JP2023082959A - Compressed air energy storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、圧縮空気エネルギ貯蔵システムに関する。 The present disclosure relates to compressed air energy storage systems.
従来から、圧縮空気エネルギ貯蔵システム(CAES)が知られている。CAESは、例えば、売電価格が安いまたは電力が余っている時間帯に、圧縮機によって圧縮空気を生成し、圧縮空気を貯蔵する。反対に、CAESは、例えば、電力需要が高い時間帯に、貯蔵された圧縮空気によって膨張機を駆動し、電力を供給する。 Compressed air energy storage systems (CAES) are known in the prior art. CAES, for example, generates compressed air with a compressor and stores the compressed air during a time period when the selling price of electricity is low or there is surplus electricity. Conversely, CAES drives an expander with stored compressed air to supply power, for example, during times of high power demand.
例えば、特許文献1から6の各々は、複数の圧縮機を備えるCAESを開示している。各圧縮機の下流には熱交換器が配置され、圧縮空気が熱交換器によって冷却される。圧縮工程において熱を吸収した熱媒体は、膨張工程において圧縮空気を加熱するのに使用される。このような構成によれば、圧縮工程において吸収された熱を再利用することができ、システムのエネルギ効率を向上することができる。
For example, each of
圧縮空気エネルギ貯蔵システムでは、エネルギ効率をさらに向上することが望まれている。 Further improvements in energy efficiency are desired in compressed air energy storage systems.
本開示は、エネルギ効率を向上することができる、圧縮空気エネルギ貯蔵システムを提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a compressed air energy storage system that can improve energy efficiency.
本開示の一態様に係る圧縮空気エネルギ貯蔵システムは、第1圧縮機、および、第1圧縮機の下流に配置される第2圧縮機を少なくとも含む複数の圧縮機と、複数の圧縮機の下流に配置され、圧縮空気を貯留する空気タンクと、第1圧縮機の下流に配置され、第1圧縮機からの圧縮空気を冷却する第1熱交換器と、第2圧縮機の下流に配置され、第2圧縮機からの圧縮空気を冷却する第2熱交換器と、第1熱交換器および第2熱交換器に並列に接続され、第1熱交換器および第2熱交換器の各々に熱媒体を供給する媒体源と、第1熱交換器および第2熱交換器に並列に接続され、第1熱交換器および第2熱交換器の各々から熱媒体を回収する媒体タンクと、媒体源から第1熱交換器へ流れる熱媒体の第1流量を調整する第1流量調整装置と、媒体源から第2熱交換器へ流れる熱媒体の第2流量を調整する第2流量調整装置と、第1熱交換器から媒体タンクへ流れる熱媒体の第1温度を測定する第1温度計と、第2熱交換器から媒体タンクへ流れる熱媒体の第2温度を測定する第2温度計と、第1温度計からの第1温度と、第2温度計からの第2温度との差が所定の範囲内に収まるように、第1流量および第2流量を調整するよう、第1流量調整装置および第2流量調整装置を制御する、制御装置と、を備える。 A compressed air energy storage system according to one aspect of the present disclosure includes a plurality of compressors including at least a first compressor and a second compressor positioned downstream of the first compressor, and a compressor downstream of the plurality of compressors. An air tank that stores compressed air, a first heat exchanger that is arranged downstream of the first compressor and cools the compressed air from the first compressor, and a second compressor that is arranged downstream of the , a second heat exchanger for cooling the compressed air from the second compressor; a medium source that supplies a heat medium; a medium tank that is connected in parallel to the first heat exchanger and the second heat exchanger and recovers the heat medium from each of the first heat exchanger and the second heat exchanger; a first flow regulating device for regulating a first flow rate of heat medium flowing from the source to the first heat exchanger; and a second flow regulating device for regulating a second flow rate of heat medium flowing from the medium source to the second heat exchanger. a first thermometer for measuring a first temperature of the heat medium flowing from the first heat exchanger to the medium tank; and a second thermometer for measuring a second temperature of the heat medium flowing from the second heat exchanger to the medium tank. , a first flow rate adjustment to adjust the first flow rate and the second flow rate such that the difference between the first temperature from the first thermometer and the second temperature from the second thermometer is within a predetermined range; a controller for controlling the device and the second flow regulator.
第1および第2流量調整装置の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含んでもよい。 Each of the first and second flow regulators may include at least one of a valve or a pump.
圧縮空気エネルギ貯蔵システムは、空気タンクに接続される第1膨張機、および、第1膨張機の下流に配置される第2膨張機を少なくとも含む複数の膨張機と、第1膨張機の上流に配置され、第1膨張機への圧縮空気を加熱する第3熱交換器であって、媒体タンクに接続される、第3熱交換器と、第2膨張機の上流に配置され、第2膨張機への圧縮空気を加熱する第4熱交換器であって、第3熱交換器に対して並列に媒体タンクに接続される、第4熱交換器と、媒体タンクから第3熱交換器へ流れる熱媒体の第3流量を調整する第3流量調整装置と、媒体タンクから第4熱交換器へ流れる熱媒体の第4流量を調整する第4流量調整装置と、第3熱交換器から流れる熱媒体の第3温度を測定する第3温度計と、
第4熱交換器から流れる熱媒体の第4温度を測定する第4温度計と、をさらに備えてもよく、制御装置はさらに、第3温度計からの第3温度と、第4温度計からの第4温度との差が所定の範囲内に収まるように、第3流量および第4流量を調整するよう、第3流量調整装置および第4流量調整装置を制御してもよい。
The compressed air energy storage system comprises a plurality of expanders including at least a first expander connected to an air tank and a second expander located downstream of the first expander; a third heat exchanger positioned to heat the compressed air to the first expander, the third heat exchanger being connected to the medium tank; a fourth heat exchanger for heating the compressed air to the machine, the fourth heat exchanger being connected to the medium tank in parallel to the third heat exchanger; and from the medium tank to the third heat exchanger. A third flow rate adjusting device for adjusting a third flow rate of the flowing heat medium; a fourth flow rate adjusting device for adjusting a fourth flow rate of the heat medium flowing from the medium tank to the fourth heat exchanger; a third thermometer that measures a third temperature of the heat medium;
a fourth thermometer for measuring a fourth temperature of the heat medium flowing from the fourth heat exchanger, the controller further comprising: a third temperature from the third thermometer; The third flow rate adjusting device and the fourth flow rate adjusting device may be controlled to adjust the third flow rate and the fourth flow rate so that the difference from the fourth temperature of is within a predetermined range.
第3および第4流量調整装置の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含んでもよい。 Each of the third and fourth flow regulators may include at least one of a valve or a pump.
本開示によれば、エネルギ効率を向上することができる。 According to the present disclosure, energy efficiency can be improved.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料および数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Specific dimensions, materials, numerical values, and the like shown in such embodiments are merely examples for facilitating understanding, and do not limit the present disclosure unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are given the same reference numerals to omit redundant description, and elements that are not directly related to the present disclosure are omitted from the drawings. do.
図1は、実施形態に係る圧縮空気エネルギ貯蔵システム100を示す概略図である。図1において、実線の矢印は熱媒体の流れを示し、破線の矢印は空気の流れを示す。本開示において、圧縮空気エネルギ貯蔵システム(CAES)100は、単に「システム」とも称され得る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a compressed air
システム100は、圧縮システム101と、膨張システム102と、を備える。具体的には、システム100は、複数の圧縮機10と、複数の膨張機20と、複数の熱交換器30と、空気タンク40と、第1媒体タンク50と、第2媒体タンク(媒体源)60と、制御装置90と、を備える。システム100は、他の構成要素をさらに備えてもよい。
システム100は、例えば、売電価格が安いまたは電力が余っている時間帯に、圧縮システム101において、圧縮機10によって圧縮空気を生成し、圧縮空気を空気タンク40に貯蔵する。例えば、これらは、太陽光発電における昼間の時間帯、および、火力発電等の通常の発電における夜間の時間帯を含み得る。圧縮空気を生成および貯蔵する時間帯は、これらに限定されない。
The
反対に、システム100は、例えば、電力需要が高い時間帯または非常時に、膨張システム102において、貯蔵された圧縮空気によって膨張機20を駆動し、発電する。圧縮空気を用いて発電する時間帯は、これらに限定されない。このような構成によれば、余剰電力を有効に利用することができる。
Conversely, the
複数の圧縮機10は、少なくとも第1圧縮機10Aおよび第2圧縮機10Bを含む。他の実施形態では、システム100は、3つ以上の圧縮機10を備えてもよい。各圧縮機10は、電力によって駆動し、吸入した空気を圧縮する。複数の圧縮機10は、直列に接続され、空気を段階的に圧縮する。破線の矢印で示される空気の流れにおいて、第2圧縮機10Bは、第1圧縮機10Aの下流に配置される。例えば、第1圧縮機10Aは、周囲環境の空気を吸入する。本実施形態では、第2圧縮機10Bは、後述する第2熱交換器30Bを介して、空気タンク40に接続される。第2圧縮機10Bによって圧縮された空気は、空気タンク40に貯留される。
The
複数の膨張機20は、少なくとも第1膨張機20Aおよび第2膨張機20Bを含む。他の実施形態では、システム100は、3つ以上の膨張機20を備えてもよい。各膨張機20は、空気タンク40からの圧縮空気によって駆動し、電力を生成する。複数の膨張機20は、直列に接続され、空気タンク40からの圧縮空気を段階的に膨張させる。第1膨張機20Aは、後述する第3熱交換器30Cを介して、空気タンク40に接続される。破線の矢印で示される空気の流れにおいて、第2膨張機20Bは、第1膨張機20Aの下流に配置される。第2膨張機20Bによって膨張された空気は、例えば、外部環境に放出されてもよい。
The
本実施形態では、複数の熱交換器30は、圧縮システム101の第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30B、ならびに、膨張システム102の第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dを含む。他の実施形態では、圧縮システム101は、圧縮機10の数に応じて、3つ以上の熱交換器30を含んでもよく、膨張システム102は、膨張機20の数に応じて、3つ以上の熱交換器30を含んでもよい。熱交換器30では、例えば、熱媒体としてオイルが使用されてもよい。
In this embodiment, the plurality of
圧縮システム101では、熱交換器30は、空気の流れにおいて、各圧縮機10の下流に配置され、各圧縮機10によって圧縮された空気を冷却する。具体的には、第1熱交換器30Aは、第1圧縮機10Aの下流に配置され、第2熱交換器30Bは、第2圧縮機10Bの下流に配置される。より具体的には、第1熱交換器30Aは、第1圧縮機10Aと第2圧縮機10Bとの間に配置され、第2熱交換器30Bは、第2圧縮機10Bと空気タンク40との間に配置される。
In
実線の矢印で示されるように、第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bは、第2媒体タンク60に並列に接続される。本実施形態では、第2媒体タンク60からの配管L1が分岐され、分岐された配管L2,L3が、それぞれ第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bに接続される。他の実施形態では、配管L1に代えて、配管L2,L3の各々が、第2媒体タンク60から直接的に延びていてもよい。第2媒体タンク60は、膨張システム102で冷却された熱媒体を、第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bの各々に供給する。
As indicated by solid line arrows, the
配管L1には、ポンプP1が設けられる。また、配管L2,L3には、それぞれバルブV1,V2が設けられる。ポンプP1およびバルブV1,V2は、制御装置90と有線または無線で通信可能に接続されており、制御装置90によって制御される。制御装置90は、ポンプP1の出力を制御することによって、第2媒体タンク60から配管L1に供給される熱媒体の流量を調整する。また、制御装置90は、バルブV1,V2の開度を調整することによって、それぞれ配管L2,L3を流れる熱媒体の流量を調整する。
A pump P1 is provided in the pipe L1. Further, valves V1 and V2 are provided on the pipes L2 and L3, respectively. Pump P1 and valves V1 and V2 are communicably connected to
制御装置90は、ポンプP1の出力およびバルブV1の開度を調整することによって、第2媒体タンク60から第1熱交換器30Aへ流れる熱媒体の第1流量を調整する。したがって、本実施形態では、ポンプP1およびバルブV1が、第1流量調整装置として機能する。
The
制御装置90は、ポンプP1の出力およびバルブV2の開度を調整することによって、第2媒体タンク60から第2熱交換器30Bへ流れる熱媒体の第2流量を調整する。したがって、本実施形態では、ポンプP1およびバルブV2が、第2流量調整装置として機能する。
The
第1流量調整装置および第2流量調整装置は、上記の構成に限定されない。例えば、他の実施形態では、第1流量調整装置および第2流量調整装置は、追加の構成要素をさらに含んでもよい。例えば、他の実施形態では、第1流量調整装置および第2流量調整装置の各々が、別個の独立したポンプを含んでもよい。 The first flow rate adjusting device and the second flow rate adjusting device are not limited to the configurations described above. For example, in other embodiments, the first flow regulator and the second flow regulator may further include additional components. For example, in other embodiments, each of the first flow regulator and the second flow regulator may include separate and independent pumps.
実線の矢印で示されるように、第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bは、第1媒体タンク50に並列に接続される。本実施形態では、第1熱交換器30Aから延びる配管L4および第2熱交換器30Bから延びる配管L5が、第1媒体タンク50に接続される配管L6へと合流する。他の実施形態では、配管L6に代えて、配管L4,L5の各々が、第1媒体タンク50に直接的に接続されてもよい。第1媒体タンク50は、圧縮システム101で加熱された熱媒体を貯留する。
As indicated by solid line arrows, the
配管L4,L5には、それぞれ第1温度計M1および第2温度計M2が設けられる。第1温度計M1は、第1熱交換器30Aから第1媒体タンク50へ流れる熱媒体の第1温度を測定する。第2温度計M2は、第2熱交換器30Bから第1媒体タンク50へ流れる熱媒体の第2温度を測定する。第1温度計M1および第2温度計M2は、制御装置90と有線または無線で通信可能に接続されており、測定データを制御装置90に送信する。
A first thermometer M1 and a second thermometer M2 are provided on the pipes L4 and L5, respectively. A first thermometer M1 measures a first temperature of the heat medium flowing from the
膨張システム102では、熱交換器30は、空気の流れにおいて、各膨張機20の上流に配置され、各膨張機20に供給される圧縮空気を加熱する。具体的には、第3熱交換器30Cは、第1膨張機20Aの上流に配置され、第4熱交換器30Dは、第2膨張機20Bの上流に配置される。より具体的には、第3熱交換器30Cは、空気タンク40と第1膨張機20Aとの間に配置され、第2熱交換器30Bは、第1膨張機20Aと第2膨張機20Bとの間に配置される。各膨張機20に供給される圧縮空気を加熱することによって、膨張機20における発電効率を向上することができる。
In
実線の矢印で示されるように、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dは、第1媒体タンク50に並列に接続される。本実施形態では、第1媒体タンク50からの配管L7が分岐され、分岐された配管L8,L9が、それぞれ第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dに接続される。他の実施形態では、配管L7に代えて、配管L8,L9の各々が、第1媒体タンク50から直接的に延びていてもよい。第1媒体タンク50は、圧縮システム101で加熱された熱媒体を、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dの各々に供給する。
As indicated by solid line arrows, the
配管L7には、ポンプP2が設けられる。また、配管L8,L9には、それぞれバルブV3,V4が設けられる。ポンプP2およびバルブV3,V4は、制御装置90と有線または無線で通信可能に接続されており、制御装置90によって制御される。制御装置90は、ポンプP2の出力を制御することによって、第1媒体タンク50から配管L7に供給される熱媒体の流量を調整する。また、制御装置90は、バルブV3,V4の開度を調整することによって、それぞれ配管L8,L9を流れる熱媒体の流量を調整する。
A pump P2 is provided in the pipe L7. Further, valves V3 and V4 are provided on the pipes L8 and L9, respectively. Pump P2 and valves V3 and V4 are communicably connected to
制御装置90は、ポンプP2の出力およびバルブV3の開度を調整することによって、第1媒体タンク50から第3熱交換器30Cへ流れる熱媒体の第3流量を調整する。したがって、本実施形態では、ポンプP2およびバルブV3が、第3流量調整装置として機能する。
The
制御装置90は、ポンプP2の出力およびバルブV4の開度を調整することによって、第1媒体タンク50から第4熱交換器30Dへ流れる熱媒体の第4流量を調整する。したがって、本実施形態では、ポンプP2およびバルブV4が、第4流量調整装置として機能する。
The
第3流量調整装置および第4流量調整装置は、上記の構成に限定されない。例えば、他の実施形態では、第3流量調整装置および第4流量調整装置は、追加の構成要素をさらに含んでもよい。例えば、他の実施形態では、第3流量調整装置および第4流量調整装置の各々が、別個の独立したポンプを含んでもよい。 The third flow rate adjusting device and the fourth flow rate adjusting device are not limited to the configurations described above. For example, in other embodiments, the third flow regulator and the fourth flow regulator may further include additional components. For example, in other embodiments, each of the third flow regulator and the fourth flow regulator may include separate and independent pumps.
実線の矢印で示されるように、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dは、第2媒体タンク60に並列に接続される。本実施形態では、第3熱交換器30Cから延びる配管L10および第4熱交換器30Dから延びる配管L11が、第2媒体タンク60に接続される配管L12へと合流する。他の実施形態では、配管L12に代えて、配管L10,L11の各々が、第2媒体タンク60に直接的に接続されてもよい。第2媒体タンク60は、膨張システム102で冷却された熱媒体を貯留する。
As indicated by solid line arrows, the
配管L10,L11には、それぞれ第3温度計M3および第4温度計M4が設けられる。第3温度計M3は、第3熱交換器30Cから第2媒体タンク60へ流れる熱媒体の第3温度を測定する。第4温度計M4は、第4熱交換器30Dから第2媒体タンク60へ流れる熱媒体の第4温度を測定する。第3温度計M3および第4温度計M4は、制御装置90と有線または無線で通信可能に接続されており、測定データを制御装置90に送信する。
A third thermometer M3 and a fourth thermometer M4 are provided on the pipes L10 and L11, respectively. A third thermometer M3 measures a third temperature of the heat medium flowing from the
制御装置90は、システム100の全体または一部を制御する。制御装置90は、例えば、プロセッサ90a、記憶装置90bおよびコネクタ90c等の構成要素を含み、これらの構成要素はバスを介して互いに接続される。例えば、プロセッサ90aは、CPU(Central Processing Unit)等を含む。例えば、記憶装置90bは、ハードディスク、プログラム等が格納されるROM、および、ワークエリアとしてのRAM等を含む。制御装置90は、コネクタ90cを介してシステム100の各構成要素と通信する。例えば、制御装置90は、液晶ディスプレイまたはタッチパネル等の表示装置、および、キーボード、ボタンまたはタッチパネル等の入力装置等、他の構成要素を更に含んでもよい。例えば、以下に示される制御装置90の動作は、記憶装置90bに記憶されるプログラムをプロセッサ90aに実行することによって、実現されてもよい。
本発明者は、上記のような圧縮システム101および膨張システム102の各々において、複数の熱交換器30の出口温度が、互いに等しくまたはほぼ等しくなるように、これらの熱交換器30に供給される熱媒体の流量を調整することによって、システム100のエネルギ効率を向上できることを見出した。
The inventors have found that in each of the
図2は、コンピュータシミュレーションの条件および結果の例を示す表である。具体的には、本発明者は、図2に示される条件を用いて、図1に示されるシステム100のコンピュータシミュレーションを実施した。このシミュレーションでは、膨張システム102において条件を変えた。
FIG. 2 is a table showing an example of computer simulation conditions and results. Specifically, the inventors performed a computer simulation of the
比較例では、第1媒体タンク50から配管L8および配管L9に同じ割合(50%)で熱媒体が供給されるように、ポンプP2およびバルブV3,V4を制御した。すなわち、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dに対して、同じ流量で熱媒体を供給した。
In the comparative example, the pump P2 and the valves V3 and V4 were controlled so that the heat medium was supplied from the
実施例では、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dの出口温度が互いに等しくなるように、第1媒体タンク50から配管L8,L9へ流れる熱媒体の割合を調整するよう、ポンプP2およびバルブV3,V4を制御した。すなわち、第3温度計M3および第4温度計M4の温度が互いに等しくなるように、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dに供給される熱媒体の流量を調整した。このときに配管L8へ流れる熱媒体の割合は45.5%であり、配管L9へ流れる熱媒体の割合は54.5%であった。他の条件については、熱媒体の初期温度が極僅かだけ異なるものの、図2に示されない条件を含めて、比較例および実施例は概ね同じである。熱媒体の初期温度は、第1媒体タンク50に貯留される熱媒体の温度を示す。空気の初期温度は、空気タンク40に貯留される圧縮空気の温度を示す。空気の一段目入力温度は、第3熱交換器30Cによって加熱された後に、第1膨張機20Aへと流れる圧縮空気の温度を示す。空気の一段目出力温度は、第1膨張機20Aから流れる圧縮空気の温度を示す。空気の二段目入力温度は、第4熱交換器30Dによって加熱された後に、第2膨張機20Bへと流れる圧縮空気の温度を示す。出力は、第1膨張機20Aおよび第2膨張機20Bで生成された合計の電力を示す。
In the embodiment, the pump P2 adjusts the ratio of the heat medium flowing from the
比較例では、第3温度計M3および第4温度計M4の温度が、それぞれ122.8℃および119.5℃であった一方で、実施例では、これらは互いに同じであった、何故ならば、第3温度計M3および第4温度計M4の温度が互いに等しくなるように、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dに供給される熱媒体の流量を調整したからである。
In the comparative example, the temperatures of the third thermometer M3 and the fourth thermometer M4 were 122.8° C. and 119.5° C. respectively, whereas in the example they were the same as each other because , the flow rates of the heat medium supplied to the
図2に示されるように、実施例の出力は、比較例の出力よりも0.7%高い。したがって、第3温度計M3および第4温度計M4の温度が互いに等しくなるように、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dに供給される熱媒体の流量を調整することによって、システム100のエネルギ効率を向上することができることがわかる。空気の一段目入力温度および一段目出力温度の比較からわかるように、圧縮空気は、第1膨張機20Aで膨張された後に冷却される。実施例では、第3温度計M3および第4温度計M4の温度が互いに等しくなるように、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dに供給される熱媒体の流量を調整することによって、第4熱交換器30Dに供給される熱媒体が相対的に増加する。したがって、比較例および実施例の空気の二段目入力温度の比較からわかるように、実施例では、第1膨張機20Aで冷却された圧縮空気を、第4熱交換器30Dにおいてより効率的に再加熱することができ、これが、エネルギ効率の向上に繋がると推測される。
As shown in FIG. 2, the output of the example is 0.7% higher than the output of the comparative example. Therefore, by adjusting the flow rate of the heat medium supplied to the
図2の実施例では、膨張システム102のみにおいて条件を変えた。しかしながら、理論的に、同じことが圧縮システム101にも当てはまる。したがって、第1温度計M1および第2温度計M2の温度が互いに等しくなるように、第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bに供給される熱媒体の流量を調整することによって、同様に出力を0.7%増加させることができる。したがって、システム100全体では、出力を1.4%増加させることができる。
In the example of FIG. 2, the conditions were varied only in the
また、図2の実施例では、膨張システム102において、第3温度計M3および第4温度計M4の温度が互いに等しくなるように、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dに供給される熱媒体の流量を調整した。しかしながら、第3温度計M3および第4温度計M4の温度は完全に互いに等しくなくてもよく、第3温度計M3および第4温度計M4の温度の差が所定の範囲内に収まるように、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dに供給される熱媒体の流量を調整してもよい。同様に、圧縮システム101において、第1温度計M1および第2温度計M2の温度は完全に互いに等しくなくてもよく、第1温度計M1および第2温度計M2の温度の差が所定の範囲内に収まるように、第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bに供給される熱媒体の流量を調整してもよい。例えば、「所定の範囲」とは、許容誤差であることができ、例えば5℃であってもよく、より大きな効果を得るためには1℃であってもよい。
Also, in the embodiment of FIG. 2, in the
上記のような新たな知見に基づいて、制御装置90は、圧縮システム101において、第1温度計M1からの第1温度と、第2温度計M2からの第2温度との差が所定の範囲内に収まるように、第1圧縮機10Aへの熱媒体の第1流量および第2圧縮機10Bへの熱媒体の第2流量を調整するよう、ポンプP1の出力およびバルブV1,V2の開度を制御する。具体的には、制御装置90は、第1温度計M1からの第1温度と第2温度計M2からの第2温度とが互いに等しくなるように、ポンプP1の出力およびバルブV1,V2の開度を制御する。
Based on the new knowledge as described above, the
同様に、制御装置90は、膨張システム102において、第3温度計M3からの第3温度と、第4温度計M4からの第4温度との差が所定の範囲内に収まるように、第1膨張機20Aへの熱媒体の第3流量および第2膨張機20Bへの熱媒体の第4流量を調整するよう、ポンプP2の出力およびバルブV3,V4の開度を制御する。具体的には、制御装置90は、第3温度計M3からの第3温度と第4温度計M4からの第4温度とが互いに等しくなるように、ポンプP2の出力およびバルブV3,V4の開度を制御する。
Similarly, the
続いて、システム100の動作について説明する。
Next, the operation of
図3は、圧縮システム101における制御装置90の動作を示すフローチャートである。例えば、図3に示される動作は、圧縮システム101の稼働中に、所定のインターバル、例えば、百~数百ミリ秒、一~数秒、十~数十秒、または、一~数分で繰り返されてもよい。
FIG. 3 is a flow chart showing the operation of the
プロセッサ90aは、第1温度計M1から、第1熱交換器30Aから第1媒体タンク50へ流れる熱媒体の第1温度を取得する(ステップS100)。
The
続いて、プロセッサ90aは、第2温度計M2から、第2熱交換器30Bから第1媒体タンク50へ流れる熱媒体の第2温度を取得する(ステップS102)。
Subsequently, the
続いて、プロセッサ90aは、第1温度および第2温度の差を算出する(ステップS104)。
Subsequently, the
続いて、プロセッサ90aは、ステップS104で算出される差が所定の範囲内であるか否かを判定する(ステップS106)。
Subsequently, the
ステップS106において、差が所定の範囲内である場合(YES)、プロセッサ90aは、一連の動作を終了する。
In step S106, if the difference is within the predetermined range (YES), the
ステップS106において、差が所定の範囲内でない場合(NO)、プロセッサ90aは、差が所定の範囲内に収まるように、第1熱交換器30Aへの熱媒体の第1流量および第2熱交換器30Bへの熱媒体の第2流量を調整し(ステップS108)、一連の動作を終了する。具体的には、プロセッサ90aは、ポンプP1の出力またはバルブV1,V2の開度の少なくとも1つを変更する。
In step S106, if the difference is not within the predetermined range (NO), the
図4は、膨張システム102における制御装置90の動作を示すフローチャートである。例えば、図4に示される動作は、膨張システム102の稼働中に、所定のインターバル、例えば、百~数百ミリ秒、一~数秒、十~数十秒、または、一~数分で繰り返されてもよい。
FIG. 4 is a flow chart illustrating the operation of
プロセッサ90aは、第3温度計M3から、第3熱交換器30Cから第2媒体タンク60へ流れる熱媒体の第3温度を取得する(ステップS200)。
The
続いて、プロセッサ90aは、第4温度計M4から、第4熱交換器30Dから第2媒体タンク60へ流れる熱媒体の第4温度を取得する(ステップS202)。
Subsequently, the
続いて、プロセッサ90aは、第3温度および第4温度の差を算出する(ステップS204)。
Subsequently, the
続いて、プロセッサ90aは、ステップS204で算出される差が所定の範囲内であるか否かを判定する(ステップS206)。
Subsequently, the
ステップS206において、差が所定の範囲内である場合(YES)、プロセッサ90aは、一連の動作を終了する。
In step S206, if the difference is within the predetermined range (YES), the
ステップS206において、差が所定の範囲内でない場合(NO)、プロセッサ90aは、差が所定の範囲内に収まるように、第3熱交換器30Cへの熱媒体の第3流量および第4熱交換器30Dへの熱媒体の第4流量を調整し(ステップS208)、一連の動作を終了する。具体的には、プロセッサ90aは、ポンプP2の出力またはバルブV3,V4の開度の少なくとも1つを変更する。
In step S206, if the difference is not within the predetermined range (NO), the
以上のようなシステム100は、第1圧縮機10A、および、第1圧縮機10Aの下流に配置される第2圧縮機10Bを少なくとも含む複数の圧縮機10と、複数の圧縮機10の下流に配置され、圧縮空気を貯留する空気タンク40と、第1圧縮機10Aの下流に配置され、第1圧縮機10Aからの圧縮空気を冷却する第1熱交換器30Aと、第2圧縮機10Bの下流に配置され、第2圧縮機10Bからの圧縮空気を冷却する第2熱交換器30Bと、第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bに並列に接続され、第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bの各々に熱媒体を供給する第2媒体タンク60と、第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bに並列に接続され、第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bの各々から熱媒体を回収する第1媒体タンク50と、第2媒体タンク60から第1熱交換器30Aへ流れる熱媒体の第1流量を調整する第1流量調整装置P1,V1と、第2媒体タンク60から第2熱交換器30Bへ流れる熱媒体の第2流量を調整する第2流量調整装置P1,V2と、第1熱交換器30Aから第1媒体タンク50へ流れる熱媒体の第1温度を測定する第1温度計M1と、第2熱交換器30Bから第1媒体タンク50へ流れる熱媒体の第2温度を測定する第2温度計M2と、第1温度計M1からの第1温度と、第2温度計M2からの第2温度との差が所定の範囲内に収まるように、第1流量および第2流量を調整するよう、第1および第2流量調整装置P1,V1,V2を制御する、制御装置90と、を備える。上記のように、本発明者は、圧縮システム101および膨張システム102の各々において、複数の熱交換器30の出口温度が、互いに等しくまたはほぼ等しくなるように、これらの熱交換器30に供給される熱媒体の流量を調整することによって、システム100のエネルギ効率を向上することができることを見出した。したがって、上記の構成によれば、第1熱交換器30Aおよび第2熱交換器30Bの出口温度を、互いに等しくまたはほぼ等しくすることができ、システム100のエネルギ効率を向上することができる。
The
また、システム100では、第1および第2流量調整装置は、バルブV1,V2およびポンプP1を含む。しかしながら、第1および第2流量調整装置の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含む、さまざまな構成によって実現されてもよい。また、他の実施形態では、第1および第2流量調整装置の各々は、さらに他の構成によって実現されてもよい。
Also in
また、システム100は、空気タンク40に接続される第1膨張機20A、および、第1膨張機20Aの下流に配置される第2膨張機20Bを少なくとも含む複数の膨張機20と、第1膨張機20Aの上流に配置され、第1膨張機20Aへの圧縮空気を加熱する第3熱交換器30Cであって、第1媒体タンク50に接続される、第3熱交換器30Cと、第2膨張機20Bの上流に配置され、第2膨張機20Bへの圧縮空気を加熱する第4熱交換器30Dであって、第3熱交換器30Cに対して並列に第1媒体タンク50に接続される、第4熱交換器30Dと、第1媒体タンク50から第3熱交換器30Cへ流れる熱媒体の第3流量を調整する第3流量調整装置P2,V3と、第1媒体タンク50から第4熱交換器30Dへ流れる熱媒体の第4流量を調整する第4流量調整装置P2,V4と、第3熱交換器30Cから流れる熱媒体の第3温度を測定する第3温度計M3と、第4熱交換器30Dから流れる熱媒体の第4温度を測定する第4温度計M4と、をさらに備え、制御装置90はさらに、第3温度計M3からの第3温度と、第4温度計M4からの第4温度との差が所定の範囲内に収まるように、第3流量および第4流量を調整するよう、第3および第4流量調整装置P2,V3,V4を制御する。上記のように、膨張システム102において、複数の熱交換器30の出口温度が、互いに等しくまたはほぼ等しくなるように、これらの熱交換器30に供給される熱媒体の流量を調整することによって、システム100のエネルギ効率を向上することができる。したがって、上記の構成によれば、第3熱交換器30Cおよび第4熱交換器30Dの出口温度を、互いに等しくまたはほぼ等しくすることができ、システム100のエネルギ効率を向上することができる。
Further, the
また、システム100では、第3および第4流量調整装置は、バルブV3,V4およびポンプP2を含む。しかしながら、第3および第4流量調整装置の各々は、バルブまたはポンプの少なくとも一方を含む、さまざまな構成によって実現されてもよい。また、他の実施形態では、第3および第4流量調整装置の各々は、さらに他の構成によって実現されてもよい。
Also in
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments have been described above with reference to the accompanying drawings, the present disclosure is not limited to the above embodiments. It is clear that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope of the claims, and it is understood that these also belong to the technical scope of the present disclosure. be done.
例えば、上記の実施形態では、システム100は、圧縮機10および膨張機20の双方を別個に備える。他の実施形態では、例えば、システム100は、圧縮機10のみを備えてもよく、空気タンク40から逆向きに圧縮空気を流し、かつ、第1媒体タンク50から第2媒体タンク60に向けて逆向きに熱媒体を流すことによって、圧縮システム101を膨張システム102として使用してもよい。この場合、システム100は、膨張機20および熱交換器30C,30Dを備えなくてもよい。同様に、例えば、システム100は、膨張機20のみを備えてもよく、第2膨張機20Bから逆向きに空気を吸入し、かつ、第2媒体タンク60から第1媒体タンク50に向けて逆向きに熱媒体を流すことによって、膨張システム102を圧縮システム101として使用してもよい。この場合、システム100は、圧縮機10および熱交換器30A,30Bを備えなくてもよい。
For example, in the above embodiment,
本開示は、エネルギ効率を向上することができ、それによって、持続可能な開発目標(SDGs)の目標7「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギへのアクセスを確保する」および目標13「気候変動とその影響に立ち向かうため、緊急対策を取る」に貢献することができる。 The present disclosure can improve energy efficiency, thereby achieving Sustainable Development Goals (SDGs) Goal 7 "Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy" and Goal 13. We can contribute to “taking urgent action to combat climate change and its impacts”.
10 圧縮機
10A 第1圧縮機
10B 第2圧縮機
20 膨張機
20A 第1膨張機
20B 第2膨張機
30A 第1熱交換器
30B 第2熱交換器
30C 第3熱交換器
30D 第4熱交換器
40 空気タンク
50 第1媒体タンク(媒体タンク)
60 第2媒体タンク(媒体源)
90 制御装置
100 圧縮空気エネルギ貯蔵システム
M1 第1温度計
M2 第2温度計
M3 第3温度計
M4 第4温度計
P1 ポンプ(第1流量調整装置、第2流量調整装置)
P2 ポンプ(第3流量調整装置、第4流量調整装置)
V1 バルブ(第1流量調整装置)
V2 バルブ(第2流量調整装置)
V3 バルブ(第3流量調整装置)
V4 バルブ(第4流量調整装置)
10
60 second medium tank (medium source)
90
P2 pump (third flow rate regulator, fourth flow rate regulator)
V1 valve (first flow control device)
V2 valve (second flow control device)
V3 valve (third flow control device)
V4 valve (fourth flow control device)
Claims (4)
前記複数の圧縮機の下流に配置され、圧縮空気を貯留する空気タンクと、
前記第1圧縮機の下流に配置され、前記第1圧縮機からの圧縮空気を冷却する第1熱交換器と、
前記第2圧縮機の下流に配置され、前記第2圧縮機からの圧縮空気を冷却する第2熱交換器と、
前記第1熱交換器および前記第2熱交換器に並列に接続され、前記第1熱交換器および前記第2熱交換器の各々に熱媒体を供給する媒体源と、
前記第1熱交換器および前記第2熱交換器に並列に接続され、前記第1熱交換器および前記第2熱交換器の各々から前記熱媒体を回収する媒体タンクと、
前記媒体源から前記第1熱交換器へ流れる前記熱媒体の第1流量を調整する第1流量調整装置と、
前記媒体源から前記第2熱交換器へ流れる前記熱媒体の第2流量を調整する第2流量調整装置と、
前記第1熱交換器から前記媒体タンクへ流れる前記熱媒体の第1温度を測定する第1温度計と、
前記第2熱交換器から前記媒体タンクへ流れる前記熱媒体の第2温度を測定する第2温度計と、
前記第1温度計からの第1温度と、前記第2温度計からの第2温度との差が所定の範囲内に収まるように、前記第1流量および前記第2流量を調整するよう、前記第1流量調整装置および前記第2流量調整装置を制御する、制御装置と、
を備える、圧縮空気エネルギ貯蔵システム。 a plurality of compressors including at least a first compressor and a second compressor arranged downstream of the first compressor;
an air tank arranged downstream of the plurality of compressors and storing compressed air;
a first heat exchanger arranged downstream of the first compressor for cooling compressed air from the first compressor;
a second heat exchanger arranged downstream of the second compressor for cooling compressed air from the second compressor;
a medium source connected in parallel to the first heat exchanger and the second heat exchanger and supplying a heat medium to each of the first heat exchanger and the second heat exchanger;
a medium tank connected in parallel to the first heat exchanger and the second heat exchanger and recovering the heat medium from each of the first heat exchanger and the second heat exchanger;
a first flow rate adjusting device that adjusts a first flow rate of the heat medium flowing from the medium source to the first heat exchanger;
a second flow rate adjusting device that adjusts a second flow rate of the heat medium flowing from the medium source to the second heat exchanger;
a first thermometer that measures a first temperature of the heat medium flowing from the first heat exchanger to the medium tank;
a second thermometer that measures a second temperature of the heat medium flowing from the second heat exchanger to the medium tank;
The first flow rate and the second flow rate are adjusted such that the difference between the first temperature from the first thermometer and the second temperature from the second thermometer falls within a predetermined range. a control device that controls the first flow rate regulator and the second flow rate regulator;
A compressed air energy storage system comprising:
前記第1膨張機の上流に配置され、前記第1膨張機への圧縮空気を加熱する第3熱交換器であって、前記媒体タンクに接続される、第3熱交換器と、
前記第2膨張機の上流に配置され、前記第2膨張機への圧縮空気を加熱する第4熱交換器であって、前記第3熱交換器に対して並列に前記媒体タンクに接続される、第4熱交換器と、
前記媒体タンクから前記第3熱交換器へ流れる前記熱媒体の第3流量を調整する第3流量調整装置と、
前記媒体タンクから前記第4熱交換器へ流れる前記熱媒体の第4流量を調整する第4流量調整装置と、
前記第3熱交換器から流れる前記熱媒体の第3温度を測定する第3温度計と、
前記第4熱交換器から流れる前記熱媒体の第4温度を測定する第4温度計と、
をさらに備え、
前記制御装置はさらに、
前記第3温度計からの第3温度と、前記第4温度計からの第4温度との差が所定の範囲内に収まるように、前記第3流量および前記第4流量を調整するよう、前記第3流量調整装置および前記第4流量調整装置を制御する、
請求項1または2に記載の圧縮空気エネルギ貯蔵システム。 a plurality of expanders including at least a first expander connected to the air tank and a second expander arranged downstream of the first expander;
a third heat exchanger arranged upstream of the first expander for heating compressed air to the first expander, the third heat exchanger connected to the medium tank;
A fourth heat exchanger arranged upstream of the second expander for heating compressed air to the second expander, the fourth heat exchanger being connected to the medium tank in parallel with the third heat exchanger , a fourth heat exchanger;
a third flow rate adjusting device that adjusts a third flow rate of the heat medium flowing from the medium tank to the third heat exchanger;
a fourth flow rate adjusting device that adjusts a fourth flow rate of the heat medium flowing from the medium tank to the fourth heat exchanger;
a third thermometer that measures a third temperature of the heat medium flowing from the third heat exchanger;
a fourth thermometer that measures a fourth temperature of the heat medium flowing from the fourth heat exchanger;
further comprising
The control device further
The third flow rate and the fourth flow rate are adjusted such that the difference between the third temperature from the third thermometer and the fourth temperature from the fourth thermometer falls within a predetermined range. controlling the third flow regulator and the fourth flow regulator;
Compressed air energy storage system according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2021197004A JP2023082959A (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | Compressed air energy storage system |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2021197004A JP2023082959A (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | Compressed air energy storage system |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2023082959A true JP2023082959A (en) | 2023-06-15 |
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Family Applications (1)
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JP2021197004A Pending JP2023082959A (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | Compressed air energy storage system |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2023082959A (en) |
-
2021
- 2021-12-03 JP JP2021197004A patent/JP2023082959A/en active Pending
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