JP2019027363A - Compressed air storage power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置に関するものである。 The present invention relates to a compressed air storage power generation apparatus.
太陽光発電や太陽熱発電などの太陽エネルギーを利用した発電では、当日の日照状況に影響されて、発電出力が大きく変動する。例えば、夜間には発電できないし、雨天や曇天の日には発電出力が大きく減少する。さらに、ゴールデンウイークや盆休みの中日など、発電電力は大きいが需要が小さい日には、電力系統の問題から発電の停止を求められることもある。 In power generation using solar energy such as solar power generation and solar thermal power generation, the power generation output fluctuates greatly due to the influence of sunlight on the day. For example, power generation cannot be performed at night, and power generation output greatly decreases on rainy or cloudy days. Furthermore, on days when the generated power is large but demand is low, such as during the Golden Week or during the Bon holiday, it may be required to stop the power generation due to problems in the power system.
一方、風車を用いた風力発電では、当日の風向や風力の変化によって、その発電出力が大きく変動する。複数の風車をまとめたウインドファームのような発電設備では、各風車の発電出力を加算することで、短周期の発電変動は平滑化できるものの、全体として見れば、発電出力が変動することは避けられない。さらに、台風の通過や冬の嵐など強風が吹く日には、風車を停止しなければならない場合がある。また、微風が続いて蓄電する必要がない日が続く場合もある。 On the other hand, in wind power generation using a windmill, the power generation output greatly fluctuates due to changes in wind direction and wind power on the day. In a power generation facility such as a wind farm that combines multiple windmills, the power generation output of each windmill can be added to smooth out short-term fluctuations in power generation. I can't. In addition, the windmill may have to be stopped on days when strong winds such as passing typhoons or winter storms occur. In addition, there may be a day when light winds do not need to be stored.
このような再生可能エネルギーの不安定な出力を補償するために、電力貯蔵装置と組み合わせることが行われている。電力貯蔵装置としては、リチウム電池やNAS電池などの化学的二次電池が一般的であるが、圧縮空気の形で貯蔵して再発電する圧縮空気貯蔵(CAES)技術も知られている。 In order to compensate for such an unstable output of renewable energy, a combination with a power storage device is performed. As the power storage device, a chemical secondary battery such as a lithium battery or a NAS battery is generally used. However, a compressed air storage (CAES) technique for storing and regenerating electric power in the form of compressed air is also known.
特許出願人は特許文献1及び2に示すようなCAES技術を提案している。
特許文献1は、発電効率を向上させるために低温熱源の熱を再利用するものである。具体的には、電動機やインバータケーシング、圧縮機や膨張機の本体ケーシングから熱を回収している。
特許文献2は、寒冷地における円滑な暖気運転をおこなうために、低温で固化しやすい熱媒油を予熱するものである。
Patent applicants have proposed CAES techniques as shown in
大気温度は、寒冷地と温暖地では大きく異なり、氷点下から40℃を超える温度まで広く変化する。また、早朝と炎天下では一日の中で20度近い温度差が生じることも珍しくはないし、晴天と曇天では外気温度にかなりの差が出る。 The atmospheric temperature differs greatly between cold and warm regions, and varies widely from below freezing to over 40 ° C. Also, it is not uncommon for a temperature difference of nearly 20 degrees to occur during the day between early morning and hot weather, and there is a considerable difference in the outside air temperature between clear and overcast weather.
一般の圧縮機では、外気温度が変動して吸い込む空気の温度(吸込温度)に差が出ても、吐出温度に差が出るだけで特に大きな問題はない。しかしながら、特許出願人が提案したCAES技術では、吸込温度が変化して吐出温度が変化すると、充放電効率が低下したり安定的な発電ができなくなったりする。 In general compressors, even if the outside air temperature fluctuates and the temperature of the air to be sucked in (suction temperature) is different, there is no particular problem as long as the discharge temperature is different. However, in the CAES technology proposed by the patent applicant, when the suction temperature changes and the discharge temperature changes, the charge / discharge efficiency decreases and stable power generation cannot be performed.
具体的には、吸込温度が例えば0℃に低下した場合、吐出温度の低下を招き、吐出空気からの充分な熱回収ができない。このため、膨張機による再発電時の圧縮空気の予熱が充分にできず、発電性能の低下を招く。さらに温度低下して氷点下になった場合、機器内の配管で氷結する恐れがある。 Specifically, when the suction temperature is lowered to 0 ° C., for example, the discharge temperature is lowered, and sufficient heat recovery from the discharge air cannot be performed. For this reason, the preheat of the compressed air at the time of re-power generation by the expander cannot be sufficiently performed, resulting in a decrease in power generation performance. If the temperature drops below freezing, the piping in the equipment may freeze.
一方、吸込温度が例えば40℃に上昇した場合、吐出空気から十分に熱回収できるものの、最終的に空気タンクに導入される空気の温度が高くなる。このため、空気タンクに蓄積された圧縮空気から大量の熱エネルギーが放散され、やはり充放電効率の低下を招く。空気タンクに断熱処理を施すことも考えられるが、CAES発電装置では空気タンクが大型化することもあり、実際には容易でない。 On the other hand, when the suction temperature rises to 40 ° C., for example, heat can be sufficiently recovered from the discharged air, but the temperature of the air finally introduced into the air tank increases. For this reason, a large amount of thermal energy is dissipated from the compressed air accumulated in the air tank, which also causes a decrease in charge / discharge efficiency. It is conceivable to insulate the air tank, but in the CAES power generator, the air tank may be enlarged, which is not easy in practice.
本発明は、外気温度の変化に影響されることなく、安定的に発電できる圧縮空気貯蔵発電装置及び方法を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a compressed air storage power generation apparatus and method that can stably generate power without being affected by changes in outside air temperature.
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
吸い込んだ空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、
前記膨張機と機械的に接続された発電機と、
前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を冷却し、熱媒を加熱する第1熱交換器と、
前記第1熱交換器で加熱された熱媒を蓄える第1蓄熱部と、
前記蓄圧部から前記膨張機に供給される圧縮空気と、前記第1蓄熱部から供給される熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を加熱し、熱媒を冷却する第2熱交換器と、
前記第2熱交換器で冷却された熱媒を蓄えて前記第1熱交換器に供給する第2蓄熱部と、
前記圧縮機に吸い込む空気の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧縮機の吸込口の上流側に設けられ、通過する空気を温調する第3熱交換器と、
前記温度検出手段での検出温度が設定温度となるように、前記第3熱交換器で通過する空気を温調する制御手段と、
を備えている、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。
As a means for solving the above problems, the present invention provides:
A compressor for compressing the sucked air;
A pressure accumulator for storing compressed air compressed by the compressor;
An expander driven by compressed air supplied from the pressure accumulator;
A generator mechanically connected to the expander;
A first heat exchanger that cools the compressed air and heats the heat medium by exchanging heat between the compressed air and the heat medium supplied from the compressor to the pressure accumulator;
A first heat storage section for storing a heat medium heated by the first heat exchanger;
Second heat that heats the compressed air and cools the heat medium by exchanging heat between the compressed air supplied from the pressure accumulator to the expander and the heat medium supplied from the first heat accumulator. An exchange,
A second heat storage unit that stores the heat medium cooled by the second heat exchanger and supplies the heat medium to the first heat exchanger;
Temperature detecting means for detecting the temperature of air sucked into the compressor;
A third heat exchanger provided on the upstream side of the suction port of the compressor, for adjusting the temperature of air passing therethrough;
Control means for adjusting the temperature of the air passing through the third heat exchanger so that the temperature detected by the temperature detection means becomes a set temperature;
A compressed air storage power generation device is provided.
この構成により、圧縮機に吸い込む空気を、第3熱交換器によって適切な温度に温調できる。この結果、圧縮機から吐出される空気を十分に昇温できなかったり、あるいは、高温になり過ぎて空気タンク(蓄圧部)で熱エネルギーが放散したりするといった不具合の発生を防止できる。 With this configuration, the air sucked into the compressor can be adjusted to an appropriate temperature by the third heat exchanger. As a result, it is possible to prevent the occurrence of problems such that the temperature of the air discharged from the compressor cannot be sufficiently increased, or the temperature becomes too high and heat energy is dissipated in the air tank (pressure accumulator).
前記設定温度として、少なくとも下限値を設定可能であり、
前記制御手段は、前記温度検出手段での検出温度が、前記設定温度の下限値よりも低い場合、前記第3熱交換器で前記圧縮機に吸い込む空気を加熱させるようにすればよい。
As the set temperature, at least a lower limit value can be set,
The control means may heat the air sucked into the compressor by the third heat exchanger when the temperature detected by the temperature detection means is lower than the lower limit value of the set temperature.
前記設定温度は、上限値と下限値を有する所定の温度範囲からなり、
前記制御手段は、さらに、前記温度検出手段での検出温度が、前記設定温度の上限値よりも高い場合、前記第3熱交換器で前記圧縮機に吸い込む空気を冷却させるようすればよい。
The set temperature consists of a predetermined temperature range having an upper limit value and a lower limit value,
The control means may further cool the air sucked into the compressor by the third heat exchanger when the temperature detected by the temperature detection means is higher than the upper limit value of the set temperature.
これらの構成により、圧縮機から吐出される空気温度の変動を所望の範囲内に抑えることができる。 With these configurations, fluctuations in the temperature of the air discharged from the compressor can be suppressed within a desired range.
前記第3熱交換器には、前記圧縮機に吸い込む空気を冷却する場合、前記第2蓄熱部に貯蔵された熱媒を使用し、前記圧縮機に吸い込む空気を加熱する場合、前記第1蓄熱部に貯蔵された熱媒を使用するのが好ましい。 When cooling the air sucked into the compressor, the third heat exchanger uses a heat medium stored in the second heat storage unit, and when heating the air sucked into the compressor, the first heat storage It is preferable to use a heat medium stored in the part.
この構成により、既存の設備を有効利用して圧縮機に吸い込む空気の温度を安定させることができる。 With this configuration, the temperature of the air sucked into the compressor can be stabilized by effectively using existing equipment.
前記圧縮機に吸い込む前の空気を温調する温調手段をさらに備えているのが好ましい。 It is preferable to further include temperature adjusting means for adjusting the temperature of the air before being sucked into the compressor.
この構成により、より一層効果的に圧縮機に吸い込む空気を温調できる。 With this configuration, the temperature of the air sucked into the compressor can be more effectively controlled.
本発明によれば、圧縮機に吸い込む空気を温調しているので、圧縮機から吐出する空気の温度が大きく変動することを防止でき、発電時の状態を安定させることが可能となる。 According to the present invention, since the temperature of the air sucked into the compressor is controlled, it is possible to prevent the temperature of the air discharged from the compressor from greatly fluctuating and to stabilize the state during power generation.
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, the following description is only illustrations essentially and does not intend restrict | limiting this invention, its application thing, or its use. Further, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension is different from the actual one.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る圧縮空気貯蔵(CAES:compressed air energy storage)発電装置の概略を示す。CAES発電装置1は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置の出力変動を平準化して電力系統に電力を供給すると共に、電力需要の変動に合わせた電力を電力系統に供給する。CAES発電装置は、空気流路系2と、熱媒流路系3とに分けて把握できる。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an outline of a compressed air energy storage (CAES) power generator according to a first embodiment. The
(空気流路系)
空気流路系2には、圧縮機4、第1熱交換器5、蓄圧部の一例である蓄圧タンク6、第2熱交換器7、及び膨張機8が、空気の流動方向に向かってこの順で設けられている。また、圧縮機4の吸込口4aの上流側には第3熱交換器9が設けられている。圧縮機4及び第1熱交換器5は、直列に接続された1組が3組並列に設けられている。第2熱交換器7及び膨張機8も、直列に接続された1組が3組並列に設けられている。空気流路系2は、空気流路10a〜10dを備える。図1では、空気流路10a〜10dを実線で図示している。
(Air channel system)
In the air
圧縮機4には、電動機11が機械的に接続されている。電動機11には、図示しない発電装置が電気的に接続されている。発電装置は、これらに限定されないが、風力、太陽光、太陽熱のような再生可能エネルギーにより発電する。電動機11は、発電装置からの変動する入力電力によって駆動される。各圧縮機4の吸込口4aは、空気流路10aの分岐した個別流路10a1にそれぞれ流体的に接続されている。空気流路10aの分岐前の共通流路10a2には第3熱交換器9が設けられている。各圧縮機4の吐出口4bは、空気流路10bの分岐した個別流路10b1にそれぞれ接続され、合流した共通流路10b2を介して蓄圧タンク6の入口に流体的に接続されている。分岐した各個別流路10b1には、第1熱交換器5がそれぞれ設けられている。また、共通流路10b2には開閉制御可能な弁V1が設けられている。
An
本実施形態の圧縮機4は、スクリュ式である。スクリュ式の圧縮機4は、回転数制御可能であるため、不規則に変動する入力電力に応答性良く追従でき、CAES発電装置の構成要素として好ましい。圧縮機4は、スクロール式、ターボ式、レシプロ式のようなスクリュ式以外のものでもよい。
The
蓄圧タンク6は、圧縮空気を蓄えてエネルギーとして蓄積できる。蓄圧タンク6の出口には、空気流路10cの共通流路10c1が接続されている。共通流路10c1には弁V2が設けられている。共通流路10c1から分岐した個別流路10c2は膨張機8の給気口8aとそれぞれ流体的に接続されている。各個別流路10c2には、第2熱交換器7がそれぞれ設けられている。
The
各膨張機8には、発電機12がそれぞれ機械的に接続されている。各発電機12は図示しない電力系統に電気的に接続されている。膨張機8の排気口8bは、排気のための空気流路10dに流体的に接続されている。
A
本実施形態の膨張機8は、スクリュ式である。スクリュ式の膨張機8は、回転数制御可能である点で、CAES発電装置の構成要素として好ましい。膨張機8は、スクロール式、ターボ式、レシプロ式のようなスクリュ式以外のものでもよい。
The
(熱媒流路系)
熱媒流路系3には、第1熱交換器5、第1蓄熱部の一例である第1蓄熱タンク13、第2熱交換器7、及び、第2蓄熱部の一例である第2蓄熱タンク14が、熱媒の流動方向に向かってこの順で設けられている。第1蓄熱タンク13には第3熱交換器9が並列接続されている。熱媒流路系3は、熱媒流路15a〜15cを備える。図1では、熱媒流路15a〜15cを点線で図示している。熱媒流路15a、15bには、ポンプ16A,16Bの駆動により熱媒が循環可能となっている。また、熱媒流路15cには、ポンプ16Cの駆動により熱媒が循環可能となっている。熱媒の種類は特に限定されないが、例えば鉱物油系またはグリコール系の熱媒を使用できる。
(Heat medium flow path system)
In the heat
第1蓄熱タンク13は断熱構造を有している。第1蓄熱タンク13には、第1熱交換器5によって圧縮空気から吸熱して高温となった熱媒が蓄えられる。第1蓄熱タンク13に蓄えられる熱媒の温度は、第1温度検出センサ17によって検出され、後述する制御装置21に入力される。第2蓄熱タンク14には、第2熱交換器7によって圧縮空気に放熱して低温となった熱媒が蓄えられる。第2蓄熱タンク14に蓄えられる熱媒の温度は、第2温度検出センサ18によって検出され、後述する制御装置21に入力される。
The first
各第1熱交換器5は、第2蓄熱タンク14から延びる熱媒流路15aの共通流路15a1から分岐した個別流路15a2の途中にそれぞれ設けられている。各個別流路15a2には、第1熱交換器5に至るまでに開閉制御可能な弁V3と、ポンプ16Aとがそれぞれ設けられている。各個別流路15a2は共通流路15a3に合流して第1蓄熱タンク13に流体的に接続されている。
Each
各第2熱交換器7は、第1蓄熱タンク13から延びる熱媒流路15bの共通流路15b1から分岐した個別流路15b2の途中にそれぞれ設けられている。各個別流路15b2には、第2熱交換器7に至るまでに開閉制御可能な弁V4と、ポンプ16Bとがそれぞれ設けられている。各個別流路15b2は共通流路15b3に合流して第2蓄熱タンク14に流体的に接続されている。
Each
第3熱交換器9は、第1蓄熱タンク13に接続される共通流路15b1から分岐し、第1蓄熱タンク13に還流する熱媒流路15cの途中に設けられている。熱媒流路15cの途中には、第1蓄熱タンク13と第3熱交換器9との間の合流点に第2蓄熱タンク14から延びる迂回流路15dが接続されている。熱媒流路15cには、第1蓄熱タンク13と合流点との間に開閉制御可能な弁V5が設けられ、合流点と第3熱交換器9との間に開閉制御可能な弁V6及びポンプ16Cが設けられている。また、迂回流路15dにも開閉制御可能な弁V7が設けられている。弁V5及びV6を開放し、V7を閉鎖した状態であれば、第1蓄熱タンク13内の高温の熱媒が第3熱交換器9に供給されて循環する。弁V5を閉鎖し、弁V6及びV7を開放した状態であれば、第2蓄熱タンク14内の低温の熱媒が第3熱交換器9に供給されて循環する。第3熱交換器9は、圧縮機4に供給される空気を温調して所定の温度に加温又は降温する。
The
(圧縮機ユニット)
圧縮機4、電動機11、第1熱交換器5、ポンプ16Aは、圧縮機ユニット19を構成する。圧縮機ユニット19は、複数台の多段式圧縮機4を備えている。圧縮機1台当たり、複数の第1熱交換器5を備えていてもよい。
(Compressor unit)
The
(発電機ユニット)
膨張機8、発電機12、第2熱交換器7、ポンプ16Bは、発電機ユニット20を構成する。発電機ユニット20は、複数台の多段式膨張機8を備えている。膨張機1台当たり、複数の第2熱交換器7を備えていてもよい。
(Generator unit)
The
(制御装置)
図2は、図1のCAES発電装置に採用される制御装置21のブロック図である。制御装置21は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)のような記憶装置を含むハードウェアと、それに実装されたソフトウェアにより構築される制御手段の一例である。図2に示すように、制御装置21は、温度検出手段の一例である、外気温度を検出する外気温度検出センサ22、第1蓄熱タンク13内の熱媒の温度を検出する第1温度検出センサ17、及び、第2蓄熱タンク14内の熱媒の温度を検出する第2温度検出センサ18等からの入力信号に基づいて、発電機12、ポンプ16A〜16C、弁V1〜V7等を駆動制御する。
(Control device)
FIG. 2 is a block diagram of the
次に、前記構成からなるCAES発電装置1の動作を図3のフローチャートに従って説明する。ここでは、制御装置21による制御内容を中心に、充電運転と発電運転とに分けて説明する。
Next, the operation of the
(充電運転)
充電運転(ステップS1)では、発電装置からの電力により電動機11を駆動し、各圧縮機4を作動させる(ステップS1−1)。弁V1,V3を開放し、弁V2,V4を閉鎖する(ステップS1−2)。そして、ポンプ16Aを作動させる(ステップS1−3)。なお、弁V2,V4を閉鎖している状態において、通常は、ポンプ16Bを作動させる必要はない。
(Charging operation)
In the charging operation (step S1), the
ここで、外気温度検出センサ22で検出される外気温度toを読み込む(ステップS1−4)。そして、読み込んだ外気温度toと予め記憶させてある設定温度T(例えば、20℃)とを比較する(ステップS1−5)。
Here, the outside temperature to detected by the outside
外気温度toが設定温度Tと合致している場合(ステップS1−5:to=T)、圧縮機4で吸い込んだ空気を圧縮して得られる圧縮空気を適正温度とできる。例えば、外気温度が20℃の場合、圧縮機4から吐出される圧縮空気の温度が約148℃の適正温度となる。この場合、圧縮機4の駆動により、圧縮機4内が外気が吸い込まれて圧縮され、圧縮空気となって第1熱交換器5へと流動する。第1熱交換器5では、ポンプ16Aの作動により第2蓄熱タンク14内の熱媒が供給され、圧縮空気と熱媒との間で熱交換される。前述の通り、圧縮空気は適正温度に昇温されているため、熱媒との間での熱交換により熱媒を十分に加熱させることができる。また、圧縮空気は、ほぼ外気温度に近い値まで降温させることができ、蓄圧タンク6に圧送されて貯蔵される。
When the outside air temperature to coincides with the set temperature T (step S1-5: to = T), the compressed air obtained by compressing the air sucked by the
外気温度toが設定温度Tよりも低い場合(ステップS1−5:to<T)、圧縮機4で吸い込んだ空気を圧縮して得られる圧縮空気の温度を十分に昇温できない。例えば、外気温度が0℃の場合、圧縮機4から吐出される圧縮空気の温度が約120℃までしか上昇しない。このため、第1熱交換器5で圧縮空気と熱交換する熱媒を十分に加熱することが難しくなる。
When the outside air temperature to is lower than the set temperature T (step S1-5: to <T), the temperature of the compressed air obtained by compressing the air sucked by the
そこで、次のようにして第3熱交換器9により熱媒を加熱する。
第1温度検出センサ17で第1蓄熱タンク13内の熱媒の温度である高温熱媒温度thを読み込む(ステップS1−6)。読み込んだ高温熱媒温度と、設定温度と外気温度との差と、第3熱交換器9を流動させる圧縮空気の単位時間当たりの流量とに基づいて、第3熱交換器9を流動させる熱媒の単位時間当たりの流量を算出する。そして、算出された流量が得られるように、ポンプ16Cの駆動回転数を決定する(ステップS1−7)。また、弁V5及び弁V6を開放し、弁V7を閉鎖する(ステップS1−8)。さらに、ステップS1−7で決定した駆動回転数に基づいてポンプ16Cの駆動を開始する(ステップS1−9)。これにより、第3熱交換器9を通過して圧縮機4へと供給される空気温度を所望の値へと昇温できる。この結果、圧縮機4から吐出される圧縮空気の温度を適正値として、第1熱交換器5で熱媒との熱交換により、蓄圧タンク6の貯蔵に適した温度すなわち外気温度に近い値まで降下させることができる。
Therefore, the heat medium is heated by the
The first
一方、外気温度toが設定温度Tよりも高い場合(ステップS1−5:to>T)、圧縮機4で吸い込んだ空気を圧縮して得られる圧縮空気の温度が高くなり過ぎてしまう。例えば、外気温度が40℃の場合、圧縮機4から吐出される圧縮空気の温度が約177℃の高温状態となる。このため、第1熱交換器5で圧縮空気を冷却し切れずに蓄圧タンク6に貯蔵されることになる。例えば、圧縮空気の温度が約177℃になる例では、第1熱交換器5を通過しても約60℃までしか冷却できない。したがって、蓄圧タンク6に貯蔵しても、外気温度である40℃付近まで周囲に放熱することになり、エネルギー効率が悪い。
On the other hand, when the outside air temperature to is higher than the set temperature T (step S1-5: to> T), the temperature of the compressed air obtained by compressing the air sucked by the
そこで、次のようにして第3熱交換器9により熱媒を冷却する。
第2温度検出センサ18で第2蓄熱タンク14内の熱媒の温度である低温熱媒温度tlを読み込む(ステップS1−10)。読み込んだ低温熱媒温度と、設定温度と外気温度との差と、第3熱交換器9を流動させる圧縮空気の単位時間当たりの流量とに基づいて、第3熱交換器9を流動させる熱媒の単位時間当たりの流量を算出する。そして、算出された流量が得られるように、ポンプ16Cの駆動回転数を決定する(ステップS1−11)。また、弁V5を閉鎖し、弁V6及びV7を開放する(ステップS1−12)。さらに、ステップS1−11で決定した駆動回転数に基づいてポンプ16Cの駆動を開始する(ステップS1−13)。これにより、第3熱交換器9を通過して圧縮機4へと供給される空気温度を所望の値へと降温でき、前記同様、圧縮空気を蓄圧タンク6の貯蔵に適した温度すなわち外気温度に近い値まで降下させることができる。
Therefore, the heat medium is cooled by the
The second
(発電運転)
発電運転では、弁V2,V4を開放し、弁V1,V3を閉鎖する。また、ポンプ16Bを作動させる。なお、弁V1,V3を閉鎖している状態において、通常は、ポンプ16Aを作動させる必要はない。ポンプ16Bの作動により、蓄圧タンク6から送出された圧縮空気が、空気流路10cを通って膨張機8の給気口8aに供給される。圧縮空気は、膨張機8に供給される前に、第2熱交換器7を通過して、第1蓄熱タンク13からの熱媒と熱交換されることにより加熱される。第1蓄熱タンク13に貯留される熱媒は、前述の充電運転で十分に加熱されている。したがって、圧縮空気を十分に加熱できる。十分に加熱された圧縮空気は、給気口8aを介して膨張機8内に供給される。これにより、膨張機8が作動し、発電機12が駆動する。発電機12で発電した電力は電力系統に供給される。膨張機8で膨張された空気は、排気口8bから空気流路10dを通って排気される。第2熱交換器7で圧縮空気に放熱することにより降温した熱媒は、第2蓄熱タンク14に貯蔵される。
(Power generation operation)
In the power generation operation, the valves V2 and V4 are opened, and the valves V1 and V3 are closed. Further, the
このように、充電運転では、圧縮機4に吸い込まれる外気温度に基づいて、圧縮機4が吐出される圧縮空気の温度が設定温度となるように、第3熱交換器9で通過する空気を温調している。したがって、外気温度が低くて第1蓄熱タンク13に貯留する熱媒を十分に加熱できずに、発電時に膨張機8に供給する圧縮空気を所望温度まで昇温できなくなるといったことがなくなる。また逆に、外気温度が高くて蓄圧タンク6に貯蔵する圧縮空気が高温のままとなって放熱によるエネルギーロスが発生することもない。
As described above, in the charging operation, the air passing through the
なお、前記第1実施形態では、圧縮機4に吸い込む空気の温度(外気温度)が高い場合には冷却するようにしたが、外気温度が低い場合の対策が重要であるので、圧縮空気を冷却する構成は必ずしも必要なものではない。 In the first embodiment, cooling is performed when the temperature of the air sucked into the compressor 4 (outside air temperature) is high. However, since measures against the low outside air temperature are important, the compressed air is cooled. The structure to perform is not necessarily required.
また、前記第1実施形態では、圧縮機4に吸い込む空気の温度(外気温度to)を設定温度Tとなるように温調するようにしたが、設定温度Tに幅を持たせ、外気温度toが設定範囲内にあれば温調を行わないようにしてもよい。そして、外気温度が設定範囲の下限値を下回った場合のみ、第3熱交換器9で通過する空気を加熱し、上限値を上回った場合にのみ冷却するようにすればよい。例えば、設定範囲を18℃〜22℃とした場合、外気温度が18℃よりも低くなることにより第3熱交換器9で通過する空気を加熱し、22℃よりも高くなることにより冷却すればよい。
In the first embodiment, the temperature of the air sucked into the compressor 4 (outside air temperature to) is controlled so as to become the set temperature T. However, the set temperature T has a width and the outside air temperature to If is within the set range, the temperature adjustment may not be performed. Then, only when the outside air temperature falls below the lower limit value of the set range, the air passing through the
(第2実施形態)
図4は、第2実施形態に係るCAES発電装置1の概略図を示す。第2実施形態に係るCAES発電装置1では、圧縮機4及び膨張機8をそれぞれ2段式としている。なお、以下の説明では、第1実施形態で説明したCAES発電装置1と同様な構成については同一符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram of the
圧縮機ユニット19では、第1圧縮機4Aで圧縮した空気を第2圧縮機4Bでさらに圧縮するようにしている。ここでは、第1圧縮機4A及び第2圧縮機4Bは個別の電動機11A.11Bで駆動するようにしているが、同一の電動機で駆動するようにしてもよい。また、2つの第1熱交換器5A,5Bを設け、第1圧縮機4Aから吐出された圧縮空気と、第2圧縮機4Bから吐出された圧縮空気とを、それぞれ第1熱交換器5A,5Bで熱媒に吸熱させて冷却するようにしている。そして、いずれの第1熱交換器5A,5Bを通過した熱媒も第1蓄熱タンク13に貯蔵するようにしている。第1熱交換器5A,5Bに向かう熱媒流路15aは、個別流路15a2からさらに2つに分岐し、それぞれに弁V3a、V3bが設けられている。
In the
また、発電機ユニット20では、第1膨張機8Aで膨張させた空気を第2膨張機8Bでさらに膨張させるようにしている。この場合、2つの第2熱交換器7A,7Bを設け、第1膨張機8Aに供給する圧縮空気と、第2膨張機8Bに供給する第1膨張機8Aからの圧縮空気とに対して、それぞれ第2熱交換器7A,7Bを通過させる熱媒から放熱させて加熱するようにしている。各第2熱交換器7A,7Bに向かう熱媒流路15bは、個別流路15b2からさらに2つに分岐し、それぞれに弁V4a、V4bが設けられている。そして、いずれの第2熱交換器7A,7Bを通過した熱媒も第2蓄熱タンク14に貯蔵するようにしている。
Further, in the
前記第2実施形態に係るCAES発電装置1によれば、第1圧縮機4Aからの圧縮空気を1つ目の第1熱交換器5Aで吸熱した後、第2圧縮機4Bを通過した圧縮空気をさらに2つ目の第1熱交換器5Bで吸熱する2段階の冷却を行うことができる。したがって、第1蓄熱タンク13に貯蔵可能な熱媒の温度を高めることができる。また、2つの第2熱交換器7Bにより2段階で圧縮空気を加熱している。したがって、第1膨張機8A及び第2膨張機8Bでの膨張をスムーズに行わせ、発電機12による発電を適切に行わせることが可能となる。
なお、圧縮機4及び膨張機8は3段以上で設けることも可能である。
According to the CAES
Note that the
(第3実施形態)
図5は、第3実施形態に係るCAES発電装置1の概略図を示す。第3実施形態に係るCAES発電装置1では、第3熱交換器9に供給する熱媒は、熱媒流路系3とは別に設けた熱媒流路15dで循環させる。なお、以下の説明では、第1実施形態で説明したCAES発電装置1と同様な構成については同一符号を付してその説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a schematic diagram of the
第3熱交換器9に熱媒を供給するための熱媒流路15dには、温度調整器23、ポンプ16D及び逆止弁24がこの順で設けられている。温度調整器23としては、外部電源に接続されたヒータや、隣接する系外のボイラの排熱を利用するものが挙げられる。また、温度調整器23として加熱及び冷却能力を備えた熱媒を利用した構成とすることもできる。
A
温度調整器23として加熱能力を備えたものを採用する場合、ポンプ16Dの駆動は、外気温度検出センサ22で検出される外気温度に基づいて制御すればよい。すなわち、外気温度が低ければ、ポンプ16Dの駆動回転数を増大させ、逆に高ければ減少又は停止させるようにすればよい。この場合、熱媒流路15dに、温度調整器23で温調された熱媒の温度を検出する熱媒温度検出センサを設け、その検出温度に基づいて温度調整器23による加熱能力を調整するようにしてもよい。これにより、外気温度の違いに拘わらず、第3熱交換器9を熱媒の温度を所定範囲内に安定させることができる。
In the case where a
前記第3実施形態に係るCAES発電装置1によれば、圧縮空気を冷却及び加熱する熱媒を利用することなく、温度調整器23を設けるだけのシンプルな構成にて圧縮機4に吸い込ませる空気を温調できる。
According to the
(第4実施形態)
図6は、第4実施形態に係るCAES発電装置1の概略図を示す。第4実施形態に係るCAES発電装置1では、第1実施形態に係るCAES発電装置1の構成に加えて、第3実施形態の特徴部分である温度調整器23を備えている。構成部品や流路は全て前述の各実施形態で説明したものと同様であり、それぞれの説明については省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows a schematic diagram of the
すなわち、空気流路10の第3熱交換器9の上流側に第4熱交換器25を設け、この第4熱交換器25に温度調整器23で加熱した熱媒を供給するようにしている。これにより、外気温度が低くて第3熱交換器9だけでは十分に昇温できない場合であっても、温度調整器23で昇温した熱媒を供給する第4熱交換器25によって加熱不足を補うことができる。
That is, the
なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。 In addition, this invention is not limited to the structure described in the said embodiment, A various change is possible.
前記実施形態では、蓄熱タンクに貯蔵した熱媒を利用して熱交換器で通過する空気を加熱又は冷却したり、温度調整器23で直接通過する空気を加熱又は冷却したりしたが、特許文献2に記載のように、潤滑油及びケーシングからの回収熱等の余剰熱を利用するようにしてもよい。
In the above embodiment, the air passing through the heat exchanger is heated or cooled using the heat medium stored in the heat storage tank, or the air passing directly through the
前記実施形態では、圧縮機と膨張機を別々に設けたものを示したが、圧縮機を逆回転させて膨張機とし、圧縮機と膨張機を兼用するようにしてもよい。この場合、電動機が発電機として機能する。 In the above-described embodiment, the compressor and the expander are provided separately. However, the compressor may be reversely rotated to be an expander, and the compressor and the expander may be used together. In this case, the electric motor functions as a generator.
1…CAES発電装置
2…空気流路系
3…熱媒流路系
4,4A,4B…圧縮機
4a…吸込口
5,5A,5B…第1熱交換器
6…蓄圧タンク(蓄圧部)
7,7A,7B…第2熱交換器
8、8A,8B…膨張機
9…第3熱交換器
10…空気流路
11,11A,11B…電動機
12,12A,12B…発電機
13…第1蓄熱タンク(第1蓄熱部)
14…第2蓄熱タンク(第2蓄熱部)
15a〜15c…熱媒流路
16A〜16D…ポンプ
17…第1温度検出センサ
18…第2温度検出センサ
19…圧縮機ユニット
20…発電機ユニット
21…制御装置(制御手段)
22…外気温度検出センサ(温度検出手段)
23…温度調整器
24…逆止弁
25…第4熱交換器
V1〜V7…弁
DESCRIPTION OF
7, 7A, 7B ...
14 ... 2nd heat storage tank (2nd heat storage part)
15a to 15c ... Heat
22: Outside temperature detection sensor (temperature detection means)
23 ...
Claims (5)
前記圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、
前記膨張機と機械的に接続された発電機と、
前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を冷却し、熱媒を加熱する第1熱交換器と、
前記第1熱交換器で加熱された熱媒を蓄える第1蓄熱部と、
前記蓄圧部から前記膨張機に供給される圧縮空気と、前記第1蓄熱部から供給される熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を加熱し、熱媒を冷却する第2熱交換器と、
前記第2熱交換器で冷却された熱媒を蓄えて前記第1熱交換器に供給する第2蓄熱部と、
前記圧縮機に吸い込む空気の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧縮機の吸込口の上流側に設けられ、通過する空気を温調する第3熱交換器と、
前記温度検出手段での検出温度が設定温度となるように、前記第3熱交換器で通過する空気を温調する制御手段と、
を備えている、圧縮空気貯蔵発電装置。 A compressor for compressing the sucked air;
A pressure accumulator for storing compressed air compressed by the compressor;
An expander driven by compressed air supplied from the pressure accumulator;
A generator mechanically connected to the expander;
A first heat exchanger that cools the compressed air and heats the heat medium by exchanging heat between the compressed air and the heat medium supplied from the compressor to the pressure accumulator;
A first heat storage section for storing a heat medium heated by the first heat exchanger;
Second heat that heats the compressed air and cools the heat medium by exchanging heat between the compressed air supplied from the pressure accumulator to the expander and the heat medium supplied from the first heat accumulator. An exchange,
A second heat storage unit that stores the heat medium cooled by the second heat exchanger and supplies the heat medium to the first heat exchanger;
Temperature detecting means for detecting the temperature of air sucked into the compressor;
A third heat exchanger provided on the upstream side of the suction port of the compressor, for adjusting the temperature of air passing therethrough;
Control means for adjusting the temperature of the air passing through the third heat exchanger so that the temperature detected by the temperature detection means becomes a set temperature;
A compressed air storage power generator.
前記制御手段は、前記温度検出手段での検出温度が、前記設定温度の下限値よりも低い場合、前記第3熱交換器で前記圧縮機に吸い込む空気を加熱させる、請求項1に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 As the set temperature, at least a lower limit value can be set,
2. The compression according to claim 1, wherein when the temperature detected by the temperature detection unit is lower than a lower limit value of the set temperature, the control unit heats the air sucked into the compressor by the third heat exchanger. Air storage power generator.
前記制御手段は、さらに、前記温度検出手段での検出温度が、前記設定温度の上限値よりも高い場合、前記第3熱交換器で前記圧縮機に吸い込む空気を冷却させる、請求項2に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The set temperature consists of a predetermined temperature range having an upper limit value and a lower limit value,
The control unit further cools the air sucked into the compressor by the third heat exchanger when the temperature detected by the temperature detection unit is higher than an upper limit value of the set temperature. Compressed air storage power generator.
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CN112855292A (en) * | 2021-01-21 | 2021-05-28 | 西安交通大学 | Liquefied air energy storage-temperature difference power generation coupling system and working method thereof |
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