(57)【要約】【課題】  燃料電池設備における反応状態や複合発電システム全体に対する負荷変動などにかかわらず、ガスタービンの燃焼器入口における燃料ガスの発熱量を一定に保つことにより、安定した発電を実現する。【解決手段】  燃料電池設備１と、燃料電池設備１から出力された燃料ガスが燃料ガス流路Ｇ４を介してその燃焼器２１へと供給されるガスタービン設備２とを備える複合発電システムであって、当該システム内にて精製された可燃性ガスを燃料ガス流路Ｇ４に供給する可燃性ガスバイパス流路Ｇ３と、ガスタービン２２の燃焼器２１の入口における発熱量を一定にするように、可燃性ガスバイパス流路Ｇ３から供給される可燃性ガス量を制御する制御装置５０とを具備する複合発電システムを提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池設備又は燃料併産装置と、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置から出力された燃料ガスが燃料ガス流路を介してその燃焼器へと供給されるガスタービンとを備える複合発電システムであって、
当該システム内にて精製された可燃性ガスを前記燃料ガス流路に供給する可燃性ガス供給手段と、
前記ガスタービンの燃焼器入口における発熱量を一定にするように、前記可燃性ガス供給手段から供給される前記可燃性ガス量を制御する制御手段と
を具備する複合発電システム。
【請求項２】
前記可燃性ガス供給手段は、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置に対して供給する燃料ガスを精製する脱硫設備又は脱塵設備から出力される燃料ガスの一部を前記燃料ガス流路に供給する請求項１に記載の複合発電システム。
【請求項３】
燃料電池設備又は燃料併産装置と、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置から出力された燃料ガスが燃料ガス流路を介してその燃焼器へと供給されるガスタービンとを備える複合発電システムであって、
当該システム内にて精製された窒素ガスを前記燃料ガス流路に供給する窒素ガス供給手段と、
前記ガスタービンの燃焼器入口における発熱量を一定にするように、前記窒素ガス供給手段から供給される前記窒素ガス量を制御する制御手段と
を具備する複合発電システム。
【請求項４】
前記窒素ガス供給手段は、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置へ供給される窒素ガスの一部を前記燃料ガス流路に供給する請求項３に記載の複合発電システム。
【請求項５】
燃料電池設備又は燃料併産装置と、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置から出力された燃料ガスが燃料ガス流路を介してその燃焼器へと供給されるガスタービンとを備える複合発電システムであって、
当該システム内にて精製された可燃性ガスを前記燃料ガス流路に供給する可燃性ガス供給手段と、
当該システム内にて精製された窒素ガスを前記燃料ガス流路に供給する窒素ガス供給手段と、
前記ガスタービンの燃焼器における発熱量を一定にするように、前記可燃性ガス供給手段から供給される前記可燃性ガス量及び前記窒素ガス供給手段から供給される前記窒素ガス量を制御する制御手段と
を具備する複合発電システム。
【請求項６】
前記可燃性ガス供給手段及び前記窒素ガス供給手段は、三方弁を介して前記燃料ガス流路に接続されている請求項５に記載の複合発電システム。
【請求項７】
前記制御手段は、ガスタービンの燃焼器入口における目標発熱量から前記燃焼器入口における実際の発熱量を減算した値に基づいて、前記可燃性ガスの供給量及び前記窒素ガスの供給量を決定し、その供給量に応じて前記三方弁の開度を調節する請求項６に記載の複合発電システム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記燃料電池設備における発電量を外乱として、前記可燃性ガスの供給量及び前記窒素ガスの供給量の算出過程に反映させる請求項７に記載の複合発電システム。
【請求項９】
燃料電池設備又は燃料併産装置と、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置から出力された燃料ガスが燃料ガス流路を介してその燃焼器へと供給されるガスタービンとを備える複合発電システムの燃料ガス発熱量制御方法であって、
前記ガスタービンの燃焼器入口における発熱量を一定にするように、前記複合発電システム内にて精製された可燃性ガス及び／又は前記複合発電システム内にて精製された窒素ガスを前記燃料ガス流路に供給する燃料ガス発熱量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池設備を備えた複合発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、燃料電池設備をガスタービン設備や蒸気タービン設備などと組み合わせたガス化複合発電プラント（ＩＧＣＣ；Integrated Gasification Combined Cycle）が、その高い発電効率、環境適合性などの面から注目を集めており、開発・研究が進められている。
このようなＩＧＣＣとして、例えば、特開２００３−３６８７２号公報（特許文献１）には、既存の発電プラントをそのまま利用して、燃料電池との複合発電を構成することが可能な複合発電システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３６８７２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１にも示されるように、一般的に、燃料電池設備を組み込んだＩＧＣＣでは、燃料電池設備が、ガスタービン設備や蒸気タービン設備の燃料ガス流路の上流側に設置される。この燃料電池設備から出力される未反応燃料ガスや未反応空気などは、下流側に設置されているガスタービン設備などへ供給され、ここで燃焼される。このように、燃料電池設備を組み込んだＩＧＣＣでは、燃料ガスを余すことなく効果的に利用して、高い発電効率を得ることができる。
【０００４】
ところで、このような構成からなるＩＧＣＣでは、システム全体に対して負荷変動を与えると、ガスタービンの燃焼器入口における燃料ガスの発熱量変動を発生させる外乱となり、ガスタービン設備にて、安定した発電量を得ることができないという問題があった。
また、ガスタービンに供給される燃料ガスの発熱量は、上流のガス化炉運転状態はもとより、燃料電池の発電(反応)状態にも依存するため、燃料電池の反応状態の変動がガスタービンの運転に対して外乱になるおそれがあり、ガスタービンによる発電の安定性を妨げるという問題も生じていた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ガスタービンの燃焼器入口における燃料ガスの発熱量を一定に保つことにより、安定した発電を実現できる複合発電システム及び燃料ガス発熱量制御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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
燃料電池設備又は燃料併産装置と、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置から出力された燃料ガスが燃料ガス流路を介してその燃焼器へと供給されるガスタービンとを備える複合発電システムであって、当該システム内にて精製された可燃性ガスを前記燃料ガス流路に供給する可燃性ガス供給手段と、前記ガスタービンの燃焼器入口における発熱量を一定にするように、前記可燃性ガス供給手段から供給される前記可燃性ガス量を制御する制御手段とを具備する複合発電システムを提供する。
【０００７】
燃料電池の反応後における燃料ガスは、燃料ガス流路を経由して、ガスタービンの燃焼器へ導かれる。このとき、例えば、燃料電池における反応量が多ければ、燃料電池から出力される燃料ガスのカロリーは比較的低いものとなり、ガスタービンの燃料器に供給される発熱量は低くなる。
本発明によれば、燃料電池から出力される燃料ガスカロリーが低下しても、可燃性ガス供給手段が可燃性ガスを燃料ガス流路に供給するので、燃料電池から出力された燃料ガスのガスカロリーを増加させることが可能となる。これにより、ガスタービンの燃焼器入口における発熱量を一定に保つことができる。
可燃性ガス供給手段は、外部からではなく、当該システム内にて精製された可燃性ガスを供給するので、１つの独立したシステムとして運用することが可能となる。
前記燃料併産装置は、例えば、メタンを取り出す装置である。
上記可燃性ガスは、燃料電池から出力される燃料ガスのガスカロリーより高いガスカロリーを有している。
【０００８】
本発明の複合発電システムにおいて、前記可燃性ガス供給手段は、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置に対して供給する燃料ガスを精製する脱硫設備又は脱塵設備から出力される燃料ガスの一部を前記燃料ガス流路に供給することが好ましい。
特に、燃料ガス流路において、脱硫設備の上流側に設けられる脱塵装置から出力される燃料ガスの一部を燃料ガス流路に供給することにすれば、脱硫設備において処理されるガス量を低減させることができ、脱硫に使用される触媒などの低減によりコスト削減を図ることが可能となる。
【０００９】
本発明は、燃料電池設備又は燃料併産装置と、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置から出力された燃料ガスが燃料ガス流路を介してその燃焼器へと供給されるガスタービンとを備える複合発電システムであって、当該システム内にて精製された窒素ガスを前記燃料ガス流路に供給する窒素ガス供給手段と、前記ガスタービンの燃焼器入口における発熱量を一定にするように、前記窒素ガス供給手段から供給される前記窒素ガス量を制御する制御手段とを具備する複合発電システムを提供する。
【００１０】
燃料電池の反応後における燃料ガスは、燃料ガス流路を経由して、ガスタービンの燃焼器へ導かれる。このとき、燃料電池における反応量が少なければ、燃料電池から出力される燃料ガスのカロリーは比較的高いものとなり、ガスタービンの燃料器における発熱量は高くなる。
本発明によれば、燃料電池から出力される燃料ガスカロリーが上昇しても、窒素ガス供給手段が窒素ガスを燃料ガス流路に供給するので、燃料電池から出力された燃料ガスのガスカロリーを低下させることが可能となる。これにより、ガスタービンの燃焼器入口における発熱量を一定に保つことができる。
【００１１】
このような複合発電システムにおいて、前記窒素ガス供給手段は、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置へ供給される窒素ガスの一部を前記燃料ガス流路に供給することが好ましい。
例えば、窒素ガス供給手段は、空気から酸素と窒素とを分離する空気分離設備から出力される窒素ガスを上記燃料ガス流路に供給する。
【００１２】
本発明は、燃料電池設備又は燃料併産装置と、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置から出力された燃料ガスが燃料ガス流路を介してその燃焼器へと供給されるガスタービンとを備える複合発電システムであって、当該システム内にて精製された可燃性ガスを前記燃料ガス流路に供給する可燃性ガス供給手段と、当該システム内にて精製された窒素ガスを前記燃料ガス流路に供給する窒素ガス供給手段と、前記ガスタービンの燃焼器における発熱量を一定にするように、前記可燃性ガス供給手段から供給される前記可燃性ガス量及び前記窒素ガス供給手段から供給される前記窒素ガス量を制御する制御手段とを具備する複合発電システムを提供する。
【００１３】
本発明によれば、燃料電池から出力される燃料ガスに可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給手段と、燃料電池から出力される燃料ガスに窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段とを備えるので、燃料電池による反応量の増減に応じて、燃料電池から出力される燃料ガスに、可燃性ガス或いは窒素ガスを混合させることが可能となる。
これにより、ガスタービンの燃焼器に供給される燃料ガスのガスカロリーを一定に保つことができ、燃焼器における発熱量を一定にすることができる。
【００１４】
このような複合発電システムにおいて、前記可燃性ガス供給手段及び前記窒素ガス供給手段は、三方弁を介して前記燃料ガス流路に接続されていることが好ましい。
このように、可燃性ガス供給手段及び燃料ガス流路は、三方弁により燃料ガス配管に接続されているので、燃料電池から出力される燃料ガスのガスカロリーに応じて、燃料電池から出力される燃料ガスに、可燃性ガス又は窒素ガスを連続的に混合させることが可能となる。
例えば、燃料電池から出力される燃料ガスのガスカロリーが高い場合には、可燃性ガス供給側の弁を閉じ、窒素ガス供給側の弁を開けることにより、窒素ガスが燃料ガス流路に供給されるように三方弁が制御される。そして、ガスカロリーが除々に低くなるにつれ、窒素ガス供給側の弁を除々に絞ることにより、窒素ガス供給量を除々に低減させる。そして、燃料電池から出力される燃料ガスのガスカロリーが下限値以下となった場合には、窒素ガス供給側の弁を閉じ、可燃性ガス供給側の弁を開けることにより、可燃性ガスが燃料ガス流路に供給されるように三方弁が制御される。そして、ガスカロリーが低くなるほど、可燃性ガス供給側の弁の開度が大きくなるよう制御される。
【００１５】
上記複合発電システムにおいて、前記制御手段は、ガスタービンの燃焼器入口における目標発熱量から前記燃焼器入口における実際の発熱量を減算した値に基づいて、前記可燃性ガスの供給量及び前記窒素ガスの供給量を決定し、その供給量に応じて前記三方弁の開度を調節することが好ましい。
更に、前記制御手段は、前記燃料電池設備における発電量を外乱として、前記可燃性ガスの供給量及び前記窒素ガスの供給量の算出過程に反映させることが好ましい。
燃料電池設備の発電量を外乱として考慮して、前記可燃性ガスの供給量及び前記窒素ガスの供給量を決定するので、制御の精度を更に向上させることが可能となる。
【００１６】
本発明は、燃料電池設備又は燃料併産装置と、前記燃料電池設備又は前記燃料併産装置から出力された燃料ガスが燃料ガス流路を介してその燃焼器へと供給されるガスタービンとを備える複合発電システムの燃料ガス発熱量制御方法であって、前記ガスタービンの燃焼器入口における発熱量を一定にするように、前記複合発電システム内にて精製された可燃性ガス及び／又は前記複合発電システム内にて精製された窒素ガスを前記燃料ガス流路に供給する燃料ガス発熱量制御方法を提供する。
燃料電池から出力される燃料ガスに、可燃性ガス及び／又は窒素ガスを混合させるので、ガスタービンの燃焼器入口における発熱量を一定に保つことが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の複合発電システム及び燃料ガス発熱量制御方法によれば、ガスタービンの燃焼器入口における燃料ガスの発熱量を一定に保つことが可能となるので、安定した発電を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の複合発電システムの実施形態について、〔第１の実施形態〕、〔第２の実施形態〕、〔第３の実施形態〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の本実施形態に係る複合発電システムの全体構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る複合発電システムは、燃料電池設備１と、ガスタービン設備２と、蒸気タービン設備３とを備えたトリプルコンバインド型の複合発電システムとして構成される。この複合発電システムは、周辺設備として、燃料供給設備４、空気分離設備５、ガス化炉６、脱塵設備７、脱硫設備８、及び廃熱回収ボイラ設備９などを備えている。
【００２０】
このような構成からなる複合発電システムにおいて、ガス化炉６は、燃料供給設備４から供給されるガス化燃料と、空気分離設備５から供給される酸化剤である酸素ガスとを反応させ、可燃性ガスであるＣＯ、Ｈ２を含む高温の粗ガスを生成する。
この場合において、ガス化燃料及び酸素ガスは、ガス化燃料流路Ｇ１及び酸素ガス流路Ｑ１に設けられた図示しない流量調節弁によりそれぞれ適切な量に調節されて、ガス化炉６に供給される。
ガス化炉６にて生成された粗ガスは、ガス冷却器１０を経由して脱塵設備７へ供給される。脱塵設備７は、スクラバーなどで構成されており、粗ガス中に含まれる灰などの微粒子を取り除く。
脱塵設備７にて処理された粗ガスは、脱硫設備８へ供給される。脱硫設備８は、脱塵設備７にて処理された粗ガスから硫黄分を脱硫し、燃料ガスを生成する。脱硫設備８において生成された燃料ガスは、燃料ガス流路Ｇ２を経由して、燃料電池設備１へ供給されるとともに、可燃性ガスバイパス流路（可燃性ガス供給手段）Ｇ３を経由して、後続するガス流路Ｇ４へ導かれる。
【００２１】
燃料電池設備１は、燃料電池本体としての固体酸化物型燃料電池（以下「ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel
Cell）」という。）１１と、燃料再生熱交換器１２と、空気再生熱交換器１３とを備えて構成される。
燃料再生熱交換器１２は、脱硫設備８から供給される燃料ガスをＳＯＦＣ１１へ供給するとともに、ＳＯＦＣ１１における未反応燃料ガスを回収して、燃料ガス流路Ｇ４へ出力し、更に、ＳＯＦＣ１１内の発熱反応により高温となった未反応燃料ガスの熱を脱硫設備8から供給される燃料ガスに与え、ＳＯＦＣ１１内における発電(反応)条件を整える機能を果たす。燃料再生熱交換器１２を出た未反応燃料ガスは、後述するガスタービン設備２において再利用されることとなる。
空気再生熱交換器１３は、後述の空気流路Ｑ２から供給される空気をＳＯＦＣ１１へ供給するとともに、ＳＯＦＣ１１における未反応空気を回収し、空気流路Ｑ３へ出力し、更に、ＳＯＦＣ１１内の発熱反応により高温となった未反応空気の熱を空気流路Ｑ２から供給される空気に与え、ＳＯＦＣ１１内における発電(反応)条件を整える機能を果たす。空気再生熱交換器１３を出た未反応空気は、後述するガスタービン設備２において、再利用されることとなる。
ＳＯＦＣ１１は、燃料再生熱交換器１２から供給される燃料ガスと、空気再生熱交換器１３から供給される高温空気とを電気化学反応させることにより、発電する。
【００２２】
燃料再生熱交換器１２からガスタービン設備２へ未反応燃料ガスを供給するための燃料ガス流路Ｇ４には、可燃性ガス供給手段としての可燃性ガスバイパス流路Ｇ３が接続されている。この可燃性ガスバイパス流路Ｇ３は、脱硫設備８から出力された高カロリーの可燃性ガスを燃料ガス流路Ｇ４に直接的に供給するためのものである。
可燃性ガスバイパス流路Ｇ３と燃料ガス流路Ｇ４との接続点付近において、ＳＯＦＣ１１による反応後の燃料ガスと、脱硫設備８から出力された高カロリーの可燃性ガスとが混合され、混合された燃料ガス（以下「混合燃料ガス」という。）が後述のガスタービン設備２の燃焼器２１に供給される。
この場合において、可燃性ガスバイパス流路Ｇ３には、燃料ガス流路Ｇ４へ供給する燃料ガス流量を制御するための流量調節弁１００が設けられている。この流量調節弁１００の開度は、後述の制御装置５０により制御され、混合燃料ガスのガスカロリーが一定に保たれることとなる。
【００２３】
燃料ガス流路Ｇ４と可燃性ガスバイパス流路Ｇ３との接続点の下流側（ガスタービン設備側）には、燃料ガス流量調節弁としてのガバナ１４が設けられている。このガバナ１４の開度が調節されることにより、ガスタービン設備２へ送られる混合燃料ガスの圧力又は流量が制御される。
【００２４】
ガスタービン設備２は、ガス化燃料を燃焼する燃焼器２１、燃焼器２１から供給された燃焼ガスを膨張させて回転するガスタービン２２、及び空気を圧縮するコンプレッサ２３を備えて構成される。
燃焼器２１は、空気流路Ｑ３から供給される空気を用いて、燃料ガス流路Ｇ４から供給される混合燃料ガスを燃焼させ、生成した高温高圧の燃焼ガスをガスタービン２２へ供給する。
ガスタービン２２は、燃焼ガスが膨張する際のエネルギーで回転し、この動力が発電機４０に伝えられることにより発電する。
ガスタービン設備２から排出される排ガスは、排熱回収ボイラ設備９に導かれ、給水を加熱して蒸気を発生し、煙突から大気中に排出される。
一方、排熱回収ボイラ設備９から発生した蒸気は、蒸気タービン設備３における各蒸気タービン３１を駆動し、この回転力により発電機４０を駆動する。
なお、上記構成において、ガスタービン２２、蒸気タービン３１及び発電機４０は、同軸（一軸）で構成されているが、これに限らず多軸で構成されていてもよい。
【００２５】
蒸気タービン設備３で発生した蒸気は、蒸気タービン３１で仕事をした後、復水供給設備における復水器３２で飽和水に復水され、給水ポンプで加圧されて排熱回収ボイラ設備９へ供給され、再利用される。
空気分離設備５は、空気を酸素と窒素に分離し、高濃度の酸素を製造する。空気分離設備５により製造された酸素は、酸素ガス流路Ｑ１を介してガス化炉３へ供給される。この場合において、酸素ガス流路Ｑ１には、酸素の流量を調整する流量調節弁（図示略）が設けられている。
【００２６】
次に、上述のように構成された複合発電システムの制御系について説明する。
まず、発電機４０の出力制御、並びに、ガスタービン設備２へ供給される燃料ガスの圧力制御について説明する。
ここで、発電機４０の出力制御は、燃料ガス流路Ｇ４に設けられているガバナ１４の開度を制御することにより行われる。一方、燃料ガスの圧力制御は、ガス化炉３へ供給するガス化燃料の流量を調節するための流量調節弁（図示略）及びガス化炉３へ供給する酸素及び空気流量を調節するための流量調節弁（図示略）の開度をそれぞれ制御することにより行われる。
【００２７】
図２は、発電機４０の出力制御を行う発電制御部６０及び燃料ガスの圧力制御を行う圧力制御部７０の構成の一例を示したブロック線図である。
図２に示すように、発電制御部６０は、複合発電システム全体の目標発電量である発電機出力指令ＭＷＤからガスタービン設備２以外の発電設備による発電量を減算することにより、ガスタービン設備自身の出力指令を演算するガスタービン出力指令算出部６１と、ガスタービン出力指令算出部６１により求められた出力指令をガバナ１４（図１参照）の開度指令に変換するガバナ開度指令算出部６２とを備えている。
【００２８】
上記ガスタービン出力指令算出部６１は、発電機出力指令ＭＷＤと燃料電池設備１の実際の発電量とを入力情報として得、これらの差分を算出する第１の減算器６３と、第１の減算器６３の出力と実際の蒸気タービンの発電量とを入力情報として得、これらの差分を算出する第２の減算器６４とを備える。
このような構成からなるガスタービン出力指令算出部６１によって算出されたガスタービン出力指令は、ガバナ開度指令算出部６２へ与えられる。そして、ガバナ開度指令算出部６２により、ガスタービン出力指令に基づくガバナ１４（図１参照）の開度指令が算出される。そして、この開度指令に基づいて、ガバナ１４の開度が実際に制御されることにより、ガスタービン設備２の発電量をガスタービン出力指令に近づけることが可能となり、複合発電システム全体としての発電量を発電機出力指令ＭＷＤに近づけるような制御を実現させることができる。
【００２９】
なお、蒸気タービン設備３が一軸により構成されていた場合には、蒸気流量と蒸気温度とを乗算することにより、蒸気タービン３１の発電量を推定し、この推定した発電量を蒸気タービン３１の発電量として、第２の減算器６２に入力するような構成としても良い。
【００３０】
次に、圧力制御部７０は、複合発電システム全体の目標発電量である発電機出力指令ＭＷＤが入力され、これに基づいてガス化炉入力指令ＧＩＤを算出する第１の演算器７１と、同発電機出力指令ＭＷＤが入力され、これに基づいてガス圧力設定を算出する第２の演算器７２と、第２の演算器７２の出力であるガス圧力設定と燃料ガスの実際のガス圧力とを入力情報として得、これらの差分を算出する減算器７３と、減算器７３の出力をＰＩ又はＰＩＤ制御することにより、適切なＧＩＤ補正分を算出する制御器７４と、制御器７４の出力であるＧＩＤ補正分と第１の演算器７１の出力とを加算して、最終的なガス化炉入力指令ＧＩＤを算出する加算器７５とを備えている。
加算器７５から出力される最終的なガス化炉入力指令ＧＩＤは、第３の演算器７６、第４の演算器７７、及び第５の演算器７８に入力される。第３の演算器７６は、このガス化炉入力指令ＧＩＤに基づいて、ガス化燃料流路Ｇ１（図１参照）に設けられた流量調節弁（図示略）の開度を制御するための開度指令を演算する。第４の演算器７７は、このガス化炉入力指令ＧＩＤに基づいて、酸素ガス流路Ｑ１（図１参照）に設けられた流量調節弁（図示略）の開度を制御するための開度指令を演算する。第５の演算器７８は、このガス化炉入力指令ＧＩＤに基づいて、空気供給路Ｑ５（図１参照）に設けられた流量調節弁（図示略）の開度を制御するための開度指令を演算する。
【００３１】
そして、図１に示されるように、燃料供給設備４からガス化炉３にガス化燃料を供給するガス化燃料流路Ｇ１に設けられた図示しない流量調節弁の開度が上記第３の演算器７６により算出された開度指令に応じて制御され、また、空気分離設備５からガス化炉３に酸素ガスを供給する酸素ガス流路Ｑ１に設けられた図示しない流量調節弁の開度が上記第４の演算器７７により算出された開度指令に基づいて制御される。更に、ガスタービン空気圧縮機より抽気された空気を圧縮機により昇圧された空気を空気供給路Ｑ５に設けられた図示しない流量調節弁の開度が上記第５の演算器７８により算出された開度指令に応じて制御されることにより、ガス化炉３に供給されるガス化燃料及び酸素ガスおよび空気は適切な量に調整される。この結果、ガスタービン設備２の燃焼器２１の入口におけるガス圧力を安定させることが可能となる。
【００３２】
次に、図１に示した可燃性ガスバイパス流路Ｇ３から燃料ガス流路Ｇ４へ供給される可燃性ガスの流量制御について、図３を参照して説明する。
可燃性ガスの流量制御は、可燃性ガスバイパス流路Ｇ３に設けられた流量調節弁１００の開度を制御することにより行われる。
図３は、可燃性ガスの流量制御を行う制御装置（制御手段）５０の構成の一例を示したブロック線図である。
図３に示すように、制御装置５０は、ガスタービンの燃焼器２１入口における目標発熱量が予め設定されているアナログメモリ５１と、アナログメモリ５１の出力である目標発熱量、並びに実際の発熱量を入力情報として得、これらの差分を算出する減算器５２と、減算器５２の出力から流量調節弁１００の開度指令を算出する制御器５３とを備えている。
このような構成によれば、減算器５２により目標発熱量から実際の発熱量が減算されることにより、差分が求められ、制御器５３によりこの差分に基づく流量調節弁１００の開度指令が算出される。そして、この開度指令に基づいて流量調節弁１００の開度が制御されることにより、燃焼器２１の入口における発熱量を目標発熱量に近づけることが可能となり、発熱量を一定に保つことが可能となる。
【００３３】
次に、上述した構成からなる制御装置５０は、図４或は図５に示すようなブロック線図によっても構成することが可能である。
図４は、制御装置５０の第１の変形例における構成を示すブロック線図、図５は制御装置５０の第２の変形例における構成を示すブロック線図である。これらの図において、図３と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
図４に示した第１の変形例に係る制御装置５０では、複合発電システム全体の目標発電量である発電機出力指令ＭＷＤに基づいて目標発熱量を演算する演算器５４を備え、この演算器５４により算出された目標発熱量に実際の発熱量が近づくようにフィードバック制御を行う。
このように、演算器５４によって目標発熱量を演算により求めることにより、目標発熱量をより適切な値に設定することが可能となる。
【００３４】
図５に示した第２の変形例に係る制御装置５０は、燃料電池設備１の発電量を外乱として考慮し、この外乱を反映させた形で、流量調節弁１００の開度指令を算出するようにしたものである。
具体的には、外乱を演算する外乱算出部８０を備え、この外乱算出部８０により求められた外乱を制御器５３の出力である開度指令（以下「一次的な開度指令」という。）に加算することにより、最終的な開度指令を決定する。
上記外乱算出部８０は、例えば、複合発電システム全体の目標発電量である発電機出力指令ＭＷＤに基づいて、ＳＯＦＣ１１（図１参照）による目標発電量を演算する演算器８１と、演算器８１により得られたＳＯＦＣ１１の目標発電量から実際のＳＯＦＣ１１の発電量を減算する減算器８２と、減算器８２の出力であるＳＯＦＣ出力偏差に応じた修正量を求める補償演算出器８３とを備えている。
外乱算出部８０の補償演算出器８３により求められた外乱は、加算器５５に入力され、ここで制御器５３により求められた一次的な開度指令に加算され、最終的な開度指令が算出される。
そして、この加算器５５の出力である最終的な開度指令に基づいて、流量調節弁１００の開度が制御されることにより、燃焼器２１の入口における発熱量を目標発熱量に近づけることが可能となり、発熱量を一定に保つことが可能となる。
【００３５】
以上説明してきたように、本実施形態に係る複合発電システムによれば、当該システム内にて精製された可燃性ガスを燃料ガス流路Ｇ４に供給するための可燃性ガスバイパス流路Ｇ３と、ガスタービン２２の燃焼器２１の入口における発熱量を一定にするように、燃料ガス流路Ｇ４に供給する可燃性ガスの流量を制御する制御装置５０とを備えるので、ＳＯＦＣ１１における反応量が多く、ＳＯＦＣ１１から出力される燃料ガスのカロリーが比較的低いものであったとしても、可燃性ガスバイパス流路Ｇ３から可燃性ガスを燃料ガス流路Ｇ４に供給することにより、ＳＯＦＣ１１から出力された燃料ガスのガスカロリーを増加させることが可能となる。
これにより、ガスタービン２２の燃焼器２１の入口における発熱量を一定に保つことができる。この結果、ガスタービン設備２における発電を安定させたものとすることができ、複合発電システム全体として、安定した発電量を得ることが可能となる。
更に、可燃性ガスバイパス流路Ｇ３により燃料ガス流路Ｇ４に供給される可燃性ガスは、当該複合発電システム内にて精製されたものであるので、フルインテグレーション型の独立した発電システムを構築することができる。
【００３６】
なお、本実施形態に係る複合発電システムでは、燃料ガス流路Ｇ４に供給される可燃性ガスとして、脱硫設備８から出力された燃料ガスを供給する構成としたが、この例に限られず、例えば、脱塵装置７から出力される燃料ガスの一部を燃料ガス流路Ｇ４に供給するような構成としても良い。このような構成によれば、脱硫設備８において処理されるガス量を低減させることができるので、脱硫に使用される触媒などの低減によりコスト削減を図ることが可能となる。
【００３７】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る複合発電システムについて、図面を参照して説明する。
図６は、本発明の第２の本実施形態に係る複合発電システムの全体構成を示す図である。この図において、第１の実施形態と共通の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の複合発電システムが第１の実施形態に係る複合発電システムと異なる点は、脱硫設備８から燃料ガス流路Ｇ４に可燃性ガスを供給する可燃性ガスバイパス流路Ｇ３の代わりに、空気分離設備５から燃料ガス流路Ｇ４に窒素ガスを供給する窒素ガスバイパス流路（窒素ガス供給手段）Ｑ４を備えた点である。
この窒素ガスバイパス流路Ｑ４には、窒素ガスの流量を調節するための流量調節弁１０１が設けられている。この流量調節弁１０１は、制御装置（制御手段）９０により、その開度が制御される。制御装置９０は、燃焼器２２の入口における発熱量が一定となるように、流量調節弁１０１の開度を制御し、燃料ガス流路Ｇ４に供給する窒素ガスの流量を調整する。
【００３８】
制御装置９０の構成については、図３から図５に示した第１の実施形態とほぼ同様の構成をとることが可能であり、制御器５３の動作を減算器５２の出力から窒素ガスを供給する場合における開度指令を演算するような構成とすればよい。
例えば、演算式を変更する、又は、減算器５２の出力をパラメータの一つとして利用して、開度指令を得るようなマップを備えており、このマップに基づいて開度指令を得るような制御を行っているのであれば、使用するマップを窒素ガス供給用のマップに変更すれば良い。
【００３９】
このように、第１の実施形態に係る複合発電システムでは、ＳＯＦＣ１１から出力される燃料ガスに可燃性ガスを混合させて、燃料ガスの濃度を高くすることにより、燃焼器２１の入口における発熱量の安定を図っていたのに対し、本実施形態に係る複合発電システムでは、ＳＯＦＣ１１から出力される燃料ガスに、窒素ガスを混合させることにより、燃料ガスを希釈させ、その濃度を低くすることにより、燃焼器２１の入口における発熱量の安定を図る。
【００４０】
以上説明してきたように、本実施形態に係る複合発電システムによれば、当該システム内にて精製された窒素ガスを燃料ガス流路Ｇ４に供給するための窒素ガスバイパス流路Ｑ４と、ガスタービン２２の燃焼器２１の入口における発熱量を一定にするように、窒素ガスバイパス流路Ｑ４から燃料ガス流路Ｇ４に供給する窒素ガスの流量を制御する制御装置９０とを備えるので、ＳＯＦＣ１１における反応量が少なく、ＳＯＦＣ１１から出力される燃料ガスのカロリーが比較的高いものであったとしても、窒素ガスを燃料ガス流路Ｇ４に供給することにより、ＳＯＦＣ１１から出力された燃料ガスのガスカロリーを低下させることが可能となる。
これにより、ガスタービン２２の燃焼器２１の入口における発熱量を一定に保つことができる。この結果、ガスタービン設備における発電を安定させたものとすることが可能となり、複合発電システム全体として、安定した発電量を得ることができる。
【００４１】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る複合発電システムについて、図面を参照して説明する。
図７は、本発明の第３の本実施形態に係る複合発電システムの全体構成を示した概略図である。この図において、第１及び第２の実施形態と共通の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４２】
本実施形態の複合発電システムは、上述した第１の実施形態に係る複合発電システムの特徴と第２の実施形態に係る複合発電システムの特徴とを併せ持つ構成をとる。
つまり、本実施形態に係る複合発電システムは、脱硫設備８の出力である可燃性ガスを燃料ガス流路Ｇ４に供給する可燃性ガスバイパス流路（可燃性ガス供給手段）Ｇ３と、空気分離設備５から出力される窒素ガスを燃料ガス流路Ｇ４に供給する窒素ガスバイパス流路（窒素ガス供給手段）Ｑ４とを備えている。
可燃性ガスバイパス流路Ｇ３及び窒素ガスバイパス流路Ｑ４は、三方弁２００を介して燃料ガス流路Ｇ４に接続されている。この三方弁２００は、制御装置（制御手段）１２０により、その開度が制御される。
制御装置１２０は、ガスタービン２１の燃焼器２２の入口における発熱量が一定となるように、三方弁２００の開度を制御し、燃料ガス流路Ｇ４に供給する可燃性ガス及び窒素ガスの流量を調整する。
【００４３】
この制御装置１２０の構成については、図３から図５に示した第１の実施形態とほぼ同様の構成をとることが可能であり、制御器５３の動作を本実施形態に係る複合発電システムに適したものにすればよい。
例えば、図８に示すように、ＳＯＦＣ１１から出力される燃料ガスのガスカロリーが高い場合（図８において、横軸の発熱量の制御指令値が低い場合）には、可燃性ガス供給側の弁を閉じ、窒素ガス供給側の弁を開けることにより、窒素ガスが燃料ガス流路Ｇ４に供給されるように三方弁２００が制御される。
そして、ガスカロリーが除々に低くなるにつれ、言い換えれば、図８において、横軸の発熱量の制御指令値が除々に高くなるにつれ、窒素ガス供給側の弁を除々に絞ることにより、窒素ガス供給量を除々に低減させる。そして、ＳＯＦＣ１１から出力される燃料ガスのガスカロリーが予め設定されている下限値以下となった場合には、言い換えると、図８において、発熱量の制御指令値が値Ｘになった場合には、窒素ガス供給側の弁を閉じ、可燃性ガス供給側の弁を開けることにより、可燃性ガスが燃料ガス流路Ｇ４に供給されるように三方弁２００が制御される。そして、ガスカロリーが低くなるほど、可燃性ガス供給側の弁の開度が大きくなるよう制御される。
【００４４】
以上説明してきたように、本実施形態に係る複合発電システムによれば、当該システム内にて精製された可燃性ガスを燃料ガス流路Ｇ４に供給するための可燃性ガスバイパス流路Ｇ３と、当該システム内にて精製された窒素ガスを燃料ガス流路Ｇ４に供給するための窒素ガスバイパス流路Ｑ４と、ガスタービン２２の燃焼器２１の入口における発熱量を一定にするように、上記可燃性ガスの流量及び窒素ガスの流量を制御する制御装置１２０とを備えるので、ＳＯＦＣ１１による反応量の増減に応じて、ＳＯＦＣ１１から出力される燃料ガスに、可燃性ガス或いは窒素ガスを混合させることが可能となる。
これにより、ガスタービン２２の燃焼器２１に供給される燃料ガスのガスカロリーを一定に保つことができ、燃焼器２２における発熱量を一定にすることができる。
この結果、ガスタービン設備２における発電を安定させたものとすることが可能となり、複合発電システム全体として、安定した発電量を得ることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、図１、図６、図７における燃料電池設備１に代わって、燃料併産装置を採用しても、同様の効果を得ることができる。燃料併産装置とは、例えば、メタンガスを採取する装置である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る複合発電システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示した発電機の出力制御を行う発電制御部及び燃料ガスの圧力制御を行う圧力制御部の構成の一例を示したブロック線図である。
【図３】図１に示した制御装置の構成の一例を示したブロック線図である。
【図４】図３に示した制御装置の第１の変形例に係る構成を示すブロック線図である。
【図５】図３に示した制御装置の第２の変形例に係る構成を示すブロック線図である。
【図６】本発明の第２の本実施形態に係る複合発電システムの全体構成を示す図である。
【図７】本発明の第３の本実施形態に係る複合発電システムの全体構成を示す図である。
【図８】図７に示した三方弁の開度制御を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  燃料電池設備
２  ガスタービン設備
３  蒸気タービン設備
５  空気分離設備
６  ガス化炉
７  脱塵設備
８  脱硫設備
１１  ＳＯＦＣ
１４  ガバナ
２１  燃焼器
２２  ガスタービン
５０、９０、１２０  制御装置
１００、１０１  流量調節弁
２００  三方弁
Ｇ３  可燃性ガスバイパス流路
Ｇ４  燃料ガス流路
Ｑ４  窒素ガスバイパス流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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