JPH0245622A

JPH0245622A - 圧縮空気貯蔵発電装置

Info

Publication number: JPH0245622A
Application number: JP19596788A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Fujimoto; 雅久藤本; Toshiya Takenawa; 竹縄　敏也; Shigeru Unisuga; 宇仁菅　繁; Kazuo Takahashi; 一夫高橋; Shinichiro Hattori; 服部　真一郎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-08-08
Filing date: 1988-08-08
Publication date: 1990-02-15

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、複数の電動空気圧縮機を有し、貯蔵された圧
縮空気により駆動される。圧縮空気貯蔵発電装置に関す
る。

〔従来の技術〕

最近の昼夜の電力需要比は増大の一途をたどり。

揚水発電はもちろん火力発電でも、Ｄ、Ｓ、Ｓ。

（Ｄａｉｌｙ　５ｔａｒｔ　ａｎｃｌ　５ｔｏｐ　）お
よびＷ、Ｓ、Ｓ。

（Ｗｅｅｋｌｙ　５ｔａｒｔ　ａｎｄ　５ｔｏｐ）運用
が電力業界の通例となっている。そして近い将来には、
ｙＫ子方力発電所も夜間の部分負荷運転が避けられない
情勢にある。このため、夜間の余剰電力を貯蔵して昼間
のピーク需要に供する電力貯蔵技術の開発は。

業界ばかりでな（国策としても焦眉の急に迫られている
。

その技術の一つとして、余剰電力により圧縮機を駆動し
て圧縮空気を貯蔵し、電力が必要な時にその圧縮空気に
よりタービンを駆動して発電する従来の圧縮空気貯蔵発
電装置の一例を、第３図により説明する。

（１）　　圧縮空気貯蔵運転サイリスタインバ−タ付きの同期発電電動機（１）を電
動機として使用し、これを夜間の余剰電力によりて回転
させ、嵌脱装置（２Ａ）を介して同軸上に結合された低
圧圧縮ν（３）　、（４１、（５１を駆動する。圧縮さ
れた空気は逆上弁（６）、遮断弁（１９を経て、電動機
（７）によって駆動される高圧圧縮機（８）で更に圧縮
され、後置冷却器（９Ｄ）＃逆止弁（１１を経て圧縮空
気貯蔵タンクａυに貯蔵される。各圧縮機（３）、（４
）、　（５）。

（８）の間には、圧縮仕事を減少させるために、中間冷
却器（９Ａ）、　（９Ｂ）　、　（９Ｇ）が配設される
。後置冷却器（９Ｄ）を設けるのは、　タンク内に貯蔵
できる空気量が空気の絶対温度に逆比例するので、貯蔵
能力を増すためである。このとき遮断弁（Ｌ１５　、（
１３、（１４）は閉じ、嵌脱装置（２Ｂ）は脱状態にし
ておく。

（ＩＩ）　　回収発電運転次に昼間のピーク時には、遮断弁α３劃９を閉じ遮断弁
α’２１．（１４を開（と、圧縮空気貯蔵タンク（１１
１内の圧縮空気は、空気タービンα９で膨脹してその圧
力が高温のガスタービンａＦ３の入口ガス温度に見合っ
た圧力まで低下する。それから逆止弁■、ａＩ）、　　
遮断弁α荀を経【再生熱交換器ａηでガスタービンの排
熱を吸収し、燃焼器（１８で燃料を燃焼させて高温ガス
となる。そしてガスタービンαＧで膨脹し、再生熱交換
器αηを経【大気に排出される。

このとき嵌脱装置（２Ｂ）は嵌、　　（２Ａ）は脱状態
にされており、同期発電電動機（１）は発電機として使
用される。また空気タービン（１５１により発電機のが
駆動される。この運転モート９を回収発電運転と云う。

（１１０発電運転遮断弁α２１．（１３１，（１！Ｊを閉じ遮断弁αりを
開（と、低圧圧縮機（５）とガスタービン（１６１とが
連通され、再生−軸式オープンサイクルガスタービン発
電プラントとして運用することができる。このとき嵌脱
装置（２Ａ）、　（２Ｂ）はともに嵌１発電電動機（１
）は発電機として部分負荷運転が行われる。また、中間
冷却器（９Ｃ）への冷却水供給は停止される。この運転
モーｒを単に発電運転と云う。

なお、低圧圧縮機（５）の吐出圧力はガスタービン入口
ガス温度に見合った圧力に設計される。

（１ｖ）部分負荷回収発電運転圧縮空気貯蔵タンクαυ内の圧力が低いときには遮断弁
α２１　、　（１９を閉じ、遮断弁αＪ、α４を開いて
、空気タービン（Ｌ５１をバイパスしたタンク内圧縮空
気による部分負荷回収発電運転を行なうこともできる。

第４図は、第３図図示の従来の圧縮空気貯蔵発電装置に
おける電気回路図である。

同期発電電動機（１）は、開閉器（ハ）、変圧器Ｃ２４
）および遮断器（ハ）を介して母線に接続され、また、
開閉器□□□、サイリスタインバータ＠ｌ遮断器（ハ）
を介しても母線に接続されている。また電動機（７）は
、開閉器＠、変変圧器上介し、サイリスタインバータ０
υと変圧器（７）とを切替える開閉器（３２Ａ）　、　
（３３Ｂ）によって、母線に接続されている。

サイリスタインバータ罰、　Ｃ３１）は、系統の周波数
と電圧とを連続して変化させ、前者は発電電動機の運転
モーｒ（圧縮空気貯蔵運転２回収発電運転。

発電運転等）の切、替に、後者は主として電動機の起動
に供される。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記した従来の圧縮空気貯蔵発電装置には１次のような
解決すべき課題があった。

■　極めて大容量のサイリスタインバータ夕を必要とし
、プラント建設費が増大する。

■　発電電動機の容量が大きいと１回転中でも嵌脱操作
が行なえる嵌脱装置の設計が不可能となる。このため、
運転モードの変更に際しては発電電動機を一旦停止せね
ばならず、運用上で著しい障害となる。また、そのコス
トも高い。

■　−軸上に多数の空気圧縮機を結合するので。

ロータが多スパン系または長スノ（ン系となり２曲り軸
振動、捩り振動、電気トルク変動による振動等が起り易
い不安定なロータの設計を余儀なくされる。なお、多ス
パン系とは同軸上に多数個の軸受を持つロータ、長スノ
（ン系とは軸受間隔の太きいロータを云う。

■　中間冷却器の存在は上記多ス・（ン系または長スパ
ン系ロータの問題を更に助長する。

■　ロータの長さが長いため、据付上の融通性を欠き、
コンノセクトな多床式機器配置ができない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記従来の課題を解決するために；放風弁付
きの低圧用電動圧縮機；入口が上記低圧用電動圧縮機の出口に中間空気冷却器を
介して連通する放風弁付きの高圧用電動圧縮機：上記高圧用電動圧縮機の出口に後置空気冷却器を介して
連通する圧縮空気貯蔵タンク；入口が上記圧縮空気貯蔵
タンクに連通する空気タービン：空気入口が上記空気タービンの出口と上記中間空気冷却
器の空気出口とに連通する再生熱交換器；空気入口が上
記再生熱交換器の空気出口に連通する燃焼器；入口が上記燃焼器の燃焼ガス出口に連通し排ガス出口が
上記再生熱交換器の高温ガス入口に連通ずるガスタービ
ン；および上記低圧用空気圧縮機と上記高圧用空気圧縮機を
駆動する全ての電動機の起動に共用されるサイリスタイ
ンバータを備えたことを特徴とする圧縮空気貯蔵発電装
置を提案するものである。

すなわち２本発明においては、複数の空気圧縮機を複数
の電動機によってそれぞれ駆動し、かつガスタービンは
発電機のみを駆動する構成となっている。また、各空気
圧縮機の起動に際しては。

最大起動トルクを必要とする空気圧縮機を起動できるサ
イリスタインバ−タ１個を共用して、順次使用する。こ
のため各空気圧縮機の出口には放風弁を設ける。

〔作用〕

本発明の圧縮空気貯蔵発電装置は上記のように構成され
ているので、嵌脱装置が不要となり、運転モードの切替
に際してガスタービンを停止する必要がなく、迅速かつ
円滑な切替ができる。また。

ロータの振動安定度が向上し１機器の配置も；ンパクト
にできる。さらに、サイリスタインバータの容量が小さ
（てすみ、プラント建設費が著しく節減される。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は同じ
（電気回路図である。これらの図において、前記第３図
および第４図により説明した従来のものと同様の部分に
ついては、同一の符号を付けて詳しい説明を省略する。

まず第１図に示されるように本実施例においては、低圧
圧縮機（３）の回転軸と低圧圧縮機（４）　、　（５）
の回転軸とは互いに結合されておらず、低圧圧縮機（３
）は電動機（至）、低圧圧縮機（４１、（５）は電動機
（３ηにより、それぞれ別個に駆動されるようになって
いる。

そして、これら低圧圧縮機（３）　、　＋４１　、　（
５）の吐出側と高圧圧縮機（８）の吐出側には、それぞ
れ放風弁（３５Ａ）。

（３５Ｂ）、（あＣ）、（３５Ｄ）が設けられている。

またガスタービン（＋６１には９発電電動機ではなく発
電機（２）が。

嵌脱装置などを介さず、直接に結合されている。

本実施例においてはまた。第２図に示されるように１発
電機（ロ）は開閉器（ハ）、変圧器（財）および遮断器
（ハ）を介して母線に接続されている。そして電動機（
７）、（ト）、Ｃ３７）は、それぞれ開閉器（３２Ａ）
、　（３２Ｂ）、　（３２Ｇ）を介して共通のサイリス
タインバータＧυに接続される一方、開閉器（３３Ａ）
、　（３３Ｂ）、　（３３Ｇ）により上記サイリスタイ
ンバータＣ３１）をバイパスして、変圧器■および開閉
器端を経て母線に接続されている。第２図図示の例は高
圧圧縮機の駆動電動機（７）の起動トルクが最大の場合
であって、第４図にも図示されているサイリスタインバ
ータ０υを、高圧圧縮機駆動電動機（７）の起動と低圧
圧縮機駆動電動機（ロ）。

（至）の起動に共用する。

圧縮空気貯蔵運転の起動に際しては、各圧縮機の放風弁
を開き、サイリスタインバータ６υにより電圧２周波数
を変更させて各圧縮機を定格回転まで上昇させ、順次開
閉器を変圧器■に直接接続させて、すべての圧縮機が定
格回転に達したのち各放風弁を閉じる。こうして圧縮空
気の貯蔵運転が行なわれる。したがって、従来技術（第
４図）で用いられた高価な大容量サイリスタインバータ
（イ）が不要になる。

次に上記高圧圧縮機（８）、電動機（７）、空気タービ
ンαＳの形式について述べる。

まず高圧圧縮機（８）としては、静翼取付角可変式軸流
空気圧縮機または吸込ベーン取付角可変式遠心空気圧縮
機を用い、かつ回転数も可変とする。

高圧空気圧縮機は、従来定風量、定風圧運転を立て前と
し、その吐出空気圧力は一定であった。

従ってこのような高圧圧縮機を用いると、圧縮空気貯蔵
タンク内の最高空気圧力も一定となり、その貯蔵空気量
に限界がある。もしその限界値以上に貯蔵しようとする
と、高圧空気圧縮機の吐出空気圧力が上昇して圧縮機は
サージング域に入り。

自励振動を起して操業不能となり、遂には翼部が破損す
る。このためタンク内圧力を検出して、各空気圧縮機の
運転を自動的に停止させる保安装置を設ける必要がある
。

そこで本実施例の高圧圧縮機（ａｔは、大容量プラント
の場合軸流式として全段可変静翼機構を採用し、中小容
量プラントの場合遠心式として吸込ベーン可変機構を採
用する。また１回転速度も可変式として、そのサージン
グ限界を設計点から大幅に小流量域へ移動させる。この
とき低圧空気圧縮機（３）、　（４）、（５１には何等
の影響も及ぼされない、なお。

後置空気冷却器（９Ｄ）への冷却水の供給は、圧力の上
昇とともに水量を増加させることが望ましい。

このように高圧圧縮機（８）のみによって貯蔵空気圧力
を増大させる理由は、同一の圧縮比である場合。

吐出圧力の絶対値は高圧圧縮機が最も高くなるためと、
高圧圧縮機は小形であるから、このような形式を採用す
ることによるコストの増加が最も少・ないためである。

高圧圧縮機（８）の回転速度を上記のように可変式とす
るために、これを駆動する電動機（７）としては。

３相誘導電動機を採用し、これに電圧・周波数変換器を
付設する。これによって、広範囲にわたり安定した長時
間の変速連続運転ができる。

次に、空気タービンα９の入口静翼取付角も可変式とす
る。そして、空気圧力の上昇とともに翼間通路面積を狭
め、上昇した空気の圧力エネルギな有効に動力として回
収し１発電量を増大させる。

発電機器はこの過負荷に対応した仕様とする。

電力需給の不釣合によって夜間の余剰電力が異常に増大
したとき、あるいは翌日の昼間ピーク電力が異常に増大
すると想定されるときでも、上記形式の高圧圧縮機（８
）、電動機（７）、空気タービンαシを用い、圧縮空気
貯蔵量を増加させて、対応することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば９次の効果が得られる。

■　大容量のサイリスタインバータと嵌脱装置が不要と
なり、かつ各機器の配置がコンノ（クトになる。これに
よるコスト低減が圧縮機の駆動装置独立によるコスト増
大を上回り、プラント建設費を低減させることができる
。

■　ロータの振動安定度が向上し、信頼性が確保される
。

■　運転そ−ドの切替に際してガスタービンを止める必
要がないので、給電指令に即応できるとともにガスター
ビン高温部品の寿命が延長される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図はその
電気回路図である。第３因は従来Ｗの斥を縮空気貯蔵発電装置の一例を示す系統図、第４図はそ
の電気回路図である。（１）・・・同期発電電動機；　　（２Ａ）、（２Ｂ）
・・・嵌脱装置；（３）、（４）、（５）・・・低圧圧
縮機：（６）・・・逆止弁；（７）・・・電動機；（８
）・・・高圧圧縮機；（９Ａ）、　（９Ｂ）、　（９Ｇ
　）・・・中間冷却器；　（９Ｄ）・・・後置冷却器；
α呻・・・逆上弁；　　　　　　　（１１１・・・圧縮
空気貯蔵タンク；（１３，（１３，α釦・・遮断弁；ａ
９・・・空気タービン；ｒｌＧ・・・ガスタービン；　
　αｎ・・・再生熱交換器；αか・・燃焼器；　　　　
　αｌ・・・遮断弁；（イ）、Ｃυ・・・逆止弁；　　
　■・・・発電機；（ハ）、弼、　＠、　（３２Ａ）、
　（３２Ｂ）、　（３２Ｇ）、　（３３Ａ）、　（３ヨ
）、（おＣ）・・・開閉器；ｃ２４Ｊ、■・・・変圧器；　　　　（ハ）、＠・・・
遮断器；（５）、０υ・・・サイリスタインバータ；　
（ロ）・・・発電機；（３５Ａ）、　（３５Ｂ）、　（
３５Ｃ）、　（３５Ｄ）　・＊Ｋ　弁；　Ｃ３６）、　
３７）−１１Ｃ動機。代理人　　弁理士　坂　間　　　暁外２名

Claims

【特許請求の範囲】放風弁付きの低圧用電動圧縮機；入口が上記低圧用電動圧縮機の出口に中間空気冷却器を
介して連通する放風弁付きの高圧用電動圧縮機；上記高圧用電動圧縮機の出口に後置空気冷却器を介して
連通する圧縮空気貯蔵タンク；入口が上記圧縮空気貯蔵タンクに連通する空気タービン
；空気入口が上記空気タービンの出口と上記中間空気冷却
器の空気出口とに連通する再生熱交換器；空気入口が上
記再生熱交換器の空気出口に連通する燃焼器；入口が上記燃焼器の燃焼ガス出口に連通し排ガス出口が
上記再生熱交換器の高温ガス入口に連通するガスタービ
ン；および上記低圧用空気圧縮機と上記高圧用空気圧縮機を
駆動する全ての電動機の起動に共用されるサイリスタイ
ンバータを備えたことを特徴とする圧縮空気貯蔵発電装
置。