SOFC/GT複合発電システムの最適操作条件の導出

源 朋之 (0651121)


固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)はガスタービン(GT)サイクルと複合することによって より高い発電効率の実現が期待されている. SOFC/GT複合発電システムが電力需要に柔軟に対応できるためには,負荷変化があった場合にでもSOFC特有の制約条件を満たしながら高効率で運用可能なシステムであることが求められる. 本研究ではSOFC運用上の制約条件を満たした最適操作条件の導出とともに 負荷変化のSOFC/GT複合発電システムの発電効率に与える影響について調べた. SOFC/GT複合発電システムに含まれる各装置の静的モデルを構築し,定格発電量が与えられたとき,定格操作量およびセル表面積を燃料流量を最小とするよう求めた. また部分負荷,過負荷時の最適操作量を求め,負荷変化が発電効率に与える影響について明らかにした.

定格操作量導出の結果,求めた操作条件は,GT後段に蒸気タービンを配置することで更なる効率アップを図ることができる可能性があることを示唆した. また,部分負荷・過負荷運転において燃料利用率を最大80%とする運転法1と最大100%とする運転法2の2つの運転方針の下で最適操作量を導出した結果,負荷変化時の出力配分として部分負荷時は定格時に比べSOFC出力割合が増加し,GT出力割合は減少した. 運転方針は,SOFCを積極的に使用する運転法2が部分負荷時において運転法1より出力低下を抑えることができた. SOFCの発電効率はGTの発電効率よりも高いことから,SOFC出力割合の高い運転法2の方が優れた運転方針であることがわかった. 逆に過負荷時はSOFC出力が頭打ちになってGTの出力割合が増加するため,システム全体の発電効率は低下することがわかった.

本発表では,研究背景,研究目的を述べた後,SOFC/GT複合発電システムの静的モデルについて簡単に概説する.そして,定格発電システム設計問題の定式化,設計結果および負荷変化時の最適操作条件の導出について説明し,最後に結論を述べる.