Power source system and its operation method
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Ｃ）と、発電機が接続されたマイクロガスタービンと、
レドックスフロー電池を有してなり、前記ＳＯＦＣと発電機との出力を加えたものが基本電力として電力系統に出力されると共に、レドックスフロー電池は、電力系統が要求する電力量が前記基本電力より大きいとき、両者の差分に当たる電力を電力系統に供給し、電力系統が要求する電力量が前記基本電力より小さいとき、両者の差分に当たる電力量を蓄電する機能を有することを特徴とする電源システム。 【請求項２】 請求項１に記載の電源システムの運転方法であって、前記基本電力を、ほぼ、前記ＳＯＦＣによる発電とマイクロガスタービンによる発電との合計の発電効率が最高となる電力量に保ちながら運転を行うことを特徴とする電源システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、加圧形固体酸化物型燃料電池（本明細書では単に「ＳＯＦＣ」と称することがある）と、マイクロガスタービンによる発電とを組み合わせた電源システム（本明細書では単に「ハイブリッドシステム」と称することがある）及びその運転方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】ＳＯＦＣとマイクロガスタービンを組み合わせたハイブリッド発電システムは従来公知である。
図２にＳＯＦＣを単独で運転した場合の出力に対する発電効率を示す。 図２から分かるように、発電効率が最大となる点は、定格出力（100％出力）に対して低い値に留まっている。 【０００３】これに対し、ＳＯＦＣとマイクロガスタービンを組み合わせたハイブリッド発電システムにおける出力に対する発電効率を図３に示す。 図３から分かるように、このようなハイブリッド発電システムにおいては、発電効率が最高となる点は定格出力よりわずかに低い出力の場合である。 よって、定格出力に近い大きな出力で運転した場合でも高い効率が得られる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前述したようなハイブリッド発電システムにおいては、前述のように定格出力に近い大きな出力で常時運転を行うことが発電効率の面から好ましい。 ところが、周知のように、電力需要は昼間と夜間では大きな差があり、夜間では必要電力量が低下する。 これに対応するためには、発電量を落とさなければならず、発電効率が低下するという問題点がある。
また、設備としては昼間の電力需要を賄うだけの容量を持たなければならず、平均需要電力よりも大型の設備が必要であるという問題点もある。 【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、前述のようなハイブリッド発電システムを常に高効率で運転できるような電源システム及びその運転方法を提供することを課題とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するための第１の手段は、加圧形固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）と、発電機が接続されたマイクロガスタービンと、
レドックスフロー電池を有してなり、前記ＳＯＦＣと発電機との出力を加えたものが基本電力として電力系統に出力されると共に、レドックスフロー電池は、電力系統が要求する電力量が前記基本電力より大きいとき、両者の差分に当たる電力を電力系統に供給し、電力系統が要求する電力量が前記基本電力より小さいとき、両者の差分に当たる電力量を蓄電する機能を有することを特徴とする電源システム（請求項１）である。 【０００７】本手段によれば、基本電力の値を常に定格値近くの効率の高い領域に保ち、需要電力量が基本電力より少ない夜間等においては、余った電力でレドックスフロー電池を充電し、需要電力量が基本電力を超えた場合には、不足分をレドックスフロー電池から供給することができる。 よって、前記ハイブリッド発電システムの発電効率を高効率に保つと共に、全体の設備の規模を平均需要電力に見合ったものとすることができる。 【０００８】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段を運転する方法であって、前記基本電力を、前記ＳＯＦＣによる発電とマイクロガスタービンによる発電との合計の発電効率がほぼ最高となる電力量に保ちながら運転を行うことを特徴とするもの（請求項２）である。 【０００９】本手段においては、たとえ需要電力量が定格出力を超えるような場合でも、前記ハイブリッドシステムの出力を定格まで上げず、その発電効率がほぼ最高となる電力量（最高発電効率の97％以上の発電効率を有する範囲）に保ちながら運転を続け、不足分の電力をレドックスフロー電池から供給する。 よって、前記ハイブリッドシステムの発電効率を確実に高効率に保つことができる。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。 図１は、本発明の実施の形態の１例である電源システムの概要図である。 マイクロガスタービンに直結された圧縮機には、ＳＯＦＣへの燃焼空気が供給され、圧縮空気は、熱交換機で加熱された後ＳＯＦＣに送られ、同じく熱交換機を通って加熱された燃料と混合されて発電を行う。 ＳＯＦＣの直流出力はＤ
／Ｄコンバータにより高電圧の直流電圧に変換され、直流ラインに入力される。 【００１１】ＳＯＦＣの約850℃の排ガスは、マイクロガスタービンに送られ、マイクロガスタービンを駆動する。 マイクロガスタービンには発電機Ｇが結合されており、これにより発電された交流電力はＡ／Ｄコンバータにより直流に変換され、直流ラインに入力される。 そして、マイクロガスタービンより排出された約250℃の排ガスは、熱交換機で放熱を行い、続いて熱回収／冷温熱供給装置で熱媒体を加熱した後に排気される。 【００１２】ＳＯＦＣの発電量と発電機Ｇの発電量の合計は、最適化運転システムの指令により、これらで構成されるハイブリッドシステムの発電効率が最高値になる発電量に制御されている。 即ち、ＳＯＦＣの発電量と発電機Ｇの発電量の合計は、常に一定に保たれている（これを「基本電力」という）。 【００１３】直流ラインには、バナジウムレドックスフロー電池が結合されている。 バナジウムレドックスフロー電池は、最適化運転システムの指令を受け、電力系統が必要とする電力量が基本電力を上回るとき、給電制御を行って不足分の電力を直流ラインに放出する。 また、
基本電力が、電力系統が必要とする電力量を上回るとき、給電制御を行って余剰分の電力を直流ラインから受け取って蓄電を行う。 【００１４】双方向インバータは、直流ラインの電力を電力系統に同期した交流に変換して電力系統に供給する。 熱回収／冷温熱供給装置から供給される熱媒体は、
バナジウムレドックスフロー電池の電解液タンク内の電解液を加熱すると共に、外部に熱源として供給される。 【００１５】最適化運転システムは、本明細書には記載されていない高度の最適運転のための制御を行うが、最低、前述のようにバナジウムレドックスフロー電池の放電・蓄電制御を行う。 【００１６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
前述のようなハイブリッド発電システムを常に高効率で運転できるような電源システム及びその運転方法を提供することができる。 さらに、従来に比して設備を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態の１例である電源システムの概要図である。 【図２】ＳＯＦＣを単独で運転した場合の出力に対する発電効率を示す図である。 【図３】マイクロガスタービンとＳＯＦＣを組み合わせたハイブリッド発電システムにおける出力に対する発電効率を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 7識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｃ 6/18 Ｆ０２Ｃ 6/18 Ｚ Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｐ 8/12 8/12 Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｆ (72)発明者 坂本 賢美 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内(72)発明者 福田 聖二 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 3G081 BA11 BA20 DA27 5H026 AA06 5H027 AA06 AA10 DD02 DD03 5H590 AA02 AA03 CA08 CA26 CA30 CD01 CD03 CE01 CE05 EA07 EB04 GA06 HA06
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