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JP4638092B2 - Electricity / hydrogen combined supply facility - Google Patents

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JP4638092B2
JP4638092B2 JP2001239097A JP2001239097A JP4638092B2 JP 4638092 B2 JP4638092 B2 JP 4638092B2 JP 2001239097 A JP2001239097 A JP 2001239097A JP 2001239097 A JP2001239097 A JP 2001239097A JP 4638092 B2 JP4638092 B2 JP 4638092B2
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gas
power
exhaust gas
steam
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JP2001239097A
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力需要の低下にかかわらず設備利用率を上げることができる電力/水素併給設備に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ガスタービン及び蒸気タービンを備えた従来の発電設備の一例を図4に示す。
同図に示す従来の発電設備は、取り込んだ空気a及び燃料f(天然ガス)を混合燃焼させて回転駆動力を発生させるガスタービン1と、該ガスタービン1からの排気ガスgを熱源として蒸気sを発生させる排ガスボイラ2と、該排ガスボイラ2からの蒸気sにより回転駆動される蒸気タービン3と、該蒸気タービン3及びガスタービン1の回転駆動力により発電する発電機4とを備えて概略構成されている。
【0003】
ガスタービン1には、取り込んだ空気aを圧縮して吐出する圧縮機1aと、該圧縮機1aにより圧縮された圧縮空気が供給される燃焼器1bと、該燃焼器1bの燃焼ガスにより回転駆動されるタービン1cとが備えられている。
また、排ガスボイラ2には、蒸気タービン3を経て温度が低くなった蒸気sを、排気ガスgで加熱する熱交換部2aが備えられている。そして、この熱交換部2aを経て低温化した排気ガスgは、煙突5より排出されるようになっている。
また、蒸気タービン3は、排ガスボイラ2からの蒸気sにより回転駆動されるものであり、回転軸3aを備えている。
また、発電機4は、蒸気タービン3の回転軸3a及びガスタービン1の回転軸1dとの間に接続されており、これら回転軸3a,1dの回転駆動力により発電可能となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記説明の従来の発電設備では、夜間の電力需要低下時に負荷を下げる必要があるために設備利用率が低くなり、発電コストが上がるという問題を有していた。すなわち、電力需要が低下した場合、昼間と同じように運転すると余剰電力が生じ、なおかつこの余剰電力を蓄えておくことができないため、自ずと、電力需要低下に応じて発電能力を下げた運転をしなければならず、設備利用率が下がることとなっていた。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、電力需要の低下にかかわらず設備利用率を上げることで、総合的な発電コストを下げることができる発電手段の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項1に記載の電力/水素併給設備は、空気及び燃料を混合燃焼させて回転駆動力を発生させるガスタービンと、該ガスタービンからの排気ガスを熱源として蒸気を発生させる排ガスボイラと、該排ガスボイラからの前記蒸気により回転駆動される蒸気タービンと、該蒸気タービン及び前記ガスタービンの回転駆動力により発電する発電機とを備え、前記排ガスボイラに、該排ガスボイラで生成された前記蒸気の一部と、天然ガスとを取り込み、前記ガスタービンからの排気ガスにより加熱して少なくとも水素を生成する水素分離型改質器が備えられ、前記水素が、通常発電量を要する通常運転時には、前記燃料の一部として前記ガスタービンに供給され、前記通常発電量よりも低発電量を要する電力需要低下時には、貯蔵されることを特徴とする。
【0007】
上記請求項1に記載の電力/水素併給設備によれば、電力需要低下時には、水素分離型改質器で生成した水素を貯蔵しておき、任意の時に使用することができるようになる。すなわち、従来では貯蔵できなかった電力の代わりに、水素という貯蔵可能な別の形のエネルギとして供給することができる。
また、通常運転時においては、天然ガスをそのまま燃料としてガスタービンに投入して燃焼させる場合に比較して、天然ガスを水素分離型改質器を通して水素ガスにしてからガスタービンに投入して燃焼させた方が、トータルとして、より高い熱効率向上を得ることができるようになる。
【0008】
請求項2に記載の電力/水素併給設備は、請求項1に記載の電力/水素併給設備において、前記通常運転時に、前記電力需要低下時に貯蔵された前記水素を取り込んで発電する燃料電池が更に備えられていることを特徴とする。
上記請求項2に記載の電力/水素併給設備によれば、通常運転時の発電量に対し、燃料電池による発電量を付加することができるので、通常運転時の発電能力をより高めることができるようになる。
【0009】
請求項3に記載の電力/水素併給設備は、請求項1または2に記載の電力/水素併給設備において、前記水素分離型改質器に、前記ガスタービンからの排気ガスにより加熱された前記天然ガス及び前記蒸気の混合流体を化学反応させて、水素及び二酸化炭素を生成する触媒と、生成された前記水素を選択的に分離するパラジウム合金膜とが備えられていることを特徴とする。
上記請求項3に記載の電力/水素併給設備によれば、他の水素分離型改質器で水素を得る場合、比較的高温(例えば800℃)の加熱温度を要するのに対し、本発明の構成の水素分離型改質器を採用することで、ガスタービンの排気ガス温度(例えば550℃)レベルでも、効率よく水素を生成させることができるようになる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の電力/水素併給設備の一実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれに限定されるものでないことは、もちろんである。
なお、図1は、本実施形態の電力/水素併給設備の概略機器構成を示す全体構成図である。また、図2は、同電力/水素併給設備の一構成要素である水素分離型改質器を示す図であって、(a)は斜視図、(b)は(a)のA部の部分拡大図である。また、図3は、同電力/水素併給設備による電力及び水素の併給方法を説明するための説明図である。
【0011】
図1に示すように、本実施形態の電力/水素併給設備は、取り込んだ空気a及び燃料fを混合燃焼させて回転駆動力を発生させるガスタービン10と、該ガスタービン10からの排気ガスeを熱源として蒸気sを発生させる排ガスボイラ11と、該排ガスボイラ11からの蒸気sにより回転駆動される蒸気タービン12と、該蒸気タービン12及びガスタービン10の回転駆動力により発電する発電機13と、煙突14とを備えて概略構成されている。
【0012】
ガスタービン10は、取り込んだ空気aを圧縮して吐出する圧縮機10aと、該圧縮機10aにより圧縮された空気aが供給される燃焼器10bと、該燃焼器10bの燃焼ガスgにより回転駆動されるタービン10cとを備えている。圧縮機10a及びタービン10cは、共通の回転軸10dを有しており、この回転軸10dの一端側には、前記発電機13が接続されている。燃焼器10bは、後述の天然ガスm(メタンガス)及び水素h及びオフガスc(二酸化炭素)を前記燃料fとして前記空気aと混合燃焼させ、高温の燃焼ガスgを発生させるものである。
【0013】
また、蒸気タービン12は、前記排ガスボイラ11からの蒸気sにより回転駆動されるものであり、前記回転軸10dと同軸の回転軸12aを備えており、その一端側に前記発電機13が接続されている。したがって、発電機13は、回転軸10d,12a間に接続されており、これら回転軸10d,12aの回転駆動力により発電可能となっている。
【0014】
また、排ガスボイラ11は、ボイラ本体11aと、該ボイラ本体11aで生成された蒸気sの一部及び、別途供給される天然ガスm(メタンガス)を取り込み、ガスタービン10からの排気ガスeにより加熱して前記水素h及びオフガスcを生成する水素分離型改質器11b(メンブレンリフォーマ)とを備えて構成されている。
そして、水素分離型改質器11bで生成された水素h及びオフガスcと、前記天然ガスmは、燃焼器10bに向かって供給可能となっている。そして、水素hは、燃焼器10bに向かって供給するか、もしくは、水素ガスエネルギとして貯蔵するかが選択可能となっている。
すなわち、通常発電量を要する通常運転時には、燃料fの一部としてガスタービン10の燃焼器10bに供給され、前記通常発電量よりも低発電量を要する電力需要低下時には、図示されない貯蔵タンクに貯蔵可能となっている。
【0015】
水素分離型改質器11bは、図2(a),(b)に示すように、概略二重円筒形状のケーシング20と、その内筒20a及び外筒20b間の空間に充填された触媒21と、該触媒21内に配置されたチューブ状のメンブレン管22と、ケーシング20内に天然ガスm及び蒸気sの混合流体を取り入れる取り入れ口23と、生成された水素hをケーシング20の外部に取り出す水素取り出し管24と、生成されたオフガスcをケーシング20の外部に排出するオフガス排出管25とを備えて構成されている。
【0016】
触媒21は、前記ガスタービン10からの排気ガスe(約550℃の温度を有する)により加熱された天然ガスm及び蒸気sの混合流体を化学反応させて、水素hと、オフガスc(二酸化炭素)とを生成する特性を有している。
メンブレン管22は、ケーシング20の軸線に平行方向に複数本が互いに等間隔配置されたチューブであり、パラジウム合金膜からなる外膜と、該外膜の内側に設けられた金属多孔体からなる内膜との二重膜構造となっている。そして、これらメンブレン管22は、その外部で触媒21により生成された水素h及びオフガスcのうち、水素hのみを選択的に内部に取り込むことでオフガスcより分離することが可能となっている。したがって、水素hが水素取り出し管24から抽出され、またオフガスcについてはオフガス排出管25から排出されるようになっている。
【0017】
図1に示す前記煙突14は、水素分離型改質器11b、そしてボイラ本体11aの順序に排ガスボイラ11を経た後の排気ガスeを、大気放出するようになっている。
また、水素分離型改質器11bに取り込まれる天然ガスmは、予熱器11cを通ることで、ボイラ本体11aの発熱の一部である熱yにより予熱されるようになっている。
【0018】
以上説明の本実施形態の電力/水素併給設備の動作について、図1及び図3を参照しながら以下に説明を行う。なお、以降の説明においては、前記通常運転時を昼間とし、前記電力需要低下時を夜間として説明する。
まず、所定電力を要する昼間について説明する。ガスタービン10は、空気aをその圧縮機10aに取り込んで圧縮した後、燃焼器10bへと圧送する。燃焼器10bでは、圧送された空気aと、水素分離型改質器11bからの水素h及びオフガスcと、天然ガスmとが混合燃焼され、この高温の燃焼ガスgがタービン10cへと送り出されていく。そして、タービン10cを回転駆動させて排出された排気ガスeは、その高温状態(例えば550℃)のまま水素分離型改質器11bに投入され、別途供給される天然ガスm及び蒸気sを加熱する。すると、天然ガスmと蒸気sが触媒21により水素hとオフガスcとに変換される。
【0019】
このようにして生成された高純度の水素hは、オフガスc及び別途供給される天然ガスmと共に燃焼器10bに投入され、混合燃焼され、その後、前述のように燃焼ガスgとなってタービン10cに送り出される。一方、水素分離型改質器11bを加熱した後の排気ガスeは、ボイラ本体11aに投入され、蒸気タービン12から戻ってくる水を加熱して蒸気sを生成する。そして、この蒸気sは蒸気タービン12を回転駆動させる。
【0020】
したがって、発電機13が蒸気タービン12及びガスタービン10により駆動され、電力Eを発電する。このときの電力Eは、天然ガスmを水素hにせずにそのまま燃料fとしてガスタービン10に投入して燃焼させる場合に比較して、トータルとして、より高い電力を発生させることができる。因みに、本発明の発明者の計算によれば、発電効率を0.3〜0.5%向上できることが判っている。すなわち、図3において、水素h等の燃焼による電力向上分である電力E’が、天然ガスmのまま燃焼器10bで燃焼させる場合に比較して、より高い電力を得ることが可能となっている。
【0021】
次に、電力需要の低下する夜間について説明する。この夜間においては、燃焼器10bに投入して燃焼させるのは天然ガスm及びオフガスcのみであり、水素hを前記貯蔵タンクに貯蔵する点のみが異なっており、その他の動作は昼間に同じである。したがって、貯蔵された水素hは、任意の時に使用することができるようになる。すなわち、従来では貯蔵できなかった電力の代わりに、水素hという貯蔵可能な別の形のエネルギとして供給することができるようになる。この貯蔵された水素hは、産業用の製品水素として別用途に使用しても良いし、もしくは、本実施形態の電力/水素併給設備に燃料電池(図示せず)を装備し、該燃料電池に、貯蔵された水素hを取り込んで昼間に発電させるように構成しても良い。この場合には、昼間の発電能力をより高めることが可能となる。
【0022】
以上説明の本実施形態の電力/水素併給設備は、排ガスボイラ11に水素分離型改質器11bを備え、生成した水素h及びオフガスcを、通常運転時には燃料fの一部としてガスタービン10に供給し、電力需要低下時には貯蔵する構成を採用した。この構成によれば、電力需要低下時において一定負荷で設備を運転した場合、従来の発電設備では貯蔵できずに余剰となってしまう電力を、水素hという貯蔵可能なエネルギとして保存することができるようになる。したがって、従来のように余剰電力が生じないように負荷を下げる必要がなく、電力需要の低下にかかわらずに一定負荷で運転して設備利用率を上げることができるようになるので、総合的な発電コストを下げることが可能となる。
また、通常運転時においては、天然ガスmをそのまま燃料fとしてガスタービン10に投入して燃焼させる場合に比較して、天然ガスmを水素分離型改質器を通して水素hにしてからガスタービン10に投入して燃焼させた方が、トータルとして、より高い熱効率向上を得ることが可能となる。
【0023】
また、本実施形態の電力/水素併給設備は、水素分離型改質器11bが、加熱された天然ガスm及び蒸気sの混合流体を化学反応させて水素h及びオフガスcを生成する触媒21と、生成された水素hを選択的に分離するメンブレン管22とを備えている構成を採用した。この構成によれば、ガスタービン10の排気ガス温度(例えば550℃)レベルでも、天然ガスmから効率よく水素hを生成させることが可能となる。
【0024】
【発明の効果】
本発明の請求項1に記載の電力/水素併給設備は、排ガスボイラに水素分離型改質器を備え、生成した水素を、通常運転時には燃料としてガスタービンに供給し、電力需要低下時には貯蔵する構成を採用した。この構成によれば、電力需要低下時において一定負荷で設備を運転した場合、従来の発電設備では貯蔵できずに余剰となってしまう電力を、水素という貯蔵可能なエネルギとして保存することができるようになる。したがって、従来のように余剰電力が生じないように負荷を下げる必要がなく、電力需要の低下にかかわらずに一定負荷で運転して設備利用率を上げることができるようになるので、総合的な発電コストを下げることが可能となる。
また、通常運転時においては、天然ガスをそのまま燃料としてガスタービンに投入して燃焼させる場合に比較して、天然ガスを水素分離型改質器を通して水素ガスにしてからガスタービンに投入して燃焼させた方が、トータルとして、より高い熱効率向上を得ることが可能となる。
【0025】
また、請求項2に記載の電力/水素併給設備は、通常運転時に、電力需要低下時に貯蔵された水素を取り込んで発電する燃料電池を更に備えた構成を採用した。この構成によれば、通常運転時の発電能力をより高めることが可能となる。
【0026】
また、請求項3に記載の電力/水素併給設備は、水素分離型改質器が、加熱された天然ガス及び蒸気の混合流体を化学反応させて水素及び二酸化炭素を生成する触媒と、生成された水素を選択的に分離するパラジウム合金膜とが備えられている構成を採用した。この構成によれば、ガスタービンの排気ガス温度(例えば550℃)レベルでも、天然ガスから効率よく水素を生成させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の電力/水素併給設備の一実施形態を示す図であって、概略機器構成を示す全体構成図である。
【図2】 同電力/水素併給設備の一構成要素である水素分離型改質器を示す図であって、(a)は斜視図、(b)は(a)のA部の部分拡大図である。
【図3】 同電力/水素併給設備による電力及び水素の併給方法を説明するための説明図である。
【図4】 蒸気タービン及びガスタービンを備えた従来の発電設備を示す図であって、概略機器構成を示す全体構成図である。
【符号の説明】
10・・・ガスタービン
11・・・排ガスボイラ
11b・・・水素分離型改質器
12・・・蒸気タービン
13・・・発電機
21・・・触媒
22・・・メンブレン管(パラジウム合金膜)
a・・・空気
c・・・二酸化炭素(オフガス)
e・・・排気ガス
f・・・燃料
h・・・水素
m・・・天然ガス
s・・・蒸気
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combined power / hydrogen facility that can increase the facility utilization rate regardless of a decrease in power demand.
[0002]
[Prior art]
An example of the conventional power generation equipment provided with the gas turbine and the steam turbine is shown in FIG.
The conventional power generation facility shown in FIG. 1 includes a gas turbine 1 that generates a rotational driving force by mixing and burning captured air a and fuel f (natural gas), and steam using exhaust gas g from the gas turbine 1 as a heat source. and an exhaust gas boiler 2 that generates s, a steam turbine 3 that is rotationally driven by steam s from the exhaust gas boiler 2, and a generator 4 that generates electric power by the rotational driving force of the steam turbine 3 and the gas turbine 1. It is configured.
[0003]
The gas turbine 1 has a compressor 1a that compresses and discharges the air a that has been taken in, a combustor 1b that is supplied with compressed air compressed by the compressor 1a, and is driven to rotate by the combustion gas of the combustor 1b. Turbine 1c to be operated.
Further, the exhaust gas boiler 2 is provided with a heat exchanging portion 2a for heating the steam s whose temperature has been lowered through the steam turbine 3 with the exhaust gas g. Then, the exhaust gas g which has been lowered in temperature through the heat exchanging portion 2 a is discharged from the chimney 5.
The steam turbine 3 is rotationally driven by the steam s from the exhaust gas boiler 2 and includes a rotating shaft 3a.
The generator 4 is connected between the rotating shaft 3a of the steam turbine 3 and the rotating shaft 1d of the gas turbine 1, and can generate electric power by the rotational driving force of these rotating shafts 3a and 1d.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional power generation equipment described above has a problem that the load on the power supply needs to be reduced when the power demand is reduced at night, so that the equipment utilization rate is lowered and the power generation cost is increased. In other words, when power demand decreases, surplus power is generated when the same operation as in the daytime occurs, and this surplus power cannot be stored. Therefore, the power generation capacity is reduced according to the decrease in power demand. It was necessary to reduce the facility utilization rate.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power generation means capable of reducing the total power generation cost by increasing the facility utilization rate regardless of a decrease in power demand.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
That is, the electric power / hydrogen combined supply facility according to claim 1 includes a gas turbine that generates a rotational driving force by mixing and burning air and fuel, and an exhaust gas boiler that generates steam by using exhaust gas from the gas turbine as a heat source. A steam turbine that is rotationally driven by the steam from the exhaust gas boiler, and a generator that generates electric power by the rotational driving force of the steam turbine and the gas turbine, and the exhaust gas boiler is configured to generate the exhaust gas by the exhaust gas boiler. A hydrogen separation reformer that takes in a part of steam and natural gas and heats it with exhaust gas from the gas turbine to generate at least hydrogen is provided. the supplied to the gas turbine as part of a fuel, wherein the normal reduced power demand requiring low power generation amount than the power generation amount, is stored It is characterized in.
[0007]
According to the electric power / hydrogen combined supply facility of the first aspect, when the electric power demand decreases, the hydrogen generated by the hydrogen separation reformer can be stored and used at any time. That is, instead of electric power that could not be stored conventionally, it can be supplied as another form of energy that can be stored, hydrogen.
Also, during normal operation, compared to the case where natural gas is directly injected into the gas turbine as fuel and burned, the natural gas is converted into hydrogen gas through a hydrogen separation reformer and then injected into the gas turbine for combustion. As a result, higher thermal efficiency can be obtained as a whole.
[0008]
The electric power / hydrogen combined supply facility according to claim 2 is the electric power / hydrogen combined supply facility according to claim 1, further comprising a fuel cell that takes in the hydrogen stored when the electric power demand is reduced and generates electric power during the normal operation. It is provided.
According to the electric power / hydrogen combined supply facility according to the second aspect, since the amount of power generated by the fuel cell can be added to the amount of power generated during normal operation, the power generation capacity during normal operation can be further increased. It becomes like this.
[0009]
The combined power / hydrogen supply facility according to claim 3 is the combined power / hydrogen supply facility according to claim 1 or 2, wherein the hydrogen separation reformer is heated by the exhaust gas from the gas turbine. A catalyst for generating hydrogen and carbon dioxide by chemically reacting a mixed fluid of gas and the vapor and a palladium alloy membrane for selectively separating the generated hydrogen are provided.
According to the electric power / hydrogen combined supply facility according to the third aspect, when hydrogen is obtained by another hydrogen separation type reformer, a relatively high heating temperature (for example, 800 ° C.) is required. By adopting the hydrogen separation reformer having the configuration, hydrogen can be efficiently generated even at the exhaust gas temperature (for example, 550 ° C.) level of the gas turbine.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One embodiment of the combined power / hydrogen supply facility of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is of course not limited thereto.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a schematic device configuration of the combined power / hydrogen supply facility of the present embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a hydrogen separation type reformer which is one component of the electric power / hydrogen cogeneration facility, where (a) is a perspective view, and (b) is a part of A part of (a). It is an enlarged view. Moreover, FIG. 3 is explanatory drawing for demonstrating the combined supply method of the electric power and hydrogen by the same electric power / hydrogen combined supply equipment.
[0011]
As shown in FIG. 1, the combined power / hydrogen supply facility of the present embodiment includes a gas turbine 10 that mixes and burns captured air a and fuel f to generate a rotational driving force, and an exhaust gas e from the gas turbine 10. An exhaust gas boiler 11 that generates steam s using the heat as a heat source, a steam turbine 12 that is rotationally driven by the steam s from the exhaust gas boiler 11, and a generator 13 that generates electric power by the rotational driving force of the steam turbine 12 and the gas turbine 10; The chimney 14 is schematically configured.
[0012]
The gas turbine 10 is driven to rotate by a compressor 10a that compresses and discharges the taken air a, a combustor 10b that is supplied with the air a compressed by the compressor 10a, and a combustion gas g of the combustor 10b. Turbine 10c. The compressor 10a and the turbine 10c have a common rotating shaft 10d, and the generator 13 is connected to one end of the rotating shaft 10d. The combustor 10b mixes and burns natural gas m (methane gas), hydrogen h, and off-gas c (carbon dioxide), which will be described later, with the air a as the fuel f to generate a high-temperature combustion gas g.
[0013]
The steam turbine 12 is rotationally driven by the steam s from the exhaust gas boiler 11, and includes a rotating shaft 12a coaxial with the rotating shaft 10d, and the generator 13 is connected to one end thereof. ing. Therefore, the generator 13 is connected between the rotary shafts 10d and 12a, and can generate electric power by the rotational driving force of the rotary shafts 10d and 12a.
[0014]
Further, the exhaust gas boiler 11 takes in a boiler body 11a, a part of the steam s generated in the boiler body 11a, and natural gas m (methane gas) supplied separately, and is heated by the exhaust gas e from the gas turbine 10. And a hydrogen separation reformer 11b (membrane reformer) that generates the hydrogen h and off-gas c.
The hydrogen h and off-gas c generated in the hydrogen separation reformer 11b and the natural gas m can be supplied toward the combustor 10b. The hydrogen h can be supplied to the combustor 10b or stored as hydrogen gas energy.
That is, during a normal operation that requires a normal power generation amount, it is supplied to the combustor 10b of the gas turbine 10 as a part of the fuel f, and is stored in a storage tank (not shown) when the power demand that requires a lower power generation amount than the normal power generation amount decreases. It is possible.
[0015]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the hydrogen separation type reformer 11b includes a casing 20 having a substantially double cylindrical shape, and a catalyst 21 filled in a space between the inner cylinder 20a and the outer cylinder 20b. And a tubular membrane tube 22 arranged in the catalyst 21, an intake port 23 for taking a mixed fluid of natural gas m and steam s into the casing 20, and taking out the generated hydrogen h to the outside of the casing 20. A hydrogen take-out pipe 24 and an off-gas discharge pipe 25 for discharging the generated off-gas c to the outside of the casing 20 are configured.
[0016]
The catalyst 21 chemically reacts a mixed fluid of natural gas m and steam s heated by the exhaust gas e (having a temperature of about 550 ° C.) from the gas turbine 10 to generate hydrogen h and off-gas c (carbon dioxide). ).
The membrane tube 22 is a tube in which a plurality of tubes are arranged at equal intervals in a direction parallel to the axis of the casing 20, and an inner film made of a palladium alloy film and a porous metal body provided inside the outer film. It has a double membrane structure with the membrane. These membrane tubes 22 can be separated from the off-gas c by selectively taking only the hydrogen h out of the hydrogen h and the off-gas c generated by the catalyst 21 outside. Accordingly, the hydrogen h is extracted from the hydrogen take-out pipe 24, and the off gas c is discharged from the off gas discharge pipe 25.
[0017]
The chimney 14 shown in FIG. 1 discharges the exhaust gas e after passing through the exhaust gas boiler 11 in the order of the hydrogen separation reformer 11b and the boiler body 11a to the atmosphere.
Further, the natural gas m taken into the hydrogen separation reformer 11b passes through the preheater 11c and is preheated by the heat y that is part of the heat generated by the boiler body 11a.
[0018]
The operation of the power / hydrogen combined supply facility of the present embodiment described above will be described below with reference to FIGS. In the following description, the normal operation time will be described as daytime, and the power demand decrease time will be described as nighttime.
First, the daytime that requires predetermined power will be described. The gas turbine 10 takes the air a into the compressor 10a and compresses it, and then pumps it to the combustor 10b. In the combustor 10b, the pressurized air a, hydrogen h and off-gas c from the hydrogen separation reformer 11b, and natural gas m are mixed and burned, and this high-temperature combustion gas g is sent to the turbine 10c. To go. Then, the exhaust gas e discharged by rotating the turbine 10c is put into the hydrogen separation reformer 11b in its high temperature state (for example, 550 ° C.), and the separately supplied natural gas m and steam s are heated. To do. Then, natural gas m and steam s are converted into hydrogen h and off-gas c by the catalyst 21.
[0019]
The high-purity hydrogen h produced in this way is introduced into the combustor 10b together with the off-gas c and the separately supplied natural gas m, mixed and combusted, and then becomes the combustion gas g as described above to become the turbine 10c. Sent out. On the other hand, the exhaust gas e after heating the hydrogen separation reformer 11b is put into the boiler body 11a, and the water returning from the steam turbine 12 is heated to generate steam s. The steam s drives the steam turbine 12 to rotate.
[0020]
Therefore, the generator 13 is driven by the steam turbine 12 and the gas turbine 10 to generate electric power E. The electric power E at this time can generate higher electric power as a total as compared with the case where the natural gas m is not supplied with the hydrogen h but is directly supplied to the gas turbine 10 as the fuel f and burned. Incidentally, according to the calculation of the inventors of the present invention, it has been found that the power generation efficiency can be improved by 0.3 to 0.5%. That is, in FIG. 3, it is possible to obtain a higher power than the case where the power E ′, which is the power improvement due to the combustion of hydrogen h or the like, is combusted in the combustor 10 b with the natural gas m. Yes.
[0021]
Next, the nighttime when power demand decreases will be described. At this night, only the natural gas m and off gas c are put into the combustor 10b and burned, and only the hydrogen h is stored in the storage tank, and the other operations are the same in the daytime. is there. Therefore, the stored hydrogen h can be used at any time. That is, instead of electric power that could not be stored conventionally, hydrogen h can be supplied as another storable energy. The stored hydrogen h may be used for other purposes as industrial product hydrogen, or a fuel cell (not shown) is provided in the power / hydrogen combined supply facility of the present embodiment, and the fuel cell. Alternatively, the stored hydrogen h may be taken in and generated during the daytime. In this case, the daytime power generation capacity can be further increased.
[0022]
The combined electric power / hydrogen supply facility of the present embodiment described above includes the hydrogen separation reformer 11b in the exhaust gas boiler 11, and the generated hydrogen h and off-gas c are supplied to the gas turbine 10 as part of the fuel f during normal operation. A configuration that supplies power and stores it when power demand falls is adopted. According to this configuration, when the equipment is operated with a constant load when the power demand is reduced, the power that cannot be stored by the conventional power generation equipment and becomes surplus can be stored as storable energy called hydrogen h. It becomes like this. Therefore, it is not necessary to reduce the load so as not to generate surplus power as in the conventional case, and it becomes possible to operate at a constant load and increase the facility utilization rate regardless of the decrease in power demand. It is possible to reduce the power generation cost.
Further, in the normal operation, compared with the case where the natural gas m is directly supplied to the gas turbine 10 as the fuel f and combusted, the natural gas m is converted into hydrogen h through the hydrogen separation reformer and then the gas turbine 10. It is possible to obtain a higher improvement in thermal efficiency as a whole by putting it in and burning it.
[0023]
Further, in the combined power / hydrogen supply facility of the present embodiment, the hydrogen separation reformer 11b and the catalyst 21 that generates hydrogen h and off-gas c by chemically reacting the mixed fluid of the heated natural gas m and steam s A configuration including a membrane tube 22 that selectively separates the generated hydrogen h was employed. According to this configuration, it is possible to efficiently generate hydrogen h from the natural gas m even at the exhaust gas temperature (for example, 550 ° C.) level of the gas turbine 10.
[0024]
【The invention's effect】
According to a first aspect of the present invention, a combined electric power / hydrogen supply facility includes a hydrogen separation reformer in an exhaust gas boiler, and supplies generated hydrogen to a gas turbine as fuel during normal operation and stores it when power demand decreases. Adopted the configuration. According to this configuration, when the equipment is operated with a constant load when the power demand is reduced, it is possible to save the surplus power that cannot be stored in the conventional power generation equipment as storable energy called hydrogen. become. Therefore, it is not necessary to reduce the load so as not to generate surplus power as in the conventional case, and it becomes possible to operate at a constant load and increase the facility utilization rate regardless of the decrease in power demand. It is possible to reduce the power generation cost.
Also, during normal operation, compared to the case where natural gas is directly injected into the gas turbine as fuel and burned, the natural gas is converted into hydrogen gas through a hydrogen separation reformer and then injected into the gas turbine for combustion. It is possible to obtain higher thermal efficiency improvement as a whole.
[0025]
Moreover, the electric power / hydrogen combined supply facility described in claim 2 employs a configuration further including a fuel cell that takes in the hydrogen stored when power demand is reduced and generates electric power during normal operation. According to this configuration, it is possible to further increase the power generation capacity during normal operation.
[0026]
Further, in the electric power / hydrogen combined supply facility according to claim 3, the hydrogen separation type reformer is generated with a catalyst that generates hydrogen and carbon dioxide by chemically reacting a heated mixed fluid of natural gas and steam. In addition, a configuration including a palladium alloy membrane for selectively separating hydrogen was employed. According to this configuration, it is possible to efficiently generate hydrogen from natural gas even at the exhaust gas temperature (for example, 550 ° C.) level of the gas turbine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a combined power / hydrogen supply facility of the present invention, and is an overall configuration diagram showing a schematic device configuration.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a hydrogen separation type reformer that is a component of the same power / hydrogen cogeneration facility, where FIG. 2A is a perspective view, and FIG. 2B is a partially enlarged view of part A in FIG. It is.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a method for simultaneously supplying electric power and hydrogen by the electric power / hydrogen combined supply facility.
FIG. 4 is a diagram showing a conventional power generation facility including a steam turbine and a gas turbine, and is an overall configuration diagram showing a schematic equipment configuration.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Gas turbine 11 ... Exhaust gas boiler 11b ... Hydrogen separation type reformer 12 ... Steam turbine 13 ... Generator 21 ... Catalyst 22 ... Membrane pipe (palladium alloy film)
a ... air c ... carbon dioxide (off-gas)
e ... exhaust gas f ... fuel h ... hydrogen m ... natural gas s ... steam

Claims (3)

空気及び燃料を混合燃焼させて回転駆動力を発生させるガスタービンと、該ガスタービンからの排気ガスを熱源として蒸気を発生させる排ガスボイラと、該排ガスボイラからの前記蒸気により回転駆動される蒸気タービンと、該蒸気タービン及び前記ガスタービンの回転駆動力により発電する発電機とを備え、
前記排ガスボイラには、該排ガスボイラで生成された前記蒸気の一部と、天然ガスとを取り込み、前記ガスタービンからの排気ガスにより加熱して少なくとも水素を生成する水素分離型改質器が備えられ、
前記水素は、通常発電量を要する通常運転時には、前記燃料の一部として前記ガスタービンに供給され、前記通常発電量よりも低発電量を要する電力需要低下時には、貯蔵されることを特徴とする電力/水素併給設備。
A gas turbine that generates a rotational driving force by mixing and burning air and fuel, an exhaust gas boiler that generates steam using exhaust gas from the gas turbine as a heat source, and a steam turbine that is rotationally driven by the steam from the exhaust gas boiler And a generator for generating electric power by the rotational driving force of the steam turbine and the gas turbine,
The exhaust gas boiler includes a hydrogen separation reformer that takes in a part of the steam generated in the exhaust gas boiler and natural gas, and heats the exhaust gas from the gas turbine to generate at least hydrogen. And
The hydrogen is supplied to the gas turbine as a part of the fuel during a normal operation that requires a normal power generation amount, and is stored when a power demand that requires a lower power generation amount than the normal power generation amount is reduced. Electricity / hydrogen combined supply equipment.
請求項1に記載の電力/水素併給設備において、
前記通常運転時に、前記電力需要低下時に貯蔵された前記水素を取り込んで発電する燃料電池が更に備えられていることを特徴とする電力/水素併給設備。
In the electric power / hydrogen combined supply facility according to claim 1,
A combined power / hydrogen supply facility further comprising a fuel cell that takes in the hydrogen stored when the power demand is reduced and generates power during the normal operation.
請求項1または2に記載の電力/水素併給設備において、
前記水素分離型改質器には、前記ガスタービンからの排気ガスにより加熱された前記天然ガス及び前記蒸気の混合流体を化学反応させて、水素及び二酸化炭素を生成する触媒と、生成された前記水素を選択的に分離するパラジウム合金膜とが備えられていることを特徴とする電力/水素併給設備。
In the electric power / hydrogen combined supply facility according to claim 1 or 2,
The hydrogen separation type reformer includes a catalyst that generates hydrogen and carbon dioxide by chemically reacting a mixed fluid of the natural gas and the steam heated by the exhaust gas from the gas turbine, and the generated hydrogen gas. A power / hydrogen combined supply facility comprising a palladium alloy membrane for selectively separating hydrogen.
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