發(fā)電系統(tǒng)本申請是申請?zhí)枮椤?01380056427.7”，申請日為2013年10月28日，發(fā)明名稱為“發(fā)電系統(tǒng)”之申請的分案申請。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種組合了燃料電池、燃氣輪機以及蒸汽輪機的發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
眾所周知，固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell：以下稱為SOFC)是一種用途較廣的高效率燃料電池。在該SOFC中，為了提高離子傳導(dǎo)率而提高了工作溫度，因此，能夠?qū)娜細廨啓C的壓縮機噴出的空氣用作供應(yīng)至空氣極側(cè)的空氣(氧化劑)。另外，SOFC能夠?qū)o法利用的高溫燃料用作燃氣輪機的燃燒器的燃料。因此，例如正如下述專利文獻1所述，作為能夠?qū)崿F(xiàn)高效率發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)，提出了各種由SOFC、燃氣輪機以及蒸汽輪機組合而成的發(fā)電系統(tǒng)。該專利文獻1所述的聯(lián)合系統(tǒng)設(shè)有SOFC和燃氣輪機，其中，該燃氣輪機具有燃氣輪機燃燒器和壓縮機，燃氣輪機燃燒器中燃燒從該SOFC排出的廢燃氣和排出空氣，壓縮機將空氣壓縮后供應(yīng)SOFC。在先技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1：日本專利特開2009-205930號公報發(fā)明要解決的技術(shù)問題上述以往的發(fā)電系統(tǒng)中，正常運轉(zhuǎn)時利用燃氣輪機的壓縮機壓縮后的空氣在供應(yīng)至燃氣輪機的燃燒器的同時，其一部分會供應(yīng)至SOFC，用作氧化劑。此時，壓縮機壓縮后的空氣的壓力會相應(yīng)燃氣輪機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生變動，因此供應(yīng)至SOFC的壓縮空氣的壓力也會相應(yīng)燃氣輪機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生變動，可能會無法維持SOFC的穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。例如，雖然通過燃氣輪機的驅(qū)動運行著發(fā)電機，但該發(fā)電機的頻率發(fā)生變動時，燃氣輪機會控制輸出，將頻率維持至規(guī)定頻率。換言之，燃氣輪機通過調(diào)節(jié)燃料供應(yīng)量來調(diào)節(jié)輸出，此時，壓縮機出口處的壓縮空氣的壓力會發(fā)生變動，并且供應(yīng)至SOFC的壓縮空氣的壓力也會發(fā)生變動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決上述課題開發(fā)而成，其目的在于提供一種不論燃氣輪機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)如何，都能夠穩(wěn)定運轉(zhuǎn)燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)。解決問題的技術(shù)手段為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，具有：燃氣輪機，其具有壓縮機和燃燒器；第1壓縮空氣供應(yīng)管線，其將所述壓縮機壓縮后的第1壓縮空氣供應(yīng)至所述燃燒器；燃料電池，其具有空氣極和燃料極；壓縮空氣供應(yīng)部，其可生成第2壓縮空氣；以及第2壓縮空氣供應(yīng)管線，其將所述壓縮空氣供應(yīng)部壓縮后的第2壓縮空氣供應(yīng)至所述燃料電池。因此，與燃氣輪機壓縮機分開設(shè)置壓縮空氣供應(yīng)部，燃氣輪機壓縮機壓縮后的第1壓縮空氣通過第1壓縮空氣供應(yīng)管線供應(yīng)至燃燒器，壓縮空氣供應(yīng)部壓縮后的第2壓縮空氣通過第2壓縮空氣供應(yīng)管線供應(yīng)至燃料電池。因此，即使供應(yīng)至燃燒器的空氣的壓力相應(yīng)燃氣輪機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生變動，供應(yīng)至燃料電池的空氣的壓力也不會發(fā)生變動。其結(jié)果是不論燃氣輪機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)如何，都能夠穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)燃料電池。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有：廢熱回收鍋爐，其通過來自所述燃氣輪機的廢氣生成蒸汽；以及蒸汽輪機，其通過所述廢熱回收鍋爐生成的蒸汽進行驅(qū)動，所述壓縮空氣供應(yīng)部具有：燃料電池用壓縮機，其由蒸汽進行驅(qū)動；以及蒸汽供應(yīng)管線，其將所述廢熱回收鍋爐生成的蒸汽供應(yīng)至所述燃料電池用壓縮機。因此，廢熱回收鍋爐生成的蒸汽通過蒸汽供應(yīng)管線供應(yīng)至燃料電池用壓縮機后，該燃料電池用壓縮機通過蒸汽進行驅(qū)動，生成第2壓縮空氣，并將該第2壓縮空氣供應(yīng)至燃料電池。形成組合了燃料電池、燃氣輪機和蒸汽輪機的發(fā)電系統(tǒng)，通過在該系統(tǒng)內(nèi)生成的蒸汽驅(qū)動燃料電池用壓縮機，生成第2壓縮空氣，并將該第2壓縮空氣供應(yīng)至燃料電池，因此能夠改善整個系統(tǒng)的效率。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣供應(yīng)部具有燃料電池用壓縮機以及驅(qū)動所述燃料電池用壓縮機的驅(qū)動電動機。因此，通過驅(qū)動電動機驅(qū)動燃料電池用壓縮機，生成第2壓縮空氣，并將該壓縮空氣供應(yīng)至燃料電池。僅需設(shè)置驅(qū)動電動機和燃料電池用壓縮機，即可相對于燃氣輪機，獨立地將第2壓縮空氣供應(yīng)至燃料電池，能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)確保燃料電池的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有：第1開關(guān)閥，其可開關(guān)所述第2壓縮空氣供應(yīng)管線；旁路管線，其連接所述第1壓縮空氣供應(yīng)管線和所述第2壓縮空氣供應(yīng)管線；以及第2開關(guān)閥，其開關(guān)所述旁路管線。因此，可通過旁路管線將驅(qū)動燃料電池用壓縮機所生成的第2壓縮空氣供應(yīng)至燃燒器，能夠相應(yīng)燃氣輪機和燃料電池的運轉(zhuǎn)狀態(tài)調(diào)節(jié)壓縮空氣量。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有可控制所述第1開關(guān)閥和第2開關(guān)閥的開關(guān)的控制部，所述控制部在停止所述燃料電池時，會關(guān)閉所述第1開關(guān)閥，同時打開所述第2開關(guān)閥。因此，燃料電池停止時，會關(guān)閉第1開關(guān)閥，停止從壓縮空氣供應(yīng)部向燃料電池供應(yīng)第2壓縮空氣，并且打開第2開關(guān)閥，開始從壓縮空氣供應(yīng)部向燃氣輪機燃燒器供應(yīng)第2壓縮空氣，能夠確保燃氣輪機的壓縮空氣量，穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)燃氣輪機。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，能夠?qū)嚎s機壓縮后的第1壓縮空氣供應(yīng)至燃燒器，同時能夠?qū)嚎s空氣供應(yīng)部壓縮后的第2壓縮空氣供應(yīng)至燃料電池，因此不論燃氣輪機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)如何，都能夠穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)燃料電池。附圖說明圖1是示出本發(fā)明的實施例1所涉及的發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮空氣的供應(yīng)管線的概要圖。圖2是示出實施例1的發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概要圖。圖3是示出本發(fā)明的實施例2涉及的發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮空氣供應(yīng)管線的概要圖。具體實施方式以下參照附圖，詳細說明本發(fā)明所涉及的發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)選實施例。需要說明的是，本發(fā)明并不限定于該實施例，另外，在存在多個實施例的情況下，也包括將各實施例加以組合而構(gòu)成的實施例。實施例1實施例1的發(fā)電系統(tǒng)是由固體氧化物燃料電池(以下稱為SOFC)、燃氣輪機以及蒸汽輪機組合而成的三重聯(lián)合循環(huán)(TripleCombinedCycle：注冊商標(biāo))。該三重聯(lián)合循環(huán)通過在燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(GTCC)的上游側(cè)設(shè)置SOFC，能夠通過SOFC、燃氣輪機、蒸汽輪機這三個階段進行發(fā)電，因此能夠?qū)崿F(xiàn)極高的發(fā)電效率。圖1是示出本發(fā)明的實施例1涉及的發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮空氣供應(yīng)管線的概要圖，圖2是示出實施例1的發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概要圖。實施例1中，如圖2所示，發(fā)電系統(tǒng)10具有燃氣輪機11、發(fā)電機12、SOFC13、蒸汽輪機14以及發(fā)電機15。該發(fā)電系統(tǒng)10的構(gòu)成為：通過組合利用燃氣輪機11的發(fā)電、利用SOFC13的發(fā)電、以及利用蒸汽輪機14的發(fā)電，可獲得較高的發(fā)電效率。燃氣輪機11具有壓縮機21、燃燒器22、渦輪機23，壓縮機21和渦輪機23可通過旋轉(zhuǎn)軸24一體旋轉(zhuǎn)地進行連接。壓縮機21將從空氣吸入管線25吸入的空氣A進行壓縮。燃燒器22將從壓縮機21經(jīng)由第1壓縮空氣供應(yīng)管線26供應(yīng)的壓縮空氣(第1壓縮空氣)A1和從第1燃氣供應(yīng)管線27供應(yīng)的燃氣L1混合后進行燃燒。渦輪機23借助從燃燒器22通過廢氣供應(yīng)管線28供應(yīng)的廢氣(燃燒氣體)G進行旋轉(zhuǎn)。另外，雖未圖示，但渦輪機23通過機室供應(yīng)利用壓縮機21壓縮的壓縮空氣A1，并將該壓縮空氣A1作為冷卻空氣來冷卻葉片等。發(fā)電機12與渦輪機23設(shè)置在同軸上，能夠通過旋轉(zhuǎn)渦輪機23來發(fā)電。另外，此處，作為供應(yīng)至燃燒器22的燃氣L1，使用例如液化天然氣(LNG)。SOFC13通過供應(yīng)作為還原劑的高溫燃氣和作為氧化劑的高溫空氣(氧氣)，并且在規(guī)定的工作溫度下反應(yīng)從而進行發(fā)電。該SOFC13的構(gòu)成為：在壓力容器內(nèi)收容空氣極、固體電解質(zhì)和燃料極。通過向空氣極供應(yīng)壓縮空氣，并向燃料極供應(yīng)燃氣而進行發(fā)電。另外，此處，作為供應(yīng)至SOFC13的燃氣L2，例如使用液化天然氣(LNG)。該SOFC13通過第2壓縮空氣供應(yīng)管線31連接壓縮空氣供應(yīng)裝置(壓縮空氣供應(yīng)部)61，從而能夠?qū)嚎s空氣供應(yīng)裝置61壓縮后的壓縮空氣(第2壓縮空氣)A2供應(yīng)至空氣極的導(dǎo)入部。在該第2壓縮空氣供應(yīng)管線31中，沿著空氣的流動方向而設(shè)有能夠調(diào)節(jié)所供應(yīng)的空氣量的控制閥(第1開關(guān)閥)32，以及能夠增大壓縮空氣A2的壓力的鼓風(fēng)機33。SOFC13連接著排氣管線34，該排氣管線34排出用于空氣極的排氣A3。該排氣管線34分叉為將用于空氣極的排氣A3排出到外部的排出管線35，以及連接至燃燒器22的壓縮空氣循環(huán)管線36。排出管線35設(shè)有可調(diào)節(jié)要排出的空氣量的控制閥37，壓縮空氣循環(huán)管線36設(shè)有可調(diào)節(jié)要循環(huán)的空氣量的控制閥38。此外，SOFC13設(shè)有將燃氣L2供應(yīng)至燃料極的導(dǎo)入部的第2燃氣供應(yīng)管線41。第2燃氣供應(yīng)管線41設(shè)有可調(diào)節(jié)要供應(yīng)的燃氣量的控制閥42。SOFC13連接著廢燃料管線43，該廢燃料管線43排出用于燃料極的廢燃氣L3。該廢燃料管線43分叉為排出至外部的排出管線44以及與燃燒器22連接的廢燃氣供應(yīng)管線45。排出管線44設(shè)有可調(diào)節(jié)要排出的燃氣量的控制閥46，廢燃氣供應(yīng)管線45上，沿燃氣L3的流動方向發(fā)置有可調(diào)節(jié)要供應(yīng)的燃氣量的控制閥47以及可將燃料升壓的鼓風(fēng)機48。此外，SOFC13設(shè)有連接廢燃料管線43與第2燃氣供應(yīng)管線41的燃氣再循環(huán)管線49。燃氣再循環(huán)管線49設(shè)有將廢燃料管線43的廢燃氣L3再循環(huán)至第2燃氣供應(yīng)管線41的再循環(huán)鼓風(fēng)機50。蒸汽輪機14通過由廢熱回收鍋爐(HRSG)51生成的蒸汽，旋轉(zhuǎn)渦輪機52。該廢熱回收鍋爐51連接著來自燃氣輪機11(渦輪機23)的廢氣管線53，通過在空氣和高溫的廢氣G之間進行熱交換，生產(chǎn)蒸汽S。蒸汽輪機14(渦輪機52)在其與廢熱回收鍋爐51之間，設(shè)置有蒸汽供應(yīng)管線54和供水管線55。而且，供水管線55設(shè)置有冷凝器56和供水泵57。發(fā)電機15與渦輪機52設(shè)置在同軸上，能夠通過旋轉(zhuǎn)渦輪機52來發(fā)電。另外，利用廢熱回收鍋爐51回收熱量后的廢氣會在去除有害物質(zhì)后，釋放到大氣中。此處，詳細說明上述實施例1的發(fā)電系統(tǒng)10中的壓縮空氣的供應(yīng)系統(tǒng)。如圖1所示，實施例1的發(fā)電系統(tǒng)10中設(shè)有壓縮空氣供應(yīng)裝置(壓縮空氣供應(yīng)部)61，其可生成壓縮空氣；以及第2壓縮空氣供應(yīng)管線31，其將該壓縮空氣供應(yīng)裝置61壓縮后的壓縮空氣供應(yīng)至SOFC13。換言之，設(shè)置與燃氣輪機11的壓縮機21分開、可單獨驅(qū)動的壓縮空氣供應(yīng)裝置61，壓縮機21通過第1壓縮空氣供應(yīng)管線26僅向燃燒器22(渦輪機23)供應(yīng)壓縮空氣，并且壓縮空氣供應(yīng)裝置61通過第2壓縮空氣供應(yīng)管線31僅向SOFC13供應(yīng)壓縮空氣。于是，將壓縮機21壓縮后的壓縮空氣全部送至燃燒器22和渦輪機23，將壓縮空氣供應(yīng)裝置61壓縮后的壓縮空氣全部送至SOFC13。因此，燃氣輪機11的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的變動不會傳遞至SOFC13，能夠穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)SOFC13。換言之，SOFC13通過向空氣極供應(yīng)壓縮空氣A2，并向燃料極供應(yīng)燃氣L2而進行發(fā)電。此時，SOFC13如果不使空氣極的壓力與燃料極的壓力幾乎均等，則在空氣極與燃料極之間會產(chǎn)生壓縮空氣A2和燃氣L2的流通，溫度會發(fā)生變動。本實施例中，壓縮機21壓縮的壓縮空氣A1不供應(yīng)至SOFC13，僅將壓縮空氣供應(yīng)裝置61壓縮后的壓縮空氣A2供應(yīng)至SOFC13，因此SOFC13的空氣極的壓力不會變動，能夠穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)SOFC13。壓縮空氣供應(yīng)裝置61的構(gòu)成為：通過連接軸64可一體旋轉(zhuǎn)地連接著SOFC用壓縮機(燃料電池用壓縮機)62和SOFC用蒸汽輪機(燃料電池用蒸汽輪機)63。而且，第2壓縮空氣供應(yīng)管線31的一端部連接至SOFC用壓縮機62，另一端部連接至SOFC13，SOFC用壓縮機62將從空氣吸入管線65吸入的空氣進行壓縮。此外，SOFC用壓縮機62能夠通過廢熱回收鍋爐51生成的蒸汽旋轉(zhuǎn)SOFC用蒸汽輪機63來進行驅(qū)動，并且壓縮空氣。換言之，蒸汽供應(yīng)管線66的一端部連接至從廢熱回收鍋爐51向蒸汽輪機14(渦輪機52)供應(yīng)蒸汽的蒸汽供應(yīng)管線54，另一端部連接至SOFC用蒸汽輪機63。蒸汽供應(yīng)管線66中設(shè)有能夠調(diào)節(jié)所供應(yīng)的蒸汽量的控制閥67?？刂蒲b置68至少可調(diào)節(jié)控制閥32和控制閥67的開度，同時可控制鼓風(fēng)機33的驅(qū)動和停止。因此，控制裝置68在SOFC13的正常運轉(zhuǎn)時，打開控制閥32、67，將廢熱回收鍋爐51生成的蒸汽從蒸汽供應(yīng)管線54供應(yīng)至SOFC用蒸汽輪機63，驅(qū)動SOFC用壓縮機62。此外，設(shè)有連接第1壓縮空氣供應(yīng)管線26和第2壓縮空氣供應(yīng)管線31的旁路管線71，在該旁路管線71上設(shè)有可調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量的控制閥(第2開關(guān)閥)72。控制裝置68可調(diào)節(jié)該控制閥72的開度。具體地說，由于控制裝置68在SOFC13的正常運轉(zhuǎn)時關(guān)閉控制閥72，所以壓縮空氣供應(yīng)裝置61生成的壓縮空氣A2不供應(yīng)至燃氣輪機11，而僅供應(yīng)至SOFC13。另一方面，由于在SOFC13停止時會打開控制閥72，同時關(guān)閉控制閥32，所以壓縮空氣供應(yīng)裝置61生成的壓縮空氣不供應(yīng)至SOFC13，而僅供應(yīng)至燃氣輪機11。此處，說明實施例1的發(fā)電系統(tǒng)10的動作。如圖1和圖2所示，在啟動發(fā)電系統(tǒng)10時，按照燃氣輪機11、蒸汽輪機14、SOFC13的順序依次進...