JPH04127850A - 液体空気貯蔵発電システム - Google Patents

液体空気貯蔵発電システム

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JPH04127850A
JPH04127850A JP2249545A JP24954590A JPH04127850A JP H04127850 A JPH04127850 A JP H04127850A JP 2249545 A JP2249545 A JP 2249545A JP 24954590 A JP24954590 A JP 24954590A JP H04127850 A JPH04127850 A JP H04127850A
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turbine
liquid
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Yoji Uchiyama
内山　洋司
Shoichi Hirayama
平山　省一
Teiji Sato
佐藤　禎司
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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
発明は貯蔵エネルギーを利用して発電するシステムに関
する。
（従来の技術） 従来から、効率の良い発電システムとしては、ガスター
ビンと蒸気タービンとを組合せた複合発電システムが良
く知られている。この複合発電システムは、ガスタービ
ンから排出される高温の燃焼ガス（例えば５５０℃）を
更に蒸気タービンの熱源として利用することによって、
発電効率を上げようとしたものである。ガスタービンの
燃料としては、通常、海水等を利用してＬＮＧ　（液化
天然ガス）を気化し・たものが使用される。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この複合発電システムは、ガスタービン
システムと蒸気タービンシステムとを併投することから
、設備コストが高くなる間穎を有している。しかし、ガ
スタービンを駆動するため軸出力の一部をコンプレッサ
の駆動に使用しなければならす、発電機出力が低減する
。更に、ＬＮＧのガス化のために人員の冷熱エネルギー
が海水中等に無駄に廃棄されている。
本発明は、効率が良くかつ設備費が安価な発電システム
を提供することを第１の目的とする。更に本発明は、夜
間電力やオフビーク時の余剰電力を貯蔵して電力需要ピ
ーク時に使うことができる発電システムを提供すること
を第２の目的とする（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明の液体空気貯蔵発電
システムは、空気を冷却して液体化し、それを常圧で蓄
えると共に必要に応じてこの液体空気を加温して高圧空
気を取出し、該高圧空気を利用して発電用タービンを駆
動し発電するようにしている。
また、本発明の液体空気貯蔵発電システムにおいて、空
気の液体化はＬＮＧの冷熱を利用して空気を冷却し液体
化するようにしている。
また、本発明の液体空気貯蔵発電システムにおいて、圧
力容器内に空気を充填し、その容器内に非圧縮性液体を
注入して非圧縮性液体の液面の上昇によって前記空気を
圧縮する等温圧縮機を利用して空気を高圧化し、それを
膨張させることによって空気を冷却するようにしている
。
また、本発明の液体空気貯蔵発電システムにおいて、貯
蔵した液体空気を加温して高圧空気に変換する際の冷熱
を利用して冷熱発電システムを駆動するようにしている
。
（作用） したがって、空気は液化されてその体積を１／１０００
に収縮させてから低温、常圧で蓄えられる。また、液体
空気は、必要に応じて冷媒や常温程度の流体、例えば水
を利用して加温することによって容易に高圧化される。
そして、この高圧空気を用いて発電用タービンを駆動す
る。タービンの駆動は、例えば膨張タービンによる高圧
空気の膨張によって、あるいは高圧空気をガスタービン
の燃焼用空気としてガスタービン燃焼器で燃焼させてガ
スタービンを駆動する高圧・高温の燃焼ガスを得ること
によって行なわれる。
（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図に本発明の発電システムの一実施例を示す、この
発電システムは、大気中の空気を液化する液化設ａｉと
、液化空気を貯蔵する液体空気貯蔵用タンク２と、液体
空気の冷熱を利用して発電する冷熱発電システム３と、
液体空気を高圧の気体に戻しその圧力を利用してタービ
ンを駆動する１発電設［！４及び発電１１１５とから主
に成る。
液化設備１は、大気中から取込まれる空気の水分を除去
する吸着塔１０と、ＬＮＧの冷熱を利用して空気を冷却
する第１の熱交換器１１と、冷却空気を圧縮し高圧にす
る圧縮機１２と、低温のまま高圧に圧縮された空気を高
圧のまま更に冷却する第２熱交換器１３と、第２熱交換
器１３で冷却された高圧空気を更にＬＮＧの冷熱を利用
して冷却する第３熱交換器１４と、液体にならなかった
低温空気を利用して冷却する第４熱交換器１５と、膨張
弁１６と、自由膨張させるためのタンク１７とから成る
。また、タンク１７と第４熱交換器１５と第３熱交換器
１４とはそれぞれリターンパス配管１８，１９．２０に
よって＃、枕され、自由膨張によっても液化できない空
気を夫々前工程に戻して冷熱を回収しながら再度液化処
理を施すため、圧縮機１２の上流側に還流させるように
設けられている。
吸着塔１０は、空気の液化によって含有する水分が凝固
して配管等を閉塞することを防止するため、空気中から
水分を除去するためのものである。
吸着塔１０は、同じ構成の吸着器１０ａ、１０ｂを２基
並列接続し、一方で吸着している間に他方で再生処理を
行なうように設けられている。
また、第１熱交換器１１においては、ＬＮＧと空気とは
冷媒を介して熱交換を行なう、液体空気貯蔵タンク２と
しては、特別な構造や材質のものは必要なく、周知の液
体空気用タンクを使用できる。
冷熱発電システム３は、液体空気貯蔵用タンク２から定
量ポンプ２１によって取り出された液体空気の冷熱を利
用して作動媒体の凝縮を行なうものである。この冷熱発
電システム３は、ｌ！縮雑器３１、循環ポンプ３２と、
膨張タービン３４と、蒸発器３３とから構成される密閉
サイクルで、液体空気の冷熱を利用してタービン３４で
膨張後の作動媒体を凝縮させ、これを蒸発器３３で水と
熱交換させて蒸発／昇圧してから再び膨張タービン３４
で膨張させ、発電するようにしている。
主弁電設［４は、液体空気を加温して高圧空気に変換さ
せる加圧器４１と、得られた高圧空気を貯留しタービン
側の需要に応じて安定供給可能とするアキュムレータ４
６と、高圧にされた空気の圧力を利用する膨張タービン
４２と、膨張後の空気を更に加熱して昇圧する再生器４
３と、供給燃料と再生された空気で燃焼ガスを得るコン
パスタ−４４と、その燃焼ガスによって回転するガスタ
ービン４５とから構成されている。膨張タービン４２と
ガスタービン４５とは、同一出力軸上に配置され、ギア
機構５１を介して発電８１５に接続されている。尚、冷
熱発電システム３のタービン３４の出力軸もギア機構５
１を介して発電１ｆｉ５に接続されている。
以上のように構成された発電システムは次のようにして
作動する。
まず、大気中から取込まれた空気は吸着塔１０で水分が
取除かれた後、第１熱交換器１１においてＬＮＧの冷熱
を利用して約−１５０℃程度に冷却される０次いで、圧
縮機１２において８０気圧程度の高圧に圧縮される。こ
の高圧冷却空気は、第２熱交換器１３において冷媒を用
いて冷却され、昇圧によって生じた熱を奪って約−１５
０℃程度に冷却される。更に、第３熱交換器１４におい
て、ＬＮＧの冷熱を利用して約−１６０℃程度に冷却さ
れる。この−１６０℃程度の高圧空気は、膨張弁１６に
おいて急速に膨張された後、タンク１７内で自由膨張し
、更に冷却されて一部が液化する。
液化した空気６はタンク１７の底部の抽出管２２を経て
液体空気貯蔵用タンク２に供給される。また、タンク１
７内で自由膨張した後の一１９０℃程度の空気の一部は
液化されずに気体の（ｔ、ｔであるので、これはリター
ンバス配管１８．１９．２０を介して再び第４熱交換器
１５、第３熱交換器１４を通って高圧空気と熱交換した
後、圧縮ｌ１１２の上流に還流され、再び液化処理され
る。液体空気６は、必要量が供給ポンプ２１によって取
り出された後、冷熱発電システム３の凝縮器３１におい
て作動媒体の１ｌｌｌｌ冷熱源として利用された後、加
圧器４１に送られて水によって加温され、高圧例えば１
５０〜２００気圧程度にまで昇圧される。
高圧空気となった空気は、膨張タービン４２に供給され
、膨張タービン４２を駆動する。その後、再生器４３に
おいてガスタービン４５の排熱を利用して加熱され、再
び高圧に昇圧された後、燃焼器４４に供給される。そし
て、供給燃料例えば、天然ガスを燃焼させて高温高圧の
燃焼ガスを得、ガスタービン４５を回転させる。膨張タ
ービン４２、ガスタービン４５の軸出力はそのまま発電
機５の出力に変換される。
以上のシステムについて、既存技術を基に発電出力、圧
縮機動力等を計算すると以下のようになる。
■ガスタービン出力（第１段ガスタービン圧力；１６０
気圧）：６３００　　ＫＷ ■冷熱発電出カニ２７０　　ＫＷ ■燃料消費量：６７０　　Ｋｇ／ｈ ■圧縮機動力（空気液化：デュアルプレッシャー方式）
：２３３０　　ＫＷ 上記のプラント出力結果から、発電効率は以下に示す式
で求めることができる。
発電効率＝（タービン出力子冷熱発電出力）／燃料消費
エネルギーＸ（１−圧ＳＵａ動力／（タービン出力子冷
熱発電出力）） ＝５３．０％ このように本発明による発電システムは、５０％以上の
高い発電効率を得ることが可能である。
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発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である０例えば、液
化膜（ｉｌｉｌにおける液化のための膨張は効率的にみ
れば断熱膨棲とすることが好ましい、この場合、設備コ
ストの増加を許容できれば動力回収ができ、冷熱効率は
向上することになる。
また、液化膜ｇａ１にＬＮＧ冷熱を利用できないような
環境においては、図示していないが、等温圧縮機の採用
が好ましい、この等温圧縮機は、例えば圧力容器内に空
入を充填し、その中に非圧縮性流体例えば水を注入し、
その液面の上昇によって空気を等温圧縮するものである
。この等温圧縮機を１段あるいは複数段経ることによっ
て得られる高圧空気を膨張弁で膨張させ空気を冷却し、
空気を液化する。この場合、ＬＮＧ冷熱を利用していな
いが、等温圧縮で動力が節減できるなめ、システムの発
電効率は３５〜４０％程度になることが予想される。し
７かし、この場合でも従来のガスタービン発電（効率３
０％以下）に比べれば効率は比較的良いことがわかる。
更に、本発明の発電システムは、夜間やオフピーク時の
余剰電力を利用して圧ＷＪ機と１５張弁を組合せた液化
設備を稼動させて空気を液化し、余剰電力エネルギーを
貯蔵することができる。この場合、電力需要ピーク時な
どに液体空気を取出すことによって、不足電力を補うこ
とができる。
（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明の発電システム
は、大気中の空気を液化して貯蔵し、これを必要に応じ
て気化させて高圧空気として取出し、発電用タービンの
駆動に利用するようにしているので、夜間やオフビーク
時の余剰電力を貯蔵して電力需要ピーク時に再び電力と
して取出すことができる。しかも、液体空気は圧縮空気
として貯蔵する場合に比べて、貯蔵体積を１１５０程度
に小さくできるし、常圧で貯蔵できるので、既存の低温
液体貯蔵タンク等の利用によってどこにでも極めて簡単
に貯蔵できる。
また、本発明において、空気の液化に際し、従来無駄に
廃棄されていた１、ＮＧの冷熱を利用する場合には、５
０％以上の発電効率を得ることができ、従来の複合発電
システムに対し遜色ないか、それ以上の効率を得ること
ができる。更に、本発明の利点は高効率に加えて液体空
気の製造がガスタービンの駆動と全く独立してできるこ
とである、このことは液体空気をＬ　Ｎ　Ｇの消費に合
せて製造し貯蔵しておけば、いつでもガスタービン発電
に必要な空気量を供給することができる。ガスタービン
発電は、かならずしもベース負荷に限らずピーク負荷用
に発電容量を大きくした発電も可能となる。そして、ど
の負荷帯へ供給する場合も、発電効率はほぼ一定で５０
％以上の高い効率が維持できる。
また、ＬＮＧ冷熱の利用に代えて等温圧１ａ機を空気の
気化に利用する場合でも、約３５〜４０％の発電効率が
得られることから、従来のガスタービン発電に比べて効
率が良い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の液体空気貯蔵発電システムの一例を示
す原理図である。 １・・・液化設備、 ２・・・液体空気貯蔵タンク ３・・・冷熱発電システム、 ４・・・主発電システム、 ５・・・発電機。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）空気を冷却して液体化し、それを常圧で蓄えると
    共に必要に応じてこの液体空気を加温して高圧空気を取
    り出し、該高圧空気を利用して発電用タービンを駆動し
    発電することを特徴とする液体空気貯蔵発電システム。
  2. （２）空気の液体化は、ＬＮＧの冷熱を利用して空気を
    冷却し液体化することを特徴とする請求項１記載の液体
    空気貯蔵発電システム。
  3. （３）圧力容器内に空気を充填し、その容器内に非圧縮
    性液体を注入して非圧縮性液体の液面の上昇によつて前
    記空気を圧縮する等温圧縮機を利用して空気を高圧化し
    、それを膨張させることによって空気を冷却することを
    特徴とする請求項１記載の液体空気貯蔵発電システム。
  4. （４）貯蔵した液体空気を加温して高圧空気に変換する
    際の冷熱を利用して冷熱発電システムを駆動することを
    特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体空
    気貯蔵発電システム。
JP2249545A 1990-09-19 1990-09-19 液体空気貯蔵発電システム Pending JPH04127850A (ja)

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