CN110506153B - 压缩空气储能发电装置及压缩空气储能发电方法 - Google Patents

Abstract

压缩空气储能发电装置（1）具备：马达（11），被输入电力驱动；压缩机（10），与马达机械地连接，将空气压缩；多个蓄压罐群（20A、20B、20C、20D），与压缩机流体地连接，储藏由压缩机压缩后的压缩空气；多个压力传感器（21A、21B、21C、21D），设置于蓄压罐群，测量蓄压罐群的压力；膨胀机（30），与蓄压罐群流体地连接，被从蓄压罐群供给的压缩空气驱动；发电机（31），与膨胀机机械地连接；以及控制部（40），基于由压力传感器测量出的各蓄压罐群的压力，在进行充电的情况下决定储藏压缩空气的蓄压罐群的顺序，在进行放电的情况下决定向膨胀机供给压缩空气的蓄压罐群的顺序。

Description

压缩空气储能发电装置及压缩空气储能发电方法

技术领域

本发明涉及压缩空气储能发电装置及压缩空气储能发电方法。

背景技术

专利文献1的压缩空气储能发电装置具有至少两个容量不同的罐。对于长周期和短周期的各变动电力分别使用容量不同的罐，使长周期和短周期的各变动电力均衡化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－34211号公报。

发明内容

发明要解决的课题

压缩空气储能发电装置的充放电效率根据在充电或放电中使用的蓄压罐的压缩空气的储藏量而变化。但是，在专利文献1中，当选择用于充电或放电的蓄压罐时，没有考虑蓄压罐的压缩空气的储藏量。

本发明的目的是提供一种能够提高充放电效率的压缩空气储能发电装置。

用来解决课题的手段

本发明的一技术方案提供一种压缩空气储能发电装置，具备：马达，被输入电力驱动；压缩机，与前述马达机械地连接，将空气压缩；多个蓄压罐，与前述压缩机流体地连接，储藏由前述压缩机压缩后的压缩空气；多个压力传感器，设置于前述蓄压罐，测量前述蓄压罐的压力；膨胀机，与前述蓄压罐流体地连接，被从前述蓄压罐供给的压缩空气驱动；发电机，与前述膨胀机机械地连接；以及控制部，基于由前述压力传感器测量出的各前述蓄压罐的压力，在进行充电的情况下决定储藏前述压缩空气的前述蓄压罐的顺序，在进行放电的情况下决定向前述膨胀机供给前述压缩空气的前述蓄压罐的顺序。

由于多个蓄压罐分别与压缩机及膨胀机流体地连接，所以能够对各个蓄压罐决定是否用于充电或放电。此外，由于在各个蓄压罐设置有压力传感器，所以对于各个蓄压罐知道压缩空气的储藏量。因此，通过基于各蓄压罐的压力决定用于充电或放电的蓄压罐，不论压缩空气储能发电装置整体的充放电效率如何，都能够提高充放电效率。

此外，由于多个蓄压罐分别与压缩机及膨胀机流体地连接，所以相比使用具有与压缩空气储能发电装置整体同样的压缩空气的储藏容量的一个蓄压罐的情况，能够减小每一个蓄压罐的压缩空气的储藏容量。因此，不需要制造大容量的蓄压罐，输送也变得容易，所以能够降低压缩空气储能发电装置的成本。进而，能够不使压缩空气储能发电装置整体停止而将各个蓄压罐修理或更换。

前述控制部也可以在具有比规定的基准压力低的压力的前述蓄压罐中，从压力较高的前述蓄压罐起按顺序储藏前述压缩空气。

在多个蓄压罐中，从为了使压力到达基准压力而需要的压缩空气的量较少者起按顺序储藏压缩空气，在短时间中压缩空气的储藏完成。因此，在短时间中得到更多的具有基准压力的蓄压罐。这里，所述的规定的基准压力，是蓄压罐的压缩空气的储藏量适当、能够效率良好地充电的状态的蓄压罐表示的压力。

前述控制部也可以在多个前述蓄压罐中从压力较高的前述蓄压罐起按顺序使用而向前述膨胀机供给前述压缩空气。

各前述蓄压罐也可以通过包含有储藏侧阀的储藏流路而与前述压缩机流体地连接，也可以通过包含有放出侧阀的放出流路而与前述膨胀机流体地连接；前述控制部也可以在进行充电的情况下，基于储藏前述压缩空气的顺序将前述储藏侧阀开闭，也可以在进行放电的情况下，基于向前述膨胀机供给前述压缩空气的顺序将前述放出侧阀开闭。

根据本发明的另一技术方案，提供一种压缩空气储能发电方法，是压缩空气储能发电装置的压缩空气储能发电方法，所述压缩空气储能发电装置具备：马达，被输入电力驱动；压缩机，与前述马达机械地连接，将空气压缩；多个蓄压罐，与前述压缩机流体地连接，储藏由前述压缩机压缩后的压缩空气；多个压力传感器，设置于前述蓄压罐，测量前述蓄压罐的压力；膨胀机，与前述蓄压罐流体地连接，被从前述蓄压罐供给的压缩空气驱动；以及发电机，与前述膨胀机机械地连接；其中，进行控制，以基于由前述压力传感器测量出的各前述蓄压罐的压力，在进行充电的情况下决定储藏前述压缩空气的前述蓄压罐的顺序，在进行放电的情况下决定向前述膨胀机供给前述压缩空气的前述蓄压罐的顺序。

发明效果

在本发明的压缩空气储能发电装置中，能够提高充放电效率。

附图说明

图1是有关本发明的压缩空气储能发电装置的示意性的系统图。

图2是图1的蓄压罐群的示意性的结构图。

图3是压缩空气储能发电方法的充电方法的流程图。

图4是压缩空气储能发电方法的发电方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对有关本发明的实施方式的压缩空气储能发电装置进行说明。

参照图1，压缩空气储能发电装置1与外部发电装置2及电力系统3电气地连接（参照虚线）。外部发电装置2是风力发电装置或太阳能发电装置那样的利用自然能量的发电装置。

本实施方式的压缩空气储能发电装置1具备压缩机10、四个蓄压罐群（蓄压罐）20A、20B、20C、20D、膨胀机30和控制部40。压缩机10和四个蓄压罐群20A、20B、20C、20D通过储藏流路50分别流体地连接。膨胀机30和四个蓄压罐群20A、20B、20C、20D通过放出流路60分别流体地连接。

压缩机10与马达11机械地连接，被马达11驱动。压缩机10的喷出口10a通过储藏流路50而与蓄压罐群20A、20B、20C、20D分别流体地连接。压缩机10如果被马达11驱动，则从吸气口10b将空气吸入，压缩而从喷出口10a向储藏流路50喷出。

马达11与外部发电装置2电气地连接，被从外部发电装置2供给的电力（输入电力）驱动。

蓄压罐群20A、20B、20C、20D通过放出流路60而与膨胀机30流体地连接。参照图2，蓄压罐群20A、20B、20C、20D具备三个蓄压罐24A、24B、24C。蓄压罐24A、24B、24C将从压缩机10喷出的压缩空气储藏。此外，蓄压罐群20A、20B、20C、20D分别具备压力传感器21A、21B、21C、21D。压力传感器21A、21B、21C、21D分别测量蓄压罐群20A、20B、20C、20D的压力。

膨胀机30与发电机31机械地连接。被从膨胀机30的供气口30a供给了压缩空气的膨胀机30通过被供给的压缩空气而动作，将发电机31驱动。即，膨胀机30使储藏于蓄压罐群20A、20B、20C、20D的压缩空气膨胀而用于发电。

发电机31与电力系统3电气地连接，由发电机31发电的电力（发电电力）被向电力系统3供给。

在储藏流路50设置有储藏侧阀22A、22B、22C、22D。储藏侧阀22A、22B、22C、22D通过开闭，容许或防止压缩空气向蓄压罐群20A、20B、20C、20D的储藏。

在放出流路60设置有放出侧阀23A、23B、23C、23D。放出侧阀23A、23B、23C、23D通过开闭，容许或防止从蓄压罐群20A、20B、20C、20D向膨胀机30的压缩空气的供给。

控制部40与压力传感器21A、21B、21C、21D、储藏侧阀22A、22B、22C、22D和放出侧阀23A、23B、23C、23D电气地连接（参照单点划线）。控制部40基于由压力传感器21A、21B、21C、21D测量出的蓄压罐群20A、20B、20C、20D的压力，在进行充电的情况下，决定储藏压缩空气的蓄压罐群20A、20B、20C、20D的顺序。此外，控制部40基于由压力传感器21A、21B、21C、21D测量出的蓄压罐群20A、20B、20C、20D的压力，在进行放电的情况下，决定向膨胀机30供给压缩空气的蓄压罐群20A、20B、20C、20D的顺序。控制部40对储藏侧阀22A、22B、22C、22D及放出侧阀23A、23B、23C、23D的开闭进行控制，切换进行压缩空气的储藏或放出的蓄压罐群20A、20B、20C、20D。

由于蓄压罐群20A、20B、20C、20D与压缩机10及膨胀机30流体地连接，所以能够对各个蓄压罐群20A、20B、20C、20D决定是否用于充电或放电。此外，由于在各个蓄压罐群20A、20B、20C、20D设置有压力传感器21A、21B、21C、21D，所以对于各个蓄压罐群20A、20B、20C、20D知道压缩空气的储藏量。因此，通过基于各蓄压罐群的压力决定用于充电或放电的蓄压罐群，不论压缩空气储能发电装置1整体的充放电效率如何，都能够提高充放电效率。

此外，由于蓄压罐群20A、20B、20C、20D与压缩机10及膨胀机30流体地连接，所以相比使用具有与压缩空气储能发电装置1整体的压缩空气的储藏容量同样的压缩空气的储藏容量的一个蓄压罐的情况，能够减小每一个蓄压罐的压缩空气的储藏容量。因此，不需要制造大容量的蓄压罐，输送也变得容易，所以能够降低压缩空气储能发电装置的成本。进而，能够不使压缩空气储能发电装置整体停止而将各个蓄压罐修理或更换。

以下，参照图3及图4，对有关本实施方式的压缩空气储能发电装置1的压缩空气储能发电方法进行说明。

（充电方法）

参照图3，说明本实施方式的压缩空气储能发电装置1的充电方法。压缩空气储能发电装置1如果被从外部发电装置2供给输入电力，则开始充电。

首先，控制部40从压力传感器21A、21B、21C、21D取得蓄压罐群20A、20B、20C、20D的压力Pa、Pb、Pc、Pd（步骤S1）。

接着，基于在步骤S1中取得的蓄压罐群20A、20B、20C、20D的压力Pa、Pb、Pc、Pd，决定储藏压缩空气的蓄压罐群的顺序（步骤S2）。具体而言，将蓄压罐群20A、20B、20C、20D的压力Pa、Pb、Pc、Pd比较，判断压力Pa、Pb、Pc、Pd的大小关系。在压力Pa、Pb、Pc、Pd中，从较高者起设为压力P1、P2、P3、P4，将具有压力P1、P2、P3、P4的蓄压罐群分别设为蓄压罐群T1、T2、T3、T4。压缩空气的储藏以蓄压罐群T1、T2、T3、T4的顺序进行。即，从具有较高的压力的蓄压罐群起按顺序储藏压缩空气。

判断蓄压罐群T1的压力P1与规定的基准压力P的大小关系（步骤S3），如果蓄压罐群T1的压力P1为规定的基准压力P以下，则将压缩空气向蓄压罐群T1储藏（步骤S31）。这里，所述的规定的基准压力P，是蓄压罐群的压缩空气的储藏量适当、能够效率良好地充电的状态的蓄压罐群表示的压力。

在通过压缩空气的储藏而蓄压罐群T1的压力P1达到了基准压力P的情况下，或从最初起就比基准压力P大的情况下，向步骤S4前进。

判断蓄压罐群T2的压力P2与规定的基准压力P的大小关系（步骤S4），如果蓄压罐群T2的压力P2为规定的基准压力P以下，则将压缩空气向蓄压罐群T2储藏（步骤S41）。

在通过压缩空气的储藏而蓄压罐群T2的压力P2达到了基准压力P的情况下，或从最初起就比基准压力P大的情况下，向步骤S5前进。

判断蓄压罐群T3的压力P3与规定的基准压力P的大小关系（步骤S5），如果蓄压罐群T3的压力P3为规定的基准压力P以下，则将压缩空气向蓄压罐群T3储藏（步骤S51）。

在通过压缩空气的储藏而蓄压罐群T3的压力P3达到了基准压力P的情况下，或从最初起就比基准压力P大的情况下，向步骤S6前进。

判断蓄压罐群T4的压力P4与规定的基准压力P的大小关系（步骤S6），如果蓄压罐群T4的压力P4为规定的基准压力P以下，则将压缩空气向蓄压罐群T4储藏（步骤S61）。

在通过压缩空气的储藏而蓄压罐群T4的压力P4达到了基准压力P的情况下，或从最初起就比基准压力P大的情况下，结束充电。即，当全部的蓄压罐群T1、T2、T3、T4具有比基准压力P高的压力时，结束充电。

此外，空气向蓄压罐群T1、T2、T3、T4的储藏在来自外部发电装置2的输入电力的供给停止的情况下也结束。

在全部的蓄压罐群T1、T2、T3、T4具有比基准压力P高的压力的情况下，也可以不使压缩空气的储藏结束而对于多个蓄压罐群同时或单独地继续进行压缩空气的储藏。

根据该充电方法，通过在多个蓄压罐群T1、T2、T3、T4中从为了使压力达到基准压力P而需要的压缩空气的量较少的蓄压罐群起按顺序储藏压缩空气，在短时间中压缩空气的储藏完成。因此，在短时间中得到更多的具有基准压力P的蓄压罐群。

（发电方法）

参照图4说明本实施方式的压缩空气储能发电装置1的发电方法。压缩空气储能发电装置1如果从电力系统3接受到供电指示则开始发电。

首先，控制部40从压力传感器21A、21B、21C、21D取得蓄压罐群20A、20B、20C、20D的压力Pa、Pb、Pc、Pd（步骤S7）。

接着，基于在步骤S7中取得的蓄压罐群20A、20B、20C、20D的压力Pa、Pb、Pc、Pd，决定向膨胀机30供给压缩空气的蓄压罐群的顺序（步骤S8）。具体而言，将蓄压罐群20A、20B、20C、20D的压力Pa、Pb、Pc、Pd比较，判断压力Pa、Pb、Pc、Pd的大小关系。在压力Pa、Pb、Pc、Pd中，从较高者起设为压力P1、P2、P3、P4，将具有压力P1、P2、P3、P4的蓄压罐群分别设为蓄压罐群T1、T2、T3、T4。压缩空气向膨胀机30的供给以蓄压罐群T1、T2、T3、T4的顺序进行。即，从具有较高的压力的蓄压罐群起按顺序向膨胀机30供给压缩空气。

判断蓄压罐群T1的压力P1与蓄压罐群T2的压力P2的大小关系（步骤S9），如果蓄压罐群T1的压力P1为蓄压罐群T2的压力P2以上，则从蓄压罐群T1放出用于发电的压缩空气（步骤S91）。

在通过压缩空气的放出而蓄压罐群T1的压力P1达到了蓄压罐群T2的压力P2的情况下，向步骤S10前进。

判断蓄压罐群T2的压力P2和蓄压罐群T3的压力P3的大小关系（步骤S10），如果蓄压罐群T2的压力P2为蓄压罐群T3的压力P3以上，则从蓄压罐群T1及蓄压罐群T2放出用于发电的压缩空气（步骤S101）。

在通过压缩空气的放出而蓄压罐群T1的压力P1及蓄压罐群T2的压力P2达到了蓄压罐群T3的压力P3的情况下，向步骤S11前进。

判断蓄压罐群T3的压力P3与蓄压罐群T4的压力P4的大小关系（步骤S11），如果蓄压罐群T3的压力P3为蓄压罐群T4的压力P4以上，则从蓄压罐群T1、蓄压罐群T2及蓄压罐群T3放出用于发电的压缩空气（步骤S111）。

在通过压缩空气的放出而蓄压罐群T1的压力P1、蓄压罐群T2的压力P2及蓄压罐群T3的压力P3达到了蓄压罐群T4的压力P4的情况下，向步骤S12前进。

在步骤S12中，从蓄压罐群T1、蓄压罐群T2、蓄压罐群T3及蓄压罐群T4放出用于发电的压缩空气。

本实施方式的发电方法在来自电力系统3的供电指示停止的情况下，结束发电。

在本实施方式的发电方法中，当放出了压缩空气的蓄压罐群的压力变得不到其他蓄压罐群的压力时，切换放出压缩空气的蓄压罐群，但也可以当放出压缩空气的蓄压罐群的压力变得不到规定的阈值时切换。

以上，通过优选的实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于特定的实施方式，在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围中能够进行各种变更。

例如，蓄压罐群的数量既可以是两个，或者也可以是四个以上。

此外，蓄压罐群具备的蓄压罐的数量并不限定于三个，也可以在蓄压罐群之间不同。

压缩空气储能发电装置也可以具备多个压缩机，也可以具备多个膨胀机。

多个蓄压罐也可以具有相互不同的空气的储藏容量。

也可以在一个蓄压罐与其他蓄压罐之间设置阀，也可以在各个蓄压罐设置压力传感器。

在压缩空气储能发电方法中，也可以同时进行充电和放电。

附图标记说明

1 压缩空气储能发电装置

2 外部发电装置

3 电力系统

10 压缩机

10a 喷出口

10b 吸气口

11 马达

20A、20B、20C、20D 蓄压罐群（蓄压罐）

21A、21B、21C、21D 压力传感器

22A、22B、22C、22D 储藏侧阀

23A、23B、23C、23D 放出侧阀

24A、24B、24C 蓄压罐

30 膨胀机

31 发电机

40 控制部

50 储藏流路

60 放出流路

Pa、Pb、Pc、Pd 压力

P 基准压力

P1、P2、P3、P4 压力

T1、T2、T3、T4 蓄压罐群。

Claims (5)

1.一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，

具备：

马达，被输入电力驱动；

压缩机，与前述马达机械地连接，将空气压缩；

多个蓄压罐，与前述压缩机流体地连接，储藏由前述压缩机压缩后的压缩空气；

多个压力传感器，设置于前述蓄压罐，测量前述蓄压罐的压力；

膨胀机，与前述蓄压罐流体地连接，被从前述蓄压罐供给的压缩空气驱动；

发电机，与前述膨胀机机械地连接；以及

控制部，基于由前述压力传感器测量出的各前述蓄压罐的压力，在进行充电的情况下以提高充电效率的方式决定储藏前述压缩空气的前述蓄压罐的顺序，在进行放电的情况下决定向前述膨胀机供给前述压缩空气的前述蓄压罐的顺序。

2.如权利要求1所述的压缩空气储能发电装置，其特征在于，

前述控制部在具有比规定的基准压力低的压力的前述蓄压罐中，从压力较高的前述蓄压罐起按顺序储藏前述压缩空气。

3.如权利要求1所述的压缩空气储能发电装置，其特征在于，

前述控制部在多个前述蓄压罐中从压力较高的前述蓄压罐起按顺序向前述膨胀机供给前述压缩空气。

4.如权利要求1～3中任一项所述的压缩空气储能发电装置，其特征在于，

各前述蓄压罐通过包含有储藏侧阀的储藏流路而与前述压缩机流体地连接，且通过包含有放出侧阀的放出流路而与前述膨胀机流体地连接；

前述控制部在进行充电的情况下，基于储藏前述压缩空气的顺序将前述储藏侧阀开闭，在进行放电的情况下，基于向前述膨胀机供给前述压缩空气的顺序将前述放出侧阀开闭。

5.一种压缩空气储能发电方法，是压缩空气储能发电装置的压缩空气储能发电方法，所述压缩空气储能发电装置具备：

马达，被输入电力驱动；

压缩机，与前述马达机械地连接，将空气压缩；

多个蓄压罐，与前述压缩机流体地连接，储藏由前述压缩机压缩后的压缩空气；

多个压力传感器，设置于前述蓄压罐，测量前述蓄压罐的压力；

膨胀机，与前述蓄压罐流体地连接，被从前述蓄压罐供给的压缩空气驱动；以及

发电机，与前述膨胀机机械地连接；

其特征在于，

进行控制，以基于由前述压力传感器测量出的各前述蓄压罐的压力，在进行充电的情况下以提高充电效率的方式决定储藏前述压缩空气的前述蓄压罐的顺序，在进行放电的情况下决定向前述膨胀机供给前述压缩空气的前述蓄压罐的顺序。

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