(57)【要約】【課題】バイオガスを燃料原料ガスとする燃料電池を備えた複合発電システムの起動において、安定した起動を実施可能とするとともに、起動用燃料である所定燃料ガスの消費量を抑える複合発電システムの制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】バイオガス２０を燃料原料ガスとするＳＯＦＣ１０と、ＳＯＦＣ１０から排出される排燃料原料ガスを用いて運転されるＭＧＴ８０と、バイオガス２０中のメタン濃度を測定する濃度計２１と、を備えた複合発電システム１の制御装置７０であって、ＭＧＴ８０の起動工程において、起動と共にＭＧＴ８０へ都市ガス３０の供給を開始し、発電室温度Ｔ１の単位時間当たりの温度上昇率及びバイオガス２０のメタン濃度に応じてＭＧＴ８０に供給されるバイオガス２０の供給開始時間、供給流量および都市ガス３０の供給流量を決定し、ＭＧＴ８０の燃料を都市ガス３０からバイオガス２０へ切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と空気極と発電室温度を測定する発電室温度センサとを備え、運転中にメタン濃度が変動するメタン濃度変動ガスを燃料原料ガスとする燃料電池と、
前記燃料電池から排出される排燃料原料ガスを用いて運転されるガスタービンと、
前記メタン濃度変動ガス中の前記メタン濃度を測定する濃度計と、
を備えた複合発電システムの制御装置であって、
前記ガスタービンへ前記メタン濃度変動ガスを供給するガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ラインと所定燃料ガスを供給するガスタービン用所定燃料ガス供給ラインとが設けられ、
前記ガスタービンの起動工程において、起動と共に前記ガスタービンへ前記所定燃料ガスの供給を開始し、前記発電室温度センサの測定した前記発電室温度の単位時間当たりの温度上昇率及び前記メタン濃度に応じて前記ガスタービンに供給される前記メタン濃度変動ガスの供給開始時間、供給流量および前記所定燃料ガスの供給流量を決定し、前記ガスタービンの燃料を前記所定燃料ガスから前記メタン濃度変動ガスへ切り替える複合発電システムの制御装置。
【請求項２】
前記ガスタービンに供給される前記燃料原料ガスの前記メタン濃度が６０体積％以上の所定濃度範囲となるように、前記ガスタービンに供給される前記燃料原料ガスである前記メタン濃度変動ガスおよび前記所定燃料ガスの各供給流量が調整される請求項１に記載の複合発電システムの制御装置。
【請求項３】
前記ガスタービンの起動後、前記発電室温度が第１閾値を超えると、前記燃料電池の前記燃料極への前記メタン濃度変動ガスの供給を開始する請求項１または請求項２に記載の複合発電システムの制御装置。
【請求項４】
前記発電室温度が第１閾値よりも大きい第２閾値を超えると、前記燃料電池の前記空気極への前記メタン濃度変動ガスの供給を開始する請求項３に記載の複合発電システムの制御装置。
【請求項５】
前記メタン濃度変動ガスの前記メタン濃度が６０体積％以上である場合、前記燃料電池の前記空気極への前記メタン濃度変動ガスの供給を第２閾値よりも小さく第１閾値よりも大きい値で開始する請求項４に記載の複合発電システムの制御装置。
【請求項６】
前記空気極の初期燃焼が安定しない場合、前記発電室温度が前記第２閾値を超えると前記メタン濃度変動ガスの供給を開始する前に前記所定燃料ガスの供給を開始する請求項４に記載の複合発電システムの制御装置。
【請求項７】
前記燃料電池は固体酸化物形燃料電池である請求項１から請求項６のいずれかに記載の複合発電システムの制御装置。
【請求項８】
前記メタン濃度変動ガスの供給に異常が発生した場合、前記所定燃料ガスの供給流量を増やす請求項１から請求項７のいずれかに記載の複合発電システムの制御装置。
【請求項９】
燃料極と空気極と発電室温度を測定する発電室温度センサとを備え、運転中にメタン濃度が変動するメタン濃度変動ガスを燃料原料ガスとする燃料電池と、
前記燃料電池から排出される排燃料原料ガスを用いて運転されるガスタービンと、
前記ガスタービンへ前記メタン濃度変動ガスを供給するガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ラインと、
前記ガスタービンへ所定燃料ガスを供給するガスタービン用所定燃料ガス供給ラインと、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の制御装置と、を備えた複合発電システム。
【請求項１０】
燃料極と空気極と発電室温度を測定する発電室温度センサとを備え、運転中にメタン濃度が変動するメタン濃度変動ガスを燃料原料ガスとする燃料電池と、
前記燃料電池から排出される排燃料原料ガスを用いて運転されるガスタービンと、
前記メタン濃度変動ガス中の前記メタン濃度を測定する濃度計と、
を備えた複合発電システムの制御方法であって、
前記ガスタービンへ前記メタン濃度変動ガスを供給するガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ラインと所定燃料ガスを供給するガスタービン用所定燃料ガス供給ラインとが設けられ、
前記ガスタービンの起動工程において、起動と共に前記所定燃料ガスを供給開始し、前記発電室温度センサの測定した前記発電室温度の単位時間当たりの温度上昇率及び前記メタン濃度に応じて前記ガスタービンに供給される前記メタン濃度変動ガスの供給開始時間、供給流量および前記所定燃料ガスの供給流量を決定する複合発電システムの制御方法。
【請求項１１】
燃料極と空気極と発電室温度を測定する発電室温度センサとを備え、運転中にメタン濃度が変動するメタン濃度変動ガスを燃料原料ガスとする燃料電池と、
前記燃料電池から排出される排燃料原料ガスを用いて運転されるガスタービンと、
前記メタン濃度変動ガス中の前記メタン濃度を測定する濃度計と、
を備えた複合発電システムの制御プログラムであって、
前記ガスタービンへ前記メタン濃度変動ガスを供給するガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ラインと所定燃料ガスを供給するガスタービン用所定燃料ガス供給ラインとが設けられ、
前記ガスタービンの起動工程において、起動と共に前記所定燃料ガスの供給指令を開始し、前記発電室温度センサの測定した前記発電室温度の単位時間当たりの温度上昇率及び前記メタン濃度に応じて前記ガスタービンに供給される前記メタン濃度変動ガスの供給開始時間、供給流量および前記所定燃料ガスの供給流量を決定する複合発電システムの制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン濃度変動ガスを用いた複合発電システムの制御装置、複合発電システム、複合発電システムの制御方法および複合発電システムの制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気化学反応による発電方式を利用した発電装置であり、優れた発電効率及び環境対応等の特性を有している。このうち、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：以下「ＳＯＦＣ」という。）は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、水素および一酸化炭素、メタンなどの炭化水素系ガス、石炭など炭素質原料のガス化設備により製造したガス、都市ガス、天然ガス、あるいはこれらのうち複数の成分を含む混合ガスなどを燃料原料ガスとして運転される燃料電池である。このようなＳＯＦＣは、例えばマイクロガスタービン（以下、「ＭＧＴ」という。）等の内燃機関と組み合わせた複合発電システムが開発されており、圧縮機から吐出される圧縮空気をＳＯＦＣの空気極に供給するとともに、ＳＯＦＣから排出される高温の排燃料原料ガスをＭＧＴの燃焼器に供給して燃焼させ、燃焼器で発生した燃焼ガスでタービンを回転させることで、発電効率の高い発電が可能とされている。
【０００３】
近年、ＳＯＦＣの燃料原料ガスとして、上述したものに代えてバイオガスを用いることが検討されている。バイオガスとは、例えば下水に由来するガスであり、下水からメタン発酵処理して得られ、主な成分はメタン及び二酸化炭素である。一般的に、バイオガス中のメタン濃度は約６０体積％、二酸化炭素濃度は約４０体積％とされているが、バイオガスのメタン濃度は一定ではなく、特に時間帯や季節により変化する。
ＳＯＦＣにおいて、バイオガス中のメタン濃度の変化に対応する方法として、特許文献１には燃料電池へ供給する前段階において前処理装置を用いてバイオガス中のメタンガス成分を濃縮しメタン濃度を一定にした後供給することが開示されている。また、特許文献２には、メタン濃度に基づいて必要な燃料原料ガス供給量を演算し供給量を制御することが開示されている。また、特許文献３には、バイオガスを吸着貯蔵容器に貯蔵し二酸化炭素を吸着しつつ、組成の変動に対してはＳＯＦＣの出力を変動させることで対応することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２６６２９号公報
【特許文献２】特開２００３−３３１８９７号公報
【特許文献３】特開２００８−１５３１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された発明では、メタンガス成分の濃縮には動力源や前処理装置の設置、及びそのスペースが必要であるなどコストがかかるという問題があった。
また、上記特許文献２に開示された発明では、燃料原料ガスであるバイオガスのメタン濃度に応じて供給流量を調整しても、バイオガスは所定燃料ガスと比較して燃焼速度が遅いため、ＭＧＴにおいて火炎が安定せず失火してしまい、複合発電システムの起動が困難であるという問題があった。
また、上記特許文献３に開示された発明では、バイオガスのメタン濃度の変化に対しＳＯＦＣの出力を変動させて対応することから、ＳＯＦＣの出力が安定しないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、バイオガスを燃料原料ガスとするＳＯＦＣを備えた複合発電システムの起動において、メタン濃度の不安定なバイオガスであっても安定した起動を実施可能とするとともに、起動用燃料である所定燃料ガスの消費量を抑える複合発電システムの制御装置、複合発電システム、複合発電システムの制御方法および複合発電システムの制御プログラム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】
上記課題を解決するために、本発明の複合発電システムの制御装置、複合発電システム、複合発電システムの制御方法および複合発電システムの制御プログラムは以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る複合発電システムの制御装置は、燃料極と空気極と発電室温度を測定する発電室温度センサとを備え、運転中にメタン濃度が変動するメタン濃度変動ガスを原燃料とする燃料電池と、前記燃料電池から排出される排燃料ガスを用いて運転されるガスタービンと、前記メタン濃度変動ガス中の前記メタン濃度を測定する濃度計と、を備えた複合発電システムの制御装置であって、前記ガスタービンへ前記メタン濃度変動ガスを供給するガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ラインと所定燃料ガスを供給するガスタービン用所定燃料ガス供給ラインとが設けられ、前記ガスタービンの起動工程において、起動と共に前記ガスタービンへ前記所定燃料ガスの供給を開始し、前記発電室温度センサの測定した前記発電室温度の単位時間当たりの温度上昇率及び前記メタン濃度変動ガスの前記メタン濃度に応じて前記ガスタービンに供給される前記メタン濃度変動ガスの供給開始時間、供給流量および前記所定燃料ガスの供給流量を決定し、前記ガスタービンの燃料を前記所定燃料ガスから前記メタン濃度変動ガスへ切り替える。
【０００８】
固体酸化物形燃料電池などの燃料電池の起動昇温とともに発電開始に先立って行うガスタービンの起動工程において、まず都市ガスなどの所定燃料ガスを燃焼器へ供給する。起動したガスタービンから排出される圧縮空気が燃料電池の空気極に供給されることで燃料電池の発電室温度が上昇する。この発電室温度の単位時間当たりの温度上昇率及びメタン濃度変動ガスのメタン濃度に応じて、制御装置によりガスタービンに供給されるメタン濃度変動ガスの供給開始のタイミングとなる時間、供給流量、および所定燃料ガスの供給流量が決定される。
本構成によれば、ガスタービンの起動工程の燃焼器には所定燃料ガスのみを供給することで、メタン濃度が変動するとともに所定燃料ガスよりも燃焼速度が遅いメタン濃度変動ガスを使用しないためガスタービンの安定した起動が行え、ガスタービンの火炎が安定することによりガスタービンの失火を防止することができる。
【０００９】
また、燃料電池の発電室温度の温度上昇率に応じてメタン濃度変動ガスの供給開始時間を決定することから、ガスタービンの燃焼器での燃焼が安定した状態での適切な供給タイミングでメタン濃度変動ガスの供給を開始することができる。また、ガスタービンの燃焼が安定した状態で所定燃料ガスの供給を停止し、所定燃料ガスの供給流量を削減し最小化して燃料電池の排燃料原料ガスへと切替えることができるので、所定燃料ガスの消費を節約できる。また、ガスタービンを適切に起動することができ、ガスタービンの起動を早くできるため、燃料電池の起動を早く行うことができる。
また、ガスタービンにメタン濃度変動ガスを供給するガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ラインと所定燃料ガスを供給するガスタービン用所定燃料ガス供給ラインを設けるため、メタン濃度が変動するメタン濃度変動ガスのメタンガス成分の濃縮やメタン濃度に応じたメタン濃度変動ガスの供給流量の調整を行うことなく所定燃料ガスの供給流量によって、メタン濃度変動ガスのメタン濃度の変動があってもメタン濃度を所定濃度範囲に容易に調整対応することができる。
なお、「メタン濃度変動ガス」とは、運転中にメタン濃度が変動するガスを意味し、例えば、有機性廃棄物の嫌気性発酵処理（メタン発酵）によるメタン発酵ガス、下水汚泥の嫌気性処理による消化ガスなどを由来とするバイオガス、再生可能エネルギー由来等の水素をメタンに混ぜたハイタンなどが挙げられる。
また、「所定燃料ガス」とは、予め発熱量が略一定に調整された燃料ガスを意味し、例えばメタン濃度が略一定に調整された都市ガスが挙げられる。
【００１０】
上記第一態様では、前記ガスタービンに供給される前記燃料原料ガスの前記メタン濃度が６０体積％以上となるように、前記ガスタービンに供給される前記燃料原料ガスである前記メタン濃度変動ガスおよび前記所定燃料ガスの各供給流量が調整されるとしてもよい。
【００１１】
本構成によれば、ガスタービンに供給される燃料原料ガスのメタン濃度が６０体積％以上の所定濃度範囲となるようにガスタービンに供給される燃料原料ガスであるメタン濃度変動ガスおよび所定燃料ガスの各供給流量が調整されるため、メタン濃度が変動するメタン濃度変動ガスのメタンガス成分の濃縮を行う必要がない。そのため、メタンガス成分の濃縮に要するコストが削減できる。
また、例えばガスタービンに供給されるメタン濃度変動ガスのメタン濃度に応じて供給流量を調整した場合、メタン濃度変動ガスは燃焼速度が遅いため、火炎が安定せず失火することによりガスタービンの起動が困難である。しかし、本構成により、メタン濃度変動ガスのメタン濃度の変動に対応して所定燃料ガスの供給流量を調整することによって、燃焼器の燃焼を安定させてガスタービンの安定した起動を行うことができる。
【００１２】
上記第一態様では、前記ガスタービンの起動後、前記発電室温度が第１閾値を超えると、前記燃料電池の前記燃料極への前記メタン濃度変動ガスの供給を開始するとしてもよい。
【００１３】
本構成によれば、発電室温度が第１閾値を超えると、燃料電池の燃料極へのメタン濃度変動ガスの供給を開始することから、ガスタービンが起動し発電室温度が所定の温度まで上昇して、ガスタービンの運転が安定してから燃料電池へのメタン濃度変動ガスの供給を開始することができる。
【００１４】
上記第一態様では、前記発電室温度が第１閾値よりも大きい第２閾値を超えると、前記燃料電池の前記空気極への前記メタン濃度変動ガスの供給を開始することが好ましい。
【００１５】
本構成によれば、発電室温度が上昇し第２閾値を超えると、燃料電池の空気極へのメタン濃度変動ガスの供給を開始することから、燃料極へのメタン濃度変動ガスの供給開始後に、燃料電池の空気極の構成材に含まれる触媒成分の触媒燃焼により発電室温度をさらに上昇させることができる。
【００１６】
上記第一態様では、前記メタン濃度変動ガスの前記メタン濃度が６０体積％以上である場合、前記燃料電池の前記空気極への前記メタン濃度変動ガスの供給を第２閾値よりも小さく第１閾値よりも大きい値で開始してもよい。
【００１７】
本構成によれば、メタン濃度変動ガスのメタン濃度が６０体積％以上であれば、燃料電池の空気極へのメタン濃度変動ガスの供給を第２閾値よりも小さい値で開始して、すなわち空気極へのメタン濃度変動ガスの供給を早めることから、燃料電池の起動を早めることができる。
【００１８】
上記第一態様では、前記空気極の初期燃焼が安定しない場合、前記発電室温度が前記第２閾値を超えると前記メタン濃度変動ガスの供給を開始する前に前記所定燃料ガスの供給を開始するとしてもよい。
【００１９】
本構成によれば空気極の初期燃料が安定しない場合、発電室温度が第２閾値を超えるとメタン濃度変動ガスの供給を開始する前に所定燃料ガスの供給を開始することから、触媒燃焼が安定する。
【００２０】
上記第一態様では、前記燃料電池は固体酸化物形燃料電池であるとしてもよい。
【００２１】
上記第一態様では、前記メタン濃度変動ガスの供給に異常が発生した場合、前記所定燃料ガスの供給流量を増やすとしてもよい。
【００２２】
本構成によれば、メタン濃度変動ガスの供給が減少する、停止する、またはメタン濃度変動ガス中のメタン濃度が低下する等、メタン濃度変動ガスの供給に異常が発生した場合、所定燃料ガスの供給流量を増やすことで、メタン濃度変動ガスの予備系統として所定燃料ガスを用いることができる。これにより、複合発電システムをより安定稼働することができる。メタン濃度変動ガスの供給が停止、または減少する等によりメタン濃度変動ガスでの運転が困難な場合には、メタン濃度変動ガスから所定燃料ガスに系統を切り替えて運転を継続することができ、信頼性と稼働率を向上する。
【００２３】
本発明の第二態様に係る複合発電システムは、燃料極と空気極と発電室温度を測定する発電室温度センサとを備え、運転中にメタン濃度が変動するメタン濃度変動ガスを燃料原料ガスとする燃料電池と、前記燃料電池から排出される排燃料原料ガスを用いて運転されるガスタービンと、前記ガスタービンへ前記メタン濃度変動ガスを供給するガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ラインと、前記ガスタービンへ所定燃料ガスを供給するガスタービン用所定燃料ガス供給ラインと、上記のいずれかに記載の制御装置とを備える。
【００２４】
本発明の第三態様に係る複合発電システムの制御方法は、燃料極と空気極と発電室温度を測定する発電室温度センサとを備え、運転中にメタン濃度が変動するメタン濃度変動ガスを燃料原料ガスとする燃料電池と、前記燃料電池から排出される排燃料原料ガスを用いて運転されるガスタービンと、前記メタン濃度変動ガス中の前記メタン濃度を測定する濃度計と、を備えた複合発電システムの制御方法であって、前記ガスタービンへ前記メタン濃度変動ガスを供給するガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ラインと所定燃料ガスを供給するガスタービン用所定燃料ガス供給ラインとが設けられ、前記ガスタービンの起動工程において、起動と共に前記所定燃料ガスを供給開始し、前記発電室温度センサの測定した前記発電室温度の単位時間当たりの温度上昇率及び前記メタン濃度変動ガスの前記メタン濃度に応じて前記ガスタービンに供給される前記メタン濃度変動ガスの供給開始時間、供給流量および前記所定燃料ガスの供給流量を決定する。
【００２５】
本発明の第四態様に係る複合発電システムの制御プログラムは、燃料極と空気極と発電室温度を測定する発電室温度センサとを備え、運転中にメタン濃度が変動するメタン濃度変動ガスを燃料原料ガスとする燃料電池と、前記燃料電池から排出される排燃料原料ガスを用いて運転されるガスタービンと、前記メタン濃度変動ガス中の前記メタン濃度を測定する濃度計と、を備えた複合発電システムの制御プログラムであって、前記ガスタービンへ前記メタン濃度変動ガスを供給するガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ラインと所定燃料ガスを供給するガスタービン用所定燃料ガス供給ラインとが設けられ、前記ガスタービンの起動工程において、起動と共に前記所定燃料ガスの供給指令を開始し、前記発電室温度センサの測定した前記発電室温度の単位時間当たりの温度上昇率及び前記メタン濃度変動ガスの前記メタン濃度に応じて前記ガスタービンに供給される前記メタン濃度変動ガスの供給開始時間、供給流量および前記所定燃料ガスの供給流量を決定する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、燃料電池を備えた複合発電システムの起動において、制御装置は所定燃料ガス供給からメタン濃度変動ガス供給への切り替えを、燃料電池の発電室温度の単位時間当たりの上昇率に基づき実施するので、メタン濃度の不安定なメタン濃度変動ガスを用いた複合発電システムであっても安定した起動を行うことができる。
また、起動用燃料として用いられる所定燃料ガスの消費量を少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の複合発電システムを示した概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る複合発電システムの起動におけるタイムチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る複合発電システムの起動時における各遮断弁の開閉を示したタイムチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る複合発電システムの起動時における各流量調整弁の開度を示したタイムチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る複合発電システムの燃料電池におけるセルスタックの一態様を示すものである。
【図６】本発明の一実施形態に係る複合発電システムの燃料電池におけるＳＯＦＣモジュールの一態様を示すものである。
【図７】本発明の一実施形態に係る複合発電システムの燃料電池におけるＳＯＦＣカートリッジの断面の一態様を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明に係る複合発電システムの制御装置、複合発電システム、複合発電システムの制御方法および複合発電システムの制御プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の一実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、本実施形態に係る複合発電システムの制御装置、複合発電システム、複合発電システムの制御方法および複合発電システムの制御プログラムの概略構成が示されている。
図１に示されるように、複合発電システム１は、固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣとする。）（燃料電池）１０、マイクロガスタービン（以下、ＭＧＴとする。）（ガスタービン）８０、発電機８６、及び制御装置７０を主な構成として備えている。本実施形態の複合発電システム１は、燃料原料ガスとして運転中にメタン濃度が変動するメタン濃度変動ガス２０を用いる。メタン濃度変動ガス２０としては、例えば、有機性廃棄物の嫌気性発酵処理（メタン発酵）によるメタン発酵ガス、下水汚泥の嫌気性処理による消化ガスなどを由来とするバイオガス、再生可能エネルギー由来等の水素をメタンに混ぜたハイタンなどが挙げられるが、本実施形態ではバイオガス２０を用いるものとする。また、本実施形態の複合発電システム１は、起動用燃料として所定燃料ガス３０を用いる。所定燃料ガス３０とは、予め発熱量が略一定に調整された所定のガスを意味し、例えばメタン濃度が略一定に調整された都市ガスが挙げられ、本実施形態では都市ガス３０を用いるものとする。
【００２９】
ＭＧＴ８０は、圧縮機８４、燃焼器８１、タービン８３、発電機８６及び再生熱交換器８５を備えており、圧縮機８４とタービン８３と発電機８６は、一体回転可能に同軸に連結されている。圧縮機８４は、取り込んだ空気５を圧縮する。燃焼器８１は、圧縮機８４から排出され再生熱交換器８５、第２流量調整弁１８、及び酸化性ガス排出ライン３０５を通して供給された圧縮空気と、ＳＯＦＣ１０の空気極１１３から排出され酸化性ガス排出ライン３０５及び遮断弁１３を通して供給された排空気（排酸化性ガス）と、ＳＯＦＣ１０の燃料極１０９から排出され燃料極燃料原料ガス排出ライン３０３及び流量調整弁１５を通して供給された排燃料原料ガスと、ガスタービン用燃料原料ガス供給ライン３０９及び流量調整弁６２を通して供給されたバイオガス２０または流量調整弁６３を通して供給された都市ガス３０を混合して燃焼する。酸化性ガス排出ライン３０５には、燃焼器８１の近傍に燃焼器入口空気温度Ｔ０を測定する燃焼器入口温度センサ１４が設けられている。タービン８３は、燃焼器８１から供給された排ガス（燃焼ガス）が断熱膨張することにより回転する。発電機８６は、タービン８３と同軸上に設けられており、タービン８３が回転駆動することで発電する。タービン８３の近傍には、排ガス温度を測定するタービン入口温度センサ８２が設けられている。再生熱交換器８５は、タービン８３から排出された排ガスと圧縮機８４から排出された圧縮空気との間で熱交換を行う。圧縮空気との熱交換で冷却された排ガスは、煙突９０を通して外部に放出される。
【００３０】
燃焼器８１には、ガスタービン用燃料原料ガス供給ライン３０９を通して起動用燃料が供給される。本実施形態においてＭＧＴ８０の起動用燃料はバイオガス２０と都市ガス３０である。ガスタービン用燃料原料ガス供給ライン３０９は、バイオガス２０を供給するガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ライン（以下、ガスタービン用バイオガス供給ラインという。）３０７と、都市ガス３０を供給するガスタービン用所定燃料ガス供給ライン（以下、ガスタービン用都市ガス供給ラインという。）３０８が合流したラインである。ガスタービン用バイオガス供給ライン３０７は、後述するメタン濃度変動ガス供給ライン（以下、バイオガス供給ラインという。）３１０から分岐し、バイオガス２０の流れ方向に沿って上流側から順に遮断弁５２及びバイオガス２０の供給量を調整可能な流量調整弁６２が設けられている。ガスタービン用都市ガス供給ライン３０８は、後述する所定燃料ガス供給ライン（以下、都市ガス供給ラインという。）３１１から分岐し、都市ガス３０の流れ方向に沿って上流側から順に遮断弁５３及び都市ガス３０の供給量を調整可能な流量調整弁６３が設けられている。
【００３１】
図１に示されるＳＯＦＣ１０は、詳細については後述するが、図５及び図６に示されるように圧力容器２０５内に空気極１１３と固体電解質１１１と燃料極１０９とが収容されて構成される。空気極１１３には、図１で示されるように圧縮機８４で圧縮された一部の圧縮空気が酸化性ガスとして空気極酸化性ガス供給ライン３０６を通して供給され、燃料極１０９には、例えば都市ガスやバイオガスなどの発電反応に寄与する燃料原料ガスが燃料極燃料原料ガス供給ライン３０１を通して供給されることで発電を行う。また、ＳＯＦＣ１０は発電室２１５及び発電室２１５の発電室温度Ｔ１を計測する発電室温度センサ１１を備えている。
ＳＯＦＣ１０にて用いられる酸化性ガスは、酸素を略１５％乃至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。
【００３２】
ＳＯＦＣ１０には空気極酸化性ガス供給ライン３０６が連結され、圧縮機８４が圧縮した一部の圧縮空気が空気極１１３の導入部に供給される。この空気極酸化性ガス供給ライン３０６には、圧縮空気の流れ方向に沿って上流側から順に後述する熱交換器バイパスライン３１３への分岐点、再生熱交換器８５、後述する燃料電池バイパスライン３１２への分岐点、圧縮空気の供給量を調整可能な流量調整弁１７、熱交換器バイパスライン３１３との合流点及び後述する空気極燃料原料ガス供給ライン３０２との合流点が設けられている。また、再生熱交換器８５の上流側分岐点から流量調整弁１７の下流側合流点へ再生熱交換器８５をバイパスするラインである熱交換器バイパスライン３１３が設けられており、このライン上には圧縮空気のバイパス量を調整可能な第１流量調整弁１６が設けられている。燃料電池バイパスライン３１２は、再生熱交換器８５から排出された圧縮空気の一部をＳＯＦＣ１０をバイパスして燃焼器８１に供給するラインであり、圧縮空気の供給量を調整可能な第２流量調整弁１８が設けられている。
【００３３】
ＳＯＦＣ１０には、空気極１１３で用いられた排空気（排酸化性ガス）を排出する酸化性ガス排出ライン３０５が連結されている。この酸化性ガス排出ライン３０５は、燃焼器８１の導入部に連結されており、空気極１１３で用いられた排空気を燃焼器８１へ供給する。酸化性ガス排出ライン３０５には、排空気の流れ方向に沿って上流側から順に遮断弁１３、燃料電池バイパスライン３１２との合流点、及び燃焼器入口温度センサ１４が設けられている。
【００３４】
また、ＳＯＦＣ１０には、燃料極１０９の導入部にＳＯＦＣ１０に燃料原料ガスを供給する燃料極燃料原料ガス供給ライン３０１が連結されている。燃料極燃料原料ガス供給ライン３０１は、バイオガス２０を供給するバイオガス供給ライン３１０と、都市ガス３０を供給する都市ガス供給ライン３１１とが合流したラインである。バイオガス供給ライン３１０には、バイオガス２０の流れ方向に沿って上流側から順に濃度計２１、ガスタービン用バイオガス供給ライン３０７との分岐点及び遮断弁２２が設けられている。濃度計２１は、バイオガス２０中のメタン濃度の濃度計測を行う。都市ガス供給ライン３１１には、都市ガス３０の流れ方向に沿って上流側から順に空気極燃料原料ガス供給ライン３０２への分岐点、ガスタービン用都市ガス供給ライン３０８への分岐点及び遮断弁３５が設けられている。また、燃料極燃料原料ガス供給ライン３０１には、燃料原料ガスの流れ方向に沿って上流側から順に脱硫器２３、空気極燃料原料ガス供給ライン３０２への分岐点、流量調整弁２４、及び後述する再循環ライン３０４との合流点が設けられている。
【００３５】
ＳＯＦＣには、燃料極１０９で用いられた排燃料原料ガスを排出する燃料極燃料原料ガス排出ライン３０３が連結されている。この燃料極燃料原料ガス排出ライン３０３は、燃焼器８１の導入部に連結されており、燃料極１０９で用いられた排燃料原料ガスを燃焼器８１へ供給する。燃料極燃料原料ガス排出ライン３０３には、排燃料原料ガスの流れ方向に沿って上流側から順にブロア１２、再循環ライン３０４への分岐点、排燃料原料ガスの供給量を調整可能な流量調整弁１５が設けられている。再循環ライン３０４は、燃料極燃料原料ガス排出ライン３０３から燃料極燃料原料ガス供給ライン３０１へと連結している。燃料極１０９から排出された排燃料原料ガスを燃料極１０９へ再循環させることで、排燃料原料ガスに含まれる未反応分の燃料原料ガスを再利用すると共に、内部改質時の原料となる水を供給し、さらには排燃料原料ガスの顕熱は燃料極１０９へ供給される燃料原料ガスの昇温に用いられる。再循環ライン３０４には、燃料原料ガスの内部改質に利用する原料の水が不足する場合に、純水相当の上水４０を系外から供給する改質用水供給ライン３１４が合流している。改質用水供給ライン３１４には、上水４０の流れ方向に沿って上流側から順に改質用水供給装置４１及びブロア４２が設けられている。
【００３６】
また、空気極燃料原料ガス供給ライン３０２は、都市ガス供給ライン３１１から分岐し、空気極酸化性ガス供給ライン３０６に合流する。空気極燃料原料ガス供給ライン３０２には、都市ガス及び燃料原料ガスの流れ方向に沿って上流側から順に遮断弁３１、脱硫器３２、燃料極燃料原料ガス供給ライン３０１からの合流点、及び都市ガス３０またはバイオガス２０の供給量を調整可能な流量調整弁３４が設けられている。燃料極燃料原料ガス供給ライン３０１と空気極燃料原料ガス供給ライン３０２とを連結するライン上には、遮断弁３３が設けられている。
【００３７】
制御装置７０は、例えば、濃度計２１及び各温度センサ１１、１４、８２の計測値等に基づき、各遮断弁及び各流量調整弁の制御を行う。
制御装置７０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００３８】
次に、本実施形態における複合発電システムの起動方法について図２乃至図４を用いて説明する。
図２には、本実施形態に係る複合発電システムの起動におけるタイムチャートが示されている。
同図において、縦軸は図の上からＭＧＴ８０及びＳＯＦＣ１０の発電出力、燃焼器８１への燃料原料ガス供給量、燃料極１０９への燃料原料ガス供給量、空気極１１３への燃料原料ガス供給量、燃焼器入口空気温度Ｔ０、発電室２１５の発電室温度Ｔ１、ＳＯＦＣ１０の電流負荷の各値であり、横軸は時間である。発電出力のタイムチャートにおいて、一点鎖線はＭＧＴ８０の発電出力、二点鎖線はＳＯＦＣ１０の発電出力を示す。燃焼器供給量、燃料極供給量、空気極供給量の各タイムチャートにおいて、実線はバイオガス２０の供給量、破線は都市ガス３０の供給量を示す。また、空気極供給量のタイムチャートにおける一点鎖線はバイオガス２０の供給前に都市ガス３０が供給された場合の都市ガス３０の供給量、二点鎖線はバイオガス２０の供給前に都市ガス３０が供給された場合のバイオガス２０の供給量を示す。
図３には、本実施形態に係る複合発電システムの起動時における各遮断弁の開閉がタイムチャートに示されている。
同図において、縦軸は図の上から遮断弁５３、遮断弁５２、遮断弁３５、遮断弁２２、遮断弁３１、遮断弁３３、遮断弁１３の各開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）状態であり、横軸は時間である。遮断弁３１のタイムチャートにおいて、破線はバイオガス２０の供給前に都市ガス３０を供給する場合の遮断弁３１のＯＮ／ＯＦＦ状態を示す。また遮断弁３３のタイムチャートにおいて、一点鎖線はバイオガス２０の供給前に都市ガス３０が供給された場合の遮断弁３３のＯＮ／ＯＦＦ状態を示す。
図４には、本実施形態に係る複合発電システムの起動時における各流量調整弁の開度がタイムチャートに示されている。
同図において、縦軸は図の上から流量調整弁６３、流量調整弁６２、流量調整弁２４、流量調整弁３４、流量調整弁１５、第１流量調整弁１６、流量調整弁１７、第２流量調整弁１８の各開度であり、横軸は時間である。流量調整弁３４のタイムチャートにおいて、一点鎖線はバイオガス２０の供給前に都市ガス３０を供給する場合の流量調整弁３４の開度を示す。
【００３９】
本実施形態の発電システムの起動方法において、図２に示すように、時間ｔ１にてＭＧＴ８０の起動を行う。時間ｔ１において、図３に示すように全ての遮断弁はＯＦＦ（遮断）であり、図４に示すように第２流量調整弁１８を除くすべての流量調整弁は全閉、第２流量調整弁１８のみ全開である。
【００４０】
ＭＧＴ８０の起動においては、燃焼器８１へ都市ガス３０の供給を開始する。時間ｔ１にて、図３に示すように、ガスタービン用都市ガス供給ライン３０８上の遮断弁５３をＯＮ（開放）し、図４に示すようにガスタービン用都市ガス供給ライン３０８上の流量調整弁６３の開度を上げ、都市ガス３０の燃焼器８１への供給量を所定値まで上昇させる。都市ガス３０の供給量が所定値まで上がると同時に、図３に示すように酸化性ガス排出ライン３０５上の遮断弁１３をＯＮし、図４に示すように空気極酸化性ガス供給ライン３０６上の流量調整弁１７を全開とし、燃料電池バイパスライン３１２上の第２流量調整弁１８を全閉とする。
【００４１】
図２の縦軸の発電出力のチャートで一点鎖線に示すように、都市ガス３０の燃焼器８１への供給により、ＭＧＴ８０の発電出力は徐々に上昇し、発電機８６の発電出力が所定値に到達して一定出力（定格出力）となる。また、ＭＧＴ８０が起動することにより、燃焼器入口温度センサ１４が測定する燃焼器入口空気温度Ｔ０、及び発電室温度センサ１１が測定する発電室温度Ｔ１がそれぞれ上昇する。制御装置７０は、発電室温度Ｔ１の単位時間当たりの温度上昇率を逐次取得しており、発電室温度Ｔ１及びその単位時間当たりの温度上昇率に基づき、燃焼器８１でのバイオガス２０の燃焼安定性が得られる状況であるかを適切に判断して、バイオガス２０の燃焼器８１への供給開始のタイミングとなる時間ｔ２を決定する。
すなわち、複合発電システム１の起動では、ＳＯＦＣ１０の発電室温度Ｔ１及びその単位時間当たりの温度上昇率を維持して規定時間内での起動を行う必要がある。このためにはＭＧＴ８０の燃焼器８１での失火を防ぎ安定した燃焼を行う必要があり、シミュレーションや試験結果などから、バイオガス２０の燃焼器８１への供給開始のタイミングとなる発電室温度Ｔ１及びその単位時間当たりの温度上昇率の判断基準値を別途定めておき、この判断基準値に到達したことで時間ｔ２を決定する。
【００４２】
図２の縦軸の燃焼器供給量のチャートの実線によるガスタービン用燃料原料ガス供給ライン３０９へのバイオガス２０の流量に示すように、時間ｔ２において、バイオガス２０の燃焼器８１への供給を開始する。この時、図３に示すように、ガスタービン用バイオガス供給ライン３０７上の遮断弁５２をＯＮし、図４に示すようにガスタービン用バイオガス供給ライン３０７上の流量調整弁６２の開度を上げる。燃焼器８１への供給開始直後はバイオガス２０の流量が少ないので、バイオガス２０中に含まれるメタンガス成分の濃度（メタン濃度）が変化すると、燃焼器８１での燃焼安定への影響が大きい。そのため、燃焼器８１に供給される燃料原料ガス（この場合、都市ガス３０とバイオガス２０との混合燃料）中のメタンガス成分の量が一定量以上となるように、濃度計２１で計測されるメタン濃度に応じてバイオガス２０の供給量を変化させる。またこれに応じて破線で示す都市ガス３０の供給量を変化させる。
ここで、ガスタービン用燃料原料ガス供給ライン３０９中のメタンガス成分の量は、メタン濃度が６０体積％以上の所定濃度範囲となるように調整することで一定量以上とすることができる。メタンの所定濃度範囲は燃焼器８１の構造などで異なるが、本実施形態での所定濃度範囲は例えば６０体積％〜６５体積％であり、できるだけ都市ガス３０の供給量を少なくし都市ガス３０を消費しないで安定した燃焼を得られるメタン濃度を設定している。
バイオガス２０は供給量を徐々に上げていき、燃焼器入口空気温度Ｔ０が上昇して失火しない所定値（例えば３００℃〜４００℃）を超え燃焼が安定すると、図４に示すようにガスタービン用都市ガス供給ライン３０８上の流量調整弁６３を全閉として、図３に示すようにガスタービン用都市ガス供給ライン３０８上の遮断弁５３をＯＦＦ（遮断）し、燃焼器８１への都市ガス３０の供給を停止し、図２の縦軸の燃焼器供給量のチャートの破線で示すように都市ガス３０の流量はゼロとなる。
【００４３】
次に、制御装置７０は、発電室温度Ｔ１が第１閾値（例えば３００℃〜４５０℃）を超えるとＳＯＦＣ１０への燃料原料ガスの供給を開始する。発電室温度Ｔ１が第１閾値を超えたタイミングとなる時間ｔ３にて、図３に示すようにバイオガス供給ライン３１０上の遮断弁２２をＯＮし、図４に示すように燃料極燃料原料ガス供給ライン３０１上の流量調整弁２４及び燃料極燃料原料ガス排出ライン３０３上の流量調整弁１５の開度を上げていく。これにより、図２の縦軸の燃料極供給量のチャートの実線による燃料極燃料原料ガス供給ライン３０１のバイオガス流量が示すように、バイオガス２０はＳＯＦＣ１０の燃料極１０９に供給される。
時間ｔ３においてＳＯＦＣ１０の燃料極１０９へのバイオガス２０の供給が開始されると同時に、図２の縦軸の燃焼器供給量のチャートの実線によるガスタービン用燃料原料ガス供給ライン３０９によるＭＧＴ８０の燃焼器８１へのバイオガス２０の供給量は低減される（図４に示すようにガスタービン用バイオガス供給ライン３０７上の流量調整弁６２の開度が低減され始める。）。
【００４４】
次に、制御装置７０は、発電室温度Ｔ１が第２閾値（例えば４００℃〜５００℃。第２閾値＞第１閾値である。）を超えると、さらに発電室２１５の温度を上昇させるべくＳＯＦＣ１０の空気極１１３へのバイオガス２０の供給を開始する。発電室温度Ｔ１が第２閾値を超えたタイミングとなる時間ｔ４にて、図３に示すように遮断弁３３をＯＮし、図４に示すように空気極燃料原料ガス供給ライン３０２上の流量調整弁３４の開度を上げていく。これにより、図２の縦軸の空気極供給量のチャートの実線が示すように、空気極燃料原料ガス供給ライン３０２によりバイオガス２０はＳＯＦＣ１０の空気極１１３に供給される。
【００４５】
ここで、濃度計２１によって計測されたバイオガス２０のメタン濃度が６０体積％以上である場合、バイオガス２０による触媒燃焼での昇温能力が高くなるので発電室温度Ｔ１が第２閾値に至らない少し低い温度でも、バイオガス２０を投入することができる。ＳＯＦＣ１０の空気極１１３への燃料原料ガスの供給開始となるタイミングを、発電室温度Ｔ１が第２閾値よりも小さい所定の値を超えた時間ｔ４´としてもよい。この場合、時間ｔ４´は時間ｔ４よりも小さい（早い）ことから、ＳＯＦＣ１０の空気極１１３へのバイオガス２０の供給は早まる。
【００４６】
また、複数回の運転の確認で、空気極１１３の触媒燃焼が安定しないことが判明した場合は、バイオガス２０の供給に先立って都市ガス３０を事前に供給してもよい。メタン濃度が略一定に調整された都市ガス３０を事前に供給することで、触媒燃焼が安定する。都市ガス３０を供給する場合は、図２の縦軸の空気極供給量のチャートの一点鎖線が示すように、時間ｔ４にて空気極燃料原料ガス供給ライン３０２により都市ガス３０を供給し、その後バイオガス２０を空気極１１３に供給する。また図３の遮断弁３１のチャートに破線で示すように遮断弁３１をＯＮし、図４の流量調整弁３４のチャートに破線で示すように流量調整弁３４の開度を都市ガス３０に対応する所定値まで上げていく。また、所定時間経過後、図３の遮断弁３１のチャートに破線で示すように遮断弁３１をＯＦＦして都市ガス３０の供給を停止し、遮断弁３３のチャートに一点鎖線で示すように遮断弁３３をＯＮしてバイオガス２０の供給を開始する。図４の流量調整弁３４のチャートに破線に示すように所定時間経過後、流量調整弁３４の開度は更に開度を増加してバイオガス２０に対応する所定値までさらに上げていく。
【００４７】
発電室温度Ｔ１が所定の値に到達すると、ＳＯＦＣ１０は発電を開始する。ＳＯＦＣ１０の発電開始となる時間ｔ５において、図２の縦軸の発電出力のチャートの二点鎖線および電流負荷のチャートの実線に示すように、ＳＯＦＣ１０の発電出力及び電流負荷が上昇を開始する。これに応じて、燃料極供給量のチャートの実線に示すようにＳＯＦＣ１０の燃料極１０９への燃料原料ガス、すなわちバイオガス２０の供給量がさらに増加する。図４の流量調整弁２４及び流量調整弁１５のチャートに示すように、流量調整弁２４及び流量調整弁１５の開度がさらに増加する。
【００４８】
また、電流負荷が上がることにより、発電による発熱で発電室温度Ｔ１が上昇するため、ＳＯＦＣ１０の空気極１１３へバイオガス２０を供給して触媒燃焼させることによる昇温は必要がなくなることから、空気極１１３へのバイオガス２０の供給量を低減させる。図２の縦軸の空気極供給量のチャートの実線が示すように、時間ｔ５から空気極燃料原料ガス供給ライン３０２へのバイオガス２０の供給量を低減させる。また、図４の流量調整弁３４のチャートの実線に示すように、時間ｔ５から空気極燃料原料ガス供給ライン３０２上の流量調整弁３４の開度を下げていき、図３の遮断弁３３のチャートの実線に示すように、時間ｔ５にて遮断弁３３をＯＦＦし、空気極１１３に対するバイオガス２０の供給を停止する。
また、図２の縦軸の発電出力のチャートの二点鎖線に示すように時間ｔ５からＳＯＦＣ１０の発電が開始されるのに伴い、空気極酸化性ガス供給ライン３０６から空気極１１３へ供給する空気（酸化性ガス）の温度は、図４に示す再生熱交換器８５から排出された圧縮空気の供給量を調整可能な流量調整弁１７と、再生熱交換器８５をバイパスした圧縮空気のバイパス量（供給量）を調整可能な第１流量調整弁１６との開度により調整され、発電室温度Ｔ１がより早く所定温度に到達するよう、制御することができる。
【００４９】
時間ｔ６においてＳＯＦＣ１０が定格運転となると、図２の縦軸の発電出力のチャートの二点鎖線および電流負荷のチャートの実線に示すように、ＳＯＦＣ１０の発電出力及び電流負荷はほぼ一定の値を保つ。また、図２の縦軸のＴ０のチャートや縦軸のＴ１のチャートに示すように、燃焼器入口空気温度Ｔ０及び発電室温度Ｔ１についてもほぼ一定の値となる。時間ｔ６においてＳＯＦＣ１０が定格運転となると、ＳＯＦＣ１０の燃料極１０９に供給されるバイオガス２０及び燃焼器８１に供給されるバイオガス２０中のメタン成分の量がそれぞれ一定となるように、制御装置７０は濃度計２１で計測されるメタン濃度に応じてバイオガス２０の供給量を変化させる。バイオガス２０の供給量については、図４に示すように、流量調整弁６２、２４及び１５の開度の増減により調整される。
【００５０】
複合発電システム１の起動用燃料として用いた都市ガス３０は、バイオガス系統に異常が発生した場合の予備系統として用いることもできる。
具体的には、バイオガス２０の供給に異常が発生すると、遮断弁２２及び遮断弁５２がＯＦＦとなりバイオガス２０の供給を停止する。また、遮断弁３５及び遮断弁５３をＯＮとすることで、ＳＯＦＣ１０の燃料極１０９及び燃焼器８１への燃料原料ガスの供給をバイオガス２０から都市ガス３０に切り替える。これにより、複合発電システム１を停止することなく運転を継続することができ、信頼性と稼働率が向上する。
【００５１】
また、複合発電システム１の稼働中にバイオガス２０のメタン濃度が低下した場合は、燃料原料ガスをバイオガス２０のみとする運転から、バイオガス２０と都市ガス３０との混合燃料とする運転に切り替えることでメタン濃度を一定（例えば６０体積％）以上の所定濃度範囲に保つことができる。
バイオガス２０のみの運転において、バイオガス２０のメタン濃度が低下すると、ＳＯＦＣ１０の電圧の低下及び改質用水蒸気と炭素の比であるＳ／Ｃ（スチームカーボン比）の低下によりＳＯＦＣ１０の安定運転が困難となるが、その際は濃度計２１での監視によりバイオガス２０に都市ガス３０を混合することによりこれを防ぐことができる。
【００５２】
ここで、本実施形態に係るＳＯＦＣ１０について、以下に説明する。
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。
また、以下においては、ＳＯＦＣ１０のセルスタックとして円筒形を例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。
【００５３】
まず、図５を参照して本実施形態に係る円筒形セルスタックについて説明する。ここで、図５は、本実施形態に係るセルスタックの一態様を示すものである。セルスタック１０１は、円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを備える。燃料電池セル１０５は、燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端の一端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を備え、最も端の他端に形成された燃料電池セル１０５の燃料極１０９に電気的に接続されたリード膜（不図示）を備える。
【００５４】
基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、ＣＳＺと酸化ニッケル（ＮｉＯ）との混合物（ＣＳＺ＋ＮｉＯ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４などを主成分とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される燃料原料ガスを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１０９に拡散させるものである。
【００５５】
燃料極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。燃料極１０９の厚さは５０〜２５０μｍである。この場合、燃料極１０９は、燃料極１０９の成分であるＮｉが燃料原料ガスに対して触媒作用を備える（触媒燃焼）。この触媒作用（触媒燃焼）は、基体管１０３を介して供給された燃料原料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
燃料原料ガスがセルスタック１０１に供給されると、前述した改質反応により吸熱反応が起こる。これにより、燃料原料ガスを増加させると発電室温度Ｔ１は低下する。
ＳＯＦＣ１０の燃料極１０９に供給し利用できる燃料原料ガスとしては、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素系ガス、都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどの炭素質原料をガス化設備により製造したガスなどが挙げられる。
【００５６】
固体電解質１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを備えるＹＳＺが主として用いられる。この固体電解質１１１は、空気極１１３で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極１０９に移動させるものである。燃料極１０９の表面上に位置する固体電解質１１１の膜厚は１０〜１００μｍである。
【００５７】
空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成される。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成するものである。空気極１１３は２層構成とすることもできる。この場合、固体電解質１１１側の空気極層（空気極中間層）は高いイオン導電性を示し、触媒活性に優れる材料で構成される。空気極中間層上の空気極層（空気極導電層）は、Ｓｒ及びＣａドープＬａＭｎＯ３で表されるペロブスカイト型酸化物で構成されても良い。こうすることにより、発電性能をより向上させることができる。
【００５８】
インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成される。インターコネクタ１０７は、燃料原料ガスと酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっていて、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した耐久性と電気導電性を備える。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１０９とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。リード膜１１５は、電子伝導性を備えること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出すものである。
【００５９】
次に、図６と図７とを参照して本実施形態に係るＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣカートリッジについて説明する。ここで、図６は、本実施形態に係るＳＯＦＣモジュールの一態様を示すものである。また、図７は、本実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジの一態様の断面図を示すものである。
【００６０】
ＳＯＦＣモジュール２０１は、図６に示すように、例えば、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３と、これら複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３を収納する圧力容器２０５とを備える。
なお、図６には円筒形のＳＯＦＣのセルスタックを例示しているが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。
また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料原料ガス供給管２０７と複数の燃料原料ガス供給枝管２０７ａ及び燃料原料ガス排出管２０９と複数の燃料原料ガス排出枝管２０９ａとを備える。更にＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス供給管（不図示）と酸化性ガス供給枝管（不図示）及び酸化性ガス排出管（不図示）と複数の酸化性ガス排出枝管（不図示）とを備える。
【００６１】
燃料原料ガス供給管２０７は、圧力容器２０５の外部に設けられ、ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料原料ガスを供給する燃料原料ガス供給部に接続されると共に、複数の燃料原料ガス供給枝管２０７ａに接続されている。この燃料原料ガス供給管２０７は、上述の燃料原料ガス供給部から供給される所定流量の燃料原料ガスを、複数の燃料原料ガス供給枝管２０７ａに分岐して導くものである。また、燃料原料ガス供給枝管２０７ａは、燃料原料ガス供給管２０７に接続されると共に、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されている。この燃料原料ガス供給枝管２０７ａは、燃料原料ガス供給管２０７から供給される燃料原料ガスを複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電性能を略均一化させるものである。
【００６２】
燃料原料ガス排出枝管２０９ａは、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されると共に、燃料原料ガス排出管２０９に接続されている。この燃料原料ガス排出枝管２０９ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３から排出される排燃料原料ガスを燃料原料ガス排出管２０９に導くものである。また、燃料原料ガス排出管２０９は、複数の燃料原料ガス排出枝管２０９ａに接続されると共に、一部が圧力容器２０５の外部に配置されている。この燃料原料ガス排出管２０９は、燃料原料ガス排出枝管２０９ａから略均等の流量で導出される排燃料原料ガスを圧力容器２０５の外部に導くものである。
【００６３】
圧力容器２０５は、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約１ＭＰa、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばＳＵＳ３０４などのステンレス系材が好適である。
【００６４】
ここで、本実施形態においては、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されて圧力容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されずに圧力容器２０５内に収納される態様とすることもできる。
【００６５】
ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、図７に示す通り、複数のセルスタック１０１と、発電室２１５と、燃料原料ガス供給室２１７と、燃料原料ガス排出室２１９と、酸化性ガス供給室２２１と、酸化性ガス排出室２２３とを備える。更にＳＯＦＣカートリッジ２０３は、上部管板２２５ａと、下部管板２２５ｂと、上部断熱体２２７ａと、下部断熱体２２７ｂとを備える。なお、本実施形態においては、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、燃料原料ガス供給室２１７と燃料原料ガス排出室２１９と酸化性ガス供給室２２１と酸化性ガス排出室２２３とが図７のように配置されることで、燃料原料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる、または酸化性ガスがセルスタックの長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
【００６６】
発電室２１５は、上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間に形成された領域である。この発電室２１５は、セルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置された領域であり、燃料原料ガスと酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、この発電室２１５のセルスタック１０１長手軸方向の中央部付近での温度は、温度センサ１１などで監視され、ＳＯＦＣモジュール２０１の定常運転時に、およそ７００℃〜１０００℃の高温雰囲気となる。
【００６７】
燃料原料ガス供給室２１７は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの上部に設けられた燃料原料ガス供給孔２３１ａによって、燃料原料ガス供給枝管２０７ａと連通されている。複数のセルスタック１０１は、上部管板２２５ａとシール部材２３７ａにより接合されており、燃料原料ガス供給室２１７は、燃料原料ガス供給枝管２０７ａから燃料原料ガス供給孔２３１ａを介して供給される燃料を、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の発電性能を略均一化させる。
【００６８】
燃料原料ガス排出室２１９は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂに備えられた燃料原料ガス排出孔２３１ｂによって、燃料原料ガス排出枝管２０９ａと連通されている。複数のセルスタック１０１は、下部管板２２５ｂとシール部材２３７ｂにより接合されており、燃料原料ガス排出室２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して燃料原料ガス排出室２１９に供給される排燃料原料ガスを集約して、燃料原料ガス排出孔２３１ｂを介して燃料原料ガス排出枝管２０９ａに導くことができる。
【００６９】
ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３へ供給する。酸化性ガス供給室２２１は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂと下部断熱体２２７ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂの側面に設けられた酸化性ガス供給孔２３３ａによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給室２２１は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔２３３ａを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを介して発電室２１５に略均一流量で導くことができる。
【００７０】
酸化性ガス排出室２２３は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａと上部断熱体２２７ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの側面に設けられた酸化性ガス排出孔２３３ｂによって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出室２２３は、発電室２１５から、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを介して酸化性ガス排出室２２３に供給される排空気を、酸化性ガス排出孔２３３ｂを介して図示しない酸化性ガス排出枝管に導くことができる。
【００７１】
上部管板２２５ａは、上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとの間に、上部管板２２５ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとが略平行になるように、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また上部管板２２５ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この上部管板２２５ａは、複数のセルスタック１０１の一方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料原料ガス供給室２１７と酸化性ガス排出室２２３とを隔離するものである。
【００７２】
下部管板２２５ｂは、下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとの間に、下部管板２２５ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとが略平行になるように下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また下部管板２２５ｂは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この下部管板２２５ｂは、複数のセルスタック１０１の他方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料原料ガス排出室２１９と酸化性ガス供給室２２１とを隔離するものである。
【００７３】
上部断熱体２２７ａは、上部ケーシング２２９ａの下端部に、上部断熱体２２７ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部管板２２５ａとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また、上部断熱体２２７ａには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体２２７ａは、この孔の内面と、上部断熱体２２７ａに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間２３５ｂを備える。
【００７４】
この上部断熱体２２７ａは、発電室２１５と酸化性ガス排出室２２３とを仕切るものであり、上部管板２２５ａの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。上部管板２２５ａ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、上部管板２２５ａ等が発電室２１５内の高温に晒されて上部管板２２５ａ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体２２７ａは、発電室２１５を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを通過させて酸化性ガス排出室２２３に導くものである。
【００７５】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料原料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管１０３の内部を通って発電室２１５に供給される燃料原料ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板２２５ａ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出室２２３に供給される。また、燃料原料ガスは、発電室２１５から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料原料ガスを発電室２１５に供給することができる。
【００７６】
下部断熱体２２７ｂは、下部ケーシング２２９ｂの上端部に、下部断熱体２２７ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部管板２２５ｂとが略平行になるように配置され、下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また、下部断熱体２２７ｂには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体２２７ｂは、この孔の内面と、下部断熱体２２７ｂに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間２３５ａを備える。
【００７７】
この下部断熱体２２７ｂは、発電室２１５と酸化性ガス供給室２２１とを仕切るものであり、下部管板２２５ｂの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板２２５ｂ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板２２５ｂ等が高温に晒されて下部管板２２５ｂ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体２２７ｂは、酸化性ガス供給室２２１に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを通過させて発電室２１５に導くものである。
【００７８】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料原料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、基体管１０３の内部を通って発電室２１５を通過した排燃料原料ガスは、発電室２１５に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板２２５ｂ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料原料ガス排出室２１９に供給される。また、酸化性ガスは排燃料原料ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスを発電室２１５に供給することができる。
【００７９】
発電室２１５で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル１０５に設けたＮｉ／ＹＳＺ等からなるリード膜１１５によりセルスタック１０１の端部付近まで導出した後に、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の集電棒（不図示）に集電板（不図示）を介して集電して、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部へと取り出される。前記集電棒によってＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部に導出された直流電力は、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電電力を所定の直列数および並列数へと相互に接続され、ＳＯＦＣモジュール２０１の外部へと導出されて、図示しないパワーコンディショナ等の電力変換装置（インバータなど）により所定の交流電力へと変換されて、電力供給先（例えば、負荷設備や電力系統）へと供給される。
【００８０】
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の制御装置、複合発電システム、複合発電システムの制御方法および複合発電システムの制御プログラムによれば、以下の作用効果を奏する。
本構成によれば、バイオガス２０を燃料原料ガスとするＳＯＦＣ１０を備えた複合発電システム１の起動において、ガスタービン８０の起動工程である時間（ｔ１）にガスタービン８０の燃焼器８１に都市ガス３０のみを供給することで、メタン濃度が変動するとともに都市ガス３０よりも燃焼速度が遅いバイオガス２０を使用しないためガスタービン８０の安定した起動が行え、ガスタービン８０の火炎が安定することによりガスタービン８０の失火を防止することができる。
【００８１】
また、ＳＯＦＣ１０の発電室温度Ｔ１及びその単位時間当たりの温度上昇率に応じてバイオガス２０の供給開始時間（ｔ２）を決定することから、ガスタービン８０の燃焼が安定した状態での適切な供給タイミングである時間（ｔ２）でバイオガス２０の供給を開始することができる。また、ガスタービン８０の燃焼が安定した状態で都市ガス３０の供給を停止し、都市ガス３０の供給流量を削減し最小化することができるので、都市ガス消費量を低減できる。また、ガスタービン８０を適切に起動することができ、ガスタービン８０の起動を早くできるため、ＳＯＦＣ１０の起動を早く行うことができる。
また、ガスタービン８０の燃焼器８１にバイオガス２０を供給するガスタービン用バイオガス供給ライン３０７と都市ガス３０を供給するガスタービン用都市ガス供給ライン３０８を設けるため、メタン濃度が変動するバイオガス２０のメタンガス成分の濃縮やメタン濃度に応じたバイオガス２０の供給流量の調整を行うことなく、バイオガス２０のメタン濃度が変動して低下した場合に対応した都市ガス３０の供給流量を調整してメタン濃度を容易に所定濃度範囲とすることができる。
【００８２】
また本実施形態によれば、ガスタービン８０の燃焼器８１に供給される燃料原料ガスのメタン濃度が６０体積％以上の所定濃度範囲となるようにガスタービン８０の燃焼器８１に供給される燃料原料ガスであるバイオガス２０および都市ガス３０の各供給流量が調整されるため、メタン濃度が変動するバイオガス２０のメタンガス成分の濃縮を行う必要がない。そのため、メタンガス成分の濃縮に要するコストが削減できる。
また、例えばガスタービン８０の燃焼器８１に供給されるバイオガス２０のメタン濃度に応じて供給流量を調整した場合、バイオガス２０は燃焼速度が遅いため、火炎が安定せず失火することによりガスタービン８０の起動が困難である。しかし、本構成により、都市ガス３０の供給流量を調整することによってバイオガス２０のメタン濃度の変動に対応し、メタン濃度を所定範囲内として燃焼器８１の燃焼を安定化してガスタービン８０の安定した起動を行うことができる。
【００８３】
また本実施形態によれば、発電室温度Ｔ１が第１閾値を超えると、時間（ｔ３）でＳＯＦＣ１０の燃料極１０９へのバイオガス２０の供給を開始することから、ガスタービン８０が起動し発電室温度Ｔ１が所定の温度まで上昇して、ガスタービン８０の運転が安定してからＳＯＦＣ１０への燃料原料ガスの供給を開始することができる。
【００８４】
また本実施形態によれば、発電室温度Ｔ１が上昇し第２閾値を超えると、時間（ｔ４）でＳＯＦＣ１０の空気極１１３へのバイオガス２０の供給を開始することから、燃料極１０９へのバイオガス２０の供給開始後に、ＳＯＦＣ１０の空気極１１３側における触媒燃焼を安定して行えることにより発電室温度Ｔ１をさらに上昇させることができる。
【００８５】
また本実施形態によれば、バイオガス２０のメタン濃度が６０体積％以上であれば、ＳＯＦＣ１０の空気極１１３での触媒燃焼がさらに安定して行えるため、空気極１１３へのバイオガス２０の供給を第２閾値よりも小さい値で開始する、すなわち空気極１１３へのバイオガス２０の供給を早めることができることから、ＳＯＦＣ１０の起動をより早めることができる。
【００８６】
また本実施形態によれば、空気極１１３の初期燃料が安定しない場合、発電室温度Ｔ１が第２閾値を超えるとバイオガス２０の供給を開始する前に都市ガス３０の供給を開始することから、触媒燃焼が安定する。
【００８７】
また本実施形態によれば、バイオガス２０の供給が減少する、停止する、バイオガス２０中のメタン濃度が低下する等、バイオガス２０の供給に異常が発生した場合、都市ガス３０の供給流量を増やすことで、バイオガス２０の予備系統として都市ガス３０を用いることができる。これにより、複合発電システム１をより安定稼働することができる。バイオガス２０の供給が停止、減少する等によりバイオガス２０での運転が困難な場合には、バイオガス２０から都市ガス３０に系統を切り替えて運転を継続することができ信頼性と稼働率を向上することができる。
【００８８】
以上、本発明の一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なども含まれる。
【００８９】
たとえば、上述した各実施形態においては所定燃料ガスとして都市ガスを用いるとしたが、ＬＰＧ等の予め発熱量が略一定に調整された他のガスを用いるとしてもよい。
また、上述した各実施形態の制御装置は、ＳＯＦＣ、ガスタービン及び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）に適用するとしてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１  複合発電システム
１０  ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池、燃料電池）
１１  発電室温度センサ
１４  燃焼器入口温度センサ
２０  バイオガス（メタン濃度変動ガス）
２１  濃度計
３０  都市ガス（所定燃料ガス）
４０  上水
７０  制御装置
８０  ＭＧＴ（ガスタービン）
８１  燃焼器
８３  タービン
８４  圧縮機
８５  再生熱交換器
８６  発電機
９０  煙突
１０９  燃料極
１１３  空気極
２１５  発電室
３０１  燃料極燃料原料ガス供給ライン
３０２  空気極燃料原料ガス供給ライン
３０３  燃料極燃料原料ガス排出ライン
３０４  再循環ライン
３０５  酸化性ガス排出ライン
３０６  空気極酸化性ガス供給ライン
３０７  ガスタービン用バイオガス供給ライン（ガスタービン用メタン濃度変動ガス供給ライン）
３０８  ガスタービン用都市ガス供給ライン（ガスタービン用所定燃料ガス供給ライン）
３０９  ガスタービン用燃料原料ガス供給ライン
３１０  バイオガス供給ライン（メタン濃度変動ガス供給ライン）
３１１  都市ガス供給ライン（所定燃料ガス供給ライン）
３１２  燃料電池バイパスライン
３１３  熱交換器バイパスライン
３１４  改質用水供給ライン
【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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