阅读说明：本技术 压缩空气储能发电装置 (Compressed air energy storage power generation device ) 是由 久保洋平 松隈正树 松尾裕治 佐藤隆 中道亮 于 2018-03-15 设计创作，主要内容包括：具备：压缩机(6)、第1热交换器(7)、第1蓄热部(10)和蓄压部(5)、第2热交换器(9)、第2蓄热部(11)。将第1蓄热(10)部和第2蓄热部(10)用第1流路(24)以及第2流路(25)连接。将第1流路(24)和第2流路(25)用第3流路(26)连接。在第1流路(24)的第1区域设置第1开闭单元(29),在第2区域设置第2开闭单元(30)。在第2流路(25)的第3区域设置第3开闭单元(31),在第4区域设置第4开闭单元(32)。在第3流路(26)设置驱动单元(27)和加热单元(28)。(the disclosed device is provided with: a compressor (6), a 1 st heat exchanger (7), a 1 st heat storage part (10), a pressure storage part (5), a 2 nd heat exchanger (9), and a 2 nd heat storage part (11). The 1 st heat storage portion (10) and the 2 nd heat storage portion (10) are connected by a 1 st channel (24) and a 2 nd channel (25). The 1 st channel (24) and the 2 nd channel (25) are connected by a 3 rd channel (26). A1 st opening/closing means (29) is provided in the 1 st region of the 1 st channel (24), and a 2 nd opening/closing means (30) is provided in the 2 nd region. A3 rd opening/closing means (31) is provided in the 3 rd region of the 2 nd channel (25), and a 4 th opening/closing means (32) is provided in the 4 th region. A driving means (27) and a heating means (28) are provided in the 3 rd flow path (26).)

压缩空气储能发电装置

技术领域

本公开涉及压缩空气储能发电装置。

背景技术

风力发电、太阳能发电等利用可再生能源的发电由于依赖于气象条件，因此有时会输出变动而不稳定。针对这样的输出变动，作为将输出平均化的系统而已知压缩空气储能(Compressed Air Energy Storage：CAES)系统。

例如在专利文献1中公开了利用热能储能系统的CAES发电装置。

但在专利文献1公开的CAES发电装置中，并没有进行任何针对热媒的温度降低、粘性变高引起的不良状况的对策。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2016-121675号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的一个方案的课题在于，提供能有效果地昂只热媒的温度降低来使热媒的流动状态稳定的压缩空气储能发电装置。

用于解决课题的手段

在本发明的一个方案中，作为用于解决所述课题的手段而提供一种压缩空气储能发电装置，具备：将空气压缩的压缩机；积蓄被所述压缩机压缩的压缩空气的蓄压部；被从所述蓄压部提供的压缩空气驱动的膨胀机；与所述膨胀机机械地连接的发电机；通过在从所述压缩机提供到所述蓄压部的压缩空气与热媒之间进行热交换来将压缩空气冷却、并将热媒加热的第1热交换器；积蓄在所述第1热交换器加热过的热媒的第1蓄热部；通过在从所述蓄压部提供到所述膨胀机的压缩空气与从所述第1蓄热部提供的热媒之间进行热交换来将压缩空气加热、并将热媒冷却的第2热交换器；积蓄在所述第2热交换器冷却过的热媒并将其提供到所述第1热交换器的第2蓄热部；将所述第1蓄热部和所述第2蓄热部连接的第1热媒流路以及第2热媒流路；将所述第1热媒流路的中间部和所述第2热媒流路的中间部连接的第3热媒流路；在所述第1热媒流路当中从所述第1蓄热部到所述第3热媒流路的第1区域开闭流路的第1开闭单元；在所述第1热媒流路当中从所述第2蓄热部到所述第3热媒流路的第2区域开闭流路的第2开闭单元；在所述第2热媒流路当中从所述第1蓄热部到所述第3热媒流路的第3区域开闭流路的第3开闭单元；在所述第2热媒流路当中从所述第2蓄热部到所述第3热媒流路的第4区域开闭流路的第4开闭单元；设于所述第3热媒流路、使热媒流动的驱动单元；和设于所述第3热媒流路、对通过的热媒进行加热的加热单元。

根据该结构，能将热媒切换为将第2开闭单元以及第3开闭单元开放并将第1开闭单元以及第4开闭单元闭锁的第1流、和将第1开闭单元以及第3开闭单元闭锁并将第2开闭单元以及第4开闭单元开放的第2流。另外，能将热媒切换为将第1开闭单元以及第3开闭单元开放并将第2开闭单元以及第4开闭单元闭锁的第3流、和将第1开闭单元以及第4开闭单元开放并将第2开闭单元以及第3开闭单元闭锁的第4流。其结果，能防止在预热运转让热媒成为低温下的粘度高的状态，能使流动状态稳定。

优选，还具备：检测所述第1蓄热部中所积蓄的热媒的温度的第1温度检测单元；检测所述第2蓄热部中所积蓄的热媒的温度的第2温度检测单元；检测所述第1蓄热部中所积蓄的热媒的容量的容量检测单元；和控制单元，所述控制单元在所述第2温度检测单元中的检测温度为第2设定温度以下的情况下，在所述容量检测单元中检测到的热媒的容量为设定容量以上且所述第1温度检测单元中检测到的热媒的温度为第1设定温度以上的情况下，将所述第2开闭单元以及所述第3开闭单元开放，将所述第1开闭单元以及第4开闭单元闭锁，驱动所述驱动单元，由此将积蓄于所述第1蓄热部的热媒提供到所述第2蓄热部，另一方面，在所述容量检测单元中检测到的热媒的容量不足设定容量的情况下，或在所述第1温度检测单元中检测到的热媒的温度不足第1设定温度的情况下，将所述第1开闭单元以及所述第3开闭单元闭锁，将所述第2开闭单元以及所述第4开闭单元开放，用所述加热单元将热媒加热，驱动所述驱动单元，由此使积蓄于所述第2蓄热部的热媒循环。

根据该结构，在积蓄于第1蓄热部的热媒的容量充分且其温度高的条件的情况下，能将该热媒利用于第2蓄热部中的热媒的升温。另外，在不满足这些条件的情况下，能在使积蓄于第2蓄热部的热媒循环的同时进行加热。由此能使预热运转提前结束并移转到通常运转。

优选，还具备：检测所述第1蓄热部中所积蓄的热媒的温度的第1温度检测单元；检测所述第1蓄热部中所积蓄的热媒的容量的容量检测单元；和控制单元，所述控制单元，在所述第1温度检测单元中的检测温度为第1设定温度以下的情况下，判断所述容量检测单元中的检测容量是否是设定容量以上，在判断为不足设定容量的情况下，将所述第1开闭单元以及所述第3开闭单元开放，将所述第2开闭单元以及所述第4开闭单元闭锁，用所述加热单元将热媒加热，驱动所述驱动单元，由此使积蓄于所述第1蓄热部的热媒循环，另一方面，在判断为是设定容量以上的情况下，将所述第1开闭单元以及所述第4开闭单元开放，将所述第2开闭单元以及所述第3开闭单元闭锁，用所述加热单元将热媒加热，驱动所述驱动单元，由此将积蓄于所述第2蓄热部的热媒提供到所述第1蓄热部。

根据该结构，若第1蓄热部中所积蓄的热媒的容量充分，则即使温度低也能进行加热来利用于压缩空气的升温。另外，即使第1蓄热部中所积蓄的热媒的容量不不充分，也能通过从第2蓄热部补给并进行加热，来同样地利用到压缩空气的升温。

优选，还具备：检测所述第2蓄热部中所积蓄的热媒的温度的第2温度检测单元；设于从所述第2蓄热部到所述压缩机的热媒流路的冷却单元；绕过所述冷却单元的旁路流路；和控制单元，其在所述第2温度检测单元中的检测温度为第3设定温度以上的情况下，使积蓄于所述第2蓄热部的热媒在所述冷却单元冷却，另一方面，在不足第3设定温度的情况下，从绕过所述冷却单元的旁路流路提供。

根据该结构，能将提供到热交换器的热媒的温度简单地调整成所期望的值。

发明的效果

根据本发明的一个方案，仅变更各开闭单元的开闭状态，就能合适地管理热媒的温度来使第1蓄热部与第2蓄热部之间的热媒的流动形态稳定。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的CAES发电装置的概略的结构图。

图2是图1的热媒组件的放大图。

图3是表示图2的控制装置的第1处理的流程图。

图4是表示图2的控制装置的第2处理的流程图。

图5是表示图2的控制装置的第3处理的流程图。

图6是表示使图1的压缩空气储能发电装置的热媒流路流动的热媒的温度与粘度的关系的图表。

具体实施方式

以下按照附图来说明本发明所涉及的实施方式。另外，以下的说明本质只是例示，并不意图限制本发明、其运用物或其用途。另外，附图是示意性的，各尺寸的比率等与现实相异。

图1是表示CAES发电装置1的概略的结构图。该CAES发电装置1具备充电组件2、热媒组件3、放电组件4以及蓄压罐5。充电组件2具备第1压缩机6、第1热交换器7、第2压缩机8以及第2热交换器9。热媒组件3具备第1蓄热罐10以及第2蓄热罐11。放电组件4具备第1膨胀机12、第3热交换器13、第2膨胀机14以及第4热交换器15。另外，CAES发电装置1根据空气和热媒的流动，能分为空气流路16a～16g(以实线表示)和热媒流路17～17g(以一点划线表示)来掌握。以下将CAES发电装置1分为与空气流路16a～16g有关系的构件和与热媒流路17a～17g有关系的构件来进行说明。

(空气流路)

在空气流路16a～16g，从空气流的上游侧向下游侧按照第1压缩机6、第1热交换器7、第2压缩机8、第2热交换器9、蓄压罐5、第3热交换器13、第1膨胀机12、第4热交换器15以及第2膨胀机14的顺序设置它们。第1压缩机6、第1热交换器7、第2压缩机8以及第2热交换器9将串联连接的1组并联设置3组。第3热交换器13、第1膨胀机12、第4热交换器15以及第2膨胀机14也将串联连接的1组并联设置3组。

第1压缩机6以及第2压缩机8通过被未图示的电动机驱动而从吸气口吸气空气，将该空气在内部进行压缩并从喷出口作为压缩空气而喷出。第1压缩机6的喷出口经由空气流路16a与第2压缩机8的吸入口连接。在第2压缩机8的喷出口连接空气流路16b。从各第2压缩机8延伸的空气流路16b经由共通的空气流路16c与蓄压罐5连接。另外，在第1压缩机6以及第2压缩机8中例如能使用螺杆式、涡旋式、涡轮式、往复式等各种类型的压缩机。

第1热交换器7以及第2热交换器9将在第1压缩机6以及第2压缩机8压缩的压缩空气用来自后述的第2蓄热罐11的热媒进行冷却。在此，进行2阶段下的冷却，即在用第1热交换器7将来自第1压缩机6的压缩空气冷却后，进一步用第2热交换器9将通过第2压缩机8的压缩空气进行冷却。通过该压缩空气的冷却，提高了后述的第1蓄热罐10中能储藏的压缩空气的密度，抑制了储藏中的放热带来的热能的损失。

蓄压罐5储藏压缩空气作为能量。蓄压罐5从共通的空气流路16d经由个别的空气流路16e与各第1膨胀机12的提供口分别连接。从蓄压罐5送出的压缩空气经由空气流路16d以及16e被提供到各第1膨胀机12。

第3热交换器13设于空气流路16e的中途。第4热交换器15设于将第1膨胀机12的排气口和第2膨胀机14的提供口连起来的空气流路16f的中途。第3热交换器13以及第4热交换器15将从蓄压罐5送出的压缩空气通过来自后述的第1蓄热罐10的热媒进行加热。在此进行2阶段下的加热，在用第3热交换器13将从蓄压罐5送出的压缩空气加热后，进一步用第4热交换器15将通过第3热交换器13的压缩空气加热。通过压缩空气的加热，第1膨胀机12以及第2膨胀机14中的膨胀进行得平稳，会合适地进行发电机的发电。

第1膨胀机12以及第2膨胀机14被从提供口提供压缩空气，通过提供的压缩空气而工作，来驱动未图示的发电机。另外，在第2膨胀机14膨胀的空气从排气口经由空气流路16g被排气。另外，在第1膨胀机12以及第2膨胀机14中例如能使用螺杆式、涡旋式、涡轮式、往复式等各种类型的膨胀机。

(热媒流路)

在热媒流路17a～17g，第1热交换器7以及第2热交换器9、第1蓄热罐10、第3热交换器13以及第4热交换器15、第2蓄热罐11相对于环状流动热媒的流动方向以该顺序设置。对于第1热交换器7以及第2热交换器9，并联连接而成的1组被并联设置3组。对于第3热交换器13以及第4热交换器15，也是并联连接得到的1组并联设置3组。在从第2蓄热罐11延伸的热媒流路17a设有第1泵18，在分岔成第1热交换器7和第2热交换器9的各热媒流路17b以及17c分别设有开闭阀19a以及19b。在从第1蓄热罐10延伸的热媒流路17d设有第2泵20，在分岔成第3热交换器13和第4热交换器15的各热媒流路17e以及17f也分别设有开闭阀19c以及19d。另外，作为热媒，例如能使用矿物油系、乙二醇系等各种热媒。

第1热交换器7以及第2热交换器9使通过第1泵18的驱动从第2蓄热罐11提供的热媒从在第1压缩机6以及第2压缩机8压缩的压缩空气吸热。吸热而成为高温的热媒向第1蓄热罐10流动。

第3热交换器13以及第4热交换器15使得从通过第2泵20的驱动从第1蓄热罐10提供的热媒对向第1膨胀机12以及第2膨胀机14提供的压缩空气放热。放热而成为低温的热媒向第2蓄热罐11流动。

第1蓄热罐10以及第2蓄热罐11具有隔热结构。第1蓄热罐10积蓄由第1热交换器7以及第2热交换器9从压缩空气吸热而成为高温的热媒。如图2所示那样，在与第1蓄热罐10的入口近旁连接的热媒流路17g设有加热发热器10a。加热发热器10a，是在从充电组件2回收的热媒的温度没怎么上升的情况下的辅助加热用。在第1蓄热罐10设有第1温度检测传感器21以及水位检测传感器22。在第1温度检测传感器21检测到的第1蓄热罐10内的热媒的温度、和在水位检测传感器22检测到的热媒的水位被输入到控制装置38。第2蓄热罐11积蓄由第3热交换器13以及第4热交换器15对压缩空气放热而成为低温的热媒。在第2蓄热罐11设有第2温度检测传感器23。在第2温度检测传感器23检测到的第2蓄热罐11内的热媒的温度被输入到控制装置38。

第1蓄热罐10和第2蓄热罐11以构成第1热媒流路的第1配管24和构成第2热媒流路的第2配管25连接。另外，第1配管24与第2配管25的中间部以构成第3热媒流路的第3配管26连接。在第3配管26的中途设有第3泵27和电发热器28。能由电发热器28对通过的热媒进行加热。在第1配管24，从第3配管26的连接部分在第1蓄热罐10侧以及第2蓄热罐11侧分别设有第1开闭阀29以及第2开闭阀30。在第2配管25，也是从第3配管26的连接部分在第1蓄热罐10侧以及第2蓄热罐11侧分别设有第3开闭阀31以及第4开闭阀32。

在从第2蓄热罐11向3组第1热交换器7以及第2热交换器9分岔的跟前的热媒流路17的中途，设有作为冷却单元的冷却水冷却器33和第5开闭阀34。对冷却水冷却器33提供通过第4泵35的驱动而被控制流量的冷却水，能将通过的热媒冷却。另外，从第2蓄热罐11连接绕过冷却水冷却器33的旁路流路36。在旁路流路36设有第6开闭阀37。将第5开闭阀34以及第6开闭阀37的任意一方闭锁，将剩下的另一方开放，由此能选择流动通过冷却水冷却器33的热媒流路17的第1路线、或绕过冷却水冷却器33而流动的第2路线的任一者。

(控制方法)

接下来说明由所述结构构成的CAES发电装置1的动作。这里以控制装置38的控制内容为中心进行说明。具体地，分为预热运转中执行的使第2蓄热罐11内的热媒的温度上升所需的第1处理、和使第1蓄热罐10内的热媒的温度上升所需的第2处理、还有运转开始后进行的使系统内的热媒的温度降低所需的第3处理来进行说明。

另外，热媒因温度的差异而粘度发生变化，例如如图6的图表所示那样，存在由于成为给定温度(例如50℃)以下而粘度急剧变大的性质。并且若热媒的粘度变大而流动状态变差，第2热交换器7中的热交换性能就会降低。其结果，不能使提供给膨胀机8的压缩空气的温度充分上升，发电性能变差。另外，在发电输出小的情况下，虽然压缩空气的流量减少，但该情况下也必须确保额定流量以使得与热媒的热交换在适当地进行，会产生所谓的热媒损耗。为此，为了防止这样的不良状况的发生而执行以下的第1处理以及第2处理。

(第1处理：步骤S1)

如图3所示那样，在第1处理中，读入在第2温度检测传感器23检测到的第2蓄热罐11内的热媒的温度(检测温度)t2(步骤S1-1)，判断读入的检测温度t2是否是预先设定的第2设定温度T2以下(步骤S1-2)。在热媒温度t2超过第2设定温度T2的情况下，将第2蓄热罐11内的热媒直接提供到第1热交换器7以及第2热交换器9，开始第1压缩机6以及第2压缩机8的驱动(步骤S1-3)。由此在第1压缩机6被压缩而成为高温的压缩空气在第1热交换器7与热媒发生热交换而成为低温。然后，通过第1热交换器7的压缩空气在第2压缩机8中被进一步压缩而再度成为高温后，在第2热交换器9与热媒热交换而成为低温。

在第2温度检测传感器23中的检测温度t2为第2设定温度T2以下的情况下(步骤S1-2“是”)，读入水位检测传感器23中检测到的第1蓄热罐10内的热媒的水位(步骤S1-4)。然后，基于读入的热媒的水位来判断收容于第1蓄热罐10内的热媒的容量v是否是设定容量Vs以上(步骤S1-5)。若是设定容量Vs以上，就判断第1温度检测传感器21中检测到的第1蓄热罐10内的热媒的温度t1是否是第1设定温度T1以上(步骤S1-6)。

若收容于第1蓄热罐10内的热媒的容量v为设定容量Vs以上且该热媒的温度t1为第1设定温度T1以上，就将第2开闭阀30和第3开闭阀31开放，将第1开闭阀29和第4开闭阀32闭锁(步骤S1-7)。然后开始第3泵27的驱动(步骤S1-8)。另外，开始第1压缩机6以及第2压缩机8的驱动(步骤S1-3)。由此将第1蓄热罐10内的高温的热媒向第2蓄热罐11提供，能使第2蓄热罐11内的热媒升温。通过使第2热媒罐内的热媒升温，来防止粘度变高，确保平稳的流。

若收容于第1蓄热罐10内的热媒的容量v不足设定容量Vs，或该热媒的温度t1不足第1设定温度T1，就将第1开闭阀29和第3开闭阀31闭锁，将第2开闭阀30和第4开闭阀32闭锁(步骤S1-9)。然后对电发热器28通电(步骤S1-10)，开始第3泵27的驱动(步骤S1-8)。在不能期待第1蓄热罐10内的热媒所进行的加热的情况下，通过使第2蓄热罐11内的热媒循环并通过电发热器28强制加热，与所述同样，能防止伴随热媒的温度降低而粘度变高。

之后，若读入的热媒温度t2超过预先设定的第2设定温度T2，就开始第1压缩机6以及第2压缩机8的驱动(步骤S1-3)。由于使热媒的流动为良好的状态，因此向第3泵27的负担不再会增大，或者不再会发生向热媒的各构件的分配不良等。

(第2处理：步骤S2)

如图4所示那样，在第2处理中，在第1温度检测传感器21读入第1蓄热罐10内的热媒的温度t1(步骤S2-1)，判断读入的热媒温度t1是否是预先设定的第1设定温度T1以下(步骤S2-2)。在热媒温度t1超过第1设定温度T1的情况下，判断为能在第3热交换器13以及第4热交换器15对压缩空气赋予充分的热量，开始第1膨胀机12以及第2膨胀机14的运转(步骤S2-3)。由此能将压缩空气充分加热，来使第1膨胀机12以及第2膨胀机14中的膨胀平稳进行。

在第1温度检测传感器21中的检测温度t1为第1设定温度T1以下的情况下，读入在水位检测传感器23检测到的热媒的水位(步骤S2-4)。然后，基于读入的热媒的水位来运算第1蓄热罐10内的热媒的容量v，判断该容量v是否超过设定容量Vs(步骤S2-5)。若判断为热媒的容量v超过设定容量Vs，就将第1开闭阀29以及第3开闭阀31开放，将第2开闭阀30以及第4开闭阀32闭锁(步骤S2-6)。然后对电发热器28通电(步骤S2-7)，并开始第3泵27的驱动(步骤S2-8)。由此，使第1蓄热罐10内的热媒循环并通过电发热器28强制加热，由此能使提供到第1膨胀机12以及第2膨胀机14的压缩空气充分升温。

若判断为第1蓄热罐10内的热媒的容量v是设定容量Vs以下(步骤S2-5“否”)，就将第1开闭阀29以及第4开闭阀32开放，将第2开闭阀30以及第3开闭阀31闭锁(步骤S2-9)。然后，对电发热器28通电(步骤S2-7)，并开始第3泵27的驱动(步骤S2-8)。由此能将第2蓄热罐11内的热媒在电发热器28加热并提供到第1蓄热罐10内。其结果，使第1蓄热罐10内的热媒的容量以及温度成为充分的状态，与所述同样，能使提供到第1膨胀机12以及第2膨胀机14的压缩空气充分升温。

之后，若读入的热媒温度t1超过预先设定的第2设定温度T1，就开始第1压缩机6以及第2压缩机8的驱动(步骤S2-3)。由于使热媒的流动为良好的状态，因此不再会出现向第3泵27的负担增大、或者发生向热媒的各构件的分配不良等的情况。

(第3处理：步骤S3)

如图5所示那样，在第3处理中，读入第2温度检测传感器23中的检测温度t2(步骤S3-1)，判断读入的检测温度t2是否是预先设定的第3设定温度T3以上(步骤S3-2)。若检测温度t2为第3设定温度T3以上，就将第5开闭阀34开放，将第6开闭阀37闭锁(步骤S3-3)。然后，通过驱动第4泵35(步骤S3-4)，将从第2蓄热罐11喷出的热媒在冷却水冷却器33冷却，能防止在第1压缩机6以及第2压缩机8变得过于高温。另一方面，若检测温度t2不足第3设定温度T3(步骤S3-2“否”)，就将第5开闭阀34闭锁，将第6开闭阀37开放(步骤S3-5)。这时，不驱动第4泵35。由此，能将没成为太高温的第2蓄热罐11内的热媒直接提供到第1压缩机6以及第2压缩机8来进行通常那样的运转。

附图标记的说明

1 CAES发电装置

2 充电组件

3 热媒组件

4 放电组件

5 蓄压罐

6 第1压缩机

7 第1热交换器

8 第2压缩机

9 第2热交换器

10 第1蓄热罐

10a 加热发热器

11 第2蓄热罐

12 第1膨胀机

13 第3热交换器

14 第2膨胀机

15 第4热交换器

16a～16g 空气流路

17a～17g 热媒流路

18 第1泵

19a～19d 开闭阀

20 第2泵

21 第1温度检测传感器

22 水位检测传感器

23 第2温度检测传感器

24 第1配管

25 第2配管

26 第3配管

27 第3泵

28 电发热器

29 第1开闭阀

30 第2开闭阀

31 第3开闭阀

32 第4开闭阀

33 冷却水冷却器

34 第5开闭阀

35 第4泵

36 旁路流路

37 第6开闭阀

38 控制装置