TW201828771A - 能量貯藏系統及變動電力安定利用系統 - Google Patents

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Abstract

能量貯藏系統，具備：從電力產生熱之發熱裝置、以及儲存用前述發熱裝置所產生的熱之蓄熱裝置；前述發熱裝置，具備：電動機，其係連接到電力系統，利用從前述電力系統所電力接收的剩餘電力而旋轉；以及發熱機，其係具有利用前述電動機而旋轉之旋轉部及利用電磁感應而發熱之發熱部，把前述電動機的旋轉力變換成熱。

Description

能量貯藏系統及變動電力安定利用系統
[0001] 本發明有關能量貯藏系統及變動電力安定利用系統。本申請案根據2017年1月24日申請的日本專利申請案也就是日本特願2017-010654號案，主張優先權。參閱記載在該日本專利申請之全部的記載內容並援用到本說明書。
[0002] 從資源問題或環境問題、安全性等的觀點，持續導入利用太陽光發電或風力發電等的可再生能源的發電。這種的發電係因天候或風況等而發電量變動，而且無法配合需求來調整發電量等，安定的電力供給是困難的。增加可再生能源的導入的話，因為產生發電量超過需求的剩餘電力，作為剩餘電力對策，經由貯藏剩餘電力到抽水發電或蓄電池等來維持供需平衡這一點是在實施或是檢討中。 　　[0003] 例如在專利文獻1或非專利文獻1，揭示有用電熱器把用風力發電發電出的電力變換成熱，把該熱蓄積在蓄熱裝置(例如岩石或碎石等)，配合需求利用該熱來發電。 　　[0004] 例如在專利文獻2～10，揭示有藉由電磁感應把風車的旋轉力變換成熱，把該熱變換成電力之所謂有關風力熱發電系統的技術。在專利文獻2～8，記載有連接到風車，並利用感應加熱把熱變換成旋轉力，並加熱熱媒之感應加熱裝置(發熱機)。在專利文獻9、10，記載有使連結到風車的旋轉軸之感應電動機(例如密封馬達)作為發熱機而作動，並產生熱之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0005] 　　[專利文獻1]日本特開2011-169171號專利公報 　　[專利文獻2]日本特開2011-102576號專利公報 　　[專利文獻3]日本特開2011-159595號專利公報 　　[專利文獻4]日本特開2011-216325號專利公報 　　[專利文獻5]日本特開2011-233488號專利公報 　　[專利文獻6]日本特開2012-195230號專利公報 　　[專利文獻7]日本特開2012-197796號專利公報 　　[專利文獻8]日本特開2012-256507號專利公報 　　[專利文獻9]日本特開2014-25410號專利公報 　　[專利文獻10]日本特開2015-46984號專利公報 [非專利文獻] 　　[0006] 　　[非專利文獻1]新能量新聞，2016年10月17日，第63號，p.7
有關本發明揭示的能量貯藏系統，具備：從電力產生熱之發熱裝置、以及儲存用前述發熱裝置所產生的熱之蓄熱裝置；前述發熱裝置，具備：電動機，其係連接到電力系統，利用從前述電力系統所電力接收的剩餘電力而旋轉；以及發熱機，其係具有利用前述電動機而旋轉之旋轉部及利用電磁感應而發熱之發熱部，把前述電動機的旋轉力變換成熱。
[0008] [本發明揭示欲解決的課題] 　　可以預想到可再生能源的導入在今後會逐漸增加。但是，太陽光發電或風力發電等之不安定的電源大量地與電力系統互連的話，不僅會產生隨輸出變動的剩餘電力，也會對電力系統產生頻率變動而對系統頻率的維持變得困難(頻率調整力不足)等，引起電力品質的下降，擔心會對電力系統的安定性有重大的影響。電力系統的頻率變大的話，看情況，也有連接到電力系統的發電機不同步，無法安定維持電力系統的情況。因此，從可再生能源的大量導入所伴隨的電力系統的效率化、安定化的觀點來看，是期望開發可以貯藏剩餘電力，具備頻率調整功能的能量貯藏系統。 　　[0009] 作為對剩餘電力的對策的其中1個，是實用化中的抽水發電。在抽水發電中，是有在利用剩餘電力以發電電動機驅動泵水輪機來汲取水之抽水時，可以進行頻率調整的可變速抽水發電。但是，抽水發電對場所條件有限制等，難以隨可再生能源的大量導入而增設。作為其他的對策，是檢討著把蓄電池併設到太陽光發電或風力發電等之不安定的電源，但是也多有導入成本高，蓄電池的壽命也短的等課題。 　　[0010] 而且，是有考慮到如專利文獻1或非專利文獻1記載般，例如，把用電熱器把風力發電的剩餘電力貯藏成熱並把該熱蓄積到蓄熱裝置之能量貯藏系統設置到電力系統。把這樣的電力作為熱而蓄積的能量貯藏系統，係與蓄電池比較，效率低劣，但導入成本低、長壽命等，經濟性優異。但是，上述能量貯藏系統可以是吸收剩餘電力者，但在電熱器方面，沒有頻率調整功能的緣故，對剩餘電力產生時的系統安定化沒有貢獻。 　　[0011] 本發明揭示的1個目的是，提供可以吸收電力系統的剩餘電力，並且，具備頻率調整功能之能量貯藏系統。 　　[0012] [本發明揭示的效果] 　　有關本發明揭示之能量貯藏系統，係可以吸收剩餘電力，並且，具備頻率調整功能。 　　[0013] [本發明的實施方式之說明] 　　最初，列舉說明本發明的實施樣態。 　　[0014] (1)有關本發明的其中一樣態之能量貯藏系統，具備：從電力產生熱之發熱裝置、以及儲存用前述發熱裝置所產生的熱之蓄熱裝置；前述發熱裝置，具備：電動機，其係連接到電力系統，利用從前述電力系統所電力接收的剩餘電力而旋轉；以及發熱機，其係具有利用前述電動機而旋轉之旋轉部及利用電磁感應而發熱之發熱部，把前述電動機的旋轉力變換成熱。 　　[0015] 上述能量貯藏系統中，發熱裝置把剩餘電力變換成熱。發熱裝置具有組合了電動機與發熱機之構成。以具備連接到電力系統的電動機的方式，可以實現頻率調整功能，對電力系統的安定化是有效的。連接到電力系統的電動機，係以旋轉的方式具有慣性力。為此，在因為太陽光發電或風力發電等之不安定的電源對電力系統產生頻率變動時，經由該慣性力所致之能量的出入而吸收頻率變動，可以做瞬時的頻率調整。更進一步，也可以期待無效電力的吸收的效果。而且，以具備把電動機的旋轉力變換成熱的發熱機的方式，可以吸收剩餘電力。上述能量貯藏系統，係以具備蓄積用發熱裝置來產生的熱之蓄熱裝置的方式，可以把剩餘電力作為熱來蓄積。 　　[0016] 因此，上述能量貯藏系統，係可以吸收剩餘電力，並且具備頻率調整功能，所以，對電力系統的安定化(電力品質的維持)發揮效果。 　　[0017] (2)作為上述能量貯藏系統的其中一樣態，舉例有前述電動機為同步電動機或是感應電動機，前述電動機的旋轉軸結合到前述發熱機。 　　[0018] 作為電動機，例如，舉例有同步電動機或是感應電動機等的交流電動機。經由電動機的旋轉軸結合到發熱機之構成，可以功能性地分離電動機與發熱機，發熱裝置的構成變得單純，變成容易控制。特別是，同步電動機對無效電力的吸收是有效果的。作為感應電動機，代表性舉例有三相感應電動機。 　　[0019] (3)作為上述能量貯藏系統的其中一樣態，舉例有前述電動機為感應電動機，前述電動機本身兼具前述發熱機。 　　[0020] 感應電動機可以作為發熱機而作動，電動機為感應電動機的情況下，電動機本身可以兼具發熱機。經此，可以小型化發熱裝置。 　　[0021] (4)作為上述能量貯藏系統的其中一樣態，舉例有前述感應電動機為繞線式感應電動機。 　　[0022] 感應電動機(三相感應電動機)方面，是有籠型感應電動機與繞線式感應電動機。電動機為繞線式感應電動機情況下，是可以提高瞬時頻率調整能力等，可以期待電力品質的提升。 　　[0023] (5)作為上述能量貯藏系統的其中一樣態，舉例有於前述電動機的旋轉軸上具備飛輪。 　　[0024] 以具備飛輪的方式，電動機的慣性力增加，瞬時頻率調整變得容易。 　　[0025] (6)作為上述能量貯藏系統的其中一樣態，舉例有前述發熱機的前述發熱部被固定著。 　　[0026] 以發熱機的發熱部被固定著的方式，來自發熱機的熱的取出變得容易。 　　[0027] (7)作為上述能量貯藏系統的其中一樣態，前述發熱機的前述發熱部被配置在前述旋轉部的外側。 　　[0028] 以發熱機的發熱部被配置在外側的方式，來自發熱機的熱的取出變得容易。 　　[0029] (8)作為上述能量貯藏系統的其中一樣態，舉例有前述發熱機具備超導線圈，利用前述超導線圈使前述發熱部引發電磁感應。 　　[0030] 以使用超導線圈的方式，可以產生強力的磁場，藉由電磁感應可以使發熱部發熱到更高溫。例如也可以產生超過700℃的熱。 　　[0031] (9)作為上述能量貯藏系統的其中一樣態，舉例有具備利用蓄積在前述蓄熱裝置的熱來發電之發電裝置。 　　[0032] 以具備發電裝置的方式，可以實現將把剩餘電力變換成熱而蓄積的能量作為電力而可以取出之電力貯藏系統。例如，舉例有：連接發電裝置到電力系統，在電力系統需求增大的情況下，把用發電裝置發電的電力供電到電力系統。其他，舉例有把用發電裝置發電電力利用到水的電解所致之氫製造。蓄積在蓄熱裝置的熱，係除了利用在發電，也可以照原樣作為熱來利用，例如，舉例有利用在暖房或供給熱水、熱化學反應等。 　　[0033] (10)有關本發明的其中一樣態之變動電力安定利用系統，舉例有具備：如上述(9)的能量貯藏系統；以及切換器，其係構成把前述發電裝置連接到前述電力系統與第2電力系統中任意其中一方者。 　　[0034] 上述變動電力安定利用系統中，能量貯藏系統係把剩餘電力變換成熱來蓄積的緣故，對電力系統的安定化是有效的。更進一步，把蓄積的能量作為電力而取出，經此，可以有效利用蓄積的能量。 　　[0035] (11)作為上述變動電力安定利用系統的其中一樣態，舉例有前述發電裝置，包含：第1蒸汽渦輪機；第1發電機，其係被結合到前述第1蒸汽渦輪機，構成供給交流電力到前述電力系統；第2蒸汽渦輪機；以及第2發電機，其係被結合到前述第2蒸汽渦輪機，構成供給交流電力到前述第2電力系統。 　　[0036] 藉由使用第1發電機與第2發電機，可以分別供給電力到2個電力系統。 　　[0037] (12)作為上述變動電力安定利用系統的其中一樣態，舉例有前述發電裝置，包含：蒸汽渦輪機；以及發電機，其係被結合到前述蒸汽渦輪機；前述發電機，係構成如下，藉由前述蒸汽渦輪機而被驅動，使得供給第1頻率的交流電力到前述電力系統，供給具有與前述第1頻率相異的第2頻率之第2交流電力到前述第2電力系統。 　　[0038] 經由使蒸汽渦輪機所致之發電機的驅動變化，可以產生相異的頻率的交流電力。例如在日本，可以圖求頻率變換所致之電力的相互互換。 　　[0039] (13)作為上述變動電力安定利用系統的其中一樣態，舉例有前述發電裝置，包含：發電機；第1蒸汽渦輪機，其係用於驅動前述發電機，使得前述發電機供給第1頻率的交流電力到前述電力系統；第1離合器，其係把第1蒸汽渦輪機結合到前述發電機；第2蒸汽渦輪機，其係用於驅動前述發電機，使得前述發電機供給與前述第1頻率相異的第2頻率的交流電力到前述電力系統；第2離合器，其係把第2蒸汽渦輪機結合到前述發電機；以及三通閥，其係構成把蒸氣供給到前述第1蒸汽渦輪機及前述第2蒸汽渦輪機的其中一方。 　　[0040] 經由在第1蒸汽渦輪機與第2蒸汽渦輪機之間切換發電機的驅動，可以產生相異的頻率的交流電力。例如在日本，可以圖求頻率變換所致之電力的相互互換。 　　[0041] (14)作為上述變動電力安定利用系統的其中一樣態，舉例有前述發電裝置，包含：蒸汽渦輪機；以及發電機，其係被結合到前述蒸汽渦輪機；前述蒸汽渦輪機為抽氣渦輪機。 　　[0042] 經由使用抽氣渦輪機，除了發電機所致之電力供給之外，可以再供給熱。 　　[0043] [本發明的實施方式之詳細] 　　以下一邊參閱圖面一邊說明有關本發明的實施方式之能量貯藏系統的具體例子。圖中的相同元件符號係表示相同或是相稱部分。尚且，本發明不限定於這些例示，而透過申請專利範圍來表示，是指包含與申請專利範圍同等的意思和範圍內的所有變更。 　　[0044] 參閱圖1～圖10，說明關於有關實施方式之能量貯藏系統1。圖1表示的能量貯藏系統1，係設置在電力系統L，具備發熱裝置100與蓄熱裝置200。在該例，更進一步具備發電裝置300。該能量貯藏系統1的特徵之1，係發熱裝置100具備連接到電力系統L之電動機10、以及把電動機10的旋轉力變換成熱之發熱機20這一點。以下，一開始，參閱圖1說明能量貯藏系統1的構成，之後，主要參閱圖2～圖10詳細說明發熱裝置100的構成。 　　[0045] ＜電力系統＞ 　　電力系統L乃是把用電源G發電的電力供給到用戶之設備。電源G係以連接到電力系統L的發電機群來構成。電源G方面，例如，除了火力發電、核能發電、水力發電等的一般電源之外，還包含有太陽光發電、風力發電等之代表性的可再生能源電源之各種電源。 　　[0046] ＜發熱裝置＞ 　　發熱裝置100乃是從電力產生熱的裝置，更具體方面，連接到電力系統L，把電力系統L的剩餘電力變換成熱。發熱裝置100具有組合電動機10與發熱機20之構成。在該例，具備配合電力系統L的剩餘電力而控制發熱裝置100之控制部110，於電力系統L產生了剩餘電力時，藉由控制部110作動發熱裝置100。例如，於電力系統L，設置有監視電源G所致之發電量(供給量)或用戶的消耗量(需求量)之電力監視系統(未圖示)。電力監視系統係監視電力系統L的電力供需，根據電力供需，發送動作指令到控制部110。在控制部110，於產生剩餘電力時從電力監視系統接收動作指令，經由發出控制指令到電動機10或發熱機20，藉由控制部110，配合剩餘電力來控制發熱裝置100(電動機10、發熱機20)。 　　[0047] ＜蓄熱裝置＞ 　　蓄熱裝置200乃是蓄積在發熱裝置100產生的熱之裝置。蓄熱裝置200係可以利用已公知者，例如，具有在絕熱容器內填充蓄熱材之構成。蓄熱材方面，例如，可以使用岩或碎石、溶融鹽等之在太陽熱發電實用化中的蓄熱材等。 　　[0048] ＜發電裝置＞ 　　發電裝置300乃是利用蓄積在蓄熱裝置200的熱來發電之裝置，與電力系統L連接著。發電裝置300係可以利用已公知者，例如，用蒸汽渦輪機與發電機來構成。 　　[0049] 在該例，用發熱裝置100加熱熱媒，把加熱過的熱媒供給到蓄熱裝置200，用該熱加熱蓄熱材而蓄積熱。具體方面，於蓄熱裝置200設有2個熱交換迴路，供給加熱到其中一方的熱交換迴路之熱媒而加熱蓄熱材，蓄積熱到蓄熱材。而且，從蓄熱裝置200取出熱時，例如，供給水到另一方的熱交換迴路而使蒸汽產生，取出蓄積在蓄熱材的熱。接著，已取出的熱(蒸汽)送到發電裝置300，以經由蒸汽用蒸汽渦輪機驅動發電機的方式進行發電。發電裝置300，係配合電力需求而被控制，在需求增大的情況下進行發電，供給到電力系統L。在該例，發電裝置300係藉由控制部110而被控制，在電力系統L的電力需求增大時作動。例如，舉例有：在電力需求增大時從上述的電力監視系統發送動作指令到控制部110，接受該動作指令後控制部110發出控制指令到發電裝置300，藉此，配合電力需求控制發電裝置300。 　　[0050] 詳細說明發熱裝置100的構成。發熱裝置100具備：連接到電力系統L之電動機10、以及把電動機10的旋轉力變換成熱之發熱機20。電動機10，係利用從電力系統L電力接收的剩餘電力而旋轉。發熱機20具有：利用電動機10來旋轉之旋轉部21及利用電磁感應來發熱之發熱部22(參閱圖3、圖5)。電動機10係藉由控制部110，配合剩餘電力來作動。發熱裝置100的型態方面，如後述，是有分離了電動機10與發熱機20之分離型(實施方式1)、以及電動機10本身兼具發熱機20之一體型(實施方式2)。 　　[0051] [實施方式1] 　　在實施方式1，參閱圖2～圖4，說明有關分離型的發熱裝置100。實施方式1的發熱裝置100，係如圖2表示，電動機10的旋轉軸11結合到發熱機20。 　　[0052] 〈電動機〉 　　電動機10為同步電動機或是感應電動機，可以利用已公知者。作為感應電動機，代表性的是三相感應電動機，也可以是籠型感應電動機與繞線式感應電動機之任一者。電動機10，係如圖2表示，透過電力變換裝置12連接到電力系統L，供給用電力變換裝置12所變換的電力。電力變換裝置12係藉由控制部110(參閱圖1)而被控制。 　　[0053] 〈發熱機〉 　　發熱機20係經由電動機10而被驅動。作為發熱機20的其中一例，如圖3、圖4表示，舉例有具備旋轉部21、發熱部22、磁通產生部33、以及熱媒流路34之構成。 　　[0054] (旋轉部) 　　旋轉部21，係具有與電動機10的旋轉軸11(參閱圖2)連結的旋轉軸31，連動到電動機10的旋轉軸11而旋轉。旋轉軸31係利用軸承32而被支撐成可旋轉(參閱圖3)。旋轉軸31係可以與電動機10的旋轉軸11直接連結，也可以透過增速機(未圖示)來連結。直接連結的情況下，可以迴避增速機(變速箱)所致之麻煩。 　　[0055] 於旋轉部21的外周圍，形成朝徑方向突出之複數個凸部331(參閱圖4)。在該例，具有6個凸部331，各凸部331在圓周方向上等間隔地形成。而且，在旋轉部21的外周圍，安裝有後述的磁通產生部33(在該例為線圈33c)。在此，旋轉部21作為旋轉在逆時針方向者。圖4中，於旋轉部21所記載的細線箭頭係表示旋轉方向。 　　[0056] 作為旋轉部21的形成材料，無論是磁性材料、非磁性材料，只要是具有機械的強度，可以支撐磁通產生部33的材料即可，結構強度與長期耐用性(耐候性及耐蝕性)優異的材料為佳。例如，舉例有：鐵、鋼、不鏽鋼、鋁合金、鎂合金等的金屬材料、或者是GFRP(玻璃纖維強化塑膠)或CFRP(碳纖維強化塑膠)等的複合材料。 　　[0057] 在該例，旋轉部21(包含凸部331)是用磁性材料來形成。在把常導線圈使用到磁通產生部33(線圈33c)的情況下，用磁性材料形成旋轉部21者為佳。另一方面，在使用超導線圈的情況下，旋轉部21可以用磁性材料、非磁性材料之任一者來形成。在使用超導線圈的情況下，為了旋轉部21的磁通飽和，可惜是有產生磁場被限制之虞，所以也有用非磁性材料形成旋轉部21者為佳的情況。 　　[0058] (發熱部) 　　發熱部22係相對於旋轉部21隔著間隔而配置。在該例，發熱部22為筒狀，配置在旋轉部21的外側，被固定在套筒(未圖示)而不旋轉。在發熱部22，通過後述的磁通產生部33所致之磁通，經此，產生電磁感應所致之感應電流(渦電流)，藉由其電阻，發熱部22發熱。發熱部22的形成材料為利用電磁感應而發熱的材料為佳，例如，鐵或鋼、不鏽鋼等之具有導電性的磁性材料為佳。 　　[0059] (磁通產生部) 　　磁通產生部33被安裝在旋轉部21，相對於發熱部22產生磁通，使發熱部22引發電磁感應。在該例，在旋轉部21的外周圍設有磁通產生部33而與發熱部22對向，朝向發熱部22產生磁通。在磁通產生部33使用線圈33c，於旋轉部21之各凸部331捲繞安裝有線圈33c(計6個)(參閱圖4)。在用磁性材料形成凸部331的情況下，以線圈33c與凸部331來構成磁通產生部33。在各線圈33c，例如透過滑環連接直流電源，控制通電到各線圈33c的電流的方向，經此，相鄰的線圈33c的極性互為相異(參閱圖4)。磁通產生部33(線圈33c)的數目可以適宜設定，例如舉例有4個以上、6個以上、更進一步8個以上。 　　[0060] 作為磁通產生部33，除了線圈(電磁體)，也可以使用永久磁體。作為線圈，舉例有銅線等的常導線圈或使用超電導線材之超導線圈。關於線圈的情況，以增大通電到線圈的電流的方式，可以產生較強的磁場，以控制通電電流的方式，也可以調整磁場的強度。電磁感應所致之發熱量係與磁場強度的二次方成比例，所以線圈係與永久磁體相比較下，容易圖求發熱量的提升。而且，若為線圈的話，與永久磁體相比，難以引起溫度上升所致之磁特性的下降、或時間性的磁特性的劣化。因此，把在磁通產生部33使用了線圈的情況下，容易增大通電電流並維持充分的磁場強度，使發熱部22一直發熱到特定的溫度(例如100℃以上，更進一步200℃以上)，容易得到充分的性能(熱能)。在線圈流動直流電流，產生直流磁場的情況下，若是為超導線圈的話，電阻為零，即便流動大電流，在線圈也不會實質上產生發熱(損失)。為此，與常導線圈比較，可以流動大電流所致之線圈的發熱(損失)，在沒有電力損失下可以盡情產生較強的磁場。在線圈33c使用了超導線圈的情況下，藉由其強力的磁場，可以使發熱部22發熱到更高溫，也可以產生形成發熱部22的磁性材料的居里溫度以上(例如超過700℃)的熱。超導線圈的情況下，舉例有在周圍覆蓋冷卻用護套，藉由冷卻來維持超電導狀態。 　　[0061] (熱媒流路) 　　在發熱部22，設有流通熱媒的熱媒流路34。熱媒係從發熱部22接收熱而被加熱。在該例，熱媒流路34在發熱部22的外周圍沿軸方向設成螺旋狀，在熱媒流路34，在其中一端側設有供給熱媒的入口部341、在另一端側設有排出熱媒的出口部342(參閱圖3)。熱媒流路34，係藉由配管34p而構成；配管34p，係例如用鐵或鋼、不鏽鋼等的金屬材料來形成。作為熱媒，例如，舉例有；水、水蒸汽、油、液體金屬(Na、Pb等)、溶融鹽等的液體、以及氣體。 　　[0062] 接著，說明有關發熱機20的發熱機構。從磁通產生部33(線圈33c)產生的磁通通過發熱部22。此時，與磁通產生部33對向，在磁通產生部33的磁通所交鏈的發熱部22的區域，磁場較強，通過較多的磁通。另一方面，不與磁通產生部33對向，在磁通產生部33的磁通不交鏈的發熱部22的區域，磁場變弱，通過的磁通減少。接著，經由旋轉部21與磁通產生部33一起旋轉，相對於發熱部22，磁通產生部33進行相對地移動的方式，涵蓋發熱部22的一整周而通過的磁通發生變化，施加在發熱部22的磁場週期性變化。其結果，在發熱部22產生渦電流而發熱部22發熱，其熱流通到熱媒流路34(配管34p)傳遞到熱媒，熱媒被加熱。 　　[0063] 在該例，相鄰的磁通產生部33(線圈33c)的極性互為相異，在與N極的磁通產生部33對向的情況以及與S極的磁通產生部33對向的情況下，磁通(磁場)的方向反轉。為此，經由旋轉部21與磁通產生部33一起旋轉，磁通(磁場)的方向係一邊週期性反轉一邊變化。在此，即便是在各磁通產生部33的極性為全部相同(例如，旋轉部21的外周圍圍側為N極，中心側為S極)的情況下，如上述，在與發熱部22的磁通產生部33對向的部分，磁場變強，在其間的部分，磁場變弱。因此，經由旋轉部21與磁通產生部33一起旋轉，磁場的強度變成週期性變化的緣故，在發熱部22產生渦電流，發熱部22發熱。但是，該情況下磁場的方向不反轉。在相鄰的磁通產生部33的極性互為相異的情況下，以反轉磁場的方向的方式，施加在發熱部22的磁場的振幅(變化)變大的緣故，可以產生更大的渦電流，可以增加發熱量。 　　[0064] 而且，在該例，以改變通電到線圈33c的電流的大小的方式，可以控制發熱機20的發熱量，可以改變與電動機10有關的負載的大小。具體方面，把以額定輸出旋轉電動機10時的發熱機20的最大可能發熱量訂為100%時，可以把發熱機20的發熱量控制在0～100%的範圍內。接著，在把發熱機20的發熱量為100%時的電動機10的負載訂為100%的情況下，以控制發熱機20的發熱量的方式，可以把負載變更在0～100%的範圍內。電動機10係利用來自電力系統L的剩餘電力而旋轉的緣故，變成配合剩餘電力量而旋轉力變動，但以控制發熱機20的發熱量的方式，可以改變與電動機10有關的負載。為此，剩餘電力少，電動機10的旋轉力低下時，發熱機20的發熱量下降，另一方面，剩餘電力多，電動機10的旋轉力上升時，藉由提升發熱機20的發熱量，可以一邊維持電動機10的旋轉，一邊把剩餘電力最大限度地變換成熱。亦即，發熱裝置100的可運轉範圍廣。一般，可變速抽水發電的負載可調整範圍(抽水運轉時的發電電動機的運轉範圍)是額定輸出的±10%左右的緣故，上述運轉可範圍的廣度，係對電力系統L的安定化有更大的貢獻。對線圈33c的通電電流，係例如，藉由來自控制部110(參閱圖1)的控制指令，配合剩餘電力而被控制。 　　[0065] [實施方式2] 　　在實施方式2，參閱圖5～圖9，說明有關一體型的發熱裝置100。實施方式2的發熱裝置100，係如圖5表示，電動機10本身兼具發熱機20。在實施方式2的發熱裝置100，電動機10為感應電動機。作為實施方式2的發熱裝置100的其中一例，如圖6表示，舉例有在熱媒所流通的儲存容器44內收納有電動機10之構成。 　　[0066] 電動機10為三相感應電動機，在該例為籠型感應電動機。電動機10，係如圖6表示，具備：旋轉件41、以及相對於旋轉件41隔有間隔而配置之固定件42。在該例，旋轉件41被安裝到旋轉軸11，旋轉件41作為發熱機20的旋轉部21發揮功能。 　　[0067] (旋轉件) 　　旋轉件41具有：旋轉件鐵心411、以及配置在其周圍之旋轉件導體412。在該例，旋轉件導體412為籠型導體。在該例，電動機10為在旋轉件41使用了籠型導體之籠型感應電動機，但也可以是在旋轉件41使用了繞線之繞線式感應電動機。旋轉件鐵心411，係例如，可以用矽鋼板等的磁性材料來形成。旋轉件導體412，係例如，舉例有用銅或鋁等的導電性材料來形成。 　　[0068] (固定件) 　　固定件42具有：配置在旋轉件41的外側並具有與旋轉件41對向的凸極之固定件鐵心421、捲繞在該凸極之固定件繞線422。在固定件42，以分布繞組捲繞三相(U相、V相、W相)的固定件繞線422在固定件鐵心421的凸極。固定件繞線422係作成分布繞組，但也可以做成集中繞組。在該例，固定件繞線422的各個相做Y接線(參閱圖7)。固定件鐵心421為具有圓桶狀的軛部、以及從該軛部朝向旋轉件41突出的凸極之構造。固定件鐵心421，係例如，可以用矽鋼板等的磁性材料來形成。而且，在該例，固定件繞線422被配置在成為高溫的熱媒中，並使用在高溫環境下的緣故，在固定件繞線422，例如，舉例有使用具有陶瓷絕緣層之超耐熱繞線。當然，在使用溫度低的情況下，也可以使用聚醯胺醯亞胺銅線或聚醯亞胺銅線等的漆包線。 　　[0069] (儲存容器) 　　電動機10(旋轉件41及固定件42)被收納在儲存容器44內。在儲存容器44，設有把旋轉軸11支撐成可旋轉之軸承45。儲存容器44係例如為金屬製的容器，在該例，為在金屬製容器的周圍配置絕熱材而構成之絕熱容器。作為絕熱材，例如，舉例有使用岩棉、玻璃棉、發泡塑膠、磚、陶瓷、或是由這些材料的任意的組合所製成的複合材等。在圖6，旋轉軸11被收納在儲存容器44內，但旋轉軸11的兩端部的至少其中一方從儲存容器44抽出也是可以的。該情況下，在從儲存容器44抽出的旋轉軸11的端部，例如，可以安裝後述的飛輪15(參閱圖10)，或更進一步結合在實施方式1說明的發熱機20(參閱圖2、圖3)。這一點也與後述的圖8、圖9的情況相同。 　　[0070] 在儲存容器44，在其中一端側設有供給熱媒的入口部441、且在另其中一端側設有排出熱媒的出口部442，流通熱媒。熱媒係接收在電動機10產生的熱而被加熱。 　　[0071] (電力變換裝置) 　　電動機10，係透過電力變換裝置12，與電力系統L連接，供給用電力變換裝置12所變換的電力。電力變換裝置12，係變換成逆變器(Inverter)所致之三相的可變頻率的交流，對電動機10進行可變速控制。該電力變換裝置12具有：供給單相交流到固定件繞線422而使交流磁場產生之單相交流變換部、以及供給三相交流到固定件繞線422而使旋轉磁場產生之三相交流變換部；可以重疊單相交流與三相交流而供給到固定件繞線422。電力變換裝置12係藉由控制部110(參閱圖1)而被控制。 　　[0072] 在從電力變換裝置12供給單相交流到固定件繞線422的情況下，於固定件42產生交流磁場。以施加交流磁場到旋轉件41的方式，於旋轉件導體412產生電磁感應所致之感應電流而發熱(發熱模式)。亦即，旋轉件41(旋轉件導體412)作為發熱機20的發熱部22而發揮功能。此時，於旋轉件41不產生旋轉力，投入電力幾乎全部作為熱而被消耗，可以把電動機10作為發熱機20而作動。另一方面，在供給三相交流到固定件繞線422的情況下，於固定件42產生旋轉磁場。以施加旋轉磁場到旋轉件41的方式，於旋轉件41產生旋轉力，旋轉件41旋轉。此乃是與通常的電動機的動作原理相同，投入電力的大半被消耗在旋轉。因此，藉由使三相交流重疊到單相交流，可以使電動機10一邊旋轉，一邊使電動機10發熱，電動機10可以兼具發熱機20。在電動機10兼具發熱機20的情況下，有必要重疊單相交流與三相交流。 　　[0073] 而且，以變更供給到固定件繞線422的單相交流電壓的大小的方式，可以控制電動機10的發熱量，可以改變與電動機10有關的負載的大小。具體方面，把電動機10的額定輸出作為100%時，可以把用在發熱的輸出控制在額定輸出的0～100%的範圍內。電動機10中的發熱係可以考慮成產生在電動機10的負載。以控制電動機10的發熱量的方式，可以把負載變更在0～100%的範圍內。電動機10係利用來自電力系統L的剩餘電力而旋轉的緣故，變成配合剩餘電力量而旋轉力變動，但以控制發熱量的方式，可以改變與電動機10有關的負載。為此，剩餘電力較少時電動機10的發熱量下降，另一方面，剩餘電力較多時電動機10的發熱量上升，藉此，可以一邊維持電動機10的旋轉，一邊最大限度地把剩餘電力變換成熱。亦即，發熱裝置100的可運轉範圍廣。該運轉可能範圍的廣度，係比上述的可變速抽水發電的負載可調整範圍還廣，對電力系統L的安定化有更大的貢獻。對固定件繞線422的供給電力，係例如，藉由來自控制部110(參閱圖1)的控制指令，配合剩餘電力而被控制。 　　[0074] 在圖6表示的發熱裝置100，電動機10(旋轉件41及固定件42)整體被收納在儲存容器44內的1個空間。如圖8表示，也可以作為在儲存容器44內，設有把收納旋轉件41的空間(旋轉件收容室461)與收納固定件42的空間(固定件收容室462)分割在徑方向之隔壁46之構造。該情況下，舉例有，如圖8表示的發熱裝置100，於旋轉件收容室461設有供給、排出熱媒之入口部441及出口部442，使熱媒僅流通在旋轉件收容室461。在該例，入口部441位置在儲存容器44的其中一端側，出口部442位置在儲存容器44的另一端側。經由熱媒流通到旋轉件收容室461，接收以作為發熱部22而發揮功能的旋轉件41(旋轉件導體412)所產生的熱，加熱熱媒。經此，藉由用以旋轉件41所產生的熱所加熱的熱媒，可以抑制固定件42被加熱，可以減低固定件繞線422的溫度上升。於隔壁46，為了抑制從旋轉件收容室461往固定件收容室462的熱的傳導，也可以藉由絕熱材來設置絕熱層(未圖示)。 　　[0075] 更進一步，在儲存容器44內經由隔壁46分割出旋轉件收容室461與固定件收容室462之上述構造的情況下，如圖9表示的發熱裝置100般，也可以在固定件收容室462設有供給熱媒的入口部441、在旋轉件收容室461設有排出熱媒的出口部442。該情況下，舉例有，如圖9表示，在隔壁46設有使旋轉件收容室461與固定件收容室462連通之連通孔463。在該例，入口部441及出口部442位置在儲存容器44的其中一端側，連通孔463位置在儲存容器44的另一端側。經此，在所供給的低溫的熱媒流通到固定件收容室462後，通過連通孔463，流通到旋轉件收容室461，藉由在旋轉件41(旋轉件導體412)產生的熱加熱熱媒。經此，在加熱所供給的熱媒前可以吸收用固定件42(固定件繞線422)所產生的熱並冷卻，可以讓固定件繞線422的使用耐熱溫度下降。該情況下，在固定件42與旋轉件41之間，產生溫度梯度。 　　[0076] ｛作用效果｝ 　　有關上述各實施方式之能量貯藏系統1，係可以發揮以下的效果。 　　[0077] 把電力系統L的剩餘電力變換成熱的發熱裝置100乃是組合電動機10與發熱機20之構成。以具備連接到電力系統L的電動機10的方式，可以實現頻率調整功能，對電力系統L的安定化是有效的。電動機10係以旋轉的方式持有慣性力的緣故，於電力系統L產生了頻率變動時，經由該慣性力吸收頻率變動，可以做瞬時的頻率調整。而且，以具備把電動機10的旋轉力變換成熱的發熱機20的方式，可以吸收電力系統L的剩餘電力。接著，以具備蓄積用發熱裝置100來產生的熱之蓄熱裝置200的方式，可以把電力系統L的剩餘電力作為熱來蓄積。為了充分確保電力系統L的頻率調整力或在發熱裝置100的發熱量，例如，電動機10的額定輸出為100kW以上者為佳，更進一步500kW以上、1MW以上為更佳。 　　[0078] 在參閱圖2～圖4說明了實施方式1的分離型的發熱裝置100情況下，電動機10與發熱機20為功能性地分離的緣故，所以構成單純，控制容易。另一方面，在參閱圖5～圖9說明了實施方式2的一體型的發熱裝置100的情況下，電動機10本身兼具發熱機20的緣故，可以小型化。 　　[0079] 更進一步，實施方式1、2的發熱裝置100中，如圖10表示，也可以在電動機10的旋轉軸11上具備飛輪15。該情況下，可以期待電動機10的慣性力增加，瞬時頻率調整功能的提升。 　　[0080] 如圖1表示的能量貯藏系統1，在具備發電裝置300的情況下，在把電力系統L的剩餘電力變換成熱並蓄積到蓄熱裝置200後，可以利用該熱來發電，可以實現電力貯藏系統。 　　[0081] ｛能量貯藏系統的用途｝ 　　有關實施方式的能量貯藏系統1，係可以利用在電力系統L的電力貯藏外，也可以利用在氫製造、暖房或供給熱水、熱化學反應等。以下，作為有關實施方式之能量貯藏系統1的1個適用的型態，揭示有變動電力安定利用系統50。 　　[0082] 圖11為表示包含有關實施方式的能量貯藏系統1之變動電力安定利用系統50的概略的構成之圖。參閱圖11，變動電力安定利用系統50，係藉由貯藏經由與電力系統L連接之可再生能量源(電源G)所產生的剩餘電力(變動電力)，達成安定的電力供給。更進一步，變動電力安定利用系統50，係可以利用該變動電力。 　　[0083] 例如在日本，可以把變動電力安定利用系統50，用在頻率變換所致之電力的相互互換。在日本，交流電源的頻率係東日本與西日本為相異。交流電源的頻率，係在西日本為60Hz，相對於此，在東日本為50Hz。因為頻率相異，東日本與西日本之間的電力互換量，係因為頻率變換設備的容量而被限制著。 　　[0084] 根據圖11所示之構成，變動電力安定利用系統50具備：發電裝置300、以及切換器400。發電裝置300，係利用蓄積在蓄熱裝置200的熱來發電。切換器400，係可以把發電裝置300的輸出切換在電力系統L1與電力系統L2之間。電力系統L1為頻率60Hz的電力系統，電力系統L2為頻率50Hz的電力系統。 　　[0085] 在圖11所示之狀態下，經由切換器400，發電裝置300的輸出連接到電力系統L1。該情況的變動電力安定利用系統50的構成，係與圖1所示之構成等價。圖12為表示在圖11所示的變動電力安定利用系統50的其他構成之圖。如圖12所示，經由切換器400，把發電裝置300的輸出從電力系統L1切離，可以連接到電力系統L2。 　　[0086] 如上述，發電裝置300係可以包含蒸汽渦輪機與發電機。於圖13～圖15，表示與發電裝置300的構成有關之若干程度的實施方式。但是，發電裝置300的構成，係不被限定在以下說明之構成。 　　[0087] 圖13為表示可以適用在於圖11所示的變動電力安定利用系統50的發電裝置300之1個實施方式之圖。如圖13所示，發電裝置300，係可以包含：蒸汽渦輪機301、303、以及發電機302、304。發電機302為60Hz發電機，發電機304為50Hz發電機。發電機302的旋轉軸結合到蒸汽渦輪機301，發電機304的旋轉軸結合到蒸汽渦輪機303。蒸汽渦輪機301乃是適用在60Hz的電力的發電之3600rpm用渦輪機。蒸汽渦輪機303乃是適用在50Hz的電力的發電之3000rpm用渦輪機。切換器400，係切換是否把發電機302的輸出連接到電力系統L1，並且，切換是否把發電機304的輸出連接到電力系統L2。 　　[0088] 圖14為表示可以適用在於圖11所示的變動電力安定利用系統50的發電裝置300之其他的實施方式之圖。如圖14所示，發電裝置300，係可以包含：蒸汽渦輪機301、以及發電機302。與如圖13所示之構成同樣，蒸汽渦輪機301及發電機302，係適合在60Hz的交流電力的發電。藉由把蒸汽渦輪機301的轉速從3600rpm下降到3000rpm，效率雖下降，但發電裝置300可以做50Hz的交流電力的發電。 　　[0089] 圖15為表示可以適用在於圖11所示的變動電力安定利用系統50的發電裝置300之更進一步其他的實施方式之圖。如圖15所示，發電裝置300係可以包含：蒸汽渦輪機301、303、發電機302、三通閥310、以及離合器311、312。三通閥310係把蒸氣的供給切換在蒸汽渦輪機301及蒸汽渦輪機303之間。離合器311係切換是否把蒸汽渦輪機301的動力傳遞到發電機302。離合器312係切換是否把蒸汽渦輪機303的動力傳遞到發電機302。在發電機302連接到蒸汽渦輪機301的情況下，發電機302產生60Hz的交流電力。在發電機302連接到蒸汽渦輪機303的情況下，發電機302產生50Hz的交流電力。 　　[0090] 如圖16表示，蒸汽渦輪機301也可以是抽氣渦輪機。供給到蒸汽渦輪機301之蒸汽的一部分(蒸汽305)係從蒸汽渦輪機301取出，利用該蒸汽305的熱。經此，除了發電機302所致之電力供給之外，可以再供給熱。冷凝器320，係除了用在蒸汽渦輪機301的旋轉的蒸汽之外，也凝結從蒸汽渦輪機301取出的蒸汽305。 　　[0091] 圖13所示之蒸汽渦輪機303也可以是抽氣渦輪機。該情況下，除了發電機304所致之電力供給之外，也可以供給熱。蒸汽渦輪機301、303的其中一方或是兩方也可以是抽氣渦輪機。 　　[0092] 作為變動電力安定利用系統50適用的典型例子，表示了在日本內的適用。但是有關實施方式之變動電力安定利用系統50，係不受場所的限制，也可以適用。例如在美國，也可以適用變動電力安定利用系統50。在美國，交流的頻率為60Hz，但國土面積廣的緣故，是以地區單位來運作電力系統。是有即便在美國內的某地區電力供給過剩，但在其他的地區電力不足之可能性。有關實施方式之變動電力安定利用系統50(參閱圖11及圖12)，係可以適用在這些地區的電力系統的連繫。該適用型態下，作為含在發電裝置300之發電機，可以適用同步發電機的緣故，所以也不用去考慮電力系統間的相位差。
[0093]
G‧‧‧電源
L、L1、L2‧‧‧電力系統
1‧‧‧能量貯藏系統
50‧‧‧變動電力安定利用系統
100‧‧‧發熱裝置
110‧‧‧控制部
200‧‧‧蓄熱裝置
300‧‧‧發電裝置
400‧‧‧切換器
10‧‧‧電動機
11‧‧‧旋轉軸
12‧‧‧電力變換裝置
15‧‧‧飛輪
20‧‧‧發熱機
21‧‧‧旋轉部
22‧‧‧發熱部
31‧‧‧旋轉軸
32‧‧‧軸承
33‧‧‧磁通產生部
33c‧‧‧線圈
331‧‧‧凸部
34‧‧‧熱媒流路
34p‧‧‧配管
301、303‧‧‧蒸汽渦輪機
302、304‧‧‧發電機
305‧‧‧蒸汽
310‧‧‧三通閥
311、312‧‧‧離合器
320‧‧‧冷凝器
341‧‧‧入口部
342‧‧‧出口部
41‧‧‧旋轉件
411‧‧‧旋轉件鐵心
412‧‧‧旋轉件導體
42‧‧‧固定件
421‧‧‧固定件鐵心
422‧‧‧固定件繞線
44‧‧‧儲存容器
441‧‧‧入口部
442‧‧‧出口部
45‧‧‧軸承
46‧‧‧隔壁
461‧‧‧旋轉件收容室
462‧‧‧固定件收容室
463‧‧‧連通孔
[0007] 　　[圖1]圖1為表示有關實施方式之能量貯藏系統的其中一例之概念圖。 　　[圖2]圖2為實施方式1的發熱裝置的概念圖。 　　[圖3]圖3為表示實施方式1的發熱裝置中的發熱機的構成的其中一例之概略縱剖視圖。 　　[圖4]圖4為表示在圖3之發熱機的概略前視圖。 　　[圖5]圖5為實施方式2的發熱裝置的概念圖。 　　[圖6]圖6為表示實施方式2的發熱裝置的構成的其中一例之概略圖。 　　[圖7]圖7為表示固定件繞線的接線的其中一例之說明圖。 　　[圖8]圖8為表示實施方式2的發熱裝置的另一例之概略圖。 　　[圖9]圖9為表示實施方式2的發熱裝置的再另一例之概略圖。 　　[圖10]圖10為表示有關實施方式之能量貯藏系統中的發熱裝置的另一例之概念圖。 　　[圖11]圖11為表示包含有關實施方式的能量貯藏系統之變動電力安定利用系統的概略的構成之圖。 　　[圖12]圖12為表示在圖11所示的變動電力安定利用系統的其他構成之圖。 　　[圖13]圖13為表示可以適用在於圖11所示的變動電力安定利用系統的發電裝置之1個實施方式之圖。 　　[圖14]圖14為表示可以適用在於圖11所示的變動電力安定利用系統的發電裝置之其他實施方式之圖。 　　[圖15]圖15為表示可以適用在於圖11所示的變動電力安定利用系統的發電裝置之更進一步其他的實施方式之圖。 　　[圖16]圖16為表示用在圖13～圖15所示的蒸汽渦輪機來適用抽氣渦輪機的型態之圖。

Claims (14)

  1. 一種能量貯藏系統，具備： 　　從電力產生熱之發熱裝置、以及儲存用前述發熱裝置所產生的熱之蓄熱裝置； 　　前述發熱裝置，具備： 　　電動機，其係連接到電力系統，利用從前述電力系統所電力接收的剩餘電力而旋轉；以及 　　發熱機，其係具有利用前述電動機而旋轉之旋轉部及利用電磁感應而發熱之發熱部，把前述電動機的旋轉力變換成熱。
  2. 如請求項第1項的能量貯藏系統，其中， 　　前述電動機為同步電動機或是感應電動機； 　　前述發熱機結合到前述電動機的旋轉軸。
  3. 如請求項第1項的能量貯藏系統，其中， 　　前述電動機為感應電動機； 　　前述電動機本身兼具前述發熱機。
  4. 如請求項第2項或是請求項第3項的能量貯藏系統，其中， 　　前述感應電動機為繞線式感應電動機。
  5. 如請求項第1項的能量貯藏系統，其中， 　　於前述電動機的旋轉軸上具備飛輪。
  6. 如請求項第1項的能量貯藏系統，其中， 　　前述發熱機的前述發熱部被固定著。
  7. 如請求項第1項的能量貯藏系統，其中， 　　前述發熱機的前述發熱部被配置在前述旋轉部的外側。
  8. 如請求項第1項的能量貯藏系統，其中， 　　前述發熱機具備超導線圈； 　　利用前述超導線圈使前述發熱部引發電磁感應。
  9. 如請求項第1項的能量貯藏系統，其中， 　　具備利用蓄積在前述蓄熱裝置的熱來發電之發電裝置。
  10. 一種變動電力安定利用系統，具備： 　　如請求項第9項記載的能量貯藏系統；以及 　　切換器，其係構成把前述發電裝置連接到前述電力系統與第2電力系統中任意其中一方者。
  11. 如請求項第10項的變動電力安定利用系統，其中， 　　前述發電裝置，包含： 　　第1蒸汽渦輪機； 　　第1發電機，其係被結合到前述第1蒸汽渦輪機，構成供給交流電力到前述電力系統； 　　第2蒸汽渦輪機；以及 　　第2發電機，其係被結合到前述第2蒸汽渦輪機，構成供給交流電力到前述第2電力系統。
  12. 如請求項第10項的變動電力安定利用系統，其中， 　　前述發電裝置，包含： 　　蒸汽渦輪機；以及 　　發電機，其係被結合到前述蒸汽渦輪機； 　　前述發電機，係構成如下，藉由前述蒸汽渦輪機而被驅動，使得供給第1頻率的交流電力到前述電力系統，供給具有與前述第1頻率相異的第2頻率之第2交流電力到前述第2電力系統。
  13. 如請求項第10項的變動電力安定利用系統，其中， 　　前述發電裝置，包含： 　　發電機； 　　第1蒸汽渦輪機，其係用於驅動前述發電機，使得前述發電機供給第1頻率的交流電力到前述電力系統； 　　第1離合器，其係把第1蒸汽渦輪機結合到前述發電機； 　　第2蒸汽渦輪機，其係用於驅動前述發電機，使得前述發電機供給與前述第1頻率相異的第2頻率的交流電力到前述電力系統； 　　第2離合器，其係把第2蒸汽渦輪機結合到前述發電機；以及 　　三通閥，其係構成把蒸氣供給到前述第1蒸汽渦輪機及前述第2蒸汽渦輪機的其中一方。
  14. 如請求項第10項的變動電力安定利用系統，其中， 　　前述發電裝置，包含： 　　蒸汽渦輪機；以及 　　發電機，其係被結合到前述蒸汽渦輪機； 　　前述蒸汽渦輪機為抽氣渦輪機。
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