JP5747309B2

JP5747309B2 - Ｃａｅｓシステムおよびこれを有する発電プラント

Info

Publication number: JP5747309B2
Application number: JP2011167548A
Authority: JP
Inventors: ▲高▼橋　徹; 徹 ▲高▼橋; 栄一幸田
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: JP2013029091A

Description

本発明はＣＡＥＳシステムおよびこれを有する発電プラントに関する。ここで、ＣＡＥＳシステムとは、ガスタービンシステムと、このガスタービンシステムで圧縮した空気、再生可能エネルギーを利用した圧縮手段または両方の圧縮手段でそれぞれ圧縮した空気を貯蔵する圧縮空気貯蔵手段とを組み合わせたシステムをいう。

電力需要は季節、曜日、時間によって絶えず変動するが、電力を貯蔵することは困難であるため、供給側では最大負荷に合わせて設備を用意しておく必要がある。そのため、通常時には過剰な設備を保有することになり、結果として設備費の増大ひいては発電コスト増大の一因となっている。

さらに、ＣＯ_２排出量削減のため太陽光や風力などの自然エネルギーの導入が考えられているが、これらによる発電電力は気象条件によって大きく変動すること、また電圧や周波数も変動しやすいことなどが導入の障壁となっている。そこで、電力貯蔵と組み合わせることでこの信頼性の問題を改善でき、これらの導入が促進されることも考えられる。つまり、電力貯蔵技術の導入によりＣＯ_２排出量削減にも貢献できると考えられる。

電力貯蔵技術として、すでに揚水発電が実用化されている。しかしながら、揚水発電では、落差のある２地点に広大な貯水池を必要とすることから、将来的には新規立地点の確保が困難になることが予想される。また、中小規模の電力貯蔵システムとしては、フライホイールの他、蓄電池、超電導コイル等の研究開発が進められているが、そのコスト、信頼性評価も含めて多くの課題が残されている。

かかる現状の中で、中容量規模以上の電力貯蔵技術として、圧縮空気貯蔵 (Compressed Air Energy Storage /ＣＡＥＳ)手段とガスタービン(ＧＴ)発電システムとを組み合わせたＣＡＥＳシステムが提案されている（例えば非特許文献１参照）。この種のＣＡＥＳシステムは、上述の如き中小規模の電力貯蔵システムに比べると貯蔵密度は小さいものの、土木工事で設備を作ることができるため、比較的安価に建設できるメリットがあり、条件によっては揚水発電設備より安価に建設できる可能性もある。

保苅伸広, 土田正義, 小椋文雄; 圧縮空気貯蔵ガスタービン発電パイロットプラントの試運転および実証運転, 火力原子力発電, Vol.53, No.9, Sep. (2002), 79-86.

しかしながら、従来技術に係るＣＡＥＳシステムは圧縮空気貯蔵手段とガスタービン発電システムとを単に組み合わせただけのものであり、高々４０％程度の発電効率しか得られておらず、効率向上のための改善の余地が残るシステムとなっていた。さらに、圧縮空気貯蔵手段と組み合わせるガスタービン発電システムは、通常圧縮機で圧縮した空気を燃焼器に直接供給する構造となっているので、圧縮空気貯蔵手段と組み合わせるガスタービン発電システムの圧縮機から燃焼器に向かう圧縮空気の供給管路の途中を切り離して一方側の管路を圧縮空気貯蔵手段の入口側の管路と接続するとともに、他方側の管路を圧縮空気貯蔵手段の出口側の管路と接続する必要があり、大きな構造変更を伴うものとなる。

本発明は、上記従来技術に鑑み、発電効率を改善して高効率を実現し得るばかりでなく、ガスタービンシステムと圧縮空気貯蔵手段とのベストマッチングを実現でき、さらに立地場所の自由度も増すＣＡＥＳシステムおよびこれを有する発電プラントを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
圧縮手段で圧縮された空気を加湿する加湿手段を備えるとともに前記加湿手段で加湿された空気をタービンの排ガスで加熱した後、燃焼器に供給する再生サイクルを構成しているガスタービンシステムと、
圧縮されて貯蔵されている空気を前記加湿手段に供給する圧縮空気貯蔵手段とを有するとともに、
前記圧縮空気貯蔵手段は、前記圧縮手段で圧縮された空気を貯蔵するように構成されており、
さらに前記ガスタービンシステムは、前記圧縮手段として吸気を加湿する加湿噴霧手段および該加湿噴霧手段で加湿された空気を圧縮する圧縮機を有するとともに、
前記燃焼器で燃焼された排気ガスの熱を回収するとともに前記加湿手段で空気を加湿する冷媒液を循環させ、さらに前記加湿噴霧手段に加湿用の冷媒液を供給する液体回収システムを有することを特徴とするＣＡＥＳシステムにある。

本態様によれば、ガスタービンシステムが高湿分の湿り空気を利用する再生サイクルを
構築しているガスタービンシステムと圧縮空気貯蔵手段とを組み合わせているので、ガス
タービンシステムの加湿手段の上流側に圧縮空気貯蔵手段からの圧縮空気を供給すること
ができる。この結果、例えば再生可能な自然エネルギーや夜間の余剰電力等を利用して圧
縮して貯蔵しておいた圧縮空気を利用してガスタービンシステムの圧縮機を駆動させるこ
となく任意の必要な時間帯にガスタービンシステムを駆動させることができる。ここで、
前記ガスタービンシステムにおいては、圧縮手段で圧縮した空気を加湿手段で加湿すべく
圧縮手段から一旦外部に取り出す配管が設けられており、加湿手段を通した後、燃焼器に
圧縮空気を供給するような構成となっているので、圧縮手段と燃焼器との途中に圧縮空気
貯蔵手段からの圧縮空気を良好に供給することができる。すなわち、ガスタービンシステ
ムの大きな構造変化を伴うことなく圧縮空気貯蔵手段をガスタービンシステムと一体化さ
せることが容易に可能となり、所望のＣＡＥＳシステムを容易に構築することができる。
また、圧縮手段で圧縮した空気を圧縮空気貯蔵手段に貯蔵する一方、圧縮空気貯蔵手段に貯蔵している圧縮空気を必要に応じ取り出してガスタービンシステムの駆動に供している。ここで、圧縮手段と燃焼器との途中から圧縮手段で圧縮した圧縮空気を取り出して圧縮空気貯蔵手段に貯蔵するとともに、圧縮空気貯蔵手段から取り出した圧縮空気をガスタービンシステムの加湿手段の上流側に供給することができるので、かかる構成をガスタービンシステムの大きな構造的変更を伴うことなく実現させることができる。
さらに、本態様によれば、加湿噴霧手段および加湿噴霧された供給空気を圧縮する圧縮機を有する圧縮手段と加湿手段とを組み合わせて高湿分空気を利用した再生サイクル型のガスタービンシステム（以下、ＡｄｖａｎｃｅｄＨｕｍｉｄＡｉｒＧａｓＴｕｒｂｉｎｅ（ＡＨＡＴ）という）を構築することができ、かかるＡＨＡＴのタービンの作動流体として圧縮空気貯蔵手段から取り出した圧縮空気を利用することができるばかりで泣く、加湿等に使用する液体、例えば水を循環させて利用することができるので、当該ＣＡＥＳシステムのランニングコストを安価なものとすることができる。

本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載するＣＡＥＳシステムにおいて、
前記圧縮空気貯蔵手段の空気を燃焼器に供給して駆動され、かつ排気ガスを前記加湿手段に供給する他のタービンと、
動力を供給することにより発電機として機能し、電力を供給することにより電動機として機能する発電・電動機と、
前記圧縮手段で圧縮された空気を、さらに圧縮して前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵させる他の圧縮機と、
前記発電・電動機の回転軸の両端側の２箇所にそれぞれ配設され、一方が接続モードのときには他方が遮断モードとなり、逆の場合には接続モードと遮断モードとが逆転するよう制御されて前記他のタービンと前記発電・電動機の間および前記他の圧縮機と前記発電・電動機との間を接続または遮断するクラッチとを有することを特徴とするＣＡＥＳシステムにある。

本態様によれば、ＡＨＡＴ、高圧側の他のタービン、他の圧縮機および圧縮空気貯蔵手段を組み合わせてＣＡＥＳシステムを構築することができる。この結果、高効率のＣＡＥＳシステムを構築することができる。

本発明の第３の態様は、
第１または第２の態様に記載するＣＡＥＳシステムにおいて、
再生可能エネルギーで駆動される他の圧縮手段を追加し、該圧縮手段で圧縮した空気を
前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵するように構成したことを特徴とするＣＡＥＳシステムにある。

本態様によれば、風力、太陽光等のエネルギーを利用して空気を圧縮することができるので、再生可能エネルギーの有効利用を促進することができる。ちなみに、風力、太陽光等を利用した再生可能エネルギーを利用した発電電力は気象条件によって大きく変動すること、また電圧や周波数も変動しやすいことなどが導入の障壁となっている。これに対し、本態様では、圧縮空気の貯蔵と組み合わせることでこの信頼性の問題を改善でき、再生可能エネルギーの導入を促進させることもでき、またこれによる電力貯蔵技術の一態様としてＣＯ_２排出量削減にも貢献させることができる。

本発明の第４の態様は、
第１〜第３の態様の何れか一つに記載するＣＡＥＳシステムのタービンを原動機とする発電機と組み合わせたことを特徴とする発電プラントにある。

本態様によれば、余剰エネルギーを有効に利用しながら全体として高効率の発電を行うことができる。

本発明によれば、ガスタービンシステムは、圧縮空気貯蔵手段から供給される空気に加湿手段で水分を含ませて比熱の大きい高湿分の湿り空気として燃焼器に供給しているので、空気の質量流量が増大するとともに、比熱も大きくなる結果、圧縮動力を変えることなくタービンの出力を向上させることができる。

また、圧縮手段と燃焼器との途中に圧縮空気貯蔵手段からの圧縮空気の供給管路を接続することができるので、ガスタービンシステムの大きな構造変化を伴うことなく圧縮空気貯蔵手段をタービン手段と一体化したＣＡＥＳシステムを容易に構築することができる。

同時に、燃焼器の排ガスの熱は再生サイクルを構成して加湿空気で回収するように構成してあるので、熱回収のための蒸気系統がなく冷却用の大量の水（海水）を必要としない結果、ＣＡＥＳシステムの立地場所の自由度が増大する。

かくしてガスタービンシステムと圧縮空気貯蔵手段とのベストマッチングを実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るＣＡＥＳシステムを示すブロック線図である（圧縮空気の貯蔵モード）。本発明の第１の実施の形態に係るＣＡＥＳシステムを示すブロック線図である（圧縮空気貯蔵手段から圧縮空気を供給しての発電モード）。本発明の第１の実施の形態に係るＣＡＥＳシステムを示すブロック線図である（通常の発電モード）。本発明の第２の実施の形態に係るＣＡＥＳシステムを示すブロック線図である。本発明の第３の実施の形態に係るＣＡＥＳシステムを示すブロック線図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１〜図３は本発明の第１の実施の形態に係るＣＡＥＳシステムを示すブロック線図である。ここで、図１が圧縮空気の貯蔵モード、図２が圧縮空気貯蔵手段から圧縮空気を供給しての発電モード、図３が通常の発電モードをそれぞれ示している。

図１〜図３に示すように、本形態に係るＣＡＥＳシステムは、ガスタービンシステムＩ、圧縮空気貯蔵手段IIおよび他のガスタービンシステムIIIを有している。

ガスタービンシステムＩは、供給空気を圧縮する圧縮手段ＩＡと、圧縮手段ＩＡで圧縮された圧縮空気を増湿させる加湿手段ＩＢおよび加湿手段ＩＢで増湿させた圧縮空気をタービン５の排気ガスと熱交換させて昇温させる再生熱交換器６とを有している。ここで、本形態における圧縮手段ＩＡは、吸気を加湿する加湿噴霧器１と、加湿された空気を圧縮する圧縮機２とを有している。また、加湿手段ＩＢは、圧縮機２で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器３で冷却された圧縮空気を増湿させる増湿器４を有している。かくして、再生熱交換器６で昇温された高温で高湿分の湿り空気とともに燃焼器３３で燃料を燃焼させ、燃焼により形成される高温・高圧の燃焼ガスをタービン５に供給して膨張させることによりタービン５を駆動させて大きな出力を得る。すなわち、本形態におけるガスタービンシステムＩは、高湿分空気を利用した再生サイクルガスタービンシステムであるＡＨＡＴである。

ここで、空気冷却器３で圧縮空気と熱交換した冷却水は、排気ガス再加熱器８およびエコノマイザ７で排気ガスと熱交換した水とともに増湿器４内に供給される。エコノマイザ７は再生熱交換器６の下流側で排気ガスの熱を回収している。一方、排気ガス再加熱器８はエコノマイザ７の下流側で排気ガスを加熱し、煙突９を介して外部に排出している。

このときの熱回収効率を向上させるためには、ポンプ１５で循環される増湿器４の出口における冷却水の温度を可及的に低下させることが肝要である。

さらに、ガスタービンシステムＩは水回収システムＩＣを有する。本形態における水回収システムＩＣは、水回収器１０と、水回収器１０との間でポンプ１１により循環される水を冷却する冷却器１２とを有している。ここで、水回収器１０からはポンプ１３の駆動により加湿噴霧器１に対し冷却水を供給する。また、ポンプ１４の駆動により空気冷却器３に供給されて圧縮空気と熱交換された冷却水を増湿器４に供給する。さらに、ポンプ１５の駆動により排気ガス再加熱器８およびエコノマイザ７で排気ガスと熱交換された冷却水を増湿器４に供給する。

圧縮機２とタービン５との間には、クラッチ１７，１８を介して発電・電動機１６が接続されている。発電・電動機１６は、クラッチ１７のみの接続時（図１に示す状態）で圧縮機２を駆動する電動機として駆動され、クラッチ１７の状態の如何にかかわらずクラッチ１８の接続時（図２および図３に示す状態）に発電機として駆動される。この点に関しては後に詳述する。

圧縮空気貯蔵手段IIは、ガスタービンシステムＩに供給する圧縮空気を貯蔵するもので、例えば地中に大きな空間として形成されている。ここで、単位容積当たりに貯蔵される圧縮空気の量を増大させるためには貯蔵される圧縮空気の圧力を高圧にすることが肝要である。

そこで、本形態では、ガスタービンシステムＩの圧縮機２で圧縮して所定の高圧にした圧縮空気をさらに高圧に圧縮して圧縮空気貯蔵手段IIに貯蔵させるとともに、圧縮空気貯蔵手段IIに貯蔵されている圧縮空気で燃料を燃焼させて動力を得るとともに、その排気ガスをガスタービンシステムＩに供給して二段燃焼させるための他のガスタービンシステムIIIが設置されている。他のガスタービンシステムIIIはガスタービンシステムＩの空気冷却器３の下流側から供給される圧縮空気をさらに圧縮する高圧側圧縮機１９、二段燃焼させるための高圧側タービン２０および高圧側タービン２０の排気ガスの熱を回収するための高圧側再生熱交換器２１を有する再生サイクル型のガスタービンシステムである。

高圧側圧縮機１９と高圧側タービン２０との間には、クラッチ２３,２４を介して発電・電動機２２が接続されている。発電・電動機２２は、クラッチ２３のみの接続時（図１に示す状態）に高圧側圧縮機１９を駆動する電動機として駆動され、クラッチ２３の状態の如何にかかわらずクラッチ２４の接続時（図２および図３に示す状態）に発電機として駆動される。この点に関しても後に詳述する。

前述の如く、本形態に係るＣＡＥＳシステムは、圧縮空気貯蔵手段IIに対する圧縮空気の貯蔵モード、圧縮空気貯蔵手段IIから圧縮空気を供給しての発電モード、通常の発電モードの三種類のモードで運転される。このため各モードを切替えるための五個の開閉弁２５,２６，２７，２８，２９を有している。ここで、開閉弁２５は空気冷却器３と増湿器４との間に配設され、以下開閉弁２６は開閉弁２５の上流側で空気冷却器３の下流側と高圧側圧縮機１９の入口側との間、開閉弁２７は開閉弁２５の下流側で増湿器４の上流側と高圧側再生熱交換器２１の出口側との間、開閉弁２８は高圧側圧縮機１９の出口側と圧縮空気貯蔵手段IIとの間、開閉弁２９は圧縮空気貯蔵手段IIと高圧側再生熱交換器２１の入口側との間にそれぞれ配設されている。

本形態に係るＣＡＥＳシステムにおいて、圧縮空気貯蔵手段IIに対する圧縮空気の貯蔵モードでは、図１に示すようにクラッチ１８を切り離し、クラッチ１７を接続して発電・電動機１６を電動機として駆動させるとともに、クラッチ２４を切り離し、クラッチ２３を接続して発電・電動機２２を電動機として駆動させる。また、開閉弁２５〜２９の開閉モードは図１に示す通りの状態とする。

かかる貯蔵モードにおいて、発電・電動機１６を電動機として駆動することにより供給空気を圧縮する。ここで供給空気には加湿噴霧器１により水分が噴霧される。この結果、供給空気は水分の蒸発潜熱で冷却されることとなり、圧縮動力を低下させることができる。

圧縮機２で圧縮された圧縮空気は空気冷却器３で冷却され、開閉弁２６を介して高圧側圧縮機１９に至る。高圧側圧縮機１９にはクラッチ２３を介して発電・電動機２２が連結されているので、電動機としての機能する発電・電動機２２で高圧側圧縮機１９が駆動される。この結果、供給された圧縮空気がさらに圧縮されて高圧となり開閉弁２８を介して圧縮空気貯蔵手段IIに貯蔵される。ここで、高圧側圧縮機１９に供給される圧縮空気は空気冷却器３で冷却されているので、高圧側圧縮機１９における圧縮動力低減を図ることができる。また、圧縮機２および高圧側圧縮機１９の駆動電力としては夜間等の余剰電力を利用するのが望ましい。電力使用量の平準化を図り合理的な電力使用を実現することができるからである。

本形態に係るＣＡＥＳシステムにおける圧縮空気貯蔵手段IIから供給される圧縮空気を利用した発電モードでは、図２に示すようにクラッチ１７を切り離し、クラッチ１８を接続して発電・電動機１６を発電機として駆動させるとともに、クラッチ２３を切り離し、クラッチ２４を接続して発電・電動機２２を発電機として駆動させる。また、開閉弁２５〜２９の開閉モードは図２に示す通りの状態とする。

かかる発電モードにおいて、圧縮空気貯蔵手段IIから供給される圧縮空気は開閉弁２９および高圧側再生熱交換器２１を介して燃焼器３４で燃料と混合される。このことにより燃料が燃焼され高温・高圧の燃焼ガスとなって高圧側タービン２０に供給される結果、高圧側タービン２０が駆動され、クラッチ２４を介して接続されている発電・電動機２２が駆動されて発電が行われる。かくして高圧側圧縮機１９で要した圧縮動力が電気エネルギーとして回収される。一方、高圧側タービン２０の排気ガスは高圧側再生熱交換器２１で燃焼器３４に供給される圧縮空気と熱交換される結果、圧縮空気を加熱する。すなわち、排気ガスの熱エネルギーが燃焼器３４に供給される圧縮空気に回収される。したがって、これによってもシステム効率を向上させることができる。

高圧側再生熱交換器２１から排出された排気ガスは、開閉弁２７を介して増湿器４に供給され、増湿されることにより高湿度の湿り空気として再生熱交換器６でタービン５から排出される排気ガスの熱を回収して燃焼器３３に供給されることにより二段燃焼される。

ここで本形態においてはガスタービンシステムＩはＡＨＡＴで構築されているので、増湿器４で水分を含ませ、比熱の大きい高湿分の湿り空気として高圧側タービン２０の排気ガスを燃焼器３３に供給することができる。この結果、作動流体の質量流量が増大するとともに、比熱も大きくなる結果、圧縮動力を変えることなくタービン５の出力を向上させることができる。

なお、再生熱交換器６で熱回収された排気ガスは、エコノマイザ７、水回収器１０および排気ガス再加熱器８を介してそれぞれ循環水と熱交換した後、煙突９から外部に排気される。

本形態に係るＣＡＥＳシステムにおける通常の発電モードでは、図３に示すようにクラッチ１７、１８を接続して発電・電動機１６を発電機として駆動させる。また、開閉弁２５〜２９の開閉モードは図３に示す通りの状態とする。すなわち、当該発電モードはＡＨＡＴであるガスタービンシステムＩから他のガスタービンシステムIIIおよび圧縮空気貯蔵手段IIを切り離してＡＨＡＴを単独運転させて発電するモードである。

当該発電モードでは、タービン５で圧縮機を駆動することにより加湿噴霧器１により水分が噴霧された供給空気を圧縮するとともに、圧縮された空気を空気冷却器３で冷却する。その後、増湿器４で水分を含ませ、再生熱交換器６で熱交換して高温度となった比熱の大きい高湿分の湿り空気を燃焼器３３に供給して発電・電動機１６の原動機であるタービン５を駆動させることになるので、高効率の発電を行うことができる。

＜第２の実施の形態＞
図４は本発明の第２の実施の形態に係るＣＡＥＳシステムを示すブロック線図である。同図に示すように、本形態は、第１の実施の形態のＣＡＥＳシステムに、再生可能エネルギーを利用した圧縮空気の製造システムを追加したものである。本形態では、再生可能エネルギーを利用した太陽電池３０の電力で電動機３２を駆動するとともに、電動機３２の駆動により圧縮機３１を駆動して空気を圧縮するようになっている。圧縮機３１で圧縮した圧縮空気も開閉弁３７を介して、ガスタービンシステムＩおよび他のガスタービンシステムIIIで圧縮した圧縮空気とともに圧縮空気貯蔵手段IIに貯蔵するように構成した。

本形態によれば、天候に左右される太陽光発電による電力を圧縮空気という異なる形態のエネルギーに変換して貯蔵しておくことができる。したがって、供給が不安定となる点が大きな欠点である再生可能エネルギーの前記欠点を除去してその利用の促進を円滑に図ることが可能となる。さらに、圧縮空気が太陽光発電を利用した電力によっても得られるため、その分発電電力量を大きくすることができ、または圧縮機２および高圧側圧縮機１９での使用動力を低減することが可能になる。

＜第３の実施の形態＞
図５は本発明の第３の実施の形態に係るＣＡＥＳシステムを示すブロック線図である。同図に示すように、本形態は、第１および第２の実施の形態におけるガスタービンシステムＩであるＡＨＡＴと、再生可能エネルギーを利用して形成する圧縮空気を貯蔵する圧縮空気貯蔵手段IIとを組み合わせたものである。なお、本形態における圧縮機２は電動機３６で駆動される。

本形態では、再生可能エネルギーを利用した太陽電池３０の電力で電動機３２を駆動するとともに、電動機３２の駆動により圧縮機３１を駆動して空気を圧縮し、圧縮した空気を圧縮空気貯蔵手段IIに貯蔵するとともに、貯蔵している圧縮空気をガスタービンシステムＩの空気冷却器３の上流側に供給するように構成している。ここで、圧縮機３１を駆動して圧縮した空気を圧縮空気貯蔵手段IIに貯蔵する際には圧縮機３１と圧縮空気貯蔵手段IIとの間に配設された開閉弁３７を開状態とし、圧縮空気貯蔵手段IIとガスタービンシステムＩとの間に配設された開閉弁３８を閉状態としておく。また、圧縮空気貯蔵手段IIに貯蔵している圧縮空気をガスタービンシステムＩに供給する際には、逆に、開閉弁３７を閉状態とし、開閉弁３８を開状態としておく。

本形態によれば、天候に左右される太陽光発電による電力を圧縮空気という異なる形態のエネルギーに変換して貯蔵しておき、必要に応じて圧縮空気を取り出すことにより再度電気エネルギーに変換することが可能となる。この結果、再生可能エネルギーを安定的に利用することができる。

＜他の実施の形態＞
上述の如く本発明の第１〜第３の実施の形態を説明したが、本発明は、勿論第１〜第３の実施の形態に限定されるものではない。例えば次のような他の実施の形態が考えられる。

１）第１〜第３の実施の形態におけるガスタービンシステムＩはＡＨＡＴとして説明したが、これに限るものではない。高湿分空気を利用した再生サイクル型のガスタービンシステムであれば他のガスタービンシステムでも構わない。例えば、圧縮手段として低圧圧縮機、該低圧圧縮機で圧縮された空気を冷却する中間冷却器および該中間冷却器で冷却された空気をさらに圧縮する高圧圧縮機を有するとともに、前記圧縮手段で圧縮された空気を加湿する加湿手段を有して高湿分再生システムを構成したガスガスタービンシステム、すなわちＨＡＴでも良い。

２）また、第１〜第３の実施の形態における加湿手段ＩＢは、空気冷却器３と増湿器４で構成しているが、これに限定するものではない。この種の加湿手段は圧縮機２で圧縮された空気に湿分を噴霧する噴霧器で構成することもできる。

３）第１および第２の実施の形態において、他のガスタービンシステムIIIは必ずしも必要ではない。再生サイクルを構成して加湿空気を燃焼器３３に供給するようにガスタービンシステムＩを構成しているので、圧縮空気貯蔵手段IIに貯蔵される空気の圧力をより高圧にできない場合でも、また圧縮空気貯蔵手段IIから供給される空気を直接ガスタービンシステムＩに供給した場合でも、流量質量と比熱が大きい空気を燃焼器３３に供給することができるので、従来に比べ、充分効率を向上させることは可能になる。ただ、他のガスタービンシステムIIIを設けた場合、ガスタービンシステムＩで圧縮した空気をさらに高圧に圧縮して体積を縮小させることができるので、その分多くの圧縮空気を圧縮空気貯蔵手段IIに貯蔵させることができる。

４）第１および第２の実施の形態において、他のガスタービンシステムIIIは再生サイクル型のガスタービンシステムで構成したが、これに限るものではない。ガスタービンシステムＩで圧縮した空気をさらに圧縮する際の圧縮動力を回収し得るよう圧縮機のみならず、圧縮空気貯蔵手段IIからガスタービンシステムＩに供給される圧縮空気でタービン発電機を駆動させるガスタービンシステムであれば、その形式に制限はない。すなわち、ＡＨＡＴやＨＡＴのみならず、圧縮機、燃焼器およびタービンを有するものであれば通常のガスタービンシステムであっても良い。ただ、他のガスタービンシステムIIIを再生サイクル型のガスタービンシステム，ＡＨＡＴ，ＨＡＴ等で形成した場合の方が効率はより良好なものとなる。

５）第２および第３の実施の形態において再生可能エネルギーとしては太陽光を利用した太陽電池３０により電動機３２を駆動して圧縮機３１で空気を圧縮する場合を示したが、勿論太陽電池３０に限るものではない。風力、波力、潮汐、地熱等、全ての再生可能エネルギーを対象とすることができる。中でも天候に影響されて供給が特に不安定となる風力、波力のエネルギーを圧縮空気として蓄積する場合に顕著な効果が得られる。また、再生可能エネルギーを利用すれば良く、必ずしも電気エネルギーに変換する必要はない。例えば風力エネルギーを利用した風車により直接圧縮機を駆動させるシステムであっても構わない。

本発明は余剰電力や自然エネルギーの貯蔵を行う必要がある産業分野において有効に利用することができる。

Ｉガスタービンシステム
II 圧縮空気貯蔵手段
III 他のガスタービンシステム
ＩＡ圧縮手段
ＩＢ加湿手段
ＩＣ水回収システム
１加湿噴霧器
２圧縮機
３空気冷却器
４増湿器
５タービン
６再生熱交換器

Claims

圧縮手段で圧縮された空気を加湿する加湿手段を備えるとともに前記加湿手段で加湿された空気をタービンの排ガスで加熱した後、燃焼器に供給する再生サイクルを構成しているガスタービンシステムと、
圧縮されて貯蔵されている空気を前記加湿手段に供給する圧縮空気貯蔵手段とを有するとともに、
前記圧縮空気貯蔵手段は、前記圧縮手段で圧縮された空気を貯蔵するように構成されており、
さらに前記ガスタービンシステムは、前記圧縮手段として吸気を加湿する加湿噴霧手段および該加湿噴霧手段で加湿された空気を圧縮する圧縮機を有するとともに、
前記燃焼器で燃焼された排気ガスの熱を回収するとともに前記加湿手段で空気を加湿する冷媒液を循環させ、さらに前記加湿噴霧手段に加湿用の冷媒液を供給する液体回収システムを有することを特徴とするＣＡＥＳシステム。
請求項１に記載するＣＡＥＳシステムにおいて、
前記圧縮空気貯蔵手段の空気を燃焼器に供給して駆動され、かつ排気ガスを前記加湿手段に供給する他のタービンと、
動力を供給することにより発電機として機能し、電力を供給することにより電動機として機能する発電・電動機と、
前記圧縮手段で圧縮された空気を、さらに圧縮して前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵させる他の圧縮機と、
前記発電・電動機の回転軸の両端側の２箇所にそれぞれ配設され、一方が接続モードのときには他方が遮断モードとなり、逆の場合には接続モードと遮断モードとが逆転するよう制御されて前記他のタービンと前記発電・電動機の間および前記他の圧縮機と前記発電・電動機との間を接続または遮断するクラッチとを有することを特徴とするＣＡＥＳシステム。
請求項１または請求項２に記載するＣＡＥＳシステムにおいて、
再生可能エネルギーで駆動される他の圧縮手段を追加し、該圧縮手段で圧縮した空気を
前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵するように構成したことを特徴とするＣＡＥＳシステム。
請求項１〜請求項３の何れか１つに記載するＣＡＥＳシステムのタービンを原動機とする発電機と組み合わせたことを特徴とする発電プラント。