JP2003049610A - Electric power-hydrogen combined supply equipment - Google Patents
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- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combined power / hydrogen facility that can increase the facility utilization rate regardless of a reduction in power demand.
【0002】[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。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows an example of conventional power generation equipment equipped with a gas turbine and a steam turbine. The conventional power generation equipment shown in the figure has taken in air a and fuel f (natural gas).
A gas turbine 1 that mixes and combusts with each other to generate a rotational driving force, an exhaust gas boiler 2 that generates steam s using exhaust gas g from the gas turbine 1 as a heat source, and a steam s from the exhaust gas boiler 2 that is rotationally driven. Steam turbine 3
And a generator 4 that generates electric power by the rotational driving force of the steam turbine 3 and the gas turbine 1.
【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3
a,1dの回転駆動力により発電可能となっている。The gas turbine 1 has a compressor 1a for compressing and discharging the taken-in air a, a combustor 1b to which compressed air compressed by the compressor 1a is supplied, and a combustion gas for the combustor 1b. And a turbine 1c that is driven to rotate by the. In addition, the exhaust gas boiler 2 is provided with a heat exchange unit 2a that heats the steam s whose temperature has decreased through the steam turbine 3 with the exhaust gas g. Then, the exhaust gas g that has been cooled down through the heat exchanging portion 2a is discharged from the chimney 5. Also, the steam turbine 3
Is driven to rotate by the steam s from the exhaust gas boiler 2, and has a rotating shaft 3a. Also, the generator 4
Is connected between the rotary shaft 3a of the steam turbine 3 and the rotary shaft 1d of the gas turbine 1.
Power can be generated by the rotational driving force of a and 1d.
【0004】[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。By the way, in the conventional power generation equipment described above, there is a problem that the equipment utilization rate becomes low and the power generation cost rises because it is necessary to reduce the load at the time of nighttime power demand decrease. Was there. In other words, when the power demand decreases, operating in the same way as during the daytime causes surplus power, and since this surplus power cannot be stored, the power generation capacity is naturally lowered in response to the power demand drop. It had to be done, and the facility utilization rate had to fall.
【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。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 overall power generation cost by increasing the facility utilization rate regardless of the decrease in the power demand. .
【0006】[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、前記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
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。The present invention adopts the following means in order to solve the above problems. That is, the combined electric power / hydrogen supply facility according to claim 1 is a gas turbine that mixes and burns air and fuel to generate a rotational driving force, and an exhaust gas boiler that generates steam by using exhaust gas from the gas turbine as a heat source. A steam turbine rotatably driven by the steam from the exhaust gas boiler, and a generator that generates electric power by the rotary driving force of the steam turbine and the gas turbine, and the exhaust gas boiler includes the generator generated by the exhaust gas boiler. Taking in a part of steam and the natural gas,
A hydrogen separation type reformer that is heated by exhaust gas from the gas turbine to generate at least hydrogen is provided, and the hydrogen is supplied to the gas turbine as the fuel during the normal operation requiring a normal power generation amount, It is characterized in that it is stored when the power demand drops, which requires a lower power generation than the normal power generation.
【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。According to the combined electric power / hydrogen supply facility of claim 1, when the electric power demand decreases, the hydrogen produced by the hydrogen separation reformer is stored and can be used at any time. Become. That is, instead of the electric power that could not be stored conventionally, hydrogen can be supplied as another form of storable energy called hydrogen. In addition, during normal operation, compared with the case where natural gas is directly fed to the gas turbine and burned as natural fuel, natural gas is turned into hydrogen gas through the hydrogen separation reformer and then fed into the gas turbine and burned. By doing so, it becomes possible to obtain a higher thermal efficiency improvement in total.
【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。The combined electric power / hydrogen facility according to claim 2 is:
The combined electric power and hydrogen supply facility according to claim 1, further comprising a fuel cell that takes in the hydrogen stored when the electric power demand decreases during the normal operation to generate electric power. According to the combined power / hydrogen supply facility of claim 2, since the power generation amount by the fuel cell can be added to the power generation amount during normal operation, the power generation capacity during normal operation can be further enhanced. Like
【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。The electric power / hydrogen combined supply facility according to claim 3 is:
The combined electric power / hydrogen facility according to claim 1 or 2, wherein the hydrogen separation type reformer chemically reacts with the mixed fluid of the natural gas and the steam heated by the exhaust gas from the gas turbine, It is characterized in that a catalyst for producing hydrogen and carbon dioxide and a palladium alloy membrane for selectively separating the produced hydrogen are provided.
According to the combined electric power / hydrogen supply facility of claim 3, 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 type reformer having the configuration, it becomes possible to efficiently generate hydrogen even at the exhaust gas temperature (for example, 550 ° C.) of the gas turbine.
【0010】[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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the combined power / hydrogen supply facility of the present invention will be described below with reference to the drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited thereto. Note that FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a schematic device configuration of the combined power / hydrogen supply facility of the present embodiment. Also, FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a hydrogen separation type reformer which is a component of the same electric power / hydrogen co-supply facility, (a) is a perspective view, and (b) is a partially enlarged view of part A of (a). . Further, FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a method of co-supplying electric power and hydrogen by the same electric power / hydrogen co-supply facility.
【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。As shown in FIG. 1, the combined electric power / hydrogen supply system of this embodiment has a gas turbine 10 for generating a rotational driving force by mixing and burning the taken-in air a and fuel f, and a gas turbine 10 from the gas turbine 10. Exhaust gas e is used as a heat source for steam s
And an exhaust gas boiler 11 for generating
Turbine 12 driven to rotate by steam s from
And a chimney 14 and a generator 13 that generates electric power by the rotational driving force of the steam turbine 12 and the gas turbine 10.
【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10
cは、共通の回転軸10dを有しており、この回転軸1
0d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。The gas turbine 10 includes a compressor 10a for compressing and discharging the taken-in air a, a combustor 10b to which the air a compressed by the compressor 10a is supplied, and a combustion gas g of the combustor 10b. And a turbine 10c that is driven to rotate by. Compressor 10a and turbine 10
c has a common rotating shaft 10d.
The generator 13 is connected to one end of 0d.
The combustor 10b mixes and burns a 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】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。The steam turbine 12 is rotatably driven by the steam s from the exhaust gas boiler 11, has a rotary shaft 12a coaxial with the rotary shaft 10d, and has the generator 13 at one end thereof. Are connected. Therefore, the generator 13 is connected between the rotating shafts 10d and 12a and can generate electric power by the rotational driving force of these rotating shafts 10d and 12a.
【0014】また、排ガスボイラ11は、ボイラ本体1
1a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1
0b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。Further, the exhaust gas boiler 11 is the boiler main body 1
1a, a part of the steam s generated in the boiler main body 11a and a separately supplied natural gas m (methane gas) are taken in and heated by the exhaust gas e from the gas turbine 10 to generate the hydrogen h and the off gas c. It is configured to include a hydrogen separation type reformer 11b (membrane reformer) that is generated. The hydrogen h and the off gas c generated in the hydrogen separation type reformer 11b and the natural gas m are transferred to the combustor 1
It is possible to supply toward 0b. And hydrogen h
Can be supplied to the combustor 10b or stored as hydrogen gas energy. That is, during the normal operation requiring the normal power generation amount, the fuel is supplied to the combustor 10b of the gas turbine 10 as a part of the fuel f, and when the power demand lowering the power generation amount lower than the normal power generation amount decreases, the fuel is stored in a storage tank (not shown). It is possible.
【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2
0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。The hydrogen separation type reformer 11b is shown in FIG.
As shown in (b), the casing 2 has a substantially double cylindrical shape.
0, the catalyst 21 filled in the space between the inner cylinder 20a and the outer cylinder 20b thereof, the tubular membrane tube 22 arranged in the catalyst 21, and the natural gas m in the casing 20.
And an intake port 23 for taking in a mixed fluid of steam s,
A hydrogen take-out pipe 24 for taking out the generated hydrogen h to the outside of the casing 20 and an off-gas discharge pipe 25 for discharging the generated off-gas c to the outside of the casing 20 are configured.
【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2
0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2
2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。The catalyst 21 chemically reacts the mixed fluid of the natural gas m and the steam s heated by the exhaust gas e (having a temperature of about 550 ° C.) from the gas turbine 10 to produce hydrogen h and off gas c. (Carbon dioxide) has the property of generating. The membrane tube 22 is the casing 2
It is a tube in which a plurality of tubes are arranged at equal intervals in a direction parallel to the axis of 0, and is a double film including an outer film made of a palladium alloy film and an inner film made of a metal porous body provided inside the outer film. It has a structure. And these membrane tubes 2
2 can be separated from the offgas c by selectively taking only hydrogen h into the inside of the hydrogen h and the offgas c generated by the catalyst 21 on the outside. Therefore, the hydrogen h is extracted from the hydrogen extraction pipe 24, and the offgas c is discharged from the offgas discharge pipe 25.
【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。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 type reformer 11b and the boiler body 11a to the atmosphere. In addition, the natural gas m taken into the hydrogen separation reformer 11b is preheated by the heat y which is a part of the heat generation of the boiler body 11a by passing through the preheater 11c.
【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1
1b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。The operation of the combined power / hydrogen supply facility of this embodiment described above will be described below with reference to FIGS. 1 and 3. In the following description, the normal operation will be described as daytime, and the power demand decrease will be described as night. First, the daytime requiring a predetermined power will be described.
The gas turbine 10 takes in the air a into the compressor 10a, compresses it, and then sends it to the combustor 10b under pressure. In the combustor 10b, the pressurized air a and the hydrogen separation type reformer 1
Hydrogen h and off gas c from 1b and natural gas m are mixed and combusted, and this high temperature combustion gas g is sent to the turbine 10c. Then, the exhaust gas e discharged by rotating the turbine 10c is introduced into the hydrogen separation reformer 11b in the high temperature state (for example, 550 ° C.) to heat the separately supplied natural gas m and steam s. To do.
Then, the natural gas m and the steam s are converted into hydrogen h and off gas c by the catalyst 21.
【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。The high-purity hydrogen h thus produced
Are charged into the combustor 10b together with the off gas c and the separately supplied natural gas m, and are mixed and burned, and thereafter, as the combustion gas g, are sent to the turbine 10c as described above. On the other hand, the exhaust gas e after heating the hydrogen separation type reformer 11b is introduced into the boiler body 11a and heats the water returning from the steam turbine 12 to generate steam s. Then, this steam s drives the steam turbine 12 to rotate.
【0020】したがって、発電機13が蒸気タービン1
2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。Therefore, the generator 13 is the steam turbine 1
2 and the gas turbine 10 to generate electric power E. The electric power E at this time can generate a higher total electric power as compared with the case where the natural gas m is not converted to hydrogen h but is directly fed to the gas turbine 10 as the fuel f and burned. Incidentally, according to the calculation of the inventor 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, hydrogen h
It is possible to obtain a higher electric power E ′, which is the amount of electric power improvement due to the combustion such as when compared with the case where the natural gas m is burned as it is in the combustor 10b.
【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。Next, the nighttime when the electric power demand decreases will be described. At this night, only the natural gas m and the off gas c are charged into the combustor 10b and burned,
The only difference is that hydrogen h is stored in the storage tank, and other operations are the same during the daytime. Therefore, the stored hydrogen h can be used at any time. That is, instead of the electric power that could not be stored conventionally, hydrogen h can be supplied as another form of energy that can be stored. This stored hydrogen h may be used for other purposes as industrial product hydrogen, or the electric power / hydrogen combined supply facility of this embodiment is equipped with a fuel cell (not shown), and the fuel cell Alternatively, the stored hydrogen h may be taken in to generate power during the daytime. In this case, the power generation capacity during the daytime can be further enhanced.
【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。The combined electric power / hydrogen supply facility of this embodiment described above is provided with the hydrogen separation reformer 11b in the exhaust gas boiler 11, and the generated hydrogen h and the off gas c are used as a part of the fuel f during normal operation. The configuration is adopted in which the power is supplied to the turbine 10 and stored when the power demand decreases. According to this configuration, when the facility is operated with a constant load when the power demand decreases, the power that cannot be stored by the conventional power generation facility and becomes surplus can be stored as storable energy called hydrogen h. Like Therefore, it is not necessary to reduce the load so that excess power does not occur as in the past, and it is 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, as compared with the case where the natural gas m is directly fed to the gas turbine 10 as the fuel f and burned, the natural gas m is converted to hydrogen h through the hydrogen separation reformer and then the gas turbine 10 It is possible to obtain a higher thermal efficiency as a whole by throwing it in and burning it.
【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。Further, in the combined power / hydrogen supply facility of this embodiment, the hydrogen separation reformer 11b heats the natural gas m.
The catalyst 21 that chemically reacts the mixed fluid of the steam s and the steam s to generate the hydrogen h and the offgas c, and the membrane tube 22 that selectively separates the generated hydrogen h are adopted. According to this configuration, it becomes 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】[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。The combined electric power / hydrogen supply facility according to claim 1 of the present invention is provided with a hydrogen separation type reformer in an exhaust gas boiler, and the generated hydrogen is supplied to a gas turbine as fuel during normal operation to generate electric power. We adopted a configuration that stores when demand drops. According to this configuration, when the facility is operated at a constant load when the power demand decreases, the surplus power that cannot be stored by the conventional power generation facility can be stored as storable energy called hydrogen. become. Therefore, it is not necessary to reduce the load so that excess power does not occur as in the past, and it is 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. In addition, during normal operation, compared with the case where natural gas is directly fed to the gas turbine and burned as natural fuel, natural gas is turned into hydrogen gas through the hydrogen separation reformer and then fed into the gas turbine and burned. By doing so, it becomes possible to obtain a higher thermal efficiency improvement in total.
【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。Further, the combined electric power / hydrogen supply facility according to claim 2 further comprises a fuel cell which, during normal operation, takes in the stored hydrogen to generate electricity when the electric power demand decreases. According to this configuration, it is possible to further increase the power generation capacity during normal operation.
【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5
50℃)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。In the combined power / hydrogen supply facility according to a third aspect of the present invention, the hydrogen separation type reformer has a catalyst for chemically reacting the mixed fluid of heated natural gas and steam to generate hydrogen and carbon dioxide. , And a palladium alloy membrane that selectively separates the generated hydrogen. According to this configuration, the exhaust gas temperature of the gas turbine (for example, 5
Even at the (50 ° C.) level, it becomes possible to efficiently generate hydrogen from natural gas.
【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。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.
【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。FIG. 2 is a diagram showing a hydrogen separation type reformer which is a component of the same electric power / hydrogen combined supply facility, in which (a) is a perspective view;
(B) is a partial enlarged view of the A portion of (a).
【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。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a method of co-supplying electric power and hydrogen by the same electric power / hydrogen co-supply facility.
【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。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 device configuration.
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 10 ... Gas turbine 11 ... Exhaust gas boiler 11b ... Hydrogen separation reformer 12 ... Steam turbine 13 ... Generator 21 ... Catalyst 22 ... Membrane tube (palladium alloy film) a ... air c ... Carbon dioxide (off gas) e ... Exhaust gas f ... Fuel h ... hydrogen m: natural gas s ... steam
───────────────────────────────────────────────────── 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 7/22 F02C 7/22 D ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI theme code (reference) F02C 7/22 F02C 7/22 D
Claims (3)
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、前記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。1. A gas turbine that generates a rotational driving force by mixing and burning air and fuel, an exhaust gas boiler that generates steam by using exhaust gas from the gas turbine as a heat source, and a rotation by the steam from the exhaust gas boiler. A driven steam turbine, and a generator that generates electric power by the rotational driving force of the steam turbine and the gas turbine, the exhaust gas boiler, a part of the steam generated in the exhaust gas boiler, and the natural gas And a hydrogen separation type reformer that generates at least hydrogen by heating with exhaust gas from the gas turbine, and the hydrogen is supplied to the gas turbine as the fuel during a normal operation that requires a normal power generation amount. Power / hydrogen combined supply, which is supplied and stored when the power demand drops, which requires a lower power generation than the normal power generation. .
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。2. The combined power / hydrogen supply facility according to claim 1, further comprising a fuel cell that takes in the hydrogen stored when the electric power demand decreases during the normal operation to generate electric power. Electric power / hydrogen combined supply facility
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。3. The combined power / hydrogen supply facility according to claim 1, wherein the hydrogen separation reformer has a mixed fluid of the natural gas and the steam heated by the exhaust gas from the gas turbine. A combined power / hydrogen supply facility comprising a catalyst that chemically reacts with hydrogen to produce hydrogen and carbon dioxide, and a palladium alloy membrane that selectively separates the produced hydrogen.
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