧縮空気Ａ４が第３圧縮空気供給ライン６３及び第２圧縮空気供給ライン３１を通ってＳＯＦＣ１３に流れることから、ＳＯＦＣ１３の圧力（第２圧力）が徐々に高くなる。
【００４４】
そして、時間ｔ３にて、第２圧力が第１圧力に到達したら、駆動モータ６６により起動用圧縮機６４を停止すると共に、制御弁６５を閉止し、同時に、制御弁３２を開放する。
【００４５】
すると、圧縮空気供給装置６１によるＳＯＦＣ１３の昇圧が終了し、制御弁３２を全開にすると共にブロワ３３を駆動する。すると、ＳＯＦＣ１３の空気極側は、圧力が更に上昇し、目標圧力まで昇圧される。
【００４６】
このように本実施例の発電システムにあっては、圧縮機２１と燃焼器２２とタービン２３を有するガスタービン１１と、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気を燃焼器２２に供給する第１圧縮空気供給ライン２６と、空気極及び燃料極を有するＳＯＦＣ１３と、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気の少なくとも一部を空気極に供給する第２圧縮空気供給ライン３１と、第２圧縮空気供給ラインに設けられる制御弁３２と、第２圧縮空気供給ライン３１における制御弁３２よりもＳＯＦＣ１３側に接続される圧縮空気供給装置６１と、ＳＯＦＣ１３の起動時に制御弁３２を閉止して圧縮空気供給装置６１を駆動する制御装置６２とを設けている。
【００４７】
従って、ガスタービン１１の圧縮機２１とは別に圧縮空気供給装置６１を設け、ＳＯＦＣ１３の起動時に圧縮空気供給装置６１を駆動するようにしている。すると、ＳＯＦＣ１３の起動時、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気の全量が燃焼器２２やタービン２３に送られ、圧縮空気供給装置６１で圧縮された圧縮空気の全量がＳＯＦＣ１３に送られる。そのため、このときに燃焼器２２やタービン２３で圧縮空気が不足することがなく、燃焼器２２での異常燃焼やタービン２３での冷却不足を抑制することができる。その結果、ガスタービン１１での空気不足を抑制し、ガスタービン１１を安定して運転しつつ、ＳＯＦＣ１３を起動することができる。
【００４８】
本実施例の発電システムでは、圧縮空気供給装置６１として、一端部が第２圧縮空気供給ライン３１における制御弁３２とブロワ３３との間に接続される第３圧縮空気供給ライン６３と、第３圧縮空気供給ライン６３の他端部に接続される起動用圧縮機６４と、第３圧縮空気供給ライン６３に設けられる制御弁６５とを設け、制御装置６２は、ＳＯＦＣ１３の起動時に、制御弁３２を閉止して制御弁６５を開放している。従って、燃焼器２２とＳＯＦＣ１３に対して、それぞれ別の圧縮機２１，６４から圧縮空気が送られることとなり、簡単な構成でガスタービン１１における空気不足を適正に抑制することができる。
【００４９】
本実施例の発電システムでは、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気の第１圧力を検出する第１検出器６７と、ＳＯＦＣ１３の第２圧力を検出する第２検出器６８とを設け、制御装置６２は、第２圧力が第１圧力に到達したら、圧縮空気供給装置６１の駆動を停止すると共に、制御弁３２を開放している。従って、圧縮空気供給装置６１をＳＯＦＣ１３の昇圧用だけに用いることで、この圧縮空気供給装置６１の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００５０】
本実施例の発電システムでは、上述したように、ガスタービン１１の圧縮機２１とは別に単独駆動が可能な圧縮空気供給装置６１を設けていることから、ガスタービン１１を起動する前から圧縮空気供給装置６１によりＳＯＦＣ１３に空気を供給して昇圧することができる。そのため、ガスタービン１１の起動にかかわらず、事前にＳＯＦＣ１３を昇圧することで、発電システム１０の早期の起動を可能とすることができる。
【００５１】
また、本実施例の発電システムにおける固体酸化物形燃料電池の起動方法にあっては、ガスタービン１１の圧縮機２１で圧縮した圧縮空気を燃焼器２２に供給する工程と、圧縮空気供給装置６１で圧縮した圧縮空気をＳＯＦＣ１３の空気極に供給する工程と、空気極側の圧力が圧縮機２１で圧縮した圧縮空気の圧力に到達したら圧縮空気供給装置６１による空気極への圧縮空気の供給を停止する工程と、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気の一部をＳＯＦＣ１３の空気極に供給する工程とを有している。
【００５２】
従って、ＳＯＦＣ１３の起動時、燃焼器２２やタービン２３で圧縮空気が不足することがなく、ガスタービン１１での空気不足を抑制し、ガスタービン１１を安定して運転しつつ、ＳＯＦＣ１３を安定して起動することができる。なお、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気の一部をＳＯＦＣ１３の空気極に供給するように構成したが、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気の全部をＳＯＦＣ１３の空気極に供給するようにしてもよい。
【００５３】
なお、上述した実施例にて、本発明の第１開閉弁及び第２開閉弁を流量調整可能な制御弁３２，６５としたが、流量調整不能な遮断弁であってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０  発電システム
１１  ガスタービン
１２  発電機
１３  固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）
１４  蒸気タービン
１５  発電機
２１  圧縮機
２２  燃焼器
２３  タービン
２６  第１圧縮空気供給ライン
２７  第１燃料ガス供給ライン
３１  第２圧縮空気供給ライン
３２  制御弁（第１開閉弁）
３３  ブロワ
３４  排空気ライン
３６  圧縮空気循環ライン
４１  第２燃料ガス供給ライン
４２  制御弁
４３  排燃料ライン
４５  排燃料ガス供給ライン
４９  燃料ガス再循環ライン
６１  圧縮空気供給装置（圧縮空気供給部）
６２  制御装置（制御部）
６３  第３圧縮空気供給ライン
６４  起動用圧縮機
６５  制御弁（第２開閉弁）
６７  第１検出器
６８  第２検出器
【図１】
2014089933.tif 000003
【図２】
2014089933.tif 000004
【図３】
2014089933.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月25日(2013.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本実施例の発電システムは、固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと称する。）とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたトリプルコンバインドサイクル（Ｔｒｉｐｌｅ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｃｙｃｌｅ：登録商標）である。このトリプルコンバインドサイクルは、ガスタービンコンバインドサイクル発電（ＧＴＣＣ）の上流側にＳＯＦＣを設置することにより、ＳＯＦＣ、ガスタービン、蒸気タービンの３段階で電気を取り出すことができるため、極めて高い発電効率を実現することができる。なお、以下の説明では、本発明の燃料電池として固体酸化物形燃料電池を適用して説明するが、この形式の燃料電池に限定されるものではない。