JP2000175377A - エネルギー貯蔵設備 - Google Patents
エネルギー貯蔵設備Info
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Abstract
低減し、エネルギー変換効率を向上させることができる
エネルギー貯蔵設備を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、電気エネルギーを圧縮空気の
形態に変換し、水中に配置される空気溜め容器1A内に
圧縮空気を貯蔵するエネルギー貯蔵設備10であって、
一部が水上に残部が水中に配置され、電気エネルギーに
基づき水上の空気をバケット6によって水中に運び込
み、空気を水圧により圧縮させながら容器1A近傍に運
び込むバケットコンベア2Aを備え、バケット6が容器
1Aの近傍で圧縮空気を容器1A内に導入可能な構成で
ある。この場合、バケットコンベア2Aの作動により、
水上でバケット6内に空気が取り込まれ、その空気が水
中で空気圧縮機によらず水圧により徐々に圧縮され、バ
ケット6が容器1A近傍まで運ばれたときに圧縮空気が
容器1A内に導入される。
Description
備に係り、より詳細には、電気エネルギーを圧縮空気の
形態に変換して貯蔵するエネルギー貯蔵設備に関する。
電力を圧縮空気の形態に変換して貯蔵するものが知られ
ている。例えば特開昭51−121614号公報には、
夜間の余剰電力を用いて空気圧縮機を駆動し、空気圧縮
機で製造された圧縮空気を配管を通して海中の釣り鐘状
タンク内に移送するエネルギー貯蔵設備が開示されてい
る。なお、この設備は、昼間の電力需要に対応して、圧
縮空気をガスタービンに供給することにより電力を発生
することも可能となっている。
た従来の公報に記載のエネルギー貯蔵設備は、以下のよ
うな問題点を有している。
空気圧縮機が用いられるが、空気圧縮機それ自体で大き
な損失が生じることが一般に知られている。即ち、空気
を高速化して圧縮する空気圧縮機においては、空気の高
速化により圧縮性の影響が現れ、損失が大きくなるた
め、空気の圧縮に多大なエネルギーを必要とすることが
知られている。更に、このエネルギー貯蔵設備には、空
気圧縮機により製造された圧縮空気を配管を通して移送
するときに、圧縮空気と配管の内壁との摩擦による圧力
損失も無視できない。
においては、電気エネルギーを圧縮空気エネルギーとし
て貯蔵するだけで40%のエネルギー損失があり、エネ
ルギー変換効率が著しく悪かった。
エネルギーを貯蔵する時のエネルギー損失を十分に低減
し、エネルギー変換効率を向上させることができるエネ
ルギー貯蔵設備を提供することを目的とする。
め、本発明は、電気エネルギーを圧縮空気の形態に変換
し、水中に配置される空気溜め容器内に圧縮空気を貯蔵
するエネルギー貯蔵設備であって、一部が水上に、残部
が水中に配置され、電気エネルギーに基づき水上の空気
をバケットによって水中に運び込み、空気を水圧により
圧縮させながら空気溜め容器近傍に運び込むバケットコ
ンベアを備え、バケットが空気溜め容器の近傍でバケッ
ト内の圧縮空気を空気溜め容器内に導入することが可能
となっていることを特徴とする。
きバケットコンベアが作動すると、水上でバケット内に
取り込まれる空気は水中に運び込まれる。バケット内の
空気は、水中で空気圧縮機によらず水圧により、下方に
向かうにつれて徐々に圧縮されていく。そして、このバ
ケットが空気溜め容器近傍まで運ばれたときにバケット
内の圧縮空気が空気溜め容器内に導入され、水中にエネ
ルギーが貯蔵されることになる。このようにバケット内
の空気は徐々に圧縮され、バケットによって運ばれるの
で、空気圧縮機を用いる場合に比べて、エネルギー損失
が十分に低減される。
は、空気溜め容器の下方に空気溜め容器を更に備え、そ
の空気溜め容器の近傍に、その上の空気溜め容器内に溜
められた空気を水圧により圧縮させながらバケットによ
って運び込むようにバケットコンベアが設置されている
ことが好ましい。この場合、空気が水圧により一層圧縮
されながら下方の空気溜め容器内にも運び込まれるの
で、水中に多量の圧縮空気が導入され、多量のエネルギ
ーが貯蔵されることになる。
は、空気溜め容器内に溜められた空気を水上に戻すとき
に、所定位置に配置されるバケット内に空気を導入する
ことが可能な空気導入手段が設けられていることが好ま
しい。この場合、バケットが所定位置に配置されるとき
に、空気導入手段により空気溜め容器内に溜められた圧
縮空気がバケット内に取り込まれ、この圧縮空気の浮力
によりバケットが上方へと運ばれる。このため、バケッ
トコンベアが作動し、このエネルギーから電気エネルギ
ーを取り出すことができる。
ネルギー貯蔵設備について詳細に説明する。なお、全図
中、同一又は同等の構成要素については同一符号を付
し、重複する説明を省略する。
本原理を示す一部断面正面図である。エネルギー貯蔵設
備10は、夜間の余剰電力を圧縮空気の形態に変換して
海中に導入し、電力を圧縮空気のもつ圧縮空気エネルギ
ーとして貯蔵するものであり、図1に示すように、海中
に配置される空気溜めドーム(空気溜め容器)1Aと、
空気溜めドーム1A近傍にバケットを運び込むバケット
コンベア2Aとを備えている。空気溜めドーム1Aは、
下方に向けられる開口21を有し、空気溜めドーム1A
の断面形状は、空気を上部に集める点から、例えば略半
円状又はU字状となっている。
上に配置され、残部が海中に配置されている。具体的に
述べるならば、海上には回転軸3が配置され、海中には
回転軸4が配置され、回転軸3には、余剰電力により回
転軸3を駆動させる駆動モータ(図示せず)が接続され
ている。これら一対の回転軸3、4には、一対の環状チ
ェーン5が掛けられている。従って、バケットコンベア
2Aは、上下方向に延びた状態となっている。図2に示
すように、一対の環状チェーン5の間には、その周方向
に沿って複数のバケット6が固定されている。バケット
6には、空気を取り込むための複数の空気取入口6aが
形成されている。なお、バケット6は、水抵抗を防ぐた
め流線形をなしており、その肉厚は、メンテナンスの手
間を省くのに十分な厚さとなっている。
ベア2Aは、空気溜めドーム1Aが下方の回転軸4の直
上に位置するように配置されている。従って、バケット
コンベア2Aが作動すると、バケット6が海上を通過す
るときに空気取入口6aから空気が取り込まれ、バケッ
ト6内に取り込まれる空気が海中に運び込まれる。この
とき、バケット6内の空気は水圧により下方に向かうに
つれて徐々に圧縮される。そして、バケット6が空気溜
めドーム1Aの近傍、例えば回転軸4の直下を通過する
ときに空気取入口6aを通して圧縮空気が排出され、空
気溜めドーム1A内に導入される。このため、電力が圧
縮空気の形態で海中に貯蔵されることになる。
たエネルギー貯蔵設備10の全体を概略的に示す正面図
である。図3に示すように、エネルギー貯蔵設備10
は、海底に立設される支持構体14を備えている。支持
構体14の頂上部は海上に臨んでおり、頂上部の上に
は、プラットフォーム8が設けられている。このプラッ
トフォーム8は、電動機ないしは発電機、コントロール
ルーム、及びバケットコンベア2Aの駆動装置を備えて
おり、ヘリポートとしても機能する。
めドーム1Aの下方に水深方向に沿って適当な間隔をあ
けて配置される3つの空気溜めドーム1B,1C,1D
を更に備えており、これら空気溜めドーム1B,1C,
1Dは、支持構体14に固定されている。そして、これ
ら空気溜めドーム1B、1C,1Dのそれぞれにその上
の空気溜めドーム1A,1B,1C内に溜められた空気
をバケット6によって運び込むように3つのバケットコ
ンベア2B,2C,2Dが支持構体14によって支持さ
れている。
ア2Bは、バケットコンベア2Aと回転軸4aを共有
し、空気溜めドーム1B内に配置される回転軸7を備え
ており、これら回転軸4、7に一対の環状チェーン5が
掛けられている。環状チェーン5の間には、その周方向
に沿って複数のバケット6が取り付けられ、バケット6
は、空気溜めドーム1A内を通過するようになってい
る。更に、回転軸7の直上に空気溜めドーム1Bが配置
されている。従って、バケット6が空気溜めドーム1A
内を通過するときに、空気溜めドーム1A内に溜められ
た空気が空気取入口6aを通して取り込まれ、水圧によ
り空気が圧縮されながらバケット6によって空気が運ば
れ、この空気が更に深い位置の空気溜めドーム1B内に
導入される。
バケットコンベア2Bと同様の構成となっている。従っ
て、空気溜めドーム1B内に溜められた空気がバケット
コンベア2Cのバケット6によって空気溜めドーム1C
内に運び込まれ、空気溜めドーム1C内に溜められた空
気がバケットコンベア2Dのバケット6によって空気溜
めドーム1D内に運び込まれるようになっている。
びており、途中で複数本に分岐している。分岐管12に
より、海底に設置される空気貯蔵ドーム9のぞれぞれに
圧縮空気が導入されるようになっている。ここで、分岐
管12の分岐した部分には、空気溜めドーム1D内に溜
められた空気を各空気貯蔵ドーム9に分配するための分
配弁V1が取り付けられると共に、空気貯蔵ドーム9内
の空気が万一漏れた場合に、空気溜めドーム1D内の空
気が空気貯蔵ドーム9へと移送されないよう遮断する緊
急遮断弁V2が分配弁V1に対して空気貯蔵ドーム9側
の位置に取り付けられている。また、空気貯蔵ドーム9
は、鉄製ドームを二重にしたダブルハル構造となってお
り、各鉄製ドームの厚さは、浮力に逆らって沈み、かつ
塗装せずに長期間(例えば数10年)耐え得る厚さとな
っている。二重の鉄製ドームの間隙には、鉄製ドームか
らの空気漏れをチェックする空気検知器(図示せず)が
設けられている。
る貯蔵ドームメンテナンス用ブイ11から延びるドーム
吊上げ用チェーン13につながれており、空気貯蔵ドー
ム9のメンテナンス時には、ドーム吊上げ用チェーン1
3を引き上げることにより空気貯蔵ドーム9が吊り上げ
られるようになっている。ここで、空気貯蔵ドーム9を
容易に吊り上げられるように、空気貯蔵ドーム9は、分
岐管12の先端に被せるように海底に載置されることが
好ましい。
又は2Dの設置台数は、図4に示すように、下方に向か
うにつれて少なくなるようにすることが好適である。そ
の理由は、以下の通りである。即ち、空気が下方に向か
うほど圧縮されてその体積が小さくなるので設置台数を
水深の大きい個所で多くする必要はなく、また、各バケ
ットコンベア2A、2B、2C、2Dで生じる機械的エ
ネルギー損失の総和が低減されるためである。
10の動作について説明する。
タを駆動し、回転軸3を回転させる。このとき、バケッ
ト6の移動方向に空気取入口6aが向けられるようにす
る。このため、海上を通過するバケット6の内部に空気
取入口6aを通して空気が取り込まれ、バケット6は、
空気をバケット6内に収容した状態で海中に運び込ま
れ、空気が空気溜めドーム1Aの近傍まで運び込まれ
る。このとき、バケット6内の空気は、水圧により、下
方に向かうにつれて徐々に圧縮される。そして、このバ
ケット6が空気溜めドーム1Aの直下まで運ばれたとき
に、バケット6の空気取入口6aを通して圧縮空気が排
出され、この圧縮空気が空気溜めドーム1A内に導入さ
れる。
6が空気溜めドーム1A内を通過するため、空気溜めド
ーム1A内に空気が溜められている場合、その空気がバ
ケットコンベア2Bのバケット6によって下方にある空
気溜めドーム1B内に導入される。空気溜容器1B内に
溜められた空気は、バケットコンベア2Cのバケット6
によって空気溜めドーム1C内に運び込まれ、更に、空
気溜めドーム1C内に溜められた空気がバケットコンベ
ア2Dのバケット6によって空気溜めドーム1D内に運
び込まれる。このとき、空気が多くの空気溜めドームに
導入されると共に下方に向かうにつれて水圧により一層
圧縮されることになる。従って、海中に多量の圧縮空気
を導入することができる。空気溜めドーム1D内に溜め
られた空気は、分岐管12を通して各空気貯蔵ドーム9
に貯蔵される。このように本実施形態のエネルギー貯蔵
設備10においては、空気が下方に向かうにつれて徐々
に圧縮され、バケット6によって運ばれるので、空気圧
縮機を用いて圧縮空気を海中に導入する場合に比べて、
エネルギー損失が十分に低減され、エネルギー変換効率
を向上させることができる。
を取り出す場合、エネルギー貯蔵設備10は、空気溜め
ドーム1内に溜められた空気を海上に戻すときに、所定
位置に配置されるバケット6内に空気を導入することが
可能な空気導入手段を備えていることが好ましい。
6が所定位置に配置されるたびごとに空気溜めドーム1
内に溜められた圧縮空気をバケット6内に導入できるも
のであれば特に制限されない。例えば、図5に示すよう
に、空気導入手段は、空気溜めドーム1の上部から突出
しかつ上下方向を軸として回転可能なL字管15と、こ
のL字管15に取り付けられる切出し弁16とを備える
もので構成することができる。この場合、空気溜めドー
ム1内に溜められた圧縮空気がL字管15から排出さ
れ、圧縮空気がバケット6内に導入される。このとき、
バケット6が所定位置に配置されるタイミングに合わせ
て切出し弁16が調整される。また、バケット6は、開
閉可能な蓋を有しており、空気を空気溜めドーム内に貯
蔵する時には蓋が閉じられ、空気を空気溜めドームから
バケット6内に導入する時には蓋が開けられるようにな
っている。
気貯蔵ドーム9から分岐管12を通して空気溜めドーム
1D内に空気を溜めておく。一方、バケット6の蓋6b
は開けておく。そして、バケット6が所定位置に配置さ
れるタイミングに合わせてL字管15が上下方向を軸と
して回転されてその先端がバケット6の下方に配置され
る。このとき、切出し弁16を調整すると、バケット6
内に空気取入口6aを通して圧縮空気が導入される。圧
縮空気が導入されたバケット6は、圧縮空気の浮力によ
り、空気の貯蔵時とは逆の方向に移動して上方に運ばれ
る。このようにして、圧縮空気は、空気溜めドーム1
D、1C,1B,1Aへと順次運ばれ、最終的にはバケ
ットコンベア2Aのバケット6によって海上に放出され
ることになる。このとき、バケット6が上昇するエネル
ギーがバケットコンベア2A,2B,2C,2Dの回転
軸の駆動力に変換され、この駆動力により発電機で発電
が行われる。
実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の
エネルギー貯蔵設備は、海に限定されず湖などに設置す
ることも可能である。
ればよく、上記実施形態のように4個に限定されるもの
ではない。
空気溜めドームに1台のバケットコンベアのバケットに
よって空気を導入する場合を想定し、異なる容量の空気
溜めドームに、水深を変えて空気を導入した場合の貯蔵
エネルギー容量を理論的に計算する。
流の変動に対応するため水面から数m突出するようにバ
ケットコンベアを設置し、1個あたりのバケットの容量
は1m3とし、バケットは環状チェーン1mごとに1個
取り付ける。バケットの周速は1m/sとする。また、
空気溜めドームは、直径Dの半球部と、半球部の下部か
ら下方に延びる長さD/10の円筒状スカート部とで構
成されるものである。
は、例えば以下のようにして計算される。即ち、水中の
空気1〔m3〕=1,000〔kg〕の浮力として、水
深:H=10〔m〕のときのバケット一つあたりの浮力
Bは、空気が水圧で圧縮されるため1/2、20〔m〕
のときは1/3、30〔m〕のときは1/4となる。即
ち、1/((H/10)+1)となる。そこで、各バケ
ットの浮力をH=0からH=10までHを1〔m〕ずつ
変えてそれぞれ算出し、これらの総和を求めると、バケ
ット全体として受ける浮力は7.688〔kg〕とな
る。また、1馬力は、75〔kg・m/sec〕である
から、浮力を馬力:HPに換算すると、HP=7.68
8〔kg〕÷75〔kg・m/sec〕=102.5
〔HP〕となる。更に、1〔HP〕=0.7355〔k
w〕であるから、電力:Pに換算すると、P=102.
5〔HP〕×0.7355〔kw/HP〕=75.4
〔kw〕となり、M=1,000〔m3〕のドーム容量
の場合、電力量:Q〔kwh〕換算は、空気が10
〔m〕の水深で0.5まで圧縮されているので、Q=
1,000〔m3〕÷0.5〔m3/sec〕×75.4
〔kw〕÷3,600〔sec/h〕=41.9〔kw
h〕となる。
〔m〕の水深では、Q=24.533〔kg〕÷75
〔kg・m/sec〕×0.7355〔kw/HP〕×
1,000〔m3〕÷0.09091〔m3/sec〕÷
3,600〔sec/h〕=735.1〔kwh〕とな
る。
ルギーが必要な訳であるから、後述する従来発明のエネ
ルギーを加えると、前述のM=1,000〔m3〕、H
=10〔m〕の場合で、Q=41.9+27≒72(k
wh)であり、同じく、M=1,000〔m3〕、H=
100〔m〕の場合で、Q=735.1+272≒1,
008〔kwh〕となる。
ムに、水深を変えて空気を導入した場合の貯蔵エネルギ
ー容量を計算すると、表1、表2に示すようになる。
溜めドームの容量が大きいほど大きく、水深が大きいほ
ど大きいことが分かる。例えば、空気溜めドーム容量M
=10,000m3の場合に、水深を変化させたときの
貯蔵エネルギー容量の変化を図6に示す。図6に示すよ
うに、水深が大きくなるにつれて貯蔵エネルギー容量が
指数関数的に増加することが分かる。
エネルギー容量について計算する。即ち、この方法は、
空気圧縮機を用い、本発明に用いる空気溜めドームと同
様の構成の空気溜めドームの内部に、水上から水中まで
延びる配管を通して圧縮空気を移送し、エネルギーを貯
蔵する方法である。この場合、貯蔵エネルギー容量は、
下記のようにして計算する。
2×10-5〔kwh〕から、1〔atm〕は1.033
3〔kgw/cm2〕であるので、1〔m3・kgw/c
m2〕=0.027239543〔kwh〕となる。そ
こで、電力に換算した貯蔵エネルギー容量は、以下の式
を用いて求める。
〔m〕を表す。) なお、空気圧縮機等の効率は考慮していないので、本発
明との落差はより大きいものとなる。
2に示す。表1、表2に示すように、貯蔵エネルギー容
量は、本発明のエネルギー貯蔵設備を用いた場合と比べ
て、相当に小さいことが分かる。また、空気溜めドーム
容量Mが10,000m3の場合に、水深を変化させた
ときの貯蔵エネルギー容量の変化を図6に示す。図6に
示すように、貯蔵エネルギー容量は、水深が増加しても
ほとんど増加せず、水中に貯蔵エネルギー容量を十分に
蓄えることができないことが分かる。
蔵設備によれば、バケット内の空気が水圧により徐々に
圧縮されるので、空気圧縮機を用いる場合に比べて、エ
ネルギー損失が十分に低減され、エネルギー変換効率を
向上させることができる。
断面正面図である。
図である。
す一部断面正面図である。
る。
る状態を示す概略図である。
ネルギー容量との関係を示すグラフである。
器)、2A、2B、2C、2D…バケット、6…バケッ
ト、15…L字管(空気導入手段)、16…切出し弁
(空気導入手段)。
Claims (3)
- 【請求項1】 電気エネルギーを圧縮空気の形態に変換
し、水中に配置される空気溜め容器内に前記圧縮空気を
貯蔵するエネルギー貯蔵設備であって、 一部が水上に、残部が水中に配置され、前記電気エネル
ギーに基づき水上の空気をバケットによって水中に運び
込み、前記空気を水圧により圧縮させながら前記空気溜
め容器近傍に運び込むバケットコンベアを備え、前記バ
ケットが前記空気溜め容器の近傍で前記バケット内の圧
縮空気を前記空 気溜め容器内に導入することが可能となっていることを
特徴とするエネルギー貯蔵設備。 - 【請求項2】 前記空気溜め容器の下方に空気溜め容器
を更に備え、その空気溜め容器の近傍に、その上の前記
空気溜め容器内に溜められた空気を水圧により圧縮させ
ながらバケットによって運び込むようにバケットコンベ
アが設置されていることを特徴とする請求項1に記載の
エネルギー貯蔵設備。 - 【請求項3】 前記空気溜め容器内に溜められた空気を
水上に戻すときに、所定位置に配置される前記バケット
内に前記空気を導入することが可能な空気導入手段が設
けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の
エネルギー貯蔵設備。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34454598A JP3806528B2 (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | エネルギー貯蔵設備 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34454598A JP3806528B2 (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | エネルギー貯蔵設備 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000175377A true JP2000175377A (ja) | 2000-06-23 |
JP3806528B2 JP3806528B2 (ja) | 2006-08-09 |
Family
ID=18370111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34454598A Expired - Fee Related JP3806528B2 (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | エネルギー貯蔵設備 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3806528B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9139974B2 (en) | 2009-09-23 | 2015-09-22 | Bright Energy Storage Technologies, Llp | Underwater compressed fluid energy storage system |
US9557079B2 (en) | 2010-07-14 | 2017-01-31 | Bright Energy Storage Technologies, Llp | System and method for storing thermal energy |
-
1998
- 1998-12-03 JP JP34454598A patent/JP3806528B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9139974B2 (en) | 2009-09-23 | 2015-09-22 | Bright Energy Storage Technologies, Llp | Underwater compressed fluid energy storage system |
US9557079B2 (en) | 2010-07-14 | 2017-01-31 | Bright Energy Storage Technologies, Llp | System and method for storing thermal energy |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3806528B2 (ja) | 2006-08-09 |
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