JP2011169171A - Power generation system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation system storing generated heat for a long period of time or for a long period, and responding to fluctuation in electric demand. <P>SOLUTION: The power generation system includes a heat generation means 10, a heat transmission means 20, a heat accumulation means 30, a heat recovery means 40, and a power generation means 50. The heat generation means 10 generates heat to heat a heat medium. The heat transmission means 20 transmits the heat of the heat medium heated by the heat generation means 10 into the ground. The heat accumulation means 30 accumulates the heat transmitted by the heat transmission means 20 into the ground. The heat recovery means 40 takes out and recovers the heat accumulated by the heat accumulation means 30. The power generation means 50 generates power by the heat recovered by the heat recovery means 40. The heat generation means 10 makes the heater generate heat by electricity generated by a wind turbine generator to heat the heat medium. The ground 31 is utilized as the heat accumulation means 30 as it is. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、発生させた熱を地中に蓄え、この蓄えた熱を取り出して発電する発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation system that stores generated heat in the ground and generates electricity by taking out the stored heat.

従来、原子力発電システムが基幹電源として利用されている。また近年、CO2削減、新エネルギー資源の有効利用といった観点から、太陽熱、風力、地熱などの自然エネルギー(再生可能エネルギー)を利用した発電システムが注目されている。 Conventionally, a nuclear power generation system has been used as a main power source. In recent years, power generation systems using natural energy (renewable energy) such as solar heat, wind power, and geothermal heat have attracted attention from the viewpoints of CO 2 reduction and effective use of new energy resources.

例えば非特許文献1には、太陽熱発電に関する技術が記載されている。太陽熱発電は、太陽熱を集光して熱エネルギーに変え、その熱エネルギーで蒸気を発生させ、タービンを回転させることで、発電機を駆動して発電するものである。つまり、太陽エネルギーを熱エネルギーに変換して、電気エネルギーとして取り出す。太陽熱発電システムとしては、例えばタワー方式のものが実用化されている。これは、タワー(塔)の上部に設置された集熱器に太陽光を集光し、その熱で発生させた蒸気をタワーの下部に設けられたタービンに送り、タービンを回転させることで、発電機を駆動して発電する方式である(非特許文献1の図3参照)。   For example, Non-Patent Document 1 describes a technique related to solar thermal power generation. Solar thermal power generation condenses solar heat into thermal energy, generates steam with the thermal energy, and rotates a turbine to drive a generator to generate electricity. That is, solar energy is converted into thermal energy and extracted as electrical energy. As a solar thermal power generation system, for example, a tower type has been put into practical use. This is by concentrating sunlight on a heat collector installed at the top of the tower (tower), sending steam generated by the heat to the turbine provided at the bottom of the tower, and rotating the turbine. This is a method of generating power by driving a generator (see FIG. 3 of Non-Patent Document 1).

また、太陽熱発電では、天候や時間によって発電出力(発電量)が変動することから、安定した発電を行うために、熱を蓄熱器に蓄えると同時に、蓄熱器から発電に必要な熱を取り出すことができる蓄熱システムを太陽熱発電システムに設置することが行われている。   In solar thermal power generation, the power generation output (power generation amount) fluctuates depending on the weather and time. Therefore, in order to perform stable power generation, heat is stored in the regenerator and at the same time the heat necessary for power generation is extracted from the regenerator It is done to install a heat storage system that can be used in a solar power generation system.

次に、例えば非特許文献2〜4には、風力発電に関する技術が記載されている。風力発電は、風で風車を回転させ、発電機を駆動して発電するものである。つまり、風のエネルギーを回転エネルギーに変換して、電気エネルギーとして取り出す。風力発電システムは、塔の上部にナセルを設置し、このナセルに水平軸風車(風の方向に対して回転軸がほぼ平行な風車)を取り付けた構造が一般的である。ナセルには、風車の軸の回転数を増速して出力する増速機と、増速機の出力によって駆動される発電機とが格納されている。増速機は、風車の回転数を発電機の回転数まで高める(例えば1:100)ものであり、ギアボックスが組み込まれている。   Next, for example, Non-Patent Documents 2 to 4 describe technologies related to wind power generation. Wind power generation is to generate electricity by rotating a windmill with wind and driving a generator. That is, wind energy is converted into rotational energy and extracted as electrical energy. A wind power generation system generally has a structure in which a nacelle is installed at the top of a tower, and a horizontal axis wind turbine (a wind turbine whose rotation axis is substantially parallel to the wind direction) is attached to the nacelle. The nacelle stores a speed increaser that increases the rotational speed of the shaft of the windmill and outputs it, and a generator that is driven by the output of the speed increaser. The speed increaser increases the number of rotations of the wind turbine to the number of rotations of the generator (for example, 1: 100), and a gear box is incorporated.

最近では、増速機を必要としないギアレスの可変速式もある。風力発電システムの故障原因の多くは、増速機、より具体的にはギアボックスのトラブルによるものである。ギアレスの場合、増速機を使用しないのでギアボックスのトラブルを回避することが可能であるが、発電機を多極式とする必要があり、増速機を使用する場合と比較して、発電機が大型・重量化するデメリットがある。   Recently, there is also a gearless variable speed type that does not require a gearbox. Many of the causes of failures in wind power generation systems are due to problems with gearboxes, more specifically gearboxes. In the case of gearless, it is possible to avoid gearbox problems because the gearbox is not used, but it is necessary to use a multi-pole power generator. There is a disadvantage that the machine becomes large and heavy.

また、風力発電の場合も、風力の変動に伴い出力が変動するため、風力発電システムに蓄電システムを併設し、不安定な電力を蓄電池に蓄えて、出力を平滑化することが行われている。   Also, in the case of wind power generation, the output fluctuates with the fluctuation of the wind force, so a power storage system is added to the wind power generation system, unstable power is stored in the storage battery, and the output is smoothed. .

その他、例えば非特許文献5には、地熱発電に関する技術が記載されている。地熱発電は、地中深部のマグマによる熱エネルギーを蒸気という形で取り出し、その蒸気でタービンを回転させることで、発電機を駆動して発電するものである。しかし、地熱資源の有望な地域は火山地帯であり、日本では国立公園に指定されているなど、地熱発電所を新たに建設することが難しい問題がある。   In addition, for example, Non-Patent Document 5 describes a technique related to geothermal power generation. In geothermal power generation, thermal energy generated by magma in the deep underground is extracted in the form of steam, and a turbine is rotated by the steam to drive a generator to generate power. However, a promising area for geothermal resources is the volcanic area, and it has been difficult to construct a new geothermal power plant.

“太陽熱発電システム(01‐05‐01‐02)”、[online]、原子力百科辞典ATOMICA、[平成22年1月31日検索]、インターネット<URL:http://www.rist.or.jp/atomica/>“Solar Thermal Power Generation System (01-05-01-02)”, [online], Nuclear Encyclopedia ATOMICA, [Searched on January 31, 2010], Internet <URL: http://www.rist.or.jp / atomica /> “風力発電(01‐05‐01‐05)”、[online]、原子力百科辞典ATOMICA、[平成22年1月31日検索]、インターネット<URL:http://www.rist.or.jp/atomica/>“Wind Power Generation (01-05-01-05)”, [online], Atomic Encyclopedia ATOMICA, [searched on January 31, 2010], Internet <URL: http://www.rist.or.jp/ atomica /> “2000kW大型風力発電システム SUBARU80/2.0 PROTOTYPE”、[online]、富士重工業株式会社、[平成22年1月31日検索]、インターネット<URL:http://www.subaru-windturbine.jp/home/index.html>“2000kW large wind power generation system SUBARU80 / 2.0 PROTOTYPE”, [online], Fuji Heavy Industries Ltd., [searched January 31, 2010], Internet <URL: http://www.subaru-windturbine.jp/home/ index.html> “風力講座”、[online]、三菱重工業株式会社、[平成22年1月31日検索]、インターネット<URL:http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza_0101.html>“Wind Lecture”, [online], Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. [searched on January 31, 2010], Internet <URL: http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza_0101.html> “地熱発電とは?”、[online]、北海道電力株式会社、[平成22年1月31日検索]、インターネット<URL:http://www.hepco.co.jp/ato_env_ene/energy/fire_power/about_geo.html>“What is geothermal power generation?”, [Online], Hokkaido Electric Power Co., Inc. [searched on January 31, 2010], Internet <URL: http://www.hepco.co.jp/ato_env_ene/energy/fire_power/ about_geo.html>

近年、冷房機器の普及などに伴い、昼夜間、季節間での電力需要の格差が大きな問題となっている。しかし、従来の発電システムでは、昼夜間や季節間の電力需要変動に対し、効率性、費用対効果などの観点から、有効な対応策が見出されていない。   In recent years, with the spread of cooling equipment, etc., the difference in power demand between day and night and between seasons has become a big problem. However, in the conventional power generation system, no effective countermeasure has been found from the viewpoints of efficiency, cost effectiveness, and the like with respect to fluctuations in power demand between day and night and between seasons.

例えば風力発電システムの場合、蓄電システムが設置されているが、蓄電システムには電力を蓄電池に蓄えるためにコンバータなどの部品が必要であるため、システムの複雑化、電力損失の増大を招く。特に、季節間の電力需要変動を賄う規模の蓄電システムは、大量の蓄電池が必要であるため、システム全体としてのコスト増大を招く。   For example, in the case of a wind power generation system, a power storage system is installed. However, since the power storage system requires components such as a converter in order to store power in a storage battery, the system is complicated and power loss is increased. In particular, a power storage system of a scale that can cover fluctuations in power demand between seasons requires a large amount of storage batteries, which increases the cost of the entire system.

一方、太陽熱発電システムでは蓄熱システムが設置されているが、蓄熱システムは蓄電システムに比べて簡易であり、蓄熱器も蓄電池に比べれば安価である。しかし、季節間の電力需要変動を賄おうとすると、蓄電システム同様、その分大量の蓄熱器が必要であり、大量の材料と広い設置スペースが必要となる。つまり、発電システムの設置面積の大部分を蓄熱システム(蓄熱器)が占有することになる。   On the other hand, although a heat storage system is installed in the solar thermal power generation system, the heat storage system is simpler than the power storage system, and the heat storage is also cheaper than the storage battery. However, in order to cover seasonal power demand fluctuations, like the power storage system, a large amount of heat accumulator is required, and a large amount of material and a large installation space are required. That is, the heat storage system (heat accumulator) occupies most of the installation area of the power generation system.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、発生させた熱を長時間あるいは長期間に亘って蓄えることができ、電力需要変動に対応可能な発電システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of the purposes thereof is a power generation system that can store generated heat for a long period or a long period of time and can respond to fluctuations in power demand. Is to provide.

本発明の発電システムは、発熱手段と、熱伝達手段と、蓄熱手段と、熱回収手段と、発電手段とを備えることを特徴とする。発熱手段は、熱を発生させ、熱媒体を加熱する。熱伝達手段は、発熱手段により加熱した熱媒体の熱を地中に伝達する。蓄熱手段は、熱伝達手段により伝達した熱を地中に蓄える。熱回収手段は、蓄熱手段に蓄えた熱を取り出して回収する。発電手段は、熱回収手段により回収した熱で発電する。   The power generation system of the present invention is characterized by comprising a heat generation means, a heat transfer means, a heat storage means, a heat recovery means, and a power generation means. The heat generating means generates heat and heats the heat medium. The heat transfer means transfers the heat of the heat medium heated by the heat generation means to the ground. The heat storage means stores the heat transferred by the heat transfer means in the ground. The heat recovery means takes out and recovers the heat stored in the heat storage means. The power generation means generates power with the heat recovered by the heat recovery means.

地中は、年間を通して温度変化が少なく、断熱機能(蓄熱機能)を有する。本発明では、発熱手段により発生させた熱を、熱媒体を介して地中に伝達し、地中の蓄熱手段に蓄える。そして、蓄熱手段に蓄えた熱を取り出して回収し、その熱で発電する。そのため、地中に蓄熱することにより、発熱手段で発生させた余剰の熱を効率良く安定的に、昼夜間といった長時間あるいは季節間といった長期間に亘って蓄えることができ、その余剰熱を電力需要が大きくなる時期に取り出して発電することで、電力需要変動に対応することができる。また、地中を利用することで、設置スペースの有効活用を図ることができる。   The underground has little temperature change throughout the year, and has a heat insulation function (heat storage function). In the present invention, the heat generated by the heat generating means is transmitted to the ground through the heat medium and stored in the heat storage means in the ground. Then, the heat stored in the heat storage means is taken out and collected, and electricity is generated with the heat. Therefore, by storing the heat in the ground, it is possible to store the excess heat generated by the heating means efficiently and stably over a long period of time such as day and night or during a long period of time. By taking out and generating electricity at a time when demand increases, it is possible to cope with fluctuations in power demand. In addition, by using the underground, the installation space can be effectively utilized.

本発明において、熱媒体としては、例えば、水、油、液体金属(Na、Pbなど)、溶融塩などの液体、並びに、気体が挙げられる。   In the present invention, examples of the heat medium include water, oil, liquid metals (Na, Pb, etc.), liquids such as molten salts, and gases.

本発明の発電システムの一形態としては、蓄熱手段は、地中自体を利用することが挙げられる。   One form of the power generation system of the present invention is that the heat storage means uses the ground itself.

この構成によれば、地中自体をそのまま利用することで、大量の蓄熱器を設置する必要がなく、大量の材料を使用する必要がない。   According to this configuration, by using the ground itself as it is, it is not necessary to install a large amount of heat accumulator, and it is not necessary to use a large amount of material.

本発明の発電システムの一形態としては、蓄熱手段は、地中に形成された地中空間と、地中空間内に充填された蓄熱材とを備え、熱伝達手段により伝達した熱を蓄熱材に蓄えることが挙げられる。   As one form of the power generation system of the present invention, the heat storage means includes an underground space formed in the ground and a heat storage material filled in the underground space, and the heat stored in the heat transfer means is stored in the heat storage material. Can be stored.

地中自体をそのまま利用した場合、地中に浸透した雨水などの影響によって、蓄えた熱が逃げる(奪われる)ことが考えられる。そこで、蓄熱材を充填した地中空間に熱を伝達して蓄熱材に蓄熱することで、熱が奪われることを効果的に防ぐことができる。   If the ground itself is used as it is, it is conceivable that the stored heat escapes (is taken away) due to the influence of rainwater that has penetrated into the ground. Therefore, heat can be effectively prevented from being taken away by transferring heat between the earth and the hollow filled with the heat storage material and storing the heat in the heat storage material.

地中空間としては、人工の地下空間や天然の地下空間を利用することができ、その他、岩塩採掘跡や炭鉱、銅山の廃坑跡を利用することも可能である。また、蓄熱材としては、例えば、花崗岩や玄武岩などの砕石やコンクリートなどの固体、水、油、溶融塩などの液体、並びに、空気や二酸化炭素などの気体を利用することができる。   Artificial underground space and natural underground space can be used as underground space, and also rock salt mining traces, coal mines, and abandoned mine traces of copper mines can be used. In addition, as the heat storage material, for example, solids such as granite and basalt and solids such as concrete, liquids such as water, oil, and molten salt, and gases such as air and carbon dioxide can be used.

本発明の発電システムの一形態としては、発熱手段は、再生可能エネルギーを利用して熱を発生させることが挙げられる。   As one form of the power generation system of the present invention, the heat generating means may generate heat by using renewable energy.

この構成によれば、再生可能エネルギーを利用することで、新エネルギーの有効利用を図ることができる。   According to this configuration, it is possible to effectively use new energy by using renewable energy.

本発明の発電システムは、地中に蓄熱することにより、発熱手段で発生させた熱を効率良く安定的に長時間あるいは長期間に亘って蓄えることができ、電力需要変動に対応することができる。   The power generation system of the present invention can store heat generated by the heat generation means efficiently and stably over a long period or a long period of time by storing heat underground, and can respond to power demand fluctuations. .

実施の形態1に係る発電システムの全体構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the whole structure of the electric power generation system which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係る発電システムの全体構成の一例を示す模式図である。6 is a schematic diagram illustrating an example of an overall configuration of a power generation system according to Embodiment 2. FIG.

本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

(実施の形態1)
図1に示す実施の形態1に係る発電システムは、発熱手段10と、熱伝達手段20と、蓄熱手段30と、熱回収手段40と、発電手段50とを備える。以下、この発電システムの構成を詳しく説明する。
(Embodiment 1)
The power generation system according to Embodiment 1 shown in FIG. 1 includes a heat generation means 10, a heat transfer means 20, a heat storage means 30, a heat recovery means 40, and a power generation means 50. Hereinafter, the configuration of the power generation system will be described in detail.

発熱手段10は、再生可能エネルギーを利用して熱を発生させ、熱媒体を加熱する手段である。この例では、地上に設置された風力発電機を利用している。より詳しくは、風力発電機で発電した電気エネルギーを熱エネルギーに変換して、熱媒体を加熱する。具体的には、電気でヒータを発熱させ、その熱で熱媒体を加熱する。   The heat generating means 10 is means for generating heat using renewable energy and heating the heat medium. In this example, a wind power generator installed on the ground is used. More specifically, the electric energy generated by the wind power generator is converted into heat energy to heat the heat medium. Specifically, the heater is heated by electricity, and the heat medium is heated by the heat.

熱伝達手段20は、発熱手段10により加熱した熱媒体の熱を地中に伝達する手段である。この例では、発熱手段10から地中に延び、熱媒体が流通する伝熱管を利用している。より詳しく説明すると、発熱手段10により加熱した熱媒体を地中側(蓄熱手段30)に送る往路部21と、熱媒体の熱を蓄熱手段30に伝達して熱交換する熱交換部22と、熱媒体を地上側(発熱手段10)に戻す復路部23とを有し、発熱手段10と蓄熱手段30との間を熱媒体が循環するように構成されている。   The heat transfer means 20 is means for transferring the heat of the heat medium heated by the heat generation means 10 to the ground. In this example, a heat transfer tube extending from the heat generating means 10 to the ground and through which a heat medium flows is used. More specifically, the forward path part 21 for sending the heat medium heated by the heat generating means 10 to the underground side (heat storage means 30), the heat exchange part 22 for transferring the heat of the heat medium to the heat storage means 30 and exchanging heat, And a return path section 23 for returning the heat medium to the ground side (heat generating means 10), and the heat medium is circulated between the heat generating means 10 and the heat storage means 30.

蓄熱手段30は、熱伝達手段20により伝達した熱を地中に蓄える手段である。この例では、地中31自体を利用しており、熱を地中31自体に蓄える。また、蓄熱手段30は、季節間の電力需要変動を賄う規模の蓄熱能力を有する。   The heat storage means 30 is means for storing the heat transferred by the heat transfer means 20 in the ground. In this example, the underground 31 itself is used, and heat is stored in the underground 31 itself. Further, the heat storage means 30 has a heat storage capacity of a scale that can cover fluctuations in power demand between seasons.

ここで、地中31の蓄熱領域となる空間(以下、蓄熱空間と呼ぶ)を囲むように断熱層を別途設けてもよいし、別段設けなくてもよい。蓄熱手段に蓄熱できる蓄熱量は蓄熱空間の体積に比例し、蓄熱手段から熱が逃げる量(放熱量)は表面積に比例する。また、蓄熱空間を球と仮定すれば、表面積は長さ(半径)の2乗に比例し、体積は3乗に比例することから、蓄熱空間が大きくなる、即ち発電システムの規模が大きくなればなるほど、蓄熱量に対して放熱量はほぼ無視できるようになる。したがって、昼夜間といった長時間の電力需要変動に対応する小規模の発電システムであれば、熱が逃げるのを防ぐために断熱層を設けることが好ましい。一方、季節間といった長期間の電力需要変動に対応する大規模の発電システムであれば、断熱層を特段設ける必要がなく、大規模でありながら建設費用を低く抑えることができる。断熱層は、例えばコンクリートで形成することが挙げられる。コンクリートで断熱層を形成する場合は、熱伝導率の低い軽量コンクリートを利用することが好ましい。   Here, a heat insulating layer may be separately provided so as to surround a space (hereinafter referred to as a heat storage space) serving as a heat storage region of the underground 31, or may not be provided separately. The amount of heat storage that can be stored in the heat storage means is proportional to the volume of the heat storage space, and the amount of heat escaped from the heat storage means (heat radiation amount) is proportional to the surface area. If the heat storage space is assumed to be a sphere, the surface area is proportional to the square of the length (radius), and the volume is proportional to the third power. Therefore, if the heat storage space increases, that is, the scale of the power generation system increases. Indeed, the amount of heat released becomes almost negligible with respect to the amount of heat stored. Therefore, in the case of a small-scale power generation system that responds to long-term fluctuations in power demand such as day and night, it is preferable to provide a heat insulating layer in order to prevent heat from escaping. On the other hand, if it is a large-scale power generation system that responds to long-term fluctuations in power demand such as during the season, it is not necessary to provide a special heat insulation layer, and the construction cost can be kept low despite being large. For example, the heat insulating layer may be formed of concrete. When forming a heat insulation layer with concrete, it is preferable to use lightweight concrete with low thermal conductivity.

熱回収手段40は、蓄熱手段30(地中31)に蓄えた熱を取り出して回収する手段である。この例では、地上の発電手段50から地中に延び、熱媒体が流通する伝熱管を利用している。より詳しく説明すると、発電手段50から熱媒体を地中側(蓄熱手段30)に送る往路部41と、蓄熱手段30に蓄えた熱を熱媒体に伝達して熱交換する熱交換部42と、熱を受け取った熱媒体を地上側(発電手段50)に戻す復路部43とを有し、発電手段50と蓄熱手段30との間を熱媒体が循環するように構成されている。つまり、熱回収手段40の伝熱管を流通する熱媒体が蓄熱手段30から熱を受け取ることで、蓄熱手段30(地中31)に蓄えた熱を取り出して回収する。熱回収手段40には、公知のヒートポンプ技術を利用することができる。   The heat recovery means 40 is a means for taking out and recovering heat stored in the heat storage means 30 (underground 31). In this example, a heat transfer tube that extends from the ground power generation means 50 into the ground and through which a heat medium flows is used. More specifically, the forward path part 41 that sends the heat medium from the power generation means 50 to the underground side (heat storage means 30), the heat exchange part 42 that transfers the heat stored in the heat storage means 30 to the heat medium and exchanges heat, And a return path 43 that returns the heat medium that has received heat to the ground side (power generation means 50), and is configured such that the heat medium circulates between the power generation means 50 and the heat storage means 30. That is, the heat medium flowing through the heat transfer tube of the heat recovery means 40 receives heat from the heat storage means 30, and thereby extracts and recovers the heat stored in the heat storage means 30 (underground 31). For the heat recovery means 40, a known heat pump technique can be used.

発電手段50は、熱回収手段40により回収した熱で発電する。より詳しく説明すると、発電手段50は、熱回収手段40により回収した熱で蒸気を発生させる蒸気発生器と、その蒸気で回転するタービンと、このタービンにより駆動される発電機とを有する。発電手段50には、公知の地熱発電技術を利用することができる。   The power generation means 50 generates power with the heat recovered by the heat recovery means 40. More specifically, the power generation means 50 includes a steam generator that generates steam with the heat recovered by the heat recovery means 40, a turbine that rotates with the steam, and a generator that is driven by the turbine. As the power generation means 50, a known geothermal power generation technique can be used.

発電手段50により発電した電力は、送電ケーブル60を介して需要家側に送電される。送電ケーブル60には、超電導ケーブルを利用することができる。   The electric power generated by the power generation means 50 is transmitted to the customer side through the power transmission cable 60. As the power transmission cable 60, a superconducting cable can be used.

実施の形態1の発電システムによれば、地中の蓄熱手段に蓄熱することにより、発熱手段で発生させた余剰の熱を効率良く安定的に長時間あるいは長期間に亘って蓄えることができ、その余剰熱を電力需要が大きくなる時期に取り出して発電することで、電力需要変動に対応することができる。また、地中を利用することで、設置スペースの有効活用を図ることができる。さらに、蓄熱手段として地中自体をそのまま利用することで、大量の蓄熱器を設置する必要がなく、大量の材料を使用する必要がない。   According to the power generation system of Embodiment 1, by storing heat in the underground heat storage means, excess heat generated by the heat generation means can be efficiently and stably stored for a long time or a long period of time, By taking out the surplus heat at a time when the power demand becomes large and generating power, it is possible to cope with fluctuations in power demand. In addition, by using the underground, the installation space can be effectively utilized. Furthermore, by utilizing the ground itself as a heat storage means, it is not necessary to install a large amount of heat accumulators, and it is not necessary to use a large amount of materials.

(実施の形態2)
図2に示す実施の形態2に係る発電システムは、蓄熱手段の構成が図1に示す実施の形態1の発電システムと相違し、以下ではその相違点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
The power generation system according to the second embodiment shown in FIG. 2 is different from the power generation system according to the first embodiment shown in FIG. 1 in the configuration of the heat storage means, and the difference will be mainly described below.

実施の形態2の発電システムの蓄熱手段30は、地中に形成された地中空間32と、地中空間32内に充填された蓄熱材33とを備え、熱伝達手段20により伝達した熱を蓄熱材33に蓄える。この例では、地中の岩盤に地中空間32を形成し、その地中空間内に蓄熱材33を充填している。そのため、地中空間32の外側の岩盤が断熱層の役割を果たす。また、蓄熱材33には、例えば、溶融塩を利用することができる。なお、地中空間32の外側を例えば熱伝導率の低い軽量コンクリートで形成し、地中空間32の外側に断熱層を形成してもよい。   The heat storage means 30 of the power generation system according to the second embodiment includes an underground space 32 formed in the ground and a heat storage material 33 filled in the underground space 32, and the heat transferred by the heat transfer means 20 is provided. Store in heat storage material 33. In this example, the underground space 32 is formed in the underground rock, and the heat storage material 33 is filled in the underground space. Therefore, the rock outside the underground space 32 serves as a heat insulating layer. For the heat storage material 33, for example, a molten salt can be used. The outside of the underground space 32 may be formed of, for example, lightweight concrete having a low thermal conductivity, and a heat insulating layer may be formed outside the underground space 32.

実施の形態2の発電システムによれば、熱伝達手段により伝達した熱を地中空間内に充填された蓄熱材に蓄熱することで、熱が奪われることを効果的に防ぐことができる。   According to the power generation system of the second embodiment, the heat transferred by the heat transfer means is stored in the heat storage material filled in the underground space, thereby effectively preventing the heat from being taken away.

(変形例1)
上記した実施の形態1、2の発電システムでは、発熱手段10に風力発電機を利用し、風力発電機で発電した電気でヒータを発熱させ熱媒体を加熱する場合を例に説明したが、発熱手段には、太陽熱を利用することができる。例えば、太陽熱を集光して熱エネルギーに変え、その熱エネルギーで熱媒体を加熱することが考えられる。この場合、太陽の熱エネルギーを直接利用しているので、風力発電機を利用した場合と比較して、効率が良い。
(Modification 1)
In the power generation systems of the first and second embodiments described above, the case where a wind power generator is used as the heat generating means 10 and the heater is heated by the electricity generated by the wind power generator and the heat medium is heated is described as an example. Solar heat can be used as the means. For example, it is conceivable to condense solar heat into heat energy and heat the heat medium with the heat energy. In this case, since the thermal energy of the sun is directly used, the efficiency is better than when a wind power generator is used.

(変形例2)
上記した実施の形態1、2の発電システムでは、発熱手段10に風力発電機を利用し、風力発電機で発電した電気でヒータを発熱させ熱媒体を加熱する場合を例に説明したが、発熱手段には、力学的エネルギーを直接的に熱エネルギーに変換するエネルギー変換装置を利用することができる。例えば、風のエネルギーで風車を回転させ、その回転運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーで熱媒体を加熱することが考えられる。力学的エネルギーを熱エネルギーに変換する方式としては、例えば、誘導加熱や圧縮熱を用いることが挙げられる。エネルギー変換装置の具体例を以下に示す。
(Modification 2)
In the power generation systems of the first and second embodiments described above, the case where a wind power generator is used as the heat generating means 10 and the heater is heated by the electricity generated by the wind power generator and the heat medium is heated is described as an example. As the means, an energy conversion device that directly converts mechanical energy into heat energy can be used. For example, it is conceivable to rotate a windmill with wind energy, convert the rotational kinetic energy into heat energy, and heat the heat medium with the heat energy. As a method for converting mechanical energy into heat energy, for example, induction heating or compression heat is used. Specific examples of the energy conversion device are shown below.

誘導加熱を用いる場合のエネルギー変換装置の一例としては、磁場発生部と、少なくとも一部が導電材料で形成される加熱部と、熱媒体が流通する配管とを有する構成が挙げられる。この加熱部には磁場発生部による磁束が通過し、また、配管は加熱部に設けられ、加熱部と配管とは熱的に接続されている。そして、磁場発生部と加熱部のいずれか一方が風車の回転軸に取り付けられ、風車の回転によって、磁場発生部と加熱部とが相対的に回転移動する。このエネルギー変換装置は、風車の回転によって、磁場発生部と加熱部とが相対的に回転移動し、加熱部を通過する磁束が変化することで、加熱部に誘導電流(渦電流)が発生して加熱部が誘導加熱され、加熱部から熱を受け取って配管内の熱媒体を加熱する。   As an example of the energy conversion device in the case of using induction heating, a configuration including a magnetic field generation unit, a heating unit at least part of which is made of a conductive material, and a pipe through which a heat medium flows is exemplified. Magnetic flux generated by the magnetic field generation unit passes through the heating unit, and the piping is provided in the heating unit, and the heating unit and the piping are thermally connected. And either one of a magnetic field generation part and a heating part is attached to the rotating shaft of a windmill, and a magnetic field generation part and a heating part rotate relatively by rotation of a windmill. In this energy conversion device, an induction current (eddy current) is generated in the heating unit by the relative rotation of the magnetic field generation unit and the heating unit due to the rotation of the windmill, and the magnetic flux passing through the heating unit changes. The heating unit is induction-heated, receives heat from the heating unit, and heats the heat medium in the pipe.

なお、磁場発生部としては、永久磁石やコイル(電磁石)を用いることができる。コイルとしては、銅線などの常電導コイルや超電導コイルが具体的に挙げられる。また、加熱部に使用する導電材料としては、例えば、アルミニウムや銅、鉄などの金属が挙げられる。   In addition, as a magnetic field generation | occurrence | production part, a permanent magnet and a coil (electromagnet) can be used. Specific examples of the coil include a normal conducting coil such as a copper wire and a superconducting coil. Moreover, as a conductive material used for a heating part, metals, such as aluminum, copper, and iron, are mentioned, for example.

圧縮熱を用いる場合のエネルギー変換装置の一例としては、シリンダとシリンダ内に収納されたピストンと、風車の回転運動をピストンの往復運動に変換する運動伝達機構とを有する構成が挙げられる。このエネルギー変換装置は、風車の回転によって、ピストンがシリンダに対して相対的に往復移動し、ピストンによる圧縮熱を熱媒体に伝達して熱媒体を加熱する。なお、ピストンは、油圧、空圧のいずれでもよい。また、回転運動を往復運動に変換する運動伝達機構としては、例えばクランク機構が挙げられる。   As an example of the energy conversion device in the case of using compression heat, there is a configuration including a cylinder, a piston housed in the cylinder, and a motion transmission mechanism that converts the rotational motion of the windmill into the reciprocating motion of the piston. In this energy conversion device, the piston is reciprocated relative to the cylinder by the rotation of the windmill, and the heat of compression by the piston is transmitted to the heat medium to heat the heat medium. The piston may be either hydraulic or pneumatic. An example of a motion transmission mechanism that converts rotational motion into reciprocating motion is a crank mechanism.

上記したエネルギー変換装置は、力学的エネルギーを直接的に熱エネルギーに変換しているので、電気エネルギーに一度変換する場合と比較して、効率が良い。また、増速機を用いなくても熱を発生させることができ、ギアボックスのトラブルを回避することが可能である。さらに、多極の発電機と比較して小型・軽量化を図ることができ、塔の上部に設置されるナセルを小型・軽量化することが可能である。   Since the energy conversion device described above directly converts mechanical energy into thermal energy, it is more efficient than the case where it is once converted into electrical energy. Further, heat can be generated without using a gearbox, and a gearbox trouble can be avoided. Furthermore, the size and weight can be reduced as compared with a multipolar generator, and the nacelle installed in the upper part of the tower can be reduced in size and weight.

(変形例3)
上記した実施の形態1、2及び変形例1、2の発電システムでは、エネルギー源に再生可能エネルギーを利用する場合を例に説明したが、エネルギー源には、原子力を利用することができる。原子力発電システムでは、電力需要に応じて出力を変動させることはせず、基本的に一定の出力で運転している。そこで、電力需要の少ない夜間に、原子炉で発生させた余剰の熱を、熱伝達手段により地中に伝達し、地中の蓄熱手段に蓄える。そして、昼間の電力需要が増える時間帯には、従来通り、原子炉で発生させた熱で蒸気を発生させ、その蒸気でタービン発電機を回転させて発電すると共に、さらに、蓄熱手段に夜間蓄えた熱を熱回収手段により取り出して回収し、その回収した熱で発電手段により発電する。これにより、原子力発電システムの利用率を向上させることができ、また、電力需要変動に対応することができる。
(Modification 3)
In the power generation systems of Embodiments 1 and 2 and Modifications 1 and 2 described above, the case where renewable energy is used as an energy source has been described as an example, but nuclear energy can be used as the energy source. In a nuclear power generation system, the output is not fluctuated according to the power demand, and is basically operated at a constant output. Therefore, at night when power demand is low, surplus heat generated in the nuclear reactor is transferred to the ground by heat transfer means and stored in the underground heat storage means. And during the time when power demand increases during the daytime, steam is generated by the heat generated in the reactor, and the turbine generator is rotated by the steam to generate power. The recovered heat is taken out by the heat recovery means and recovered, and the recovered heat is used to generate power by the power generation means. Thereby, the utilization factor of a nuclear power generation system can be improved and it can respond to electric power demand fluctuation.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the present invention.

本発明の発電システムは、昼夜間や季節間の電力需要変動に対応することができ、例えば再生可能エネルギーを利用した発電の分野に好適に利用可能である。   The power generation system of the present invention can deal with fluctuations in power demand between day and night and between seasons, and can be suitably used, for example, in the field of power generation using renewable energy.

10 発熱手段
20 熱伝達手段
21 往路部 22 熱交換部 23 復路部
30 蓄熱手段
31 地中 32 地中空間 33 蓄熱材
40 熱回収手段
41 往路部 42 熱交換部 43 復路部
50 発電手段
60 送電ケーブル
10 Heating means
20 Heat transfer means
21 Outward part 22 Heat exchange part 23 Return part
30 Heat storage means
31 Underground 32 Underground space 33 Thermal storage material
40 Heat recovery means
41 Outward part 42 Heat exchange part 43 Return part
50 Power generation means
60 Transmission cable

Claims (4)

熱を発生させ、熱媒体を加熱する発熱手段と、
前記発熱手段により加熱した前記熱媒体の熱を地中に伝達する熱伝達手段と、
前記熱伝達手段により伝達した熱を地中に蓄える蓄熱手段と、
前記蓄熱手段に蓄えた熱を取り出して回収する熱回収手段と、
前記熱回収手段により回収した熱で発電する発電手段と、を備えることを特徴とする発電システム。
Heating means for generating heat and heating the heat medium;
Heat transfer means for transferring heat of the heat medium heated by the heat generating means to the ground;
Heat storage means for storing heat transferred by the heat transfer means in the ground;
Heat recovery means for taking out and recovering heat stored in the heat storage means;
A power generation system comprising: power generation means for generating electricity with the heat recovered by the heat recovery means.
前記蓄熱手段は、地中自体を利用することを特徴とする請求項1に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 1, wherein the heat storage means uses the ground itself. 前記蓄熱手段は、
前記地中に形成された地中空間と、
前記地中空間内に充填された蓄熱材と、を備え、
前記熱伝達手段により伝達した熱を前記蓄熱材に蓄えることを特徴とする請求項1に記載の発電システム。
The heat storage means is
An underground space formed in the ground,
A heat storage material filled in the underground space,
The power generation system according to claim 1, wherein the heat transferred by the heat transfer means is stored in the heat storage material.
前記発熱手段は、再生可能エネルギーを利用して熱を発生させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の発電システム。   The power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat generating unit generates heat using renewable energy.
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