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(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】P2024176859
(43)【公開日】2024-12-19
(54)【発明の名称】複合発電システム及び複合発電方法
(51)【国際特許分類】
F01K 17/02 20060101AFI20241212BHJP
F01K 25/10 20060101ALI20241212BHJP
F23K 5/22 20060101ALI20241212BHJP
【ＦＩ】
F01K17/02
F01K25/10 F
F23K5/22
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023095697
(22)【出願日】2023-06-09
(71)【出願人】
【識別番号】000003182
【氏名又は名称】株式会社トクヤマ
(74)【代理人】
【識別番号】110004510
【氏名又は名称】弁理士法人維新国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100111132
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 浩
(72)【発明者】
【氏名】山下 義晶
(72)【発明者】
【氏名】宮本 隆博
【テーマコード（参考）】
3G081
3K068
【Ｆターム（参考）】
3G081BA02
3G081BB07
3G081BC01
3K068AA01
3K068AA11
3K068AB23
3K068BB02
3K068BB03
3K068CA11
3K068EA01
(57)【要約】
【課題】液体アンモニアから多量の燃焼用のアンモニアガスを生成する際のエネルギー損失を少なくすることができる複合発電システムを提供する。
【解決手段】蒸気を生成するボイラー設備４と、蒸気によって駆動される蒸気タービン８と、この蒸気タービン８に接続されて発電する第１の発電機９を有する第１の発電施設２と、液体アンモニアを貯蔵する貯蔵設備１５と、この貯蔵設備１５から供給される液体アンモニアを蒸気タービン８の排蒸気を用いてタービン駆動流体にするエネルギー付加設備と、このエネルギー付加設備において生成したタービン駆動流体によって駆動されるアンモニアタービン２０と、このアンモニアタービン２０に接続されて発電する第２の発電機２１を有する第２の発電施設３を備え、ボイラー設備４又はこのボイラー設備４以外の少なくとも１の任意の設備、において排アンモニアガスを燃焼させる複合発電システム１Ａによる。
【選択図】図１
【解決手段】蒸気を生成するボイラー設備４と、蒸気によって駆動される蒸気タービン８と、この蒸気タービン８に接続されて発電する第１の発電機９を有する第１の発電施設２と、液体アンモニアを貯蔵する貯蔵設備１５と、この貯蔵設備１５から供給される液体アンモニアを蒸気タービン８の排蒸気を用いてタービン駆動流体にするエネルギー付加設備と、このエネルギー付加設備において生成したタービン駆動流体によって駆動されるアンモニアタービン２０と、このアンモニアタービン２０に接続されて発電する第２の発電機２１を有する第２の発電施設３を備え、ボイラー設備４又はこのボイラー設備４以外の少なくとも１の任意の設備、において排アンモニアガスを燃焼させる複合発電システム１Ａによる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
蒸気を生成するボイラー設備と、前記蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンに接続されて発電する第１の発電機を有する第１の発電施設と、
液体アンモニアを貯蔵する貯蔵設備と、前記貯蔵設備から供給される前記液体アンモニアを前記蒸気タービンの排蒸気の余熱を用いてタービン駆動流体にするエネルギー付加設備と、前記エネルギー付加設備において生成した前記タービン駆動流体によって駆動されるアンモニアタービンと、前記アンモニアタービンに接続されて発電する第２の発電機を有する第２の発電施設を備え、
前記ボイラー設備、又は、前記アンモニアタービンから排出される排アンモニアガスを燃焼可能な燃焼部を有しかつ前記ボイラー設備以外の少なくとも１の任意の設備、において前記排アンモニアガスを燃焼させることを特徴とする複合発電システム。
液体アンモニアを貯蔵する貯蔵設備と、前記貯蔵設備から供給される前記液体アンモニアを前記蒸気タービンの排蒸気の余熱を用いてタービン駆動流体にするエネルギー付加設備と、前記エネルギー付加設備において生成した前記タービン駆動流体によって駆動されるアンモニアタービンと、前記アンモニアタービンに接続されて発電する第２の発電機を有する第２の発電施設を備え、
前記ボイラー設備、又は、前記アンモニアタービンから排出される排アンモニアガスを燃焼可能な燃焼部を有しかつ前記ボイラー設備以外の少なくとも１の任意の設備、において前記排アンモニアガスを燃焼させることを特徴とする複合発電システム。
【請求項2】
前記排アンモニアガスは、前記ボイラー設備において燃焼されることを特徴とする請求項１に記載の複合発電システム。
【請求項3】
前記エネルギー付加設備に供給する前記液体アンモニアを６ＭＰａＧ以上に加圧する加圧設備を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合発電システム。
【請求項4】
前記蒸気タービンは、
出口温度が２００～４５０℃である中圧排蒸気を排出する中圧蒸気タービンと、
出口温度が３０～２００℃である低圧排蒸気を排出する低圧蒸気タービンを備え、
前記エネルギー付加設備はアンモニア気化設備であり、
前記液体アンモニアを予熱する予熱器と、
前記予熱器において予熱された前記液体アンモニアを気化する気化器と、
前記気化器において気化されたアンモニアガスを過熱する過熱器を備え、
前記中圧排蒸気の一部を前記過熱器に供給するとともに、前記過熱器において減温された前記中圧排蒸気の一部を前記気化器に供給する中圧排蒸気供給ラインと、
前記気化器又はその関連機器から生じる第１の温水、及び／又は、前記低圧蒸気タービンの関連機器から生じる第２の温水、を前記予熱器に供給する温水供給ラインを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合発電システム。
出口温度が２００～４５０℃である中圧排蒸気を排出する中圧蒸気タービンと、
出口温度が３０～２００℃である低圧排蒸気を排出する低圧蒸気タービンを備え、
前記エネルギー付加設備はアンモニア気化設備であり、
前記液体アンモニアを予熱する予熱器と、
前記予熱器において予熱された前記液体アンモニアを気化する気化器と、
前記気化器において気化されたアンモニアガスを過熱する過熱器を備え、
前記中圧排蒸気の一部を前記過熱器に供給するとともに、前記過熱器において減温された前記中圧排蒸気の一部を前記気化器に供給する中圧排蒸気供給ラインと、
前記気化器又はその関連機器から生じる第１の温水、及び／又は、前記低圧蒸気タービンの関連機器から生じる第２の温水、を前記予熱器に供給する温水供給ラインを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合発電システム。
【請求項5】
前記アンモニアタービンから排出される前記排アンモニアガスの余圧により、前記ボイラー設備又は前記任意の設備に前記排アンモニアガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の複合発電システム。
【請求項6】
前記液体アンモニアは１質量％以下の水を含有することを特徴とする請求項１に記載の複合発電システム。
【請求項7】
前記ボイラー設備又は前記任意の設備、の燃焼部に供給される前記排アンモニアガスの温度は１８.８℃以上であることを特徴とする請求項６に記載の複合発電システム。
【請求項8】
第１の発電機が接続される蒸気タービンをボイラー設備において生成される蒸気により駆動して第１の電力を発電するとともに、
前記蒸気タービンの排蒸気の余熱を用いて液体アンモニアからタービン駆動流体を生成し、第２の発電機が接続されるアンモニアタービンを前記タービン駆動流体により駆動して第２の電力を発電し、
前記ボイラー設備、又は、前記ボイラー設備以外の少なくとも１の任意の設備、において前記アンモニアタービンから排出される排アンモニアガスを燃焼させることを特徴とする複合発電方法。
前記蒸気タービンの排蒸気の余熱を用いて液体アンモニアからタービン駆動流体を生成し、第２の発電機が接続されるアンモニアタービンを前記タービン駆動流体により駆動して第２の電力を発電し、
前記ボイラー設備、又は、前記ボイラー設備以外の少なくとも１の任意の設備、において前記アンモニアタービンから排出される排アンモニアガスを燃焼させることを特徴とする複合発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液体アンモニアを気化して燃焼用のアンモニアガスを生成する際のエネルギー損失を少なくする又は無くすことができる複合発電システム及びその方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、アンモニア（ＮＨ３）は、常温（２０℃、０.８７５ＭＰａＧ（蒸気圧））では気体であるが冷却や加圧で容易に液化でき、燃料として使用する場合は液体のまま輸送や貯留することができる。このため、容易に液化できない気体燃料を取り扱う場合に比べて輸送や貯留に要するコストを低減できる。また、近年アンモニアは、燃焼時に温室効果ガスである二酸化炭素（ＣＯ２）を排出しない燃料として注目されている。
このため、石炭等の化石燃料を使用する従来の火力発電施設において、燃料の一部としてアンモニアを用いることで温室効果ガスである二酸化炭素の排出量を低減する試みもなされている。
その一方で、アンモニアを燃料として用いる場合は、液体アンモニアを気化してアンモニアガスにする必要がある。
このため、石炭等の化石燃料を使用する従来の火力発電施設において、燃料の一部としてアンモニアを用いることで温室効果ガスである二酸化炭素の排出量を低減する試みもなされている。
その一方で、アンモニアを燃料として用いる場合は、液体アンモニアを気化してアンモニアガスにする必要がある。
【0003】
アンモニアの沸点は－３３.３４℃であり、水に比べて大幅に低い。このため、液体アンモニアを気化させる際は、工業用水や海水を熱媒体として用いて容易に液体アンモニアを気化させることができる。
その一方で、液体アンモニアを気化させる際の熱媒体として工業用水や海水を使用する場合は、これらの揚水に要するエネルギーコストが増大することが予想される。このため、エネルギー収支の観点から、アンモニアを燃料として使用する際のコスト的なメリットが薄くなるという懸念があった。
このような事情に鑑み、従来の火力発電施設等において生じる余熱を利用して液体アンモニアを気化させて燃料として利用することが行われている。
当該技術分野の先願としては、例えば特許文献１に開示される「発電プラント用のアンモニア供給ユニット、発電プラント用のアンモニア気化処理方法、及び発電プラント」等が知られている。
その一方で、液体アンモニアを気化させる際の熱媒体として工業用水や海水を使用する場合は、これらの揚水に要するエネルギーコストが増大することが予想される。このため、エネルギー収支の観点から、アンモニアを燃料として使用する際のコスト的なメリットが薄くなるという懸念があった。
このような事情に鑑み、従来の火力発電施設等において生じる余熱を利用して液体アンモニアを気化させて燃料として利用することが行われている。
当該技術分野の先願としては、例えば特許文献１に開示される「発電プラント用のアンモニア供給ユニット、発電プラント用のアンモニア気化処理方法、及び発電プラント」等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２３－１１１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述の特許文献１に開示される発明によれば、従来の火力発電施設等において生じる排熱を用いることで、気化時のエネルギー損失を極力抑制しながら燃焼用のアンモニアガスを生成できるものの、火力発電施設等において利用可能な排熱量は限られている。
このため、特許文献１を参酌する場合は、気化できる液体アンモニアの量に限りがあった。
このため、特許文献１を参酌する場合は、気化できる液体アンモニアの量に限りがあった。
【0006】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものでありその目的は、多量の液体アンモニアを気化せしめて燃焼用のアンモニアガスを生成することができ、かつ、気化によるエネルギー損失を少なくする又は無くすことができる複合発電システム及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するための第１の発明である複合発電システムは、蒸気を生成するボイラー設備と、その蒸気によって駆動される蒸気タービンと、この蒸気タービンに接続されて発電する第１の発電機を有する第１の発電施設と、液体アンモニアを貯蔵する貯蔵設備と、この貯蔵設備から供給される液体アンモニアを蒸気タービンの排蒸気の余熱を用いてタービン駆動流体にするエネルギー付加設備と、このエネルギー付加設備において生成したタービン駆動流体によって駆動されるアンモニアタービンと、このアンモニアタービンに接続されて発電する第２の発電機を有する第２の発電施設を備え、ボイラー設備、又は、アンモニアタービンから排出される排アンモニアガスを燃焼可能な燃焼部を有しかつボイラー設備以外の少なくとも１の任意の設備、において排アンモニアガスを燃焼させることを特徴とする。
上記構成の第１の発明において、第１の発電施設は、ボイラー設備で生成した蒸気により蒸気タービンを駆動して、この蒸気タービンに接続される第１の発電機により第１の電力を発電するという作用を有する。
また、第２の発電施設のエネルギー付加設備は、貯蔵設備から供給される液体アンモニアを、第１の発電施設における蒸気タービンの排蒸気の余熱を利用してタービン駆動流体（過熱アンモニアガス又はアンモニアの超臨界流体）を生成するという作用を有する。さらに、第２の発電施設では、エネルギー付加設備において生成されるタービン駆動流体により、アンモニアタービンを駆動して、このアンモニアタービンに接続される第２の発電機により第２の電力を発電するという作用を有する。
さらに、第２の発電施設のアンモニアタービンから排出される排アンモニアガスは、ボイラー設備、又はこのボイラー設備以外の少なくとも１の任意の設備、において燃焼用のアンモニアガスとして用いられる。
つまり、第１の発明では、第１の発電施設において蒸気により第１の電力を発電しつつ、この蒸気の一部を用いて第２の発電施設において生成されるタービン駆動流体を用いて第２の電力を発電し、さらに第２の発電施設から排出される排アンモニアガスが燃料として使用される。
上記構成の第１の発明において、第１の発電施設は、ボイラー設備で生成した蒸気により蒸気タービンを駆動して、この蒸気タービンに接続される第１の発電機により第１の電力を発電するという作用を有する。
また、第２の発電施設のエネルギー付加設備は、貯蔵設備から供給される液体アンモニアを、第１の発電施設における蒸気タービンの排蒸気の余熱を利用してタービン駆動流体（過熱アンモニアガス又はアンモニアの超臨界流体）を生成するという作用を有する。さらに、第２の発電施設では、エネルギー付加設備において生成されるタービン駆動流体により、アンモニアタービンを駆動して、このアンモニアタービンに接続される第２の発電機により第２の電力を発電するという作用を有する。
さらに、第２の発電施設のアンモニアタービンから排出される排アンモニアガスは、ボイラー設備、又はこのボイラー設備以外の少なくとも１の任意の設備、において燃焼用のアンモニアガスとして用いられる。
つまり、第１の発明では、第１の発電施設において蒸気により第１の電力を発電しつつ、この蒸気の一部を用いて第２の発電施設において生成されるタービン駆動流体を用いて第２の電力を発電し、さらに第２の発電施設から排出される排アンモニアガスが燃料として使用される。
【0008】
第２の発明は、上述の第１の発明であって、排アンモニアガスは、ボイラー設備において燃焼されることを特徴とする。
上記構成の第２の発明は、アンモニアタービンから排出される排アンモニアガスを燃焼させる設備がボイラー設備に特定されている。よって、第２の発明による作用は、第１の発明による作用と同じである。
また、第２の発明では、アンモニアタービンから排出される排アンモニアガスをボイラー設備の燃料として用いることで、第１の発電施設において第１の電力を発電する際の二酸化炭素の排出量を削減するという作用を有する。
上記構成の第２の発明は、アンモニアタービンから排出される排アンモニアガスを燃焼させる設備がボイラー設備に特定されている。よって、第２の発明による作用は、第１の発明による作用と同じである。
また、第２の発明では、アンモニアタービンから排出される排アンモニアガスをボイラー設備の燃料として用いることで、第１の発電施設において第１の電力を発電する際の二酸化炭素の排出量を削減するという作用を有する。
【0009】
第３の発明は、上述の第１又は第２の発明であって、エネルギー付加設備に供給する液体アンモニアを６ＭＰａＧ以上に加圧する加圧設備を備えることを特徴とする。
上記構成の第３の発明は、上述の第１又は第２の発明による作用と同じ作用を有する。さらに、第３の発明では、エネルギー付加設備に供給する液体アンモニアを６ＭＰａＧ以上に加圧しておくことで、無加圧の液体アンモニアを用いる場合に比べて、第１及び第２の発電施設における総発電量を増加させるという作用を有する。
上記構成の第３の発明は、上述の第１又は第２の発明による作用と同じ作用を有する。さらに、第３の発明では、エネルギー付加設備に供給する液体アンモニアを６ＭＰａＧ以上に加圧しておくことで、無加圧の液体アンモニアを用いる場合に比べて、第１及び第２の発電施設における総発電量を増加させるという作用を有する。
【0010】
第４の発明は、上述の第１又は第２の発明であって、蒸気タービンは、出口温度が２００～４５０℃である中圧排蒸気を排出する中圧蒸気タービンと、出口温度が３０～２００℃である低圧排蒸気を排出する低圧蒸気タービンを備え、エネルギー付加設備はアンモニア気化設備であり、液体アンモニアを予熱する予熱器と、この予熱器において予熱された液体アンモニアを気化させる気化器と、この気化器において気化されたアンモニアガスを過熱する過熱器を備え、中圧排蒸気の一部を過熱器に供給するとともに、過熱器において減温された中圧排蒸気の一部を気化器に供給する中圧排蒸気供給ラインと、気化器又はその関連機器から生じる第１の温水、及び／又は、低圧蒸気タービンの関連機器から生じる第２の温水、を予熱器に供給する温水供給ラインを備えることを特徴とする。
上記構成の第４の発明は、上述の第１又は第２の発明による作用と同じ作用を有する。また、第４の発明では、アンモニア気化設備の過熱器において、中圧排蒸気を利用して気化器において気化されたアンモニアガスを過熱するとともに、過熱器において使用済の中圧排蒸気の一部を気化器に供給して（＝中圧排蒸気供給ライン）液体アンモニアの気化に利用することで、過熱アンモニアガスを効率良く生成させるという作用を有する。
また、第４の発明では、気化器又はその関連機器から生じる第１の温水、及び／又は、低圧蒸気タービンの関連機器から生じる第２の温水、を利用して（＝温水供給ライン）予熱器に送給された液体アンモニアを予熱することで、気化器又はその関連機器が有する余熱、及び／又は、低圧蒸気タービンから生じる排熱を有効利用して、効率良く液体アンモニアを予熱するという作用を有する。
特に、第４の発明が温水供給ラインを備えることで、環境に放出される排熱量を減らすことができる。
上記構成の第４の発明は、上述の第１又は第２の発明による作用と同じ作用を有する。また、第４の発明では、アンモニア気化設備の過熱器において、中圧排蒸気を利用して気化器において気化されたアンモニアガスを過熱するとともに、過熱器において使用済の中圧排蒸気の一部を気化器に供給して（＝中圧排蒸気供給ライン）液体アンモニアの気化に利用することで、過熱アンモニアガスを効率良く生成させるという作用を有する。
また、第４の発明では、気化器又はその関連機器から生じる第１の温水、及び／又は、低圧蒸気タービンの関連機器から生じる第２の温水、を利用して（＝温水供給ライン）予熱器に送給された液体アンモニアを予熱することで、気化器又はその関連機器が有する余熱、及び／又は、低圧蒸気タービンから生じる排熱を有効利用して、効率良く液体アンモニアを予熱するという作用を有する。
特に、第４の発明が温水供給ラインを備えることで、環境に放出される排熱量を減らすことができる。
【0011】
第５の発明は、上述の第１の発明であって、アンモニアタービンから排出される排アンモニアガスの余圧により、ボイラー設備又は任意の設備に排アンモニアガスを供給することを特徴とする。
上記構成の第５の発明は、上述の第１の発明による作用と同じ作用を有する。また、第５の発明では、ボイラー設備又は任意の設備に排アンモニアガスを供給するための供給設備が不要になる。
上記構成の第５の発明は、上述の第１の発明による作用と同じ作用を有する。また、第５の発明では、ボイラー設備又は任意の設備に排アンモニアガスを供給するための供給設備が不要になる。
【0012】
第６の発明は、上述の第１の発明であって、液体アンモニアは１質量％以下の水を含有することを特徴とする。
上記構成の第６の発明は、上述の第１の発明による作用と同じ作用を有する。また、第６の発明では、第２の発電施設における液体アンモニアやアンモニアガスの送給配管の材質として特に鋼材を用いる場合に、鋼材が応力腐食割れを起こすのを抑制するという作用を有する。
上記構成の第６の発明は、上述の第１の発明による作用と同じ作用を有する。また、第６の発明では、第２の発電施設における液体アンモニアやアンモニアガスの送給配管の材質として特に鋼材を用いる場合に、鋼材が応力腐食割れを起こすのを抑制するという作用を有する。
【0013】
第７の発明は、上述の第６の発明であって、ボイラー設備又は任意の設備、の燃焼部に供給される排アンモニアガスの温度は１８.８℃以上であることを特徴とする。
上記構成の第７の発明は、上述の第６の発明による作用と同じ作用を有する。また、第７の発明では、ボイラー設備又は任意の設備、の燃焼部に供給される排アンモニアガスの温度が１８.８℃以上に設定されることで、特に大気圧下において、排アンモニアガスが通過する燃焼部の表面に結露が生じるのを防ぐという作用を有する。
この場合、燃焼部において排アンモニアガスが接触する鋼材の表面に結露が生じて、その結露水により鋼材が腐食するのを抑制するという作用を有する。
上記構成の第７の発明は、上述の第６の発明による作用と同じ作用を有する。また、第７の発明では、ボイラー設備又は任意の設備、の燃焼部に供給される排アンモニアガスの温度が１８.８℃以上に設定されることで、特に大気圧下において、排アンモニアガスが通過する燃焼部の表面に結露が生じるのを防ぐという作用を有する。
この場合、燃焼部において排アンモニアガスが接触する鋼材の表面に結露が生じて、その結露水により鋼材が腐食するのを抑制するという作用を有する。
【0014】
第８の発明である複合発電方法は、第１の発電機が接続される蒸気タービンをボイラー設備において生成される蒸気により駆動して第１の電力を発電するとともに、蒸気タービンの排蒸気の余熱を用いて液体アンモニアからタービン駆動流体を生成し、第２の発電機が接続されるアンモニアタービンをタービン駆動流体により駆動して第２の電力を発電し、ボイラー設備、又は、ボイラー設備以外の少なくとも１の任意の設備、においてアンモニアタービンから排出される排アンモニアガスを燃焼させることを特徴とする。
上記構成の第８の発明は、上述の第１の発明を方法の発明として特定したものであり、第８の発明による作用は、第１の発明による作用と同じである。
上記構成の第８の発明は、上述の第１の発明を方法の発明として特定したものであり、第８の発明による作用は、第１の発明による作用と同じである。
【発明の効果】
【0015】
上述のような第１の発明によれば、第１の発電施設において発電用に生成される蒸気（熱）の一部を利用して、燃焼用に使用する多量の液体アンモニアの気化を行うことができる。
また、第１の発明によれば、ボイラー設備又は任意の設備において、熱エネルギーを得るための燃料の少なくとも一部としてアンモニアガス（排アンモニアガス）を用いることで、燃焼による熱エネルギーを得る際の二酸化炭素の排出量を削減することができる。
さらに、第１の発明によれば、多量の液体アンモニアを気化させる際の熱源として、第１の発電施設の発電用の蒸気（熱）の一部を転用することによる第１の電力の発電量の低下の一部又は全部を、第２の発電施設における第２の電力の発電により補うことができる。
よって、第１の発明によれば、第１の発電施設と第２の発電施設を併用することで、多量の液体アンモニアを気化させる際のエネルギー損失を少なくする又は無くすことができる。
また、第１の発明によれば、ボイラー設備又は任意の設備において、熱エネルギーを得るための燃料の少なくとも一部としてアンモニアガス（排アンモニアガス）を用いることで、燃焼による熱エネルギーを得る際の二酸化炭素の排出量を削減することができる。
さらに、第１の発明によれば、多量の液体アンモニアを気化させる際の熱源として、第１の発電施設の発電用の蒸気（熱）の一部を転用することによる第１の電力の発電量の低下の一部又は全部を、第２の発電施設における第２の電力の発電により補うことができる。
よって、第１の発明によれば、第１の発電施設と第２の発電施設を併用することで、多量の液体アンモニアを気化させる際のエネルギー損失を少なくする又は無くすことができる。
【0016】
第２の発明によれば、上述の第１の発明による効果と同じ効果を奏する。さらに、第２の発明によれば、第１の発電施設において第１の電力を発電する際に、燃料として化石燃料のみを用いる場合に比べて、二酸化炭素の排出量を削減できる。
【0017】
第３の発明によれば、上述の第１又は第２の発明による効果と同じ効果を奏する。加えて、第３の発明によれば、液体アンモニアを特定の圧力以上に加圧することで、タービン駆動流体を生成するために第１の発電施設から抽気する排蒸気量を、無加圧の液体アンモニアを用いてタービン駆動流体を生成する場合に比べて少なくすることができる。
よって、第３の発明によれば、第１の発電施設から転用する熱エネルギーを、第２の発電施設において効率良く電気エネルギーに変換することができる。
よって、第３の発明によれば、第１の発電施設から転用する熱エネルギーを、第２の発電施設において効率良く電気エネルギーに変換することができる。
【0018】
第４の発明によれば、上述の第１又は第２の発明による効果と同じ効果を奏する。加えて、第４の発明によれば、中圧排蒸気の余熱をアンモニアガスの過熱（加熱器）と液体アンモニアの気化（気化器）に、この順序で供給するとともに、気化器において使用済の中圧排蒸気の余熱、及び／又は、低圧蒸気タービンの関連機器から生じる排熱を液体アンモニアの予熱（予熱器）に使用することで、過熱アンモニアガスの生成に用いられる熱エネルギーの損失を極力抑制することができる。
この結果、第４の発明によれば、第１の発電施設から転用した熱エネルギーを、第２の発電施設における第２の電力の発電に有効に活用することができる。
この結果、第４の発明によれば、第１の発電施設から転用した熱エネルギーを、第２の発電施設における第２の電力の発電に有効に活用することができる。
【0019】
第５の発明によれば、上述の第１の発明による効果と同じ効果を奏する。加えて、第５の発明によれば、ボイラー設備又は任意の設備に、排アンモニアガスを供給するための供給設備を別途設ける必要がないので、第５の発明の施設構造を簡素にできる。また、第５の発明によれば、排アンモニアガスを供給するための供給設備を有しないので、その稼働やメンテナンス等に要するコストも節減できる。したがって、第５の発明によれば、第１及び第２の電力を発電する際のコストを削減できる。
【0020】
第６の発明によれば、上述の第１の発明による効果と同じ効果を奏する。加えて、第６の発明によれば、アンモニアが水を含有しない場合に比べて、第２の発電施設におけるアンモニア送給配管が損傷するリスクを低減することができる。
このため、第６の発明によれば、第２の発電施設の修理やメンテナンスに要するコストを削減できる。この結果、第６の発明によれば、特に第２の電力を発電する際のコストを削減できる。
このため、第６の発明によれば、第２の発電施設の修理やメンテナンスに要するコストを削減できる。この結果、第６の発明によれば、特に第２の電力を発電する際のコストを削減できる。
【0021】
第７の発明によれば、上述の第６の発明による効果と同じ効果を奏する。加えて、第７の発明によれば、ボイラー設備又は任意の設備、の燃焼部が結露した水により腐食するなどして劣化したり損傷したりするのを抑制できる。
このため、第７の発明によれば、ボイラー設備又は任意の設備、の修理やメンテナンスに要するコストを節減できる。この結果、第７の発明によれば、排アンモニアガスを燃焼させる設備を稼働させる際のコストを削減できる。
このため、第７の発明によれば、ボイラー設備又は任意の設備、の修理やメンテナンスに要するコストを節減できる。この結果、第７の発明によれば、排アンモニアガスを燃焼させる設備を稼働させる際のコストを削減できる。
【0022】
第８の発明は、上述の第１の発明を方法の発明として特定したものであり、第８の発明による効果は、第１の発明による効果と同じである。
つまり、第８の発明によれば、第１の電力の発電に使用する熱エネルギーの一部を、多量の燃焼用のアンモニアガス（排アンモニアガス）を生成するのに転用することに伴う第１の電力の発電量の低下を、タービン駆動流体（過熱アンモニアガス又はアンモニアの超臨界流体）を用いて行う第２の電力の発電により補うことができる。
この結果、第８の発明によれば、アンモニアを気化して燃料として使用する際のエネルギー損失を少なくする又は無くすことができる。
つまり、第８の発明によれば、第１の電力の発電に使用する熱エネルギーの一部を、多量の燃焼用のアンモニアガス（排アンモニアガス）を生成するのに転用することに伴う第１の電力の発電量の低下を、タービン駆動流体（過熱アンモニアガス又はアンモニアの超臨界流体）を用いて行う第２の電力の発電により補うことができる。
この結果、第８の発明によれば、アンモニアを気化して燃料として使用する際のエネルギー損失を少なくする又は無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本実施形態に係る複合発電システムのシステム構成図である。
【図2】変形例に係る複合発電システムのシステム構成図である。
【図3】各種気体の圧力を変化させた際の比エンタルピーの変化を示すグラフである。
【図4A】エクセルギー変化の推算に用いる熱源の蒸気（排蒸気）と気化後のアンモニアガスの熱力学的物性の前提条件を示した図である。
【図4B】アンモニアの気化に必要なエクセルギー又は動力と気化アンモニアの圧力の関係を示すグラフである。
【図5】比較例１、２及び実施例１～３に共通する火力発電施設の簡易モデルの概要を示す図である。
【図6】比較例１のシミュレーションモデルの概要を示す図である。
【図7】比較例２のシミュレーションモデルの概要を示す図である。
【図8】実施例１のシミュレーションモデルの概要を示す図である。
【図9】実施例２のシミュレーションモデルの概要を示す図である。
【図10】実施例３のシミュレーションモデルの概要を示す図である。
【図11】比較例１、２及び実施例１～３の各シミュレーションモデルにおいて１ｔのアンモニアガスを生成するのに必要な蒸気量を示すグラフである。
【図12】各流体の比エクセルギーを示すグラフである。
【図13】比較例１、２及び実施例１～３の各シミュレーションモデルにおける総発電量の推算結果を示すグラフである。
【図14】比較例１、２及び実施例１～３の各シミュレーションモデルにおけるアンモニアガス１ｔ当たりのエクセルギー収支の推算結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
【0025】
［１－１；本発明の基本構成について］
まず、図１を参照しながら本発明の代表的な実施形態（以下、本実施形態という）に係る複合発電システムについて説明する。
図１は本実施形態に係る複合発電システムのシステム構成図である。
図１に示すように、本実施形態に係る複合発電システム１Ａは、水蒸気（以下、単に「蒸気」という）を利用して第１の電力を発電する第１の発電施設２と、この第１の発電施設２において第１の電力を発電するために生成される蒸気の余熱を利用して液体アンモニアを気化させるとともに、気化されたアンモニアガスを利用して第２の電力を発電する第２の発電施設３を備え、さらに第２の発電施設３から排出される排アンモニアガスを第１の発電施設２のボイラー設備４において燃焼させることを特徴とする。
まず、図１を参照しながら本発明の代表的な実施形態（以下、本実施形態という）に係る複合発電システムについて説明する。
図１は本実施形態に係る複合発電システムのシステム構成図である。
図１に示すように、本実施形態に係る複合発電システム１Ａは、水蒸気（以下、単に「蒸気」という）を利用して第１の電力を発電する第１の発電施設２と、この第１の発電施設２において第１の電力を発電するために生成される蒸気の余熱を利用して液体アンモニアを気化させるとともに、気化されたアンモニアガスを利用して第２の電力を発電する第２の発電施設３を備え、さらに第２の発電施設３から排出される排アンモニアガスを第１の発電施設２のボイラー設備４において燃焼させることを特徴とする。
【0026】
また、上述のような本実施形態に係る複合発電システム１Ａにおける第１の発電施設２は、例えば従来の火力発電施設をそのまま転用できる。
より具体的には、本実施形態に係る複合発電システム１Ａにおける第１の発電施設２は、蒸気を生成するボイラー設備４と、このボイラー設備４において生成される蒸気によって駆動される蒸気タービン８（例えば、高圧蒸気タービン８ａ、中圧蒸気タービン８ｂ及び低圧蒸気タービン８ｃ）と、この蒸気タービン８に接続されて発電する第１の発電機９を備える。
なお、上述の第１の発電施設２はさらに、ボイラー設備４において生成される蒸気（熱媒体）を送給する蒸気送給配管Ｌｗ(以下、単に「配管Ｌｗ」という)と、この配管Ｌｗ内の蒸気（熱媒体）を流動させる動力源としてのポンプＰ１～Ｐ３や、復水器１１を含む熱交換器１２、１３、さらに脱気器１４や補水設備１０等の関連設備又は関連機器を、配管Ｌｗ上の所望個所に備えている。
なお、脱気器１４は、蒸気タービン８の稼働に用いる熱媒体（水）中に存在する酸素や二酸化炭素等の気体を除去するための装置である。
より具体的には、本実施形態に係る複合発電システム１Ａにおける第１の発電施設２は、蒸気を生成するボイラー設備４と、このボイラー設備４において生成される蒸気によって駆動される蒸気タービン８（例えば、高圧蒸気タービン８ａ、中圧蒸気タービン８ｂ及び低圧蒸気タービン８ｃ）と、この蒸気タービン８に接続されて発電する第１の発電機９を備える。
なお、上述の第１の発電施設２はさらに、ボイラー設備４において生成される蒸気（熱媒体）を送給する蒸気送給配管Ｌｗ(以下、単に「配管Ｌｗ」という)と、この配管Ｌｗ内の蒸気（熱媒体）を流動させる動力源としてのポンプＰ１～Ｐ３や、復水器１１を含む熱交換器１２、１３、さらに脱気器１４や補水設備１０等の関連設備又は関連機器を、配管Ｌｗ上の所望個所に備えている。
なお、脱気器１４は、蒸気タービン８の稼働に用いる熱媒体（水）中に存在する酸素や二酸化炭素等の気体を除去するための装置である。
【0027】
さらに、本実施形態に係る複合発電システム１Ａにおける第２の発電施設３は、液体アンモニアを貯蔵する貯蔵設備１５と、この貯蔵設備１５から供給される液体アンモニアを、第１の発電施設２における蒸気タービン８から排出される排蒸気の余熱を利用して気化するアンモニア気化設備１６（エネルギー付加設備）と、このアンモニア気化設備１６において生成したタービン駆動流体であるアンモニアガス（過熱アンモニアガス）によって駆動されるアンモニアタービン２０と、このアンモニアタービン２０に接続されて第２の電力を発電する第２の発電機２１を備える。
なお、上述の第２の発電施設３においてアンモニア（液体アンモニア及びアンモニアガス）は、上述の配管Ｌｗとは別の独立した配管からなるアンモニア送給ラインＬａにより送給される。
なお、上述の第２の発電施設３においてアンモニア（液体アンモニア及びアンモニアガス）は、上述の配管Ｌｗとは別の独立した配管からなるアンモニア送給ラインＬａにより送給される。
【0028】
また、第１の発電施設２のボイラー設備４は燃焼部５を備えている。さらに、この燃焼部５には、燃料供給装置６から燃料（例えば、天然ガス、石炭、石油等の化石燃料や、可燃性の廃棄物等）が供給されるとともに、第２の発電施設３におけるアンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスも燃料として供給される。
なお、図１に示すボイラー設備４の燃焼部５では、燃料供給装置６から供給される燃料とアンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを混焼する場合を例にあげて説明しているが、燃焼部５に供給される燃料は排アンモニアガスのみでもよい。
なお、図１に示すボイラー設備４の燃焼部５では、燃料供給装置６から供給される燃料とアンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを混焼する場合を例にあげて説明しているが、燃焼部５に供給される燃料は排アンモニアガスのみでもよい。
【0029】
そして、第１の発電施設２のボイラー設備４では、燃焼部５において発生する熱により蒸気生成器７（例えば蒸気生成器７ａや蒸気生成器（再熱器）７ｂ等）において蒸気が生成され、この蒸気により蒸気タービン８を稼働している。
また、第１の発電施設２において蒸気タービン８から排出される排蒸気の一部を、第１の発電施設２の外に抽気して、他の施設の設備（図示せず）において利用してもよい（任意選択構成要素）。なお、図１中の符号Ｘ～Ｚは、蒸気タービン８から排出される排蒸気の一部を、第１の発電施設２の外に導いて別の目的に利用することを示している。
つまり、本実施形態に係る複合発電システム１Ａにおける第１の発電施設２は、化学プラントの一部を構成してもよい。
また、第１の発電施設２において蒸気タービン８から排出される排蒸気の一部を、第１の発電施設２の外に抽気して、他の施設の設備（図示せず）において利用してもよい（任意選択構成要素）。なお、図１中の符号Ｘ～Ｚは、蒸気タービン８から排出される排蒸気の一部を、第１の発電施設２の外に導いて別の目的に利用することを示している。
つまり、本実施形態に係る複合発電システム１Ａにおける第１の発電施設２は、化学プラントの一部を構成してもよい。
【0030】
なお、本実施形態に係る複合発電システム１Ａにおける第１の発電施設２の発電方式（蒸気タービンの方式）は図１に示す抽気復水式と再熱式を組み合せた方式に限定される必要はなく、これらのいずれか一方を採用する方式あるいは以下に示すいずれの方式でもよい。
（１）背圧式
（２）復水式
（３）抽気背圧式
（１）背圧式
（２）復水式
（３）抽気背圧式
【0031】
さらに、図１に示す本実施形態に係る複合発電システム１Ａを、方法の発明として特定する場合は、例えば第１の発電機９が接続される蒸気タービン８をボイラー設備４において生成される蒸気により駆動して第１の電力を発電するとともに、この蒸気タービン８の排蒸気の余熱を用いて液体アンモニアからタービン駆動流体であるアンモニアガスを生成し、第２の発電機２１が接続されるアンモニアタービン２０をアンモニアガスにより駆動して第２の電力を発電し、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスをボイラー設備４において燃焼させる複合発電方法となる。
【0032】
［１－２；本発明の基本構成による作用・効果について］
上述のような本実施形態に係る複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）によれば、第１の発電施設２において蒸気タービン８の稼働に使用する熱（蒸気の余熱）の一部を用いて、つまり中圧蒸気タービン８ｂから排出される中圧排蒸気の一部を第２の発電施設３のアンモニア気化設備１６に送給して、液体アンモニアの気化（及び過熱）を行うことで、多量の燃焼用のアンモニアガスを効率良く生成することができる。
さらに、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを第１の発電施設２のボイラー設備４において燃料として用いることで、ボイラー設備４において二酸化炭素を排出する燃料のみを燃焼させる場合に比べて、二酸化炭素の排出量を削減することができる。
また、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）では、液体アンモニアを気化させる熱媒体として蒸気タービン８の稼働に用いる蒸気の一部を転用している。このため、本実施形態に係る複合発電システム１Ａでは、蒸気タービン８に供給される熱エネルギーが減少し、そのせいで第１の電力の発電量が低下する。
その一方で、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）では、第２の発電施設３のアンモニア気化設備１６において気化したアンモニアガスをさらに過熱してこの過熱アンモニアガス（タービン駆動流体）によりアンモニアタービン２０を稼働して第２の電力を発電している。
これにより、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）では、第１の発電施設２における第１の電力の出力低下分の一部又は全部を、第２の発電施設３における第２の発電により補うことができる。
この結果、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）によれば、第１の発電施設２と第２の発電施設３を併用することで、液体アンモニアを気化して多量の燃焼用のアンモニアガス（排アンモニアガス）を得る際のエネルギー損失を少なくする又は無くすことができる。
上述のような本実施形態に係る複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）によれば、第１の発電施設２において蒸気タービン８の稼働に使用する熱（蒸気の余熱）の一部を用いて、つまり中圧蒸気タービン８ｂから排出される中圧排蒸気の一部を第２の発電施設３のアンモニア気化設備１６に送給して、液体アンモニアの気化（及び過熱）を行うことで、多量の燃焼用のアンモニアガスを効率良く生成することができる。
さらに、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを第１の発電施設２のボイラー設備４において燃料として用いることで、ボイラー設備４において二酸化炭素を排出する燃料のみを燃焼させる場合に比べて、二酸化炭素の排出量を削減することができる。
また、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）では、液体アンモニアを気化させる熱媒体として蒸気タービン８の稼働に用いる蒸気の一部を転用している。このため、本実施形態に係る複合発電システム１Ａでは、蒸気タービン８に供給される熱エネルギーが減少し、そのせいで第１の電力の発電量が低下する。
その一方で、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）では、第２の発電施設３のアンモニア気化設備１６において気化したアンモニアガスをさらに過熱してこの過熱アンモニアガス（タービン駆動流体）によりアンモニアタービン２０を稼働して第２の電力を発電している。
これにより、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）では、第１の発電施設２における第１の電力の出力低下分の一部又は全部を、第２の発電施設３における第２の発電により補うことができる。
この結果、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）によれば、第１の発電施設２と第２の発電施設３を併用することで、液体アンモニアを気化して多量の燃焼用のアンモニアガス（排アンモニアガス）を得る際のエネルギー損失を少なくする又は無くすことができる。
【0033】
［２－１；本発明の変形例について］
次に、図２を参照しながら本実施形態の変形例に係る複合発電システム（以下、単に「変形例に係る複合発電システム」という）について説明する。
図２は変形例に係る複合発電システムのシステム構成図である。なお、図１に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
先の本実施形態に係る複合発電システム１Ａでは、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを、第１の発電施設２のボイラー設備４において燃焼させているが、この排アンモニアガスを燃焼させる場所は必ずしもボイラー設備４でなくともよい。
つまり、変形例に係る複合発電システム１Ｂは、第１の発電施設２のアンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを、ボイラー設備４以外の任意の設備２２の燃焼部２３において燃焼させることを特徴とする。
次に、図２を参照しながら本実施形態の変形例に係る複合発電システム（以下、単に「変形例に係る複合発電システム」という）について説明する。
図２は変形例に係る複合発電システムのシステム構成図である。なお、図１に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
先の本実施形態に係る複合発電システム１Ａでは、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを、第１の発電施設２のボイラー設備４において燃焼させているが、この排アンモニアガスを燃焼させる場所は必ずしもボイラー設備４でなくともよい。
つまり、変形例に係る複合発電システム１Ｂは、第１の発電施設２のアンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを、ボイラー設備４以外の任意の設備２２の燃焼部２３において燃焼させることを特徴とする。
【0034】
なお、図２に示す変形例に係る複合発電システム１Ｂにおける任意の設備２２としては、例えば下記のような設備があげられる。
・排アンモニアガスを単独で又は他の燃料と組み合わせて燃焼させる他のボイラー設備
・排アンモニアガスを利用する焼却炉
・排アンモニアガスの燃焼熱を他のプラント等における熱処理等に利用するための設備
・排アンモニアガスを単独で又は他の燃料と組み合わせて燃焼させる他のボイラー設備
・排アンモニアガスを利用する焼却炉
・排アンモニアガスの燃焼熱を他のプラント等における熱処理等に利用するための設備
【0035】
また、図２に示す変形例に係る複合発電システム１Ｂでは、任意の設備２２が１である場合を例にあげて説明しているが、第１の発電施設２の規模等に応じて２以上の任意の設備２２に、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを燃料として供給してもよい（任意選択構成要素）。
さらに、特に図示しないが変形例に係る複合発電システム１Ｂは、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを、少なくとも１の任意の設備２２のみならず、第１の発電施設２のボイラー設備４における燃焼部５に供給してもよい（任意選択構成要素）。
加えて、図２に示す変形例に係る複合発電システム１Ｂにおける第１の発電施設２は従来の火力発電施設と同様の発電施設である必要はなく、例えば従来の原子力発電施設でもよい（任意選択構成要素）。この場合、第２の発電施設３において生成される燃焼用のアンモニアガス（排アンモニアガス）は、少なくとも１の任意の設備２２において燃焼されることになる。
さらに、特に図示しないが変形例に係る複合発電システム１Ｂは、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを、少なくとも１の任意の設備２２のみならず、第１の発電施設２のボイラー設備４における燃焼部５に供給してもよい（任意選択構成要素）。
加えて、図２に示す変形例に係る複合発電システム１Ｂにおける第１の発電施設２は従来の火力発電施設と同様の発電施設である必要はなく、例えば従来の原子力発電施設でもよい（任意選択構成要素）。この場合、第２の発電施設３において生成される燃焼用のアンモニアガス（排アンモニアガス）は、少なくとも１の任意の設備２２において燃焼されることになる。
【0036】
さらに、図２に示す変形例に係る複合発電システム１Ｂを、方法の発明として特定する場合は、第１の発電機９が接続される蒸気タービン８をボイラー設備４において生成される蒸気により駆動して第１の電力を発電するとともに、この蒸気タービン８の排蒸気の余熱を用いて液体アンモニアからタービン駆動流体であるアンモニアガスを生成し、第２の発電機２１が接続されるアンモニアタービン２０をアンモニアガスにより駆動して第２の電力を発電し、ボイラー設備４、又は、このボイラー設備４以外の少なくとも１の任意の設備（例えば任意の設備２２）、においてアンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを燃焼させる複合発電方法となる。
【0037】
［２－２；本発明の変形例による作用・効果について］
上述のような変形例に係る複合発電システム１Ｂ（又は変形例に係る複合発電方法）によれば、先の［１－２］に記載される複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）による効果と同じ効果を奏する。さらに、この効果に加えて、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを、ボイラー設備４及び／又は少なくとも１の任意の設備２２において、燃焼熱を得るための燃料として有効活用できるという効果を奏する。
また、変形に係る複合発電システム１Ｂ（又は変形例に係る複合発電方法）によれば、ボイラー設備４の燃焼部５及び／又は少なくとも１の任意の設備２２の燃焼部２３、において二酸化炭素を排出する燃料のみを燃焼させる場合に比べて、ボイラー設備４及び／又は少なくとも１の任意の設備２２から排出される二酸化炭素の量を削減することができる。
上述のような変形例に係る複合発電システム１Ｂ（又は変形例に係る複合発電方法）によれば、先の［１－２］に記載される複合発電システム１Ａ（又は複合発電方法）による効果と同じ効果を奏する。さらに、この効果に加えて、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを、ボイラー設備４及び／又は少なくとも１の任意の設備２２において、燃焼熱を得るための燃料として有効活用できるという効果を奏する。
また、変形に係る複合発電システム１Ｂ（又は変形例に係る複合発電方法）によれば、ボイラー設備４の燃焼部５及び／又は少なくとも１の任意の設備２２の燃焼部２３、において二酸化炭素を排出する燃料のみを燃焼させる場合に比べて、ボイラー設備４及び／又は少なくとも１の任意の設備２２から排出される二酸化炭素の量を削減することができる。
【0038】
［３；基本構成及び変形例に係る複合発電システムの任意付加的事項等について］
以下に、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ及び変形例に係る複合発電システム１Ｂに共通で、かつ必要に応じて付加可能な構成（任意付加的事項）について説明する。
また、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂは、以下に示すそれぞれの任意付加的事項を単独で備えてもよいし、所望のものを複数種類併せて備えてもよい。
以下に、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ及び変形例に係る複合発電システム１Ｂに共通で、かつ必要に応じて付加可能な構成（任意付加的事項）について説明する。
また、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂは、以下に示すそれぞれの任意付加的事項を単独で備えてもよいし、所望のものを複数種類併せて備えてもよい。
【0039】
＜３－１；燃焼部への排アンモニアガスの供給方法について＞
図１及び図２に示すボイラー設備４の燃焼部５や、図２に示す任意の設備２２の燃焼部２３への排アンモニアガスの供給は、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスの余圧により行ってもよい（任意選択構成要素）。
この場合、燃焼部５や燃焼部２３にアンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを供給するために、ブロワー等の気体送給装置を別途設ける必要がない。
この結果、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂの施設構成を簡素にできる。これにより、これらのメンテナンス等に要するコストも節減できる。
図１及び図２に示すボイラー設備４の燃焼部５や、図２に示す任意の設備２２の燃焼部２３への排アンモニアガスの供給は、アンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスの余圧により行ってもよい（任意選択構成要素）。
この場合、燃焼部５や燃焼部２３にアンモニアタービン２０から排出される排アンモニアガスを供給するために、ブロワー等の気体送給装置を別途設ける必要がない。
この結果、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂの施設構成を簡素にできる。これにより、これらのメンテナンス等に要するコストも節減できる。
【0040】
＜３－２－１；アンモニアに水を含有させることについて＞
図１及び図２に示す貯蔵設備１５から供給され、アンモニアタービン２０を稼働させる熱媒体である液体アンモニアは、１質量％以下の水を含有していてもよい（任意選択構成要素）。
この場合、第１の発電施設２におけるアンモニア送給ラインＬａ及びアンモニア気化設備１６を構成する機器等が特に鋼材からなる場合に、鋼材が応力腐食割れを起こすのを抑制できる。
この結果、第２の発電施設３のメンテナンスや修理に要するコストを節減できる。これにより、第２の発電施設３において第２の電力を発電する際のコストを削減できる。
図１及び図２に示す貯蔵設備１５から供給され、アンモニアタービン２０を稼働させる熱媒体である液体アンモニアは、１質量％以下の水を含有していてもよい（任意選択構成要素）。
この場合、第１の発電施設２におけるアンモニア送給ラインＬａ及びアンモニア気化設備１６を構成する機器等が特に鋼材からなる場合に、鋼材が応力腐食割れを起こすのを抑制できる。
この結果、第２の発電施設３のメンテナンスや修理に要するコストを節減できる。これにより、第２の発電施設３において第２の電力を発電する際のコストを削減できる。
【0041】
＜３－２－２；燃焼部における排アンモニアガスの温度について＞
アンモニアタービン２０を稼働させる熱媒体である液体アンモニアが特に１質量％以下の水を含有している場合は、図１及び図２に示すボイラー設備４の燃焼部５や、図２に示す任意の設備２２の燃焼部２３に供給されるアンモニアガス（排アンモニアガス）の温度を１８.８℃以上に設定しておいてもよい（任意選択構成要素）。
この場合、大気圧下でアンモニアガス（排アンモニアガス）中の水が結露するのを防ぐことができる。これにより、第２の発電施設３においてアンモニア送給ラインＬａ（図１又は図２を参照）を構成する鋼材や、燃焼部５又は燃焼部２３である例えばバーナー等を構成する鋼材が、結露した水により腐食するのを抑制できる。
この場合も、第２の発電施設３のメンテナンスや修理に要するコストを節減できる。これにより、第２の発電施設３において第２の電力を発電する際のコストを削減できる。
アンモニアタービン２０を稼働させる熱媒体である液体アンモニアが特に１質量％以下の水を含有している場合は、図１及び図２に示すボイラー設備４の燃焼部５や、図２に示す任意の設備２２の燃焼部２３に供給されるアンモニアガス（排アンモニアガス）の温度を１８.８℃以上に設定しておいてもよい（任意選択構成要素）。
この場合、大気圧下でアンモニアガス（排アンモニアガス）中の水が結露するのを防ぐことができる。これにより、第２の発電施設３においてアンモニア送給ラインＬａ（図１又は図２を参照）を構成する鋼材や、燃焼部５又は燃焼部２３である例えばバーナー等を構成する鋼材が、結露した水により腐食するのを抑制できる。
この場合も、第２の発電施設３のメンテナンスや修理に要するコストを節減できる。これにより、第２の発電施設３において第２の電力を発電する際のコストを削減できる。
【0042】
＜３－３；液体アンモニアの加圧設備について＞
図１及び図２に示すように、第２の発電施設３は、アンモニア気化設備１６に供給する液体アンモニアを６ＭＰａＧ以上に加圧する加圧設備Ｐ４（例えばポンプ）を備えていてもよい（任意選択構成要素）。
この場合、無加圧の液体アンモニアを気化及び過熱する場合に比べて、過熱アンモニアガスの生成に要する熱エネルギーを少なくすることができる。つまり、第２の発電施設３においてアンモニアを気化及び過熱するために、第１の発電施設２の蒸気タービン８から抽気する排蒸気の量を少なくすることができる。
この理由を以下に説明する。
図１及び図２に示すように、第２の発電施設３は、アンモニア気化設備１６に供給する液体アンモニアを６ＭＰａＧ以上に加圧する加圧設備Ｐ４（例えばポンプ）を備えていてもよい（任意選択構成要素）。
この場合、無加圧の液体アンモニアを気化及び過熱する場合に比べて、過熱アンモニアガスの生成に要する熱エネルギーを少なくすることができる。つまり、第２の発電施設３においてアンモニアを気化及び過熱するために、第１の発電施設２の蒸気タービン８から抽気する排蒸気の量を少なくすることができる。
この理由を以下に説明する。
【0043】
図３は各種気体の圧力を変化させた際の比エンタルピーの変化を示すグラフである。なお、図３中に示す各種気体の比エンタルピーの推算はアメリカ 国立標準技術研究所（ＮＳＩＴ）の「ＲＥＦＰＲＯＰ Ｖｅｒｓｉｏｎ １０」により行った。
図３に示すように、アンモニア（ＮＨ３）、水（Ｈ２Ｏ）、メタノール（Ｍｅｔｈａｎｏｌ）及びエタノール（Ｅｔｈａｎｏｌ）では、比エンタルピーが圧力に依存する傾向が認められた。つまり、アンモニア等の極性分子では、比エンタルピーが圧力依存性を有する。
よって、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂでは、液体アンモニアを気化させる際に臨界圧に近い圧力まで加圧することで、無加圧のアンモニアを気化させる場合に比べて、気化に必要な熱エネルギーを、すなわち第１の発電施設２から抽気する排蒸気の量を、少なくすることができる。
また、液体アンモニアはアンモニアガスに比べて加圧した際の体積変化が小さい。このため、アンモニアガスを加圧する場合に比べて、液体アンモニアを加圧する場合の方が、加圧に必要な動力エネルギーを少なくできる。
つまり、先の図１又は図２に示すアンモニア気化設備１６において、気化器１８の上流側に加圧設備Ｐ４を配置しておくことで、加圧設備Ｐ４を気化器１８の下流側に設置する場合に比べて、アンモニアを加圧するために必要な動力エネルギーを少なくすることができる。
図３に示すように、アンモニア（ＮＨ３）、水（Ｈ２Ｏ）、メタノール（Ｍｅｔｈａｎｏｌ）及びエタノール（Ｅｔｈａｎｏｌ）では、比エンタルピーが圧力に依存する傾向が認められた。つまり、アンモニア等の極性分子では、比エンタルピーが圧力依存性を有する。
よって、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂでは、液体アンモニアを気化させる際に臨界圧に近い圧力まで加圧することで、無加圧のアンモニアを気化させる場合に比べて、気化に必要な熱エネルギーを、すなわち第１の発電施設２から抽気する排蒸気の量を、少なくすることができる。
また、液体アンモニアはアンモニアガスに比べて加圧した際の体積変化が小さい。このため、アンモニアガスを加圧する場合に比べて、液体アンモニアを加圧する場合の方が、加圧に必要な動力エネルギーを少なくできる。
つまり、先の図１又は図２に示すアンモニア気化設備１６において、気化器１８の上流側に加圧設備Ｐ４を配置しておくことで、加圧設備Ｐ４を気化器１８の下流側に設置する場合に比べて、アンモニアを加圧するために必要な動力エネルギーを少なくすることができる。
【0044】
続いて、アンモニア気化設備１６に供給される液体アンモニアの圧力を６ＭＰａＧ以上にする理由について説明する。
一般に、火力発電施設（例えば第１の発電施設２）等において蒸気タービン（例えば蒸気タービン８）を用いる発電では、ボイラー設備（例えばボイラー設備４）において生じるエネルギーは、（ｉ）膨張という機械的仕事によって発電される電気エネルギーと、（ii）冷却水に廃棄される熱エネルギーに分けられる。
また、火力発電施設（例えば第１の発電施設２）等において蒸気タービン（例えば蒸気タービン８）の入口に供給される蒸気が有する総エネルギーは、上述の（ｉ）電気エネルギーと（ii）熱エネルギーを併せたものであり、一般に「エンタルピー（Ｈ）」といわれている。
さらに、上記エンタルピー（Ｈ）は下記（式１）により定義される。
（式１）
・エンタルピー（Ｈ）＝ 内部エネルギー（Ｕ）＋仕事（ＰＶ）
＝ 熱エネルギー ＋ 仕事
一般に、火力発電施設（例えば第１の発電施設２）等において蒸気タービン（例えば蒸気タービン８）を用いる発電では、ボイラー設備（例えばボイラー設備４）において生じるエネルギーは、（ｉ）膨張という機械的仕事によって発電される電気エネルギーと、（ii）冷却水に廃棄される熱エネルギーに分けられる。
また、火力発電施設（例えば第１の発電施設２）等において蒸気タービン（例えば蒸気タービン８）の入口に供給される蒸気が有する総エネルギーは、上述の（ｉ）電気エネルギーと（ii）熱エネルギーを併せたものであり、一般に「エンタルピー（Ｈ）」といわれている。
さらに、上記エンタルピー（Ｈ）は下記（式１）により定義される。
（式１）
・エンタルピー（Ｈ）＝ 内部エネルギー（Ｕ）＋仕事（ＰＶ）
＝ 熱エネルギー ＋ 仕事
【0045】
さらに、温度（Ｔ）、圧力（Ｐ）の蒸気が任意の温度Ｔ０と、任意の圧力Ｐ０で定義される参照環境状態に達するまでに得られる最大仕事が「物理エクセルギー（Ｅｐｈ）」（以下、単に「エクセルギー」ともいう）であり、下記（式２）により算出できる。
（式２）
・Ｅｐｈ ＝ Ｈ－Ｈ０－Ｔ０（Ｓ－Ｓ０）
ただし、Ｈ：エンタルピー
Ｓ：エントロピー
また、火力発電施設（例えば第１の発電施設２）等において蒸気タービン（例えば蒸気タービン８）を用いる発電では、蒸気タービン（例えば蒸気タービン８）の入口に供給される蒸気のエネルギーから、この蒸気が任意の参照環境状態に達するまでに取り出すことができる最大の仕事（電気エネルギー）、がその火力発電施設（例えば第１の発電施設２）等から得られるエクセルギーである。
（式２）
・Ｅｐｈ ＝ Ｈ－Ｈ０－Ｔ０（Ｓ－Ｓ０）
ただし、Ｈ：エンタルピー
Ｓ：エントロピー
また、火力発電施設（例えば第１の発電施設２）等において蒸気タービン（例えば蒸気タービン８）を用いる発電では、蒸気タービン（例えば蒸気タービン８）の入口に供給される蒸気のエネルギーから、この蒸気が任意の参照環境状態に達するまでに取り出すことができる最大の仕事（電気エネルギー）、がその火力発電施設（例えば第１の発電施設２）等から得られるエクセルギーである。
【0046】
ここで、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂにおいて、第１の発電施設２の蒸気タービン８から排出される蒸気（排蒸気）を利用して、第２の発電施設３の熱媒体である液体アンモニアを気化させる際の、第１の発電施設２から抽気される蒸気（排蒸気）と、第２の発電施設３において生成される気化アンモニア（アンモニアガス）のエクセルギー変化について検討する。
図４Ａは図４Ｂに示すエクセルギー変化の推算に用いる熱源としての蒸気（排蒸気）と気化後のアンモニアガスの熱力学的物性の前提条件を示す図である。
また、図４Ｂは液体アンモニアの気化に必要なエクセルギー又は動力と、気化アンモニアの圧力の関係を示すグラフである。なお、図４Ａ中に示す蒸気（排蒸気）とアンモニアの熱力学的物性値の推算もアメリカ 国立標準技術研究所（ＮＳＩＴ）の「ＲＥＦＰＲＯＰ Ｖｅｒｓｉｏｎ １０」により行った。
また、図４Ｂのグラフにおいて「曲線１」は、第１の発電施設２の蒸気タービン８から第２の発電施設３のアンモニア気化設備１６に供給される排蒸気のエクセルギー変化を、「曲線２」は気化アンモニア（アンモニアガス）のエクセルギー変化を、「直線１」は液体アンモニアを加圧する加圧設備Ｐ４（例えばポンプ）の所要動力の変化を、「直線２」はアンモニアの臨界圧力を、それぞれ示している。そして、図４Ｂのグラフに示される「曲線３」は、下記（式３）により求められるエクセルギー収支を示している。つまり、「曲線３」は、任意の気化アンモニアの圧力値（Ｘ軸上の数値）における「曲線２」の値から、「直線１」の値及び「曲線１」の値を差し引いた差分である。また、このエクセルギー収支(曲線３）がプラスでかつその値が大きいほど、従来の火力発電施設（第１の発電施設２のみに相当）の発電量に比べて、第１の発電施設２と第２の発電施設３の総発電量が増加することを示している。
（式３）
・[エクセルギー収支(曲線３)]＝[気化ＮＨ３エクセルギー(曲線２)]－[供給蒸気エクセルギー(曲線１)]－[ポンプの所要動力(直線１)]
図４Ａは図４Ｂに示すエクセルギー変化の推算に用いる熱源としての蒸気（排蒸気）と気化後のアンモニアガスの熱力学的物性の前提条件を示す図である。
また、図４Ｂは液体アンモニアの気化に必要なエクセルギー又は動力と、気化アンモニアの圧力の関係を示すグラフである。なお、図４Ａ中に示す蒸気（排蒸気）とアンモニアの熱力学的物性値の推算もアメリカ 国立標準技術研究所（ＮＳＩＴ）の「ＲＥＦＰＲＯＰ Ｖｅｒｓｉｏｎ １０」により行った。
また、図４Ｂのグラフにおいて「曲線１」は、第１の発電施設２の蒸気タービン８から第２の発電施設３のアンモニア気化設備１６に供給される排蒸気のエクセルギー変化を、「曲線２」は気化アンモニア（アンモニアガス）のエクセルギー変化を、「直線１」は液体アンモニアを加圧する加圧設備Ｐ４（例えばポンプ）の所要動力の変化を、「直線２」はアンモニアの臨界圧力を、それぞれ示している。そして、図４Ｂのグラフに示される「曲線３」は、下記（式３）により求められるエクセルギー収支を示している。つまり、「曲線３」は、任意の気化アンモニアの圧力値（Ｘ軸上の数値）における「曲線２」の値から、「直線１」の値及び「曲線１」の値を差し引いた差分である。また、このエクセルギー収支(曲線３）がプラスでかつその値が大きいほど、従来の火力発電施設（第１の発電施設２のみに相当）の発電量に比べて、第１の発電施設２と第２の発電施設３の総発電量が増加することを示している。
（式３）
・[エクセルギー収支(曲線３)]＝[気化ＮＨ３エクセルギー(曲線２)]－[供給蒸気エクセルギー(曲線１)]－[ポンプの所要動力(直線１)]
【0047】
図４Ｂのグラフに示されるように、エクセルギー収支(曲線３)は、気化アンモニアの圧力（Ｘ軸）が６ＭＰａＧを超えるあたりから増加の幅が小さくなり１６ＭＰａＧでピークになる。
また、液体アンモニアは気化したアンモニアガスに比べて加圧時の体積変化が小さい。このため、図１又は図２に示す第２の発電施設３において加圧設備Ｐ４を駆動させるための動力エネルギー（直線１）が別途必要になったとしても、この動力エネルギーの増加分が上述のエクセルギー収支(曲線３)に与える影響は小さい（図４Ｂを参照）。
よって、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂでは、第２の発電施設３で用いる熱媒体として極性分子であるアンモニアを用い、かつアンモニア気化設備１６に供給する液体アンモニアを６ＭＰａＧ以上に加圧することで、従来の火力発電施設（第１の発電施設２のみに相当）の発電量に比べて、第１の発電施設２と第２の発電施設３の総発電量を大きくすることができる。
なお、気化したアンモニアでアンモニアタービン２０を稼働して発電を行う場合（第２の発電施設３）の液体アンモニアの圧力の上限は、アンモニアの臨界圧である１１.２ＭＰａＧ未満とすることが望ましい。
また、液体アンモニアは気化したアンモニアガスに比べて加圧時の体積変化が小さい。このため、図１又は図２に示す第２の発電施設３において加圧設備Ｐ４を駆動させるための動力エネルギー（直線１）が別途必要になったとしても、この動力エネルギーの増加分が上述のエクセルギー収支(曲線３)に与える影響は小さい（図４Ｂを参照）。
よって、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂでは、第２の発電施設３で用いる熱媒体として極性分子であるアンモニアを用い、かつアンモニア気化設備１６に供給する液体アンモニアを６ＭＰａＧ以上に加圧することで、従来の火力発電施設（第１の発電施設２のみに相当）の発電量に比べて、第１の発電施設２と第２の発電施設３の総発電量を大きくすることができる。
なお、気化したアンモニアでアンモニアタービン２０を稼働して発電を行う場合（第２の発電施設３）の液体アンモニアの圧力の上限は、アンモニアの臨界圧である１１.２ＭＰａＧ未満とすることが望ましい。
【0048】
＜３－４；第１の発電施設及び第２の発電施設について＞
ここで、先の図１及び図２を参照しながら本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂにおける、第１の発電施設２及び第２の発電施設３のより具体的な態様の一例について説明する。
図１及び図２に示すように、第１の発電施設２における蒸気タービン８は、例えば高圧排蒸気を排出する高圧蒸気タービン８ａと、出口温度が２００～４５０℃である中圧排蒸気を排出する中圧蒸気タービン８ｂと、出口温度が３０～２００℃である低圧排蒸気を排出する低圧蒸気タービン８ｃを備えていてもよい。
さらに、図１及び図２に示すように、第２の発電施設３におけるアンモニア気化設備１６は、貯蔵設備１５から供給される液体アンモニアを予熱する予熱器１７（熱交換器）と、この予熱器１７において予熱された液体アンモニアを気化させる気化器１８（熱交換器）と、この気化器１８において気化されたアンモニアガスを過熱する過熱器１９（熱交換器）を備えていてもよい。
ここで、先の図１及び図２を参照しながら本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂにおける、第１の発電施設２及び第２の発電施設３のより具体的な態様の一例について説明する。
図１及び図２に示すように、第１の発電施設２における蒸気タービン８は、例えば高圧排蒸気を排出する高圧蒸気タービン８ａと、出口温度が２００～４５０℃である中圧排蒸気を排出する中圧蒸気タービン８ｂと、出口温度が３０～２００℃である低圧排蒸気を排出する低圧蒸気タービン８ｃを備えていてもよい。
さらに、図１及び図２に示すように、第２の発電施設３におけるアンモニア気化設備１６は、貯蔵設備１５から供給される液体アンモニアを予熱する予熱器１７（熱交換器）と、この予熱器１７において予熱された液体アンモニアを気化させる気化器１８（熱交換器）と、この気化器１８において気化されたアンモニアガスを過熱する過熱器１９（熱交換器）を備えていてもよい。
【0049】
そして、図１又は図２に示す第１の発電施設２及び第２の発電施設３が上記のように構成される場合は、第１の発電施設２の中圧蒸気タービン８ｂから排出される中圧排蒸気の一部を過熱器１９に供給するとともに、この過熱器１９において減温された中圧排蒸気の一部を気化器１８に供給する中圧排蒸気供給ラインＬ１（図１及び図２中の配管Ｌｗにおいて破線を併記した部分）を備えていてもよい（任意選択構成要素）。
そして、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂが、上述のような中圧排蒸気供給ラインＬ１を備える場合は、第１の発電施設２から供給される排蒸気（中圧排蒸気）を利用して効率良く液体アンモニアを気化させることができる。
より詳細には、過熱アンモニア（アンモニアガス）と低圧排蒸気の蒸発潜熱を比較すると、低圧排蒸気の蒸発潜熱の方がかなり大きい。
・１２０℃のアンモニアガスの蒸発潜熱：４８０（ｋＪ／ｋｇ）
・１４４℃の水蒸気の蒸発潜熱：２１３０（ｋＪ／ｋｇ）
このため、アンモニア気化設備１６の過熱器１９及び気化器１８で使用する熱源として、第１の発電施設２の中圧蒸気タービン８ｂから排出される中圧排蒸気を用いることで、少量の中圧排蒸気を用いて効率良くアンモニアを気化及び過熱することができる。
この結果、過熱アンモニアガスによるアンモニアタービン２０の出力を高めることができる。
そして、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂが、上述のような中圧排蒸気供給ラインＬ１を備える場合は、第１の発電施設２から供給される排蒸気（中圧排蒸気）を利用して効率良く液体アンモニアを気化させることができる。
より詳細には、過熱アンモニア（アンモニアガス）と低圧排蒸気の蒸発潜熱を比較すると、低圧排蒸気の蒸発潜熱の方がかなり大きい。
・１２０℃のアンモニアガスの蒸発潜熱：４８０（ｋＪ／ｋｇ）
・１４４℃の水蒸気の蒸発潜熱：２１３０（ｋＪ／ｋｇ）
このため、アンモニア気化設備１６の過熱器１９及び気化器１８で使用する熱源として、第１の発電施設２の中圧蒸気タービン８ｂから排出される中圧排蒸気を用いることで、少量の中圧排蒸気を用いて効率良くアンモニアを気化及び過熱することができる。
この結果、過熱アンモニアガスによるアンモニアタービン２０の出力を高めることができる。
【0050】
さらに、図１又は図２に示す第１の発電施設２及び第２の発電施設３が上記のように構成される場合は、第１の発電施設２の低圧蒸気タービン８ｃの関連機器から生じる温水（第２の温水）を、第２の発電施設３におけるアンモニア気化設備１６の予熱器１７に供給する温水供給ラインＬ２（図１及び図２中の配管Ｌｗにおいて一点鎖線を併記した部分）を備えていてもよい（任意選択構成要素）。
なお、温水供給ラインＬ２における第２の温水としては、例えば図１又は図２に示される第１の発電施設２の低圧蒸気タービン８ｃの下流側に設けられる復水器１１（熱交換器）及び／又は熱交換器１２において生じる熱交換後の温水を使用することができる。より具体的には、第２の温水として、例えば第１の発電施設２の低圧蒸気タービン８ｃ側の給水や、給水加熱器ドレン等を使用することができる。
また、上記第２の温水とは別に、あるいはこの第２の温水に加えて、第２の発電施設３におけるアンモニア気化設備１６の気化器１８又はその関連機器から生じる温水（第１の温水）を予熱器１７に供給するラインを設けて、このラインを温水供給ラインＬ２として用いてもよい（図示せず）。
なお、上記第１の温水としては、例えば気化器ドレン等があげられる。
そして、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂが先の中圧排蒸気供給ラインＬ１に加えて温水供給ラインＬ２を備える場合は、第１の発電施設２において環境中に廃棄される排熱を液体アンモニアの気化（より詳細には予熱）に有効活用することができる。
なお、温水供給ラインＬ２における第２の温水としては、例えば図１又は図２に示される第１の発電施設２の低圧蒸気タービン８ｃの下流側に設けられる復水器１１（熱交換器）及び／又は熱交換器１２において生じる熱交換後の温水を使用することができる。より具体的には、第２の温水として、例えば第１の発電施設２の低圧蒸気タービン８ｃ側の給水や、給水加熱器ドレン等を使用することができる。
また、上記第２の温水とは別に、あるいはこの第２の温水に加えて、第２の発電施設３におけるアンモニア気化設備１６の気化器１８又はその関連機器から生じる温水（第１の温水）を予熱器１７に供給するラインを設けて、このラインを温水供給ラインＬ２として用いてもよい（図示せず）。
なお、上記第１の温水としては、例えば気化器ドレン等があげられる。
そして、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂが先の中圧排蒸気供給ラインＬ１に加えて温水供給ラインＬ２を備える場合は、第１の発電施設２において環境中に廃棄される排熱を液体アンモニアの気化（より詳細には予熱）に有効活用することができる。
【0051】
なお、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂでは、発明の技術内容が理解されやすいよう、第１の発電施設２が高圧蒸気タービン８ａ、中圧蒸気タービン８ｂ及び低圧蒸気タービン８ｃをそれぞれ１基ずつ備える場合を例にあげて説明しているが、高圧蒸気タービン８ａ、中圧蒸気タービン８ｂ及び低圧蒸気タービン８ｃをそれぞれ複数基ずつ備えていてもよい（任意選択構成要素）。
また、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂでは、必要に応じて第１の発電施設２のアンモニアタービン２０を複数基備えていてもよい（任意選択構成要素）。
いずれの場合も、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂによる効果と同様の作用・効果を奏する。
また、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂでは、必要に応じて第１の発電施設２のアンモニアタービン２０を複数基備えていてもよい（任意選択構成要素）。
いずれの場合も、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂによる効果と同様の作用・効果を奏する。
【0052】
なお、上述の本実施形態又はその変形例では、アンモニアタービン２０を駆動するタービン駆動流体がアンモニアガス（過熱アンモニアガス）である場合を例に挙げて説明しているが、このタービン駆動流体はアンモニアの超臨界流体でもよい（任意選択構成要素）。
この場合は、先の図１及び図２に示すアンモニア気化設備１６に代えて、液体アンモニアを加熱（排蒸気の余熱）及び加圧（ポンプ等の動力）してアンモニアの超臨界流体を生成するエネルギー付加設備（図示せず）を備える。
さらに、このエネルギー付加設備において生成されるアンモニアの超臨界流体は、アンモニアタービン２０において気化する。
この場合も、上述の本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂによる効果と同様の作用・効果を奏する。
なお、タービン駆動流体としてアンモニアの超臨界流体を用いる場合のアンモニアの圧力は、エクセルギー収支を考慮してアンモニアの臨界圧である１１.２～１６ＭＰａＧにすることが望ましい（図４Ｂを参照）。
この場合は、先の図１及び図２に示すアンモニア気化設備１６に代えて、液体アンモニアを加熱（排蒸気の余熱）及び加圧（ポンプ等の動力）してアンモニアの超臨界流体を生成するエネルギー付加設備（図示せず）を備える。
さらに、このエネルギー付加設備において生成されるアンモニアの超臨界流体は、アンモニアタービン２０において気化する。
この場合も、上述の本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂによる効果と同様の作用・効果を奏する。
なお、タービン駆動流体としてアンモニアの超臨界流体を用いる場合のアンモニアの圧力は、エクセルギー収支を考慮してアンモニアの臨界圧である１１.２～１６ＭＰａＧにすることが望ましい（図４Ｂを参照）。
【0053】
［４；本発明の効果を確認するためのシミュレーションについて］
本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂによる効果を確認する目的で行ったシミュレーションについて図５乃至図１４を参照しながら説明する。
＜４－１；シミュレーションの設定条件等について＞
先の図１に示す第１の発電施設２に対応する簡易タイプの火力発電施設をモデル（下記図５を参照、以下単に「簡易モデル」ともいう）にするとともに、そのボイラー設備４の燃焼部５に供給する液体アンモニアの気化方法を以下に示す５種類（比較例１、２及び実施例１～３）に設定して、エクセルギー収支をシミュレーションした。
また、本シミュレーションはＡｓｐｅｎＴｅｃｈ社製の「ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ Ｖ１４」により行った。
なお、このシミュレーションにおけるエクセルギー収支の算出方法は、先の（式３）と同じである。ただし、以下に示すそれぞれのケースにおいて液体アンモニアを加圧しない場合は、先の（式３）における「ポンプの所要動力(直線１)」の値はゼロになる。
さらに、シミュレーションした５種類のケース（比較例１、２及び実施例１～３）の設定内容及び共通条件を下表１に示した。
また、図５は下記５種類のケース（比較例１、２及び実施例１～３）に共通する火力発電施設の簡易モデル（先の図１における第１の発電施設２に対応）の概要を示す図である。さらに、図６は比較例１のシミュレーションモデルの概要を示す図である。また、図７は比較例２のシミュレーションモデルの概要を示す図である。加えて、図８は実施例１のシミュレーションモデルの概要を示す図である。そして、図９は実施例２のシミュレーションモデルの概要を示す図である。また、図１０は実施例３のシミュレーションモデルの概要を示す図である。
なお、図８乃至図１０に示す各シミュレーションモデルにおいて、アンモニアガスタービン（先の図１及び図２におけるアンモニアタービン２０に相当）から排出される排アンモニアガスの送給先が単に「ボイラーへ」と表示されているが、これはシミュレーションのためボイラーの加熱セクションが「節炭器」、「加熱器」、「再熱器」に分けられているためである。
また、このシミュレーションは、完全にガス化したアンモニアでタービンを駆動させることを前提としているため、先の図１及び図２に示すアンモニアタービン２０に相当する構成を特に「アンモニアガスタービン」としている。
本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂによる効果を確認する目的で行ったシミュレーションについて図５乃至図１４を参照しながら説明する。
＜４－１；シミュレーションの設定条件等について＞
先の図１に示す第１の発電施設２に対応する簡易タイプの火力発電施設をモデル（下記図５を参照、以下単に「簡易モデル」ともいう）にするとともに、そのボイラー設備４の燃焼部５に供給する液体アンモニアの気化方法を以下に示す５種類（比較例１、２及び実施例１～３）に設定して、エクセルギー収支をシミュレーションした。
また、本シミュレーションはＡｓｐｅｎＴｅｃｈ社製の「ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ Ｖ１４」により行った。
なお、このシミュレーションにおけるエクセルギー収支の算出方法は、先の（式３）と同じである。ただし、以下に示すそれぞれのケースにおいて液体アンモニアを加圧しない場合は、先の（式３）における「ポンプの所要動力(直線１)」の値はゼロになる。
さらに、シミュレーションした５種類のケース（比較例１、２及び実施例１～３）の設定内容及び共通条件を下表１に示した。
また、図５は下記５種類のケース（比較例１、２及び実施例１～３）に共通する火力発電施設の簡易モデル（先の図１における第１の発電施設２に対応）の概要を示す図である。さらに、図６は比較例１のシミュレーションモデルの概要を示す図である。また、図７は比較例２のシミュレーションモデルの概要を示す図である。加えて、図８は実施例１のシミュレーションモデルの概要を示す図である。そして、図９は実施例２のシミュレーションモデルの概要を示す図である。また、図１０は実施例３のシミュレーションモデルの概要を示す図である。
なお、図８乃至図１０に示す各シミュレーションモデルにおいて、アンモニアガスタービン（先の図１及び図２におけるアンモニアタービン２０に相当）から排出される排アンモニアガスの送給先が単に「ボイラーへ」と表示されているが、これはシミュレーションのためボイラーの加熱セクションが「節炭器」、「加熱器」、「再熱器」に分けられているためである。
また、このシミュレーションは、完全にガス化したアンモニアでタービンを駆動させることを前提としているため、先の図１及び図２に示すアンモニアタービン２０に相当する構成を特に「アンモニアガスタービン」としている。
【0054】
【表1】
【0055】
＜４－２；シミュレーション結果について＞
・４－２－１；１ｔのアンモニアガスを得るのに必要な蒸気量について
図１１は比較例１、２及び実施例１～３の各シミュレーションモデルにおいて１ｔのアンモニアガスを生成するのに必要な蒸気量を示すグラフである。
図１１に示すように、復水器の蒸気を利用して液体アンモニアを気化させる比較例２以外は全て、蒸気タービンの稼働に用いられる蒸気（熱エネルギー）を液体アンモニアの気化に使用している。
つまり、液体アンモニアを気化させる目的で蒸気タービンを稼働させる蒸気の一部を転用する場合（比較例１、実施例１～３）は、蒸気タービンの出力低下が不可避であることを意味する。
他方、復水器の蒸気を利用して液体アンモニアを気化させる比較例２では、蒸気タービンの出力低下は問題にならないが、気化できる液体アンモニアの量に制限がある。
・４－２－１；１ｔのアンモニアガスを得るのに必要な蒸気量について
図１１は比較例１、２及び実施例１～３の各シミュレーションモデルにおいて１ｔのアンモニアガスを生成するのに必要な蒸気量を示すグラフである。
図１１に示すように、復水器の蒸気を利用して液体アンモニアを気化させる比較例２以外は全て、蒸気タービンの稼働に用いられる蒸気（熱エネルギー）を液体アンモニアの気化に使用している。
つまり、液体アンモニアを気化させる目的で蒸気タービンを稼働させる蒸気の一部を転用する場合（比較例１、実施例１～３）は、蒸気タービンの出力低下が不可避であることを意味する。
他方、復水器の蒸気を利用して液体アンモニアを気化させる比較例２では、蒸気タービンの出力低下は問題にならないが、気化できる液体アンモニアの量に制限がある。
【0056】
・４－２－２；各流体の比エクセルギーについて
図１２は各流体の比エクセルギーを示すグラフである。また、図１３は比較例１、２及び実施例１～３の各シミュレーションモデルにおける総発電量の推算結果を示すグラフである。
なお、図１３に示すシミュレーションモデル毎の総発電量の推算には、図１２に示す各流体の比エクセルギーの推算値を用いた。また、図１２に示す各流体の比エクセルギーの算出に用いた参照環境設定を以下の表２に示した。なお、各流体の比エクセルギーの推算は、アメリカ 国立標準技術研究所（ＮＳＩＴ）の「ＲＥＦＰＲＯＰ Ｖｅｒｓｉｏｎ １０」により行った。
図１２は各流体の比エクセルギーを示すグラフである。また、図１３は比較例１、２及び実施例１～３の各シミュレーションモデルにおける総発電量の推算結果を示すグラフである。
なお、図１３に示すシミュレーションモデル毎の総発電量の推算には、図１２に示す各流体の比エクセルギーの推算値を用いた。また、図１２に示す各流体の比エクセルギーの算出に用いた参照環境設定を以下の表２に示した。なお、各流体の比エクセルギーの推算は、アメリカ 国立標準技術研究所（ＮＳＩＴ）の「ＲＥＦＰＲＯＰ Ｖｅｒｓｉｏｎ １０」により行った。
【表2】
【0057】
図１２に示すように、過熱アンモニアガス（昇圧過熱気化ＮＨ３）は、中圧（蒸気）タービン稼働用蒸気（３００ｋＰａＧ蒸気）とほぼ同等の比エクセルギーを有する。
このため、図１３に示すように、中圧（蒸気）タービン稼働用蒸気（３００ｋＰａＧ蒸気）の余熱を用いて生成した過熱アンモニアガス（昇圧過熱気化ＮＨ３）によりアンモニアガスタービン（ＮＨ３タービン）を稼働することで、火力発電施設の簡易モデルにおける中圧（蒸気）タービンの出力損失を補うことができる。
このため、図１３に示すように、中圧（蒸気）タービン稼働用蒸気（３００ｋＰａＧ蒸気）の余熱を用いて生成した過熱アンモニアガス（昇圧過熱気化ＮＨ３）によりアンモニアガスタービン（ＮＨ３タービン）を稼働することで、火力発電施設の簡易モデルにおける中圧（蒸気）タービンの出力損失を補うことができる。
【0058】
・４－２－３；アンモニアガス１ｔ当たりのエクセルギー収支について
図１４は比較例１、２及び実施例１～３の各シミュレーションモデルにおけるアンモニアガス１ｔ当たりのエクセルギー収支の推算結果を示すグラフである。
図１４に示すように、気化したアンモニアガスをさらに過熱アンモニアガスにしてアンモニアガスタービンを稼働させる実施例１～３では、エクセルギー収支がプラスになった。
図１４は比較例１、２及び実施例１～３の各シミュレーションモデルにおけるアンモニアガス１ｔ当たりのエクセルギー収支の推算結果を示すグラフである。
図１４に示すように、気化したアンモニアガスをさらに過熱アンモニアガスにしてアンモニアガスタービンを稼働させる実施例１～３では、エクセルギー収支がプラスになった。
【0059】
・４－２－４；まとめ
したがって、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂによれば、第１の発電施設２の蒸気タービン８（特に中圧蒸気タービン８ｂ）を稼働させる蒸気の一部を利用して、液体アンモニアからタービン駆動流体である過熱アンモニアガスを生成し、この過熱アンモニアガスによりアンモニアタービン２０を稼働させ、さらにその排アンモニアガスを燃焼用の燃料として用いることで、アンモニアの気化（及び過熱）に伴う第１の発電施設２の出力低下を、第２の発電施設３の発電により補うことができる。
したがって、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂ、並びに第２の発電施設３におけるタービン駆動流体がアンモニアの超臨界流体である本発明に係る複合発電システムによれば、多量の燃料用のアンモニアガスをその気化時のエネルギー損失を抑制しながら生成することができる。
したがって、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂによれば、第１の発電施設２の蒸気タービン８（特に中圧蒸気タービン８ｂ）を稼働させる蒸気の一部を利用して、液体アンモニアからタービン駆動流体である過熱アンモニアガスを生成し、この過熱アンモニアガスによりアンモニアタービン２０を稼働させ、さらにその排アンモニアガスを燃焼用の燃料として用いることで、アンモニアの気化（及び過熱）に伴う第１の発電施設２の出力低下を、第２の発電施設３の発電により補うことができる。
したがって、本実施形態に係る複合発電システム１Ａ又は変形例に係る複合発電システム１Ｂ、並びに第２の発電施設３におけるタービン駆動流体がアンモニアの超臨界流体である本発明に係る複合発電システムによれば、多量の燃料用のアンモニアガスをその気化時のエネルギー損失を抑制しながら生成することができる。
【産業上の利用可能性】
【0060】
以上説明したように本発明は、液体アンモニアを加熱して多量の燃焼用のアンモニアガスを生成することができ、かつそのために発電施設における発電用の熱エネルギーを転用してもその発電施設の発電出力の低下を抑制できる複合発電システム及びその方法であり、発電施設や化学プラント等の複合施設に関する技術分野において利用可能である。
【符号の説明】
【0061】
１Ａ、１Ｂ…複合発電システム ２…第１の発電施設 ３…第２の発電施設 ４…ボイラー設備 ５…燃焼部 ６…燃料供給装置 ７、７ａ、７ｂ…蒸気生成器 ８…蒸気タービン ８ａ…高圧蒸気タービン ８ｂ…中圧蒸気タービン ８ｃ…低圧蒸気タービン ９…第１の発電機 １０…補水設備 １１…復水器（熱交換器） １２…熱交換器 １３…熱交換器 １４…脱気器 １５…貯蔵設備 １６…アンモニア気化設備（エネルギー付加設備） １７…予熱器 １８…気化器 １９…過熱器 ２０…アンモニアタービン ２１…第２の発電機 ２２…任意の設備 ２３…燃焼部 Ｌｗ…蒸気送給配管 Ｌ１…中圧排蒸気供給ライン Ｌ２…温水供給ライン Ｌａ…アンモニア送給ライン Ｐ１～Ｐ３…ポンプ Ｐ４…加圧設備
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
