JP2001221064A - ガスタービン吸気冷却システム及びその方法 - Google Patents

ガスタービン吸気冷却システム及びその方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 夜間帯に貯蔵した圧縮気体を昼間帯に噴出さ
せて第１のガスタービンを駆動させ、且つ、気体圧縮機
の気体圧縮過程で発生する大量の排熱を熱源として氷を
製造し、第２のガスタービンを吸気冷却して、二重の負
荷平準化を行うこと。 【解決手段】 第１のガスタービンＴ1と，第２のガス
タービンＴ2とが使用されるガスタービン吸気冷却シス
テムにおいて、余剰電力の受電にて運転される気体圧縮
部Ｂと、重泥水１０１ａの充填にて形成され，且つ前記
圧縮気体が貯蔵される圧縮気体貯蔵部Ａと、排熱を蒸気
に変換する蒸気ボイラＣと、該蒸気ボイラＣにて変換さ
れた蒸気を熱源としてアンモニア冷媒によって氷を製造
する氷製造手段Ｄとを備え、前記第１のガスタービンＴ
1は、昼間帯に、前記圧縮気体にて駆動され、前記第２
のガスタービンＴ2は、前記氷の冷気にて吸気冷却され
てなること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体圧縮機等で生
成された圧縮気体を大深度地下に貯蔵して、昼間帯に当
該貯蔵した圧縮気体を昼間帯に噴出させて第１のガスタ
ービンを駆動させることで負荷平準化を行い、且つ、気
体圧縮機の気体圧縮過程で発生する大量の排熱を熱源と
して氷を製造し、第２のガスタービンを吸気冷却してさ
らに負荷平準化を行うことができるガスタービン吸気冷
却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、負荷平準化のための電力貯蔵シス
テムとして、山岳地帯では揚水発電が、都市部では電池
貯蔵，フライホイール，超電動コイル等が存在する。特
に夏季には、都市部における大量の空調設備の駆動によ
るピークシフト対策として、圧縮空気貯蔵システム（CA
ES:Compressed Air Energy Storage，以下、「ＣＡＥ
Ｓ」という。）が存在する。
【０００３】このＣＡＥＳは、夜間電力で蓄えた圧縮空
気を、昼間帯の電力消費ピーク時にガスタービンに供給
し、燃料を燃焼させて発電する電力貯蔵とピーク対応発
電を併せ持った特性を有している。
【０００４】特に、ＣＡＥＳを適用したガスタービン発
電では、夜間の安価な電力で圧縮空気を生成し、それを
地下に設けた空洞に貯蔵して、昼間の電力需要のピーク
時に圧縮空気を利用したガスタービン発電を行うもので
ある。このようなＣＡＥＳは、電力消費の負荷特性には
手を加えず、蓄えた夜間電力を電力供給の増強のみに利
用するものである。
【０００５】一方、上記のような供給側からの調整とは
逆に、需要側からの調整として、氷蓄熱式空調システム
が存在する。かかる氷蓄熱式空調システムは、水が氷に
なるときの潜熱を利用した空調システムで、蓄熱層容積
あたりの蓄熱量を大幅に増大させることができるので、
コストセーブと負荷平準化との両方の特性を併せ持つ。
【０００６】また、氷温以下となるマイナス１０℃の温
度領域に対応する潜熱式低温蓄熱システムも存在する。
この潜熱式低温蓄熱システムは、氷の替わりにマイナス
１０℃の潜熱蓄熱剤を使用するもので、例えば、三菱化
学エンジニアリング社のＳＴＬシリーズ等が既に運用さ
れており、食品を保管するための低温倉庫設備に供され
ている。
【０００７】
【解決しようとする課題】しかしながら、都市部での負
荷平準化のためには、立地自在で,且つプラント単位の
発電規模が１Ｏ万キロワットから１００万キロワット程
度まで自由に選択できる電力貯蔵を可能とすることが理
想的である。また、特に、圧縮空気による電力貯蔵を、
地形や地質に依存せず、ビルの内外等でも自在に実施で
きるようにして、都市部での負荷平準化を容易ならしめ
ることが望まれている。
【０００８】
【課題を解決する手段】そこで発明者は、鋭意研究を重
ねた結果、その発明を、第１のガスタービンと，該第１
のガスタービンに隣接配置される第２のガスタービンと
が使用される発電プラント，工場等のガスタービン吸気
冷却システムにおいて、余剰電力の受電にて運転され，
且つ空気，ガスその他の気体を圧縮して圧縮気体を生成
する気体圧縮部と、重泥水の充填にて大深度地下に形成
され，且つ前記気体圧縮部の生成する圧縮気体が貯蔵さ
れる圧縮気体貯蔵部と、前記気体圧縮部の気体圧縮過程
において排出される排熱を回収して蒸気に変換する蒸気
ボイラと、該蒸気ボイラにて変換された蒸気を熱源とし
てアンモニア冷媒によって氷を製造する氷製造手段とを
備え、前記第１のガスタービンは、昼間帯に、前記圧縮
気体貯蔵部が貯蔵する圧縮気体にて駆動され、前記第２
のガスタービンは、前記氷製造手段にて製造した氷の冷
気にて吸気冷却されてなるガスタービン吸気冷却システ
ム等としたことにより、気体圧縮機等で生成された圧縮
気体を大深度地下に貯蔵して、昼間帯に当該貯蔵した圧
縮気体を昼間帯に噴出させて第１のガスタービンを駆動
させることで負荷平準化を行うことができ、さらに、気
体圧縮機の気体圧縮過程で発生する大量の排熱を熱源と
して氷を製造し、第２のガスタービンを吸気冷却してさ
らに負荷平準化を行って二重の負荷平準化を可能とする
ことができ、前記課題を解決したものである。
【０００９】
【実施の形態】以下、本発明のガスタービン吸気冷却シ
ステムの好適な実施の一形態について、図面に基づいて
説明する。図１は、本発明のガスタービン吸気冷却シス
テムの主な構成を示す。第１のガスタービンＴ1と，少
なくとも該第１のガスタービンＴ1に隣接配置される第
２のガスタービンＴ2とが使用される発電プラント，工
場等において、その敷地内に隣接して、余剰電力の受電
にて運転され，且つ空気，ガスその他の気体を圧縮して
圧縮気体を生成する気体圧縮部Ｂと、重泥水の充填にて
大深度地下に形成され，且つ前記気体圧縮部Ｂの生成す
る圧縮気体が貯蔵される圧縮気体貯蔵部Ａと、前記気体
圧縮部Ｂの気体圧縮過程において排出される排熱を回収
して蒸気に変換する蒸気ボイラＣと、該蒸気ボイラＣに
て変換された蒸気を熱源としてアンモニア冷媒によって
氷を製造する氷製造手段Ｄとを備える。本明細書におい
て、「ガスタービン」とは蒸気タービンも含む概念とす
る。
【００１０】前記圧縮気体貯蔵部Ａは、いわゆるジオド
ームとして大深度地下に形成する（図５参照）。具体的
には、地質が硬くても軟かくても、立て坑を機械で掘削
でき、深度４００メートル乃至８００メートル程度に拡
幅水没した瓢箪状のジオドームタンクである。それを、
地下水環境を汚さないように絶縁できるグラウト材であ
るベントナイト泥水で置換すると、液密タンクになる。
地盤の比重２程度までバリウム粉と混合して重くしたベ
ントナイト泥水で充填すると、長期にわたって地盤沈下
の心配もなく、良質なジードームが形成可能である。
【００１１】液密タンクとしての前記圧縮気体貯蔵部Ａ
には、余剰電力の受電による空気圧縮機（コンプレッ
サ）等の気体圧縮部Ｂが気体圧縮をする過程で排出する
熱（排熱）が蓄熱される。前記気体圧縮部Ｂは断熱圧縮
設計とする。そして、高温高圧の約２０気圧程度の前記
蒸気ボイラＣで前記排熱を高圧蒸気（又は熱水）にし、
高圧熱水管路等を立て坑下の前記圧縮気体貯蔵部Ａまで
導く。このようにして、夜間に３００℃，約１６０気圧
の高圧蒸気（圧縮気体又は熱水）として前記排熱を貯蔵
する。一方、昼間には、地上の前記第１のガスタービン
Ｔ1に、貯蔵されている高圧蒸気（圧縮気体又は熱水）
を噴射することにより、効率を６ポイント程度，且つ出
カを１０％程度向上させることができる。
【００１２】また、前記圧縮気体貯蔵部Ａは、深度４０
０メートル程度にて気密タンクとして形成されることも
ある（図５参照）。この場合、圧縮気体貯蔵タンクとし
てのジオドームが形成されることになり、余剰電力を約
５０℃程度の圧縮気体にて貯蔵できるので、朝には、前
記圧縮気体貯蔵部Ａ下部の重泥水が送泥管を通じて地上
の上池に押し上げらる。この圧縮気体は、例えば空気の
場合、約８０気圧,約５０℃である。また、昼には、前
記第２のガスタービンＴ2に対して、断熱膨張により氷
水（又は冷気）を噴射することで吸気冷却を行う。その
結果、出力を１０％程度、効率は６％程度向上させるこ
とができる。
【００１３】地上の上池３０は、重泥水の池として形成
する。これにより、目づまり効果が自然に発生し、大地
震が起きても容易に損壊せず、高い信頼性を維持するこ
とができる。また、この上池３０は、粘性が高いベント
ナイトを大量に充填した池として形成する。これによ
り、制震効果が高まる他、平底型の池にすると、地震の
卓越周波数帯域からスロシング周期が外れ、免震池すな
わち免震浮体構造物を搭載可能な免震装置としても機能
させることができる。このようにすることで、地盤が軟
弱である場合であっても、地震に弱い変電所,燃料タン
ク,発電所等のプラントを搭載することができるので、
経済的な免震電力貯蔵プラントを構築することができ
る。
【００１４】このような前記圧縮気体貯蔵部Ａを使用す
ることにより、昼間帯は、貯蔵されている圧縮気体の噴
出が、熱交換器５０を介して燃焼器６０を駆動させ、前
記第１のガスタービンＴ1を駆動させることで、該第１
のガスタービンＴ1の負荷平準化を行う。
【００１５】
【作用】図１にて、まず、前記気体圧縮部Ｂが、夜間
に、余剰電力の受電にて運転される。これに伴ない、空
気等の気体の圧縮に付随して発生する熱が排出される。
この排熱を、前記蒸気ボイラＣにて蒸気（又は熱水）に
変換する。この蒸気を熱源として、氷製造手段Ｄの内部
において、アンモニア冷媒を介して、外部から供給され
る水（又は海水）を−１５℃前後で冷却する。これによ
り、前記気体圧縮部Ｂの運転に伴なう排熱を利用して−
１５℃前後の極めて低温の氷を、夜間（又はオフピーク
電力時間帯）に製造することができる（最高で−６０℃
の氷の製造が可能）。
【００１６】前記氷製造手段Ｄにて製造,貯蔵される氷
の冷熱は、隣接する前記第２のガスタービンを吸気冷却
するために送られ、該第2のガスタービンの出力増加に
供される。前記氷が海水からなる場合は、融解した後の
淡水をボイラー用水として供給してもよい。従来は逆浸
透膜を介して得られる淡水を供給していたが、コストが
高いという欠点があったのに対し、前記気体圧縮部Ｂの
排熱を熱源として製造された氷から生産される淡水なの
で、コストが極めて安いというメリットがある。また、
圧縮気体を前記圧縮気体貯蔵部Ａへ送るための立て坑
は、送気管に平行して氷蓄熱槽として使用してもよい。
【００１７】ここで、前記氷製造手段Ｄの構成の詳細に
ついて説明する。該氷製造手段Ｄは、吸収式冷凍装置１
０と、氷蓄熱装置２０とからなる（図１参照）。本発明
のガスタービン吸気冷却システムに適用する吸収式冷凍
装置１０は、好ましくは低温式吸収冷凍機とし、冷媒に
アンモニア、吸収剤に水を使用するものとする。
【００１８】その吸収式冷凍装置１０の構成の概略を図
２（Ａ）に、動作原理を図２（Ｂ）に示す。まず、蒸発
器１０ａで蒸発したアンモニアは、吸収器１０ｂでアン
モニア希溶液に吸収され〔図２（Ｂ）の点Ａ参照〕、濃
アンモニア溶液となる〔図２（Ｂ）の点Ｂ参照〕。この
アンモニア溶液は、溶液ポンプ１０ｃによって精留器１
０ｆに送られる〔図２（Ｂ）の点Ｃ参照〕。溶液は、さ
らに前記発生器１０ｅに送られて加熱され、アンモニア
蒸気を分離する。該アンモニア蒸気は水蒸気を含むた
め、前記精留器１０ｆで精留される。高純度となったア
ンモニアガスは凝縮器１０ｇで液化される。一方、前記
発生器１０ｅから送られた高温アンモニア希溶液〔図２
（Ｂ）の点Ｄ参照〕は、熱交換器１０ｄで冷却され、前
記吸収器１０ｂで再び冷媒蒸気を吸収する。以上のよう
なサイクルを繰り返すことで、低温吸収式冷凍サイクル
が可能となる。
【００１９】図４は、前記氷蓄熱装置２０と、前記第２
のガスタービンＴ2との接続関係の一例を示す概略図で
ある。前記第２のガスタービンＴ2は、天然ガス（ＬＮ
Ｇ）等によって、一方に接続される発電機を駆動させ、
他方に接続される排熱を回収するための排熱ボイラに蒸
気を噴出する。本発明に適用される前記吸収式冷凍装置
１０によって氷を貯蔵している前記氷蓄熱装置２０は、
前記吸収式冷凍装置１０の冷却によって製造される氷を
間欠的又は連続的に製造するものであり、製造して貯蔵
している氷の冷気（又は冷水）によって前記第２のガス
タービンＴ2を吸気冷却することで、負荷平準化を実現
する。
【００２０】
【実施例】以下、本発明のガスタービン吸気冷却システ
ムの好適な実施例について説明する。本発明のガスター
ビン吸気冷却システムを、複合火力発電プラントに適用
し、吸気冷却は前記第２のタービンＴ2に、熱水（蒸
気）噴射は前記第１のタービンＴ1に行い、負荷平準化
を行う。前記圧縮気体貯蔵部Ａは、余剰電力（風力発電
等を含む）にて駆動される掘削機で、地下６００メート
ル,直径３メートルの立て杭の下に約２０００立方メー
トルの水没ジオドームとして形成される。
【００２１】前記圧縮気体貯蔵部Ａは、ベントナイト等
の重泥水で置換し、自己修復作用で目詰めすることで、
環境破壊することなく、周辺地圧と均衡させることがで
きるので、高止水性のジオドームタンクが自然に形成で
きる。この場合、地質は軟岩でもよく、昼間帯にピーク
電力５メガワットを返すが、熱効率は揚水の場合を上回
る。
【００２２】また、前記圧縮気体貯蔵部Ａに貯蔵されて
いる重泥水は、深夜に上池３０に押し上げられる。該上
池３０は、いわゆる浮揚免震池で、ベントナイトの粘性
ダンパが効いた免震発電プラント４０を載せることがで
きる（図５参照）。これを「５メガワット級ＣＡＥＳ」
と称することにすれば、該５メガワット級ＣＡＥＳの建
設コストは、揚水発電における３００万キロワット級が
約２４万円／キロワットであることと比較すると、遠隔
機械化施工で無履工のジオドームＣＡＥＳは５メガワッ
トと小さいが同等である。
【００２３】図９は、本発明のガスタービン吸気冷却シ
ステムを適用したＣＡＥＳによる氷の吸気冷却の価値を
示す。これより、負荷平準化になる増出力効果Ｙpは３
２％で、ＣＡＥＳの排熱から既存火力側のガスタービン
で１６００ＫＷ×１０ｈの電力を生産できる。また、余
剰電力が割安なことを相対評価に入れるため、燃料経済
効果Ｙfを定義した結果、この場合の燃料経済効率は４
９％となり、複合火力並みとなる〔図９の式（１）参
照〕。さらに、大気環境に関し、余剰電力は原子力比率
が高いとすると、二酸化炭素抑制効果Ｃは燃料電池並み
となる（図９参照）。
【００２４】図３は、本発明のガスタービン吸気冷却シ
ステムを適用した、ＣＡＥＳ発電と、前記気体圧縮部Ｂ
の排熱を蒸気化して前記氷製造手段Ｄにて氷貯蔵後、２
７℃の前記第２のガスタービンＴ2吸気を７℃に吸気冷
却し、出力増強発電する場合の、負荷平準化の二重効用
の模式図である。前記気体圧縮部Ｂを余剰電力で１０時
間駆動させる。その排熱は前記吸収式冷凍装置１０に５
４３０ＵＳＲＴにて熱源とされ、１日あたり１８７立方
メートル程度の氷の貯蔵を可能とする。
【００２５】そして、立て杭内径２〜３ｍ,有効深度６
００〜７００ｍ,有効気圧８０〜１２０気圧、有効容量
２０００〜２５００立方メートル,有効幅６〜９ｍとし
て形成した前記圧縮気体貯蔵部Ａに貯蔵されている圧縮
気体（圧縮空気）は、５ＭＷ級ＣＡＥＳとしての前記第
１のガスタービンＴ1を１０時間駆動させる。
【００２６】また、貯蔵された氷の冷気による吸気冷却
を、７．２ＭＷ級の前記第２のガスタービンＴ2（隣接
するガスタービン）を気温２７℃にてやはり１０時間行
う。このときの吸気冷却増出力は１．６ＭＷにもなる。
このような優れた効果は、特に、常夏の国である亜熱帯
地域（例えば台湾等）で顕著に現れる。
【００２７】図７（Ａ）は、６メガパスカルの高圧逸泥
試験結果を示す。液密５メガパスカル後に気密５．５メ
ガパスカルの繰り返し試験法にて、気密の自己修復性が
確認された。図７（Ｂ）は、岩盤空洞２００立方メート
ルの液漏れの自己修復効果の実証実験結果を示す。即
ち、時間の経過にともなって、貯蔵圧力が安定していく
ことが実証された。安定に要する期間は、約１０日間で
ある。
【００２８】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。前記第１のガスタービンＴ1として、石川島播磨
重工業株式会社のＩＭ２７０型５０００ＫＷ×１０ｈ
（常用ピーク用）を適用する。また、前記気体圧縮機Ｂ
として４５００ＫＷ，吐出空気量９．２４ｋｇ／ｓ，吐
出温度４８７℃の空気を１５０℃に冷却するまでの排熱
量は、（9.24kg/s×（487-150）℃×0.2513kcal/kg℃×
3600s/h）／860kcal/kwh＝３２７５ＫＷとなる。
【００２９】また、前記蒸気ボイラＣとして、蒸気圧
０．６メガパスカル，１５０℃の蒸気を５．３ｔ／ｈ生
成できるものを適用する。また、前記吸収式冷凍装置１
０として、ダイキン工業株式会社のアンモニア吸収式冷
凍機を適用し、氷貯蔵を行って、隣接のピークガスター
ビン（前記第２のガスタービンＴ2）を吸気冷却する。
この装置により、２ＭＷ級ガスタービン４台分の吸気空
気を２０℃低下できる。
【００３０】次に、全体の増出カ率は、氷蓄熱付きＣＡ
ＥＳ（前記第１のガスタービンＴ1）と複合させたピー
ク用ガスタービン発電の全体では、５０００ＫＷの１０
時間発電を基軸とし、全ピーク発電は５０００ＫＷ＋８
８００ＫＷ＝１３８００ＫＷとなる。従来のＣＡＥＳな
ら５０００ＫＷ＋７２００ＫＷ＝１２２００ＫＷである
システムは亜熱帯地域の年平均気温２７℃での吸気を２
０℃低下させ、７℃で吸気できる。したがって、本発明
のガスタービン吸気冷却システムによる氷蓄熱で、１１
３％の出力増になる（負荷平準化）。
【００３１】次に、負荷平準化効果の面では、ピーク負
荷用ガスタービン１８００ＫＷｘ４台の出力が、ＣＡＥ
Ｓの排熱利用により、２２００ＫＷ×４台に運転でき、
４００ＫＷ×４の増出力となるので、都市に分散するガ
スタービン設備の２２％節約になる。既設ガスタービン
（前記第２のガスタービンＴ2）１８００ＫＷ×４を分
母に加えて評価しても、１３．３％の節約の価値があ
る。
【００３２】次に、電力貯蔵の発電効率として、隣接す
るガスタービン（前記第２のガスタービンＴ2）の燃料
は、吸気冷却前は１８００ＫＷ、６２９３０００kcal/h
（７３１７ｋｗｈｔ）で、吸気後は２２００ＫＷ、７１
４００００kcal/h（８３０２ｋｗｈｔ）で、発電効率は
１８００ＫＷ時２４．６％、２２００ＫＷ時２６．５
％、吸気中増出カの部分発電効率は（４００ｋｗ×４×
１Ｏｈ）／（（８４７００００kcal/h×４）／８６０kc
al）＝１６０００kwh/３９３９０kwh＝４０．６％に相
当する。以上の関係の内、ＣＡＥＳの関与する発電効率
は、図９の式（３）に示すようになり、揚水発電より優
れている。また、吸気冷却なしの場合は、５００００／
（１０００００＋７１４３０）＝２９．２％で、吸気冷
却時３１．３％と、発電効率は氷蓄熱により２．１ポイ
ント向上する。
【００３３】余剰電力の受電による発電経済効率は、図
９の式（２）とほぼ同じになり、発電経済効率Ｙ1は５
９．６０％となって、燃料電池の６０％程度に匹敵す
る。また、夜間の前記気体圧縮部Ｂの動力４００００Ｋ
Ｗｔが夜間の焚増燃料費だけであるので、火力発電所で
ＣＡＥＳを実施すると、夜の発電単価は焚増燃料なの
で、昼の発電単価の１／４である。いま、等値的に消費
ＫＷhの節約と見立てると、１０００００ＫＷｔ×１／
４＝２５０００ｋｗｈを分母第１項に代入することがで
き、発電経済効率Ｙ2は、４８．６％となって、新鋭の
複合火力並みと言える。
【００３４】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図６は、その構成概略図である。基本的に、図１
に示した構成と同様であるが、前記第２のガスタービン
Ｔ 2をカスケード接続する構成とし、これら第２のガス
タービンＴ2，第３のガスタービンＴ3，…のそれぞれ
を、前記氷製造手段Ｄによって吸気冷却する構成とす
る。これにより、前記気体圧縮部Ｂの排熱を利用して、
複数の隣接するガスタービンを同時に吸気冷却すること
ができ、負荷平準化を２つのガスタービンに限定するこ
となく、適用されるプラントの設置条件に合わせて柔軟
に実施することができる。
【００３５】以上説明した種々の実施形態及び実施例で
は、図５に示すような縦長形状に形成した圧縮気体貯蔵
部Ａの他にも、種々の形状に形成した圧縮気体貯蔵部Ａ
を適用することができる。例えば、発明者が既に提案し
た「岩盤空洞における圧気貯蔵タンク」（特願平１１−
３７３１７１号）に開示したような、逆Ｔ字型圧気貯蔵
タンク（ジオドーム）を適用することができる（図８参
照）。また、前記圧縮気体貯蔵部Ａは、この特願平１１
−３７３１７１号に開示したような形成方法で形成して
もよい。本明細書では、上記参照により発明者が特願平
１１−３７３１７１号に開示した内容を本出願に組み込
み、本出願の記載の一部とする。
【００３６】例えば、図８において、前記圧縮気体貯蔵
部Ａは、前記岩盤中に形成さえる岩盤空洞１００に泥水
１０１が供給され、圧気管１０２を介して前記岩盤空洞
１００に圧送された空気，ガスその他の圧縮気体を、前
記泥水１０１の泥水圧により、下方から圧力を負荷した
状態で貯蔵する。前記圧気管１０２は、前記岩盤空洞１
００の頂部１０３から下方に向かって開口している。前
記岩盤空洞１００内における前記泥水１０１は、内壁面
の空隙や割れ目に侵入して目詰めする目詰め剤を混合し
た比重が約１．０５乃至１．２０程度の軽泥水による上
層１０１ｂと、ベントナイト等の高比重微粉体を加重調
整剤として混合した比重約１．２０乃至２．０の重泥水
１０１ａとの二層構造とすることもある。
【００３７】そして、前記軽泥水１０１ｂは、前記泥水
１１１が充填された岩盤空洞１００に、前記圧気管１０
２を介して圧入供給される構造とすることもある。さら
に、前記岩盤空洞１００は、前記圧気管１０２との接続
部分である前記頂部１０３に向かってその天端部１０４
を上り勾配としつつ横方向に延設して形成される地下空
洞としてもよい。
【００３８】さらに、前記重泥水１０１ａは、地中に形
成される立て杭１０５を介して前記岩盤空洞１００に供
給され、その立て杭１０５には、逆浸透膜造水管１０９
（保護管１０９ａ，逆浸透膜モジュール１０９ｂ，揚水
管１１１）、深層曝気管等の付帯設備を併設することも
ある。
【００３９】送泥管１０６は、２ｍ程度の直径の円形断
面を有する鋼管であって、順次上方に継ぎ足すようにし
ながら地表面から下方に向かって立て杭１０５に挿入配
置され，且つその下端が液溜まり部１０７に配置され
る。前記立て杭１０５内に配設された送泥管１０６の外
側には、立て杭１０５の内壁面との間の間隙を充填し
て、グラウト材１０８が注入固化されている。
【００４０】閉塞栓１１０は、送泥管１０６の周囲を覆
うコンクリートであって、これにより加圧状態の圧縮気
体や軽泥水１０１ｂが、立て杭１０５の内壁面と送泥管
１０６との間の間隙を介して上方に漏出するのを防止す
る。
【００４１】前記圧気管１０２は、１００ｍｍ経程度の
ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等からなるパイプであ
って、その一端が、前記気体圧縮部Ｂに接続され、その
他端は、前記送泥管１０６の外側に突出した後、閉塞栓
１１０の内部に埋設される。
【００４２】前記逆浸透膜造水管１０９は、直径１ｍ程
度の円形断面を有する鋼管の下端部分に、例えば特開平
１０−１５６３５６号公報記載の逆浸透膜もフールを設
置して構成する。
【００４３】本明細書において、前記気体圧縮部Ｂが圧
縮する気体は、好ましくは「空気」とするが、その他の
ガスであっても差し支えない。
【００４４】また、本明細書における「昼間帯」とは、
業務用季節別時間帯電力及び季節別時間帯別電力におけ
る、「ピーク」を除く毎日午前８時から午後１０時まで
の時間をいう。その「ピーク」とは、「夏季」の毎日午
後１時から午後４時までの時間をいう。また、「夜間
帯」とは、前記「ピーク」と前記「昼間帯」とを除く時
間をいう。但し、５月１日，２日，１２月３０日，３１
日は全日「夜間帯」に含めるものとする。また、「余剰
電力」とは、夜間帯に提供される割安な電力のことをい
い、風力，波力，地熱その他のあらゆる経済的な手段に
て提供される電力をいうものとし、祝祭日に提供される
場合も含める概念とする。
【００４５】
【発明の効果】請求項１の発明では、第１のガスタービ
ンＴ1と，該第１のガスタービンＴ1に隣接配置される第
２のガスタービンＴ2とが使用される発電プラント，工
場等のガスタービン吸気冷却システムにおいて、余剰電
力の受電にて運転され，且つ空気，ガスその他の気体を
圧縮して圧縮気体を生成する気体圧縮部Ｂと、重泥水１
０１ａの充填にて大深度地下に形成され，且つ前記気体
圧縮部Ｂの生成する圧縮気体が貯蔵される圧縮気体貯蔵
部Ａと、前記気体圧縮部Ｂの気体圧縮過程において排出
される排熱を回収して蒸気に変換する蒸気ボイラＣと、
該蒸気ボイラＣにて変換された蒸気を熱源としてアンモ
ニア冷媒によって氷を製造する氷製造手段Ｄとを備え、
前記第１のガスタービンＴ1は、昼間帯に、前記圧縮気
体貯蔵部Ａが貯蔵する圧縮気体にて駆動され、前記第２
のガスタービンＴ2は、前記氷製造手段Ｄにて製造した
氷の冷気にて吸気冷却されてなるガスタービン吸気冷却
システムとしたことにより、以下のような極めて優れた
効果を有する。
【００４６】まず、気体圧縮部Ｂの気体圧縮過程におい
て排出される排熱を回収して蒸気に変換する蒸気ボイラ
Ｃと、該蒸気ボイラＣにて変換された蒸気を熱源として
アンモニア冷媒によって氷を製造する氷製造手段Ｄとを
備えた構成により、従来よりも低温の氷を製造すること
ができる。これにより、その氷の冷熱を熱源として、既
設の隣接ガスタービン（前記第２のガスタービンＴ2）
を吸気冷却することにより効率よく負荷平準化を実施で
き、しかも増出力効果は約３２％と優れた改善をもたら
すことができる。
【００４７】さらに、重泥水１０１ａの充填にて大深度
地下に形成され，且つ前記気体圧縮部Ｂの生成する圧縮
気体が貯蔵される圧縮気体貯蔵部Ａを備え、前記第１の
ガスタービンＴ1を、昼間帯に、前記圧縮気体貯蔵部Ｂ
が貯蔵する圧縮気体を噴射して駆動する構成としたこと
により、割安な余剰電力で生成した圧縮気体の噴出で前
記第１のガスタービンＴ1を昼間に駆動させることがで
きるので、極めて効率のよい燃料経済を実現できる。即
ち、複合発電の４８％〜５１％並みという画期的燃料経
済を実現することができる。
【００４８】以上のように、前記気体圧縮部Ｂにて空気
等の気体を断熱圧縮し、高温蒸気を発生させ、氷製造手
段Ｄにて氷蓄熱し、吸気冷却によって第２のガスタービ
ンＴ 2について負荷平準化を可能とするとともに、且
つ、前記圧縮気体貯蔵部Ａに貯蔵される圧縮気体（又は
熱水等）によって前記第１のガスタービンＴ1について
も通年で負荷平準化を可能とすることができる。即ち、
本発明のガスタービン吸気冷却システムでは二重の負荷
平準化が可能となって、従来のＣＡＥＳに比べて、増出
力の面でも燃料経済の面でも画期的改善を行うことがで
きるという極めて優れた効果がある。
【００４９】次に、請求項２の発明では、請求項１記載
において、前記圧縮気体貯蔵部Ａを形成する重泥水１０
１ａはベントナイトとバリウム紛との混合重泥水とした
ガスタービン吸気冷却システムとしたことにより、ベン
トナイト等の重泥水で置換することで、自己修復作用で
目詰めすることができる。その結果、環境破壊すること
なく、周辺地圧と均衡させることができるので、高止水
性のジオドームタンクを自然に形成することができると
いう画期的な利点を有する。さらに、地質は軟岩でもよ
く、昼間帯にピーク電力５メガワットを返すが、熱効率
は揚水の場合を上回るという極めて優れた利点もある。
【００５０】次に、請求項３の発明では、請求項１又は
２記載において、前記氷製造手段Ｄは、アンモニアを冷
媒とする吸収式冷凍装置１０と，該吸収式冷凍装置１０
の冷却によって製造される氷を間欠的又は連続的に製造
する氷蓄熱装置２０とからなるガスタービン吸気冷却シ
ステムとしたことにより、特に、−１５℃乃至−６０℃
の極めて低温の氷を製造することができるので、従来に
比べ、格段に効率よく吸気冷却を行うことができ、その
結果、負荷平準化の効率も格段に向上させることができ
るという、極めて優れた利点を有する。
【００５１】次に、請求項４の発明では、第１のガスタ
ービンＴ1と，該第１のガスタービンＴ1に隣接配置され
る第２のガスタービンＴ2とが使用される発電プラン
ト，工場等でのガスタービン吸気冷却方法において、余
剰電力の受電にて運転される気体圧縮部Ｂにて、空気，
ガスその他の気体を圧縮して圧縮気体を生成し、重泥水
１０１ａの充填にて大深度地下に形成した圧縮気体貯蔵
部Ａに前記気体圧縮部Ｂの生成する圧縮気体を貯蔵し、
前記気体圧縮部Ｂの気体圧縮過程において排出される排
熱を回収して蒸気ボイラＣにて蒸気に変換し、該蒸気を
熱源としてアンモニア冷媒による氷製造手段Ｄにて氷を
製造し、前記第１のガスタービンＴ1を、昼間帯に、前
記圧縮気体貯蔵部Ａに貯蔵された圧縮気体を噴射して、
前記第２のガスタービンＴ2を、前記氷製造手段Ｄの製
造する氷の冷気にて吸気冷却してなるガスタービン吸気
冷却方法としたことにより、以下のような極めて優れた
効果を有する。
【００５２】まず、気体圧縮部Ｂの気体圧縮過程におい
て排出される排熱を蒸気ボイラＣが回収して蒸気に変換
し、前記蒸気ボイラＣにて変換された蒸気を熱源として
アンモニア冷媒によって氷製造手段Ｄが氷を製造する方
法としたことにより、従来よりも低温の氷を製造するこ
とができる。これにより、その氷の冷熱を熱源として、
既設の隣接ガスタービン（前記第２のガスタービン
Ｔ2）を吸気冷却することにより効率よく負荷平準化を
実施でき、しかも増出力効果は約３２％と優れた改善を
もたらすことができる。
【００５３】さらに、重泥水１０１ａの充填にて大深度
地下に形成され，且つ前記気体圧縮部Ｂの生成する圧縮
気体を圧縮気体貯蔵部Ａが貯蔵し、前記第１のガスター
ビンＴ1を、昼間帯に、前記圧縮気体貯蔵部Ａが貯蔵す
る圧縮気体を噴射して駆動する構成としたことにより、
割安な余剰電力で生成した圧縮気体の噴出で前記第１の
ガスタービンＴ1を昼間に駆動させることができるの
で、極めて効率のよい燃料経済を実現できる。即ち、複
合発電の４８％〜５１％並みという画期的燃料経済を実
現することができる。
【００５４】以上のように、前記気体圧縮部Ｂにて空気
等の気体を断熱圧縮し、高温蒸気を発生させ、氷製造手
段Ｄにて氷蓄熱し、吸気冷却によって第２のガスタービ
ンＴ 2について負荷平準化を可能とするとともに、且
つ、前記圧縮気体貯蔵部Ａに貯蔵される圧縮気体（又は
熱水等）によって前記第１のガスタービンＴ1について
も通年で負荷平準化を可能とすることができる。即ち、
本発明のガスタービン吸気冷却方法では、二重の負荷平
準化が可能となって、従来のＣＡＥＳに比べて、増出力
の面でも燃料経済の面でも画期的改善を行うことができ
るという極めて優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービン吸気冷却システムの主な
構成を示す概略図
【図２】（Ａ）は本発明に適用する吸収式冷凍装置の構
成の概略図 （Ｂ）は本発明に適用する吸収式冷凍装置の動作原理
【図３】本発明のガスタービン吸気冷却システムを適用
した、ＣＡＥＳ発電と、氷貯蔵後に第２のガスタービン
を７℃に吸気冷却して出力増強発電する場合の、負荷平
準化の二重効用の模式図
【図４】氷蓄熱装置と第２のガスタービンとの接続関係
の一例を示す概略図
【図５】大深度地下に形成されるジオドームとしての圧
縮気体貯蔵部に貯蔵される重泥水の推移の一例を示す概
念図
【図６】本発明の第３の実施例の構成概略図
【図７】（Ａ）は６メガパスカルの高圧逸泥試験結果を
示すグラフ （Ｂ）は岩盤空洞２００立方メートルの液漏れの自己修
復効果の実証実験結果を示すグラフ
【図８】本発明のガスタービン吸気冷却システムに適用
可能な圧縮気体貯蔵部の一実施例を示す概略図
【図９】本発明のガスタービン吸気冷却システムを適用
したＣＡＥＳによる氷の吸気冷却の価値を示す説明図
【符号の説明】
Ａ…圧縮気体貯蔵部 Ｂ…気体圧縮部 Ｃ…蒸気ボイラ Ｄ…氷製造手段 １０…吸収式冷凍装置 ２０…氷蓄熱装置 １０１ａ…重泥水 Ｔ1…第１のガスタービン Ｔ2…第２のガスタービン
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１０月１７日（２０００．１０．
１７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体圧縮機等で生
成された圧縮気体を大深度地下に貯蔵して、夜間帯に貯
蔵した圧縮気体を昼間帯に噴出させて第１のガスタービ
ンを駆動させることで負荷平準化を行い、且つ、気体圧
縮機の気体圧縮過程で発生する大量の排熱を熱源として
氷を製造し、第２のガスタービンを吸気冷却してさらに
負荷平準化を行うことができるガスタービン吸気冷却シ
ステムに関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【課題を解決する手段】そこで発明者は、鋭意研究を重
ねた結果、その発明を、第１のガスタービンと，該第１
のガスタービンに隣接配置される第２のガスタービンと
が使用される発電プラント，工場等のガスタービン吸気
冷却システムにおいて、余剰電力の受電にて運転され，
且つ空気，ガスその他の気体を圧縮して圧縮気体を生成
する気体圧縮部と、重泥水の充填にて大深度地下に形成
され，且つ前記気体圧縮部の生成する圧縮気体が貯蔵さ
れる圧縮気体貯蔵部と、前記気体圧縮部の気体圧縮過程
において排出される排熱を回収して蒸気に変換する蒸気
ボイラと、該蒸気ボイラにて変換された蒸気を熱源とし
てアンモニア冷媒によって氷を製造する氷製造手段とを
備え、前記第１のガスタービンは、昼間帯に、前記圧縮
気体貯蔵部が貯蔵する圧縮気体にて駆動され、前記第２
のガスタービンは、前記氷製造手段にて製造した氷の冷
気にて吸気冷却されてなるガスタービン吸気冷却システ
ム等としたことにより、気体圧縮機等で生成された圧縮
気体を大深度地下に貯蔵して、夜間帯に貯蔵した圧縮気
体を昼間帯に噴出させて第１のガスタービンを駆動させ
ることで負荷平準化を行うことができ、さらに、気体圧
縮機の気体圧縮過程で発生する大量の排熱を熱源として
氷を製造し、第２のガスタービンを吸気冷却してさらに
負荷平準化を行って二重の負荷平準化を可能とすること
ができ、前記課題を解決したものである。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年２月７日（２００１．２．７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１のガスタービンと，該第１のガスタ
    ービンに隣接配置される第２のガスタービンとが使用さ
    れる発電プラント，工場等のガスタービン吸気冷却シス
    テムにおいて、余剰電力の受電にて運転され，且つ空
    気，ガスその他の気体を圧縮して圧縮気体を生成する気
    体圧縮部と、重泥水の充填にて大深度地下に形成され，
    且つ前記気体圧縮部の生成する圧縮気体が貯蔵される圧
    縮気体貯蔵部と、前記気体圧縮部の気体圧縮過程におい
    て排出される排熱を回収して蒸気に変換する蒸気ボイラ
    と、該蒸気ボイラにて変換された蒸気を熱源としてアン
    モニア冷媒によって氷を製造する氷製造手段とを備え、
    前記第１のガスタービンは、昼間帯に、前記圧縮気体貯
    蔵部が貯蔵する圧縮気体にて駆動され、前記第２のガス
    タービンは、前記氷製造手段にて製造した氷の冷気にて
    吸気冷却されてなることを特徴とするガスタービン吸気
    冷却システム。
  2. 【請求項２】 請求項１記載において、前記圧縮気体貯
    蔵部を形成する重泥水はベントナイトとバリウム紛との
    混合重泥水としたことを特徴とするガスタービン吸気冷
    却システム。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載において、前記氷製
    造手段は、アンモニアを冷媒とする吸収式冷凍装置と，
    該吸収式冷凍装置の冷却によって製造される氷を間欠的
    又は連続的に製造する氷蓄熱装置とからなることを特徴
    とするガスタービン吸気冷却システム。
  4. 【請求項４】 第１のガスタービンと，該第１のガスタ
    ービンに隣接配置される第２のガスタービンとが使用さ
    れる発電プラント，工場等でのガスタービン吸気冷却方
    法において、余剰電力の受電にて運転される気体圧縮部
    にて、空気，ガスその他の気体を圧縮して圧縮気体を生
    成し、重泥水の充填にて大深度地下に形成した圧縮気体
    貯蔵部に前記気体圧縮部の生成する圧縮気体を貯蔵し、
    前記気体圧縮部の気体圧縮過程において排出される排熱
    を回収して蒸気ボイラにて蒸気に変換し、該蒸気を熱源
    としてアンモニア冷媒による氷製造手段にて氷を製造
    し、前記第１のガスタービンを、昼間帯に、前記圧縮気
    体貯蔵部に貯蔵された圧縮気体を噴射して、前記第２の
    ガスタービンを、前記氷製造手段の製造する氷の冷気に
    て吸気冷却してなることを特徴とするガスタービン吸気
    冷却方法。
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