JPH02271080A - 海洋・廃熱温度差発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は発電システムに関する。更に詳述すると、本発
明は、発電設備やその池の設備から排棄される熱と深層
海水との温度差を利用して発電する海洋・廃熱温度差発
電システムに関する。

（従来の技術） 従来、僅かの温度差を利用して発電するシステムとして
は海洋温度差発電がある。この海洋温度差発電は、２０
〜２５℃の表層海水と６００〜８００ｍの深海からポン
プによって汲み上げられた４〜５℃程度の深層海水との
温度差を利用して動作流体であるフロンを蒸発、凝縮さ
せて発電するものである。

また、最近の電力需要は昼間と夜間とでは大きく興なる
ことから、夜間の余剰電力を貯蔵する必要性が高まって
いる。この電力貯蔵の一つの技術として、余剰電力を圧
縮空気に変えて貯蔵する技術が最近提案されている。圧
縮空気貯蔵発電システムは、ガスタービン発電が高圧の
燃焼用空気を得るために発電電力の全体の約６０〜７０
％のエネルギーを圧縮機の稼動のための所内動力として
消費されていたものを、夜間の余剰電力を利用して貯蔵
した圧縮空気に代替することによって、昼間の電力需要
ピーク時にタービン動力を１００％電力として供給でき
るようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題）・ しかしながら、海洋温度差発電の場合、深層海水を汲み
上げるのにポンプを使うため、その消費電力が発電電力
の約５０〜６０％を占め、エネルギーの無駄が大きい、
しかも、温度差が２０℃前後と小さいため発電効率も低
い。

また、夜間の余剰電力を圧縮空気に変えて深海に貯蔵す
る場合、圧縮空気を冷却しなければならず、２５０〜３
００°Ｃの比較的高温の廃熱が無駄に捨てられている。

また、火力発電所のガスタービン等からも多量の廃熱が
何も使われずに無駄に放出されている。

本発明は、余剰電力をエネルギー形態を変えて蓄える圧
縮空気海底貯蔵システムの冷却熱やガスタービンの廃熱
を利用する経済的な発電効率の高い海洋・廃熱温度差発
電システムを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明の海洋・廃熱温度差
発電システムは、余剰電力を圧縮空気に変換して海底の
貯気槽に蓄える圧縮空気海底貯蔵設備と、廃熱を伴う設
備と、前記貯気槽に貯蔵される圧縮空気を利用して深層
海水を汲上げる取水装置と、余剰電力を変換した前記圧
縮空気の熱又は廃熱を伴う設備の廃熱と前記圧縮空気に
よって汲上げられた深層海水との間の温度差を利用して
発電する温度差発電設備とから構成されている。

また、本発明において、前記深層海水は、圧縮空気を貯
気槽に貯蔵する際にこの貯気槽から排出される深層海水
と、海底貯気槽に貯蔵された圧縮空気の一部を海中に噴
出して得られるエアリフト効果によって汲上げられる深
層海水とを利用している。

また、本発明において、前記廃熱を伴う設備は発電用ガ
スタービンであり、圧ａｌｌと発電機、発電機とガスタ
ービンとを夫々クラッチを介して接続し、余剰電力を利
用して前記電動機を回転させて前記圧縮機を駆動し、圧
縮空気を前記貯気槽に貯蔵すると共にこの貯気槽に蓄え
た圧縮空気を前記ガスタービンに供給するようにしてい
る。

（作用） したがって、余剰電力を変換した圧縮空気の熱又は廃熱
を伴う設備の廃熱と圧縮空気によって汲み上げられる深
層海水との温度差を利用して温度差発電を行なう。

即ち、夜間にあっては、余剰電力を圧縮空気に変えて海
底の貯気槽に貯蔵する際の圧縮空気冷却熱と、圧縮空気
の貯蔵と同時に貯気槽から排出される深層海水との間の
温度差を利用して発電させ、日中にあっては、海底に貯
蔵されている圧縮空気の一部を海中に噴出させてエアリ
フト効果によって汲み上げられる深層海水と廃熱を伴う
設備の廃熱との間の温度差を利用して発電させる。

（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図に本発明の海洋・廃熱温度差発電システムの原理
をシステム線図で示す、この海洋・廃熱温度差発電シス
テムは、余剰電力を圧縮空気に変換して蓄える圧縮空気
海底貯蔵設備１と、廃熱を伴う設備例えばガスタービン
発電設面２と、深層海水を汲み上げる取水装置３と、余
剰電力によってつくられる圧縮空気の熱又はガスタービ
ンの排ガスの熱と貯蔵された圧縮空気によって汲上げら
れる深層海水との間の温度差を利用して発電する温度差
発電設備とから構成されている。

本実施例の場合、ガスタービン発電設備２と圧縮空気海
底胛蔵設備１とを一部共用し、ガスタービン発電設ｍ２
の圧縮機５とガスタービン６を連結する送気管７を分岐
して貯気槽８と連結し、仕切弁９の操作によって圧縮空
気をガスタービン６に直接供給しなり、貯気槽８に貯蔵
するようにしている。ガスタービン６と発電機１０、発
電機１０と圧縮機５とは夫々クラッチ１．１，１．２を
介して接続され、余剰電力が発生しているとき即ち夜間
にはクラッチ１１を切り、発電機１０をモータにして圧
縮機５を回転させ、それ以外のときにはガスタービン６
と発電機１０と圧縮機５とを連結してガスタービン６に
よって圧縮Ｒ５を回転させるようにしている。尚、図中
符号１３はガスタービン用燃焼器、１４は再生器、１５
は排ガスボイラ、１６は煙突であり、圧縮機５から吐出
された圧縮空気は冷却装置１７において温度差発電設備
４の動作流体を加熱した後再生器１４でガスタービン６
の排ガスと熱交換した後燃焼器１３に供給される。そし
て、高温高圧のガスとされてガスタービン６を回転させ
、再生器１４、排ガスボイラ１５を経て煙突から排棄さ
れる。排ガスボイラ１５において温度差発電設備４の動
作流体と熱交換し、動作流体を蒸発させる。

圧縮空気海底貯蔵設備１は、夜間の余剰電力エネルギー
を圧縮空気に変換して海底に貯蔵し、電力需要ピーク時
等にそれを利用しようとするもので、圧縮空気供給源な
る圧縮機５と圧縮空気の冷却装置１７と貯気槽８とこれ
らを連結しかつ他の設備と連結する送気管７，１８及び
送水管１９とから成る。圧縮空気の貯蔵は、海底に設置
されている貯気槽８を利用して行なわれる。貯気槽８は
、貯蔵効率を考慮すると、できるだけ海底深く設置する
のが好ましく、水深Ｊ、　ＯＯｍ以上好ましくは水深２
００ｍ以上で陸地から比較的近くの潮流の影響が少ない
大陸棚に設置される１例えば、好適な設置条件の湾とし
ては、東京湾入口部、相模湾、駿河湾、富山溝、若狭湾
の北部及び鹿児島溝、岬では、北海道の句法、種弁、茂
津多、性差沖合い、東北地方の下北半島尻屋崎と釜石の
沖、紀伊半島の潮岬及び四国の室戸岬などがある。

尚、海底に据付けられる貯気槽８、送気管１８及び送水
管１つには、耐用年数が長く設置後の保守作業を必要と
しない材料の選定と設計の工夫が必要である０例えば貯
気槽８としては鉄筋コンクリートが、送気管１８として
は鋼鉄管にアスファルトがコーティングされたもの、ま
た送水管１９としてはステンレススティール製管にアス
ファルト等のコーティングを施したものの使用が好まし
く、運転中の保守作業もほとんど必要なくかつ耐用年数
も長くすることができる。

また、図示していないが、貯気槽８には蓄える圧縮空気
の浮力によって浮上したり、海底における設置状態が不
安定とならないようにするため重錘（図示省略）やバラ
ストタンク機構が設けられたり、海底に対して喰込むス
パイク等が設けらる。

更に、この貯気槽８には陸上の圧縮１１５から圧縮空気
を導入する際に閉じ貯気槽８内から圧縮空気を放出する
際に開いて海水を導入する逆止弁２０と、圧縮空気を貯
気槽８に導入する際に開いて貯気槽８内の深層海水を温
度差発電設備４の熱交換器くコンデンサ）２６に供給す
ると共に貯気槽８内の圧縮空気を陸上のガスタービン６
等に供給する場合に閉じる逆止弁２１とが設置されてい
る。

貯気！ＩＪ８と陸上の圧ａａ５とは送気管７，１８によ
って接続され、夜間の余剰電力によってつくられる圧縮
空気を貯蔵するように設けられている。

尚、圧縮空気の流れの方向を切換える仕切弁９゜２５と
しては電磁バルブ等のような遠隔操作可能なものが好ま
しい。

温度差発電設備４は、深層海水によって動作流体を冷却
するコンデンサ２６と、動作流体を圧縮空気の熱によっ
て蒸発させる熱交換器・冷却装置１７と、動作流体をガ
スタービン６の排ガスによって蒸発させる熱交換器・排
ガスボイラ１５と、動作流体を循環させるポンプ２７及
びタービン２８とによって構成される密閉ランキンサイ
クルであって、タービン２８によって発電機２つを回転
させている。動作流体としてはフロン系の有ａ媒体の使
用が効率的であるが、温度差が２００°Ｃ程度得られる
ので水やその他の媒体の使用も可能である、また、密閉
サイクルでなくとも、開放サイクルであっても実施可能
である。

取水装置３は、深層海水（冷海水）を温度差発電設置４
のコンデンサ２６の冷却水として供給するためのもので
、貯気槽８に蓄えられる圧縮空気によって深層海水を圧
送する送水管１９の系統と、貯気槽８に蓄えられた圧縮
空気は海中に噴出して得られるエアリフト効果によって
汲み上げる空気揚水ポンプ２４の系統とを有する。これ
ら圧送系統は、コンデンサ２６と貯気槽８、空気揚水ポ
ンプ２４の揚水管２２とを送水管１９で連結することに
より構成されている。この圧送系統は、貯気槽８に圧縮
空気が蓄えられている間中、貯気槽８内の深層海水をコ
ンデンサ２６１１１へ押送する。そして、圧縮空気が使
用され始めると、送止弁２１が閉じて送水管１つを閉じ
る。

また、エアリフトによる取水装置は、揚水管とこの中に
圧縮空気を噴出するノズルとから成り、蓄ええられた圧
縮空気の一部を噴出するようにしている。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本考案の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である０例えば、廃
熱を伴う設＠２としては、本実施例のガスタービン発電
設備に限定されず、燃料電池や原子力発電所等の他の発
電設備、あるいは高炉やその他の工業用ボイラ等を他の
廃熱を伴う設備を採用することもある。この場合、それ
ら熱源から得られる排ガス等を温度着発電設（ｉ！４の
熱交換器例えば排ガスボイラ１５に導入して、動作流体
を蒸発させる。そして、圧縮ａ５によって得られる圧縮
空気は、全量が貯気槽８に蓄えられ、温度差発電設備４
のコンデンサ２６へ供給する深層海水の汲み上げの他、
海上都市のエアータービン発電機の駆動、深層海水の汚
臭への移動やばっ気による海洋汚染の清浄化等に使用さ
れる。

また、カスタービン発電設面２と圧縮空気海底貯蔵設備
１とは設備を共用せず、別個に設置しても良い。

以上のように構成された海洋・廃熱温度差発電システム
によると、夜間にあっては例えば原子力発電所等から送
電されてくる余剰電力を使用して発電１１．０を回転さ
せて圧縮機５を駆動し、圧縮空気を送気管７，１８を通
して海底の貯気槽８に蓄える。このとき圧縮空気の熱は
温度差発電設備４の動作流体によって冷却装置１７にお
いて冷却され、低温にして蓄えられる。一方、貯気槽８
内に圧縮空気が送り込まれるとこの圧力によって貯気槽
８内の深層海水が逆止弁２１を開けて排出され、送水管
１つを経て温度差発電設備４のコンデンサ２６に深層海
水を供給し、サイクル内を循環する動作流体を冷却し、
凝縮させる。したがって、温度差発電設備４では圧縮空
気の廃熱と深層海水との温度によって作動流体を蒸発・
凝縮させ、タービン２８を回転させて発電する。また、
日中にあっては、貯気槽８内に蓄えられた圧縮空気の大
部分はカスタービン発電設面に送気’！’１８．７を介
して供給され、ガスタービン６の燃焼用空気として使用
される。圧縮空気は再生器１４において加熱されてから
燃焼器１３に送られる。また、圧縮空気の一部は送気管
１８の分岐管２３を経て空気揚水ポンプ２４に供給され
、揚水管２２内に噴出されエアリフト効果によって揚水
管２２周辺の深層海水を汲み上げる。そして、温度差発
電設備４のコンデンサ２６に供給する。尚、ガスタービ
ン６の始動時には貯気槽８内に蓄えられた圧縮空気は使
用されず、ガスタービン６によって圧縮橘５を回転させ
てその圧縮空気をガスタービン６に供給する。そして、
ガスタービン６が定常運転に達した後、クラッチ１２を
切り圧ｍ機５を停止して貯気槽８内の圧縮空気を使用す
る。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明は、余剰電力を
蓄える圧縮空気海底貯蔵システムにおいて従来無駄に廃
棄されていた圧縮空気の熱又はその他のＭｌｊ−（ｉｔ
例えば火力発電所のガスタービンの廃熱と、圧縮空気に
よって汲み上げられる深層海水とを利用して温度差発電
を行うので、廃熱エネルギーを有効に回収でき経済的で
ある。しかも、本発明の海洋・廃熱温度差発電システム
は、廃熱と深層海水との間の温度差が大きいので発電効
率も高い。

また、本発明の海洋・廃熱温度差発電システムは、ポン
プを使わず圧縮空気の圧力を利用することによって、深
層海水を汲み上げているので、深層海水を汲み上げるた
めのポンプが不要であると共に発電電力のほとんどを供
給できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の海洋・廃熱温度差発電システムの原理
を示すサイクル線図である。 １・・・圧縮空気海底貯蔵設備、 ２・・・廃熱を伴う設備・ガスタービン発電設備、３・
・・取水装置、４・・・温度差発電設備。 特許出願人　　財団法人　電力中央研究所式　理　人　
　弁理士　村　瀬　　−美第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）余剰電力を圧縮空気に変換して海底の貯気槽に蓄
   える圧縮空気海底貯蔵設備と、廃熱を伴う設備と、前記
   貯気槽に貯蔵される圧縮空気を利用して深層海水を汲上
   げる取水装置と、余剰電力を変換した前記圧縮空気の熱
   又は廃熱を伴う設備の廃熱と前記圧縮空気によつて汲上
   げられた深層海水との間の温度差を利用して発電する温
   度差発電設備とから成ることを特徴とする海洋・廃熱温
   度差発電システム。
2. （２）前記深層海水は、圧縮空気を前記貯気槽に貯蔵す
   る際に前記貯気槽から排出される深層海水と、前記貯気
   槽に貯蔵された圧縮空気の一部を海中に噴出して得られ
   るエアリフト効果によって汲上げられる深層海水とを利
   用することを特徴とする請求項１記載の海洋・廃熱温度
   差発電システム。
3. （３）前記廃熱を伴う設備は発電用ガスタービンであり
   、圧縮機と発電機、発電機とガスタービンとを夫々クラ
   ッチを介して接続し、余剰電力を利用して前記電動機を
   回転させて前記圧縮機を駆動し、圧縮空気を前記貯気槽
   に貯蔵すると共にこの貯気槽に蓄えた圧縮空気を前記ガ
   スタービンに供給することを特徴とする請求項１又は２
   記載の海洋・廃熱温度差発電システム。