JP2014098384A - Heat storage power generation system and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱源から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する蓄熱発電装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a heat storage power generation apparatus having a heat medium circuit for circulating a heat medium from a heat source to the power generation apparatus, and a control method thereof.
従来、燃料電池等の熱源の排熱を蓄熱する蓄熱槽が利用されている(例えば特許文献1参照)。図7に、一般家庭で使用される燃料電池に、蓄熱槽を付加したシステムの1例を示す。この蓄熱槽を利用したシステム1Xは、燃料電池等の熱源2Xと、燃料電池等に電線で接続された電化製品等の負荷機器21と、熱源2Xから熱の供給を受けるようにパイプ等で連結された蓄熱槽6Xと、蓄熱槽6Xから熱の供給を受けるように構成された家庭用温水器等の加熱器22を有している。また、蓄熱槽6Xの熱源2X側及び加熱器22側には、それぞれ熱媒の移動を制御するバルブ23a、23bが設置されている。
Conventionally, a heat storage tank that stores exhaust heat of a heat source such as a fuel cell has been used (see, for example, Patent Document 1). FIG. 7 shows an example of a system in which a heat storage tank is added to a fuel cell used in a general household. A
次に、このシステム1Xの作動について説明する。まず、燃料電池等により発電された電気は、電化製品等の負荷機器21に供給される。同時に、燃料電池等の熱源2Xから発生した熱は、蓄熱槽6Xに蓄熱される。このとき、蓄熱槽6Xの熱源2X側のバルブ23aが開放され、逆側のバルブ23bは閉止される(蓄熱制御)。
Next, the operation of the
また、蓄熱槽6Xに蓄熱された熱は、必要に応じて、家庭用温水器等の加熱器22に供給される。このとき、蓄熱槽6Xの加熱器22側のバルブ23bが開放され、逆側のバルブ23aは閉止されている(放熱制御)。この構成により、燃料電池等から発電の際に発生する熱を回収し、効率的に利用することが可能となる。
Moreover, the heat stored in the
図8に、工場等の発電装置に蓄熱槽を付加したシステムの1例を示す。ここで、工場等においては、ボイラー等から発生する熱や、ボイラー及びエンジンの排気ガス等の工場排熱を熱源として利用することができる。この蓄熱槽を付加した蓄熱発電装置1Yは、ボイラー又はディーゼル発電機等の熱源2Yと、熱源2Yから熱の供給を受けるように連結された蓄熱槽6Yと、蓄熱槽6Yから熱の供給を受けるように構成された蒸気タービン11Yを有している。
FIG. 8 shows an example of a system in which a heat storage tank is added to a power generation apparatus such as a factory. Here, in a factory or the like, heat generated from a boiler or the like, or factory exhaust heat such as boiler and engine exhaust gas can be used as a heat source. The heat storage
次に、この蓄熱発電装置1Yの作動について説明する。ボイラー等の熱源2Yから発生した熱は、蓄熱槽6Yに蓄熱される。このとき、蓄熱槽6Yの熱源2Y側のバルブ23aが開放され、逆のバルブ23bは閉止されている(蓄熱制御)。
Next, the operation of the heat storage
また、蓄熱槽6Yに蓄熱された熱は、必要に応じて、蒸気タービン11Yに供給される。このとき、蓄熱槽6Yの蒸気タービン11Y側のバルブ23bが開放され、逆側のバルブ23aは閉止される(放熱制御)。この構成により、工場排熱を効率的に利用して蒸気タービン11Yで発電を行い、工場への電力供給が可能となる。特に、蓄熱槽6Yに蓄積された熱を電力に変換することができるため、あらゆる工場でこの蓄熱発電装置1Yを利用することができる。
Moreover, the heat stored in the
しかし、上記の蓄熱槽を有する蓄熱発電装置1Yは、いくつかの問題点を有している。第1に、蓄熱槽を工場等で利用する場合には、蒸気タービンをメインの独立電源として使用できないという問題を有している。これは、工場排熱が副次的なものであり、エネルギ量が安定しないからである。また、蓄熱槽が、蓄熱制御と放熱制御を同時に行えないからである。そのため、蒸気タービンが水蒸気の供給を受けられず、発電を行えない時間が発生してしまう。
However, the heat storage
第2に、蒸気タービンの発電効率を向上することが困難であるという問題を有している。これは、工場排熱のエネルギ量が安定せず、このエネルギ量に最適な蒸気タービンの発電容量を選定することが困難だからである。また、熱源から発生する熱の急激な変動等により、蓄熱槽の容量を超えるような余剰な熱エネルギが発生した場合は、この熱エネルギを廃棄しなければならないからである。 Secondly, it is difficult to improve the power generation efficiency of the steam turbine. This is because the energy amount of factory exhaust heat is not stable, and it is difficult to select the power generation capacity of the steam turbine that is optimal for this energy amount. In addition, when excessive heat energy exceeding the capacity of the heat storage tank is generated due to a rapid fluctuation of heat generated from the heat source, this heat energy must be discarded.
第3に、蒸気タービンの対費用効果が低いという問題を有している。これは、蒸気タービンの稼働率が低いからである。 Thirdly, the steam turbine has the problem of low cost effectiveness. This is because the operating rate of the steam turbine is low.
以上より、従来は工場排熱等を利用したメインの独立電源を実現することは困難であった。つまり、商用電源や、ディーゼル発電機等をメインの発電装置とし、排熱利用等は付加的な位置付けとしかなりえなかった。 From the above, it has been difficult to realize a main independent power source using factory exhaust heat or the like. In other words, commercial power sources, diesel generators, etc. were used as the main power generators, and waste heat utilization etc. could not be considered as an additional position.
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄熱槽を有する蓄熱発電装置において、製造コストを抑制しながら発電効率を向上し、メインの独立電源として使用することが可能な蓄熱発電装置及びその制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to improve the power generation efficiency while suppressing the manufacturing cost in a heat storage power generation apparatus having a heat storage tank, and use it as a main independent power supply. An object of the present invention is to provide a possible heat storage power generation apparatus and a control method thereof.
上記の目的を達成するための本発明に係る蓄熱発電装置は、熱源の熱を蓄熱する蓄熱槽と、前記熱源から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する蓄熱発電装置において、前記蓄熱発電装置が、それぞれ独立した発電用熱媒回路と蓄熱用熱媒回路を有しており、前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置を有しており、前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも1つの蓄熱槽を有していることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a heat storage power generation apparatus according to the present invention includes a heat storage tank that stores heat of a heat source, and a heat storage circuit that circulates a heat medium from the heat source to the power generation apparatus. The power generation device has a power generation heat medium circuit and a heat storage heat medium circuit that are independent of each other, and the power generation heat medium circuit is configured so that the power generation heat medium circulates; A heat-generating device that converts heat energy of the heat-generating heat medium into electricity, and the heat-storage heat-medium circuit is configured to circulate the heat-storage heat medium; It has at least 1 heat storage tank which supplies a heat medium and transfers heat.
この構成により、蓄熱発電装置は、メインの独立電源として使用することができる。これは、十分な工場排熱等の熱エネルギを得られない場合であっても、蓄熱槽の熱エネルギを利用して安定して発電を行えるからである。 With this configuration, the heat storage power generation device can be used as a main independent power source. This is because even when heat energy such as sufficient factory exhaust heat cannot be obtained, power can be stably generated using the heat energy of the heat storage tank.
また、蓄熱発電装置の発電効率を向上することができる。これは、従来、余剰な熱エネルギとして廃棄されていた熱エネルギを、発電装置及び蓄熱槽にそれぞれ供給し、同時並行的に利用できるからである。 Moreover, the power generation efficiency of the heat storage power generation apparatus can be improved. This is because the heat energy that has conventionally been discarded as surplus heat energy can be supplied to the power generation device and the heat storage tank, respectively, and can be used in parallel.
上記の蓄熱発電装置において、前記蓄熱用熱媒回路が、前記蓄熱用熱媒の熱エネルギを前記発電用熱媒に移動させる熱交換器と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の上流側に形成された高温側回路と、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側に形成された低温側回路を有しており、前記低温側回路が、前記蓄熱槽及び前記熱交換器の下流側にそれぞれ流量制御弁を有していることを特徴とする。 In the above-described heat storage power generation apparatus, the heat storage heat medium circuit is formed on the upstream side of the heat exchanger that moves the heat energy of the heat storage heat medium to the heat generation medium, and the heat storage tank and the heat exchanger. And a low temperature side circuit formed on the downstream side of the heat storage tank and the heat exchanger, and the low temperature side circuit is provided on the downstream side of the heat storage tank and the heat exchanger, respectively. It has a flow control valve.
この構成により、蓄熱発電装置の製造コストを抑制することができる。これは、流量制御弁により、蓄熱槽を通過する蓄熱用熱媒の流量を制御できるからである。この流量制御弁を設置しない場合は、高温側回路に蓄熱用熱媒の流れを制御する大型且つ高コストの切
り替え弁や流量制御弁を設置しなくてはならない。この高温側の弁は、耐熱性等の要求が厳しいため高コストとなってしまう。
With this configuration, the manufacturing cost of the heat storage power generation device can be suppressed. This is because the flow rate of the heat storage heat medium passing through the heat storage tank can be controlled by the flow rate control valve. If this flow control valve is not installed, a large and high-cost switching valve or flow control valve for controlling the flow of the heat storage heat medium must be installed in the high-temperature circuit. This high temperature side valve is costly due to severe requirements such as heat resistance.
上記の蓄熱発電装置において、前記低温側回路が、前記蓄熱槽の下流側にそれぞれ設置された三方弁を有しており、前記三方弁が、切り替え制御により前記低温側回路を流れる前記蓄熱用熱媒を前記蓄熱槽の下流側から上流側に向けて流すように構成されたことを特徴とする。 In the above-described heat storage power generation apparatus, the low temperature side circuit has a three-way valve installed on the downstream side of the heat storage tank, and the three-way valve flows through the low temperature side circuit by switching control. The medium is configured to flow from the downstream side to the upstream side of the heat storage tank.
この構成により、蓄熱発電装置の製造コストを抑制することができる。これは、三方弁により、蓄熱槽から熱エネルギを取り出し、高温側回路を介して熱交換器に熱エネルギを伝達することが容易にできるからである。また、蓄熱槽ごとに三方弁を設置する構成により、蓄熱を行う蓄熱槽と、放熱を行う蓄熱槽を任意に選択する制御を行うことができる。 With this configuration, the manufacturing cost of the heat storage power generation device can be suppressed. This is because the three-way valve can easily extract heat energy from the heat storage tank and transfer the heat energy to the heat exchanger via the high temperature side circuit. Moreover, the structure which installs a three-way valve for every heat storage tank can perform control which selects arbitrarily the heat storage tank which performs heat storage, and the heat storage tank which performs heat dissipation.
上記の蓄熱発電装置において、前記蓄熱用熱媒が、空気であることを特徴とする。この構成により、蓄熱発電装置の製造コストを抑制することができる。これは、例えば熱媒を水蒸気とした場合と比べて、蓄熱用熱媒回路及び蓄熱槽の内部の圧力を低圧(大気圧程度)にできるからである。なお、発電装置を蒸気タービンとした場合、発電用熱媒は水蒸気とすることが望ましい。この構成により、発電用受熱部や蓄熱槽の熱で生成された水蒸気を直接発電装置に供給し、熱効率を維持できるからである。 In the above heat storage power generation apparatus, the heat storage heat medium is air. With this configuration, the manufacturing cost of the heat storage power generation device can be suppressed. This is because, for example, the internal pressure of the heat storage heat medium circuit and the heat storage tank can be reduced to a low pressure (about atmospheric pressure) as compared with the case where the heat medium is steam. When the power generation device is a steam turbine, it is desirable that the heat generating medium be steam. This is because, with this configuration, the steam generated by the heat of the heat receiving portion for power generation and the heat storage tank can be directly supplied to the power generation device, and the thermal efficiency can be maintained.
上記の蓄熱発電装置において、前記蓄熱発電装置が、制御装置を有しており、前記制御装置が、前記蓄熱槽から前記蓄熱用熱媒及び前記熱交換器を介して、前記発電用熱媒に熱エネルギを伝達し、前記熱エネルギを利用して前記発電装置で発電する蓄熱発電制御を行う構成を有していることを特徴とする。 In the above-described heat storage power generation device, the heat storage power generation device has a control device, and the control device transfers the heat storage medium from the heat storage tank to the heat generation medium via the heat storage heat medium and the heat exchanger. It has the structure which performs the thermal storage electric power generation control which transmits thermal energy and generates electric power with the said electric power generating apparatus using the said thermal energy.
この構成により、蓄熱発電装置の製造コストを抑制できる。これは、蓄熱槽の熱エネルギで発電を行う際、発電用熱媒回路に連結された発電装置を利用できるからである。また、蓄熱発電装置は、十分な工場排熱等の熱エネルギを得られない場合であっても、安定して発電を行えるからである。これは、蓄熱発電制御により、蓄熱槽の熱エネルギを利用して発電を行えるからである。 With this configuration, the manufacturing cost of the heat storage power generation device can be suppressed. This is because the power generation device connected to the power generation heat medium circuit can be used when generating power with the heat energy of the heat storage tank. Moreover, even if it is a case where thermal energy such as sufficient factory exhaust heat cannot be obtained, the heat storage power generation apparatus can stably generate power. This is because power generation can be performed using the thermal energy of the heat storage tank by the heat storage power generation control.
上記の目的を達成するための本発明に係る蓄熱発電装置の制御方法は、熱源の熱を蓄熱する蓄熱槽と、前記熱源から発電装置に熱媒を循環させる熱媒回路を有する蓄熱発電装置であり、前記蓄熱発電装置が、それぞれ独立した発電用熱媒回路と蓄熱用熱媒回路を有しており、前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環するように構成された発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置を有しており、前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環するように構成された蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも1つの蓄熱槽を有した蓄熱発電装置の制御方法であって、前記熱源から前記発電用熱媒回路を介して前記発電装置に前記発電用熱媒を供給して発電制御を行う発電ステップと、前記熱源から前記蓄熱用熱媒回路を介して前記蓄熱槽に前記蓄熱用熱媒を供給して蓄熱制御を行う蓄熱ステップと、前記蓄熱槽から前記蓄熱用熱媒を介して前記発電用熱媒に熱エネルギを伝達し、前記熱エネルギを利用して前記発電装置で発電する蓄熱発電制御を行う蓄熱発電ステップを有することを特徴とする。この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。 In order to achieve the above object, a method for controlling a heat storage power generator according to the present invention includes a heat storage tank that stores heat from a heat source, and a heat storage power generator that includes a heat medium circuit that circulates a heat medium from the heat source to the power generator. And the heat storage power generation device has a power generation heat medium circuit and a heat storage heat medium circuit independent from each other, and the power generation heat medium circuit is configured to circulate the power generation heat medium. A heat receiving section, and a power generating device that converts the heat energy of the power generating heat medium into electricity, and the heat storage heat medium circuit is configured to circulate the heat storage heat medium; , A method for controlling a heat storage power generation device having at least one heat storage tank for supplying and receiving heat by supplying the heat storage heat storage medium, wherein the power generation device is supplied from the heat source to the power generation device via the power generation heat medium circuit. A power generation step that controls power generation by supplying a heat medium for power generation, and A heat storage step of supplying heat storage heat medium to the heat storage tank from the heat source via the heat storage heat medium circuit and performing heat storage control; and from the heat storage tank to the heat generating medium via the heat storage heat medium. It has a thermal storage power generation step of performing thermal storage power generation control for transmitting thermal energy and generating electric power with the power generator using the thermal energy. With this configuration, the same effects as described above can be obtained.
上記の蓄熱発電装置の制御方法において、前記発電ステップを実行する際に、複数の前記蓄熱槽のうち少なくとも1つが放熱するように前記蓄熱発電ステップを同時に実行することを特徴とする。 In the control method for the heat storage power generation apparatus, when the power generation step is executed, the heat storage power generation step is executed simultaneously so that at least one of the plurality of heat storage tanks dissipates heat.
この構成により、工場排熱等の熱源から供給される熱エネルギの量が変動したとしても
、発電量を一定に維持することができる。これは、蓄熱槽から放熱される熱エネルギが、バッファとして働き、不足する熱エネルギを補うように発電用熱媒に供給されるからである。
With this configuration, even if the amount of heat energy supplied from a heat source such as factory exhaust heat fluctuates, the power generation amount can be maintained constant. This is because the heat energy radiated from the heat storage tank functions as a buffer and is supplied to the heat generating medium so as to compensate for the insufficient heat energy.
本発明による蓄熱発電装置及びその制御方法によれば、製造コストを抑制しながら発電効率を向上し、メインの独立電源として使用することが可能な蓄熱発電装置及びその制御方法を提供することができる。 According to the thermal storage power generation apparatus and the control method thereof according to the present invention, it is possible to provide a thermal storage power generation apparatus that can be used as a main independent power source and a control method thereof that improve power generation efficiency while suppressing manufacturing costs. .
以下、本発明に係る実施の形態の蓄熱発電装置及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。図1に、本発明に係る実施の形態の蓄熱発電装置の概略を示す。蓄熱発電装置1は、それぞれ独立した発電用熱媒回路4Sと蓄熱用熱媒回路4Aを有している。
Hereinafter, a thermal storage power generation apparatus and a control method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the outline of the thermal storage power generation apparatus of embodiment which concerns on this invention is shown. The heat storage power generation device 1 includes a power generation
発電用熱媒回路4Sは、熱源2から熱を受け且つ発電用熱媒(例えば水蒸気)が循環するように構成された発電用受熱部3Sと、発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置5を有している。発電用熱媒を水蒸気とした場合、この発電装置5は、蒸気タービン11及び発電機12で構成される。発電用熱媒回路4Sは、発電用受熱部3Sで加熱された水蒸気等の発電用熱媒を、発電装置5に循環させ、再び発電用受熱部3Sに戻すように構成されている。
The power generation
蓄熱用熱媒回路4Aは、熱源2から熱を受け且つ蓄熱用熱媒(例えば空気)が循環するように構成された蓄熱用受熱部3Aと、蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う第1蓄熱槽6a、第2蓄熱槽6b、第3蓄熱槽6c(以下、総称する場合は蓄熱槽6とする)を有している。また、蓄熱用熱媒回路4Aは、空気等の蓄熱用熱媒の熱エネルギを発電用熱媒に移動させる熱交換器7を有している。ここで、蓄熱用熱媒を空気等の気体とした場合、この空気等を蓄熱用受熱部3Aに送り込むためのブロア13を設置することが望ましい。
The heat storage
蓄熱用熱媒回路4Aは、蓄熱用受熱部3Aで加熱された空気等の蓄熱用熱媒を、蓄熱槽6及び熱交換器7に循環させ、再び蓄熱用受熱部3Aに戻すように構成されている。ここで、蓄熱用熱媒回路4Aにおいて、蓄熱槽6及び熱交換器7の上流側の回路を特に高温側回路と呼び、蓄熱槽6及び熱交換器7の下流側の回路を特に低温側回路と呼ぶこととする。この低温側回路は、各蓄熱槽6及び熱交換器7の下流側にそれぞれ設置された流量制御弁14を有している。また、低温側回路は、各蓄熱槽6の下流側にそれぞれ設置された三方弁15を有している。更に、蓄熱発電装置1は、この流量制御弁14や三方弁15等を制御するための制御装置8を有している。なお、一点鎖線は信号線を示している。また、流量制御弁14及び三方弁15のうち、閉止しているものは、黒で塗りつぶして示している。
The heat storage
次に、蓄熱発電装置1の作動について説明する。まず、蓄熱発電装置1に、工場排熱等の熱源から熱エネルギが十分に供給されている場合の作動について説明する。発電用熱媒回路4Sでは、発電用熱媒(以下、水蒸気を例に説明する)が、発電用受熱部3Sで例えば約100〜850℃に加熱され、蒸気タービン11に送られる。蒸気タービン11を通過した水蒸気は、再び発電用受熱部3Sに送られる。以上を繰り返しながら、発電用熱媒回路4Sは、発電を行う(発電制御、又は発電ステップ)。
Next, the operation of the heat storage power generator 1 will be described. First, an operation when heat energy is sufficiently supplied to the heat storage power generation apparatus 1 from a heat source such as factory exhaust heat will be described. In the power generation heat medium circuit 4 </ b> S, a power generation heat medium (which will be described below using steam as an example) is heated to, for example, about 100 to 850 ° C. in the power generation heat receiving unit 3 </ b> S and sent to the
他方、蓄熱用熱媒回路4Aでは、蓄熱用熱媒(以下、空気を例に説明する)が、蓄熱用受熱部3Aで例えば約100〜850℃に加熱され、蓄熱槽6に送られる。蓄熱槽6で熱を奪われ約60〜200℃となった空気は、再び蓄熱用受熱部3Aに送られる。このとき、熱交換器7は使用しないので、熱交換器7の低温側回路(下流側)に設置した流量制御弁14は閉止している。以上を繰り返しながら、蓄熱用熱媒回路4Aは、蓄熱槽6に熱エネルギを蓄積していく(蓄熱制御、又は蓄熱ステップ)。ここで、蓄熱発電装置1は、発電制御及び蓄熱制御を同時並行的に行っている。
On the other hand, in the heat storage heat medium circuit 4 </ b> A, a heat storage heat medium (hereinafter, air will be described as an example) is heated to, for example, about 100 to 850 ° C. in the heat storage heat receiving portion 3 </ b> A and sent to the heat storage tank 6. The air that has been deprived of heat in the heat storage tank 6 and has reached about 60 to 200 ° C. is sent again to the heat storage
次に、蓄熱発電装置1に、工場排熱等の熱源から熱エネルギが十分に供給されない場合の作動について、図2を参照しながら説明する。このとき、発電用受熱部3S及び蓄熱用受熱部3Aは、熱源2から十分な熱エネルギを受けることができない。蓄熱用熱媒回路4Aでは、三方弁15の切り替えにより、空気が蓄熱槽6の下流側(図2下方)から上流側に送られる。蓄熱槽6から熱を受け約100〜850℃に加熱された空気は、熱交換器7に送られる。熱交換器7で熱を奪われた空気は、再び蓄熱槽6に送られる。なお、ブロア13と蓄熱用受熱部3Aの間に設置した流量制御弁14は閉止している。また、流量制御弁14や三方弁15は、制御装置8により開閉を制御される。
Next, an operation when heat energy is not sufficiently supplied to the heat storage power generation apparatus 1 from a heat source such as factory exhaust heat will be described with reference to FIG. At this time, the heat receiving portion 3 </ b> S for power generation and the heat receiving portion 3 </ b> A for heat storage cannot receive sufficient heat energy from the
他方、発電用熱媒回路4Sでは、水蒸気が、熱交換器7で約100〜850℃に加熱され、蒸気タービン11に送られる。蒸気タービン11を通過した水蒸気は、再び熱交換器7に送られる。以上を繰り返しながら、発電用熱媒回路4Sは、蓄熱槽6の熱エネルギを利用して発電装置5で発電を行う(蓄熱発電制御、又は蓄熱発電ステップ)
図3に、蓄熱発電装置1におけるエネルギの変化量と時刻の関係を示す。図3のグラフにおいて、EINは、発電用受熱部3S及び蓄熱用受熱部3Aに受けた熱源2の熱エネルギの合計量を示している。この熱エネルギである入力エネルギEINは、例えば工場等において始業開始(8時)から熱源2であるボイラー等から排熱が開始され、昼間休み(12時ごろ)に一旦排熱が低減し、その後終業(17時から19時)にかけて排熱が停止されていく様子を示している。
On the other hand, in the heat generating medium circuit 4 </ b> S, the steam is heated to about 100 to 850 ° C. by the
FIG. 3 shows the relationship between the amount of change in energy and time in the heat storage power generation apparatus 1. In the graph of FIG. 3, E IN indicates the total amount of heat energy of the
また、E0は、発電制御により、発電用受熱部3Sに受けた熱エネルギを、電力に変換した際の出力エネルギ量を示している。この出力エネルギ量E0は、蒸気タービン等の発電装置の定格出力により決定される。更に、E1、E2、E3は、蓄熱制御により、蓄熱用受熱部3Aに受けた熱エネルギを、蓄熱槽6に蓄熱した際のエネルギ量を示している。ここで、E1及びE2は、発電装置の定格出力を超える熱エネルギであり、発電装置に送っても電力に変換できない熱エネルギである。また、E3は、発電装置の定格出力に満たない熱エネルギであり、発電装置に送っても効率よく電力に変換できない熱エネルギである。加えて、E4は、蓄熱発電制御により、蓄熱槽6に溜めた熱エネルギを、電力に変換した際の出力エネルギ量を示している。
Moreover, E0 has shown the output energy amount at the time of converting the heat energy received in the
なお、工場等においては、複数の機器からの排熱等を組み合わせて、熱源2として利用することもできる。
In a factory or the like, exhaust heat from a plurality of devices can be combined and used as the
上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第1に、蓄熱発電装置1を、メインの発電プラントとして独立して使用することができる。十分な排熱(熱エネルギ)を得られない時間帯(例えば12〜13時、及び17時以降)であっても、蓄熱槽6に溜めた熱エネルギを利用して安定して発電を行えるからである。なお、蓄熱槽6の容量次第では、蓄熱槽6に溜めた熱エネルギを利用して、例えばボイラー等の熱源2の稼動は停止しているが、工場等での電力消費が必要となる夜間であっても、電力を安定して供給することが可能となる。
With the above configuration, the following operational effects can be obtained. First, the heat storage power generation device 1 can be used independently as a main power plant. Even in a time zone where sufficient exhaust heat (heat energy) cannot be obtained (for example, from 12 to 13 o'clock and after 17 o'clock), it is possible to stably generate power using the heat energy stored in the heat storage tank 6. It is. Depending on the capacity of the heat storage tank 6, the heat energy stored in the heat storage tank 6 is used to stop the operation of the
第2に、蓄熱発電装置1の発電効率を飛躍的に向上することができる。これは、従来、発電に寄与しなかった熱エネルギ(E1〜E3に相当)を、蓄熱槽6に蓄熱し、発電に利用できるからである。特に、発電制御を行う発電用熱媒回路4Sと、蓄熱制御を行う蓄熱用熱媒回路4Aをそれぞれ独立した回路として形成した構成により、発電制御に影響を与えることなく、余剰エネルギE1、E2のみを利用して蓄熱制御を実行することが可能となる。また、蓄熱槽6は、熱源2からの入力エネルギEINの小さい17時以降であっても、エネルギE3を回収して溜めることができる。
Secondly, the power generation efficiency of the heat storage power generation apparatus 1 can be dramatically improved. This is because heat energy (equivalent to E1 to E3) that has not conventionally contributed to power generation can be stored in the heat storage tank 6 and used for power generation. In particular, the power generation
第3に、蓄熱発電装置1の製造コストを抑制することができる。これは、流量制御弁14を設置する構成により、蓄熱槽6を通過する空気の流量を制御できるからである。この流量制御弁14を設置しない場合は、高温側回路に蓄熱用熱媒の流れを制御するための大型且つ高コストのダンパー等の切り替え弁や流量制御弁を設置しなくてはならないからである。具体的には、蓄熱用熱媒を気体とした場合は、温度により体積が大幅に膨張するため、高温側回路の管径は、低温側回路の管径に比べ大きくなり、必要となる弁が大きくなり、高コストとなる。
3rdly, the manufacturing cost of the thermal storage power generation apparatus 1 can be suppressed. This is because the flow rate of air passing through the heat storage tank 6 can be controlled by the configuration in which the flow
なお、発電用熱媒回路4Sと蓄熱用熱媒回路4Aの間に熱交換器7を設置しない構成とすることもできる。この構成であっても、蒸気タービン等の発電装置の定格を超える熱エネルギや、定格に足りない熱エネルギ等、発電に寄与しなかった熱源2の入力エネルギ(E1〜E3に相当)から、電力を回収することができる。ただし、この場合は、蓄熱用熱媒回路4Aに別途発電装置を設置する必要があり、蓄熱発電装置1の製造コストが上昇する。
In addition, it can also be set as the structure which does not install the
また、蓄熱槽6は、少なくとも1つ設置されていればよい。この蓄熱槽6には、蓄熱材として水等の液体を充填してもよいが、固体の蓄熱材を利用することが望ましい。具体的には、セラミックやコンクリート等を、球状、粒子状又は塊状に形成して蓄熱槽6に充填することができる。 Moreover, the heat storage tank 6 should just be installed at least one. The heat storage tank 6 may be filled with a liquid such as water as a heat storage material, but it is desirable to use a solid heat storage material. Specifically, ceramic, concrete, or the like can be formed into a spherical shape, a particle shape, or a lump shape, and filled into the heat storage tank 6.
更に、蓄熱用熱媒は、既存の液体及び気体を利用することができるが、望ましくは空気とする。この構成により、蓄熱用熱媒回路4A及び蓄熱槽6の内部の圧力を低圧(大気圧程度)とすることができ、蓄熱発電装置1の製造コストを抑制できるからである。
Furthermore, as the heat storage heat medium, an existing liquid and gas can be used, but preferably air. This is because the internal pressure of the heat storage
加えて、発電用熱媒は、既存の液体及び気体を利用することができるが、望ましくは水蒸気とする。この構成により、発電用受熱部3Sや熱交換器7で生成された水蒸気を直接発電装置5の蒸気タービン11に供給し、熱効率を維持できるからである。
In addition, the heat medium for power generation can use existing liquids and gases, but is preferably water vapor. This is because, with this configuration, the steam generated by the power generation
加えて、発電装置5は、発電用熱媒の性質等を考慮し、適宜選択することができる。具体的には、蒸気タービンの他、マイクロタービンや水車等を利用してもよい。
In addition, the
図4に、蓄熱発電装置1に、熱源2から熱エネルギが十分に供給される場合の異なる制御方法の概略を示す。図4に示すように、蓄熱用熱媒回路4Aは、一部の蓄熱槽6a、6
bに蓄熱用受熱部3Aで加熱された空気を送り、蓄熱制御を行うと同時に、一部の蓄熱槽6cで加熱された空気を熱交換器7に送り、この熱で発電用熱媒回路4Sの水蒸気を加熱し、発電を行う蓄熱発電制御を行っている(バッファ制御)。このバッファ制御を行う蓄熱発電装置1は、少なくとも2つの蓄熱槽6を有している。なお、発電用熱媒回路4Sは、図1に示した場合と同様に、発電装置5に、発電用受熱部3Sで加熱された水蒸気を送り、発電制御を行っている。
In FIG. 4, the outline of the different control method in case heat energy is fully supplied from the
The air heated by the heat storage
また、蓄熱発電装置1に、熱源2から熱エネルギが十分に供給されない場合は、図5に示すように、各流量制御弁14及び三方弁15を、制御装置8により制御し、蓄熱発電制御を行う。このとき、熱源2からの熱エネルギが十分に供給される場合に、熱エネルギを放出していた蓄熱槽6cには、蓄熱用熱媒が流れないように、流量制御弁14を閉止することが望ましい。
In addition, when the heat energy is not sufficiently supplied from the
図6に、前述のバッファ制御を利用した蓄熱発電装置1におけるエネルギの変化量と時刻の関係を示す。図6のグラフにおいて、EINは、発電用受熱部3S及び蓄熱用受熱部3Aに受けた熱源2の熱エネルギの合計量を示している。この入力エネルギEINは、熱源2となる複数の機器の運転状況によって、短時間で急激に変動する可能性がある。
FIG. 6 shows the relationship between the amount of change in energy and time in the heat storage power generation apparatus 1 using the above-described buffer control. In the graph of FIG. 6, E IN indicates the total amount of heat energy of the
この入力エネルギEINの変動により、発電用熱媒回路4Sを流れる水蒸気等のエネルギ量が変動し、発電装置5による出力エネルギ量E0が変動する可能性がある。しかし、前述のバッファ制御を行うことにより、発電用熱媒回路4Sの水蒸気等のエネルギ量が不足した場合は、蓄熱槽6から水蒸気等に熱エネルギを供給することができる。つまり、バッファ制御により、たとえ、熱源2となる機器の運転状況に変化があったとしても、発電装置5による発電量を一定に維持することが可能となる。ここで、バッファ制御により、蓄熱槽6から放出される熱エネルギは、その放出タイミング等を特に制御されておらず、蓄熱用熱媒回路4Aに常時放出されるように構成している。この構成により、入力エネルギEINに瞬間的な変動が生じたとしても、発電装置5は、発電量を一定に維持することができる。
By variation of the input energy E IN, the amount of energy such as steam flowing in the power generating
また、バッファ制御の採用により、発電装置5を選定する際に定格出力の大きいものを採用することが可能となる。これは、発電装置5に、安定した熱エネルギを供給することができるからである。
In addition, by adopting buffer control, it is possible to adopt a device with a large rated output when selecting the
なお、バッファ制御を行う蓄熱発電装置1は、三方弁15を設置する構成により、蓄熱槽6から熱エネルギを取り出し、高温側回路を介して熱交換器7に熱エネルギを伝達することが容易にできる。また、蓄熱槽6ごとに三方弁15を設置する構成により、蓄熱を行う蓄熱槽6と、放熱を行う蓄熱槽6を任意に選択する制御を行うことができる。
In addition, the thermal storage power generation apparatus 1 that performs buffer control can easily extract thermal energy from the thermal storage tank 6 and transmit the thermal energy to the
1 蓄熱発電装置
2 熱源
3S 発電用受熱部
3A 蓄熱用受熱部
4S 発電用熱媒回路
4A 蓄熱用熱媒回路
5 発電装置
6、6a、6b、6c 蓄熱槽
7 熱交換器
8 制御装置
11 蒸気タービン
12 発電機
14 流量制御弁
15 三方弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat
Claims (3)
前記蓄熱発電装置が、それぞれ独立した発電用熱媒回路及び蓄熱用熱媒回路と、制御装置とを有しており、
前記発電用熱媒回路が、発電用熱媒が循環する発電用受熱部と、前記発電用熱媒の熱エネルギを電気に変換する発電装置を有しており、
前記蓄熱用熱媒回路が、蓄熱用熱媒が循環する蓄熱用受熱部と、前記蓄熱用熱媒を供給して熱の授受を行う少なくとも1つの蓄熱槽と、前記蓄熱用熱媒の熱エネルギを前記発電用熱媒に伝達する熱交換器とを有しており、
前記蓄熱発電装置の前記制御装置が、
前記発電用受熱部で得た熱エネルギを前記発電用熱媒回路の前記発電用熱媒を介して前記発電装置に供給して発電する発電制御を行う構成と、
前記発電用受熱部で前記発電装置の定格出力を上回る熱エネルギを得られる場合に、前記蓄熱用受熱部で得た熱エネルギを前記蓄熱用熱媒回路の前記蓄熱用熱媒を介して前記蓄熱槽に供給して蓄熱する蓄熱制御を行う構成とを有することを特徴とする蓄熱発電装置。 In a heat storage power generation apparatus having a heat storage tank for storing heat of a heat source and a heat medium circuit for circulating a heat medium from the heat source to the power generation apparatus,
The heat storage power generation device has a power generation heat medium circuit and a heat storage heat medium circuit independent from each other, and a control device ,
The power generation heat medium circuit has a power generation heat receiving portion through which the power generation heat medium circulates, and a power generation device that converts heat energy of the power generation heat medium into electricity,
The heat storage heat medium circuit includes a heat storage heat receiving portion through which the heat storage heat medium circulates, at least one heat storage tank that supplies the heat storage heat medium and transfers heat, and heat energy of the heat storage heat medium And a heat exchanger that transmits the heat to the power generation heat medium,
The control device of the heat storage power generation device,
A configuration for performing power generation control for generating heat by supplying the heat energy obtained in the heat receiving portion for power generation to the power generation device via the heat generation medium of the power generation heat medium circuit;
In the case where thermal energy exceeding the rated output of the power generation device can be obtained at the heat receiving portion for power generation, the heat storage obtained by the heat receiving portion for heat storage is stored in the heat storage heat medium via the heat storage heat medium of the heat storage heat medium circuit. It has the structure which performs the thermal storage control which supplies and heat-stores a tank, The thermal storage power generation apparatus characterized by the above-mentioned.
前記発電用受熱部で前記発電装置の定格出力を下回る熱エネルギしか得られない場合に、前記蓄熱用受熱部で得た熱エネルギを前記蓄熱用熱媒回路の前記蓄熱用熱媒を介して前記蓄熱槽に供給して蓄熱する蓄熱制御を行う構成を有することを特徴とする請求項1に記載の蓄熱発電装置。 The control device is
When only the heat energy lower than the rated output of the power generation device can be obtained at the heat receiving portion for power generation, the heat energy obtained at the heat receiving portion for heat storage is transmitted through the heat storage heat medium of the heat storage heat medium circuit. The thermal storage power generation apparatus according to claim 1, wherein the thermal storage power generation apparatus has a configuration for performing thermal storage control to supply heat to a thermal storage tank .
前記制御装置が、前記発電制御を行っている最中に、少なくとも1つのこの蓄熱槽から前記熱交換器を介して前記発電用熱媒に熱エネルギを常時供給して、前記発電装置に供給される熱エネルギを一定に維持するバッファ制御を行う構成を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄熱発電装置。 The heat storage heat medium circuit has at least two heat storage tanks;
During the power generation control, the control device constantly supplies thermal energy from at least one heat storage tank to the power generation heat medium via the heat exchanger and is supplied to the power generation device. The heat storage power generator according to claim 1, wherein the heat storage power generator has a configuration that performs buffer control to maintain constant thermal energy .
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