JP2015504132A - 発電装置、および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・一日のうちの様々な時間帯における急激な需要と供給との差を平衡化する
・配電網全体の障害時に、発電資産の再起動に必要となる補助装置に電力供給するために必要となる電気を供給する(自力起動サポート(black-start support))
・高電力需要期間中に、配電網の一部に容量不足がある箇所で配電網を強化する
・電気需要が急速に増大したときに、配電網に出力を注入して、グリッドの周波数を支持する
極低温流体を貯蔵する貯蔵タンクと、
貯蔵タンクから取り出された極低温流体を高圧に圧縮する流体ポンプと、
高圧極低温流体を蒸発させて高圧ガスを供給する蒸発器と、
高圧ガスを膨張させ、高圧ガスから仕事を抽出する第1の膨張タービンと、
第1の膨張タービンから排出されたガスを、周囲熱または廃熱を用いて再加熱する第1の再熱器と、
第1の再熱器から排出された作動流体を膨張させ、第1の再熱器から排出された作動流体から仕事を抽出する第2の膨張タービンと、を具備したエネルギ発生装置であって、
第2の膨張タービンは第1の経路と第2の経路とに分割された排気出口を有し、したがって第2の膨張タービンから排出された作動流体が第1の部分と第2の部分とに分割され、作動流体の第1の部分が、第1の経路に沿って第1の排気口を通じて周囲に導かれ、作動流体の第2の部分が、第2の経路に沿って蒸発器の入口に導かれ、したがって蒸発器内で、作動流体の第2の部分が、高圧極低温流体と熱エネルギを交換し、
第1の圧縮器は、作動流体の第2の部分が蒸発器を通過してから、この作動流体の第2の部分を圧縮し、この圧縮器の排気出口が、第1の膨張タービンの排気出口と連結され、したがって作動流体の第2の部分と、第1の膨張タービンから排出されたガスとが併せられ、第1の再熱器に導かれ、周囲熱または廃熱を用いて再加熱される、エネルギ発生装置を提供する。
1. 部品点数の減少、したがって費用の削減
本発明者らの行った計算では、特許文献2の単一サイクル極低温発電セットに対する、本発明の費用増大は4%未満で、20%の効率改善が得られた。図2、図3a、および図3bに示す設計では、同様の効力改善を得るには20%から40%の費用増大を招くことになろう。
2. 流体の取扱いの簡素化
閉鎖ランキンサイクルおよび閉鎖ブレイトンサイクルでは、別個の流体ループが必要となり、したがって流体が交差汚染するのを防止するために、複雑さが伴うことになる。本発明のシステムでは、かかる複雑さがない。
110 タンカまたはパイプライン
120 貯蔵タンク
130 極低温発電セット
140 低品位廃熱源
150 グリッドからの電力
160 再生可能な資源からの電力
400 極低温タンク
410 高圧ポンプ
420 熱交換器(蒸発器)
430 過熱器
440、441、442 高圧タービン
450、451、452、453 再熱器
460、461、462 低圧タービン
470、471、472 圧縮器
480 廃熱源
490 排気口
Claims (18)
- 極低温流体を貯蔵する貯蔵タンクと、
該貯蔵タンクから取り出された極低温流体を高圧に圧縮する流体ポンプと、
前記高圧極低温流体を蒸発させて高圧ガスを供給する蒸発器と、
前記高圧ガスを膨張させ、前記高圧ガスから仕事を抽出する第1の膨張タービンと、
該第1の膨張タービンから排出された前記ガスを、周囲熱または廃熱を用いて再加熱する第1の再熱器と、
該第1の再熱器から排出された作動流体を膨張させ、前記第1の再熱器から排出された前記作動流体から仕事を抽出する第2の膨張タービンと、を具備したエネルギ発生装置であって、
前記第2の膨張タービンは第1の経路と第2の経路とに分割された排気出口を有し、したがって前記第2の膨張タービンから排出された前記作動流体が第1の部分と第2の部分とに分割され、前記作動流体の前記第1の部分が、前記第1の経路に沿って第1の排気口を通じて周囲に導かれ、前記作動流体の前記第2の部分が、前記第2の経路に沿って前記蒸発器の入口に導かれ、したがって前記蒸発器内で、前記作動流体の前記第2の部分が、前記高圧極低温流体と熱エネルギを交換し、
前記第1の圧縮器は、前記作動流体の前記第2の部分が前記蒸発器を通過してから、前記作動流体の前記第2の部分を圧縮し、前記圧縮器の排気出口が前記第1の膨張タービンの排気出口と連結され、したがって前記作動流体の前記第2の部分と、前記第1の膨張タービンから排出された前記ガスとが併せられ、前記第1の再熱器に導かれ、前記周囲熱または廃熱を用いて再加熱される、エネルギ発生装置。 - 前記第1および前記第2の膨張タービンの少なくとも一方は、発電機を駆動して電気を生成するために使用される、請求項1に記載の装置。
- 前記流体ポンプが、前記極低温流体を少なくとも50バールの圧力に圧縮するためのものである、請求項1または請求項2に記載の装置。
- 前記蒸発器から出力された前記高圧作動流体を、同じ場所に位置するプロセスからの熱源を用いて高温に加熱する過熱器をさらに備えている、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
- 同じ場所に位置する前記熱源が、周囲環境、雰囲気、地熱、河川、海水、もしくは湖水、または発電所もしくは工業用プラントからの廃熱である、請求項4に記載の装置。
- 前記第1の膨張タービンが、前記第1の圧縮器と同じ動力シャフトに取り付けられている、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記蒸発器と前記第1の膨張タービンとの間に配置された第3の膨張タービンおよび第2の再熱器と、
前記第1の再熱器と前記第2の膨張タービンとの間に配置された第4の膨張タービンおよび第3の再熱器と、をさらに備えている、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。 - 前記第1および前記第3の膨張タービンが、前記第1の圧縮器と同じ動力シャフトに取り付けられている、請求項7に記載の装置。
- 前記作動流体の前記第2の部分が前記蒸発器を最初に通過してから、前記作動流体の前記第2の部分を圧縮し、前記作動流体の前記第2の部分が前記第1の圧縮器によって圧縮される前に、前記作動流体の前記第2の部分を前記蒸発器に再度送り戻す第2の圧縮器をさらに備えている、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
- 前記第1および前記第3の膨張タービンが、前記第1および前記第2の圧縮器と同じ動力シャフトに取り付けられている、請求項8に従属した場合の請求項9に記載の装置。
- 請求項1から10のいずれか一項に記載の装置を備えた動力回収構成要素を有する、極低温エネルギ貯蔵システム。
- 極低温流体を貯蔵タンクに貯蔵するステップと、
前記貯蔵タンクから前記極低温流体を抽出し、前記極低温流体を、流体ポンプを用いて高圧に圧縮するステップと、
蒸発器内で前記高圧極低温流体を蒸発させて、高圧ガスを供給するステップと、
第1の膨張タービンを用いて前記高圧ガスを膨張させ、前記高圧ガスから仕事を抽出するステップと、
前記第1の膨張タービンから排出された前記ガスを、第1の再熱器、および周囲熱または廃熱を用いて再加熱するステップと、
第2の膨張タービンを用いて前記第1の再熱器から排出された前記作動流体を膨張させ、前記第1の再熱器から排出された前記作動流体から仕事を抽出するステップと、を含んだエネルギ発生方法であって、
前記第2の膨張タービンが第1の経路と第2の経路とに分割された排気出口を有し、したがって前記第2の膨張タービンから排出された前記作動流体が第1の部分と第2の部分とに分割され、
前記作動流体の前記第1の部分が、前記第1の経路に沿って第1の排気口通じて周囲に導かれ、前記作動流体の前記第2の部分が、前記第2の経路に沿って前記蒸発器の入口に導かれ、したがって前記蒸発器内で、前記作動流体の前記第2の部分が、前記高圧極低温流体と熱エネルギを交換し、
前記作動流体の前記第2の部分が前記蒸発器を通過してから、第1の圧縮器を用いて前記作動流体の前記第2の部分を圧縮するステップであって、前記圧縮器の排気出口が前記第1の膨張タービンの排気出口と連結され、したがって前記作動流体の前記第2の部分と、前記第1の膨張タービンから排出された前記ガスと、が併せられ、前記第1の再熱器に導かれ、前記周囲熱または廃熱を用いて再加熱されるステップと、を含んでいる、エネルギ発生方法。 - 前記第1および前記第2の膨張タービンの少なくとも一方を用いて発電機を駆動して電気を生成するステップをさらに含んでいる、請求項12に記載の方法。
- 過熱器および同じ場所に位置するプロセスからの熱源を用いて、前記蒸発器から出力された前記高圧作動流体を高温に加熱するステップをさらに含む、請求項12または13に記載の方法。
- 第3の膨張タービンを用いて高圧ガスを膨張させるステップと、
第2の再熱器を用いて前記第3の膨張タービンから排出された前記ガスを再加熱するステップと、
第4の膨張タービンを用いて前記第1の再熱器から排出された前記作動流体を膨張させるステップと、
第3の再熱器を用いて前記第4の膨張タービンから排出された前記ガスを再加熱するステップと、
をさらに含んでいる、請求項12から14のいずれか一項に記載の方法。 - 第2の圧縮器を用いて、前記作動流体の前記第2の部分が前記蒸発器を最初に通過してから、前記作動流体の前記第2の部分を圧縮し、前記第1の圧縮器によって前記作動流体の前記第2の部分が圧縮される前に、前記作動流体の前記第2の部分を前記蒸発器に再度送り戻すステップをさらに含んでいる、請求項12から15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記極低温流体が、液体窒素、液体空気、または液体天然ガスを含んでいる、請求項1から16のいずれか一項に記載の装置または方法。
- 図4から図7を参照しながら上記で説明したものと実質的に同様の装置または方法。
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