JPH1182284A - Wind power utilizing energy system - Google Patents
Wind power utilizing energy systemInfo
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- JPH1182284A JPH1182284A JP9256123A JP25612397A JPH1182284A JP H1182284 A JPH1182284 A JP H1182284A JP 9256123 A JP9256123 A JP 9256123A JP 25612397 A JP25612397 A JP 25612397A JP H1182284 A JPH1182284 A JP H1182284A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、風力エネルギー
により高温熱エネルギー，低温熱エネルギー及び電力を
組合せて生成するシステムに係る技術分野に属する。TECHNICAL FIELD The present invention belongs to the technical field of a system for generating a combination of high-temperature heat energy, low-temperature heat energy and electric power by wind energy.
【０００２】[0002]
【従来技術とその課題】 風力発生が一般的であり（図
６）、昨今の技術レベルは高度に発展し、信頼性，性
能，耐久性の面で実用化段階に入って久しい。（例え
ば、特公昭６２−１２３９５号公報参照）しかしなが
ら、風力という自然要素に依存する発電であるため、そ
の出力は不安定である。また、これを補うべく蓄電シス
テムを設けることもできるが、設備コストが著しく高く
なるという課題がある。2. Description of the Related Art [0002] Wind power generation is common (Fig. 6), and the technology level has been highly developed in recent years, and it has been a long time since practical use in terms of reliability, performance and durability. (See, for example, Japanese Patent Publication No. 62-12395) However, since the power generation depends on the natural element of wind power, the output is unstable. In addition, a power storage system can be provided to compensate for this, but there is a problem that equipment costs are significantly increased.
【０００３】一方、風力エネルギーを熱に交換して（図
７）利用し、適宜蓄熱する方法も研究，開発されてい
る。（例えば、特開昭６２−２０６７９号公報参照）熱
は貯蔵できるのでその限り風力エネルギーを有効利用で
きるが、熱エネルギーのコストは概して低廉であり、採
算面での困難が伴う。[0003] On the other hand, a method of exchanging wind energy for heat (Fig. 7) and utilizing the energy to appropriately store heat has been studied and developed. (See, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-20679) Since heat can be stored, wind energy can be effectively used as long as it can be stored, but the cost of heat energy is generally low and there are difficulties in terms of profitability.
【０００４】本発明の目的は、従来の発電目的が単一、
又は熱エネルギー生成目的が単一である風力利用の欠点
を解消すべく、発電，熱生成（高温，低温）を随時組合
せてハイブリッドに利用できる風力利用エネルギーシス
テムを提供することにある。The object of the present invention is to provide a single conventional power generation purpose,
Another object of the present invention is to provide a wind energy system that can be used for a hybrid by combining power generation and heat generation (high temperature and low temperature) as needed in order to solve the drawback of using wind power, which has a single purpose of generating heat energy.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】 上記目的は、風力エネ
ルギーを利用して電力，熱エネルギーを生成する手段に
おいて、風力エネルギーを風車により機械回転エネルギ
ーに転換した後、該機械回転エネルギーで空気圧縮機を
駆動して空気を昇圧昇温し、この昇圧昇温空気から熱エ
ネルギーを取出し、その後当該昇圧空気を空気膨張ター
ビンに投入して回転力を取出すことにより発電機を回転
させて電力を取り出すことにより達成される。Means for Solving the Problems The object of the present invention is to provide a means for generating electric power and heat energy by utilizing wind energy, wherein the wind energy is converted into mechanical rotational energy by a windmill, and then the air compressor is used by the mechanical rotational energy. To raise the temperature of the air, extract heat energy from the heated air, and then apply the boosted air to the air expansion turbine to extract the rotational force to rotate the generator and extract power. Is achieved by
【０００６】上記目的は、請求項１に記載の風力利用エ
ネルギーシステムにおいて、膨張膨張タービンからの吐
出する低温空気より熱交換器を介して冷熱を取出すこと
により達成される。The above object is achieved by extracting cold energy from a low-temperature air discharged from an expansion / expansion turbine through a heat exchanger in the wind energy system according to the present invention.
【０００７】上記目的は、請求項１又は２に記載の風力
利用エネルギーシステムにおいて、風車に油圧ポンプを
連結し、油圧により風力エネルギーを伝送し、油圧モー
タを回転させることにより空気圧縮機を駆動することに
より達成される。The object of the present invention is to provide a wind energy system according to claim 1 or 2, wherein a hydraulic pump is connected to the windmill, wind energy is transmitted by hydraulic pressure, and a hydraulic motor is rotated to drive the air compressor. This is achieved by:
【０００８】上記目的は、請求項１〜３の何れかに記載
の風力利用エネルギーシステムにおいて、空気圧縮機に
補助モータを取付けることにより達成される。[0008] The above object is achieved by attaching an auxiliary motor to an air compressor in the wind energy system according to any one of claims 1 to 3.
【０００９】上記目的は、請求項１〜４の何れかに記載
の風力利用エネルギーシステムにおいて、空気圧縮機と
空気膨張タービンをタンデムに配置し、両者をシャフト
で連結することにより達成される。[0009] The above object is achieved by arranging an air compressor and an air expansion turbine in tandem and connecting them with a shaft in the wind energy system according to any one of claims 1 to 4.
【００１０】上記目的は、請求項５に記載の風力利用エ
ネルギーシステムにおいて、シャフトにクラッチを介装
することにより達成される。[0010] The above object is achieved by interposing a clutch on a shaft in the wind energy system according to claim 5.
【００１１】上記目的は、請求項１又は２に記載の風力
利用エネルギーシステムにおいて、機械回転エネルギー
伝達系に流体継手を介装することにより達成される。[0011] The above object is achieved by interposing a fluid coupling in a mechanical rotation energy transmission system in the wind energy system according to the first or second aspect.
【００１２】上記目的は、請求項３に記載の風力利用エ
ネルギーシステムにおいて、油圧モータに直結してクラ
ッチを介して発電機／モータを設けることにより達成さ
れる。[0012] The above object is achieved by providing a generator / motor via a clutch directly connected to a hydraulic motor in the wind energy system according to the third aspect.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】 図面により本発明実施の形態の
詳細を説明する。図１は、本発明風力利用エネルギーシ
ステムによる高温熱エネルギー生成及び発電の実施形態
例を示す。Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of high-temperature thermal energy generation and power generation by the wind energy system according to the present invention.
【００１４】風力手段は、ブレード１，ナセル２，タワ
ー３の構造より成り、ブレード１はシャフト４にハブ５
で結合されている。風力エネルギーは、ブレード１でと
らえられ、ハブ５，シャフト４で回転トルクとしてギヤ
６，８、鉛直シャフト７で地上面近くに伝達される。ギ
ヤ６，８，シャフト７は、機械的に水平シャフト４の回
転をシャフト９に伝達するが、チェーンやベルトで伝達
することも本システムでは可能である。シャフト９に伝
達されたトルクは、適宜増速ギヤ機構１０で低減、詳し
くは、シャフト９の回転がシャフト１１では増速され、
その逆数としてトルクは低減され、流体継手１２を経て
空気圧縮機１３に伝えられる。尚、増速ギヤ機構１０
は、ナセル２に設けてもよい。流体継手１２は不安定な
風力エネルギーの変動を直接空気圧縮機１３に伝えるの
ではなく、緩やかな緩衝機構として作用する。流体継手
１２と空気圧縮機１３の間には、クラッチ１４やブレー
キ（図示略）を設ける。空気圧縮機１３に対して、エア
フィルタ１５を経由して清浄化された空気（状態ａ）が
吸入される。状態ａの空気は図２の空気の物性特性カー
ブに示されるように、大気圧ＰA で外気温の空気であ
り、空気圧縮機１３により昇圧昇温され、高圧高温の状
態ｂに至る。空気圧縮機１３に与える回転エネルギーは
風力より与えられ、その値は図２の△Ｈinに相当する。
状態ａ→ｂの変更は断熱圧縮に近似したポクトロープ圧
縮である。状態ｂの高圧加温空気は、図１の配管１６を
経て高温熱交換器１７に至る。高温熱交換器１７はアキ
ュムレータを兼ねさせることができる。高温熱交換器１
７は熱交換チューブ１８によりチューブ内の水を昇温し
て温水を作るとともに、加温空気を一定量貯え、バッフ
ァーとしての役割を果たす。水はスケールの少ない水と
し閉ループを循環させるのが好ましく、ポンプ１９で送
給し、温水タンク１０に貯えて随時使用するか、直接目
的先に温水を給水する。水を閉ループ循環せず、市水を
オープンに供給して、温水にした後消費するようにして
もよい。高温熱交換器１７で熱を放出して冷却された空
気は、高圧を維持したまま状態ｂ→ｃへと至る。The wind means comprises a blade 1, a nacelle 2, and a tower 3, and the blade 1 has a shaft 4 and a hub 5.
Are joined by The wind energy is captured by the blade 1 and transmitted as rotational torque by the hub 5 and the shaft 4 to the gears 6 and 8 and the vertical shaft 7 near the ground surface. The gears 6, 8, and the shaft 7 mechanically transmit the rotation of the horizontal shaft 4 to the shaft 9, but the rotation can be transmitted by a chain or a belt in the present system. The torque transmitted to the shaft 9 is appropriately reduced by the speed increasing gear mechanism 10. More specifically, the rotation of the shaft 9 is accelerated by the shaft 11,
As a reciprocal, the torque is reduced and transmitted to the air compressor 13 via the fluid coupling 12. Note that the speed increasing gear mechanism 10
May be provided in the nacelle 2. The fluid coupling 12 does not directly transmit the unstable fluctuation of the wind energy to the air compressor 13 but acts as a gradual damping mechanism. A clutch 14 and a brake (not shown) are provided between the fluid coupling 12 and the air compressor 13. The purified air (state a) is sucked into the air compressor 13 via the air filter 15. The air in the state a is air at the atmospheric pressure P A and the outside air temperature, as shown in the physical property curve of the air in FIG. The rotational energy given to the air compressor 13 is given by wind power, and its value corresponds to ΔH in in FIG.
The change from the state a to the state b is a podotropic compression approximating adiabatic compression. The high-pressure heated air in the state b reaches the high-temperature heat exchanger 17 via the pipe 16 in FIG. The high-temperature heat exchanger 17 can also serve as an accumulator. High temperature heat exchanger 1
Numeral 7 raises the temperature of the water in the tube by the heat exchange tube 18 to produce warm water, stores a fixed amount of heated air, and serves as a buffer. Preferably, the water is reduced in scale and circulated through a closed loop. The water is supplied by a pump 19 and stored in a hot water tank 10 for use at any time, or hot water is directly supplied to a destination. Instead of circulating the water in a closed loop, it is also possible to supply the city water in an open manner, make it warm water, and then consume it. The air that has been cooled by releasing heat in the high-temperature heat exchanger 17 reaches a state b → c while maintaining a high pressure.
【００１５】図２において、△ＨHXは、水を温水にする
ために放出したエンタルピである。空気は状態ｂ→ｃに
至る間に、温度がＴb→Ｔcに降下する。発電したいタイ
ミングで配管２１を経て、空気（状態ｃ）を空気膨張タ
ービン２２に供給し、エンタルピ△Ｈout 相当の発電を
しながら空気は冷却し、状態ｄに至る。空気膨張タービ
ン２２には発電機２３が連結されている。In FIG. 2, ΔH HX is enthalpy released to make water warm. Air between it reaches state b → c, the temperature drops to T b → T c. The air (state c) is supplied to the air expansion turbine 22 through the pipe 21 at the timing when power generation is desired, and the air is cooled while generating power corresponding to the enthalpy ΔH out to reach the state d. The generator 23 is connected to the air expansion turbine 22.
【００１６】このようにして本風力利用エネルギーシス
テムでは高温熱を生成するとともに、発電を行なうこと
ができる。図２における△Ｈinと比べて△Ｈout の方が
小さいので、通常の風力発電よりも発電能力は小さい
が、電力，熱エネルギーをハイブリッドで生成すること
によりエネルギーの効率利用ができる。In this manner, the present wind energy system can generate high-temperature heat and generate electric power. Since ΔH out is smaller than ΔH in in FIG. 2, the power generation capacity is smaller than that of normal wind power generation, but energy can be efficiently used by generating electric power and heat energy in a hybrid manner.
【００１７】図３は、本風力利用エネルギーシステムの
一層の効用向上に関するものである。この図３は、図１
に示す実施の形態例の空気膨張タービン２２の吐出空気
（状態ｄ）の低温を利用するものであり、低温空気を配
管２４を経て低温熱交換器２５に導き、水などを熱交換
チューブ２６で冷水にし、冷水タンク２７などに適宜貯
え使用する。この水に代えて塩化カルシウム水溶液など
のブラインを用いてもよい。図１，図３を組合せると、
電力，高温熱エネルギー，低温熱エネルギーの三種のエ
ネルギーを生成できる。FIG. 3 relates to a further improvement in the utility of the wind energy system. This FIG. 3 corresponds to FIG.
In this embodiment, the low temperature of the discharge air (state d) of the air expansion turbine 22 of the embodiment shown in FIG. 1 is used. The low temperature air is led to a low temperature heat exchanger 25 via a pipe 24, and water and the like are passed through a heat exchange tube 26. It is made into cold water and stored in a cold water tank 27 or the like as appropriate. A brine such as an aqueous solution of calcium chloride may be used in place of the water. By combining FIGS. 1 and 3,
It can generate three types of energy: electric power, high-temperature heat energy, and low-temperature heat energy.
【００１８】図４は、風車でのトルク伝達を油圧で行な
うものであり、ブレード１の回転をナセル２に設けた油
圧ポンプ２８により油圧エネルギーに変え、配管２９，
３０で、油圧モータ３１との間に油を循環させる。配管
３０にはバッファタンク３２を設け、油圧が過大になら
ないよう調節する。油圧モータ３１は、空気圧縮機１３
に連結して回転駆動させる。両者間にクラッチ３４を設
けると運用に巾ができる。油圧モータ３１に対しては、
スタート時の補助用及び余裕回転エネルギー回収用に発
電機を兼ねたモータ３３を連結しておくとよく、両者間
にはクラッチ３５を設ける。空気圧縮機１３以降の構成
については、図１と同様である。FIG. 4 shows that the torque transmission in the wind turbine is performed by hydraulic pressure, and the rotation of the blade 1 is changed into hydraulic energy by a hydraulic pump 28 provided in the nacelle 2, and the piping 29,
At 30, oil is circulated between the hydraulic motor 31. A buffer tank 32 is provided in the pipe 30 to adjust the oil pressure so as not to be excessive. The hydraulic motor 31 is connected to the air compressor 13
And driven to rotate. If a clutch 34 is provided between the two, the width of operation can be increased. For the hydraulic motor 31,
It is preferable to connect a motor 33 serving also as a generator for assisting at the start and for recovering extra rotational energy, and a clutch 35 is provided between the both. About the structure after the air compressor 13, it is the same as that of FIG.
【００１９】図５は、空気圧縮機１３と空気膨張タービ
ン２２をタンデムに配置して連結したものであり、両者
間にはクラッチ３６を設け、空気圧縮機１３のスタート
時にはこれを切離して運用負荷を減じ、空気圧縮機１３
が一定回転に達した際にトルクを繋ぐようにする。ま
た、クラッチ３６の空気圧縮機１３側には、補助モータ
３３を設け、空気圧縮機１３のスタート時の補助を行な
うとともに、空気膨張タービン２２の不使用時にクラッ
チ３６を切離して発電を行なうようにする。FIG. 5 shows that the air compressor 13 and the air expansion turbine 22 are connected in a tandem arrangement. A clutch 36 is provided between the two, and when the air compressor 13 is started, it is disengaged to operate. And the air compressor 13
When a certain rotation is reached, the torque is connected. An auxiliary motor 33 is provided on the air compressor 13 side of the clutch 36 to assist the start of the air compressor 13 and to generate power by disconnecting the clutch 36 when the air expansion turbine 22 is not used. I do.
【００２０】[0020]
【発明の効果】 上述のように本発明の構成によれば、
次のような効果が得られる。 （ａ）風力エネルギーを電力・熱エネルギーのハイブリ
ッドシステムで活用できる。 （ｂ）自然依存の不安定な風力エネルギーを安定的に活
用・貯蔵できる。 （ｃ）熱エネルギーとしては高温・低温双方を出力でき
る。According to the configuration of the present invention as described above,
The following effects can be obtained. (A) Wind energy can be used in a hybrid system of electric power and heat energy. (B) It is possible to stably use and store unstable wind energy depending on nature. (C) Both high and low temperatures can be output as thermal energy.
【図１】 本発明システムによる高温熱エネルギー生成
及び発電の実施形態を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of high-temperature thermal energy generation and power generation by the system of the present invention.
【図２】 本発明システムのプロセスを示す空気の物性
図である。FIG. 2 is a physical property diagram of air showing a process of the system of the present invention.
【図３】 図１の実施形態において低温空気を利用する
実施形態を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an embodiment using low-temperature air in the embodiment of FIG. 1;
【図４】 風車でのトルク伝達を油圧で行う実施形態を
示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an embodiment in which torque transmission in a windmill is performed hydraulically.
【図５】 空気圧縮機と空気膨張タービンをタンデムに
配置した実施の形態を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an embodiment in which an air compressor and an air expansion turbine are arranged in tandem.
【図６】 一般に知られている従来の風力発電システム
の説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of a generally known conventional wind power generation system.
【図７】 一般に知られている従来の風力エネルギーを
熱に変換するシステムの説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventionally known system for converting wind energy into heat.
Ｇ 発電機 １ ブレード ２ ナセル ３ タワー ４ シャフト ５ ハブ ６ ギヤ ７ 鉛直シャフト ８ ギヤ ９ シャフト １０ 増速ギヤ １１ シャフト １２ 流体継手 １３ 空気圧縮機 １４ クラッチ １５ エアフィルター １６ 配管 １７ 高温熱交換器 １８ 熱交換チューブ １９ ポンプ ２０ 温水タンク ２１ 配管 ２２ 空気膨張タービン ２３ 発電機 ２４ 配管 ２５ 低温熱交換器 ２６ 熱交換チューブ ２７ 冷水タンク ２８ 油圧ポンプ ２９ 配管 ３０ 配管 ３１ 油圧モータ ３２ 配管 ３３ バッファタンク ３４ クラッチ ３５ クラッチ ３６ クラッチ G generator 1 blade 2 nacelle 3 tower 4 shaft 5 hub 6 gear 7 vertical shaft 8 gear 9 shaft 10 speed increasing gear 11 shaft 12 fluid coupling 13 air compressor 14 clutch 15 air filter 16 piping 17 high temperature heat exchanger 18 heat exchange Tube 19 Pump 20 Hot water tank 21 Piping 22 Air expansion turbine 23 Generator 24 Piping 25 Low temperature heat exchanger 26 Heat exchange tube 27 Cold water tank 28 Hydraulic pump 29 Piping 30 Piping 31 Hydraulic motor 32 Piping 33 Buffer tank 34 Clutch 35 Clutch 36 Clutch
Claims (8)
ルギーを生成する手段において、風力エネルギーを風車
により機械回転エネルギーに転換した後、該機械回転エ
ネルギーで空気圧縮機を駆動して空気を昇圧昇温し、こ
の昇圧昇温空気から熱エネルギーを取出し、その後当該
昇圧空気を膨張膨張タービンに投入して回転力を取出す
ことにより発電機を回転させて電力を取り出すことを特
徴とする風力利用エネルギーシステム。In a means for generating electric power and heat energy using wind energy, after converting wind energy into mechanical rotational energy by a windmill, an air compressor is driven by the mechanical rotational energy to raise and raise air. Heating, extracting heat energy from the pressurized heated air, and then inputting the pressurized air into an expansion / expansion turbine to take out a rotational force, thereby rotating a generator and extracting electric power. .
ステムにおいて、空気膨張タービンからの吐出する低温
空気より熱交換器を介して冷熱を取出すことを特徴とす
る風力利用エネルギーシステム。2. The wind energy system according to claim 1, wherein cold energy is extracted from low-temperature air discharged from the air expansion turbine via a heat exchanger.
ーシステムにおいて、風車に油圧ポンプを連結し、油圧
により風力エネルギーを伝送し、油圧モータを回転させ
ることにより空気圧縮機を駆動することを特徴とする風
力利用エネルギーシステム。3. The wind energy system according to claim 1, wherein a hydraulic pump is connected to the windmill, wind energy is transmitted by hydraulic pressure, and the air compressor is driven by rotating a hydraulic motor. Characteristic wind energy system.
エネルギーシステムにおいて、空気圧縮機に補助モータ
を取付けることを特徴とする風力利用エネルギーシステ
ム。4. The wind energy system according to claim 1, wherein an auxiliary motor is attached to the air compressor.
エネルギーシステムにおいて、空気圧縮機と空気膨張タ
ービンをタンデムに配置し、両者をシャフトで連結する
ことを特徴とする風力利用エネルギーシステム。5. The wind energy system according to claim 1, wherein the air compressor and the air expansion turbine are arranged in tandem, and both are connected by a shaft. .
ステムにおいて、シャフトにクラッチを介装することを
特徴とする風力利用エネルギーシステム。6. The wind energy system according to claim 5, wherein a clutch is interposed in the shaft.
ギーシステムにおいて、機械回転エネルギー伝達系に流
体継手を介装することを特徴とする風力利用エネルギー
システム。7. The wind energy system according to claim 1, wherein a fluid coupling is interposed in the mechanical rotation energy transmission system.
ステムにおいて、油圧モータに直結してクラッチを介し
て発電機／モータを設けることを特徴とする風力利用エ
ネルギーシステム。8. The wind energy system according to claim 3, further comprising a generator / motor directly connected to the hydraulic motor via a clutch.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9256123A JPH1182284A (en) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | Wind power utilizing energy system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9256123A JPH1182284A (en) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | Wind power utilizing energy system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1182284A true JPH1182284A (en) | 1999-03-26 |
Family
ID=17288227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9256123A Pending JPH1182284A (en) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | Wind power utilizing energy system |
Country Status (1)
| Country | Link |
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