JP2000130185A - エネルギー貯蔵型ガスタービン発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】昼間の液体空気の気化時に回収貯蔵する冷熱量
を上回るような蓄冷槽の蓄冷不足状態に対して、昼間の
電力需要のピーク時に必要とする液体空気の製造に必要
な冷熱を蓄冷槽に補充する手段を提供する。 【解決手段】液体空気製造時において、蓄冷槽の温度上
昇に対し、蓄冷槽の温度変化から液体空気の気化時に蓄
冷槽に回収した冷熱量の不足状態の有無を検出し、ＬＮ
Ｇ冷熱と熱交換した他の冷却用循環空気、及び予め製造
貯蔵された液体空気とにより蓄冷槽を冷却し、液体空気
製造のために必要な冷熱量を蓄冷槽に補充する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は石油や液化天然ガス
（ＬＮＧ）等を燃料とするガスタービン発電システム
と、さらにガスタービンの排熱を利用して発生させた高
圧蒸気で蒸気タービンをも駆動して高効率の発電効率を
得るコンバインドサイクル発電システムの両方式におい
て、夜間や休日等の余剰な電気エネルギーを貯蔵し、そ
れを電気が一番必要な平日の昼間に外部の電力系統に放
出することを可能にしたエネルギー貯蔵型の発電システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気の必要量は昼間と夜間で大きく異な
るので、従来より水力発電所とコンバインドサイクル発
電所は需要量の多い昼間のみ運転している場合が多い。
さらに揚水発電所のように夜間電力を用いてポンプを駆
動し水を高い貯蔵池に移送して位置エネルギーとして貯
蔵し、それを昼間に流下させて発電することで、電気の
需要と供給のバランスを取ってきた。

【０００３】しかしながら、最近、家庭用エアコン等が
普及したために電気の最大需要量と最低需要量の比が年
々大きくなり、特に季節による需要の違いが増大してい
る。最大需要の必要時期は真夏の１０日ほどと短く、こ
のためだけに大型の発電設備を設けるのは経済的に引き
合わない。

【０００４】また、大規模な揚水発電所の建設場所が国
内に少なくなっており、大容量のエネルギー貯蔵方式を
必要としている。この対策として、エネルギー貯蔵効率
が高い種々の電池システムの研究が進められているが、
設置面積当たりのエネルギー貯蔵量が少なく、大規模な
電力量の調整が可能にはなっていない。

【０００５】一方、特許出願公開：平9−250360 号公報
「エネルギー貯蔵型ガスタービン発電システム」におい
て、夜間電力を用いて液体空気を製造しこれを常圧で貯
蔵し、昼間にこの液体空気をポンプで加圧してガスター
ビンの燃焼器に供給することで、空気圧縮機の動力を削
減して発電量を増大させるエネルギー貯蔵方式が提案さ
れている。この液体空気利用方式は、エネルギーの貯蔵
密度が高い利点がある。

【０００６】従来提案されている、この液体空気を利用
したエネルギー貯蔵型ガスタービン発電システムについ
て、図６に示す。

【０００７】図６において、液化天然ガス（ＬＮＧ）貯
槽１にて貯蔵されている冷熱を有するＬＮＧは外部冷熱
源として機能し、弁２を介してコンクリートや砂利など
の蓄冷材が充填された蓄冷槽３に移送され、常温の空気
と熱交換して加熱される。この時、蓄冷槽３での熱交換
量が不足した場合には、加熱器４にてさらに追加熱さ
れ、気化したＬＮＧはガスタービン発電システムの燃焼
器５にて空気と混合されて燃焼する。燃焼によって発生
した高温の燃焼ガスは、ガスタービン６内にて膨張し発
電機７を回転させることにより発電する。また、余剰と
なった天然ガス（ＮＧ）は、他のガスタービン発電シス
テム８にて使用されることになる。

【０００８】通常のガスタービン発電システムでは、燃
焼器においてＮＧと混合する空気は、空気圧縮機１１に
て加圧した空気を使用する。この時、空気圧縮機１１と
ガスタービン６や発電機７の運転は連動しており、発電
機７にて発生した電力の一部は空気圧縮機１１の動力用
電力として消費されることになる。これに対して、液体
空気を利用するガスタービン発電システムでは、夜間の
余剰電力にて空気圧縮機１１を駆動し、圧縮空気を蓄冷
槽３，１４，１５にて冷却することにより液体空気を夜
間に製造する。製造した液体空気は、昼間の電力ピーク
時に、ポンプ２９による加圧後蓄冷槽１４，１５による
加熱により気化し、燃焼器５に供給する。

【０００９】このような方法によれば、昼間のガスター
ビン発電システムによる発電において、空気圧縮機１１
なしにて高圧の燃焼用空気を得ることができる。すなわ
ち、昼間の電力ピーク時において、空気圧縮機１１の動
力が不要となることから、ガスタービン発電システムに
よる発電量が増加することになる。この液体空気の従来
の夜間における製造方法と、昼間における液体空気の気
化方法について、それぞれ以下に説明する。

【００１０】液体空気用の原料空気は、ブロアー８にて
大気より取り込まれ、水分や二酸化炭素が吸着塔９にて
除去される。乾燥状態となった空気は、蓄冷槽３にて外
部冷熱源であるＬＮＧと熱交換し、ＬＮＧの冷熱により
冷却される。冷却された空気は、弁１０を介して空気圧
縮機１１に供給される。空気圧縮機１１は、電動機１２
により夜間電力を使用して駆動され、空気は所定の圧力
として例えば、空気の臨界圧力以上である約４０気圧ま
で昇圧される。なお、循環弁１３はここでは閉状態とし
ている。

【００１１】空気圧縮機１１にて昇圧された空気は、加
圧により温度が上昇しており、予め冷却され冷熱が貯蔵
された状態の蓄冷槽１４，１５にて熱交換し、空気の臨
界温度である−１４０度以下まで冷却されることにな
る。蓄冷槽１３，１４は、温度上昇した圧縮空気により
加熱されるため、貯蔵している冷熱量は減少する。蓄冷
槽１５の出口にて空気の臨界状態以上となった空気は、
ジュールトムソン弁１６にて大気圧まで等エンタルピー
にて自由膨張し、約−１９０度まで温度低下する。その
結果、空気の一部は液化し、液体空気貯槽１７に分離貯
蔵される。液化しなかった空気については、その温度は
約−１９０度程度であり、蓄冷槽１４，１５内部と弁１
３２，１９の熱交換経路にて、その空気の冷熱は回収さ
れる。

【００１２】昼間において、ガスタービンの燃焼器５へ
液体空気を気化し供給するのは、以下の方法による。す
なわち、夜間に製造し液体空気貯槽１７に貯蔵された液
体空気は、再循環弁２８を有するポンプ２９にて、例え
ば約４０気圧まで昇圧され、弁３０を介して蓄冷槽１
４，１５に移送される。蓄冷槽１４，１５は、圧縮空気
の冷却により温度上昇しているため、この液体空気との
熱交換により加熱された結果、約４０気圧の空気に気化
することになる。この気化した空気は、弁３２を介して
ガスタービンの燃焼器５に供給される。なお、気化空気
が安定に供給されるまでにおいては、弁３３の開度調整
により燃焼器５への空気供給量を調整する。

【００１３】液体空気の製造時間と液体空気の気化時間
との関係の一例を図７に示す。ここでは、運転パターン
としては以下の状態としている。すなわち、一日２４時
間を１サイクルとし、夜間の８時間にて空気圧縮機１１
と蓄冷槽９，１３，１４により空気圧縮と冷却を行い、
前述した方法により液体空気を製造する。その後５時間
は液体空気は、液体空気貯槽１７に貯蔵しておく。昼間
に約５時間の電力ピークを迎えると、ポンプ２９と蓄冷
槽１４，１５により液体空気の加圧と加熱気化を行い、
気化した空気はガスタービン６の燃焼器５に供給し、発
電機７による発電を行う。

【００１４】液体空気を利用したガスタービン発電シス
テムでは、これまで述べたように、空気に対する蓄冷槽
１４，１５での冷熱の交換状態が特に重要となる。図８
は、１サイクルにおける蓄冷槽１４，１５の温度変化の
一例を示したものである。すなわち、空気圧縮冷却終了
時においては、温度上昇した圧縮空気は蓄冷槽１４，１
５により冷却される。その結果、蓄冷槽１４，１５は、
温度上昇し、図８における蓄冷槽加熱曲線Ａ−１の温度
分布を示す。蓄冷槽１５の出口温度が、空気の臨界温度
以下となっていることが、安定に液体空気を製造するた
めの条件となる。

【００１５】この蓄冷槽加熱曲線Ａ−１の蓄冷槽加熱状
態に対し、その後における液体空気加熱終了時には、液
体空気の気化に伴って蓄冷槽１４，１５の冷却が発生
し、その気化時の冷熱が十分に蓄冷槽１４，１５にて熱
交換され回収されると、蓄冷槽冷却曲線Ｂ−１の温度分
布となる。この蓄冷槽加熱曲線Ａ−１と蓄冷槽冷却曲線
Ｂ−１で囲まれた冷熱量が、蓄冷槽１４，１５にて熱交
換される蓄熱量に相当する。

【００１６】一方、蓄冷槽１４，１５による冷熱の温度
交換状態が変化し、例えば蓄冷槽１４，１５の熱伝導率
の低下や蓄冷槽１４，１５外部からの熱流入が設計仕様
より大きくなった場合には、蓄冷槽１４，１５による冷
熱回収効率が低下し、その結果、蓄冷槽冷却曲線Ｂ−２
に示すような温度分布となる。これは、蓄冷槽１４，１
５における冷熱の貯蔵量が少ない状態である。このよう
な状態にて、液体空気製造のために、空気圧縮機にて加
熱された空気を蓄冷槽１４，１５にて熱交換すると、蓄
冷槽１４，１５の冷熱が少なくなっているために、蓄冷
槽加熱曲線Ａ−２のような蓄冷槽１４，１５の温度分布
となる。

【００１７】このような状態がさらに進めば、蓄冷槽１
４，１５の冷熱量が不足する事から蓄冷槽１５出口の温
度は上昇し、液体空気を製造するのに支障を来たすこと
になるとともに、場合によっては、液体空気を製造する
ために必要な−１４０度以下とすることができなくな
る。このことは、ガスタービン６の燃焼器５に供給する
気化空気を安定に供給できなくなることを意味してお
り、そのような状態は避けなければならない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】夜間の余剰電力を液体
空気の形で貯蔵し、電力需要のピーク時に液体空気を加
圧してコンバインドサイクルの燃焼器に供給する空気液
化によるエネルギー貯蔵型発電システムでは、夜間の液
体空気製造時に使用する蓄冷槽の冷熱量が、昼間の液体
空気の気化時に回収貯蔵する冷熱量を上回るような蓄冷
槽の冷熱不足状態を回避しなければならない。

【００１９】このためには、昼間の電力需要のピーク時
に発電システムが必要とする液体空気について、その製
造に使用する冷熱を十分に確保し、冷熱が不足するよう
な場合においては、蓄冷槽に冷熱を補充する手段が必要
不可欠となる。

【００２０】本発明の目的は、空気液化に必要な冷熱を
蓄冷槽に常に確保し、ガスタービンの燃焼用空気を安定
に供給することにより、夏場や真冬における電力需要量
のピーク時に対応することができるガスタービン発電シ
ステムを提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、夜間の余剰電力を用いて液体空気を製造
し、昼間に液体空気を加圧してガスタービンの燃焼器に
供給する発電システムにおいて、液体空気製造時にＬＮ
Ｇ冷熱によって冷却された後に圧縮による原料空気の加
熱に伴う蓄冷槽の温度上昇に対し、蓄冷槽の温度変化か
ら液体空気の気化時に蓄冷槽に回収した冷熱量の不足状
態の有無を検出し、ＬＮＧ冷熱と熱交換した他の冷却用
循環空気、及び予め製造貯蔵された液体空気とにより蓄
冷槽を冷却し、液体空気製造のために必要な冷熱量を蓄
冷槽に補充する。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明のエネルギー貯蔵型ガスタ
ービン発電システムの具体的な実施例について、図面を
用いて詳細に説明する。

【００２３】図１において、液化天然ガス（ＬＮＧ）貯
槽１にて貯蔵されている冷熱を有するＬＮＧは外部冷熱
源として機能し、弁２を介してコンクリートや砂利など
の蓄冷材が充填された蓄冷槽３に移送され、常温の空気
と熱交換して加熱される。この時、蓄冷槽３での熱交換
量が不足した場合には、加熱器４にてさらに追加熱さ
れ、気化したＬＮＧはガスタービン発電システムの燃焼
器５にて空気と混合されて燃焼する。燃焼によって発生
した高温の燃焼ガスは、ガスタービン６内にて膨張し発
電機７を回転させることにより発電する。また、余剰と
なった天然ガス（ＮＧ）は、他のガスタービン発電シス
テム８０にて使用されることになる。

【００２４】液体空気を利用するガスタービン発電シス
テムでは、夜間の余剰電力にて空気圧縮機１１を駆動
し、圧縮空気を蓄冷槽１４，１５にて冷却することによ
り液体空気を夜間に製造する。製造した液体空気は、昼
間の電力ピーク時に、ポンプ２９による加圧後蓄冷槽１
４，１５による加熱によって気化し、燃焼器５に供給す
る。このような方法によれば、昼間のガスタービン発電
システムによる発電において、空気圧縮機１１なしにて
高圧の燃焼用空気を得ることができる。

【００２５】すなわち、昼間の電力ピーク時において、
空気圧縮機１１の動力が不要となることから、ガスター
ビン発電システムによる発電量が増加することになる。
この液体空気の夜間における製造方法と、昼間における
液体空気の気化方法について、それぞれ以下に説明す
る。

【００２６】液体空気用の原料空気は、ブロアー８で大
気より取り込まれ、配管の閉塞や熱伝達率の低下を防止
するために、水分や二酸化炭素が吸着塔９にて除去され
る。乾燥状態となった空気は、蓄冷槽３にて外部冷熱源
であるＬＮＧと熱交換し、ＬＮＧの冷熱により冷却され
る。冷却された空気は、弁１０を介して空気圧縮機１１
に供給される。空気圧縮機１１は、電動機１２により夜
間電力を使用して駆動され、空気は所定の圧力として例
えば、空気の臨界圧力以上である約４０気圧まで昇圧さ
れる。このように、空気圧縮機１１の前段にて空気を冷
却することにより、空気圧縮機１１動力の低減を図るこ
とができる。なお、循環弁１３はここでは閉状態として
いる。

【００２７】空気圧縮機１１にて昇圧された空気は、加
圧により温度が上昇しており、予め冷却され冷熱が貯蔵
されている状態の蓄冷槽１４，１５にて熱交換し、空気
の臨界温度である−１４０度以下まで冷却される。蓄冷
槽１４，１５は、圧縮空気により加熱されるため、貯蔵
している冷熱量は熱交換により減少する。蓄冷槽１５の
出口にて空気の臨界状態以上となった空気は、ジュール
トムソン弁１６にて大気圧まで等エンタルピーにて自由
膨張し、約−１９０度まで温度低下する。その結果、空
気の一部は液化し、液体空気貯槽１７に分離貯蔵され
る。液化しなかった空気については、その温度は約−１
９０度程度であり、蓄冷槽１４，１５内部と弁１８，１
９の熱交換経路にて、その空気の冷熱は回収される。

【００２８】また、蓄冷槽３にて冷却された空気は、循
環弁２０及び冷却用循環ポンプ２１を介し、冷熱回収用
の配管に冷却用循環空気として導かれる。この冷却用循
環空気は、蓄冷槽１４の出口温度検出器２２にて検出さ
れた温度信号に従い、循環空気調節弁２３にてその流量
が調節される。

【００２９】一方、液体空気貯槽１７に貯蔵された液体
空気は、液体空気循環ポンプ２４にて汲み上げられ、液
体空気循環弁２５を介して再び液体空気貯槽１７に戻さ
れる。この蓄冷槽１５の冷却用液体空気は、蓄冷槽１５
の出口温度検出器２６にて検出された温度信号に従い、
液体空気循環調節弁２７によりその流量が調節される。
これらの冷却用循環空気及び冷却用液体空気の循環量
は、図８に示すように決定されるが、その方法について
は後ほど述べる。

【００３０】昼間において、ガスタービン６の燃焼器５
へ液体空気を気化し供給するのは、以下の方法による。
すなわち、夜間に製造し液体空気貯槽に貯蔵された液体
空気は、再循環弁２８を有するポンプ２９にて、例えば
約４０気圧まで昇圧され、弁を介して蓄冷槽１４，１５
に移送される。蓄冷槽１４，１５は、圧縮空気の冷却に
より温度上昇しているため、この液体空気との熱交換に
より加熱され、約４０気圧の空気に気化することにな
る。この気化した空気は、弁３１，３２を介してガスタ
ービン６の燃焼器５に供給される。液体空気の状態にて
ガスタービン発電システムが必要とする燃焼用空気圧力
までポンプで加圧する動力は、気体空気の状態にて空気
圧縮機で加圧する場合と比較して、より少ない動力にて
実現することができ、ガスタービン発電システムの効率
向上にも寄与することになる。なお、気化空気が安定に
供給されるまでにおいては、弁の開度調整により燃焼器
への空気供給量を調整する。

【００３１】さて、液体空気の製造時間と液体空気の気
化時間との関係、及び蓄冷槽の温度分布の変化の一例を
図２に示す。ここでは、運転パターンとして以下の状態
を考えている。すなわち、一日２４時間を１サイクルと
し、夜間の８時間にて空気圧縮機１１と蓄冷槽３，１
４，１５により空気圧縮と冷却を行い、液体空気を製造
する。その後５時間は液体空気は、液体空気貯貯槽１７
に貯蔵しておく。昼間に約５時間の電力ピークを迎える
と、ポンプ２９と蓄冷槽１４，１５により液体空気の加
圧と加熱気化を行い、気化した空気はガスタービン６の
燃焼器５に供給し、発電機７による発電を行う。

【００３２】液体空気を利用したガスタービン発電シス
テムでは、これまで述べたように、空気に対する蓄冷槽
１４，１５での冷熱の交換状態が特に重要となる。図８
は、１サイクルにおける蓄冷槽１４，１５の温度変化の
一例を示したものである。すなわち、空気圧縮冷却終了
時においては、温度上昇した圧縮空気は蓄冷槽１４，１
５により冷却される。その結果、蓄冷槽１４，１５は、
温度上昇し、図８における蓄冷槽加熱曲線Ａ−１の温度
分布を示す。蓄冷槽１５の出口温度が、空気の臨界温度
以下となっていることが、安定に液体空気を製造するた
めの条件となる。

【００３３】この蓄冷槽加熱曲線Ａ−１の蓄冷槽加熱状
態に対し、その後における液体空気加熱終了時には、液
体空気の気化に伴って蓄冷槽１４，１５の冷却が発生
し、その気化時の冷熱が十分に蓄冷槽１４，１５にて熱
交換され回収されると、蓄冷槽冷却曲線Ｂ−１の温度分
布となる。この蓄冷槽加熱曲線Ａ−１と蓄冷槽冷却曲線
Ｂ−１で囲まれた冷熱量が、蓄冷槽１４，１５にて熱交
換される蓄熱量に相当する。

【００３４】一方、蓄冷槽１４，１５による冷熱の温度
交換状態が変化し、例えば蓄冷槽１４，１５の熱伝導率
の低下や蓄冷槽１４，１５外部からの熱流入が設計仕様
より大きくなった場合には、蓄冷槽１４，１５による冷
熱回収効率が低下し、その結果、蓄冷槽冷却曲線Ｂ−２
に示すような温度分布となる。これは、蓄冷槽１４，１
５における冷熱の貯蔵量が少ない状態である。

【００３５】このような状態にて、液体空気製造のため
に、空気圧縮機１１にて加熱された空気を蓄冷槽１４，
１５にて熱交換すると、蓄冷槽１４，１５の冷熱が少な
くなっているために、蓄冷槽加熱曲線Ａ−２のような蓄
冷槽１４，１５の温度分布となる。

【００３６】このような状態がさらに進めば、蓄冷槽１
４，１５の冷熱量が不足する事から蓄冷槽１４，１５出
口の温度は上昇し、液体空気を製造するのに支障を来た
すことになるとともに、場合によっては、液体空気を製
造するために必要な−１４０度以下とすることができな
くなる。このことは、ガスタービン６の燃焼器５に供給
する気化空気を安定に供給できなくなることを意味して
おり、そのような状態は避けなければならない。

【００３７】本発明のエネルギー貯蔵型ガスタービン発
電システムでは、以下の方法により蓄冷槽１４，１５に
貯蔵される冷熱量を調節し、夜間の液体空気の製造に必
要な冷熱量を確保し、昼間の電力ピーク時に使用する液
体空気を安定に製造する。

【００３８】すなわち、空気圧縮冷却終了時及び液体空
気加熱終了の蓄冷槽の温度分布は、前述したように図８
のように示される。ここで、空気圧縮冷却終了時におい
ては、液体空気の気化時の冷熱を回収した蓄冷槽１４，
１５に、液体空気製造のために必要な冷熱が残っていた
場合には、蓄冷槽加熱曲線Ａ−１のようになる。これに
対して、液体空気製造のため必要な冷熱が蓄冷槽１４，
１５に不足していた場合には、蓄冷槽１４，１５の温度
分布は蓄冷槽加熱曲線Ａ−２のようになる。

【００３９】すなわち、蓄冷槽１５の出口温度がさらに
上昇して−１５０度以上となった場合には、蓄冷槽１
４，１５に貯蔵される冷熱量は、液体空気の気化時の冷
熱を回収したとしても不足することを示している。

【００４０】従って、空気圧縮冷却終了時において蓄冷
槽１５の出口温度が−１５０度以上となるような場合に
は、何等かの方法により蓄冷槽に１４，１５冷熱を補充
するか、あるいは冷熱量の減少を防止する対策をする必
要がある。この冷熱量が減少する代表的な原因として
は、蓄冷槽１４，１５に外部から流入する熱量がある。
蓄冷槽１４，１５に貯蔵される冷熱量の調整方法につい
て、図２を用いて述べる。図２において、液体空気の気
化時の冷熱を回収した蓄冷槽１４，１５を用いて、空気
圧縮冷却による液体空気の製造を行った場合、蓄冷槽１
４，１５に貯蔵されている冷熱が不足しているような状
態においては、蓄冷槽１４の出口温度は−１５０度以上
に上昇する。

【００４１】この温度上昇を検出し、空気循環ポンプ２
１を起動する。空気循環ポンプ２１は、外部冷熱源であ
るＬＮＧの冷熱で冷却された蓄冷槽３の空気を冷却用循
環空気調節弁２０，蓄冷槽１４，蓄冷槽３の経路にて循
環させ、蓄冷槽１４に蓄冷槽３の冷熱を移動させる。そ
の結果、蓄冷槽１４は冷却され、冷熱の貯蔵量の増加に
従い蓄冷槽１４の出口温度も低下する。

【００４２】一方、蓄冷槽１５については、蓄冷槽１４
と同様にして、蓄冷槽１５の温度変化から−１７０度以
上となった場合については、蓄冷槽１５の冷熱量が不足
していると見做して液体空気循環ポンプ２４を起動し、
予め製造貯蔵している液体空気を蓄冷槽１５，液体空気
循環弁２５、及び液体空気貯槽１７の経路にて循環さ
せ、蓄冷槽１５を冷却する。

【００４３】その結果、蓄冷槽１５は冷却され、冷熱の
貯蔵量の増加に従って蓄冷槽１５の出口温度も、図２に
示すように低下する。ここで、蓄冷槽１５を蓄冷槽３の
熱交換によって得られた冷却用空気にて冷却しないの
は、蓄冷槽１５の温度がＬＮＧの温度である約−１６０
度以下であり、冷却するためにはその温度が不充分であ
るためである。

【００４４】従来例においては、蓄冷槽１４，１５の出
口温度が上昇した場合には、液体空気の製造能力が低下
し、必要な液体空気量を得られなくなることになる。こ
れに対して、本発明によれば、蓄冷槽１４，１５に貯蔵
される冷熱量を調整することにより、液体空気製造時に
使用する冷熱を補充確保することができる。その結果、
液体空気の製造量を安定化できる。

【００４５】なお、冷却用空気の循環ポンプ２１の起動
信号となる蓄冷槽１４の出口温度の設定を−１５０度以
下に下げることにより、蓄冷槽３での熱交換により得る
ことができるＬＮＧの冷熱をさらに増加させることがで
きる。すなわち、蓄冷槽３の冷熱を蓄冷槽１４へより多
く移動させることができ、蓄冷槽１４での冷熱の貯蔵量
を増加させることも可能である。蓄冷槽１４での冷熱貯
蔵の増加は、液体空気の製造量の増加となる。

【００４６】（発明の応用例）本発明のエネルギー貯蔵
型ガスタービン発電システムのその他の一実施例を図３
に示す。図１と異なるのは、蓄冷槽３にて外部冷熱源で
あるＬＮＧの冷熱と熱交換して冷却した空気について、
その冷却用空気による蓄冷槽１４の冷却のために空気圧
縮機１１の出口下流側に戻した点である。

【００４７】このような構成とすることにより、蓄冷槽
１４に配置した液体空気製造のための配管を最大限に使
用でき、冷却用空気にて蓄冷槽１４を効率よく冷却でき
るため、蓄冷槽１４への冷熱貯蔵についてもより効果的
となる。

【００４８】図４は、図３に示した本発明のその他の実
施例において、蓄冷槽１４，１５の温度変化などについ
て示したものである。図２と異なるのは、空気圧縮冷却
時においては、空気圧縮機１１の出口側の配管には、高
圧の温度上昇した空気が流れているため、冷却用循環空
気は流すことができないため、空気圧縮冷却が終了して
から冷却用循環空気を蓄冷槽１４に流している点であ
る。従って、液体空気の製造と気化の１サイクルにおい
て、蓄冷槽１４の温度上昇は直ちには解消することはで
きない。

【００４９】しかしながら、空気圧縮冷却と液体空気加
熱の期間において、蓄冷槽１４の出口温度が図２と同様
に−１５０度を超えている場合には、蓄冷槽３により冷
却された冷却用空気により、蓄冷槽１４の冷却が行われ
るため、次のサイクルにおいては液体空気の製造に必要
な蓄冷槽１４の冷熱の貯蔵は完了する。

【００５０】なお、液体空気の貯蔵量は、一時的な減少
に対して余裕を持たせてあるため、図４に示した液体空
気の製造量の減少が直ちに昼間の燃焼用空気の不足とな
ることはない。さらに、冷却用空気の循環ポンプ２１の
起動信号となる蓄冷槽１４の出口温度の設定を−１５０
度以下に下げることにより、蓄冷槽３での熱交換により
得ることができるＬＮＧの冷熱をさらに増加させること
ができる。すなわち、蓄冷槽３の冷熱を蓄冷槽１４へよ
り多く移動させることができ、蓄冷槽１４での冷熱の貯
蔵量を増加させ、液体空気の貯蔵量を調整することも可
能である。蓄冷槽１４での冷熱貯蔵の増加は、液体空気
の製造量の増加となる。

【００５１】（発明の応用例２）本発明のエネルギー貯
蔵型ガスタービン発電システムのその他の一実施例を図
５に示す。図１と異なるのは、蓄冷槽３にて外部冷熱源
であるＬＮＧの冷熱と熱交換して冷却した空気につい
て、その冷却用空気による蓄冷槽１４，１５の冷却を空
気圧縮機１１の下流側である蓄冷槽１５の出口側に戻し
た点、及び空気循環ポンプ２１の出口側に、冷却用空気
の温度をさらに低下させるために膨張タービン３４を配
置した点である。

【００５２】このような構成とすることにより、蓄冷槽
１４，１５に配置した液体空気製造のための配管を最大
限に使用できるとともに、冷却用空気をさらに液体空気
温度である−１９０度近くまで低温化でき、液体空気を
使用することなく蓄冷槽１４，１５を効率よく冷却でき
るため、蓄冷槽１４，１５への冷熱貯蔵についてもより
効果的となる。

【００５３】図５に示した本発明のその他の実施例にお
いて、蓄冷槽の温度変化などについては、図４とほぼ同
様な温度変化特性を示す。すなわち、空気圧縮冷却時に
おいては、空気圧縮機１１の出口側の配管には、高圧の
温度上昇した空気が流れているため、冷却用循環空気は
流すことができないため、空気圧縮冷却が終了してから
冷却用循環空気を蓄冷槽１４，１５に流す。従って、液
体空気の製造と気化の１サイクルにおいて、蓄冷槽１
４，１５の温度上昇は直ちには解消することはできな
い。

【００５４】しかしながら、空気圧縮冷却と液体空気加
熱の期間において、蓄冷槽１４の出口温度が図２と同様
に−１５０度を超えている場合には、蓄冷槽３により冷
却された冷却用空気により、蓄冷槽１４の冷却が行われ
るため、次のサイクルにおいては液体空気の製造に必要
な蓄冷槽１４，１５の冷熱の貯蔵は完了する。

【００５５】なお、冷却用空気の循環ポンプ２１の起動
信号となる蓄冷槽１４の出口温度の設定を−１５０度以
下に下げることにより、蓄冷槽３での熱交換により得る
ことができるＬＮＧの冷熱をさらに増加させることがで
きる。すなわち、蓄冷槽３の冷熱を蓄冷槽１４，１５へ
より多く移動させることができ、蓄冷槽１４，１５での
冷熱の貯蔵量を増加させることも可能である。蓄冷槽１
４，１５での冷熱貯蔵の増加は、液体空気の製造量の増
加となる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、圧縮機
と燃焼器，タービンで構成されるガスタービン発電シス
テムで、余剰電力を用いて液体空気を製造し、これを電
力需要が増大した時に圧縮機からの圧縮空気に代わり、
液体空気を加圧して燃焼器に供給する方式において、液
体空気の製造に必要となる冷熱量を蓄冷槽に補充蓄冷す
ることができ、昼間の電力ピーク時に発電システムが使
用する液体空気を安定に製造可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるエネルギー貯蔵型ガスタ
ービン発電システムを示す構成図。

【図２】本発明の動作特性を示すタイムチャート。

【図３】本発明のその他の実施例であるエネルギー貯蔵
型ガスタービン発電システムを示す構成図。

【図４】本発明のその他の一実施例の動作特性を示すタ
イムチャート。

【図５】本発明のその他の一実施例であるエネルギー貯
蔵型ガスタービン発電システムを示す構成図。

【図６】本発明の空気圧縮部分の応用例のシステム構成
図。

【図７】従来技術の運転パターンを示すタイムチャー
ト。

【図８】従来技術における蓄冷槽の温度特性を示す図。

【符号の説明】

３，１４，１５…蓄冷槽、５…燃焼器、６…ガスタービ
ン、７…発電機、１１…空気圧縮機、１６…ジュールト
ムソン弁、３４…膨張タービン、２９…ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千野 耕一 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 若菜 晴美 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機と燃焼器，タービンで構成されるガ
   スタービン発電システムで、電力需要が低下した時に余
   剰電力を用いて液体空気を製造して貯槽に貯蔵してお
   き、電力需要が増加したときに気化し、燃焼器に供給す
   ることでエネルギーを貯蔵する発電システムにおいて、
   液体空気を製造する際に使用する蓄冷槽の冷熱量と液体
   空気を気化する際に蓄冷槽に再回収される冷熱量との差
   を蓄冷槽の温度変化から検出し、蓄冷槽の冷熱量が液体
   空気製造に対して不足状態となった場合には、該発電シ
   ステムの外部冷熱源と熱交換して得られた冷熱と、該貯
   槽に貯蔵された液体空気と、熱交換して得られた冷熱を
   該蓄冷槽に伝達する機構のいずれか一方、あるいは両方
   を具備したことを特徴とするエネルギー貯蔵型ガスター
   ビン発電システム。
2. 【請求項２】請求項１において、前記蓄冷槽に冷熱を伝
   達する前記機構と前記蓄冷槽との接続点は、液体空気製
   造の際に前記蓄冷槽から取り出される冷却空気の出口側
   あるいは該出口より上流側に配置されたことを特徴とす
   るエネルギー貯蔵型ガスタービン発電システム。
3. 【請求項３】請求項１において、液体空気を製造する際
   に使用する蓄冷槽の冷熱量と液体空気を気化する際に蓄
   冷槽に再回収される冷熱量との差を蓄冷槽の温度変化か
   ら検出し、該発電システムの外部冷熱源と熱交換して得
   られた冷熱、あるいは該冷熱を有する空気を膨張タービ
   ンによりさらに低温化した冷熱に対し、該蓄冷槽に伝達
   する該冷熱量の調整機構を具備することを特徴とするエ
   ネルギー貯蔵型ガスタービン発電システム。