報告書番号

M12004

タイトル（和文）

広負荷範囲におけるSOFC発電システムの高効率運用方法と特性

タイトル（英文）

Methodology and Performance of High Efficiency SOFC System for Wide Range of Electric Power

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

固体酸化物形燃料電池（SOFC）とガスタービンの組み合わせについて、広い負荷でのシステム性能を解析した。システムの基準出力を約32,500kWとし、SOFC入口と出口温度の運転制約を考慮した。SOFCモジュールとガスタービンを組み合わせたケース０では、SOFC入口温度下限とガスタービンの空気量制約からシステム出力が制約された。出力範囲は約13,000-37,000kW、発電効率は50～54%となった。空気量を回転数により調整するケース1の場合、SOFC入口・出口間温度差の制約から最低負荷が限定された。出力範囲は約17,000-32,500kW、発電効率は48～54%となった。ケース２ではSOFCモジュールの半数を一定電流運用(定電流モジュール)としてガスタービンと組み合わせ、半数を広負荷範囲での運用(可変電流モジュール)として専用の空気圧縮機と組み合わせた。この場合、可変電流モジュールが低負荷でも発電効率は高く、定電流モジュールの出力も低下させる運用により、出力範囲は約13,000-46,000kW、発電効率は51～54%となった。

概要 （英文）

A system efficiency of a Solid Oxide Fuel Cell, SOFC, and a gas turbine, GT, combined system is analyzed for its wide range of electric power. An inlet and an outlet gas temperature of SOFC are considered as a limit of operate-able parameter; the base power is assumed to be 32,500kW.
An SOFC module and a conventional gas turbine are synthesized in case 0. The SOFC inlet temperature bounds the minimum output power whereas a controllability of an air flow rate of the GT regulates the maximum output power. The power output range is about 13,000-47,000kW and the efficiency of the system estimated to be 50-54%.
In case 1, the amount of air required in the SOFC module is managed by a rotation speed of the air compressor. The temperature difference between inlet and outlet of SOFC rises with the decrease of the operating current density; the upper limit of the temperature difference obstructs minimization of the electric power. The power range is 17,000-32,500kW and the efficiency calculated to be 48-54%.
In case 2, a constant current density operated SOFC module, CC module, and variable current density operated SOFC module, VC module, is equipped in a pressure vessel; a SOFC size ratio of CC and VC module is 50% and 50%. The CC module has its gas turbine and the VC module has its individual air compressor. The efficiency is high during the power output of the VC module is low. The power decrease of CC module is responsible for the additional enlargement of electric power range. The power range is 13,000-46,000kW and efficiency is 51-54% in case 2.

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