具備氫氣生成裝置的利用太陽光的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具備氫氣生成裝置的利用太陽光的燃?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)，將其全部內(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)明涉及一種將太陽光用作熱源來發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，作為環(huán)境問題及能源問題的一種解決方案，提出一種使用將太陽光用作熱源的輪機(jī)裝置的發(fā)電技術(shù)，例如，利用太陽光熱的燃?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)問題
[0009]但是，由于利用太陽光的這種設(shè)備通常無法控制作為能量源的太陽光的供給量，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)無法供給電力這樣的問題。
[0010]因此，本發(fā)明的目的在于，為了解決上述技術(shù)問題，提供一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其能夠在將太陽光用作熱源的同時(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；所述太陽光加熱器以太陽光為熱源，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自所述渦輪的排熱來分解水，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)，通過氫氣生成裝置預(yù)先生成、儲(chǔ)備氫氣，在沒有日照的夜間或電力需求大時(shí)，能夠利用預(yù)先儲(chǔ)備的氫氣來增加電力供給量，因此，能夠在將太陽光用作熱源的同時(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)選還具備利用來自所述渦輪的排氣來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，其使來自所述渦輪的排氣通過，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/或說明書和/或說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。
【附圖說明】
[0019]通過參照附圖對(duì)以下優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行說明，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，在通過再生器13后，送至太陽光加熱器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之間的太陽光加熱器3接受由設(shè)置于發(fā)電系統(tǒng)S外部的太陽光聚光裝置15所供給的太陽光SL，以其為熱源加熱空氣A。在本實(shí)施方式中，作為太陽光聚光裝置15，使用可調(diào)整角度以朝向太陽能加熱器3聚光的多個(gè)鏡MR。
[0026]在太陽光加熱器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通過旋轉(zhuǎn)軸17與壓縮機(jī)I連接。通過旋轉(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)成為通過電解水來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)成為通過熱解水來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(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(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(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