JPH09317495A - Compressed air storage generating device - Google Patents
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- JPH09317495A JPH09317495A JP8139987A JP13998796A JPH09317495A JP H09317495 A JPH09317495 A JP H09317495A JP 8139987 A JP8139987 A JP 8139987A JP 13998796 A JP13998796 A JP 13998796A JP H09317495 A JPH09317495 A JP H09317495A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、需要の少い夜間等
の電力を利用して圧縮空気を製造し、この高圧の圧縮空
気を地下に設けた空洞等のタンクに貯蔵しておき、電力
需要の多い昼間等に、この圧縮空気を利用して発電を行
い、電力供給を行うようにした圧縮空気貯蔵発電システ
ム（以下ＣＡＥＳという）に係り、特に、ＣＡＥＳの構
成機器を兼用することにより、運転手法の簡略化、及び
温熱利用を可能にする圧縮空気貯蔵発電装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention produces compressed air by using electric power at night when demand is low, and stores the high-pressure compressed air in a tank such as a cavity provided underground to save electric power. A compressed air storage power generation system (hereinafter referred to as CAES) that generates electric power by using this compressed air and supplies electric power during the daytime when demand is high, and in particular, by also using a CAES component device, The present invention relates to a compressed air storage power generation device that simplifies an operating method and enables utilization of heat.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電力需要の少い夜間時等の電力を、熱、
運動量等のエネルギーに変換して、貯蔵しておき、電力
需要の大きい昼間に、これら貯蔵したエネルギーで発電
を行い、電力を供給するようにして、電力の平準化を図
るようにしたものが、これまで開発されている。2. Description of the Related Art At night when power demand is low
It is converted into energy such as momentum and stored, and during the daytime when the demand for electricity is large, the stored energy is used to generate electricity and supply the electricity, so that the electricity is leveled. Has been developed so far.
【０００３】ＣＡＥＳは、このような電力の平準化を目
的とした発電システムで、クラッチを介して、一軸で構
成されたガスタービン、電動機、発電機、圧縮機と、圧
縮空気を貯蔵空洞等のタンクとで構成され、需要の少い
夜間時の外部電力を使って、発電機と１体化された電動
機を作動させ、圧縮機を駆動して高圧空気を作り出し、
この圧縮空気を地下空洞等のタンクに貯えておき、昼間
の電力需要の大きい時間帯に、この圧縮空気を取り出
し、ガスタービンを作動させ、電動機と１体となった、
発電機を駆動して、発電を行い、電力を外部へ供給する
ようにしたものである。CAES is a power generation system for the purpose of leveling electric power as described above, and includes a gas turbine, an electric motor, a generator, a compressor constituted of a single shaft via a clutch, a compressed air storage cavity, and the like. It is composed of a tank, and uses external power at night when demand is low, operates a generator and an integrated electric motor, drives a compressor, and creates high-pressure air.
This compressed air was stored in a tank such as an underground cavity, and during the daytime when there was a large demand for electricity, this compressed air was taken out, the gas turbine was operated, and it became one unit with the electric motor.
The generator is driven to generate electric power, and the electric power is supplied to the outside.
【０００４】図３は、このようなＣＡＥＳの概略系統を
示すブロック図である。図に示すように、ＣＡＥＳで
は、電動機と発電機とを１体化した、モータ／ゼネレー
タ０２０の両側にクラッチ０２１，０２２、及び増減速
歯車装置０２６，０２７を設置しており、このクラッチ
０２１，０２２のＯＮ，ＯＦＦにより、圧縮空気の充
填、および発電を行うようにしている。FIG. 3 is a block diagram showing a schematic system of such CAES. As shown in the figure, in CAES, clutches 021 and 022 and speed increasing / decreasing gear units 026 and 027 are provided on both sides of a motor / generator 020 in which an electric motor and a generator are integrated. By turning ON / OFF 022, charging of compressed air and power generation are performed.
【０００５】すなわち、圧縮空気の充填時は、クラック
０２１をＯＮ、クラッチ０２２をＯＦＦとし、外部から
供給される電力不需要時の余剰電力で駆動される、モー
タ／ゼネレータ０２０の電動機の作動により圧縮機０２
３を駆動させることにより、導入した空気を圧縮し、後
部冷却器０２８で冷却した圧縮空気を地下空洞０２４へ
供給し、貯蔵するようにしている。That is, when the compressed air is filled, the crack 021 is turned on, the clutch 022 is turned off, and compression is performed by the operation of the electric motor of the motor / generator 020 which is driven by the surplus electric power supplied from the outside when the electric power is not needed. Machine 02
3 is driven to compress the introduced air, and the compressed air cooled by the rear cooler 028 is supplied to the underground cavity 024 for storage.
【０００６】また、電力の需要が大きくなる発電時は、
クラッチ０２１をＯＦＦ、クラッチ０２２をＯＮとし、
地下空洞０２４内に貯蔵しておいた圧縮空気を再生器０
２９へ送り込み、ガスタービン０２５の低圧ガスタービ
ン０３１から排出される燃焼ガスＥ／Ｇで加熱した後、
高圧ガスタービン３０に供給して、作動させ、また、高
圧ガスタービン０３０を作動させて、圧力が低減した圧
縮空気と燃料Ｆを燃焼器０３２に送り込み、燃焼させ、
この燃焼ガスＥ／Ｇで低圧ガスタービン３１を作動させ
て、これら高圧ガスタービン３０、低圧ガスタービン３
１で、モータ／ゼネレータ２０の発電機を駆動して、電
力を出力するようにしている。[0006] Further, during power generation when the demand for electric power increases,
Turn the clutch 021 OFF and the clutch 022 ON,
Compressed air stored in the underground cavity 024 regenerator 0
29, and after heating with the combustion gas E / G discharged from the low pressure gas turbine 031 of the gas turbine 025,
The high-pressure gas turbine 30 is supplied and operated, and the high-pressure gas turbine 030 is operated to send the compressed air and the fuel F, whose pressure has been reduced, to the combustor 032 for combustion.
The low pressure gas turbine 31 is operated with this combustion gas E / G to generate the high pressure gas turbine 30 and the low pressure gas turbine 3.
In step 1, the generator of the motor / generator 20 is driven to output electric power.
【０００７】このように、需要の少い時間帯の余剰電力
で空気を圧縮し、圧縮空気にして、余剰電力のエネルギ
ーを貯蔵しておき、需要の大きい時間帯に貯蔵していた
余剰電力のエネルギーを利用して発電を行い、電力を供
給するようにした、従来のＣＡＥＳは、上述のように構
成されているので、 （１）圧縮機０２３から吐出された圧縮空気は、地下空
洞０２４での貯蔵効率を高めるために、後部冷却器０２
８で冷却してから、地下空洞０２４に貯めるようにして
いるが、この際、圧縮機０２３の断熱圧縮により加熱さ
れた、吐出空気のもつ温熱エネルギーは、有効利用され
ず、後部冷却器０２８に導入される冷却水に放散される
だけ、有効利用されることがなく、ＣＡＥＳの熱損失の
原因となり、ＣＡＥＳの効率を低減するものとなってい
る。As described above, the air is compressed with the surplus power during the time of low demand, compressed air is stored to store the energy of the surplus power, and the surplus power stored during the time of high demand is stored. The conventional CAES, which uses energy to generate power and supply power, is configured as described above. (1) Compressed air discharged from the compressor 023 is stored in the underground cavity 024. Rear cooler 02 to increase storage efficiency of
Although it is stored in the underground cavity 024 after being cooled by 8, the thermal energy of the discharge air heated by the adiabatic compression of the compressor 023 is not effectively used and is stored in the rear cooler 028. Since it is not effectively used as it is dissipated in the introduced cooling water, it causes the heat loss of CAES and reduces the efficiency of CAES.
【０００８】（２）また、このようなＣＡＥＳで使用さ
れるモータ／ゼネレータ２０は、一定周波数の外部電力
で駆動され、若しくは一定周波数にして、外部に出力す
るために、外部電力の周波数に対応する３６００ｒｐｍ
（６０Ｈｚ）、又は３０００ｒｐｍ（５０Ｈｚ）のよう
な、特定の回転数で定速回転させなければならないのに
対して、圧縮機０２３およびガスタービン０２５は、運
転効率上モータ／ゼネレータ２０の回転数より大きい、
設計上定まる、最適回転数でそれぞれ回転させる必要が
ある。(2) Further, the motor / generator 20 used in such CAES is driven by an external electric power having a constant frequency, or has a constant frequency and is output to the outside so as to correspond to the frequency of the external electric power. 3600 rpm
(60 Hz) or 3000 rpm (50 Hz), the compressor 023 and the gas turbine 025 should be rotated at a constant speed at a specific rotation speed. large,
It is necessary to rotate at the optimum rotation speed determined by the design.
【０００９】このためには、圧縮機０２３、ガスタービ
ン０２５は、専用機にする必要があるとともに、モータ
／ゼネレータ０２０と、圧縮機０２３、およびガスター
ビン０２５との、それぞれの嵌脱を行うクラッチ０２
１，０２２を必要とする。For this purpose, the compressor 023 and the gas turbine 025 need to be dedicated machines, and a clutch for engaging and disengaging the motor / generator 020 with the compressor 023 and the gas turbine 025, respectively. 02
Requires 1,022.
【００１０】さらに、モータ／ゼネレータ０２０と、圧
縮機０２３およびガスタービン０２５とは、設計回転数
が異なることから、モータ／ゼネレータ０２０と圧縮機
０２３の間、およびモータ／ゼネレータ０２０とガスタ
ービン０２５の間には、それぞれ増減速歯車装置０２
６，０２７の設置が必要となり、前述した、圧縮機０２
３、ガスタービン０２５の専用機化、クラッチ０２１，
０２２の設置と相俟って、機器数が増え、コストが増大
するとともに、それ等の保守点検を含めた、取扱いが繁
雑となる不具合がある。Further, since the motor / generator 020 and the compressor 023 and the gas turbine 025 have different design rotational speeds, there is a difference between the motor / generator 020 and the compressor 023, and between the motor / generator 020 and the gas turbine 025. In between, the speed-increasing / decelerating gear device 02
It is necessary to install 6,027, and the above-mentioned compressor 02
3, dedicated gas turbine 025, clutch 021
Combined with the installation of 022, the number of devices increases, the cost increases, and the handling including maintenance and inspection of such devices becomes complicated.
【００１１】（３）また、ガスタービン０２５の低圧ガ
スタービン０３１の作動には、燃焼ガスを使用するよう
にしており、燃料を用いることから、燃料設備、排気処
理、熱回収装置が必要となる不具合もある。(3) Further, for the operation of the low pressure gas turbine 031 of the gas turbine 025, combustion gas is used, and since fuel is used, fuel equipment, exhaust treatment, and a heat recovery device are required. There are also defects.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来のＣＡＥＳの不具合を解消するためになされたもの
で、余剰電力のエネルギーを圧縮空気にして貯蔵するた
め、空気を圧縮するときに発生する温熱エネルギーは勿
論のこと、貯蔵されたエネルギーから電力を取り出すと
きに、タービンを駆動して膨張するときに発生する圧縮
空気の冷熱エネルギーをも回収して、熱損失を低減する
とともに、余剰電力を貯蔵エネルギーに変えるために空
気を圧縮する空気圧縮機と、貯蔵エネルギーから電力を
取り出すため、圧縮空気で発電機の駆動力を発生させる
タービンとを１体化して、機器数を低減して、取扱いを
容易にし、コストを低減し、また、燃料を使用する必要
がなく、燃焼、排気処理および熱回収のための装置を必
要としない、圧縮空気貯蔵発電装置を提供することを課
題とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the conventional CAES, and since the energy of the surplus power is stored as compressed air, it is generated when the air is compressed. In addition to the thermal energy to be stored, the cold energy of compressed air generated when the turbine is driven and expanded is also recovered when electric power is extracted from the stored energy, reducing heat loss and excess power. To compress the air in order to convert the stored energy into stored energy, and to extract electric power from the stored energy, a turbine that generates the driving force of the generator with compressed air is integrated, and the number of devices is reduced. Compressed air that is easy to handle, reduces costs, does not require the use of fuel, and does not require equipment for combustion, exhaust treatment and heat recovery And to provide a storage power generator.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】このため、本発明の圧縮
空気貯蔵発電装置は、次の手段とした。Therefore, the compressed air storage power generator of the present invention has the following means.
【００１４】（１）外部から供給される余剰電力で作動
し、空気圧縮機を駆動する電動機と、空気圧縮機からの
圧縮空気を貯蔵したタンクから供給された圧縮空気で作
動するタービンで駆動され、発電を行う発電機とをモー
タ／ゼネレータに１体化することに加え、電力需要の少
いとき、１体化された電動機としてのモータ／ゼネレー
タにより、直結駆動され空気圧縮を行い、圧縮空気を貯
蔵するタンクに供給する圧縮機と、電力需要の多いと
き、タンクに貯蔵された圧縮空気で作動して、発電機と
してのモータ／ゼネレータを直結駆動させて、発電する
タービンとを１体化したコンプレッサ／タービンを設け
た。(1) It is driven by an electric motor that operates with surplus power supplied from the outside and drives an air compressor, and a turbine that operates with compressed air supplied from a tank that stores compressed air from the air compressor. In addition to integrating the generator for generating power into a motor / generator, when the power demand is low, the motor / generator as an integrated electric motor drives the engine directly to perform air compression and to compress the compressed air. A compressor that supplies electricity to a tank that stores electricity and a turbine that generates electricity by operating with compressed air stored in the tank to directly drive a motor / generator as a generator when power demand is high Installed compressor / turbine.
【００１５】（２）外部からの余剰電力の所定の周波数
を、大きな周波数に変換して、入力された電力の周波数
に対応する回転数で回動する電動機としての、モータ／
ゼネレータの回転数を、コンプレッサとしての運転効率
が最も良くなる回転数にして、１体化したコンプレッサ
／タービンを駆動できるようにするとともに、供給され
た圧縮空気で、タービンとしての運転効率が最も良くな
る回転数で１体化したコンプレッサ／タービンを作動さ
せ、このコンプレッサ／タービンの回転数で、発電機と
してのモータ／ゼネレータを駆動して、発電される電力
の周波数を、外部電力のこの周波数とは異なる、所定の
周波数に変換して出力できるようにしたインバータを設
けた。(2) A predetermined frequency of excess electric power from the outside is converted into a large frequency, and the motor / motor is used as an electric motor that rotates at a rotation speed corresponding to the frequency of the input electric power.
The rotation speed of the generator is set to the rotation speed that maximizes the operation efficiency of the compressor so that the integrated compressor / turbine can be driven, and the supplied compressed air has the highest operation efficiency of the turbine. The integrated compressor / turbine is operated at the following rotation speed, and the motor / generator as a generator is driven at this rotation speed of the compressor / turbine to change the frequency of the generated power to this frequency of the external power. An inverter was provided that was capable of converting to a different predetermined frequency and outputting.
【００１６】なお、コンプレッサ／タービンをタービン
としての運転が最適となる回転数にする制御は、コンプ
レッサ／タービンの速度三角形が最適となるように、ガ
バナ制御により行うようにしても良い。The control of the rotation speed at which the operation of the compressor / turbine as a turbine is optimized may be performed by governor control so that the speed triangle of the compressor / turbine is optimized.
【００１７】本発明の圧縮空気貯蔵発電装置は、上述
（１），（２）の手段により、 （ａ）インバータを用いたことにより、外部電力周波数
に関係なく、モータ／ゼネレータの回転数が設定できる
ようになったので、電動機としてのモータ／ゼネレータ
で直接駆動される圧縮機、およびモータ／ゼネレータを
直接駆動するガスタービンと、モータ／ゼネレータとを
直結しても、圧縮機およびガスタービンは、それぞれ最
適回転数で作動させることができる。すなわち、クラッ
チおよび増減速歯車装置を設けることなく、モータ／ゼ
ネレータと圧縮機およびタービンとを直接連繋させて、
圧縮機およびタービンを最適回転数で作動させることが
できる。In the compressed air storage power generator of the present invention, the rotation speed of the motor / generator is set by the means of (1) and (2) above, regardless of the external power frequency, by using (a) the inverter. As a result, even if the compressor directly driven by the motor / generator as an electric motor and the gas turbine directly driving the motor / generator and the motor / generator are directly connected, the compressor and the gas turbine are Each can be operated at the optimum speed. That is, without providing a clutch and an acceleration / deceleration gear device, the motor / generator is directly connected to the compressor and the turbine,
The compressor and turbine can be operated at optimum speed.
【００１８】また、モータ／ゼネレータの回転数が任意
に設定できるようになったことと、圧縮空気充填時と発
電時との時間のずれがあり、圧縮機とタービンとは同時
に作動させる必要がないことから、最適回転数の異る圧
縮機とタービンとを１体化することにより、運転効率の
良いコンプレッサ／タービンとすることができる。さら
に、コンプレッサ／タービンをタービンとしての最適回
転数にして、モータ／ゼネレータを駆動して発電を行っ
ても、モータ／ゼネレータで発電された電力は、インバ
ータにより供給先である外部電力の所定の周波数に、自
由に同調させて出力することができる。Further, since the number of rotations of the motor / generator can be arbitrarily set and there is a time lag between the time of charging compressed air and the time of power generation, it is not necessary to operate the compressor and the turbine at the same time. Therefore, by integrating the compressor and the turbine having different optimum rotation speeds into one body, it is possible to obtain a compressor / turbine with high operation efficiency. Further, even if the compressor / turbine is set to the optimum rotation speed as a turbine and the motor / generator is driven to generate electric power, the electric power generated by the motor / generator is output by the inverter at a predetermined frequency of the external electric power supplied to the motor / generator. In addition, the output can be freely synchronized.
【００１９】（ｂ）このように、専用機として使用する
必要のあった圧縮機、およびタービンが、コンプレッサ
／タービンとして１体化され、圧縮機としての機能、お
よびタービンとしての機能を果すようになり、しかも、
モータ／ゼネレータと、圧縮機およびタービンとの間
に、それぞれ設けていたクラッチ、および増減速歯車装
置を不要とできるので、機器数が減らせ、コスト低減が
図れるとともに、取扱い、保守点検が容易になり、信頼
性の高いものにできる。(B) In this way, the compressor and the turbine that had to be used as a dedicated machine are integrated as a compressor / turbine so that they function as a compressor and a turbine. And moreover,
Since the clutch and acceleration / deceleration gear device, which are respectively provided between the motor / generator and the compressor / turbine, can be eliminated, the number of equipment can be reduced, cost can be reduced, and handling and maintenance / inspection are easy. , Can be reliable.
【００２０】（ｃ）また、コンプレッサ／タービンを、
圧縮機としての運転効率の良い回転数で運転して、空気
を圧縮した圧縮空気は、高温のまま地下空洞等のタンク
内に貯めるので、コンプレッサ／タービンをタービンと
して使用するときに、コンプレッサ／タービンに供給さ
れる圧縮空気は、高温に保持されており、燃料等による
加熱を不要にして、発電機としてのモータ／ゼネレータ
を駆動して発電することができる。これにより、ＣＡＥ
Ｓを熱損失の少い効率の高いものにできる。(C) Further, the compressor / turbine is
Compressed air that has been compressed by operating at a rotational speed with good operating efficiency as a compressor is stored in tanks such as underground caverns at high temperatures. Therefore, when using the compressor / turbine as a turbine, The compressed air supplied to the device is kept at a high temperature and can be driven by a motor / generator as a generator to generate electricity without requiring heating with fuel or the like. This allows CAE
S can be made highly efficient with little heat loss.
【００２１】また、本発明の圧縮空気貯蔵発電装置は、
上述（１），（２）の手段に加え、次の手段とした。Further, the compressed air storage power generator of the present invention is
In addition to the above-mentioned means (1) and (2), the following means are adopted.
【００２２】（３）モータ／ゼネレータを駆動すると
き、換言すればタンク内に貯蔵された圧縮空気をコンプ
レッサ／タービンに供給し、コンプレッサ／タービンを
タービンとしての作動を行わせ、モータ／ゼネレータを
駆動して、発電を行っているとき、タービンとして作動
しているコンプレッサ／タービンから排出される圧縮空
気の温度を設定温度にするため、タンク内に貯蔵されて
いる圧縮空気が、コンプレッサ／タービン内の膨張によ
り、設定された排出温度になるようなコンプレッサ／タ
ービン入口温度にする、熱回収装置をタンク内に設置し
た。なお、コンプレッサ／タービンから排出される圧縮
空気の設定温度は、後述するように、排出される圧縮空
気が、種々の目的に使用されるため、一概にはいえない
が、３℃〜−１０℃程度にすることが好ましい。(3) When the motor / generator is driven, in other words, the compressed air stored in the tank is supplied to the compressor / turbine, and the compressor / turbine is operated as a turbine to drive the motor / generator. In order to bring the temperature of the compressed air discharged from the compressor / turbine operating as a turbine to the set temperature during power generation, the compressed air stored in the tank is A heat recovery device was installed in the tank to bring the compressor / turbine inlet temperature to the set exhaust temperature by expansion. The set temperature of the compressed air discharged from the compressor / turbine cannot be generally stated because the discharged compressed air is used for various purposes, as will be described later. It is preferable to adjust the degree.
【００２３】本発明の圧縮空気貯蔵発電装置は、上述
（３）の手段により、上述した（ａ），（ｂ）に加え、
従来の、図３に示す圧縮空気貯蔵発電装置の後部冷却器
０２８が、地下空洞０２４に多くの圧縮空気を貯めるた
めに、比重量を高くすべく、圧縮機０２３の吐出口と地
下空洞０２４の間に設置され、吐出空気のもつ温熱エネ
ルギーを冷却水中に放出して、有効利用されていなかっ
たのに対し、本発明の圧縮空気貯蔵発電装置に設ける熱
回収装置は、タンク内に設置され、タンク内の圧縮空気
の温熱エネルギーを回収して、減温しておくことによ
り、その温熱エネルギーの分だけコンプレッサ／タービ
ンでの膨張後空気温度が下るので、それをコンプレッサ
／タービンの吸気冷却に利用することで回収することが
でき、熱効率を向上させることができる。The compressed air storage power generator of the present invention is, in addition to the above-mentioned (a) and (b), by means of the above-mentioned (3),
The conventional rear cooler 028 of the compressed air storage power generation device shown in FIG. 3 stores a large amount of compressed air in the underground cavity 024, so that the discharge port of the compressor 023 and the underground cavity 024 are increased in order to increase the specific weight. The heat recovery device provided in the compressed air storage power generation device of the present invention is installed in the tank, while the hot air energy of the discharged air is released into the cooling water and was not effectively used. By recovering the thermal energy of the compressed air in the tank and reducing the temperature, the air temperature after expansion in the compressor / turbine decreases by the amount of that thermal energy, so it is used for cooling the intake air of the compressor / turbine. By doing so, it can be recovered, and the thermal efficiency can be improved.
【００２４】すなわち、例えば、吸気温度を大気温度よ
り１５℃低くすれば、発電出力を１０％増加させること
ができる。また、コンプレッサ／ガスタービン排気は、
燃焼ガスが含まれず清浄なので空気調和機等にも、その
まま使用することができ、温熱エネルギー（冷熱）の利
用範囲を広げることもできる。That is, for example, if the intake air temperature is lower than the atmospheric temperature by 15 ° C., the power generation output can be increased by 10%. Also, the compressor / gas turbine exhaust is
Since it does not contain combustion gas and is clean, it can be used as it is in air conditioners and the like, and the range of utilization of thermal energy (cold heat) can be expanded.
【００２５】さらに、熱回収装置はタンク内に設置さ
れ、従来の後部冷却器０２８に比較して、短時間で多く
の温熱エネルギーを回収できるので、熱回収装置で得ら
れた温水を、給湯、ボイラ給水加熱、若しくは暖房熱源
等に利用することもできるようになる。Further, since the heat recovery device is installed in the tank and can recover a large amount of thermal energy in a short time as compared with the conventional rear cooler 028, the hot water obtained by the heat recovery device is supplied to hot water, It will also be possible to use it for heating boiler feed water or as a heating heat source.
【００２６】このように、本発明の圧縮空気貯蔵発電装
置では、発生する温熱エネルギーを有効利用し、熱損失
を少くできるので、本発明を適用したＣＡＥＳの運転効
率を向上させることができる。As described above, in the compressed air storage power generator of the present invention, the generated thermal energy can be effectively utilized and the heat loss can be reduced, so that the operating efficiency of the CAES to which the present invention is applied can be improved.
【００２７】なお、コンプレッサ／タービンを作動させ
て、冷却された、膨張後の空気の使用を優先させるとき
は、上述（３）の手段に加え、温度検出をし、排出空気
温度が所定温度となるように、ガバナー等の制御によ
り、コンプレッサ／タービンの回転数、すなわち膨張比
を操作することによってもできるものである。When the compressor / turbine is operated to prioritize the use of the cooled and expanded air, in addition to the above-described means (3), the temperature is detected and the exhaust air temperature is determined to be the predetermined temperature. As described above, it is also possible to control the rotation speed of the compressor / turbine, that is, the expansion ratio, by controlling the governor or the like.
【００２８】[0028]
【発明の実施の形態】以下、本発明の圧縮空気貯蔵発電
装置の実施の一形態を、図面にもとづき説明する。図１
は本発明の圧縮空気貯蔵発電装置の実施の第１形態を適
用した小型ＣＡＥＳの構成図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a compressed air storage power generator of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a small CAES to which a first embodiment of a compressed air storage power generation device of the present invention is applied.
【００２９】図に示すように、発電機と電動機を１体に
したモータ／ゼネレータ２と、モータ／ゼネレータ２の
電動機で駆動され、矢視Ｃで表わされる導入空気を圧縮
する圧縮機、および空気貯蔵タンク４から矢視ｆで供給
される圧縮空気で作動し、モータ／ゼネレータ２の発電
機を駆動するタービンとを１体にした、コンプレッサ／
タービン３とは直結されていて、従来の圧縮空気貯蔵発
電装置で設置されている、図３に示すクラッチ０２１，
０２２、および増減速歯車装置０２６，０２７、若しく
は、これに類似するものは設けられていない。As shown in the figure, a motor / generator 2 having a generator and an electric motor as one body, a compressor for driving the air introduced by the electric motor of the motor / generator 2 and represented by arrow C, and an air A compressor / combining a turbine that operates with compressed air supplied from the storage tank 4 in the direction of arrow f to drive the generator of the motor / generator 2,
The clutch 021 shown in FIG. 3, which is directly connected to the turbine 3 and is installed in the conventional compressed air storage power generation device.
022, and gears 026, 027, or the like, are not provided.
【００３０】また、モータ／ゼネレータ２には、インバ
ータ１が連繋されていて、コンプレッサ／タービン３の
回転数を自由にして、しかも、６０Ｈｚ又は５０Ｈｚの
周波数の外部電力系統と連繋できるようにしている。An inverter 1 is connected to the motor / generator 2 so that the rotation speed of the compressor / turbine 3 can be set freely and can be connected to an external power system having a frequency of 60 Hz or 50 Hz. .
【００３１】すなわち、コンプレッサ／タービン３をコ
ンプレッサとして使用するときには、６０Ｈｚ又は５０
Ｈｚの外部電力の周波数をインバータ１で変換して、コ
ンプレッサとして駆動されるコンプレッサ／タービン３
の最適回転数にして、モータ／ゼネレータ２を回転さ
せ、圧入切換弁９を介して導入された空気ｃの圧縮を行
い、圧縮空気ｅを空気貯蔵タンク４に直接貯留するとと
もに、発電時には、コンプレッサ／タービン３の回転数
をタービンにとって最適となるように、圧縮空気タンク
４から供給される圧縮空気ｆを流量制御弁８で制御し
て、コンプレッサ／タービン３に導入して作動させ、モ
ータ／ゼネレータ２の発電機を駆動し、発電される外部
電力の周波数と異なる電力の周波数をインバータ１によ
り、６０Ｈｚ又は５０Ｈｚにして、外部電力母線に供給
するようにしている。That is, when the compressor / turbine 3 is used as a compressor, 60 Hz or 50
A compressor / turbine 3 that is driven as a compressor by converting the frequency of external power of Hz with an inverter 1.
At the optimum number of revolutions, the motor / generator 2 is rotated, the air c introduced through the press-fitting switching valve 9 is compressed, the compressed air e is directly stored in the air storage tank 4, and the compressor is used during power generation. / The compressor / turbine 3 is operated by controlling the compressed air f supplied from the compressed air tank 4 with the flow control valve 8 so that the rotational speed of the turbine 3 becomes optimum for the turbine / motor / generator. The generator 2 is driven, and the frequency of the electric power different from the frequency of the external electric power generated is set to 60 Hz or 50 Hz by the inverter 1 and supplied to the external power bus.
【００３２】なお、コンプレッサ／タービン３を、ター
ビンとしての運転が最適となる回転数による制御は、コ
ンプレッサ／タービン３の回転数を回転数ピックアップ
６で検出して、プラント制御装置７に入力し、この入力
信号にもとづきプラント制御装置７から開度信号を流量
制御弁８に出力し、空気貯蔵タンク４からの圧縮空気ｆ
の流量を制御して行うようにしているが、コンプレッサ
／タービンの速度三角形が最適となるようなガバナ制御
信号を、流量制御弁８に入力して行うようにしても良
い。The control of the compressor / turbine 3 by the rotational speed at which the operation of the compressor / turbine 3 is optimal is carried out by detecting the rotational speed of the compressor / turbine 3 by the rotational speed pickup 6 and inputting it to the plant control device 7. Based on this input signal, an opening signal is output from the plant control device 7 to the flow control valve 8, and the compressed air f from the air storage tank 4 is output.
However, the governor control signal that optimizes the compressor / turbine speed triangle may be input to the flow control valve 8.
【００３３】また、タービンとしてのコンプレッサ／タ
ービン３を作動させる圧縮空気ｆは、コンプレッサ／タ
ービン３で膨張、冷却して、排出空気ｄとして送気切替
弁１０から、所要の装置に送給され、膨張により得られ
る冷熱エネルギーを利用するようにしている。この、コ
ンプレッサ／タービン３の膨張で冷却された排出空気ｄ
の温度利用を優先させるときは、後述する熱回収装置１
１による制御のほか、温度検出計５の検出値が利用先に
応じた所定値、例えば−１０℃となるように、流量制御
弁８を操作することによっても行うことができる。Further, the compressed air f for operating the compressor / turbine 3 as the turbine is expanded and cooled by the compressor / turbine 3, and is supplied as exhaust air d from the air supply switching valve 10 to a required device, The cold energy obtained by expansion is used. The exhaust air d cooled by the expansion of the compressor / turbine 3
When giving priority to the temperature utilization of the heat recovery device 1, which will be described later
In addition to the control by 1, the flow rate control valve 8 can be operated so that the detected value of the temperature detector 5 becomes a predetermined value according to the user, for example, -10 ° C.
【００３４】さらに、空気貯蔵タンク４には、温熱利用
のための熱回収装置１１が設けられていて、冷却水ａを
供給して熱回収装置１１で得られる温水ｂを、給湯、ボ
イラ給水加熱器、又は暖房熱源等として有効利用するこ
とが出来る。また、前述したように、熱回収装置１１の
冷却により、空気貯蔵タンク４内の圧縮空気の温度を制
御することにより、コンプレッサ／タービン３から排出
される排出空気ｄの温度を、利用先から要求される温度
にできるコンプレッサ／タービン３の入口温度にするこ
ともできる。Further, the air storage tank 4 is provided with a heat recovery device 11 for utilizing heat, and the cooling water a is supplied to supply the hot water b obtained by the heat recovery device 11 to hot water supply and boiler feed water heating. It can be effectively used as a heater or a heat source for heating. Further, as described above, by controlling the temperature of the compressed air in the air storage tank 4 by cooling the heat recovery device 11, the temperature of the exhaust air d discharged from the compressor / turbine 3 is requested by the user. It is also possible to have the inlet temperature of the compressor / turbine 3 which can be a temperature that is controlled.
【００３５】次に、本実施の形態の圧縮空気貯蔵発電装
置の空気貯蔵時と、発電時の使用状況を図２に示す。Next, FIG. 2 shows a use state of the compressed air storage power generator of this embodiment during air storage and during power generation.
【００３６】図２（ａ）に示すように、モータ／ゼネレ
ータ２を電動機Ｍとして使用し、夜間の電力で作動さ
せ、空気圧縮機Ｃ／Ｐとして作動するコンプレッサ／タ
ービン３を駆動して、送気切替弁９を介してコンプレッ
サ／タービン３に導入された外部空気ｃを圧縮して、圧
縮空気ｅにして空気貯蔵タンク４に貯める。なお、この
とき空気貯蔵タンク４に貯められる圧縮空気ｅの温熱エ
ネルギーを、熱回収装置１１で回収して給湯、暖房等に
使用するようにすることもできる。（運用１） 図２（ｂ）に示すように、空気貯蔵タンク４から送出さ
れる圧縮空気ｆを、流量制御弁８で制御して、コンプレ
ッサ／タービン３に供給すれば、コンプレッサ／タービ
ン３は、タービンＴとして作動し、モータ／ゼネレータ
２を駆動し、モータ／ゼネレータ２は、発電機Ｇとして
機能し、電力を発生させることができる。また、空気貯
蔵タンク４内で圧縮空気を減温しておけば、コンプレッ
サ／タービン３の出口温度は、膨張の結果、更に温度が
下がるので、ガスタービンの吸気冷却や冷房用空気とし
て有効に活用できる。（運用２）As shown in FIG. 2 (a), the motor / generator 2 is used as the electric motor M, is operated by electric power at night, and drives the compressor / turbine 3 which is operated as the air compressor C / P to send the electric power. The external air c introduced into the compressor / turbine 3 via the air switching valve 9 is compressed into compressed air e and stored in the air storage tank 4. At this time, the thermal energy of the compressed air e stored in the air storage tank 4 may be recovered by the heat recovery device 11 and used for hot water supply, heating, or the like. (Operation 1) As shown in FIG. 2B, if the compressed air f sent from the air storage tank 4 is controlled by the flow rate control valve 8 and supplied to the compressor / turbine 3, the compressor / turbine 3 is , Operates as the turbine T and drives the motor / generator 2, and the motor / generator 2 functions as a generator G and can generate electric power. Further, if the temperature of the compressed air is reduced in the air storage tank 4, the outlet temperature of the compressor / turbine 3 will be further lowered as a result of expansion, so that it can be effectively used as intake air for cooling the gas turbine or air for cooling. it can. (Operation 2)
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧縮空気
貯蔵発電装置によれば、特許請求の範囲に示す構成によ
り、 （１）クラッチ、増減速歯車装置、燃料系、排気系は、
一切不要となるうえ、発電／電動機、圧縮機／タービン
は、兼用される１体化されたモータ／ゼネレータ、およ
びコンプレッサ／タービンにできるので、取扱いが容易
になるとともに、コストダウンが可能となる。As described above, according to the compressed air storage power generation device of the present invention, by the configuration shown in the claims, (1) the clutch, the speed increasing / decreasing gear device, the fuel system, and the exhaust system are
In addition, the generator / motor and the compressor / turbine can be combined into a single motor / generator and compressor / turbine that are not required at all, so that handling is easy and cost can be reduced.
【００３８】（２）空気貯蔵時の空気圧縮で得られる温
熱エネルギーを有効に利用するとともに、コンプレッサ
／タービンのタービンとしての運転で得られる、冷熱エ
ネルギーを空調用、冷風用、ガスタービン吸気冷却用の
冷熱として利用できるので熱効率が向上し、運転効率の
高いものにできる。(2) The thermal energy obtained by air compression during air storage is effectively utilized, and the cold energy obtained by the operation of the compressor / turbine as a turbine is used for air conditioning, cold air, and gas turbine intake cooling. Since it can be used as cold heat of, the thermal efficiency is improved and the operation efficiency can be made high.
【図１】本発明の圧縮空気貯蔵発電装置の実施の第１形
態を設けた小型ＣＡＥＳの構成図、FIG. 1 is a configuration diagram of a small CAES provided with a first embodiment of a compressed air storage power generation device of the present invention,
【図２】図１に示す圧縮空気貯蔵発電装置の使用状況を
示す図で、図２（ａ）は夜間電力による空気貯蔵時を示
す図、図２（ｂ）は貯蔵圧縮空気による発電時を示す
図、2A and 2B are views showing a usage state of the compressed air storage power generation device shown in FIG. 1, FIG. 2A shows a time when air is stored by night power, and FIG. 2B shows a time when power is generated by stored compressed air. Figure showing,
【図３】従来のＣＡＥＳの構成図である。FIG. 3 is a block diagram of a conventional CAES.
１ インバータ ２ モータ／ゼネレータ ３ コンプレッサ／タービン ４ 空気貯蔵タンク ５ 温度センサ ６ 回転数ピックアップ ７ プラント制御装置 ８ 流量制御弁 ９ 圧入切替弁 １０ 送気切替弁 １１ 熱回収装置 ａ 冷却水 ｂ 温水 ｃ，ｅ 圧入時空気流れ ｄ，ｆ 送風時空気流れ Ｍ 電動機 Ｃ／Ｐ 空気圧縮機 Ｇ 発電機 Ｔ タービン 1 Inverter 2 Motor / Generator 3 Compressor / Turbine 4 Air Storage Tank 5 Temperature Sensor 6 Rotation Speed Pickup 7 Plant Control Device 8 Flow Control Valve 9 Press-in Switching Valve 10 Air Supply Switching Valve 11 Heat Recovery Device a Cooling Water b Hot Water c, e Air flow during press-fit d, f Air flow during blast M Electric motor C / P Air compressor G Generator T Turbine
Claims (2)
駆動する電動機と、前記空気圧縮機で圧縮された圧縮空
気で作動するタービンで駆動され発電を行う発電機とを
１体化した、モータ／ゼネレータを設けた圧縮空気貯蔵
発電装置において、前記空気圧縮機と前記タービンとが
１体化され、電力需要の少いとき、前記モータ／ゼネレ
ータで直結駆動されて空気圧縮を行い、タンクに供給す
るとともに、電力需要の多いとき、前記タンクから供給
された圧縮空気で前記モータ／ゼネレータを直結駆動し
て発電を行うコンプレッサ／タービンと、前記モータ／
ゼネレータに入力される電力、および出力される電力を
所定の周波数に変換するインバータとを設けたことを特
徴とする圧縮空気貯蔵発電装置。1. An electric motor that drives an air compressor with electric power supplied from the outside and a generator that is driven by a turbine operated by compressed air compressed by the air compressor to generate electric power are integrated. In a compressed air storage power generator equipped with a motor / generator, when the air compressor and the turbine are integrated and the demand for electric power is low, the motor / generator is directly connected to drive air to perform air compression, and to a tank. A compressor / turbine that supplies electric power and directly drives the motor / generator with compressed air supplied from the tank to generate electric power when the power demand is high;
A compressed air storage power generator comprising: an inverter that converts the electric power input to the generator and the electric power output to the generator into a predetermined frequency.
ゼネレータを駆動するとき、前記コンプレッサ／タービ
ンからの排出空気温度を設定温度にするため、前記タン
ク内の圧縮空気温度を所定温度にする熱回収装置を設け
たことを特徴とする請求項１の圧縮空気貯蔵発電装置。2. The motor installed in the tank,
The heat recovery device according to claim 1, further comprising a heat recovery device that sets the temperature of the compressed air in the tank to a predetermined temperature in order to bring the temperature of the exhaust air from the compressor / turbine to a set temperature when the generator is driven. Air storage power generator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8139987A JPH09317495A (en) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | Compressed air storage generating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8139987A JPH09317495A (en) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | Compressed air storage generating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09317495A true JPH09317495A (en) | 1997-12-09 |
Family
ID=15258308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8139987A Withdrawn JPH09317495A (en) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | Compressed air storage generating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09317495A (en) |
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