JPH09149564A - 圧縮空気貯蔵システム - Google Patents

圧縮空気貯蔵システム

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JPH09149564A
JPH09149564A JP7322494A JP32249495A JPH09149564A JP H09149564 A JPH09149564 A JP H09149564A JP 7322494 A JP7322494 A JP 7322494A JP 32249495 A JP32249495 A JP 32249495A JP H09149564 A JPH09149564 A JP H09149564A
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JP
Japan
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compressed air
water
storage tank
air storage
shaft
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Pending
Application number
JP7322494A
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English (en)
Inventor
Yojiro Ikegawa
洋二郎 池川
Nobukazu Tanaka
伸和 田中
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Central Research Institute of Electric Power Industry
Original Assignee
Central Research Institute of Electric Power Industry
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】電力用エネルギーの貯蔵のための圧縮空気貯蔵
システムに関し、圧縮空気の置換水に作用する水圧低下
を抑制して、シャンペン現象によるブローアウトを防止
する。 【解決手段】ガスタービン発電により作られた圧縮空気
7を貯蔵する地下に設けられた圧縮空気貯槽11と、圧
縮空気貯槽11に圧縮空気7を送り、発電動作時に圧縮
空気7を取り出す通気管13と、圧縮空気貯槽11の近
傍に設けられた貯水池5と、貯水池5と圧縮空気貯槽1
1との間を接続し、圧縮空気7の貯蔵量の増減に応じ貯
水池5の貯水9を置換水8にて供給する通水立坑12と
を備えた圧縮空気貯蔵システムにおいて、一端が貯水池
5に連結され、他端が通水立坑12と圧縮空気貯槽11
との通水連結部Aに連結された第2の通水立坑14を設
けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力エネルギーを
圧縮空気として貯蔵する圧縮空気貯蔵(CAES: Com
pressed Air Energy Storage)システムに関し、特に定
圧式のCAESシステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ガスタービン発電においては、燃料を効
率よく燃焼させるために大量の圧縮空気を必要とし、発
電に使用する電気の2/3程度は圧縮空気を作るために
使われている。また、一般的な電力消費量は、昼間と夜
間とでは大幅な変動があるため、夜間の電力消費量の少
ないときに電力エネルギーを貯蔵しておくシステムが採
られ、或いは検討されている。そこでガスタービン発電
においては、夜間の電力で圧縮空気を作り圧縮空気貯槽
に貯蔵しておき、電力消費量の大きい昼間のガスタービ
ン発電に、貯蔵してある圧縮空気を使用して発電出力を
増加させるシステムの実用化が検討されている。このC
AESシステムには、貯蔵する圧縮空気に着目すると定
圧式と変圧式の2つの方式に分類される。定圧式は、貯
蔵空気の圧力が変化しないように空気体積の増減量を水
で置換し、常に一定圧力の圧縮空気を貯蔵する方式であ
る。また、変圧方式は水置換を行わず、貯槽の体積を一
定にして圧縮空気を貯蔵する方式である。本発明は、前
述した定圧式のCAESシステムに関するものである。
なお、定圧式はアメリカで、変圧式はドイツで検討され
た例が発表されている。
【0003】従来の定圧式CAESシステムの基本的構
成は、図3に鉛直断面図で示されているように、ガスタ
ービン発電所1の下方地中に圧縮空気貯槽2を設け、こ
の圧縮空気貯槽2とガスタービン発電所1との間には、
ガスタービン発電所1で作られる圧縮空気7を送った
り、取り出したりする通気管3が設けられ、この通気管
3のガスタービン発電所1側には圧縮空気の出入りを制
御するバルブ4が設けられている。また、ガスタービン
発電所1の近傍に貯水池5が設けられ、この貯水池5と
圧縮空気貯槽2の下方との間を通水立坑6で連結されて
おり、圧縮空気貯槽2の圧縮空気の貯蔵量の増減に基づ
き圧縮空気貯槽2内、又は通水立坑6内の置換水8は貯
水池5に排水されたり貯水9が給水され、圧縮空気7と
置換水8との接触面が圧縮空気貯槽2内で上下し、圧縮
空気は一定圧力に維持される。
【0004】なお、定圧式CAESシステムのガスター
ビン発電所の全体構成は、図4の模式図(想像図)に示
すように大規模である。即ち、圧縮空気貯槽2は地下数
百メートルに例えば30万m3 〜100万m3 の大容量
の空洞を建設し、この圧縮空気貯槽2には直径約数10
cm前後の通気管3と、直径約数m程度の通水立坑6とが
接続されている。なお、圧縮空気貯槽2は、その設置箇
所の地層が硬い地盤の場合は素堀でもよいが、軟らかい
地盤の場合は、鉄やコンクリート等で、例えば直径10
m〜20m程度、長さ200m〜300m程度の大きさ
の貯槽を、発電規模の大きさに応じて複数本連結して圧
縮空気貯槽2を構成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
定圧式CAESシステムにおいては、圧縮空気7の貯蔵
時に、圧縮空気貯槽2又は通水立坑6の置換水8が押し
出され、その置換水8が通水立坑6内を上昇すると、置
換水8は減圧され、置換水8に溶解している空気が発泡
する現象を生じ、置換水8の単位体積当りの密度減少が
生じる。この置換水8の圧力低下により発泡を起こす現
象をシャンペン現象と呼んでいる。従って、置換水8が
前述したように圧力低下による密度減少により、通水立
坑6から圧縮空気貯槽2に作用する圧力が小さくなるた
め、通水立坑6内の置換水8を貯水池5に押し出し、ブ
ローアウト(吹き出し)する危険性がある。本発明は、
圧縮空気貯槽2の置換水8に作用する水圧低下を抑制す
ることにより、シャンペン現象によるブローアウトを防
止するようにしたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の圧縮空気貯蔵シ
ステムは、ガスタービン発電時の燃焼に使われる圧縮空
気を貯蔵するための地下に設けられた圧縮空気貯槽と、
該圧縮空気貯槽に圧縮空気を送りかつ発電動作時に貯蔵
されている圧縮空気を取り出す通気管と、前記圧縮空気
貯槽の近傍に設けられた貯水池と、該貯水池と前記圧縮
空気貯槽との間を接続し、前記圧縮空気の貯蔵量の増減
に応じ前記貯水池の貯水を置換水として排水・給水する
通水立坑とを備えた圧縮空気貯蔵システムにおいて、一
端が前記貯水池に連結され、他端が前記通水立坑と前記
圧縮空気貯槽との通水連結部に連結された第2の通水立
坑を設け、圧縮空気貯蔵時に該第2の通水立坑から前記
通水連結部に貯水を供給し、前記圧縮空気の前記置換水
に作用する水圧低下を抑制して、シャンペン現象による
ブローアウトを防止するようにしたことを特徴とするも
のである。
【0007】
【発明の実施の形態】次に、本発明を図1に示した定圧
式CAESシステムの、一実施例の模式的鉛直断面図に
基づいて詳細に説明する。図1(a)において、11は
圧縮空気貯槽の一部分を示すもので、一端が貯水池5と
連結されている通水立坑12の他端と連結されている。
また電力消費量の少ない夜間時にガスタービン発電所1
で作成される圧縮空気7を貯蔵すると共に、電力消費量
の多い昼間時に、圧縮空気貯槽11からガスタービン発
電所1に圧縮空気を供給するための通気管13が、通水
立坑12を通って両者間を連通している。図1(b)は
この通水立坑12の水平断面図である。なお、通気管1
3は、このように通水立坑12を利用して設置するよう
にしてもよいし、図3に示した従来例のように別個に設
置しても構わない。また、通気管13のガスタービン発
電所1側には、従来例と同様に圧縮空気7の出入りを制
御するバルブ4が設けられている。
【0008】次に本発明が従来例と異なる基本構成は、
一端が貯水地5に連結され、他端が通水立坑12と圧縮
空気貯槽11との通水連結部Aに接続されている第2の
通水立坑14を設けたところである。この第2の通水立
坑14も通水立坑12と同程度の断面積を有するもので
ある。なお、圧縮空気貯槽11を構築する場合、構築資
材の搬入する立坑と、圧縮空気貯槽11を製作するため
に掘った土砂等の残滓を搬出する立坑の、2つの立坑を
設けるのが一般的であるため、この2つの立坑を利用し
て一方を通水立坑12とし、他方を第2の通水立坑14
として両者をU字管状に接続したものである。そして、
これにより第2の通水立坑14の作製コストを節約する
ことができる。
【0009】次に、第2の通水立坑14を設置したこと
による作用を説明する。ガスタービン発電所1からの圧
縮空気7が圧縮空気貯槽11に貯蔵され、その貯蔵量が
多くなるにつれ置換水8が通水立坑12を上昇するが、
圧力減少により置換水8に溶解している空気が発泡し、
U字管状に接続されている第2の通水立坑14内の貯水
9との間で圧力差が生じると、通水立坑12の置換水8
と第2の通水立坑14内の貯水9は、図1に矢印で示す
ように一方向への流れが生ずる。これにより圧縮空気貯
槽11からの置換水8と、貯水池5から第2の通水立坑
14を介して供給される貯水9とが通水連結部Aにおい
て混合され、空気の溶解濃度が小さくされることにな
る。従って、シャンペン現象による単位体積当りの気泡
量を少なくし、圧縮空気貯槽11に作用する圧力低下を
抑制し、ブローアウトの発生を抑制することができる。
【0010】なお、図1に通水立坑12と圧縮空気貯槽
11との通水連結部Aに、第2の通水立坑14の他端が
連結されている例が示されているが、この第2の通水立
坑14の他端が連結される通水連結部は図1に示した例
に限られるものではなく、図2(a)(b)(c)に示
すように、通水連結部であればいずれであってもよい。
ただし、その連結の高さ位置は、圧縮空気貯槽11の深
さと同程度かそれより深い位置であることが望ましい
が、圧縮空気貯槽11の深さよりも浅い位置であって
も、その位置に応じた効果は奏するものである。また、
第2の通水立坑14の貯水池との接続部には、流量調整
弁15が設けられているが、これは通水立坑12と圧縮
空気貯槽11との通水連結部Aに、第2の通水立坑から
貯水池5の貯水9を供給する際、その供給水量を調整す
るもので、圧縮空気貯槽11の圧縮空気貯蔵量の変化な
どにより、必要に応じて適宜調整するものである。ま
た、圧縮空気7の置換水8を供給する設備を貯水池5と
して記載したが、海水を海から導入して置換水とする設
備においても、本発明を適用し得ることは当然である。
【0011】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によりCAESシステムにおける、圧縮空気の貯蔵時に
おける置換水への圧縮空気の溶解濃度を小さくせしめ、
シャンペン現象を起因とするブローアウト(吹き出し)
の危険性を低下させることができたもので、CAESシ
ステムの圧縮空気貯槽のより安全な設計に資することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定圧式CAESシステムの一実施例を
示す模式的鉛直断面図である。
【図2】本発明における第2の通水立坑他端の通水連結
部との連結位置の例を示す模式的鉛直断面図である。
【図3】従来の定圧式CAESシステムの一例を示す模
式的断面図である。
【図4】従来の定圧式CAESシステムの一例を示す模
式図である。
【符号の説明】
1 ガスタービン発電所 2,11 圧縮空気貯槽 3,13 通気管 4 バルブ 5 貯水池 6,12 通水立坑 7 圧縮空気 8 置換水 9 貯水 14 第2の通水立坑 15 流量調整弁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービン発電時の燃焼に使われる圧
    縮空気を貯蔵するための地下に設けられた圧縮空気貯槽
    と、該圧縮空気貯槽に圧縮空気を送りかつ発電動作時に
    貯蔵されている圧縮空気を取り出す通気管と、前記圧縮
    空気貯槽の近傍に設けられた貯水池と、該貯水池と前記
    圧縮空気貯槽との間を接続し、前記圧縮空気の貯蔵量の
    増減に応じ前記貯水池の貯水を置換水として排水・給水
    する通水立坑とを備えた圧縮空気貯蔵システムにおい
    て、 一端が前記貯水池に連結され、他端が前記通水立坑と前
    記圧縮空気貯槽との通水連結部に連結された第2の通水
    立坑を設け、圧縮空気貯蔵時に該第2の通水立坑から前
    記通水連結部に貯水を供給し、前記圧縮空気の前記置換
    水に作用する水圧低下を抑制して、シャンペン現象によ
    るブローアウトを防止するようにしたことを特徴とする
    圧縮空気貯蔵システム。
  2. 【請求項2】 前記第2の通水立坑の貯水池との連結部
    に、給水用の流量調整弁が設けられた請求項1記載の圧
    縮空気貯蔵システム。
JP7322494A 1995-11-17 1995-11-17 圧縮空気貯蔵システム Pending JPH09149564A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011038131A3 (en) * 2009-09-23 2011-07-21 Brightearth Technologies, Inc. System for underwater compressed fluid energy storage and method of deploying same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011038131A3 (en) * 2009-09-23 2011-07-21 Brightearth Technologies, Inc. System for underwater compressed fluid energy storage and method of deploying same
US9139974B2 (en) 2009-09-23 2015-09-22 Bright Energy Storage Technologies, Llp Underwater compressed fluid energy storage system

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