特開 2024-144950 ガスタービン設備、水素供給設備、水素供給方法、及び、ボイラ設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024144950

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】ガスタービン設備、水素供給設備、水素供給方法、及び、ボイラ設備

(51)【国際特許分類】

   F02C 3/22 20060101AFI20241004BHJP

   C01B 3/02 20060101ALI20241004BHJP

   F02C 7/22 20060101ALI20241004BHJP

   F02C 6/00 20060101ALI20241004BHJP

   F02C 6/18 20060101ALI20241004BHJP

   F01D 25/10 20060101ALI20241004BHJP

   F23K 5/00 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

F02C3/22

C01B3/02 Z

F02C7/22 B

F02C6/00 E

F02C6/18 Z

F01D25/10 Z

F23K5/00 303

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057144

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000156938

【氏名又は名称】関西電力株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】100153224

【弁理士】

【氏名又は名称】中原 正樹

(72)【発明者】

【氏名】品川 竜也

(72)【発明者】

【氏名】有野 剛史

(72)【発明者】

【氏名】平岩 千尋

(72)【発明者】

【氏名】安達 修平

(72)【発明者】

【氏名】岸本 史直

【テーマコード（参考）】

3K068

4G140

【Ｆターム（参考）】

3K068AA05

3K068AB36

3K068CA01

4G140BA03

4G140BB03

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で、水素の収率の向上、及び、ガスタービン等の負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができるガスタービン設備等を提供する。
【解決手段】ガスタービン１０と、ガスタービン１０に水素ｆ２を供給する水素供給設備１００と、を備えるガスタービン設備１であって、水素供給設備１００は、反応器１２０と、反応器１２０内に配置される触媒１５０であって、反応器１２０に注入された化合物ｆ３を分解して、水素ｆ２を発生する触媒１５０と、触媒１５０にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置１３０と、触媒１５０が生成した水素ｆ２をガスタービン１０に供給する供給装置１４０と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンと、前記ガスタービンに水素を供給する水素供給設備と、を備えるガスタービン設備であって、
前記水素供給設備は、
反応器と、
前記反応器内に配置される触媒であって、前記反応器に注入された化合物を分解して、水素を発生する触媒と、
前記触媒にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記触媒が生成した水素を前記ガスタービンに供給する供給装置と、を有する
ガスタービン設備。

【請求項2】

前記水素供給設備は、液体状態の前記化合物を加熱して、前記反応器に注入する気体の前記化合物を発生させる蒸発器をさらに有し、
前記蒸発器は、前記ガスタービンからの熱で、前記液体状態の前記化合物を加熱する
請求項１に記載のガスタービン設備。

【請求項3】

前記供給装置は、前記反応器から発生する水素を冷却する冷却器を有し、
前記冷却器は、前記水素からの熱で、前記ガスタービンに供給される流体を加熱する
請求項１または２に記載のガスタービン設備。

【請求項4】

前記水素供給設備は、前記ガスタービンの発電出力の変化に応じて、前記供給装置が前記ガスタービンに供給する水素の量を変化させる制御装置をさらに有する
請求項１または２に記載のガスタービン設備。

【請求項5】

ガスタービンに水素を供給する水素供給設備であって、
反応器と、
前記反応器内に配置される触媒であって、前記反応器に注入された化合物を分解して、水素を発生する触媒と、
前記触媒にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記触媒が生成した水素を前記ガスタービンに供給する供給装置と、
を備える水素供給設備。

【請求項6】

ガスタービンに水素を供給する水素供給方法であって、
マイクロ波照射装置によって反応器内に配置される触媒にマイクロ波を照射して、前記反応器に注入された化合物を分解して、水素を発生し、
前記触媒が生成した水素を前記ガスタービンに供給する
水素供給方法。

【請求項7】

前記ガスタービンの発電出力の変化に応じて、前記ガスタービンに供給する水素の量を変化させる
請求項６に記載の水素供給方法。

【請求項8】

請求項６または７に記載の水素供給方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

【請求項9】

ボイラと、前記ボイラに水素を供給する水素供給設備と、を備えるボイラ設備であって、
前記水素供給設備は、
反応器と、
前記反応器内に配置される触媒であって、前記反応器に注入された化合物を分解して、水素を発生する触媒と、
前記触媒にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記触媒が生成した水素を前記ボイラに供給する供給装置と、を有する
ボイラ設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービン設備、水素供給設備、水素供給方法、及び、ボイラ設備に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水素を製造する設備が知られている。例えば、特許文献１には、原料であるアンモニアを水素と窒素とに分解する分解反応の触媒が充填された反応器と、原料が触媒に流入する前に、アンモニア濃度が原料よりも低い希釈ガスと原料とが混合するように、希釈ガスを供給するための希釈ガス供給ラインと、アンモニアの一部を燃焼させるアンモニア燃焼器と、を備えるアンモニア分解装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１０９０６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に開示されたアンモニア分解装置では、以下の効果を奏することとしている。アンモニア濃度が原料よりも低い希釈ガスと原料とを混合することで、反応器内のアンモニア濃度が希釈ガスによって低下するため、反応器の材料の窒化を抑制できる。また、アンモニアの一部を燃焼させることで、触媒が加熱されるため、触媒を加熱するための装置を不要とすることができる。さらに、反応器の内面を耐火材で覆うことで、当該内面の温度上昇を抑制し、反応器の材料の窒化を抑制できる。

【0005】

しかしながら、反応器内のアンモニア濃度が希釈ガスによって低下することにより、製造できる水素の量（収率）が低下する。また、触媒を加熱するために、アンモニアの一部を燃焼させる必要がある。さらに、反応器の内面を耐火材で覆う必要がある。このように、アンモニア分解装置では、水素の収率が低下するとともに、構成が複雑である。

【0006】

特に、製造した水素をガスタービンに用いる場合、ガスタービンの発電出力の変動（負荷変動運転）に応じて水素の製造量を増減させる（応答性を高める）ことも必要となるが、上記アンモニア分解装置では、当該負荷変動運転に対応した応答性を発揮するのは困難なおそれがある。製造した水素をボイラに用いる場合も同様である。

【0007】

本発明は、本願発明者が上記課題に新たに着目することによってなされたものであり、簡易な構成で、水素の収率の向上、及び、ガスタービンやボイラの負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができるガスタービン設備、水素供給設備、水素供給方法、及び、ボイラ設備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】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るガスタービン設備は、ガスタービンと、前記ガスタービンに水素を供給する水素供給設備と、を備えるガスタービン設備であって、前記水素供給設備は、反応器と、前記反応器内に配置される触媒であって、前記反応器に注入された化合物を分解して、水素を発生する触媒と、前記触媒にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、前記触媒が生成した水素を前記ガスタービンに供給する供給装置と、を有する。

【0009】

これによれば、ガスタービン設備において、水素供給設備は、反応器と、反応器に注入された化合物を分解して水素を発生する触媒と、触媒にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、反応器にて発生した水素をガスタービンに供給する供給装置と、を有している。このように、当該ガスタービン設備は、希釈ガスと原料とを混合して反応器内の原料濃度を低下させたり、原料の一部を燃焼させたり、反応器の内面を耐火材で覆ったりという複雑な構成ではなく、反応器内の触媒にマイクロ波を照射するという簡易な構成である。この構成により、反応器内の触媒にマイクロ波を照射することで、触媒を局所的に加熱できるため、反応器が加熱されるのを抑制でき、反応器の材料の窒化を抑制できる。また、反応器内の触媒にマイクロ波を照射することで、触媒を比較的高温に加熱できるため、水素の収率を向上させることができる。さらに、反応器内の触媒にマイクロ波を照射することで、比較的短時間で触媒を加熱して水素を発生させることができるため、ガスタービンの負荷変動運転に対応した応答性の実現を図ることができる。これらにより、ガスタービン設備によれば、簡易な構成で、水素の収率の向上、及び、ガスタービンの負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【0010】

また、前記水素供給設備は、液体状態の前記化合物を加熱して、前記反応器に注入する気体の前記化合物を発生させる蒸発器をさらに有し、前記蒸発器は、前記ガスタービンからの熱で、前記液体状態の前記化合物を加熱する、としてもよい。

【0011】

これによれば、水素供給設備において、蒸発器は、ガスタービンからの熱で、液体状態の化合物を加熱して気体の化合物を発生させる。このように、ガスタービンからの熱を利用して、反応器に注入する気体の化合物を発生させることができる。

【0012】

また、前記供給装置は、前記反応器から発生する水素を冷却する冷却器を有し、前記冷却器は、前記水素からの熱で、前記ガスタービンに供給される流体を加熱する、としてもよい。

【0013】

これによれば、水素供給設備において、供給装置の冷却器は、反応器から発生する水素を冷却した際の水素からの熱で、ガスタービンに供給される流体を加熱する。このように、水素供給設備によって発生する水素からの熱を利用して、ガスタービンに供給される流体を加熱することができる。

【0014】

また、前記水素供給設備は、前記ガスタービンの発電出力の変化に応じて、前記供給装置が前記ガスタービンに供給する水素の量を変化させる制御装置をさらに有する、としてもよい。

【0015】

これによれば、水素供給設備において、制御装置は、ガスタービンの発電出力の変化に応じて、ガスタービンに供給する水素の量を変化させる。これにより、ガスタービンの負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【0016】

また、本発明の一態様に係る水素供給設備は、ガスタービンに水素を供給する水素供給設備であって、反応器と、前記反応器内に配置される触媒であって、前記反応器に注入された化合物を分解して、水素を発生する触媒と、前記触媒にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、前記触媒が生成した水素を前記ガスタービンに供給する供給装置と、を備える。

【0017】

これによれば、ガスタービンに水素を供給する水素供給設備は、反応器と、反応器に注入された化合物を分解して水素を発生する触媒と、触媒にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、触媒が生成した水素をガスタービンに供給する供給装置と、を有している。この水素供給設備によれば、上述したガスタービン設備の場合と同様に、簡易な構成で、水素の収率の向上、及び、ガスタービンの負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【0018】

また、本発明の一態様に係る水素供給方法は、ガスタービンに水素を供給する水素供給方法であって、マイクロ波照射装置によって反応器内に配置される触媒にマイクロ波を照射して、前記反応器に注入された化合物を分解して、水素を発生し、前記触媒が生成した水素を前記ガスタービンに供給する。

【0019】

これによれば、ガスタービンに水素を供給する水素供給方法では、反応器内に配置される触媒にマイクロ波を照射して、反応器に注入された化合物を分解して水素を発生し、発生した水素をガスタービンに供給する。この水素供給方法によれば、上述したガスタービン設備または水素供給設備の場合と同様に、簡易な構成で、水素の収率の向上、及び、ガスタービンの負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【0020】

また、前記ガスタービンの発電出力の変化に応じて、前記ガスタービンに供給する水素の量を変化させる、としてもよい。

【0021】

これによれば、水素供給方法において、ガスタービンの発電出力の変化に応じて、ガスタービンに供給する水素の量を変化させることで、ガスタービンの負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【0022】

また、本発明は、水素供給方法をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記録媒体として実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができる。また、本発明は、ガスタービン設備または水素供給設備に含まれる処理部（制御装置）を備える集積回路としても実現することができる。

【0023】

また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るボイラ設備は、ボイラと、前記ボイラに水素を供給する水素供給設備と、を備えるボイラ設備であって、前記水素供給設備は、反応器と、前記反応器内に配置される触媒であって、前記反応器に注入された化合物を分解して、水素を発生する触媒と、前記触媒にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、前記触媒が生成した水素を前記ボイラに供給する供給装置と、を有する。

【0024】

これによれば、ボイラ設備においても、上述したガスタービン設備と同様に、簡易な構成で、水素の収率の向上、及び、ボイラの負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明におけるガスタービン設備等によれば、簡易な構成で、水素の収率の向上、及び、ガスタービン等の負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施の形態に係るガスタービン設備の概略構成を示す模式図である。

【図2】実施の形態に係る水素供給設備の構成を示す模式図である。

【図3】実施の形態に係る水素供給設備が備える反応器、マイクロ波照射装置及び触媒の構成を示す模式図である。

【図4】実施の形態に係る水素供給設備が備える制御装置を示すブロック図である。

【図5】実施の形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図6】実施の形態に係る制御装置が行う処理（水素供給方法）を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態（その変形例も含む）に係るガスタービン設備、水素供給設備、水素供給方法、及び、ボイラ設備について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、処理部（制御装置）での各処理、各処理の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、各図は、模式図であり、寸法、形状等は厳密に図示したものではない。

【0028】

（実施の形態）
［１ ガスタービン設備１の全般的な説明］
まず、ガスタービン設備１の概略構成について、説明する。図１は、本実施の形態に係るガスタービン設備１の概略構成を示す模式図である。

【0029】

ガスタービン設備１は、ガスタービンを用いた発電設備であり、図１に示すように、発電部２と、水素供給設備１００と、を備えている。発電部２は、ガスタービン１０、排熱回収ボイラ２０、蒸気タービン３０、及び、発電機４０等を有している。つまり、ガスタービン設備１は、本実施の形態では、コンバインドサイクル発電方式の火力発電設備である。これらの各構成要素について、以下に具体的に説明する。

【0030】

ガスタービン１０は、空気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮された空気を燃料とともに燃焼する燃焼器１２と、燃焼ガスによって回転するタービン１３と、を有している。具体的には、圧縮機１１は、空気ａ１（本実施の形態では、外気）を吸い込んで圧縮する。つまり、ガスタービン１０は、吸い込んだ空気ａ１を圧縮機１１で高圧空気に圧縮し、燃焼器１２で当該高圧空気に燃料を噴射して、燃焼させる。そして、高温高圧となった燃焼ガスが、タービン１３を回転軸１４まわりに回転させる。これにより、ガスタービン１０は、発電機４０に回転軸１４まわりの回転力を与え、電力を発生させる。また、タービン１３は、圧縮機１１にも回転軸１４まわりの回転力を与える。そして、タービン１３を回転させた燃焼ガスは、排熱回収ボイラ２０に排出される。

【0031】

排熱回収ボイラ２０は、内部に、内部配管２１を有している。内部配管２１には、水（純水）が供給され、ガスタービン１０から排出される燃焼ガスによって当該水が加熱されて蒸気となり、当該蒸気は、蒸気配管２２を通って、蒸気タービン３０に供給される。また、ガスタービン１０から排出された燃焼ガスは、内部配管２１内の流体を加熱した後に、排ガス配管２３を通って、煙突２４から排出される。なお、当該燃焼ガスは、煙突２４から排出されるまでに、脱硝装置等（図示せず）によって不要な物質が除去される。

【0032】

蒸気タービン３０は、排熱回収ボイラ２０で生成された蒸気が供給され、当該蒸気のエネルギーで駆動（回転軸１４まわりに回転）するタービンである。なお、蒸気タービン３０の構成は特に限定されず、１つのタービンで構成されていてもよいし、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービン等の複数のタービンを有していてもよい。また、蒸気タービン３０を出た蒸気は、復水器３１に送られ、復水器３１で海水等の冷媒によって冷やされて水になり、給水配管３２を通って排熱回収ボイラ２０の内部配管２１に送られる。

【0033】

発電機４０は、ガスタービン１０及び蒸気タービン３０によって発電する発電機である。つまり、発電機４０は、ガスタービン１０及び蒸気タービン３０に同軸（回転軸１４）で接続されており、ガスタービン１０及び蒸気タービン３０が回転することで、発電機４０が回転し、発電が行われる。このように、発電機４０は、ガスタービン１０及び蒸気タービン３０の回転力を電力に変換することによって発電を行うタービン発電機である。発電機４０が発電した電力は、電力ケーブル４１を通って開閉所５０に送られ、さらに、電力ケーブル５１を通って送電鉄塔５２に送られる。

【0034】

水素供給設備１００は、ガスタービン１０に水素を供給する設備である。具体的には、水素供給設備１００は、化合物ｆ１から水素ｆ２を生成し、生成した水素ｆ２をガスタービン１０の燃焼器１２に供給する。そして、燃焼器１２は、空気ａ１が圧縮された高圧空気を水素ｆ２とともに燃焼する。この水素供給設備１００の具体的な構成について、以下に詳細に説明する。

【0035】

［２ 水素供給設備１００の構成の説明］
図２は、本実施の形態に係る水素供給設備１００の構成を示す模式図である。図３は、本実施の形態に係る水素供給設備１００が備える反応器１２０、マイクロ波照射装置１３０及び触媒１５０の構成を示す模式図である。

【0036】

図２及び図３に示すように、水素供給設備１００は、蒸発器１１０と、反応器１２０と、マイクロ波照射装置１３０と、供給装置１４０と、触媒１５０と、を備えている。これらの各構成要素について、以下に具体的に説明する。

【0037】

蒸発器１１０は、液体状態の化合物ｆ１を加熱して、反応器１２０に注入する気体の化合物ｆ３を発生させる装置である。本実施の形態では、蒸発器１１０は、ガスタービン１０からの熱で、液体状態の化合物ｆ１を加熱する。つまり、蒸発器１１０は、液体状態の化合物ｆ１と、ガスタービン１０からの熱が蓄熱された流体ｂ１との熱交換を行う熱交換器である。蒸発器１１０は、流体ｂ１によって液体状態の化合物ｆ１を加熱して気体の化合物ｆ３を発生させるとともに、流体ｂ１を冷却する。蒸発器１１０の構成は特に限定されないが、例えば、配管の中を化合物ｆ１及び流体ｂ１の一方が流れ、その周囲を他方が通過することで、化合物ｆ１を加熱するとともに流体ｂ１を冷却する構成を採用できる。このように、蒸発器１１０には、液体状態の化合物ｆ１が供給されて、気体の化合物ｆ３が排出される。

【0038】

気体の化合物ｆ３は、分解されて水素を発生する化合物であり、本実施の形態では、水、アンモニア、ギ酸、アルコール、炭化水素、及び、硫化水素から選ばれる少なくとも１種を含む化合物である。アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等が挙げられ、炭化水素としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。液体状態の化合物ｆ１は、当該化合物ｆ３が液化されたものである。例えば、化合物ｆ３はアンモニアであり、化合物ｆ１は液体アンモニアである。化合物ｆ３（化合物ｆ１）は、分解されて水素を発生する化合物であれば、上記のものには限定されず、どのようなものでもよい。

【0039】

ガスタービン１０からの熱が蓄熱された流体ｂ１は、ガスタービン１０の燃焼器１２における燃焼で生じた熱が蓄熱された気体または液体である。流体ｂ１は、例えば、蒸気配管２２から取り出された蒸気（抽気）、排ガス配管２３から取り出された排ガス、または、蒸気タービン３０を出た蒸気等である。また、流体ｂ１は、圧縮機１１が発生する熱、または、混焼の場合には液化天然ガス（ＬＮＧ）等の燃料に含まれる熱等、ガスタービン１０からの熱を含む流体であってもよい。つまり、流体ｂ１は、発電部２で発生する熱を含む流体である。

【0040】

反応器１２０は、内部に触媒１５０を収容する容器（反応管）である。本実施の形態では、反応器１２０は、マイクロ波を閉じ込める容器でもある。具体的には、マイクロ波照射装置１３０から発振されたマイクロ波は、反応器１２０内で繰り返し反射し、一定の電磁界または定在波を形成する。反応器１２０として、例えば、金属製の円筒形または角筒形等の空胴容器を用いることができる。言い換えれば、空胴容器自体が反応管として機能する。反応器１２０には、蒸発器１１０から排出された気体の化合物ｆ３が供給される。そして、反応器１２０内で、化合物ｆ３の少なくとも一部が、マイクロ波が照射され触媒１５０によって、水素に分解される。そして、反応器１２０から、水素を含むガスｆ４が排出される。つまり、ガスｆ４は、化合物ｆ３が分解されて生成された水素と、水素の生成時に発生した物質と、分解されなかった化合物ｆ３の残りと、を含んでいる。例えば、化合物ｆ３がアンモニアの場合、ガスｆ４は、アンモニアが分解されて生成された水素及び窒素と、分解されなかったアンモニアと、を含んでいる。

【0041】

触媒１５０は、反応器１２０内に配置され、反応器１２０に注入された化合物ｆ３を分解して、水素を発生する。具体的には、触媒１５０は、加熱されると、化合物ｆ３を分解して水素を発生する。本実施の形態では、触媒１５０は、反応器１２０に充填されている。触媒１５０は、例えば、コバルト、ニッケル、鉄、タングステン、モリブデン、バナジウム、クロム、マンガン、白金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銅、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、ルビジウム、セシウム、バリウム、ストロンチウム、アルミニウム、ケイ素、炭素、及び、セリウムから選ばれる少なくとも１種を含む触媒である。触媒１５０は、熱によって化合物ｆ３を分解して水素を発生できるものであれば、材質は特に限定されない。

【0042】

マイクロ波照射装置１３０は、触媒１５０にマイクロ波を照射する装置である。マイクロ波は、真空中での波長が数ミリメートルから数十センチメートル（周波数が数十ＭＨｚ～数十ＧＨｚ）程度の電磁波である。マイクロ波照射装置１３０は、マイクロ波を発振し、発振したマイクロ波を反応器１２０内に進入させて、触媒１５０にマイクロ波を照射する。この際、反応器１２０内部でマイクロ波が散乱・反射し、触媒１５０が加熱される。本実施の形態では、マイクロ波照射装置１３０は、触媒１５０に局所的にマイクロ波を照射し、触媒１５０のうちのマイクロ波が照射された部分で化合物ｆ３が分解されて、水素が発生する。マイクロ波照射装置１３０は、化合物ｆ３中の加熱したい物質が大きな誘電正接を有する振動数（例えば、２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ。水であれば２．４５ＧＨｚなど）のマイクロ波を発振し、化合物ｆ３を加熱する。マイクロ波照射装置１３０としては、マイクロ波を発振できるものであれば適宜公知のものを採用できるが、例えば、マグネトロン方式や誘電体共振方式等のマイクロ波発振器を用いることができる。

【0043】

供給装置１４０は、触媒１５０が生成（発生）した水素をガスタービン１０に供給する装置である。具体的には、供給装置１４０には、反応器１２０から排出された水素を含むガスｆ４が供給され、供給装置１４０内でガスｆ４が冷却されて水素が分離され、分離された水素ｆ２が供給装置１４０から排出されることで、水素ｆ２がガスタービン１０に供給される。供給装置１４０は、冷却器１４１と、分離精製設備１４２と、を有している。

【0044】

冷却器１４１は、反応器１２０から発生する水素を冷却する装置である。具体的には、冷却器１４１は、反応器１２０内で触媒１５０が分解した水素を含むガスｆ４を冷却する。さらに具体的には、冷却器１４１は、水素からの熱（水素を含むガスｆ４に蓄熱された熱）で、ガスタービン１０に供給される流体を加熱する。つまり、冷却器１４１は、ガスｆ４と、ガスタービン１０に供給される流体ｂ２との熱交換を行う熱交換器である。冷却器１４１は、流体ｂ２によってガスｆ４を冷却して冷却後のガスｆ５を排出するとともに、流体ｂ２を加熱する。冷却器１４１の構成は特に限定されないが、例えば、配管の中をガスｆ４及び流体ｂ２の一方が流れ、その周囲を他方が通過することで、ガスｆ４を冷却するとともに流体ｂ２を加熱する構成を採用できる。このように、冷却器１４１には、「水素を含むガスｆ４」が供給されて冷却され、冷却後の「水素を含むガスｆ５」が排出される。

【0045】

ガスタービン１０に供給される流体ｂ２は、ガスタービン１０が発電するのに加熱が必要な気体または液体である。流体ｂ２は、例えば、ガスタービン１０に吸気される空気ａ１、ガスタービン１０（燃焼器１２）に供給される燃料、または、ガスタービン１０の補機を加熱するための流体等である。ガスタービン１０（燃焼器１２）に供給される燃料としては、本実施の形態では水素ｆ２であるが、混焼の場合には、水素ｆ２の他、天然ガス等の他燃料、または、それらの混合物等が挙げられる。なお、冷却器１４１には、流体ｂ２に加えて、蒸発器１１０において化合物ｆ１を加熱する流体ｂ１が供給されてもよい。つまり、冷却器１４１と蒸発器１１０とで熱交換されてもよい。流体ｂ１がガスタービン１０に供給される場合には、流体ｂ１が、ガスタービン１０に供給される流体ｂ２に相当する。

【0046】

分離精製設備１４２は、水素を含むガスｆ５から水素を分離する装置である。具体的には、分離精製設備１４２には、冷却器１４１から排出された水素を含むガスｆ５が供給され、分離精製設備１４２内でガスｆ５から水素ｆ２が分離され、分離された水素ｆ２が分離精製設備１４２から排出されることで、水素ｆ２がガスタービン１０に供給される。また、ガスｆ５のうちの水素ｆ２が分離された残りのガスｆ６は、分離精製設備１４２から排出されて、化合物ｆ３と混合され、化合物ｆ３とともに反応器１２０に供給される。例えば、化合物ｆ３がアンモニアの場合、ガスｆ６は、反応器１２０で未反応だったアンモニアと、窒素とを含んでいる。分離精製設備１４２は、水素を分離できるものであれば、適宜公知のものを採用できる。

【0047】

ここで、水素供給設備１００は、水素供給設備１００が備える上記の各装置を制御する制御装置１６０をさらに備えている。以下に、水素供給設備１００が備える制御装置１６０の構成、及び、制御装置１６０が行う処理（水素供給方法）について、詳細に説明する。

【0048】

［３ 水素供給設備１００の制御装置１６０、及び、水素供給方法の説明］
図４は、本実施の形態に係る水素供給設備１００が備える制御装置１６０を示すブロック図である。図５は、本実施の形態に係る制御装置１６０の機能構成を示すブロック図である。図６は、本実施の形態に係る制御装置１６０が行う処理（水素供給方法）を示すフローチャートである。

【0049】

図４に示すように、制御装置１６０は、発電部２に関するデータに基づいて、水素供給設備１００が備える各装置を制御する。つまり、制御装置１６０は、発電部２に関するデータを取得し、取得したデータから制御値を算出し、水素供給設備１００が備える各装置に制御指示を行う。制御装置１６０は、各種処理を行う専用のコンピュータであってもよいし、パーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータに組み込まれていてもよいし、発電部２を制御する他の制御装置に組み込まれていてもよい。

【0050】

例えば、制御装置１６０は、蒸発器１１０に供給される化合物ｆ１の流量（蒸発器１１０から排出される化合物ｆ３の流量）を制御したり、流体ｂ１の流量を調整して蒸発器１１０の温度（化合物ｆ３の温度）を制御する。制御装置１６０は、マイクロ波照射装置１３０のマイクロ波の照射強度、照射時間、照射範囲等を調整して、反応器１２０で分解される水素の流量を制御する。制御装置１６０は、流体ｂ２の流量を調整して冷却器１４１の温度を制御し、冷却器１４１から排出されるガスｆ５の温度を制御する。制御装置１６０は、分離精製設備１４２を制御し、ガスタービン１０に供給する水素ｆ２の流量を制御する。

【0051】

これにより、制御装置１６０は、反応器１２０内に配置される触媒１５０にマイクロ波を照射し、反応器１２０に注入された化合物ｆ３を分解して水素を発生するように、マイクロ波照射装置１３０を制御する。制御装置１６０は、触媒１５０が生成（発生）した水素ｆ２をガスタービン１０に供給するように制御する。具体的には、制御装置１６０は、ガスタービン１０の発電出力の変化に応じて、供給装置１４０がガスタービン１０に供給する水素ｆ２の量を変化させる。

【0052】

図５に示すように、制御装置１６０は、取得部１６１と、算出部１６２と、指示部１６３と、記憶部１６４と、を備えている。制御装置１６０は、データを入力するキーボード、マウス若しくはタッチパネル等の入力部、及び、データを表示するディスプレイ等の表示部等も備えていてもよい。

【0053】

取得部１６１は、発電部２及び水素供給設備１００に関する各種データを取得する処理部である。取得部１６１は、発電部２から、発電部２に指示を与える他の制御装置から、または、ユーザの入力により、発電部２に関するデータを取得する。発電部２に関するデータとしては、例えば、ガスタービン１０若しくは発電部２全体の発電出力、または、その発電出力の指令値、蒸発器１１０に供給する流体ｂ１についての情報（温度、圧力、流量等）、冷却器１４１に供給する流体ｂ２についての情報（温度、圧力、流量等）等が挙げられる。また、取得部１６１は、水素供給設備１００が備える各装置から、水素供給設備１００に関するデータを取得する。水素供給設備１００に関するデータとしては、化合物ｆ１、ｆ３、ガスｆ４、ｆ５、ｆ６、水素ｆ２についての情報（温度、圧力、流量等）、マイクロ波照射装置１３０が照射するマイクロ波についての情報（照射強度、照射時間、照射範囲等）等が挙げられる。

【0054】

算出部１６２は、取得部１６１が取得したデータから、水素供給設備１００が備える各装置を制御する制御値を算出する処理部である。算出部１６２は、取得部１６１が取得した各種データに基づいて、例えば、化合物ｆ１、ｆ３、ガスｆ４、ｆ５、ｆ６、水素ｆ２についての制御値（流量等）、マイクロ波照射装置１３０が照射するマイクロ波についての制御値（照射強度、照射時間、照射範囲等）等を算出する。

【0055】

指示部１６３は、算出部１６２が算出した制御値を用いて、水素供給設備１００が備える各装置に制御指示を行う処理部である。つまり、指示部１６３は、水素供給設備１００における各装置の状態が、算出部１６２が算出した制御値になるように、水素供給設備１００が備える各装置に制御指示を行う。例えば、指示部１６３は、化合物ｆ１、ｆ３、ガスｆ４、ｆ５、ｆ６、水素ｆ２が制御値通りの流量等になるように、水素供給設備１００が備える各装置に制御指示を行う。指示部１６３は、マイクロ波照射装置１３０が照射するマイクロ波が制御値通りの照射強度、照射時間、照射範囲等になるように、マイクロ波照射装置１３０に制御指示を行う。

【0056】

記憶部１６４は、制御装置１６０に含まれる各処理部が行う処理に必要なデータを記憶しているメモリである。記憶部１６４は、例えば、取得部１６１が取得した各種データ、及び、算出部１６２が算出した制御値等を記憶している。取得部１６１は、取得したデータを記憶部１６４に書き込み、算出部１６２は、記憶部１６４からデータを読み出して制御値を算出し、算出した制御値を記憶部１６４に書き込む。指示部１６３は、記憶部１６４から制御値を読み出して、水素供給設備１００が備える各装置に制御指示を行う。

【0057】

このような構成において、制御装置１６０は、ガスタービン１０に水素ｆ２を供給する水素供給方法を実行する。

【0058】

具体的には、図６に示すように、取得部１６１は、発電部２及び水素供給設備１００に関する各種データを取得する（Ｓ１：データ取得ステップ）。例えば、取得部１６１は、ガスタービン１０の発電出力の指令値を取得する。

【0059】

そして、算出部１６２は、取得部１６１が取得したデータから、水素供給設備１００が備える各装置を制御する制御値を算出する（Ｓ２：制御値算出ステップ）。例えば、算出部１６２は、ガスタービン１０の発電出力の指令値に基づいて、化合物ｆ１、ｆ３、ガスｆ４、ｆ５、ｆ６、水素ｆ２の流量、マイクロ波照射装置１３０が照射するマイクロ波の照射強度、照射時間及び照射範囲等の制御値を算出する。

【0060】

そして、指示部１６３は、算出部１６２が算出した制御値を用いて、水素供給設備１００が備える各装置に制御指示を行う（Ｓ３：制御指示ステップ）。例えば、指示部１６３は、化合物ｆ１、ｆ３、ガスｆ４、ｆ５、ｆ６、水素ｆ２の流量、マイクロ波照射装置１３０が照射するマイクロ波の照射強度、照射時間及び照射範囲等が制御値通りになるように、水素供給設備１００が備える各装置に制御指示を行う。

【0061】

このように、水素供給方法では、マイクロ波照射装置１３０によって反応器１２０内に配置される触媒１５０にマイクロ波を照射して、反応器１２０に注入された化合物ｆ３を分解して、水素を発生し、触媒１５０が生成（発生）した水素ｆ２をガスタービン１０に供給する。さらに、水素供給方法では、ガスタービン１０の発電出力の変化に応じて、ガスタービン１０に供給する水素ｆ２の量を変化させる。本実施の形態では、制御装置１６０は、ガスタービン１０の負荷変動運転に、ガスタービン１０の発電出力が１分以内に定格出力時の１０％（最大）で変化可能なように（１０％／分以上変化可能なように）制御する。

【0062】

［４ 効果の説明］
以上のように、本実施の形態に係るガスタービン設備１によれば、水素供給設備１００は、反応器１２０と、反応器１２０に注入された化合物ｆ３を分解して水素を発生する触媒１５０と、触媒１５０にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置１３０と、反応器１２０にて発生した水素ｆ２をガスタービン１０に供給する供給装置１４０と、を有している。このように、ガスタービン設備１は、希釈ガスと原料とを混合して反応器１２０内の原料濃度を低下させたり、原料の一部を燃焼させたり、反応器１２０の内面を耐火材で覆ったりという複雑な構成ではなく、反応器１２０内の触媒１５０にマイクロ波を照射するという簡易な構成である。この構成により、反応器１２０内の触媒１５０にマイクロ波を照射することで、触媒１５０を局所的に加熱できるため、反応器１２０が加熱されるのを抑制でき、反応器１２０の材料の窒化を抑制できる。また、反応器１２０内の触媒１５０にマイクロ波を照射することで、触媒１５０を比較的高温で加熱できるため、水素ｆ２の収率を向上させることができる。さらに、反応器１２０内の触媒１５０にマイクロ波を照射することで、比較的短時間で触媒１５０を加熱して水素ｆ２を発生させることができるため、ガスタービン１０の負荷変動運転に対応した応答性の実現を図ることができる。これらにより、ガスタービン設備１によれば、簡易な構成で、水素ｆ２の収率の向上、及び、ガスタービン１０の負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【0063】

水素供給設備１００において、蒸発器１１０は、ガスタービン１０からの熱で、液体状態の化合物ｆ１を加熱して気体の化合物ｆ３を発生させる。このように、ガスタービン１０からの熱を利用して、反応器１２０に注入する気体の化合物ｆ３を発生させることができる。

【0064】

水素供給設備１００において、供給装置１４０の冷却器１４１は、反応器１２０から発生する水素を冷却した際の水素からの熱で、ガスタービン１０に供給される流体ｂ２を加熱する。このように、水素供給設備１００によって発生する水素からの熱を利用して、ガスタービン１０に供給される流体ｂ２を加熱することができる。

【0065】

水素供給設備１００において、制御装置１６０は、ガスタービン１０の発電出力の変化に応じて、ガスタービン１０に供給する水素ｆ２の量を変化させる。これにより、ガスタービン１０の負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【0066】

ガスタービン１０に水素ｆ２を供給する水素供給設備１００は、反応器１２０と、反応器１２０に注入された化合物ｆ３を分解して水素を発生する触媒１５０と、触媒１５０にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置１３０と、触媒１５０が生成（発生）した水素ｆ２をガスタービン１０に供給する供給装置１４０と、を有している。この水素供給設備１００によれば、上述したガスタービン設備１の場合と同様に、簡易な構成で、水素ｆ２の収率の向上、及び、ガスタービン１０の負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【0067】

ガスタービン１０に水素ｆ２を供給する水素供給方法では、反応器１２０内に配置される触媒１５０にマイクロ波を照射して、反応器１２０に注入された化合物ｆ３を分解して水素を発生し、発生した水素ｆ２をガスタービン１０に供給する。この水素供給方法によれば、上述したガスタービン設備１または水素供給設備１００の場合と同様に、簡易な構成で、水素ｆ２の収率の向上、及び、ガスタービン１０の負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【0068】

水素供給方法において、ガスタービン１０の発電出力の変化に応じて、ガスタービン１０に供給する水素ｆ２の量を変化させることで、ガスタービン１０の負荷変動運転に対応した応答性の向上を図ることができる。

【0069】

［５ 変形例の説明］
以上、本実施の形態に係るガスタービン設備１、水素供給設備１００及び水素供給方法について説明したが、本発明は、上記実施の形態には限定されない。今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

【0070】

例えば、上記実施の形態では、ガスタービン１０には、水素供給設備１００から水素が供給されて、燃焼器１２では水素を燃焼（専焼）することとした。しかし、ガスタービン１０に水素以外の燃料も供給されて、燃焼器１２では当該燃料と水素とを混焼することにしてもよい。例えば、燃焼器１２では、液化天然ガス（ＬＮＧ）が気化した天然ガス（ＮＧ）と水素とを混焼することにしてもよいし、その他の燃料と水素とを混焼することにしてもよい。

【0071】

また、上記実施の形態では、ガスタービン設備１は、ガスタービン１０と蒸気タービン３０とが同軸（回転軸１４）で接続された一軸式のコンバインドサイクル発電方式の火力発電設備であることとした。しかし、ガスタービン設備１は、ガスタービン１０と蒸気タービン３０とが直結されていない（同軸ではない）多軸式のコンバインドサイクル発電方式であることにしてもよい。また、ガスタービン設備１は、蒸気タービンを有さないガスタービン発電方式の火力発電設備であることにしてもよい。または、ガスタービン設備１は、発電設備以外の、ガスタービンを備える設備であってもよい。

【0072】

または、ガスタービン設備１に代えて、ボイラ設備が設けられてもよい。つまり、発電部２は、ガスタービン１０及び排熱回収ボイラ２０に代えて、ボイラを有していてもよい。具体的には、ボイラ設備は、水素供給設備１００から供給される水素ｆ２をボイラで燃焼し、当該ボイラで蒸気を発生させて蒸気タービン３０を回転し、発電機４０で発電を行うコンベンショナル発電方式の火力発電設備等であってもよい。または、当該ボイラ設備は、発電設備以外の、ボイラを備える設備であってもよい。ボイラで燃焼する燃料は、水素のみでもよいし、水素とその他の燃料との混焼でもよい。このように、当該ボイラ設備は、ボイラと、ボイラに水素ｆ２を供給する水素供給設備１００と、を備えるボイラ設備であって、水素供給設備１００は、反応器１２０と、反応器１２０内に配置される触媒１５０であって、反応器１２０に注入された化合物ｆ３を分解して、水素ｆ２を発生する触媒１５０と、触媒１５０にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置１３０と、触媒１５０が生成した水素ｆ２をボイラに供給する供給装置１４０と、を有することにしてもよい。当該ボイラ設備におけるその他の構成は、上述したガスタービン設備１における構成と同様である。つまり、当該ボイラ設備は、上述したガスタービン設備１におけるカスタービン１０（及び排熱回収ボイラ２０）をボイラに変更することで実現できる。例えば、蒸発器１１０は、ボイラからの熱で化合物ｆ１を加熱する。冷却器１４１は、水素からの熱で、ボイラに供給される流体を加熱する。制御装置１６０は、ボイラによって発電する発電出力の変化に応じて、供給装置１４０がボイラに供給する水素の量を変化させる。ボイラに水素を供給する水素供給方法においては、マイクロ波照射装置１３０によって反応器１２０内に配置される触媒１５０にマイクロ波を照射して、反応器１２０に注入された化合物を分解して、水素を発生し、触媒１５０が生成した水素をボイラに供給する。

【0073】

また、上記実施の形態では、蒸発器１１０は、液体状態の化合物ｆ１を加熱して気体の化合物ｆ３を発生させることとした。しかし、蒸発器１１０は、気体の（気化された）化合物ｆ１を加熱して、化合物ｆ１よりも高温の気体の化合物ｆ３を発生させることにしてもよい。

【0074】

また、上記実施の形態では、蒸発器１１０は、ガスタービン１０からの熱で化合物ｆ１を加熱することとした。しかし、蒸発器１１０は、発電機４０が発生する熱で化合物ｆ１を加熱してもよいし、反応器１２０が発生する熱等、水素供給設備１００で発生する熱で化合物ｆ１を加熱してもよい。

【0075】

また、上記実施の形態において、水素供給設備１００は、全ての装置を備えていなくてもよい。例えば、水素供給設備１００に化合物ｆ３が直接供給される場合には、水素供給設備１００は、蒸発器１１０を備えていなくてもよい。反応器１２０から排出されるガスｆ４を冷却する必要がない場合には、水素供給設備１００（供給装置１４０）は、冷却器１４１を備えていなくてもよい。水素を分離させることなくガスタービン１０に供給できる場合には、水素供給設備１００（供給装置１４０）は、分離精製設備１４２を備えていなくてもよい。

【0076】

また、本発明は、水素供給方法をコンピュータ（プロセッサ）に実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ（プロセッサ）読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、半導体メモリ、フラッシュメモリ、磁気記憶装置、光ディスク、紙テープなどあらゆる媒体として実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができる。また、本発明は、ガスタービン設備１または水素供給設備１００（若しくは、ボイラ設備）に含まれる処理部（制御装置１６０）を備える集積回路としても実現することができる。

【0077】

また、上記実施の形態及び上記変形例に含まれる構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本発明は、ガスタービン等と水素供給設備とを備えるガスタービン設備等に適用できる。

【符号の説明】

【0079】

１ ガスタービン設備
２ 発電部
１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ 回転軸
２０ 排熱回収ボイラ
２１ 内部配管
２２ 蒸気配管
２３ 排ガス配管
２４ 煙突
３０ 蒸気タービン
３１ 復水器
３２ 給水配管
４０ 発電機
４１、５１ 電力ケーブル
５０ 開閉所
５２ 送電鉄塔
１００ 水素供給設備
１１０ 蒸発器
１２０ 反応器
１３０ マイクロ波照射装置
１４０ 供給装置
１４１ 冷却器
１４２ 分離精製設備
１５０ 触媒
１６０ 制御装置
１６１ 取得部
１６２ 算出部
１６３ 指示部
１６４ 記憶部
ａ１ 空気
ｂ１、ｂ２ 流体
ｆ１、ｆ３ 化合物
ｆ２ 水素
ｆ４、ｆ５、ｆ６ ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】