JP2022011690A - Compressed air energy storage power-generating unit and compressed air energy storage power-generating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置および圧縮空気貯蔵発電方法に関する。 The present invention relates to a compressed air storage power generation device and a compressed air storage power generation method.
風力または太陽光等の再生可能エネルギーを利用した発電は、気象条件に依存するため、出力が安定しないことがある。適時に必要な電力を得るためには、エネルギー貯蔵システムを使用する必要がある。そのようなシステムの一例として、例えば、圧縮空気貯蔵(CAES:compressed air energy storage)発電装置が知られている。 Power generation using renewable energy such as wind power or solar power depends on weather conditions, so the output may not be stable. To get the required power in a timely manner, it is necessary to use an energy storage system. As an example of such a system, for example, a compressed air energy storage (CAES) power generation device is known.
CAES発電装置は、再生可能エネルギーを用いて圧縮機を駆動して圧縮空気を製造し、圧縮空気をタンクなどに貯蔵し、必要なときに圧縮空気を使用してタービン発電機を駆動して発電する装置である。 The CAES power generator uses renewable energy to drive a compressor to produce compressed air, stores the compressed air in a tank, etc., and uses the compressed air to drive a turbine generator to generate electricity when needed. It is a device to do.
特許文献1には、複数段式のCAES発電装置が開示されている。このCAES発電装置では、圧縮空気流路において各段の圧縮機または膨張機をバイパス可能なバイパス流路が設けられている。バイパス流路によって蓄圧部の圧力に応じて圧縮空気の流路を切り替えることができるため、圧縮機および膨張機の使用段数を適宜変更できる。これにより、常に全段数の圧縮機および膨張機を駆動する場合と比較して、圧縮機および膨張機が設計圧縮比および設計膨張比から大きく外れて運転されることを抑制し、システム効率の向上を図っている。
CAES発電装置は、蓄圧部の圧力だけでなく、充放電指令に応じた運転が求められる。しかし、特許文献1のように各段における圧縮機または膨張機が1台では、充放電指令の細かな変動に即した運転を実現できず、運転効率が低下するおそれがある。
The CAES power generation device is required to operate according to not only the pressure of the accumulator but also the charge / discharge command. However, if there is only one compressor or expander in each stage as in
本発明は、複数段式のCAES発電装置およびCAES発電方法において、運転効率の低下を抑制することを課題とする。 An object of the present invention is to suppress a decrease in operating efficiency in a multi-stage CAES power generation device and a CAES power generation method.
本発明の第1の態様は、複数の電動機と、前記複数の電動機のそれぞれによって駆動され、複数段に流体的に接続された圧縮機と、前記圧縮機から吐出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前記圧縮空気によって駆動される少なくとも1台の膨張機と、前記膨張機によって駆動される少なくとも1台の発電機と、前記電動機または前記発電機の回転数を変更するインバータと、前記圧縮機から前記蓄圧部までの前記圧縮空気の流路において、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の前記圧縮機をバイパスするための少なくとも1つのバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバルブとを備え、前記複数段の前記圧縮機のうち少なくとも1段の前記圧縮機は複数台配置されている、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。 The first aspect of the present invention is a compressor driven by a plurality of motors and each of the plurality of motors and fluidly connected to a plurality of stages, and a pressure accumulator for storing compressed air discharged from the compressor. And, at least one expander driven by the compressed air supplied from the accumulator, at least one generator driven by the expander, and the rotation speed of the motor or the generator are changed. And at least one bypass flow path for bypassing the compressor after any stage except the first stage of the lowest pressure stage in the flow path of the compressed air from the compressor to the accumulator. Provided is a compressed air storage power generation device including a valve provided in the bypass flow path, wherein a plurality of the compressors having at least one stage among the compressors having the plurality of stages are arranged.
この構成によれば、バルブの開閉によってバイパス流路を適切に切り替えることで、適切な段数の圧縮機を駆動できる。従って、複数段式の圧縮機が設けられたCAES発電装置において、運転効率の低下を抑制できる。また、少なくとも1段において複数の圧縮機が設けられているため、各段に1台の圧縮機が設けられている場合と比べてより細かく充電量を調整できる。そのため、充電指令値の細かな変動に即した運転を実現できる。ここで、「複数段に流体的に接続された圧縮機」とは、流体的に直列接続された2台以上の圧縮機のことをいう。 According to this configuration, the compressor with an appropriate number of stages can be driven by appropriately switching the bypass flow path by opening and closing the valve. Therefore, in a CAES power generation device provided with a multi-stage compressor, it is possible to suppress a decrease in operating efficiency. Further, since a plurality of compressors are provided in at least one stage, the charge amount can be adjusted more finely than in the case where one compressor is provided in each stage. Therefore, it is possible to realize the operation according to the fine fluctuation of the charge command value. Here, the "compressor fluidly connected to a plurality of stages" means two or more compressors fluidly connected in series.
本発明の第2の態様は、少なくとも1台の電動機と、前記電動機によって駆動される少なくとも1台の圧縮機と、前記圧縮機から吐出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前記圧縮空気によって駆動され、複数段に流体的に接続された膨張機と、前記膨張機によって駆動される複数の発電機と、前記電動機または前記発電機の回転数を変更するインバータと、前記蓄圧部から前記膨張機までの前記圧縮空気の流路において、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の前記膨張機をバイパスするための少なくとも1つのバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバルブとを備え、前記複数段の前記膨張機のうち少なくとも1段の前記膨張機は複数台配置されている、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。 A second aspect of the present invention is to supply from the at least one electric motor, at least one compressor driven by the electric motor, a pressure accumulator for storing compressed air discharged from the compressor, and the accumulator. An expander driven by the compressed air and fluidly connected to a plurality of stages, a plurality of generators driven by the expander, and an inverter that changes the rotation speed of the motor or the generator. In the flow path of the compressed air from the accumulator to the expander, at least one bypass flow path for bypassing the expander after any stage except the first stage of the lowest pressure stage, and the bypass flow. Provided is a compressed air storage power generation device including a valve provided in a path and having a plurality of the expanders having at least one stage among the expanders having the plurality of stages.
この構成によれば、バルブの開閉によってバイパス流路を適切に切り替えることで、適切な段数の膨張機を駆動できる。従って、複数段式の膨張機が設けられたCAES発電装置において、運転効率の低下を抑制できる。また、少なくとも1段において複数の膨張機が設けられているため、各段に1台の膨張機が設けられている場合と比べてより細かく発電量を調整できる。そのため、放電指令値の細かな変動に即した運転を実現できる。ここで、「複数段に流体的に接続された膨張機」とは、流体的に直列接続された2台以上の膨張機のことをいう。 According to this configuration, the expander having an appropriate number of stages can be driven by appropriately switching the bypass flow path by opening and closing the valve. Therefore, in a CAES power generation device provided with a multi-stage expander, it is possible to suppress a decrease in operating efficiency. Further, since a plurality of expanders are provided in at least one stage, the amount of power generation can be finely adjusted as compared with the case where one expander is provided in each stage. Therefore, it is possible to realize the operation according to the fine fluctuation of the discharge command value. Here, the "expander fluidly connected to a plurality of stages" refers to two or more expanders fluidly connected in series.
前記圧縮空気貯蔵発電装置は、前記蓄圧部の内圧を測定する圧力センサと、前記圧力センサで測定された前記蓄圧部の内圧に応じて前記圧縮機および前記膨張機の少なくとも一方の使用段数を算出する使用段数算出部を含む制御装置とをさらに備えてもよい。 The compressed air storage power generation device calculates the number of stages of use of at least one of the compressor and the expander according to the pressure sensor that measures the internal pressure of the accumulator and the internal pressure of the accumulator measured by the pressure sensor. A control device including a unit for calculating the number of stages used may be further provided.
この構成によれば、圧力センサで測定した蓄圧部の内圧に応じて、使用段数算出部によって使用段数を決定できる。 According to this configuration, the number of used stages can be determined by the number of used stages calculation unit according to the internal pressure of the accumulator unit measured by the pressure sensor.
前記制御装置は、各段において定格回転数で駆動する台数である定格駆動台数が最大となるように前記圧縮機および前記膨張機の少なくとも一方の駆動台数を算出する駆動台数算出部をさらに含んでもよい。 The control device may further include a drive number calculation unit that calculates at least one drive number of the compressor and the expander so that the rated drive number, which is the number of drives at the rated rotation speed in each stage, is maximized. good.
この構成によれば、定格運転する圧縮機および膨張機の少なくとも一方の駆動台数を最大数確保できる。ここで、定格運転とは、圧縮機または膨張機が最良の効率を発揮する運転状態をいい、一般に最大出力を発揮できる運転のことをいう。従って、定格駆動台数を最大限確保することで、CAES発電装置の高い運転効率を実現できる。 According to this configuration, the maximum number of drives of at least one of the compressor and the expander to be rated can be secured. Here, the rated operation refers to an operating state in which the compressor or the expander exhibits the best efficiency, and generally refers to an operation in which the maximum output can be exhibited. Therefore, by ensuring the maximum number of rated drives, high operating efficiency of the CAES power generation device can be realized.
前記圧縮機および前記膨張機は、圧縮膨張兼用機として一体に構成されており、前記電動機および前記発電機は、電動発電兼用機として一体に構成されていてもよい。 The compressor and the expander may be integrally configured as a compression / expansion combined machine, and the electric motor and the generator may be integrally configured as an electric power generation combined machine.
この構成によれば、圧縮機および膨張機を別個に設ける場合と比べて、設置スペースを縮小できるとともに低コスト化を図ることができる。同様に、電動機および発電機を別個に設ける場合と比べて、設置スペースを縮小できるとともに低コスト化を図ることができる。 According to this configuration, the installation space can be reduced and the cost can be reduced as compared with the case where the compressor and the expander are separately provided. Similarly, as compared with the case where the motor and the generator are separately provided, the installation space can be reduced and the cost can be reduced.
本発明の第3の態様は、電力を利用して複数段で空気を圧縮し、圧縮された空気を貯蔵し、貯蔵された圧縮空気を膨張させることにより発電することを含み、前記複数段の圧縮においては、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の圧縮を選択的に省略し、前記複数段のうち少なくとも1段においては並列的に空気を圧縮する、圧縮空気貯蔵発電方法を提供する。 A third aspect of the present invention comprises using electric power to compress air in a plurality of stages, storing the compressed air, and expanding the stored compressed air to generate power. In compression, a compressed air storage power generation method is used in which compression of any or subsequent stages other than the first stage of the lowest pressure stage is selectively omitted, and air is compressed in parallel in at least one of the plurality of stages. offer.
この方法によれば、前述と同様にして定格運転から逸脱した圧縮を抑制できるため、複数段式の圧縮を行うCAES発電方法において、運転効率の低下を抑制できる。 According to this method, since compression deviating from the rated operation can be suppressed in the same manner as described above, it is possible to suppress a decrease in operating efficiency in the CAES power generation method in which a plurality of stages of compression are performed.
本発明の第4の態様は、電力を利用して空気を圧縮し、圧縮された空気を貯蔵し、貯蔵された圧縮空気を複数段で膨張させることにより発電することを含み、前記複数段の膨張においては、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の膨張を選択的に省略し、前記複数段のうち少なくとも1段においては並列的に空気を膨張させる、圧縮空気貯蔵発電方法を提供する。 A fourth aspect of the present invention comprises using electric power to compress air, store the compressed air, and expand the stored compressed air in a plurality of stages to generate electricity. In expansion, a compressed air storage power generation method is used in which expansion after any stage other than the first stage of the lowest pressure stage is selectively omitted, and air is expanded in parallel in at least one of the plurality of stages. offer.
この方法によれば、前述と同様にして定格運転から逸脱した膨張を抑制できるため、複数段式の膨張を行うCAES発電方法において、運転効率の低下を抑制できる。 According to this method, expansion deviating from the rated operation can be suppressed in the same manner as described above, so that a decrease in operating efficiency can be suppressed in the CAES power generation method in which a plurality of stages of expansion are performed.
本発明によれば、複数段式のCAES発電装置およびCAES発電方法において、運転効率の低下を抑制できる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in operating efficiency in a multi-stage CAES power generation device and a CAES power generation method.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態)
図1に示す圧縮空気貯蔵(CAES)発電装置1では、風力または太陽光等の再生可能エネルギーを利用した発電設備2にて発電された電力が圧縮空気の態様で蓄えられる。そして、蓄えられた圧縮空気を用いて必要なときに発電し、電力系統に電力を供給する。
(First Embodiment)
In the compressed air storage (CAES)
発電設備2には、送信部2aが取り付けられている。送信部2aは、CAES発電制御装置40に発電設備2で発電した電力値を送信する。
A
電力系統の運用機関または、電力取引を司る機関3には、送信部3aが取り付けられており、CAES発電制御装置40に電力価格情報が送信される。CAES発電制御装置40は、送信部2aおよび、送信部3aから受信した情報をもとに充放電指令値を生成し、CAES発電装置1を制御する。
A
充放電指令値は、制御装置40で生成されるもので、充電および放電の少なくとも一方の指令値のことをいう。充放電指令値は、充電指令値および放電指令値を含む。CAES発電装置1では、この充放電指令値に基づいて必要な充電および放電が行われる。
The charge / discharge command value is generated by the
CAES発電装置1は、充電部100と、放電部200と、蓄圧タンク(蓄圧部)30と、制御装置40とを備える。
The CAES
図2を参照して、充電部100は、圧縮機11~14と、モータ(電動機)15と、インバータ16とを含む。
With reference to FIG. 2, the charging
本実施形態では、圧縮機11~14が4段に流体的に接続されている。詳細には、1段目の圧縮機11と、2段目の圧縮機12と、3段目の圧縮機13と、4段目の圧縮機14とが、この順に流体的に直列に接続されている。1段目には、9台の圧縮機11が並列配置されている。2段目には、3台の圧縮機12が並列配置されている。3段目には、2台の圧縮機13が並列配置されている。4段目には、1台の圧縮機14が配置されている。圧縮機11~14は、吸気口11a~14aから空気を吸気し、内部で空気を圧縮し、吐出口11b~14bから圧縮空気を吐出する。なお、ここでの「段」とは、圧縮機10が直列的に流体的に接続された番目をいい、この番目は低圧側から数える。各段においては、圧縮機10が並列的に流体的に接続されることにより、並列的に空気を圧縮し得る。
In this embodiment, the
圧縮空気の流れにおいては、上流の1段目から下流の4段目に向かって段階的に高圧になる。圧縮空気の質量流量は各段において変わらないが、圧縮空気の体積流量は高圧段になるほど減少する。従って、圧縮機11~14の台数も1段目から4段目に向かって段階的に減少している。
In the flow of compressed air, the pressure gradually increases from the first stage upstream to the fourth stage downstream. The mass flow rate of compressed air does not change in each stage, but the volumetric flow rate of compressed air decreases as the pressure increases. Therefore, the number of
また、圧縮機11~14の配置態様は、本実施形態の態様に限定されるものではない。好ましくは、圧縮機が複数段に流体的に接続されるとともに少なくとも1段において複数台設けられる。以降、各段の圧縮機11~14を区別なく記載する場合にはこれらを単に圧縮機10とも称する。
Further, the arrangement mode of the
本実施形態で用いられる複数の圧縮機10は、全て同一であり、例えばスクリュ式である。圧縮機10は内部に図示しない雌雄一対のスクリュロータを備え、このスクリュロータがモータ15と機械的に接続されている。モータ15には、インバータ16が電気的に接続されている。モータ15の回転数は、インバータ16によって調整される。インバータ16は、制御装置40によって制御されている。
The plurality of
図3を参照して、放電部200は、膨張機21~24と、発電機25と、インバータ26とを含む。
With reference to FIG. 3, the
本実施形態では、膨張機21~24が4段に流体的に接続されている。詳細には、1段目の膨張機21と、2段目の膨張機22と、3段目の膨張機23と、4段目の膨張機24とが、この順に流体的に直列に接続されている。1段目には、9台の膨張機21が並列配置されている。2段目には、3台の膨張機22が並列配置されている。3段目には、2台の膨張機23が並列配置されている。4段目には、1台の膨張機24が配置されている。膨張機21~24は、給気口21a~24aから圧縮空気を給気され、内部で圧縮空気を膨張させ、排気口21b~24bから空気を排気する。なお、ここでの「段」とは、膨張機20が直列的に流体的に接続された番目をいい、この番目は低圧側から数える。各段においては、膨張機20が並列的に流体的に接続されることにより、並列的に空気を膨張させ得る。
In this embodiment, the
圧縮空気の流れにおいては、上流の4段目から下流の1段目に向かって段階的に低圧になる。圧縮空気の質量流量は各段において変わらないが、圧縮空気の体積流量は低圧段になるほど増加する。従って、膨張機21~24の台数も4段目から1段目に向かって段階的に増加している。
In the flow of compressed air, the pressure gradually decreases from the fourth stage upstream to the first stage downstream. The mass flow rate of the compressed air does not change in each stage, but the volumetric flow rate of the compressed air increases in the low pressure stage. Therefore, the number of
また、膨張機21~24の配置態様は、これに限定されるものではない。好ましくは、膨張機が複数段に流体的に接続されるとともに少なくとも1段において複数台設けられる。また、各段の膨張機21~24を区別なく記載する場合には単に膨張機20とも称する。
Further, the arrangement mode of the
本実施形態で用いられる複数の膨張機20は、全て同一であり、例えばスクリュ式である。膨張機20は内部に図示しない雌雄一対のスクリュロータを備え、このスクリュロータが発電機25と機械的に接続されている。発電機25には、インバータ26が電気的に接続されている。発電機25の回転数は、インバータ26によって調整される。インバータ26は、制御装置40によって制御されている。
The plurality of
図1を参照して、蓄圧タンク30は、例えば鋼製のタンクである。ただし、蓄圧タンク30は空気を貯蔵可能な任意の態様であり得る。代替的には、密閉可能な地下空洞なども蓄圧タンク30として使用され得る。蓄圧タンク30には、内圧を測定するための圧力センサ31が取り付けられている。圧力センサ31で測定された圧力値は、制御装置40に送信される。地下空洞としては、岩塩層に穿かれた空間が、密閉性が優れており、圧縮空気の貯蔵空間として好適である。
With reference to FIG. 1, the
本実施形態では、圧縮機11~14と、蓄圧タンク30と、膨張機21~24とが空気配管51~66によって流体的に接続されている。
In the present embodiment, the
図2を参照して、1段目の圧縮機11の吸気口11aは、空気配管51を通じて外気に開放されている。1段目の圧縮機11の吐出口11bは、空気配管52を通じて2段目の圧縮機12の吸気口12aに流体的に接続されているとともに、空気配管(バイパス流路)53を通じて蓄圧タンク30に流体的に接続されている。2段目の圧縮機12の吐出口12bは、空気配管54を通じて3段目の圧縮機13の吸気口13aに流体的に接続されているとともに、空気配管(バイパス流路)55を通じて蓄圧タンク30に流体的に接続されている。3段目の圧縮機13の吐出口13bは、空気配管56を通じて4段目の圧縮機14の吸気口14aに流体的に接続されているとともに、空気配管(バイパス流路)57を通じて蓄圧タンク30に流体的に接続されている。4段目の圧縮機14の吐出口14bは、空気配管58を通じて蓄圧タンク30に流体的に接続されている。
With reference to FIG. 2, the
空気配管52~58には、それぞれバルブ52a~58aが設けられている。バルブ52a~58aの開閉は、制御装置40によって制御されている。バルブ52a~58aの開閉により、圧縮機11~14から蓄圧タンク30までの圧縮空気の流路において、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の圧縮機12~14をバイパス可能となっている。
図3を参照して、蓄圧タンク30は、空気配管59,63を通じて4段目の膨張機24の給気口24aに流体的に接続されているとともに、空気配管(バイパス流路)60~62を通じて1~3段目の膨張機21~23の給気口21a~23aにそれぞれ流体的に接続されている。4段目の膨張機24の排気口24bは、空気配管64を通じて3段目の膨張機23の給気口23aに流体的に接続されている。3段目の膨張機23の排気口23bは、空気配管65を通じて2段目の膨張機22の給気口22aに流体的に接続されている。2段目の膨張機22の排気口22bは、空気配管66を通じて1段目の膨張機21の給気口21aに流体的に接続されている。1段目の膨張機21の排気口21bは、空気配管67を通じて外気に開放されている。
With reference to FIG. 3, the
空気配管59~66には、それぞれバルブ59a~66aが設けられている。バルブ59a~65aの開閉は、制御装置40によって制御されている。バルブ59a~66aの開閉により、蓄圧タンク30から膨張機21~24までの圧縮空気の流路において、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の膨張機22~24をバイパス可能となっている。
上記構成を有するCAES発電装置1の制御について説明する。
The control of the CAES
制御装置40は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、およびROM(Read Only Memory)等のハードウェアと、それらに実装されたソフトウェアとにより構成されている。
The
図4を参照して、制御装置40は、機能的構成として、受信部41と、使用段数算出部42と、駆動台数算出部43と、回転数算出部44と、バルブ制御部45と、インバータ制御部46と、充放電指令算出部47とを含む。これらは、ハードウェア資源であるプロセッサと、ソフトウェアであるプログラムとの協働により実現される。
With reference to FIG. 4, the
受信部41は、送信部2aから送信された発電電力値を受信する。また、受信部41は、電力価格に関する情報を送信部3aから受信する。充放電指令値は経時的に変化させる必要があるため、受信部41での受信は所定の時間間隔で継続的に行われる。また、電力価格に関する情報が予め前日などに定められている場合は、リアルタイムの電力価格情報の代わりに、前日に定められた電力価格情報を使用してもよい。
The receiving
使用段数算出部42は、圧力センサ31で測定された圧力値に応じて圧縮機10および膨張機20の使用段数をそれぞれ算出する。ここでの使用段数とは、1段目から何段目までの圧縮機10または膨張機20を使用するかを示す。このように蓄圧タンク30の圧力に応じて使用段数を調整できることで、以下の通りCAES発電装置1の運転効率の低下を抑制できる。仮に、蓄圧タンク30の内圧に依らずに使用段数を決定すると、CAES発電装置1の運転効率が低下するおそれがある。例えば、蓄圧タンク30の内圧が著しく低い場合に全段の圧縮機10を駆動すると、多くの圧縮機10が定格から逸脱した状態で運転され、運転効率が低下する。同様に、蓄圧タンク30の内圧が著しく低い場合に全段の膨張機20を駆動すると、多くの膨張機20が定格から逸脱した状態で運転され、運転効率が低下する。従って、このようなCAES発電装置1の運転効率の低下を抑制できる。
The number of used
充電運転では、使用段数算出部42によって、n段目の圧縮機の定格圧力Pcnと、蓄圧タンク30の内圧Pとに基づいて、条件式(Pcn-1<P≦Pcn)を満たす自然数nが探索される。そして、探索された自然数nに基づいて、圧縮機の使用段数がnと算出される。ここで、定格吐出圧とは、定格運転状態の圧縮機の吐出圧のことをいう。なお、蓄圧タンク30の内圧Pが1段目の圧縮機11の定格吐出圧Pc1以下である場合、圧縮機の使用段数は1段と算出される。蓄圧タンク30の内圧Pが4段目の圧縮機14の定格吐出圧Pc4以下で3段目の圧縮機13の吐出圧Pc3より高い場合、圧縮機の使用段数は4段と算出される。
In the charging operation, the conditional expression (Pc n-1 <P ≦ Pc n ) is satisfied by the used stage
放電運転では、使用段数算出部42によって、m-1段目の膨張機の定格給気圧Pem-1と、m段目の膨張機の定格給気圧Pemと、蓄圧タンク30の内圧Pとに基づいて、条件式(Pem-1<P≦Pem)を満たす自然数mが探索される。そして、探索された自然数mに基づいて、膨張機の使用段数がmと算出される。ここで、定格給気圧とは、定格運転状態の、膨張機の給気圧のことをいう。なお、蓄圧タンク30の内圧Pが1段目の膨張機21の定格給気圧Pe1以下である場合、膨張機の使用段数は1段と算出される。蓄圧タンク30の内圧Pが4段目の膨張機24の定格給気圧Pe4以下で3段目の膨張機23の吐出圧Pc3より低い場合、膨張機の使用段数は4段と算出される。
In the discharge operation, the rated air pressure Pe m-1 of the m-1st stage expander, the rated air pressure Pe m of the mth stage expander, and the internal pressure P of the
駆動台数算出部43は、各段における圧縮機10および膨張機20の駆動台数をそれぞれ算出する。本実施形態では制御装置40で定めた充放電指令値を充足するとともに各段において定格駆動台数が最大となるように圧縮機10および膨張機20の駆動台数がそれぞれ以下のように算出される。ここで、駆動台数とは、回転数に依らずに駆動させる圧縮機10または膨張機20の台数を意味する。定格運転台数とは、定格回転数で回転する圧縮機10または膨張機20の台数を意味する。
The drive
充電運転では、使用段数算出部42によって算出された使用段数の全ての圧縮機を定格運転した際の最大充電電力Wcmaxで、充電指令値Wcdを割った値が、充電比Rcとして算出される(Rc=Wcd/Wcmax)。ここで、n段目の圧縮機の設置台数をMcnとする。台数Mcnに充電比Rcを積算した値(Mcn×Rc)に整数部Icと小数部Dcが存在する場合、n段目の圧縮機の駆動台数はIc+1台と算出される。台数Mcnに充電比Rcを積算した値(Mcn×Rc)に整数部Icのみが存在する場合(即ち小数部Dcがゼロである場合)、n段目の圧縮機の駆動台数はIc台と算出される。本実施形態では、4段式の圧縮機11~14が設けられており、Mc1=9、Mc2=3、Mc3=2、Mc4=1である。従って、nが1~4の場合について、1~4段目の圧縮機11~14の駆動台数がそれぞれ算出される。また、ここで算出されたn段目の駆動台数のうちIc台を、後述するようにn段目における定格駆動台数として扱う。
In the charging operation, the value obtained by dividing the charging command value Wcd by the maximum charging power Wcmax when all the compressors of the number of used stages calculated by the used stage
放電運転では、使用段数算出部42によって算出された使用段数の全ての膨張機を定格運転した際の最大放電電力Wemaxで、充電指令値Wedを割った値が、放電比Reとして算出される(Re=Wed/Wemax)。ここで、m段目の膨張機の設置台数をMemとする。台数Memに放電比Reを積算した値(Mem×Re)に整数部Ieと小数部Deが存在する場合、m段目の膨張機の駆動台数はIe+1台と算出される。台数Memに放電比Reを積算した値(Mem×Re)に整数部Ieのみが存在する場合(即ち小数部Deがゼロである場合)、m段目の膨張機の駆動台数はIe台と算出される。本実施形態では、4段式の膨張機21~24が設けられており、Me1=9、Me2=3、Me3=2、Me4=1である。従って、mが1~4の場合について、1~4段目の膨張機21~24の駆動台数がそれぞれ算出される。また、ここで算出されたm段目の駆動台数のうちIe台を、後述するようにm段目における定格駆動台数として扱う。
In the discharge operation, the value obtained by dividing the charge command value Wed by the maximum discharge power Wemax when all the expanders of the number of used stages calculated by the number of used
回転数算出部44は、充放電指令値を充足するように各段における圧縮機10および膨張機20の回転数をそれぞれ算出する。本実施形態では、上記定格駆動台数の回転数が定格回転数に設定される。また、定格駆動台数以外の台数(即ち、0台または1台)の回転数が、充電比Rcおよび放電比Reに基づいて充電指令値および放電指令値をそれぞれ充足するように以下のように算出される。
The rotation
充電運転では、n段目において、台数Mcnに充電比Rcを積算した値(Mcn×Rc)に整数部Icと小数部Dcが存在する場合、Ic台の圧縮機の回転数が定格回転数と設定され、残りの1台の回転数が定格回転数×Dcとして算出される。また、n段目において、台数Mcnに充電比Rcを積算した値(Mcn×Rc)に整数部Icのみが存在する場合(即ち小数部Dcがゼロである場合)、Ic台の圧縮機の回転数が定格回転数とされる。本実施形態では、nが1~4の場合についてこのような算出が行われ、1~4段目の圧縮機11~14の回転数がそれぞれ算出される。
In the charging operation, when the integer part Ic and the decimal part Dc exist in the value (Mc n × Rc) obtained by integrating the charge ratio Rc into the number Mc n in the nth stage, the rotation speed of the compressor of the Ic unit is the rated rotation speed. It is set as a number, and the rotation speed of the remaining one unit is calculated as the rated rotation speed × Dc. Further, in the nth stage, when only the integer part Ic exists in the value (Mc n × Rc) obtained by integrating the charge ratio Rc into the number Mc n (that is, when the decimal part Dc is zero), the compressors of Ic units. The rotation speed of is the rated rotation speed. In the present embodiment, such a calculation is performed when n is 1 to 4, and the rotation speeds of the
放電運転では、m段目において、台数Memに充電比Reを積算した値(Mem×Re)に整数部Ieと小数部Deが存在する場合、Ie台の膨張機の回転数が定格回転数と設定され、残りの1台の回転数が定格回転数×Deとして算出される。また、m段目において、台数Memに充電比Reを積算した値(Mem×Re)に整数部Ieのみが存在する場合(即ち小数部Deがゼロである場合)、Ie台の膨張機の回転数が定格回転数とされる。本実施形態では、mが1~4の場合についてこのような算出が行われ、1~4段目の膨張機21~24の回転数がそれぞれ算出される。
In the discharge operation, when the integer part Ie and the decimal part De exist in the value ( Mem × Re) obtained by integrating the charge ratio Re into the number of units Mem in the mth stage, the rotation speed of the expander of the Ie unit is the rated rotation. It is set as a number, and the rotation speed of the remaining one unit is calculated as the rated rotation speed × De. Further, in the m -th stage, when only the integer part Ie exists in the value ( Mem × Re) obtained by integrating the charge ratio Re into the number of units Mem (that is, when the decimal part De is zero), the expander of the Ie unit. The number of rotations of is the rated rotation number. In the present embodiment, such a calculation is performed when m is 1 to 4, and the rotation speeds of the
このようにして、圧縮機10の使用段数、各段の駆動台数、および回転数がそれぞれ決定される。同様に、膨張機20の使用段数、各段の駆動台数、および回転数がそれぞれ決定される。なお、上記は圧縮機、膨張機を0~100%で運用する前提だが、吐出温度上昇や、インバータ設計を考慮して、圧縮機および膨張機の下限回転数を決めてもよい。例えば、定格回転数×Dc、または定格回転数×Deが下限を下回る場合は、残りの1台は下限回転数で回す、あるいは2台で電力調整する等の工夫を施してもよい。
In this way, the number of stages of the
バルブ制御部45は、上記のように算出された使用段数での圧縮機10および膨張機20の駆動をそれぞれ実行できるようにバルブ52a~66aを開閉する。
The
充電運転では、使用段数が1段と算出された場合、バルブ53aを開き、バルブ52a,54a~58aを閉じる。これにより、1段目の圧縮機11のみが駆動可能となる。使用段数が2段と算出された場合、バルブ52a,55aを開き、バルブ53a,54a,56a~58aを閉じる。これにより、1,2段目の圧縮機11,12のみが駆動可能となる。使用段数が3段と算出された場合、バルブ52a,54a,57aを開き、バルブ53a,55a,56a,58aを閉じる。これにより、1~3段目の圧縮機11~13のみが駆動可能となる。使用段数が4段と算出された場合、バルブ52a,54a,56a,58aを開き、バルブ53a,55a,57aを閉じる。これにより、1~4段目の圧縮機11~14が駆動可能となる。
In the charging operation, when the number of stages used is calculated to be one, the
放電運転では、使用段数が1段と算出された場合、バルブ59a,60a,66aを開き、バルブ61a~65aを閉じる。これにより、1段目の膨張機21のみが駆動可能となる。使用段数が2段と算出された場合、バルブ59a,61a,65a,66aを開き、バルブ60a,62a~64aを閉じる。これにより、1,2段目の膨張機21,22のみが駆動可能となる。使用段数が3段と算出された場合、バルブ59a,62a,64a~66aを開き、バルブ60a,61a,63aを閉じる。これにより、1~3段目の膨張機21~23のみが駆動可能となる。使用段数が4段と算出された場合、バルブ59a,63a~66aを開き、バルブ60a~62aを閉じる。これにより、1~4段目の膨張機21~24が駆動可能となる。
In the discharge operation, when the number of stages used is calculated to be one, the
インバータ制御部46は、上記のようにして算出された駆動台数および回転数で圧縮機10および膨張機20(モータ15および発電機25)をそれぞれ駆動するようにインバータ16,26を制御する。
The
充放電指令算出部47は、受信部41で受信した情報に基づいて充放電指令値を算出する。
The charge / discharge
図5は、充電運転に関するフローチャートを示している。 FIG. 5 shows a flowchart relating to the charging operation.
充電運転では、まず、圧力センサ31によって、蓄圧タンク30の内圧を検出する(ステップS5-1)。そして、使用段数算出部42によって、前述のように蓄圧タンク30の内圧に応じて圧縮機10の使用段数が算出される(ステップS5-2)。そして、バルブ制御部45によって、前述のように算出された使用段数の圧縮機10を駆動するようにバルブ52a~58aがそれぞれ制御される(ステップS5-3)。次に、受信部41によって受信した情報(送信部2aから送信された風力発電所の電力量、および、送信部3aから送信された電力価格の情報)を基に充放電指令算出部47により決定された充電指令を設定する(ステップS5-4)。そして、駆動台数算出部43および回転数算出部44によって、前述のように各段の圧縮機10の駆動台数および回転数が決定される(ステップS5-5)。そして、決定された駆動台数および回転数で圧縮機10を駆動するようにインバータ制御部46によってインバータ16が制御される(ステップS5-6)。
In the charging operation, first, the internal pressure of the
図6は、蓄圧タンク30の内圧と充電電力の関係を示すグラフである。図6では、横軸が蓄圧タンク30の内圧(MPaG)を示し、縦軸がCAES発電装置1の充電電力(kW)を示している。グラフ中の下側のラインは最低回転数で圧縮機10を駆動した場合の最小充電電力Wcminを示し、上側のラインは定格回転数で圧縮機10を駆動した場合の最大充電電力Wcmaxを示している。従って、CAES発電装置1は、これらのラインWcmax,Wcminの間で充電運転可能である。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the internal pressure of the
本実施形態では、1段目の圧縮機11の定格吐出圧Pc1が0.98MPaGであり、2段目の圧縮機12の定格吐出圧Pc2が2.0MPaGであり、3段目の圧縮機13の定格吐出圧Pc3が3.2MPaGであり、4段目の圧縮機14の定格吐出圧Pc4が4.4MPaG(図示せず)である。このように、各段間の差圧を概ね等しくすることで、差圧に依存する圧縮機10の部品を部分的に共用化できる。従って、共用化された部品の量産および組み立て作業の単一化を図ることができ、低コスト化を図ることができる。これは膨張機20においても同様である。
In the present embodiment, the rated discharge pressure Pc 1 of the first-
図6に一例として点P1に示されるように、蓄圧タンク30の内圧が2.5MPaGであるとき、2.0(=Pc2)<2.5≦3.2(=Pc3)の条件式が満たされるため、使用段数は3段と算出される。従って、1~3段目の圧縮機11~13が駆動される。
As shown at point P1 as an example in FIG. 6, when the internal pressure of the
図6を参照して、蓄圧タンク30の内圧が2.5MPaGであるとき、最大充電電力Wcmaxは2350kWである。点P1に示されるように充電指令値Wcとして1175kWが与えられると、充電比Rc(=Wcd/Wcmax)は、0.5と算出される。従って、1段目の圧縮機11の設置台数9台(=Mc1)に充電比0.5(=Rc)を積算した値4.5に整数部4(=Ic)と小数部0.5(=Dc)が存在するため、1段目の圧縮機11の駆動台数は5(=Ic+1)台と算出される。また、5台のうち4台は定格回転数で駆動され、残りの1台は定格回転数×0.5の回転数で駆動される。同様に、2段目の圧縮機12では、駆動台数が2台と算出され、2台のうち1台が定格回転数で駆動され、残りの1台が定格回転数×0.5の回転数で駆動される。同様に、3段目の圧縮機13では、駆動台数が1台と算出され、その1台が定格回転数で駆動される。このようにして、受信部41で受信した充電指令値を充足するとともに各段において定格駆動台数が最大となるように圧縮機10を駆動する。
With reference to FIG. 6, when the internal pressure of the
図7は、放電運転に関するフローチャートを示している。 FIG. 7 shows a flowchart relating to the discharge operation.
放電運転では、まず、圧力センサ31によって、蓄圧タンク30の内圧を検出する(ステップS7-1)。そして、使用段数算出部42によって、前述のように蓄圧タンク30の内圧に応じて膨張機20の使用段数が算出される(ステップS7-2)。そして、バルブ制御部45によって、前述のように算出された使用段数の膨張機20を駆動するようにバルブ59a~65aがそれぞれ制御される(ステップS7-3)。次に、受信部41によって受信した情報を基に充放電指令算出部47で決定された放電指令を設定する(ステップS7-4)。そして、駆動台数算出部43および回転数算出部44によって、前述のように各段の膨張機20の駆動台数および回転数が決定される(ステップS7-5)。そして、決定された駆動台数および回転数で膨張機20を駆動するようにインバータ制御部46によってインバータ26が制御される(ステップS7-6)。
In the discharge operation, first, the internal pressure of the
図8は、蓄圧タンク30の内圧と放電電力の関係を示すグラフである。図8では、横軸が蓄圧タンク30の内圧(MPaG)を示し、縦軸がCAES発電装置1の放電電力(kW)を示している。グラフ中の下側のラインは最低回転数で膨張機20を駆動した場合の最小放電電力Weminを示し、上側のラインは定格回転数で膨張機20を駆動した場合の最大放電電力Wemaxを示している。従って、CAES発電装置1は、これらのラインWemax,Weminの間で放電運転可能である。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the internal pressure of the
本実施形態では、1段目の膨張機21の定格給気圧Pe1が0.98MPaGであり、2段目の膨張機22の定格給気圧Pe2が2.0MPaGであり、3段目の膨張機23の定格給気圧Pe3が3.2MPaGであり、4段目の膨張機24の定格給気圧Pe4が4.4MPaG(図示せず)である。
In the present embodiment, the rated air pressure Pe 1 of the first-
図8に一例として点P2に示されるように、蓄圧タンク30の内圧が2.5MPaGであるとき、2.0(=Pe2)<2.5≦3.2(=Pe3)の条件式が満たされるため、使用段数は3段と算出される。従って、1~3段目の膨張機21~23が駆動される。
As shown at point P2 as an example in FIG. 8, when the internal pressure of the
図8を参照して、蓄圧タンク30の内圧が2.5MPaGであるとき、最大放電電力Wemaxは2000kWである。点P2に示されるように放電指令値Weとして1000kWが与えられると、放電比Re(=Wed/Wemax)は、0.5と算出される。従って、1段目の膨張機21の設置台数9台(=Me1)に放電比0.5(=Re)を積算した値4.5に整数部4(=Ie)と小数部0.5(=De)が存在するため、1段目の膨張機21の駆動台数は5(=Ie+1)台と算出される。また、5台のうち4台は定格回転数で駆動され、残りの1台は定格回転数×0.5の回転数で駆動される。同様に、2段目の膨張機22では、駆動台数が2台と算出され、2台のうち1台が定格回転数で駆動され、残りの1台が定格回転数×0.5の回転数で駆動される。同様に、3段目の膨張機23では、駆動台数が1台と算出され、その1台が定格回転数で駆動される。このようにして、受信部41で受信した放電指令値を充足するとともに各段において定格駆動台数が最大となるように膨張機20を駆動する。
With reference to FIG. 8, when the internal pressure of the
本実施形態のCAES発電装置1によれば、以下の作用効果を奏する。
According to the CAES
バルブ52a~58aの開閉によってバイパス流路53,55,57を適切に切り替えることで、適切な段数の圧縮機10を駆動できる。従って、複数段式の圧縮機10が設けられたCAES発電装置1において、運転効率の低下を抑制できる。また、少なくとも1段において複数の圧縮機10が設けられているため、各段に1台の圧縮機10が設けられている場合と比べてより細かく充電量を調整できる。そのため、充電指令値の細かな変動に即した運転を実現できる。
By appropriately switching the
また、バルブ59a~66aの開閉によってバイパス流路60~62を適切に切り替えることで、適切な段数の膨張機20を駆動できる。従って、複数段式の膨張機20が設けられたCAES発電装置1において、運転効率の低下を抑制できる。また、少なくとも1段において複数の膨張機20が設けられているため、各段に1台の膨張機20が設けられている場合と比べてより細かく発電量を調整できる。そのため、放電指令値の細かな変動に即した運転を実現できる。
Further, by appropriately switching the
また、圧力センサ31で測定した蓄圧タンク30の内圧に応じて、使用段数算出部42によって使用段数を決定できる。仮に、蓄圧タンク30の内圧に依らずに使用段数を決定すると、CAES発電装置1の運転効率が低下するおそれがある。例えば、蓄圧タンク30の内圧が著しく低い場合に全段の圧縮機11~14を駆動すると、多くの圧縮機が定格から逸脱した状態で運転され、運転効率が低下する。同様に、蓄圧タンク30の内圧が著しく低い場合に全段の膨張機21~24を駆動すると、多くの膨張機が定格から逸脱した状態で運転され、運転効率が低下する。従って、蓄圧タンク30の内圧に応じて使用段数を調整できることで、CAES発電装置1の運転効率の低下を抑制できる。
Further, the number of used stages can be determined by the number of used
また、駆動台数算出部43および回転数算出部44によって、定格運転する圧縮機10および膨張機20の駆動台数を最大数確保できるとともに充放電指令値を充足できる。従って、定格駆動台数を最大限確保することで、CAES発電装置1の高い運転効率を実現できる。
Further, the drive
(第1変形例)
図9は、図1のCAES発電装置の第1変形例の概略構成図を示している。
(First modification)
FIG. 9 shows a schematic configuration diagram of a first modification of the CAES power generation device of FIG.
本変形例のCAES発電装置1は、放電部200の構成が上記実施形態と異なるが、放電部200以外の構成は上記実施形態と実質的に同じである。本変形例では、放電部200は、1台の膨張機20、1台の発電機25、および1つのインバータ26のみで構成されている。換言すれば、充電部100は複数段式の圧縮機10で構成され、放電部200は単段式の膨張機20で構成されている。従って、放電部200では圧縮空気の流路は1通りである。
In the CAES
本変形例のCAES発電装置1の充電運転の制御は、図5,6に示す上記実施形態と実質的に同じである。放電運転の制御は上記実施形態と異なり、圧縮空気の流路が切り替えられず、放電指令値に応じて膨張機20の回転数が調整されるのみである。この場合の膨張機20は大型のターボ膨張機を使用することができる。
The control of the charging operation of the CAES
(第2変形例)
図10は、図1のCAES発電装置の第2変形例の概略構成図を示している。
(Second modification)
FIG. 10 shows a schematic configuration diagram of a second modification of the CAES power generation device of FIG.
本変形例のCAES発電装置1は、充電部100の構成が上記実施形態と異なるが、充電部100以外の構成は上記実施形態と実質的に同じである。本変形例では、充電部100は、1台の圧縮機10、1台のモータ15、および1つのインバータ16のみで構成されている。換言すれば、放電部200は複数段式の膨張機20で構成され、充電部100は単段式の圧縮機10で構成されている。従って、充電部100では圧縮空気の流路は1通りである。この場合の圧縮機10は大型のレシプロ圧縮機またはターボ圧縮機を使用することができる。
In the CAES
本変形例のCAES発電装置1の充電運転の制御は、図7,8に示す上記実施形態と実質的に同じである。充電運転の制御は上記実施形態と異なり、圧縮空気の流路が切り替えられず、充電指令値に応じて圧縮機10の回転数が調整されるのみである。
The control of the charging operation of the CAES
上記の第1実施形態、第1変形例、および第2変形例に示すように、CAES発電装置1における複数段式の構成は、充電部100および放電部200の少なくとも一方で採用され得る。また、充電部100または放電部200の段数は、4段に限らず、2段、3段、または5段以上であってもよい。
As shown in the first embodiment, the first modification, and the second modification, the multi-stage configuration in the CAES
(第2実施形態)
図11に示す第2実施形態のCAES発電装置1は、充電部100および放電部200が一体的に構成されている。これに関する以外は、第1実施形態のCAES発電装置1と実質的に同じである。従って、第1実施形態と同じ部分については説明を省略する場合がある。
(Second Embodiment)
In the CAES
本実施形態では、第1実施形態における圧縮機11~14(図2参照)および膨張機21~24(図3参照)は、圧縮膨張兼用機71~74としてそれぞれ一体に構成されている。また、第1実施形態におけるモータ15および発電機25は、電動発電兼用機75として一体に構成されている。
In the present embodiment, the
本実施形態では、圧縮膨張兼用機71~74が4段に流体的に接続されている。詳細には、1段目の圧縮膨張兼用機71と、2段目の圧縮膨張兼用機72と、3段目の圧縮膨張兼用機72と、4段目の圧縮膨張兼用機74とが、この順に流体的に直列に接続されている。1段目には、9台の圧縮膨張兼用機71が並列配置されている。2段目には、3台の圧縮膨張兼用機72が並列配置されている。3段目には、2台の圧縮膨張兼用機73が並列配置されている。4段目には、1台の圧縮膨張兼用機74が配置されている。
In this embodiment, the compression /
圧縮空気の流れにおいては、1段目から4段目に向かって段階的に高圧になるため、圧縮空気の質量流量は各段において変わらないが、圧縮空気の体積流量は高圧段になるほど減少する。従って、圧縮膨張兼用機71~74の台数も1段目から4段目に向かって段階的に減少している。
In the flow of compressed air, the pressure increases stepwise from the first stage to the fourth stage, so the mass flow rate of the compressed air does not change in each stage, but the volume flow rate of the compressed air decreases as the pressure increases. .. Therefore, the number of compression /
充電運転では、圧縮膨張兼用機71~74は、低圧口71a~74aから空気を吸気し、内部で空気を圧縮し、高圧口71b~74bから圧縮空気を吐出する。放電運転では、圧縮膨張兼用機71~74は、高圧口71b~74bから空気を給気され、内部で圧縮空気を膨張させ、低圧口71a~74aから空気を排気する。即ち、充電運転と放電運転では、空気の流れが逆向きになる。
In the charging operation, the compression / expansion combined
圧縮膨張兼用機71~74の配置態様は、これに限定されるものではない。好ましくは、圧縮膨張兼用機71~74が複数段に流体的に接続されるとともに少なくとも1段において複数台設けられる。また、各段の圧縮膨張兼用機71~74を区別なく記載する場合には単に圧縮膨張兼用機70とも称する。
The arrangement mode of the compression / expansion combined
本実施形態で用いられる複数の圧縮膨張兼用機70は、全て同一であり、例えばスクリュ式である。圧縮膨張兼用機70は内部に図示しない雌雄一対のスクリュロータを備え、このスクリュロータが電動発電兼用機75と機械的に接続されている。電動発電兼用機75には、インバータ76に電気的に接続されている。電動発電兼用機75の回転数は、インバータ76によって調整される。インバータ76は、制御装置40によって制御されている。
The plurality of compression /
本実施形態では、圧縮膨張兼用機71~74および蓄圧タンク30が空気配管81~89によって流体的に接続されている。
In the present embodiment, the compression / expansion combined
1段目の圧縮膨張兼用機71の低圧口71aは、空気配管81を通じて外気に開放されている。1段目の圧縮膨張兼用機71の高圧口71bは、空気配管82を通じて2段目の圧縮膨張兼用機72の低圧口72aに流体的に接続されているとともに空気配管(バイパス流路)83,89を通じて蓄圧タンク30に流体的に接続されている。2段目の圧縮膨張兼用機72の高圧口72bは、空気配管84を通じて3段目の圧縮膨張兼用機73の低圧口73aに流体的に接続されているとともに空気配管(バイパス流路)85,89を通じて蓄圧タンク30に流体的に接続されている。3段目の圧縮膨張兼用機73の高圧口73bは、空気配管86を通じて4段目の圧縮膨張兼用機74の低圧口74aに流体的に接続されているとともに空気配管(バイパス流路)87,89を通じて蓄圧タンク30に流体的に接続されている。4段目の圧縮膨張兼用機74の高圧口74bは、空気配管88,89を通じて蓄圧タンク30に流体的に接続されている。
The
空気配管82~89には、それぞれバルブ82a~89aが設けられている。バルブ82a~89aの開閉は、制御装置40によって制御されている。バルブ82a~89aの開閉により、圧縮膨張兼用機71~74と蓄圧タンク30との間の圧縮空気の流路において、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の圧縮膨張兼用機72~74をバイパス可能となっている。
本実施形態のCAES発電装置1の制御に関しては、第1実施形態と実質的に同じである。ただし、充電運転では、圧縮膨張兼用機70が圧縮機として動作するとともに電動発電兼用機75がモータとして動作する。放電運転では、圧縮膨張兼用機70が膨張機として動作するとともに電動発電兼用機75が発電機25として動作する。
The control of the CAES
本実施形態のCAES発電装置1によれば、第1実施形態と実質的に同一の作用効果を奏する。また、圧縮機および膨張機を別個に設ける場合と比べて、設置スペースを縮小できるとともに低コスト化を図ることができる。同様に、モータおよび発電機を別個に設ける場合と比べて、設置スペースを縮小できるとともに低コスト化を図ることができる。
According to the CAES
以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。 Although the specific embodiment of the present invention and the modification thereof have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
例えば、三方弁などを使用して複数のバルブ52a~66a,82a~89aのいくつかを一体的に構成してもよい。
For example, some of the plurality of
また、全ての圧縮機10の出力を同一とせず、異なる出力の圧縮機を使用してもよい。図12は、図2の充電部100の変形例を示している。図12を参照して、例えば、1段目に相対的に大きな出力を有する大型圧縮機17を配置してもよい。大型圧縮機17は、他の1段目の圧縮機11の3倍の出力を有している。従って、図2に示す充電部100の3台の圧縮機11が1台の大型圧縮機17に置換され得る。この場合、圧縮機およびモータの運転特性並びに充電指令値に応じてCAES発電装置1の運転効率を高くするように、優先順位を付けて圧縮機を駆動することが好ましい。例えば、大型圧縮機17を使用できるほどの大きな充電指令値に対しては、大型圧縮機17を優先的に使用し、大型圧縮機17を使用できないほどの小さな充電指令値に対しては他の1段目の圧縮機11を使用してもよい。なお、図12では、圧縮機を例に挙げて説明したが、膨張機20および圧縮膨張兼用機70についても同様である。
Further, the outputs of all the
1 CAES発電装置(圧縮空気貯蔵発電装置)
2 発電設備
2a 送信部
3 需要家設備
3a 送信部
100 充電部
10~14 圧縮機
11a~14a 吸気口
11b~14b 吐出口
15 モータ(電動機)
16 インバータ
17 大型圧縮機
200 放電部
20~24 膨張機
21a~24a 給気口
21b~24b 排気口
25 発電機
26 インバータ
30 蓄圧タンク(蓄圧部)
31 圧力センサ
40 制御装置(CAES発電制御装置)
41 受信部
42 使用段数算出部
43 駆動台数算出部
44 回転数算出部
45 バルブ制御部
46 インバータ制御部
47 充放電指令算出部
51~67 空気配管
52a~66a バルブ
70~74 圧縮膨張兼用機
71a~74a 低圧口
71b~74b 高圧口
75 電動発電兼用機
76 インバータ
81~89 空気配管
82a~89a バルブ
1 CAES power generation device (compressed air storage power generation device)
2
16
31
41 Receiving
Claims (7)
前記複数の電動機のそれぞれによって駆動され、複数段に流体的に接続された圧縮機と、
前記圧縮機から吐出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前記圧縮空気によって駆動される少なくとも1台の膨張機と、
前記膨張機によって駆動される少なくとも1台の発電機と、
前記電動機または前記発電機の回転数を変更するインバータと、
前記圧縮機から前記蓄圧部までの前記圧縮空気の流路において、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の前記圧縮機をバイパスするための少なくとも1つのバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバルブと
を備え、
前記複数段の前記圧縮機のうち少なくとも1段の前記圧縮機は複数台配置されている、圧縮空気貯蔵発電装置。 With multiple motors,
A compressor driven by each of the plurality of motors and fluidly connected to a plurality of stages,
A pressure accumulator that stores compressed air discharged from the compressor,
At least one expander driven by the compressed air supplied from the accumulator and
With at least one generator driven by the expander,
An inverter that changes the rotation speed of the motor or the generator,
In the flow path of the compressed air from the compressor to the accumulator, at least one bypass flow path for bypassing the compressor after any stage except the first stage of the lowest pressure stage.
A valve provided in the bypass flow path is provided.
A compressed air storage power generation device in which a plurality of the compressors having at least one stage among the compressors having a plurality of stages are arranged.
前記電動機によって駆動される少なくとも1台の圧縮機と、
前記圧縮機から吐出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前記圧縮空気によって駆動され、複数段に流体的に接続された膨張機と、
前記膨張機によって駆動される複数の発電機と、
前記電動機または前記発電機の回転数を変更するインバータと、
前記蓄圧部から前記膨張機までの前記圧縮空気の流路において、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の前記膨張機をバイパスするための少なくとも1つのバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバルブと
を備え、
前記複数段の前記膨張機のうち少なくとも1段の前記膨張機は複数台配置されている、圧縮空気貯蔵発電装置。 With at least one motor,
With at least one compressor driven by the motor,
A pressure accumulator that stores compressed air discharged from the compressor,
An expander driven by the compressed air supplied from the accumulator and fluidly connected to a plurality of stages.
A plurality of generators driven by the expander,
An inverter that changes the rotation speed of the motor or the generator,
In the flow path of the compressed air from the accumulator to the expander, at least one bypass flow path for bypassing the expander after any stage except the first stage of the lowest pressure stage.
A valve provided in the bypass flow path is provided.
A compressed air storage power generation device in which a plurality of the expanders having at least one stage among the expanders having the plurality of stages are arranged.
前記圧力センサで測定された前記蓄圧部の内圧に応じて前記圧縮機および前記膨張機の少なくとも一方の使用段数を算出する使用段数算出部を含む制御装置と
をさらに備える、請求項1または請求項2に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 A pressure sensor that measures the internal pressure of the accumulator and
1. 2. The compressed air storage power generation device according to 2.
定格駆動台数 をさらに含む、請求項3に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The control device calculates the number of drives of at least one of the compressor and the expander so that the rated number of drives, which is the number of units driven at the rated rotation speed in each stage, is maximized. The compressed air storage power generation device according to claim 3, further comprising.
前記電動機および前記発電機は、電動発電兼用機として一体に構成されている、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The compressor and the expander are integrally configured as a compression / expansion combined machine.
The compressed air storage power generation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the motor and the generator are integrally configured as an electric power generation combined machine.
圧縮された空気を貯蔵し、
貯蔵された圧縮空気を膨張させることにより発電する
ことを含み、
前記複数段の圧縮においては、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の圧縮を選択的に省略し、
前記複数段のうち少なくとも1段においては並列的に空気を圧縮する、圧縮空気貯蔵発電方法。 Using electric power to compress air in multiple stages,
Stores compressed air,
Including generating electricity by expanding the stored compressed air,
In the multiple-stage compression, compression after any stage other than the first stage of the lowest pressure stage is selectively omitted.
A compressed air storage power generation method in which air is compressed in parallel in at least one of the plurality of stages.
圧縮された空気を貯蔵し、
貯蔵された圧縮空気を複数段で膨張させることにより発電する
ことを含み、
前記複数段の膨張においては、最低圧段の1段目を除く任意の段以降の膨張を選択的に省略し、
前記複数段のうち少なくとも1段においては並列的に空気を膨張させる、圧縮空気貯蔵発電方法。 Uses electricity to compress air and
Stores compressed air,
It includes generating electricity by expanding the stored compressed air in multiple stages.
In the expansion of the plurality of stages, expansion after any stage other than the first stage of the lowest pressure stage is selectively omitted.
A compressed air storage power generation method in which air is expanded in parallel in at least one of the plurality of stages.
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