JPH0427716A - 圧縮酸素貯蔵発電プラント - Google Patents
圧縮酸素貯蔵発電プラントInfo
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- JPH0427716A JPH0427716A JP13167490A JP13167490A JPH0427716A JP H0427716 A JPH0427716 A JP H0427716A JP 13167490 A JP13167490 A JP 13167490A JP 13167490 A JP13167490 A JP 13167490A JP H0427716 A JPH0427716 A JP H0427716A
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Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
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。
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、圧縮酸素貯蔵発電プラントに関する。
従来の技術
文明の高度化、社会の発展に伴ない昼、夜間電力使用量
のギャップはますます増加する傾向にある。そのため、
発電プラントを効率的に運用する上で夜間余剰電力の利
用が大きな課題となっている。
のギャップはますます増加する傾向にある。そのため、
発電プラントを効率的に運用する上で夜間余剰電力の利
用が大きな課題となっている。
現在、その対策として採用されている方法の1つに圧縮
空気貯蔵発電(CAES)があり、第4図にその構成を
示す。
空気貯蔵発電(CAES)があり、第4図にその構成を
示す。
第4図において、夜間の低置な余剰電力を利用し、空気
圧縮機1をモータ/発電機2により回転し、圧縮空気を
製造してアフタークーラ3で常温近くに冷却した後、空
気貯蔵器4に蓄わえる。そして、今度は、昼間の電力需
要時(ピークあるいはミドル等)に、この圧縮空気を空
気予熱器5により排熱予熱を行った後、燃焼器6に導き
定圧燃焼し、発電用ガスタービン7によりモータ/発電
機2を回転し、電力を得る。
圧縮機1をモータ/発電機2により回転し、圧縮空気を
製造してアフタークーラ3で常温近くに冷却した後、空
気貯蔵器4に蓄わえる。そして、今度は、昼間の電力需
要時(ピークあるいはミドル等)に、この圧縮空気を空
気予熱器5により排熱予熱を行った後、燃焼器6に導き
定圧燃焼し、発電用ガスタービン7によりモータ/発電
機2を回転し、電力を得る。
発明か解決しようとする課題
しかしながら、以上述べた従来の構成にあっては、空気
貯蔵器4の容積が大きいため(略、10’m”/Mwe
)、建設コスト(固定費)か高額となり、それが開発上
の最大のネックとなっていた。また、設置面積か大きい
ため、設置場所か地価の安い遠隔地等に限定される。事
実、現在実用化されているプラントは、天然の岩塩層地
底空洞を利用した地域のみである。
貯蔵器4の容積が大きいため(略、10’m”/Mwe
)、建設コスト(固定費)か高額となり、それが開発上
の最大のネックとなっていた。また、設置面積か大きい
ため、設置場所か地価の安い遠隔地等に限定される。事
実、現在実用化されているプラントは、天然の岩塩層地
底空洞を利用した地域のみである。
本発明は、このような従来技術の課題を解決するために
なされたもので、建設コストの低減及び設置面積の減少
を図った圧縮酸素貯蔵発電プラントを提供することを目
的とする。
なされたもので、建設コストの低減及び設置面積の減少
を図った圧縮酸素貯蔵発電プラント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
上記の課題を解決するために、本発明は、空気中より酸
素を分離する空気分離装置と、この分離した酸素を圧縮
し貯蔵する酸素貯蔵装置と、この酸素貯蔵装置からの酸
素を酸化剤として炭素/水素モル比の小さな燃料を燃焼
させる燃焼器と、該燃焼器からのガスを作動ガスとする
密閉型膨張タービンと、該タービンからの排ガスを凝縮
してその一部の復水を前記燃焼器へ供給噴射させる復水
器とより、圧縮酸素貯蔵発電プラントを構成して成る。
素を分離する空気分離装置と、この分離した酸素を圧縮
し貯蔵する酸素貯蔵装置と、この酸素貯蔵装置からの酸
素を酸化剤として炭素/水素モル比の小さな燃料を燃焼
させる燃焼器と、該燃焼器からのガスを作動ガスとする
密閉型膨張タービンと、該タービンからの排ガスを凝縮
してその一部の復水を前記燃焼器へ供給噴射させる復水
器とより、圧縮酸素貯蔵発電プラントを構成して成る。
また、本発明によれば、前述した燃焼器に代えて、密閉
式往復動膨張エンジンを配置して成る。
式往復動膨張エンジンを配置して成る。
作用
空気は79Vo1%の窒素と21Vo1%の酸素で構成
されているので、空気中から酸素ガス成分のみを分離す
ることにより、酸素貯蔵装置容積は115に減少する。
されているので、空気中から酸素ガス成分のみを分離す
ることにより、酸素貯蔵装置容積は115に減少する。
本発明では、PSA等の空気分離装置が必要となるか、
空気貯蔵装置以外に圧縮機等も小容量化(115)され
るので、結果的には、建設コストのダウン並びに設置面
積の減少に繋がる。したがって、特に土地価格の高い都
市部における電力貯蔵用プラント等にも適する。
空気貯蔵装置以外に圧縮機等も小容量化(115)され
るので、結果的には、建設コストのダウン並びに設置面
積の減少に繋がる。したがって、特に土地価格の高い都
市部における電力貯蔵用プラント等にも適する。
また、生成した純酸素を用い、液化天然ガス(LNG)
やメタノール等のC/8モル比の小さい燃料を密閉型二
流体ガスタービンプラントで燃焼し、作動ガスを大気圧
以下まで仕事させることができる。したがって、サイク
ル効率の向上か図れ、運転費(変動費)の低下に繋がる
。
やメタノール等のC/8モル比の小さい燃料を密閉型二
流体ガスタービンプラントで燃焼し、作動ガスを大気圧
以下まで仕事させることができる。したがって、サイク
ル効率の向上か図れ、運転費(変動費)の低下に繋がる
。
加えて、復水器により炭素ガス(CO2)を分離するの
で、さらに、炭酸ガス貯蔵設備を設ければ、大気中への
CO2排出量の低減対策に繋がり、地球温暖化防止等無
公害化に貢献し得る。
で、さらに、炭酸ガス貯蔵設備を設ければ、大気中への
CO2排出量の低減対策に繋がり、地球温暖化防止等無
公害化に貢献し得る。
実施例
以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。
明する。
第1図は本発明に係る圧縮酸素貯蔵発電プラントの一実
施例を示す概略構成図である。
施例を示す概略構成図である。
第1図において、11は空気分離装置(PSA等)であ
り、空気中から酸素(02)を分離した後、酸素圧縮機
12により、その生成酸素ガスを圧縮しく例えば、15
0ata)、アフタークーラ13を経て常温状態の高圧
ガスどして酸素貯蔵ホルダ14に蓄わえるよう構成され
ている。
り、空気中から酸素(02)を分離した後、酸素圧縮機
12により、その生成酸素ガスを圧縮しく例えば、15
0ata)、アフタークーラ13を経て常温状態の高圧
ガスどして酸素貯蔵ホルダ14に蓄わえるよう構成され
ている。
そして、15は燃焼器であり、LNGやメタノール等を
燃料として、上述した純酸素を酸化剤として直接燃焼さ
せ、かつ水を噴射することにより燃焼器15か支障をき
たさない温度(1000〜1300℃)に調節する。な
お、この噴射水は、後述するように、復水器16で凝縮
させた蒸気の一部である。
燃料として、上述した純酸素を酸化剤として直接燃焼さ
せ、かつ水を噴射することにより燃焼器15か支障をき
たさない温度(1000〜1300℃)に調節する。な
お、この噴射水は、後述するように、復水器16で凝縮
させた蒸気の一部である。
このようにして形成された高エンタルピの作動ガスは、
水蒸気(H2O)と炭酸ガス(CO*)の2成分から成
る混合ガスであり、直接密閉型膨張タービン17に導入
されて仕事をし、発電機18により電力等に変換・利用
されるようになっている。
水蒸気(H2O)と炭酸ガス(CO*)の2成分から成
る混合ガスであり、直接密閉型膨張タービン17に導入
されて仕事をし、発電機18により電力等に変換・利用
されるようになっている。
また、前記タービン17の出口は復水器16に連結され
ている。該復水器16内では、H2020成凝縮し、C
O2成分がガス状のまま残る。そこで、真空ポンプ19
を用いて、C02成分をプラント系外へ排出し、高い真
空度(例えば、0.1 ata)を保つようにする。
ている。該復水器16内では、H2020成凝縮し、C
O2成分がガス状のまま残る。そこで、真空ポンプ19
を用いて、C02成分をプラント系外へ排出し、高い真
空度(例えば、0.1 ata)を保つようにする。
復水器16中の凝縮水の一部は、循環水ポンプ20によ
り燃焼器15に戻されて噴射され、残りの水はプラント
系外へ排出される。また、炭酸ガス(CO2)は、炭酸
ガス貯蔵器21に蓄わえられ、大気中への放出を防ぎ、
無公害化することも可能である。
り燃焼器15に戻されて噴射され、残りの水はプラント
系外へ排出される。また、炭酸ガス(CO2)は、炭酸
ガス貯蔵器21に蓄わえられ、大気中への放出を防ぎ、
無公害化することも可能である。
また、第2実施例として、第1図における燃焼器15の
代りに、LNGあるいはメタノール等の低C/Hモル比
燃料を、純02で燃焼させる密閉型往復動膨張エンジン
を使用する。
代りに、LNGあるいはメタノール等の低C/Hモル比
燃料を、純02で燃焼させる密閉型往復動膨張エンジン
を使用する。
この場合のサイクル状態を第2図のそり二線図(温度T
−比エントロビS)で表わす。往復動エンジンで燃焼し
たガス(mH*0+ ncO2)は、復水器16よりの
循環水の噴射により不都合の生じない作動ガス温度、圧
力(例えば、P taax= P、= 20Mpa、
T max” Ts = 2 、000℃)に調節され
る。すなわち、エンジン内で■−■−■−■−■(等圧
加熱沸騰、■−−■−■7等容加熱:■→■1等圧加熱
■−■)のように燃焼する。次に、シリンダ内での作動
ガスは、■−〇のように断熱膨張し、さらに排出ガスは
タービン17に送り込まれ、■→■まで断熱膨張する。
−比エントロビS)で表わす。往復動エンジンで燃焼し
たガス(mH*0+ ncO2)は、復水器16よりの
循環水の噴射により不都合の生じない作動ガス温度、圧
力(例えば、P taax= P、= 20Mpa、
T max” Ts = 2 、000℃)に調節され
る。すなわち、エンジン内で■−■−■−■−■(等圧
加熱沸騰、■−−■−■7等容加熱:■→■1等圧加熱
■−■)のように燃焼する。次に、シリンダ内での作動
ガスは、■−〇のように断熱膨張し、さらに排出ガスは
タービン17に送り込まれ、■→■まで断熱膨張する。
したがって、両者を合計したエンタルピ熱落差■→■の
出力が動力として取り出される。
出力が動力として取り出される。
前述の第1実施例は密閉型ランキンサイクルであるため
、それは第2図中で、■→■→■→■→■−■−■−■
−■−■(2段再熱サイクル: Pmax=p、’ =
15Mpa、 Tmax=Ta’ =Ts=1200’
C)で表わされる。すなわち、第2実施例のプラントに
おいては、断続的なプロセスのため、高温作動ガスの使
用か可能な往復動エンジンと密閉型蒸気タービンとの複
合サイクルとすることにより、第1実施例の場合より、
第2図中の斜線領域で示す■−■−■−■−■−■−■
の面積に相当する動力の増加が見込まれる。
、それは第2図中で、■→■→■→■→■−■−■−■
−■−■(2段再熱サイクル: Pmax=p、’ =
15Mpa、 Tmax=Ta’ =Ts=1200’
C)で表わされる。すなわち、第2実施例のプラントに
おいては、断続的なプロセスのため、高温作動ガスの使
用か可能な往復動エンジンと密閉型蒸気タービンとの複
合サイクルとすることにより、第1実施例の場合より、
第2図中の斜線領域で示す■−■−■−■−■−■−■
の面積に相当する動力の増加が見込まれる。
発明の効果
以上述べたように、圧縮ガス貯蔵発電プラントにおける
機器の設置容積はほぼ高圧ガス貯蔵容器の大きさによっ
て定まる。例えば、10Mweのプラントを作るには、
2000m ”X 15Qataの高圧容器が必要とな
る。一方、本発明の圧縮酸素貯蔵発電プラントの場合に
は、前者の約115に相当する400m ”X 150
ataの容器と空気分離装置(103N m ”O,/
hr級のPSA: 200m”)の容積を合計した60
0m ”の総占有容積となり、圧縮空気貯蔵発電方式の
約1/3に減少する。
機器の設置容積はほぼ高圧ガス貯蔵容器の大きさによっ
て定まる。例えば、10Mweのプラントを作るには、
2000m ”X 15Qataの高圧容器が必要とな
る。一方、本発明の圧縮酸素貯蔵発電プラントの場合に
は、前者の約115に相当する400m ”X 150
ataの容器と空気分離装置(103N m ”O,/
hr級のPSA: 200m”)の容積を合計した60
0m ”の総占有容積となり、圧縮空気貯蔵発電方式の
約1/3に減少する。
本発明は、熱交換器を使用しない直接燃焼によるランキ
ンサイクル二流体(H20/C02)タービンとするこ
とにより、高温・高圧(例えば、1200℃150at
a)の高いエンタルピを有する作動ガスを大気圧以下の
真空状態(例えば0.1 ata)まで膨張させ、熱落
差を賄ぐことかできる。
ンサイクル二流体(H20/C02)タービンとするこ
とにより、高温・高圧(例えば、1200℃150at
a)の高いエンタルピを有する作動ガスを大気圧以下の
真空状態(例えば0.1 ata)まで膨張させ、熱落
差を賄ぐことかできる。
しかも、LNGやメタノール等のC/Hモル比の小さい
燃料の採用及び水噴水によるガス温度の調節を行ってい
るため、作動ガスは、Hid/Co、モル比が10以上
の水蒸気主体の成分構成となっている。
燃料の採用及び水噴水によるガス温度の調節を行ってい
るため、作動ガスは、Hid/Co、モル比が10以上
の水蒸気主体の成分構成となっている。
したがって、プラント系外へのC0w排出に要する真空
ポンプの仕事は大気圧以下のHiOの膨張に帰するター
ビン仕事の増分の1/10以下となり、所謂、ランキン
サイクルに基づくサイクル効率の向上か可能となる。
ポンプの仕事は大気圧以下のHiOの膨張に帰するター
ビン仕事の増分の1/10以下となり、所謂、ランキン
サイクルに基づくサイクル効率の向上か可能となる。
一方、本発明プラントでは、酸素(0□)を製造する必
要がある。それ故、プラント全体のサイクル効率は、空
気分離装置(PSA等)の性能に大きく影響される。そ
の算定結果を第3図に示す。このグラフより圧縮空気貯
蔵発電方式(CAES)に較べ、本方式が有利であるこ
とは一目瞭然である。
要がある。それ故、プラント全体のサイクル効率は、空
気分離装置(PSA等)の性能に大きく影響される。そ
の算定結果を第3図に示す。このグラフより圧縮空気貯
蔵発電方式(CAES)に較べ、本方式が有利であるこ
とは一目瞭然である。
第1図は本発明に係る圧縮酸素貯蔵発電プラントの一実
施例を示す概略構成図、第2図は本発明の第1及び第2
実施例に係るモリエ線図、第3図は本発明と従来のサイ
クル熱効率を示す図、第4図は従来の圧縮空気貯蔵発電
プラントの概略構成図である。 11・・空気分離装置、12・・酸素圧縮機、13・・
アフタークーラ、14・・酸素貯蔵ホルダ、15・・燃
焼器、16・・復水器、17・・密閉型膨張タービン、
18・・発電機、19・・炭酸ガス排出用真空ポンプ、
20・・循環水ポンプ、21・・炭酸ガス貯蔵容器。
施例を示す概略構成図、第2図は本発明の第1及び第2
実施例に係るモリエ線図、第3図は本発明と従来のサイ
クル熱効率を示す図、第4図は従来の圧縮空気貯蔵発電
プラントの概略構成図である。 11・・空気分離装置、12・・酸素圧縮機、13・・
アフタークーラ、14・・酸素貯蔵ホルダ、15・・燃
焼器、16・・復水器、17・・密閉型膨張タービン、
18・・発電機、19・・炭酸ガス排出用真空ポンプ、
20・・循環水ポンプ、21・・炭酸ガス貯蔵容器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 空気中より酸素を分離する空気分離装置と、この分
離した酸素を圧縮し貯蔵する酸素貯蔵装置と、この酸素
貯蔵装置からの酸素を酸化剤として炭素/水素モル比の
小さな燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からのガス
を作動ガスとする密閉型膨張タービンと、該タービンか
らの排ガスを凝縮してその一部の復水を前記燃焼器へ供
給噴射させる復水器とより構成したことを特徴とする圧
縮酸素貯蔵発電プラント。 2 請求項1記載のプラントにおいて、前記燃焼器に代
えて、密閉式往復動膨張エンジンを配置したことを特徴
とする圧縮酸素貯蔵発電プラント。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13167490A JPH0427716A (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 圧縮酸素貯蔵発電プラント |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13167490A JPH0427716A (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 圧縮酸素貯蔵発電プラント |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0427716A true JPH0427716A (ja) | 1992-01-30 |
Family
ID=15063577
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13167490A Pending JPH0427716A (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 圧縮酸素貯蔵発電プラント |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0427716A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005240574A (ja) * | 2004-02-24 | 2005-09-08 | Toshiba Corp | 蒸気タービン発電プラント |
-
1990
- 1990-05-22 JP JP13167490A patent/JPH0427716A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005240574A (ja) * | 2004-02-24 | 2005-09-08 | Toshiba Corp | 蒸気タービン発電プラント |
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