JPH0365032A

JPH0365032A - コージェネレーションシステム

Info

Publication number: JPH0365032A
Application number: JP19932189A
Authority: JP
Inventors: Yoji Uchiyama; 内山　洋司; Seigou Kadoyu; 角湯　正剛
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 1989-08-02
Filing date: 1989-08-02
Publication date: 1991-03-20

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）本発明は余剰電力を貯蔵し熱エネルギと電気エネルギと
して供給するコージェネレーションシステムに関する。

（従来の技術）最近、電力需要は昼間と夜間とでは大きく異なることか
ら、夜間の余剰電力を貯蔵する必要性が高まっている。

この電力貯蔵技術のひとつとして、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。この技術
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、この電力貯蔵技術は夜間の余剰電力を圧
縮空気に変えて貯蔵するので、貯蔵効率を上げるため圧
縮空気を冷却しなければならず、２５０〜３００°Ｃの
比較的高温の熱、即ち熱エネルギに変わった電力が無駄
に捨てられている。

本発明者は、電力供給と消費、更にその他の熱エネルギ
などの消費を地域的に限定して総合的に考えるとき、こ
れらを組合せて１つの電気・熱エネルギ供給システムを
構築することによって夜間の余剰電力の有効利用とエネ
ルギの効率的な有効利用を可能とすることを考えた。

即ち、本発明は、余剰電力をエネルギー形態を変えて蓄
えかつ必要に応じて電気エネルギとして取出せると共に
熱エネルギとしての利用を可能とするエネルギ供給シス
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）かかる目的を遠戚するため、本発明のコージェネレーシ
ョンシステムは、余剰電力を圧縮空気に変換する設備と
、前記圧縮空気を蓄える圧縮空気貯蔵設備と、前記貯蔵
圧縮空気を利用して駆動する膨張タービン発電設備と、
前記圧縮空気貯蔵設備において余剰電力を圧縮空気に変
換する際の圧縮熱を温熱エネルギを必要とする設備に温
熱源として供給する設備と、前記タービン発電設備での
圧縮空気の断熱膨張時の冷熱を冷熱エネルギを必要とす
る設備に冷熱源として供給する設備とから構成されてい
る。

（作用）したがって、夜間などの余剰電力を利用して圧縮空気貯
蔵設備を駆動することによって圧縮空気を作り、余剰電
力として圧縮空気を貯蔵する。そして、この圧縮空気を
必要に応じて膨張タービンに使用することによって再び
電気エネルギとして取出す。

また、余剰電力を圧縮空気に変える際の圧縮熱を温熱エ
ネルギを必要とする設備に温熱源として供給する。また
、圧縮空気を使用して発電する際の断熱膨張に必要な熱
を冷熱エネルギを必要とする設備の冷熱源として利用す
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図に本発明のコージェネレーションシステムの原理
をシステム線図で示す、このコージェネレーションシス
テムは、余剰電力を圧縮空気に変換する設ｆ１１と、こ
の圧縮空気を蓄える圧縮空気貯蔵設備２と、貯蔵された
圧縮空気を利用して発電するタービン発電設備３と、余
剰電力を圧縮空気に変換する際に発生する前記圧縮熱を
温熱エネルギを必要とする設備に温熱源として供給する
設（ｉ！４と、前記タービン発電設備３での圧縮空気の
断熱膨張時の冷熱を冷熱エネルギを必要とする設備に冷
熱源として供給する設備５とから構成されている。

本実施例の場合、タービン発電設備３と圧縮空気貯蔵設
備１とを一部共用し、タービン発電設備３の発電機７を
圧縮空気貯蔵設備１のモータとして使用可能としている
。即ち、タービン８と発電機７、発電Ｒ７と圧縮６１６
とは夫々クラッチ９゜１０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タービン８側のクラッ
チ１０を切り、発電機７をモータにして圧縮機６を回転
させ、始動時にはタービン８と発電機７と圧縮機６とを
連結してタービン８の回転によって圧縮１１６を回転さ
せ、定格運転時には圧縮機５側のクラッチ９を切って圧
縮空気貯蔵設備２のタンク１１から供給される圧縮空気
によってタービン８を駆動する。

余剰電力を圧縮空気に変換する設ａ１は、例えば数段の
圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・から成る。

圧縮機の段数は必要に応じて適宜決定されるが、本実施
例の場合、３段の圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃから成り、各
段の出口側に圧縮熱を冷却すると共に温熱エネルギを必
要とする設備の温熱源として使用する温熱源設備４ａ、
４ｂ、４ｃが夫々設けられている。したがって、各圧縮
機６ａ、６ｂ。

６ｃから吐出された圧縮空気は温熱源設備４ａ。

４ｂ、４ｃにおいて温熱エネルギを必要とする設備との
間で熱交換して冷却され、最終的には貯蔵に便利な低温
の高圧空気として貯蔵される。

温熱源設備４としては、本実施例の場合、温熱エネルギ
を必要とする設備との間で作動媒体を循環させる冷却装
置が採用されている。また、作動媒体を使用しない場合
には、温熱使用設備で使用される被加熱流体を直接循環
させ、圧縮空気と熱交換させても良い。

圧縮空気貯蔵設備２は、夜間の余４？１Ｊ電力によって
つくられた圧縮空気を貯蔵し、電力需要ピーク時等にそ
れを利用しようとするもので、高圧の空気を安全に貯蔵
するに好適な容器例えば高圧タンク、岩盤層などに形成
された地下空洞、海底タンクなどが挙げられ、本発明の
コージェネレーションシステムの適用地に応じて適宜選
択される０例えば、本発明の実肱が最も好適と考える都
市地域における集中電力・熱エネルギ供給システムによ
ると、電カケープルなどを敷設する共同溝１２などに埋
設される円筒形状の高圧タンク１１が好ましく、該タン
ク８と圧縮空気貯蔵設備１並びにタービン発電設備３と
を配管１３と１４で各々接続している。配管１３．１４
の分岐部分には仕切弁１５．１６が設置され、該仕切弁
１５．１６の操作によって圧縮空気貯蔵設備１において
余剰電力を変換した圧縮空気をタービン発電設ｍ３に直
接供給したり、タンク１１に貯蔵したり、タンク１１か
ら貯蔵した圧縮空気を供給するようにしている。尚、圧
縮空気の流れの方向を切換える仕切弁１５．１６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
。

タービン発電設備３としては、発電機７に接続された数
段、例えば本実施例の場合４段のタービン８ａ、８ｂ、
８ｃ、８ｄかぢ成り、順次圧縮空気を膨張させて発電機
７を回転させる回転力を得るようにしている。

また、タービン設備は圧縮空気を燃料を使用して燃焼さ
せ燃焼ガスとして利用するガスタービンでも、圧縮空気
をそのまま使用するエアタービンでもいずれでも良い、
各タービン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの出口には断熱膨張
後の圧縮空気に熱を与えると共に冷熱エネルギを必要と
する設備の冷熱源として使用する冷熱源設備５ａ、５ｂ
、５ｃ。

５ｄが夫々設けられている。したがって、各タービン８
ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄから吐出された圧縮空気は温熱渡
設（ｌｆ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄにおいて冷熱エネルギ
を必要とする設備との間で熱交換して受熱し、換言すれ
ば冷熱源として使用される。

また、冷熱渡設ｍ５としては、本実施例の場合、冷熱エ
ネルギを必要とする設備側との間で作動媒体を循環させ
る冷凍サイクルの蒸発器と熱交換を行う密閉冷凍サイク
ルの凝縮器が採用されている。

この設備５は、循環する冷媒によって各段のタービン出
口の圧縮空気と熱の授受を行ない、冷媒を冷却している
。

尚、温熱エネルギを必要とする設備２０としては、温水
や温風を必要とする食品加工施設、温水プール、浴場、
温室、地域暖房設備等が上げられる。また、冷熱エネル
ギを必要とする設（ｉ！２１としては、冷凍庫、冷蔵庫
、空調設備等が挙げられる。！した、圧縮空気貯蔵設備
２のタンク内にも熱交換器を設け、前述の冷媒を循環さ
せて貯蔵・圧縮空気の熱を奪うように設けることもある
。この冷熱源設備は、冷媒を使用した冷凍サイクルとし
ているが、冷媒を使わない冷凍、冷蔵サイクルとするこ
とも可能である。

以上のように構成された余剰電力を利用したコージェネ
レーションシステムによると、余剰電力発生時例えば夜
間に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ＷＡ７を回転させて圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃを
駆動し、余剰電力を圧縮空気に変換してタンク１１に貯
蔵する。このとき、各段の圧縮機を出た圧縮空気は温熱
源４たるクーラ４ａ、４ｂ、４ｃにおいて温熱エネルギ
を必要とする設備と繋った冷媒によって冷却され、即ち
温熱エネルギを上記設備に供給し、圧縮空気を貯蔵し易
い低温の高圧空気として蓄える。

また、日中にあっては、タンク１１に蓄えられた圧縮空
気がタービン発電設備に供給され、タービン６の作動空
気あるいは燃焼用空気として使用される。圧縮空気は各
タービン８ａ、８ｂ、８ｃ。

８ｄにおいてＳ張され、そのエネルギを発電に使用する
。このとき、各タービンでの断熱膨張のために加熱を必
要とするが、これを冷熱エネルギを必要とする設備との
間の熱の授受によって行なう。

即ち、冷熱エネルギを上記設備に供給する。

以上のように構成されたコージェネレーションシステム
によるエネルギ収支を第３図に示す、尚、このエネルギ
収支は、本発明のコージェネレーションシステムを卸売
市場に適用した場合を想定して計算されたものである。

該図に明らかなように、本発明の電気・熱供給システム
にｌＯＯの夜間の余剰電力エネルギを提供すると、その
エネルギの８０が上記・温熱などの熱エネルギとなって
温水プールや食品加工施設で消費され、２０は圧縮空気
となって蓄えられる。

そして、昼間、圧縮空気はタービンを回転させて、２０
の電気エネルギとして取り出され、照明や動力として使
用される。また、膨張時に熱エネルギが必要となるため
、これが冷熱源を必要とする設備からの受熱よってまか
なわれる。即ち、圧縮空気の断熱膨張に必要な熱を冷熱
源を必要とする設備から得ている。換言すれば、冷凍庫
の冷熱源として使用され、かつその後の冷熱はオフィス
等における空調用冷風としてそのまま使用されあるいは
空調用冷熱源として熱交換して使用される。依って、環
境を汚染しない。

これと同じエネルギ消費を従来のエネルギ供給システム
によって賄うと、温熱源としてのボイラを焚くために９
５の石油やガスエネルギを消費し、照明・動力・冷凍庫
・事務所等の電気機器を駆動させるために４５の電気エ
ネルギを消費し、合せて１４０のエネルギ（本発明コー
ジェネレーションシステムの約１．４倍）を必要とする
。しかも、ボイラを焚くために排ガス・排熱を伴うし、
冷凍機等からも熱が排出され、環境汚染を伴う。

（発明の効果）以上の説明より明らかなように、本発明のコージェネレ
ーションシステムは、余剰電力を利用して圧縮空気を作
って貯蔵すると共にその際の圧縮熱を温熱エネルギを必
要とする設備に温熱源として供給する一方、貯蔵された
圧縮空気を必要に応じて膨張タービンに使用することに
よって再び電気エネルギとして取出すと共にその発電の
際の断熱膨張に必要な熱を冷熱エネルギを必要とする設
備の冷熱源として利用するようにしたので、深夜電力を
利用した負荷標準化が遠戚されるし、従来無駄に廃棄さ
れていた圧縮空気の熱エネルギを有効に回収でき経済的
であるともに断熱膨頭時の冷熱エネルギを有効に使用で
きる。

また、本発明の余剰電力を利用したコージェネレーショ
ンシステムによると、発電した電力を圧縮空気を得るた
めの所内動力として使用することがなく発電電力のほと
んどを供給できるので、発電能力の小さな発電システム
でも従来と同様の電力需要を賄うことができる。依って
限られた地域での電力供給であれば、エアタービンのよ
うな排ガスを伴わないクリーンな設備の使用が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の余剰電力を利用したコージェネレーシ
ョンシステムの原理を示すサイクル線図、第２図は同コ
ージェネレーションシステムの具体例の一例を示すブロ
ック図、第３図は本発明のコージェネレーションシステ
ムのエネルギ収支を従来のエネルギ供給方式と比較して
示す説明図である。１・・・圧縮空気貯蔵設備、２・・・圧縮空気貯蔵設備、３・・・タービン発電設備、４・・・温熱源設備、５・・・冷熱源設備。

Claims

【特許請求の範囲】

余剰電力を圧縮空気に変換する設備と、前記圧縮空気を
蓄える圧縮空気貯蔵設備と、前記貯蔵圧縮空気を利用し
て駆動する膨張タービン発電設備と、前記圧縮空気変換
設備において余剰電力を圧縮空気に変換する際の圧縮熱
を温熱エネルギを必要とする設備に温熱源として供給す
る設備と、前記タービン発電設備での圧縮空気の断熱膨
張時の冷熱を冷熱エネルギを必要とする設備に冷熱源と
して供給する設備とから成ることを特徴とするコージェ
ネレーションシステム。