特許 6945315 発電プラント及び発電プラントの運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6945315

(24)【登録日】2021年9月16日

(45)【発行日】2021年10月6日

(54)【発明の名称】発電プラント及び発電プラントの運転方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20210927BHJP

   H02J 3/00 20060101ALI20210927BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/38 110

   H02J3/38 170

   H02J3/38 130

   H02J3/38 180

   H02J3/00 170

【請求項の数】21

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2017-59285(P2017-59285)

(22)【出願日】2017年3月24日

(65)【公開番号】特開2018-164334(P2018-164334A)

(43)【公開日】2018年10月18日

【審査請求日】2019年11月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】上地 英之

(72)【発明者】

【氏名】四條 利久磨

(72)【発明者】

【氏名】堀添 浩司

(72)【発明者】

【氏名】篠田 尚信

(72)【発明者】

【氏名】後藤 満文

【審査官】 坂本 聡生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０４６９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３５８３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３１９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４０８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１０９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２０３４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００− ８／０２９７

８／０８− ８／２４９５

１２／００−１６／００

Ｈ０２Ｊ ３／００− ７／１２

７／３４−１１／００

Ｈ０２Ｐ ９／００− ９／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転シャフトを有するプラント機器と、
前記回転シャフトに連結され、前記回転シャフトを回転駆動することにより前記プラント機器を始動させるための交流電動機と、
前記プラント機器としての原動機によって駆動されるように構成され、電力系統に連系可能に構成された交流発電機と、
少なくとも一つの直流電源と、
前記少なくとも一つの直流電源と前記交流電動機との間、かつ、前記少なくとも一つの直流電源と前記電力系統との間に設けられた第１インバータと、を備え、
前記第１インバータは、前記少なくとも一つの直流電源からの直流電力を交流電力に変換するとともに、該交流電力を前記交流電動機又は前記電力系統に選択的に供給可能に構成された
ことを特徴とする発電プラント。

【請求項2】

前記第１インバータと前記電力系統との接続状態を切り替えるための第１開閉器と、
前記直流電源と前記電力系統との間において、前記第１インバータ及び前記第１開閉器に対して並列に設けられ、前記電力系統からの交流電力を直流電力に変換するための整流器と、
前記直流電源と前記電力系統との間において、前記第１インバータ及び前記第１開閉器に対して並列に設けられ、前記整流器と前記電力系統との接続状態を切り替えるための第２開閉器と、
をさらに備え、
前記少なくとも一つの直流電源は、前記整流器からの直流電流を受け取るように構成された二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。

【請求項3】

前記直流電源と前記交流発電機との間に設けられ、前記交流発電機からの交流電力を直流電力に変換するための整流器を備え、
前記少なくとも一つの直流電源は、前記整流器からの直流電力を受け取るように構成された二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置を含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電プラント。

【請求項4】

前記直流電源と前記電力系統との間において、前記第１インバータに対して並列に設けられた第２インバータを備え、
前記第２インバータは、前記第１インバータが前記交流電動機に交流電流を供給している間、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機とは別の電力需要部に供給するように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の発電プラント。

【請求項5】

前記交流発電機は、前記原動機を始動させるための前記交流電動機として機能するように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の発電プラント。

【請求項6】

前記交流発電機は、該交流発電機の励磁電力として前記直流電源からの直流電力が供給されるように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の発電プラント。

【請求項7】

前記交流電動機として、前記交流発電機を兼用することを特徴とする請求項５又は６に記載の発電プラント。

【請求項8】

前記プラント機器はガスタービンを含み、
前記交流電動機は、前記ガスタービンを駆動するように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の発電プラント。

【請求項9】

前記少なくとも１つの直流電源は、アノードと、二酸化炭素を含むガスが供給されるように構成されたカソードと、前記二酸化炭素由来の炭酸イオンを前記カソードから前記アノードに移動させるように構成された電解質と、を含む燃料電池を含み、
前記カソードは、前記二酸化炭素を含むガスとして、前記ガスタービンからの排ガスが供給されるように構成された
ことを特徴とする請求項８に記載の発電プラント。

【請求項10】

前記少なくとも一つの直流電源に対して並列に設けられた電気化学式燃料生成装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の発電プラント。

【請求項11】

回転シャフトを有するプラント機器と、前記回転シャフトに連結される交流電動機と、少なくとも１つの直流電源と、電力系統に連系可能に構成された交流発電機と、前記直流電源と前記交流電動機との間、かつ、前記直流電源と前記電力系統との間に設けられた第１インバータと、を含む発電プラントの運転方法であって、
前記少なくとも１つの直流電源で直流電力を生成するステップと、
前記第１インバータにより前記直流電力を交流電力に変換するステップと、
前記第１インバータから交流電力を前記交流電動機に供給して、前記交流電動機により前記回転シャフトを回転駆動することにより前記プラント機器を始動させるステップと、
前記プラント機器の始動後、前記プラント機器としての原動機によって前記交流発電機を駆動し、前記交流発電機により生成される交流電力を前記電力系統に供給するとともに、前記第１インバータから交流電力を前記電力系統に供給するステップと、
を備えることを特徴とする発電プラントの運転方法。

【請求項12】

前記発電プラントは、前記直流電源と前記電力系統との間において前記第１インバータに対して並列に設けられた整流器をさらに含み、
前記少なくとも１つの直流電源は、二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置を含み、
前記プラント機器の稼働中に、前記少なくとも一つの直流電源からの直流電力を前記第１インバータによって交流電力に変換し、該交流電力を前記電力系統に供給するステップと、
前記電力系統において電力需要が規定値以下に低下したときに、前記電力系統からの交流電力を前記整流器によって直流電力に変換し、該直流電力を前記二次電池又は前記電気化学式燃料生成発電装置に供給するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の発電プラントの運転方法。

【請求項13】

前記発電プラントは、前記直流電源と前記交流発電機との間に設けられた整流器と、を備え、
前記少なくとも１つの直流電源は、二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置を含み、
前記交流発電機を前記電力系統から解列させるステップと、
前記交流発電機を解列させた後、前記原動機が停止するまでの間、前記交流発電機からの回生電力を、前記整流器を介して前記二次電池又は前記電気化学式燃料生成発電装置に供給するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の発電プラントの運転方法。

【請求項14】

前記少なくとも１つの直流電源は二次電池を含み、
前記プラント機器の稼働中、前記二次電池において前記回生電力分の空き容量を維持するステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項１３に記載の発電プラントの運転方法。

【請求項15】

前記発電プラントは、前記直流電源と前記電力系統との間において、前記第１インバータに対して並列に設けられた第２インバータを含み、
前記第１インバータが前記プラント機器の始動のために前記交流電動機に交流電流を供給している間、前記直流電源からの直流電力を前記第２インバータによって交流電力に変換して前記交流電動機とは別の電力需要部に供給するステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか一項に記載の発電プラントの運転方法。

【請求項16】

前記少なくとも１つの直流電源は二次電池を含み、
前記プラント機器の稼働中、前記プラント機器の始動に必要な量の電力が前記二次電池に蓄電された状態を維持するステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項１１乃至１５の何れか一項に記載の発電プラントの運転方法。

【請求項17】

前記少なくとも１つの直流電源は、前記二次電池とは別の１以上の電源をさらに含み、
前記維持するステップでは、前記プラント機器の始動に必要な量の電力が前記二次電池に蓄電された状態とするために、前記１以上の電源から前記二次電池に電力を供給する
ことを特徴とする請求項１６に記載の発電プラントの運転方法。

【請求項18】

前記１以上の電源は太陽電池を含み、
前記太陽電池の発電電力を予測するステップと、
前記予測するステップでの予測結果に基づいて、前記維持するステップにおける前記太陽電池から前記二次電池への電力供給量を決定するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の発電プラントの運転方法。

【請求項19】

前記少なくとも１つの直流電源は、二次電池と、前記二次電池とは別の１以上の電源と、を含み、
前記プラント機器を始動させるステップでは、前記二次電池に蓄電された直流電力よりも、前記１以上の電源からの直流電力を優先して前記第１インバータを介して前記交流電動機に供給する
ことを特徴する請求項１１乃至１６の何れか一項に記載の発電プラントの運転方法。

【請求項20】

前記第１インバータは、前記プラント機器の始動時には、前記交流電力の周波数を増加させながら前記交流電力を前記交流電動機に供給するように、かつ、前記プラント機器の始動時以外には、規定周波数にて前記交流電力を前記電力系統に供給するように構成された
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発電プラント。

【請求項21】

前記プラント機器を始動させるステップでは、前記第１インバータを介して、前記交流電力の周波数を増加させながら前記交流電力を前記交流電動機に供給し、
前記電力系統に供給するステップでは、前記第１インバータを介して、規定周波数にて前記交流電力を前記電力系統に供給する
請求項１１乃至１９の何れか一項に記載の発電プラントの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発電プラント及び発電プラントの運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電力系統の電源として、直流電源が用いられる場合がある。
例えば、特許文献１には、太陽光発電パネル及びバッテリーを含む直流電源が、接続点の集合であるＤＣ結合で束ねられるとともに、インバータを介して商用電力系統に接続された電力供給システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１１／１１４４２２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、発電プラントのプラント機器の一部（例えば、ガスタービン、エンジン、ボイラ給水ポンプ等）は、始動時に交流電動機によって駆動される。こうしたプラント機器の始動を目的とした交流電動機は、インバータを介して任意の周波数の交流電力の供給を受けて回転数が調整可能になっている。
しかしながら、プラント機器の通常運転時において、始動用の交流電動機への電力供給が不要であるため、始動用の交流電動機に電力を供給するために用いられるインバータの稼働率が低いため、インバータの設置コストを回収することが難しいという問題があった。
この点、特許文献１には、そもそも発電プラントのプラント機器を始動させるための交流電動機への電力供給を低コストで実現可能な構成は開示されていない。

【0005】

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、プラント機器の始動用の電動機に低コストで電力を供給可能な発電プラント及び発電プラントの運転方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る発電プラントは、
プラント機器と、
前記プラント機器を始動させるための交流電動機と、
少なくとも一つの直流電源と、
前記少なくとも一つの直流電源と前記交流電動機との間、かつ、前記少なくとも一つの直流電源と電力系統との間に設けられた第１インバータと、を備え、
前記第１インバータは、前記少なくとも一つの直流電源からの直流電力を交流電力に変換するとともに、該交流電力を前記交流電動機又は前記電力系統に選択的に供給可能に構成される。

【0007】

上記（１）の構成によれば、直流電源からの直流電力を第１インバータで交流電力に変換し、該交流電力を交流電動機又は電力系統に選択的に供給可能であるので、第１インバータからの直流電力を、プラント機器の始動時には交流電動機に、プラント機器の始動時以外のときには電力系統にそれぞれ供給可能である。このように、プラント機器始動用の電動機へ電力を供給するためのインバータと、該電動機に供給する電力とは異なる規定周波数にて電力系統に送電するためのインバータとを共通化することで、インバータの設備コストを低減可能である。よって、プラント機器の始動用の電動機に低コストで電力を供給することができる。

【0008】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記第１インバータと前記電力系統との接続状態を切り替えるための第１開閉器と、
前記直流電源と前記電力系統との間において、前記第１インバータ及び前記第１開閉器に対して並列に設けられ、前記電力系統からの交流電力を直流電力に変換するための整流器と、
前記直流電源と前記電力系統との間において、前記第１インバータ及び前記第１開閉器に対して並列に設けられ、前記整流器と前記電力系統との接続状態を切り替えるための第２開閉器と、
をさらに備え、
前記少なくとも一つの直流電源は、前記整流器からの直流電流を受け取るように構成された二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置を含む。

【0009】

上記（２）の構成によれば、第１インバータを介して直流電源からの電力を電力系統に供給可能であるとともに、例えば電力需要が大きくない時間帯等、直流電源からの電力を電力系統に供給しないときに、電力系統からの電力を整流器を介して二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置に供給して、蓄電又は燃料生成を行うことができる。よって、電力需要等に応じて、発電プラントを効率的に運転することができる。

【0010】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記プラント機器としての原動機によって駆動されるように構成され、前記電力系統に連系可能に構成された交流発電機と、
前記直流電源と前記交流発電機との間に設けられ、前記交流発電機からの交流電力を直流電力に変換するための整流器と、を備え、
前記少なくとも一つの直流電源は、前記整流器からの直流電力を受け取るように構成された二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置を含む。

【0011】

上記（３）の構成によれば、プラント機器によって駆動される交流発電機によって生成される電力を電力系統に供給可能である。一方、交流発電機の電力系統からの解列時には、交流発電機からの電力を整流器を介して二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置に供給して、蓄電又は燃料生成を行うことができる。例えば、プラント機器（原動機）の停止時における回生エネルギーを利用して、蓄電又は燃料生成を行うことができる。よって、電力需要等に応じて、発電プラントを効率的に運転することができる。

【0012】

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記直流電源と前記電力系統との間において、前記第１インバータに対して並列に設けられた第２インバータを備え、
前記第２インバータは、前記第１インバータが前記交流電動機に交流電流を供給している間、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機とは別の電力需要部に供給するように構成される。

【0013】

上記（４）の構成によれば、例えば停電等のため、電力系統からの電力が供給されない場合であっても、互いに並列に設けられた第１インバータ及び第２インバータを介して、プラント機器始動用の交流電動機及び発電プラントの運転に必要な電力需要部（例えば制御機器等）に、それぞれ異なる周波数の交流電力を供給することができる。よって、電力系統からの電力が供給されない場合であっても、交流電動機及び電力需要部に適切に電力を供給して、プラント機器を適切に始動させることができる。

【0014】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記プラント機器としての原動機によって駆動されるように構成され、前記電力系統に連系される交流発電機を備え、
前記交流発電機は、前記原動機を始動させるための前記交流電動機として機能するように構成される。

【0015】

上記（５）の構成によれば、プラント機器（原動機）によって駆動される交流発電機を、該プラント機器（原動機）を始動させるための交流電動機としても使用可能であるので、設備コスト及び設置面積を低減することができる。

【0016】

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記プラント機器としての原動機によって駆動されるように構成され、前記電力系統に連系される交流発電機を備え、
前記交流発電機は、該交流発電機の励磁電力として前記直流電源からの直流電力が供給されるように構成される。

【0017】

上記（６）の構成によれば、直流電源からの直流電力の電力系統又は交流電動機（プラント機器の始動時に限る。）への供給が可能であることに加えて、プラント機器の運転時においてプラント機器（原動機）によって駆動される交流発電機に直流電源からの直流電力を励磁電力として供給可能である。よって、発電プラントの設備コスト及び設置面積を低減することができる。

【0018】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、前記交流電動機として、前記交流発電機を兼用する。

【0019】

上記（７）の構成によれば、プラント機器（原動機）によって駆動される交流発電機を、該プラント機器（原動機）を始動させるための交流電動機として兼用するので、設備コスト及び設置面積を低減することができる。

【0020】

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記プラント機器はガスタービンを含み、
前記交流電動機は、前記ガスタービンを駆動するように構成される。

【0021】

ガスタービンを適切に始動させるためには、ガスタービンを始動させるための交流電動機の回転数を、ゼロから徐々に増加させる必要がある。
この点、上記（８）の構成によれば、ガスタービンの始動時には、第１インバータを介して、交流電流の周波数をゼロから徐々に増加させながら交流電流を電動機に供給するとともに、ガスタービンの始動時以外には、第１インバータを介して、規定周波数にて交流電流を電力系統に供給することができる。よって、設備コストを低減しながら、プラント機器始動用の電動機及び電力系統に対して効率的に電力を供給することができる。

【0022】

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記少なくとも１つの直流電源は、アノードと、二酸化炭素を含むガスが供給されるように構成されたカソードと、前記二酸化炭素由来の炭酸イオンを前記カソードから前記アノードに移動させるように構成された電解質と、を含む燃料電池を含み、
前記カソードは、前記二酸化炭素を含むガスとして、前記ガスタービンからの排ガスが供給されるように構成される。

【0023】

上記（９）の構成によれば、燃料電池で生成した直流電力を用いてガスタービンの始動及び電力系統への電力供給ができるとともに、ガスタービンからの排ガスに含まれる二酸化炭素を、燃料電池を用いて回収することができる。よって、発電プラントを効率的に運転することができる。

【0024】

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記少なくとも一つの直流電源に対して並列に設けられた電気化学式燃料生成装置をさらに備える。

【0025】

上記（１０）の構成によれば、直流電源に対して並列に設けられた電気化学式燃料生成装置に直流電力を供給することで、該電気化学式燃料生成装置によって燃料を生成することができる。よって、発電プラントを効率的に運転することができる。

【0026】

（１１）本発明の一実施形態に係る発電プラントの運転方法は、
プラント機器と、交流電動機と、少なくとも１つの直流電源と、前記直流電源と前記交流電動機との間、かつ、前記直流電源と電力系統との間に設けられた第１インバータと、を含む発電プラントの運転方法であって、
前記少なくとも１つの直流電源で直流電力を生成するステップと、
前記第１インバータにより前記直流電力を交流電力に変換するステップと、
前記第１インバータから交流電力を前記交流電動機に供給して、前記プラント機器を始動させるステップと、
前記プラント機器の始動後、前記プラント機器の稼働中に、前記第１インバータから交流電力を前記電力系統に供給するステップと、
を備える。

【0027】

上記（１１）の方法によれば、直流電源からの直流電力を第１インバータで交流電力に変換し、第１インバータからの直流電力を、プラント機器の始動時には交流電動機に、プラント機器の始動時以外のときには電力系統にそれぞれ供給する。このように、プラント機器始動用の電動機へ電力を供給するためのインバータと、該電動機に供給する電力とは異なる規定周波数にて電力系統に送電するためのインバータとを共通化することで、インバータの設備コストを低減可能である。よって、プラント機器の始動用の電動機に低コストで電力を供給することができる。

【0028】

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の方法において、
前記発電プラントは、前記直流電源と前記電力系統との間において前記第１インバータに対して並列に設けられた整流器をさらに含み、
前記少なくとも１つの直流電源は、二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置を含み、
前記プラント機器の稼働中に、前記少なくとも一つの直流電源からの直流電力を前記第１インバータによって交流電力に変換し、該交流電力を前記電力系統に供給するステップと、
前記電力系統において電力需要が規定値以下に低下したときに、前記電力系統からの交流電力を前記整流器によって直流電力に変換し、該直流電力を前記二次電池又は前記電気化学式燃料生成発電装置に供給するステップと、
を備える。

【0029】

上記（１２）の方法によれば、第１インバータを介して直流電源からの電力を電力系統に供給可能であるとともに、例えば電力需要が大きくない時間帯等、直流電源からの電力を電力系統に供給しないときに、電力系統からの電力を整流器を介して二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置に供給して、蓄電又は燃料生成を行うことができる。よって、電力需要等に応じて、発電プラントを効率的に運転することができる。

【0030】

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１１）又は（１２）の方法において、
前記発電プラントは、前記プラント機器としての原動機によって駆動されるとともに前記電力系統に連系される交流発電機と、前記直流電源と前記交流発電機との間に設けられた整流器と、を備え、
前記少なくとも１つの直流電源は、二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置を含み、
前記交流発電機を前記電力系統から解列させるステップと、
前記交流発電機を解列させた後、前記原動機が停止するまでの間、前記交流発電機からの回生電力を、前記整流器を介して前記二次電池又は前記電気化学式燃料生成発電装置に供給するステップと、
を備える。

【0031】

上記（１３）の方法によれば、プラント機器によって駆動される交流発電機によって生成される電力を電力系統に供給可能である。一方、交流発電機の電力系統からの解列時には、交流発電機からの電力を整流器を介して二次電池又は電気化学式燃料生成発電装置に供給して、蓄電又は燃料生成を行うことができる。例えば、プラント機器（原動機）の停止時における回生エネルギーを利用して、蓄電又は燃料生成を行うことができる。よって、電力需要等に応じて、発電プラントを効率的に運転することができる。

【0032】

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の方法において、
前記少なくとも１つの直流電源は二次電池を含み、
前記プラント機器の稼働中、前記二次電池において前記回生電力分の空き容量を維持するステップをさらに備える。

【0033】

上記（１４）の方法によれば、プラント機器の稼働中に、二次電池において回生電力分の空き容量を維持するので、プラント機器が停止する場合に、プラント機器の回生電力を二次電池に回収することができる。

【0034】

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１１）乃至（１４）の何れかの方法において、
前記発電プラントは、前記直流電源と前記電力系統との間において、前記第１インバータに対して並列に設けられた第２インバータを含み、
前記第１インバータが前記プラント機器の始動のために前記交流電動機に交流電流を供給している間、前記直流電源からの直流電力を前記第２インバータによって交流電力に変換して前記交流電動機とは別の電力需要部に供給するステップをさらに備える。

【0035】

上記（１５）の方法によれば、例えば停電等のため、電力系統からの電力が供給されない場合であっても、互いに並列に設けられた第１インバータ及び第２インバータを介して、プラント機器始動用の交流電動機及び発電プラントの運転に必要な電力需要部（例えば制御機器等）に、それぞれ異なる周波数の交流電力を供給することができる。よって、電力系統からの電力が供給されない場合であっても、交流電動機及び電力需要部に適切に電力を供給して、プラント機器を適切に始動させることができる。

【0036】

（１６）幾つかの実施形態では、上記（１１）乃至（１５）の何れかの方法において、
前記少なくとも１つの直流電源は二次電池を含み、
前記プラント機器の稼働中、前記プラント機器の始動に必要な量の電力が前記二次電池に蓄電された状態を維持するステップをさらに備える。

【0037】

上記（１６）の方法によれば、プラント機器の稼働中、プラント機器の始動に必要な量の電力が二次電池に蓄電された状態を維持するので、停電等により電力系統からの電力供給が受けられない場合であっても、プラント機器を再始動することができる。

【0038】

（１７）幾つかの実施形態では、上記（１６）の方法において、
前記少なくとも１つの直流電源は、前記二次電池とは別の１以上の電源をさらに含み、
前記維持するステップでは、前記プラント機器の始動に必要な量の電力が前記二次電池に蓄電された状態とするために、前記１以上の電源から前記二次電池に電力を供給する。

【0039】

上記（１７）の方法によれば、１以上の電源から二次電池に電力を供給することにより、プラント機器の始動に必要な量の電力が二次電池に蓄電された状態を維持することができる。このため、停電等により電力系統からの電力供給が受けられない場合であっても、プラント機器を再始動することができる。

【0040】

（１８）幾つかの実施形態では、上記（１７）の方法において、
前記１以上の電源は太陽電池を含み、
前記太陽電池の発電電力を予測するステップと、
前記予測するステップでの予測結果に基づいて、前記維持するステップにおける前記太陽電池から前記二次電池への電力供給量を決定するステップと、をさらに備える。

【0041】

上記（１８）の方法によれば、太陽電池の発電電力の予測結果に基づいて決定された量の電力を太陽電池から二次電池に供給して二次電池における蓄電量を維持する。これにより、停電等により電力系統からの電力供給が受けられない場合であっても、より確実にプラント機器を再始動することができる。

【0042】

（１９）幾つかの実施形態では、上記（１１）乃至（１６）の何れかの方法において、
前記少なくとも１つの直流電源は、二次電池と、前記二次電池とは別の１以上の電源と、を含み、
前記プラント機器を始動させるステップでは、前記二次電池に蓄電された直流電力よりも、前記１以上の電源からの直流電力を優先して前記第１インバータを介して前記交流電動機に供給する。

【0043】

上記（１９）の方法によれば、二次電池に蓄電された直流電力よりも、二次電池とは別の電源からの直流電力を優先して交流電動機に供給するので、より低容量の二次電池を用いて、プラント機器を始動させることができる。

【発明の効果】

【0044】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、プラント機器の始動用の電動機に低コストで電力を供給可能な発電プラント及び発電プラントの運転方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】一実施形態に係る発電プラントの概略構成図である。

【図2】一実施形態に係る発電プラントの概略構成図である。

【図3】一実施形態に係る発電プラントの概略構成図である。

【図4】一実施形態に係る発電プラントの概略構成図である。

【図5】一実施形態に係る発電プラントの運転方法を説明するための図である。

【図6】一実施形態に係る発電プラントの運転方法を説明するための図である。

【図7】一実施形態に係る発電プラントの運転方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0046】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【0047】

以下、本発明の幾つかの実施形態として、プラント機器としてガスタービンを備える発電プラントについて説明する。ただし、本発明に係る発電プラントのプラント機器は、交流電動機によって始動されるものであれば特に限定されず、例えば、エンジン又はボイラ給水ポンプ等であってもよい。

【0048】

図１〜図３は、一実施形態に係る発電プラントの概略構成図である。図１〜図３に示すように、発電プラント１は、プラント機器としてのガスタービン２と、ガスタービン２（プラント機器）を始動させるための交流電動機４と、少なくとも１つの直流電源６（直流電源６ａ〜６ｄ；以降、まとめて直流電源６と称することがある。）と、第１インバータ８と、を備える。

【0049】

発電プラント１と電力系統１２とは接続可能になっており、発電プラント１に含まれる発電設備から電力系統１２に電力を供給し、又は、電力系統１２から発電プラント１に電力を受給することができるようになっている。発電プラント１と電力系統１２との間には、開閉器１３及び変圧器１４が設けられており、開閉器１３によって発電プラント１と電力系統１２との接続状態が切り替えられるとともに、変圧器１４によって、発電プラント１と電力系統１２との間で電力を供給又は受給する際の電圧を調整するようになっている。

【0050】

プラント機器は、回転シャフト３を介して始動用の交流電動機４に連結され、交流電動機４によって回転シャフトが回転駆動されることによって始動するように構成される。プラント機器は、図１〜図３に示すガスタービン２の他、エンジン又はボイラ給水ポンプ等であってもよい。

【0051】

プラント機器は、発電機を駆動する原動機として機能するようになっていてもよい。
図１〜図３に示す例示的な実施形態では、ガスタービン２（プラント機器）に交流発電機５が連結されており、原動機としてのガスタービン２によって交流発電機５が駆動されるようになっている。交流発電機５は、電力系統１２に連系可能になっており、交流発電機５と電力系統１２との間に設けられた開閉器３４によって、交流発電機５と電力系統１２との接続状態が切り替えられるようになっている。

【0052】

図２に示す例示的な実施形態では、ガスタービン２に連結された交流発電機５は、ガスタービン２（交流発電機５を駆動する原動機）を始動させるための交流電動機４としても機能するように構成される。

【0053】

交流発電機５は、例えば、ガスタービン２の回転シャフト３と連動して回転する回転子巻線（界磁巻線；不図示）と、変圧器１４に接続される固定子巻線（電機子巻線；不図示）と、を有していてもよい。この交流発電機５が交流電力を生成するための発電機として機能する場合、回転子巻線（界磁巻線）に励磁電流が供給されると、ガスタービン２の回転シャフト３の回転に伴い固定子巻線（電機子巻線）に交流電力が生じる。一方、交流発電機５が交流電動機４として機能する場合、固定子巻線に交流電流が供給されると、この交流電流に応じて回転子巻線に作用する力が発生して回転子巻線が回転し、これに伴い交流発電機５に連結されるガスタービン２の回転シャフト３が回転する。このように、交流発電機５は、交流電動機４としても機能し得る。

【0054】

直流電源６は、直流電力を送出可能な装置であり、例えば、一次電池、二次電池（蓄電池）、燃料電池又は太陽電池等の各種電池を含んでいてもよい。

【0055】

直流電源６は、直流電力を受け取って蓄電する機能を有していてもよい。このような直流電源６の例として、二次電池（蓄電池）が挙げられる。
あるいは、直流電源６は、直流電力を受け取って燃料を生成する機能を有する電気化学式燃料生成発電装置であってもよい。このような電気化学式燃料生成発電装置の例として、水を電気分解することにより水素（燃料）を生成可能であるとともに、水素（燃料）を消費して電力を生成可能なＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ／Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）が挙げられる。

【0056】

図１及び図３に示す例示的な実施形態では、発電プラント１は、二次電池６ａ、電気化学式燃料生成発電装置６ｂ、燃料電池６ｃ、及び太陽電池６ｄを備える。また、図２に示す例示的な実施形態では、発電プラント１は、二次電池６ａと、太陽電池６ｄと、を備える。

【0057】

図１及び図３に示すように、電気化学式燃料生成発電装置６ｂには、電気化学式燃料生成発電装置６ｂにて生成された燃料を貯留するための燃料貯留部７が設けられていてもよい。
電気化学式燃料生成発電装置６ｂで生成された燃料は、例えば、直流電源６としての燃料電池６ｃに供給されてもよく、あるいは、ガスタービン２等の発電プラント１を構成する機器に供給されてもよい。

【0058】

なお、発電プラント１は、直流電源６と並列に、直流電力を受け取って燃料を生成するように構成された電気化学式燃料生成装置１６が設けられていてもよい。電気化学式燃料生成装置１６には、電気化学式燃料生成装置１６にて生成された燃料を貯留するための燃料貯留部１７が設けられていてもよい。
電気化学式燃料生成装置１６で生成された燃料は、例えば、直流電源６としての燃料電池６ｃに供給されてもよく、あるいは、ガスタービン２等の発電プラント１を構成する機器に供給されてもよい。

【0059】

第１インバータ８は、直流電源６と交流電動機４との間、かつ、直流電源６と電力系統１２との間に設けられている。そして、第１インバータ８は、直流電源６からの直流電力を交流電力に変換するとともに、該交流電力を交流電動機４又は電力系統１２に選択的に供給可能に構成されている。

【0060】

すなわち、第１インバータ８と交流電動機４との間、及び、第１インバータ８と電力系統１２との間には、開閉器３２及び開閉器３６（第１開閉器）がそれぞれ設けられており、これらの開閉器３２，３６によって電路を開閉することにより、第１インバータ８と交流電動機４との接続状態、及び、第１インバータ８と電力系統１２との接続状態を切り替え可能になっている。

【0061】

このように、幾つかの実施形態に係る発電プラント１では、直流電源６からの直流電力を第１インバータ８で交流電力に変換し、該交流電力を交流電動機４又は電力系統１２に選択的に供給可能である。よって、第１インバータ８からの直流電力を、ガスタービン２（プラント機器）の始動時には交流電動機に、ガスタービン２（プラント機器）の始動時以外のときには電力系統１２にそれぞれ供給可能である。

【0062】

例えば、プラント機器としてのガスタービン２を停止状態から始動させるとき、第１インバータ８を介してプラント機器始動用の交流電動機４に交流電力を供給する。ここで、ガスタービン２の始動時には、ガスタービン２に慣性エネルギーを与えるため、ガスタービン２の回転数をゼロから徐々に増加させる必要がある。このため、交流電動機４の回転数がゼロから徐々に増加するように、交流電動機４に供給する交流電力の周波数を制御するする必要がある。このように、ガスタービン２の始動に適した周波数の交流電力が適切に交流電動機４供給されるように、第１インバータ８では、交流電動機４に供給される交流電力の周波数が調整される。

【0063】

そして、ガスタービン２の回転数がある程度上昇したところで、ガスタービン２に燃料が供給され、燃料を燃焼させて生成される燃焼ガスによりタービンに回転力を与え、ガスタービン２の回転数をさらに上昇させる。そして、ガスタービン２の回転数が、電力系統１２の規定周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に対応する回転数（例えば３０００ｒｐｍ又は３６００ｒｐｍ）になれば（即ち系統周波数に同期したら）、第１インバータ８と交流電動機４との接続を切断し、第１インバータ８から交流電動機４への電力の供給を停止させる。すなわち、ガスタービン２の始動後、通常運転時（稼働時）には、燃料の燃焼ガスによりガスタービン２が駆動されるので、第１インバータ８を介しての交流電力の供給は通常不要である。

【0064】

また、ガスタービン２の始動時以外（例えば、ガスタービン２の稼働中）には、第１インバータ８からの交流電力を、プラント機器始動用の交流電動機４に供給する必要はない。そこで、第１インバータ８において、例えば、交流電力を電力系統１２の規定周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に調節して、電力系統１２に供給することができる。

【0065】

このように、上述した実施形態に係る発電プラント１では、プラント機器始動用の交流電動機４へ電力を供給するためのインバータ（第１インバータ８）と、該交流電動機４に供給する電力とは異なる規定周波数にて電力系統１２に送電するためのインバータ（第１インバータ８）とを共通化することで、インバータの設備コストを低減可能である。よって、ガスタービン２（プラント機器）の始動用の交流電動機４に低コストで電力を供給することができる。

【0066】

また、従来、プラント機器始動用の電動機を駆動するための電力として、電力系統からの電力を使用することが通常であった。この点、上述の実施形態に係る発電プラント１では、プラント機器始動用の交流電動機４を駆動するための電力を、直流電源６から供給するようにしたので、電力需要が大きいときであっても、電力系統１２からの電力を消費せずに、プラント機器を始動させることができる。

【0067】

なお、図１〜図３に示すように、第１インバータ８と各直流電源６との間には、各直流電源６と、第１インバータ８との接続状態を切り替えるための開閉器４２ａ〜４２ｄ（以降、まとめて開閉器４２と称することがある。）が設けられていてもよい。また、第１インバータ８と電気化学式燃料生成装置１６との間には、電気化学式燃料生成装置１６と第１インバータ８との接続状態を切り替えるための開閉器４４が設けられていてもよい。

【0068】

また、図２に示すように、第１インバータ８と各直流電源６との間には、直流電力の電圧を変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ１８ａ、１８ｄ等（図２参照）が設けられていてもよい。また、図示しないが、第１インバータ８と電気化学式燃料生成装置１６（図１及び図３参照）との間には、直流電力の電圧を変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータが設けられていてもよい。

【0069】

幾つかの実施形態では、発電プラント１は、図１〜図３に示すように、整流器１０及び開閉器３８（第２開閉器）を備える。整流器１０及び開閉器３８（第２開閉器）は、直流電源６と電力系統１２との間において、第１インバータ８及び開閉器３６（第１開閉器）に対して並列に設けられる。整流器１０は、電力系統１２からの交流電力を直流電力に変換するように構成されている。また、開閉器３８は、整流器１０と電力系統１２との接続状態を切り替えるように構成されている。そして、少なくとも１つの直流電源６は、整流器１０からの直流電力を受け取るように構成された二次電池６ａ又は電気化学式燃料生成発電装置６ｂを含む。

【0070】

開閉器３６（第１開閉器）及び開閉器３８（第２開閉器）を操作して、第１インバータ８と電力系統１２とを接続させることにより、二次電池６ａ又は電気化学式燃料生成発電装置６ｂを含む直流電源６からの直流電力を、第１インバータ８を介して電力系統１２に供給することができる。

【0071】

また、開閉器３６（第１開閉器）及び開閉器３８（第２開閉器）を操作して、整流器１０と電力系統１２とを接続させることにより、電力系統１２からの交流電力を、整流器１０で直流電力に変換して、二次電池６ａ又は電気化学式燃料生成発電装置６ｂを含む直流電源６に供給することができる。
例えば、二次電池６ａが整流器１０からの直流電力を受け取る場合、二次電池６ａに電力が蓄電される。また、電気化学式燃料生成発電装置６ｂが整流器１０からの直流電力を受け取る場合、電気化学式燃料生成発電装置６ｂにて電気分解により燃料が生成される。

【0072】

このように、整流器１０及び開閉器３８（第２開閉器）を備える発電プラント１では、例えば電力需要が大きい時間帯には、第１インバータ８を介して直流電源６からの電力を電力系統１２に供給可能であるとともに、電力需要が大きくない時間帯等、直流電源６からの電力を電力系統１２に供給しないときに、電力系統１２からの電力を整流器１０を介して二次電池６ａ又は電気化学式燃料生成発電装置６ｂに供給して、蓄電又は燃料生成を行うことができる。よって、電力需要等に応じて、発電プラント１を効率的に運転することができる。

【0073】

幾つかの実施形態では、発電プラント１は、図１〜図３に示すように、直流電源６と交流発電機５との間に設けられた整流器１１を備えている。整流器１１は、交流発電機５からの交流電力を直流電力に変換するように構成されている。そして、少なくとも１つの直流電源６は、整流器１０からの直流電力を受け取るように構成された二次電池６ａ又は電気化学式燃料生成発電装置６ｂを含む。
なお、図１〜図３に示す例示的な実施形態では、交流発電機５からの交流電力は、開閉器３４及び開閉器３８を介して、整流器１１に流れるようになっている。
また、図１〜図３に示す例示的な実施形態において、整流器１１は、上述した整流器１０と同一のものである。

【0074】

このように、整流器１１を備える発電プラント１では、交流発電機５の電力系統１２への連系時には、原動機としてのガスタービン２（プラント機器）によって駆動される交流発電機５によって生成される電力を電力系統１２に供給可能である。一方、交流発電機５の電力系統１２からの解列時には、交流発電機５からの電力を整流器１１を介して二次電池６ａ又は電気化学式燃料生成発電装置６ｂに供給して、蓄電又は燃料生成を行うことができる。例えば、原動機としてのガスタービン２（プラント機器）を停止又は減速させるときに、交流発電機５のロータの慣性エネルギーを用いて生成される電力（回生エネルギー）を利用して、蓄電又は燃料生成を行うことができる。よって、電力需要等に応じて、発電プラント１を効率的に運転することができる。

【0075】

幾つかの実施形態では、発電プラント１は、図３に示すように、直流電源６と電力系統１２との間において、第１インバータ８に対して並列に設けられた第２インバータ２０を備える。第２インバータ２０は、第１インバータ８が交流電動機４に交流電流を供給している間、直流電源６からの直流電力を交流電力に変換して交流電動機４とは別の電力需要部２２に供給するように構成される。ここで、電力需要部２２は、例えば、発電プラント１における制御装置又はポンプ（潤滑油ポンプ又は冷却水ポンプ等）等を含む補機であってもよい。
第２インバータ２０と電力需要部２２との間には、第２インバータ２０と電力需要部２２の接続状態を切り替えるための開閉器４０、及び、電力需要部２２に供給される電力の電圧を調節するための変圧器２４が設けられていてもよい。

【0076】

このように、第１インバータ８及び第２インバータ２０を備える発電プラント１では、例えば停電等のため、電力系統１２からの電力が供給されない場合であっても、互いに並列に設けられた第１インバータ８及び第２インバータ２０を介して、ガスタービン２（プラント機器）始動用の交流電動機４、及び、発電プラント１の運転に必要な電力需要部２２に、それぞれ異なる周波数の交流電力を同時に供給することができる。よって、電力系統１２からの電力が供給されない場合であっても、交流電動機４及び電力需要部２２に適切に電力を供給して、ガスタービン２（プラント機器）を適切に始動させることができる。

【0077】

また、ガスタービン２の始動時以外（例えば、ガスタービン２の稼働中）には、第１インバータ８及び第２インバータ２０をともに規定の系統周波数で運転することにより、直流電源６からの電力を、第１インバータ８及び第２インバータ２０を介して、電力系統１２に供給することができる。よって、発電プラント１から電力系統１２への電力供給量を増大させることができる。

【0078】

幾つかの実施形態では、原動機としてのガスタービン２（プラント機器）によって駆動される交流発電機５は、同期発電機であってもよい。この場合、交流発電機５には、励磁電力として直流電源６からの直流電力が供給されるようになっていてもよい。
例えば、図１〜図３に示す例示的な実施形態において、交流発電機５の界磁巻線（不図示）に、励磁電力として、直流電源６からの直流電力が開閉器４６を介して供給されるようになっていてもよい。

【0079】

この場合、直流電源６からの直流電力の電力系統１２又は交流電動機４（プラント機器の始動時に限る。）への供給が可能であることに加えて、ガスタービン２（プラント機器）の運転時において原動機としてのガスタービン２（プラント機器）によって駆動される交流発電機５に直流電源６からの直流電力を励磁電力として供給可能である。よって、発電プラント１の設備コスト及び設置面積を低減することができる。

【0080】

図４は、一実施形態に係る発電プラントの概略構成図である。図４に示す発電プラント１は、プラント機器としてガスタービン２を含み、ガスタービン２に連結される交流発電機５は、原動機としてのガスタービン２に駆動されるようになっている。また、交流発電機５は、ガスタービン２を始動させるための交流電動機４としても機能する。図２に示す発電プラント１における各構成機器の接続形態は、図２に示すものと同様である。ただし、図４においては、直流電源として、二次電池６ａ、電気化学式燃料生成発電装置６ｂ、及び、燃料電池６ｃが示されているが、他の直流電源６（例えば太陽電池６ｄ等）を含んでいてもよく、また、上述した電気化学式燃料生成装置１６（図１及び図３参照）をさらに含んでいてもよい。

【0081】

図４に示す発電プラント１において、燃料電池６ｃは、アノード１１６と、二酸化炭素を含むガスが供給されるように構成されたカソード１１２と、前記二酸化炭素由来の炭酸イオンをカソード１１２からアノード１１６に移動させるように構成された電解質１１４と、を含む。そして、燃料電池６ｃのカソード１１２には、二酸化炭素を含むガスとして、ガスタービン２からの排ガスが供給されるようになっている。

【0082】

以下、図４に示す発電プラント１について、より具体的に説明する。
図４に示すように、発電プラント１は、ガスタービン２を含む火力発電装置１０２と、二酸化炭素回収システム１０３と、を備えた火力発電プラントである。二酸化炭素回収システム１０３は、火力発電装置１０２からの排ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）を回収するように構成される。

【0083】

図４に示す例示的な実施形態では、火力発電装置１０２は、ガスタービン２の燃焼ガスを用いて発電を行う発電装置である。他の幾つかの実施形態では、火力発電装置１０２は、燃料の燃焼により生成する燃焼ガス又は燃焼熱を用いて発電を行うガスタービン以外の装置であってもよい。火力発電装置１０２は、例えば、ボイラ又はガスタービンを含む発電装置、又は、ガスタービン複合発電（ＧＴＣＣ）又は石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）等の発電装置であってもよい。

【0084】

二酸化炭素回収システム１０３は、火力発電装置１０２における燃焼生成ガスを含む排ガスに含まれるＣＯ_２を回収するように構成されている。例えば、火力発電装置１０２が燃焼器を含むボイラ又はガスタービンを備える場合、二酸化炭素回収システム１０３は、該ボイラ又はガスタービンからの排ガスに含まれるＣＯ_２を回収するように構成されていてもよい。あるいは、火力発電装置１０２が、ガスタービン等からの排ガスの熱を回収するための排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）を備える場合、二酸化炭素回収システム１０３は、該排熱回収ボイラからの排ガスに含まれるＣＯ_２を回収するように構成されていてもよい。

【0085】

図４に示す例示的な実施形態では、火力発電装置１０２は、ガスタービン２を含む火力発電装置である。図４に示す実施形態において、二酸化炭素回収システム１０３は、ガスタービン２からの排ガスに含まれるＣＯ_２を回収するように構成される。

【0086】

図４に示すガスタービン２は、空気を圧縮するための圧縮機２０２と、燃料（例えば天然ガス等）を燃焼させて燃焼ガスを発生させるための燃焼器２０４と、燃焼ガスにより回転駆動されるように構成されたタービン２０６と、を備える。
燃焼器２０４には、燃料貯留部１２２から燃料（例えば天然ガス）が供給されるようになっている。また、燃焼器２０４には圧縮機２０２で圧縮された空気が送り込まれるようになっており、この圧縮空気は、燃焼器２０４において燃料が燃焼する際の酸化剤としての役割を有する。
タービン２０６には回転シャフト３を介して交流発電機５が連結されており、タービン２０６の回転エネルギーによって交流発電機５が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン２０６で仕事を終えた燃焼ガスは、排ガスとしてタービン２０６から排出されるようになっている。

【0087】

図４に示す例示的な実施形態では、二酸化炭素回収システム１０３は、燃料電池６ｃを介して、火力発電装置１０２からの排ガスに含まれるＣＯ_２を回収するように構成されている。

【0088】

燃料電池６ｃは、カソード１１２と、アノード１１６と、カソード１１２とアノード１１６の間に配置される電解質１１４と、を含む。燃料電池６ｃのカソード１１２には、ＣＯ_２を含む排ガスが供給されるようになっている。また、電解質１１４は、排ガス中に含まれるＣＯ_２由来の炭酸イオン（ＣＯ_３^２−）をカソード１１２からアノード１１６に移動させるように構成されている。

【0089】

燃料電池６ｃは、電解質１１４として炭酸塩を用いた溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ： Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）であってもよい。電解質１１４として用いられる炭酸塩は、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、又は炭酸カリウム等であってもよく、又は、これらの混合物であってもよい。

【0090】

カソード１１２には、カソード入口側流路１７０を介して火力発電装置１０２からのＣＯ_２を含む排ガスが供給される。

【0091】

アノード１１６には、アノード入口側流路１７６及び燃料供給ライン１３０を介して、燃料（天然ガス等）が貯留される燃料貯留部１２２が接続されている。燃料貯留部１２２内の燃料は、燃料供給ライン１３０に設けられた予備改質器１２４及び燃料電池６ｃに設けられた改質部１１８等において水素（Ｈ_２）に改質されて、アノード入口側流路１７６を介してアノード１１６に供給されるようになっている。

【0092】

燃料電池６ｃのカソード１１２では、火力発電装置１０２からの排ガスに含まれるＣＯ_２及び酸素（Ｏ_２）と電子とが反応して炭酸イオン（ＣＯ_３^２−）が生成される。カソード１１２で生成した炭酸イオンは、電解質１１４をアノード１１６に向かって移動する。
一方、燃料電池６ｃのアノード１１６では、アノード入口側流路１７６を介して供給された水素（Ｈ_２）と、電解質１１４を移動してきた炭酸イオン（ＣＯ_３^２−）とが反応して、水（Ｈ_２Ｏ）、ＣＯ_２及び電子が生成される。
このようにして、カソード１１２に供給されたＣＯ_２は、炭酸イオンの形で電解質１１４をカソード１１２からアノード１１６に移動し、アノード１１６での反応によりＣＯ_２となる。

【0093】

アノード１１６で生成されたＣＯ_２は、Ｈ_２Ｏ及び燃料ガスの未燃成分（例えばＣＯやＨ_２）とともに混合ガス（アノード１１６の出口ガス）としてアノード出口側流路１２８に流出する。アノード出口側流路１２８に流出したアノード出口ガスは、処理対象である排ガスよりもＣＯ_２濃度が高いＣＯ_２リッチガスである。アノード１１６から排出されたＣＯ_２リッチガスに含まれるＣＯ_２は、アノード出口側流路１２８を介して回収される。このようにしてアノード出口側流路１２８を介して回収されるＣＯ_２は、圧縮機１５０によって圧縮されるようになっていてもよい。

【0094】

ところで、燃料の改質反応は吸熱反応であり、通常、外部から熱を加える必要がある。そこで、図４に示すように、改質部１１８の上流側に、燃料供給ライン１３０を介して改質部１１８に供給する燃料を昇温させるための熱交換器１２６を設けてもよい。燃料を熱交換器１２６により昇温させてから改質部１１８に供給することで、燃料の改質反応を効率良く行うことができる。

【0095】

なお、図４に示す実施形態では、熱交換器１２６は、燃料供給ライン１３０から改質部１１８に供給する燃料を、アノード１１６の出口ガス（ＣＯ_２リッチガス）との熱交換により昇温させるように構成される。
溶融炭酸塩型燃料電池は、約６００℃〜７００℃程度の高温で動作し、アノード１１６から流出するガスも同程度の高温を有する。よって、上述の熱交換器１２６によれば、燃料電池６ｃで生じる反応熱を有効利用しながら燃料の改質反応を行うことができる。

【0096】

また、図４に示す実施形態では、カソード入口側流路１７０には、燃料（例えば燃料貯留部１２２からの燃料）を燃焼させるための燃焼器１１９が設けられている。
燃料電池６ｃの適切な動作のためには、供給される排ガス温度がある程度の高温を有していることが望ましい場合がある。このような場合、燃焼器１１９において燃料を燃焼させて、燃焼熱によってカソード１１２の入口側の排ガスを昇温させることにより、燃料電池６ｃを適切に作動させやすくなる。

【0097】

図４に示す例示的な実施形態では、アノード出口側流路１２８には、ＣＯ_２リッチガスに含まれるＣＯを変性させるためのＣＯシフト反応器１２０が設けられる。ＣＯシフト反応器１２０は、ＣＯ_２リッチガスに含まれるＣＯを、例えば水（Ｈ_２Ｏ）との反応により、ＣＯ_２に変換するように構成される。
ＣＯシフト反応器１２０によってＣＯを変成させることにより、ＣＯシフト反応器１２０よりも下流側のアノード出口側流路１２８のＣＯ_２濃度を、ＣＯシフト反応器１２０の上流側に比べて高めることができる。これにより、より高純度の二酸化炭素を回収することができる。

【0098】

また、図４に示す例示的な実施形態では、アノード出口側流路１２８には、ＣＯ_２リッチガスからＣＯ_２を分離するためのＣＯ_２分離器１２２が設けられている。ＣＯ_２分離器１２２によってＣＯ_２リッチガスからＣＯ_２を分離することにより、ＣＯ_２分離器１２２の下流側におけるＣＯ_２濃度をより高めることができ、より高純度の二酸化炭素を回収することができる。
なお、ＣＯ_２分離器１２２によってＣＯ_２リッチガスからＣＯ_２を分離された残部ガスに含まれるＨ_２又はＣＯ等の可燃成分は、アノード入口側流路１７６を介して燃料電池６ｃのアノード１１６に供給されるようになっていてもよい。

【0099】

幾つかの実施形態では、図４に示すように、火力発電装置１０２からの排ガスは、燃料電池６ｃのカソード１１２に供給されるとともに、カソード入口側流路１７０から分岐するバイパス流路１７８を介して、排熱回収ボイラ１４０に供給されるようになっていてもよい。

【0100】

図４に示す排熱回収ボイラ１４０は、火力発電装置１０２からの排ガスが導かれるダクト（不図示）と、ダクトに設けられた熱交換器（不図示）と、を備える。熱交換器は、ダクトを流れる排ガスとの熱交換により蒸気を生成するように構成されている。排熱回収ボイラ１４０で生成された蒸気は蒸気タービン１４２に導かれ、蒸気タービン１４２を回転駆動するようになっている。また、蒸気タービン１４２には発電機１４４が接続されており、発電機１４４は、蒸気タービン１４２によって回転駆動されて、電力を生成するようになっている。
図４に示す例示的な実施形態では、排熱回収ボイラ１４０のダクト内を流れて熱交換器を通過した排ガスは、煙突１４６から排出されるようになっている。

【0101】

上述の実施形態に係る発電プラント１では、燃料電池６ｃで生成した直流電力を用いてガスタービン２の始動及び電力系統１２への電力供給ができるとともに、ガスタービン２からの排ガスに含まれる二酸化炭素を、燃料電池６ｃを用いて回収することができる。よって、発電プラント１を効率的に運転することができる。

【0102】

なお、図４に示すように、電気化学式燃料生成発電装置６ｂ（又は、不図示の電気化学式燃料生成装置１６）で生成した燃料（水素等）を、燃料供給ライン１３０及びアノード入口側流路１７６を介して燃料電池６ｃのアノード１１６に供給してもよく、あるいは、図示しない流路を介して、ガスタービン２の燃焼器２０４、又は、カソード入口側流路１７０に設けられた燃焼器１１９に供給してもよい。

【0103】

図５〜図７は、それぞれ、上述した幾つかの実施形態に係る発電プラント１（例えば図１〜図３参照）の運転方法を説明するための図である。なお、図５〜図７には、発電プラント１を省略して示しており、発電プラント１のうち一部の構成機器のみ（ガスタービン２、交流電動機４、交流発電機５、二次電池６ａ等）を示している。
また、以下において、幾つかの実施形態に係る発電プラント１の運転方法を、少なくとも二次電池６ａを含む発電プラント１に適用した場合について説明するが、同様の運転方法を、電気化学式燃料生成発電装置６ｂを含む発電プラント１に適用してもよい。なお、図５〜図７において、二次電池６ａの中の斜線部は、二次電池６ａに蓄電された電力を示す。

【0104】

図５は、原動機としてのガスタービン２（プラント機器）の停止時に、回生エネルギーを回収する場合の発電プラント１の運転方法を示す図である。

【0105】

ガスタービン２の停止時に回生エネルギーを回収する場合、まず、ガスタービン２（原動機）によって駆動される交流発電機５を電力系統１２から解列させる。そして、交流発電機５を電力系統１２から解列させた後、ガスタービン２（原動機）が停止するまでの間、交流発電機５からの回生電力を、整流器１０を介して二次電池６ａに供給する。
これにより、原動機としてのガスタービン２（プラント機器）を停止又は減速させるときに、交流発電機５のロータの慣性エネルギーを用いて生成される電力（回生エネルギー）を利用して、蓄電又は燃料生成を行うことができる。

【0106】

幾つかの実施形態では、上述のようにガスタービン２を停止させる前、ガスタービン２の稼働中、二次電池６ａにおいて回生電力分の空き容量を維持する。
図５を参照して説明すると、ガスタービン２の稼働中、二次電池６ａにおいて、回生電力分の空き容量Ｔ１を確保するため、例えば、空き容量Ｔ１が回生電力分よりも過小の場合には、二次電池６ａに蓄電された電力を電力系統１２に供給する等して、二次電池６ａに回生電力分の空き容量Ｔ１を確保する（Ｓ１）。そして、交流発電機５を電力系統１２から解列させた後、ガスタービン２が停止するまでの間、交流発電機５からの回生電力を、整流器１０を介して二次電池６ａに供給する（Ｓ２）。

【0107】

このように、ガスタービン２（プラント機器）の稼働中に、二次電池６ａにおいて回生電力分の空き容量Ｔ１を維持することにより、ガスタービン２（プラント機器）が停止する場合に、交流発電機５で生じる回生電力を二次電池に回収することができる。

【0108】

なお、ガスタービン２が停止するまでの間、二次電池６ａの空き容量が回生電力分を下回る事態となった場合には、二次電池６ａから電力系統１２に電力を供給するようにしてもよい（Ｓ３）。

【0109】

図６は、停電等によって電力系統１２からの電力が供給されない場合等において、ガスタービン２（プラント機器）を始動する際の発電プラント１の運転方法を示す図である。図６を参照して説明する運転方法は、図３に示すように、二次電池６ａを含む直流電源６と電力系統１２との間において、第１インバータ８に対して並列に設けられた第２インバータ２０を含む発電プラント１を対象とする。

【0110】

停電等によって電力系統１２からの電力が供給されない場合等、直流電源６からの直流電力を第１インバータ８を介してプラント機器始動用の交流電動機４に供給する。直流電源６からの直流電力を第１インバータ８を介してプラント機器始動用の交流電動機４に供給している間、直流電源６からの直流電力を、第２インバータ２０を介して、上述した電力需要部２２（制御装置又はポンプ等；図３参照）に供給する。
これにより、電力系統１２からの電力が供給されない場合であっても、互いに並列に設けられた第１インバータ８及び第２インバータ２０を介して、ガスタービン２（プラント機器）始動用の交流電動機４、及び、発電プラント１の運転に必要な電力需要部２２に、それぞれ異なる周波数の交流電力を同時に供給することができる。よって、電力系統１２からの電力が供給されない場合であっても、交流電動機４及び電力需要部２２に適切に電力を供給して、ガスタービン２（プラント機器）を適切に始動させることができる。

【0111】

幾つかの実施形態では、ガスタービン２（プラント機器）の稼働中、ガスタービン２の始動に必要な量の電力が二次電池６ａに蓄電された状態を維持する。
図６を参照して説明すると、停電等によって電力系統１２からの電力が供給されない事態となる前、即ち、電力系統１２からの電力が供給可能な状態において、ガスタービン２の始動に必要な量の電力Ｔ２が二次電池６ａに蓄電された状態とするため、必要に応じて、二次電池６ａとは別の１以上の電源（図６に示す例では太陽電池６ｄ）からの電力を二次電池６ａに供給する（Ｓ１２）。なお、ガスタービン２の始動に必要な量の電力Ｔ２が二次電池６ａに蓄電された状態とするため、二次電池６ａとは別の１以上の電源から二次電池６ａに電力を供給するのに加えて、電力系統１２からの電力を整流器１０を介して二次電池６ａに供給するようにしてもよい（Ｓ１２’）。

【0112】

これにより、ガスタービン２（プラント機器）の始動に必要な量の電力が二次電池６ａに蓄電された状態が維持されるので、停電等により電力系統１２からの電力供給が受けられない場合であっても、二次電池６ａに蓄電された電力を第１インバータ８を介して交流電動機４に供給して、ガスタービン２（プラント機器）を再始動することができる（Ｓ１３）。

【0113】

幾つかの実施形態では、図６に示すように、上述した「二次電池６ａとは別の１以上の電源」は太陽電池６ｄである。そして、太陽電池６ｄの発電電力を予測し、この予測結果に基づいて、上述のステップＳ１２において太陽電池６ｄから二次電池６ａへの電力供給量を決定する。そして、ステップＳ１２では、このように決定された供給量の電力を、太陽電池６ｄから二次電池６ａに供給する。

【0114】

太陽電池６ｄの発電電力は、季節、時間、天候等によって異なる。そこで、予測される発電電力に基づいて、太陽電池６ｄから二次電池６ａへの電力供給量を決定するとともに、他の電源（例えば、電力系統１２や、二次電池６ａ及び太陽電池６ｄ以外の直流電源６等）から二次電池６ａへの電力供給量を決定することにより、二次電池６ａにおける蓄電量を、適切に維持することができる。

【0115】

例えば、太陽電池６ｄによる発電電力が、ガスタービン２（プラント機器）の始動に必要な量Ｔ２に達すると予測される時間帯においては、太陽電池６ｄから二次電池６ａへ電力を供給する。
また、太陽電池６ｄによる発電電力が、ガスタービン２（プラント機器）の始動に必要な量Ｔ２に達しないと予測される時間帯においては、太陽電池６ｄから二次電池６ａへ電力を供給するとともに、必要量Ｔ２に不足する分の電力を、例えば、電力系統１２からの電力を、整流器１０を介して二次電池６ａに供給する。

【0116】

これにより、停電等により電力系統からの電力供給が受けられない場合であっても、より確実にプラント機器を再始動することができる。

【0117】

なお、太陽電池６ｄの発電電力を予測する手法は、例えば、「太陽光発電出力予測技術開発実証事業事後評価報告書」（２０１５年１１月発行、経済産業省 産業構造審議会 産業技術環境分科会 研究開発・イノベーション小委員会）の記載内容を参照することにより知得可能である。

【0118】

図７は、直流電源６として二次電池６ａと、二次電池とは別の１以上の電源（図７に示す例では太陽電池６ｄ）とを含む発電プラント１（図１〜図３参照）の運転方法を示す図である。

【0119】

幾つかの実施形態では、ガスタービン２を交流電動機４によって始動させるときに、二次電池６ａに蓄電された直流電力よりも、太陽電池６ｄ（二次電池６ａとは別の１以上の電源）からの直流電力を優先して、第１インバータ８を介して交流電動機４に供給する。
図７を参照して説明すると、ガスタービン２を交流電動機４によって始動させるときに、二次電池６ａよりも優先して、太陽電池６ｄからの直流電力を、第１インバータ８を介して交流電動機４に供給する（Ｓ２１）。そして、二次電池６ａからの電力では、交流電動機４の始動に必要な電力の全量を賄えない場合には、不足分の電力を、二次電池６ａから第１インバータ８を介して交流電動機４に供給する（Ｓ２２）。

【0120】

このように、二次電池６ａに蓄電された直流電力よりも、二次電池６ａとは別の電源（上述の例では太陽電池６ｄ）からの直流電力を優先して交流電動機４に供給することにより、より低容量の二次電池６ａを用いて、ガスタービン２（プラント機器）を始動させることができる。

【0121】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

【0122】

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0123】

また、本明細書において、電圧を変換する必要がある場合には、適宜、交流回路に変圧器、直流回路にＤＣ／ＤＣコンバータを加えることができる。また、本明細書に記載の変圧器、ＤＣ／ＤＣコンバータが不要な場合には除去することができる。本発明の技術的範囲はこれらの変圧器やＤＣ／ＤＣコンバータの有無や位置関係とは無関係である。

【符号の説明】

【0124】

１ 発電プラント
２ ガスタービン
３ 回転シャフト
４ 交流電動機
５ 交流発電機
６ 直流電源
６ａ 二次電池
６ｂ 電気化学式燃料生成発電装置
６ｃ 燃料電池
６ｄ 太陽電池
７ 燃料貯留部
８ 第１インバータ
１０ 整流器
１１ 整流器
１２ 電力系統
１３ 開閉器
１４ 変圧器
１６ 電気化学式燃料生成装置
１７ 燃料貯留部
１８ａ，１８ｄ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０ 第２インバータ
２２ 電力需要部
２４ 変圧器
３２，３４，３６，３８，４０，４２（４２ａ〜４２ｄ），４４，４６ 開閉器
１０２ 火力発電装置
１０３ 二酸化炭素回収システム
１１２ カソード
１１４ 電解質
１１６ アノード
１１８ 改質部
１１９ 燃焼器
１２０ ＣＯシフト反応器
１２２ 燃料貯留部
１２４ 予備改質器
１２６ 熱交換器
１２８ アノード出口側流路
１３０ 燃料供給ライン
１４０ 排熱回収ボイラ
１４２ 蒸気タービン
１４４ 発電機
１４６ 煙突
１５０ 圧縮機
１７０ カソード入口側流路
１７６ アノード入口側流路
１７８ バイパス流路
２０２ 圧縮機
２０４ 燃焼器
２０６ タービン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】