JP6826962B2 - Compressed air storage power generation device and compressed air storage power generation method - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法に関する。 The present invention relates to a compressed air storage power generation device and a compressed air storage power generation method.
変動する不安定な発電出力を平滑化又は平準化するための技術の一つとして、圧縮空気貯蔵(CAES:compressed air energy storage)が知られている。 Compressed air energy storage (CAES) is known as one of the techniques for smoothing or leveling the fluctuating unstable power generation output.
特許文献1には、AA−CAES(Advanced Adiabatic Compressed Air Energy)型の圧縮空気貯蔵発電装置が開示されている。この圧縮空気貯蔵発電装置は、空気クーラ(熱交換器)、高温熱媒タンク、空気ヒータ(熱交換器)、及び低温熱媒タンクを備えている。充電時には、圧縮機から吐出された圧縮空気は、空気クーラにおける熱媒との熱交換によって熱回収された後、蓄圧タンクに貯蔵される。また、熱回収により昇温した熱媒は、高温熱媒タンクに回収される。発電時には、蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気は、空気ヒータにおける熱媒との熱交換によって加熱された後、膨張機に供給される。また、熱交換により降温した熱媒は、低温熱媒タンクに回収される。
特許文献1に開示された圧縮空気貯蔵発電装置では、充発電の負荷が定格未満である部分負荷運転時における熱媒による熱回収と熱利用の効率低下について特に考慮されていない。
In the compressed air storage power generation device disclosed in
本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置において、部分負荷運転時における熱媒による熱回収と熱利用の効率低下を抑制することを課題とする。 An object of the present invention is to suppress a decrease in efficiency of heat recovery and heat utilization by a heat medium during partial load operation in a compressed air storage power generation device.
本発明の第1の態様は、電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により生成された圧縮空気を貯蔵する蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される前記圧縮空気によって駆動され、発電機に機械的に接続された1台の膨張機と、前記圧縮機で生成された前記圧縮空気と熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を降温させる、複数台の第1熱交換器と、前記第1熱交換器での前記熱交換によって昇温された前記熱媒を貯蔵する高温蓄熱部と、前記1台の膨張機に並列に接続され、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる、複数台の第2熱交換器と、前記第2熱交換器での前記熱交換によって降温された熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、前記複数台の第2熱交換器の空気入口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第2熱交換器の空気出口を前記1台の膨張機の給気口にそれぞれ流体的に接続する第1空気流路系と、個々の前記第2熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第1空気流路系を切換可能な第1空気流路系切換部と、前記複数台の第2熱交換器の熱媒入口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第2熱交換器の熱媒出口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第1熱媒流路系と、前記第1熱媒流路系に設けられ、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第1熱媒ポンプと、個々の前記第2熱交換器を、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第1熱媒流路系を切換可能な第1熱媒流路系切換部と、発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部とを少なくとも制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記発電電力要求値が前記発電電力定格値未満である部分負荷発電時に、前記複数台の前記第2熱交換器のうちの1台又は複数台が、前記空気の流れが遮断され、かつ前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態に設定されるように、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部を制御する、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。
A first aspect of the present invention includes a compressor that is mechanically connected to an electric motor and compresses air, and a pressure accumulator that stores compressed air generated by the compressor.
A heat exchanger is exchanged between one expander, which is driven by the compressed air supplied from the accumulator and mechanically connected to the generator, and the compressed air generated by the compressor and a heat medium. A plurality of first heat exchangers for lowering the temperature of the compressed air, a high-temperature heat storage unit for storing the heat medium heated by the heat exchange in the first heat exchanger, and the one expander. A plurality of units that are connected in parallel and exchange heat between the compressed air supplied from the accumulator to the expander and the heat medium supplied from the high temperature heat storage unit to raise the temperature of the compressed air. Two heat exchangers, a low-temperature heat storage unit that stores the heat medium cooled by the heat exchange in the second heat exchanger, and air inlets of the plurality of second heat exchangers are fluidized in the pressure storage unit, respectively. A first air flow path system that fluidly connects the air outlets of the plurality of second heat exchangers to the air supply ports of the one expander, and the individual second heats. A first air flow path system capable of switching the first air flow path system so that the exchanger is set to either a state in which the compressed air flows or a state in which the flow of the compressed air is blocked. The switching unit and the heat medium inlets of the plurality of second heat exchangers are fluidly connected to the high temperature heat storage unit, and the heat medium outlets of the plurality of second heat exchangers are connected to the low temperature heat storage unit. A first heat medium flow path system that is fluidly connected to each other, and a first heat medium pump that is provided in the first heat medium flow path system and sends the heat medium from the high temperature heat storage section to the low temperature heat storage section. Each of the second heat exchangers has a state in which the heat medium flows from the high temperature heat storage section to the low temperature heat storage section and a state in which the flow of the heat medium from the high temperature heat storage section to the low temperature heat storage section is blocked. Based on at least a comparison between the first heat medium flow path system switching unit capable of switching the first heat medium flow path system and the generated power required value with respect to the generated power rated value so as to be set to any of the above. e Bei a control unit for controlling at least said first air flow path system switching section first heating medium channel system switching section, wherein the control unit, the generated power demand value is less than the generated power rated value During partial load power generation, one or more of the plurality of second heat exchangers are blocked from the air flow, and the flow of the heat medium from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit. Provided is a compressed air storage power generation device that controls the first air flow path system switching unit and the first heat medium flow path system switching unit so that is set to a shut-off state .
部分負荷発電時には、1台又は複数台の第2熱交換器に対する空気の流れが遮断される。また、部分負荷発電時には、空気の流れが遮断された第2熱交換器について高温蓄熱部から低温蓄熱部への熱媒の流れが遮断される。つまり、部分負荷発電時には、1台又は複数台の第2熱交換器は使用されず、残りの第2熱交換器によって蓄圧部からの圧縮空気と高温蓄熱部からの熱媒との熱交換が行われる。これにより、部分負荷発電時に、熱交換に使用される第2熱交換器における熱媒の流速の低下を抑制しつつ、高温蓄熱部から低温蓄熱部に流れる熱媒の流量を低減できる。熱交換に使用される第2熱交換器における熱媒の流速の低下を抑制することで、熱媒の流速低下に起因する第2熱交換器の熱交換性能の低下を抑制できる。また、高温蓄熱部から低温蓄熱部に流れる熱媒の流量を低減することで、低温蓄熱部に流入する熱媒の温度低下の不足を回避でき、低温蓄熱部内の熱媒の温度が目標値から高温側に逸脱するのを防止できる。以上より、部分負荷発電時における熱媒の熱利用の効率低下を抑制できる。 During partial load power generation, the flow of air to one or more second heat exchangers is blocked. Further, at the time of partial load power generation, the flow of the heat medium from the high temperature heat storage section to the low temperature heat storage section is cut off for the second heat exchanger in which the air flow is cut off. That is, during partial load power generation, one or more second heat exchangers are not used, and the remaining second heat exchangers exchange heat between the compressed air from the accumulator and the heat medium from the high temperature heat storage. Will be done. As a result, it is possible to reduce the flow rate of the heat medium flowing from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit while suppressing a decrease in the flow velocity of the heat medium in the second heat exchanger used for heat exchange during partial load power generation. By suppressing the decrease in the flow velocity of the heat medium in the second heat exchanger used for heat exchange, it is possible to suppress the decrease in the heat exchange performance of the second heat exchanger due to the decrease in the flow velocity of the heat medium. Further, by reducing the flow rate of the heat medium flowing from the high temperature heat storage section to the low temperature heat storage section, it is possible to avoid insufficient temperature drop of the heat medium flowing into the low temperature heat storage section, and the temperature of the heat medium in the low temperature heat storage section is higher than the target value. It is possible to prevent deviation to the high temperature side. From the above, it is possible to suppress a decrease in efficiency of heat utilization of the heat medium during partial load power generation.
さらに具体的には、前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記複数台の前記第2熱交換器のうちの1台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、かつ前記熱媒の流入及び流出が停止されるように、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部を制御し、前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記第1熱媒ポンプによって送出される前記熱媒の流量を減少させる。 More specifically, at the time of the partial load power generation, the control unit cuts off the flow of air for one or more of the plurality of second heat exchangers and of the heat medium. The first air flow path system switching unit and the first heat medium flow path system switching unit are controlled so that the inflow and outflow are stopped, and the control unit controls the first heat medium during the partial load power generation. The flow rate of the heat medium delivered by the pump is reduced.
代案としては、前記第1熱媒流路系は、個々の前記複数台の第2熱交換器の前記熱媒出口と、前記高温蓄熱部とを流体的に接続する第1熱媒戻り流路をさらに備え、前記第1熱媒流路系切換部は、個々の前記複数台の第2熱交換器と前記高温蓄熱部との前記第1熱媒戻り流路を介した連通と遮断を切換可能であり、前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記複数台の前記第2熱交換器のうちの1台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断され、かつ前記熱媒出口から前記第1熱媒戻り流路を介して前記高温蓄熱部に前記熱媒が流れるように、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部を制御する。 As an alternative, the first heat medium flow path system is a first heat medium return flow path that fluidly connects the heat medium outlets of the plurality of second heat exchangers and the high temperature heat storage unit. The first heat medium flow path system switching unit switches between communication and disconnection between each of the plurality of second heat exchangers and the high temperature heat storage unit via the first heat medium return flow path. It is possible, and the control unit cuts off the flow of air for one or more of the plurality of second heat exchangers during the partial load power generation, and the high temperature heat storage unit causes the low temperature. The first air flow path system so that the flow of the heat medium to the heat storage section is blocked and the heat medium flows from the heat medium outlet to the high temperature heat storage section via the first heat medium return flow path. It controls the switching unit and the first heat medium flow path system switching unit.
この構成によれば、部分負荷発電時に、蓄圧部からの圧縮空気との熱交換に使用しない第2熱交換器と高温蓄熱部との間に熱媒の循環経路が形成される。その結果、高温蓄熱部の熱媒貯蔵量の減少を抑制しつつ、蓄圧部からの圧縮空気との熱交換に使用しない第2熱交換器内の熱媒が、外気温度との温度差によって降温するのを防止できる。 According to this configuration, a heat medium circulation path is formed between the second heat exchanger, which is not used for heat exchange with the compressed air from the accumulator, and the high-temperature heat storage unit during partial load power generation. As a result, the heat medium in the second heat exchanger, which is not used for heat exchange with the compressed air from the pressure storage section, is lowered due to the temperature difference from the outside air temperature while suppressing the decrease in the heat medium storage amount in the high temperature heat storage section. Can be prevented from doing so.
圧縮空気貯蔵発電装置は、前記低温蓄熱部内の前記熱媒の温度を検出する第1温度検出部をさらに備え、前記制御部は、前記第1温度検出部によって検出される温度が予め定められた設定温度以下となるように、前記第1空気流路系切換部、前記第1熱媒流路系切換部、及び前記第1熱媒ポンプを制御してもよい。 The compressed air storage power generation device further includes a first temperature detection unit that detects the temperature of the heat medium in the low temperature heat storage unit, and the control unit has a predetermined temperature detected by the first temperature detection unit. The first air flow path system switching unit, the first heat medium flow path system switching unit, and the first heat medium pump may be controlled so that the temperature becomes equal to or lower than the set temperature.
圧縮空気貯蔵発電装置は、前記第1空気流路系における前記複数台の第2熱交換器の前記空気入口側と前記空気出口側との差圧を検出する第1差圧検出部をさらに備え、前記制御部は、前記第1差圧検出部で検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、前記第1空気流路系切換部、前記第1熱媒流路系切換部、及び前記第1熱媒ポンプを制御してもよい。 The compressed air storage power generation device further includes a first differential pressure detecting unit that detects the differential pressure between the air inlet side and the air outlet side of the plurality of second heat exchangers in the first air flow path system. The control unit switches between the first air flow path system switching unit and the first heat medium flow path system so that the differential pressure detected by the first differential pressure detection unit does not exceed a predetermined pressure loss. The unit and the first heat medium pump may be controlled.
前記制御部は、前記複数台の第2熱交換器間で使用時間が均一化されるように、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部とを制御してもよい。 The control unit controls the first air flow path system switching unit and the first heat medium flow path system switching unit so that the usage time is made uniform among the plurality of second heat exchangers. You may.
圧縮空気貯蔵発電装置は、前記複数台の第1熱交換器の空気入口を前記圧縮機の吐出口にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第1熱交換器の空気出口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続する第2空気流路系と、個々の前記第1熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第2空気流路系を切換可能な第2空気流路系切換部と、前記複数台の第1熱交換器の熱媒入口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第1熱交換器の熱媒出口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第2熱媒流路系と、前記第2熱媒流路系に設けられ、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第2熱媒ポンプと、個々の前記第1熱交換器を、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第2熱媒流路系を切換可能な第2熱媒流路系切換部とをさらに備え、前記制御部は、充電電力要求値の充電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第2空気流路系切換部と前記第2熱媒流路系切換部とを少なくとも制御してもよい。 In the compressed air storage power generation device, the air inlets of the plurality of first heat exchangers are fluidly connected to the discharge ports of the compressors, and the air outlets of the plurality of first heat exchangers are pressure-accumulated. The second air flow path system, which is fluidly connected to each unit, and the individual first heat exchangers are set to either a state in which the compressed air flows or a state in which the flow of the compressed air is blocked. The second air flow path system switching unit capable of switching the second air flow path system and the heat medium inlets of the plurality of first heat exchangers are fluidly connected to the low temperature heat storage unit, respectively. In addition, the second heat medium flow path system in which the heat medium outlets of the plurality of first heat exchangers are fluidly connected to the high temperature heat storage unit and the second heat medium flow path system are provided. A second heat medium pump that sends the heat medium from the low temperature heat storage unit to the high temperature heat storage unit and each of the first heat exchangers are in a state where the heat medium flows from the low temperature heat storage unit to the high temperature heat storage unit. A second heat medium flow path in which the second heat medium flow path system can be switched so that the flow of the heat medium from the low temperature heat storage section to the high temperature heat storage section is cut off. The control unit further includes a system switching unit, and the control unit includes the second air flow path system switching unit and the second heat medium flow path system switching unit based on at least a comparison of the charging power required value with respect to the charging power rated value. At least may be controlled.
具体的には、前記制御部は、前記充電電力要求値が前記充電電力定格値未満である部分負荷充電時に、前記複数台の前記第1熱交換器のうちの1台又は複数台が、前記空気の流れが遮断され、かつ前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態に設定されるように、前記第2空気流路系切換部と前記第2熱媒流路系切換部を制御してもよい。 Specifically, in the control unit, when the charging power required value is less than the charging power rated value, one or more of the plurality of the first heat exchangers are said to be in the partial load charging. The second air flow path system switching section and the second heat are set so that the flow of air is blocked and the flow of the heat medium from the low temperature heat storage section to the high temperature heat storage section is blocked. The medium flow path system switching unit may be controlled.
部分負荷充電時には、1台又は複数台の第1熱交換器に対する空気の流れが遮断される。また、部分負荷充電時には、空気の流れが遮断された第1熱交換器について低温蓄熱部から高温蓄熱部への熱媒の流れが遮断される。つまり、部分負荷充電時には、1台又は複数台の第1熱交換器は使用されず、残りの第1熱交換器によって圧縮機からの圧縮空気と低温蓄熱部からの熱媒との熱交換が行われる。これにより、部分負荷充電時に、熱交換に使用される第1熱交換器における熱媒の流速の低下を抑制しつつ、高温蓄熱部から低温蓄熱部に流れる熱媒の流量を低減できる。熱交換に使用される第1熱交換器における熱媒の流速の低下を抑制することで、熱媒の流速低下に起因する第1熱交換器の熱交換性能の低下を抑制できる。また、低温蓄熱部から高温蓄熱部に流れる熱媒の流量を低減することで、高温蓄熱部に流入する熱媒の温度上昇の不足を回避でき、高温蓄熱部内の熱媒の温度が目標値から低温側に逸脱するのを防止できる。以上より、部分負荷充電時における熱媒による熱回収の効率低下を抑制できる。 During partial load charging, the flow of air to one or more first heat exchangers is blocked. Further, at the time of partial load charging, the flow of the heat medium from the low temperature heat storage section to the high temperature heat storage section is cut off for the first heat exchanger in which the air flow is cut off. That is, during partial load charging, one or more first heat exchangers are not used, and the remaining first heat exchangers exchange heat between the compressed air from the compressor and the heat medium from the low temperature heat storage unit. Will be done. As a result, it is possible to reduce the flow rate of the heat medium flowing from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit while suppressing a decrease in the flow velocity of the heat medium in the first heat exchanger used for heat exchange during partial load charging. By suppressing the decrease in the flow velocity of the heat medium in the first heat exchanger used for heat exchange, it is possible to suppress the decrease in the heat exchange performance of the first heat exchanger due to the decrease in the flow velocity of the heat medium. In addition, by reducing the flow rate of the heat medium flowing from the low temperature heat storage section to the high temperature heat storage section, it is possible to avoid insufficient temperature rise of the heat medium flowing into the high temperature heat storage section, and the temperature of the heat medium in the high temperature heat storage section is higher than the target value. It is possible to prevent deviation to the low temperature side. From the above, it is possible to suppress a decrease in heat recovery efficiency due to the heat medium during partial load charging.
さらに具体的には、前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記複数台の前記第1熱交換器のうちの1台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、かつ前記熱媒の流入及び流出が停止されるように、前記第2空気流路系切換部と前記第2熱媒流路系切換部を制御し、前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記第2熱媒ポンプによって送出される前記熱媒の流量を減少させてもよい。 More specifically, at the time of the partial load charging, the control unit cuts off the flow of air for one or more of the plurality of first heat exchangers and of the heat medium. The second air flow path system switching unit and the second heat medium flow rate system switching unit are controlled so that the inflow and outflow are stopped, and the control unit controls the second heat medium during the partial load charging. The flow rate of the heat medium delivered by the pump may be reduced.
代案としては、前記第2熱媒流路系は、個々の前記複数台の第1熱交換器の前記熱媒出口と、前記低温蓄熱部とを流体的に接続する第2熱媒戻り流路をさらに備え、前記第2熱媒流路系切換部は、個々の前記複数台の第1熱交換器と前記低温蓄熱部との前記第2熱媒戻り流路を介した連通と遮断を切換可能であり、前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記複数台の前記第1熱交換器のうちの1台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断され、かつ前記熱媒出口から前記第2熱媒戻り流路を介して前記低温蓄熱部に前記熱媒が流れるように、前記第2空気流路系切換部と前記第2熱媒流路系切換部を制御してもよい。 As an alternative, the second heat medium flow path system is a second heat medium return flow path that fluidly connects the heat medium outlets of the plurality of first heat exchangers and the low temperature heat storage unit. The second heat medium flow path system switching unit switches between communication and disconnection between the plurality of first heat exchangers and the low temperature heat storage unit via the second heat medium return flow path. It is possible, and the control unit cuts off the flow of air for one or more of the plurality of first heat exchangers during the partial load charging, and the low temperature heat storage unit causes the high temperature. The second air flow path system so that the flow of the heat medium to the heat storage section is blocked and the heat medium flows from the heat medium outlet to the low temperature heat storage section via the second heat medium return flow path. The switching unit and the second heat medium flow path system switching unit may be controlled.
この構成によれば、部分負荷充電時に、圧縮機からの圧縮空気との熱交換に使用しない第1熱交換器と低温蓄熱部との間に熱媒の循環経路が形成される。その結果、低温蓄熱部の熱媒貯蔵量の減少を抑制しつつ、圧縮機からの圧縮空気との熱交換に使用しない第1熱交換器内の熱媒が、外気温度との温度差によって降温するのを防止できる。 According to this configuration, a heat medium circulation path is formed between the first heat exchanger, which is not used for heat exchange with the compressed air from the compressor, and the low temperature heat storage unit during partial load charging. As a result, the heat medium in the first heat exchanger, which is not used for heat exchange with the compressed air from the compressor, is lowered due to the temperature difference from the outside air temperature while suppressing the decrease in the heat medium storage amount of the low temperature heat storage unit. Can be prevented from doing so.
圧縮空気貯蔵発電装置は、前記高温蓄熱部内の前記熱媒の温度を検出する第2温度検出部をさらに備え、前記制御部は、前記第2温度検出部によって検出された温度が予め定められた設定温度以上となるように、前記第2空気流路系切換部、前記第2熱媒流路系切換部、及び前記第2熱媒ポンプを制御してもよい。 The compressed air storage power generation device further includes a second temperature detection unit that detects the temperature of the heat medium in the high temperature heat storage unit, and the control unit has a predetermined temperature detected by the second temperature detection unit. The second air flow path system switching unit, the second heat medium flow path system switching unit, and the second heat medium pump may be controlled so that the temperature becomes equal to or higher than the set temperature.
圧縮空気貯蔵発電装置は、前記第2空気流路系における前記複数台の第1熱交換器の前記空気入口側と前記空気出口側との差圧を検出する第2差圧検出部をさらに備え、前記制御部は、前記第2差圧検出部で検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、前記第2空気流路系切換部、前記第2熱媒流路系切換部、及び前記第2熱媒ポンプを制御してもよい。 The compressed air storage power generation device further includes a second differential pressure detection unit that detects the differential pressure between the air inlet side and the air outlet side of the plurality of first heat exchangers in the second air flow path system. The control unit switches between the second air flow path system switching unit and the second heat medium flow path system so that the differential pressure detected by the second differential pressure detection unit does not exceed a predetermined pressure loss. The unit and the second heat medium pump may be controlled.
前記制御部は、前記複数台の第1熱交換器間で使用時間が均一化されるように、前記第2空気流路系切換部と前記第2熱媒流路系切換部とを制御してもよい。 The control unit controls the second air flow path system switching unit and the second heat medium flow path system switching unit so that the usage time is made uniform among the plurality of first heat exchangers. You may.
本発明の第2の態様は、電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により生成された圧縮空気を貯蔵する蓄圧部と、前記蓄圧部から供給される前記圧縮空気によって駆動され、発電機に機械的に接続された1台の膨張機と、前記圧縮機で生成された前記圧縮空気と熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を降温させる、複数台の第1熱交換器と、前記第1熱交換器での前記熱交換によって昇温された前記熱媒を貯蔵する高温蓄熱部と、前記1台の膨張機に並列に接続され、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる、複数台の第2熱交換器と、前記第2熱交換器での前記熱交換によって降温された熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、前記複数台の第2熱交換器の空気入口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第2熱交換器の空気出口を前記1台の膨張機の給気口にそれぞれ流体的に接続する第1空気流路系と、個々の前記第2熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第1空気流路系を切換可能な第1空気流路系切換部と、前記複数台の第2熱交換器の熱媒入口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第2熱交換器の熱媒出口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第1熱媒流路系と、前記第1熱媒流路系に設けられ、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第1熱媒ポンプと、個々の前記第2熱交換器を、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第1熱媒流路系を切換可能な第1熱媒流路系切換部とを備える圧縮空気貯蔵発電装置を準備し、発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部とを少なくとも制御し、前記発電電力要求値が前記発電電力定格値未満である部分負荷発電時に、前記複数台の前記第2熱交換器のうちの1台又は複数台が、前記空気の流れが遮断され、かつ前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態に設定されるように、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部を制御する、圧縮空気貯蔵発電方法を提供する。 A second aspect of the present invention is a compressor mechanically connected to an electric motor to compress air, a pressure accumulator for storing compressed air generated by the compressor, and the compression supplied from the accumulator. A plurality of expanders driven by air and mechanically connected to a generator, and a plurality of units that exchange heat with the compressed air generated by the compressor and a heat medium to lower the temperature of the compressed air. A first heat exchanger, a high-temperature heat storage unit that stores the heat medium heated by the heat exchange in the first heat exchanger, and a high-temperature heat storage unit that is connected in parallel to the one expander and from the pressure storage unit A plurality of second heat exchangers that exchange heat between the compressed air supplied to the expander and the heat medium supplied from the high temperature heat storage unit to raise the temperature of the compressed air, and the second heat exchanger. The low-temperature heat storage unit that stores the heat medium cooled by the heat exchange in the heat exchanger and the air inlets of the plurality of second heat exchangers are fluidly connected to the pressure storage unit, and the plurality of units are connected. The compressed air flows through the first air flow path system that fluidly connects the air outlet of the second heat exchanger to the air supply port of the one expander, and the individual second heat exchangers. A first air flow path system switching unit capable of switching the first air flow path system and a plurality of units so as to be set to either a state or a state in which the flow of the compressed air is cut off. The first heat that fluidly connects the heat medium inlets of the two heat exchangers to the high temperature heat storage section and fluidly connects the heat medium outlets of the plurality of second heat exchangers to the low temperature heat storage section. A medium flow path system, a first heat medium pump provided in the first heat medium flow path system and sending the heat medium from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit, and individual second heat exchangers. The heat medium flows from the high temperature heat storage section to the low temperature heat storage section, and the heat medium flows from the high temperature heat storage section to the low temperature heat storage section. A compressed air storage power generation device including the first heat medium flow path system switching unit capable of switching the first heat medium flow path system is prepared, and at least based on the comparison of the generated power required value with the generated power rated value. At least the first air flow path system switching unit and the first heat medium flow path system switching unit are controlled, and at the time of partial load power generation in which the generated power required value is less than the generated power rated value, the plurality of the above. One or more of the second heat exchangers are set so that the flow of the air is cut off and the flow of the heat medium from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit is cut off. In addition, the first air flow path system switching unit and the first heat medium flow path system switching unit Provide a controlled, compressed air storage power generation method.
本発明によれば、部分負荷運転時における熱媒による熱回収と熱利用の効率低下を抑制できる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in efficiency of heat recovery and heat utilization by a heat medium during partial load operation.
(第1実施形態)
図1に示す本発明の第1実施形態に係る圧縮空気貯蔵(CAES:compressed air energy storage)発電装置1は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置(図示せず)の出力変動を平準化して電力系統に電力を供給すると共に、電力需要の変動に合わせた電力を電力系統に供給する。
(First Embodiment)
The compressed air energy storage (CAES)
本実施形態のCAES発電装置1は、空気流路系2と熱媒流路系3とを備える。
The CAES
(空気流路系)
空気流路系2は、2系統の空気流路系2A,2Bを備える。
(Air flow path system)
The air
一方の空気流路系2A(第2空気流路系)には、圧縮機10、複数台の空気クーラ4(第1熱交換器)、及び蓄圧タンク(蓄圧部)5が設けられている。
One air
圧縮機10には、電動機6が機械的に接続されている。電動機6は、風力、太陽光、太陽熱、波力のような再生可能エネルギーにより発電する発電装置(図示せず)からの変動する入力電力によって駆動される。電動機6は電力系統から給電されるものでもよい。本実施形態の圧縮機10は、スクリュ式である。スクリュ式の圧縮機10は、回転数制御可能であるため、不規則に変動する入力電力に応答性良く追従でき、CAES発電装置1の構成要素として好ましい。圧縮機10は、スクロール式、ターボ式、レシプロ式のようなスクリュ式以外のものでもよい。
An
空気流路系2Aは、複数台の空気クーラ4の空気入口4aを圧縮機10の吐出口10bにそれぞれ流体的に接続する空気流路21と、複数の空気クーラ4の空気出口4bを蓄圧タンク5にそれぞれ流体的に接続する空気流路22とを備える。つまり、空気流路系2Aには、圧縮機10と蓄圧タンク5の間に、複数台の空気クーラ4が並列的に設けられている。
In the air
空気流路22の個々の空気クーラ4の空気出口4bに接続された箇所には、後述の制御装置14により開閉制御可能な弁V1がそれぞれ設けられている。1個の弁V1が開弁であると、対応する空気クーラ4は、圧縮機10からの圧縮空気が流れる状態となる。1個の弁V1が閉弁であると、対応する空気クーラ4は圧縮機10からの圧縮空気の流れが遮断された状態となる。つまり、個々の空気クーラ4は、対応する1個の弁V1が開弁であると圧縮機10からの圧縮空気の冷却に使用されるが、対応する1個の弁V1が閉弁であると圧縮機10からの圧縮空気の冷却に使用されない。弁V1は本発明における第2空気流路系切換部を構成している。
Valves V1 that can be opened and closed by a
他方の空気流路系2B(第1空気流路系)には、膨張機7、複数台の空気ヒータ(第2熱交換器)8、及び蓄圧タンク5が設けられている。
The other air
膨張機7には、発電機9が機械的に接続されている。発電機9は電力系統(図示せず)に電気的に接続されている。本実施形態の膨張機7は、スクリュ式である。スクリュ式の膨張機7は、回転数制御可能である点で、CAES発電装置1の構成要素として好ましい。膨張機7は、スクロール式、ターボ式、レシプロ式のようなスクリュ式以外のものでもよい。
A
空気流路系2Bは、複数の空気ヒータ8の空気入口8aを蓄圧タンク5にそれぞれ流体的に接続する空気流路23と、複数の空気ヒータ8の空気出口8bを膨張機7の給気口7aにそれぞれ流体的に接続する空気流路24とを備える。
In the air
空気流路24の個々の空気ヒータ8の空気出口8bに接続された箇所には、後述の制御装置14により開閉制御可能な弁V2がそれぞれ設けられている。1個の弁V2が開弁であると、対応する空気ヒータ8は、蓄圧タンク5からの圧縮空気が流れる状態となる。1個の弁V2が閉弁であると、対応する空気ヒータ8は蓄圧タンク5からの圧縮空気の流れが遮断された状態となる。つまり、個々の空気ヒータ8は、対応する1個の弁V2が開弁であると蓄圧タンク5からの圧縮空気の加熱に使用されるが、対応する1個の弁V2が閉弁である蓄圧タンク5からの圧縮空気の加熱に使用されない。弁V2は本発明における第1空気流路系切換部を構成している。
Valves V2 that can be opened and closed by a
(熱媒流路系)
熱媒流路系3は、2系統の熱媒流路系3A,3Bを備える。
(Heat medium flow path system)
The heat medium
一方の熱媒流路系3A(第2熱媒流路系)には、低温熱媒タンク12(低温蓄熱部)、複数台の空気クーラ4、及び高温熱媒タンク11(高温蓄熱部)が設けられている。
One heat medium
熱媒流路系3Aは、複数台の空気クーラ4の熱媒入口4cを低温熱媒タンク12にそれぞれ流体的に接続する熱媒流路31と、複数の空気クーラ4の熱媒出口4dを高温熱媒タンク11にそれぞれ流体的に接続する熱媒流路32とを備える。つまり、熱媒流路系3Aには、低温熱媒タンク12と高温熱媒タンク11との間に、複数台の空気クーラ4が並列的に設けられている。熱媒流路31には、低温熱媒タンク12から、空気クーラ4を介して、高温熱媒タンク11へ熱媒を送出するための熱媒ポンプ13A(第2熱媒ポンプ)が設けられている。
The heat medium
熱媒流路31の個々の空気クーラ4の熱媒入口4cに接続された箇所には、後述の制御装置14により開閉制御可能な弁V3がそれぞれ設けられている。1個の弁V3が開弁であると、対応する空気クーラ4は、低温熱媒タンク12からの熱媒が流れる状態となる。1個の弁V3が閉弁であると、対応する空気クーラ4は、低温熱媒タンク12から高温熱媒タンク11への熱媒の流れが遮断された状態(熱媒入口4cへの熱媒の流入と熱媒出口4dからの熱媒の流出がない状態)となる。つまり、個々の空気クーラ4は、対応する弁V3が開弁であると熱媒が流れるが、対応する弁V3が閉弁であると熱媒が流れない。弁V3は本発明における第2熱媒流路系切換部を構成している。
Valves V3 that can be opened and closed by a
他方の熱媒流路系3B(第1熱媒流路系)には、高温熱媒タンク11、複数台の空気ヒータ8、及び低温熱媒タンク12が設けられている。
The other heat medium
熱媒流路系3Bは、複数台の空気ヒータ8の熱媒入口8cを高温熱媒タンク11にそれぞれ流体的に接続する熱媒流路33と、複数台の空気ヒータ8の熱媒出口8dを低温熱媒タンク12にそれぞれ流体的に接続する熱媒流路34とを備える。つまり、熱媒流路系3Bには、高温熱媒タンク11と低温熱媒タンク12との間に、複数台の空気ヒータ8が並列的に設けられている。熱媒流路33には、高温熱媒タンク11から、空気ヒータ8を介して、低温熱媒タンク12へ熱媒を送出するための熱媒ポンプ13B(第1熱媒ポンプ)が設けられている。
The heat medium
熱媒流路33の個々の空気ヒータ8の熱媒入口8cに接続された箇所には、後述する制御装置14により開閉制御可能な弁V4がそれぞれ設けられている。1個の弁V4が開弁であると、対応する空気ヒータ8は、高温熱媒タンク11からの熱媒が流れる状態となる。1個の弁V4が閉弁であると、対応する空気ヒータ8は、高温熱媒タンク11から低温熱媒タンク12への熱媒の流れが遮断された状態(熱媒入口8cへの熱媒の流入と熱媒出口8dからの熱媒の流出がない状態)となる。つまり、個々の空気ヒータ8は、対応する弁V4が開弁であると熱媒が流れるが、対応する弁V4が閉弁であると熱媒が流れない。弁V4は本発明における第1熱媒流路系切換部を構成している。
Valves V4 that can be opened and closed by a
(制御装置)
制御装置14(制御部)は、CAES発電装置1の外部から入力される充電要求(充電電力要求値を含む)と、発電要求(発電電力要求値を含む)とに基づいて、CAES発電装置1の種々の構成要素を統括的に制御する。このような要素には、圧縮機10を駆動する電動機6、熱媒ポンプ13A,13B、及び弁V1〜V4が含まれる。制御装置14は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)のような記憶装置を含むハードウェアと、それに実装されたソフトウェアにより構築できる。
(Control device)
The control device 14 (control unit) is based on a charging request (including a charging power request value) input from the outside of the CAES
(充電運転)
図2は、充電運転時の制御の概要を示す。充電運転時には、充電電力要求値の充電電力定格値に対する比較に基づいて、空気クーラ4の台数制御が実行される。
(Charging operation)
FIG. 2 shows an outline of control during charging operation. During the charging operation, the number of
ステップS21において、制御装置14は充電電力要求値を確認する。続いて、ステップS22において、制御装置14は、予め記憶された充電電力要求値毎の空気クーラ使用台数のデータに基づいて、空気クーラの台数制御を実行する。具体的には、充電電力要求値が充電電力定格値未満であれば、全ての空気クーラ4を使用するのではなく、1台又は複数台の空気クーラ4は使用せず、残りの空気クーラ4で圧縮機10からの圧縮空気と熱媒との熱交換を実行する。充電電力要求値が充電電力定格値に対して小さい程、熱交換に使用する空気クーラ4の台数を減らす。充電電力要求値が充電電力定格値以上であれば、全ての空気クーラ4が使用される。
In step S21, the
充電運転時には、熱媒ポンプ13Aが作動し、熱媒ポンプ13Bは非作動である。本実施形態では、部分負荷充電時には、熱交換に使用する空気クーラ4の台数が少ない程、熱媒ポンプ13Aによって送出される熱媒の流量が減少される。
During the charging operation, the
図4を併せて参照すると、熱交換に使用しない空気クーラ4(この例では1台)については、弁V1と弁V3が閉弁に設定される。つまり、熱交換に使用しいな空気クーラ4については、圧縮機10からの圧縮空気の流れが遮断され、かつ低温熱媒タンク12から高温熱媒タンク11への熱媒の流れが遮断された状態(熱媒入口4cへの熱媒の流入と熱媒出口4dからの熱媒の流出がない状態)となる。熱交換に使用する空気クーラ4については、弁V1と弁V3は開弁に設定される。
With reference to FIG. 4, for the air cooler 4 (one in this example) that is not used for heat exchange, the valves V1 and V3 are set to be closed. That is, for the
充電運転時には、発電装置から入力される変動する電力により電動機6が駆動され、電動機6によって圧縮機10が駆動される。圧縮機10は吸込口10aから空気を吸い込んで圧縮し、圧縮空気を生成する。圧縮機10の吐出口10bから吐出された圧縮空気は、空気流路系2Aを通って蓄圧タンク5に圧送され、蓄圧タンク5に貯蔵される。つまり、蓄圧タンク5は、圧縮空気を貯蔵してエネルギーとして蓄積する。圧縮空気は、蓄圧タンク5に圧送される前に、熱交換に使用する空気クーラ4(弁V1,V3が開弁に設定されている)を通過するが、熱交換に使用しない空気クーラ4(弁V1,V3は閉弁に設定されている)は通過しない。
During the charging operation, the
充電運転時には、熱媒ポンプ13Aによって、低温熱媒タンク12に貯蔵された熱媒が、熱媒流路系3Aを通って高温熱媒タンク11に送られる。熱媒は、高温熱媒タンク11に送られる前に、熱交換に使用する空気クーラ4(弁V1,V3が開弁に設定されている)を通過するが、熱交換に使用しない空気クーラ4(弁V1,V3は閉弁に設定されている)は通過しない。
During the charging operation, the
圧縮機10の吐出口10bから吐出された圧縮空気は、圧縮の際に生じる圧縮熱により高温となっている。熱交換に使用する空気クーラ4では、熱媒と圧縮空気の間の熱交換により、圧縮空気は冷却され、熱媒は加熱される。従って、蓄圧タンク5には、熱交換によって降温した圧縮空気が貯蔵される。また、高温熱媒タンク11には、熱交換後の昇温した熱媒が貯蔵される。
The compressed air discharged from the
仮に、部分負荷充電時に、単に熱媒ポンプ13Aによって送出される流量を低減させ、空気クーラ4の台数制御を実行しないとすると、個々の空気クーラ4を流れる熱媒の流速が低下することになる。空気クーラ4を流れる熱媒の流速の低下は、熱交換性能の低下を招く。本実施形態では、部分負荷充電時に、空気クーラ4の台数制御を行い、かつ熱交換に使用する空気クーラ4の台数に応じて熱媒ポンプ13Aによって送出される流量を低減することで、熱交換に使用される空気クーラ4における熱媒の流速の低下を抑制しつつ、低温熱媒タンク12から高温熱媒タンク11に流れる熱媒の流量を低減できる。
If the flow rate sent by the
部分負荷充電時に、熱交換に使用される空気クーラ4における熱媒の流速の低下を抑制することで、熱媒の流速低下に起因する空気クーラ4の熱交換性能の低下を抑制できる。また、部分負荷充電時に、低温熱媒タンク12から高温熱媒タンク11に流れる熱媒の流量を低減することで、高温熱媒タンク11に流入する熱媒の温度上昇の不足を回避でき、高温熱媒タンク11内の熱媒の温度が目標値から低温側に逸脱するのを防止できる。従って、補助的なヒータによって高温熱媒タンク11へ流入する熱媒の温度を上昇させる必要がない。以上より、部分負荷発電時における熱媒における熱回収の効率低下を抑制し、充電電力量とシステム効率の低下を抑制できる。
By suppressing the decrease in the flow velocity of the heat medium in the
部分負荷充電時に使用する熱媒量を節約できるので、低温熱媒タンク12と高温熱媒タンク11を大容量に設定する必要がなく、熱媒量の制限を受けずに長い充電運転時間を確保できる。
Since the amount of heat medium used for partial load charging can be saved, it is not necessary to set the low temperature
部分負荷充電時に、複数台の空気クーラ4のうちのいずれを熱交換に使用しないかは、複数台の空気クーラ4間で使用時間が均一化されるように選択される。例えば、制御装置14は、個々の空気クーラ4の使用時間を記憶し、部分負荷充電時には、それまでの使用時間の長い空気クーラ4を優先して熱交換に使用しない空気クーラ4として選択する。
Which of the plurality of
図3は、充電運転時の代案の制御の概要を示す。ステップS31において、制御装置14は充電電力要求値を確認する。続いて、ステップS32において、制御装置14は、充電電力要求値の充電電力定格値に対する割合αを算出する。また、ステップS33において、制御装置14は、割合αと予め記憶した空気クーラ設置台数N1(CAES装置1が備える空気クーラ4の総台数)との積α*N1に基づいて空気クーラ使用台数Naを決定する。ステップS34では、この空気クーラ使用台数Naに基づいて空気クーラ4の台数制御と熱媒ポンプ13Aの流量制御が実行される。
FIG. 3 shows an outline of control of an alternative during charging operation. In step S31, the
例えば、充電電力定格値を100として、実際の充電電力要求値が50である場合を考える。この場合、割合αは0.5(50%)であり、空気クーラ使用台数Naは0.5N1(α*N1)に設定される。しかし、0.5N1が整数にならない場合は、熱媒流速が定格以下となることによる性能低下を避けるため、0.5N1以上の最初の整数を空気クーラ使用台数Naに設定する。具体的には、仮に空気クーラ設置台数N1が3台で割合αが0.5であれば、空気クーラ使用台数Naは2台となる。 For example, consider a case where the rated charging power rating value is 100 and the actual charging power required value is 50. In this case, the ratio α is 0.5 (50%), and the number of air coolers used Na is set to 0.5N1 (α * N1). However, 0.5N1 is if not an integer, to avoid performance degradation heat medium flow rate by. Doing so less than the rated, set the first integer greater than or equal 0.5N1 air cooler use number Na. Specifically, if the number of air coolers installed N1 is three and the ratio α is 0.5, the number of air coolers used Na is two.
(発電運転)
図5は、発電運転時の制御の概要を示す。発電運転時には、発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に基づいて、空気ヒータ8の台数制御が実行される。
(Power generation operation)
FIG. 5 shows an outline of control during power generation operation. During the power generation operation, the number of
ステップS51において、制御装置14は発電電力要求値を確認する。続いて、ステップS52において、制御装置14は、予め記憶された発電電力要求値毎の空気ヒータ使用台数のデータに基づいて、空気ヒータの台数制御を実行する。具体的には、発電電力要求値が発電電力定格値未満であれば、全ての空気ヒータ8を使用するのではなく、1台又は複数台の空気ヒータ8は使用せず、残りの1台又は複数台の空気ヒータ8で蓄圧タンク5からの圧縮空気と熱媒との熱交換を実行する。発電電力要求値が発電電力定格値に対して小さい程、熱交換に使用する空気ヒータ8の台数を減らす。発電電力要求値が発電電力定格値以上であれば、全ての空気ヒータ8が使用される。
In step S51, the
発電運転時には、熱媒ポンプ13Bが作動し、熱媒ポンプ13Aは非作動である。本実施形態では、部分負荷発電時には、熱交換に使用する空気ヒータ8の台数が少ない程、熱媒ポンプ13Bによって送出される熱媒の流量が減少される。
During the power generation operation, the
図7を併せて参照すると、熱交換に使用しない空気ヒータ8(この例では1台)については、弁V2と弁V4が閉弁に設定される。つまり、熱交換に使用しいな空気ヒータ8については、蓄圧タンク5からの圧縮空気の流れが遮断され、かつ高温熱媒タンク11から低温熱媒タンク12への熱媒の流れが遮断された状態(熱媒入口8cへの熱媒の流入と熱媒出口8dからの熱媒の流出がない状態)となる。熱交換に使用する空気ヒータ8については、弁V2と弁V4は開弁に設定される。
With reference to FIG. 7, for the air heater 8 (one in this example) that is not used for heat exchange, the valves V2 and V4 are set to be closed. That is, for the
発電運転時には、蓄圧タンク5から送出された圧縮空気が、空気流路系2Bを通って膨張機7の給気口7aに供給される。給気口7aに給気された圧縮空気によって膨張機7が作動し、発電機9が複動される。発電機9で発電した電力は電力系統(図示せず)に供給される。膨張機7で膨張された空気は、排気口7bから排出される。圧縮空気は、膨張機7に供給される前に、熱交換に使用する空気ヒータ8(弁V2,V4が開弁に設定されている)を通過するが、熱交換に使用しない空気ヒータ8(弁V2,V4は閉弁に設定されている)は通過しない。
During the power generation operation, the compressed air sent out from the
発電運転時には、熱媒ポンプ13Bによって、高温熱媒タンク11に貯蔵された熱媒が、熱媒流路系3Bを通って低温熱媒タンク12に送られる。熱媒は、低温熱媒タンク12に送られる前に、熱交換に使用する空気ヒータ8(弁V2,V4が開弁に設定されている)を通過するが、熱交換に使用しない空気ヒータ8(弁V2,V4は閉弁に設定されている)は通過しない。
During the power generation operation, the
膨張機7では、膨張時の吸熱により空気の温度が低下する。そのため、膨張機7に給気される圧縮空気は、高温であることが好ましい。熱交換に使用される空気ヒータ8では、熱媒と圧縮空気の間の熱交換により、圧縮空気は加熱され、熱媒は冷却される。従って、膨張機7には、熱交換によって昇温した圧縮空気が供給される。また、低温熱媒タンク12には、熱交換後の降温した熱媒が貯蔵される。
In the
仮に、部分負荷発電時に、単に熱媒ポンプ13Bによって送出される流量を低減させ、空気ヒータ8の台数制御を実行しないとすると、個々の空気ヒータ8を流れる熱媒の流速が低下することになる。空気ヒータ8を流れる熱媒の流速の低下は、熱交換性能の低下を招く。本実施形態では、部分負荷発電時に、空気ヒータ8の台数制御を行い、かつ熱交換に使用する空気ヒータ8の台数に応じて熱媒ポンプ13Bによって送出される流量を低減することで、熱交換に使用される空気ヒータ8における熱媒の流速の低下を抑制しつつ、高温熱媒タンク11から低温熱媒タンク12に流れる熱媒の流量を低減できる。
If the flow rate sent by the
部分負荷発電時に、熱交換に使用される空気ヒータ8における熱媒の流速の低下を抑制することで、熱媒の流速低下に起因する空気ヒータ8の熱交換性能の低下を抑制できる。また、部分負荷発電時に、高温熱媒タンク11から低温熱媒タンク12に流れる熱媒の流量を低減することで、低温熱媒タンク12に流入する熱媒の温度低下の不足を回避でき、低温熱媒タンク12内の熱媒の温度が目標値から高温側に逸脱するのを防止できる。従って、空気ヒータ8以外の補助的なクーラによって低温熱媒タンク12へ流入する熱媒の温度を低下させる必要がない。以上より、部分負荷発電時における熱媒における熱利用の効率低下を抑制し、発電電力量とシステム効率の低下を抑制できる。
By suppressing a decrease in the flow velocity of the heat medium in the
部分負荷発電時に使用する熱媒量を節約できるので、低温熱媒タンク12と高温熱媒タンク11を大容量に設定する必要がなく、熱媒量の制限を受けずに長い発電運転時間を確保できる。
Since the amount of heat medium used during partial load power generation can be saved, it is not necessary to set the low temperature
部分負荷発電時に、複数台の空気ヒータ8のうちのいずれを熱交換に使用しないかは、複数台の空気ヒータ8間で使用時間が均一化されるように選択される。例えば、制御装置14は、個々の空気ヒータ8の使用時間を記憶し、部分負荷発電時には、それまでの使用時間の長い空気ヒータ8を優先して熱交換に使用しない空気ヒータ8として選択する。
Which of the plurality of
図6は、発電運転時の代案の制御の概要を示す。ステップS61において、制御装置14は発電電力要求値を確認する。続いて、ステップS62において、制御装置14は、発電電力要求値の発電電力定格値に対する割合βを算出する。また、ステップS63において、制御装置14は、割合βと予め記憶した空気ヒータ設置台数N2(CAES装置1が備える空気ヒータ8の総台数)との積β*N2に基づいて空気ヒータ使用台数Nbを決定する。ステップS64では、この空気ヒータ使用台数Nbに基づいて空気ヒータ8の台数制御と熱媒ポンプ13Bの流量制御が実行される。
FIG. 6 shows an outline of alternative control during power generation operation. In step S61, the
例えば、発電電力定格値を100として、実際の発電電力要求値が50である場合を考える。この場合、割合βは0.5(50%)であり、空気ヒータ使用台数Nbは0.5N2(β*N2)に設定される。しかし、0.5N2が整数にならない場合は、熱媒流速が定格以下となることによる性能低下を避けるため、0.5N2以上の最初の整数を空気ヒータ使用台数Nbに設定する。具体的には、仮に空気ヒータ設置台数N2が3台で割合βが0.5であれば、空気ヒータ使用台数Nbは2台となる。 For example, consider a case where the rated value of the generated power is 100 and the actual required value of the generated power is 50. In this case, the ratio β is 0.5 (50%), and the number of air heaters used Nb is set to 0.5N2 (β * N2). However, 0.5N2 is if not an integer, to avoid performance degradation heat medium flow rate by. Doing so less than the rated, set the first integer greater than or equal 0.5N2 air heater using the number Nb. Specifically, if the number of air heaters installed N2 is 3 and the ratio β is 0.5, the number of air heaters used Nb is 2.
本実施形態における弁V1〜V4の配置は、図1に図示したものに限定されない。具体的には、弁V1は空気クーラ4の空気入口4a側に設けてもよく、空気入口4a側と空気出口4b側の両方に設けてもよい。弁V2は空気ヒータ8の空気入口8a側に設けてもよく、空気入口8a側と空気出口8b側の両方に設けてもよい。弁V3は空気クーラ4の熱媒出口4d側に設けてもよく、熱媒入口4cと熱媒出口4dの両方に設けてもよい。弁V4は空気ヒータ8の熱媒出口8d側に設けてもよく、熱媒入口8c側と熱媒出口8d側の両方に設けてもよい。
The arrangement of valves V1 to V4 in this embodiment is not limited to that shown in FIG. Specifically, the valve V1 may be provided on the
以下の第2から第6実施形態については、特に言及しない点は第1実施形態と同様である。また、これらの実施形態に関する図面では、第1実施形態と同一ないし同様の要素には、同一の符号を付している。 The following second to sixth embodiments are the same as those of the first embodiment without particular mention. Further, in the drawings relating to these embodiments, the same or similar elements as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals.
(第2実施形態)
図8に示す本発明の第2実施形態に係るCAES発電装置1は、高温熱媒タンク11内の熱媒の温度を検出する温度センサ15A(第2温度検出部)と、低温熱媒タンク12内の熱媒の温度を検出する温度センサ15B(第1温度検出部)とを備える。
(Second Embodiment)
The CAES
制御装置14は、充電運転時の台数制御と熱媒ポンプ13Aの流量制御(図2のステップS22及び図3のステップS34)において、温度センサ15Aの検出温度を考慮する。具体的には、制御装置14は、温度センサ15Aの検出温度が予め定められた設定温度以上となるように、熱交換に使用する空気クーラ4の台数と熱媒ポンプ13Aの流量を決定する。
The
また、制御装置14は、発電運転時の台数制御と熱媒ポンプ13Bの流量制御(図5のステップS52及び図6のステップS64)において、温度センサ15Bの検出温度を考慮する。具体的には、制御装置14は、温度センサ15Bの検出温度が予め定められた設定温度以下となるように、熱交換に使用する空気ヒータ8の台数と熱媒ポンプ13Bの流量を決定する。
Further, the
(第3実施形態)
図9に示す本発明の第3実施形態に係るCAES発電装置1は、空気流路系2Aにおける複数台の空気クーラ4の空気入口4a側と空気出口4b側の差圧を検出する差圧センサ16A(第2差圧検出部)を備える。また、本実施形態に係るCAES装置1は、空気流路系2Bにおける複数台の空気ヒータ8の空気入口8a側と空気出口8b側の差圧を検出する差圧センサ16B(第1差圧検出部)を備える。
(Third Embodiment)
The CAES
制御装置14は、充電運転時の台数制御(図2のステップS22及び図3のステップS34)において、差圧センサ16Aによって検出された差圧を考慮する。具体的には、制御装置14は、差圧センサ16Aによって検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、熱交換に使用する空気クーラ4の台数を決定する。
The
制御装置14は、発電運転時の台数制御(図5のステップS52及び図6のステップS64)において、差圧センサ16Bによって検出された差圧を考慮する。具体的には、制御装置14は、差圧センサ16Bによって検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、熱交換に使用する空気ヒータ8の台数を決定する。
The
(第4実施形態)
図10は本発明の第4実施形態に係るCAES発電装置1を示す。本実施形態では、熱媒流路系32の個々の複数の空気クーラ4の熱媒出口4dと接続された箇所に、弁V3が設けられている。
(Fourth Embodiment)
FIG. 10 shows the CAES
本実施形態における熱媒流路系3Aは、個々の複数台の空気クーラ4の熱媒出口4dと、低温熱媒タンク12とを流体的には接続する熱媒戻り流路41を備える。熱媒戻り流路41は、個々の空気クーラ4の熱媒出口4dと弁V3との間で熱媒流路32から分岐する部分を有し、個々のこれらの部分には弁V5が設けられている。弁V5は制御装置14により開閉制御可能である。また、熱媒戻り流路41は、弁V4と低温熱媒タンク12との間の位置で、熱媒流路33に合流している。
The heat medium
本実施形態おける熱媒流路系3Bは、個々の複数台の空気ヒータ8の熱媒出口8dと、高温熱媒タンク11とを流体的には接続する熱媒戻り流路42を備える。熱媒戻り流路42は、個々の空気ヒータ8の熱媒出口4dと弁V4との間で熱媒流路33から分岐する部分を有し、個々のこれらの部分には弁V6が設けられている。弁V6は制御装置14により開閉制御可能である。また、熱媒戻り流路42は、弁V3と高温熱媒タンク11との間の位置で、熱媒流路32に合流している。
The heat medium
図11を併せて参照すると、部分負荷充電運転時に熱交換に使用する空気クーラ4については、弁V1,V3が開弁され、弁V5が閉弁される。一方、部分負荷充電運転時に熱交換に使用しない空気クーラ4については、弁V1,V3が閉弁され、弁V5が開弁される。かかる弁V1,V3,V5の開閉設定により、部分負荷充電時には、熱交換に使用しない空気クーラ4と低温熱媒タンク12との間に、熱媒戻り流路41を含む熱媒の循環経路が形成される。
With reference to FIG. 11, the valves V1 and V3 of the
第1実施形態では、部分負荷充電時に熱交換に使用しない空気クーラ4には熱媒が流入しないため、熱交換に使用しない空気クーラ4は外気温度との差によって放熱し、内部の熱媒と熱交壁面温度が下がる。この状態で運転状態に復帰する場合は熱媒の低温化、粘度増加によって流動性悪化による偏流を起こしてしまい、所定の空気及び熱媒温度が得られない状態となる。この状態を解消するためには時には数十分の時間を要するため、その暖機時間の間は十分な充電性能が得られずエネルギー効率の低下が発生してしまう。これに対して、本実施形態では、熱交換に使用しない空気クーラ4にも熱媒を流し続けることで、温度低下を防ぐことができる。
In the first embodiment, since the heat medium does not flow into the
熱交換に使用しない空気クーラ4から流出する熱媒は、ほとんど加熱されていないので、熱交換に使用する空気クーラ4から流出する熱媒と混合すると、高温熱媒タンク11の熱媒温度が目標値から低温側に逸脱することになる。本実施形態では、熱交換に使用しない空気クーラ4から流出する熱媒を高温熱媒タンク11ではなく低温熱媒タンク12、つまり熱交換に使用する空気クーラ4とは異なるタンクに戻すので、低温熱媒タンク12の熱媒貯蔵量の減少を抑制しつつ、高温熱媒タンク11の熱媒温度が目標値から低温側に逸脱するのを防止できる。
Since the heat medium flowing out of the
図12を併せて参照すると、部分負荷発電運転時に熱交換に使用する空気ヒータ8については、弁V2,V4が開弁され、弁V6が閉弁される。一方、部分負荷発電運転時に熱交換に使用しない空気ヒータ8については、弁V2,V4が閉弁され、弁V6が開弁される。かかる弁V2,V4,V6の開閉設定により、部分負荷発電時には、熱交換に使用しない空気ヒータ8と高温熱媒タンク11との間に、熱媒戻り流路42を含む熱媒の循環経路が形成される。
With reference to FIG. 12, the valves V2 and V4 of the
第1実施形態では、部分負荷発電時に熱交換に使用しない空気ヒータ8には熱媒が流入しないため、熱交換に使用しない空気ヒータ8は外気温度との差によって放熱し、内部の熱媒と熱交壁面温度が下がる。この状態で運転状態に復帰する場合は熱媒の低温化、粘度増加によって流動性悪化による偏流を起こしてしまい、所定の空気及び熱媒温度が得られない状態となる。この状態を解消するためには時には数十分の時間を要するため、その暖機時間の間は十分な充電性能が得られずエネルギー効率の低下が発生してしまう。これに対して、本実施形態では、熱交換に使用しない空気ヒータ8にも熱媒を流し続けることで、温度低下を防ぐことができる。
In the first embodiment, since the heat medium does not flow into the
熱交換に使用しない空気ヒータ8から流出する熱媒は、ほとんど冷却されていないので、熱交換に使用する空気ヒータ8から流出する熱媒と混合すると、低温熱媒タンク12の熱媒温度が目標値から高温側に逸脱することになる。本実施形態では、熱交換に使用しない空気ヒータ8から流出する熱媒を低温熱媒タンク12ではなく高温熱媒タンク11、つまり熱交換に使用する空気ヒータ8とは異なるタンクに戻すので、高温熱媒タンク11の熱媒貯蔵量の減少を抑制しつつ、低温熱媒タンク12の熱媒温度が目標値から高温側に逸脱するのを防止できる。
Since the heat medium flowing out from the
(第5実施形態)
図13に示す本発明の第5実施形態に係るCAES装置1は、高温熱媒タンク11内の熱媒温度を検出する温度センサ15Aと、低温熱媒タンク12内の熱媒温度を検出する温度センサ15Bを備える点が、第4実施形態と異なる。
(Fifth Embodiment)
The
第2実施形態と同様に、充電運転時の空気クーラ4の台数制御では温度センサ15Aの検出温度も考慮され、発電運転時の空気ヒータ8の台数制御では温度センサ15Bの検出温度も考慮される。
Similar to the second embodiment, the detection temperature of the
(第6実施形態)
図14に示す本発明の第6実施形態に係るCAES発電装置1は、差圧センサ16A,16Bを備える点が、第4実施形態と異なる。差圧センサ16Aは、空気流路系2Aにおける複数台の空気クーラ4の空気入口4a側と空気出口4b側の差圧を検出する。差圧センサ16Bは、空気流路系2Bにおける複数台の空気ヒータ8の空気入口8a側と空気出口8b側の差圧を検出する。
(Sixth Embodiment)
The CAES
第3実施形態と同様に、充電運転時の空気クーラ4の台数制御では差圧センサ16Aによって検出された差圧も考慮され、発電運転時の空気ヒータ8の台数制御では差圧センサ16Bによって検出された差圧も考慮される。
Similar to the third embodiment, the differential pressure detected by the
1 圧縮空気貯蔵発電装置
2 空気流路系
2A 空気流路系(第2空気流路系)
2B 空気流路系(第1空気流路系)
3 熱媒流路系
3A 熱媒流路系(第2熱媒流路系)
3B 熱媒流路系(第1熱媒流路系)
4 空気クーラ(第1熱交換器)
4a 空気入口
4b 空気出口
4c 熱媒入口
4d 熱媒出口
5 蓄圧タンク(蓄圧部)
6 電動機
7 膨張機
7a 給気口
7b 排気口
8 空気ヒータ(第2熱交換器)
8a 空気入口
8b 空気出口
8c 熱媒入口
8d 熱媒出口
9 発電機
10 圧縮機
10a 吸込口
10b 吐出口
11 高温熱媒タンク(高温蓄熱部)
12 低温熱媒タンク(低温蓄熱部)
13A 熱媒ポンプ(第2熱媒ポンプ)
13B 熱媒ポンプ(第1熱媒ポンプ)
14 制御装置
15A 温度センサ(第2温度検出部)
15B 温度センサ(第1温度検出部)
16A 差圧センサ(第2差圧検出部)
16B 差圧センサ(第1差圧検出部)
21,22,23,24 空気流路
31,32,33,34 熱媒流路
41,42 熱媒戻り流路
1 Compressed air storage
2B air flow path system (first air flow path system)
3 Heat medium
3B heat medium flow path system (first heat medium flow path system)
4 Air cooler (1st heat exchanger)
6
12 Low temperature heat medium tank (low temperature heat storage unit)
13A heat medium pump (second heat medium pump)
13B heat medium pump (first heat medium pump)
14
15B temperature sensor (first temperature detector)
16A differential pressure sensor (second differential pressure detecting unit)
16B differential pressure sensor ( first differential pressure detector)
21, 22, 23, 24
Claims (14)
前記圧縮機により生成された圧縮空気を貯蔵する蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される前記圧縮空気によって駆動され、発電機に機械的に接続された1台の膨張機と、
前記圧縮機で生成された前記圧縮空気と熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を降温させる、複数台の第1熱交換器と、
前記第1熱交換器での前記熱交換によって昇温された前記熱媒を貯蔵する高温蓄熱部と、
前記1台の膨張機に並列に接続され、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる、複数台の第2熱交換器と、
前記第2熱交換器での前記熱交換によって降温された熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
前記複数台の第2熱交換器の空気入口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第2熱交換器の空気出口を前記1台の膨張機の給気口にそれぞれ流体的に接続する第1空気流路系と、
個々の前記第2熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第1空気流路系を切換可能な第1空気流路系切換部と、
前記複数台の第2熱交換器の熱媒入口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第2熱交換器の熱媒出口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第1熱媒流路系と、
前記第1熱媒流路系に設けられ、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第1熱媒ポンプと、
個々の前記第2熱交換器を、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第1熱媒流路系を切換可能な第1熱媒流路系切換部と、
発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部とを少なくとも制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記発電電力要求値が前記発電電力定格値未満である部分負荷発電時に、前記複数台の前記第2熱交換器のうちの1台又は複数台が、前記空気の流れが遮断され、かつ前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態に設定されるように、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部を制御する、圧縮空気貯蔵発電装置。 A compressor that is mechanically connected to an electric motor and compresses air,
A pressure accumulator that stores the compressed air generated by the compressor,
An expander driven by the compressed air supplied from the accumulator and mechanically connected to the generator.
A plurality of first heat exchangers that exchange heat between the compressed air generated by the compressor and a heat medium to lower the temperature of the compressed air.
A high-temperature heat storage unit that stores the heat medium that has been heated by the heat exchange in the first heat exchanger, and
The compressed air connected in parallel to the one expander and supplied from the accumulator to the expander exchanges heat with the heat medium supplied from the high temperature heat storage unit to raise the compressed air. With multiple second heat exchangers to heat,
A low-temperature heat storage unit that stores the heat medium cooled by the heat exchange in the second heat exchanger, and
The air inlets of the plurality of second heat exchangers are fluidly connected to the accumulator, and the air outlets of the plurality of second heat exchangers are connected to the air supply ports of the one expander, respectively. The first air flow path system that connects fluidly,
The first air flow path system can be switched so that each of the second heat exchangers is set to either a state in which the compressed air flows or a state in which the flow of the compressed air is blocked. The first air flow path system switching unit and
The heat medium inlets of the plurality of second heat exchangers are fluidly connected to the high temperature heat storage section, and the heat medium outlets of the plurality of second heat exchangers are fluidly connected to the low temperature heat storage section. The first heat medium flow path system to be connected and
A first heat medium pump provided in the first heat medium flow path system and sending the heat medium from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit.
Each of the second heat exchangers has a state in which the heat medium flows from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit and a state in which the flow of the heat medium from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit is blocked. A first heat medium flow path system switching unit capable of switching the first heat medium flow path system so as to be set to any of
Based at least on a comparison to the generator power rating of the power generation demand value, Bei example a control unit for controlling at least said first air flow path system switching section and said first heating medium flow channel system switching section,
In the control unit, at the time of partial load power generation in which the generated power required value is less than the generated power rated value, one or more of the plurality of the second heat exchangers shut off the air flow. The first air flow path system switching section and the first heat medium flow path system switching are set so that the flow of the heat medium from the high temperature heat storage section to the low temperature heat storage section is cut off. A compressed air storage power generator that controls the unit.
前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記第1熱媒ポンプによって送出される前記熱媒の流量を減少させる、請求項1に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 During the partial load power generation, the control unit shuts off the flow of air and stops the inflow and outflow of the heat medium for one or more of the plurality of second heat exchangers. As described above, the first air flow path system switching unit and the first heat medium flow path system switching unit are controlled.
The compressed air storage power generation device according to claim 1 , wherein the control unit reduces the flow rate of the heat medium delivered by the first heat medium pump during the partial load power generation.
前記第1熱媒流路系切換部は、個々の前記複数台の第2熱交換器と前記高温蓄熱部との前記第1熱媒戻り流路を介した連通と遮断を切換可能であり、
前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記複数台の前記第2熱交換器のうちの1台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断され、かつ前記熱媒出口から前記第1熱媒戻り流路を介して前記高温蓄熱部に前記熱媒が流れるように、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部を制御する、請求項1に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The first heat medium flow path system further includes a first heat medium return flow path that fluidly connects the heat medium outlets of the plurality of second heat exchangers and the high temperature heat storage unit.
The first heat medium flow path system switching unit can switch between communication and interruption between each of the plurality of second heat exchangers and the high temperature heat storage unit via the first heat medium return flow path.
At the time of the partial load power generation, the control unit cuts off the flow of air for one or more of the plurality of second heat exchangers, and the high temperature heat storage unit is transferred to the low temperature heat storage unit. The first air flow path system switching section and the said so that the flow of the heat medium is blocked and the heat medium flows from the heat medium outlet to the high temperature heat storage section via the first heat medium return flow path. controlling the first heating medium channel system switching section, the compressed air storage power generating apparatus according to claim 1.
前記制御部は、前記第1温度検出部によって検出される温度が予め定められた設定温度以下となるように、前記第1空気流路系切換部、前記第1熱媒流路系切換部、及び前記第1熱媒ポンプを制御する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 A first temperature detection unit for detecting the temperature of the heat medium in the low temperature heat storage unit is further provided.
In the control unit, the first air flow path system switching unit, the first heat medium flow path system switching unit, and the like so that the temperature detected by the first temperature detection unit is equal to or lower than a predetermined set temperature. The compressed air storage power generation device according to any one of claims 1 to 3 , which controls the first heat medium pump.
前記制御部は、前記第1差圧検出部で検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、前記第1空気流路系切換部、前記第1熱媒流路系切換部、及び前記第1熱媒ポンプを制御する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 A first differential pressure detecting unit for detecting the differential pressure between the air inlet side and the air outlet side of the plurality of second heat exchangers in the first air flow path system is further provided.
The control unit has the first air flow path system switching unit and the first heat medium flow path system switching unit so that the differential pressure detected by the first differential pressure detection unit does not exceed a predetermined pressure loss. The compressed air storage power generation device according to any one of claims 1 to 3 , which controls the first heat medium pump.
個々の前記第1熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第2空気流路系を切換可能な第2空気流路系切換部と、
前記複数台の第1熱交換器の熱媒入口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第1熱交換器の熱媒出口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第2熱媒流路系と、
前記第2熱媒流路系に設けられ、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第2熱媒ポンプと、
個々の前記第1熱交換器を、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第2熱媒流路系を切換可能な第2熱媒流路系切換部と、
をさらに備え、
前記制御部は、充電電力要求値の充電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第2空気流路系切換部と前記第2熱媒流路系切換部とを少なくとも制御する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The air inlets of the plurality of first heat exchangers are fluidly connected to the discharge ports of the compressor, and the air outlets of the plurality of first heat exchangers are fluidly connected to the accumulator. 2nd air flow path system and
The second air flow path system can be switched so that each of the first heat exchangers is set to either a state in which the compressed air flows or a state in which the flow of the compressed air is blocked. The second air flow path system switching unit and
The heat medium inlets of the plurality of first heat exchangers are fluidly connected to the low temperature heat storage section, and the heat medium outlets of the plurality of first heat exchangers are fluidly connected to the high temperature heat storage section. The second heat medium flow path system to be connected and
A second heat medium pump provided in the second heat medium flow path system and sending the heat medium from the low temperature heat storage unit to the high temperature heat storage unit.
Each of the first heat exchangers has a state in which the heat medium flows from the low temperature heat storage unit to the high temperature heat storage unit and a state in which the flow of the heat medium from the low temperature heat storage unit to the high temperature heat storage unit is blocked. A second heat medium flow path system switching unit capable of switching the second heat medium flow path system so as to be set to any of
With more
The control unit controls at least the second air flow path system switching unit and the second heat medium flow path system switching unit based on at least a comparison of the charging power required value with respect to the charged power rated value. The compressed air storage power generation device according to any one of claims 6 .
前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記第2熱媒ポンプによって送出される前記熱媒の流量を減少させる、請求項8に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 During the partial load charging, the control unit shuts off the flow of air and stops the inflow and outflow of the heat medium for one or more of the plurality of first heat exchangers. As described above, the second air flow path system switching unit and the second heat medium flow path system switching unit are controlled.
The compressed air storage power generation device according to claim 8 , wherein the control unit reduces the flow rate of the heat medium delivered by the second heat medium pump during the partial load charging.
前記第2熱媒流路系切換部は、個々の前記複数台の第1熱交換器と前記低温蓄熱部との前記第2熱媒戻り流路を介した連通と遮断を切換可能であり、
前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記複数台の前記第1熱交換器のうちの1台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断され、かつ前記熱媒出口から前記第2熱媒戻り流路を介して前記低温蓄熱部に前記熱媒が流れるように、前記第2空気流路系切換部と前記第2熱媒流路系切換部を制御する、請求項8に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The second heat medium flow path system further includes a second heat medium return flow path that fluidly connects the heat medium outlets of the plurality of first heat exchangers and the low temperature heat storage unit.
The second heat medium flow path system switching unit can switch between communication and interruption between the plurality of first heat exchangers and the low temperature heat storage unit via the second heat medium return flow path.
At the time of partial load charging, the control unit cuts off the flow of air for one or more of the plurality of first heat exchangers, and transfers the low temperature heat storage unit to the high temperature heat storage unit. The second air flow path system switching section and the said so that the flow of the heat medium is blocked and the heat medium flows from the heat medium outlet to the low temperature heat storage section via the second heat medium return flow path. The compressed air storage power generation device according to claim 8 , which controls a second heat medium flow path system switching unit.
前記制御部は、前記第2温度検出部によって検出された温度が予め定められた設定温度以上となるように、前記第2空気流路系切換部、前記第2熱媒流路系切換部、及び前記第2熱媒ポンプを制御する、請求項8から請求項10のいずれか1項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 A second temperature detection unit for detecting the temperature of the heat medium in the high temperature heat storage unit is further provided.
The control unit includes the second air flow path system switching unit and the second heat medium flow path system switching unit so that the temperature detected by the second temperature detection unit becomes equal to or higher than a predetermined set temperature. The compressed air storage power generation device according to any one of claims 8 to 10 , which controls the second heat medium pump.
前記制御部は、前記第2差圧検出部で検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、前記第2空気流路系切換部、前記第2熱媒流路系切換部、及び前記第2熱媒ポンプを制御する、請求項7から請求項10のいずれか1項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 A second differential pressure detecting unit for detecting the differential pressure between the air inlet side and the air outlet side of the plurality of first heat exchangers in the second air flow path system is further provided.
The control unit has the second air flow path system switching unit and the second heat medium flow path system switching unit so that the differential pressure detected by the second differential pressure detection unit does not exceed a predetermined pressure loss. The compressed air storage power generation device according to any one of claims 7 to 10 , which controls the second heat medium pump.
前記圧縮機により生成された圧縮空気を貯蔵する蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される前記圧縮空気によって駆動され、発電機に機械的に接続された1台の膨張機と、
前記圧縮機で生成された前記圧縮空気と熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を降温させる、複数台の第1熱交換器と、
前記第1熱交換器での前記熱交換によって昇温された前記熱媒を貯蔵する高温蓄熱部と、
前記1台の膨張機に並列に接続され、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる、複数台の第2熱交換器と、
前記第2熱交換器での前記熱交換によって降温された熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
前記複数台の第2熱交換器の空気入口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第2熱交換器の空気出口を前記1台の膨張機の給気口にそれぞれ流体的に接続する第1空気流路系と、
個々の前記第2熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第1空気流路系を切換可能な第1空気流路系切換部と、
前記複数台の第2熱交換器の熱媒入口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第2熱交換器の熱媒出口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第1熱媒流路系と、
前記第1熱媒流路系に設けられ、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第1熱媒ポンプと、
個々の前記第2熱交換器を、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第1熱媒流路系を切換可能な第1熱媒流路系切換部と
を備える圧縮空気貯蔵発電装置を準備し、
発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部とを少なくとも制御し、
前記発電電力要求値が前記発電電力定格値未満である部分負荷発電時に、前記複数台の前記第2熱交換器のうちの1台又は複数台が、前記空気の流れが遮断され、かつ前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態に設定されるように、前記第1空気流路系切換部と前記第1熱媒流路系切換部を制御する、圧縮空気貯蔵発電方法。 A compressor that is mechanically connected to an electric motor and compresses air,
A pressure accumulator that stores the compressed air generated by the compressor,
An expander driven by the compressed air supplied from the accumulator and mechanically connected to the generator.
A plurality of first heat exchangers that exchange heat between the compressed air generated by the compressor and a heat medium to lower the temperature of the compressed air.
A high-temperature heat storage unit that stores the heat medium that has been heated by the heat exchange in the first heat exchanger, and
The compressed air connected in parallel to the one expander and supplied from the accumulator to the expander exchanges heat with the heat medium supplied from the high temperature heat storage unit to raise the compressed air. With multiple second heat exchangers to heat,
A low-temperature heat storage unit that stores the heat medium cooled by the heat exchange in the second heat exchanger, and
The air inlets of the plurality of second heat exchangers are fluidly connected to the accumulator, and the air outlets of the plurality of second heat exchangers are connected to the air supply ports of the one expander, respectively. The first air flow path system that connects fluidly,
The first air flow path system can be switched so that each of the second heat exchangers is set to either a state in which the compressed air flows or a state in which the flow of the compressed air is blocked. The first air flow path system switching unit and
The heat medium inlets of the plurality of second heat exchangers are fluidly connected to the high temperature heat storage section, and the heat medium outlets of the plurality of second heat exchangers are fluidly connected to the low temperature heat storage section. The first heat medium flow path system to be connected and
A first heat medium pump provided in the first heat medium flow path system and sending the heat medium from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit.
Each of the second heat exchangers has a state in which the heat medium flows from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit and a state in which the flow of the heat medium from the high temperature heat storage unit to the low temperature heat storage unit is blocked. A compressed air storage power generation device including a first heat medium flow path system switching unit capable of switching the first heat medium flow path system is prepared so as to be set to any of the above.
At least the first air flow path system switching unit and the first heat medium flow path system switching unit are controlled based on at least the comparison of the generated power required value with respect to the generated power rated value .
During partial load power generation in which the required power generation value is less than the rated power generation value, one or more of the plurality of second heat exchangers have the air flow blocked and the high temperature. The first air flow path system switching unit and the first heat medium flow path system switching unit are controlled so that the flow of the heat medium from the heat storage unit to the low temperature heat storage unit is set to be blocked. Compressed air storage power generation method.
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