JP2000297657A - 電力貯蔵型ガスタービン発電設備 - Google Patents

電力貯蔵型ガスタービン発電設備

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Tomofumi Nakakita
智文 中北
Hideo Kobayashi
英夫 小林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮空気貯槽を小型化でき、かつ昼間の電力
需要ピーク時に最大出力で発電することができる電力貯
蔵型ガスタービン発電設備を提供する。 【解決手段】 空気圧縮機13と電動機16aを有する
圧縮空気製造設備11と、ガスタービン14と発電機1
6bを有するガスタービン発電設備12と、空気圧縮機
で圧縮した空気を貯蔵しこれをガスタービン用の燃焼器
14aに供給するための圧縮空気貯槽2と、空気圧縮機
を補助的に駆動する蒸気タービン20と、高圧蒸気を連
続的に発生する蒸気発生装置22と、蒸気発生装置から
蒸気タービンとガスタービン用燃焼器に高圧蒸気を供給
する蒸気ライン24とを備え、夜間の圧縮機駆動時は蒸
気を蒸気タービンに供給して空気圧縮機の駆動動力を低
減し、昼間のガスタービン発電時は、ガスタービン又は
ガスタービン用燃焼器に蒸気を供給して出力を増大さ
せ、更に余剰の高圧蒸気を蒸気タービンに供給して空気
圧縮機の駆動動力を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮空気貯蔵とガ
スタービン発電とを組み合わせた電力貯蔵型ガスタービ
ン発電設備に関する。
【0002】
【従来の技術】夜間電力を有効活用する電力貯蔵技術と
して、いわゆる揚水発電が実用化されている。しかし揚
水発電は、落差のある2地点に広大な貯水池を必要とす
ることから、新規立地点の確保が困難である問題点があ
る。このため、新たな電力貯蔵技術として、圧縮空気貯
蔵ガスタービン発電システムが注目されている。
【0003】圧縮空気貯蔵ガスタービン発電システム(C
ompressed Air Energy Storage GasTurbine System:以
下、CAES−G/T発電システムと呼ぶ) は、夜間の
余剰電力で圧縮機を回して圧縮空気を貯蔵しておき、昼
間はこの貯蔵空気を用いてガスタービン発電を行うもの
であり、昼間のガスタービン発電において、圧縮機駆動
が不要になることから、同一のガスタービンを用いて昼
間の発電出力を倍増できる特徴がある。
【0004】図2は、既に実用化されているCAES−
G/T発電システムの構成図である。このシステムで
は、夜間に圧縮機側のクラッチ1aを繋ぎ、空気を圧縮
して地下の空洞(圧縮空気貯槽2)に貯蔵し、昼間はガ
スタービン側のクラッチ1bを繋いで貯蔵空気を用いた
ガスタービン発電を行うようになっている。しかし、こ
のシステムでは、巨大な圧縮空気貯槽2を必要とするた
め、地下の岩塩層を利用できるような特別な場合以外
は、空気貯槽の建設コストが過大となる問題点があっ
た。
【0005】上述した高圧空気貯槽に貯められた空気に
よる発電(CAES発電)のみでは設備の利用率が低
い。そこで高圧空気貯槽をバイパスして圧縮機から直接
ガスタービンに空気を送風する通常のガスタービン発電
も可能とすることで設備利用率を高めようとして、図3
に示す発電システムが提案されている(「ACC−CA
ES発電システムの概念設計」,火力原子力発電,May,
1998 )。この発電システムは、圧縮機とタービンの間
に発電機電動機を配した低圧と高圧のガスタービン発電
設備3,4を併設し、高圧圧縮機と高圧タービンの間に
圧縮空気貯槽2を設置し、かつ高圧ガスタービン発電設
備4をバイパスするバイパス空気ライン5を設けたもの
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図2の発電シ
ステムでは、巨大な圧縮空気貯槽を必要とし建設コス
トが高い、夜間の圧縮機駆動に必要とする消費電力が
大きい問題があった。また、図3の発電システムでは、
圧縮空気の貯蔵の際に圧縮空気冷却熱を利用して蒸気
を発生させているが、この蒸気だけでは蒸気タービン出
力が小さく圧縮機駆動用補助動力としては不十分である
問題点があった。
【0007】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、圧縮
空気貯槽を小型化でき、かつ昼間の電力需要ピーク時に
最大出力で発電することができる電力貯蔵型複合発電設
備を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、空気圧
縮機と電動機を有する圧縮空気製造設備と、ガスタービ
ンと発電機を有するガスタービン発電設備と、空気圧縮
機で圧縮した空気を貯蔵しこれをガスタービン用の燃焼
器に供給するための圧縮空気貯槽と、を備えた電力貯蔵
型ガスタービン発電設備において、前記空気圧縮機を補
助的に駆動する蒸気タービンと、高圧蒸気を連続的に発
生する蒸気発生装置と、蒸気発生装置から前記蒸気ター
ビンと前記ガスタービン用燃焼器に高圧蒸気を供給する
蒸気ラインと、を備え、夜間の圧縮機駆動時は蒸気を蒸
気タービンに供給して空気圧縮機の駆動動力を低減し、
昼間のガスタービン発電時は、ガスタービン又はガスタ
ービン用燃焼器に蒸気を供給して出力を増大させ、更に
ガスタービンと空気圧縮機を同時運転する場合には、余
剰の高圧蒸気を蒸気タービンに供給して空気圧縮機の駆
動動力を低減する、ことを特徴とする電力貯蔵型ガスタ
ービン発電設備が提供される。
【0009】本発明の構成によれば、蒸気発生装置で高
圧蒸気を連続的に発生させ、その一部を電力需要に応じ
てガスタービン用燃焼器に供給して発電出力を増大させ
ることができる。すなわち、昼間の電力需要のピーク時
には、高圧蒸気を燃焼器に供給することにより、空気と
蒸気の混合ガスの流量を高め発電出力を需要に応じて自
由に増大させることができる。この出力増加はタービン
の定格出力の約30%増程度まで可能であり、その分、
単位発電電力量当たりの必要な貯蔵空気量を低減するこ
とができる。また、本発明の構成によれば、空気圧縮機
を補助的に駆動する蒸気タービンを備え、この蒸気ター
ビンは、前記蒸気発生装置の余剰の高圧蒸気が駆動され
るので、電力需要のピーク時以外は常に空気圧縮機の駆
動動力を低減することができ、その分、空気圧縮機を小
型化することができる。
【0010】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
蒸気発生装置は、ゴミを燃料とするゴミ処理装置であ
る。かかるゴミ処理装置を用いることにより、余分な燃
料を用いることなく、圧縮空気貯槽を小型化でき、かつ
昼間の電力需要ピーク時に最大出力で発電することがで
き、かつ全体の熱効率を向上させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。図1は、本発明による電力
貯蔵型ガスタービン発電設備の全体構成図である。この
図において、本発明の電力貯蔵型ガスタービン発電設備
10は、上述したCAES−G/T発電システムであ
り、圧縮空気製造設備11、ガスタービン発電設備1
2、及び圧縮空気貯槽2を備えている。
【0012】圧縮空気製造設備11は、空気圧縮機13
と電動機16aを備え、ガスタービン発電設備12は、
ガスタービン14と発電機電動機16bを備えている。
また、この実施形態では、空気圧縮機13と発電機電動
機16の間に増速装置17a、ガスタービン14と発電
機電動機16の間に減速装置17bを備え、それぞれの
機器を最適速度で運転できるようになっている。また、
空気圧縮機13で圧縮した空気を貯蔵しこれをガスター
ビン用の燃焼器14aに供給するための圧縮空気貯槽2
を備えている。この構成により、夜間に圧縮機13で空
気を圧縮して圧縮空気貯槽2に貯蔵し、昼間は貯蔵空気
を用いたガスタービン発電を行うことができる。なお、
空気圧縮機13で圧縮した空気は、空気冷却器18で約
50℃以下まで冷却されて切替弁19を介して圧縮空気
貯槽2に供給し貯蔵される。
【0013】本発明の電力貯蔵型ガスタービン発電設備
10は、更に、蒸気タービン20、蒸気発生装置22、
及び蒸気発生装置22から蒸気タービン20とガスター
ビン用燃焼器14aに高圧蒸気を供給する蒸気ライン2
4a,24bを備えている。蒸気タービン20は、増速
装置17aを介して空気圧縮機13を補助的に駆動す
る。また、蒸気発生装置22は、好ましくは、ゴミを燃
料とするゴミ処理装置であり、高圧蒸気を連続的に発生
する。
【0014】また、蒸気ライン24a,24bには、蒸
気タービン20とガスタービン用燃焼器14aに高圧蒸
気を供給する分岐ラインに三方流量調節弁25を備え、
夜間の圧縮機運転中はガスタービン発電はしないので、
三方流量調節弁25のガスタービン側を全閉、蒸気ター
ビン側を全開とし、昼間のガスタービン発電中は、基本
的には圧縮機は運転しないので、三方流量調節弁25の
ガスタービン側を全開、蒸気タービン側を全閉とする。
これにより、夜間の圧縮機駆動時は蒸気を蒸気タービン
20に供給して空気圧縮機13の駆動動力を低減し、昼
間のガスタービン発電時は、ガスタービン14又はガス
タービン用燃焼器14aに蒸気を供給して出力を増大さ
せ、更に余剰の高圧蒸気を蒸気タービン20に供給して
空気圧縮機の駆動動力を低減する。
【0015】復水器21を通過した水は、その一部を空
気冷却器18に、残りを蒸気発生装置22に供給する。
つまり、蒸気生成装置22から蒸気タービン20に供給
した蒸気流量の分がけ復水器21を通過後に蒸気生成装
置22に戻される。空気冷却器18によって生成できる
蒸気だけでは蒸気量が少なく蒸気タービンの出力は小さ
い。そこで、本発明では蒸気生成装置22からの蒸気に
より蒸気量を増し蒸気タービン出力を増大させている。
【0016】また、蒸気発生装置22からの余剰高圧蒸
気を蒸気タービン20に供給することにより、給水が余
剰になる場合には、空気冷却器18の下流側からユーテ
ィリティとして給湯することができる。更に、図1にお
いて、26は空気予熱器、27は給水加熱器、28a,
28bはスタック(煙突)であり、ガスタービン14の
高温排ガスによりガスタービン用燃焼器14aに供給す
る空気を予熱して燃焼効率を高め、かつ給水を予熱して
蒸気発生装置22(ボイラ)の効率を高めるようになっ
ている。
【0017】上述した本発明の構成によれば、蒸気発生
装置22(例えばゴミ処理装置)で高圧蒸気を連続的に
発生させ、その一部を電力需要に応じてガスタービン用
燃焼器14aに供給して発電出力を増大させることがで
きる。すなわち、昼間の電力需要のピーク時には、高圧
蒸気を燃焼器に供給することにより、空気と蒸気の混合
ガスの流量を高め発電出力を需要に応じて自由に増大さ
せることができる。この出力増加はタービンの定格出力
の約30%増程度まで可能であり、その分、単位発電電
力量当たりの必要な貯蔵空気量を低減することができ
る。
【0018】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々に変更できることは勿論である。
【0019】
【発明の効果】上述した本発明の電力貯蔵型ガスタービ
ン発電設備は、以下の特徴を有する。 1.夜間の圧縮空気貯蔵時の蒸気アシストができる。す
なわち、圧縮機駆動用蒸気タービンの出力が増加し、圧
縮機駆動用電力を削減できる。これにより、システム効
率(発電エネルギ/(投入燃料エネルギ+圧縮機駆動電
力))が向上する。 2.昼間のガスタービン発電時のガスタービンへの蒸気
アシストができる。すなわち、ガスタービン駆動用空気
量を削減できるため、建設コストの高い空気貯槽の容
積を削減でき、圧縮機運転時間ならびに消費電力が削
減でき、システム効率が向上する。また、効率の高いガ
スタービン排熱回収空気予熱器を設置することによりガ
スタービン発電効率を高めながら蒸気アシストが可能で
ある。
【0020】上述したように、本発明の電力貯蔵型ガス
タービン発電設備は、圧縮空気貯槽を小型化でき、かつ
昼間の電力需要ピーク時に最大出力で発電することがで
きる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電力貯蔵型ガスタービン発電設備
の全体構成図である。
【図2】従来のCAES−G/T発電システムの構成図
である。
【図3】従来の別のCAES−G/T発電システムの構
成図である。
【符号の説明】
1a,1b クラッチ 2 圧縮空気貯槽 3 低圧ガスタービン発電設備 4 高圧ガスタービン発電設備 5 バイパス空気ライン 10 電力貯蔵型ガスタービン発電設備 11 圧縮空気製造設備 12 ガスタービン発電設備 13 空気圧縮機 14 ガスタービン 14a 燃焼器 16a 電動機 16b 発電機 17a 増速装置 17b 減速装置 18 空気冷却器(ボイラ) 20 蒸気タービン 21 復水器 22 蒸気発生装置(ボイラ) 24a,24b 蒸気ライン 25 三方流量調節弁 26 空気予熱器 27 給水加熱器(温水器) 28a,28b スタック(煙突)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02C 3/10 F02C 3/10 3/30 3/30 C 6/16 6/16 7/08 7/08 Z F04D 25/02 F04D 25/02 Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気圧縮機と電動機を有する圧縮空気製
    造設備と、ガスタービンと発電機を有するガスタービン
    発電設備と、空気圧縮機で圧縮した空気を貯蔵しこれを
    ガスタービン用の燃焼器に供給するための圧縮空気貯槽
    と、を備えた電力貯蔵型ガスタービン発電設備におい
    て、 前記空気圧縮機を補助的に駆動する蒸気タービンと、高
    圧蒸気を連続的に発生する蒸気発生装置と、蒸気発生装
    置から前記蒸気タービンと前記ガスタービン用燃焼器に
    高圧蒸気を供給する蒸気ラインと、を備え、 夜間の圧縮機駆動時は蒸気を蒸気タービンに供給して空
    気圧縮機の駆動動力を低減し、昼間のガスタービン発電
    時は、ガスタービン又はガスタービン用燃焼器に蒸気を
    供給して出力を増大させ、更にガスタービンと空気圧縮
    機を同時運転する場合には、余剰の高圧蒸気を蒸気ター
    ビンに供給して空気圧縮機の駆動動力を低減する、こと
    を特徴とする電力貯蔵型ガスタービン発電設備。
  2. 【請求項2】 前記蒸気発生装置は、ゴミを燃料とする
    ゴミ処理装置である、ことを特徴とする請求項1に記載
    の電力貯蔵型ガスタービン発電設備。
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