JPH06146920A - 定圧空気貯蔵ガスタービン発電設備 - Google Patents

定圧空気貯蔵ガスタービン発電設備

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JPH06146920A
JPH06146920A JP30517392A JP30517392A JPH06146920A JP H06146920 A JPH06146920 A JP H06146920A JP 30517392 A JP30517392 A JP 30517392A JP 30517392 A JP30517392 A JP 30517392A JP H06146920 A JPH06146920 A JP H06146920A
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JP
Japan
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air
compressor
turbine
air storage
underground
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP30517392A
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English (en)
Inventor
Goro Taguchi
悟郎 田口
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 常に最大出力が出せると共に、地表に貯水池
造成の必要がなく、さらに、運転稼働率の高い定常空気
貯蔵ガスタービン発電設備を提供する。 【構成】 地下空気貯槽18と海洋とを連通させると共
に、圧縮機を流量可変静翼付軸流空気圧縮機5と流量可
変入口ベーン付遠心空気圧縮機11より構成し、更に、
流量可変静翼付軸流空気圧縮機5と流量可変入口ベーン
付遠心空気圧縮機11とタービンとモーター発電機1と
の各軸を歯車機構3内の歯車によって相互に連結させ
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力貯蔵設備の一つで
ある空気貯蔵ガスタービン発電設備に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】夜間電力を利用して空気圧縮機を運転
し、得られた圧縮空気を地下空気貯槽に蓄え、昼間は、
この地下空気貯槽内に蓄えた圧縮空気を使用してタービ
ンを廻わして発電する設備がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この空気貯
蔵ガスタービン発電設備は、地下貯蔵空気の圧力がター
ビンの使用経過とともに次第に圧力低下し、その結果、
タービン出力が徐々に低下する。この対策として地下空
気貯槽に水を入れて圧縮空気圧を一定に保持する考えが
ある。しかし、例えば、7万kwの発電設備では、地下空
気貯槽は、約30万m3の容積を必要とする。これを清
水でまかなうとすると、地表にも30万m3 の貯水池が
必要となる。
【0004】もう一つの課題は、モーター発電機の両端
軸にクラッチが装備されていることである。大型回転機
械のクラッチの嵌脱は、運転時間の無駄になり、一旦、
停止した回転機械を再スタートし、定常状態にするまで
には、例えば、12万kwクラスの発電所で約50分を要
する。本発明は、かかる問題を克服するためになされた
ものであり、その目的は、常に最大出力が出せると共
に、地表に貯水池造成の必要がなく、さらに、運転稼働
率の高い定常空気貯蔵ガスタービン発電設備を提供する
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成できる本
発明の定圧空気貯蔵ガスタービン発電設備は、圧縮機
と、該圧縮機によって圧縮した圧縮空気を貯蔵する地下
空気貯槽と、該地下空気貯槽の圧縮空気を用いて燃料を
燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生じた高温高圧の燃焼
ガスを導入するタービンと、夜間電力を使って前記圧縮
機を作動させる一方、前記タービンによる作動時に発電
するモーター発電機とからなる空気貯蔵ガスタービン発
電設備において、前記地下空気貯槽と海洋とを連通させ
ると共に、前記圧縮機を、流量可変静翼付軸流空気圧縮
機と流量可変入口ベーン付遠心空気圧縮機より構成し、
さらに流量可変静翼付軸流空気圧縮機と流量可変入口ベ
ーン付遠心空気圧縮機とタービンとモーター発電機との
各軸を歯車機構内の歯車によって相互に連結させたこと
を特徴とするものである。
【0006】このように地下空気貯槽を海洋とを連通さ
せると共に、空気圧縮機を、流量可変静翼付軸流空気圧
縮機と流量可変入口ベーン付遠心空気圧縮機とにより構
成し、さらに、流量可変静翼付軸流空気圧縮機と流量可
変入口ベーン付遠心空気圧縮機とタービンとモーター発
電機のとの各軸を歯車機構内の歯車によって相互に連結
させたことにより、常に最大出力が出せると共に、地表
に貯水池造成の必要がなく、更に、高い運転稼働率を保
持できる。
【0007】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例を説明す
る。図1に示すように、地下空気貯槽18の底部には海
水24を海水通路23を通じて導入する。導入された海
水24'の上層部には清水20を漲り込む。清水20は海
水よりも比重が小さいため、水面上部に滞留する。さら
に、この清水表面にはシート状の浮揚体21を浮かべて
おく。この浮揚体21を浮かべておくことによって貯蔵
空気の大部分を水と接することなく、また、海水ミスト
を混入させることなくタービン33に送り込むことがで
きる。
【0008】地下空気貯槽18に圧縮空気を送り込むと
貯槽内の海水24'は、海水通路23を通じて海にはき出
され、圧縮空気を使用すれば海水24が地下空気貯槽1
8に流入して、浮揚体21は上昇し地下空気貯槽18の
空気圧は地下空気貯槽18の水表面から地上の海水面ま
での水頭Hを一致して地下空気貯槽18内の圧力はほぼ
一定の圧力を示す。
【0009】なお、この地下空気貯槽18の貯蔵空気圧
力を13kg/cm2g 程度にするには、海面下130M程
度の大深度地下に設ける必要がある。次に、本発明の発
電設備を構成する機械装置について説明する。夜間電力
の貯蔵媒体である空気は、入口空気管7を通じて風量可
変静翼付空気圧縮機5に吸引され、圧縮空気となって出
口空気管8からはき出される。この空気圧縮機5は、風
量可変静翼機構6を装備しており、空気流量を定格風量
100%から30%まで絞り込むことが出来るようにな
っている。
【0010】ところで、軸流圧縮機の圧力流量特性は、
図2に示すごとくなっている。図2において、横軸に圧
縮機の風量、縦軸に圧縮機の吐出圧力を示すと、定格点
風量QにおいてP1 の圧力を出している軸流圧縮機の作
動点Aは静翼操作によって風量を0.3Qまで下げた場
合、吐出圧力はP2 まで低下する性質を持っていること
を示している。
【0011】従って、定圧空気貯蔵ガスタービン発電設
備では、空気圧縮機が軸流形のみである場合は、風量を
絞り込んだ場合の空気圧縮機吐出圧力は定格時より低下
し、一定圧力である地下空気貯槽に送り込むことが出来
なくなり、圧縮空気は別途利用を考慮するか大気放出の
必要がある。この軸流圧縮機の特性を補正するために本
発明において、風量可変静翼付軸流空気圧縮機5の吐出
管8を出た空気は空気冷却器9を通過し、次に、空気管
10を通って風量可変入口ベーン付遠心空気圧縮機11
に吸引されるようにしている。なお、遠心圧縮機の特性
は図3に示すごとくである。
【0012】図3において、定格風量Qのとき圧縮機の
圧力比 (出口圧力/入口圧力) はπ 1 を示し、風量可変
入口ベーン機構を操作し風量を絞り込んで風量0.3Q
まで下げた場合の圧縮機の圧力比はπ2 に上昇する。こ
のように遠心圧縮機では風量を入口ベーン機構で絞ると
圧力が上昇する特性を持っている。ここで、本発明のご
とく、風量可変静翼付軸流空気圧縮機の後流側に風量可
変入口ベーン付遠心空気圧縮機を装備したときの流量圧
力特性は、図2と図3を加算した図4のごとくになる。
【0013】即ち、図4において定格風量Qのとき風量
可変静翼付軸流空気圧縮機5の吐出圧力はP1 となり、
風量可変入口ベーン付遠心空気圧縮機11ではπ11
だけ圧力が上昇する。従って、地下空気貯槽に送られる
空気はP1 +π11 =Pまで圧力上昇される。次に、
前記軸流空気圧縮機5の風量可変静翼機構6と前記遠心
空気圧縮機11の風量可変入口ベーン機構12を操作し
て、風量を0.3Qにしたとき、前記軸流空気圧縮機5
の吐出圧力はP2 となり、前記遠心空気圧縮機はπ2
2 だけ圧力を上昇させる。即ち、地下空気貯槽18に送
り込む空気圧力はP2 +π22 =Pとなる。
【0014】即ち、風量100%〜30%の間で風量の
多少に関係なく地下空気貯槽へ送り込む空気圧力はPと
して一定にすることができる。このようにして、風量可
変入口ベーン付遠心圧縮機11の吐出管14よりはき出
された空気は、空気冷却器15を通り、次に空気流通路
16を通って地下空気貯槽18に至る。
【0015】次に、蓄圧された空気は、空気流通路25
を通って地下空気貯槽18から取り出され、流量制御弁
26を通過して、タービン排熱回収熱交換器27に送ら
れる。ここで、空気は昇温され、燃焼器29に至る。燃
焼器29では燃料流量制御弁30を経てきた燃料がパイ
プ31を通じて供給され、ここで高温ガスが作られる。
燃焼器29で作られた高温ガスは、タービン33に至
り、圧力低下しながら膨張し、タービン排ガス管35を
通じて前記タービン排熱回収熱交換器27の加熱側通路
および排ガス管36を通って大気に放出される。
【0016】ここで、風量可変静翼付軸流空気圧縮機
5、風量可変入口ベーン付遠心空気圧縮機11、タービ
ン33、モーター発電機1のそれぞれの軸4、13、3
4、2は、歯車機構3に連結され、歯車機構内の歯車に
よってお互いに連結回転するようになっている。このよ
うにすることによって、夜間には、モーター発電機1の
電線37を通じて外部より電力を受け、モーター発電機
1はモーターとして作用し、風量可変静翼付軸流空気圧
縮機5と風量可変入口ベーン付遠心空気圧縮機11を廻
す。この時各圧縮機は定格風量か流れるよう風量可変静
翼機構6及び風量可変入口ベーン機構12を操作し、圧
縮空気を地下空気貯槽18に蓄える。この時地下空気貯
槽18の圧縮空気は、空気流量制御弁26の操作により
定格流量の10%程度を流出せしめ、タービン33を廻
す。タービン33が発する動力は軸34を通じて、歯車
機構3に伝達される。風量可変静翼付軸流空気圧縮機5
と風量可変入口ベーン付遠心空気圧縮機11の合計動力
とタービン33が発生する動力の差がモーター発電機1
がモーターとして出力する動力に一致する。このように
して夜間の間に圧縮空気は地下空気貯槽18に貯蔵され
る。
【0017】次に、昼間には、風量可変静翼付軸流空気
圧縮機5及び風量可変入口ベーン付遠心空気圧縮機11
は風量を定格の約30%まで絞り込む。一方、タービン
33の方は空気流量制御弁26を開いて定格の出力を出
す。ここでタービン33の出力と前記各空気圧縮機消費
動の差が歯車機構3から軸2を通じてモーター発電機1
に伝えられ、モーター発電機は発電機として作用して電
力を電線37を通じて外部へ送りだすことになる。
【0018】以上のような過程が毎日繰り返されること
によって、夜間の電力を圧縮空気として貯蔵し、昼間は
貯蔵した圧縮空気を利用して発電することができる。本
発明によれば、タービン、空気圧縮機、モーター発電機
は回転を停止することなく、連続的に定格回転数で廻す
ことが出来、迅速な送受電の切替えクラッチ不要の高信
頼性の軸系、タービンの長寿命、さらに海水圧を利用す
ることによる発電所設置の制約減少など多くの利点を有
する電力貯蔵設備が可能となる。
【0019】なお、空気圧縮機の風量調整は最小30%
までに限ることなく詳細な設計によって変わることとな
る。また遠心圧縮機は本発明では1台となっているが、
複数台以上設置がなされる場合もある。また、清水の代
りに軽油等、海水より比重の軽いものを用いてもよい。
【0020】
【発明の効果】上記のように、本発明によれば、以下の
ような有用な効果が得られる。 1) タービン出力は常に最大出力を出すことができる。 2) 発電所は海岸の近くに建設され、地表近くに貯水池
造成の必要がない。 3) 地下空洞の掘削余剰土は海岸の護岸、港湾建設に役
立つ。
【0021】4) 高圧力一定で空気圧縮機を運転できる
ので、昼間でも空気圧縮機を最少流量で運転し、また、
夜間は最少流量でタービンを運転し、タービン空気圧縮
機、モーター発電機の軸系間にはクラッチを装備せず
に、これら機械を全日連続運転を行うことができる。こ
のことにより回転機停止起動のための時間を、1日当り
30分〜50分減ずることができ、機械設備運転稼働率
が向上すると同時に回転機軸系設備が低コストとなる。 5) タービンにとって冷却加熱の繰り返しの温度差が小
さくなるので、タービンの高温部品の寿命が伸びる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る定圧空気貯蔵ガスタービン発電設
備の概略図である。
【図2】軸流圧縮機の圧力風量特性を示す図である。
【図3】遠心圧縮機の圧力風量特性を示す図である。
【図4】本発明に係る空気圧縮機の圧力風量特性を示す
図である。
【符号の説明】
1 モーター発電機 2,4,13,34
軸 3 歯車機構 5 流量可変静翼付軸
流空気圧縮機 11 流量可変入口ベーン付軸流空気圧縮機 18 地下空気貯槽
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F04D 19/02

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機と、該圧縮機によって圧縮した圧
    縮空気を貯蔵する地下空気貯槽と、該地下空気貯槽の圧
    縮空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で
    生じた高温高圧の燃焼ガスを導入するタービンと、夜間
    電力を使って前記圧縮機を作動させる一方、前記タービ
    ンによる作動時に発電するモーター発電機とからなる空
    気貯蔵ガスタービン発電設備において、前記地下空気貯
    槽と海洋とを連通させると共に、前記圧縮機を、流量可
    変静翼付軸流空気圧縮機と流量可変入口ベーン付遠心空
    気圧縮機より構成し、さらに流量可変静翼付軸流空気圧
    縮機と流量可変入口ベーン付遠心空気圧縮機とタービン
    とモーター発電機との各軸を歯車機構内の歯車によって
    相互に連結させたことを特徴とする定圧空気貯蔵ガスタ
    ービン発電設備。
JP30517392A 1992-11-16 1992-11-16 定圧空気貯蔵ガスタービン発電設備 Withdrawn JPH06146920A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8801332B2 (en) 2010-02-15 2014-08-12 Arothron Ltd. Underwater energy storage system and power station powered therewith
KR20200093311A (ko) * 2019-01-28 2020-08-05 한국지질자원연구원 수두차를 이용한 압축공기 생성장치

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