JP2017502645A - 圧縮空気エネルギ貯蔵(caes)システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
空気流を第1の圧力にある程度圧縮するステップと、
ある程度圧縮した空気から熱を除去して熱エネルギを貯蔵するステップと、
冷却したある程度圧縮した空気を第2の圧力にさらに圧縮するステップと、
さらに圧縮した空気を空気貯蔵デバイスの中に貯蔵するステップと、を含む。
総システム効率に関する利点は、図1(従来の技術)に従ったAACAESシステムの効率を同じターボ機械を使用している図2に従ったシステムの効率と比較することによって良好に理解することができる。
圧縮機103: 軸流式6段圧縮機
圧縮機105: MCL805
圧縮機107: BCL605
を用いており、101.5kg/sの流量は、圧縮の中間で、すなわち、圧縮開始から圧縮終了までの中間点で、75.87MWの力を必要とし、前記の点は、使用した圧縮機の設計点に対応している。ACAESシステムが圧縮段階で動作している間、各圧縮機の吐出圧力は、空洞17内の最大圧力に達したときの条件に対応して、開始値から最終値まで様々である、ということに留意することになっている。
圧縮機5: 軸流式6段圧縮機
圧縮機7: MCL805
圧縮機9: BCL603
圧縮機15: BCL351
を用いており、101.5kg/sの流量は、圧縮の中間で、73.17MWの力を必要とする。
3 圧縮機列
3A 圧縮機列
3B 圧縮機列
3C 圧縮機列
5 (第1の)圧縮機
5A 圧縮機
5B 圧縮機
5C 圧縮機
7 (第2の)圧縮機
7A 圧縮機
7B 圧縮機
7C 圧縮機
9 (第3の/最後の)圧縮機
9A 圧縮機
9B 圧縮機
9C 圧縮機
11 軸系
11A 軸系
11B 軸系
11C 軸系
13 熱エネルギ貯蔵ユニット
15 圧縮機装置
16 電気モータ
17 空気貯蔵デバイス(空洞)
18 圧縮空気送達配管
19 安全冷却器
21 膨張機
23 電気機械(M/G)
23A 可逆電気機械(M/G)
23B 可逆電気機械(M/G)
23C 可逆電気機械(M/G)
25 軸
27 クラッチ
27A クラッチ
27B クラッチ
27C クラッチ
29 クラッチ
29A クラッチ
29B クラッチ
29C クラッチ
31 圧縮空気ダクト
35 速度操作デバイス(ギアボックス)
35A 速度操作デバイス
35B 速度操作デバイス
35C 速度操作デバイス
36 速度操作デバイス(ギアボックス)
37 可変周波数ドライバ(VFD)
100 ACAESシステム
101 圧縮機列
103 圧縮機
103I 入口
105 圧縮機
107 圧縮機
107E 出口
109 軸系
111 中間冷却器
113 熱エネルギ貯蔵装置
115 安全冷却器
117 空気貯蔵デバイス(空洞)
119 可逆電気機械(M/G)
121 第1のクラッチ
123 第2のクラッチ
125 膨張機
G 配電網
Claims (20)
- 圧縮空気エネルギ貯蔵システム(1)であって、
空気の流れを圧縮するための第1の圧縮機装置(3)と、
前記第1の圧縮機装置(3)からの圧縮空気が熱蓄積手段に対して熱を交換する、熱エネルギ貯蔵ユニット(13)と、
前記熱エネルギ貯蔵ユニット(13)からの圧縮空気を受容及び蓄積するために配置及び設定された空気貯蔵デバイス(17)と、
前記空気貯蔵デバイス(17)からの圧縮空気を受容してそれから有用な力を作り出すための少なくとも1つの膨張機(21)と、を含み、
別の圧縮機装置(15)は、前記熱エネルギ貯蔵ユニット(13)と前記空気貯蔵デバイス(17)の間に位置している、圧縮空気エネルギ貯蔵システム。 - 圧縮空気送達配管(18)は、前記空気貯蔵デバイス(17)を前記少なくとも1つの膨張機(21)に連結し、前記圧縮空気送達配管(18)は、前記エネルギ貯蔵ユニット(13)と熱交換関係にあり、これにより、前記空気貯蔵デバイス(17)からの圧縮空気は、前記膨張機(21)に入る前に熱蓄積手段から熱を受容する、請求項1記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの膨張機(21)からのある程度膨張した空気と燃料とを受容すると共に圧縮された燃焼ガスを作り出すために配置された燃焼器と、前記燃焼ガスを受容するガスタービンであって、前記燃焼ガスを膨張させてそれと共に有用な力を作り出すために配置されたガスタービンと、をさらに含む、請求項1又は2記載のシステム。
- 安全冷却器(19)は、前記別の圧縮機装置(15)と空洞(17)の間に配置される、請求項1、2又は3に記載のシステム。
- 前記第1の圧縮機装置(3)は、複数の連続配置した圧縮機(5、7、9他)を含み、その間に中間冷却器を配置していない、前記請求項のいずれか1項記載のシステム。
- 第1の電気機械(23)は、前記第1の圧縮機装置(3)を駆動するために設けられ、第2の電気機械(16)は、前記別の圧縮機装置(15)を駆動するために設けられる、前記請求項のいずれか1項記載のシステム。
- 前記第1の電気機械(23)は、システムの電気エネルギ発生モード中に発生機として動作するために配置及び設定された可逆電気機械であり、クラッチ装置(27、29)は、前記第1の電気機械(23)を、前記第1の圧縮機装置(3)と前記少なくとも1つの膨張機(21)とに選択的に機械式に連結するために設けられる、請求項6記載のシステム。
- 速度操作デバイス(35)は、前記第1の電気機械(23)と前記第1の圧縮機装置(3)の間に配置される、請求項7記載のシステム。
- 前記第1の圧縮機装置(3)は、前記第1の電気機械(23)によって回転駆動される共通の軸系(11)に沿った複数の連続配置した圧縮機(5、7、9)を含む、請求項7又は8記載のシステム。
- 前記第2の電気機械(16)を可変速度で制御する可変周波数ドライバ(37)をさらに含む、請求項7、8又は9記載のシステム。
- 前記第1の圧縮機装置(3)は、複数の圧縮機列(3A、3B、3C)を含み、
各圧縮機列(3A、3B、3C)は、少なくとも1つの圧縮機(5A他)と、関連した圧縮機を回転駆動する少なくとも1つの電気機械(23A、23B、23C)と、を含み、
前記電気機械(23A、23B、23C)のうちの少なくとも1つは、可逆電気機械であり、システムが電力発生モードで動作するときに電気発生機として動作し、
別の電気機械(16)は、前記別の圧縮機装置(15)を回転駆動する、前記請求項のいずれか1項記載のシステム。 - 各圧縮機列(3A、3B、3C)は、関連した電気機械(23A、23B、23C)と、関連した圧縮機列(3A、3B、3C)の圧縮機(5A他)を回転駆動する軸系(11A、11B、11C)と、の間に配置された少なくとも1つの速度操作デバイス(35A、35B、35C)を含む、請求項11記載のシステム。
- 前記第1の圧縮機装置(3)及び前記別の圧縮機装置(15)は、単一の電気機械(23)によって回転駆動される、請求項1乃至5のいずれか1項記載のシステム。
- 第1の速度操作デバイス(35)は、前記単一の電気機械(23)と前記第1の圧縮機装置(3)の間に配置される、請求項13記載のシステム。
- 第2の速度操作デバイス(36)は、前記単一の電気機械(23)と前記別の圧縮機装置(15)の間に配置される、請求項14記載のシステム。
- 前記単一の電気機械(23)は、前記第1の圧縮機装置(3)の共通軸(11)の一方端に位置し、
前記別の圧縮機装置(15)は、前記第1の圧縮機装置(3)の前記共通軸(11)の他方端に位置している、請求項13、14又は15記載のシステム。 - 第1の速度操作デバイス(35)は、前記電気機械(23)と前記共通軸(11)の前記一方端の間に配置され、第2の速度操作デバイス(36)は、前記共通軸(11)の前記他方端と前記別の圧縮機装置(15)の間に配置される、請求項16記載のシステム。
- 前記単一の電気機械(23)は、電気モータとして及び電気発生機として選択的に動作するために設定及び構成された可逆機械であり、クラッチ装置(27、29)は、前記単一の電気機械(23)を、前記第1の圧縮機装置(3)又は前記少なくとも1つの膨張機(21)に選択的に連結するために設けられる、請求項13乃至17のいずれか1項記載のシステム。
- 圧縮空気エネルギ貯蔵システム(1)を動作させるための方法であって、
第1の圧縮機装置(3)によって空気流を第1の圧力に圧縮するステップと、
前記第1の圧力の圧縮空気が熱エネルギ貯蔵ユニット(13)を貫流し、前記圧縮空気から熱を除去して前記熱エネルギ貯蔵ユニット(13)の中に熱エネルギを貯蔵するステップと、
前記熱エネルギ貯蔵ユニット(13)からの冷却した圧縮空気を第2の圧力にさらに圧縮するステップと、
前記さらに圧縮した空気を空気貯蔵デバイス(17)の中に貯蔵するステップと、を含む方法。 - 前記空気貯蔵デバイス(17)からの圧縮空気を前記熱エネルギ貯蔵ユニット(13)の中に送達して、前記熱エネルギ貯蔵ユニット(13)からの熱エネルギによって前記圧縮空気を加熱するステップと、前記加熱した圧縮空気を少なくとも1つの膨張機(21)の中で膨張させて、それから有用なエネルギを作り出すステップと、をさらに含む、請求項19記載の方法。
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