具備氫氣生成裝置的利用太陽(yáng)光的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】具備氫氣生成裝置的利用太陽(yáng)光的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求2012年10月26日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2012-236377的優(yōu)先權(quán)，將其全部?jī)?nèi)容以參照的方式引入作為本申請(qǐng)的一部分。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種將太陽(yáng)光用作熱源來(lái)發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來(lái)，作為環(huán)境問(wèn)題及能源問(wèn)題的一種解決方案，提出一種使用將太陽(yáng)光用作熱源的輪機(jī)裝置的發(fā)電技術(shù)，例如，利用太陽(yáng)光熱的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開2011-032960號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0009]但是，由于利用太陽(yáng)光的這種設(shè)備通常無(wú)法控制作為能量源的太陽(yáng)光的供給量，因此難以適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)電力需求量的變化來(lái)供給電力。因此，存在相對(duì)于日照量在電力需求低的白天產(chǎn)生剩余電力，而另一方面，在夜間或惡劣天氣時(shí)無(wú)法供給電力這樣的問(wèn)題。
[0010]因此，本發(fā)明的目的在于，為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其能夠在將太陽(yáng)光用作熱源的同時(shí)，進(jìn)行與電力需求的增減相應(yīng)的電力供給。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)為具有利用太陽(yáng)光的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)，其具備壓縮機(jī)、太陽(yáng)光加熱器、氫氣燃燒器、禍輪、發(fā)電機(jī)及至少一個(gè)氫氣生成裝置，其中，所述壓縮機(jī)壓縮作為工作介質(zhì)的空氣；所述太陽(yáng)光加熱器以太陽(yáng)光為熱源，加熱由所述壓縮機(jī)壓縮的空氣；所述氫氣燃燒器以氫氣為燃料，使由所述壓縮機(jī)壓縮的空氣燃燒；所述渦輪從由所述太陽(yáng)光加熱器及所述氫氣燃燒器中的至少一個(gè)加熱的高溫氣體中獲取動(dòng)力；所述發(fā)電機(jī)由所述渦輪所驅(qū)動(dòng)；所述至少一個(gè)氫氣生成裝置利用所述渦輪的輸出或來(lái)自所述渦輪的排熱來(lái)分解水，從而生成氫氣，并將該氫氣向所述氫氣燃燒器供給。
[0013]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在日照量多、電力需求小時(shí)，通過(guò)氫氣生成裝置預(yù)先生成、儲(chǔ)備氫氣，在沒(méi)有日照的夜間或電力需求大時(shí)，能夠利用預(yù)先儲(chǔ)備的氫氣來(lái)增加電力供給量，因此，能夠在將太陽(yáng)光用作熱源的同時(shí)，進(jìn)行與電力需求的增減相應(yīng)的電力供給。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述氫氣生成裝置優(yōu)選為利用由所述發(fā)電機(jī)生成的電力來(lái)電解水的電解氫氣生成裝置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠有效地利用在日照量相對(duì)于電力需求多的情況下的剩余發(fā)電電力，進(jìn)行與電力需求的增減相應(yīng)的電力供給。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選還具備利用來(lái)自所述渦輪的排氣來(lái)熱解水從而生成氫氣的熱解氫氣生成裝置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過(guò)進(jìn)一步利用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排熱，能夠在提高系統(tǒng)整體的效率的同時(shí)，進(jìn)行與電力需求的增減相應(yīng)的電力供給。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選還具備利用由所述熱解氫氣生成裝置產(chǎn)生的熱來(lái)預(yù)熱由所述壓縮機(jī)壓縮的空氣的壓縮空氣預(yù)熱通路。在該情況下，進(jìn)一步優(yōu)選具備如下所述的切換流路的機(jī)構(gòu)，其對(duì)應(yīng)于所述熱解氫氣生成裝置內(nèi)進(jìn)行吸熱反應(yīng)的反應(yīng)室與進(jìn)行放熱反應(yīng)的反應(yīng)室的調(diào)換，使所述壓縮空氣預(yù)熱通路通過(guò)所述進(jìn)行放熱反應(yīng)的反應(yīng)室附近。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠有效地利用在熱解反應(yīng)中產(chǎn)生的熱，使該系統(tǒng)整體的效率提高。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選地，還具備排氣熱交換通路，其使來(lái)自所述渦輪的排氣通過(guò)，并在該排氣與所述熱解氫氣生成裝置之間進(jìn)行熱交換；具備如下所述的切換流路的機(jī)構(gòu)，其對(duì)應(yīng)于所述熱解氫氣生成裝置內(nèi)進(jìn)行吸熱反應(yīng)的反應(yīng)室與進(jìn)行放熱反應(yīng)的反應(yīng)室的調(diào)換，使所述排氣熱交換通路通過(guò)所述進(jìn)行吸熱反應(yīng)的反應(yīng)室附近。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠有效地利用來(lái)自渦輪的排氣的熱，使該系統(tǒng)整體的效率提高。
[0018]權(quán)利要求書和/或說(shuō)明書和/或說(shuō)明書附圖所公開的至少兩種結(jié)構(gòu)的任意組合也包含在本發(fā)明中。特別是權(quán)利要求書的各權(quán)利要求的兩項(xiàng)以上的任意組合也包含在本發(fā)明中。
【附圖說(shuō)明】
[0019]通過(guò)參照附圖對(duì)以下優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，可更加清楚地理解本發(fā)明。但是，實(shí)施方式及附圖僅用于圖示及說(shuō)明，不應(yīng)用于確定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書確定。在附圖中，多張附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或與其相當(dāng)?shù)牟糠帧?br>[0020]圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)的框圖。
[0021]圖2是放大表示圖1的實(shí)施方式的第二氫氣生成裝置(第一階段)的示意結(jié)構(gòu)的框圖。
[0022]圖3是放大表示圖1的實(shí)施方式的第二氫氣生成裝置(第二階段)的示意結(jié)構(gòu)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面，基于附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)(下面簡(jiǎn)稱為“發(fā)電系統(tǒng)”)s的示意結(jié)構(gòu)圖。該發(fā)電系統(tǒng)S具備利用太陽(yáng)光的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)GE。S卩，發(fā)電系統(tǒng)S具有壓縮作為工作介質(zhì)的空氣A的壓縮機(jī)1、加熱由壓縮機(jī)I壓縮的空氣A的太陽(yáng)光加熱器3及氫氣燃燒器5，以及從該被壓縮、加熱的空氣A中獲取動(dòng)力的渦輪7。在本實(shí)施方式中，發(fā)電系統(tǒng)S構(gòu)成為將從渦輪7排出的空氣A向壓縮機(jī)I供給而再利用的再生循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。通過(guò)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)GE的輸出，驅(qū)動(dòng)作為負(fù)載的發(fā)電機(jī)9。
[0024]由壓縮機(jī)I壓縮的空氣A在經(jīng)由壓縮空氣供給路11，在通過(guò)再生器13后，送至太陽(yáng)光加熱器3。再生器13利用從渦輪7排出的高溫排氣EG的熱，預(yù)熱從壓縮機(jī)I朝向太陽(yáng)光加熱器3、氫氣燃燒器5的空氣A。
[0025]配置在壓縮機(jī)I與渦輪7之間的太陽(yáng)光加熱器3接受由設(shè)置于發(fā)電系統(tǒng)S外部的太陽(yáng)光聚光裝置15所供給的太陽(yáng)光SL，以其為熱源加熱空氣A。在本實(shí)施方式中，作為太陽(yáng)光聚光裝置15，使用可調(diào)整角度以朝向太陽(yáng)能加熱器3聚光的多個(gè)鏡MR。
[0026]在太陽(yáng)光加熱器3與渦輪7之間設(shè)置有以氫氣為燃料使空氣A燃燒的氫氣燃燒器
5。由太陽(yáng)光加熱器3或氫氣燃燒器5供給的高溫高壓的空氣A在驅(qū)動(dòng)禍輪7之后，作為高溫、低壓的排氣EG從渦輪7排出。渦輪7通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸17與壓縮機(jī)I連接。通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸17，壓縮機(jī)I及發(fā)電機(jī)9由渦輪7驅(qū)動(dòng)。
[0027]氫氣燃燒器5通過(guò)氫氣燃料供給路19與氫氣燃料儲(chǔ)存器21連接，從該氫氣燃料儲(chǔ)存器21接受氫氣燃料的供給。氫氣燃料儲(chǔ)存器21通過(guò)第一氫氣導(dǎo)入路23與第一氫氣生成裝置25連接。第一氫氣生成裝置25構(gòu)成為通過(guò)電解水來(lái)生成氫氣的電解氫氣生成裝置。該第一氫氣生成裝置25從由渦輪7驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)9接受電解所需的電力供給。另外，在壓縮空氣供給路11上的再生器13與氫氣燃燒器5之間，設(shè)置有根據(jù)需要使壓縮空氣A從太陽(yáng)光加熱器3迂回的迂回路27以及向該迂回路27切換流路的迂回切換閥29。
[0028]氫氣燃料儲(chǔ)存器21還通過(guò)第二氫氣導(dǎo)入路31與第二氫氣生成裝置33連接。第二氫氣生成裝置33構(gòu)成為通過(guò)熱解水來(lái)生成氫氣的熱解氫氣生成裝置。該第二氫氣生成裝置33利用從渦輪7排出的高溫排氣EG的熱作為熱解所需的熱源。圖示例子的第二氫氣生成裝置33利用所謂UT-3工藝作為氫氣的熱解工藝。
[0029]UT-3工藝由使用鈣、鐵、溴等的化合物作為工藝循環(huán)物質(zhì)的以下四個(gè)反應(yīng)構(gòu)成。
[0030]CaBr2+H20 — CaO+2HBr (1-A)
[0031 ] CaO+Br2—CaBr 2+1/202 (1-B)
[0032]Fe304+8HBr — 3F eBr2+4H20+Br2 (tZ-K)
[0033]3FeBr2+4H20 — Fe304+6HBr+H2 (2_B)
[0034]首先，在730°C附近的溫度下，通過(guò)(1-A)的反應(yīng)使溴化鈣與水蒸氣反應(yīng)生成溴化氫氣體和氧化鈣。氧化鈣在500°C附近的溫度下通過(guò)(1-B)的反應(yīng)與溴反應(yīng)，在重新生成溴化鈣的同時(shí)生成氧氣。另一方面，使溴化鐵在600°C附近的溫度下通過(guò)(2-B)的反應(yīng)與水蒸氣反應(yīng)，在得到溴化氫氣體和鐵氧化物的同時(shí)生成氫氣。鐵氧化物在350°C附近的溫度下，通