JPH07332109A

JPH07332109A - 圧縮空気貯蔵形発電プラント

Info

Publication number: JPH07332109A
Application number: JP6123570A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Tsuji; 正辻
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-06-06
Filing date: 1994-06-06
Publication date: 1995-12-22
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JP3605141B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】余剰電力を使用して圧縮空気を作っておき、
電力需要の大きい時間帯に当該圧縮空気を利用して発電
を行う圧縮空気貯蔵形発電プラントにおいて、ガスター
ビンの制御特性が安定し、安定した負荷定格運転も可能
となり、また、軸推力の釣合せも、バランスピストン等
を使用することなくできるようになり、さらに、プラン
トとしての熱回収率が向上し、発電効率がアップするよ
うにする。【構成】貯蔵圧縮空気を作るコンプレッサ１２，１３
およびこれを駆動するモータ１１、発電機７ロータ軸の
一側とクラッチ６を介して連結され貯蔵圧縮空気で作動
する膨脹タービン５、ロータ軸の他側に連結され、膨脹
タービン５の排気、又は大気からの空気を圧縮するコン
プレッサ２を具えた単純１軸形のガスタービン１、ガス
タービン１の排気熱で発生させた蒸気で作動し、発電機
２３を駆動する蒸気タービン２２とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＤＳＳ（Daily Start
Stop）運用に供される圧縮空気貯蔵形発電プラントに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスタービンを使用した圧縮空気
貯蔵形発電プラントの系統図を図３に示す。図に示すも
のは、完全なＤＳＳ運用に供するようにしたもので、ク
ラッチ０１を嵌、クラッチ０２を脱にし、発電・電動機
０３を電動機として使用し、夜間の余剰電力によって作
動させ、増速歯車装置０４を介して低圧空気圧縮機０
５、および高圧空気圧縮機０６を駆動する。このとき、
大気は吸気フィルタ０７を通って、低圧空気圧縮機０５
に導入され、該低圧空気圧縮機０５で低圧縮空気にさ
れ、低圧空気圧縮機０５を出た低圧縮空気は、インター
クーラ０８で冷却された後、高圧空気圧縮機０６で、さ
らに高圧の高圧縮空気にされる。さらに、高圧空気圧縮
機０６を出た高圧縮空気は、アフタークーラ０９により
５０℃程度まで冷却されて、廃抗等の地下空洞を利用し
て作られた貯気槽０１０に、電動弁０１１を介して流入
させ、貯えられる。インタークーラ０８による低圧縮空
気の冷却は、高圧空気圧縮機０６の動力を削減し、アフ
タークーラ０９による高圧縮空気の冷却は、高圧縮空気
の貯蔵体積を減らして貯蔵容量を増大させる働きをす
る。

【０００３】次に、昼間の電力需要時間帯においては、
クラッチ０１を脱、クラッチ０２を嵌にして、発電・電
動機０３と増速歯車装置０４との連結を解除するととも
に、発電・電動機０３を減速歯車装置０１３に連結し
て、電動弁０１１を閉じて、電動弁０１２を開く。これ
により、貯気槽０１０に貯えられている圧縮空気は、再
生器０１３で後述する低圧ガスタービン０１８からの排
気により加熱されて、高圧燃焼器０１５に流入する。高
圧燃焼器０１５では、流入した圧縮空気に別途供給した
燃料０１６を混合して、高圧の燃焼ガスを発生させる。
また、高圧の燃焼ガスは、高圧ガスタービン０１７に導
入され、高圧ガスタービン０１７を作動させた後、低圧
燃焼器０１９に流入する。低圧燃焼器０１９では、さら
に、新たに供給された燃料０２０と混合されて低圧の燃
焼ガスを発生させる。低圧の燃焼ガスは低圧ガスタービ
ン０１８を作動させた後、再生器０１３に流入し、前述
の通り圧縮空気を加熱した後、排ガスとなって煙突０２
１から大気へ排出される。

【０００４】高圧の燃焼ガスで作動する高圧ガスタービ
ン０１７、および低圧の燃焼ガスで作動する低圧ガスタ
ービン０１８は同軸状に連結されて、減速歯車装置０１
３のピニオンと連結しており、クラッチ０２を嵌にする
ことにより、減速歯車装置０１３を介して連結された発
電・電動機０３を駆動する。このとき発電・電動機０３
は発電機として機能し発電を行う。また、再生器０１４
による圧縮空気の加熱は、高圧燃焼器０１５の入口空気
温度を上げて燃料を節約する働きをする。

【０００５】なお、別の圧縮空気貯蔵形発電プラントで
は、上記高圧燃焼器０１５を設けず、高圧ガスタービン
０１７に代えて、圧縮空気で作動させる膨脹タービンを
採用する場合もある。

【０００６】しかしながら、上述した従来の圧縮空気貯
蔵形発電プラントにおいては、次に示す不具合があっ
た。（１）ガスタービン０１７，０１８による発電運転時、
軸系に負荷の大きい空気圧縮機が結合されていないため
に、昇速及び昇負荷が急激に行われ、制御特性が不安定
となる。また、負荷遮断時過速して、過速度危急遮断装
置が作動することがあり、さらには、制御性が低いため
に無負荷定格回転状態の確保が困難である。（２）空気圧縮機の設置によるガスタービンの軸推力の
釣合いをとることができないため、特別な、大形バラン
スピストンをガスタービンに設ける必要がある。（３）インタークーラ、及びアフタークーラで圧縮空気
を冷却して昇温した冷却水の熱量は回収されることな
く、例えばラジェータ等から大気へ放出されるだけであ
るので、プラントの熱効率が低下する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の圧縮
空気貯蔵形発電プラントの、上述不具合を解消し、
（１）制御特性が安定し、負荷遮断時においても過速度
危急遮断装置が作動することなく、また無負荷定格回転
状態の確保が容易で、（２）ガスタービン軸推力を釣合
すためのバランスピストンの設置が不安で、（３）プラ
ントの熱効率を向上できる、圧縮空気貯蔵形発電プラン
トを提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の圧縮
空気貯蔵形発電プラントは次の手段とした。（１）貯蔵用空気圧縮機を駆動して、大気から取入れた
空気を圧縮し、貯蔵圧縮空気にする電動機を設けた。（２）発電機ロータ軸の一側に、嵌脱自在のクラッチを
介装して連結され、貯気槽からの貯蔵圧縮空気により作
動し、発電機を駆動する膨脹タービンを設けた。（３）発電機ロータ軸の他側に連結され、膨脹タービン
の排気、若しくは大気から取入れた空気を圧縮し、燃焼
用圧縮空気にする空気圧縮機を同軸状に軸結し、燃焼用
圧縮空気と燃料とを燃焼させた燃焼ガスにより作動し、
空気圧縮機および発電機を駆動するガスタービンを設け
た。（４）ガスタービンの排気により蒸気を発生させる排ガ
スボイラを設けた。（５）排ガスボイラで発生した蒸気により作動し、発電
機を駆動する蒸気タービンを設けた。なお、蒸気タービ
ンで駆動される発電機は、膨脹タービン、およびガスタ
ービンで駆動される発電機と同じものでも、又は当該発
電機とは別に設置された発電機であっても良い。

【０００９】また、他の本発明の圧縮空気貯蔵形発電プ
ラントは上記（１）〜（５）の手段に加え次の手段とし
た。（６）膨脹タービンを作動するため、貯気槽と膨脹ター
ビンとの間に配設された貯蔵圧縮空気の供給管に介装さ
れ、排ガスボイラからの蒸気、若しくは高温水で貯蔵圧
縮空気を加熱する加熱器を設けた。

【００１０】また、他の本発明の圧縮空気貯蔵形発電プ
ラントは、上記（１）〜（６）に加え、次の手段とし
た。（７）加熱器で貯蔵圧縮空気を加熱する加熱媒体を、排
ガスボイラからの蒸気で作動する蒸気タービンから抽気
された蒸気を使用するものとした。

【００１１】また、他の本発明の圧縮空気貯蔵形発電プ
ラントは、上記（１）〜（５）に加え、次の手段とし
た。（８）貯蔵用空気圧縮機で圧縮され、高温になった貯蔵
圧縮空気を、貯気槽に貯蔵する前に、排ガスボイラの給
水を利用して冷却する冷却器を設けた。

【００１２】

【作用】上記（１）〜（５）の手段とした、本発明の圧
縮空気貯蔵形発電プラントによれば（１）夜間等における余剰電力を使って、独立した電動
機により、貯蔵空気圧縮機を駆動し、大気から取入れた
空気を貯蔵圧縮空気にして、地下空洞等を利用して作ら
れた貯気槽に貯えることができる。（２）昼間の電力需要の大きい時間帯等に、貯蔵圧縮空
気で膨脹タービンを作動させ、発電機を駆動することに
より、余剰電力による、いわゆる動力源（燃料）を必要
としない、電力供給ができる。（３）膨脹タービンから排出された低温の排気を空気圧
縮機で圧縮し、その燃焼ガスでガスタービンを作動させ
るので、ガスタービンの出力及び効率を向上させること
ができる。また、発電機は、ガスタービン又は膨脹ター
ビンの何れか一方で駆動することもでき、若しくは、こ
れらを協同させて駆動することもでき、電力需要に応じ
た運転ができる。（４）ガスタービンは空気圧縮機と軸結して作動するた
め、昇速など昇負荷が緩かに行われ、制御特性の安定し
たものになる。また、発電機負荷の遮断時、過速して過
速度危急遮断装置が作動することもなく、無負荷定格回
転状態を確保できる。（５）ガスタービンは空気圧縮機と軸結して作動するた
め、軸推力の釣合せができ、ガスタービンへのバランス
ピストンの設置が不要になる。（６）ガスタービンの排気により、排ガスボイラで蒸気
を発生させ、この蒸気で蒸気タービンを作動させ発電機
を駆動するので、熱回収率が向上でき、発電効率を上げ
ることができる。

【００１３】また、上記（６）の手段とした、本発明の
圧縮空気貯蔵形発電プラントによれば、上記（１）〜
（６）に加え、（７）膨脹タービンに供給される貯蔵圧縮空気を、高温
高圧にでき膨脹タービンを効率良く運転でき、出力及び
効率を向上させることができる。

【００１４】また、上記（７）の手段とした、本発明の
圧縮空気貯蔵形発電プラントによれば、上記（１）〜
（７）に加え、（８）膨脹タービンの出力及び効率向上に加え、蒸気タ
ービンの熱効率も向上させることができ、発電プラント
の熱効率をさらに向上させることができる。

【００１５】また、上記（８）の手段とした、本発明の
圧縮空気貯蔵形発電プラントによれば、上記（１）〜
（６）に加え、（９）貯蔵用空気圧縮機で圧縮されるとき、昇温した貯
蔵圧縮空気の熱量が大気に放出されることなく、排ガス
ボイラの熱源として回収できるので、発電プラントの熱
効率が、さらに一層向上できる。

【００１６】

【実施例】本発明の圧縮空気貯蔵形発電プラントの実施
例を図面にもとづき説明する。図１は、本発明の圧縮空
気貯蔵形発電プラントの第１実施例、図２は第２実施例
を、それぞれ示す系統図である。

【００１７】図１において、空気圧縮機２、燃焼器３、
及び空気圧縮機２と同軸状に連結されて、燃焼ガスで作
動するタービン４で構成される、単純１軸形の従来形を
したガスタービン１と、膨脹タービン５とはクラッチ６
を介して、発電機７の各々の側に１軸に結合されてお
り、発電機７を駆動して発電を行うとともに、ガスター
ビン１はタービン４に供給される燃焼ガスを発生させる
ための空気圧縮機２を駆動する。また、膨脹タービン５
の排気口はガスタービン１の空気圧縮機２の吸入口へ連
結されている。また、ガスタービン１の単独運転に備
え、空気圧縮機２の吸入口に連結する吸気フィルタ９が
別に設置されており、空気圧縮機２は膨脹タービン５の
排気、又は大気から導入した空気、又は膨脹タービン５
の排気と大気から導入した空気を一定の割合で混合した
ガスを圧縮し、燃焼用圧縮空気にする。燃焼用圧縮空気
は燃焼器３に導入され、燃焼器３に別途供給された燃料
２９と混合され燃焼ガスとなってタービン４を作動す
る。

【００１８】貯蔵圧縮空気９を製造する貯蔵用空気圧縮
機としての、低圧空気圧縮機１２、及び高圧空気圧縮機
１３は独立した電動機１１により増速歯車装置１４を介
して駆動される。また、低圧空気圧縮機１２の吸入口に
は、吸気フィルタ１６が設置されるとともに、低圧空気
圧縮機１２の吐出口と高圧空気圧縮機１３の吸入口との
間には、低圧空気圧縮機１２で圧縮され昇温した低圧縮
空気を冷却し、高圧空気圧縮機１３の動力を削減するた
めの冷却器としての、インタークーラ１５が設けられて
いる。しかし、本実施例では、従来高圧空気圧縮機１３
の吐出側に設置されていた、アフタークーラは廃止され
ている。これにより、貯蔵圧縮空気９は高圧空気圧縮機
１３で高圧縮空気にされ、電動弁１７を経由して、廃抗
等を利用して地下空間に形成された貯気槽１８に貯蔵さ
れる。

【００１９】また、燃焼ガスで駆動されるタービン４の
排気は、排ガスボイラ２１に流入し、給水を加熱し蒸気
を発生させた後、排ガスとなって、煙突３０より大気へ
放出される。排ガスボイラ２１で発生した蒸気は、蒸気
タービン２２を作動させた後、復水器２４で復水とな
り、排ガスボイラ２１へ再循環する。また、蒸気タービ
ン２２は軸結した発電機２３を駆動し発電を行う。

【００２０】本実施例は上述のように構成されるので、
夜間の余剰電力を使って、独立した電動機１１により、
低圧、および高圧空気圧縮機１２，１３を駆動し、貯蔵
圧縮空気９を地下空洞等に設けた貯気槽１８に貯える。
このとき高圧空気圧縮機１３の吐出側に従来設けている
アフタークーラを廃止することにより、貯蔵圧縮空気９
の温度は高く、２００〜３００℃に保持できる。

【００２１】一方、昼間の電力需要時、高温高圧の貯蔵
圧縮空気９を膨脹タービン５に流入させ発電機７を駆動
し、燃料を使用することなく、発電を行い、膨脹タービ
ン５の排気は０〜１５℃にまで低下して、単純１軸形に
代表される従来形をしたガスタービン１の空気圧縮機２
の吸気室へ流入する。また、吸気室は吸気フィルタ８を
介して大気とも連通しているので、大気吸込との割合は
自由に制御する。また、膨脹タービン５排気温度を０℃
近くの常温以下に制御することにより、ガスタービン１
の出力及び効率の向上が可能となる。

【００２２】さらに、ガスタービン１の排気は排ガスボ
イラ２１へ導かれて、ガスタービン１、蒸気タービン２
２、コンバインドプラントとして発電を行うので熱効率
を向上させることができる。また、発電機７のロータ軸
のクラッチはガスタービン１、及び膨脹タービン５のそ
れぞれ単独運転を可能にするので、色々の負荷に対応し
た運転ができる。なお、本実施例では発電機７及び２３
を別体のものとして示したが、勿論これは一体の発電機
とすることもできるものである。

【００２３】次に、図２に示す第２実施例においては、
上記第１実施例に加え貯気槽１８から膨脹タービン５へ
貯蔵圧縮空気を供給する配管２７の途中に加熱器１０を
設け、加熱器１０の加熱媒体として蒸気タービン２２か
ら抽気した蒸気を使用するようにしている。また、本実
施例においては、第一実施例では廃止した、高圧空気圧
縮機１３の吐出側の冷却器としての、アフタークーラ２
０を設け、アフタークーラ２０の冷却媒体として、低圧
空気圧縮機１２の吐出側に設けられた、冷却器としての
インタークーラ１５とともに、復水器３１で復水された
蒸気タービン２２の排気、及び加熱器１０で貯蔵圧縮空
気を加熱しドレンとなった、排ガスボイラ２１の給水２
６を使用するようにしている。

【００２４】本実施例は、上述の構成により、高圧空気
圧縮機１３で高圧にされた貯蔵圧縮空気９は、アフター
クーラで５０℃程度に冷却され貯気槽１８に貯蔵され
る。また、貯蔵圧縮空気９は、加熱器２０で蒸気タービ
ン２２の抽気２５で加熱され、高温となって膨脹タービ
ン５へ流入し、膨脹タービン５の出力及び効率を向上さ
せる。また復水器２４からの復水は上記加熱器からのド
レンと合流して、貯蔵圧縮空気を冷却するインタークー
ラ１５、及びアフタークーラ２０へ導かれ、圧縮空気を
冷却すると共に温度が上がって、排ガスボイラ２１へ給
水され、従来、大気へ放出されていた熱エネルギーを回
収でき、発電プラントとしての熱効率を向上させること
ができる。

【００２５】なお、本実施例では加熱器１０の加熱媒体
に蒸気タービン２２の抽気蒸気を使用する例を示した
が、これは排ガスボイラ２１から蒸気、又は高温水を直
接供給するようにしても良い。これらは発電プラントの
経済性を考慮して適宜選択すれば良い。

【００２６】

【発明の効果】本発明の圧縮空気貯蔵形発電プラントに
よれば、請求項１に示す構成により、次の効果がえられ
る。（１）ガスタービンによる発電運転時、ガスタービンの
軸系に空気圧縮機を有するため、制御特性が安定し、負
荷遮断時に過速せず、また安定した無負荷定格回転運転
ができる。また、空気圧縮機を設けたことにより、ガス
タービンの軸推力が釣合い、特別な大形バランスピスト
ンをガスタービンに設ける必要がない。（２）夜間等における余剰電力を使って、独立した電動
機により貯蔵空気圧縮機を駆動し、大気から取入れた空
気を貯蔵圧縮空気にして、地下空洞等を利用して作られ
た貯気槽に貯えることができ、昼間の電力需要の大きい
時間帯等に、これで膨脹タービンを作動させ、発電機を
駆動することにより、余剰電力による、いわゆる動力源
（燃料）を必要としない電力供給ができる。（３）膨脹タービンから排出された低温の排気を空気圧
縮機で圧縮し、その燃焼ガスでガスタービンを作動させ
るのでガスタービンの出力及び効率を向上させることが
できる。また、発電機は、ガスタービン又は膨脹タービ
ンの何れかの単独でも、若しくはガスタービン、膨脹タ
ービンの協同でも駆動できるので、電力需要に対応した
運転ができる。（４）排ガスボイラで、ガスタービンの排気を利用して
発生させた蒸気で、蒸気タービンを作動し発電機を駆動
するので、熱回収率が向上できプラントの発電効率を上
げることができる。

【００２７】また、請求項２に示す構成により、（５）膨脹タービンに供給される貯蔵圧縮空気を高温高
圧にでき、膨脹タービンを効率良く運転でき、出力及び
効率を向上させることができる。

【００２８】また、請求項３に示す構成により、（６）膨脹タービンの出力、及び効率向上に加え、蒸気
タービンの熱効率も向上させることができ、発電プラン
トの熱効率をさらに向上させることができる。

【００２９】また、請求項４に示す構成により、（７）圧縮機で圧縮されるとき、昇温した貯蔵圧縮空気
の熱量が大気に放出されることなく、排ガスボイラの熱
源として回収できるので、発電プラントの熱効率が一層
向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧縮空気貯蔵形発電プラントの第１実
施例を示す系統図。

【図２】本発明の第２実施例を示す系統図。

【図３】従来の圧縮空気貯蔵形発電プラントを示す系統
図。

【符号の説明】

１ガスタービン２空気圧縮機３燃焼器４タービン５膨脹タービン６クラッチ７発電機８吸気フィルタ９貯蔵圧縮空気１０加熱器１１電動機１２貯蔵用空気圧縮機としての低圧空気圧縮
機１３貯蔵用空気圧縮機としての高圧空気圧縮
機１４増速歯車装置１５冷却器としてのインタークーラ１６吸気フィルタ１７，１９電動弁１８貯気槽２０冷却器としてのアフタークーラ２１排ガスボイラ２２蒸気タービン２３発電機２４復水器２５抽気２６給水２７貯蔵空気供給用の配管２９燃料３０煙突

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力需要の大きい時間帯に貯蔵圧縮空気
を使用して発電を行う圧縮空気貯蔵形発電プラントにお
いて、貯蔵用空気圧縮機を駆動して前記貯蔵圧縮空気を
製造する電動機と、発電機のロータ軸の一側とクラッチ
を介して連結され、前記貯蔵圧縮空気で作動する膨脹タ
ービンと、前記ロータ軸の他側に連結され、前記膨脹タ
ービンからの排気、若しくは大気から導入された空気を
燃焼用圧縮空気にする空気圧縮機を軸結し前記燃焼用圧
縮空気の燃焼ガスで作動するガスタービンと、前記ガス
タービンの排気により蒸気を発生させる排ガスボイラ
と、前記排ガスボイラからの蒸気により作動し、発電機
を駆動する蒸気タービンとを具えたことを特徴とする圧
縮空気貯蔵形発電プラント。
【請求項２】前記膨脹タービンを作動させる前記貯蔵
圧縮空気の供給管に介装され排ガスボイラからの蒸気、
若しくは高温水で前記貯蔵圧縮空気を加熱する加熱器を
設けたことを特徴とする請求項１の圧縮空気貯蔵形発電
プラント。
【請求項３】前記加熱器における前記貯蔵圧縮空気の
加熱は前記蒸気タービンから抽気された蒸気で行うこと
を特徴とする請求項２の圧縮空気貯蔵形発電プラント。
【請求項４】貯蔵される前記貯蔵圧縮空気を前記排ガ
スボイラの給水を使用して冷却する冷却器を設けたこと
を特徴とする請求項１の圧縮空気貯蔵形発電プラント。