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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