JP5352797B1 - Next generation power supply system, next generation power supply method and next generation solar power generation system - Google Patents
Next generation power supply system, next generation power supply method and next generation solar power generation system Download PDFInfo
- Publication number
- JP5352797B1 JP5352797B1 JP2012275116A JP2012275116A JP5352797B1 JP 5352797 B1 JP5352797 B1 JP 5352797B1 JP 2012275116 A JP2012275116 A JP 2012275116A JP 2012275116 A JP2012275116 A JP 2012275116A JP 5352797 B1 JP5352797 B1 JP 5352797B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- supercritical
- supercritical fluid
- generator
- generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Landscapes
- Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
【課題】次世代電力供給システム、次世代電力供給方法及びこれを利用した太陽光発電システムを提供するものである。
【解決手段】 蓄電ユニット20から供給された蓄電電力に応答して、超臨界開始用パルス電源28から所定周期のパルス電力を供給し、該パルス電力に応答して超臨界流体発生器42で高圧作動流体から超臨界流体を発生させ、この超臨界流体をエンジン部40で爆発的に膨張させて機械エネルギーに変換し、この機械エネルギーにより発電機13を駆動して発電電力を供給し、充電器21を介して発電電力の一部を蓄電ユニットに充電するようにした次世代電力供給システム、次世代電力供給方法及びこれを利用した太陽光発電システムの実用化を図る。
【選択図】図1A next generation power supply system, a next generation power supply method, and a solar power generation system using the same.
In response to stored power supplied from a power storage unit, pulse power of a predetermined period is supplied from a supercritical start pulse power supply and a high pressure is generated by a supercritical fluid generator in response to the pulse power. A supercritical fluid is generated from the working fluid, this supercritical fluid is explosively expanded in the engine unit 40 and converted into mechanical energy, and the generator 13 is driven by this mechanical energy to supply generated power, and a charger The next-generation power supply system, a next-generation power supply method, and a solar power generation system using the same are designed to charge a part of the generated power to the power storage unit via 21.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は電力供給システム、電力供給方法及びこれを利用した自然エネルギー利用電力供給システムに関し、特に、次世代電力供給システム、次世代電力供給方法及び次世代太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to a power supply system, a power supply method, and a natural energy utilization power supply system using the same, and more particularly to a next generation power supply system, a next generation power supply method, and a next generation solar power generation system.
近年、電力不足の有効な解決策として、自然エネルギーや夜間の余剰電力等の外部電源を活用して電力を蓄電し、ピーク電力需要時に蓄電電力を供給する電力供給システムが注目され、圧縮空気や液圧等の圧力エネルギーを利用した電力供給システムが提案されている。また、地球温暖化防止の有効な対策として、自然エネルギーの1つである太陽光を利用した太陽光発電システムでは、夜間又は長期の天候不順の場合に安定した電力を供給するために大容量のバックアップ用電力蓄積装置が提案されている。 In recent years, as an effective solution for power shortage, power supply systems that use external power sources such as natural energy and surplus power at night to store power and supply stored power during peak power demand have attracted attention. A power supply system using pressure energy such as hydraulic pressure has been proposed. In addition, as an effective measure to prevent global warming, a solar power generation system using sunlight, which is one of natural energy, has a large capacity to supply stable power in the case of nighttime or long-term bad weather. A backup power storage device has been proposed.
特許文献1には、地上に通常圧液体用蓄電アキュムレータを配置するとともに地下に高圧液体アキュムレータを設け、圧縮機を介して圧縮空気を地下の高圧液体アキュムレータに供給して高圧液体アキュムレータ内の空気を圧縮し、その空圧エネルギーを利用して地下の高圧液体アキュムレータから液体を地上の通常圧液体用蓄電アキュムレータに移動させ、この時発生する液圧でポンプ兼タービンを駆動してモータ兼発電機により発電するようにした電力供給システムが提案されている。 In
特許文献2には、揚水発電のように、地層に近い場所に上部帯水層を設けると共に地下の深い場所に下部帯水層を設け、モニター中の電力系統の使用電力量が所定値以下の場合にポンプ兼モータを駆動して下部帯水層の水を上部帯水層に揚水し、モニター中の電力系統の使用電力量が所定値を下回った場合に、上部帯水層から下部帯水層に落下させる水の運動エネルギーを利用してタービン発電機を駆動することで発電するようにした揚水発電型電力供給システムが提案されている。 In
特許文献3には、太陽光発電モジュールの発電電力をキャパシタに充電し、キャパシタからの出力電力で直接電動機に供給してエアーコンプレッサを駆動することにより得た圧縮空気を空気貯蔵タンクに蓄電するようにした太陽光発電システムが提案されている。 In
特許文献4には、太陽光発電パネルの発電電力をバッテリバンクに充電し、バッテリバンクの出力電力でエアーコンプレッサを駆動することにより圧縮空気を圧縮空気貯蔵タンクに蓄電し、次いで、圧縮空気貯蔵タンクから供給された圧縮空気でエアータービンを駆動することで発電して2次バッテリバンクに電力を蓄電するようにしたハイブリッド太陽光発電システムが提案されている。 In Patent Document 4, the power generated by the photovoltaic power generation panel is charged into a battery bank, and the compressed air is stored in the compressed air storage tank by driving the air compressor with the output power of the battery bank. A hybrid solar power generation system has been proposed in which power is generated by driving an air turbine with compressed air supplied from and stored in a secondary battery bank.
ところで、特許文献1で開示された電力供給システムでは、地上のみならず地下にも大規模な高圧液体アキュムレータを工事しなければならず、システム全体の構造とスペースが大きくなり、システム全体の製造コストが著しく高いものとなっていた。しかも、作動媒体として利用される空気は密度が低い上に、蓄電容器から圧縮空気を取り出すと、圧縮空気の圧力エネルギーは急峻に低下するため、長期に亘って安定した電力を供給可能な電力供給システムを構築することが困難であった。 By the way, in the power supply system disclosed in
特許文献2で開示された揚水発電機では、所望の安定した電力をピーク電力需要時間帯において長時間に亘って安定して得るためには、地上近辺の地中と深い地下の両方の場所において極めて大規模な帯水槽を工事しなければならず、工事費用面並びに環境面から実用的ではなかった。 In the pumped-storage generator disclosed by
特許文献3及び4で開示された太陽光発電システムでは、圧縮空気貯蔵タンクから圧縮空気が吐出すると、圧縮空気貯蔵タンクにおける圧縮空気の体積の減少に伴って圧縮空気の圧力が急峻に低下する。そのため、圧縮空気の圧力エネルギーを利用する場合には、エアーコンプレッサやエアータービンを介して十分な大きさの機械出力を長期に亘って取り出すことができない。したがって、夜間又は長期の天候不順の場合に安定した電力を長期に亘って供給できるような太陽光発電システムの実用化は困難であった。 In the photovoltaic power generation systems disclosed in
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、低コストで長寿命であり、しかも、安全で信頼性が高い次世代電力供給システム及び次世代電力供給方法並びに夜間又は長期の天候不順の場合にも大容量蓄電器を用いることなく安定した電力を供給可能な次世代太陽光発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and is a low-cost, long-life, yet safe and reliable next-generation power supply system and next-generation power supply method, and nighttime or long-term weather. It is an object of the present invention to provide a next-generation photovoltaic power generation system that can supply stable power without using a large-capacity capacitor even when it is irregular.
第1発明によれば、次世代電力供給システムが、蓄電ユニットの蓄電電力をパルス電源に供給することでパルス電力を生成し、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成し、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成すると共に、該発電電力の一部を当該蓄電ユニットに充電することを特徴とする。According to the first invention, the next generation power supply system generates pulse power by supplying the stored power of the power storage unit to the pulse power source, and heats the instantaneous supercritical fluid generator with the pulse power, thereby starting supercriticality. A supercritical fluid is generated by bringing a supercritical fluid supplied from a high-pressure pump for use into contact with the instantaneous supercritical fluid generator, and a movable piston is operated by the supercritical fluid to generate mechanical energy. The mechanical energy is supplied to a generator to generate generated power, and a part of the generated power is charged to the power storage unit .
この構成によれば、商用電源又は自然エネルギー(風力、太陽光等)発電装置等の外部電源から供給された蓄電電力を蓄電ユニットに充電しておき、該蓄電電力をパルス電源に供給することでパルス電力を生成し、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成し、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成すると共に、該発電電力の一部を当該蓄電ユニットに充電する。膨張行程の全期間中、可動ピストンには連続的に超臨界流体が作用する。この時、可動ピストンの正味平均有効圧力は少なくとも450Kg/cm2以上の極めて高い圧力となる。現存のレーシングエンジンで、1つの基準とされる正味平均有効圧力がエンジンの最高出力時において13Kg/cm2であることと比較すれば、この可動ピストンの正味平均有効圧力が如何に突出して大きいかが分かる。このように大きな機械エネルギーによって発電機を駆動して発電電力を生成する。したがって、大容量蓄電器を用いることなく、電力需要ピーク時に安定した電力を長期に渡って供給することが可能となる。この次世代電力供給システムは数Kw〜数十Kwクラスの家庭用及び小規模電力需要家を始め、数百〜数千メガワットクラスの大型ビル、鉄道施設、地方自治体の上下水道施設及び大規模工場等の大電力需要家にいたるまで広い用途を有する。このように、本発明の次世代電力供給システムは、所謂、ゼロエネルギービル、ゼロエネルギー住宅、ゼロエネルギー工場やゼロエネルギー移動体(電気推進移動体)の実用化が可能となると共に地球環境対策に貢献する。According to this configuration, a commercial power source or natural energy (wind, solar, etc.) stored power supplied from an external power source such as a power generation device in advance to charge power storage unit, by supplying power storage power to pulsed power supply By generating pulse power, heating the instantaneous supercritical fluid generator with the pulse power, and bringing the supercritical start high pressure working fluid supplied from the supercritical start high pressure pump into contact with the instantaneous supercritical fluid generator A supercritical fluid is generated, and mechanical energy is generated by operating a movable piston with the supercritical fluid, and the mechanical energy is supplied to a generator to generate generated power, and a part of the generated power is Charge the storage unit . During the entire expansion stroke, a supercritical fluid acts continuously on the movable piston . At this time, the net average effective pressure of the movable piston is an extremely high pressure of at least 450 kg / cm 2 or more. In existing racing engine, when compared with that brake mean effective pressure that is one criterion is 13 kg / cm 2 at the time of maximum output of the engine, or net mean effective pressure of the movable piston is larger with how projecting I understand. Thus by driving a generator by the large mechanical energy to generate the generated power. Therefore, it is possible to supply stable power over a long period of time without using a large capacity capacitor. This next-generation power supply system includes several Kw-several tens Kw-class household and small-scale power consumers, hundreds to thousands of megawatts of large buildings, railway facilities, municipal water supply and sewage facilities, and large-scale factories. It has a wide range of uses up to high power consumers such as. As described above, the next-generation power supply system of the present invention enables practical use of so-called zero energy buildings, zero energy houses, zero energy factories and zero energy mobile bodies (electrically propelled mobile bodies), and is a countermeasure for the global environment. To contribute.
好ましくは、前記超臨界開始用高圧ポンプから供給された超臨界開始用高圧作動流体をバンファアキュムレータに蓄圧することで前記瞬間超臨界流体発生器に供給される超臨界開始用高圧作動流体の脈動を抑制し、電磁弁により前記バッファアキュムレータから前記超臨界開始用高圧作動流体を前記可動ピストンの膨張行程のほぼ全期間中に前記瞬間超臨界流体発生器に供給し、前記バッファアキュムレータと前記瞬間超臨界流体発生器とをエンジンスタータとして機能させることを特徴とする。Preferably, pulsation of the supercritical start high-pressure working fluid supplied to the instantaneous supercritical fluid generator by accumulating the supercritical start high-pressure working fluid supplied from the supercritical start high-pressure pump in a banfa accumulator The supercritical start high-pressure working fluid is supplied from the buffer accumulator to the instantaneous supercritical fluid generator during almost the entire expansion stroke of the movable piston by a solenoid valve, and the buffer accumulator and the instantaneous supercritical fluid are supplied. a supercritical fluid generator and said Rukoto to function as an engine starter.
この構成によれば、バッファアキュムレータに超臨界開始用高圧作動流体を蓄圧するため、前記瞬間超臨界流体発生器に供給される超臨界開始用高圧作動流体の脈動が抑制され、エンジンの回転ムラが防止され、エンジン性能が安定する。しかも、電磁弁が、膨張行程のほぼ全期間中にバッファアキュムレータから超臨界開始用高圧作動流体を瞬間超臨界流体発生器に供給するため、瞬間超臨界流体発生器では継続的に超臨界流体を発生させ、膨張行程の全期間中に可動ピストンには連続的に超臨界流体の爆発力(爆発的に膨張する力)が作用して可動ピストンの正味平均有効圧力を極限まで増大させる。また、バッファアキュムレータはエンジンスタータとしての機能を併せ持ち、エンジン始動時には、瞬間超臨界流体発生器を始動して、バッファアキュムレータから超臨界開始用高圧作動流体を供給してやれば、瞬時にエンジン起動用の超臨界流体を発生させてエンジン始動を円滑に行うことが可能となる。したがって、寒冷地対策用のエンジン始動のための特別の部品も不要であり、信頼性が高い次世代電力供給システムの提供が可能となる。According to this configuration, since the high pressure working fluid for supercritical start is accumulated in the buffer accumulator, pulsation of the high pressure working fluid for supercritical start supplied to the instantaneous supercritical fluid generator is suppressed, and engine rotation unevenness is prevented. Is prevented and engine performance is stabilized. In addition, since the solenoid valve supplies the supercritical start high-pressure working fluid from the buffer accumulator to the instantaneous supercritical fluid generator during almost the entire expansion stroke, the instantaneous supercritical fluid generator continuously supplies the supercritical fluid. The explosive force (explosive expansion force) of the supercritical fluid continuously acts on the movable piston during the entire expansion stroke, and the net average effective pressure of the movable piston is increased to the limit. The buffer accumulator also functions as an engine starter. When the engine is started, the instantaneous supercritical fluid generator is started and the supercritical start high pressure working fluid is supplied from the buffer accumulator. It becomes possible to start the engine smoothly by generating a critical fluid. Therefore, no special parts for starting the engine for measures against cold regions are required, and a highly reliable next-generation power supply system can be provided.
好ましくは、前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに充電し、前記蓄電ユニットが、前記蓄電ユニットのSOC値に基づいて前記充電器に選択的に接続される第1及び第2蓄電器と、前記充電器と前記第1及び第2蓄電器との間に配置されていて前記第1及び第2蓄電器を交互に前記充電器に接続するスイッチ手段と、を含み、前記スイッチ手段が、前記第1及び第2蓄電器の一方から前記超臨界開始用パルス電源に出力電力が供給されている間に前記第1及び第2蓄電器の他方を前記充電器により充電するように制御することを特徴とする。Preferably, a part of the generated power is charged in the power storage unit, and the power storage unit is selectively connected to the charger based on an SOC value of the power storage unit; Switch means disposed between a charger and the first and second capacitors and alternately connecting the first and second capacitors to the charger, wherein the switch means comprises the first and second capacitors. Control is performed so that the other of the first and second capacitors is charged by the charger while output power is supplied from one of the second capacitors to the supercritical start pulse power supply.
この構成によれば、前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに充電する。この結果、パルス電源には長期に亘って蓄電ユニットから蓄電電力が供給され、パルス電源からは瞬間超臨界流体発生器にパルス電力が継続的に供給される。蓄電ユニットは第1、第2蓄電器を備えていて、第1、第2蓄電器のSOC値に基づいて発電機の発電電力の一部を充電器を介して第1、第2蓄電器に充電する。そのため、第1、第2蓄電器の一方からパルス電源に電力が供給されている間に第1、第2蓄電器の他方が充電されることになる。そのため、瞬間超臨界流体発生器では、長期に亘って、このパルス電力を利用して超臨界流体を継続的に発生することが可能となる。したがって、夜間電力や自然エネルギー発電により得た電力を利用して長期に渡って電力ピーク時に安定した電力を供給することが可能な次世代電力供給システムが提供される。According to this configuration, a part of the generated power is charged in the power storage unit . As a result, stored power is supplied from the power storage unit to the pulse power supply over a long period of time, and pulse power is continuously supplied from the pulse power supply to the instantaneous supercritical fluid generator. The power storage unit includes first and second capacitors, and charges the first and second capacitors through a charger with a part of the power generated by the generator based on the SOC values of the first and second capacitors. Therefore, the other of the first and second capacitors is charged while electric power is supplied from one of the first and second capacitors to the pulse power source. Therefore, the instantaneous supercritical fluid generator can continuously generate a supercritical fluid using this pulse power for a long period of time. Therefore, a next-generation power supply system that can supply stable power during a power peak for a long time using nighttime power or power obtained by natural energy power generation is provided.
前記瞬間超臨界流体発生器が、前記エンジン部に隣接して配置されたリアクタケーシングと、前記リアクタケーシングに形成されていて飽和蒸気発生ゾーンと、過熱蒸気発生ゾーンと、超臨界流体発生ゾーンとを有する超高温加熱室と、前記超臨界開始用パルス電源に接続されていて前記超高温加熱室に配置された複数の電極と、前記複数の電極の間で互いに通電して前記マルチ加熱電極体として機能するタングステン成形体と、前記タングステン成形体の隙間に形成されていて前記タングステン成形体の放出電子の存在下で広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電領域と、を備えることを特徴とする The instantaneous supercritical fluid generator includes a reactor casing disposed adjacent to the engine unit, a saturated steam generation zone formed in the reactor casing, a superheated steam generation zone, and a supercritical fluid generation zone. An ultra-high temperature heating chamber, a plurality of electrodes connected to the supercritical start pulse power source and disposed in the ultra-high temperature heating chamber, and energizing each other between the plurality of electrodes as the multi-heating electrode body A tungsten molded body that functions, and a wide-area arc discharge region that is formed in a gap between the tungsten molded body and generates arc discharge in a wide area in the presence of electrons emitted from the tungsten molded body.
この構成によれば、マルチ加熱電極体はタングステン成形体と、タングステン成形体の隙間に形成されていて球状電極体の放出電子の存在下で広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電領域とを備えていて、広域アーク放電領域にて高密度のアーク放電が発生する。瞬間超臨界流体発生器に供給された超臨界開始用高圧作動流体は飽和蒸気発生ゾーンにおいてタングステン成形体と接触して瞬時に飽和蒸気となり、過熱蒸気発生ゾーンにおいて瞬時に過熱蒸気が生成される。この過熱蒸気は超臨界流体発生ゾーンにおいて広域にて発生するアーク放電と接触して瞬時に高温高圧の超臨界流体となる。したがって、簡単な構造で、生産コストも安く、信頼性も高い超臨界エンジンを利用した次世代電力供給システムを提供することが可能となる。 According to this configuration, the multi-heating electrode body includes a tungsten molded body, and a wide arc discharge region that is formed in a gap between the tungsten molded body and generates arc discharge in a wide area in the presence of emitted electrons of the spherical electrode body. In addition, high-density arc discharge occurs in a wide area of arc discharge. The supercritical start high-pressure working fluid supplied to the instantaneous supercritical fluid generator contacts the tungsten molded body in the saturated steam generation zone to instantaneously become saturated steam, and superheated steam is instantaneously generated in the superheated steam generation zone. This superheated steam comes into contact with the arc discharge generated in a wide area in the supercritical fluid generation zone and instantly becomes a high-temperature and high-pressure supercritical fluid. Therefore, it is possible to provide a next-generation power supply system using a supercritical engine with a simple structure, low production cost, and high reliability.
第2発明によれば、次世代電力供給方法が、蓄電ユニットの蓄電電力をパルス電源に供給することでパルス電力を生成するステップと、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させるステップと、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成するステップと、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させるステップと、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成するステップとを含むことを特徴とする。According to the second invention, the next generation power supply method includes the steps of generating pulse power by supplying the stored power of the power storage unit to the pulse power source, and heating the instantaneous supercritical fluid generator with the pulse power; A step of generating a supercritical fluid by bringing a high-pressure working fluid for supercritical initiation supplied from a high-pressure pump for supercritical initiation into contact with the instantaneous supercritical fluid generator, and operating the movable piston by the supercritical fluid And generating mechanical energy, and generating mechanical power by supplying the mechanical energy to a generator .
この方法によれば、蓄電ユニットの蓄電電力をパルス電源に供給することでパルス電力を生成し、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給された超臨界開始用高圧作動流体を瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより瞬時に超臨界流体を生成する。この超臨界流体により可動ピストンを爆発的に膨張させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成する。したがって、大容量蓄電器を用いることなく、長期に渡って電力ピーク時に安定した電力を供給することが可能となる。According to this method , pulse power is generated by supplying the stored power of the power storage unit to the pulse power source, the instantaneous supercritical fluid generator is heated by the pulse power, and the supercritical start high pressure pump supplied from the supercritical start high pressure pump is used. instantaneously generating the supercritical fluid by contacting the instant supercritical fluid generator critical start high-pressure working fluid. By this supercritical fluid to generate mechanical energy by expanding the movable piston explosively, to produce a generated power to supply the mechanical energy to the generator. Therefore, it is possible to supply stable power at a power peak for a long time without using a large-capacity capacitor.
第3発明によれば、次世代太陽光発電システムが、太陽光発電装置で発生した発電電力を蓄電電力として蓄電ユニットに充電し、該蓄電ユニットの蓄電電力をパルス電源に供給することでパルス電力を生成し、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成し、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成することを特徴とする。According to the third invention, the next generation solar power generation system charges the power storage unit with the generated power generated by the solar power generation device as the stored power, and supplies the stored power of the power storage unit to the pulse power source. The supercritical fluid generator is heated by the pulse power, and the supercritical start high pressure working fluid supplied from the supercritical start high pressure pump is brought into contact with the instantaneous supercritical fluid generator. A fluid is generated, mechanical energy is generated by operating a movable piston with the supercritical fluid, and the mechanical energy is supplied to a generator to generate generated power .
この構成によれば、太陽光を利用して発電された電力を蓄電ユニットに充電しておき、該蓄電ユニットの蓄電電力をパルス電源に供給することでパルス電力を生成し、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成し、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成する。したがって、大容量蓄電器を用いることなく安定した電力を供給することができる次世代太陽光発電システムの実用化が可能となる。According to this configuration, the electric power generated using sunlight is charged in the power storage unit , pulse power is generated by supplying the power stored in the power storage unit to the pulse power source, and instantaneous power is generated by the pulse power. A supercritical fluid generator is heated, and a supercritical fluid is generated by bringing a supercritical fluid generator supplied from a supercritical fluid pressure pump into contact with the instantaneous supercritical fluid generator. By operating the movable piston, mechanical energy is generated, and the mechanical energy is supplied to the generator to generate generated power . Therefore, it becomes possible to put to practical use a next-generation photovoltaic power generation system that can supply stable power without using a large-capacity capacitor.
以下、本発明の次世代電力供給方法を実施するための次世代電力供給システムの第1実施形態について図面に基づき詳細に説明する。以下の説明において、次世代電力供給システムは静止型次世代電力供給システムとして記載するが、本発明はこのような静止型蓄電システムに限定されず、トラック等の移動体に搭載した可動型電力供給システムを初めとして、電気機関車、船舶、海洋探査艇等の各種移動体の電力供給用やプラグインハイブリッド自動車、航空機、船舶等の車両の電気的推進用にも適用される。 Hereinafter, a first embodiment of a next-generation power supply system for implementing a next-generation power supply method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the next-generation power supply system is described as a stationary next-generation power supply system. However, the present invention is not limited to such a stationary power storage system, and a movable power supply mounted on a moving body such as a truck. In addition to the system, the present invention is also applied to power supply for various moving bodies such as electric locomotives, ships, ocean exploration boats, and electrical propulsion of vehicles such as plug-in hybrid automobiles, aircrafts, ships and the like.
図1に示した第1実施形態において、次世代電力供給システム10は、商用電源や太陽光発電装置等の蓄電用電力を供給する外部電源11と、圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する超臨界エンジン12と、超臨界エンジン12の機械エネルギーにより駆動されて発電電力を供給する発電機13と、外部電源11から供給された電力を蓄電する蓄電ユニット20と、蓄電ユニット20から蓄電電力が供給されて所定周期のパルス電力を超臨界エンジン12に供給するパルス電源28と、外部電源11からの供給電力と発電機13からの発電電力の一部を選択的に充電器21に供給する切替制御器19とを備える。充電器21は、発電電力の一部を直流電力に変換する交直電力変換部と直流電力変換部と(いずれも図示せず)を備えていて、直流電力変換部は直流電力の電圧を変換して、蓄電ユニットとしての第1、第2蓄電器22、23の充電に適した電圧に調整する機能を有している。 In the first embodiment shown in FIG. 1, a next-generation power supply system 10 includes an
超臨界エンジン12は、作動流体Wfを貯留する貯蔵タンクTと、貯蔵タンクTからの作動流体Wfを吸引して流体供給ラインWlに供給する低圧ポンプPLと、作動流体Wfを加圧して超臨界開始用高圧作動流体HPwを生成する超臨界開始用高圧ポンプ27と、超臨界開始用高圧ポンプ27から吐出された超臨界開始用高圧作動流体HPwを蓄圧する摺動ピストン及びバネ手段30aを内蔵した蓄圧室30bを有するバッファアキュムレータ30と、バッファアキュムレータ30から供給された超臨界開始用高圧作動流体HPwを瞬時に超臨界流体に変換する瞬間超臨界流体発生器42と、超臨界流体を爆発的に膨張させて機械エネルギーに変換するエンジン部40とを備える。バッファアキュムレータ30は超臨界開始用高圧作動流体HPwを超高圧で蓄圧すると共にその脈動を最小限に抑制する。超臨界開始用高圧ポンプ27とバッファアキュムレータ30との間には、バッファアキュムレータ30から超臨界開始用高圧ポンプ27への超臨界開始用高圧作動流体HPwの逆流を防止する逆止弁29が配置される。 The
図1に示すように、超臨界エンジン12は、さらに、蓄電ユニット20から蓄電電力が供給されていて所定周期のパルス電力を供給する超臨界開始用パルス電源28と、パルス電力に応答して通電することにより作動流体の臨界温度以上に昇温し、超臨界開始用高圧作動流体HPwと接触した際に広域で瞬時に超臨界流体SCwを発生させる瞬間超臨界流体発生器42と、バッファアキュムレータ30からの超臨界開始用高圧作動流体HPwを瞬間超臨界流体発生器42に噴射する電磁弁32と、瞬間超臨界流体発生器42から供給された超臨界流体SCwを膨張させて機械エネルギーに変換する可動ピストンを有するエンジン部40とを備える。バッファアキュムレータ30と瞬間超臨界流体発生器42とはエンジンスタータとして機能する。エンジン部40は、超臨界流体導入インレット40aと排出ポート40bとを有し、排出ポート40bから排出された膨張流体は凝縮器42で凝縮されて液相作動流体として貯蔵タンクTに回収され、繰り返し再利用される。液相作動流体としては、好ましくは、純水、脱イオン水又は蒸留水に微量の硝酸リチウムを添加して所定の電気抵抗を有するように調整した導電性水溶液を用いるが、水単体、炭酸ガス、水と炭酸ガスとの混合流体、或いは、アルゴン、ヘリウム及びキセノン等の不活性ガスを単一で若しくは混合して利用しても良い。 As shown in FIG. 1, the
図2において、超臨界開始用高圧ポンプ27は、瞬間超臨界流体発生器42のケーシングに支持されるポンプ本体270を含む。ポンプ本体270には、吸入通路272、吐出通路274、加圧室276が形成されている。加圧室276には、加圧部材としてのプランジャ278がカム280によって摺動可能となるように保持されている。プランジャ278の下端部は、リフタとして機能する従動カバー282により支持され、従動カバー282はばね284によって下方向に押圧され、超臨界エンジン12の出力軸132の端部に固定されたカム280のカムプロフィールに常に接触している。プランジャ278はポンプ本体270の中央部に配置したハーメチックシール部材286である。ハーメチックシール部材286は上下に間隔を置いて収納された上部シールホールダ288及び下部シールホールダ290と、上部シールホールダ288及び下部シールホールダ290との間には複数の断面V形状のシールリング292,294が保持される。シール押さえ部材296がポンプ本体270に螺子止めされて、ハーメチックシール部材286を所定位置に保持して、プランジャ278とポンプ本体270の加圧室276内をハーメチックシールする。吸入通路272及び吐出通路274には、吸入弁300、吐出弁302がそれぞれ設けられており、ばね300a、302aにて弁座に対し押圧され、作動流体の流通方向を制限する逆止弁として機能する。 In FIG. 2, the supercritical start high-
さらに、ポンプ本体270はソレノイド304を支持している。このソレノイド304は係合部材306とばね308を備えている。この係合部材306は、ソレノイド304がOFFされると、ばね308のばね力によって、吸入弁300を開弁する方向に付勢力がかけられている。このばね308の付勢力は、吸入弁300のばね300aの付勢力より大きくなっているので、吸入弁300は、弁座部から離れ、図2に示すように、開弁状態となっている。一方、ソレノイド304がONされると、ばね308のばね力に抗して係合部材306を引込み、吸入弁300はばね300aの付勢力によって閉弁状態となる。 Further, the
これらの構成部品からなるポンプ本体270を総称して超臨界開始用高圧ポンプ27と称する。エンジン出力軸132が回転することによってカム280が回転し、超臨界開始用高圧ポンプ27内のプランジャ278が上下動する。プランジャ278の下端に設けられたリフタ282は、ばね284にてカム280に圧接されている。プランジャ278は、カム280により、往復運動して加圧室276内の容積を変化させる。プランジャ278の吐出行程中に吸入弁300が閉弁すると、加圧室276内の圧力が上昇し、これにより吐出弁302が自動的に開弁し、超臨界開始用高圧作動流体HPwとして図1に示したバッファアキュムレータ30に圧送する。吸入弁300の弁位置は、加圧室276の圧力とソレノイド304の動作により決定される。 The
ソレノイド304がONになると、ソレノイド304には、ばね308の付勢力以上の電磁力が発生し、係合部材306がソレノイド304側に引き寄せられる。このため、係合部材306は吸入弁300から離れるとともに、ばね300aの押圧力によって、吸入弁300は、弁座部を閉塞する。 When the
従って、吐出行程中は、吸入弁300が閉塞され、加圧室276の容積減少分の作動流体は、吐出弁302を押し開きバッファアキュムレータ30へ圧送される。 Therefore, during the discharge stroke, the
これに対し、ソレノイド304がOFFになると、ばね308の付勢力により、係合部材306は吸入弁300に押し付けられ、吸入弁300を開弁状態にする。従って、吐出行程時においても、加圧室276の圧力は、流体供給ラインWlとほぼ同等の低圧状態を保つため、吐出弁302を開弁することができず、加圧室276の容積減少分の作動流体は、吸入弁300を通り流体供給ラインWl側へ戻される。 On the other hand, when the
また、吐出行程の途中で、ソレノイド304がONとなれば、このときから、バッファアキュムレータ30へ超臨界開始用高圧作動流体HPwが圧送される。また、一度圧送が始まると、加圧室276内の圧力は、上昇するため、その後、ソレノイド304をOFF状態にしても、吸入弁300は閉塞状態を維持し、吸水行程の始まりと同期して自動開弁する。よって、ソレノイド304のONタイミングにより、吐出量を調節することができる。超臨界開始用高圧ポンプ27は超臨界エンジン12の出力軸132により駆動されて500〜2000Kg/cm2の圧力で超臨界開始用高圧作動流体HPwをバッファアキュムレータ30に圧送する。If the
図3において、電磁弁32は、弁本体320を備え、弁本体320の上方に延びるステンレスチューブ等からなる環状部材322が固定支持される。環状部材322の上部にはコア324が支持され、環状部材322の外周にソレノイド326が配設される。弁本体320には弁室327が形成され、弁室327はバッファアキュムレータ30と連通するインレット328と、瞬間超臨界流体発生器42の吸入ポートに連通するアウトレット330と、インレット328とアウトレット330との間に形成された第1、第2弁座332,334を有する。第1、第2弁座332,334には弁体336がコイルバネ338によって当接することで弁体336を閉弁位置に保持する。弁体336は、第1弁座332に当接する第1シート部336aと、第2弁座334に当接する第2シート部336bと、第1、第2弁座332,334の中間部の円錐壁部に密着当接する第3シート部336cとを有する。第3シート部336cの中央部には開口部336dが形成されている。環状部材322内には摺動可能にプランジャ340が収納されており、その下端部に弁体336が接着又は溶接手段等により固定されていて、プランジャ340の軸方向に連通孔340aが形成されている。 In FIG. 3, the
図3において、ソレノイド326が無通電状態であると、プランジャ340がコイルバネ340によって閉弁位置に付勢される結果、弁体336が第1、第2弁座332,334に当接して電磁弁32を閉弁位置に保持する。この時、超臨界開始用高圧作動流体の流通は遮断される。これに対して、ソレノイド326が通電されると、プランジャ340がコイルバネ340のバネ力に抗して上方に吸引され、弁体336が第1、第2弁座332,334から離間して電磁弁32を開弁位置に保持する。このとき、バッファアキュムレータ30の超臨界開始用高圧作動流体がインレット328から流入して弁室327に入り、次いで、アウトレット330から瞬間超臨界流体発生器42の吸入ポートに噴射される。 In FIG. 3, when the
図4に示すように、瞬間超臨界流体発生器42は、エンジン部40に対して支持された円筒状リアクタケーシング1100を備える。円筒状リアクタケーシング1100には、円筒状リアクタケーシング1100の内側とケーシング1100の中央内周部1114の径方向外側に形成されたセラミック等の絶縁耐熱層1116と、絶縁耐熱層1116の内側に形成されていて飽和蒸気発生ゾーンZ1と、過熱蒸気発生ゾーンZ2と、超臨界流体発生ゾーンゾーンZ3とを有する超高温加熱室1118が形成されている。円筒状リアクタケーシング1100の中央内周部1114は回転式流体機械40の出力軸を収容するための直径を有する内周壁部1114を備える。 As shown in FIG. 4, the instantaneous
瞬間超臨界流体発生器42の吸入ポート1102は、径方向壁部1120に延びていて電磁弁32のアウトレット330が装着されるとともに、径方向壁部1120には周方向に延びる複数の開口部1122を有する。超高温加熱室1118のコーナー部1118a、1118bには一対の電極1124,1126がそれぞれ配置される。一対の電極1124,1126はパルス電源28に接続される。ケーシング1100には温度センサS2が装着され、温度信号Tがコントローラ60(図1参照)に供給され、パルス電力のパルス幅の制御用に利用される。 The
超高温加熱室1118には、一対のタングステン電極1124,1126の間に介在していてマルチ加熱電極体として機能するタングステン成形体1134が充填されていて互いに通電して発熱する。これらタングステン成形体1134はタングステン又はタングステン合金を含むボールからなる。タングステン成形体1134が通電した際にこれらの表面から電子が放出されるのでタングステン成形体1134の隙間は広域アーク放電領域1136として機能する。この時、パルス電力に応答して、タングステン成形体1134は、飽和蒸気発生ゾーンZ1,過熱蒸気発生ゾーンZ2及び超臨界流体発生ゾーンZ3の広域にて放出電子の存在下で高密度のアーク放電を発生させて2000〜3000℃の高温状態となる。飽和蒸気発生ゾーンZ1において、超臨界開始用高圧作動流体が超高温のタングステン成形体1134に接触すると同時に瞬時に飽和蒸気となる。過熱蒸気発生ゾーンZ2において、飽和蒸気が高温のタングステン成形体1134や広域で発生するアーク放電に曝されて瞬時に過熱蒸気となる。超高温加熱室1118の下流側に流れるにしたがって、超臨界流体発生ゾーンZ3において、過熱蒸気はさらにアーク放電の影響下で高温高圧となり超臨界流体が生成される。タングステン成形体1134としてタングステンボールを用いると、アーク放電は、タングステンボール1134の互いに隣接して対面する球面部分で発生しやすく、タングステンボール1134が5mm〜30mm程度の直径を有する場合に最も頻繁に発生する。アーク放電は、パルス電圧を周期的に発生させるパルス電流の電圧がハイレベルとローレベルとの間で周期的に変化することでより頻繁に発生する。タングステン成形体1134として、ステンレスボールを利用することも可能である。この時は、ステンレスボールが通電して発熱する温度範囲はステンレスの融点以下の温度範囲、例えば、800〜1350℃に設定され、アーク放電が起きないようにパルス電力のパルス電圧とパルス電流のそれぞれの値を定めてもよい。超高温加熱室1118に隣接してデミスター部1106が配置され、デミスター部1106には耐熱性の金属ワイヤー等から形成されたデミスター1110が充填される。電磁開閉弁56が所定周期で開弁されると、デミスター1110を通過した超臨界流体SCwはフィルター1142で濾過された後、アウトレット1140からエンジン部40のインレットに供給される。 The ultra-high
本実施例において、エンジン部40としては、好ましくは、同一発明者の発明による日本国特許第5103570号(発明の名称:回転式流体機械)に開示された回転式流体機械及び同一発明者の特許出願による特願2012−195513号(発明の名称:回転式流体機械)を用いても良い。この回転式流体機械は、ギヤレス、バルブレスでピストン切替のための遊星歯車やコネクティングロッド等の複雑なリング部品を含まず、極めて少ない部品点数の簡単な構造で一対のロータリピストンが真円起動で円滑に回転する点で有利である。 In this embodiment, the
図1に戻って、発電機13は超臨界エンジン12の出力軸132にクラッチCLを介して駆動連結されて発電し、発電電力をパワーラインPLを介して電気設備等の負荷(図示せず)に供給する。パワーラインPLにはリレー等から構成される切替制御器19及び充電器21を介して蓄電ユニット20が接続される。充電器21には開閉器SWを介して外部電源11から、例えば、夜間電力が供給される。この時、開閉器SWが閉成され、切替制御器19を介し夜間電力が充電器21を介して逐電ユニット20に供給される。蓄電ユニット20は、充電器21に選択的に接続される第1、第2蓄電器22、23と、第1、第2蓄電器22、23を充電器21に交互に接続する第1スイッチ手段24と、第1、第2蓄電器22、23をパルス電源28に交互に接続する第2スイッチ手段26とを備える。第1、第2蓄電器22、23にはそれぞれ電圧及び電流を検出するための電圧センサ及び電流センサ(いずれも図示せず)を備える。これら電圧センサ及び電流センサの電圧検出値V1及び電流検出値I1はコントローラ60に出力され、第1、第2蓄電器22、23のそれぞれの残蓄電容量(SOC値:State of charge)を演算し、それぞれのSOC値に基づいて第1、第2切替制御器24,26の指令信号を出力するために用いられる。開閉器SWとしては、公知の大容量電磁開閉器を用い、発電機13が始動した後にはコントローラ60からの指令信号によって自動的にオープン状態となって商用電源11と充電装置21との電気的接続を遮断するようにしても良い。 Returning to FIG. 1, the
コントローラ60は、例えば、所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、例えばEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)を用いて構成される。 The
第1、第2蓄電器22、23は、望ましくは、パルス充放電サイクル用途に対応可能な市販の急速充放電型蓄電池(古河電池社製:商標名「ウルトラバッテリ」)、大容量電気二重層コンデンサからなるスーパーキャパシタ(トーキン製)又はウルトラキャパシタモジュール(米国”Maxwell Technologies“社製)が用いられる。その他の蓄電池としては、ナトリウムイオン電池、リチウムイオン電池やNi−MH電池(ニッケル−水素電池)やこれら電池と大容量電気二重層コンデンサを組み合わせたものから構成される。なお、第1蓄電器22の出力ラインの間にはウルトラキャパシタ(図示せず)を接続してもよい。第1蓄電器22及び第2蓄電器23から交互に出力電力がパルス電源28に供給される。 The first and
パルス電源28は急速充放電型蓄電器22,23からの供給電力から所定周期(例えば、50〜2000ヘルツ)のパルス電力を供給する。パルス電力において、パルス電圧は20〜120ボルトの間で設定され、ピーク電流とベース電流とからなるパルス電流が瞬間超臨界流体発生器42に流れるように回路設計される。パルス電流はピーク電流通電期間内において流れる50〜500アンペアのピーク電流と、ピーク電流の約十分の一の電流値を有し、オフピーク電流通電期間内において流れるベース電流とを有する。瞬間超臨界流体発生器42には、タングステン成形体等からなるマルチ加熱電極体1134を備えていて、パルス電力に応答して通電することにより作動流体の臨界温度374℃以上の温度、例えば、800〜1300℃の温度に昇温し、超臨界開始用高圧作動流体と接触した際に広域で瞬時に超臨界流体を発生させる。パルス電源28はピーク電流とベース電流とからなるパルス電流を発生させるものであれば、直流パルス電源又は交流パルス電源のいずれでも良い。直流パルス電源としては、例えば、日本国特許第2587343号に開示されたようなパルスアーク溶接用電源装置に使用されるような回路構成を採用しても良い。 The
図1において、バッファアキュムレータの圧力センサS1からの圧力信号、瞬間超臨界流体発生器42の温度センサS2(図4参照)からの温度信号と、超臨界エンジン12の出力軸132の回転数センサS3からのエンジン回転数信号がコントローラ60に送信される。入力装置62はカレンダー信号や、温度や圧力等のパラメータ設定信号を基準信号としてコントローラ60に入力する。コントローラ60には、第1、第2蓄電器22,23のそれぞれの電圧信号V1と電流信号I1とが送信され、コントローラ60はこれら入力信号に応答して第1、第2蓄電器22,23の蓄電状態(State of Charge)を判別して第2スイッチ手段26を介して第1、第2蓄電器22、23の一方をパルス電源28に接続するとともに第1スイッチ手段24を介して第1、第2蓄電器22、23の他方を充電器21により充電する。さらに、コントローラ60は、センサS1〜S3からの入力信号に応答して高圧ポンプ27のソレノイド304、電磁弁32のソレノイド326を制御する。このとき、コントローラ60は、エンジン部40において膨張行程が継続している間は電磁弁32を開弁状態となるように制御する。したがって、エンジン部40の可動ピストン200には膨張行程の全期間中に圧力が450bar以上の高圧の超臨界流体が連続的に作用して、正味平均有効圧力を従来のレースエンジンの14Kg/cm2の30倍以上に飛躍的に向上させる。コントローラ60は、さらに、クラッチCLを締結・離脱させるための制御信号Ccを出力する。In FIG. 1, the pressure signal from the pressure sensor S1 of the buffer accumulator, the temperature signal from the temperature sensor S2 (see FIG. 4) of the instantaneous
次に、本発明に掛かる第1実施形態の次世代電力供給方法について図1〜図4を参照しながら説明する。図1の次世代電力供給システム10において、外部電源11が商用交流電であり、次世代電力供給システム10が夜間電力貯蔵システムとして機能するものとする。夜間電力貯蔵モードにおいて、コントローラ60からの指令信号に応答して、開閉器SWが閉成されると、夜間電力、即ち、オフピーク時間帯の電力が変圧器TRによって所定電圧に降圧され、切替制御器19によって蓄電ユニット20に接続される。 Next, the next-generation power supply method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the next generation power supply system 10 of FIG. 1, the
<電力貯蔵モード>
電力貯蔵モードにおいては、外部電源11からの交流電力は変圧器TRによって所定電圧に降圧されて切替制御器19を介して蓄電ユニット20に供給される。交流電圧は、充電器21において交直電力変換器(図示せず)により直流電力に変換され、次いで、直流電力変換部(図示せず)は蓄電ユニット20に適した充電条件に直流電圧を調整する。このとき、第1スイッチ手段24がコントローラ60からの指令信号に応答して作動し、充電器21を第1蓄電器22に接続して夜間電力を充電する。電圧検出信号V1と電流検出信号I1とが第1蓄電器22からコントローラ60に出力されていて、コントローラ60ではこれら検出信号に基づいて第1蓄電器22のSOC値を演算により測定している。第1蓄電器22のSOC値が満充電状態となっているとコントローラ60が判断した場合には、第1スイッチ手段24が切替わって、充電器21が第2蓄電器23に接続されて夜間電力が充電される。第2蓄電器23からの電圧検出信号V1と電流検出信号I1とに基づいて、コントローラ60が第2蓄電器22のSOC値が満充電状態となっていると判断した場合には、電磁開閉器からなる開閉器SWが開状態とされる。なお、この電力貯蔵モードにおいて、パルス電源28はコントローラ60からオフ状態とされている。<Power storage mode>
In the power storage mode, AC power from the
<電力供給モードにおける超臨界エンジン起動>
電力供給モード時、即ち、電力需要ピーク時には、コントローラ60からの指令信号により、第2スイッチ手段26が作動して第1蓄電器22がパルス電源28に接続される。次に、コントローラ60からの指令信号(図示せず)により、パルス電源28がON状態とされる。このとき、パルス電源28は第1蓄電器22からの出力電力に基づいて周期的なパルス電力を生成し、これを瞬間超臨界流体発生器42に供給する。瞬間超臨界流体発生器42では、周期的なパルス電力に応答してタングステン成形体1134(図4参照)が通電して、超臨界温度以上の作動温度範囲に昇温する。この作動温度範囲は使用する作動流体の超臨界温度に応じてパルス電力のパルス電圧のデューティと周期を制御することにより自由に定められる。瞬間超臨界流体発生器42の温度センサS2からの温度信号Tに応答して、コントローラ60が超臨界温度に達したこと判断した場合には、コントローラ60から指令信号が出力されて電磁弁32が通電する。このとき、バネ338のバネ圧に抗してプランジャ340が開弁方向に作動して弁体336が第1、第2弁座332,334から離間してインレットト328とアウトレットト33が連通する(図3参照)。このため、バッファアキュムレータ30の超臨界開始用高圧作動流体HPwが瞬間超臨界流体発生器42に供給される。瞬間超臨界流体発生器42において、超臨界開始用高圧作動流体HPwは超高温状態となっているタングステン成形体1134(図4参照)と接触すると、瞬時に飽和蒸気となり、順次、飽和蒸気が下流側に流れるに従って下流側の高温球状電極体と接触して過熱蒸気となる。過熱蒸気は放電領域1136で発生したアーク放電により、さらに、加熱されて超臨界流体が発生する。この超臨界流体は超臨界流体インレット124からエンジン部40に流入して爆発的に膨張して可動ピストン200により機械エネルギーに変換される。このように、バッファアキュムレータ30及び瞬間超臨界流体発生器42はエンジンスタータとして機能し、エンジン部40を起動させて機械エネルギーに変換され、出力軸132にトルクが発生する。超臨界エンジン12の始動が完了すると、出力軸132により駆動された超臨界開始用高圧ポンプ27が、低圧ポンプPから供給された作動流体を加圧して超臨界開始用高圧作動流体HPwをバッファアキュムレータ30に圧送する。コントローラ60からの指令信号に応答して電磁弁32が周期的にON/OFFされ、瞬間超臨界流体発生器42には超臨界開始用高圧作動流体が間歇的に供給されて、超臨界流体が発生する。450bar以上の超臨界流体はエンジン部40の膨張行程のほぼ全期間中に連続してエンジン部40に供給されるため、エンジン部40の正味有効平均圧力は前述のように極めて高い値に維持され、大きな出力が得られる。排出ポート40bから排出された膨張流体は凝縮器42で凝縮されて液相作動流体として貯蔵タンクTに回収され、繰り返し再利用される。<Starting supercritical engine in power supply mode>
In the power supply mode, that is, at the time of peak power demand, the second switch means 26 is activated by the command signal from the
<電力供給モードにおける発電機運転>
超臨界エンジン12の起動が完了すると、コントローラ60からの指令信号Ccに応答してクラッチCLが締結して発電機13が駆動される。発電機13の発電電力はパワーラインPLを介して各種電気負荷に供給される。<Generator operation in power supply mode>
When the start of the
<電力供給モードにおける充電電力の切替運転と電力供給>
発電機13の運転開始後、所定時間が経過した際に、第1蓄電器22からコントローラ60に出力されている電圧検出信号V1と電流検出信号I1とに基づいて、コントローラ60が、第1蓄電器22のSOC値が所定値以下となったことを判断すると、コントローラ60からの指令信号に応答して第2スイッチ手段26が切替わり、第2蓄電器23がパルス電源28に接続される。このとき、コントローラ60からの指令信号に応答して第1スイッチ手段24が切替わって、第1蓄電器22が充電器21に接続される。次に、コントローラ60からの指令信号に応答して切替制御器19が切替わって充電器21がパワーラインPLに接続され、発電機13の発電電力の一部は充電器21を介して蓄電ユニット20の第1蓄電器22に供給されて充電が行われる。次に、コントローラ60が、第2蓄電器22のSOC値が所定値以下となったことを判断すると、第2スイッチ手段26が切替わって、第1蓄電器22をパルス電源28に接続する。一方、第2蓄電器23が充電器21に接続されて発電機13の発電電力の一部は充電器21を介して充電される。このように、第1、第2蓄電器22,23は、充電器21を介して発電電力の一部を充電することになる。したがって、長期に亘って超臨界エンジン12を作動させて発電機13を駆動するため、電力ピーク時に安定した電力を供給することができる。<Switching operation of charge power and power supply in power supply mode>
When a predetermined time has elapsed after the start of operation of the
図5は本発明の第2実施形態による次世代太陽光発電システムのブロック図を示す。次世代太陽光発電システム10Aは、図1に示した次世代電力供給システム10に対して外部電源11として太陽光発電装置110を採用し、図1の第1実施形態の開閉器SWに代えて太陽光発電装置110の直流電力を交流電力に変換するインバータ装置112を採用した点が異なる。したがって、以下、同一又は類似構成部材については同一符号を付し、この差異に焦点を当てて説明する。 FIG. 5 shows a block diagram of a next-generation photovoltaic power generation system according to the second embodiment of the present invention. The next-generation photovoltaic
図5において、太陽光発電装置110とインバータ装置112の入力端子との間でコンデンサC1,C2が直列に接続される。インバータ装置112は、太陽光発電装置110の直流電力を交流電力に変換するものである。インバータ装置112の出力側には、電圧センサと電流センサが接続され、これらセンサの電圧検出信号V2と電流検出信号I2はコントローラ60に送信され、インバータ装置112の出力電力が所定値以下であるか否かが判断される。インバータ装置112の出力電力が所定値以上であると判断されると、コントローラ60からの指令信号によって切替制御器19が第1切替位置に作動してインバータ装置112を充電器21に接続して蓄電ユニット20に電力を充電する。一方、雨天や天候不順等の利用により、太陽光発電装置110の出力電力が低下した結果、インバータ装置112の出力電力が所定値以下であるとコントローラ60が判断した場合には、コントローラ60からの指令信号が切り替わって切替制御器19が第2切替位置に作動してインバータ装置112が遮断される。この時、切替制御器19を介して充電器21が発電機13のパワーラインPLに接続されて発電電力の一部が蓄電ユニット2に充電される。このように、インバータ装置112の出力電力が所定値以下となった際には、発電機13で発生した発電電力の一部によって蓄電ユニット20が充電される。このため、太陽光発電システム10Aは、曇り等の環境条件、或いは、夜間又は長期の天候不順により太陽光発電能力が不十分となった場合にも、安定した電力を長期に亘って供給することが可能となる。その他の作用は第1実施形態の次世代電力供給システム10の作用と同一のため、詳細な説明を省略する。 In FIG. 5, capacitors C <b> 1 and C <b> 2 are connected in series between the solar
以上、本発明の各実施形態が記載されたが、本発明はこれら実施形態に示された構成に限定されず、様々な変更が可能である。エンジン部は可動ピストンを有するものとして記載されたが、エンジン部としては回転式流体機械やレシプロエンジンの何れも適用可能である。レシプロエンジンを採用する際には、レシプロエンジンのクランク軸にカムを設けて、これに超臨界開始用高圧ポンプを駆動連結し、一方、レシプロエンジンのシリンダーヘッドに瞬間超臨界流体発生器を接続し、この超臨界流体をシリンダー内部に噴射して可動ピストンに作用させるように変形してもかまわない。高圧ポンプはシングルプランジャタイプのものとして示したが、ダブルプランジャ又は2つ以上のプランジャを径方向に配列した、所謂、ラジアルプランジャ型高圧ポンプのものを利用しても良い。 As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the structure shown by these embodiment, A various change is possible. Although the engine portion has been described as having a movable piston, any of a rotary fluid machine and a reciprocating engine can be applied as the engine portion. When adopting a reciprocating engine, a cam is provided on the crankshaft of the reciprocating engine and a high-pressure pump for supercritical start is connected to the cam, while an instantaneous supercritical fluid generator is connected to the cylinder head of the reciprocating engine. The supercritical fluid may be deformed so as to be injected into the cylinder and act on the movable piston. Although the high pressure pump is shown as a single plunger type, a so-called radial plunger type high pressure pump in which a double plunger or two or more plungers are arranged in the radial direction may be used.
10 次世代電力供給システム;10A 次世代太陽光発電システム;11 外部電源;12 超臨界エンジン;13 発電機;19 切替制御器;20 蓄電ユニット;21 充電器;22,23 第1、第2蓄電器;24、26 第1、第2スイッチ手段;27 超臨界開始用高圧ポンプ;28 パルス電源;30 バッファアキュムレータ;40 エンジン部;42 瞬間超臨界流体発生器;60 コントローラ;62 入力装置;110 太陽光発電装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Next generation power supply system; 10A Next generation photovoltaic power generation system; 11 External power supply; 12 Supercritical engine; 13 Generator; 19 Switching controller; 20 Storage unit; 21 Charger; 24, 26 First and second switch means; 27 Supercritical high-pressure pump; 28 Pulse power supply; 30 Buffer accumulator; 40 Engine part; 42 Instantaneous supercritical fluid generator; 60 Controller; 62 Input device; 110 Solar light Power generator
Claims (6)
前記蓄電ユニットが、
前記蓄電ユニットのSOC値に基づいて前記蓄電ユニットのSOC値に基づいて前記充電器に選択的に接続される第1及び第2蓄電器と、
前記充電器と前記第1及び第2蓄電器との間に配置されていて前記第1及び第2蓄電器を交互に前記充電器に接続するスイッチ手段と、を含み、
前記スイッチ手段が、前記第1及び第2蓄電器の一方から前記パルス電源に蓄電電力が供給されている間に前記第1及び第2蓄電器の他方を前記充電器により充電するように制御することを特徴とする請求項1又は2記載の次世代電力供給システム。 Charging a part of the generated power to the power storage unit,
The power storage unit is
First and second capacitors selectively connected to the charger based on the SOC value of the power storage unit based on the SOC value of the power storage unit;
Switch means disposed between the charger and the first and second capacitors and alternately connecting the first and second capacitors to the charger;
The switch means controls so that the other of the first and second capacitors is charged by the charger while the stored power is supplied from one of the first and second capacitors to the pulse power source. The next-generation power supply system according to claim 1 or 2, characterized in that
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012275116A JP5352797B1 (en) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Next generation power supply system, next generation power supply method and next generation solar power generation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012275116A JP5352797B1 (en) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Next generation power supply system, next generation power supply method and next generation solar power generation system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5352797B1 true JP5352797B1 (en) | 2013-11-27 |
JP2014105703A JP2014105703A (en) | 2014-06-09 |
Family
ID=49764998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012275116A Expired - Fee Related JP5352797B1 (en) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Next generation power supply system, next generation power supply method and next generation solar power generation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5352797B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109768690A (en) * | 2019-03-25 | 2019-05-17 | 宋明阳 | A kind of electric pulse dynamic engine |
-
2012
- 2012-11-29 JP JP2012275116A patent/JP5352797B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014105703A (en) | 2014-06-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8721868B2 (en) | Integrated solar-powered high-pressure hydrogen production and battery charging system | |
JP2007159225A (en) | Microgrid using high-performance secondary battery | |
JP5352797B1 (en) | Next generation power supply system, next generation power supply method and next generation solar power generation system | |
EP3372804B1 (en) | Compressed air energy storage power generation device and compressed air energy storage power generation method | |
KR20060131991A (en) | Device for the storage of heat energy for subsequent conversion into electrical energy | |
JP2014230477A (en) | Next-generation photovoltaic power generation method and device | |
JP2014227990A (en) | Clean energy generation device, clean energy generation method, and next-generation movable body equipped with clean energy generation device | |
CN204348815U (en) | Reduction generating battery | |
CN201037449Y (en) | Solar energy carbon dioxide kinetic compression air energy-storing device | |
WO2020191372A1 (en) | Method and system for electrical energy storage | |
JP5299656B1 (en) | Thermal energy recovery system, thermal energy recovery method, and next generation solar power generation system using the same | |
JP5397719B1 (en) | Clean energy generator and moving body with clean energy generator | |
JP5413531B1 (en) | Next-generation solar power generation apparatus and next-generation natural energy power generation method | |
JP5305209B1 (en) | Next generation power storage system and next generation power storage method | |
JP5403383B1 (en) | Clean energy generating device, clean energy generating method, and moving body equipped with clean energy generating device | |
JP5272278B1 (en) | SUPERCRITICAL ENGINE, SUPERCRITICAL ENGINE DRIVE POWER GENERATOR | |
US20220006321A1 (en) | Compressed air energy storage and power generation apparatus and compressed air energy storage and power generation method | |
JP5440966B1 (en) | Building with net zero energy support system | |
JP2014218991A (en) | Next-generation electric power supply system, and nest-generation electric power supply method | |
JP5382562B1 (en) | Net Zero Energy Next Generation Ship | |
KR101447004B1 (en) | System and method for energy storage and/or recovery by isothermal process of compressed gas | |
JP5228152B1 (en) | Solar power generation system and natural energy power generation method | |
JP2015017598A (en) | Next-generation method and apparatus for photovoltaic power generation | |
JP2014227994A (en) | Heat source water utilizing power generation method and device | |
JP5348597B1 (en) | ELECTRO-HYDRAULIC ENGINE, ELECTRO-HYDRAULIC ENGINE DRIVE POWER GENERATING DEVICE, AND ELECTRO-HYDRAULIC ENGINE DRIVEN GENERATION |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5352797 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |