JP2021103916A - Power management method and power management system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダムにおいて電力を管理する電力管理方法及び電力管理システムに関する。 The present invention relates to a power management method and a power management system for managing power in a dam.
従来、余剰電力等のエネルギを、空気を媒体として圧力に変換し、水中に圧縮空気を貯蔵する圧縮空気貯蔵体が知られている(例えば、特許文献1,2参照。)。特許文献1に記載のエネルギ貯蔵装置では、水圧作用が得られる海底等に容積変化可能な容器を沈殿させ、この容器に連通管を介して接続したコンプレッサ・タービン及びこれに連結した電動・発電機を陸上に設置する。電動・発電機によりコンプレッサ・タービンを駆動して得られる圧縮空気を、水圧に抗し容器内に充填させてエネルギを貯蔵し、容器内に充填されている圧縮空気を容器周囲の水圧により徐々に放出してコンプレッサ・タービンを駆動させてエネルギを放出する。特許文献2には、空気圧縮機と、空気圧縮機に一端を接続される送気管と、送気管の他端に接続される圧気の収容体とからなり、電力の需要時に圧気を放出して発電するエネルギの貯留施設が記載されている。 Conventionally, a compressed air storage body that converts energy such as surplus electric power into pressure using air as a medium and stores compressed air in water is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In the energy storage device described in Patent Document 1, a container whose volume can be changed is settled on the seabed or the like where a hydraulic action can be obtained, and a compressor / turbine connected to this container via a communication pipe and an electric / generator connected thereto. Is installed on land. Compressed air obtained by driving a compressor / turbine with an electric generator is filled in a container against water pressure to store energy, and the compressed air filled in the container is gradually charged by the water pressure around the container. It releases energy to drive the compressor turbine. Patent Document 2 includes an air compressor, an air supply pipe connected to one end of the air compressor, and a pressure air accommodating body connected to the other end of the air supply pipe, and releases pressure when power is required. The storage facility for the energy to be generated is described.
ダムの貯水池を利用して、余剰電力を貯蔵することも可能である。しかしながら、ダムの貯水池の場合には、面積や水量に制限がある。すなわち、限られた面積に容器を配置させる必要がある。また、貯水池の満水時や渇水時において、水位により、貯水池内に配置した容器への水頭圧が変動する。圧縮空気を電力に変換する場合には、圧力変動が、発電効率に影響を与えてしまう。 It is also possible to store surplus electricity using the reservoir of the dam. However, in the case of a dam reservoir, there are restrictions on the area and amount of water. That is, it is necessary to arrange the container in a limited area. In addition, when the reservoir is full or drought, the head pressure to the container placed in the reservoir fluctuates depending on the water level. When converting compressed air into electric power, pressure fluctuations affect power generation efficiency.
上記課題を解決する電力管理方法は、ダムの貯水池内に配置した容器を用いて余剰電力を管理する方法であって、前記容器は、容積が可変であり、電力蓄積時には、前記余剰電力を用いて送風装置を稼働させて、前記容器の容積を拡大させながら前記貯水池の水圧に対抗させて圧縮空気を前記容器に供給し、電力放出時には、前記貯水池の水位に応じて、前記容器の容積を縮小させながら、圧力調整した圧縮空気を発電装置に供給して稼働させる。 The power management method for solving the above problems is a method of managing surplus power using a container arranged in the reservoir of the dam. The container has a variable volume, and the surplus power is used at the time of power storage. The air blower is operated to supply compressed air to the container against the water pressure of the reservoir while expanding the volume of the container, and at the time of power generation, the volume of the container is increased according to the water level of the reservoir. While reducing the volume, compressed air whose pressure has been adjusted is supplied to the power generator for operation.
本発明によれば、余剰電力により蓄積した圧縮空気を用いて発電することができる。 According to the present invention, it is possible to generate electricity using compressed air accumulated by surplus electric power.
以下、図1〜図5を用いて、電力管理方法及び電力管理システムを具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、ダムで水力発電した電力の余剰電力を管理するための電力管理方法及び電力管理システムについて説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the power management method and the power management system are embodied will be described with reference to FIGS. 1 to 5. In this embodiment, a power management method and a power management system for managing surplus power of hydroelectric power generated by a dam will be described.
図1に示すように、ダム10の貯水池15において、下流に近い部分に、電力管理システム20が配置されている。電力管理システム20は、複数の容器としてのタンク30を備える。
As shown in FIG. 1, in the
図2に示すように、複数のタンク30は、連結管21を介して連通されている。タンク30には、耐圧ホース22を介して、コンプレッサ及びローター装置(図示せず)が接続される。そして、耐圧ホース22を介して、余剰電力を用いて、コンプレッサ及びローター装置内の回転子を回転することにより送風を行なう。また、圧縮空気を用いてローター装置内の回転子を回転することにより発電を行なう。本実施形態では、ローター装置が、タンク30に圧縮空気を供給する送風装置及びタンク30から供給された圧縮空気を用いて発電を行なう発電装置として機能する。タンク30には圧縮空気が供給され、タンク30に蓄積された圧縮空気が送出される。耐圧ホース22には、発電機側の端部に、圧力調整機構としてのレギュレータ23が設けられている。このレギュレータ23は、送出される圧縮空気の圧力を所定の圧力にする。
As shown in FIG. 2, the plurality of
更に、タンク30には、電磁バルブ25を介して複数の有孔管26が接続されている。複数の有孔管26は、上流に向かうに従って水平方向の間隔が広がる扇状に配置される。各有孔管26は、電磁バルブ25に接続した水平部と、水平部の端部から屈曲した傾斜部26aとを備える。傾斜部26aには、複数の孔が形成されている。これら孔は、水や空気は通過させるが砂は通過させない構造を有する。
Further, a plurality of
電磁バルブ25は、電力を用いて、タンク30の内部と有孔管26とを連通又は遮断を行なう。本実施形態では、タンク30の容積が最大になっても、まだ余剰電力がある場合には、タンク30の内部と有孔管26とを連通させて、圧縮空気を有孔管26に供給する。
The
また、電力管理システム20は、制御装置28を備える。この制御装置28は、後述する電力調整処理を実行し、レギュレータ23の調整や電磁バルブ25の開閉を制御する。制御装置28は、電磁バルブ25の開操作を行なった時刻を記憶し、前回の開操作時刻から所定時間以上経過した場合に、排砂が必要と判断する。
Further, the
図3(a)及び(b)に示すように、タンク30は、円筒形状の本体部31と、本体部31を密閉して上下動可能な蓋部材32とを備える。タンク30は、蓋部材32が上下動することにより、内部に蓄積する圧縮空気の容積を変更できる。タンク30の底面部には、タンク30を浮遊させないためのウェイト部35が設けられている。また、タンク30には、内部に蓄積した圧縮空気の圧力を計測する圧力計が設けられている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
次に、図3〜図5を用いて、上述した電力管理システム20を用いた電力調整方法について説明する。ここでは、まず、電力を蓄積する処理について説明する。
図4に示すように、余剰電力が発生し、蓄積量が上限でない場合(ステップS1−1において「YES」、かつステップS1−2において「NO」の場合)、制御装置28が、圧縮空気の供給処理を実行する(ステップS1−3)。具体的には、余剰電力を用いて、コンプレッサにより空気を圧縮し、ローター装置内の回転子を回転して、耐圧ホース22を介して圧縮空気をタンク30に供給する。
Next, the power adjustment method using the
As shown in FIG. 4, when surplus power is generated and the accumulated amount is not the upper limit (when “YES” in step S1-1 and “NO” in step S1-2), the
図3(a)に示すように、タンク30内に圧縮空気が供給されると、圧縮空気は、蓋部材32を押上げる。この場合、蓋部材32の上面には、貯水池15の水面までの深さに応じた圧力が加わるため、この圧力に抵抗しながら、圧縮空気は、蓋部材32を押し上げて、タンク30の内部に蓄積される。
As shown in FIG. 3A, when compressed air is supplied into the
その後、図3(b)に示すように、タンク30の蓄積量が上限になった場合(ステップS1−2において「YES」の場合)、制御装置28が、排砂が必要か否かの判定処理を実行する(ステップS1−4)。
After that, as shown in FIG. 3B, when the accumulated amount of the
ここで、排砂が必要と判定した場合(ステップS1−4において「YES」の場合)、制御装置28が、ボイリング処理を実行する(ステップS1−5)。具体的には、電磁バルブ25を開いて、タンク30の内部と有孔管26とを連通し、タンク30を介して圧縮空気を有孔管26に供給する。
Here, when it is determined that sand removal is necessary (when “YES” in step S1-4), the
この場合、図5(a)に示すように、水が充填されていた有孔管26に圧縮空気が供給され、傾斜部26aの孔から圧縮空気が放出される。そして、図5(b)に示すように、圧縮空気が有孔管26の孔から連続して放出されることにより、有孔管26の周囲の堆砂16が吹き上げられる。その後、吹き上がった砂17が、貯水池15の水の下流への流れに乗って、ダム10の図示しない排砂口等から排出される。
In this case, as shown in FIG. 5A, compressed air is supplied to the
なお、ボイリングを終了した場合、タンク30の蓄積量が上限となる前に余剰電力がなくなった場合、又は排砂が必要でない場合(ステップS1−1、S1−4において「NO」の場合)には、制御装置28が、圧縮空気の供給を停止し、電力蓄積処理を終了する。
When the boiling is completed, when the surplus power is exhausted before the accumulated amount of the
その後、タンク30に蓄積した圧縮空気を放出して発電を行なう場合には、制御装置28が、耐圧ホース22を介して、タンク30から圧縮空気をローター装置に供給し、回転子を回転させて発電を行なう。この場合、タンク30に蓄積した圧縮空気の圧力に応じてレギュレータ23を調整して、耐圧ホース22から一定圧力の圧縮空気を送出する。
After that, when the compressed air accumulated in the
(作用)
タンク30の蓋部材32が上下動するので設置面積を変えることなく、圧縮空気を蓄積する容積を変更できる。更に、容量変化するので、圧縮空気を水頭圧に応じたポテンシャルエネルギで蓄積でき、耐圧ホース22に設けられたレギュレータ23を介して、発電に用いる圧縮空気の圧力を平準化できる。
(Action)
Since the
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)本実施形態では、余剰電力を用いて、貯水池15のタンク30の容積を変化させて、圧縮空気を蓄積するので、水頭圧に応じたエネルギをタンク30に蓄積することができる。そして、タンク30に蓄積した圧縮空気を、レギュレータ23により所定の圧力でローター装置に供給するので、効率的に発電することができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the volume of the
(2)本実施形態では、蓋部材32の上下位置に応じて、タンク30の容積を変更可能にしたので、貯水池15の下流側の深い位置に、複数のタンク30を密着して配置することができる。
(2) In the present embodiment, since the volume of the
(3)本実施形態では、ダム10で生成した水力発電の余剰電力を用いて、圧縮空気をタンク30に蓄積し、この圧縮空気を用いて発電させる。これにより、発電するダム10と、圧縮空気を蓄積するタンク30とが近いので、送電ロスを抑制することができる。
(3) In the present embodiment, the surplus electric power of the hydroelectric power generation generated in the
(4)本実施形態では、タンク30には、電磁バルブ25を介して複数の有孔管26が接続される。制御装置28は、余剰電力があり蓄積量が上限であって排砂が必要な場合(ステップS1−4において「YES」の場合)には、ボイリング処理を実行する(ステップS1−5)。この場合、圧縮空気が、タンク30から有孔管26を介して放出されて、貯水池15の底の堆砂16を吹き飛ばす。これにより、余剰電力を用いて蓄積した圧縮空気により排砂を行なうことができる。
(4) In the present embodiment, a plurality of
(5)本実施形態では、タンク30に接続される複数の有孔管26は、上流に向かうに従って水平方向の間隔が広がるように配置される。これにより、広い範囲でボイリングを行なうことができる。
(5) In the present embodiment, the plurality of
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、タンク30の容積が上限になった場合(ステップS1−2において「YES」の場合)に、圧縮空気の供給を停止し、圧縮空気の圧力を一定にする。ここで、ダム10の貯水池15の水量が少なくなり水面が低くなった場合には、タンクの蓋部材の上に、錘を載せて、タンクに加わる圧力を一定にしてもよい。
This embodiment can be modified and implemented as follows. The present embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
-In the above embodiment, when the volume of the
具体的には、図6に示すように、タンク40を備えた電力管理システムとしてもよい。このタンク40は、ウェイト部45の上に固定された本体部41と蓋部材42とを備える。タンク40は、本体部41に支持部材46が固定される。支持部材46には、水面に浮く浮き体47が上下動可能に支持される。
Specifically, as shown in FIG. 6, a power management system including a
図6(a)に示すように、水量が多い高水位時には、圧力調整機構としての錘48は、索状物を介して、浮き体47によって引き上げられて水中に浮遊する。
そして、図6(b)に示すように、水量が少ない低水位時には、浮き体47の位置が低くなり、錘48は蓋部材42の上に載置される。これにより、圧縮空気の供給により増大する容積に対抗して蓋部材42を下方に押す。
As shown in FIG. 6A, at a high water level with a large amount of water, the
Then, as shown in FIG. 6B, when the water level is low and the amount of water is small, the position of the floating
また、図6(c)に示すように、錘48が蓋部材42に載置された状態で、タンク40から圧縮空気が排出された場合には、錘48は、蓋部材42に従って降下する。なお、索状物は、本体部41の高さより長いため、蓋部材42が本体部41の底部近くまで移動した場合に、錘48を蓋部材42に載置した状態を維持できる。以上により、貯水池15の水面の高さが変化しても、タンク40に貯める圧縮空気の圧力を一定にすることができる。
Further, as shown in FIG. 6C, when the compressed air is discharged from the
・上記実施形態では、余剰電力があり蓄積量が上限であって、排砂が必要な場合(ステップS1−4において「YES」の場合)に、ボイリング処理を実行する(ステップS1−5)。ボイリング処理を実行するタイミングは、これに限定されない。例えば、タンクに貯めた圧縮空気の排出開始時に行なってもよい。更に、堆砂の量を検知して、排砂の要否を判断してボイリング処理を実行してもよい。 -In the above embodiment, when there is surplus power, the accumulated amount is the upper limit, and sand removal is required (when "YES" in step S1-4), the boiling process is executed (step S1-5). The timing of executing the boiling process is not limited to this. For example, it may be performed at the start of discharging the compressed air stored in the tank. Further, the boiling process may be executed by detecting the amount of sedimentation and determining the necessity of sand removal.
・上記実施形態では、ローター装置を、タンク30に圧縮空気を供給する送風装置、及びタンク30から供給された圧縮空気を用いて発電を行なう発電装置として兼用した。タンク30に圧縮空気を供給する送風装置と、タンク30から供給された圧縮空気を用いて発電を行なう発電装置とを、それぞれ別の装置としてもよい。この場合には、送風装置、発電装置から、それぞれタンクとの配管を設ける。なお、送風装置、発電装置を、三方バルブを介して一本の配管でタンク30に接続してもよい。
・上記実施形態では、耐圧ホース22を介して、タンク30に圧縮空気を供給し、タンク30から圧縮空気を放出した。送風装置からタンク30に圧縮空気を供給する供給管と、発電装置にタンク30から圧縮空気を放出する放出管とを、共有せずに、それぞれ別々に設けてもよい。この場合、供給管とタンクとの接続と遮断を行なう開閉バルブと、放出管とタンクとの接続と遮断を行なう開閉バルブとを同時に制御してもよい。
-In the above embodiment, the rotor device is also used as a blower device that supplies compressed air to the
In the above embodiment, compressed air is supplied to the
・上記実施形態では、タンク30には、圧縮空気のみが供給される構成とした。タンクの構成は、圧縮空気のみが流入及び流出される構成に限られない。例えば、タンクと貯水池とを連通する管を設け、タンクに貯水池の水が流入及び流出する構成としてもよい。この場合、タンクに圧縮空気が供給されることにより、タンク内の水が排出され、タンク内の圧縮空気が送出されることにより、タンク内に貯水池からの水が流れ込む。
・上記実施形態では、ダム10で生成した水力発電の余剰電力を用いて、圧縮空気をタンク30に蓄積し、この圧縮空気を用いて発電した。圧縮空気に蓄積する余剰電力は、ダムで水力発電した電力に限られず、他の箇所において発電した余剰電力を用いて圧縮空気をタンクに供給してもよい。
-In the above embodiment, the
-In the above embodiment, compressed air is stored in the
10…ダム、15…貯水池、16…堆砂、17…砂、20…電力管理システム、21…連結管、22…耐圧ホース、23…圧力調整機構としてのレギュレータ、25…電磁バルブ、26…有孔管、26a…傾斜部、30,40…容器としてのタンク、31,41…本体部、32,42…蓋部材、35,45…ウェイト部、46…支持部材、47…浮き体、48…圧力調整機構としての錘。 10 ... Dam, 15 ... Reservoir, 16 ... Sediment, 17 ... Sand, 20 ... Power management system, 21 ... Connecting pipe, 22 ... Pressure-resistant hose, 23 ... Regulator as pressure adjustment mechanism, 25 ... Electromagnetic valve, 26 ... Yes Hole tube, 26a ... inclined portion, 30, 40 ... tank as a container, 31, 41 ... main body portion, 32, 42 ... lid member, 35, 45 ... weight portion, 46 ... support member, 47 ... floating body, 48 ... Weight as a pressure adjustment mechanism.
Claims (8)
前記容器は、容積が可変であり、
電力蓄積時には、前記余剰電力を用いて送風装置を稼働させて、前記容器の容積を拡大させながら前記貯水池の水圧に対抗させて圧縮空気を前記容器に供給し、
電力放出時には、前記貯水池の水位に応じて、前記容器の容積を縮小させながら、圧力調整した圧縮空気を発電装置に供給して稼働させることを特徴とする電力管理方法。 It is a method of managing surplus electricity using a container placed in the reservoir of the dam.
The container has a variable volume and
At the time of electric power storage, the blower is operated by using the surplus electric power to supply compressed air to the container against the water pressure of the reservoir while expanding the volume of the container.
A power management method characterized in that when power is released, compressed air whose pressure is adjusted is supplied to a power generation device while reducing the volume of the container according to the water level of the reservoir.
前記蓋部材の上下位置に応じて、前記容器の容積を変更可能にしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力管理方法。 The container is provided with a lid member whose vertical position can be changed.
The power management method according to claim 1 or 2, wherein the volume of the container can be changed according to the vertical position of the lid member.
前記レギュレータを用いて、前記発電装置に供給する圧縮空気の圧力を調整することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の電力管理方法。 A regulator is provided in the pipeline from the container to the power generation device.
The power management method according to any one of claims 1 to 4, wherein the pressure of the compressed air supplied to the power generation device is adjusted by using the regulator.
前記圧縮空気を、前記容器を介して前記有孔管に供給し、前記有孔管から排出してボイリングを行なうことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の電力管理方法。 A perforated pipe opened in the reservoir is connected to the container.
The power management method according to any one of claims 1 to 5, wherein the compressed air is supplied to the perforated pipe through the container and discharged from the perforated pipe to perform boiling. ..
前記容器に貯蔵される圧縮空気の圧力を調整する圧力調整機構とを備え、
電力蓄積時には、余剰電力を用いて送風装置を稼働させて、前記容器の容積を拡大させながら前記貯水池の水圧に対抗させて圧縮空気を前記容器に供給し、
電力放出時には、前記貯水池の水位に応じて、前記容器の容積を縮小させながら、圧力調整した圧縮空気を発電装置に供給して前記発電装置を稼働させることを特徴とする電力管理システム。 A variable volume container placed in the reservoir of the dam,
A pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure of compressed air stored in the container is provided.
At the time of electric power storage, the blower is operated by using the surplus electric power to supply compressed air to the container against the water pressure of the reservoir while expanding the volume of the container.
A power management system characterized in that when power is released, compressed air whose pressure is adjusted is supplied to a power generation device to operate the power generation device while reducing the volume of the container according to the water level of the reservoir.
前記複数の有孔管は、前記容器に接続される側とは反対側がそれぞれ広がるように配置されていることを特徴とする請求項7に記載の電力管理システム。 A plurality of perforated tubes connected so as to be cut off are connected to the container.
The power management system according to claim 7, wherein the plurality of perforated pipes are arranged so that the side opposite to the side connected to the container is widened.
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