CN108350807A - 压缩空气贮存发电装置及压缩空气贮存发电方法 - Google Patents

压缩空气贮存发电装置及压缩空气贮存发电方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108350807A
CN108350807A CN201680064564.9A CN201680064564A CN108350807A CN 108350807 A CN108350807 A CN 108350807A CN 201680064564 A CN201680064564 A CN 201680064564A CN 108350807 A CN108350807 A CN 108350807A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aforementioned
soc
compressed air
pressure accumulation
accumulation portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680064564.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108350807B (zh
Inventor
佐藤隆
松隈正树
猿田浩树
坂本佳直美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Publication of CN108350807A publication Critical patent/CN108350807A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108350807B publication Critical patent/CN108350807B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F02C6/16Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16Control of working fluid flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/213Heat transfer, e.g. cooling by the provision of a heat exchanger within the cooling circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/01Purpose of the control system
    • F05D2270/20Purpose of the control system to optimize the performance of a machine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301Pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0065Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

在本发明中,压缩空气贮存发电装置(2)具备:压缩机(10),与马达(30)机械地连接;第1蓄压罐(12),将来自压缩机(10)的压缩空气储存;膨胀机(14),用来自罐(12)的压缩空气驱动;发电机(28),与膨胀机(14)机械地连接;第1热交换器(18),在热媒与被从压缩机(10)向罐(12)供给的压缩空气之间进行热交换;第2热交换器(22),在热媒与被从罐(12)向膨胀机(14)供给的压缩空气之间进行热交换;压力传感器(13),检测罐(12)的SOC;SOC调整部(17、34a、34b、34c),调整SOC;以及控制装置(40)。控制装置(40)控制SOC调整部(17、34a、34b、34c),以使得满足要求电力,并且检测出的SOC处于最优SOC范围内。这样,在压缩空气贮存发电装置(2)中,SOC被控制成处于最优SOC范围内,所以能够提高运转效率。

Description

压缩空气贮存发电装置及压缩空气贮存发电方法
技术领域
本发明涉及压缩空气贮存发电装置及压缩空气贮存发电方法。
背景技术
作为使利用了可再生能量那样的不规则地变动的不稳定的能量的发电的输出平滑化的技术,蓄电池为代表性的装置,所述蓄电池在产生了剩余发电电力时将电储存,在电力不足时对电进行补偿。作为大容量蓄电池的例子,已知有钠硫电池、氧化还原流动电池、锂蓄电池及铅蓄电池等。这些电池均是化学性的二次电池,仅能够将储存的能量以电的形式输出。
此外,作为其它的平滑化的设备,已知被称作压缩空气贮存(CAES)的技术,所述压缩空气贮存(CAES)的技术在产生了剩余发电电力时,代替电而将从压缩机排放的压缩空气预先储存到蓄压罐中,在需要时利用空气涡轮发电机等再变换为电(专利文献1)。
专利文献
专利文献1:日本特表2013-512410号公报。
专利文献1那样的CAES发电装置关于贮存的压缩空气量没有做出特别的考虑。特别是,关于被称作SOC(填充状态,State Of Charge)的指标没有提示,所述SOC表示压缩空气相对于蓄压罐的允许压力值的填充比例。在CAES发电装置中,存在压缩机及膨胀机的运转效率为良好的最优SOC范围。在仅按照通常的充放电指令运转的情况下,有时不满足在最优SOC范围内的运转条件。此外,如果用尽蓄积在蓄压罐中的压缩空气,则不能应对新的放电指令,如果在蓄压罐中满填充了压缩空气,则不能应对新的充电指令。
发明内容
本发明的目标是由SOC的优化带来的压缩空气贮存发电装置的运转效率的提高。
本发明的第1技术方案提供一种压缩空气贮存发电装置,该压缩空气贮存发电装置具备:压缩机,与驱动机机械地连接,将空气压缩;第1蓄压部,将由前述压缩机压缩后的压缩空气储存;膨胀机,由从前述第1蓄压部供给的压缩空气驱动;发电机,与前述膨胀机机械地连接;第1热交换器,在热媒与从前述压缩机向前述第1蓄压部供给的压缩空气之间进行热交换;第2热交换器,在热媒与从前述第1蓄压部向前述膨胀机供给的压缩空气之间进行热交换;SOC检测部,检测前述第1蓄压部的SOC;SOC调整部,调整前述第1蓄压部的SOC;控制装置,控制前述SOC调整部,以使得满足要求电力,并且由前述SOC检测部检测出的SOC处于最优SOC范围内。
根据该结构,由SOC调整部调整SOC而在最优SOC范围内运转,从而能够提高运转效率。这里,SOC指的是表示压缩空气相对于第1蓄压部的允许压力值的填充比例的值。SOC为0%时表示在第1蓄压部中不存在能够有效用于发电的压缩空气的状态,SOC为100%时表示压缩空气被填充到第1蓄压部的允许压力值的状态。此外,要求电力指的是由利用发电机发电的电力的需求目标作为需要量要求的电力。特别是,在驱动机是利用由不规则地变动的可再生能量发电的电力的电动机等的情况下,也可以使不规则地变动的电力平准化。
前述SOC调整部优选的是具备:蓄热部,与前述第1热交换器及前述第2热交换器流体性地连接,贮存热媒;加热部,将前述蓄热部内的热媒加热。
通过设置蓄热部和加热部,能够不浪费为了SOC的调整而发电的电力,能够由加热部将电力变换为热能而用蓄热部贮存。
也可以是,前述控制装置在前述第1蓄压部的SOC比前述最优SOC范围大的情况下,将前述第1蓄压部的压缩空气向前述膨胀机供给,驱动前述发电机而发电,将前述发电机的发电电力向前述加热部供给。此外,也可以是,在前述第1蓄压部的SOC比前述最优SOC范围小的情况下,由前述驱动机制造压缩空气,向前述第1蓄压部供给。
通过这样做,能够提供利用了加热部的SOC的调整的具体的方法。
前述SOC调整部优选具备第2蓄压部。
通过设置第2蓄压部,能够调整第1蓄压部的SOC。
首先,在第1蓄压部的SOC比最优SOC范围大的情况下,向第2蓄压部供给压缩空气,而使第1蓄压部的SOC不会增加。此外,在发电时将第1蓄压部的压缩空气向膨胀机供给,使第1蓄压部的SOC减小。在第1蓄压部的内压比第2蓄压部的内压高的情况下,将第1蓄压部的压缩空气向第2蓄压部供给,使第1蓄压部的SOC减小。
接着,在SOC比最优SOC范围小的情况下,向第1蓄压部供给压缩空气,使SOC增加。此外,在发电时将第2蓄压部的压缩空气向膨胀机供给,而使第1蓄压部的SOC不会减小。在第1蓄压部的内压比第2蓄压部的内压低的情况下,将第2蓄压部的压缩空气向第1蓄压部供给,使第1蓄压部的SOC增加。
也可以是,前述控制装置在前述第1蓄压部的SOC比前述最优SOC范围大的情况下,向前述第2蓄压部供给压缩空气,将前述第1蓄压部的压缩空气向前述膨胀机供给,在前述第1蓄压部的内压比前述第2蓄压部的内压高的情况下,将前述第1蓄压部的压缩空气向前述第2蓄压部供给。此外,也可以是,在前述第1蓄压部的SOC比前述最优SOC范围小的情况下,向前述第1蓄压部供给压缩空气,将前述第2蓄压部的压缩空气向前述膨胀机供给,在前述第1蓄压部的内压比前述第2蓄压部的内压低的情况下,将前述第2蓄压部的压缩空气向前述第1蓄压部供给。
通过这样做,能够提供利用了第2蓄压部的SOC的调整的具体的方法。
也可以是,前述SOC调整部具备放气阀,所述放气阀用来从前述第1蓄压部将压缩空气放气;前述控制装置在前述第1蓄压部的SOC比前述最优SOC范围大的情况下,将前述放气阀开阀,从前述第1蓄压部将压缩空气放气。
通过用放气阀从第1蓄压部将压缩空气放气,能够以简单的结构使第1蓄压部的SOC减小以使SOC处于最优SOC范围内。在此情况下,由于能够不驱动膨胀机而减小第1蓄压部的SOC,所以不由发电机发电,不产生剩余电力。
优选的是,前述控制装置不论要求电力如何,在由前述SOC检测部检测出的SOC处于规定的高范围内的情况下,控制前述SOC调整部而使SOC下降,在由前述SOC检测部检测出的SOC处于规定的低范围内的情况下,控制前述SOC调整部而使SOC增加。
借助这样的SOC控制,能够防止第1蓄压部到达容量上限而不能够进一步蓄压,并且能够防止第1蓄压部到达容量下限而不能够进一步发电。这里,规定的高范围的上限可以确定为第1蓄压部的允许压力值。可以确定规定的高范围的下限,使得在由SOC检测部检测出SOC到达上限附近而开始使SOC下降的调整后,即使因SOC检测部或SOC调整部的响应延迟而第1蓄压部的压力上升,第1蓄压部的压力也不会上升到上限。此外,规定的低范围的下限可以确定为在第1蓄压部中不存在能够有效地用于发电的压缩空气的状态。可以确定规定的低范围的上限,使得在由SOC检测部检测到SOC到达了下限附近而开始使SOC增加的调整后,即使因SOC检测部或SOC调整部的响应延迟而第1蓄压部的压力下降,也不会成为在第1蓄压部中不存在能够有效地用于发电的压缩空气的状态。
本发明的第2技术方案提供一种压缩空气贮存发电方法,该压缩空气贮存发电方法将空气压缩;将在前述压缩的工序中升温的压缩空气冷却;将前述冷却后的压缩空气贮存于第1蓄压部;进行调整以使前述第1蓄压部的SOC处于最优SOC范围内;将前述贮存的压缩空气加热;通过使前述加热后的压缩空气膨胀而进行发电。
根据本发明,在压缩空气贮存发电装置中,由SOC调整部调整SOC而在最优SOC范围内运转,从而能够提高运转效率。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的压缩空气贮存发电装置的概略结构图。
图2是表示SOC与运转效率的关系的曲线图。
图3是本发明的第2实施方式所涉及的压缩空气贮存发电装置的概略结构图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)
图1是压缩空气贮存(CAES:compressed air energy storage)发电装置2的概略结构图。CAES发电装置2使从风力发电站或太阳光发电站等利用可再生能量的发电站6经由受送电设备8供给来的电力平滑化,向需求目标的电力系统4输出电力,所述受送电设备8由变压器等构成。
参照图1,说明CAES发电装置2的结构。
CAES发电装置2具备由虚线表示的空气路径和由实线表示的热媒路径。在空气路径中,主要设置有压缩机10、第1蓄压罐(第1蓄压部)12和膨胀机14,这些装置由空气配管16a~16d流体性地连接,空气在其内部流动。在热媒路径中,主要设置有第1热交换器18、热媒罐20和第2热交换器22,这些装置由热媒配管24流体性地连接,热媒在其内部流动。
首先,参照图1对空气路径进行说明。在空气路径中,通过安装有吸气过滤器26的空气配管16a被吸入的空气由压缩机10压缩,被贮存到第1蓄压罐12中。贮存在第1蓄压罐12中的压缩空气被向膨胀机14供给,用于发电机28的发电。
压缩机10被机械地连接的马达(驱动机)30驱动。由发电站6发电的电力经由转换器32a及变换器34a被向马达30供给,由该电力驱动马达30,压缩机10进行工作。以后,将从发电站6向马达30供给的电力称作输入电力。压缩机10的排放口10b通过空气配管16b与第1蓄压罐12流体性地连接。压缩机10如果被马达30驱动,则通过空气配管16a从吸气口10a将空气吸气,压缩而从排放口10b排放,向第1蓄压罐12压送压缩空气。压缩机10在本实施方式中是螺旋式,但也可以是涡轮式、涡旋式及往复式等。此外,在本实施方式中压缩机10的数量是1台,但也可以并列地设置多台。
第1蓄压罐12将从压缩机10压送来的压缩空气贮存。即,在第1蓄压罐12中,能够以压缩空气的方式蓄积能量。第1蓄压罐12通过空气配管16c与膨胀机14流体性地连接,由第1蓄压罐12贮存的压缩空气通过空气配管16c被向膨胀机14供给。但是,第1蓄压罐12通常为大容量,所以与外界气体隔热从成本的观点看是困难的。因而,压缩空气的贮存温度为了避免因大气释放带来的热损失,设定为与大气温度相同程度、或者稍高或稍低。在第1蓄压罐12上设置有压力传感器(SOC检测部)13,能够测量内部的压缩空气的压力,能够确认第1蓄压罐12的SOC。这里,SOC指的是表示压缩空气相对于第1蓄压部的允许压力值的填充比例。SOC为0%时表示在第1蓄压部中不存在能够有效用于发电的压缩空气的状态,SOC为100%时表示压缩空气被填充到第1蓄压部的允许压力值的状态。在从第1蓄压罐12向膨胀机14延伸的空气配管16c中,设置有用来允许或切断压缩空气的流动的阀17。通过将阀17开闭,能够变更是否向膨胀机14供给压缩空气。
膨胀机14机械地连接有发电机28。被从供气口14a供给了压缩空气的膨胀机14借助被供给的压缩空气而工作,将发电机28驱动。发电机28被电连接在外部的电力系统4上(参照图1的单点划线),由发电机28发电的电力(以后称作发电电力)经由变换器32b及转换器34b被向需求目标的电力系统4供给。此外,由膨胀机14膨胀后的空气从排气口14b通过空气配管16d向外部经由排气消音器36排出。膨胀机14在本实施方式是螺旋式,但也可以是涡轮式、涡旋式及往复式等。此外,在本实施方式中膨胀机14的数量是1台,但也可以并列地设置多台。
接着,对热媒路径进行说明。在热媒路径中,在第1热交换器18中将由压缩机10产生的热回收到热媒中。热回收后的热媒被贮存到热媒罐20中,从热媒罐20向第2热交换器22供给,在第2热交换器22中将热向由膨胀机14膨胀前的压缩空气返回。在第2热交换器22中热交换而降温后的热媒被向热媒返回罐38供给。并且,从热媒返回罐38向第1热交换器18再次供给热媒,这样地循环热媒。这里,热媒的种类没有被特别限定,例如可以使用矿物油或乙二醇系的热媒。
在第1热交换器18中,在空气配管16b内的压缩空气与热媒配管24内的热媒之间进行热交换,将由压缩机10产生的压缩热回收到热媒中,所述空气配管16b将压缩机10与第1蓄压罐12流体性地连接。即,在第1热交换器18中,压缩空气的温度下降,热媒的温度上升。这里,升温后的热媒通过热媒配管24被向热媒罐20供给。
在从第1热交换器18到热媒罐20的热媒配管24中,设置有用来使热媒流动的泵25。借助泵25,热媒在热媒配管24内循环。
热媒罐20是被与大气隔热的隔热材覆盖了周围的钢制罐。在热媒罐20中,贮存由第1热交换器18升温后的热媒。在热媒罐20上,设置有用来将内部的热媒加热的加热器(加热部)21。加热器21经由变换器32b、转换器34b及电力调整器34c与发电机28电连接,利用发电机28的发电电力进行动作。贮存在热媒罐20中的热媒通过热媒配管24被向第2热交换器22供给。
在第2热交换器22中,在空气配管16c内的压缩空气与热媒配管24内的热媒之间进行热交换,在由膨胀机14进行的膨胀之前将压缩空气加热,所述空气配管16c将第1蓄压罐12和膨胀机14流体性地连接。即,在第2热交换器22中,压缩空气的温度上升,热媒的温度下降。在第2热交换器22中降温后的热媒通过热媒配管24被向热媒返回罐38供给。
热媒返回罐38将由第2热交换器22热交换而降温后的热媒贮存。因而,热媒返回罐38内的热媒通常与热媒罐20内的热媒相比温度较低。贮存在热媒返回罐38中的热媒通过热媒配管24被向第1热交换器18供给。
在从热媒返回罐38向第1热交换器18延伸的热媒配管24中,设置有热媒冷却器42。本实施方式的热媒冷却器42是热交换器,在热媒配管24内的热媒与从外部供给的冷却水之间进行热交换,使热媒的温度下降,所述热媒配管24从热媒返回罐38向第1热交换器18延伸。借助热媒冷却器42,能够将向第1热交换器18流入的热媒的温度维持为规定的温度,所以能够稳定地进行第1热交换器18中的热交换,能够提高充放电效率。
此外,CAES发电装置2具备控制装置40。控制装置40由硬件和安装在该硬件中的软件构建,所述硬件包括序列发生器等。控制装置40接受与来自发电站6的发电的电力对应的充电指令Lc、与来自电力系统4的要求电力对应的放电指令Lg、以及来自压力传感器13的压力测量值。控制装置40根据来自压力传感器13的压力测量值计算第1蓄压罐12的SOC,基于计算出的SOC,对阀17、马达30的变换器34a、发电机28的转换器34b和加热器21的电力调整器34c进行控制。控制装置40一边满足上述的充放电指令Lc、Lg,特别是一边满足来自电力系统4的要求电力,一边使SOC增减来调整成最优SOC范围内。因而,本实施方式的阀17、变换器34a、转换器34b和电力调整器34c被包括在本发明的SOC调整部中。
参照图2,最优SOC范围指的是压缩机10及膨胀机14的运转效率良好的SOC的范围。根据第1蓄压罐12内的压缩空气的填充量,运转效率发生变化。图2的横轴表示第1蓄压罐12的SOC,纵轴表示运转效率,在本实施方式中,例如从50%到70%左右的范围是最优SOC范围,该范围的运转效率较高。因而,调整SOC以处于最优SOC范围内而进行运转从运转效率的观点来看有效果的。
参照图1,在SOC比最优SOC范围大的情况下,打开阀17,将第1蓄压罐12的压缩空气向膨胀机14供给,驱动发电机28来发电,使SOC减少。这里,在包含要求电力的满足的发电时,也可以控制转换器34b而提高发电负荷,较多地使用压缩空气。发电机28的发电电力被供给到加热器21中,由加热器21将热媒罐20内的热媒加热,以热能的方式储存能量。此外,也可以将设置在第1蓄压罐12上的放气阀11开阀,将第1蓄压罐12内的空气放气而使SOC减小。在此情况下,放气阀11被包括在本发明的SOC调整部中。
在SOC比最优SOC范围小的情况下,使用来自发电站6的充电指令Lc中的剩余的输入电力,由压缩机10制造压缩空气,向第1蓄压罐12供给,使SOC增加。在不存在来自发电站6的剩余的输入电力的情况下,不能用该方法使SOC增加。但是,也可以在压缩时,控制变换器34a而降低压缩负荷,制造较多压缩空气。
这样,通过调整SOC而在最优SOC范围内运转,能够提高运转效率。此外,通过设置加热器21,能够不浪费为了使SOC减小而发电的电力,而由加热器21将电力变换为热能并贮存。
进而,控制装置40在SOC处于规定的高范围R1的情况下,控制上述的SOC调整部而使SOC下降,在SOC处于规定的低范围R2的情况下,控制上述的SOC调整部而使SOC增加。关于具体的SOC的增减方法,与上述是同样的。这里,规定的高范围R1的上限可以确定为第1蓄压罐12的允许压力值。可以确定规定的高范围R1的下限,以使得在压力传感器13检测到第1蓄压罐12的压力值到达上限附近而开始使SOC下降的调整后,即使因压力传感器13或SOC调整部的响应延迟而第1蓄压罐12的压力上升,第1蓄压罐12的压力也不会上升到上限。在本实施方式中,规定的高范围R1例如是SOC从90%到100%的范围。此外,规定的低范围R2的下限可以确定为在第1蓄压罐12中不存在能够有效用于发电的压缩空气的状态。可以确定规定的低范围R2的上限,以使得在由压力传感器13检测到压力到达下限附近而开始使SOC增加的调整后,即使因压力传感器13或SOC调整部的响应延迟而第1蓄压罐12的压力下降,第1蓄压罐12的压力也不会下降到下限。在本实施方式中,规定的低范围R2例如是SOC从0%到20%的范围。
借助这样的SOC控制,能够防止第1蓄压罐12到达容量上限而变得不能够进一步蓄压,并且能够防止第1蓄压罐12到达容量下限而不能够进一步发电。
此外,也可以是,作为第1实施方式的变形例,代替加热器21而具备未图示的蓄电装置。通过具备蓄电装置,从而与使用加热器21将能量作为热能储存同样,能够将为了使SOC减小而发电的发电电力作为电能储存在蓄电装置中。进而,如果将储存在蓄电装置中的电力向马达30供给而驱动压缩机10,则也能够使SOC增加。
(第2实施方式)
图3是第2实施方式的CAES发电装置2的概略结构图。本实施方式的CAES发电装置2关于从第1实施方式省略了加热器21、设置有第2蓄压罐44的部分以外的结构与图1的第1实施方式实质上是同样的。因而,关于与图1所示的结构同样的部分省略说明。
在本实施方式中,压缩机10的排放口10b通过空气配管16b与第1蓄压罐12及第2蓄压罐44流体性地连接。压缩机10如果被马达30驱动,则从吸气口10a将空气供气,压缩并从排放口10b排放,向第1蓄压罐12及第2蓄压罐44压送压缩空气。在从压缩机10向第1蓄压罐12及第2蓄压罐44延伸的空气配管16b中,分别设置有用来允许或切断压缩空气的流动的阀45a、45b。通过将阀45a、45b开闭,能够变更从压缩机10向第1蓄压罐12或第2蓄压罐44的哪个供给压缩空气。
第1蓄压罐12及第2蓄压罐44在空气路径中被并列地设置,将从压缩机10压送来的压缩空气贮存。在第2蓄压罐44中设置有压力传感器46,能够测量内部的压缩空气的压力。将测量出的压力值向控制装置40输出。第1蓄压罐12及第2蓄压罐44通过空气配管16c与膨胀机14流体性地连接,由第1蓄压罐12及第2蓄压罐44贮存的压缩空气通过空气配管16c被向膨胀机14供气。在从第1蓄压罐12及第2蓄压罐44向膨胀机14延伸的空气配管16c中,分别设置有用来允许或切断压缩空气的流动的阀45c、45d。通过将阀45c、45d开闭,能够变更从第1蓄压罐12或第2蓄压罐44的哪个向膨胀机14供给压缩空气。此外,第1蓄压罐12及第2蓄压罐44由空气配管16e直接连接。在空气配管16e中设置有阀45e,通过将阀45e打开,能够在第1蓄压罐12及第2蓄压罐44之间直接流通空气。
本实施方式的控制装置40接受来自压力传感器13、46的测量值而计算第1蓄压罐12的SOC,基于计算出的SOC,控制阀45a~45e,利用第2蓄压罐44使SOC增减,调整至最优SOC范围内。因而,本实施方式的第2蓄压罐44和阀45a~45e被包括在本发明的SOC调整部中。
在本实施方式的控制中,在SOC比最优SOC范围大的情况下,为了使SOC增加,将阀45b打开,将阀45a关闭,向第2蓄压罐44供给压缩空气。此外,为了使SOC减少,在发电时将阀45c打开,将阀45d关闭,将第1蓄压罐12的压缩空气向膨胀机14供给。在第1蓄压罐12的内压比第2蓄压罐44的内压高的情况下,也可以将阀45e打开而将第1蓄压罐12的压缩空气供给到第2蓄压罐44中。
在SOC比最优SOC范围小的情况下,为了使SOC增加,将阀45a打开,将阀45b关闭,向第1蓄压罐12供给压缩空气。此外,为了不使SOC减小,在发电时将阀45d打开,将阀45c关闭,将第2蓄压罐44的压缩空气向膨胀机14供给。在第1蓄压罐12的内压比第2蓄压罐44的内压低的情况下,也可以将阀45e打开而将第2蓄压罐44的压缩空气供给到第1蓄压罐12中。
在这里记载的各实施方式中,利用可再生能量的发电的对象能够以利用下述能量的发电对象的全部作为对象,该能量例如用风力、太阳光、太阳热、波力或潮力、流水或潮汐等自然的力恒常地(或反复地)补充,并且不规则地变动。此外,也可以是由于工厂内的其它消耗电力较大的设备而导致电力变动的情况。进而,如果不使用马达30而使用发动机机械等驱动机,则不需要输入电力。
根据以上内容,对本发明的具体的实施方式及其变形例进行了说明,但本发明并不限定于上述形态,能够在本发明的范围内进行各种变更而实施。例如,也可以将适当组合各个实施方式的内容的实施方式作为本发明的一实施方式。
附图标记说明
2 压缩空气贮存发电装置(CAES发电装置)
4 电力系统
6 发电站
8 受送电设备
10 压缩机
10a 吸气口
10b 排放口
11 放气阀(SOC调整部)
12 第1蓄压罐(第1蓄压部)
13 压力传感器(SOC检测部)
14 膨胀机
14a 供气口
14b 排气口
16a、16b、16c、16d、16e 空气配管
17 阀(SOC调整部)
18 第1热交换器
20 热媒罐
21 加热器(加热部)(SOC调整部)
22 第2热交换器
24 热媒配管
25 泵
26 吸气过滤器
28 发电机
30 马达(驱动机)
32a 转换器
32b 变换器
34a 变换器(SOC调整部)
34b 转换器(SOC调整部)
34c 电力调整器(SOC调整部)
36 排气消音器
38 热媒返回罐
40 控制装置
42 热媒冷却器
44 第2蓄压罐(第2蓄压部)(SOC调整部)
45a、45b、45c、45d、45e 阀(SOC调整部)
46 压力传感器。

Claims (10)

1.一种压缩空气贮存发电装置,所述压缩空气贮存发电装置的特征在于,
所述压缩空气贮存发电装置具备:
压缩机,与驱动机机械地连接,将空气压缩;
第1蓄压部,储存由前述压缩机压缩后的压缩空气;
膨胀机,由从前述第1蓄压部供给的压缩空气驱动;
发电机,与前述膨胀机机械地连接;
第1热交换器,在热媒与从前述压缩机向前述第1蓄压部供给的压缩空气之间进行热交换;
第2热交换器,在热媒与从前述第1蓄压部向前述膨胀机供给的压缩空气之间进行热交换;
SOC检测部,检测前述第1蓄压部的SOC;
SOC调整部,调整前述第1蓄压部的SOC;
控制装置,控制前述SOC调整部,以使得满足要求电力,并且由前述SOC检测部检测出的SOC处于最优SOC范围内。
2.如权利要求1所述的压缩空气贮存发电装置,其特征在于,
前述SOC调整部具备:蓄热部,与前述第1热交换器及前述第2热交换器流体性地连接,贮存热媒;以及加热部,将前述蓄热部内的热媒加热。
3.如权利要求2所述的压缩空气贮存发电装置,其特征在于,
前述控制装置在前述第1蓄压部的SOC比前述最优SOC范围大的情况下,将前述第1蓄压部的压缩空气向前述膨胀机供给,驱动前述发电机而发电,将前述发电机的发电电力向前述加热部供给。
4.如权利要求1或2所述的压缩空气贮存发电装置,其特征在于,
前述控制装置在前述第1蓄压部的SOC比前述最优SOC范围小的情况下,由前述驱动机制造压缩空气,向前述第1蓄压部供给。
5.如权利要求1或2所述的压缩空气贮存发电装置,其特征在于,
前述SOC调整部具备第2蓄压部。
6.如权利要求5所述的压缩空气贮存发电装置,其特征在于,
前述控制装置在前述第1蓄压部的SOC比前述最优SOC范围大的情况下,向前述第2蓄压部供给压缩空气,将前述第1蓄压部的压缩空气向前述膨胀机供给,在前述第1蓄压部的内压比前述第2蓄压部的内压高的情况下,将前述第1蓄压部的压缩空气向前述第2蓄压部供给。
7.如权利要求5所述的压缩空气贮存发电装置,其特征在于,
在前述第1蓄压部的SOC比前述最优SOC范围小的情况下,向前述第1蓄压部供给压缩空气,将前述第2蓄压部的压缩空气向前述膨胀机供给,在前述第1蓄压部的内压比前述第2蓄压部的内压低的情况下,将前述第2蓄压部的压缩空气向前述第1蓄压部供给。
8.如权利要求1或2所述的压缩空气贮存发电装置,其特征在于,
前述SOC调整部具备放气阀,所述放气阀用来从前述第1蓄压部将压缩空气放气;
前述控制装置在前述第1蓄压部的SOC比前述最优SOC范围大的情况下,将前述放气阀开阀,从前述第1蓄压部将压缩空气放气。
9.如权利要求1或2所述的压缩空气贮存发电装置,其特征在于,
前述控制装置不论要求电力如何,
在由前述SOC检测部检测出的SOC处于规定的高范围内的情况下,控制前述SOC调整部而使SOC下降,
在由前述SOC检测部检测出的SOC处于规定的低范围内的情况下,控制前述SOC调整部而使SOC增加。
10.一种压缩空气贮存发电方法,所述压缩空气贮存发电方法的特征在于,
将空气压缩;
将在前述压缩的工序中升温的压缩空气冷却;
将前述冷却后的压缩空气贮存于第1蓄压部;
进行调整以使前述第1蓄压部的SOC处于最优SOC范围内;
将前述贮存的压缩空气加热;
使前述加热后的压缩空气膨胀,从而进行发电。
CN201680064564.9A 2015-11-06 2016-10-20 压缩空气贮存发电装置及压缩空气贮存发电方法 Active CN108350807B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015218082A JP6419058B2 (ja) 2015-11-06 2015-11-06 圧縮空気貯蔵発電装置および圧縮空気貯蔵発電方法
JP2015-218082 2015-11-06
PCT/JP2016/081080 WO2017077867A1 (ja) 2015-11-06 2016-10-20 圧縮空気貯蔵発電装置および圧縮空気貯蔵発電方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108350807A true CN108350807A (zh) 2018-07-31
CN108350807B CN108350807B (zh) 2020-05-05

Family

ID=58661884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680064564.9A Active CN108350807B (zh) 2015-11-06 2016-10-20 压缩空气贮存发电装置及压缩空气贮存发电方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10526969B2 (zh)
EP (1) EP3372804B1 (zh)
JP (1) JP6419058B2 (zh)
CN (1) CN108350807B (zh)
WO (1) WO2017077867A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113169583A (zh) * 2018-12-14 2021-07-23 株式会社神户制钢所 压缩空气贮存发电装置以及压缩空气贮存发电方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE47647E1 (en) * 2008-04-26 2019-10-15 Timothy Domes Pneumatic mechanical power source
JP6705770B2 (ja) * 2017-04-21 2020-06-03 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電装置
JP2019173608A (ja) * 2018-03-27 2019-10-10 学校法人早稲田大学 圧縮空気貯蔵発電方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3831373A (en) * 1973-02-08 1974-08-27 Gen Electric Pumped air storage peaking power system using a single shaft gas turbine-generator unit
US4237692A (en) * 1979-02-28 1980-12-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Air ejector augmented compressed air energy storage system
JPH0742573A (ja) * 1993-07-30 1995-02-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧縮空気エネルギー貯蔵式電力平準化システム
US20040148922A1 (en) * 2003-02-05 2004-08-05 Pinkerton Joseph F. Thermal and compressed air storage system
CN101506469A (zh) * 2006-08-21 2009-08-12 韩国机械研究院 压缩空气储存发电系统以及使用该系统的发电方法
CN102953823A (zh) * 2011-08-16 2013-03-06 阿尔斯通技术有限公司 绝热的压缩空气能量储存器系统及方法
CN104040165A (zh) * 2011-11-05 2014-09-10 纳塞伯格能源有限责任公司 用于能量存储的装置和方法
CN104395583A (zh) * 2012-04-12 2015-03-04 诺沃皮尼奥内股份有限公司 压缩空气能量存储系统
DE102014101263B3 (de) * 2014-02-03 2015-07-02 Stephan Leyer Vorrichtung und Verfahren zum Speichern von Energie mit Hilfe von überkritischem Kohlendioxid

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3893300A (en) * 1973-04-30 1975-07-08 Nrg Inc External combustion engine and engine cycle
US4739620A (en) * 1980-09-04 1988-04-26 Pierce John E Solar energy power system
US4797563A (en) * 1987-07-24 1989-01-10 Richardson Timothy M Power plant
AU1936099A (en) * 1997-12-20 1999-07-12 Allied-Signal Inc. Peak compressor bleed pressure storage for extended fuel nozzle purging of a microturbine power generating system
US20070245735A1 (en) * 2001-05-15 2007-10-25 Daniel Ashikian System and method for storing, disseminating, and utilizing energy in the form of gas compression and expansion including a thermo-dynamic battery
US20110127004A1 (en) 2009-11-30 2011-06-02 Freund Sebastian W Regenerative thermal energy storage apparatus for an adiabatic compressed air energy storage system
US20140000275A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-02 Icr Turbine Engine Corporation Lng fuel handling for a gas turbine engine
JP6343587B2 (ja) * 2015-05-18 2018-06-13 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電方法及び圧縮空気貯蔵発電装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3831373A (en) * 1973-02-08 1974-08-27 Gen Electric Pumped air storage peaking power system using a single shaft gas turbine-generator unit
US4237692A (en) * 1979-02-28 1980-12-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Air ejector augmented compressed air energy storage system
JPH0742573A (ja) * 1993-07-30 1995-02-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧縮空気エネルギー貯蔵式電力平準化システム
US20040148922A1 (en) * 2003-02-05 2004-08-05 Pinkerton Joseph F. Thermal and compressed air storage system
CN101506469A (zh) * 2006-08-21 2009-08-12 韩国机械研究院 压缩空气储存发电系统以及使用该系统的发电方法
CN102953823A (zh) * 2011-08-16 2013-03-06 阿尔斯通技术有限公司 绝热的压缩空气能量储存器系统及方法
CN104040165A (zh) * 2011-11-05 2014-09-10 纳塞伯格能源有限责任公司 用于能量存储的装置和方法
CN104395583A (zh) * 2012-04-12 2015-03-04 诺沃皮尼奥内股份有限公司 压缩空气能量存储系统
DE102014101263B3 (de) * 2014-02-03 2015-07-02 Stephan Leyer Vorrichtung und Verfahren zum Speichern von Energie mit Hilfe von überkritischem Kohlendioxid

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113169583A (zh) * 2018-12-14 2021-07-23 株式会社神户制钢所 压缩空气贮存发电装置以及压缩空气贮存发电方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3372804A1 (en) 2018-09-12
US20180313267A1 (en) 2018-11-01
JP6419058B2 (ja) 2018-11-07
JP2017089443A (ja) 2017-05-25
CN108350807B (zh) 2020-05-05
US10526969B2 (en) 2020-01-07
WO2017077867A1 (ja) 2017-05-11
EP3372804B1 (en) 2022-03-30
EP3372804A4 (en) 2019-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107534315A (zh) 压缩空气储能发电方法及压缩空气储能发电装置
CN107532510B (zh) 压缩空气储能发电方法及压缩空气储能发电装置
CN107532511B (zh) 压缩空气储藏发电装置以及压缩空气储藏发电方法
CA2785004C (en) Compressed air energy storage system
CN108350807A (zh) 压缩空气贮存发电装置及压缩空气贮存发电方法
CN104220715B (zh) 利用来自内燃机的废热驱动co2捕集系统的co2压缩机的方法
CN102418623A (zh) 朗肯循环系统
CN108138652A (zh) 压缩空气储藏发电装置以及压缩空气储藏发电方法
CN106715869A (zh) 箱型压缩空气储藏发电装置
WO2017159149A1 (ja) 圧縮空気貯蔵発電装置
CN106091450B (zh) 智能化供能微网
CN109072815A (zh) 运用电化进气口和排气口的优化发动机控制
JP6817908B2 (ja) 圧縮空気貯蔵発電装置及び方法
CN110359973A (zh) 压缩机余能回收系统
CN109899217B (zh) 水气复合蓄能发电系统及方法
CN210371025U (zh) 间冷式空气储热储能海上风力发电系统
CN114810258B (zh) 一种压缩空气储能系统及热泵储电耦合系统
KR100872632B1 (ko) 하이브리드 차량용 유압식 회생제동 및 동력보조장치
CN118248024A (zh) 压缩空气储能实验系统
CN106917731A (zh) 一种低温差空气热能发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant