JP4445683B2 - 熱エネルギー貯蔵発電方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラで発生した主蒸気を主タービンに供給する一方、蓄熱槽で発生した蒸気を、電力需要ピーク時に、ピークタービンに供給するようにした熱エネルギー貯蔵発電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、昼間と夜間との電力需要のアンバランスが大きな問題になっている。このような問題を解消するには、例えば、原子力発電所や廃棄物発電所などの負荷変動を嫌う発電所において、夜間に発電した夜間電力を貯蔵し、昼間にその貯蔵電力を送電できれば、昼夜の電力需要アンバランスを解消することができる。
【０００３】
ところが、電力そのものを既存技術で大量に貯蔵することは困難である。しかし、ボイラで発生した蒸気を熱水として貯蔵すること、すなわち、ボイラで発生した蒸気をアキュムレータに貯蔵することによって上記の問題を本質的に解決することが可能である。
【０００４】
すなわち、図５は、従来の蒸気貯蔵発電設備の一例を示しているが、この設備は、ボイラ１で夜間に発生した蒸気をアキュムレータ３０内の飽和水に直接導入して熱水ｅとして貯蔵する一方、昼間の電力需要ピーク時になると、アキュムレータ３０に貯蔵した熱水ｅを蒸気に変換してピークタービン１５に供給するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この蒸気貯蔵発電設備は、夜間発生電力を極力減らし、貯蔵エネルギーを更に増大させる趣旨からすると、未だ改良の余地がある。すなわち、夜間に発生する蒸気エネルギーを地下に建設される熱水槽に直接吹き込む蒸気量には自ずと制約があった。一般に、蓄熱蒸気量は、ボイラが定格出力で運転されるため、通常状態と同一給水量及び温度が確保されなければならない。
【０００６】
従って、タービン、即ち、高圧タービン３１、中圧タービン３２、低圧タービン３３が、ある程度の負荷を維持しながらタービン抽気によって給水加熱する手段３４を採用することが行なわれ、その分は、少なくとも蓄熱に寄与されないので、蓄熱蒸気量に制約があっても、最も需要の多い昼間に蓄積した蒸気を放出する量が決定され、出力増加が十分でなかった。
【０００７】
本発明は、係る従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ボイラで夜間に発生した蒸気の熱エネルギーをほぼ全量蓄熱し、以て、総発電出力の向上を計るようにした熱エネルギー貯蔵発電方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、次のように構成されている。
【０００９】
（１） ボイラで発生した主蒸気を主タービンに供する一方、蓄熱槽で発生した蒸気を、電力需要ピーク時に、ピークタービンに供する熱エネルギー貯蔵発電方法において、前記主タービンを夜間停止させ、その間に前記ボイラで発生した主蒸気によって前記蓄熱槽内の飽和水を加熱することを特徴とする熱エネルギー貯蔵発電方法。
【００１０】
（２） ピークタービンの排気を復水してタンクに貯蔵し、該ピークタービン系復水と、蓄熱槽内の飽和水と熱交換後のボイラ系復水とを給水予熱器で熱交換し、ボイラ系復水温度を通常の給水温度に抑えることを特徴とする（１）記載の熱エネルギー貯蔵発電方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明するが、図１は、本発明の方法を実施する熱エネルギー貯蔵発電設備の概略図である。昼間（例えば午前８時〜午後１０時）においては、図１に示すように、蒸気発生器（以下、ボイラという）１で発生した高圧・高温の主蒸気ａは、主蒸気タービン（以下、主タービンという）２に導入され、発電機３を廻して発電するようになっている。
【００１２】
そして、主タービン２から排出されたタービン排気ａ′は、主復水器４で復水された後、復水ポンプ５、低圧給水加熱器６、及び給水ポンプ７を経て、再度、上記ボイラ１に戻されるようになっている。なお、低圧給水加熱器６は、主タービン２の抽気によって加熱されるようになっている。
【００１３】
また、電力需要ピーク時には、後で説明する蓄熱槽１０内の高圧・高温熱水から得られた飽和蒸気を独立過熱器１４で過熱し、その過熱蒸気ｂをピークタービン１５に供給し、前記主タービン２と共同して前記発電機３を駆動するようになっている。ピークタービン１５から排出されたタービン排気ｂ′は、復水器１６で復水された後、ホットウエルタンク１７に貯蔵されるようになっている。独立過熱器１４には、例えば、ガスタービンの廃熱を利用する廃熱ボイラ、或いは直焚きボイラなどが挙げられる。
【００１４】
一方、夜間（例えば午後１０時〜翌朝８時）においては、主タービン２が停止され、ボイラ１で発生した高温・高圧の主蒸気ａは、地下岩盤内に構築させた空洞状の蓄熱槽１０に向けて導出され、予め、蓄熱槽１０内に蓄えた低温・低圧の飽和水ｂ″などを間接的に加熱するようになっている。１１は、蓄熱槽１０内に設けた熱交換部を示している。蓄熱槽１０内の低圧・低温の飽和水と熱交換を果たした主蒸気ａは、ブースタポンプ１９に吸引された後、給水予熱器１８、及び給水ポンプ７を経てボイラ１に戻される。
【００１５】
ホットウエルタンク１７内の給水は、夜間、蓄熱槽１０に戻されるが、その際、給水予熱器１８によって予熱される。なお、小規模の場合には、蓄熱槽１０を地下岩盤内に設ける代わりに、鋼製貯蔵タンクとして、地上に構築してもよい。
【００１６】
次に、この熱エネルギー貯蔵発電設備の運転動作について説明する。
【００１７】
図２は、夜間の蓄熱モード（太線部分参照）を示しており、主タービン２は、その間、停止される。ボイラ１で発生した高圧・高温の主蒸気ａは、蓄熱槽１０内の熱交換部１１を通過する間に、蓄熱槽１０内に予め蓄えられている低圧・低温の飽和水ｂ″を間接的に加熱する。このとき、ホットウエルタンク１７から給水予熱器１８を経て蓄熱槽１０に注水されるので、蓄熱槽１０内の水位が次第に上昇する。と同時に圧力・温度が上昇し、最終的には、一定圧力の飽和熱水として平衡を保つ。
【００１８】
蓄熱槽１０内に予め蓄えられていた低圧・低温熱水、及びホットウエルタンク１７から蓄熱槽１０に供給される注水と熱交換を果たした主蒸気ａは、ボイラ１の給水温度（１６０℃程度）にコンデンスしてブースターポンプ１９に吸引されてボイラ１に戻される。ボイラ１に戻される還流水は、通常運転時のボイラ給水温度（１６０℃）に抑えられることによって給水加熱蒸気が不要となる。
【００１９】
従って、主タービン２を完全に停止させることが可能となり、夜間発生電力を抑えると共に、ボイラ１で発生した高圧・高温の主蒸気ａの熱エネルギーを蓄熱槽１０にほぼ全量蓄熱することができる。
【００２０】
図３は、昼間の放熱モード（太線部分参照）を示しており、ボイラ１で発生した高圧・高温の主蒸気ａは、主タービン２に供給され、通常の発電が行なわれる。主タービン２を出たタービン排気ａ′は、主復水器４で復水した後、復水ポンプ５、低圧給水加熱器６、及び給水ポンプ７を経てボイラ１に戻される。
【００２１】
一方、電力需要ピーク時には、蓄熱槽１０の上部気相（槽内圧力に相応する飽和蒸気）を減圧弁１３により減圧して独立過熱器１４に送る。この独立過熱器１４で過熱された過熱蒸気ｂは、ピークタービン１５に供給され、発電機３の並列運転に供される。
【００２２】
従って、従来に比べて昼間の出力が大幅に増大する。ここで、蓄熱開始の蓄熱槽１０の槽内圧力を初圧、蓄熱終了後の蓄熱槽１０の槽内圧力を終圧と称すると、ピークタービン１５の供給圧力を初圧に維持すれば、タービン圧力は、変化がなく、一定圧力の下で運転が可能である。
【００２３】
ピークタービン１５のタービン排気ｂ′は、復水器１６によって復水され、夜間に備えてホットウエルタンク１７に貯蔵される。この注水は、給水予熱器１８において、蓄熱槽１０内の低温・低圧飽和水と熱交換した後の主蒸気ａのコンデンセートと熱交換される（図４参照）。
【００２４】
【実施例】
（実施例）
図１の本発明の熱エネルギー貯蔵発電設備と、図５の従来例とを互いに比較した。その結果を「表１」に示す。この「表１」から本発明の方が従来例よりも並列運転時の総出力が高いことが分かる。
【００２５】
【表１】
なお、主タービンの定格条件等は、次の如く設定した。
【００２６】
（Ａ）定格条件
ボイラ発生蒸気圧力：１０１ａｔａ
ボイラ発生蒸気温度：５００℃
ボイラ発生蒸気量 ：７８．３ｔ／ｈ
発電出力 ：１７，１３１ｋＷ
（Ｂ）主タービン
蒸気条件：９６ａｔａ
蒸気温度：４９５℃
タービン排圧：０．１２ａｔａ
【００２７】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、ボイラで発生した主蒸気を主タービンに供する一方、蓄熱槽で発生した蒸気を、電力需要ピーク時に、ピークタービンに供する熱エネルギー貯蔵発電方法において、前記主タービンを夜間停止させ、その間に前記ボイラで発生した主蒸気によって前記蓄熱槽内の飽和水を加熱するようにしたので、ボイラで発生した高圧・高温の主蒸気の熱エネルギーを蓄熱槽にほぼ全量蓄熱することができるようになった。従って、従来に比べて昼間の出力が大幅に増大するようになった。
【００２８】
また、従来例では不可能であった夜間の主タービン出力と、昼間の主タービン出力とを自由に変えることも可能である。つまり、廃棄物発電にあっては、廃棄物処理量を夜間に少なく、昼間に多く処理することによって夜間は発電を停止し、専ら廃棄物処理のみを行ない発生蒸気を蓄熱し、昼間の発電出力をより増大することが可能となる。こうすることにより、貯槽容量を極小化すると共に、発電出力が一層増大することが可能となった。但し、蓄熱量に対する出力増加割合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施に供する熱エネルギー発電設備の概略図である。
【図２】蓄熱モード説明図である。
【図３】放熱モード説明図である。
【図４】放熱モード時の熱流線図である。
【図５】従来の熱エネルギー発電設備の概略図である。
【符号の説明】
１ ボイラ
２ 主タービン
１０ 蓄熱槽
１５ ピークタービン
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラで発生した主蒸気を主タービンに供給する一方、蓄熱槽で発生した蒸気を、電力需要ピーク時に、ピークタービンに供給するようにした熱エネルギー貯蔵発電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、昼間と夜間との電力需要のアンバランスが大きな問題になっている。このような問題を解消するには、例えば、原子力発電所や廃棄物発電所などの負荷変動を嫌う発電所において、夜間に発電した夜間電力を貯蔵し、昼間にその貯蔵電力を送電できれば、昼夜の電力需要アンバランスを解消することができる。
【０００３】
ところが、電力そのものを既存技術で大量に貯蔵することは困難である。しかし、ボイラで発生した蒸気を熱水として貯蔵すること、すなわち、ボイラで発生した蒸気をアキュムレータに貯蔵することによって上記の問題を本質的に解決することが可能である。
【０００４】
すなわち、図５は、従来の蒸気貯蔵発電設備の一例を示しているが、この設備は、ボイラ１で夜間に発生した蒸気をアキュムレータ３０内の飽和水に直接導入して熱水ｅとして貯蔵する一方、昼間の電力需要ピーク時になると、アキュムレータ３０に貯蔵した熱水ｅを蒸気に変換してピークタービン１５に供給するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この蒸気貯蔵発電設備は、夜間発生電力を極力減らし、貯蔵エネルギーを更に増大させる趣旨からすると、未だ改良の余地がある。すなわち、夜間に発生する蒸気エネルギーを地下に建設される熱水槽に直接吹き込む蒸気量には自ずと制約があった。一般に、蓄熱蒸気量は、ボイラが定格出力で運転されるため、通常状態と同一給水量及び温度が確保されなければならない。
【０００６】
従って、タービン、即ち、高圧タービン３１、中圧タービン３２、低圧タービン３３が、ある程度の負荷を維持しながらタービン抽気によって給水加熱する手段３４を採用することが行なわれ、その分は、少なくとも蓄熱に寄与されないので、蓄熱蒸気量に制約があっても、最も需要の多い昼間に蓄積した蒸気を放出する量が決定され、出力増加が十分でなかった。
【０００７】
本発明は、係る従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ボイラで夜間に発生した蒸気の熱エネルギーをほぼ全量蓄熱し、以て、総発電出力の向上を計るようにした熱エネルギー貯蔵発電方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、次のように構成されている。
【０００９】
（１） ボイラで発生した主蒸気を主タービンに供する一方、蓄熱槽で発生した蒸気を、電力需要ピーク時に、ピークタービンに供する熱エネルギー貯蔵発電方法において、前記主タービンを夜間停止させ、その間に前記ボイラで発生した主蒸気によって前記蓄熱槽内の飽和水を加熱することを特徴とする熱エネルギー貯蔵発電方法。
【００１０】
（２） ピークタービンの排気を復水してタンクに貯蔵し、該ピークタービン系復水と、蓄熱槽内の飽和水と熱交換後のボイラ系復水とを給水予熱器で熱交換し、ボイラ系復水温度を通常の給水温度に抑えることを特徴とする（１）記載の熱エネルギー貯蔵発電方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明するが、図１は、本発明の方法を実施する熱エネルギー貯蔵発電設備の概略図である。昼間（例えば午前８時〜午後１０時）においては、図１に示すように、蒸気発生器（以下、ボイラという）１で発生した高圧・高温の主蒸気ａは、主蒸気タービン（以下、主タービンという）２に導入され、発電機３を廻して発電するようになっている。
【００１２】
そして、主タービン２から排出されたタービン排気ａ′は、主復水器４で復水された後、復水ポンプ５、低圧給水加熱器６、及び給水ポンプ７を経て、再度、上記ボイラ１に戻されるようになっている。なお、低圧給水加熱器６は、主タービン２の抽気によって加熱されるようになっている。
【００１３】
また、電力需要ピーク時には、後で説明する蓄熱槽１０内の高圧・高温熱水から得られた飽和蒸気を独立過熱器１４で過熱し、その過熱蒸気ｂをピークタービン１５に供給し、前記主タービン２と共同して前記発電機３を駆動するようになっている。ピークタービン１５から排出されたタービン排気ｂ′は、復水器１６で復水された後、ホットウエルタンク１７に貯蔵されるようになっている。独立過熱器１４には、例えば、ガスタービンの廃熱を利用する廃熱ボイラ、或いは直焚きボイラなどが挙げられる。
【００１４】
一方、夜間（例えば午後１０時〜翌朝８時）においては、主タービン２が停止され、ボイラ１で発生した高温・高圧の主蒸気ａは、地下岩盤内に構築させた空洞状の蓄熱槽１０に向けて導出され、予め、蓄熱槽１０内に蓄えた低温・低圧の飽和水ｂ″などを間接的に加熱するようになっている。１１は、蓄熱槽１０内に設けた熱交換部を示している。蓄熱槽１０内の低圧・低温の飽和水と熱交換を果たした主蒸気ａは、ブースタポンプ１９に吸引された後、給水予熱器１８、及び給水ポンプ７を経てボイラ１に戻される。
【００１５】
ホットウエルタンク１７内の給水は、夜間、蓄熱槽１０に戻されるが、その際、給水予熱器１８によって予熱される。なお、小規模の場合には、蓄熱槽１０を地下岩盤内に設ける代わりに、鋼製貯蔵タンクとして、地上に構築してもよい。
【００１６】
次に、この熱エネルギー貯蔵発電設備の運転動作について説明する。
【００１７】
図２は、夜間の蓄熱モード（太線部分参照）を示しており、主タービン２は、その間、停止される。ボイラ１で発生した高圧・高温の主蒸気ａは、蓄熱槽１０内の熱交換部１１を通過する間に、蓄熱槽１０内に予め蓄えられている低圧・低温の飽和水ｂ″を間接的に加熱する。このとき、ホットウエルタンク１７から給水予熱器１８を経て蓄熱槽１０に注水されるので、蓄熱槽１０内の水位が次第に上昇する。と同時に圧力・温度が上昇し、最終的には、一定圧力の飽和熱水として平衡を保つ。
【００１８】
蓄熱槽１０内に予め蓄えられていた低圧・低温熱水、及びホットウエルタンク１７から蓄熱槽１０に供給される注水と熱交換を果たした主蒸気ａは、ボイラ１の給水温度（１６０℃程度）にコンデンスしてブースターポンプ１９に吸引されてボイラ１に戻される。ボイラ１に戻される還流水は、通常運転時のボイラ給水温度（１６０℃）に抑えられることによって給水加熱蒸気が不要となる。
【００１９】
従って、主タービン２を完全に停止させることが可能となり、夜間発生電力を抑えると共に、ボイラ１で発生した高圧・高温の主蒸気ａの熱エネルギーを蓄熱槽１０にほぼ全量蓄熱することができる。
【００２０】
図３は、昼間の放熱モード（太線部分参照）を示しており、ボイラ１で発生した高圧・高温の主蒸気ａは、主タービン２に供給され、通常の発電が行なわれる。主タービン２を出たタービン排気ａ′は、主復水器４で復水した後、復水ポンプ５、低圧給水加熱器６、及び給水ポンプ７を経てボイラ１に戻される。
【００２１】
一方、電力需要ピーク時には、蓄熱槽１０の上部気相（槽内圧力に相応する飽和蒸気）を減圧弁１３により減圧して独立過熱器１４に送る。この独立過熱器１４で過熱された過熱蒸気ｂは、ピークタービン１５に供給され、発電機３の並列運転に供される。
【００２２】
従って、従来に比べて昼間の出力が大幅に増大する。ここで、蓄熱開始の蓄熱槽１０の槽内圧力を初圧、蓄熱終了後の蓄熱槽１０の槽内圧力を終圧と称すると、ピークタービン１５の供給圧力を初圧に維持すれば、タービン圧力は、変化がなく、一定圧力の下で運転が可能である。
【００２３】
ピークタービン１５のタービン排気ｂ′は、復水器１６によって復水され、夜間に備えてホットウエルタンク１７に貯蔵される。この注水は、給水予熱器１８において、蓄熱槽１０内の低温・低圧飽和水と熱交換した後の主蒸気ａのコンデンセートと熱交換される（図４参照）。
【００２４】
【実施例】
（実施例）
図１の本発明の熱エネルギー貯蔵発電設備と、図５の従来例とを互いに比較した。その結果を「表１」に示す。この「表１」から本発明の方が従来例よりも並列運転時の総出力が高いことが分かる。
【００２５】
【表１】
【００２６】
（Ａ）定格条件
ボイラ発生蒸気圧力：１０１ａｔａ
ボイラ発生蒸気温度：５００℃
ボイラ発生蒸気量 ：７８．３ｔ／ｈ
発電出力 ：１７，１３１ｋＷ
（Ｂ）主タービン
蒸気条件：９６ａｔａ
蒸気温度：４９５℃
タービン排圧：０．１２ａｔａ
【００２７】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、ボイラで発生した主蒸気を主タービンに供する一方、蓄熱槽で発生した蒸気を、電力需要ピーク時に、ピークタービンに供する熱エネルギー貯蔵発電方法において、前記主タービンを夜間停止させ、その間に前記ボイラで発生した主蒸気によって前記蓄熱槽内の飽和水を加熱するようにしたので、ボイラで発生した高圧・高温の主蒸気の熱エネルギーを蓄熱槽にほぼ全量蓄熱することができるようになった。従って、従来に比べて昼間の出力が大幅に増大するようになった。
【００２８】
また、従来例では不可能であった夜間の主タービン出力と、昼間の主タービン出力とを自由に変えることも可能である。つまり、廃棄物発電にあっては、廃棄物処理量を夜間に少なく、昼間に多く処理することによって夜間は発電を停止し、専ら廃棄物処理のみを行ない発生蒸気を蓄熱し、昼間の発電出力をより増大することが可能となる。こうすることにより、貯槽容量を極小化すると共に、発電出力が一層増大することが可能となった。但し、蓄熱量に対する出力増加割合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施に供する熱エネルギー発電設備の概略図である。
【図２】蓄熱モード説明図である。
【図３】放熱モード説明図である。
【図４】放熱モード時の熱流線図である。
【図５】従来の熱エネルギー発電設備の概略図である。
【符号の説明】
１ ボイラ
２ 主タービン
１０ 蓄熱槽
１５ ピークタービン
Claims (2)
- ボイラで発生した主蒸気を主タービンに供する一方、蓄熱槽で発生した蒸気を、電力需要ピーク時に、ピークタービンに供する熱エネルギー貯蔵発電方法において、前記主タービンを夜間停止させ、その間に前記ボイラで発生した主蒸気によって前記蓄熱槽内の飽和水を加熱することを特徴とする熱エネルギー貯蔵発電方法。
- ピークタービンの排気を復水してタンクに貯蔵し、該ピークタービン系復水と、蓄熱槽内の飽和水と熱交換後のボイラ系復水とを給水予熱器で熱交換し、ボイラ系復水温度を通常の給水温度に抑えることを特徴とする請求項１記載の熱エネルギー貯蔵発電方法。
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